JP7402464B2 - Wave analysis system - Google Patents
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Description
本発明は、波浪の進行方向を解析する波浪解析システムに関するものである。 The present invention relates to a wave analysis system that analyzes the traveling direction of waves.
従来から、水上に発生した波浪を観測・解析するための、様々な技術が発案されている。例えば、特許文献1に開示された計測方法は、水面に設置された浮体の動きをGPS測位によって計測し、波の波向等を求めるものである。又、特許文献2に開示された海象計は、海面に向けて超音波パルスを送信する送受波部と、超音波パルスの海面エコーや後方散乱波を受信して海面水位の時間変動や水粒子速度の時間変動データ等を測定する計測部と、計測部の測定結果を用いて波高や波向等の波浪パラメータを算出する演算手段とを含むものである。
Various techniques have been proposed for observing and analyzing waves generated on water. For example, the measurement method disclosed in
ここで、上述した特許文献1、2の発明は、何れも波浪の向きを解析することはできるが、特許文献1の計測方法は、浮体にGPS受信機を取り付ける必要があるため、装置構成が大掛かりなものとなり、コストも嵩むものであった。又、特許文献2の海象計は、海底や海中に設置する送受波部を必要とし、そのような計測設備は高価であり、設置や撤去に潜水士作業等を必要とするため、装置構成の面にも改善の余地があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単純な装置構成で波浪の進行方向を解析することにある。
Here, although the inventions of
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to analyze the traveling direction of waves with a simple device configuration.
(発明の態様)
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(Aspects of the invention)
The following embodiments of the invention are intended to exemplify the configuration of the present invention, and will be explained separately in order to facilitate understanding of the various configurations of the present invention. Each section does not limit the technical scope of the present invention, and some of the constituent elements of each section may be replaced, deleted, or further modified while taking into consideration the best mode for carrying out the invention. Components to which the above components are added may also be included within the technical scope of the present invention.
(1)波浪の進行方向を解析するシステムであって、水上に設置される浮標と、波浪の影響を受けない固定位置に設置され、前記浮標の画像を撮影する少なくとも1つの撮影手段と、該少なくとも1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の進行方向を解析する解析手段と、を含み、該解析手段は、前記少なくとも1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記少なくとも1つの撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、該算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析する波浪解析システム。
本項に記載の波浪解析システムは、浮標、少なくとも1つの撮影手段、及び解析手段を含み、浮標は、波浪の解析対象となる任意の水域の水上に設置される。少なくとも1つの撮影手段は、浮標の動画や連続的な静止画等の画像を撮影するものであり、安定して浮標の画像を撮影するために、波浪の影響を受けない固定位置に設置される。
(1) A system for analyzing the direction of movement of waves, which includes: a buoy installed on the water; at least one photographing means installed at a fixed position unaffected by waves for photographing an image of the buoy; analysis means for analyzing the traveling direction of waves generated around the buoy based on an image of the buoy photographed by at least one photographing means; From the photographed image of the buoy, the at least one photographing means detects an elliptical trajectory as a locus in which the buoy is influenced by waves and moves on a plane defined by a horizontal direction and a vertical direction in which waves advance. A wave analysis system that calculates the length of a portion corresponding to the major axis of the elliptical orbit when viewed from above, and analyzes the traveling direction of waves based on the calculation result.
The wave analysis system described in this section includes a buoy, at least one photographing means, and an analysis means, and the buoy is installed on the surface of any body of water that is subject to wave analysis. At least one photographing means is for photographing images such as videos or continuous still images of the buoy, and is installed at a fixed position that is not affected by waves in order to stably photograph images of the buoy. .
