JP2925131B2

JP2925131B2 - 海象観測用ブイ

Info

Publication number: JP2925131B2
Application number: JP9317095A
Authority: JP
Inventors: 慎一服部
Original assignee: KYOWA SHOKO KK
Current assignee: KYOWA SHOKO KK
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JPH0927093A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海、湖、川等におい
て、潮位又は水位、潮又は水の流速、水温等々の海象を
観測するブイに関し、特に、水底（海底、湖底、川底）
に設置された測定装置で得たデータを水面に浮上してい
るブイに信号線で電送し、ブイから陸上の監視装置へ無
線によってリアルタイムで伝達できる海象観測用ブイに
関する。

【０００２】

【従来の技術】海洋での海象状況をリアルタイムで知る
ことは、港湾工事の安全管理・荷扱い等現業に於て、ま
た台風の接近時に於ける都市防災を考えるうえで近年益
々重要視されてきている。海象情報としては、潮位・高
潮・津波・波浪・流況等があり、気象情報と併せて活用
されている。現在、海象の観測装置には、１）ケーブル
方式、２）直記式、３）ブイ式、等によるものが知られ
ているが、それぞれについて、以下に簡単に説明する。

【０００３】〔ケーブル方式〕この方式は、検出部を水
底に設置し陸上の監視装置との間を水底ケーブルで接続
し、電源の供給と信号線によるデータの回収をリアルタ
イムで行うものである。この方式には、監視装置から検
出部の制御ができる、データがリアルタイムで得られ
る、といった長所がある。しかし、ケーブルが断線する
場合があり、断線した場合には、簡単に修理して接続し
直すことはできず、ケーブルを取り替えなければならな
い。そのため、復旧に長期間かかり、その間は欠測とな
る。また、あらたに設置する場合でも、敷設工事も含め
て費用が高価となる。

【０００４】〔直記式〕短期間の観測や、多数の地点で
の観測が必要な場合に利用されるもので、この方式は水
底に設置した検出部の内部にデータを収録し、後日装置
を水底から引揚げ、データを回収し解析処理を施すもの
である。この方式によれば、観測地点を移動でき、簡単
に設置・回収ができ、さらに低価格である。しかし、デ
ータをリアルタイムで得ることができない、という欠点
がある。

【０００５】〔ブイ式〕この方式は、水面に浮上するブ
イに加速度計を搭載し、ブイが上下することで生じる加
速度を捉え、２重積分により移動距離（波高）を観測す
るもので、傾斜計・コンパスを装備し波向のデータも得
ている。得られたデータは、無線装置で、陸上の監視装
置に送られる。

【０００６】この方式は、リアルタイムでデータを得ら
れるが、一方、ブイの不要な動揺・応答特性により、長
周期波の加速度を検知できない場合があり、測定できる
波高の周期に制限ができる。また、電源として、かなり
の重量と容積とを持つバッテリー等をもブイの内部に設
置するため、ブイの形状が大型になる。そして、大型化
により風波の影響を大きく受け、係留が困難となる場合
もある。さらに、ジンバル装置などの機構も必要で、装
置が複雑になる。

【０００７】一方、陸上の監視装置から離れた海域に設
置され、監視装置でリアルタイムのデータが得られる海
象観測装置が、関係者から要望されていた。このような
海象観測装置は、ケーブル式や直記式で使用されている
多機能型海象観測装置を水底に固定し、無線の送受信器
を備えた小型のブイを用い、ブイと海象観測装置とを電
源及び／又は信号線で接続すれば、得られるはずであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水底に固定さ
れた海象観測装置と水面に浮上しているブイとを通常の
ケーブルで単に接続したのでは、高い波が来ると、ケー
ブルに衝撃的な引っ張り荷重が掛かり、切断され易い。
仮にケーブルを最大の波がきても引っ張られないような
長さにすると、波の谷間ではケーブルが水底を引きず
り、擦られてやはり切断してしまう。

【０００９】また、通常のケーブルは、捻り剛性が低
く、捻りを受けても元に戻らないので、捻りが累積し
て、やがて捻りによりケーブルが切断してしまう。さら
に、ケーブルの長さにゆとりがあると、中間に輪ができ
易く、この輪が衝撃力により急激に小さくなって、最終
的にキンクしてしまう、等の問題があり、実用化が困難
であった。

