JP2017021029A - Wave measuring device and floating body comprising wave measuring device - Google Patents
Wave measuring device and floating body comprising wave measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017021029A JP2017021029A JP2016136919A JP2016136919A JP2017021029A JP 2017021029 A JP2017021029 A JP 2017021029A JP 2016136919 A JP2016136919 A JP 2016136919A JP 2016136919 A JP2016136919 A JP 2016136919A JP 2017021029 A JP2017021029 A JP 2017021029A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- floating body
- measuring
- liquid level
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
- B63B79/10—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation using sensors, e.g. pressure sensors, strain gauges or accelerometers
- B63B79/15—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation using sensors, e.g. pressure sensors, strain gauges or accelerometers for monitoring environmental variables, e.g. wave height or weather data
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
本発明は、波浪計測装置および波浪計測装置を備えた浮体に関する。 The present invention relates to a wave measuring device and a floating body including the wave measuring device.
波浪に関する情報は、船舶や海洋構造物等の浮体が例えば危険を回避する上で重要な情報である。浮体は波浪によって動揺するので、センサを用いて浮体周辺の波浪を計測する場合には、浮体の動揺を考慮する必要がある。
例えば特許文献１には、水位センサを用いて船体の相互に離間した３点以上の相対水位を測定し、水位センサが船体運動の影響をキャンセルできないタイプの場合には更に演算を行って相対水位の測定値から入射波の波高と波向を推定する方法が記載されている。なお、この特許文献１には運動検出手段が記載されているが、相対水位の測定値から入射波の波高と波向を推定することとの係わりについては何ら記載されていない。
また、特許文献２には、船体の所定部で検出した上下方向の加速度、ピッチングおよびローリングの検出信号から、船体の任意の箇所で検出した波高から船の上下動の変位による誤差を除去するようにした超音波波高計において、一点で検出した動揺から、任意の場所に設置した超音波センサの取り付け箇所での上下動による変位を演算して求め、この変位を除去できるよう超音波センサにおける送信タイミングもしくは受信タイミングを補正することが記載されている。
また、特許文献３には、船首に取付けられた上下加速度センサ及び波高計からの計測データに基づき、平均波々長、スペクトラムピークの波長および周波数を演算して、波浪特性の抽出を行えるようにした波浪特性注出装置が記載されている。
また、特許文献４には、シミュレーションや水槽実験等により予め大型浮体の上下動、左右揺れ、前後揺れ、横揺れ、縦揺れおよび船首揺れのうち少なくとも３つの動揺の応答特性を推定してその動揺応答特性曲線を求めておき、実際の浮体の上下方向加速度を計測し、その加速度データと動揺応答特性曲線に基づいて演算等を行うことによって波高、波向、波周期等を計測する方法が記載されている。
Information on waves is important information for floating bodies such as ships and offshore structures to avoid danger, for example. Since the floating body is shaken by waves, when measuring waves around the floating body using a sensor, it is necessary to consider the floating of the floating body.
For example, in Patent Document 1, a water level sensor is used to measure the relative water levels at three or more points separated from each other in the hull. If the water level sensor cannot cancel the influence of the hull motion, further calculation is performed to calculate the relative water level. Describes a method for estimating the wave height and direction of an incident wave from the measured values. In addition, although the motion detection means is described in this patent document 1, it is not described at all about the relation between the wave height and the wave direction of the incident wave from the measured value of the relative water level.
Further, in Patent Document 2, an error due to displacement of vertical movement of a ship is removed from detection signals of acceleration, pitching and rolling detected in a predetermined part of the hull from a wave height detected at an arbitrary position of the hull. In the ultrasonic wave height meter, the displacement of the ultrasonic sensor installed at an arbitrary place is calculated from the fluctuation detected at one point, and the displacement is calculated, and transmitted by the ultrasonic sensor so that this displacement can be removed. It describes that the timing or the reception timing is corrected.
Patent Document 3 discloses that the wave characteristics can be extracted by calculating the average wave length, the wavelength and frequency of the spectrum peak based on the measurement data from the vertical acceleration sensor and wave height meter attached to the bow. A wave characteristic dispensing device is described.
Further, in Patent Document 4, the response characteristics of at least three of the up-and-down motion, left-and-right motion, back-and-forth motion, lateral motion, longitudinal motion and bow motion of the large floating body are estimated in advance by simulation or aquarium experiment. Describes a method for measuring wave height, wave direction, wave period, etc. by obtaining response characteristic curves, measuring the vertical acceleration of the actual floating body, and performing calculations etc. based on the acceleration data and fluctuation response characteristic curves Has been.
しかしながら、特許文献１の推定方法では、複雑な演算処理が必要となる。
また、特許文献２又は３のように計測した上下加速度を用いて補正する場合、すなわち図８に示すように、加速度計３０１と波高計３０２を備えた船舶３００において、波高計３０２から超音波３０３を海面に向けて照射して計測した波高を、加速度計３０１の計測値で補正する場合には、自動水平台３０４等を設けて加速度計３０１の傾斜の影響を取り除く必要がある。
また、図７は発明者らが本発明の研究途上で検討した波浪計測装置を備えた船舶を示す概略側面図である。図７に示すように、ＧＰＳ受信装置２０１と複数の波高計２０２を備えた船舶２００において、船体全体の変位をジャイロと加速度計等で取得し、ジャイロと加速度計データから各波高計２０２の変位を計算し、その計算結果を用いて、波高計２０２から電波２０３を海面に向けて照射して計測した波高を補正することも考えられる。しかし、このように波高計２０２の鉛直方向の変位を船体全体の変位から計算する場合には、波高計２０２とジャイロ及び加速度計等の設置位置の誤差に加え、波浪によって船体に十数ミリのひずみが生じることもあり、誤差が大きく計測精度が悪くなってしまう。
However, the estimation method disclosed in Patent Document 1 requires complicated arithmetic processing.
When correction is performed using the vertical acceleration measured as in Patent Document 2 or 3, that is, as shown in FIG. 8, in the ship 300 including the accelerometer 301 and the wave height meter 302, the wave height meter 302 to the ultrasonic wave 303. When the wave height measured by irradiating the sea surface toward the sea surface is corrected by the measurement value of the accelerometer 301, it is necessary to provide an automatic level table 304 or the like to remove the influence of the inclination of the accelerometer 301.
FIG. 7 is a schematic side view showing a ship equipped with a wave measuring device studied by the inventors in the course of research of the present invention. As shown in FIG. 7, in a ship 200 having a GPS receiver 201 and a plurality of wave height meters 202, the displacement of the entire hull is acquired by a gyro and an accelerometer, and the displacement of each wave height meter 202 is obtained from the gyro and accelerometer data. It is also conceivable to correct the wave height measured by irradiating the radio wave 203 from the wave height meter 202 toward the sea surface using the calculation result. However, when the vertical displacement of the wave height meter 202 is calculated from the displacement of the entire hull in this way, in addition to the errors in the installation positions of the wave height meter 202 and the gyroscope, accelerometer, etc. Distortion may occur, resulting in large errors and poor measurement accuracy.
そこで本発明は、浮体の航行時又は停泊時において波浪を精度よく計測できる波浪計測装置および波浪計測装置を備えた浮体を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the floating body provided with the wave measuring device and wave measuring device which can measure a wave with high precision at the time of the navigation of a floating body, or anchoring.
請求項１記載に対応した波浪計測装置においては、浮体の周辺の液面高さの変化を検出する液面検出手段と、液面検出手段の近傍に配置した液面検出手段の運動を計測する運動計測手段とを備え、液面検出手段と運動計測手段を浮体に取り付けられる一つのモジュールとして構成するとともに、液面検出手段の検出結果を運動計測手段の計測結果により補正したそれぞれの補正結果に基づいて波浪を計測することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、補正値として用いる液面検出手段の運動を、その近傍に一つのモジュールとして構成して配置した運動計測手段で直接計測することによって精度よく計測できるので、波浪を正確に計測することができる。これに対して、従来のように浮体の運動を計測してその結果により液面検出手段の検出値を補正する場合は、浮体運動の計測手段の位置と液面検出手段の位置から生じる誤差や波浪により浮体に生じるひずみの影響を受けることなどにより、波浪の計測精度が大幅に劣る。また本発明は、モジュール化することで装置の設置や保守が容易となる。
In the wave measuring apparatus according to claim 1, the movement of the liquid level detecting means for detecting a change in the liquid level height around the floating body and the liquid level detecting means arranged in the vicinity of the liquid level detecting means is measured. The liquid level detection means and the motion measurement means are configured as one module that can be attached to the floating body, and the detection results of the liquid level detection means are corrected by the measurement results of the motion measurement means. It is characterized by measuring waves based on this.
According to the first aspect of the present invention, the movement of the liquid level detecting means used as the correction value can be accurately measured by directly measuring the movement by the movement measuring means arranged and arranged as one module in the vicinity thereof. Waves can be measured accurately. On the other hand, when measuring the movement of the floating body and correcting the detection value of the liquid level detection means based on the result as in the prior art, errors caused by the position of the measurement means of the floating body movement and the position of the liquid level detection means The measurement accuracy of waves is greatly inferior due to the influence of strain generated on the floating body by waves. Further, the present invention makes it easy to install and maintain the apparatus by modularizing.
請求項２記載の本発明は、波浪を計測する処理の前に、液面検出手段の検出結果を運動計測手段の計測結果によって浮体の動揺の影響を除去することにより補正をおこなったことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、波浪を計測する処理の前に、浮体の動揺の影響を除去する補正をおこなうことにより、波浪を正確に計測することができる。
The present invention according to claim 2 is characterized in that, before the process of measuring the waves, the detection result of the liquid level detection means is corrected by removing the influence of the fluctuation of the floating body by the measurement result of the motion measurement means. And
According to the second aspect of the present invention, the wave can be accurately measured by performing correction for removing the influence of the floating body before the process of measuring the wave.
請求項３記載の本発明は、補正結果を液面変動データとして時系列で記憶手段に記憶することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、補正結果を液面変動データとして時系列で記憶手段に記憶することにより、波浪の計測や解析に幅広く役立てることができる。
According to a third aspect of the present invention, the correction result is stored in the storage means in time series as liquid level fluctuation data.
According to the third aspect of the present invention, the correction result is stored in the storage means in time series as the liquid level fluctuation data, which can be widely used for wave measurement and analysis.
請求項４記載の本発明は、波浪の計測は、時系列で記憶した液面変動データに基づいて波周期及び／又は方向波を演算して求めるものであることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、時系列で記憶した液面変動データに基づいて波周期及び／又は方向波を演算して求めることにより、記憶した任意の時間の液面変動データに基づいて、より正確に波周期及び／又は方向波を求めることができる。そして波周期及び／又は方向波に基づいて波浪の到来を予測し、例えば浮体の危険回避に役立てることができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the wave measurement is obtained by calculating a wave period and / or direction wave based on the liquid level fluctuation data stored in time series.
According to the fourth aspect of the present invention, by calculating and calculating the wave period and / or direction wave based on the liquid level fluctuation data stored in time series, the stored liquid level fluctuation data at an arbitrary time is obtained. Based on this, the wave period and / or direction wave can be determined more accurately. The arrival of waves can be predicted based on the wave period and / or the directional wave, and can be used, for example, for avoiding the danger of floating bodies.
