JP3446888B2 - 波浪計測システム - Google Patents

波浪計測システム

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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30—Assessment of water resources

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶等の浮体に設
けられる波浪計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の船舶に装着される波浪計測装置と
しては、レーザー光線を用いるものや超音波を用いるも
の、電波を用いるものなどがあり、複数のセンサー部か
ら構成された装置が多い。これらは各々のセンサーから
海面に向けて各種信号を発射し、海面において反射して
戻ってきた信号から波浪情報を取得するように動作する
ものである。また、浮体からの波浪計測としては、ブイ
によるものがあげられる。波浪計測ブイは、上下動を計
測する加速度計のほか、浮体の傾斜角や浮体に作用する
流速の計測装置を備え、これらの計測装置から得られる
情報を総合して波浪情報を取得するものである。ビデオ
カメラを用いた波浪計測装置としては、２台のカメラを
用いて構成され、海面上の特定点の位置を３次元で算出
するように動作する技術が開発されている。
【０００３】ところで、従来の波浪計測装置の中で船舶
に装着されるものは、上述したとおり超音波やレーザー
光線・電波などの人工的な信号を用いるため、特殊な専
用機材を必要とする上、反射信号から情報を取得するた
め、計測精度は海面の状況に著しく依存する。また、波
浪計測ブイは、波浪計測に適するようにブイの形状が設
計されていなければならない。ビデオカメラを用いるも
のはビデオカメラ２台を使用して３次元的な位置を計測
するために２台のカメラから得られた画像において、海
面上の共通点を設定する必要があり、海面の状況によっ
ては計測が困難となることが予想される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、浮体
上の少なくとも１台のビデオカメラを用いて撮影された
画像を解析することにより、浮体側部の相対水位を求
め、さらに浮体の波浪に対する応答特性に基づき同相対
水位を補正して波浪情報を的確に抽出できるようにし
た、波浪計測システムを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の波浪計測システムは、浮体上に同浮体の側
面と同側面に入射する波浪の波面との交線を撮影するビ
デオカメラを備えるとともに、同ビデオカメラにより撮
影された上記交線の画像を解析して上記浮体の側部の相
対水位を求める画像解析手段と、同画像解析手段により
求められた上記相対水位を上記浮体の波浪に対する応答
特性に基づき補正して上記浮体に対する波浪の入射波方
向スペクトル，出会角，有義波高および有義周期を含ん
だ波浪情報を抽出する波浪情報抽出手段とを備えたこと
を特徴としている。
【０００６】また、本発明の波浪計測システムは、上記
浮体が船舶として構成され、上記の波浪に対する応答特
性が上記船舶の移動速度に応じて設定されていることを
特徴としている。
【０００７】さらに、本発明の波浪計測システムは、上
記浮体が同浮体の甲板上に外側方へ突出可能のアームを
備え、同アームの先端部に上記ビデオカメラが装着され
ていることを特徴としている。
【０００８】また、本発明の波浪計測システムは、上記
ビデオカメラがカメラアングルを調整可能に設けられて
いることを特徴としている。
【０００９】上述の本発明の波浪計測システムでは、従
来のように特殊な専用機材に頼ることなく、浮体に装備
された通常のビデオカメラを用いて安価に且つ精度よく
波浪情報を得ることができる。
【００１０】そして、上記浮体が船舶として構成され、
上記波浪に対する応答特性が上記船舶の移動速度に応じ
て設定されていると、同船舶の航行時においても波浪計
測が支障なく行われるようになる。
【００１１】また、上記ビデオカメラが船舶の甲板上に
外側方へ突出可能に設けられたアームの先端部に装着さ
れている場合は、同ビデオカメラを使用時にだけ船体外
方へ突出させて波浪計測が行われるようになり、これに
より接岸等の操船に際して上記ビデオカメラが邪魔にな
らず、しかも同ビデオカメラの使用時にはこれを十分に
船外へ突き出して船側面と波面との交線を能率よく適切
に撮影することができる。
【００１２】さらに、上記ビデオカメラがカメラアング
ルを調整できるように設けられていると、船舶の喫水に
応じて、カメラアングルを調整することにより、船側面
と波面との交線を一層適切に撮影できるようになる利点
が得られる。
【００１３】加えて、上記ビデオカメラにより撮影され
た上記交線の画像を解析する際には、画像上で解析領域
を複数設定することによって、必要に応じて１台のビデ
オカメラによって撮影された画像から複数点における浮
