JP2016002854A - 海洋データ計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】海面から海底までの範囲内でより広範囲の海洋データを容易に取得することができる海洋データ計測システムを提供する。【解決手段】海底２に配置されるアンカー３と、アンカー３に一端が接続された着底係留索４と、着底係留索４の他端に接続され海中に浮遊する中間ブイ５と、中間ブイ５に一端が接続された中間係留索６と、中間係留索６の他端に接続され中間ブイ５と海面７との間で浮沈し海面７から中間ブイ５までの上層部の海洋データを計測する観測ブイ８と、着底係留索４に沿って配置され中間ブイ５より深い位置における下層部の海洋データを計測する下層部観測手段９と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、海洋データ計測システムに関し、特に、海面から海底までの範囲内で広範囲に亘って海洋データを取得可能な海洋データ計測システムに関する。

定点に係留されて水温や塩分濃度（電気伝導度）等の海洋データを計測する海洋データ計測システムとして、海底に配置されるアンカーと、アンカーに一端が接続された着底係留索と、着底係留索の他端に接続され海中に浮遊する中間ブイと、中間ブイに一端が接続された中間係留索と、中間係留索の他端に接続され中間ブイと海面との間で浮沈し海面から中間ブイまでの間の海洋データを計測する観測ブイと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載した海洋データ計測システムでは、観測ブイは、一般に、計測した海洋データを記憶する記憶手段を有しており、観測ブイを海面と中間ブイとの間で浮沈させつつ海洋データを計測し、その海洋データを記憶手段に記憶しておく。その後、観測ブイを海面に浮上させ、観測ブイに設けたアンテナを海面から突き出し、記憶手段に記憶した海洋データを直接的に又は人工衛星等を経由して地上基地や観測船に伝送することによって、海面から中間ブイまでの深度の海洋データを取得する。

特開２０１３−１０３６７８号公報

上述した海洋データ計測システムでは、観測ブイを海面と中間ブイとの間で浮沈させて海洋データを計測していることから、上層部（海面から中間ブイまでの範囲）の海洋データを取得することができるものの、中間ブイよりも深い位置（例えば、３００ｍ以深）の海洋データを計測することができない。

また、観測ブイを中間ブイよりも深く沈降させるためには、観測ブイの耐圧性や浮沈能力を高める必要があり、コストアップを避けることができない。例えば、観測ブイの耐圧殻を現状よりも厚くしたり、浮沈用の浮袋内にオイルを供給するポンプの輸送能力を現状よりも高くしたりする必要がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、海面から海底までの範囲内でより広範囲の海洋データを容易に取得することができる海洋データ計測システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、海底に配置されるアンカーと、該アンカーに一端が接続された着底係留索と、該着底係留索の他端に接続され海中に浮遊する中間ブイと、該中間ブイに一端が接続された中間係留索と、該中間係留索の他端に接続され前記中間ブイと海面との間で浮沈し前記海面から前記中間ブイまでの上層部の海洋データを計測する観測ブイと、前記着底係留索に沿って配置され前記中間ブイより深い位置における下層部の海洋データを計測する下層部観測手段と、を備えたことを特徴とする海洋データ計測システムが提供される。

前記下層部観測手段は、前記着底係留索に沿って配置されるセンサケーブルと、該センサケーブルの前記着底係留索からの離隔を抑制する拘束手段と、計測した前記下層部の海洋データを前記観測ブイに伝送する信号ケーブルと、を備えていてもよい。

前記拘束手段は、前記着底係留索又は前記センサケーブルのいずれか一方に複数配置され、前記着底係留索又は前記センサケーブルのいずれか他方を挿通可能な開口部を有するリング部材であってもよい。前記下層部観測手段は、前記センサケーブルと前記信号ケーブルとの間に配置された電装水密容器を有していてもよい。前記信号ケーブルは、前記中間係留索内に編み込まれていてもよい。前記観測ブイは、前記上層部の海洋データ及び前記下層部の海洋データを記憶可能な記憶手段を有していてもよい。

