JP2018004529A - Buoy type wave height measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に海上工事等の施工現場における波高を計測するブイ式波高計測装置に関する。 The present invention relates to a buoy-type wave height measuring device for measuring a wave height mainly at a construction site such as offshore construction.
港湾内等の海上の施工現場においては、安全性の観点から作業時における波高基準が設定されることがあり、その場合には、作業海域における実際の波高を把握する必要が生じる。 In the construction site on the sea such as in a harbor, the wave height standard at the time of work may be set from the viewpoint of safety, and in that case, it is necessary to grasp the actual wave height in the working sea area.
この場合、大規模な港湾等では、国土交通省港湾局等の公共機関や民間企業から波高に関する観測データが提供されており、これを活用することにより、作業海域の波高を把握することが可能である。 In this case, for large ports, observation data on wave heights is provided by public organizations such as the Port Bureau of the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, and private companies, and it is possible to grasp the wave heights in the working sea area by using this data. It is.
しかしながら、実際の施工現場は、提供される波高の観測データの観測点から離れている場合が多く、観測データが実際の施工現場付近における波高を示しているとは言い難かった。 However, the actual construction site is often far from the observation point of the provided wave height observation data, and it is difficult to say that the observation data indicates the wave height near the actual construction site.
そこで、従来では、施工現場に波高計を設置し、実際の波高を計測するようにしており、波高計としては、海底設置式、空中放射式、ブイ式の波高計等がある。 Therefore, conventionally, a wave height meter is installed at the construction site to measure the actual wave height. Examples of the wave height meter include a seafloor installation type, aerial radiation type, and a buoy type wave height meter.
しかしながら、海底設置式の波高計は、海底に設置した超音波センサや水圧センサ等の計測器を用いて水面変動を捉えるものであり、潜水士によって計測器を海底に設置する必要があるため設置作業が容易でなく、特に水深50m以上の大水深域においては設置が困難であるという問題があった。 However, the seafloor-type wave height meter uses a measuring instrument such as an ultrasonic sensor or a water pressure sensor installed on the seabed to detect fluctuations in the water surface, and it is necessary to install a measuring instrument on the seabed by a diver. There is a problem that the operation is not easy, and the installation is difficult particularly in a deep water region having a depth of 50 m or more.
また、この海底設置式波高計では、リアルタイムにデータを取得する場合、無線によるデータ伝達が困難なため、海底の計測器と海上の中継用ブイや作業船上の装置とがケーブルで接続されている必要があるという問題があった。 Also, in this submarine wave height meter, when data is acquired in real time, it is difficult to transmit data wirelessly, so a submarine measuring instrument is connected to a marine relay buoy or a device on a work ship with a cable. There was a problem that it was necessary.
空中放射式波高計は、海上構造物等に設置した装置より海面に向かって垂直方向に超音波を放射し、その反射から水面変動を捉えるものであり、この方式の波高計を作業船に用いる場合、作業船の揺動によって超音波の放射角度及び超音波を送受信する装置の位置が変動するため、その変動を考慮して計測値を補正する必要が生じ、その算出が複雑であるという問題があった。 The aerial radiation wave height meter emits ultrasonic waves in the vertical direction toward the sea surface from devices installed on offshore structures, etc., and captures fluctuations in the water surface from its reflection. This type of wave height meter is used for work ships. In this case, the oscillation angle of the ultrasonic wave and the position of the device that transmits and receives the ultrasonic wave fluctuate due to the swinging of the work ship, so that the measurement value needs to be corrected in consideration of the fluctuation, and the calculation is complicated was there.
一方、ブイ式波高計は、計測器を内蔵したブイを海面に浮かべ、水面変動に追随するブイの上下方向変位を計測するものであり、計測が比較的容易であり、軽量なブイであれば人力による設置が可能である。 On the other hand, a buoy wave height meter floats a buoy with a built-in measuring instrument on the sea surface, and measures the vertical displacement of the buoy that follows the fluctuation of the water surface. Installation by human power is possible.
ブイ式波高計には、例えば、水面変動に追随するブイの上下方向加速度を加速度センサで計測し、その加速度を時間で2回積分することにより水面の上下方向変位を算出するようにしたもの等が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 In the buoy type wave height meter, for example, the vertical acceleration of the buoy following the fluctuation of the water surface is measured by an acceleration sensor, and the vertical displacement of the water surface is calculated by integrating the acceleration twice over time. Is known (see, for example, Patent Document 1).
また、ブイ式計測計には、波、風、潮流の影響を考慮し、計測器をブイ本体にジンバル機構を介して設置したものも知られている。 A buoy-type measuring instrument is also known in which a measuring instrument is installed on a buoy body via a gimbal mechanism in consideration of the influence of waves, winds, and tidal currents.