解析手段は、撮影手段から画像データを取得し、取得した浮標の画像に基づいて、浮標の周囲で発生した波浪の進行方向(波の向き)を解析する。例えば、解析手段は、取得した画像データから、水面に浮かぶ浮標の動きを計測することで、発生した波浪の進行方向を解析する。より具体的に、解析手段は、撮影手段により撮影された浮標の画像から、浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、撮影手段から視たときの、その楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、その算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析する。このように、本項に記載の波浪解析システムは、浮標と少なくとも1つの撮影手段と解析手段とを利用する、単純な構成でありながら、波浪の進行方向を解析するものである。従って、従来用いられてきた波浪を観測・解析する装置と比較して、極めて安価に構成され、又、潜水士作業等も不要になることから、据付けも容易になるものである。更に、解析手段による波浪の解析結果は、発生する波浪の監視や、波浪の事後的な解析及び検証等、様々な用途に利用されるものとなる。
The analysis means acquires image data from the photographing means, and analyzes the traveling direction (wave direction) of waves generated around the buoy based on the acquired image of the buoy. For example, the analysis means analyzes the traveling direction of generated waves by measuring the movement of a buoy floating on the water surface from the acquired image data. More specifically, the analysis means analyzes the image of the buoy taken by the photographing means as a locus of movement of the buoy under the influence of waves on a plane defined by the horizontal direction and the vertical direction in which the waves advance. The length of the portion corresponding to the major axis of the elliptical orbit when viewed from the imaging means is calculated, and the traveling direction of the waves is analyzed based on the calculation result. In this way, the wave analysis system described in this section analyzes the traveling direction of waves, although it has a simple configuration that utilizes a buoy, at least one photographing means, and an analysis means. Therefore, compared to conventional wave observation and analysis devices, this device is extremely inexpensive to construct, and since it does not require the work of a diver, it is easy to install. Furthermore, the wave analysis results obtained by the analysis means are used for various purposes, such as monitoring of generated waves, and subsequent analysis and verification of waves.
(2)上記(1)項において、前記少なくとも1つの撮影手段として1つの撮影手段を含み、前記解析手段は、前記1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道の長径の長さと、前記1つの撮影手段から前記楕円軌道を視たときの前記長径に相当する長径相当部分の長さとを算出し、算出した前記長径の長さと前記長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する波浪解析システム(請求項1)。 (2) In the above item (1), the at least one photographing means includes one photographing means, and the analyzing means determines whether the buoy is affected by waves from an image of the buoy photographed by the one photographing means. the length of the major axis of the elliptical orbit as a locus moving on a plane defined by the horizontal direction and the vertical direction in which the waves travel, and the major axis when the elliptical orbit is viewed from the one imaging means. A wave analysis system (claim 1) that calculates the length of a portion corresponding to the major axis and analyzes the traveling direction of waves based on the ratio of the calculated length of the major axis to the length of the major axis equivalent portion.
本項に記載の波浪解析システムは、少なくとも1つの撮影手段として1つの撮影手段を利用するものであり、解析手段は、この1つの撮影手段により撮影された浮標の画像から、浮標の動きに関する2つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、浮標が波浪の影響を受けて動揺する際に、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標の楕円軌道の長径の長さである。ここで、波浪の進行する水平方向と直交する側面視で、波浪が発生している水面下の水粒子は、波浪の進行する水平方向と平行な方向を長径とする楕円軌道を描いて運動している。従って、浮標は、波浪の影響を受けると、水面下の水粒子の運動に追随して移動するため、水粒子と同じく楕円軌道を描いて移動する。解析手段は、このような浮標の移動軌跡としての、楕円軌道の長径の長さを算出するものである。 The wave analysis system described in this section uses one photographing means as at least one photographing means, and the analysis means uses two images of the buoy regarding the movement of the buoy from the image of the buoy photographed by this one photographing means. Calculate the length of the two. Specifically, one of the lengths to be calculated is the trajectory of the buoy as it moves on a plane defined by the horizontal and vertical directions of the waves as it moves under the influence of waves. It is the length of the major axis of the elliptical orbit. Here, when viewed from the side perpendicular to the horizontal direction in which waves are traveling, water particles beneath the water surface where waves are occurring move in an elliptical orbit whose major axis is parallel to the horizontal direction in which waves are traveling. ing. Therefore, when affected by waves, the buoy moves following the movement of water particles below the water surface, and therefore moves in an elliptical orbit like the water particles. The analysis means calculates the length of the major axis of the elliptical orbit as the movement locus of such a buoy.
