JP5223532B2 - Water column observation apparatus and method - Google Patents

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本発明は、多数の音響映像撮像機器を必要とせず、リアルタイムで観測が可能な水柱観測装置及び水柱観測方法に関する。   The present invention relates to a water column observation apparatus and a water column observation method capable of observing in real time without requiring a large number of acoustic video imaging devices.

海洋開発においては、環境汚染対策として、開発開始前に海洋環境調査を行っておき、開発中や開発終了後の生産稼働時にも海洋環境調査を行って海洋環境の変化を調べる必要がある。海洋環境調査は、火山活動の調査など、他の目的でも行われる。   In marine development, as environmental pollution countermeasures, it is necessary to conduct a marine environment survey before the start of development and to conduct a marine environment survey during development and during production operation after the end of development to investigate changes in the marine environment. Marine environment surveys are also conducted for other purposes such as volcanic activity surveys.

海洋開発に伴う海洋環境調査においては、海洋開発や生産の目的で洋上にプラットフォームが係留されるので、プラットフォームの周囲における海底の開発現場・生産現場から海面までの水柱領域の環境監視をリアルタイムで行うことが望ましい。ここで水柱とは、所定の水平領域、例えば、ある半径の円の領域を鉛直方向(以下、上下方向という)に伸ばした立体空間を言う。   In the marine environment survey accompanying marine development, the platform is moored on the ocean for the purpose of marine development and production, so environmental monitoring of the water column area from the development floor / production site to the sea surface around the platform is performed in real time. It is desirable. Here, the water column refers to a three-dimensional space obtained by extending a predetermined horizontal region, for example, a circular region having a certain radius in the vertical direction (hereinafter, referred to as the up-down direction).

従来は、水柱において物理量分布を計測する場合、複数の物理量センサを索の長手方向に間隔をあけて取り付けることにより、水深が異なる複数箇所での物理量を計測する固定点計測方法、無索で自動沈降・浮上する水中ロボット(水中航行体)を航行させ、水柱内の物理量を計測する水中ロボット計測方法などがある。   Conventionally, when measuring physical quantity distribution in a water column, a fixed-point measurement method that measures physical quantities at multiple locations at different water depths by attaching multiple physical quantity sensors at intervals in the longitudinal direction of the rope, automatic without self There is an underwater robot measurement method in which a submersible robot (underwater navigation body) that sinks and floats is navigated and a physical quantity in a water column is measured.

また、物理量センサのうち、音響散乱体(背景、固形物、生物、気体など)を計測する物理量センサとしては、水中カメラ、周囲監視ソーナーと呼ばれる音響映像撮像機器などがある。   Among physical quantity sensors, examples of physical quantity sensors that measure acoustic scatterers (backgrounds, solids, organisms, gases, etc.) include underwater cameras and acoustic video imaging devices called ambient monitoring sonars.

特開平7−245857号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-245857

固定点計測方法では、例えば、水深1000mを超えるような深海において、海底から海面までの水柱を対象とする場合、多数の物理量センサを設置する必要がある。また、上下方向の分解能を細かく物理量分布を計測する場合、その分解能に応じて上下方向に多数の物理量センサを設置する必要がある。   In the fixed point measurement method, for example, in a deep sea exceeding a water depth of 1000 m, when a water column from the sea floor to the sea surface is targeted, it is necessary to install a large number of physical quantity sensors. Further, when measuring the physical quantity distribution with fine resolution in the vertical direction, it is necessary to install a large number of physical quantity sensors in the vertical direction according to the resolution.

水中ロボット計測方法では、水中ロボットが無索であるため、水上においてリアルタイムで観測するには、水中音響通信による情報伝送が必要となる。しかし、水中音響通信では音響映像電子情報のような大容量のデータをリアルタイムで伝送するのは困難である。音響映像電子情報を蓄積しておき浮上時に収集するバッチ処理方式では、リアルタイム観測ができない。また、水中ロボットが海上と深海とを往復するのに時間がかかるため、バッチ処理方式では、音響映像を撮像してからその映像を再生して実際に観測するまでに長時間を要することになる。   In the underwater robot measurement method, since the underwater robot is unreasonable, information transmission by underwater acoustic communication is required to observe in real time on the water. However, in underwater acoustic communication, it is difficult to transmit a large amount of data such as audio-visual electronic information in real time. Real-time observation is not possible with the batch processing method in which audio-visual electronic information is accumulated and collected at the time of ascent. In addition, since it takes time for the underwater robot to make a round trip between the ocean and the deep ocean, it takes a long time to take an acoustic image and reproduce it for actual observation in the batch processing method. .

物理量センサについて検討すると、水中カメラには深海では光源が必要である。固定点計測方法でも水中ロボット計測方法でも、光源を搭載するので装置が複雑かつ重くなると共に光源の電源消費も生じる。また、水中カメラによる光映像の撮影では、海底近傍の濁水域における鮮明映像の撮影が困難である。   Considering physical quantity sensors, underwater cameras require a light source in the deep sea. In both the fixed point measurement method and the underwater robot measurement method, since the light source is mounted, the apparatus becomes complicated and heavy, and power consumption of the light source occurs. In addition, it is difficult to shoot a clear image in a muddy water area near the sea floor when shooting an optical image with an underwater camera.