本発明に係る海洋データ計測システムによれば、観測ブイにより海面から中間ブイまでの上層部の海洋データを計測することができ、下層部観測手段により中間ブイより深い位置における下層部の海洋データを計測することができ、従来のシステムと比較して、より広範囲の海洋データを取得することができる。また、観測ブイを中間ブイよりも深い位置に沈降させる必要がないことから、低コストで広範囲の海洋データを取得する海洋データ計測システムを構築することができる。

本発明の一実施形態に係る海洋データ計測システムの全体を示す概略説明図である。 図１に示した海洋データ計測システムの部分拡大図である。 図１に示した下層部観測手段の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、を示している。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付すことにより重複した説明を省略し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

本発明の一実施形態に係る海洋データ計測システム１は、図１に示したように、海底２に配置されるアンカー３と、アンカー３に一端が接続された着底係留索４と、着底係留索４の他端に接続され海中に浮遊する中間ブイ５と、中間ブイ５に一端が接続された中間係留索６と、中間係留索６の他端に接続され中間ブイ５と海面７との間で浮沈し海面７から中間ブイ５までの上層部の海洋データを計測する観測ブイ８と、着底係留索４に沿って配置され中間ブイ５より深い位置における下層部の海洋データを計測する下層部観測手段９と、を備えている。

アンカー３は、水温、水圧、塩分濃度（電気伝導度）等の海洋データを計測したい観測エリアの海底２に配置される。アンカー３は、着底係留索４を介して中間ブイ５を観測エリアの海中に係留する。中間ブイ５には、中間係留索６を介して観測ブイ８が接続されており、アンカー３、着底係留索４、中間ブイ５及び中間係留索６により、観測ブイ８が観測エリア内に配置される。

アンカー３には、中間ブイ５及び観測ブイ８が海流Ｃの力を受けて着底係留索４が引っ張られた際に、海底２を移動しない程度の重量を有する錘が用いられる。なお、アンカー３は、海底２に固定される杭等であってもよい。本実施形態では、アンカー３が配置される海底２の深さは、例えば、１０００ｍ程度であるが、この深さに限定されるものではない。

着底係留索４は、一端がアンカー３に接続され、他端が中間ブイ５に接続されており、中間ブイ５を海中の定点に保持する。着底係留索４は、例えば、樹脂等の紐体を複数撚り合わせた綱（ロープ）からなる。着底係留索４の長さは、中間ブイ５を配置したい深度に合わせて適宜設定される。例えば、着底係留索４の長さは、海底２から中間ブイ５までの距離Ｌ１が７００ｍ程度となるように設定される。この場合、中間ブイ５から海面７までの距離Ｌ２は、３００ｍ程度となる。本実施形態において、距離Ｌ１の範囲は下層部に相当し、距離Ｌ２の範囲は上層部に相当する。

着底係留索４の下部には、音響切離装置１０が設けられていてもよい。音響切離装置１０は、所定の周波数の音波を受信すると、着底係留索４を切り離す機能を有する。海洋データ計測システム１による海洋データの計測が終了した後、海面７上の観測船から所定周波数の音波を海底２の音響切離装置１０に向けて発射することで、音響切離装置１０によって着底係留索４を切り離すことができる。かかる処理により、中間ブイ５の浮力によって海面７に浮上した着底係留索４、中間係留索６、観測ブイ８等のシステム構成部品を観測船に回収することができる。

中間ブイ５は、アンカー３に着底係留索４を介して接続されることによって海中の定点に係留され、中間係留索６を介して接続された観測ブイ８を浮沈させる起点を形成する。中間ブイ５の浮力は、海流Ｃによって中間ブイ５が極端に下流側に流されず、かつ、アンカー３が海底２を移動しないように設定される。