請求項５記載の本発明は、波周期及び／又は方向波を演算するに当り、浮体の速度及び浮体の方位に基づいて補正をおこなったことを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、浮体の速度及び浮体の方位に基づいて波周期及び／又は方向波の補正をおこなうことにより、真の波周期及び／又は真の方向波をより正確に求めることができ、例えば浮体の危険回避がより正確にできる。
The present invention according to claim 5 is characterized in that correction is performed based on the velocity of the floating body and the orientation of the floating body in calculating the wave period and / or the directional wave.
According to the present invention described in claim 5, the true wave period and / or the true directional wave is more accurately obtained by correcting the wave period and / or the directional wave based on the velocity of the floating body and the orientation of the floating body. For example, it is possible to more accurately avoid the danger of floating bodies.
請求項６記載の本発明は、液面検出手段は、浮体の引き起こす波の影響を受けない浮体から所定の範囲離れた液面高さの変化を検出することを特徴とする。
ここで、「所定の範囲」とは、浮体の作る波の影響を受ける範囲である。請求項６に記載の本発明によれば、例えば浮体が起こす航走波（ケルビン波）の影響を軽減し波浪をより正確に計測することができる。航走波は浮体の速度、大きさによらず浮体の前方（航走時の先端）から左右１９．５度ずつ開いた範囲に作られるため、この波より外側の波を計測することによって、液面高さの正確な変化を検出することができる。
The present invention described in claim 6 is characterized in that the liquid level detecting means detects a change in the liquid level which is not affected by the wave caused by the floating body and is separated from the floating body by a predetermined range.
Here, the “predetermined range” is a range that is affected by a wave generated by a floating body. According to the sixth aspect of the present invention, for example, the influence of a traveling wave (Kelvin wave) generated by a floating body can be reduced and waves can be measured more accurately. The traveling wave is created in a range that opens 19.5 degrees left and right from the front of the floating body (tip at the time of traveling) regardless of the speed and size of the floating body, so by measuring the waves outside this wave, An accurate change in the liquid level can be detected.
請求項７記載の本発明は、運動計測手段の計測結果に基づいて浮体の姿勢又は動揺を計測することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、例えば浮体が航走している場合には、航走時のトリム角、ヒール角（横傾斜）、ローリング、ピッチング、及びヒーブ（上下揺）等の計測を行うことができる。また、浮体が航走していない場合（停泊中など）においても浮体のトリム角、ヒール角等の計測を行うことができる。これらの情報を得ることによって、計測結果を浮体の航走に利用することや、例えば荷崩れ対策やバランスの良い荷積み等を行い、浮体の危険回避を行うことに役立てることができる。
The present invention according to claim 7 is characterized in that the posture or sway of the floating body is measured based on the measurement result of the motion measuring means.
According to the seventh aspect of the present invention, for example, when the floating body is traveling, the trim angle, heel angle (lateral inclination), rolling, pitching, heave (up-and-down rocking), etc. at the time of traveling Measurement can be performed. Further, even when the floating body is not running (during berthing or the like), the trim angle, heel angle, etc. of the floating body can be measured. By obtaining these pieces of information, it is possible to use the measurement results for floating body navigation, for example, to carry out countermeasures against load collapse, load with good balance, etc., and to avoid danger of floating bodies.
請求項８記載の本発明は、液面検出手段の計測結果に基づいて浮体の喫水を計測することを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、停泊中など航走していない状態の浮体の喫水の変化、又は航走時の浮体の喫水の変化（ヒール角）を把握することによって、計測結果を浮体の停泊時や航走時の制御に利用することや、バランスの良い荷積み等を行うことに役立てることができる。
The present invention according to claim 8 is characterized in that the draft of the floating body is measured based on the measurement result of the liquid level detection means.
According to the present invention described in claim 8, the measurement result is obtained by grasping the change in the draft of the floating body that is not sailing, such as when anchored, or the change in the draft of the floating body during cruising (heel angle). Can be used for control when the floating body is anchored or sailing, and can be used for performing balanced loading.
請求項９記載の本発明は、液面検出手段の検出結果と運動計測手段の計測結果を処理して波浪を計測するコンピュータをモジュールに配置したことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、コンピュータにより液面検出手段ごとに、液面検出手段の検出結果と運動計測手段の計測結果を処理して波浪を計測することができる。
The present invention according to claim 9 is characterized in that a module for measuring waves by processing the detection result of the liquid level detection means and the measurement result of the motion measurement means is arranged in the module.
According to the ninth aspect of the present invention, the wave can be measured by processing the detection result of the liquid level detection means and the measurement result of the motion measurement means for each liquid level detection means by a computer.
請求項１０記載の本発明は、ネットワーク通信手段をモジュールに配置し、モジュールで得られた波浪を計測した計測結果をネットワーク通信手段により通信することを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、ネットワーク通信手段を含めてモジュール化することで装置の設置や保守が一層容易となる。また、ネットワーク通信手段によって波浪の計測データをモジュールの外部に送信することができる。
The present invention according to claim 10 is characterized in that the network communication means is arranged in the module, and the measurement result obtained by measuring the waves obtained by the module is communicated by the network communication means.
According to the present invention as set forth in claim 10, the installation and maintenance of the apparatus is further facilitated by modularizing the network communication means. Further, the wave measurement data can be transmitted to the outside of the module by the network communication means.
請求項１１記載の本発明は、ネットワーク通信手段による通信により、波浪を計測した計測結果をコンピュータ間で相互に交換したことを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、波浪の計測データをコンピュータ間で相互に交換して共有することにより、データの消失に備えてバックアップを作成することができる。
The present invention according to claim 11 is characterized in that the measurement results obtained by measuring the waves are mutually exchanged between the computers by communication by the network communication means.
According to the present invention as set forth in claim 11, the wave measurement data is mutually exchanged and shared between the computers, so that a backup can be created in preparation for data loss.
請求項１２記載の本発明は、コンピュータは、ネットワーク通信手段の通信による他のモジュールの故障検出機能を具備し、故障したモジュールを除外および代替する処理を行い、波浪を計測する機能を維持することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、ネットワーク内の一部のモジュールが故障しても他の健全なモジュールによって波浪計測を継続することができる。したがって、故障に強い信頼性の高いシステムを構築することができる。
According to the present invention of claim 12, the computer has a fault detection function of another module by communication of the network communication means, performs a process of excluding and substituting the faulty module, and maintains a function of measuring waves. It is characterized by.
According to the present invention described in claim 12, even if some of the modules in the network fail, the wave measurement can be continued by another healthy module. Therefore, a highly reliable system that is resistant to failure can be constructed.
請求項１３記載の本発明は、液面検出手段として、マイクロ波を用いたことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、超音波を用いた場合のように浮体の航走に伴い発生する気泡に影響されることなく、また光波を用いた場合のように海水への透過が大きく海面から反射しないことがなく、精度よく確実に液面高さの変化を検出することができる。
The invention according to claim 13 is characterized in that microwaves are used as the liquid level detecting means.
According to the present invention as set forth in claim 13, it is not affected by bubbles generated as the floating body travels as in the case of using ultrasonic waves, and is transmitted to seawater as in the case of using light waves. Therefore, the change in the liquid level can be detected accurately and reliably without being reflected from the sea surface.
請求項１４記載の本発明は、浮体の乗員又は乗客に波浪を計測した結果を表示する表示装置を具備することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、計測結果を乗員又は乗客に報せることができる。乗員又は乗客はその結果を基に、例えば危険回避行動などをとることができる。
The present invention according to claim 14 is characterized by comprising a display device for displaying a result of measuring the waves to a floating occupant or passenger.
According to this invention of Claim 14, a measurement result can be reported to a passenger | crew or a passenger. The occupant or passenger can take, for example, a risk avoidance action based on the result.
請求項１５記載に対応した波浪計測装置を備えた浮体においては、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の波浪計測装置を浮体に搭載したことを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、波浪を正確に計測することができる波浪計測装置を備えた浮体を提供することができる。
In the floating body provided with the wave measuring device corresponding to claim 15, the wave measuring device according to any one of claims 1 to 14 is mounted on the floating body.
According to the fifteenth aspect of the present invention, it is possible to provide a floating body including a wave measuring device that can accurately measure waves.
本発明の波浪計測装置によれば、補正値として用いる液面検出手段の運動を、その近傍に一つのモジュールとして構成して配置した運動計測手段で直接計測することによって精度よく計測できるので、波浪を正確に計測することができる。これに対して、従来のように浮体の運動を計測してその結果により液面検出手段の検出値を補正する場合は、浮体運動の計測手段の位置と液面検出手段の位置から生じる誤差や波浪により浮体に生じるひずみの影響を受けることなどにより、波浪の計測精度が大幅に劣る。また、モジュール化することで装置の設置や保守が容易となる。 According to the wave measuring apparatus of the present invention, the movement of the liquid level detecting means used as the correction value can be accurately measured by directly measuring with the movement measuring means arranged and arranged as one module in the vicinity thereof. Can be measured accurately. On the other hand, when measuring the movement of the floating body and correcting the detection value of the liquid level detection means based on the result as in the prior art, errors caused by the position of the measurement means and the position of the liquid level detection means The measurement accuracy of waves is greatly inferior due to the influence of strain generated on the floating body by waves. Moreover, installation and maintenance of the apparatus are facilitated by modularization.
また、波浪を計測する処理の前に、液面検出手段の検出結果を運動計測手段の計測結果によって浮体の動揺の影響を除去することにより補正をおこなった場合には、波浪を計測する処理の前に、浮体の動揺の影響が除去されて波浪を正確に計測することができる。 In addition, when the detection result of the liquid level detection means is corrected by removing the influence of the fluctuation of the floating body by the measurement result of the motion measurement means before the process of measuring the waves, the process of measuring the waves is performed. Before, the influence of shaking of the floating body is removed, and waves can be measured accurately.
また、補正結果を液面変動データとして時系列で記憶手段に記憶する場合には、補正結果を液面変動データとして時系列で記憶手段に記憶することにより、波浪の計測や解析に幅広く役立てることができる。 In addition, when the correction results are stored in the storage means in time series as liquid level fluctuation data, the correction results are stored in the storage means in time series as liquid level fluctuation data, which can be widely used for wave measurement and analysis. Can do.
また、波浪の計測は、時系列で記憶した液面変動データに基づいて波周期及び／又は方向波を演算して求めるものである場合には、時系列で記憶した液面変動データに基づいて波周期及び／又は方向波を演算して求めることにより、記憶した任意の時間の液面変動データに基づいて、より正確に波周期及び／又は方向波を求めることができる。そして波周期及び／又は方向波に基づいて波浪の到来を予測し、例えば浮体の危険回避に役立てることができる。 Further, in the case where the wave is measured by calculating the wave period and / or the directional wave based on the liquid level fluctuation data stored in time series, the wave measurement is based on the liquid level fluctuation data stored in time series. By calculating and obtaining the wave period and / or direction wave, the wave period and / or direction wave can be obtained more accurately based on the stored liquid level fluctuation data at an arbitrary time. The arrival of waves can be predicted based on the wave period and / or the directional wave, and can be used, for example, for avoiding the danger of floating bodies.
また、波周期及び／又は方向波を演算するに当り、浮体の速度及び浮体の方位に基づいて補正をおこなった場合には、浮体の速度及び浮体の方位に基づいて波周期及び／又は方向波の補正をおこなうことにより、真の波周期及び／又は真の方向波をより正確に求めることができ、例えば浮体の危険回避がより正確にできる。 In addition, when the wave period and / or direction wave is calculated and correction is made based on the floating body speed and the floating body direction, the wave period and / or direction wave is calculated based on the floating body speed and the floating body direction. By performing the above correction, the true wave period and / or the true directional wave can be obtained more accurately, and for example, the danger avoidance of the floating body can be more accurately avoided.
