JP2020076737A - 自体浮力型弾性波探査モジュールを含む弾性波探査装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自体浮力型弾性波探査モジュールを含む弾性波探査装置及びその方法を提供する。【解決手段】 船舶の後尾で曳航される弾性波発生部と、前記弾性波発生部の後尾で曳航され、海底面から反射する弾性波を受信する自体浮力型弾性波探査モジュールと、を含み、前記自体浮力型弾性波探査モジュールは、海水面の下に浸るように位置し、海底面から反射された弾性波を受振する受振ユニットと、前記受振ユニットと連結部を介して結合され、前記受振ユニットを海水面の下に浸るようにする浮力を提供する浮力ユニットと、を含み、前記受振ユニットは、内部に水を収容する空間を有する受振筐体と、前記受振筐体に形成され、外部の水が流出入される流出入口と、前記受振筐体の下部に設置される少なくとも一つ以上の受振器と、を含み、前記浮力ユニットは、内部に浮力体を収容する空間を有する浮力筐体と、前記浮力筐体の側面に形成される連結棒挿入口と、を含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、沿岸の浅海域でも安定的に３次元探査を行うことができる自体浮力型弾性波探査モジュールを含む弾性波探査システムに関する。

最近、沿岸海域における海上風力団地、海洋橋脚の建設などのような経済産業活動が増加するにつれ、沿岸海域の高品質な海洋地盤情報の必要性が次第に高まっている。

一般的に、海洋地盤情報は弾性波探査を介して行われる。弾性波探査は、船舶に音源ユニットと受振ユニットを設置して行われる。つまり、船舶の航海中に音源ユニットから弾性波を発生し、発生された弾性波が海底から反射されて受振器に到達し、受振した信号を分析して海洋地盤情報を取得する。

弾性波探査システムを利用した探査は、２次元探査と３次元探査に区分される。
２次元探査は、船舶の航海方向に少なくとも一つ以上の受振器が配置された一本のストリーマを利用して行われる。

それとは異なって、３次元探査は数本のストリーマを利用して行われる。特に、３次元探査は２次元探査より更に複雑な構造も映像化できる長所があるが、多くの装備を引き揚げる必要があるため、大型船舶でのみ主に行われていた。

しかし、大型船舶を利用する探査は、沿岸の浅海域では非常に制限的である。つまり、大型物理探査船の場合、６〜７ｍに達する喫水及びエアガーン、ストリーマなどの装備の運用を考慮すると、最小２０ｍを超過する水深でのみ正常的な３次元探査が可能である。つまり、水深２０ｍ程度の浅海域でも３次元探査を行うことができるように、小型船舶でも利用可能な弾性波システムが必要である。

但し、非特許文献１では、小型船舶にストリーマを設置して河川と海岸で３次元弾性波探査を行ったが、潮流が発生する海岸地域では探査過程でストリーマの間の間隔が一定ではなく、精密な３次元弾性波立体映像を得るのに失敗していた。

このような問題を解決するために、特許文献１では、受振器の位置が固定されたブロック型フレームを利用する装置を提供した。しかし、前記探査装置はフレームからなる受振ブロック部の上部に浮力ボード部を設置して受振ブロック部が海水面の下部に浸るようにする浮力を提供したが、このような構造の探査装置は重心が高く、海水面でのローリング（Ｒｏｌｌｉｎｇ）現象、つまり、左右に揺れる現象に脆弱な問題がある。

一方、特許文献２も、浮力受振ボードの間の相対位置が一定になるようにする構造を含む小型船舶用の固定用弾性波探査装置を提供している。しかし、前記探査装置も受振箱体を強化プラスチックで製造しているだけであり、依然として重心が高くて、海水面におけるローリング現象に脆弱な問題がある。

韓国登録特許第１０−１６０５４０６号公報 韓国登録特許第１０−１５９１７５３号公報

ＶＨＲ Ｍａｒｉｎｅ ３Ｄ Ｓｅｉｓｍｉｃｓ ｆｏｒ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｗａｔｅｒ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ；Ｓｏｍｅ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｇｕｉｅｄｌｉｎｅｓ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ ２００５、Ｔｉｎｅ Ｍｉｓｓｉａｅｎ）