本実施形態では、中間ブイ５の深度（距離Ｌ２）は、３００ｍ程度に設定されていることから、中間ブイ５及び着底係留索４に太陽光が届き難く、中間ブイ５及び着底係留索４への海洋生物の付着を抑制することができる。したがって、長期間（半年〜１年程度）に亘って海洋データの観測を継続することができる。また、漁網は、通常、２００ｍ程度までの深度で使用されるため、中間ブイ５や着底係留索４が漁網と干渉する事態を回避することもできる。

中間係留索６は、一端が中間ブイ５に接続され、他端が観測ブイ８に接続されており、観測ブイ８を中間ブイ５に係留する。中間係留索６は、例えば、樹脂等の紐体を複数撚り合わせた綱（ロープ）からなり、図２に示したように、一端に中間ブイ５に連結されるリング部６１が形成されている。

中間係留索６の長さは、観測ブイ８が中間ブイ５の深度から海面７まで浮上できる長さに設定されており、少なくとも海面７から中間ブイ５までの距離Ｌ２（例えば、３００ｍ）以上に設定され、海流Ｃの強さに応じて所定の長さ（例えば、６００ｍ）に設定される。なお、中間係留索６の比重を海水と同等とし、中間係留索６の自重で観測ブイ８が沈降しないようにしてもよい。

観測ブイ８は、中間係留索６を介して中間ブイ５に接続されており、中間ブイ５と海面７との間で浮沈することにより、海面７から中間ブイ５までの範囲における上層部の海洋データを計測する。図２に示したように、観測ブイ８は、例えば、中空円柱状の耐圧殻８１と、耐圧殻８１の先端に取り付けられ貫通孔８２が形成されたドーム形状のカバー８３と、から主に構成され、海洋データを計測する計測部１１と、計測した海洋データを記憶する記憶手段１２（例えば、メモリ）と、観測ブイ８の深度を調節する比重調整機構１３と、を有している。

計測部１１は、例えば、電気伝導度（塩分濃度）等を取得するためのＣＴＤセンサ（Conductivity：電気伝導度、Temperature：水温、Depth：深度）、圧力センサ、磁気センサ、放射線測定器等の種々のセンサから少なくとも一つが選択される。センサの種類や搭載数は、観測エリアで取得したい海洋データの種類に応じて適宜選択される。計測部１１は、本実施形態では耐圧殻８１の尾部に設けられているが、耐圧殻８１の上部や下部に設けるようにしてもよい。

記憶手段１２は、耐圧殻８１の内部に収容された半導体メモリやハードディスク等により構成され、計測部１１で計測した上層部の海洋データを記憶する。なお、記憶手段１２には、上層部の海洋データだけでなく、後述するように、下層部観測手段９によって計測された中間ブイ５より深い位置における下層部の海洋データも記憶できるように構成されている。

すなわち、観測ブイ８は、上層部の海洋データ及び下層部の海洋データを記憶可能な記憶手段１２を有している。かかる記憶手段１２により、例えば、海面７から海底２までの広範囲に亘る海洋データを一括的に集約して記憶することができる。

比重調整機構１３は、例えば、カバー８３内に収容された浮袋１３ａと、浮袋１３ａにオイルタンク１３ｂ内のオイルを注入又は排出するオイルポンプ１３ｃと、を有する。オイルタンク１３ｂ及びオイルポンプ１３ｃは、耐圧殻８１の内部に収容されている。耐圧殻８１の内部には、海水が浸入しないように水密に構成されているが、カバー８３の内部には、貫通孔８２を通して海水が浸入できるように構成されている。

したがって、浮袋１３ａにオイルを注入して浮袋１３ａを膨らませることで、観測ブイ８の見かけ上の体積が増大して観測ブイ８の比重が低下し、観測ブイ８が浮上する。一方、浮袋１３ａからオイルを排出して浮袋１３ａを収縮させることで、観測ブイ８の見かけ上の体積が減少して観測ブイ８の比重が増大し、観測ブイ８が沈降する。

