JP3374376B2 - 海底埋設物探査装置 - Google Patents

海底埋設物探査装置

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、海底に埋設された
通信ケーブル等の海底埋設物を海上から探査する、所謂
リモートセンシングに用いる装置に関する。
【0002】海底に埋設されたケーブル等の導電性物体
をリモートセンシングする方法としては、ケーブルに電
気信号を流し、その漏洩信号を感知する方法があるが、
電気信号伝達経路が途絶した場合には、感知できないと
いう問題がある。このような場合、或いは光ファイバケ
ーブル等のように本質的に電気信号経路を持たない物体
を探査する方法としては、外装鉄線等に残留する微小な
磁界を測定する方法があるが、探知可能な距離が1m以
下と短いうえ、探知精度も不充分という問題がある。ま
た、磁界を発しない物体の場合は探知できないという問
題もある。このような場合の探査方法として超音波或い
は音波等の弾性波によるリモートセンシング技術がある
が、水中ソナーでは埋設物は探査できないという問題が
ある。また、地層探査装置では分解能が悪く、ケーブル
等の細い物体は探査できないという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、海底ケーブル等の海底埋設物をリモートセンシング
することができる簡易且つ小型の装置を提供することに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の海底埋設物探査
装置は、上記の目的を達成するため、二次周波数が10
kHz 乃至20kHz のパラメトリック音源、該音源により
生成される送波ビームの方向を平面内で走査する送波
器、反射波を受信する受波器及び受信波の強度の時間変
化を表示する表示装置を具備する。
【0005】本発明による海底埋設物探査装置は、送波
器及び受波器の移動方向に垂直な面内の所定の走査角の
範囲内を走査して所定の角度毎に送波ビームを送波し、
該所定の角度毎にその反射強度の時間変化をメモリーに
記憶し、各送波ビームの送波後同一の経過時間における
反射強度を前記各所定の角度毎に比較して最大値を求
め、所定の距離だけ送波器及び受波器を移動させて繰り
返し前記最大値を求め、前記最大値を送波器及び受波器
の移動距離に対して表示するようにすることができる。
【0006】このような本発明の海底埋設物探査装置に
よれば、リモートセンシングが不可能であった海底埋設
ケーブルを航行状態で探査し、その埋設位置及び深度を
連続的に測定することができる。特に、海底ケーブルの
ように細い物体でも探査できる能力を有するので、ケー
ブルに限らず、他の埋設物の探査にも用いることができ
る。
【0007】
【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施例
を説明する。先ず、音源について説明する。従来、水深
の測定、海底面上の設置物の探査、魚群の探知等に用い
られている水中ソナーの周波数は通常30kHz 以上であ
り、この周波数では、水中は伝搬するが海底地層では減
衰が激しく透過しない。一方、海底地質探査装置の周波
数は数kHz 以下と低いので海底地質中も伝搬するが、波
長が1m以上と長いため、ケーブルのように外径が5cm
程度の細いものが海底中に埋設されていてもこれを探知
することができない。
【0008】従って、海底埋設物のリモートセンシング
のためには、海底地層に透過し且つ充分な分解能が得ら
れる周波数が必要である。上述のような細い物体を探知
できる距離分解能を得るには、波長10cm程度、周波数
では15kHz 程度の音源が必要である。またこのように
細いものを分離できる方位分解能を得るには、指向角約
5度以下の音源が必要である。このような特性を有し、
且つ小型な音源としてパラメトリック音源が知られてい
る。これは、一次音源として周波数が異なる二つの音源
を用い、海水の非線形作用の結果発生する二つの周波数
の差に等しい周波数成分(以下、二次波という)を探査
に用いるものであり、本発明による探査装置の音源とし
て極めて有用であることが見出された。
【0009】次に、送波方向の走査について説明する。
いかに距離及び方位の分解能に優れた音源を用いても、
一次元の反射信号のみから物体の形状を判断することは
できない。海底に埋設されたケーブルの位置は測定前に
は当然不明確であるため、反射信号からケーブルの反射
を分離し、測定船とケーブルとの相対位置を把握する必
要がある。このため、本発明においては、ケーブルの断
面を含む面内で送波ビームを走査してケーブルの断面形
状を把握する。図1はこの例を説明するための図であ
る。ここで、海面4上の測定船1の送受波器2から送波
ビーム11を送波して、水深6の海底面5の下に埋設され