又、解析手段により算出するもう一方の長さは、上記のような浮標の楕円軌道を撮影手段から視たときの、浮標の楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さである。すなわち、先に説明した浮標の楕円軌道の長径の長さは、波浪の進行する水平方向と直交する側面から視た場合(換言すれば、浮標の楕円軌道を正面視した場合)の、波浪の進行する水平方向と平行な方向についての長さである。そして、この同じ浮標の楕円軌道を撮影手段から視ると、その長径に相当する部分の長さは、後述する理由から、波浪の進行する水平方向と直交する側面視の場合と比較して、より小さくなるか同じ長さになる。このため、このような長径相当部分の長さを、浮標の楕円軌道の長径の長さとは別に算出するものである。なお、長径相当部分の長さは、楕円軌道の長径の長さと、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の正弦(sin)とを、乗算した値で近似できる。 The other length calculated by the analysis means is the length of the portion corresponding to the major axis of the buoy when the elliptical orbit of the buoy as described above is viewed from the photographing means. In other words, the length of the major axis of the buoy's elliptical orbit described above is the length of the wave when viewed from the side perpendicular to the horizontal direction in which the waves travel (in other words, when the buoy's elliptical orbit is viewed from the front). This is the length in the direction parallel to the horizontal direction of travel. When the elliptical trajectory of this same buoy is viewed from a photographing means, the length of the portion corresponding to its major axis is, for reasons explained later, compared to when viewed from the side orthogonal to the horizontal direction in which the waves travel. become smaller or the same length. Therefore, the length of the portion corresponding to the major axis is calculated separately from the length of the major axis of the elliptical orbit of the buoy. The length of the portion corresponding to the major axis is the value obtained by multiplying the length of the major axis of the elliptical orbit by the sine of the angle formed by the direction from the photographing means toward the buoy in plan view and the direction of wave propagation. It can be approximated by
更に、解析手段は、上記のように算出する2つの長さの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する。つまり、これらの2つの長さは、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とが直交する場合にのみ、浮標の楕円軌道を同じ正面方向から視た場合の長径の長さ同士になるため、互いに等しくなる。一方、それ以外の場合は、浮標の楕円軌道を正面視及びそれと異なる角度から視ることになるため、楕円軌道を正面視した長径の長さよりも、楕円軌道を正面と異なる角度から視た長径相当部分の長さの方が小さくなる。しかも、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度が90度から離れるにつれて、長径の長さに対する長径相当部分の長さの比率は小さくなる。従って、長径の長さと長径相当部分の長さとの比から、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度が求められ、ここから波の進行方向が算出されるものである。このように、撮影手段を1つのみしか使用しないにも関わらず、その撮影手段の画像から得られる浮標の動きに関する2つの長さの比を利用することで、波の進行方向を効率よく解析するものである。 Furthermore, the analysis means analyzes the traveling direction of the waves based on the ratio of the two lengths calculated as described above. In other words, these two lengths are the length of the major axis when the elliptical orbit of the buoy is viewed from the same front direction, only when the direction from the photographing means to the buoy is perpendicular to the direction of wave propagation in plan view. Because they become each other, they become equal to each other. On the other hand, in other cases, the elliptical orbit of the buoy will be viewed from the front and from a different angle, so the length of the major axis when the elliptical orbit is viewed from the front is longer than the major axis when the elliptical orbit is viewed from an angle different from the front. The length of the corresponding portion is smaller. Furthermore, as the angle between the direction from the photographing means toward the buoy and the direction of wave propagation departs from 90 degrees in plan view, the ratio of the length of the portion corresponding to the major axis to the length of the major axis becomes smaller. Therefore, from the ratio of the length of the major axis to the length of the portion corresponding to the major axis, the angle formed between the direction from the photographing means to the buoy and the direction of wave propagation in plan view can be determined, and from this the direction of wave propagation can be calculated. It is something that In this way, even though only one imaging device is used, the direction of wave travel can be efficiently analyzed by using the ratio of the two lengths related to the movement of the buoy obtained from the image of that imaging device. It is something to do.