また、液面検出手段が、浮体の引き起こす波の影響を受けない浮体から所定の範囲離れた液面高さの変化を検出する場合には、例えば浮体が起こす航走波（ケルビン波）の影響を軽減し波浪をより正確に計測することができる。航走波は浮体の速度、大きさによらず浮体の前方（航走時の先端）から左右１９．５度ずつ開いた範囲に作られるため、この波より外側の波を計測することによって、液面高さの正確な変化を検出することができる。 In addition, when the liquid level detection means detects a change in the liquid level height away from the floating body that is not affected by the wave caused by the floating body, for example, the influence of the traveling wave (Kelvin wave) generated by the floating body Can be measured and waves can be measured more accurately. The traveling wave is created in a range that opens 19.5 degrees left and right from the front of the floating body (tip at the time of traveling) regardless of the speed and size of the floating body, so by measuring the waves outside this wave, An accurate change in the liquid level can be detected.
また、運動計測手段の計測結果に基づいて浮体の姿勢又は動揺を計測する場合には、例えば浮体が航走している場合には、航走時のトリム角、ヒール角、ローリング、ピッチング、及びヒーブ（上下揺）等の計測を行うことができる。また、浮体が航走していない場合（停泊中など）においても浮体のトリム角、ヒール角等の計測を行うことができる。これらの情報を得ることによって、計測結果を浮体の航走に利用することや、例えば荷崩れ対策やバランスの良い荷積み等を行い、浮体の危険回避を行うことに役立てることができる。 Further, when measuring the posture or sway of the floating body based on the measurement result of the motion measuring means, for example, when the floating body is sailing, the trim angle, heel angle, rolling, pitching, and Measurements such as heaves (up and down) can be performed. Further, even when the floating body is not running (during berthing or the like), the trim angle, heel angle, etc. of the floating body can be measured. By obtaining these pieces of information, it is possible to use the measurement results for floating body navigation, for example, to carry out countermeasures against load collapse, load with good balance, etc., and to avoid danger of floating bodies.
また、液面検出手段の計測結果に基づいて浮体の喫水を計測する場合には、停泊中など航走していない状態の浮体の喫水の変化、又は航走時の浮体の喫水の変化（ヒール角）を把握することによって、計測結果を浮体の停泊時や航走時の制御に利用することや、バランスの良い荷積み等を行うことに役立てることができる。 In addition, when measuring the draft of a floating body based on the measurement result of the liquid level detection means, a change in the draft of the floating body in a state where it is not cruising, such as a berth, By grasping the angle, the measurement result can be used for control when the floating body is anchored or sailing, and can be used for performing balanced loading.
また、液面検出手段の検出結果と運動計測手段の計測結果を処理して波浪を計測するコンピュータをモジュールに配置した場合には、コンピュータにより液面検出手段ごとに、液面検出手段の検出結果と運動計測手段の計測結果を処理して波浪を計測することができる。 In addition, when a computer that processes the detection result of the liquid level detection means and the measurement result of the motion measurement means and measures the waves is arranged in the module, the detection result of the liquid level detection means for each liquid level detection means by the computer Waves can be measured by processing the measurement results of the movement measuring means.
また、ネットワーク通信手段をモジュールに配置し、モジュールで得られた波浪を計測した計測結果をネットワーク通信手段により通信する場合には、ネットワーク通信手段を含めてモジュール化することで装置の設置や保守が一層容易となる。また、ネットワーク通信手段によって波浪の計測データをモジュールの外部に送信することができる。 In addition, when the network communication means is arranged in a module and the measurement results obtained by measuring the waves obtained by the module are communicated by the network communication means, the installation and maintenance of the apparatus can be performed by modularizing the network communication means. It becomes even easier. Further, the wave measurement data can be transmitted to the outside of the module by the network communication means.
また、ネットワーク通信手段による通信により、波浪を計測した計測結果をコンピュータ間で相互に交換した場合には、波浪の計測データをコンピュータ間で相互に交換して共有することにより、データの消失に備えてバックアップを作成することができる。 In addition, when the measurement results obtained by measuring waves are exchanged between computers by means of communication by means of network communication means, it is possible to prepare for data loss by exchanging and sharing wave measurement data between computers. Can create backups.
また、コンピュータが、ネットワーク通信手段の通信による他のモジュールの故障検出機能を具備し、故障したモジュールを除外および代替する処理を行い、波浪を計測する機能を維持する場合には、ネットワーク内の一部のモジュールが故障しても他の健全なモジュールによって波浪計測を継続することができる。したがって、故障に強い信頼性の高いシステムを構築することができる。 In addition, when the computer has a function of detecting a failure of another module by communication of the network communication means, performs a process of excluding and substituting the failed module, and maintains a function of measuring waves, one of the networks in the network is maintained. Wave measurement can be continued by another healthy module even if the module of the part fails. Therefore, a highly reliable system that is resistant to failure can be constructed.
また、液面検出手段として、マイクロ波を用いた場合には、超音波を用いた場合のように浮体の航走に伴い発生する気泡に影響されることなく、また光波を用いた場合のように海水への透過が大きく海面から反射しないことがなく、精度よく確実に液面高さの変化を検出することができる。 In addition, when microwave is used as the liquid level detection means, it is not affected by bubbles generated as a floating body travels, as in the case of using ultrasonic waves, and when light waves are used. In addition, a large change in the liquid surface height can be detected accurately and reliably without being transmitted through the seawater and not being reflected from the sea surface.
また、浮体の乗員又は乗客に波浪を計測した結果を表示する表示装置を具備する場合には、計測結果を乗員又は乗客に報せることができる。乗員又は乗客はその結果を基に、例えば危険回避行動などをとることができる。 Moreover, when the display apparatus which displays the result which measured the wave to the crew member or passenger of the floating body is provided, a measurement result can be reported to a crew member or a passenger. The occupant or passenger can take, for example, a risk avoidance action based on the result.
また、波浪を正確に計測することができる波浪計測装置を備えた浮体を提供することができる。 Moreover, the floating body provided with the wave measuring device which can measure a wave correctly can be provided.
以下に、本発明の実施形態による波浪計測装置および波浪計測装置を備えた浮体について説明する。 Below, the floating body provided with the wave measuring device and wave measuring device by embodiment of this invention is demonstrated.
図１は本発明の一実施形態による波浪計測装置を備えた浮体を示す概略側面図である。
図１では、浮体（船舶）１の右側面が見えている。
本実施形態による波浪計測装置は、船舶１周辺の液面（海面）高さの変化を検出する水位センサ（液面検出手段）１１を複数備える。水位センサ１１はホーンアンテナを用いたマイクロ波水位センサであり海面に向けてマイクロ波１６を照射する。超音波や光波（レーザ）を用いることも可能であるが、マイクロ波１６を用いることによって、超音波を用いた場合のように船舶１の航走に伴い発生する気泡に影響されることなく、また光波を用いた場合のように海水への透過が大きく海面から反射しないことがなく、精度よく確実に海面高さの変化を検出することができる。マイクロ波水位センサは、例えば移動体検知センサ等に用いられる２４ＧＨｚ帯のマイクロ波１６を用いて実現される。
FIG. 1 is a schematic side view showing a floating body provided with a wave measuring device according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the right side surface of the floating body (ship) 1 is visible.
The wave measuring apparatus according to the present embodiment includes a plurality of water level sensors (liquid level detecting means) 11 for detecting changes in the liquid level (sea level) around the ship 1. The water level sensor 11 is a microwave water level sensor using a horn antenna, and irradiates the microwave 16 toward the sea surface. Although it is possible to use ultrasonic waves and light waves (lasers), the use of the microwaves 16 does not affect the bubbles generated when the ship 1 travels as in the case of using ultrasonic waves. Further, unlike the case where a light wave is used, there is no large transmission to seawater and no reflection from the sea surface, and a change in sea level can be detected accurately and reliably. The microwave water level sensor is realized by using, for example, a microwave 16 in a 24 GHz band used for a moving body detection sensor or the like.
それぞれの水位センサ１１の近傍には運動計測手段１２（加速度計、ジャイロセンサ、又はこれらの組み合わせ）が配置され、水位センサ１１及び運動計測手段１２の近傍にはコンピュータ１３が配置されている。水位センサ１１と、運動計測手段１２と、コンピュータ１３と、ルーター等のネットワーク通信手段１４は、一つのモジュール１０として構成されている。モジュール化することで装置の設置や保守が容易となる。水位センサ１１は、照射したマイクロ波を受波するホーン１１’が下方に付いているため、運動計測手段１２は水位センサ１１の側面あるいは上面に固定して設けることが好ましく、水位センサ１１と一体化して構成することは更に好ましい。水位センサ１１と運動計測手段１２を極力、近接して設けることは、水位センサ１１の運動をより精密に計測し、より正確に波浪計測をする観点から好ましい。
なお、水位センサ１１は、ホーン１１’が波浪から受ける荷重の影響（ホーンが曲がる）を避ける場合やより小型化を狙う場合は、パッチアンテナを用いた水位センサとすることもできる。パッチアンテナは、直接に平面状の導体に給電するもので、ホーン１１’は使用しなくて済む。しかし、マイクロ波の送受信面は、パッチアンテナを用いた水位センサ１１であっても、ホーン１１’と同様に下方の一面が担当することになるため、運動計測手段１２の取り付けは、水位センサ１１の（パッチアンテナの）側面あるいは上面に固定して設けることが好ましいことに変わりはない。
モジュール１０は、船舶１の右側面に前後方向に所定の間隔をおいて二つ配置され、船舶１の左側面にも右側面と対称に二つ配置されている。ＰＣＣ（自動車運搬船）のように海面から乾舷までの高さがある場合には海水打ち込みの影響が小さいので、図１のように船体側面に取り付けることができるが、タンカーなど乾舷の低い船では海水打ち込みの影響を避けるために船体側面よりも上方に取り付けることが好ましい。
この合計四つのモジュール１０は、それぞれのネットワーク通信手段１４を介して接続することでネットワーク化されている。なお、モジュール１０間の通信は有線でも無線でもよい。それぞれの水位センサ１１をモジュール化してネットワーク通信手段１４を搭載することで、水位センサ１１（モジュール１０）の増設が容易となる。なお、モジュール１０の数は、波浪計測の目的によっても異なるが、海洋波を観測する場合は、複数個を組み合わせることが好ましい。また、船舶１の周辺の特定の点の波高や喫水だけの計測の場合は、モジュール１０の数を一つとしてもよい。
Motion measuring means 12 (accelerometer, gyro sensor, or a combination thereof) is disposed in the vicinity of each water level sensor 11, and a computer 13 is disposed in the vicinity of the water level sensor 11 and the motion measuring means 12. The water level sensor 11, the motion measuring means 12, the computer 13, and the network communication means 14 such as a router are configured as one module 10. Modularization facilitates installation and maintenance of the device. Since the water level sensor 11 has a horn 11 ′ for receiving the irradiated microwave, the movement measuring means 12 is preferably fixed to the side surface or the upper surface of the water level sensor 11 and integrated with the water level sensor 11. It is more preferable to configure it. Providing the water level sensor 11 and the motion measuring means 12 as close as possible is preferable from the viewpoint of measuring the motion of the water level sensor 11 more precisely and measuring waves more accurately.
