JP5243805B2 - 水中距離測定方法および水中距離測定システム - Google Patents

Description

本発明は、水中距離測定方法および水中距離測定システムに関する。

海洋工事や調査等において、水中における２点間の距離を測定する場合がある。
従来、２点間の距離を測定する方法としては、スチールテープを利用する距離測定や、光波測距儀による距離測定が一般的に行われている。

スチールテープによる距離測定は、張力が付加された状態で、２点間の距離を測定するものであるが、この方法による距離測定は、距離が長距離になると誤差が大きくなるため、長距離の測定には不向きであった。

また、光波測距儀による距離測定は、一方に据え付けられた光波測距儀から発射された光波を、他方に据え付けられた反射プリズムに反射させて、光波による位相差で２点間の距離を測定するものであるが、光波測距儀による測定は、水中では光波が乱反射してしまう等の理由により、測定することができなかった。

そのため、例えば、特許文献１には、水中における長距離測定を行う装置として、水中の２点間に音波を飛ばし、その伝達時間で距離を測定する水中用距離測定装置が開示されている。
特開２００２−１３１４１８号公報

ところが、音波は水温、海水の場合は塩分濃度等が影響するため、これらの要素を測定値の補正項として実測値を補正する必要がある。しかし、これらの条件は時々刻々変化するため、２点間の絶対値を測定することは不可能である。

また、実測を行う場所と、キャリブレーションを行う場所とでは、同条件で行う必要があるが、海等のように不安定な条件と同条件の場所をキャリブレーションのために設定するのは困難であった。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、水中での測定における特殊な条件に影響を受けることなく、高精度に水中の２点間距離を測定することを可能とした水中距離測定方法および水中距離測定システムを提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明の水中距離測定方法は、大気中で高張力線材に張力を与え、該高張力線材に目盛を付すとともに、基準鋼線温度を測定する工程と、前記高張力線材を、水中に設けられた２つの測定点の直上を通るように水中に配設する工程と、前記高張力線材に張力を与えて前記目盛と前記測定点との位置関係により前記測定点同士の水中距離を測定するとともに該高張力線材の鋼線温度を測定する工程と、基準鋼線温度と水中での鋼線温度との差により、前記水中距離の補正を行う工程と、を備えることを特徴としている。
ここで、高張力線材には、少なくともＰＣ鋼線やＰＣより線等の緊張材として使用される各種線材が含まれる。

かかる水中距離測定方法によれば、高張力線材の延びに影響を及ぼす鋼線温度について、陸上と水中での温度差により補正を行うため、高精度の測定結果を得ることを可能としている。
なお、水中での鋼線温度の測定は、高張力線材の温度を直接測定してもよいし、高張力線材周辺の水温から算出してもよい。
また、陸上でな鋼線温度の測定についても、高張力線材の温度を直接測定してもよいし、日射の影響を受けないなどの環境が整えば、高張力線材周辺の外気温から算出してもよい。

また、緊張力が付された高張力線材を利用した実測値により測定を行っているため、水中での測定において、水温分布や、海水の場合の塩分濃度などの影響を受けることがなく、高精度に測定を行うことができる。
また、高張力線材を利用していることで、長距離測定に伴う撓み等の影響が少なく、長距離測定を高精度に行うことが可能となる。

また、高張力を掛けて高張力線材の撓みを小さくすることで、水の流れや波浪での高張力線材の撓みを小さくできる。そのため、作業できる施工条件化では、距離の測定誤差として実用上無視できるくらい小さくすることができる。
また、目盛が付された高張力線材を利用しているため、再測定を容易に行うことが可能であるとともに、測定誤差を最小限に抑えることが可能である。

また、前記水中距離測定方法において、測定用水中カメラで撮影された画像により、前記水中距離の測定を行ってもよい。
かかる水中距離測定方法によれば、陸上や台船上において水中距離測定を行うことが可能となる。