(3)上記(2)項において、前記解析手段は、前記1つの撮影手段から視た前記浮標の鉛直方向の運動から求められる波浪の高さ及び周期と、予め設定される前記浮標の設置位置の水深とに基づいて、前記長径の長さを算出すると共に、前記1つの撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記長径相当部分の長さを算出する波浪解析システム(請求項2)。
本項に記載の波浪解析システムは、上記(2)項で言及した浮標の楕円軌道の長径の長さと、その長径を1つの撮影手段から視た場合の長径相当部分の長さとの、2つの長さの算出方法を規定するものである。
(3) In the above item (2), the analysis means calculates the height and period of waves obtained from the vertical movement of the buoy as seen from the one photographing means, and the preset installation position of the buoy. A wave analysis system ( Claim 2 ).
The wave analysis system described in this section is based on two factors: the length of the major axis of the elliptical orbit of the buoy mentioned in section (2) above, and the length of the portion corresponding to the major axis when the major axis is viewed from one imaging means. This defines the method for calculating length.
すなわち、解析手段は、浮標の楕円軌道の長径の長さを、1つの撮影手段から視た浮標の鉛直方向の運動から求められる波浪の高さ及び周期と、予め設定される浮標の設置位置の水深とに基づいて算出する。このとき、波浪の高さ(波高)は、1つの撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、浮標の鉛直方向の動きの大きさ(変位)から求められ、波浪の周期は、同じく浮標の撮影データから抽出される、浮標の鉛直方向の運動の周期から求められる。そして、これらの波浪の高さ、波浪の周期、及び浮標の設置位置の水深から、波浪の水面下の水粒子の運動軌跡である楕円軌道の長径の長さを算出し、更に、水粒子の楕円軌道の長径の長さから、水粒子の運動の影響を受けて移動する浮標の、楕円軌道の長径の長さを算出する。 In other words, the analysis means calculates the length of the major axis of the buoy's elliptical orbit, the height and period of waves obtained from the vertical movement of the buoy as seen from one photographing means, and the preset installation position of the buoy. Calculated based on water depth. At this time, the height of the waves (wave height) is determined from the magnitude (displacement) of the vertical movement of the buoy, which is extracted from the photographic data of the buoy taken by one photographing means, and the period of the waves is: It is determined from the period of vertical movement of the buoy, which is also extracted from photographic data of the buoy. Then, from the wave height, the wave period, and the water depth at the buoy installation position, the length of the major axis of the elliptical orbit, which is the motion trajectory of the water particles under the water surface of the waves, is calculated. From the length of the major axis of the elliptical orbit, calculate the length of the major axis of the elliptical orbit of the buoy that moves under the influence of the movement of water particles.
一方、解析手段は、長径相当部分の長さを、1つの撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、1つの撮影手段から視た浮標の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、浮標の移動軌跡としての楕円軌道の長径は、水平方向と平行であるため、その長径の長さは、浮標の水平方向の変位量と等しくなる。そして、このような関係は、浮標の楕円軌道を1つの撮影手段から視た場合も同様であるため、水平方向と平行な長径相当部分の長さは、1つの撮影手段から視た浮標の水平方向の変位から求められ、その変位量と等しくなる。このように、本項に記載の波浪解析システムは、浮標の撮影データから得られる、より具体的な計算要素を使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めるものである。 On the other hand, the analysis means calculates the length of the portion corresponding to the major axis based on the horizontal displacement of the buoy as viewed from one photographing means, which is extracted from photographic data of the buoy photographed by one photographing means. That is, since the major axis of the elliptical trajectory as the movement locus of the buoy is parallel to the horizontal direction, the length of the major axis is equal to the displacement amount of the buoy in the horizontal direction. Since this relationship is the same when the buoy's elliptical orbit is viewed from one photographing means, the length of the portion parallel to the horizontal direction that corresponds to the major axis is equal to the horizontal direction of the buoy when viewed from one photographing means. It is determined from the displacement in the direction and is equal to the amount of displacement. In this way, the wave analysis system described in this section improves the efficiency and practicality of analysis by performing analysis using more specific calculation elements obtained from photographic data of buoys.