しかしながら、上述の如き従来のブイ式波高計では、ブイが軽量であると波、風、潮流の影響を受けて漂流するため、観測を希望する水域に留まることができず、施工現場等における波高計測に向かないという問題があった。 However, in the conventional buoy wave height meter as described above, if the buoy is light, it drifts under the influence of waves, winds, and tidal currents, so it cannot stay in the water area where observation is desired. There was a problem that it was not suitable for measurement.
また、ブイ式波高計では、図5(a)に示すように、軽量のブイ2を係留索3によって監視船等の船舶1や水底に設置したシンカー4に係留した場合、漂流しようとするブイ2に対し波力以外に係留索3を介して外力が作用すると、ブイ2が計測部ごと傾斜するとともに、ブイ2の水位変動に追随する動作が規制されてしまうため、正確な波高を計測ることができないおそれがある。
Further, in the buoy type wave height meter, as shown in FIG. 5 (a), when the
一方、ブイを高波浪によっても流されないようにするには、ブイを大型化し重量を増す必要があるため、人力による設置作業が困難であるという問題があり、また、ブイの大型化に伴い係留索及び係留用アンカーの重量も相対的に増加するため、それらの設置作業が困難であることから汎用性に欠けるという問題があった。 On the other hand, in order to prevent the buoy from being swept away by high waves, it is necessary to increase the size of the buoy and increase its weight, so there is a problem that installation work by manpower is difficult. Since the weights of the rope and the mooring anchor also increase relatively, there is a problem that they are not versatile because their installation work is difficult.
また、このようなブイ式波高計では、ブイの重量が増加すると、ブイの運動特性がゆっくりした水面変動にしか追随できないものとなってしまい、水面変動の速い工事現場等における波高計測に適さないという問題もあった。 In addition, in such a buoy type wave height meter, if the weight of the buoy increases, the buoy's motion characteristics can only follow the slow fluctuation of the water surface, which is not suitable for wave height measurement at construction sites where the water surface fluctuation is fast. There was also a problem.
さらに、海上では、様々な方向から波、風及び潮流の影響を受けるため、ジンバル機構では、3軸方向の追随性がそれぞれ支持軸の拘束を受けるため、正確に計測器の水平性を確保することが困難であるという問題があった。 Furthermore, since the gimbal mechanism is affected by waves, winds, and tidal currents from various directions at sea, the followability in the three-axis directions is restricted by the support shafts, so the leveling of the measuring instrument is ensured accurately. There was a problem that it was difficult.
そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、計測に用いるブイを容易に設置でき、水面変動の速い工事現場等において正確な波高計測が可能なブイ式波高計測装置の提供を目的としてなされたものである。 Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention aims to provide a buoy-type wave height measuring device capable of easily installing a buoy used for measurement and capable of accurately measuring a wave height at a construction site where water surface fluctuation is fast. It was made.
上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、水面を浮遊するブイの上下変位に基づいて波高を計測するブイ式波高計測装置において、前記ブイは、下部に重心を有する球状の計測用浮体と、該計測用浮体の上下変位を計測又は算出可能な変位計測手段と、前記計測用浮体を相対移動自在に収容する外殻体と、前記外殻体と前記計測用浮体との間に介在される流体とを備えたブイ式波高計測装置にある。
The feature of the invention described in
請求項2に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、前記外殻体には、係留索の一端が連結される係留部材を備えていることにある。
A feature of the invention described in
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2の構成に加え、前記変位計測手段は、前記計測用浮体の3軸方向の加速度を計測可能な加速度センサと、前記計測用浮体の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えていることにある。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the displacement measuring means includes an acceleration sensor capable of measuring an acceleration in the three-axis direction of the measurement floating body, and positional information of the measurement floating body. And a position measuring device capable of acquiring
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか1の構成に加え、前記変位計測手段は、前記計測用浮体に内蔵された加速度センサと、該加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記計測用浮体の上下変位を算出する演算部とを備え、前記加速度センサと前記演算部とが無線通信できるようにしていることにある。 According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to third aspects, the displacement measuring means includes an acceleration sensor built in the measurement floating body, and an acceleration measured by the acceleration sensor. And a calculation unit that calculates the vertical displacement of the measurement floating body, so that the acceleration sensor and the calculation unit can perform wireless communication.
