JP5583581B2 - 浚渫を最適化するシステム及び方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔背景技術〕
過去１０年間で浚渫活動の量には顕著な増加が見られ、その中でも硬岩に対して行われる割合が増加している。この状況は、海洋インフラ計画及びペルシャ湾等の特定の領域の地質学的特徴によって大きな深度が必要となることで説明がつく。この増加傾向が今後１０年続くことをあらゆる予測が示している。

この展開に応答して、建設区域で作業する浚渫船のカッタヘッドはより強力なものになってきており、従来の掘削発破法と比較して低コストで高い生産速度が可能となっている。

浚渫船の最適な利用は、現場についての地質学的知識が確かであることを意味する。特に、切削に対する抵抗が最も大きい岩石地帯は、カッタの過度の磨耗及び損傷を回避するために慎重に施工（attacked）すべきであるため、その位置を把握しなければならない。

しかしながら、実際には、岩石の質及び深さは垂直方向及び水平方向の両方で頻繁に急変する。したがって、カッタヘッド４（図１）は、緩い地盤（例えば砂）２に数メートルぶつかった後でコンクリートよりも抵抗が大きな岩石３にぶつかる可能性がある。ほとんどの場合、入札案内書に地質学的且つ地質工学的な現場（situ）特性についての表示があるが、多くの場合、これは不十分且つ不完全である。浚渫現場の面積は通常は数平方キロメートルであり、調査ボーリング孔間の距離は通常は数百メートルであるが、多くの場合、浅い岩石地帯は約１０メートルしかない。そのような硬い箇所は、カッタヘッドが衝突するまで検出されないままであることが多い。単に追加で無作為にボーリング孔を掘削するだけでは、状況は改善されない。

従来、浚渫船船長は、２つの可能な選択肢に直面する。

−生産量を最大にするために「蛮力（brute force）」の使用を試みること。ただし、破壊の危険性が高いことで計画外の修理のための頻繁な停止の危険性が高い。

−切削パワーを制限することによってポンプ浚渫船の損傷を回避すること。ただし、これは非岩石地帯で不必要に低い生産量を伴う。

〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、任意に、通常既に利用可能な低分解能情報に加えて、カッタヘッドの前の材料に関する高分解能地震波速度情報を得て、該情報に応答して切削パラメータの具体的な調整を行うことができるシステムを提供することによって、当該技術分野における問題を克服することを目的とする。高分解能情報は、浚渫中に取得及び更新される。地震データを使用して、浚渫プロセス自体の間に、カッタヘッドの周辺付近及びカッタヘッドの前の地震波速度測定によって、カッタヘッドの近くの既存の地質学的モデルを微調整することができる。

〔図面の簡単な説明〕
（図１）水層１、緩い材料層（例えば、砂）２、岩石層３、カッタヘッド４、及び海底下の浚渫深度５を示す、海底の断面の概略図である。カッタヘッド４は、回転し（７）、砂層２及び／又は岩石層３内へ前進する（６）。

（図２）カッタヘッド４より先で水中に位置決めされる複数の地震受信機（seismic receivers）１１が配置されているフレーム１０を備える、本発明のシステムを適合させた船舶２５の概略図である。

（図３）地震受信機１１’、１１’’、１１’’’の位置を示すカッタヘッド４の掃過の概略図である。

（図４）９個の別個の地震受信機（０〜８）のそれぞれから経時的に記録される地震事象を示す地震計からのトレースである。

〔課題を解決するための手段〕
本発明の一実施形態は、カッタヘッド４が設けられている浚渫船２５による一区域の浚渫を最適化するシステムであって、浚渫船２５の前で局所地震波速度を測定する手段を備え、該手段は、浚渫船の船首端に取り付けられるように構成されるフレーム１０によって支持される１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’を含み、フレームは、カッタヘッド４の上方且つ前で地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’を整列させる、カッタヘッドが設けられている浚渫船による一区域の浚渫を最適化するシステムである。