(4)上記(1)項において、前記少なくとも1つの撮影手段として2つの撮影手段を含み、該2つの撮影手段は、平面視で互いに異なる方向から前記浮標を撮影するような位置関係で設置され、前記解析手段は、前記2つの撮影手段のうち一方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記一方の撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する第1の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記2つの撮影手段のうち他方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記楕円軌道を前記他方の撮影手段から視たときの、前記長径に相当する第2の長径相当部分の長さを算出し、算出した前記第1の長径相当部分の長さと前記第2の長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する波浪解析システム(請求項3)。 (4) In the above item (1), the at least one photographing means includes two photographing means, and the two photographing means are installed in a positional relationship such that they photograph the buoy from mutually different directions in plan view. , the analysis means determines, from an image of the buoy taken by one of the two photographing means, a horizontal direction and a vertical direction in which the waves advance when the buoy is influenced by waves. Calculating the length of a first major axis equivalent portion corresponding to the major axis of the elliptical orbit when the elliptical orbit as a locus moving on a plane is viewed from the one photographing means, and the two photographing means From an image of the buoy photographed by the other photographing means, calculate the length of a portion corresponding to a second major axis corresponding to the major axis when the elliptical orbit is viewed from the other photographing means; A wave analysis system (claim 3 ) that analyzes the traveling direction of waves based on the ratio of the length of the first major axis equivalent portion to the length of the second major axis equivalent portion.
本項に記載の波浪解析システムは、少なくとも1つの撮影手段として2つの撮影手段を利用するものであり、これら2つの撮影手段によって浮標を同時に撮影する。又、2つの撮影手段は、平面視で互いに異なる方向から浮標を撮影するような位置関係で設置され、この際、平面視で2つの撮影手段の各々と浮標とを結ぶ2本の線分間の角度が把握される。解析手段は、これら2つの撮影手段により撮影された浮標の画像を個別に使用して、浮標の動きに関する2つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、浮標が波浪の影響を受けて動揺する際に、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標の楕円軌道を、一方の撮影手段から視たときの、その楕円軌道の長径に相当する第1の長径相当部分の長さである。 The wave analysis system described in this section uses two photographing means as at least one photographing means, and the buoy is photographed simultaneously by these two photographing means. Furthermore, the two photographing means are installed in such a positional relationship that they photograph the buoy from different directions in plan view, and at this time, the two line segments connecting each of the two photographing means and the buoy in plan view. The angle is understood. The analysis means uses the images of the buoy taken by these two photographing means separately to calculate two lengths regarding the movement of the buoy. Specifically, one of the lengths to be calculated is the trajectory of the buoy as it moves on a plane defined by the horizontal and vertical directions of the waves as it moves under the influence of waves. This is the length of the first major axis corresponding to the major axis of the elliptical orbit when viewed from one imaging means.