比重調整機構１３は、海洋データの計測を行わない通常時には、観測ブイ８を海面７から沈降させ、中間ブイ５の深度（プラスマイナス数十メートルの範囲を含む）に保持する。かかる処理により、漁船等の船舶が観測ブイ８に衝突する事態を回避することができる。また、中間ブイ５の深度（距離Ｌ２）を漁網が使用される深度（０ｍ〜２００ｍ程度）よりも深く設定（３００ｍ程度）していることから、通常時にその深度に保持される観測ブイ８が漁網と干渉する事態を回避することもできる。

また、このように中間ブイ５の深度を太陽光が届き難い深さ（３００ｍ程度）に設定することにより、観測ブイ８や中間係留索６への海洋生物（フジツボ等の甲殻類、貝類、海草類）の付着を抑制することができる。したがって、長期間（半年〜１年程度）に亘って海洋データの観測を継続することができる。

また、観測ブイ８には、記憶手段１２に記憶した海洋データを、地上基地や観測船のユーザーＵに直接的に或いは人工衛星ＳやパラボラアンテナＡ等を介して送信するためのアンテナ１４が設けられている。記憶手段１２の海洋データをユーザーＵに送信する際には、図１において一点鎖線で図示したように、観測ブイ８を海面７に浮上させ、観測ブイ８に設けたアンテナ１４を海面７から突き出した状態とすることが好ましい。

さらに、本実施形態に係る海洋データ計測システム１では、図１に示したように、着底係留索４に沿って、中間ブイ５から海底２までの下層部の海洋データを計測する下層部観測手段９が配置されている。下層部観測手段９は、例えば、着底係留索４に沿って配置されるセンサケーブル９１と、センサケーブル９１の着底係留索４からの離隔を抑制する拘束手段９２と、計測した下層部の海洋データを観測ブイ８に伝送する信号ケーブル９３と、を備えている。また、下層部観測手段９は、センサケーブル９１と信号ケーブル９３との間に配置された電装水密容器９４を有していてもよい。

センサケーブル９１は、例えば、図１に示したように、着底係留索４の長手方向に間隔を隔てて配置された複数のセンサ９５を有している。センサ９５には、例えば、ＣＴＤセンサ、圧力センサ、磁気センサ、放射線測定器等の種々のセンサから少なくとも一つが選択される。センサケーブル９１は、センサ９５により取得された海洋データを伝送可能であれば、電線ケーブルであってもよいし、光ファイバケーブルであってもよい。

センサケーブル９１は、一端が電装水密容器９４に接続されており、他端はアンカー３の近傍でフリーな状態（自由端）となっている。なお、センサケーブル９１の長さは、海洋データを計測したい深度に合わせて適宜変更することができ、必ずしも海底２まで延伸させる必要はない。

電装水密容器９４内には、例えば、センサ９５に電力を供給する電源、光ファイバケーブルにパルス光を入射するレーザ光源、光信号を電気信号に変換する光電変換装置等の機器が収容されている。電装水密容器９４内に収容される機器は、センサケーブル９１の構成によって適宜変更される。センサケーブル９１は、一端を電装水密容器９４内に接続することにより、電装水密容器９４内に収容された機器に電気的又は光学的に接続される。

このように、電装水密容器９４を配置することにより、センサケーブル９１に必要な機器を観測ブイ８に搭載させることなく、海中に水密な状態で配置することができる。また、電装水密容器９４を中間ブイ５と別体に構成することにより、既存の中間ブイ５を利用して電装水密容器９４を海中に配置することができる。

拘束手段９２は、例えば、着底係留索４に複数配置されセンサケーブル９１を挿通可能な開口部を有するリング部材により構成される。拘束手段９２は、図１に示したように、着底係留索４の長手方向に間隔を隔てて配置されている。かかる拘束手段９２を配置することにより、センサケーブル９１を開口部に挿通するだけで、センサケーブル９１の着底係留索４からの離隔を抑制することができる。なお、拘束手段９２は、図示した構成に限定されるものではなく、例えば、着底係留索４に接続されたテザーと、テザーの先端に形成された環状の挿通部と、により構成してもよい。