本発明の別の実施形態は、フレームが、水平線上で１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’を支持するようになっている、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’が、少なくとも２つのハイドロフォンを含む、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、フレームが、カッタヘッド４を少なくとも３ｍ越えた水平距離で浚渫船２５の船首端２０に最も近い地震受信機１１’を支持するようになっている、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、フレームが、浚渫船に強固に取り付けられるように構成される、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、フレームが、関節ジョイント又は減衰サスペンションを介して浚渫船に取り付けられるように構成される、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、カッタヘッド４が設けられている船舶２５による一区域の浚渫を最適化するシステムであって、船舶２５の前で局所地震波速度を測定する手段を備え、該手段は、水中又は水上に浮くようになっているフレームによって支持される１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’を含む、カッタヘッドが設けられている船舶による一区域の浚渫を最適化するシステムである。

本発明の別の実施形態は、フレームが、水平線上で１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’を支持するようになっている、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’が、少なくとも２つのハイドロフォンを含む、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、浮動フレームに、その位置及び向きを船舶の位置とは無関係に遠隔移動させる推進手段が設けられる、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、
−浚渫対象の区域の従来の土壌データを得る手段と、
−歩留まり及びカッタ磨耗を最適化するように、従来の土壌情報と局所土壌情報との組み合わせに基づいて、現在及び後続のカッタヘッド位置に関する浚渫パラメータを最適化する手段と、
−浚渫パラメータを出力し、それにより浚渫パラメータに基づいてカッタパラメータを調整することで現在及び後続のカッタヘッド位置において最適な効率を与える手段と、
をさらに備える、上述のようなシステムである。

本発明の別の実施形態は、カッタサクションヘッドが設けられている船舶２５による一区域の浚渫を、浚渫中に最適化する方法であって、
−浚渫対象の区域の従来の土壌情報を得るステップと、
−浚渫中にカッタヘッドの前の土壌の局所地震波速度を含む１つ又は複数の局所土壌パラメータを測定するステップと、
−歩留まり及びカッタ磨耗を最適化するように、従来の土壌パラメータと局所土壌パラメータとの組み合わせに基づいて、現在及び後続のカッタヘッド位置に関する浚渫パラメータを計算するステップと、
−カッタパラメータを調整することで現在及び後続のカッタヘッド位置において最適な効率を与えるように、こうして得られた浚渫パラメータを用いるステップと、
を含む、カッタサクションヘッドが設けられている船舶による一区域の浚渫を、浚渫中に最適化する方法である。

本発明の別の実施形態は、局所土壌パラメータが大地比抵抗（geo-resistivity）データをさらに含む、上述のような方法である。

本発明の別の実施形態は、局所土壌パラメータが、パラメトリック音響測深データ又はサブボトムプロファイラデータ等の反射法地震データをさらに含む、上述のような方法である。

本発明の別の実施形態は、局所土壌パラメータが、振動データ、音データ、カッタヘッドにおける温度測定値、カッタヘッドのスイング速度のいずれかをさらに含む、上述のような方法である。

本発明の別の実施形態は、カッタパラメータが、横方向スイング速度、カッタヘッド回転速度、カッタヘッド回転トルク、施工層厚、及び切削当たりの幅のいずれかである、上述のような方法である
本発明の別の実施形態は、地質探査データが、掘削、ボーリング孔、バイブロコア（vibrocores）、ピストンサンプリング、コア貫入試験、及びウォッシュプロービング（wash probing）から得られる、上述のような方法である。

本発明の別の実施形態は、硬い土壌又は岩石の接近が測定又は予測されると、施工される層厚及び／又は層幅、及び／又はカッタの横方向スイング速度が低減される、上述のような方法である。

本発明の別の実施形態は、柔らかい土壌の接近が測定又は予測されると、施工される層厚及び／又は層幅、及び／又はカッタの横方向スイング速度が増加される、上述のような方法である。

〔発明を実施するための形態〕
別段の定義がない限り、本明細書で用いられるすべての技術用語及び科学用語は、当業者が一般的に理解するのと同じ意味を有する。本明細書で参照されるすべての公報が、参照により本明細書に援用される。冠詞「a」及び「an」は、その冠詞の文法上の対象の１つ又は２つ以上、すなわち少なくとも１つを指すために本明細書では用いられる。例として、「a sensor」は、１つのセンサ又は２つ以上のセンサを意味する。

端点による数値範囲の記述は、全整数と、必要に応じてその範囲内に包含される端数とを含む（例えば、１〜５は、例えばセンサの数を指す場合は１、２、３、４を含むことができ、例えば測定値を指す場合は１．５、２、２．７５、及び３．８０も含むことができる）。端点の記述は、その端点値自体も含む（例えば、１．０〜５．０は、１．０及び５．０の両方を含む）。

本発明は、土壌又は岩石の浚渫中に、カッタの前の土壌又は岩石の地震波速度を測定することが可能であり、この測定値は、以下では浚渫能力と呼ぶ水中掘削能力について強く示唆するという、本発明者らの知見に関連する。測定値を他の従来の土壌データと組み合わせて使用し、切削現場及び後続の切削場所におけるカッタパラメータを調整することができる。調整され得るパラメータは、例えば、カッタ回転速度、ウィンチに対する引張力、又は歩留まりを最適化し且つ／又は摩滅及び引裂きを減らすために調整される任意の他のパラメータである。

本発明の一態様は、カッタサクションヘッドが設けられている船舶、好ましくは浚渫船による一区域の浚渫を、浚渫中に最適化する方法であって、
−浚渫対象の区域の従来の土壌データを得ること、
−浚渫中にカッタヘッドの前の土壌の局所地震波速度を含む１つ又は複数の局所土壌パラメータを測定すること、
−歩留まり及びカッタ磨耗を最適化するように、浚渫中に取得される地質調査データと局所土壌パラメータとの組み合わせに基づいて、現在及び後続のカッタヘッド位置に関する浚渫パラメータを計算すること、及び
−現在及び後続のカッタヘッド位置における生産量を最適化するために、カッタパラメータを調整すること、
を含む、カッタサクションヘッドが設けられている船舶、好ましくは浚渫船による一区域の浚渫を、浚渫中に最適化する方法に関する。

船舶は、浚渫船であることが好ましく、カッタヘッド自体が、環境中に伝播する振動を発生させる。特に、カッタヘッドが発生する振動は、土壌、岩石、及び水を通して伝播する。浚渫中、カッタヘッドの前に配置される地震受信機からの信号を記録し用いて、浚渫中に取得された地質調査データと地震波速度との組み合わせに基づいて、現在及び後続のカッタヘッド位置に関する浚渫パラメータを計算して歩留まり及びカッタ磨耗を最適化する。

地震波速度（Ｐ波及び／又はＳ波速度）は、岩石又は土塊の地質工学的特性に関連する測定局所土壌パラメータであり、屈折法地震探査によって測定されることが好ましい。地震波速度は、地中における地震波の伝播の速度をいう。圧縮地震波（Ｐ波）又は剪断地震波（Ｓ波）又は界面（表面）波のいずれかが用いられ得る。対応する地震波速度が、Ｐ波速度及びＳ波速度と呼ばれる。

従来の土壌データは、浚渫作業から独立した従来の情報源又は調査方法を用いて土壌特性又は岩石特性に関して得られる全情報をいい、例として、地図及び刊行物からの地質データ、ボーリング孔説明書、地質工学試験報告書、地球物理調査書等が挙げられる。

地震波速度は、カッタヘッドより先すなわちカッタヘッドの前で測定され、すなわち、カッタヘッドの前方の未浚渫の土壌について測定される。これは通常、船舶の船首端を越えて突出しているフレームによって支持される１組の地震受信機によって測定される。フレームは、地震受信機を沈め、海底の上方且つカッタヘッドの前方にそれらを配置する。

地震波速度に加えて、カッタヘッドの現在位置の付近で測定される他の土壌パラメータを用いて、その切削現場及び後続の切削場所におけるカッタパラメータを調整することができる。これらは、任意の現場技法（例えば、大地比抵抗探査、反射法地震探査（パラメトリック音響測深探査、サブボトムプロファイラ等））を用いて測定することができるものを含む。

二次土壌関連パラメータは、より高い精度を得るために解析で用いられ得る。これらは、振動データ、音データ、カッタヘッドにおける温度測定値、及びカッタヘッドのスイング速度を含む。浚渫作業自体によって発生する地震信号を用いて土壌を研究することは、本発明の範囲内にある。浚渫作業自体によって発生する信号は、適した場所に搭載される補助震源によって補うことができる。概して、当該測定値は、適当なセンサによって取得される。センサは、浚渫船自体に搭載され得るか、海底上に置かれ得るか、又は適当な補助船の後ろで曳航され得る。

カッタヘッドは、概して、浚渫船の下に吊下されるラダーによって回転軸に取り付けられるホイール又は球である。ラダーの方向は、その掃過範囲内で３次元で調整可能であるため、下方、前方、及び横方向に切削することができる。本システムによって計算される浚渫パラメータを用いて、浚渫プロセスの切削特性（カッタパラメータ）の１つ又は複数、例えば、横方向スイング速度、カッタヘッド回転速度、カッタヘッド回転トルク、施工層厚、及び切削当たりの幅を調整することができる。カッタの歯は、一般的には双方向だが、一方の横方向スイング方向（いわゆるオーバーカッティングスイング方向）の切削作用が他方（いわゆるアンダーカッティングスイング方向）と比較して小さい。横方向スイング方法は、例えば、衝撃の小さいオーバーカッティング方向では砂及び軟弱粘土をほぐすように、衝撃の大きなアンダーカッティング方向では岩石を切削するように調整することができる。

地質調査データは、当業者に一般的に既知の方法によって得られる任意のものであり得る。例えば、これは、地質図_、若しくは地質文献から又は特定現場掘削から得られるものであり得る。

本方法は、Ｓｏｉｌ Ｖｉｅｗｅｒコンピュータディスプレイを介して浚渫船船長によって利用可能となる土壌画像を提供し得る。この情報に基づいて全自動浚渫モードで、いわゆる自己学習プロセスで浚渫船の性能を最大にするためにこの地質情報を最適な浚渫パラメータに変換するのは、浚渫船コンピュータ自体である。

本明細書で用いる場合、「の前」、「より先」、「の前方」、「を越えて」等の用語は、カッタヘッド４に対する地震受信機１１の位置を示すために用いられ、受信機１１がカッタヘッド４よりも船舶の船首端から水平方向に大きく突出していることを意味する。好ましくは、少なくとも船舶に最も近い地震受信機１１が、カッタヘッドよりも船舶の船首端から水平方向に大きく突出している。

システム
本発明の一態様は、カッタヘッド４が設けられている船舶２５による一区域の浚渫を最適化するシステムであって、船舶２５の前で局所地震波速度を測定する手段を備え、該手段は、
−船舶の船首端に取り付けられるように構成されるフレーム１０によって支持され、カッタヘッド４の上方及び前でフレーム１０によって整列させられる、１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’、
を含む、カッタヘッド４が設けられている船舶２５による一区域の浚渫を最適化するシステムである。

本方法に関して上述した特徴は、本システムにも当てはまる。

本発明の一態様によれば、図２を参照すると、局所地震波速度を測定する手段は、船舶２５の船首端２０を越えて突出しているフレーム１０によって支持される１組の地震受信機１１、１１’を含む。図２に示すように、フレームは剛性であり得る。フレーム１０は、地震受信機１１、１１’を沈め、カッタヘッド４の上方且つカッタヘッド４より先にそれらを配置する。フレーム１０は、船舶の船首端２０に、例えば船殻に、又は船舶の甲板若しくは任意の他の構造に取り付けられることが好ましい。フレームは、例えば、実質的な移動を防止するボルト又はクリップを用いて、直接そこに強固に取り付けられ得る。代替的に、フレームは、船舶に対するフレームの限られた移動を可能にするヒンジジョイント又はユニバーサルジョイント等の（可動すなわち関節）ジョイントを用いて取り付けられてもよい。取り付けは、船舶から装置に伝達される振動を減らすとともに水中での船舶の移動によってフレームに加わる力から船舶を緩衝する減衰サスペンションを含み得ることが理解されるであろう。サスペンションシステム及び／又はジョイントに起因し且つ後続の計算に影響を及ぼすフレームによる移動は、フレームによる移動度を測定する補償システムを用いて補正され得る。フレームは、水中での船舶の移動中に加わる力に耐えるような構造であるため、強度を与えると同時に軽量であり低抗力を示すメッシュ構造を通常は有する。フレームに適した材料として、鉄、鋼、アルミニウム、ガラス、又は炭素繊維が挙げられる。