また、本発明の水中距離測定システムは、目盛が付されており、水中に設けられた２つの測定点の直上を通るように配設された高張力線材と、前記高張力線材に緊張力を付与する緊張力付与手段と、前記目盛と前記測定点との位置関係を撮影する測定用水中カメラと、前記測定用水中カメラにより撮影された画像を表示するモニタと、前記高張力線材の鋼線温度を測定する鋼線温度計と、を備えており、前記目盛は、前記高張力線材に大気中で張力を与えた状態で付されたものであることを特徴としている。

かかる水中距離測定システムによれば、測定用水中カメラで撮影された画像を利用して測定点の距離を測定するため、不確定要素がなく、高精度な測定が可能である。

また、前記水中距離測定システムにおいて、前記測定点が、水中に配設された距離測定架台に設けられており、前記距離測定架台には、前記高張力線材に沿って補助目盛が付されていれば、補助目盛を目視することにより詳細な距離測定を行うことが可能となる。

また、前記水中距離測定システムにおいて、前記測定用水中カメラにより撮影された画像を記録する記録手段を備えていれば、測定時の画像が記録されているため、誤測定の確認等を行うことが可能である。

また、前記水中距離測定システムが、前記高張力線材が前記測定点の真上に位置するように、前記緊張力付与手段の位置を調整する線材位置修正手段を備えていれば、高張力線材の位置の調整を簡易に行うことが可能である。

また、前記水中距離測定システムにおいて、前記緊張力付与手段を撮影するジャッキ用水中カメラと、前記ジャッキ用水中カメラにより撮影された画像を表示するモニタと、を備えていれば、緊張力付与手段の荷重が高張力線材に確実に伝達されているかを確認することが可能となる。

本発明の水中距離測定方法および水中距離測定システムによれば、水中での測定における特殊な条件に影響を受けることなく、高精度に水中の２点間距離を測定することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

本実施形態では、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、水中に構築された構造物Ａ１，Ａ２にそれぞれ設けられた測定点Ｐ１，Ｐ２の直線距離Ｌの測定を、本発明の水中距離測定システムおよび水中距離測定方法により行う場合について説明する。

構造物Ａ１，Ａ２は、海底に構築された海洋構造物である。測定点Ｐ１，Ｐ２は、構造物に固定された架台（距離測定架台）４０，４０上に設定された点である。

本実施形態に係る水中距離測定システム１は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、架台４０，４０に設けられた２つの測定点Ｐ１，Ｐ２の直上を通るように配設されたＰＣ鋼線（高張力線材）１０と、このＰＣ鋼線１０に緊張力を付与する緊張力付与手段２０と、各測定点Ｐ１，Ｐ２とＰＣ鋼線１０との位置関係を撮影する測定用水中カメラ３０，３０と、を備えている。

緊張力付与手段２０は、ＰＣ鋼線１０の先端を固定するジャッキ受２２と、ＰＣ鋼線１０に緊張力を付与するジャッキ２１とを有して構成されている。

ジャッキ２１およびジャッキ受２２は、構造物Ａ１，Ａ２にそれぞれ固定されたジャッキ用架台２３，２３に設置されている。
本実施形態ではジャッキ２１として、センターホールジャッキを使用するが、緊張力付与手段の形式は限定されるものではなく、適宜公知の緊張力付与手段の中から選定して使用すればよい。

構造物Ａ１に固定された一方のジャッキ用架台２３の上面には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ベースプレート２４が固定されており、ジャッキ２１は、このベースプレート２４の上方で左右（図２（ａ）において上下）にスライド可能に設置されたスライドプレート２５に固定されている。

スライドプレート２５は、ベースプレート２４に設置されたハンドル２６を回転させることにより、ベースプレート２４の前後（図２において左右端）に固定されたレール２７，２７に沿ってスライドする。

ハンドル２６は、ハンドル部２６ａと、ハンドル部２６ａの回転により回転する回転軸２６ｂと、を備えて構成されている。回転軸２６ｂは、ハンドル部２６ａに固定されているとともにベースプレート２４とスライドプレート２５との間に挿通されている。回転軸２６ｂ外周囲に台形ねじによるねじ加工が施されており、スライドプレート２５の下面に固定された台形ナット２６ｃを挿通している。

