JP2816921B2

JP2816921B2 - 水中観測システム

Info

Publication number: JP2816921B2
Application number: JP34215392A
Authority: JP
Inventors: 大和門馬; 秀治森松; 正三渋谷
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH06194193A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水中の状況を長期に
わたって観測する水中観測システムに関する。以下、
この発明を海底に設置し、海底付近の状況を長期にわた
って観測する海底観測システムに実施した場合につき説
明する。

【０００２】

【従来の技術】従来より海洋調査の一環として海底付近
の状況を観測する装置が用いられている。従来の海底観
測装置は、例えば海底付近の流速を観測するものであっ
て、流速計を海中に係留して、例えば２〜３週間後に流
速計を回収して観測データを回収するようにしている。
このような観測はたとえば工事予定地の事前調査として
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の海底観測装置の
観測期間が２〜３週間と短期であったのは、おもに長期
にわたる電源確保が困難であったことがおもな理由であ
るが、最近ではたとえば数ヵ月〜数年にわたる長期の海
底観測を行うシステムも要求されている。このような長
期にわたって海底観測を行う場合に問題となるのは、電
源の確保だけでなく、観測データにおける時刻の精度と
観測データの伝送である。すなわち、観測装置を海底に
設置する直前に観測装置内部に設けた時計回路の時刻を
正確に合わせたとしても、観測装置内の時計回路は自立
動作するため、時計回路の原発振器の発振周波数の偏差
および変動による計時誤差が生じる。このように時計回
路の時刻データに誤差が含まれれば、測定した海底周囲
の環境データと対をなす時刻データに誤差が生じること
となる。たとえば流速等の計測であれば、数秒程度の誤
差はあまり問題とはならないが、地震計測においては、
複数地点における各感震時刻から震源地を求める必要が
あるため、感震時刻に１０ｍＳ〜１００ｍＳの測定精度
が要求される。

【０００４】また、従来観測データの回収は全ての観測
が終了し、観測装置回収後であったので、長期観測を行
う場合には数ヵ月〜半年後となる。これでは例えば大地
震の前兆現象を検出したり震源を決定するにはあまりに
も遅く、遅くとも１ヵ月以内にデータを回収することが
要求される。

【０００５】海底付近に設置される観測装置内の時計回
路の誤差による問題を解消し、遅れなく観測データを回
収する方法として、海底観測装置を、陸上の基地とケー
ブルを介して接続し、基地にＪＪＹやＧＰＳ受信機を設
け、ＪＪＹやＧＰＳ受信機で求めた正確な時刻データに
基づき観測装置による観測データを読み取る方法等が考
えられる。しかしながら、観測装置が陸地から離れてい
るとケーブルが非常に長くなり、ケーブルに要する費用
およびケーブルを敷設するための工事費用が非常に高く
なる。これにより海底観測装置の設置位置の変更や広域
に多数設置することは非常に困難となる。

【０００６】この発明の目的は、海底に設置する観測装
置内に、原発振器として水晶振動子を用いた通常の時計
回路を設け、さらに観測装置より定期的に浮上するブイ
内に基準時刻受信装置と無線装置を設けブイと観測装置
を海底深度の１．２〜１．５倍の短く、しかもブイ浮上
から無線送信完了までの短時間のみ使用可能な細く安価
な光ケーブルまたはケーブルでブイと観測装置を接続
し、しかも陸上に設けた基地との間を非常に長く、しか
もケーブルで接続する必要のなく、高い時刻精度で、観
測データの回収までの遅れも短く、無人の海底観測シス
テムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の水中観測システ
ムは、海底周囲又は水中周囲の環境を測定する手段と、
時刻を計時する時計回路と、当該時刻を入力された基準
時刻に合わせる校正手段と、測定された環境データを時
刻データとともに記憶する手段と、記憶データを読み出
して出力する手段とを備えた観測装置が海底付近又は海
中に設置されている一方、基準時刻のデータを受信する
手段と、受信された基準時刻を信号ケーブルを介して観
測装置に出力する手段と、観測装置から出力された記憶
データを記憶する手段と、当該記憶データを読み出して
基地局に向けて送信する手段とを備えた一又は複数のブ
イが観測装置に切り離し可能に連結されており、測定を
開始した後、前記ブイを順次的に切り離し、切り離され
て浮上したブイを通じて時刻の校正及び記憶データの送
信を行う構成となっていることを特徴としている。この
ような構成による場合、観測装置に一又は複数のブイが
切り離し可能に連結され、両者は水深に見合った長さの
信号ケーブルで接続される。観測装置が海底付近又は水
中に設置されると、同装置により海底周囲又は水中周囲
の環境、たとえば潮流、地震、海底傾斜、水温、地熱、
放射能、ｐｈ又はＤＯ等が測定され、測定された環境デ
ータが時刻データとともに記憶される。この記憶データ
はブイに出力され記憶される。測定が開始された後ブイ
が順次的に切り離される。切り離されて浮上したブイに
より基準時刻のデータが受信され、信号ケーブルを介し
て観測装置に出力される。観測装置に基準時刻のデータ
が入力されると、時計回路により計時される時刻が基準
時刻に合わされ校正される。これに前後して、当該ブイ
により記憶データが基地局に向けて送信される。即ち、
ブイを切り離す毎に、時刻の校正が行われ、測定データ
が時刻データとともに基地局に向けて送信される。