音響映像撮像機器は、近年の進歩により鮮明な音響画像が撮像できるようになった。音響映像撮像機器では、光源は必要なく、濁水にも影響されない。音響映像撮像機器は、数十m程度の近傍の場所ならば、観察者が目視で解析可能な程度に鮮明な音響画像が撮像できる。また、解像度は落ちるが数百m先の音響散乱体の検出も可能である。   In recent years, the acoustic video imaging apparatus can capture a clear acoustic image. The acoustic image pickup device does not require a light source and is not affected by muddy water. The acoustic image pickup device can pick up a sound image that is clear enough for an observer to visually analyze if it is in the vicinity of several tens of meters. In addition, it is possible to detect an acoustic scatterer several hundred meters away, although the resolution is lowered.

解像度を高めるために、一般に周囲監視ソーナーと呼ばれる音響映像撮像機器のビーム(検出指向性)は幅が狭くなっている。音響映像撮像機器(以下、周囲監視ソーナーを示す)のビームは、幅が狭く上下には所定の角度で扇子状に開いたビーム形状である。つまり、音響映像撮像機器は、幅が狭く上下には扇子状の範囲の音響画像が撮像できる。さらにこのタイプの音響映像撮像機器は、上下方向の回転軸の周りにビームを機械的または電子的に回転させつつ撮像を行う。これにより、水平方向に所定の角度(周囲360°)ビームを回転でき、周囲の音響画像が撮像できる。   In order to increase the resolution, the beam (detection directivity) of an acoustic image pickup device generally called an ambient monitoring sonar has a narrow width. The beam of the audio / video imaging device (hereinafter, referred to as a surrounding monitoring sonar) has a beam shape that is narrow in width and opened in a fan shape at a predetermined angle vertically. In other words, the audio video imaging device is narrow and can pick up an acoustic image in a fan-shaped range vertically. Furthermore, this type of audio-visual imaging device performs imaging while mechanically or electronically rotating a beam around a vertical rotation axis. Thereby, a beam can be rotated by a predetermined angle (around 360 °) in the horizontal direction, and a surrounding acoustic image can be captured.

しかし、音響映像撮像機器による上下方向の観測可能範囲には限界がある。このため、水柱のように上下方向に広い範囲を対象とする場合、前述した固定点計測方法や水中ロボット計測方法を採用せざるを得ない。   However, there is a limit to the observable range in the vertical direction by the audio video imaging device. For this reason, when targeting a wide range in the vertical direction like a water column, the above-described fixed point measurement method and underwater robot measurement method must be employed.

音響映像撮像機器を水上航行体に搭載して、ビームを下方に向けた状態で水平スキャンする方法も考えられる。これは、魚群探知器と同じ原理である。しかし、プラットフォームの周囲を24時間365日常に水上航行体が航行すると、水上航行体がプラットフォームの繋留索やプラットフォームに資材・人材を輸送する船舶などの障害になる。また、水上から観測すると、深海における解像度が低いため、観測対象が深海にある場合には不向きである。   It is also conceivable to carry out horizontal scanning with an acoustic imaging device mounted on a watercraft and with the beam directed downward. This is the same principle as a fish detector. However, if a watercraft navigates around the platform 24 hours a day, 365 days a year, it will be an obstacle for the mooring of the platform and a ship that transports materials and human resources to the platform. In addition, since the resolution in the deep sea is low when observed from the water, it is not suitable when the observation target is in the deep sea.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、多数の音響映像撮像機器を必要とせず、リアルタイムで観測が可能な水柱観測装置及び水柱観測方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a water column observation apparatus and a water column observation method that solve the above-described problems and that can be observed in real time without requiring a large number of acoustic video imaging devices.

上記目的を達成するために本発明の水中観測装置は、水上ブイと、該水上ブイに搭載された巻上機と、該巻上機から吊下される吊下索と、該吊下索に取り付けられて上下方向の回転軸の周りに回転しつつ周囲の音響映像を撮像する音響映像撮像機器と、上記巻上機を制御して上記音響映像撮像機器を水深区間で昇降移動させることにより水柱の気泡群の音響映像を撮像させる昇降制御器と、上記音響映像撮像機器からの音響映像電子情報を上記水上ブイに伝送する伝送ケーブルと、上記水上ブイに搭載され上記音響映像電子情報を無線伝送する無線伝送装置とを備えたものである。 In order to achieve the above object, an underwater observation apparatus according to the present invention includes a water buoy, a hoist mounted on the water buoy, a suspension rope suspended from the hoist, and the suspension rope. and audio-visual imaging device attached to imaging the periphery of the audiovisual while rotating around the vertical axis of rotation, the vertically moving the acoustic image pickup device in a water depth interval by controlling the hoisting machine The lifting controller for picking up the sound image of the bubbles in the water column, the transmission cable for transmitting the sound image electronic information from the sound image pickup device to the water buoy, and the sound image electronic information mounted on the water buoy. And a wireless transmission device for wireless transmission.

