JP6725812B2

JP6725812B2 - ブイ式波高計測装置

Info

Publication number: JP6725812B2
Application number: JP2016134032A
Authority: JP
Inventors: 武尊道前; 毅琴浦
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: JP2018004529A

Description

本発明は、主に海上工事等の施工現場における波高を計測するブイ式波高計測装置に関する。

港湾内等の海上の施工現場においては、安全性の観点から作業時における波高基準が設定されることがあり、その場合には、作業海域における実際の波高を把握する必要が生じる。

この場合、大規模な港湾等では、国土交通省港湾局等の公共機関や民間企業から波高に関する観測データが提供されており、これを活用することにより、作業海域の波高を把握することが可能である。

しかしながら、実際の施工現場は、提供される波高の観測データの観測点から離れている場合が多く、観測データが実際の施工現場付近における波高を示しているとは言い難かった。

そこで、従来では、施工現場に波高計を設置し、実際の波高を計測するようにしており、波高計としては、海底設置式、空中放射式、ブイ式の波高計等がある。

しかしながら、海底設置式の波高計は、海底に設置した超音波センサや水圧センサ等の計測器を用いて水面変動を捉えるものであり、潜水士によって計測器を海底に設置する必要があるため設置作業が容易でなく、特に水深５０ｍ以上の大水深域においては設置が困難であるという問題があった。

また、この海底設置式波高計では、リアルタイムにデータを取得する場合、無線によるデータ伝達が困難なため、海底の計測器と海上の中継用ブイや作業船上の装置とがケーブルで接続されている必要があるという問題があった。

空中放射式波高計は、海上構造物等に設置した装置より海面に向かって垂直方向に超音波を放射し、その反射から水面変動を捉えるものであり、この方式の波高計を作業船に用いる場合、作業船の揺動によって超音波の放射角度及び超音波を送受信する装置の位置が変動するため、その変動を考慮して計測値を補正する必要が生じ、その算出が複雑であるという問題があった。

一方、ブイ式波高計は、計測器を内蔵したブイを海面に浮かべ、水面変動に追随するブイの上下方向変位を計測するものであり、計測が比較的容易であり、軽量なブイであれば人力による設置が可能である。

ブイ式波高計には、例えば、水面変動に追随するブイの上下方向加速度を加速度センサで計測し、その加速度を時間で２回積分することにより水面の上下方向変位を算出するようにしたもの等が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、ブイ式計測計には、波、風、潮流の影響を考慮し、計測器をブイ本体にジンバル機構を介して設置したものも知られている。

特開平８−２７８１３０号公報

しかしながら、上述の如き従来のブイ式波高計では、ブイが軽量であると波、風、潮流の影響を受けて漂流するため、観測を希望する水域に留まることができず、施工現場等における波高計測に向かないという問題があった。

また、ブイ式波高計では、図５（ａ）に示すように、軽量のブイ２を係留索３によって監視船等の船舶１や水底に設置したシンカー４に係留した場合、漂流しようとするブイ２に対し波力以外に係留索３を介して外力が作用すると、ブイ２が計測部ごと傾斜するとともに、ブイ２の水位変動に追随する動作が規制されてしまうため、正確な波高を計測ることができないおそれがある。

一方、ブイを高波浪によっても流されないようにするには、ブイを大型化し重量を増す必要があるため、人力による設置作業が困難であるという問題があり、また、ブイの大型化に伴い係留索及び係留用アンカーの重量も相対的に増加するため、それらの設置作業が困難であることから汎用性に欠けるという問題があった。

また、このようなブイ式波高計では、ブイの重量が増加すると、ブイの運動特性がゆっくりした水面変動にしか追随できないものとなってしまい、水面変動の速い工事現場等における波高計測に適さないという問題もあった。

さらに、海上では、様々な方向から波、風及び潮流の影響を受けるため、ジンバル機構では、３軸方向の追随性がそれぞれ支持軸の拘束を受けるため、正確に計測器の水平性を確保することが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、計測に用いるブイを容易に設置でき、水面変動の速い工事現場等において正確な波高計測が可能なブイ式波高計測装置の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、水面を浮遊するブイの上下変位に基づいて波高を計測するブイ式波高計測装置において、前記ブイは、下部に重心を有する球状の計測用浮体と、該計測用浮体の上下変位を計測又は算出可能な変位計測手段と、前記計測用浮体を相対移動自在に収容する外殻体と、前記外殻体と前記計測用浮体との間に介在される流体とを備えたブイ式波高計測装置にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記外殻体には、係留索の一端が連結される係留部材を備えていることにある。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成に加え、前記変位計測手段は、前記計測用浮体の３軸方向の加速度を計測可能な加速度センサと、前記計測用浮体の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えていることにある。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１の構成に加え、前記変位計測手段は、前記計測用浮体に内蔵された加速度センサと、該加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記計測用浮体の上下変位を算出する演算部とを備え、前記加速度センサと前記演算部とが無線通信できるようにしていることにある。

本発明に係るブイ式波高計測装置は、上述したように、水面を浮遊するブイの上下変位に基づいて波高を計測するブイ式波高計測装置において、前記ブイは、下部に重心を有する球状の計測用浮体と、該計測用浮体の上下変位を計測又は算出可能な変位計測手段と、前記計測用浮体を相対移動自在に収容する外殻体と、前記外殻体と前記計測用浮体との間に介在される流体とを備えたことにより、計測用浮体が外殻体に作用する外力に影響されずに常に安定した姿勢を保つことができ、正確に波高を計測することができる。また、外殻体に計測用浮体が拘束されていないため、波、風、潮流の影響を受けにくく全方位で対応することができる。

また、本発明において、前記外殻体には、係留索の一端が連結される係留部材を備えていることにより、ブイを所望の水域に留めることができ、工事現場等の波高計測に対応することができる。

更に、本発明において、前記変位計測手段は、前記計測用浮体の３軸方向の加速度を計測可能な加速度センサと、前記計測用浮体の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えていることにより、波高計測に併せてブイの位置座標を計測することができる。

更にまた、本発明において、前記変位計測手段は、前記計測用浮体に内蔵された加速度センサと、該加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記計測用浮体の上下変位を算出する演算部とを備え、前記加速度センサと前記演算部とが無線通信できるようにしていることにより、ブイを小型軽量化することができるとともに、水深に依存せずに波高を計測することができる。

本発明に係るブイ式波高計測装置の一例を示す側面図である。（ａ）は図１中のブイ部分を示す平面図、（ｂ）は同縦断面図である。本発明に係るブイ式波高計測装置の他の使用態様を示す部分破断断面図である。従来のブイ式波高計を係留した状態を示す概略側面図であって、（ａ）は船舶に係留した状態、（ｂ）は水底部に係留した状態を示す図である。

次に、本発明に係るブイ式波高計測装置の実施態様を図１〜図３に示した実施例に基づいて説明する。尚、上述の従来例と同様の構成には同一符号を付して説明し、符号１は監視船等の船舶、符号３は係留索、符号２０は波高計測装置を構成するブイである。

このブイ式波高計測装置は、水面に浮かべたブイ２０を備え、ブイ２０を用いて所望の水域の波高を計測するようになっている。

ブイ２０は、図２に示すように、球体状の計測用浮体１２と、計測用浮体１２を相対移動自在に収容する外殻体２１と、計測用浮体１２と外殻体２１との間に介在される流体２１とを備えている。

計測用浮体１２は、軽量且つ電波が透過可能な材質によって構成され、底部に配置された錘１５と、錘１５の上に配置された載置台１６とを備え、載置台１６上に変位計測手段を構成する加速度センサ等からなるセンサ部１３ａが設置されている。

この計測用浮体１２は、錘１５によって重心が安定し、流体２２上に浮かんだ状態でほぼ回転しないようになっている。

センサ部１３ａは、計測用浮体１２の３軸方向の加速度をそれぞれ計測可能な加速度センサと、計測用浮体１２の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えている。

加速度センサは、計測した計測用浮体１２の３軸方向の加速度を無線で船舶１上のコンピュータ等の演算部１３ｂに送信し、演算部１３ｂが時間による二回積分によって計測用浮体１２の各方向の変位をほぼリアルタイムで算出するようになっている。

位置計測器は、例えば、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）機器を使用し、計測用浮体１２（ブイ２０）の正確な位置座標を無線により演算部１３ｂに送信できるようになっている。

尚、変位計測手段は、ブイ１１が水面に露出し、監視船等の船舶１との間で無線通信が可能であることから、計測用浮体１２に内蔵されるセンサ部１３ａと、コンピュータ等からなる演算部１３ｂとに分けて構成でき、計測用浮体１２に内蔵する部分を最小限にすることで計測用浮体１２を人力によって持ち運び可能な大きさ及び重量にすることができる。