The water level sensor 11 may be a water level sensor using a patch antenna when avoiding the influence of the load that the horn 11 ′ receives from the waves (the horn bends) or when aiming for further miniaturization. The patch antenna feeds power directly to a planar conductor, and the horn 11 'need not be used. However, even if the microwave transmission / reception surface is the water level sensor 11 using the patch antenna, the lower surface is in charge as in the case of the horn 11 ′. It is still preferable to fix it on the side surface or the upper surface of the (patch antenna).
Two modules 10 are arranged on the right side surface of the ship 1 at a predetermined interval in the front-rear direction, and two modules 10 are also arranged on the left side surface of the ship 1 symmetrically with the right side surface. When there is a height from the sea level to the freeboard like a PCC (car carrier), it can be attached to the side of the hull as shown in FIG. Then, in order to avoid the influence of seawater driving, it is preferable to attach it above the side of the hull.
A total of four modules 10 are networked by being connected through respective network communication means 14. The communication between the modules 10 may be wired or wireless. Since each water level sensor 11 is modularized and the network communication means 14 is mounted, the addition of the water level sensor 11 (module 10) becomes easy. Although the number of modules 10 varies depending on the purpose of wave measurement, it is preferable to combine a plurality of modules when observing ocean waves. Further, in the case of measuring only the wave height or draft of a specific point around the ship 1, the number of modules 10 may be one.
運動計測手段１２は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等の超小型６自由度の加速度計やジャイロであり、水位センサ１１の運動を計測する。
コンピュータ１３は、水位センサ１１の検出結果と運動計測手段１２の計測結果を処理して波浪を計測する。すなわちコンピュータ１３は、水位センサ１１が計測した海面高さの変化から、運動計測手段１２が計測した水位センサ１１の運動に基づいて船舶１の動揺（傾斜や回転運動）の影響を除去することで、正確な波浪を計測する。
このように水位センサ１１が計測した海面高さの変化から船舶１の動揺の影響を除去することで、波浪を正確に計測することができる。また、運動計測手段１２としてジャイロセンサと加速度計を組み合わせて用いることで、加速度計を用いる場合に必要な自動水平台などの水平保持装置が不要となる。また、補正値として用いる水位センサ１１の運動を、その近傍に配置した運動計測手段１２で直接計測することによって精度よく計測できるので、波浪を正確に計測することができる。これに対して、従来のように船舶１全体の変位を計測してその結果により水位センサ１１の検出値を補正する場合は、船舶１の運動を計測する計測手段の位置と水位センサ１１の位置とが離れていることから生じる誤差や波浪により船舶１に生ずる船体ひずみの影響を受けることなどにより、波浪の計測精度が劣る。例えば、船舶１の運動を計測する手段として加速度センサが、船体のピッチングやローリングの中心点近傍に設けられていたとすると、中心点近傍は揺れが少ないため、加速度センサとしての検出値は小さくなる。ところが、水位センサ１１は中心点を離れた位置に設けられているため加速度は大きく変位も大きい。従って、加速度センサと水位センサ１１が離れていては、正しい補正はできない。また、水位センサ１１と加速度センサの離れた設置に伴う誤差に加え、波浪によって船体に十数ミリのひずみが生じることもあり、誤差が大きくなり計測精度が悪くなってしまう。
この点について、以下に詳しく述べる。
（１）実船の航海機器として、通常、方位ジャイロは搭載されているが、縦揺れ、横揺れ計測用のバーチカルジャイロと上下動揺の加速度計等のセンサは標準搭載されていない。
（２）加速度を測る理由は、上下変位Ｚを直接計測することが困難なためであり、加速度αを２重積分して上下変位Ｚを求める。
（３）船舶１のピッチングとローリングの回転運動を考慮して、水位センサ１１の設置位置における上下変位を求める。
簡単のためピッチングのみを考えると下記式（１）となる。
ζw＝ζz＋（ｘp−ｘG）θ−Ｚ ・・・（１）
ここで、ζwは実際の波面の水面変動、ζzはヒービングの変位、θはピッチ角、（ｘp−ｘG）は重心（回転中心）から水位センサ１１までの距離である。この補正には重心位置から水位センサ１１の設置位置までの距離と方向が正確に分かっている必要がある。
全長２００メートルの典型的なばら積み船を想定した場合、重心位置から水位センサ１１の設置位置までの距離を５０メートルと仮定する。水位センサ１１の設置位置の精度が１／１０００の精度で出せたとしても、５センチメートルの誤差を生ずる。
この上に、船体のひずみの影響が加わる。仮にこれを１センチメートルと仮定すると、合計６センチメールの誤差を生ずる。さらにローリングの誤差や、重心位置と加速度センサの距離の誤差の集積を考慮すると、１０センチメートル程度の測定誤差を生じる可能性がある。また、重心位置はばら積み船などでは、貨物の積み付け状態により変化するために補正が大変であり、この誤差も考慮すると２０センチメートル程度の誤差に拡大するものと推定される。なお、設置位置を計測するに当って使用するレーザ距離計等の機器としての精度は高いが、船体内や船橋（ブリッジ）に設置された加速度センサと水位センサ１１の設置位置関係を積み上げて求めるに当っては、上記の１／１０００程度が限界である。
波浪計測の一例として、統計的な有義波高は、気象庁の以下のＵＲＬにも示される。
http://www.data.jma.go.jp/kaiyou/db/wave/stat/stat.php
ここでは、メートルの１／１００（センチメートル）までの数値を沿岸波浪計統計値として扱っている。このように、波浪計測においては１センチメートルまでの波高の精度が要求されるが、２０センチメートルもの測定誤差を生じていたのでは、正確な波浪計測とはほど遠いものとなる。
従って、単純に上記の測定誤差をセンチメートル以下にするには、水位センサ１１と加速度センサの設置位置の距離は、５０メートルの１／２０の２．５メートル以下にする必要があり、さらにミリメートルレベルの計測を行うには、さらに１／１０の２５センチ以下とすることが必要である。
水位センサ１１と運動計測手段１２を浮体に取り付けられる一つのモジュール１０として構成することにより、水位センサ１１と運動計測手段１２との距離を２．５メートル以下とすることは無論、２５センチメートル以下にすることも容易に可能となる。
また本実施形態の場合、コンピュータ１３が水位センサ１１及び運動計測手段１２の近傍に配置されているので、モジュール１０ごとに水位センサ１１の検出結果と運動計測手段１２の計測結果を処理して波浪を計測することができる。
The motion measuring means 12 is an ultra-compact 6-degree-of-freedom accelerometer or gyro such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and measures the motion of the water level sensor 11.
The computer 13 processes the detection result of the water level sensor 11 and the measurement result of the motion measuring means 12 to measure waves. That is, the computer 13 removes the influence of the fluctuation (tilt and rotational movement) of the ship 1 based on the movement of the water level sensor 11 measured by the movement measuring means 12 from the change in the sea level height measured by the water level sensor 11. Measure accurate waves.
In this way, the waves can be accurately measured by removing the influence of the shaking of the ship 1 from the change in the sea level height measured by the water level sensor 11. In addition, by using a combination of a gyro sensor and an accelerometer as the motion measuring means 12, a horizontal holding device such as an automatic horizontal base that is necessary when using the accelerometer is not required. Moreover, since the movement of the water level sensor 11 used as the correction value can be measured with high accuracy by directly measuring the movement with the movement measuring means 12 disposed in the vicinity thereof, the wave can be accurately measured. On the other hand, when measuring the displacement of the entire ship 1 and correcting the detection value of the water level sensor 11 based on the result, the position of the measuring means for measuring the movement of the ship 1 and the position of the water level sensor 11 are compared. The measurement accuracy of waves is inferior due to, for example, being affected by hull distortion generated in the ship 1 due to errors and waves caused by the distance between them. For example, if an acceleration sensor is provided as a means for measuring the movement of the ship 1 in the vicinity of the center point of the hull pitching or rolling, the detection value as the acceleration sensor is small because the vicinity of the center point is less shaken. However, since the water level sensor 11 is provided at a position away from the center point, the acceleration is large and the displacement is large. Therefore, correct correction cannot be performed if the acceleration sensor and the water level sensor 11 are separated. Further, in addition to the error associated with the installation of the water level sensor 11 and the acceleration sensor, the ship may be distorted by more than a dozen millimeters due to the waves, and the error increases and the measurement accuracy deteriorates.
This point will be described in detail below.
(1) As a navigation device for a real ship, a bearing gyro is usually mounted, but vertical gyro for measuring pitch and roll and sensors such as an accelerometer for vertical shaking are not mounted as standard.
(2) The reason for measuring the acceleration is that it is difficult to directly measure the vertical displacement Z, and the vertical displacement Z is obtained by double integration of the acceleration α.
(3) The vertical displacement at the installation position of the water level sensor 11 is determined in consideration of the pitching and rolling motions of the ship 1.
Considering only pitching for simplicity, the following equation (1) is obtained.
ζ w = ζ z + (x p −x G ) θ−Z (1)
Here, ζ w is the actual water surface fluctuation of the wave front, ζ z is the displacement of heaving, θ is the pitch angle, and (x p −x G ) is the distance from the center of gravity (rotation center) to the water level sensor 11. For this correction, the distance and direction from the position of the center of gravity to the installation position of the water level sensor 11 must be accurately known.
Assuming a typical bulk carrier with a total length of 200 meters, the distance from the center of gravity position to the installation position of the water level sensor 11 is assumed to be 50 meters. Even if the accuracy of the installation position of the water level sensor 11 can be obtained with an accuracy of 1/1000, an error of 5 centimeters occurs.
On top of this, the effect of hull strain is added. If this is assumed to be 1 centimeter, a total error of 6 centimeters is generated. Furthermore, if the error of rolling and the accumulation of errors between the center of gravity position and the acceleration sensor are taken into account, there is a possibility that a measurement error of about 10 centimeters may occur. In addition, since the position of the center of gravity changes depending on the cargo loading state in a bulk carrier, etc., correction is difficult, and it is estimated that this error increases to an error of about 20 centimeters. Although the accuracy as a device such as a laser distance meter used for measuring the installation position is high, it is obtained by accumulating the installation position relationship between the acceleration sensor and the water level sensor 11 installed in the hull or on the bridge. In this case, the above limit is about 1/1000.
As an example of wave measurement, the statistical significant wave height is also shown in the following URL of the Japan Meteorological Agency.
http://www.data.jma.go.jp/kaiyou/db/wave/stat/stat.php
Here, numerical values up to 1/100 (centimeter) of the meter are treated as coastal wave meter statistics. Thus, in wave measurement, the accuracy of the wave height up to 1 centimeter is required, but if a measurement error of 20 centimeters has occurred, it is far from accurate wave measurement.
Therefore, in order to simply reduce the above measurement error to centimeters or less, the distance between the water level sensor 11 and the acceleration sensor installation position needs to be less than 2.5 meters which is 1/20 of 50 meters, and millimeters. In order to measure the level, it is further required to be 1/10 of 25 cm or less.
Of course, by configuring the water level sensor 11 and the motion measuring means 12 as one module 10 attached to the floating body, the distance between the water level sensor 11 and the motion measuring means 12 is not more than 2.5 meters. It is also possible to make it easier.
In the case of the present embodiment, since the computer 13 is disposed in the vicinity of the water level sensor 11 and the motion measuring means 12, the detection result of the water level sensor 11 and the measurement result of the motion measuring means 12 are processed for each module 10 to generate waves. Can be measured.