上記音響映像撮像機器が姿勢を鉛直方向に保持されるためにジンバルを介して上記吊下索に取り付けられてもよい。   The acoustic video imaging device may be attached to the suspension cable via a gimbal in order to hold the posture in the vertical direction.

また、本発明の水中観測方法は、水上ブイに搭載した巻上機から吊下される吊下索に上下方向の回転軸の周りに回転しつつ周囲の音響映像を撮像する音響映像撮像機器を取り付け、上記巻上機を制御して上記音響映像撮像機器を水深区間で昇降移動させることにより、上記音響映像撮像機器の周囲の上記水深区間の水柱の気泡群の音響映像を撮像し、音響映像撮像機器からの音響映像電子情報を伝送ケーブルと無線伝送装置で伝送するものである。 Further, the underwater observation method of the present invention includes an acoustic video imaging device that images a surrounding acoustic video while rotating about a vertical rotation axis on a suspension rope suspended from a hoist mounted on a water buoy. mounting, by vertically moving the acoustic image pickup device by controlling the hoisting machine in the water depth interval imaging and audio-visual bubble groups water column around the depth interval of said audio visual imaging equipment, Audio video electronic information from the audio video imaging device is transmitted by a transmission cable and a wireless transmission device .

上記音響映像中から気泡群による音響映像を抽出し、該気泡群音響映像のスケール情報と散乱強度とから漏洩ガス量を推定してもよい。   An acoustic image of the bubble group may be extracted from the acoustic image, and the amount of leaked gas may be estimated from the scale information and the scattering intensity of the bubble group acoustic image.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)多数の音響映像撮像機器を必要としない。   (1) A large number of audio-visual imaging devices are not required.

(2)リアルタイムで観測が可能である。   (2) Real-time observation is possible.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示されるように、本発明に係る水柱観測装置1は、水上ブイ2と、水上ブイ2に搭載された巻上機3と、巻上機3から吊下される吊下索4と、吊下索4に取り付けられて周囲の音響映像を撮像する音響映像撮像機器5と、巻上機3を制御して音響映像撮像機器5を所望の水深区間で昇降移動させる昇降制御器6と、音響映像撮像機器5からの音響映像電子情報を水上ブイ2に伝送する伝送ケーブル7と、水上ブイ2に搭載され上記音響映像電子情報を無線伝送する無線伝送装置8とを備えたものである。   As shown in FIG. 1, a water column observation device 1 according to the present invention includes a water buoy 2, a hoisting machine 3 mounted on the water buoy 2, and a suspension rope 4 suspended from the hoisting machine 3. An acoustic image pickup device 5 that is attached to the suspension cable 4 and picks up surrounding sound images; and a lift controller 6 that controls the hoist 3 to move the sound image pickup device 5 up and down in a desired water depth section; , A transmission cable 7 for transmitting the acoustic video electronic information from the acoustic video imaging device 5 to the water buoy 2 and a wireless transmission device 8 mounted on the water buoy 2 for wirelessly transmitting the acoustic video electronic information. .

水上ブイ(周囲観測用ブイ)2は、それ自体は従来から知られている繋留されて海上の定点に浮遊する浮体である。水上ブイ2には、昇降制御器6や無線伝送装置8やこれらの電源を搭載するための防水スペースを有する。   The water buoy (ambient observation buoy) 2 is a floating body that is known per se and is floating at a fixed point on the sea. The water buoy 2 has a waterproof space for mounting the elevation controller 6, the wireless transmission device 8, and these power supplies.

巻上機(ウインチ)3は、吊下索4を巻き下げ・巻き上げするもので、図示しない動力源とモータとドラムとからなる。巻上機3は、吊下索4と共に伝送ケーブル7を巻き下げ・巻き上げするようにしてもよい。巻上機3は、吊下索4の繰り出し長さ(又は繰り出し速度の積分)から音響映像撮像機器5の水深を計測できるようにしてもよい。   The hoisting machine (winch) 3 is used for lowering and hoisting the suspension cable 4, and includes a power source, a motor, and a drum (not shown). The hoisting machine 3 may be configured to wind down and wind up the transmission cable 7 together with the suspension cable 4. The hoisting machine 3 may be configured to be able to measure the water depth of the audio video imaging device 5 from the feeding length (or the integration of the feeding speed) of the suspension cable 4.

吊下索4は、従来からある深海まで所定のペイロードを吊下可能な強度を有する吊下索4である。吊下索4は、伝送ケーブル7と一体化してもよい。   The suspension cable 4 is a suspension cable 4 having a strength capable of suspending a predetermined payload up to a conventional deep sea. The suspension cable 4 may be integrated with the transmission cable 7.