すなわち、上記(2)項に記載したように、波浪が発生している水面下の水粒子は、波浪の進行する水平方向と平行な方向を長径とする楕円軌道を描いて運動しているため、そのような水粒子の運動に追随して移動する浮標は、水粒子と同じく楕円軌道を描いて移動する。そして、そのような浮標の楕円軌道を一方の撮影手段から視ると、楕円軌道の長径に相当する第1の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道を正面視した場合の長径の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段は、このような第1の長径相当部分の長さを、一方の撮影手段による浮標の画像から求めるものである。又、解析手段により算出するもう一方の長さは、上述したような浮標の楕円軌道を他方の撮影手段から視たときの、その楕円軌道の長径に相当する第2の長径相当部分の長さである。すなわち、浮標の楕円軌道を他方の撮影手段から視ると、楕円軌道の長径に相当する第2の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道を正面視した場合の長径の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段は、このような第2の長径相当部分の長さを、他方の撮影手段による浮標の画像から求めるものである。 In other words, as described in item (2) above, water particles beneath the water surface where waves are generated move in an elliptical orbit whose major axis is parallel to the horizontal direction in which the waves travel. , a buoy that moves following the movement of water particles moves in an elliptical orbit just like the water particles. When the elliptical orbit of such a buoy is viewed from one imaging means, the length of the first major axis corresponding to the major axis of the elliptical orbit is the length of the major axis when the buoy's elliptical orbit is viewed from the front. be less than or equal to . The analysis means determines the length of the portion corresponding to the first major axis from the image of the buoy taken by one of the photographing means. The other length calculated by the analysis means is the length of the second major axis corresponding to the major axis of the buoy when the elliptical orbit of the buoy as described above is viewed from the other photographing means. It is. That is, when the elliptical orbit of the buoy is viewed from the other imaging means, the length of the second major axis corresponding to the major axis of the elliptical orbit is equal to the length of the major axis when the elliptical orbit of the buoy is viewed from the front. or smaller. The analysis means determines the length of the portion corresponding to the second major axis from the image of the buoy taken by the other photographing means.
更に、解析手段は、上記のように算出する2つの長さの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する。ここで、2つの撮影手段が上述したような位置関係にあることから、第1の長径相当部分の長さと第2の長径相当部分の長さとは、平面視で一方(又は他方)の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度に関して、相関関係がある。例えば、これに限定されるものではないが、平面視で2つの撮影手段の各々と浮標とを結ぶ2本の線分間の角度が、およそ90度である場合について説明する。この場合、一方の撮影手段を基準とすると、第1の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で一方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の正弦(sin)とを、乗算した値で近似でき、第2の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で一方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の余弦(cos)とを、乗算した値で近似できる。 Furthermore, the analysis means analyzes the traveling direction of the waves based on the ratio of the two lengths calculated as described above. Here, since the two photographing means are in the above-mentioned positional relationship, the length of the first major axis corresponding portion and the second major axis corresponding portion are the same as those of one (or the other) photographing means in plan view. There is a correlation between the angle formed by the direction from the wave toward the buoy and the direction of wave travel. For example, although not limited thereto, a case will be described in which the angle between two line segments connecting each of the two photographing means and the buoy in plan view is about 90 degrees. In this case, when one photographing means is used as a reference, the length of the portion corresponding to the first major axis is the length of the major axis of the elliptical orbit of the buoy, the direction from one photographing means to the buoy in plan view, and the direction of wave propagation. It can be approximated by multiplying the sine (sin) of the angle formed by It can be approximated by the value multiplied by the cosine (cos) of the angle formed by the direction toward the buoy and the direction of travel of the wave.
同様に、他方の撮影手段を基準とすると、第1の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で他方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の余弦(cos)とを、乗算した値で近似でき、第2の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で他方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の正弦(sin)とを、乗算した値で近似できる。なお、平面視で2つの撮影手段の各々と浮標とを結ぶ2本の線分間の角度が、90度と異なる場合であっても、その角度差に応じた補正を行って、第1及び第2の長径相当部分の長さを算出すればよい。従って、第1の長径相当部分の長さと第2の長径相当部分の長さとの比から、平面視で一方(又は他方)の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度が求められ、ここから波の進行方向が算出されるものである。このように、2つの撮影手段から得られる画像を使用することで解析精度を向上させながら、相関関係がある2つの長さの比を利用して波の進行方向を効率よく解析するものである。 Similarly, when the other photographing means is taken as a reference, the length of the portion corresponding to the first major axis is the length of the major axis of the elliptical orbit of the buoy, the direction from the other photographing means to the buoy in plan view, and the direction of wave propagation. It can be approximated by multiplying the cosine (cos) of the angle formed by It can be approximated by the value multiplied by the sine of the angle formed by the direction toward the buoy and the direction of travel of the wave. Note that even if the angle between the two line segments connecting each of the two photographing means and the buoy in plan view differs from 90 degrees, correction is made according to the angle difference, and the first and second What is necessary is to calculate the length of the portion corresponding to the major axis of 2. Therefore, from the ratio of the length of the first major axis equivalent portion to the second major axis equivalent portion, the direction from one (or the other) photographing means toward the buoy and the traveling direction of the wave in plan view. The angle is determined, and from this the traveling direction of the wave is calculated. In this way, the analysis accuracy is improved by using images obtained from two photographing means, and the direction of wave travel can be efficiently analyzed by using the ratio of two lengths that have a correlation. .