体側部の相対水位を求めることが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての波浪計測システムについて説明すると、図
１は同システムの概念図、図２は同システムにおけるビ
デオカメラの作動状況を船体横断面において示す説明図
であり、図３は上記システムにおける作用の経過を示す
ブロック図である。
【００１５】図１，２に示すように、本実施形態の波浪
計測システムでは、浮体としての船舶１の船側面１ａと
同船側面１ａに入射する波浪の波面２との交線３を撮影
するビデオカメラ４が装備され、同ビデオカメラ４によ
り撮影された画像の信号は、画像解析手段を有する画像
処理機５へ入力されるようになっている。
【００１６】そして、画像処理機５では、交線３の画像
を解析して船舶１の船側部の相対水位が求められる。ま
た、画像処理機５には船舶１の波浪に対する応答特性に
基づき上記相対水位を補正して船舶１に対する波浪２の
入射波方向スペクトル，出会角，有義波高および有義周
期を含んだ波浪情報を抽出する波浪情報抽出手段も設け
られている。このようにして得られた波浪情報は、安全
運行支援のための表示装置６に表示される。
【００１７】なお、本実施形態では船舶に本システムが
搭載されるので、前述の応答特性として船舶の移動速度
に応じ設定されるものが用いられるが、係留ブイのごと
き移動しない浮体に本システムが搭載される場合は一定
の応答特性を用いることができる。
【００１８】ところで、船舶から計測される相対水位変
動は実際の波浪と異なるが、これは次の作用による。 船舶が航走することにより、計測される波の周期が
変化する。（ドップラー効果に類似） 船舶が航走することにより、波を発生させる。（平
水中でも発生） 船舶という物体が波の流場を壊し、波を変形させ
る。（船が動揺、航走していなくても発生） 船舶が動揺することにより、波を発生させる。 このうち、は時間変動がなく常に一定なので、時間平
均をとる等の処理によって容易に除去可能である。他の
，，については、高度な処理手法が必要である。
【００１９】このような高度な処理手法は、船体を波に
対するアンテナと見なす、いわゆる「船体波高計化」の
技術として示される。 (縦揺れ、横揺れ、相対水位、加速度)入射波として規則
波を考えると、ストリップ法等の計算法を用いて応答特
性が計算できるので、，，をすべて考慮した上で
船体運動を計算することができる。逆に応答特性が既知
であれば、船体運動を引き起こす波を逆算できる。（厳
密には、追波状態で工夫が必要）。
【００２０】実海域では、複雑な波浪場を、波長と方向
の異なる個々の規則波の重ね合わせと見なすことによ
り、同様の処理が可能となっている。ただし、波長Ｎと
おりと方向Ｍとおりの規則波に分解することを考える
と、連立方程式を厳密に解くためには、Ｎ×Ｍ個の船体
運動情報が必要である。しかし、上記の船体波高計化の
手法によって、３〜４種類程度の情報から波方向スペク
トル（個々の規則波）を推定することが行われる。
【００２１】上記３〜４種類程度の船体運動情報として
は、原理的には何でもよいが、周波数によってアンテナ
の感度に差があるように、船体運動にも、反応しやすい
（応答特性が大きい）波長がある。例えば、船長の１／
１０程度の波長の波が来ても船は揺れないため、縦揺
れ、横揺れおよび加速度は使えない。そこで本発明で
は、比較的広範囲の波長に使用できる相対水位変動が考
慮される。すなわち、３〜４点における相対水位変動が
計測できればそれでもよいし、相対水位変動１点＋他の
情報でもよい。これは前述の「船体波高計化」と同様の
処理となるが、本発明では「相対水位変動計測＋船体運
動補正」という形で取り扱われるようになっており、図
３はその手順を示している。そして、図３に示すごと
く、取得された出会波浪情報に基づき、絶対波浪情報と
して入射波方向スペクトルのほか、出会角，有義波高お
よび有義周期が抽出される。なお、上述の技術の背景を
示す文献としては、次のようなものがある。 (1) 日本造船学会誌第７４０号（平成３年２月発行）第
３２頁〜第５１頁 「海洋波の方向波スペクトルについ
て」 (2) 日本造船学会論文集第１７６号（平成６年１２月発
行）第１０７頁〜第１１６頁 「航走する船舶が遭遇する
方向波スペクトルの推定法について」 (3) 光易 恒著『海洋波の物理』（１９９５年２月２７
日 岩波書店発行） 第５７頁〜第５９頁 「有義波の
発達」
【００２２】図２に示すように、ビデオカメラ４は、船
舶１の船側部において、ヒンジ７により外側方へ突出可
能に設けられたアーム８の先端部に装着されており、こ
のようにして撮影可能の位置にセットされるビデオカメ
ラ４には、さらにカメラアングルを調整しうる支軸機構
９が設けられている。
【００２３】上述の本実施形態の波浪計測システムで
は、従来のように特殊な専用機材に頼ることなく、浮体
としての船舶１に装備された通常のビデオカメラを用い
て安価に且つ精度よく波浪情報を得ることができる。そ
して、波浪に対する応答特性が船舶１の移動速度に応じ
て設定されるので、同船舶１の航行時においても波浪計
測が支障なく行われるようになる。
【００２４】また、ビデオカメラ４が船舶１の甲板上に
外側方へ突出可能に設けられたアーム８の先端部に装着
されているため、同ビデオカメラ４を使用時にだけ船体
外方へ突出させて波浪計測が行われるようになり、これ
により接岸等の操船に際してビデオカメラ４が邪魔にな
らず、しかも同ビデオカメラ４の使用時にはこれを十分
に船外へ突き出して船側面１ａと波面２との交線３を能
率よく適切に撮影することができる。
【００２５】さらに、ビデオカメラ４がカメラアングル
を調整できるように設けられているので、船舶１の喫水
に応じて、カメラアングルを調整することにより、船側
面１ａと波面２との交線３を一層適切に撮影できるよう
になる利点が得られる。
【００２６】加えて、上記ビデオカメラ４によって撮影
された画像を画像処理機５において解析する際に、画像
上の解析領域を複数箇所設定することによって、必要に
応じて複数地点における相対水位を求めることができ、
波浪情報の抽出に用いることが可能である。
【００２７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の波浪計測
システムによれば次のような効果が得られる。 (1) 従来のように特殊な専用機材に頼ることなく、浮体
に装備された通常のビデオカメラを用いて安価に且つ精
度よく波浪情報を得ることができる。 (2) 上記浮体が船舶として構成され、上記波浪に対する
応答特性が上記船舶の移動速度に応じて設定されている
と、同船舶の航行時においても波浪計測が支障なく行わ
れるようになる。 (3) 上記ビデオカメラが船舶の甲板上に外側方へ突出可
能に設けられたアームの先端部に装着されている場合
は、同ビデオカメラを使用時にだけ船体外方へ突出させ
て波浪計測が行われるようになり、これにより接岸等の
操船に際して上記ビデオカメラが邪魔にならず、しかも
同ビデオカメラの使用時にはこれを十分に船外へ突き出
して船側面と波面との交線を能率よく適切に撮影するこ
とができる。 (4) 上記ビデオカメラがカメラアングルを調整できるよ
うに設けられていると、船舶の喫水に応じて、カメラア
ングルを調整することにより、船側面と波面との交線を
一層適切に撮影できるようになる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての波浪計測システム
の概念図である。
【図２】図１の波浪計測システムにおけるビデオカメラ
の作動状況を船体横断面において示す説明図である。
【図３】図１，２の波浪計測システムにおける作用の経
過を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 船舶 １ａ 船側面 ２ 波面 ３ 交線 ４ ビデオカメラ ５ 画像処理機 ６ 表示装置 ７ ヒンジ ８ アーム ９ カメラアングル調整用支持機構
フロントページの続き (72)発明者 宮崎 剛 東京都千代田区内幸町２丁目１番１号 運輸施設整備事業団内 (56)参考文献 特開 平９−325027（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−254813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 13/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 浮体上に同浮体の側面と同側面に入射す
    る波浪の波面との交線を撮影するビデオカメラを備える
    とともに、同ビデオカメラにより撮影された上記交線の
    画像を解析して上記浮体の側部の相対水位を求める画像
    解析手段と、同画像解析手段により求められた上記相対
    水位を上記浮体の波浪に対する応答特性に基づき補正し
    て上記浮体に対する波浪の入射波方向スペクトル，出会
    角，有義波高および有義周期を含んだ波浪情報を抽出す
    る波浪情報抽出手段とを備えたことを特徴とする、波浪
    計測システム。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の波浪計測システムにお
    いて、上記浮体が船舶として構成され、上記の波浪に対
    する応答特性が上記船舶の移動速度に応じて設定されて
    いることを特徴とする、波浪計測システム。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の波浪計測システムにお
    いて、上記浮体が同浮体の甲板上に外側方へ突出可能の
    アームを備え、同アームの先端部に上記ビデオカメラが
    装着されていることを特徴とする、波浪計測システム。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の波浪計測システムにお
    いて、上記ビデオカメラがカメラアングルを調整可能に
    設けられていることを特徴とする、波浪計測システム。
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