ハンドル２６を回転させると、台形ナット２６ｃを挿通する回転軸２６ｂがハンドル２６の回転とともに回転することで、スライドプレート２５が回転軸２６ｂに沿ってスライドする。

スライドプレート２５のスライドに伴い、ジャッキ２１が左右に移動することで、ＰＣ鋼線１０を測定点Ｐ１の真上に位置するように調整することが可能となる。
なお、本実施形態では、台形ねじと台形ナット２６ｃとにより線材位置修正手段を構成するものとしたが、線材位置修正手段の構成はこれに限定されるものではなく、例えばラックアンドピニオン形式により構成するなど、適宜公知の形式により形成することが可能である。

また、ジャッキ２１が設置される一方のジャッキ用架台２３には、ジャッキ２１を撮影するためのジャッキ用水中カメラ３１が固定されている。ジャッキ用水中カメラ３１は、陸上や台船上等に設置された図示しないモニタに接続されている。これにより、水中に潜ることなく、ジャッキ２１による緊張力の付与状況を確認することが可能になる。

ジャッキ受２２は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、構造物Ａ２に固定された他方のジャッキ用架台２３の上方に設置されたスライドプレート２５に固定されている。ジャッキ用架台２３の上面には、ベースプレート２４が固定されており、このベースプレート２４の上方には、２点の測定点Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線に対して左右（図３（ａ）において上下）にスライド可能に設置されたスライドプレート２５に固定されている。

スライドプレート２５のスライドは、ベースプレート２４に設置されたハンドル２６を回転させることにより、ベースプレート２４の前後（図３において左右端）に固定されたレール２７，２７に沿って行われる。

ハンドル２６は、ハンドル部２６ａと、ハンドル部２６ａの回転により回転する回転軸２６ｂと、を備えて構成されている。回転軸２６ｂは、ハンドル部２６ａに固定されているとともにベースプレート２４とスライドプレート２５との間に挿通されている。回転軸２６ｂ外周囲に台形ねじによるねじ加工が施されており、スライドプレート２５の下面に固定された台形ナット２６ｃを挿通している。

ハンドル２６を回転させると、台形ナット２６ｃを挿通する回転軸２６ｂがハンドル２６の回転とともに回転することで、スライドプレート２５が回転軸２６ｂに沿ってスライドする。

スライドプレート２５のスライドに伴い、ジャッキ受２２が左右に移動することで、ＰＣ鋼線１０を測定点Ｐ２の真上に位置するように調整することが可能となる。

なお、本実施形態では、台形ねじと台形ナット２６ｃとにより線材位置修正手段を構成するものとしたが、線材位置修正手段の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、ラックアンドピニオン形式により構成するなど、適宜公知の形式により形成することが可能である。また、台形ねじではなく、角ねじや三角ねじであってもよい。
また、ジャッキ用架台２３，２３の構成は緊張力に耐えられるものであれば限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

測定用水中カメラ３０は、図１（ａ）に示すように、測定点Ｐ１，Ｐ２を含む架台４０，４０の上面を撮影することが可能となるように固定されている。
測定用水中カメラ３０は、図４に示すように、陸上や台船上に設置されたモニタ３２に接続されており、水中に潜ることなくリアルタイムで測定することを可能としている。

また、モニタ３２には、ＤＶＤレコーダ、ハードディスク、ＲＡＭ等の記録手段３３が接続されており、測定用水中カメラ３０により撮影されてモニタ３２に表示された画像データを保存することが可能に構成されている。

また、測定用水中カメラ３０の近傍には、水中ライト３４が設置されており、測定点Ｐ１，Ｐ２を照射することで、測定用水中カメラ３０による撮影をより見やすくしている。
なお、水中ライト３４は必要に応じて設置すればよい。ここで、図面における符号３５は、測定用水中カメラ３０、モニタ３２または水中ライト３４の電源である。