【００１０】本発明は、上記の問題の解決を図ったもの
で、陸上の監視装置から離れた海域に設置され、リアル
タイムのデータが得られる海象観測装置を、電源及び／
又は信号線が切断される虞が無く、かつ、簡易な構造で
安価に提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この観測が順調に行われ
るためには、水上に浮かべる浮体（ブイ）を水底に固定
された海象観測装置に接続する係留装置が確実に、且つ
安定して機能することが要件である。そのため、本発明
は、浮体と海象観測装置との間に中空の可撓性パイプを
掛け渡し、この中空パイプ内に鋼線を挿通してこの鋼線
で浮体と海象観測装置とを接続した構成を特徴としてい
る。電源及び／又は信号線は、中空パイプ内の空間に鋼
線に沿わせて配策する。中空パイプ自身にも空気が入っ
ているので、浮力が生じ、鋼線の重量を軽減できる。

【００１２】鋼線と浮体との接続部に、ショック吸収装
置を入れると、波により上下する浮体が鋼線に与える衝
撃を和らげる。ショック吸収機構が、強弱２つのスプリ
ングを有し、弱スプリングが両端を上記海象観測装置と
無線送受信システムにそれぞれ固定され、強スプリング
が上記海象観測装置と無線送受信システムのいずれか一
方に、一端を固定され、他端を離反して設けた構成とす
れば、浮体の変位が小さいときは、弱スプリングにより
ショックを吸収し、浮体の変位が大きくなると、強弱両
方のスプリングでショックを吸収する。

【００１３】中空パイプの水底側を、コイルスプリング
で囲った構成とすると、中空パイプの水底側の部分は常
にコイルスプリングによって直立した姿勢を保つことが
でき、ワイヤーケーブルの下端部分が繰り返し曲げを受
け、疲労により切断するのを防止でき、併せて、水面が
低くなっても中空パイプが水底を這うことを防止でき
る。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は、本発明による海象観測装置の全体構成を示
している。多機能型海象観測装置１は、装置本体１ａ
と、アンカーを兼ねた電源部１ｂとに別れており、電源
部１ｂの重さによって、水底の一定位置に固定されてい
る。装置本体と電源部とは、ケーブル１ｃで接続され
る。

【００１５】浮体２は、小型ブイで、内部に図示を省略
するが、無線送受信装置を収容しており、これによっ
て、地上局からの指示を多機能型海象観測装置１に伝達
し、多機能型海象観測装置１が測定したデータを地上局
に無線で送る。無線装置としては、低価格で高機能な携
帯電話器を電話回線により利用することができ、無線装
置について、認可を得る必要がない。この浮体２には上
方に送受信用のアンテナ３及び夜間用の灯火４があり、
下方に灯火用の電源５及びショック吸収装置６がある。
多機能型海象観測装置１の電源１ｂと浮体２とは、ワイ
ヤーケーブル７で接続され、ワイヤーケーブル７の水底
側にはコイルスプリング８が設けられている。

【００１６】図２は、本発明の要部であるワイヤーケー
ブル７の断面図である。ワイヤーケーブル７は、可撓性
の中空パイプ１０の中に、鋼線１１と、電源や信号用と
して必要な本数の電源及び／又は信号線１２を挿通した
構成である。鋼線１１で大きな強度を受け持ち、ビニー
ルホースからなる中空パイプ１０で鋼線１１を海水から
保護すると共に、浮力を付与している。ビニールホース
を採用したのは、弾力があり水圧にも強く、繰り返しの
曲げにもよいからである。浮体の係留を支えるものは、
鋼線だけで他の外被、電源及び／又は信号線等は余裕を
もたせておく。

【００１７】鋼線１１は、通線等に使用されるもので、
抗張力は使用目的に添って選定される。一例として、次
の例を示す。浮体の浮力約２０ｋｇ流速によって受ける力約２０ｋｇ流速２ｍ／ｓｅｃ抵抗係数０．５これらのデータを元にし、かつ、浮体が波浪により動揺
し異常な力が加わっても切断するおそれのない値とし
て、鋼線１１の抗張力を５００ｋｇとした。ただし、こ
の値は静的な検討によるもので、ショック的な力は考慮
していない。ショック的な力に対しては、後述するショ
ック吸収装置６を併せて使用する。

【００１８】電源及び／又は信号線１２は、合計６本を
装備している、各線は鋼線に緩く巻き付くように収めら
れている。浮体２の内部にある無線装置と装置本体１ａ
とはデータの送受があり、そのために各２本で合計４本
の信号線１２が使用され、残り２本が電源用である。信
号は、ＲＳ−４２２に準拠したシリアル伝送であり、特
定の検出部だけでなく対応できる。

【００１９】中空パイプ１０内には介在物がなく空気で
あることで都合のよい結果を得ている。すなわち、ワイ
ヤーケーブル７全体が曲げられた場合に、鋼線、電源及
び／又は信号線は互いに僅かではあるが移動できるの
で、無理に引っ張られることがなく、電源及び／又は信
号線の断線を防止できる。