本発明は上述した問題点を解決するためのものであって、海水面でのローリング現象に強健で、探査の安定性を確保できる構造を有する自体浮力型弾性波探査モジュール及びそれを含む弾性波探査システムを提供しようとする。

一方、本発明の明示されていない他の目的は、下記詳細な説明及びその他の効果から容易に推論し得る範囲内で追加的に考慮されるはずである。

前記一目的を達成するための本発明の一実施例による自体浮力型弾性波探査装置は、船舶の後尾で曳航される弾性波発生部と、前記弾性波発生部の後尾で曳航され、海底面から反射する弾性波を受信する自体浮力型弾性波探査モジュールと、を含み、前記自体浮力型弾性波探査モジュールは、海水面の下に浸るように位置し、海底面から反射された弾性波を受振する受振ユニットと、前記受振ユニットと連結部を介して結合され、前記受振ユニットを海水面の下に浸るようにする浮力を提供する浮力ユニットと、を含み、前記受振ユニットは、内部に水を収容する空間を有する受振筐体と、前記受振筐体に形成され、外部の水が流出入される流出入口と、前記受振筐体の下部に設置される少なくとも一つ以上の受振器と、を含み、前記浮力ユニットは、内部に浮力体を収容する空間を有する浮力筐体と、前記浮力筐体の側面に形成される連結棒挿入口と、を含むことを特徴とする。

一例において、前記連結部は前記受振筐体と前記浮力筐体から外側に突出した板状であることを特徴とする。

一例において、前記受振筐体の下部には、内側に突出して内側方向に直径が小さくなる円錐台状の受振器設置具を更に含むことを特徴とする。この際、前記受振器設置具の一端部に設置される受振器ケース、及び受振器蓋を更に含み、前記受振器ケースの内側下部には前記受振器が外側に離脱することを防止する離脱防止段差が形成され、前記受振器蓋には上部に受振器露出孔が形成され、前記受振器ケースとねじ結合されて結合する際、前記受振器ケース内に設置された前記受振器を加圧固定することを特徴とする。

一例において、前記受振器は、船頭から船尾方向に一列に複数個配置されることを特徴とする。

一例において、前記連結棒挿入口に連結棒を挿入することで、船舶の進行方向の垂直方向に自体浮力型弾性波探査モジュールまたは補助浮力モジュールを連結して追加拡張することを特徴とする。このとき、前記自体浮力型弾性波探査モジュールを連結棒を介して複数個に拡張した場合において、複数の前記自体浮力型弾性波モジュールのうち一つまたは２つの自体浮力型弾性波探査モジュールにのみＧＰＳを設置することで、複数の前記自体浮力型弾性波探査モジュールそれぞれの位置情報を獲得することを特徴とする。

前記一目的を達成するための本発明の他の実施例による弾性波探査方法は、上述した弾性波探査装置を設けるステップと、前記弾性波発生部と前記弾性波探査モジュールを船舶に連結して海水面に浮かべるステップと、所定時間の間に前記受振ユニットの流出入口を介して水を詰めるステップと、を含む弾性波探査装置設置ステップと、船舶を進行させて弾性波発生部と弾性波探査モジュールを曳航し、弾性波発生部から弾性波を海底面に発生させ、海底面から反射された３次元弾性波を弾性波探査モジュールで受信する弾性波送受信ステップと、受信された弾性波を信号処理して海洋地盤情報を獲得する弾性波分析ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の一実施例による自体浮力型弾性波探査モジュールは、受振ユニットの内側に水が流出入されるように構成し、探査が行われる間に受振ユニットの内側に流入された水によって弾性波探査モジュールの重心が低くなるようにすることで、海水面におけるローリング現象に対して強健性を確保することができる。