本発明に係るブイ式波高計測装置は、上述したように、水面を浮遊するブイの上下変位に基づいて波高を計測するブイ式波高計測装置において、前記ブイは、下部に重心を有する球状の計測用浮体と、該計測用浮体の上下変位を計測又は算出可能な変位計測手段と、前記計測用浮体を相対移動自在に収容する外殻体と、前記外殻体と前記計測用浮体との間に介在される流体とを備えたことにより、計測用浮体が外殻体に作用する外力に影響されずに常に安定した姿勢を保つことができ、正確に波高を計測することができる。また、外殻体に計測用浮体が拘束されていないため、波、風、潮流の影響を受けにくく全方位で対応することができる。 As described above, the buoy wave height measuring device according to the present invention is a buoy wave height measuring device that measures the wave height based on the vertical displacement of the buoy floating on the water surface. A floating body, a displacement measuring means capable of measuring or calculating the vertical displacement of the measuring floating body, an outer shell body that accommodates the measuring floating body in a relatively movable manner, and between the outer shell body and the measuring floating body Since the measurement floating body is always unaffected by the external force acting on the outer shell body, a stable posture can be maintained and the wave height can be accurately measured. In addition, since the measurement floating body is not constrained by the outer shell body, it is less affected by waves, winds, and tidal currents, and can be handled in all directions.
また、本発明において、前記外殻体には、係留索の一端が連結される係留部材を備えていることにより、ブイを所望の水域に留めることができ、工事現場等の波高計測に対応することができる。 Further, in the present invention, the outer shell body includes a mooring member to which one end of the mooring line is connected, so that the buoy can be held in a desired water area, which corresponds to wave height measurement at a construction site or the like. be able to.
更に、本発明において、前記変位計測手段は、前記計測用浮体の3軸方向の加速度を計測可能な加速度センサと、前記計測用浮体の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えていることにより、波高計測に併せてブイの位置座標を計測することができる。 Furthermore, in the present invention, the displacement measuring means includes an acceleration sensor capable of measuring the acceleration in the three-axis direction of the measurement floating body, and a position measuring device capable of acquiring position information of the measurement floating body. Thus, the position coordinates of the buoy can be measured together with the wave height measurement.
更にまた、本発明において、前記変位計測手段は、前記計測用浮体に内蔵された加速度センサと、該加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記計測用浮体の上下変位を算出する演算部とを備え、前記加速度センサと前記演算部とが無線通信できるようにしていることにより、ブイを小型軽量化することができるとともに、水深に依存せずに波高を計測することができる。 Furthermore, in the present invention, the displacement measuring means includes an acceleration sensor built in the measurement floating body, and an arithmetic unit that calculates the vertical displacement of the measurement floating body based on the acceleration measured by the acceleration sensor. The acceleration sensor and the calculation unit can be wirelessly communicated, whereby the buoy can be reduced in size and weight, and the wave height can be measured without depending on the water depth.
次に、本発明に係るブイ式波高計測装置の実施態様を図1〜図3に示した実施例に基づいて説明する。尚、上述の従来例と同様の構成には同一符号を付して説明し、符号1は監視船等の船舶、符号3は係留索、符号20は波高計測装置を構成するブイである。
Next, an embodiment of the buoy-type wave height measuring device according to the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the structure similar to the above-mentioned conventional example, the code |
このブイ式波高計測装置は、水面に浮かべたブイ20を備え、ブイ20を用いて所望の水域の波高を計測するようになっている。
This buoy-type wave height measuring device includes a
ブイ20は、図2に示すように、球体状の計測用浮体12と、計測用浮体12を相対移動自在に収容する外殻体21と、計測用浮体12と外殻体21との間に介在される流体21とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
計測用浮体12は、軽量且つ電波が透過可能な材質によって構成され、底部に配置された錘15と、錘15の上に配置された載置台16とを備え、載置台16上に変位計測手段を構成する加速度センサ等からなるセンサ部13aが設置されている。
The
この計測用浮体12は、錘15によって重心が安定し、流体22上に浮かんだ状態でほぼ回転しないようになっている。
The
センサ部13aは、計測用浮体12の3軸方向の加速度をそれぞれ計測可能な加速度センサと、計測用浮体12の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えている。
The
加速度センサは、計測した計測用浮体12の3軸方向の加速度を無線で船舶1上のコンピュータ等の演算部13bに送信し、演算部13bが時間による二回積分によって計測用浮体12の各方向の変位をほぼリアルタイムで算出するようになっている。