また、センサケーブル９１は、着底係留索４に対して長手方向に相対移動自在に配置されていることから、着底係留索４とセンサケーブル９１との材質の違いによる伸縮量の差異を許容することができる。なお、センサケーブル９１の下端は自由端となっているが、海流Ｃがセンサケーブル９１を拘束手段９２に係止させるように作用することから、センサケーブル９１の拘束手段９２からの抜けを抑制することができる。

信号ケーブル９３は、例えば、電線ケーブル又は光ファイバケーブルであり、図１に示したように、中間係留索６に沿って配置されており、一端が電装水密容器９４に接続され、他端が観測ブイ８に接続されている。信号ケーブル９３は、例えば、図２に示したように、中間係留索６の内部に長手方向に移動自在に収容され、中間係留索６の途中から外部に引き出されて所定の弛みを介して電装水密容器９４に接続されている。

具体的には、信号ケーブル９３は、包み込まれるように中間係留索６内に編み込まれることにより、中間係留索６内に収容される。かかる構成により、海流Ｃにより中間係留索６に引張力が負荷された場合であっても、引張力を中間係留索６により受け持つことができ、信号ケーブル９３に生じる張力を低減することにより、信号ケーブル９３の損傷を抑制することができる。

なお、図示しないが、信号ケーブル９３を中間係留索６の長手方向に配置された複数のリング部材に挿通することによって、信号ケーブル９３を中間係留索６に沿って配置するようにしてもよい。また、信号ケーブル９３の長手方向に複数のリング部材を配置して、リング部材に中間係留索６を挿通させるようにしてもよい。

信号ケーブル９３の一端は、電装水密容器９４内に収容された機器に電気的又は光学的に接続されており、センサケーブル９１により取得された下層部の海洋データを観測ブイ８に伝送できるように構成されている。また、信号ケーブル９３の他端は、観測ブイ８内に配置された記憶手段１２に接続されており、センサケーブル９１により取得された下層部の海洋データは記憶手段１２に記憶される。なお、信号ケーブル９３が光ファイバケーブルの場合には、光電変換装置を介して信号ケーブル９３を記憶手段１２に接続するようにすればよい。

上述したように、着底係留索４に沿って下層部観測手段９を配置することにより、中間ブイ５よりも深い位置における下層部の海洋データを計測することができる。特に、センサケーブル９１を海底２付近まで延伸させることにより、海底２から中間ブイ５までの広範囲に亘って海洋データを取得することができる。

また、下層部の海洋データを信号ケーブル９３により観測ブイ８に伝送するようにしたことから、観測ブイ８に配置された記憶手段１２に下層部の海洋データを記憶させることができる。したがって、観測ブイ８は、上層部の海洋データ及び下層部の海洋データを蓄積することができ、観測ブイ８を海面７に浮上させて通信することにより、地上基地や観測船のユーザーＵに従来よりも広範囲の海洋データを一括して伝送することができる。

ここで、上述した下層部観測手段９の変形例について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。図３（ａ）に示した第一変形例は、センサケーブル９１を着底係留索４に沿って配置された光ファイバセンサにより構成したものである。このように、センサケーブル９１として光ファイバセンサを採用することにより、センサケーブル９１（光ファイバセンサ）自身をセンサ９５としても機能させることができる。

センサケーブル９１である光ファイバセンサには、電装水密容器９４内に収容されたレーザ光源からパルス光が入射される。入射された光は、光ファイバセンサ内を散乱しながら進行し、散乱光の一部が後方散乱光として入射端に戻る。散乱光の一つであるラマン散乱光には温度依存性があり、これを電装水密容器９４内に収容された光検出器で検知することで温度を算出することができる。