また、受振ユニットの内側に流入されるため、受振ユニットの内側に設置された受振器全体が水中で安定化され、音波の伝達率が増加する。

一方、弾性波探査モジュールの移動及び設置過程では、受振ユニットの内側が空き空間であるため、より容易に移動及び設置が可能な長所がある。

一方、ここで明示的に言及されていない効果であっても、本発明の技術的特徴によって期待される以下の明細書に記載された効果及びその暫定的な効果は、本発明の明細書に記載されているように取り扱われることを付言する。

本発明の一実施例による自体浮力型弾性波探査モジュールを含む弾性波探査装置の概略的な模式図であり、８チャネル受信システムを構築したものである。 本発明の一例の弾性波探査モジュールの概略的な斜視図である。 本発明の一例の弾性波探査モジュールの概略的な分解斜視図である。 本発明の一例の受振器が設置された部分の概略的拡大断面図である。 本発明の他の例の弾性波探査方法の概略的なフロチャートである。

添付した図面は本発明の技術思想に関する理解のために参照として例示されることを明らかにし、本発明の権利範囲はそれによって制限されない。

本発明を説明するに当たって、関連する公知機能に関して本分野の技術者に自明な事項であって、本発明の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

一方、浅海域は自然地理学的には水深が略１３０〜２００ｍ程度の大陸棚以内の浅い海を意味するが、分野によっては異なるように定義されることもある。よって、本発明では浅海域を辞書的定義ではなく、探査船の運用及び弾性波音源の特性に関する概念として定義しようとし、弾性波探査に大型船舶を活用することができない水深２〜２０ｍの海域を浅海域と定義する。

図１は、本発明の一実施例による自体浮力型弾性波探査モジュール１００を含む弾性波探査装置の概略的な模式図であり、８チャネル受信システムを構築したものである。

図1を参照すると、本発明の一実施例によると、弾性波探査装置は、船舶１の後尾で曳航される弾性波発生部２と、弾性波発生部２の後尾で曳航される自体浮力型弾性波探査モジュール１００を含む。

船舶１や弾性波発生部２には、弾性波探査装置の基準位置を提供するための基準ＧＰＳが設置される。特に、弾性波発生部２に設置された基準ＧＰＳは、海底地形に対する弾性波探査を行う間に、弾性発生部２の位置情報を獲得して弾性波分析に利用する。

弾性波発生部２は、海底地形のような海洋地盤情報を収得するための弾性波を発生するように構成される。例えば、弾性波発生部２は、エアガーン、ブーマー（Ｂｏｏｍｅｒ）、スパーカー（Ｓｐａｒｋｅｒ）、ＳＢＰ（Ｓｕｂ−Ｂｏｔｔｏｍ Ｐｒｏｆｉｌｅｒｓ）、またはチャープ（Ｃｈｉｒｐ）信号発生器などを利用して弾性波を発生する役割をする。

弾性波発生部２から発生された弾性波は、海底面から反射された後、自体浮力型弾性波探査モジュール１００に設置された受信機で受振される。

一般に、弾性波探査は、弾性波の進行速度と波形などを分析して海洋地盤情報を収得するが、船舶のローリング現象などによって弾性波探査モジュール１００の地位が規則的または不規則的に変化する。特に、沿岸の浅海域では海底面の影響のため、深海域に比べ海水面の撹乱が激しくなる。

従来は多様な信号処理方法を介してローリング現象などによる信号歪曲を後補正していたが、探査過程で安定的に信号を受信することができれば、より正確な探査ができるはずである。