音響映像撮像機器5は、既に述べたように、ビームと呼ばれる幅が狭く上下には扇子状の範囲の音響画像が撮像できるものである。上下方向に立った回転軸の周りにビームを回転させつつ撮像を行うことにより、回転軸の周囲360°について高解像度の音響画像が撮像できる。音響映像撮像機器5は、所定のビーム形状を有する音響センサを機械的に回転させるタイプや、小型の音響センサを周方向と上下方向に多数配置し、各音響センサについて位相制御を行うことにより、ビームの幅、上下角、ビーム回転角を制御できるタイプがある。   As described above, the audio video imaging device 5 has a narrow width called a beam and can pick up an acoustic image in a fan-shaped range vertically. By performing imaging while rotating the beam around the rotation axis standing in the vertical direction, a high-resolution acoustic image can be captured about 360 ° around the rotation axis. The acoustic image pickup device 5 is a type in which an acoustic sensor having a predetermined beam shape is mechanically rotated or a large number of small acoustic sensors are arranged in the circumferential direction and the vertical direction, and phase control is performed on each acoustic sensor, There is a type that can control the beam width, vertical angle, and beam rotation angle.

昇降制御器6は、音響映像撮像機器5が所望の水深区間を繰り返し昇降するように巻上機3に対して巻き下げ量・巻き上げ量を与えるものである。昇降制御器6は、巻上機3に対して巻き下げ速度・巻き上げ速度も与えられるようにするのが好ましい。昇降制御器6は、音響映像撮像機器5の昇降制御結果を確認するために音響映像撮像機器5の水深を計測する深度計や水上ブイとの相対位置を計測するUSBLを備えてもよい。昇降制御器6は、巻上機3が計測する音響映像撮像機器5の水深を利用してもよい。   The raising / lowering controller 6 gives the hoisting amount to the hoisting machine 3 so that the audio and video imaging device 5 repeatedly moves up and down a desired water depth section. It is preferable that the elevating controller 6 is also provided with a lowering speed and a hoisting speed for the hoisting machine 3. The elevation controller 6 may include a depth meter that measures the water depth of the audio / video imaging device 5 and a USBL that measures the relative position of the water buoy to confirm the elevation control result of the audio / video imaging device 5. The elevation controller 6 may use the water depth of the audio / video imaging device 5 measured by the hoisting machine 3.

伝送ケーブル7は、従来より知られた水中用ケーブルである。伝送ケーブル7は、高解像度の音響映像電子情報をリアルタイムで伝送可能な程度に高い伝送容量を有する。   The transmission cable 7 is a conventionally known underwater cable. The transmission cable 7 has a transmission capacity that is high enough to transmit high-resolution audio-visual electronic information in real time.

無線伝送装置8は、図示しないプラットフォーム、母船、遠隔の陸上施設等の外部に設置された監視装置に対し直接あるいは衛星中継を介して無線通信を行うものである。無線伝送装置8は、高解像度の音響映像電子情報をリアルタイムで伝送可能な程度に高い伝送容量を有する。   The wireless transmission device 8 performs wireless communication directly or via a satellite relay to a monitoring device installed outside a platform, a mother ship, a remote land facility, etc. (not shown). The wireless transmission device 8 has a transmission capacity that is high enough to transmit high-resolution audio-visual electronic information in real time.

この他に、水柱観測装置1は、海上気象観測器、対船衝突防止手段としての無線警告信号発信器及び灯火、測位装置などを水上ブイ2に搭載する。   In addition, the water column observation device 1 is equipped with a marine weather observation device, a radio warning signal transmitter as a means for preventing anti-ship collision, a light, a positioning device, and the like on the water buoy 2.

図1の実施形態では、水柱観測装置1は、吊下索4の下端に音響映像以外の複数種類の物理量を観測する物理量センサ群9が取り付けられ、その物理量センサ群9の下端にジンバル10が取り付けられ、ジンバル10の下端に音響映像撮像機器5が取り付けられている。   In the embodiment of FIG. 1, in the water column observation device 1, a physical quantity sensor group 9 for observing a plurality of types of physical quantities other than an acoustic image is attached to the lower end of the suspension cable 4, and a gimbal 10 is attached to the lower end of the physical quantity sensor group 9. The acoustic image pickup device 5 is attached to the lower end of the gimbal 10.

物理量センサ群9で観測する物理量としては、水温、深度、流速・流向、水圧、比重、pH、分光スペクトル、USBL方式測位量などがある。USBL(Uitra Short Base Line)方式測位量は、地球座標が既知の定点と水中にある物理量センサとの間で音響探知により相対位置を求めて物理量センサの地球座標を算出した測位量である。   The physical quantity observed by the physical quantity sensor group 9 includes water temperature, depth, flow velocity / flow direction, water pressure, specific gravity, pH, spectral spectrum, USBL system positioning amount, and the like. The USBL (Uitra Short Base Line) type positioning amount is a positioning amount obtained by calculating the earth coordinates of a physical quantity sensor by obtaining a relative position by acoustic detection between a fixed point whose earth coordinates are known and a physical quantity sensor in water.