本発明の代替的な実施形態では、フレームは、１本のワイヤ（図示せず）を備え得る。ワイヤは、船舶の船首端に取り付けられるように構成され、そこに地震受信機が一列に取り付けられる。ワイヤは、船舶の船首端から水位より下まで延びる。船舶から最も遠いワイヤの端には、該端が水位より下になる深さを調節するようになっているフロートが任意に配置され得る。ワイヤは剛性で、好ましくはワイヤ（主に鋼）ロープから形成され、１ｃｍ、２ｃｍ、３ｃｍ、４ｃｍ、５ｃｍ、６ｃｍ、又は上記値の任意の２つの間の範囲内の値以上の直径を有し得る。

地震受信機１１は、ハイドロフォン、ジオフォン、又は地震信号に関連する変位又は圧力変動を検出及び測定することができる任意の他の装置を含み得るが、好ましくは、ハイドロフォンが用いられる。

地震受信機１１は、図２及び図３に示すように直線状に配列されてもよく、代替的に、作業に好都合であると考えられる方にずらしてもよい。例えば、これらは、１次元パターン、２次元パターン、又は３次元パターンのいずれかで配列することができる。

本発明の別の実施形態は、カッタヘッド４が設けられている船舶２５による一区域の浚渫を最適化するシステムであって、船舶２５の前で局所地震波速度を測定する手段を備え、該手段は、浮動フレームによって支持される１組の地震受信機１１、１１’、１１’’、１１’’’を含む。浮動フレームは、水中のフレームのレベルを制御する１つ又は複数のフロートによって水面上又は水面下で支持される。フレームは、カッタヘッド４の上方且つ前に位置決めされる。フレームは、強度を与えると同時に軽量であり低抗力を示す上述のようなメッシュ構造を有し得る。そのようなフレームに適した材料として、鉄、鋼、アルミニウム、ガラス、又は炭素繊維が挙げられる。代替的に、フレームは、地震受信機が一列に取り付けられるワイヤを備え得る。浮動フレームには、その位置及び向きを船舶の位置とは無関係に遠隔移動させる推進手段が設けられ得る。推進手段は、１つ又は複数のモータ付きプロペラを含む。遠隔制御は、ケーブル又は無線リンクを用いて行われ得る。浮動フレームの位置は、例えば、局所三角測量を用いて、例えば船舶上に位置する２つのカメラによるフレーム上のマーカの検出によって、又は全地球航法衛星システム（例えば、ＧＰＳ）を用いて、正確に求めることができる。船舶から独立していることで、浮動フレームが地震データに応答して場所及び向きを変えることができる。これは、システムがより大きな領域から信号を受け取ること、又はカッタヘッド４の位置に対してより小さな領域のより詳細な情報を得ることを可能にする。

フレームの形状は、設置された地震受信機１１が船舶の船首端から水平方向に延びるように構成されるため、地震受信機１１は、船舶の前の海底の一区域にわたって信号を受信できる。地震受信機１１は、海底から生じる信号を検出するために、下方位置に向けられることが好ましい。通常、フレームの形状に応じて、これらは、水平線と平行な線又は平面を占める。しかしながら、他の配列も本発明の範囲内にある。例えば、１つ又は複数の受信機をその線又は平面の上方又は下方に位置付けてもよい。代替的に、又は付加的に、線／平面は、水平線に対して例えば１度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、好ましくは０度〜１０度傾き得る。

地震受信機１１は、処理用のためにデータをデータ取得ユニットに伝送し得る。信号のデータ伝送は、アナログであってもデジタルであってもよい。これらは、従来の電気ケーブル、光ケーブルを通ってもよく、又はいかなる種類のテレメトリ（例えば、アナログ無線、デジタル無線、赤外線、超音波）を用いてもよい。