架台４０，４０は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、構造物Ａ１，Ａ２に固定されており、上面に測定点Ｐ１，Ｐ２が設けられている。

測定点Ｐ１（Ｐ２）は、図５（ａ）に示すように、架台４０の上面に固定されたベースプレート４１の表面に設定されている。
ベースプレート４１には、カメラ固定具４２が固定されており、測定点Ｐ１（Ｐ２）の直上に測定用水中カメラ３０を設置することが可能に構成されている。

また、ベースプレート４１の上面には、水流等により測定用水中カメラ３０の撮影に悪影響を及ぼすことがないように、カメラ固定具４２を覆うようにカバー４３が設置されている。
なお、カバー４３を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態ではアクリル製の透明の箱状部材により構成するものとする。また、カバー４３は必要に応じて設置すればよく、省略することも可能である。

また、カメラ固定具４２の構成も限定されるものではなく、適宜設定することが可能であるが、測定用水中カメラ３０の上下の移動および測定用水中カメラ３０の回転が可能に構成されていることが望ましい。

架台４０（ベースプレート４１）の上面には、図５（ｂ）に示すように、ＰＣ鋼線１０に沿って補助目盛４４が付されている。本実施形態では補助目盛４４の間隔を１ｃｍとするが、補助目盛４４の間隔が限定されないことはいうまでもない。

本実施形態では、カメラ固定具４２の近傍に図示しない浄化装置が設置されており、濁水時においても、測定用水中カメラ３０（ジャッキ用水中カメラ３１）の周囲の浄化を行うことで撮影を可能とするように構成されている。なお、浄化装置は必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。

ＰＣ鋼線１０には、図５（ｂ）に示すように、先端部分および後端部分の測定点Ｐ１，Ｐ２に対応する箇所に水中での確認が可能となるように、着色することにより目盛が付されている。本実施形態では、１０ｃｍ間隔で色分けを行うことで、水中での確認を可能に構成されている。なお、目盛の間隔や着色の色等は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

また、水中距離測定システム１は、図示しない鋼線温度計を備えており、緊張力が付与された状態のＰＣ鋼線１０の鋼線温度を測定することが可能に構成されている。また、水中距離測定システム１は、鋼線温度計の近傍に図示しない水温計も備えており、鋼線温度の測定とともに水温の測定も行うことが可能に構成されている。なお、本実施形態では、鋼線温度計により直接鋼線温度を測定するものとしたが、水温計により鋼線周囲の水温を測定することで、鋼線温度を測定する構成としてもよい。

次に、本実施形態に係る水中距離測定システム１を利用した水中距離測定方法について説明する。
本実施形態に係る水中距離測定方法は、準備工程と、配設工程と、測定工程と、補正工程とを備えている。

準備工程は、陸上（大気中）において、ＰＣ鋼線１０に張力を与えた状態で、想定される２点（Ｐ１，Ｐ２）間の距離（本実施形態では約１００ｍ）に対応するＰＣ鋼線１０の先端部と基端部とに目盛を付すとともに、ＰＣ鋼線１０の基準鋼線温度を測定する工程である。本実施形態ではＰＣ鋼線１０に付す目盛として、図５（ｃ）に示すように、１０ｃｍ間隔で異なる２色を着色することにより行う。なお、目盛の間隔および色は限定されるものではない。

また、架台４０には、図５（ｂ）に示すように、予め測定点Ｐ１，Ｐ２の周辺に、１ｃｍ間隔の補助目盛４４を付しておく。ここで補助目盛４４は、０．５ｃｍ幅線からなる１０ｃｍ目盛４４ａと１ｃｍ目盛４４ｂを備えている。

配設工程は、水中の構造物Ａ１，Ａ２に設けられた２つの測定点Ｐ１，Ｐ２の直上を通るように準備工程において目盛が付されたＰＣ鋼線１０を水中に配設する工程である。
配設工程では、構造物Ａ１，Ａ２に固定された緊張力付与手段２０にＰＣ鋼線１０の先端と基端とを固定することにより行う。なお、緊張力付与手段２０は、ジャッキ用架台２３，２３を介して予め構造物Ａ１，Ａ２に固定しておいてもよいし、ＰＣ鋼線１０の設置とともに、構造物Ａ１，Ａ２に固定してもよい。