ジンバル10は、潮の流れで吊下索4が斜めになっても音響映像撮像機器5の姿勢が鉛直を保つように設けるものである。   The gimbal 10 is provided so that the posture of the acoustic image pickup device 5 is kept vertical even when the suspension cable 4 is inclined due to the flow of tide.

以下、本発明の水柱観測方法を説明する。   Hereinafter, the water column observation method of the present invention will be described.

本実施形態では、これまで説明した水柱観測装置1をプラットフォームの周囲に複数台配置する。なお、観測対象の水柱の半径が小さい場合、1台の水柱観測装置1をプラットフォームの下に配置するだけでも高解像度の観測が可能である。複数の水柱観測装置により各々の周りの水柱を観測することで、プラットフォームの周囲の広い領域を観測対象とすることができる。   In the present embodiment, a plurality of the water column observation devices 1 described so far are arranged around the platform. In addition, when the radius of the water column to be observed is small, high-resolution observation is possible only by arranging one water column observation device 1 under the platform. By observing the water column around each of them with a plurality of water column observation devices, a wide area around the platform can be observed.

水柱観測装置1では、水上ブイ2に搭載した巻上機3から吊下される吊下索4に周囲の音響映像を撮像する音響映像撮像機器5が取り付けられている。この状態で、昇降制御器6により巻上機3を制御して音響映像撮像機器5を所望の水深区間で昇降移動させる。   In the water column observation device 1, an acoustic video imaging device 5 that captures a surrounding acoustic video is attached to a suspension rope 4 suspended from a hoisting machine 3 mounted on a water buoy 2. In this state, the hoisting machine 3 is controlled by the elevating controller 6, and the audio / video imaging device 5 is moved up and down in a desired water depth section.

音響映像撮像機器5は、昇降移動されている間、または所定の水深ごとに停止して、時間的に連続してビームを回転させつつ周囲の音響映像を撮像する。これにより、音響映像撮像機器5の周囲であって上記水深区間に含まれる立体空間(すなわち所望した水柱)の音響映像を連続的に周方向スキャンしつつ連続的に上下方向スキャンして撮像することができる。   The acoustic video imaging device 5 stops and moves at predetermined water depths while moving up and down, and images surrounding acoustic video while rotating the beam continuously in time. Thereby, the acoustic image of the three-dimensional space (that is, the desired water column) around the acoustic image capturing device 5 and included in the water depth section is continuously scanned in the circumferential direction while being continuously scanned in the circumferential direction. Can do.

音響映像撮像機器5が出力する音響映像電子情報は、リアルタイムで伝送ケーブル7を介して水上ブイ2に伝送される。水上ブイ2では、無線伝送装置8が音響映像撮像機器5から伝送ケーブル7を介して伝送された音響映像電子情報をリアルタイムで外部に無線伝送する。   The audio video electronic information output from the audio video imaging device 5 is transmitted to the water buoy 2 via the transmission cable 7 in real time. In the water buoy 2, the wireless transmission device 8 wirelessly transmits the acoustic video electronic information transmitted from the acoustic video imaging device 5 via the transmission cable 7 to the outside in real time.

プラットフォーム、母船、遠隔の陸上施設等に設置された監視装置では、音響映像電子情報に基づいて音響映像を画像表示器に表示する。音響映像の解像度が高いので、画像表示器には、観察者が目視で解析可能な程度に鮮明な音響画像が表示される。また、監視装置において、音響映像電子情報に基づいて適宜な画像処理、特徴抽出、自動解析などを行うこともできる。   A monitoring device installed in a platform, mother ship, remote land facility, or the like displays an audio image on an image display based on the audio image electronic information. Since the resolution of the audio video is high, the image display device displays a sound image that is clear enough to be visually analyzed by the observer. The monitoring device can also perform appropriate image processing, feature extraction, automatic analysis, and the like based on the audio video electronic information.

解析の内容としては、例えば、水柱全体の音響映像中から気泡群による音響映像を抽出し、この抽出された気泡群音響映像のスケール情報(高さと幅)と散乱強度とから漏洩ガス量を推定する。   As the contents of the analysis, for example, the acoustic image of the bubble group is extracted from the acoustic image of the entire water column, and the leaked gas amount is estimated from the scale information (height and width) and the scattering intensity of the extracted bubble group acoustic image. To do.

ここで、漏洩ガス量の推定について詳しく説明する。   Here, the estimation of the leakage gas amount will be described in detail.

天然ガスの場合、一般に、海底面から天然ガス埋蔵箇所まで数千mの深さがあり、天然ガスは厚い岩盤に覆われているので、海底からのガス漏れはないとされる。しかし、海底面から数百m程度の浅い所に天然ガスやその他のガスが埋蔵されている場合、海底からのガス漏れが起きる可能性がある。また、海底から海上まで天然ガスを輸送する配管であるライザ管に障害が発生すると、ライザ管から天然ガスのガス漏れが起きる可能性がある。海底を覆うように補強したセメンチングに亀裂が生じてガス漏れが起きる場合もある。また、実際に海底の泥火山から噴出しているガスを観測する場合もある。   In the case of natural gas, generally, there is a depth of several thousand meters from the bottom of the sea to the natural gas reserve, and the natural gas is covered with a thick bedrock, so there is no gas leakage from the sea floor. However, when natural gas or other gas is buried in a shallow area of several hundred meters from the sea bottom, gas leakage from the sea bottom may occur. Further, when a failure occurs in the riser pipe, which is a pipe for transporting natural gas from the sea floor to the sea, natural gas may leak from the riser pipe. In some cases, the cementing reinforced to cover the sea floor may crack and cause gas leakage. In some cases, gas erupting from mud volcanoes on the seabed is actually observed.