地震受信機１１の数は、必要な分解能に応じて、且つ測定に必要なカッタより先の領域に応じて変わる。通常、受信機の数は、３個〜３０個、好ましくは５個〜１５個となる。

図３を参照すると、システムは、カッタヘッド４と船首端に最も近い地震受信機１１’との間の最小水平距離ＤＣが１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍ、又は上記値の任意の２つの間の範囲内の値未満になり得るように構成され得る。システムは、カッタヘッド４と船首端から最も遠い地震受信機１１’’’との間の最小水平距離ＤＦが１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍ、６ｍ、又は上記値の任意の２つの間の範囲内の値以上になり得るように構成され得る。地震受信機１１の数が多く、それらが占める水平距離ＤＳが大きいほど、土壌の対象範囲が広くなることが、当業者には理解されるであろう。システムは、カッタヘッドと地震受信機１１との間の最小垂直距離が１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍ、６ｍ、又は上記値の任意の２つの間の範囲内の値以上になり得るように構成され得る。図３には、地震受信機１１’’’がカッタヘッド４より先で検出する、ＤＳの距離にわたる長さＤＡの弧である最大領域３０が示されている。ＤＡの値は、カッタヘッド４の掃過距離に等しく、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍ、６ｍ、又は上記値の任意の２つの間の範囲内の値以上であり得る。上記の測定値が一般的指針にすぎないことが、当業者には理解されるであろう。パラメータ、例えば船舶、切削深さ、切削厚、所要分解能、適用範囲、及び重複に応じて、ＤＣ、ＤＦ、ＤＡ、及びＤＳの値が上述の範囲外で用いられることも、本発明の範囲内にある。

地震受信機１１から得られる信号は、データ取得ユニットに送信され得る。ユニットは、信号をデジタルデータに変換し、それを記憶し、且つ他の装置がデータを検索することを可能にする、取得コンポーネントを有するマイクロプロセッシング装置（例えば、ＰＣ又は埋め込みシステム）であり得る。通常、地震センサごとに１つのチャネルがある。信号は、地震計に、又は受信機からの地震データを検索及び記憶することが可能な任意の他の装置に表示され得る。

データは処理されることが好ましく、これは、地震情報を地震波速度の分布に関する情報及びカッタヘッドの前方の地盤の幾何学的形状に関する情報に変換することが目的である。処理は、手動、自動、又はこれら両方の組み合わせで実行され得る。時間領域及び／又は周波数領域における地震信号のすべての特徴が、処理で用いられ得る。

カッタヘッド４は、アーム１２を介して船舶の船殻の船首端２０から延びる。アーム１２は、カッタヘッド４を上下に動かすだけでなく左右にも動かすことも可能にするように構成される継手を用いて船舶に取り付けられる。図３は、アーム１２を左舷位置（Ａ）、中央位置（Ｂ）、及び右舷位置（Ｃ）で示しており、これらの位置は、左舷ウィンチケーブル４０及び右舷ウィンチケーブル４５によって或る程度制御される。切削中、アーム１２は、船舶の左舷２２から右舷２８に（３２の方向）、続いて船舶の右舷２８から左舷２２に（３４の方向）弧状にスイングする。連続弧状線３２、３４、３６、３８は、船舶が進航すると同時にアーム１２が左右にスイングするときのカッタヘッド４の前進を示す。上記の説明は、左舷２２の位置からの開始として切削を説明しているが、これに限定の意図はなく、いかなる位置から開始してもよいことが理解されるであろう。

信号及び局所状態に応じて、１つ又は複数の処理技法を用いて、信号／雑音比を改善すし且つ地盤の特徴に関する情報を得ることができる。これらの技法は、既存のソフトウェア及び手続きに基づいてもよく、又は特別に開発されてもよい。これらの技法としては、特に、到達の読み取り、周波数解析、Ｆ−Ｋ解析、相互相関、フィルタリング、デコンボリューション、直接モデリング、逆モデリング、トモグラフィ処理等が挙げられ得る。データが収集される地帯は、スイング長さに応じた方位角方向長さ（azimuthal length）及び受信機アレイの長さに応じた半径方向長さを有する。概して、半径方向長さは、カッタ動作のステップ長さ（通常は１ｍ〜２ｍ）よりもはるかに長い。したがって、連続スイング中に得られる情報間には重複がある。この重複を用いて、処理がさらに改善され得る。処理は、上述のような付加的な情報源（例えば、制御震源）及び／又は付加的な受信機（例えば、カッタヘッドの近く又は船舶上）から得られるデータを用い得る。既存の地質データ又は地質工学的データも用いられ得る。

本発明の一態様は、
−浚渫対象の区域の従来の土壌データを得る手段と、
−歩留まり及びカッタ磨耗を最適化するように、従来の土壌情報と局所土壌情報との組み合わせに基づいて、現在及び後続のカッタヘッド位置に関する浚渫パラメータを最適化する手段と、
−カッタパラメータを出力することによりカッタパラメータを調整することで現在及び後続のカッタヘッド位置において最適な効率を与える手段と、
をさらに備える、上述のようなシステムである。

本方法に関して上述の特徴は、本システムにも当てはまる。

本発明の一態様によれば、地震波速度データを含む局所土壌パラメータは、カッタの現在位置を示す地図の表示上に出力される。地図には、最適な切削パラメータを示すレベル（例えば、色、輪郭線等）が設けられ得る。これは、切削プロセス中に測定された１つ又は複数の地球物理学的パラメータと任意に組み合わせられる地震波速度データの関数であり得る。浚渫船船長は、この表示から手動浚渫モードで、浚渫を最適化するのに最も適当なカッタパラメータを決定することができる。カッタヘッドが硬質地帯（例えば、高地震波速度及び／又は高比抵抗）に接近するにつれて、浚渫船船長は、硬い箇所に慎重に接近するために、サイドウィンチに対する引張力を小さくすることで横方向スイング速度を低下させることができる。硬質地帯を通過したらすぐに、最大生産量に戻すために引張力を大きくすることで横方向スイング速度を上昇させる。自動浚渫モードの場合、ポンプ浚渫船に搭載のカッタコンピュータ自体が、収集した地質情報を最適な浚渫パラメータに変換する。特定の浚渫計画で正当化され得るように、本発明は、地震波速度又は大地比抵抗の使用にも、任意の他のパラメータ又はパラメータの組み合わせにも限定されない。

本発明は、微制御及び最適な磨耗及び歩留まりパラメータを可能にするには分解能が低すぎる測量図又はボーリング孔に依存して最適な浚渫方式を決定する手段を提供することが有利である。地震波速度の使用が、歩留まり及び効率を高める。現在、建設現場における骨材生産量の利益は１０％であると見積もられている。本システムは、地図の作成にデータを用いることができる土壌の精細且つ迅速な地質調査を可能にする。

〔実施例〕
本発明の実施形態を、以下の非限定的な実施例によって例示する。

浚渫船の船首端に、カッタヘッドの前且つ水位より下に位置決めした９個の地震センサが配置されているフレームを装着した。センサ間の間隔は２．５メートルである。切削中、図４に示すような地震計を用いて、０〜８の番号を付けた各センサからの信号を記録した。図４において、縦軸は時間であり、横軸は地震信号の振幅を示す。各受信機からの信号は、「事象」５０、５４と呼ぶ特定の特徴を示して表示されている。一連の事象は、切削プロセス（例えば、カッタヘッドの回転の停止及び開始、又はカッタヘッドと地盤との相互作用の変化）によって決まる。すべての受信機からの信号が、トレースごとの時間のずれがあることを除いて極めて似た事象５０、５４を示していることが分かる。時間のずれは、信号が伝播するのにかかる時間に起因する。図４に示す状況は、事象間の直線状且つ線形のつながり、すなわち、時間のずれが全受信機間でほぼ同じであることを示すが、これは地盤の状態が一様だからである。時間のずれを測定してカッタヘッドと受信機との間の距離を知ることにより、伝播速度を測定することができる。例えば、破線５６は、１７００ｍ／ｓの伝播速度に対応する。

堆積物及び岩石が存在するような図２に示すように、幾何学的形状がより複雑な場合、記録はより複雑なパターンの時間のずれを示す。さらに、さまざまなタイプの地震信号が存在し得る（Ｐ波、Ｓ波、界面波）。カッタヘッド以外の別の発生源からの地震信号が存在する可能性もある。そのような信号の発生は、他の振動源によるもの、又は装置の一部である震源による制御式のものであり得る。