測定工程は、ジャッキ２１によりＰＣ鋼線１０に所定の緊張力（本実施形態では３０ｋＮ）を与えてＰＣ鋼線１０の目盛と測定点Ｐ１，Ｐ２との位置関係により測定点Ｐ１と測定点Ｐ２との水中距離を測定する工程である。また、測定工程では、水中距離Ｌの測定とともにＰＣ鋼線１０の鋼線温度を測定も行う。

ジャッキ２１の加圧作業は、本実施形態では、微調整を行うことが可能となるように手動ポンプにより行うものとするが、自動加圧ポンプにより行ってもよい。このとき、ジャッキの緊張荷重の管理は、モニタ３２に近傍に設置された図示しないデータロガを利用して行う。
ジャッキ２１によるＰＣ鋼線１０への緊張時は、ジャッキ用水中カメラ３１によりジャッキ２１の荷重が確実にＰＣ鋼線１０に伝達されているかを確認する。

水中距離Ｌの測定は、測定用水中カメラ３０により撮影された画像をモニタ３２により確認することで行う。このとき、架台４０に付された補助目盛４４を利用することで、ミリ単位の測定を行うことができる。
本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、ＰＣ鋼線１０の１００ｍ地点から０．０５５ｍ（５５ｍｍ）の位置に測定点Ｐ１が位置していることから、水中距離Ｌは９９．９４５ｍ（＝１００−０．０５５）である。

また、ＰＣ鋼線１０と測点Ｐ１または測点Ｐ２との位置関係にずれがある場合は、ジャッキ２１またはジャッキ受２２を横方向にスライドさせることにより、ずれの調整を行う。

なお、測定用水中カメラ３０およびジャッキ用水中カメラ３１の操作は、モニタ３２による画像の確認を行いながら、モニタ３２の近傍に設けられた図示しないカメラコントローラーにより行う。
また、測定用水中カメラ３０およびジャッキ用水中カメラ３１により撮影された画像は、記録手段３３によりモニタ３２に表示された画像を録画することで保存する。

鋼線温度の測定は、図示しない鋼線温度計により行う。また、鋼線温度の測定に伴い、水温も測定することで、水温による鋼線温度への影響の確認も行う。なお、鋼線温度計および水温計による測定結果は、モニタ３２またはモニタ３２の近傍に設けられた図示しない表示手段に表示されることで、大気中（地上または台船上）において確認する。

補正工程は、測定工程において測定された鋼線温度と、準備工程において測定された基準鋼線温度との温度差を利用して、測定工程において測定された水中距離の補正を行う工程である。
つまり、ＰＣ鋼線１０の緊張時の伸びは、鋼線の温度により影響を受けるため、大気中と水中での温度差により、補正を行うことで、より正確な距離測定を行う。

以上、本発明の水中距離測定システムおよび水中距離測定方法によれば、所定の強度を有したＰＣ鋼線１０に緊張力を付与した状態で、ＰＣ鋼線１０に付された目盛を利用して測定を行うため、水流や波等の水中の状況の影響を受けることなく一定の精度で測定を行うことができる。

また、モニタ３２により映し出された映像を目視で確認しながら実施するため、不確定要素がなく、正確性に優れている。

また、記録手段３３により測定時の画像が記録されているため、測定結果のチェックを行うことが可能である。

また、ＰＣ鋼線１０上に測定時の目盛が付されているため、同様の手順を踏むことで再測定を行うことが可能なため、より正確な測定データを確保することが出来る。

また、測定誤差については、準備工程において、大気中にてＰＣ鋼線１０の特長による誤差の確認、測定時の基準鋼線温度、サグ量による影響を検証しているため、１００ｍ±２０ｍｍは確保可能であることを確認している。
また、測定工程における水中測定時には、ＰＣ鋼線１０の基準鋼線温度と測定中の鋼線温度と水温とにより補正を行っているため、より正確なデータを得ることが可能である。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、高張力線材としてＰＣ鋼線を使用するものとしたが、高張力線材はＰＣ鋼線に限定されるものではなく、例えばＰＣより線を使用する等、適宜公知の緊張材の中から選定して使用してもよい。

また、ＰＣ鋼線の位置のずれが生じるおそれがない場合には、線材位置修正手段を省略してもよい。
また、線材位置修正手段のハンドルの回転軸に歯車が固定されている構成としたが、回転軸の外周面にネジ加工が施されているものとしてもよい。

測定点は必ずしも架台上に設定されている必要はなく、構造物に直接設定された測定点を測量する構成としてもよい。
補助目盛は必要に応じて設置すればよく、例えばＰＣ鋼線に付された目盛のみで水中距離の測定が可能であれば、省略してもよい。

本発明の好適な実施形態に係る水中距離測定システムの概略を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図１に示す水中距離測定システムの緊張力付与手段のジャッキを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図１に示す水中距離測定システムの緊張力付与手段のジャッキ受を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 図１に示す水中距離測定システムの水中カメラとモニタの関係等を示す模式図である。 図１に示す水中距離測定システムの架台を示す図であって、（ａ）は架台の側面図、（ｂ）は（ａ）の拡大ａ−ａ矢視図、（ｃ）は（ａ）の拡大ｂ−ｂ矢視図である。

符号の説明

１ 水中距離測定システム
１０ ＰＣ鋼線（高張力線材）
２０ 緊張力付与手段
２１ ジャッキ
２２ ジャッキ受
２４ ベースプレート（線材位置修正手段）
２５ スライドプレート（線材位置修正手段）
２６ ハンドル（線材位置修正手段）
３０ 測定用水中カメラ
３１ ジャッキ用水中カメラ
３２ モニタ
３３ 記録手段
４０ 架台（距離測定架台）
４４ 補助目盛
Ｌ 水中距離
Ｐ１，Ｐ２ 測定点

Claims (7)

1. 大気中で高張力線材に張力を与え、該高張力線材に目盛を付すとともに、基準鋼線温度を測定する工程と、
   前記高張力線材を、水中に設けられた２つの測定点の直上を通るように水中に配設する工程と、
   前記高張力線材に張力を与えて前記目盛と前記測定点との位置関係により前記測定点同士の水中距離を測定するとともに該高張力線材の鋼線温度を測定する工程と、
   基準鋼線温度と水中での鋼線温度との差により、前記水中距離の補正を行う工程と、を備えることを特徴とする、水中距離測定方法。
2. 測定用水中カメラで撮影された画像により、前記水中距離の測定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の水中距離測定方法。
3. 目盛が付されており、水中に設けられた２つの測定点の直上を通るように配設された高張力線材と、
   前記高張力線材に緊張力を付与する緊張力付与手段と、
   前記目盛と前記測定点との位置関係を撮影する測定用水中カメラと、
   前記測定用水中カメラにより撮影された画像を表示するモニタと、
   前記高張力線材の鋼線温度を測定する鋼線温度計と、を備える水中距離測定システムであって、
   前記目盛は、前記高張力線材に大気中で張力を与えた状態で付されたものであることを特徴とする、水中距離測定システム。
4. 前記測定点は、水中に配設された距離測定架台に設けられており、
   前記距離測定架台には、前記高張力線材に沿って補助目盛が付されていることを特徴とする、請求項３に記載の水中距離測定システム。
5. 前記測定用水中カメラにより撮影された画像を記録する記録手段を備えることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の水中距離測定システム。
6. 前記高張力線材が前記測定点の真上に位置するように、前記緊張力付与手段の位置を調整する線材位置修正手段を備えることを特徴とする、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の水中距離測定システム。
7. 前記緊張力付与手段を撮影するジャッキ用水中カメラと、前記ジャッキ用水中カメラにより撮影された画像を表示するモニタと、を備えることを特徴とする、請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の水中距離測定システム。

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