海底から漏洩したガスは、海中で気泡となって拡散しつつ上昇する。気泡は、群れをなして雲のようになった状態で高く伸びる。このような気泡群をガスプルーム(gas plume)と呼ぶ。ガスは時間的にゆっくり海水に溶け込んでいく性質を持っている。よって、気泡は、上昇するに従って徐々に縮小していき消失する。このため、ガスプルームは海底からある程度の高さまでは成長するが、ある程度の高さのところで止まる。つまり、ガスプルームには頂上が形成される。漏洩しているガスが多いときは、気泡が広く拡散し、消失までの時間が長いので、漏洩ガス量に応じてガスプルームの形状、すなわち高さや幅が異なる。   The gas leaked from the seabed rises while diffusing as bubbles in the sea. Bubbles grow high in a cloud-like state. Such a bubble group is called a gas plume. Gas has the property of slowly dissolving in seawater over time. Thus, the bubbles gradually shrink and disappear as they rise. For this reason, the gas plume grows at a certain height from the seabed, but stops at a certain height. That is, the top is formed in the gas plume. When there is a large amount of leaked gas, the bubbles diffuse widely and the time until disappearance is long, so the shape of the gas plume, that is, the height and width differ depending on the amount of leaked gas.

一方、海中の気泡は、海中を伝搬してきた音響を反射(散乱)する性質を持っている。従って、海中に音を放射して気泡からの散乱波を捉えることにより、気泡を検出することができる。これが音響映像撮像機器5の原理である。音響が気泡の気泡群であるガスプルームに当たると、その散乱波による音響映像は雲のような輪郭が曖昧な音響映像となる。   On the other hand, bubbles in the sea have the property of reflecting (scattering) sound that has propagated through the sea. Therefore, bubbles can be detected by emitting sound into the sea and capturing scattered waves from the bubbles. This is the principle of the audio video imaging device 5. When the sound hits a gas plume, which is a bubble group of bubbles, the acoustic image due to the scattered waves becomes an acoustic image with a vague outline like a cloud.

ちなみに、音響が海底(立面)や人工物などの固いものに当たると、その散乱波による映像はくっきりしたものとなる。音響がガスプルームも固いものもないところを通ると、反射波が戻らないので、特別な特徴がある音響映像は得られない。従って、音響映像を観測することで、ガスプルームを検出することができる。   By the way, when the sound hits a hard object such as the seabed (elevation) or an artifact, the image of the scattered wave becomes clear. If the sound passes through a place where there is neither a gas plume nor a solid object, the reflected wave does not return, so an acoustic image with special characteristics cannot be obtained. Therefore, the gas plume can be detected by observing the acoustic image.

図2に、音響映像の一例を示す。縦軸は水深、横軸は反射距離である。反射距離は音響の反射時間から得られる。図2は、特定のビーム回転角についての上下方向スキャンを示したものである。   FIG. 2 shows an example of an audio image. The vertical axis is the water depth, and the horizontal axis is the reflection distance. The reflection distance is obtained from the acoustic reflection time. FIG. 2 shows a vertical scan for a specific beam rotation angle.

図示のように、ガスプルームによる音響映像Gは、音響映像撮像機器5からガスプルームまでの水平距離とガスプルームの散乱強度を示したものとなる。ガスプルームの観測ではガスプルームの高さ・幅を知ることが重要であるが、本発明では、水平距離の検出を上下方向にスキャンすることにより、ガスプルームの基端から頂上まで連続して水平距離を計測するので、ガスプルームの高さ・幅と散乱強度を検出することができる。   As shown in the figure, the acoustic video G by the gas plume shows the horizontal distance from the acoustic video imaging device 5 to the gas plume and the scattering intensity of the gas plume. In the observation of the gas plume, it is important to know the height and width of the gas plume. Since the distance is measured, the height / width and scattering intensity of the gas plume can be detected.

前述のように漏洩ガス量に応じてガスプルームの高さ・幅と散乱強度が異なるので、ガスプルームによる音響映像Gを観測して得られたガスプルームの高さ・幅と散乱強度から漏洩ガス量を推定することができる。例えば、漏洩ガス量が既知のガスプルームについて音響映像を観測することにより、ガスプルームの単位面積当たりの散乱強度と漏洩ガス量との対応関係を表すデータベースを作成しておき、その後、観測されたガスプルームのスケール情報(高さ・幅)から算出されるガスプルームの散乱面積と散乱強度からデータベースを参照することで漏洩ガス量を推定する。   As described above, since the height / width and scattering intensity of the gas plume differ depending on the amount of leaked gas, the leaked gas is determined from the height / width and scattering intensity of the gas plume obtained by observing the acoustic image G by the gas plume. The amount can be estimated. For example, by observing an acoustic image of a gas plume with a known amount of leaked gas, a database representing the correspondence between the scattering intensity per unit area of the gas plume and the amount of leaked gas was created and then observed. The amount of leaked gas is estimated by referring to the database from the scattering area and scattering intensity of the gas plume calculated from the scale information (height and width) of the gas plume.