また、光ファイバセンサにパルス光を入射してから発生したラマン散乱光が入射端に戻ってくるまでの時間を測定することにより、散乱光が発生した箇所を特定することができる。したがって、センサケーブル９１に光ファイバセンサを採用することにより、中間ブイ５よりも深い位置における下層部の水温を深度に応じて計測することができる。

図３（ｂ）に示した第二変形例は、拘束手段９２をセンサケーブル９１に接続したものである。具体的には、拘束手段９２を構成するリング部材をセンサケーブル９１に接続し、その開口部に着底係留索４を挿通する。かかる構成によっても、着底係留索４を開口部に挿通するだけで、センサケーブル９１の着底係留索４からの離隔を抑制することができる。

図３（ｃ）に示した第三変形例は、電装水密容器９４を中間ブイ５の内部に収容したものである。かかる構成により、海中に浮遊する物体を削減することができ、海流Ｃによる海洋データ計測システム１への影響を低減することができる。また、中間ブイ５が水密に構成されている場合には、電装水密容器９４のシール性能を低減又は省略することができる。また、電装水密容器９４自身が、中間ブイ５を兼ねていてもよい。

上述した本実施形態に係る海洋データ計測システム１によれば、観測ブイ８により海面７から中間ブイ５までの上層部の海洋データを計測することができ、下層部観測手段９により中間ブイ５より深い位置における下層部の海洋データを計測することができ、従来のシステムと比較して、より広範囲の海洋データを取得することができる。また、観測ブイ８を中間ブイ５よりも深い位置に沈降させる必要がないことから、低コストで広範囲の海洋データを取得する海洋データ計測システム１を構築することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

１ 海洋データ計測システム
２ 海底
３ アンカー
４ 着底係留索
５ 中間ブイ
６ 中間係留索
６１ リング部
７ 海面
８ 観測ブイ
８１ 耐圧殻
８２ 貫通孔
８３ カバー
９ 下層部観測手段
１０ 音響切離装置
１１ 計測部
１２ 記憶手段
１３ 比重調整機構
１３ａ 浮袋
１３ｂ オイルタンク
１３ｃ オイルポンプ
１４ アンテナ
９１ センサケーブル
９２ 拘束手段
９３ 信号ケーブル
９４ 電装水密容器
９５ センサ

Claims (6)

1. 海底に配置されるアンカーと、
   該アンカーに一端が接続された着底係留索と、
   該着底係留索の他端に接続され海中に浮遊する中間ブイと、
   該中間ブイに一端が接続された中間係留索と、
   該中間係留索の他端に接続され前記中間ブイと海面との間で浮沈し前記海面から前記中間ブイまでの上層部の海洋データを計測する観測ブイと、
   前記着底係留索に沿って配置され前記中間ブイより深い位置における下層部の海洋データを計測する下層部観測手段と、
   を備えたことを特徴とする海洋データ計測システム。
2. 前記下層部観測手段は、前記着底係留索に沿って配置されるセンサケーブルと、該センサケーブルの前記着底係留索からの離隔を抑制する拘束手段と、計測した前記下層部の海洋データを前記観測ブイに伝送する信号ケーブルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の海洋データ計測システム。
3. 前記拘束手段は、前記着底係留索又は前記センサケーブルのいずれか一方に複数配置され、前記着底係留索又は前記センサケーブルのいずれか他方を挿通可能な開口部を有するリング部材である、ことを特徴とする請求項２に記載の海洋データ計測システム。
4. 前記下層部観測手段は、前記センサケーブルと前記信号ケーブルとの間に配置された電装水密容器を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の海洋データ計測システム。
5. 前記信号ケーブルは、前記中間係留索内に編み込まれている、ことを特徴とする請求項２に記載の海洋データ計測システム。
6. 前記観測ブイは、前記上層部の海洋データ及び前記下層部の海洋データを記憶可能な記憶手段を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の海洋データ計測システム。