【０００８】より好ましくは、観測装置は、浮上信号を
受信すると、同装置自体を海底又は水中に沈めるための
錘を同装置から外す手段を備えていることが望ましい。
このような構成による場合、浮上信号を受信すると、観
測装置自体を海底又は水中に沈めるための錘が同装置か
ら外されることから、これに作用する浮力により観測装
置が浮上する。

【０００９】より好ましくは、観測装置は、ブイの切り
離しを行う直前にブイの電源を起動させ、記憶データを
読み出して切り離すべきブイに転送する構成とすること
が望ましい。

【００１０】

【実施例】この発明の実施例である海底観測システムの
全体の構成をブロック図として図１に示す。図１におい
て観測装置１は海底または海底付近に設置する。観測装
置１には２ａ、２ｂ・・・２ｊで示す複数のブイを接続
している。これらのブイは順次定期的に観測装置１から
分離して海面にまで浮上する。２ａ′はブイ２ａが浮上
した時の様子を示す。２ａ〜２ｊの各ブイには、ＧＰＳ
受信機を備え、海面に浮上した際、ＧＰＳ受信機によっ
て基準時刻を受信し、基準時刻に観測装置の時計回路の
時刻を合わせる。そして観測データを基地装置３へ無線
送信する。基地装置３はたとえば陸地に設置し、浮上し
たブイ２ａ′から受信した観測データを記憶する。ブイ
２ａ〜２ｊはたとえば１ヵ月毎に観測装置１から順次分
離し、各時点での観測装置１内の観測データを基地装置
３へ無線送信する。これにより基地装置３は観測装置１
を用いて海底観測を開始してから観測が終了するまでの
間、等間隔で観測装置１の観測データを記憶することが
できる。全てのブイを浮上させて海底観測が終了すれ
ば、観測装置の回収船は観測装置１の真上付近から観測
装置１に超音波信号による浮上指令を与える。これによ
り観測装置１は錘（おもり）を外して海面まで浮上す
る。回収船は観測装置１を回収する。

【００１１】以上のようにして、観測装置１内の時計回
路の時刻は定期的に誤差の大きくなる前に校正され、し
かも観測装置と基地装置間をケーブルで接続することな
く時間遅れも少なく観測結果を得ることができる。観測
装置１とブイ２ａ〜２ｊとの間は、海面上に浮上したブ
イにより受信された基準時刻信号等を観測装置１に伝送
するための信号ケーブルとして、光ファイバー、電線等
で各々接続されている。この信号ケーブルは観測地点の
水深に見合った長さで十分であり、低コスト化を考慮し
て細径のものを使用している。