また、コンピュータ１３は、複数の水位センサ１１で検出される海面高さの変化の時間的変化を解析することによって波向を計測する。このように水位センサ１１の検出結果の時間的変化を解析することで、波向を計測して波浪の発達予測を行うなど、例えば船舶１の危険回避に役立てることができる。
この船舶１の危険回避とは、具体的には次のようなものである。
複数の水位センサ１１で検出される海面高さを運動計測手段１２の計測結果により補正し、その時間的変化を蓄積して解析し、波向等の現在遭遇している波浪を計測する。一方、運動計測手段１２で計測される船体動揺データを時系列的に蓄積する。波浪の計測結果と船体動揺データに加え、風向と風速データ、及びＧＰＳ情報と船舶１の方位と船速情報を得る。そして、これら波浪計測の結果、船体動揺データ、風向と風速データ、ＧＰＳ情報と船舶１の方位と船速情報に基づき、例えば２時間後に船舶１が遭遇する波や船体運動を予測する。そして、波浪の発達方向を考慮して荒天における危険を回避する。
Further, the computer 13 measures the wave direction by analyzing the temporal change in the change in the sea level detected by the plurality of water level sensors 11. By analyzing the temporal change in the detection result of the water level sensor 11 in this way, it is possible to use for example for avoiding danger of the ship 1 such as measuring the wave direction and predicting the development of waves.
The danger avoidance of the ship 1 is specifically as follows.
The sea level height detected by the plurality of water level sensors 11 is corrected by the measurement result of the motion measuring means 12, and the temporal change is accumulated and analyzed to measure the waves that are currently encountered such as the wave direction. On the other hand, the ship motion data measured by the motion measuring means 12 is accumulated in time series. In addition to the wave measurement results and the hull motion data, wind direction and wind speed data, GPS information, direction of the ship 1 and ship speed information are obtained. As a result of these wave measurements, for example, a wave and a hull motion that the ship 1 encounters after 2 hours are predicted based on the ship motion data, the wind direction and wind speed data, the GPS information, the direction of the ship 1 and the ship speed information. And avoid the danger in stormy weather considering the development direction of waves.
波浪（波向を含む）を計測した結果（計測データ）は、モジュール１０ごとにコンピュータ１３のメモリ等の記憶部に記憶されるとともに、ネットワーク通信手段１４により送信され、ネットワークに接続されているコンピュータ１３間で相互に交換される。交換されたデータも各モジュール１０のコンピュータ１３の記憶部に記憶される。このようにネットワーク通信手段１４によって波浪の計測データをモジュール１０の外部に送信することができる。また、波浪の計測データをコンピュータ１３間で交換して共有することにより、データの消失に備えてバックアップを作成することができる。
なお、船橋（ブリッジ）等にコンピュータ１３を統括するメインコンピュータを備える場合には、波浪の計測データをメインコンピュータにも送信し、メインコンピュータの記憶部に記憶させてもよい。
A result (measurement data) obtained by measuring the waves (including the wave direction) is stored in a storage unit such as a memory of the computer 13 for each module 10, and is transmitted by the network communication means 14 and connected to the network. 13 are exchanged with each other. The exchanged data is also stored in the storage unit of the computer 13 of each module 10. In this way, wave measurement data can be transmitted to the outside of the module 10 by the network communication means 14. In addition, by exchanging wave measurement data between the computers 13 and sharing them, a backup can be created in preparation for data loss.
When a main computer that controls the computer 13 is provided on a bridge or the like, the wave measurement data may be transmitted to the main computer and stored in the storage unit of the main computer.
また、コンピュータ１３は、ネットワーク通信手段１４の通信による他のモジュール１０の故障検出機能を具備する。例えば、メインコンピュータ又は各モジュール１０が備える健全性確認部から定期的に他のモジュール１０に対して確認信号を送信したときの応答信号の有無や、あるいは波浪の計測データの交換が正常に完了したか否か等によって、ネットワーク内の複数のモジュール１０がすべて正常に動作しているか否かを判断する。
故障検出機能が、ネットワーク内の一部のモジュール１０に故障が発生したと判断した場合は、健全なモジュール１０のコンピュータ１３は、故障したモジュール１０を波浪計測から除外及び代替する処理を行い、健全なモジュール１０で波浪計測を継続する。
このようにモジュール１０の故障検出機能を具備し、いずれかのモジュール１０に故障が発生したことを検出した場合には、健全なモジュール１０で波浪を計測する機能を維持することで、ネットワーク内の一部のモジュール１０が故障しても他の健全なモジュールによって波浪計測を継続することができる。したがって、故障に強い信頼性の高いシステムを構築することができる。
In addition, the computer 13 has a failure detection function of another module 10 by communication of the network communication means 14. For example, the presence / absence of a response signal or the exchange of wave measurement data has been successfully completed when a confirmation signal is periodically transmitted to another module 10 from the soundness confirmation unit included in the main computer or each module 10 It is determined whether or not all of the plurality of modules 10 in the network are operating normally depending on whether or not.
When the failure detection function determines that a failure has occurred in some of the modules 10 in the network, the sound computer 13 of the sound module 10 performs processing to exclude and replace the failed module 10 from the wave measurement. Wave measurement is continued in the module 10.
As described above, the module 10 has a failure detection function, and when it detects that a failure has occurred in any of the modules 10, the function of measuring the waves in the sound module 10 is maintained. Even if some of the modules 10 fail, the wave measurement can be continued by another healthy module. Therefore, a highly reliable system that is resistant to failure can be constructed.
また、コンピュータ１３は、運動計測手段１２の計測結果に基づいて船舶１の姿勢又は動揺を計測する。つまり、運動計測手段１２が計測した水位センサ１１の運動（変位）から、船舶１の傾斜や回転運動を計測することができる。例えば船舶１が航走している場合には、航走時のトリム角、ヒール角、ローリング、ピッチング、及びヒーブ（上下揺）等の計測等を行うことができる。また、船舶１が停泊中の場合には船舶１のトリム角、ヒール角等の計測を行うことができる。これらの情報を得ることによって計測結果を船舶１の航走に利用することや、例えば荷崩れ対策やバランスの良い荷積み等を行い、船舶１の危険回避に役立てることができる。また、上述したような荒天における危険を回避することにも繋げられる。 Further, the computer 13 measures the attitude or sway of the ship 1 based on the measurement result of the motion measuring means 12. That is, it is possible to measure the inclination or rotational motion of the ship 1 from the motion (displacement) of the water level sensor 11 measured by the motion measuring means 12. For example, when the ship 1 is sailing, it is possible to perform measurements such as trim angle, heel angle, rolling, pitching, heave (up-and-down rocking), etc. during sailing. Further, when the ship 1 is anchored, the trim angle, the heel angle, etc. of the ship 1 can be measured. By obtaining these pieces of information, the measurement results can be used for the navigation of the ship 1, and for example, countermeasures for collapse of goods and balanced loading can be performed, which can be used for avoiding danger of the ship 1. Moreover, it is connected also to avoiding the danger in the stormy weather as mentioned above.
また、コンピュータ１３は、運動計測手段１２の計測結果に基づいて船舶１の喫水を計測する。つまり、運動計測手段１２が計測した水位センサ１１の運動（変位）から、船舶１の喫水を計測する。停泊中の船舶１の荷役による喫水の変化、又は航走時の船舶１の喫水の変化（ヒール角）を把握することによって、計測結果を船舶１の停泊時や航走時の制御に利用することや、バランスの良い荷積み等を行うことに役立てることができる。 Further, the computer 13 measures the draft of the ship 1 based on the measurement result of the motion measuring means 12. That is, the draft of the ship 1 is measured from the motion (displacement) of the water level sensor 11 measured by the motion measuring means 12. By grasping the change in draft due to cargo handling of the vessel 1 that is anchored or the change in the draft of the vessel 1 (heel angle) during sailing, the measurement results are used for control when the vessel 1 is anchored or sailing. And can be used for carrying out well-balanced loading.
また、船舶１は表示装置１５を備える。複数のモジュール１０による波浪計測結果は、ネットワーク通信手段１４を介して表示装置１５に送信され、表示装置１５に表示される。表示装置１５を例えば船橋に設置することで、乗員に波浪計測の結果を即時に報せることができる。乗員はその結果を船舶１の例えば危険回避に役立てることができる。
なお、表示装置１５を船室にも設置して乗客に波浪計測の結果を報せるようにしてもよい。この場合は、例えば波高が高いので甲板に出ることを禁止する旨等を併せて表示するなど、乗客に対して波浪計測の結果に基づく注意喚起を行うことができる。
In addition, the ship 1 includes a display device 15. Wave measurement results from the plurality of modules 10 are transmitted to the display device 15 via the network communication means 14 and displayed on the display device 15. By installing the display device 15 on, for example, a bridge, it is possible to immediately report the result of wave measurement to the occupant. The occupant can use the result for avoiding danger of the ship 1, for example.
Note that the display device 15 may also be installed in the cabin to report the wave measurement results to the passengers. In this case, for example, it is possible to alert the passenger based on the result of the wave measurement, such as displaying that the wave height is high and prohibiting the user from going out on the deck.
なお、コンピュータ１３は、水位センサ１１の検出結果の時間的変化を解析することによって波のパワースペクトルを計測することにより波浪の計測を行ってもよい。この場合は、波のパワースペクトルの０次モーメントから有義波高（統計処理した波の高さであり、目視での波の高さに近い）を求め、波のパワースペクトルの０次モーメントと２次モーメントから平均波周期を求める。
また、方向スペクトルを求めることで波の来訪方向が分かる。さらに、有義波高と平均波周期の時間的変化から波浪の発達予測を行うことができる。有義波高、平均波周期、波の来訪方向、発達予測に基づいて、例えば船舶１の危険回避に役立てることができる。
The computer 13 may measure the waves by measuring the power spectrum of the waves by analyzing the temporal change in the detection result of the water level sensor 11. In this case, a significant wave height (which is a statistically processed wave height and close to the wave height visually) is obtained from the 0th moment of the wave power spectrum, and the 0th moment and 2 of the wave power spectrum are obtained. Find the average wave period from the next moment.
In addition, the direction of wave arrival can be determined by obtaining the direction spectrum. Furthermore, the development of waves can be predicted from the temporal change of the significant wave height and the average wave period. Based on the significant wave height, the average wave period, the wave visit direction, and the development prediction, for example, it can be used for the danger avoidance of the ship 1.
上記のように船舶１は、複数のモジュール１０を用いて、航走時には波高、波周期、波向き、航走時のトリム角、ヒール角、ローリング、ピッチング、及びヒーブ（上下揺）等を計測し、停泊時には喫水、ヒール角、及びトリム角等の計測を行い、乗員等に対し、その情報を表示手段１５により報せることができる。また、計測結果を処理して有義波高、平均波周期、波の来訪方向、発達予測等を予測することができる。
したがって、船舶１は、計測結果や処理結果を乗員や乗客に知らせ、又は船舶１の制御に反映し、例えば危険海域を避けて航路を変更するなどの適切な危険回避行動をとることができる。また、計測結果や予測結果は海域の海象データの蓄積に役立てることもできる。
As described above, the ship 1 uses a plurality of modules 10 to measure the wave height, wave period, wave direction, trim angle, heel angle, rolling, pitching, heave (up and down), etc. At the time of berthing, it is possible to measure the draft, the heel angle, the trim angle, and the like, and report the information to the occupant and the like by the display means 15. In addition, the measurement result can be processed to predict the significant wave height, the average wave period, the wave arrival direction, the development prediction, and the like.
Accordingly, the ship 1 can notify the passengers and passengers of the measurement results and the processing results, or reflect them in the control of the ship 1, and can take appropriate risk avoidance actions such as changing the route while avoiding the dangerous sea area. In addition, measurement results and prediction results can be used to accumulate oceanographic data.