そこで、本発明の一実施例の弾性波探査装置は、後述する弾性波探査モジュールを利用し、探査過程でより安定的に信号を受信できるようにしている。

図２は本発明の一例の弾性波探査モジュールの概略的な斜視図であり、図３は本発明の一例の弾性波探査モジュールの概略的な分解斜視図である。

図２及び図３を参照し、本発明の一例の弾性波探査モジュール１００の構造及び機能について説明する。

本発明の一例の弾性波探査モジュール１００は、受振ユニット１００及び浮力ユニット３０を含む。

受振ユニット１０は探査過程で海水面の下に浸るように位置し、海底面から反射された弾性波を受振する役割をする。

そのために、浮力ユニット３０は受振ユニット１０と連結部５０を介して結合され、受振ユニットを海水面の下に浸るようにする浮力を提供する。

受振ユニット１０は、内部に水を収容する空間１３を有する受振筐体１１を含む。本発明の一例の弾性波探査モジュール１００は、探査過程の途中に受振筐体１１の空間１３に水を収容し、弾性波探査モジュール１００の重心を低くする。それによって、弾性波探査モジュール１００を利用した探査過程において、ローリング現象によって受信される信号が歪曲されることを減少させる。

但し、受振筐体１１の空間１３に収容される水は、弾性波探査モジュール１００の移動及び設置の際に、便宜上、探査過程で流入されるべきである。重心を低くするために受振ユニット１０自体を重くするか、別途の重りを設置することは人力及びコストの浪費が大きい。特に、小型船舶の場合は一層そうである。そのために、本発明の一例の受振筐体１１には流出入口１５が形成される。このとき、流出入口１５は、水が流入及び出入し得るように複数個配置される。

受振筐体１１の形状は、探査過程で前方にまっすぐ前進するために、探査船舶の先頭の形状のように、先頭から船尾方向に船幅が次第に広くなる形状である。

受振筐体１１の下部には、受振器箱体２０が配置される。

図４は、受振器箱体２０の概略的な拡大断面図である。

図４を参照すると、受振筐体１１の下部には内側、つまり、空間１３方向に突出して直径が小さくなる円錐台状の受信器設置具１７が形成される。この際、受振器設置具１７の一端部に受振器２１が配置されるが、受振器設置具１７の形状のため、海水面から反射された信号以外の雑音が受振器２１内に流入されることを防止することができる。

一方、受振器２１は、受振器ケース２２の内側に設置される。受振器２１が外部に離脱されることを防止するために、受振器ケース２２の内側下部には離脱防止段差２３が形成される。

受振器２１を固定するために、受振器ケース２２の上部には受振器蓋２４が配置されるが、受振器蓋２４は受振器ケース２２とねじ結合されて受振器２１を加圧固定する。また、受振器ケース２２の上部には受振器露出孔２５が配置される。受振器露出孔２５を介して受振筐体１１の空間１３に流入された水と受振器筐体１１の外部の水によって、受振器が水中に全体的に浸った状態を維持するようにして、音波の伝達率を向上させる。

また、受振筐体１１の空間１３には流出入口１５を介して探査が行われる位置の水が流入されるため、水の成分及び温度変化などによる予期せぬ誤差を最小化することができる。

本発明の一例において、受振器２１は先頭から船尾方向に一列に複数個配置されるが、例えば、図示したように３つが配置されてもよい。

受振器２１は方向性ハイドロフォン（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ）またはオムニハイドロフォン（Ｏｍｎｉ ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅ）を利用してもよいが、これに限らない。

一方、本発明の一例の弾性波探査モジュール１００の受振ユニット１００は、浮力ユニット３０から浮力を提供される。

そのために、浮力ユニット３０は内部に浮力体を収容し得る浮力筐体３１を含む。この際、浮力体とは水上に浮く浮力を有するものであって、空気またはスチロフォームなどを利用する。

浮力筐体３１も上述した受振筐体１１と同じく、探査過程で前方にまっすぐ前進するために、探査船舶の先頭の形状のように、先頭から船尾の方向に船幅が次第に広くなる形状である。

浮力筐体３１の側面には、連結棒挿入口３５が形成される。連結棒挿入口３５には連結棒Ｃが挿入固定されるが、連結棒Ｃを介して図１に示したように船舶１の進行方向の垂直方向に追加の弾性波探査モジュール１００を追加拡張する。