【００１２】次に、図１に示した観測装置１、ブイ２ａ
〜２ｊおよび基地装置３の構成をブロック図として図２
〜図４に示す。

【００１３】図２は観測装置１の構成を示すブロック図
である。図２においてＣＰＵ１０はＰＲＯＭ１１に予め
書き込んだプログラムを実行して後述する各種制御を行
う。ＲＡＭ１２はそのプログラムの実行に際してワーキ
ングエリアとして用いる。測定装置１４・・・１４は潮
流、地震、海底傾斜、水温、地熱、放射能、ｐｈまたは
ＤＯ等の各種データを測定する。ＣＰＵ１０はインタフ
ェース１３を介してこれらの観測データを読み取る。外
部メモリ１６はＲＡＭや光ディスクや磁気テープを記録
媒体として時刻データとともに各種測定データを記憶す
る。ＣＰＵ１０はインタフェース１５を介してデータの
書き込みを行う。超音波受信装置１８は観測装置の回収
船からの超音波信号を受信する装置であり、ＣＰＵ１０
はインタフェース１７を介して受信信号を解読し、指令
に応じた制御を行う。切り離し装置２０は錘を外して自
身を浮上させる装置であり、ＣＰＵ１０は超音波受信装
置１８により受信した指令が切り離し指令であった時、
Ｉ／Ｏポート１９を介して切り離し装置２０を作動させ
る。Ｉ／Ｏポート２１は後述する各ブイに内蔵されてい
る電源回路に接続していて、ＣＰＵ１０はＩ／Ｏポート
２１を介して必要な時点で各ブイの電源回路を起動させ
る。インタフェース２２は後述する各ブイのインタフェ
ースと接続していて、ＣＰＵ１０はインタフェース２２
を介してブイからの基準時刻を取りこみ時計回路２３に
対し現在時刻の設定指示や外部メモリ１６のデータのブ
イへの転送等を行う。時計回路２３は水晶発振子を原発
振回路に用いた通常の時計回路であり、ＣＰＵ１０は必
要な時点で時計回路２３から時刻データを読み出し、各
種観測データとともに外部メモリ１６へ書き込む。電源
回路２４は観測装置の各部に対し電源電圧を供給する。

【００１４】図３はブイの構成を示すブロック図であ
る。図３において１は観測装置であり、２ａ，２ｂ，２
ｃ・・・は観測装置１に接続したブイである。ブイ２ａ
内においてＣＰＵ３０はＰＲＯＭ３１に予め書き込んだ
プログラムを実行して後述する各種制御を行う。ＲＡＭ
３２はそのプログラムの実行に際してワーキングエリア
として用いる。圧力スイッチ３４はブイが海面にまで達
したか否かを水圧によって検出するためのスイッチであ
り、ＣＰＵ３０はＩ／Ｏポート３３を介して圧力スイッ
チ３４の状態を読み取る。切り離し装置３６は観測装置
１に繋がっているワイヤを切断することによって自身の
ブイを浮上させるための装置である。ＣＰＵ３０はＩ／
Ｏポート３５を介して必要な時点で切り離し装置３６を
作動させる。電源回路３９はブイの各部に電源電圧を供
給する回路であり、観測装置１のＩ／Ｏポート２１の出
力信号により起動し、起動後はＣＰＵ３０を含む制御回
路全体に電源電圧を供給する。ＣＰＵ３０はそのまま電
源供給を維持する場合にはＩ／Ｏポート３７を介して電
源回路３９に電源供給状態を維持するための制御信号を
与える。インタフェース４０は観測装置１のインタフェ
ース２２と接続し、ＣＰＵ３０は観測装置１から与えら
れる制御信号に応じた処理を行う。ＧＰＳ受信機４２は
ブイが海面に達してからＧＰＳ航法衛星からの信号を受
信し、正確な現在時刻を測定する。ＣＰＵ３０はインタ
フェース４１を介して基準時刻を読み取り、その基準時
刻を観測装置１へインターフェース４０を介して転送す
る。無線送信機４４はこのブイから基地装置３（図１参
照）に対し各種データを無線送信するために用いる。Ｃ
ＰＵ３０はインタフェース４３を介してブイの番号を示
すデータおよび観測データを基地装置に対し無線送信さ
せる。なお、圧力スイッチ３４の代わりに海水スイッチ
を用いて、ブイが海面にまで達したか否かを検出しても
良い。なお、切り離し装置３６をブイに取り付ける代わ
りに、観測装置１に取り付けてもよい。

【００１５】他のブイ２ｂ，２ｃ・・・２ｊについて
も、その構成は図３においてブイ２ａに示したものと同
様である。各ブイの電源回路３９は観測装置１のＩ／Ｏ
ポート２１の出力に共通接続し、各ブイのインタフェー
ス４０は観測装置１のインタフェース２２に共通接続し
ている。