次に図２を用いて、本発明の他の実施形態による波浪計測装置および波浪計測装置を備えた浮体を説明する。
図２は本実施形態による波浪計測装置を備えた浮体を示す概略斜視図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
船舶１００は、タンカーであり、船橋に突出部（ブリッジウィング）１０１を有する。 四つの水位センサ１１のうち後方側の水位センサ１１Ａ、１１Ｂは、ブリッジウィング１０１に取り付けられている。ブリッジウィング１０１は船舶１００の船体側面よりも側方に突出しているため、水位センサ１１Ａ、１１Ｂは、船舶１００から所定の範囲離れた海面の高さの変化を検出することができる。また、ブリッジウィング１０１に水位センサ１１Ａ，１１Ｂを取り付けることで、海水打ち込みの影響を避けることができる。
ここで、「所定の範囲」とは、船舶１００の作る波の影響を受ける範囲である。例えば、船舶１００が起こす航走波（ケルビン波）は船の速度、大きさによらず船首前方から左右１９．５度ずつ開いた範囲にあるため、この波より外側の波を計測することによって、海面高さの正確な変化を検出することができる。また、航走波（ケルビン波）加えて、船体表面からの反射波や船体の運動による造波を総合的に考慮し所定の範囲を設定することもできる。この所定の範囲は、大きくは航走波（ケルビン波）に左右されるところ、船舶１の船首側では小さく、船尾に行くに従って大きくなる傾向にある。従って、船舶１への取付け位置にもよるが、船舶１の前方側の水位センサ１１Ｃ、１１Ｄの海面に対する照射角度は、後方側の水位センサ１１Ａ、１１Ｂの海面に対する照射角度よりも大きくなる。相対水位の計測に当っては、この照射角度に応じた補正を行う。
このように、前方側の水位センサ１１Ｃ、１１Ｄ及び後方側の水位センサ１１Ａ、１１Ｂの取付け角度はそれぞれの位置における航走波（ケルビン波）を避ける角度、すなわち船舶１００から所定の範囲離れた海面に向けて船体よりも外方向かつ斜め下方向に設定されている。したがってマイクロ波１６は水位センサ１１から海面に向けて斜め下方に照射される。後方側の水位センサ１１Ａ、１１Ｂはブリッジウィング１０１に設けられているため、航走波（ケルビン波）の幅が広がる後方においても後方側の水位センサ１１Ａ、１１Ｂの角度をそれ程大きくする必要が無くなり、戻るマイクロ波１６を低減することなく計測が可能となる。なお、マイクロ波１６を水位センサ１１から海面に向けて斜め下方に照射することは、波が船体に当って跳ね返る船体の反射波を避けることにも繋がる。
また、船舶１００の停泊中は航走波（ケルビン波）が発生しないので、停泊中の喫水の計測等においては、外方向に向けていた前方側の水位センサ１１Ｃ、１１Ｄの取付け角度を内方向に変更し、より船体に近い海面の高さの変化を検出する。後方側の水位センサ１１Ａ、１１Ｂについても同様に、停泊中の喫水の計測等においては、外方向に向けていた取付け角度を内方向に変更し、より船体に近い海面の高さの変化を検出する。このように停泊中は、水位センサ１１の取付け角度を内方向に変更し、水位センサ１１のほぼ真下の海面の高さの変化を検出するが、船体のフレアが無い部分に水位センサ１１を取り付ける場合や、船幅と同程度の長さのブリッジウィング１０１に水位センサ１１を取り付ける場合など、水位センサ１１の下方に計測の障害となる障害物があり真下の海面の高さの変化を検出することができない場合には、取付け角度を真下よりもやや外斜め方向とし、真下よりもやや船舶１００から離れた海面の高さの変化を検出する。
また、本実施形態において、運動計測手段１２は水位センサ１１の近傍に配置しているもののユニット化はしていないが、上記した実施形態と同様にユニット化してもよい。
Next, using FIG. 2, a wave measuring device and a floating body including the wave measuring device according to another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a floating body provided with the wave measuring apparatus according to the present embodiment. Note that members having the same functions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The ship 100 is a tanker and has a protrusion (bridge wing) 101 on the bridge. Of the four water level sensors 11, the rear water level sensors 11 </ b> A and 11 </ b> B are attached to the bridge wing 101. Since the bridge wing 101 protrudes to the side of the hull side surface of the ship 100, the water level sensors 11 </ b> A and 11 </ b> B can detect a change in the sea level height away from the ship 100 by a predetermined range. Further, by attaching the water level sensors 11A and 11B to the bridge wing 101, the influence of seawater driving can be avoided.
Here, the “predetermined range” is a range that is affected by the waves generated by the ship 100. For example, the traveling wave (Kelvin wave) generated by the ship 100 is in a range of 19.5 degrees left and right from the front of the bow regardless of the speed and size of the ship, so by measuring the waves outside this wave, Can detect an accurate change in sea level. Further, in addition to the traveling wave (Kelvin wave), a predetermined range can be set in consideration of a wave reflected by the hull surface and wave formation by the movement of the hull. This predetermined range largely depends on the traveling wave (Kelvin wave), but is small on the bow side of the ship 1 and tends to become larger toward the stern. Therefore, although depending on the mounting position on the ship 1, the irradiation angle of the water level sensors 11C, 11D on the front side of the ship 1 with respect to the sea level is larger than the irradiation angle of the water level sensors 11A, 11B on the rear side with respect to the sea level. In measuring the relative water level, correction according to the irradiation angle is performed.
As described above, the mounting angles of the water level sensors 11C and 11D on the front side and the water level sensors 11A and 11B on the rear side are angles to avoid the traveling waves (Kelvin waves) at the respective positions, that is, the sea level away from the ship 100 by a predetermined range. It is set outward and obliquely downward from the hull. Therefore, the microwave 16 is irradiated obliquely downward from the water level sensor 11 toward the sea surface. Since the water level sensors 11A and 11B on the rear side are provided on the bridge wing 101, it is not necessary to increase the angle of the water level sensors 11A and 11B on the rear side so much even when the width of the traveling wave (Kelvin wave) is widened. Measurement can be performed without reducing the returning microwave 16. Note that irradiating the microwave 16 obliquely downward from the water level sensor 11 toward the sea surface also leads to avoiding a reflected wave of the hull that bounces off the hull.
Further, since the traveling wave (Kelvin wave) is not generated while the ship 100 is anchored, in the measurement of the draft while anchored, the mounting angle of the water level sensors 11C and 11D on the front side facing outward is set inward. Change to, and detect the sea level change closer to the hull. Similarly, for the water level sensors 11A and 11B on the rear side, in the measurement of the draft during berthing, the mounting angle that was directed outward is changed to the inward direction, and a change in the sea level closer to the hull is detected. To do. As described above, during berthing, the mounting angle of the water level sensor 11 is changed inward, and a change in the sea level almost directly below the water level sensor 11 is detected, but the water level sensor 11 is attached to a portion of the hull where there is no flare. For example, when the water level sensor 11 is attached to the bridge wing 101 having the same length as the ship width, there is an obstacle to the measurement below the water level sensor 11, and the change in the height of the sea level just below is detected. If this is not possible, the mounting angle is set to be slightly obliquely outward from directly below, and a change in the height of the sea surface slightly away from the vessel 100 is detected.
Moreover, in this embodiment, although the motion measurement means 12 is arrange | positioned in the vicinity of the water level sensor 11, it is not unitized, However, You may unitize similarly to above-described embodiment.
次に図３を用いて、モジュール１０等の各機器の接続について説明する。
図３は、本発明の波浪計測装置における各機器の接続を示す図である。図３に示す各機器の接続は、図１を用いて説明した実施形態の波浪計測装置と、図２を用いて説明した実施形態の波浪計測装置の、どちらにも適用することができる。
船舶１が備える四つのモジュール１０は、それぞれ水位センサ１１、運動計測手段１２、コンピュータ１３、及びネットワーク通信手段１４を有し、ネットワーク通信手段１４を介して有線の船内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）２０に接続している。また、コンピュータ１３は、波浪を計測した結果を記憶するメモリ等の記憶部１７を有する。
なお、船内ＬＡＮ２０には無線ＬＡＮを使用することもできるが、通信の信頼性を確保する観点から、有線ＬＡＮを使用することが好ましい。
また、各モジュール１０へは、船内ＬＡＮ２０を通じて電力供給が行われる。なお、電力供給については、船内ＬＡＮ２０を使用しない、各種の方法が採用できる。
Next, the connection of each device such as the module 10 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the connection of each device in the wave measuring apparatus of the present invention. The connection of each device shown in FIG. 3 can be applied to both the wave measuring apparatus according to the embodiment described with reference to FIG. 1 and the wave measuring apparatus according to the embodiment described with reference to FIG.
The four modules 10 included in the ship 1 each have a water level sensor 11, a motion measuring means 12, a computer 13, and a network communication means 14, and are connected to a wired inboard LAN (Local Area Network) 20 via the network communication means 14. Connected. In addition, the computer 13 includes a storage unit 17 such as a memory for storing the result of measuring the waves.
A wireless LAN can be used as the inboard LAN 20, but a wired LAN is preferably used from the viewpoint of ensuring communication reliability.
In addition, power is supplied to each module 10 through the inboard LAN 20. For power supply, various methods that do not use the inboard LAN 20 can be employed.
船舶１の船橋（ブリッジ）には、表示装置１５、中央制御装置３０、及び設定手段４０が設けられている。
中央制御装置３０は、メインコンピュータ３１及びネットワーク通信手段３２を有する。中央制御装置３０は、ネットワーク通信手段３２を介して船内ＬＡＮ２０に接続している。
各モジュール１０が計測した船舶１の航走時の波高、波周期、波向、トリム角、ヒール角、ローリング、ピッチング、及びヒーブ（上下揺）等の計測結果（計測データ）や、停泊時の喫水、ヒール角、及びトリム角等の計測結果（計測データ）は、それぞれの記憶部１７に記憶されるとともに、中央制御装置３０に送信される。送信された計測結果（計測データ）は中央制御装置３０のメインコンピュータ３１で処理され、その処理結果は、メインコンピュータ３１のメモリ等の記憶部３３に記憶されるとともに、表示手段１５に表示される。
また、メインコンピュータ３１は、計測結果（計測データ）を処理して、有義波高、平均波周期、波の来訪方向、発達予測等を予測する。すなわち、波のパワースペクトルの０次モーメントから有義波高を求め、波のパワースペクトルの０次モーメントと２次モーメントから平均波周期を求め、方向スペクトルを求めることで波の来訪方向を予測し、有義波高と平均波周期の時間的変化から波浪の発達を予測する。
The bridge of the ship 1 is provided with a display device 15, a central control device 30, and setting means 40.
The central controller 30 includes a main computer 31 and network communication means 32. The central control device 30 is connected to the inboard LAN 20 via the network communication means 32.
Measurement results (measurement data) such as wave height, wave period, wave direction, trim angle, heel angle, rolling, pitching, and heave (up and down) of the ship 1 measured by each module 10 Measurement results (measurement data) such as draft, heel angle, and trim angle are stored in the respective storage units 17 and transmitted to the central controller 30. The transmitted measurement results (measurement data) are processed by the main computer 31 of the central controller 30, and the processing results are stored in the storage unit 33 such as a memory of the main computer 31 and displayed on the display unit 15. .