これとは異なって、追加の弾性波探査モジュール１００の代わりに補助浮力モジュールを追加拡張してもよい。探査を行う過程において、場合によっては探査が行われる深さを調節する必要があるが、本発明の一例の弾性波探査装置は、補助浮力モジュールを追加して探査が行われる深さを調節する。

また、補助浮力モジュールを利用して弾性波探査モジュール１００の安定性を増加させてもよい。補助浮力モジュールを利用して、船舶１の進行方向の垂直方向に全体的な弾性波探査モジュール１００の長さを増加させることで、ローリング現象に対する強健性を増加させる。

連結棒挿入口３５は浮力筐体３１に複数個配置されるが、これに限らない。つまり、隣接するモジュールを固定するのに十分な個数の連結棒挿入口３５を形成してもよい。同じく、連結棒Ｃも単に直線型ではなく、交差した形態に配置されてもよい。但し、連結棒Ｃを海水面の上部に位置するようにすることで、探査過程で不必要な抵抗が発生することを防止する。

浮力筐体３１の上部には、通信設置具３７と信号コネクタ３９が配置される。通信設置具３７には、通信ユニット７１が設置棒７２によって結合される。通信ユニット７１には探査が行われる位置を確認するＧＰＳが含まれるが、近距離通信が可能なブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））を更に含んでもよい。通信ユニット７１のＧＰＳやブルートゥースは、アンテナ７３を介して各情報を送受信する。

本発明の一実施例による弾性波探査装置は、全ての弾性波探査モジュール１００の通信設置具３７に通信ユニット７１を設置することなく、複数の弾性波探査モジュール１００のうち一部にのみ通信ユニット７１を設置して全ての弾性波探査モジュール１００の位置を確認する。好ましくは、一つの弾性波探査モジュール１００にのみ通信ユニット７１を設置し、全ての弾性波探査モジュール１００の位置を確認する。これは、上述したように、それぞれの弾性波探査モジュール１００が連結棒Ｃによって互いに予め設定された距離に位置するためである。

一方、受振ユニット１０と浮力ユニット３０は連結部５０を介して連結される。例えば、受振ユニット１０と浮力ユニット３０は連結部５０を介してフランジ結合される。

このとき、連結部５０は受振筐体１１及び浮力筐体３１から外側に突出した板状である。つまり、連結部５０を板状にし、弾性波探査モジュール１００を運営する際に連結部５０が水平の羽の役割をすることで、弾性波探査モジュール１００のローリング現象を減少させる役割をする。

また、弾性波探査モジュール１００の両側の連結部５０に補助浮力体を追加に連結し、一つの弾性波探査モジュール１００で安定的に２次元弾性波探査を行う。

本発明の一実施例の弾性波探査装置は、一つの弾性波探査モジュール１００が自体的に浮力を有しているが、受振ユニット１０の内側に探査装置を設置する過程で水が流入され、重心を低くしてローリング現象を減少させる効果がある。
また、弾性波探査モジュール１００を連結棒Ｃを利用して追加に拡張し、補助浮力モジュールを利用して測定が行われる深さを調節する。

これまで説明した本発明の一実施例の弾性波探査装置を利用した弾性波探査方法について説明する。

図５は、本発明の他の例の弾性波探査方法Ｍ１００の概略的なフロチャートである。

図５を参照すると、本発明の他の実施例の弾性波探査方法Ｍ１００は、弾性波探査装置の設置ステップＳ１０、弾性波送受信ステップＳ２０、及び弾性波分析ステップＳ３０を含む。

まず、弾性波探査装置の設置ステップＳ１０は、上述した本発明の一実施例の弾性波探査装置を設けるステップＳ１１を行う。この際、弾性波探査をマルチチャネルで行う場合は、必要なだけ弾性波探査モジュールを連結棒を利用して互いに連結及び固定する。次に、弾性波発生部と弾性波探査モジュールを船舶に連結し、海水面に浮かべるステップＳ１２が行われる。次に、所定時間の間、受振ユニットに流出入口を介して水を詰めるステップＳ１３が行われる。