【００１６】図４は基地装置の構成を示すブロック図で
ある。図４においてＣＰＵ５０はＲＯＭ５１および外部
メモリ５５に予め書き込まれているプログラムを実行し
て後述する各種処理を行う。ＲＡＭ５２はそのプログラ
ムの実行に際してワーキングエリアとして用いる。無線
受信機５４は海面に浮上したブイから送信される無線信
号を受信する装置であり、ＣＰＵ５０はインタフェース
５３を介して受信データを読みとり外部メモリ５６に収
納する。外部メモリ５６はブイから受信したデータを光
ディスクや磁気テープ等の記録媒体に対し読み書きする
装置である。

【００１７】次に、図２〜図４に示した各装置の処理手
順をフローチャートとして図５〜図７に示す。

【００１８】図５は観測装置１の処理手順を示すフロー
チャートである。観測装置１は時計回路２３からの割り
込みがかかる毎に図５（Ａ）の処理を実行する。すなわ
ち、割り込み処理で、まず時刻ＴＳ（時計回路２３の内
容）を読み出し、測定装置１４・・・１４から各測定結
果を読み取る（ｎ１→ｎ２）。その後、時刻データＴＳ
とともに各種測定データを外部メモリ１６へ記憶する
（ｎ３）。割り込み処理以外では図５（Ｂ）に示す処理
を行う。すなわち、まず切り離すべきブイの番号および
観測を開始してから何ヵ月目にあたるかを示す変数ｉに
初期値１を設定する（ｎ１０）。そして、ｉカ月が経過
するのを待つ（ｎ１１）。ｉ＝１で、観測を開始してか
ら１ヵ月が経過した時、観測装置１のＩ／Ｏポート２１
の出力信号により全てのブイの電源回路を起動させる
（ｎ１２）。そして、全てのブイに対し観測装置１のイ
ンタフェース２２を介して浮上すべきブイの浮上ブイ番
号を転送する（ｎ１３）。

【００１９】その後、観測装置のＩ／Ｏポート２１の出
力を制御して各ブイの電源を停止させる（ｎ１４）。こ
れにより２番目以降のブイの電源は停止されるが、１番
目のブイについては、後述するブイのＣＰＵの処理によ
って、電源供給状態が維持される。なお、２番目以降の
ブイについては、一旦電源の起動がなされるが、後述す
るように浮上指定されたブイ番号が自身のブイ番号と一
致しないので、２番目以降のブイは何ら処理を行わず、
その後電源供給が停止される。次に１番目のブイは浮上
し、基準時刻ＴＧを受信する。この基準時刻ＴＧデータ
を観測装置１は受け取り、時計回路２３を校正する（ｎ
１５）。

【００２０】具体的にはこのとき１番目のブイは受信し
た基準時刻ＴＧより進んでいて且つ最も近い１０秒単位
の時刻データを観測装置へ転送する。たとえば基準時刻
ＴＧが１９９４年１１月１７日００時００分００秒であ
ったなら、１９９４年１１月１７日００時００分１０秒
の時刻データを観測装置へ転送する。その後、００時０
０分１０秒になる直前で観測装置に対し時計回路のスタ
ート指令を与える。これにより、時計回路２３は基準時
刻ＴＧと同一時刻を計時し始めることになる。次に過去
１ヵ月分の観測データを外部メモリ１６より読み出し、
ブイへ転送する（ｎ１６）。ステップｎ１２〜ｎ１６の
処理を１ヵ月毎に順次行い、たとえばブイの数が１０個
であれば、観測を開始してから１０ヵ月目で観測を終了
することになる。観測装置の回収船等から超音波信号に
よる指令が送信されたなら、観測装置はこれを受信し、
その信号が観測装置本体の切り舗し信号であるか否か判
定する（ｎ１７→ｎ１８）。切り離し信号であれば、図
２に示した切り離し装置２０を作動させて観測装置本体
から錘を外し浮上する（ｎ１９）。

【００２１】図６は各ブイの処理手順を示すフローチャ
ートである。まず、観測装置１からの制御信号により電
源が起動されたなら、観測装置から指定される浮上ブイ
番号を受信する（ｎ３０）。観測装置から指定されたブ
イ番号が自身のブイ番号と一致しなければそのまま処理
を停止する（ｎ３１→ＨＡＬＴ）。この場合、その後、
観測装置からの制御によって電源が停止されることによ
って元の電源遮断状態に戻る。観測装置から指定された
ブイ番号が自身のブイ番号と一致すれば、その後の観測
装置１からの制御によって電源が遮断されないような電
源保持を行う（ｎ３１→ｎ３３）。その後、切り離し装
置３６を作動させて自身のブイを観測装置から切り離す
（ｎ３３）。