(5)上記(4)項において、前記解析手段は、前記一方の撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記第1の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記他方の撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記第2の長径相当部分の長さを算出する波浪解析システム(請求項4)。
本項に記載の波浪解析システムは、上記(4)項で言及した第1の長径相当部分の長さと第2の長径相当部分の長さとの、2つの長さの算出方法を規定するものである。すなわち、解析手段は、第1の長径相当部分の長さを、2つの撮影手段のうち一方の撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、一方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、上記(3)項に記載したように、浮標の楕円軌道の長径は水平方向と平行であるため、その長径の長さは、浮標の水平方向の変位量と等しくなる。このような関係は、浮標の楕円軌道を一方の撮影手段から視た場合も同様であるため、水平方向と平行な第1の長径相当部分の長さは、一方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位から求められ、その変位量と等しくなる。
(5) In the above item (4), the analysis means calculates the length of the portion corresponding to the first major axis based on the horizontal displacement of the buoy as seen from the one photographing means, and A wave analysis system (claim 4 ) that calculates the length of the second major axis portion based on the horizontal displacement of the buoy as viewed from the other photographing means.
The wave analysis system described in this section stipulates a method for calculating two lengths: the length of the first major axis equivalent portion and the length of the second major axis equivalent portion mentioned in item (4) above. be. In other words, the analysis means extracts the length of the portion corresponding to the first major axis from the photographic data of the buoy taken by one of the two photographing means, and calculates the length of the buoy from the horizontal direction of the buoy as seen from one photographing means. Calculated based on directional displacement. That is, as described in the above item (3), since the major axis of the elliptical orbit of the buoy is parallel to the horizontal direction, the length of the major axis is equal to the displacement amount of the buoy in the horizontal direction. This relationship holds true even when the elliptical orbit of the buoy is viewed from one of the photographing means, so the length of the portion corresponding to the first major axis parallel to the horizontal direction is the length of the buoy when viewed from one photographing means. It is determined from the displacement in the horizontal direction and is equal to the amount of displacement.
同様に、解析手段は、第2の長径相当部分の長さを、2つの撮影手段のうち他方の撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、他方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、第1の長径相当部分の場合と同様に、水平方向と平行な第2の長径相当部分の長さは、他方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位から求められ、その変位量と等しくなる。このように、本項に記載の波浪解析システムは、2つの撮影手段による浮標の撮影データから得られる、浮標の水平方向の変位を主に使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めるものである。 Similarly, the analysis means extracts the length of the portion corresponding to the second major axis from the photographic data of the buoy photographed by the other photographing means of the two photographing means, and calculates the length of the buoy as seen from the other photographing means. Calculated based on horizontal displacement. In other words, as in the case of the first major axis equivalent portion, the length of the second major axis equivalent portion parallel to the horizontal direction is determined from the horizontal displacement of the buoy as seen from the other photographing means, and the amount of displacement is equal to In this way, the wave analysis system described in this section performs analysis mainly using the horizontal displacement of the buoy, which is obtained from photographic data of the buoy using two photographing methods, thereby increasing the efficiency and practicality of the analysis. It increases the degree of
(6)上記(1)から(5)項において、前記解析手段は、波浪の進行方向に加えて、波浪の周期と波高と水位の時間変動とのうち、少なくとも1つを解析する波浪解析システム(請求項5)。
本項に記載の波浪解析システムは、解析手段により、波浪の進行方向に加えて、波浪の周期と波高と水位の時間変動とのうち、少なくとも1つを解析するものである。これにより、解析結果としてより多くの情報が提供されることとなるため、そのような解析結果を利用する波浪の監視や波浪の事後的な検証等が、より精度よく行われるものとなる。
(6) In items (1) to (5) above, the analysis means is a wave analysis system that analyzes at least one of the wave period, wave height, and time fluctuation of water level, in addition to the wave traveling direction. (Claim 5 ).