弾性波送受信ステップＳ２０では、船舶が進行するにつれ、弾性波発生部と弾性波探査モジュールを曳航しながら弾性波発生部から弾性波を海底面に発生させ、海底面から反射された３次元弾性波を弾性波探査モジュールで受信する過程が行われる。この際、弾性波が発信及び受信された位置は、複数の弾性波探査モジュールのうちいずれか一つに設置された通信ユニットを介して全体の弾性波探査モジュールの位置情報を獲得する。

弾性波分析ステップＳ３０は，海洋地盤情報を獲得するために受信された信号を、波浪による影響の除去、ノイズの除去、及びフィルタリングなどの信号処理過程を経て、必要な情報のみを抽出し分析する方法で行われる。

発明の保護範囲は、これまで明示的に説明した実施例の記載と表現に限らない。また、本発明の属する技術分野において自明な変更や置換によって本発明の保護範囲が制限されないことも再度付言する。

Claims (8)

1. 船舶の後尾で曳航される弾性波発生部と、
   前記弾性波発生部の後尾で曳航される自体浮力型弾性波探査モジュールと、を含み、
   前記自体浮力型弾性波探査モジュールは、
   海水面の下に浸るように位置し、海底面から反射された弾性波を受振する受振ユニットと、
   前記受振ユニットと連結部を介して結合され、前記受振ユニットを海水面の下に浸るようにする浮力を提供する浮力ユニットと、を含み、
   前記受振ユニットは、
   内部に水を収容する空間を有する受振筐体と、
   前記受振筐体に形成され、外部の水が流出入される流出入口と、
   前記受振筐体の下部に設置される受振器と、を含み、
   前記浮力ユニットは、
   内部に浮力体を収容する空間を有する浮力筐体と、
   前記浮力筐体の側面に形成される連結棒挿入口と、を含むことを特徴とする弾性波探査装置。
2. 前記連結部は、前記受振筐体と前記浮力筐体から外側に突出した板状であることを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査装置。
3. 前記受振筐体の下部には、内側に突出して内側方向に直径が小さくなる円錐台状の受振器設置具を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査装置。
4. 前記受振器設置具の一端部に設置される受振器ケース、及び受振器蓋を更に含み、
   前記受振器ケースの内側下部には前記受振器が外側に離脱することを防止する離脱防止段差が形成され、
   前記受振器蓋には上部に受振器露出孔が形成され、前記受振器ケースとねじ結合されて結合する際、前記受振器ケース内に設置された前記受振器を加圧固定することを特徴とする請求項３に記載の弾性波探査装置。
5. 前記受振器は、船頭から船尾方向に一列に複数個配置されることを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査装置。
6. 前記連結棒挿入口に連結棒を挿入することで、船舶の進行方向の垂直方向に自体浮力型弾性波探査モジュールまたは補助浮力モジュールを連結して追加拡張することを特徴とする請求項１に記載の弾性波探査装置。
7. 前記自体浮力型弾性波探査モジュールを連結棒を介して複数個に拡張した場合において、
   複数の前記自体浮力型弾性波モジュールのうち一つまたは２つの自体浮力型弾性波探査モジュールにのみＧＰＳを設置することで、複数の前記自体浮力型弾性波探査モジュールそれぞれの位置情報を獲得することを特徴とする請求項６に記載の弾性波探査装置。
8. 請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の弾性波探査装置を設けるステップと、前記弾性波発生部と前記弾性波探査モジュールを船舶に連結して海水面に浮かべるステップと、所定時間の間に前記受振ユニットの流出入口を介して水を詰めるステップと、を含む弾性波探査装置の設置ステップと、
   船舶を進行させて弾性波発生部と弾性波探査モジュールを曳航し、弾性波発生部から弾性波を海底面に発生させ、海底面から反射された３次元弾性波を弾性波探査モジュールで受信する弾性波送受信ステップと、
   受信された弾性波を信号処理して海洋地盤情報を獲得する弾性波分析ステップと、を含むことを特徴とする弾性波探査方法。

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