【００２２】これによりブイ自身は海面にまで浮上して
いくことになる。切り離しを行った後圧力スイッチの状
態を判別し、ブイが海面に達して圧力スイッチがオンす
れば、ＧＰＳ受信機を作動させ、基準となる時刻ＴＧを
求める（ｎ３４→ｎ３５）。その後、ＧＰＳ受信機４２
から基準時刻ＴＧを読み取るとともに、ＴＧとスタート
指令を観測装置へ転送（ｎ３６）。その後、自身のブイ
番号および観測装置から送られてきた過去１ヵ月分の観
測データを基地装置に対し無線送信する（ｎ３７）。

【００２３】図７は基地装置の処理手順を示すフローチ
ャートである。図７（Ａ）は観測を開始してから観測を
終了するまでの１０ヵ月間の処理に相当する。まず、海
面に浮上したブイから送信される信号の受信に備えてブ
イ番号を示す変数ｉに初期値１を代入する（ｎ５０）。
ｉ番目のブイからの無線送信があれば、これを受信して
ブイ番号ｉとともに観測データを記憶する（ｎ５１）。
ステップｎ５１の処理をｉが１０に達するまでｉをイン
クリメントするとともに順次繰り返す（ｎ５２→ｎ５３
→ｎ５４・・・）。

【００２４】海面上に浮上したブイ２は光ファイバーや
電線等で観測装置１で接続されていることから、潮流に
よりブイが流されることはない。ただ、細径の光ファイ
バーや電線等を用いている以上、海上が荒れたときに
は、ケーブルが切断されることはあり得る。しかし、こ
の場合であっても、ブイに設けられたＧＰＳ受信機を用
いてブイを位置を測定できるので、ブイから送信される
ブイ位置信号を受信することにより、当該ブイの位置を
容易に知ることができる。よって、観測装置１から切り
離されたブイ２ａ〜２ｊを確実に回収することができ
る。なお、以上に示した実施例では、１ヵ月毎にブイか
ら基地装置に対し観測データを無線送信するようにした
が、無線送信データ量を減らすため観測データの一部を
無線送信するようにし、残りは観測装置回収時に回収し
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である海底観測システム全体
の構成を示すブロック図である。

【図２】観測装置の構成を示すブロック図である。

【図３】ブイの構成および観測装置との接続の構成を示
すブロック図である。

【図４】基地装置の構成を示すブロック図である。

【図５】観測装置の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】ブイの処理手順を示すフローチャートである。

【図７】基地装置の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１−観測装置２（２ａ〜２ｊ）−ブイ３−基地装置

フロントページの続き (72)発明者渋谷正三西宮市芦原町９番52号古野電気株式会社内 (56)参考文献特開昭60−174538（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−175690（ＪＰ，Ａ) 特開平４−359189（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01D 21/00 G04G 5/00 H04B 7/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】海底周囲又は水中周囲の環境を測定する
手段と、時刻を計時する時計回路と、当該時刻を入力さ
れた基準時刻に合わせる校正手段と、測定された環境デ
ータを時刻データとともに記憶する手段と、記憶データ
を読み出して出力する手段とを備えた観測装置が海底付
近又は水中に設置されている一方、基準時刻のデータを
受信する手段と、受信された基準時刻を信号ケーブルを
介して観測装置に出力する手段と、観測装置から出力さ
れた記憶データを記憶する手段と、当該記憶データを読
み出して基地局に向けて送信する手段とを備えた一又は
複数のブイが観測装置に切り離し可能に接続されてお
り、測定を開始した後、前記ブイを順次的に切り離し、
切り離されて浮上したブイを通じて時刻の校正及び記憶
データの送信を行う構成となっていることを特徴とする
水中観測システム。
【請求項２】観測装置は、浮上信号を受信すると、同
装置自体を海底又は水中に沈めるための錘を同装置から
外す手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の
水中観測システム。
【請求項３】観測装置は、ブイの切り離しを行う直前
にブイの電源を起動させ、記憶データを読み出して切り
離すべきブイに転送する構成となっている請求項１又は
２記載の水中観測システム。