Further, the main computer 31 processes the measurement result (measurement data) to predict a significant wave height, an average wave period, a wave arrival direction, a development prediction, and the like. That is, the significant wave height is obtained from the 0th moment of the wave power spectrum, the average wave period is obtained from the 0th moment and the second moment of the wave power spectrum, and the direction of the wave is predicted by obtaining the direction spectrum, Wave development is predicted from the temporal change of the significant wave height and average wave period.
設定手段４０は、波浪計測装置全体の起動又は停止の設定や、波浪計測装置の航走時、停泊時の計測内容の設定、切替えの設定等を行う。設定手段４０の設定内容は中央制御装置３０に送信され、中央制御装置３０は、受信した設定内容に従って各モジュール１０を制御、統制する。 The setting means 40 performs setting of starting or stopping of the entire wave measuring device, setting of measurement contents when the wave measuring device is running or at rest, setting of switching, and the like. The setting content of the setting means 40 is transmitted to the central control device 30, and the central control device 30 controls and controls each module 10 according to the received setting content.
なお、波高等の計測結果（計測データ）の処理や、計測結果（計測データ）を処理して行う有義波高等の予測は、各モジュール１０と中央制御装置３０で任意に分担して行うことができる。
また、各モジュール１０にはコンピュータ１３を設けず、計測結果（計測データ）は中央制御装置３０で処理するようにすることもできる。
また、中央制御装置３０を設けず、各モジュール１０で分担して計測結果（計測データ）の処理を行うこともできる。
It should be noted that processing of measurement results (measurement data) such as wave heights and prediction of significant wave heights performed by processing measurement results (measurement data) are arbitrarily shared by each module 10 and the central controller 30. Can do.
In addition, the computer 13 is not provided in each module 10, and the measurement result (measurement data) can be processed by the central controller 30.
Further, the central control device 30 is not provided, and the measurement results (measurement data) can be processed by the modules 10 in a shared manner.
次に、図４から図６を用いて波浪計測の方法について詳細に説明する。
図４及び図５は、本発明のさらに他の実施形態による波浪計測装置における波浪計測フロー図であり、図６は、同波浪計測装置における信号処理例を示す図である。
図４に有義波高及び波周期を推定するフロー図を示し、図５に方向波スペクトルを推定するフロー図を示す。
図６は、図６（Ａ）に加速度の２回積分値を示し、図６（Ｂ）にハイパスフィルターによるドリフトの除去を示す。
なお、図４から図６における実施の形態においては、モジュール１０を３つ用いた例を示しているが、モジュール１０を４つ用いた図１又は図２における実施形態の波浪計測装置に対しても適用可能である。
図４を用いて有義波高及び波周期を求めるフローについて説明する。
ステップ１（Ｓ１）において、相対水位を求める。これは、水位センサ１１で検出した水位の変化を時系列データとして求める。
ステップ２（Ｓ２）において、運動補正をする。これは、ステップ１（Ｓ１）で求めた水位の時系列データを、運動計測手段１２で計測した水位センサ１１の運動の時系列データをもって補正する。運動動補正をこの段階でおこなう必要性は、時間にずれがあると波形の位相ずれの影響で正確に補正ができなくなるため、水位のデータを運動のデータに基づいて瞬時に補正する。すなわち、波浪を計測する処理の前に、船舶１の動揺の影響を除去する補正をおこなうことにより、以降で波浪を正確に計測できる。
なお、運動計測手段１２で計測したデータをもって補正するに当っては、注意すべき点がある。例えば、運動計測手段１２で計測した加速度から、補正のために変位に変換するに当っては、２重積分から変位を求める際に、誤差の累積から変位の波形が図６（Ａ）に示すようにドリフトしてしまう。このドリフトの影響の対策に当っては、図６（Ｂ）に結果を示すように、ハイパスフィルターを通して除去することが有効である。
ステップ３（Ｓ３）において、ステップ１（Ｓ１）の相対水位をステップ２（Ｓ２）で運動補正した結果を水位変動時系列データとしてメモリ（図示せず）に蓄積する。
ステップ４（Ｓ４）において、ステップ３（Ｓ３）の水位変動時系列データを用いて、有義波高及び見掛けの波周期を演算する。ここでは、波別（統計）解析法とスペクトル解析法の両方を用いて別々に有義波高及び見掛けの波周期を演算する。波別（統計）解析法は、波の１つひとつを解析する方法であり、スペクトル解析法は、不規則波の頻度分布がレイリー分布であることを仮定した方法であり、仮定が正しければ両者はほぼ一致する。これが一致しないと、その後の解析の前提が崩れるため、念のために両者の解析結果が一致することを確かめる。仮定が間違っていないと判断される場合は、両方を用いることは必須でなく、波別（統計）解析法あるいはスペクトル解析法のどちらか一方であってもよい。
ステップ５（Ｓ５）において、後で述べる真の方向波スペクトルの演算結果を準備する。
また、ステップ６（Ｓ６）においては、ＧＰＳから取得した船舶１の位置情報や時間情報を、ＧＰＳを基に演算した船速Ｖｓ、またコンパスやジャイロから求め処理した船首方位Ψを取得し準備する。
３つの水位センサ１１、３つの運動検出手段１２、また船速Ｖｓ、船首方位Ψは、全て時間軸を揃えた検出、計測、処理が必要なため、時間軸を揃えるに当って、ＧＰＳの時間情報を利用することができる。
ステップ７（Ｓ７）において、真の波周期を演算する。この真の波周期の演算に当っては、ステップ４（Ｓ４）の有義波高及び見掛けの波周期の演算結果、ステップ５（Ｓ５）の真の方向波スペクトルの演算結果、ステップ６の船速Ｖｓ、船首方位Ψの演算結果を用いて、真の波周期を演算する。なお、「真の」とは、船がないことを仮定した場合の海洋波の波周期という意味である。
ステップ８（Ｓ８）において、ステップ７（Ｓ７）で求めた、真の波周期の演算結果や、途中のステップで得られた各種のデータ、また結果からさらに演算したデータや条件等をデータベースに貯える。また、このステップ８（Ｓ８）においては、Ａで示される後で説明する方向波スペクトルの推定結果も一緒にデータベースとして蓄積される。これらは、例えば、対地船速、船首方位、有義波高、平均波周期、主波向、波スペクトル、方向波スペクトル等である。ステップ８（Ｓ８）においてデータベースに蓄積されたデータは、必要に応じて画面に表示することや他に転送することが可能である。
Next, the wave measurement method will be described in detail with reference to FIGS.
4 and 5 are wave measurement flow charts in the wave measuring apparatus according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating an example of signal processing in the wave measuring apparatus.
FIG. 4 shows a flow diagram for estimating the significant wave height and wave period, and FIG. 5 shows a flow diagram for estimating the directional wave spectrum.
FIG. 6A shows the twice integrated value of acceleration in FIG. 6A, and FIG. 6B shows the removal of drift by the high-pass filter.
In the embodiment in FIGS. 4 to 6, an example using three modules 10 is shown, but the wave measuring apparatus of the embodiment in FIG. 1 or FIG. 2 using four modules 10 is used. Is also applicable.
A flow for obtaining a significant wave height and a wave period will be described with reference to FIG.
In step 1 (S1), the relative water level is obtained. This obtains the change in the water level detected by the water level sensor 11 as time series data.
In step 2 (S2), motion correction is performed. This corrects the time series data of the water level obtained in step 1 (S1) with the time series data of the movement of the water level sensor 11 measured by the movement measuring means 12. The necessity of performing motion motion correction at this stage is that, if there is a time lag, it cannot be accurately corrected due to the effect of the phase shift of the waveform, so the water level data is instantaneously corrected based on the motion data. That is, the wave can be accurately measured thereafter by performing correction for removing the influence of the fluctuation of the ship 1 before the process of measuring the wave.
Note that there are points to be noted when correcting with the data measured by the motion measuring means 12. For example, when converting the acceleration measured by the motion measuring means 12 into a displacement for correction, the displacement waveform is shown in FIG. Will drift. In countermeasures against the influence of this drift, it is effective to remove through a high-pass filter as shown in FIG. 6B.
In step 3 (S3), the result of motion correction of the relative water level in step 1 (S1) in step 2 (S2) is stored in a memory (not shown) as water level fluctuation time series data.
In step 4 (S4), the significant wave height and the apparent wave period are calculated using the water level fluctuation time-series data in step 3 (S3). Here, the significant wave height and the apparent wave period are separately calculated using both the wave-specific (statistical) analysis method and the spectrum analysis method. The wave analysis (statistical) analysis method is a method for analyzing each wave, and the spectrum analysis method is a method that assumes that the frequency distribution of irregular waves is a Rayleigh distribution. Are almost identical. If this does not match, the assumptions of the subsequent analysis will be lost, so make sure that both analysis results match. When it is determined that the assumption is not wrong, it is not essential to use both, and either the wave-specific (statistical) analysis method or the spectrum analysis method may be used.
In step 5 (S5), a calculation result of a true directional wave spectrum described later is prepared.
In Step 6 (S6), the ship speed Vs calculated based on the GPS and the ship heading Ψ obtained and processed from the compass and gyro are obtained and prepared. .
The three water level sensors 11, the three motion detection means 12, the ship speed Vs, and the heading azimuth Ψ all need to be detected, measured, and processed with the same time axis. Information can be used.
In step 7 (S7), the true wave period is calculated. In the calculation of the true wave period, the calculation result of the significant wave height and the apparent wave period in step 4 (S4), the calculation result of the true directional wave spectrum in step 5 (S5), the ship speed in step 6 The true wave period is calculated using the calculation results of Vs and heading Ψ. “True” means the wave period of the ocean wave when it is assumed that there is no ship.
In step 8 (S8), the calculation result of the true wave period obtained in step 7 (S7), various data obtained in the intermediate step, and data and conditions further calculated from the result are stored in the database. . In step 8 (S8), the estimation result of the directional wave spectrum indicated by A and described later is also stored as a database. These are, for example, ground speed, heading, significant wave height, average wave period, main wave direction, wave spectrum, directional wave spectrum, and the like. The data stored in the database in step 8 (S8) can be displayed on the screen or transferred to others as necessary.
次に図５を用いて方向波スペクトルを推定するフローについて説明する。
図４と同じ内容は、同一符号を用いて表現し、詳しい説明を割愛する。
ステップ９において、ステップ３（Ｓ３）で得られた３つのモジュールの系統の水位変動時系列データを用いて、それぞれ２つを組み合わせクロススペクトルを求める。このクロススペクトルは、ある周波数において２つの信号の周波数成分同士の相関と両者の成分の大きさを比較するものである。
ステップ１０（Ｓ１０）において、波向きの演算と方向波スペクトルの演算を行う。この場合の演算結果は、船舶１の船体固定座標とした場合の演算結果である。
ステップ１１（Ｓ１１）において、先のステップ６（Ｓ６）において準備した内から船速Ｖｓを除いた、ＧＰＳ情報、船首方位Ψを準備する。
そして、ステップ１２（Ｓ１２）において、ステップ１０（Ｓ１０）の方向波スペクトル演算結果をステップ１１（Ｓ１１）で準備したＧＰＳ情報、船首方位Ψを用いて補正して真の方向波スペクトル演算結果を得る。この真の方向波スペクトル演算結果は、ステップ５（Ｓ５）の真の方向波スペクトル演算結果としても利用される。
また、ステップ１２（Ｓ１２）においては、船首方位Ψを使った方向波スペクトルの修正、方向スペクトルから主波向き、平均波周期の演算も行われる。
これら方向波スペクトルの推定結果や途中のステップで得られた各種のデータは、Ａで示されるルートで先の図４のＡに繋がって、そのまま、あるいは更に処理した結果としてデータベースに蓄積される。
方向波を求めるために、３点以上の波高計測点で計測した波スペクトルは、例えば実運
航船へ搭載した波高系アレイと異なり全て同一の値であり、補正の必要はない。
波浪の計測に当り、波浪のスペクトル密度関数は、波周期と波向きの関数になるため、真の波周期と真の波向きを求めることは、より正確な波浪計測を行うために重要である。
なお、海面検出手段が、船舶１の引き起こす波の影響を受けない浮体から所定の範囲離れた海面の高さの変化を検出する点については、別な視点から船舶１の引き起こす波の影響をうける範囲で計測することも可能である。これは、船舶１が前進することによって発生する波紋（ケルビン波）、船体表面からの波の反射（もっとも簡単な表現としては直立壁で反射係数１とし、直立壁に対する波の入射角の関数として表現しておく）、運動による造波（各運動モードによる造波の周波数特性）をデータベース化（数値計算または実験により）して、この影響を補正する。全ての関係について線形重ね合わせが成り立つとして差し引き、船が存在しない場合の海洋波を導き出すことも可能である。
Next, a flow for estimating a directional wave spectrum will be described with reference to FIG.