【００２０】また、空気による浮力がワイヤーケーブル
７の水中重量を軽くしている、このことは鋼線の弾力と
あいまってワイヤーケーブル７の中間が下方に垂れ下が
ることを軽減できることを意味している。

【００２１】浮体２は、波浪により動揺し回転する、こ
れに伴い、鋼線１１も当然捻れることになるが、捻れに
は一定の限界値があり、それ以上捻れると、捻れを解く
方向のトルクが、捻るトルクに打ち勝ち、それ以上は捻
れない。水深１０ｍで、ワイヤーケーブル７の長さが１
５ｍの場合で実験したところ、鋼線１１の捻れは、３回
転以上にはならないことが確認された。

【００２２】図３は、その実験の様子を示す図である。
この実験では、多機能型海象観測装置１の代わりに、十
字型のアンカー１５を使用し、浮体２を、右に１回転さ
せ戻り具合いを見た。次に左に１回転し戻り具合いを
見、同様に２回転、３回転と行い上記の結論を得た。す
なわち、３回転以上捻るトルクは、自然界には存在しな
いと考えられる。

【００２３】次に、キンクについて検討した。ワイヤー
ケーブル７の長さにゆとりがあると、中間に図４に示す
ような輪ができて、それが急激に小さくなり最終的にキ
ンクしてしまう。本発明のワイヤーケーブル７は、鋼線
１１を使用しており、図４のような輪ができて、その大
きさが一定の値より小さくなるためには外力が必要であ
ることが分かった。上記の鋼線について実験した結果、
輪の大きさと図４の太い実線の矢印で示す力との関係
は、次のとおりであった。（１）輪の大きさが１ｍの時４ｋｇ（２）〃０．５ｍ〃１０ｋｇ

【００２４】特に、（２）のような力が、海中で発生す
ることは考えられず、たとえ発生しても横方向（図にお
いて紙面に垂直の方向）に弾けることで、キンクに至ら
ないと考えられる。

【００２５】図５は前述したショック吸収装置６の構成
を示す図である。水面に浮く浮体は風波の影響で振動
し、また、うねり・表面の流れ等により引き込まれよう
とする力が働く、海況が悪くシケの状態では静穏時の数
倍のショックを受けることが知られている。従来のよう
なシャックル等による係留ではその部分がすぐ摩耗し切
断してしまう。

【００２６】本発明では、シリンダー内に強弱２重のコ
イルスプリングを備えたショック吸収機構を浮体２の下
端に設け、この機構を介して鋼線１１と浮体２との接続
を行っている。また、この機構は浮体２の下端にあるた
め浮体２の重心を下げ、浮体が直立することに役立って
いる。

【００２７】図５は、ショック吸収装置６の詳細を示す
図である。同図に示すように、浮体２とワイヤーケーブ
ル７との間にショック吸収装置６が取付られている。シ
ョック吸収装置６は、鋼線１１の先端に固定されたホル
ダー２１と、浮体２にナット２２で固定されたブラケッ
ト２３との間に蛇腹状のカバー２４を取り付け、水密に
保たれたその内部に、内筒２５と、外筒２６とをＯリン
グ２７を介してスライド自在に設け、内筒のさらに内側
に、小径筒２８を設けている。この小径筒２８は、ブラ
ケット２３内をスライド自在である。そして、ブラケッ
ト２３と内筒２５の先端との間に大径でばね係数の小さ
い弱スプリング２９を弾設し、ブラケット２３と小径筒
２８の先端との間に小径でばね係数の大きい強スプリン
グ３０を弾設している。外筒２６の先端には袋ナット３
１が螺合されているので、内筒２５が抜けることはな
い。また、小径筒２８の先端とホルダー２１の先端と
は、Ｌだけ離間させておく。さらに、電源及び／又は信
号線１２は、ショック吸収装置６に挿通される部分が、
伸縮に対応できるように螺旋状にカールした線を使用す
る。

【００２８】静穏時に於いては、ショック吸収装置６の
動作は径の大きい弱スプリングが伸縮しストロークも最
大でＬの範囲内に納まる。内筒２５とカバー２４の間に
はオイルを入れて、擦れることを低減するとよい。オイ
ルの量は、カバー全体の半分程度で十分である。荒天時
は、ストロークがＬを越え、径の小さい強スプリング３
０にも動作が及ぶ。強スプリングは、ばね定数が大きい
ので、大きなショックを吸収できる。

【００２９】図６は、ショック吸収装置６の他の実施例
を示す図である。この実施例では、内筒、外筒を使用せ
ず、また、図５の実施例とは逆に、径の小さいスプリン
グを弱スプリング３２とし、径の大きいスプリングを強
スプリング３３としている。強スプリング３３は、通常
は一端がフリーで、図５と同じく、大きなショックを受
けたときにこの自由端がホルダー２１と当接してスプリ
ングとして作用する。