以上説明したように、本発明の水柱観測装置1は、音響映像撮像機器5を1つのみ使用する。物理量センサ群9についても、1種類の物理量に対して1つの物理量センサがあれば十分である。従来の固定点計測方法では、深海の水柱を対象とする場合や上下方向の分解能を細かく物理量分布を計測する場合に多数の物理量センサを設置するので高価であったが、本発明は、音響映像撮像機器5などの物理量センサの個数を削減することができ、水柱観測装置1が安価になる。   As described above, the water column observation device 1 of the present invention uses only one acoustic image capturing device 5. It is sufficient for the physical quantity sensor group 9 to have one physical quantity sensor for one kind of physical quantity. The conventional fixed point measurement method is expensive because a large number of physical quantity sensors are installed when targeting a deep water column or measuring the physical quantity distribution with a fine vertical resolution, but the present invention provides an acoustic image. The number of physical quantity sensors such as the imaging device 5 can be reduced, and the water column observation device 1 becomes inexpensive.

本発明の水柱観測装置1は、音響映像撮像機器5からの音響映像電子情報を伝送ケーブル7と無線伝送装置8で伝送するようにしたので、時間的に連続した高解像度の音響映像を有する大容量の音響映像電子情報をリアルタイムで伝送することができる。従来の水中ロボット計測方法では、大容量のデータを伝送できない水中音響通信を用いるため高解像度の音響映像が得られず、あるいはバッチ処理方式となってリアルタイム観測ができなかったが、本発明は、高解像度の音響映像によるリアルタイム観測が可能となる。これにより、水柱の連続した物理量監視、評価がリアルタイムでできることになり、深海の開発現場・生産現場における状況把握に有効である。   Since the water column observation device 1 of the present invention transmits the audio video electronic information from the audio video imaging device 5 by the transmission cable 7 and the radio transmission device 8, it has a high resolution audio image that is continuous in time. A large amount of audiovisual electronic information can be transmitted in real time. The conventional underwater robot measurement method uses underwater acoustic communication that cannot transmit a large amount of data, so high-resolution audio images cannot be obtained, or real-time observation cannot be performed using a batch processing method. Real-time observation with high-resolution audio images is possible. As a result, continuous physical quantity monitoring and evaluation of water columns can be performed in real time, which is effective in grasping the situation at development sites and production sites in the deep sea.

本発明の水柱観測装置1は、昇降制御器6が巻上機3に対して巻き下げ量・巻き上げ量を与えるようにしたので、必要に応じて任意の水深区間を実現することができる。従来の固定点計測方法では、水深区間を変えるためには、物理量センサを設置しなおす必要があるが、本発明では昇降制御器6が制御量を変えるだけでよいので、水深区間を簡便に変えることができる。また、昇降制御器6が巻上機3に対して巻き下げ速度・巻き上げ速度も与えられるようにしておけば、上下方向スキャンの速度を任意に設定できることになる。   In the water column observation apparatus 1 according to the present invention, since the lifting controller 6 gives the hoisting machine 3 the amount of lowering and hoisting, an arbitrary water depth section can be realized as necessary. In the conventional fixed point measurement method, it is necessary to re-install the physical quantity sensor in order to change the water depth section, but in the present invention, the elevation controller 6 only needs to change the control amount, so the water depth section can be changed easily. be able to. Further, if the elevating controller 6 is also provided with a lowering speed and a hoisting speed for the hoisting machine 3, the vertical scanning speed can be arbitrarily set.

これにより、上下方向の物理量分布の分解能を粗くしたり細かくしたり調節することができる。従来の固定点計測方法では、物理量センサの設置間隔を変えて物理量センサを設置しなおす必要があるが、本発明では昇降制御器6が制御量を変えるだけでよいので、上下方向の物理量分布の分解能を簡便に変えることができる。昇降制御器6におけるこれらの制御量は、プラットフォーム等の外部から無線伝送装置8を介して昇降制御器6に指示するようにしてもよい。   Thereby, the resolution of the physical quantity distribution in the vertical direction can be adjusted to be coarse or fine. In the conventional fixed point measurement method, it is necessary to re-install the physical quantity sensor by changing the installation interval of the physical quantity sensor. However, in the present invention, since the elevation controller 6 only needs to change the control quantity, The resolution can be changed easily. You may make it instruct | indicate the control amount in the raising / lowering controller 6 from the exterior of a platform etc. to the raising / lowering controller 6 via the wireless transmission apparatus 8. FIG.