The same content as FIG. 4 is expressed using the same reference numerals, and detailed description is omitted.
In step 9, using the water level fluctuation time series data of the system of three modules obtained in step 3 (S3), the two are combined to obtain a cross spectrum. This cross spectrum compares the correlation between the frequency components of two signals at a certain frequency and the magnitude of both components.
In step 10 (S10), a wave direction calculation and a direction wave spectrum calculation are performed. The calculation result in this case is a calculation result in the case where the hull fixed coordinates of the ship 1 are used.
In step 11 (S11), the GPS information and the heading Ψ are prepared by removing the boat speed Vs from the one prepared in the previous step 6 (S6).
In step 12 (S12), the directional wave spectrum calculation result in step 10 (S10) is corrected using the GPS information prepared in step 11 (S11) and the bow azimuth Ψ to obtain a true directional wave spectrum calculation result. . This true directional wave spectrum calculation result is also used as the true directional wave spectrum calculation result in step 5 (S5).
In step 12 (S12), correction of the direction wave spectrum using the heading azimuth Ψ and calculation of the direction of the main wave and the average wave period from the direction spectrum are also performed.
These directional wave spectrum estimation results and various data obtained in the middle steps are connected to A in FIG. 4 through the route indicated by A and stored in the database as they are or as a result of further processing.
In order to obtain a directional wave, the wave spectra measured at three or more wave height measurement points are all the same value, unlike a wave height array mounted on an actual ship, for example, and need not be corrected.
In measuring waves, the spectral density function of waves is a function of wave period and direction, so finding the true wave period and true direction is important for more accurate wave measurement. .
In addition, about the point which a sea level detection means detects the change of the height of the sea level away from the floating body which is not influenced by the wave which the ship 1 causes, it receives the influence of the wave which the ship 1 causes from another viewpoint. It is also possible to measure in a range. This is because of the ripples (Kelvin waves) generated by the vessel 1 moving forward, and the reflection of waves from the hull surface (the simplest expression is a reflection coefficient of 1 for upright walls, and as a function of the angle of incidence of the waves on the upright walls) This is corrected by making a database (by numerical calculation or experiment) of wave formation by motion (frequency characteristics of wave formation by each motion mode). It is possible to subtract that all the relations are linearly superposed, and to derive ocean waves in the absence of a ship.
本発明の波浪計測装置は波浪を精度よく計測できるため、船舶や海洋構造物等の浮体に搭載することによって、正確に波浪を計測することや波浪変化に対処して浮体の安全を維持することができる。また、大型の実海域水槽等で浮体の模型を用いて波浪を計測することにも適用でき、水に各種の調整剤等を混ぜた液体を使用した水槽における波浪計測にも適用できる。 Since the wave measuring device of the present invention can accurately measure waves, by mounting on a floating body such as a ship or an offshore structure, it is possible to accurately measure waves and cope with wave changes to maintain the safety of the floating body. Can do. Moreover, it is applicable also to measuring a wave using a floating body model in a large actual sea area water tank etc., and can also be applied to the wave measurement in the water tank using the liquid which mixed various adjustment agents etc. in water.
１ 船舶
１０ モジュール
１１ 水位センサ（液面検出手段）
１２ 運動計測手段
１３ コンピュータ
１４ ネットワーク通信手段
１５ 表示装置
１６ マイクロ波
1 ship 10 module 11 water level sensor (liquid level detection means)
12 motion measurement means 13 computer 14 network communication means 15 display device 16 microwave
Claims (15)
The floating body provided with the wave measuring device characterized by mounting the wave measuring device according to any one of claims 1 to 14 on a floating body.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015139100 | 2015-07-10 | ||
| JP2015139100 | 2015-07-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017021029A true JP2017021029A (en) | 2017-01-26 |
| JP6867666B2 JP6867666B2 (en) | 2021-05-12 |
Family
ID=57889436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016136919A Active JP6867666B2 (en) | 2015-07-10 | 2016-07-11 | Floating body with wave measuring device and wave measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6867666B2 (en) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108413944A (en) * | 2018-03-19 | 2018-08-17 | 厦门瀛寰电子科技有限公司 | A kind of wave measurement system and measurement method based on boat-carrying |
| JP2018131016A (en) * | 2017-02-14 | 2018-08-23 | 三菱重工業株式会社 | Control device, boat carrying device and driving method of carrier |
| CN108750001A (en) * | 2018-06-22 | 2018-11-06 | 上海船舶运输科学研究所 | Wave Integrated Measurement System when ship's navigation |
| KR101921448B1 (en) * | 2018-04-16 | 2018-11-22 | 한국해양과학기술원 | Estimation system and method of encounter regular waves and vertical motions of a free-running model ship by measuring relative wave heights around the hull |
| JP2019067198A (en) * | 2017-10-02 | 2019-04-25 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | Navigation planning method and navigation planning system |
| KR20200024094A (en) | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 가부시키가이샤 큐메이 | Gm calculation system, method and program thereof, and shear wave period prediction system, method and program thereof |
| JP2020079762A (en) * | 2018-11-14 | 2020-05-28 | 五洋建設株式会社 | Wave height calculation method |
| JP2020131819A (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-31 | 株式会社救命 | System, method and program for transversal wave cycle prediction |
| NO20191269A1 (en) * | 2019-10-24 | 2021-04-26 | Odfjell Drilling As | Floating mobile offshore drilling unit and method of controlling a process automation system |
| JP6948554B1 (en) * | 2021-01-28 | 2021-10-13 | 株式会社ステップ・ケイ・スリー | Draft surface detection method for ships and draft control system |
| WO2022014602A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | 株式会社宇津木計器 | Wave measuring device |
| CN114674524A (en) * | 2022-03-03 | 2022-06-28 | 深圳市朗诚科技股份有限公司 | Wave spectrum measuring method, wave measuring device and computer readable storage medium |
-
2016
- 2016-07-11 JP JP2016136919A patent/JP6867666B2/en active Active
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018131016A (en) * | 2017-02-14 | 2018-08-23 | 三菱重工業株式会社 | Control device, boat carrying device and driving method of carrier |
| JP2019067198A (en) * | 2017-10-02 | 2019-04-25 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | Navigation planning method and navigation planning system |
| CN108413944A (en) * | 2018-03-19 | 2018-08-17 | 厦门瀛寰电子科技有限公司 | A kind of wave measurement system and measurement method based on boat-carrying |
| KR101921448B1 (en) * | 2018-04-16 | 2018-11-22 | 한국해양과학기술원 | Estimation system and method of encounter regular waves and vertical motions of a free-running model ship by measuring relative wave heights around the hull |
| CN108750001B (en) * | 2018-06-22 | 2023-08-15 | 上海船舶运输科学研究所 | Comprehensive wave measurement system for ship navigation |
| CN108750001A (en) * | 2018-06-22 | 2018-11-06 | 上海船舶运输科学研究所 | Wave Integrated Measurement System when ship's navigation |
| KR20200024094A (en) | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 가부시키가이샤 큐메이 | Gm calculation system, method and program thereof, and shear wave period prediction system, method and program thereof |
| JP2020079762A (en) * | 2018-11-14 | 2020-05-28 | 五洋建設株式会社 | Wave height calculation method |
| JP2020131819A (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-31 | 株式会社救命 | System, method and program for transversal wave cycle prediction |
| NO20191269A1 (en) * | 2019-10-24 | 2021-04-26 | Odfjell Drilling As | Floating mobile offshore drilling unit and method of controlling a process automation system |
| WO2022014602A1 (en) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | 株式会社宇津木計器 | Wave measuring device |
| JP6948554B1 (en) * | 2021-01-28 | 2021-10-13 | 株式会社ステップ・ケイ・スリー | Draft surface detection method for ships and draft control system |
| CN114674524A (en) * | 2022-03-03 | 2022-06-28 | 深圳市朗诚科技股份有限公司 | Wave spectrum measuring method, wave measuring device and computer readable storage medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6867666B2 (en) | 2021-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6867666B2 (en) | Floating body with wave measuring device and wave measuring device | |
| JP5175095B2 (en) | Contour scanner and mooring robot and method including the same | |
| JP6507437B2 (en) | Ship auxiliary docking method and system | |
| US8195395B2 (en) | System for monitoring, determining, and reporting directional spectra of ocean surface waves in near real-time from a moored buoy | |
| JP5581718B2 (en) | Position calibration method for underwater vehicle | |
| RU2483280C1 (en) | Navigation system | |
| WO2014066645A1 (en) | Predictive sea state mapping for ship motion control | |
| KR101736577B1 (en) | Apparatus and method for vessel monitoring | |
| JP6778924B2 (en) | Wave measuring device, wave measurement information transmission system, and floating body | |
| US9217752B2 (en) | Method and system for measuring motions | |
| JP7023494B2 (en) | Wave observation notification system | |
| JP2004338580A (en) | Individual wave prediction/alarm system | |
| KR100981990B1 (en) | A safety management equipment by the location and the trace deduction of coast vessel using microwave buoy and method thereof | |
| KR101861065B1 (en) | Ship's safe navigation support system by wave prediction for safe ship navigation | |
| KR20130005819A (en) | System for monitoring of launching barge with shipbuilding on the ground road-out and method thereof | |
| EP3112877A1 (en) | Surface current estimation device, surface current estimation system, ocean model estimation device, and risk determination device | |
| KR102078911B1 (en) | HILS-based helideck motion compensating apparatus and method | |
| CN109901197B (en) | Ship navigation environment information acquisition and redundancy control system based on shipborne GNSS-R | |
| JP5566168B2 (en) | GNSS receiver, navigation device, signal processing device, GNSS speed correction program, and GNSS speed correction method | |
| KR101644514B1 (en) | Apparatus and method for transferring fluid | |
| WO2012164159A1 (en) | Method, system and device for providing information about a navigable passage | |
| Reichert et al. | X-Band radar derived sea surface elevation maps as input to ship motion forecasting | |
| US11486989B2 (en) | Speed sensor calibration systems and methods | |
| US20150241557A1 (en) | Ship Radar Apparatus and Method of Measuring Velocity | |
| WO2017047326A1 (en) | Data processing device for calculating ship attitude, sensor unit for calculating ship attitude, sensor system for calculating ship attitude, and ship sensor system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190704 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200722 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200901 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20201030 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201228 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210316 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210402 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6867666 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |