JP5072566B2 - 津波・波浪観測用ブイ - Google Patents
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Description
[実施の形態]
図1および図2に示すように、この津波・波浪観測用ブイは、ブイ本体12と、このブイ本体12から垂下された尾筒13とを有して所定海域に停留される停留ブイ11と、ブイ本体12に昇降自在および傾動自在に保持された遊動ブイ21と、停留ブイ11を推進可能な推進装置31と、推進装置31を制御して停留ブイ11を所定海域の中心位置に設定された目標位置xr,yr(図4)に向かって推進させ所定海域に停留させるブイ停留装置41と、遊動ブイ21に設けられた海面変位検出部24により波高を検出する観測装置17とを具備している。
停留ブイ11は、円柱状のブイ本体12の底部中心から垂下された尾筒13と、ブイ本体12上に設置された観測室14と、観測室14上に立設されたタワー構造体15とを具備し、ブイ本体12または尾筒13に、潮流の流速と流れ方向を計測する潮流用の流向・流速計51(図3)が設けられている。またタワー構造体15には、洋上の風向きや風速を計測する風向・風速計52や、GPS衛星からの信号を受信して停留ブイ11の座標位置を検出するGPS受信アンテナ53、地上基地局との間で計測データや位置データ、操作信号を送受信するための送受信用アンテナ19が設けられている。また観測室14やタワー構造体15の外面に太陽電池パネル18が設けられている。
推進装置31は、推力発生装置であるスラスター装置32と、このスラスター装置32に駆動電力を供給する電源装置33を具備している。スラスター装置32は操舵部34と駆動部35とを有し、操舵部34には、操舵軸34bを介してスラスターダクト35aを鉛直軸心周りに旋回させる減速機付操舵用モータ34aが設けられ、駆動部35には、スラスターダクト35a内でスクリュー35cを回転駆動する推進用モータ35bが設けられている。
ブイ停留装置41は、図3に示すように、減算器42、フィードバック計算部43、フィードフォワード計算部44、加算器45、指令推力制限部46、指令操作量演算部47、操舵用操作部48および推進用操作部49を具備している。
Tx=Kp・xe+Ki∫xedt+Kd・dxe/dt
Ty=Kp・ye+Ki∫yedt+Kd・dye/dtとなる。
ここで、xe:偏差、ye:偏差、Kp:比例ゲイン、Ki:積分ゲイン、Kd:微分ゲインである。
指令推力制限部46では、図6(a)(c)に示すように、スラスター装置32の立ち上がり、または立ち下がりを急激に行うと、スラスター装置32の破損につながるおそれがあるため、図6(b)(d)に示すように、スラスター装置32の保護のために、指令推力に変化率制限をかけて制限指令推力を求める。ここで許容する最大の変化率α1、α2は、スラスター装置32の仕様により変化する。またこの指令推力制限部46では、図7に示すように、消費電力の節約や指令方位角の頻繁な変化を抑制するために、入力値が微小な場合に、制限指令推力の出力値を0とする不感帯β1,β2を設けている。
停留ブイ11が単純な形状で渦流による影響がない場合には、波に対する応答特性が線形的で、補正により正確な波高を求めることができる。しかし上記停留ブイ11は、尾筒13にスラスター装置32と発電用水車36aが設けられているため、渦流が発生しやすい構造となっている。この渦流による影響で、停留ブイ11が非線形的に運動して、波に対する応答特性が把握しにくく、補正することが困難なことがあり、海面変位検出部24を直接、観測室14に設置すると、正確な波高が検出できないおそれがある。
推進開始時に、2つの計測浮体22の抵抗の相違で停留ブイ11と遊動ブイ21が旋回するが、ブイ停留装置41により、方位計55の検出値に基づいて操舵部34が制御されることにより、推進方向に対して左右両側に計測浮体22が配置されて、推進抵抗や造波抵抗が左右均等となる姿勢で推進される。
上記構成によれば、ブイ停留装置41により、GPS衛星からの信号をGPS受信機で受信して停留ブイ11の位置を計測し、推進装置31を駆動制御して停留ブイ11を目的位置に向けて推進させ、所定海域に停留させるように構成したので、従来のように、移動限で係留索により観測用ブイが引っ張られて動揺が抑制されることがない。したがって、観測装置17により正確な入射波高を計測することができる。
さらに図12に示すように、推力発生装置を、尾筒13の下端部に設けられたスラスター装置32に替えて、ブイ本体12の下部で重心Gに対応して対称位置に左右一対の翼形支持体62を水平方向に突設し、これら翼形支持体62に、操舵部61aにより鉛直軸心周りに旋回可能なポッド型推進器61を重心Gを含む水平面近傍に設置したもので、これにより推力による停留ブイ11の傾斜を防止することができる。ポッド型推進器61は、紡錘形の推進駆動モータ61bの出力軸に一体にプロペラ61cが設けられている。
水力発電部36の発電用水車36aをプロペラ形としたが、図12に示すように、回転軸部82から対称方向に突設された複数のアーム83と、各アーム83の先端部に球面形や円筒面形の翼体84とを有する抗力水車タイプの発電用水車81としてもよい。
11 停留ブイ
12 ブイ本体
13 尾筒
14 観測室
15 タワー構造体
17 観測装置
18 太陽電池パネル
19 送受信用アンテナ
21 遊動ブイ
22 計測浮体
23 フレームバー
24 海面変位検出部
31 推進装置
32 スラスター装置
33 電源装置
34 操舵部
35 駆動部
36 水力発電部
36a 発電用水車
37 太陽光発電部
38 蓄電装置
41 ブイ停留装置
51 流向・流速計
52 風向・風速計
53 GPS受信アンテナ
54 GPS受信機
55 方位計
Claims (2)
- 津波および/または波浪を観測する観測装置を搭載した津波・波浪観測用ブイであって、
推進装置によりブイ本体を推進してブイ本体を所定海域に停留させるブイ停留装置を具備し、
前記ブイ停留装置は、GPS受信機により検出されたブイ本体の位置と、目標位置との間の位置偏差に基づき、前記推進装置を制御してブイ本体を所定海域に停留させるように構成され、
前記推進装置は、前記ブイ停留装置により推進方向と推力が制御される推力発生装置と、当該推力発生装置に駆動電力を供給する電源装置を具備し、
電源装置は、太陽電池パネルを有する太陽光発電装置と、潮流により回転駆動される発電用水車を有する水力発電装置の少なくとも一方を有し、
ブイ本体に昇降自在および傾動自在に保持された遊動ブイを設け、
遊動ブイは、ブイ本体に水平方向に貫通された昇降ガイド穴に昇降自在および傾動自在に嵌合されたフレームバーと、当該フレームバーの両端部にそれぞれ取り付けられてブイ本体の両側に浮かぶ計測浮体とで構成され、
前記計測浮体にそれぞれ当該計測浮体の変位を検出可能な海面変位検出部を設けた
ことを特徴とする津波・波浪観測用ブイ。 - ブイ本体に、その底部中央から垂下された尾筒を設け、
推力発生装置をスラスター装置により構成するとともに、当該スラスター装置を尾筒の下端部に配置し、
発電用水車を、前記尾筒の中間部に尾筒の軸心周りに回転自在に配置した
ことを特徴とする請求項1記載の津波・波浪観測用ブイ。
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