【００３０】ワイヤーケーブル７は、一方は浮体２の下
端に、もう一方は海底の多機能型海象観測装置１に固定
されている。そして、ワイヤーケーブル７の長さは通常
水深の１．５倍程度に取るので図７に示すごとくＳ字曲
線を描くことになる。したがって、可撓性の部分から硬
い部分に移行する部所、すなわち、図７の矢印で示す部
分が繰り返し曲げを受け、疲労による破断が起こること
が考えられる。

【００３１】そこで、本発明では、この部分にも改良を
加え急に曲がらないように、徐々に力が分散するように
してある。すなわち、本発明では、ワイヤーケーブル７
の水底側をコイルスプリング８で囲み、この部分が常に
ほぼ垂直に立ち上がるようにしている。この垂直に立つ
ことはもう一つのねらいがある。先に述べたごとく、ワ
イヤーケーブル７の長さは水深の１．５倍程度に設定し
てあるので、水位が低下し波高の谷がきたときワイヤー
ケーブル７の中間部分が海底に接触する恐れがでてく
る。仮に接触する事態になれば、ワイヤーケーブル７は
たちまち擦れて穴があき電源及び／又は信号線は絶縁低
下し、引続き鋼線も断線することになる。

【００３２】即ち、海底の多機能型海象観測装置１に接
続された部分が垂直に立ち上がっていることは、ワイヤ
ーケーブル７が極端なＳ字とならず海底に接触すること
なく良好に機能することを保証しているとも言える。コ
イルスプリング８は、先端ほどピッチを粗くし装置端部
では密巻とすれば、基部での直立が確実なものとなる。
また、コイルスプリング８の長さはワイヤーケーブル７
の長さの約１／１０としている。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、陸上の監視装置から離れた海域に設置され、リアル
タイムのデータが得られる海象観測装置を、電源及び／
又は信号線が切断される虞が無く、かつ、簡易な構造で
安価に得ることができる。また、鋼線を使用しているの
で、捻れに対する抵抗力が強く、キンクの虞もない。

【００３４】ショック吸収装置を設ければ、鋼線に加わ
る力が低減するので、鋼線を細くすることができる。さ
らに、ワイヤーケーブルの水底側をコイルスプリングで
囲うと、ワイヤーケーブルを直立させることができ、ワ
イヤーケーブルの基部が繰り返し曲げによる疲労で切断
することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の海象観測用ブイの構成を示す正面図で
ある。

【図２】ワイヤーケーブルの断面図である。

【図３】本発明のワイヤーケーブルに捻りを加えた状態
を示す図である。

【図４】ワイヤーケーブルのキンク防止を説明する図で
ある。

【図５】ショック吸収装置の構成を示す断面図である。

【図６】ショック吸収装置の別の実施例を示す断面図で
ある。

【図７】ワイヤーケーブルと海象観測装置との接続部に
折れ曲がりができる状態を示す図である。

【符号の説明】１海象観測装置２浮体６ショック吸収装置７ワイヤーケーブル８コイルスプリング１１鋼線２９，３２弱スプリング３０，３３強スプリング

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水底に固定された海象観測装置と、該海
象観測装置を操作すると共に該装置で測定されたデータ
を陸上の監視装置に送信する無線送受信装置を備えた水
面に浮かぶ浮体と、これら両者を接続するワイヤーケー
ブルとからなり、該ワイヤーケーブルが可撓性の中空パ
イプと、該中空パイプ内に挿通され上記海象観測装置と
浮体とを接続する鋼線と、該中空パイプ内の空間に挿通
され、上記海象観測装置と無線送受信システム間を接続
する電源及び／又は信号線とを有することを特徴とする
海象観測用ブイ。
【請求項２】上記ワイヤーケーブルと浮体との間に、
ショック吸収機構を設けたことを特徴とする請求項１記
載の海象観測用ブイ。
【請求項３】上記ショック吸収装置が、強弱２つのス
プリングを有し、弱スプリングが両端を浮体とワイヤー
ケーブルとにそれぞれ固定され、強スプリングが上記浮
体とワイヤーケーブルのいずれか一方に一端を固定さ
れ、他端がいずれか他方から離れていることを特徴とす
る請求項２記載の海象観測用ブイ。
【請求項４】上記可撓性の中空パイプの海象観測装置
側をコイルスプリングで囲ったことを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の海象観測ブイ。
【請求項５】上記コイルスプリングのピッチが水底側
で密に、海面側で疎になっていることを特徴とする請求
項４記載の海象観測用ブイ。