たケーブル3の埋設深度7を連続して測定するには、ケ
ーブル3の真上を埋設方向に沿って測定船1を航行させ
る必要がある。この状態で送波ビーム11の反射波からケ
ーブル3の反射信号を分離する手段として、ケーブル方
向に垂直な面(以下、A断面という)8内で送波ビーム
を所定の走査角12で走査しながら測定船1を航行させて
二次元情報を得る。
【0010】次に、表示について説明する。図2は、上
述の送波ビームの走査によって得られる表示画像の説明
図である。時間軸はビームの伝搬時間を示し、これは水
深方向の距離軸と等価である。海水と海底では密度が異
なるので、海底面5で強い反射が観測される。走査され
た送波ビームの方向がケーブル3のある位置と一致する
と、ケーブルの断面は円形なのでビームは垂直に反射
し、送波器の近傍に設置された受波器で受波される。し
かし図2中に表示されているように、岩石9等のような
海底と密度の異なる物体がある場合にも反射が観測され
るため、図2に示すような画像だけからではケーブルの
反射と岩石の反射とを区別することは難しい。
【0011】ケーブルからの反射と岩石等からの反射と
を区別するためには、ケーブルが長手方向に連続してい
ることを利用する。即ち、図2におけるケーブルからの
反射は、測定船がケーブル長手方向に移動しても同様に
観測されるが、岩石等からの反射は測定船が移動するに
従って消える。この相違を画像化して容易に識別できる
ようにするため、本発明においては以下の信号処理を行
う。
【0012】図3はこの場合のデータ処理の流れを示す
図である。図2における走査角12は例えば30度であ
り、例えば走査方向を1度変化させる毎にビームを送波
するとすれば、ステップs1でこれらの値を入力する。
ステップs2では、ステップs1で指示された走査間隔
(この例では1度)ずつ増加する(又は減少する)走査
角が指示される。ステップs4ではこの指示された走査
角の値に従ってビームが送波される。図2は、このビー
ムの反射強度の時間変化を説明するものである。ステッ
プs5でこの反射強度の時間変化をメモリーに記憶す
る。全走査角(この例では30度)に対応する送受波が
終わるまでが1サイクルである。ステップs3では、こ
の1サイクルが終了したか否かの判定を行う。1サイク
ルが終了すると、ステップs6で、送波後同一の経過時
間における反射強度を各走査方向で比較し、1サイクル
における最大値を求める。ステップs7で、この最大値
の時間変化を表示する。測定船を移動させながら、各位
置についてs1乃至s7のステップを繰り返し、この最
大値の時間変化を連続的に表示すると、送波ビームの走
査角の範囲における海底断面の状態を表す画像が得られ
る。
【0013】図4はこのようにして得られる画像の説明
図である。この画像の横軸は、(送受波器の移動速度が
一定の場合は)X−Tレコーダの時間軸に対応させても
よいし、(GPS或いは電波測位装置等で求めることが
できる)図1におけるケーブル長手方向の測定船の位置
でもよい。図4には、一例としてケーブル長手方向で水
深がほぼ一定の場合の画像の説明図を示す。これによれ
ば、ケーブル3からの反射が横軸方向に連続して観測さ
れるので、容易に岩石等と区別することができる。図2
の画像と図4の画像とを併用することにより、測定船の
位置を埋設ケーブルの真上になるように制御することが
可能になり、ケーブルの埋設深度を連続して記録するこ
とが可能になった。
【0014】図1の実施例は、送受波器を船舶に搭載し
た例であるが、水深が深くなるといくら指向性に優れた
パラメトリック音源といえども送波ビームが広がるた
め、埋設物探知が困難になる。指向角が3度としても5
0m先ではビームは3m近くに広がってしまう。この問
題は、送受波器を潜水艇に搭載して測定を行うことによ
って解決される。図5はこの場合の実施例を示す。送受
波器2を具えた潜水艇20の深度を、海底面からの距離21
が5乃至10m程度になるようにして移動させることに
より、どのような深海に埋設されているケーブルでも探
査することができる。この潜水艇20は、航行能力を持つ
ものであってもよいし、他の船舶で曳航するものであっ
てもよい。
【0015】次に、本発明による海底埋設物探査装置を
用いて海底埋設ケーブルを探査した具体例について詳し
く説明する。最大水深約26mの海域で、海底下約1m
に埋設されている外径約5cmの鉄線外装光ファイバケー
ブルを探査した。ここで用いた装置の諸元を表1に示
す。
【表1】
【0016】この実施例に用いた送波器は一辺の長さ約
30cmの立方体形状で、小型軽量である。図6にこの送
波器による二次波(周波数10kHz )の指向特性の実測
値を示す。小型にも拘わらず−3dBでの指向角3度とい
う、極めて鋭い指向性を実現している。受波器は直径5
cm、長さ30cm程度の円筒形状であり、送波器に隣接し
て設置されている。
【0017】表1の装置を図1に示したように船1の舷
側に固定して測定した。この結果、二次周波数が10kH
z の場合及び20kHz の場合は海底面下約10mの地層
まで反射像を得ることができた。しかし、二次周波数が
30kHz の場合は減衰が激しく、海底面下の地層の反射
像を得ることはできなかった。この結果から、海底埋設
物探査には、10kHz 乃至20kHz の二次周波数を用い
ればよいことが分かった。因みに、この箇所の海底面の
泥は、組成分析の結果、含砂率20〜50%、含泥率5
0〜80%の泥若しくは泥混じりの砂という地質であっ
た。
【0018】測定は船速約1ノットでケーブルの埋設ル
ートに沿って航行して行った。航行制御は精密位置電波
測量装置を用いた。この時の波は穏やかであったが、船
のローリングの影響を補正する目的で、送波ビームにつ
いて動揺補正装置を併用した。図7に、送波ビームの走
査によって得られた表示画像を示す。この画像は、二次
周波数10kHz 、走査角±15度で、水深22〜26m
の反射強度を表示したものである。水深23.5mの強
い反射が海底面、海底面から1m下の左側の強い反射が
埋設海底ケーブルを示している。
【0019】図8に、各走査角について一定の伝搬時間
の反射の最大値の測定を、船の位置を変えて繰り返した
結果の表示画像を示す。この画像には約2kmの長さに亘
ってケーブル像が連続的に記録されており、埋設深度が
約1mであることが分かる。なお、海底面から約5m下
にある連続した反射は、海底の洪積層である。この画像
は図7の走査像において平たい反射になるので、ケーブ
ルではないことが識別できる。このように図7の画像と
図8の画像とを併用することにより、埋設物の形状及び
大きさ、埋設深度等を知ることができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により、こ
れまでリモートセンシングが不可能であった海底埋設ケ
ーブルについて、航行状態で探査し、その埋設深度を連
続して測定することが初めて可能になった。本発明によ
れば、超音波を反射する物体でありさえすれば探査可能
である。特に海底ケーブルのように外径5cm程度の細い
物体の埋設像を探査できる能力を有するので、ケーブル
に限らず、あらゆる海底埋設物の探査への適用が可能で
あり、極めて大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の使用状態の一例を説明する図で
ある。
【図2】送波ビームの走査によって得られる表示画像の
説明図である。
【図3】本発明の装置における画像表示のためのデータ
処理の流れを示す図である。
【図4】本発明の装置によって得られる表示画像の説明
図である。
【図5】本発明の装置の使用状態の他の例を説明する図
である。
【図6】二次波(周波数10kHz )の指向特性の実測値
を示す図である。
【図7】送波ビームの走査によって得られた表示画像の
一例を示す図である。
【図8】本発明の装置によって得られる表示画像の一例
を示す図である。
【符号の説明】
1 測定船 2 送受波器 3 ケーブル 4 海面 5 海底面 6 水深 7 埋設深度 8 ケーブル方向に垂直な面 9 岩石 11 送波ビーム 12 走査角 20 潜水艇 21 潜水艇の海底面からの距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01V 1/00 G01H 5/00 G01S 15/04 G01V 1/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次周波数が10KHz〜20KHzのパラメ
    トリック音源、該音源により生成される送波ビームの方
    向を平面内で走査する送波器、反射波を受信する受波器
    及び受信波の強度の時間変化を表示する表示装置を具備
    する海底埋設物探査装置において、送波器及び受波器の
    移動方向に垂直な面内の所定の走査角の範囲内を走査し
    て所定の角度毎に送波ビームを送波し、該所定の角度毎
    にその反射強度の時間変化をメモリに記憶し、各送波ビ
    ームの送波後同一の経過時間における反射強度を前記各
    所定の角度毎に比較して最大値を求め、所定の距離だけ
    送波器及び受波器を移動させて繰り返し前記最大値を求
    め、前記最大値を送波器及び受波器の移動距離に対して
    表示することを特徴とする海底埋設物探査装置。
  2. 【請求項2】 前記送波器及び受波器が潜水艇に搭載さ
    れることを特徴とする請求項1に記載の海底埋設物探査
    装置。
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