The acceleration sensor wirelessly transmits the measured acceleration in the three-axis direction of the
位置計測器は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)機器を使用し、計測用浮体12(ブイ20)の正確な位置座標を無線により演算部13bに送信できるようになっている。
The position measuring device uses, for example, a GNSS (Global Navigation Satellite System) device, and can transmit the accurate position coordinates of the measurement floating body 12 (buoy 20) to the
尚、変位計測手段は、ブイ11が水面に露出し、監視船等の船舶1との間で無線通信が可能であることから、計測用浮体12に内蔵されるセンサ部13aと、コンピュータ等からなる演算部13bとに分けて構成でき、計測用浮体12に内蔵する部分を最小限にすることで計測用浮体12を人力によって持ち運び可能な大きさ及び重量にすることができる。
The displacement measuring means is such that the buoy 11 is exposed on the water surface and wireless communication is possible with the
外殻体21は、遮水性及び電波が透過可能な部材によって中空球状に形成され、その内径は、計測用浮体12の外径よりも大きく形成されている。尚、外殻体21の形状は、中空球状に限定されず、内部に計測用浮体12が移動自在に収容可能であればよく、例えば、中空多面体状であってもよい。
The
この外殻体21は、球体又は多面体を半割にした形状の上半部21aと下半部21bとにより構成され、上半部21aと下半部21bとが互いに着脱可能に連結されている。
The
上半部21aと下半部21bとの連結手段は、例えば、開口縁部にそれぞれ雄ねじ部23と雌ねじ部24を備え、互いにねじ込むことにより止水された状態で嵌合するようになっている。
The connecting means between the
一方、上半部21aは、頂部に流体22を注入可能な注入口25を備え、外殻体21内に計測用浮体12を収容した状態で注入口25より流体22を注入することにより、外殻体21と計測用浮体12との間に流体22が介在され、計測用浮体12が流体22上に浮いた状態で外殻体21内に収容されるようになっている。尚、図中符号26は、注入口25を開閉可能に閉鎖するキャップである。
On the other hand, the
また、上半部21aの外側面には、フック状の係留部材27が突設され、この係留部材27に係留索3の一端を連結することにより、ブイ20を係留できるようになっている。
A hook-
流体22には、主に水又は油等を使用し、その量は、計測用浮体12が流体22上に浮上し、かつ計測用浮体12の頂部が外郭体21の内壁に接しない程度とし、流体22の種類と量とを調整することによって、ブイ20全体の喫水を調節できるようになっている。
The fluid 22 is mainly water or oil, and the amount thereof is such that the
このように構成されたブイ式波高計測装置では、図1に示すように、ブイ20が流体22を介在させた二重構造になっているため、内部の計測用浮体12は、外殻体21に作用する外力によって拘束されず、外殻体21が傾斜しても常に水平性が確保されるため、波高の算出に必要な鉛直方向の加速度を容易に抽出でき、容易に波高を算出することができる。
In the buoy-type wave height measuring apparatus configured as described above, as shown in FIG. 1, the
また、このブイ式波高計測装置では、外殻体21に対して計測用浮体12が拘束されていないため、計測用浮体12は、ブイ20に作用する波、風、潮流の影響を受けにくく、全方位で対応することができる。
Moreover, in this buoy type wave height measuring apparatus, since the
また、このブイ式波高計測装置では、ブイを監視船等の船舶1に係留することによりブイ20を所望の水域に留め、その水域の波高を測定することができる。
Moreover, in this buoy-type wave height measuring apparatus, the
また、計測用浮体12に内蔵されたセンサ部13aによって計測された計測データは、無線によって船舶1に送信できるので略リアルタイムに波高を計測することができる。
Moreover, since the measurement data measured by the
尚、上述の実施例では、船舶1にブイ20を係留させた例について説明したが、対象物は船舶1に限定されず、図3に示すように、係留索3の一端を水底部に設置したシンカー4に連結し、水底部に係留させるようにしてもよく、岸壁等の地上構造物に係留させてもよい。また、このブイ式波高計測装置では、ブイ20を漂流させた状態で計測するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、上述の実施例では、変位計測手段として加速度センサを用いた例について説明したが、変位計測手段はこれに限定されず、例えば、GNSS機器のみで構成してもよい。 In the above-described embodiment, an example in which an acceleration sensor is used as the displacement measuring unit has been described. However, the displacement measuring unit is not limited to this, and may be configured by only a GNSS device, for example.
1 船舶(監視船)
3 係留索
12 計測用浮体
13a センサ部
13b 演算部
15 錘
16 載置台
20 ブイ
21 外殻体
22 流体
23 雄ねじ部
24 雌ねじ部
25 注入口
26 キャップ
27 係留部材
1 Vessel (Monitoring Vessel)
3
Claims (4)
前記ブイは、下部に重心を有する球状の計測用浮体と、該計測用浮体の上下変位を計測又は算出可能な変位計測手段と、前記計測用浮体を相対移動自在に収容する外殻体と、前記外殻体と前記計測用浮体との間に介在される流体とを備えたことを特徴とするブイ式波高計測装置。 In a buoy-type wave height measurement device that measures the wave height based on the vertical displacement of a buoy floating on the water surface,
The buoy includes a spherical measurement floating body having a center of gravity at a lower portion, a displacement measurement unit capable of measuring or calculating a vertical displacement of the measurement floating body, an outer shell body that accommodates the measurement floating body in a relatively movable manner, A buoy-type wave height measuring device comprising a fluid interposed between the outer shell and the measurement floating body.
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