水層１、緩い材料層（例えば、砂）２、岩石層３、カッタヘッド４、及び海底下の浚渫深度５を示す、海底の断面の概略図である。 カッタヘッド４より先で水中に位置決めされる複数の地震受信機（seismic receivers）１１が配置されているフレーム１０を備える、本発明のシステムを適合させた船舶２５の概略図である。 地震受信機１１’、１１’’、１１’’’の位置を示すカッタヘッド４の掃過の概略図である。 ９個の別個の地震受信機（０〜８）のそれぞれから経時的に記録される地震事象を示す地震計からのトレースである。

Claims (14)

1. カッタヘッド（４）が設けられている浚渫船（２５）による一区域の浚渫を最適化するシステムであって、該浚渫船（２５）の前で局所地震波速度を測定する手段を備え、前記手段は、該浚渫船の船首端に取り付けられるように構成されるフレーム（１０）によって支持される１組の地震受信機（１１、１１’、１１’’、１１’’’）を含み、前記フレームは、該カッタヘッド（４）の上方且つ前で該地震受信機（１１、１１’、１１’’、１１’’’）を整列させる、カッタヘッドが設けられている浚渫船による一区域の浚渫を最適化するシステム。
2. 該フレームは、水平線上で該１組の地震受信機（１１、１１’、１１’’、１１’’’）を支持するようになっている、請求項１に記載のシステム。
3. 該１組の地震受信機（１１、１１’、１１’’、１１’’’）は、少なくとも２つのハイドロフォンを含む、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 該フレームは、該カッタヘッド（４）を少なくとも３ｍ越えた水平距離で該浚渫船（２５）の該船首端（２０）に最も近い該地震受信機（１１’）を支持するようになっている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 該フレームは、前記浚渫船に強固に取り付けられるように構成される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 該フレームは、関節ジョイント又は減衰サスペンションを介して該浚渫船に取り付けられるように構成される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
7. カッタサクションヘッドと請求項１ないし６のいずれか１項に記載のシステムとが設けられている船舶（２５）による一区域の浚渫を、浚渫中に最適化する方法であって、
   上記方法は、
   −浚渫作業から独立した地質探査データにより、浚渫対象の該区域の従来の土壌情報を得るステップと、
   −浚渫中に該カッタヘッドの前の土壌の局所地震波速度を含む１つ又は複数の局所土壌パラメータを測定するステップと、
   −歩留まり及びカッタ磨耗を最適化するように、従来の土壌情報と局所土壌パラメータとの組み合わせに基づいて、現在及び後続のカッタヘッド位置に関する浚渫パラメータを計算するステップと、
   −カッタパラメータを調整することで現在及び後続のカッタヘッド位置において最適な効率を与えるように、こうして得られた該浚渫パラメータを用いるステップと、
   を含む、カッタサクションヘッドが設けられている船舶による一区域の浚渫を、浚渫中に最適化する方法。
8. 前記局所土壌パラメータを測定することは大地比抵抗データを得ることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記局所土壌パラメータを測定することはパラメトリック音響測深データ又はサブボトムプロファイラデータ等の反射法地震探査データを得ることをさらに含む、請求項７又は８に記載の方法。
10. 該局所土壌パラメータを測定することは、該カッタヘッドによって発生する振動データ、該カッタヘッドによって発生する音データ、該カッタヘッドにおける温度測定値、該カッタヘッドのスイング速度のいずれかを得ることをさらに含む、請求項７ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. 該カッタパラメータは、横方向スイング速度、カッタヘッド回転速度、カッタヘッド回転トルク、施工層厚、及び切削当たりの幅のいずれかである、請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 該地質探査データが、掘削、ボーリング孔、バイブロコア、ピストンサンプリング、コア貫入試験、及びウォッシュプロービングから得られる、請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 硬い土壌又は岩石の接近が測定又は予測されると、施工される層厚及び／又は層幅、及び／又は該カッタの横方向スイング速度が低減される、請求項７ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 柔らかい土壌の接近が測定又は予測されると、施工される層厚及び／又は層幅、及び／又は該カッタの横方向スイング速度が増加される、請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の方法。

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