JP6894074B2 - ブイ式潮流計測装置及び潮流計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に海上工事等の施工現場における潮流速を計測するブイ式潮流計測装置及び潮流計測方法に関する。

港湾内等の海上の施工現場においては、安全性及び品質確保の観点から作業時における作業海域の潮流の流速及び流向を把握することが必要となる場合が多く生じる。

例えば、水底部へ石材等の資材を投下する場合には、潮流によって投下位置が変動するので、所望の位置に資材を設置するには、実際の潮流を考慮して資材を投下させる必要がある。

また、グラブバケットによる浚渫作業においては、水中に降下させたグラブバケットが潮流によって流され、グラブバケットの着底位置が予定掘削位置から外れてしまうおそれがあることから、潮流を考慮してグラブバケットの位置を管理する必要がある。

そこで、従来では、直読式電磁流速計や多層流向流速計（ＡＤＣＰ）等の流速計を使用し、流速を実際に計測することによって、潮位変動に起因する流速を把握する方法が用いられている。

直読式電磁流速計は、海底にセンサを設置し、センサ周辺の電磁場の変化を捉えることによって流速を計測するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。

多層流向流速計は、作業船等に設置した装置から水中に向けて超音波を放射し、水中の微小物からの反射から流速を計測するようになっている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平０９ −１３３５５８号公報 特開２０１６−１８３４６４号公報

しかしながら、上述の如き直読式電磁流速計は、海中に設置したセンサ周辺の電磁場の変化を捉えるものであり、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、海中のセンサと海上の中継用ブイ又は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。

一方、上述の如き多層流向流速計は、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。

また、この種の多層流向流速計は、設置した船上等においてコンピュータ機器とケーブルを介して接続することによってリアルタイムに計測データを確認することが可能であるが、観測地から離れた位置で計測データを確認するためには、そのための伝送システムを必要とする。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、簡便な構造で遠隔地においても計測可能なブイ式潮流計測装置及び潮流計測方法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、水面に浮かべたブイと、該ブイを所定の基準姿勢に維持するための姿勢維持手段と、水中に配置された受流体と、前記ブイと前記受流体とを繋ぐ潮流伝達部材と、前記ブイの基準姿勢に対する傾斜角度を計測する角度計測手段と、前記ブイの基準姿勢に対する傾斜角度に基づいて潮流の流速を算出する演算手段とを備え、前記受流体が受けた潮流に連動して前記ブイが前記基準姿勢から潮流方向に傾斜するようにしたブイ式潮流計測装置にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記ブイの傾斜方向を検知する方位検知手段を備えていることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記姿勢維持手段は、前記ブイに内蔵された前記角度計測手段を含む計測ユニットによって構成されていることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか一の構成に加え、係留索を介して係留されている枠体を備え、該枠体内に前記ブイが回転自在に保持されていることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、受流体と潮流伝達部材によって繋がれたブイを使用し、前記受流体を水中に配置した状態で前記ブイを水上に浮かべ、前記受流体が受けた潮流に連動して前記ブイを基準姿勢から潮流方向に傾斜させ、その前記ブイの傾斜角度を計測し、該ブイの傾斜角度に基づいて前記潮流の流速を算出する流速計測方法にある。

本発明に係るブイ式潮流計測装置は、請求項１に記載の構成を具備することによって、簡易な構造で所望の水域の流速を計測することができる。

また、本発明において、請求項２に記載の構成を具備することによって、流速とともに潮流の方向を検知することができる。

さらに、本発明において、請求項３に記載の構成を具備することによって、別途錘等を容易する必要がなく、部品点数を減らし、ブイの小型化及び軽量化を図ることができる。

さらにまた、本発明において、請求項４に記載の構成を具備することによって、ブイを所望の水域に留めることができ、その水域の潮流を計測することができる。

本発明に係る潮流計測方法は、請求項５に記載の構成を具備することによって、簡便な方法で潮流速を計測することができる。

本発明に係るブイ式潮流計測装置の概略を示す側面図である。 同上の平面図である。 図1中のブイを示す縦断面図である。 ブイの傾斜角度と流速との関係を示すグラフである。 本発明に係るブイ式潮流計測装置を使用した潮流計測方法を説明するための側面図であって、（ａ）は基準姿勢、（ｂ）は流速が低い場合の状態、（ｃ）は流速が高い場合の状態を示す図である。

次に、本発明に係るブイ式潮流計測装置の実施態様を図１〜図５に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１は水面、符号２は水底、符号３はブイ式潮流計測装置である。

このブイ式潮流計測装置３は、水面１に浮かべたブイ４と、ブイ４を所定の基準姿勢に維持するための姿勢維持手段と、水中に配置された受流体５と、ブイ４と受流体５とを繋ぐ潮流伝達部材６と、ブイ４の基準姿勢に対する傾斜角度を計測する角度センサ７等の角度計測手段と、ブイ４の基準姿勢に対する傾斜角度に基づいて潮流の流速を算出する演算手段とを備えている。尚、所定の基準姿勢とは、流速ゼロの状態の静水面に浮遊させたブイ４が安定する姿勢をいう。

また、このブイ式潮流計測装置３は、係留索８を介して水底２等に係留されている枠体９を備え、枠体９内にブイ４が回転自在に保持され、ブイ４が所望の水域に滞留し、その水域の流速及び流向を計測できるようになっている。

ブイ４は、図３に示すように、遮水性を有し、かつ、電波を通す材料によって中空球状に形成され、その内部下半部に角度計測手段を含む計測ユニット１０が内蔵されている。

また、このブイ４には、外周面より回転支持軸１１，１１が突設され、この回転支持軸１１，１１が枠体９に回転自在に保持され、枠体９に対し回転支持軸１１，１１回りに回転できるようになっている。

枠体９は、円環状、Ｕ字状又はコ字状等の枠状に形成され、係留索８を介して水底２等に設置したアンカー１２に繋がれて係留された状態で水面１に浮かべられている。

また、ブイ４は、その下端にロープ等からなる潮流伝達部材６の一端が回動自在に連結される伝達部材連結部１３を備え、潮流伝達部材６を介して受流体５が繋がれている。

受流体５は、潮流の圧力を受ける受流部１４を備え、受流部１４に受けた潮流の圧力によって潮流方向に移動するようになっている。

本実施例では、受流体５が中心軸方向の両端が開口したテーパ筒状に形成され、テーパ筒状の内周面が受流部１４となっている。

そして、この受流体５は、開口面積の大きい側の端部に潮流伝達部材６の一端が連結され、受流部１４に潮流を受けることにより、潮流方向に移動し、且つ、潮流伝達部材６を介してその圧力をブイ４に伝達するようになっている。

姿勢維持手段は、ブイ４の下半部に内蔵された計測ユニット１０によって構成され、計測ユニット１０の重量によってブイ４全体の重心が安定する。よって、本実施例では、ブイ４は、流速ゼロの状態の静水面に浮遊させた場合、伝達部材連結部１３を真下に向けた姿勢、即ち、所定の基準姿勢で安定し、その状態が維持されるようになっている。

尚、姿勢維持手段は、ブイ４の底部に配置された錘（図示せず）を備え、錘によって重心を安定させるようにしてもよい。

計測ユニット１０は、ブイ４内に所定の角度、即ち、基準姿勢において水平となるように設置された載置台１５と、載置台１５に固定された角度センサ７と、電力を供給するバッテリー１６とを備え、角度計測手段である角度センサ７がブイ４の回動に伴って傾斜した載置台１５の傾斜角度αを計測するようになっている。尚、角度センサ７は、傾斜方向を検知する方位検知手段としても機能するようになっている。

また、計測ユニット１０は、通信機１７を備え、監視船や陸上に設置されたコンピュータ機器１８等からなる演算手段と無線通信できるようになっており、角度センサ７で計測したブイ４の傾斜角度α及び傾斜方向を無線でコンピュータ機器１８等の演算手段に送信し、演算手段が傾斜角度αに基づいて当該水域の流速をほぼリアルタイムで算出するようになっている。

尚、計測ユニット１０は、ブイ４が水面１に露出し、監視船や陸上に設置されたコンピュータ機器１８との間で無線通信が可能であることから、ブイ４に内蔵される角度センサ７と、コンピュータ機器１８等からなる演算手段とに分けて構成でき、ブイ４内に内蔵する部分を最小限にすることでブイ４を軽量化及び小型化できる。