本発明の水柱観測装置1は、吊下索4が鉛直に吊下されている場合はもちろん、潮の流れで吊下索4が斜めになる場合でも、ジンバル10の働きにより音響映像撮像機器5が常に鉛直を保つので、ビーム回転軸が鉛直を保つ。よって、ビームの中心が常に水平に向くことになる。この結果、水柱の物理量分布を位置精度が高く観測することができる。   The water column observation apparatus 1 according to the present invention is not limited to the case where the suspension cable 4 is suspended vertically, but also when the suspension cable 4 is inclined due to the flow of the tide, the gimbal 10 functions to produce the audio video imaging device 5. Always keep vertical, so the beam rotation axis keeps vertical. Therefore, the center of the beam is always directed horizontally. As a result, the physical quantity distribution of the water column can be observed with high positional accuracy.

本発明の水柱観測装置1は、音響映像中から気泡群による音響映像を抽出し、気泡群音響映像の高さと幅とから漏洩ガス量を推定するようにしたので、ガス漏洩の早期検出やその拡散状況監視に有効である。   Since the water column observation apparatus 1 of the present invention extracts the acoustic image of the bubble group from the acoustic image and estimates the leaked gas amount from the height and width of the bubble group acoustic image, the early detection of the gas leak and its It is effective for monitoring the diffusion status.

本発明の一実施形態を示す水柱観測装置の側面図である。It is a side view of the water column observation apparatus which shows one Embodiment of this invention. 本発明の水柱観測装置で撮像される音響映像の一例を示す映像図である。It is an image figure which shows an example of the audio image imaged with the water column observation apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 水柱観測装置
2 水上ブイ
3 巻上機
4 吊下索
5 音響映像撮像機器
6 昇降制御器
7 伝送ケーブル
8 無線伝送装置
9 物理量センサ群
10 ジンバル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water column observation apparatus 2 Water buoy 3 Hoisting machine 4 Suspension cable 5 Acoustic imaging device 6 Elevator controller 7 Transmission cable 8 Wireless transmission device 9 Physical quantity sensor group 10 Gimbal

Claims (4)

水上ブイと、該水上ブイに搭載された巻上機と、該巻上機から吊下される吊下索と、該吊下索に取り付けられて上下方向の回転軸の周りに回転しつつ周囲の音響映像を撮像する音響映像撮像機器と、上記巻上機を制御して上記音響映像撮像機器を水深区間で昇降移動させることにより水柱の気泡群の音響映像を撮像させる昇降制御器と、上記音響映像撮像機器からの音響映像電子情報を上記水上ブイに伝送する伝送ケーブルと、上記水上ブイに搭載され上記音響映像電子情報を無線伝送する無線伝送装置とを備えたことを特徴とする水柱観測装置。 A water buoy, a hoist mounted on the water buoy, a suspension rope suspended from the hoist, and a periphery attached to the suspension rope while rotating around a vertical rotation axis and audio-visual image acquisition device for capturing an audiovisual, a lifting controller for imaging and audio-visual bubble groups water column by vertically moving the acoustic image pickup device by controlling the hoisting machine in the water depth interval And a transmission cable for transmitting audio / video electronic information from the audio / video imaging device to the water buoy, and a wireless transmission device mounted on the water buoy for wirelessly transmitting the audio / video electronic information. Water column observation device. 上記音響映像撮像機器が姿勢を鉛直方向に保持されるためにジンバルを介して上記吊下索に取付けられたことを特徴とする請求項1記載の水柱観測装置。   2. The water column observation apparatus according to claim 1, wherein the acoustic image pickup device is attached to the suspension cable via a gimbal so that the posture is maintained in a vertical direction. 水上ブイに搭載した巻上機から吊下される吊下索に上下方向の回転軸の周りに回転しつつ周囲の音響映像を撮像する音響映像撮像機器を取り付け、上記巻上機を制御して上記音響映像撮像機器を水深区間で昇降移動させることにより、上記音響映像撮像機器の周囲の上記水深区間の水柱の気泡群の音響映像を撮像し、音響映像撮像機器からの音響映像電子情報を伝送ケーブルと無線伝送装置で伝送するようにしたことを特徴とする水柱観測方法。 Attach an acoustic image pickup device that picks up the surrounding sound image while rotating around the vertical axis of rotation to the suspension rope suspended from the hoist mounted on the water buoy. by vertically moving the acoustic image pickup device in a water depth interval imaging and audio-visual bubble groups water column around the depth interval of said audio visual imaging equipment, audio-visual electronic information from the acoustic image pickup device A water column observation method characterized in that the water is transmitted by a transmission cable and a wireless transmission device . 上記音響映像中から気泡群による音響映像を抽出し、該気泡群音響映像のスケール情報と散乱強度とから漏洩ガス量を推定することを特徴とする請求項3記載の水柱観測方法。   The water column observation method according to claim 3, wherein an acoustic image of a bubble group is extracted from the acoustic image, and a leaked gas amount is estimated from scale information and scattering intensity of the bubble group acoustic image.
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