外殻体２１は、遮水性及び電波が透過可能な部材によって中空球状に形成され、その内径は、計測用浮体１２の外径よりも大きく形成されている。尚、外殻体２１の形状は、中空球状に限定されず、内部に計測用浮体１２が移動自在に収容可能であればよく、例えば、中空多面体状であってもよい。

この外殻体２１は、球体又は多面体を半割にした形状の上半部２１ａと下半部２１ｂとにより構成され、上半部２１ａと下半部２１ｂとが互いに着脱可能に連結されている。

上半部２１ａと下半部２１ｂとの連結手段は、例えば、開口縁部にそれぞれ雄ねじ部２３と雌ねじ部２４を備え、互いにねじ込むことにより止水された状態で嵌合するようになっている。

一方、上半部２１ａは、頂部に流体２２を注入可能な注入口２５を備え、外殻体２１内に計測用浮体１２を収容した状態で注入口２５より流体２２を注入することにより、外殻体２１と計測用浮体１２との間に流体２２が介在され、計測用浮体１２が流体２２上に浮いた状態で外殻体２１内に収容されるようになっている。尚、図中符号２６は、注入口２５を開閉可能に閉鎖するキャップである。

また、上半部２１ａの外側面には、フック状の係留部材２７が突設され、この係留部材２７に係留索３の一端を連結することにより、ブイ２０を係留できるようになっている。

流体２２には、主に水又は油等を使用し、その量は、計測用浮体１２が流体２２上に浮上し、かつ計測用浮体１２の頂部が外郭体２１の内壁に接しない程度とし、流体２２の種類と量とを調整することによって、ブイ２０全体の喫水を調節できるようになっている。

このように構成されたブイ式波高計測装置では、図１に示すように、ブイ２０が流体２２を介在させた二重構造になっているため、内部の計測用浮体１２は、外殻体２１に作用する外力によって拘束されず、外殻体２１が傾斜しても常に水平性が確保されるため、波高の算出に必要な鉛直方向の加速度を容易に抽出でき、容易に波高を算出することができる。

また、このブイ式波高計測装置では、外殻体２１に対して計測用浮体１２が拘束されていないため、計測用浮体１２は、ブイ２０に作用する波、風、潮流の影響を受けにくく、全方位で対応することができる。

また、このブイ式波高計測装置では、ブイを監視船等の船舶１に係留することによりブイ２０を所望の水域に留め、その水域の波高を測定することができる。

また、計測用浮体１２に内蔵されたセンサ部１３ａによって計測された計測データは、無線によって船舶１に送信できるので略リアルタイムに波高を計測することができる。

尚、上述の実施例では、船舶１にブイ２０を係留させた例について説明したが、対象物は船舶１に限定されず、図３に示すように、係留索３の一端を水底部に設置したシンカー４に連結し、水底部に係留させるようにしてもよく、岸壁等の地上構造物に係留させてもよい。また、このブイ式波高計測装置では、ブイ２０を漂流させた状態で計測するようにしてもよい。

また、上述の実施例では、変位計測手段として加速度センサを用いた例について説明したが、変位計測手段はこれに限定されず、例えば、ＧＮＳＳ機器のみで構成してもよい。

１船舶（監視船）
３係留索
１２計測用浮体
１３ａセンサ部
１３ｂ演算部
１５錘
１６載置台
２０ブイ
２１外殻体
２２流体
２３雄ねじ部
２４雌ねじ部
２５注入口
２６キャップ
２７係留部材

Claims

水面を浮遊するブイの上下変位に基づいて波高を計測するブイ式波高計測装置において、
前記ブイは、下部に重心を有する球状の計測用浮体と、該計測用浮体の上下変位を計測又は算出可能な変位計測手段と、前記計測用浮体を相対移動自在に収容する外殻体と、前記外殻体と前記計測用浮体との間に介在される流体とを備えたことを特徴とするブイ式波高計測装置。
前記外殻体には、係留索の一端が連結される係留部材を備えている請求項１に記載のブイ式波高計測装置。
前記変位計測手段は、前記計測用浮体の３軸方向の加速度を計測可能な加速度センサと、前記計測用浮体の位置情報を取得可能な位置計測器とを備えている請求項１又は２に記載のブイ式波高計測装置。
前記変位計測手段は、前記計測用浮体に内蔵された加速度センサと、該加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記計測用浮体の上下変位を算出する演算部とを備え、前記加速度センサと前記演算部とが無線通信できるようにしている請求項１〜３の何れか１に記載のブイ式波高計測装置。