演算手段は、コンピュータ機器１８やタブレット端末等によって構成され、図４に示すように、ブイ４の傾斜角度αと流速とが一定の関係（例えば、比例関係）を有することを利用し、ブイ４の傾斜角度αに基づいて潮流の流速を算出するようになっている。尚、ブイ４の傾斜角度αと流速との関係は、この実施例に示す比例関係に限定されず、計測水域に作用する諸条件や計測の目的に応じて実験や電算機によるシミュレーション分析によって求めることができる。

このように構成されたブイ式潮流計測装置３を使用した潮流計測方法は、係留された枠体９に回転自在に保持された状態のブイ４を対象水域の水面１に浮かべるとともに、受流体５を水中に投入する。

水中の受流体５は、図５(ａ)に示すように、潮流を受けないと仮定すると、水中で滞留するので、ブイ４は姿勢維持手段によって基準姿勢が維持された状態となる。

一方、受流体５は、受流部１４に潮流を受けると、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、潮流方向に移動し、その圧力が潮流伝達部材６を介してブイ４に伝達され、それに連動してブイ４を基準姿勢から潮流方向に傾斜させる。

その際、傾斜角度αと潮流速とは、一定の関係（本実施例では、比例関係）にあり、潮流が遅い場合には、図５（ｂ）に示すように、傾斜角が小さく、潮流が速い場合には、図５（ｃ）に示すように、傾斜角が大きくなる。

一方、計測ユニット１０は、角度センサ７によってブイ４の傾斜角度α及びその方向を随時計測し、無線によってその計測データをコンピュータ機器１８からなる演算手段に随時送信する。

演算手段は、図４に示すブイ４の傾斜角度αと流速とが一定の関係（本実施例では、比例関係）を有することを利用し、随時送信されるブイ４の傾斜角度データに基づいて潮流の流速を算出することにより、当該水域の流速をリアルタイムに計測する。

尚、上述の実施例では、ブイ４を枠体９に回転自在に保持させ、係留させた例について説明したが、ブイ４を係留させずに水面１に自由に浮遊させた状態で使用してもよい。その場合、ＧＰＳ等のブイ４の位置を計測する位置計測手段を備えることが好ましい。

また、上述の実施例では、ブイ４内に電源としてバッテリー１６を内蔵した例について説明したが、電源供給手段としてブイ４の上面に太陽光パネルを設置してもよい。

１ 水面
２ 水底
３ ブイ式潮流計測装置
４ ブイ
５ 受流体
６ 潮流伝達部材
７ 角度センサ
８ 係留索
９ 枠体
１０ 計測ユニット
１１ 回転支持軸
１２ アンカー
１３ 伝達部材連結部
１４ 受流部
１５ 載置台
１６ バッテリー
１７ 通信機
１８ コンピュータ機器（演算手段）

Claims (5)

1. 水面に浮かべたブイと、該ブイを所定の基準姿勢に維持するための姿勢維持手段と、水中に配置された受流体と、前記ブイと前記受流体とを繋ぐ潮流伝達部材と、前記ブイの基準姿勢に対する傾斜角度を計測する角度計測手段と、前記ブイの基準姿勢に対する傾斜角度に基づいて潮流の流速を算出する演算手段とを備え、
   前記受流体が受けた潮流に連動して前記ブイが前記基準姿勢から潮流方向に傾斜するようにしたことを特徴とするブイ式潮流計測装置。
2. 前記ブイの傾斜方向を検知する方位検知手段を備えている請求項１に記載のブイ式潮流計測装置。
3. 前記姿勢維持手段は、前記ブイに内蔵された前記角度計測手段を含む計測ユニットによって構成されている請求項１又は２に記載のブイ式潮流計測装置。
4. 係留索を介して係留されている枠体を備え、該枠体内に前記ブイが回転自在に保持されている請求項１〜３の何れか一に記載のブイ式潮流計測装置。
5. 受流体と潮流伝達部材によって繋がれたブイを使用し、
   前記受流体を水中に配置した状態で前記ブイを水上に浮かべ、前記受流体が受けた潮流に連動して前記ブイを基準姿勢から潮流方向に傾斜させ、その前記ブイの傾斜角度を計測し、該ブイの傾斜角度に基づいて前記潮流の流速を算出することを特徴とする流速計測方法。

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