The wave analysis system described in this section uses an analysis means to analyze at least one of the wave period, wave height, and time fluctuation of water level, in addition to the wave traveling direction. As a result, more information will be provided as analysis results, and wave monitoring and wave wave verification using such analysis results will be performed more accurately.
(7)上記(1)から(6)項において、前記浮標が所定水域の近傍に設置され、更に、前記解析手段の解析結果に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の前記所定水域への到来を監視する監視手段を含む波浪解析システム(請求項6)。
本項に記載の波浪解析システムは、浮標が所定水域の近傍の水上に設置され、又、その所定水域への波浪の到来を監視する監視手段を更に含むものである。すなわち、監視手段は、解析手段による波浪の進行方向を含む解析結果に基づいて、浮標の周囲で発生した波浪が所定水域へ到来するか否か、到来する場合はどの方向から到来するのか、といったこと等を監視する。これにより、波浪を監視する従来装置と比較して、装置構成及びその設置にかかる費用が抑制されながらも、より高精度な波浪の襲来情報が提供されるものである。
(7) In paragraphs (1) to (6) above, the buoy is installed near a predetermined water area, and further, based on the analysis result of the analysis means, waves generated around the buoy are directed to the predetermined water area. A wave analysis system comprising monitoring means for monitoring the arrival of waves (claim 6 ).
The wave analysis system described in this section has a buoy installed on the water near a predetermined water area, and further includes a monitoring means for monitoring the arrival of waves to the predetermined water area. In other words, the monitoring means determines whether or not the waves generated around the buoy will reach a predetermined water area, and if so, from which direction, based on the analysis results including the direction of movement of the waves by the analysis means. Monitor things, etc. As a result, compared to conventional wave monitoring devices, more accurate wave attack information can be provided while reducing the cost of the device configuration and installation.
(8)上記(7)項において、前記所定水域が水上工事の工区であり、前記浮標として、前記工区を示すために設置される工区表示用の浮標が利用される波浪解析システム(請求項7)。
本項に記載の波浪解析システムは、監視手段によって水上工事の工区に対する波浪の到来を監視するものであり、この際、撮影手段により撮影する浮標として、水上工事の施工時に設置する必要のある工区表示用の浮標を利用するものである。これにより、本システムで使用する専用の浮標を設置する必要がなくなるため、費用がより抑制されるものとなる。更に、水上工事の工区への波浪の到来が効率よく監視され、延いては、工事の作業員の安全性がより高まるものである。
(8) In the above item (7), the wave analysis system (claim 7 ).
The wave analysis system described in this section uses monitoring means to monitor the arrival of waves to the construction area of floating construction.In this case, the construction area that needs to be installed at the time of construction of floating construction is used as a buoy to be photographed by the photographing means. It uses a buoy for display purposes. This eliminates the need to install a dedicated buoy for use with this system, which further reduces costs. Furthermore, the arrival of waves into the water construction area can be efficiently monitored, which in turn further increases the safety of construction workers.
本発明は上記のような構成であるため、単純な装置構成で波浪の進行方向を解析することが可能となる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to analyze the traveling direction of waves with a simple device configuration.
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づき説明する。なお、図面の全体にわたって、同一部分又は対応する部分は、同一符号で示している。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10を模式的に示している。図1(a)に示すように、波浪解析システム10は、浮標12と、撮影手段14と、解析手段16とを含んでいる。浮標12は、波浪解析システム10によって波浪30を解析する任意位置の水上に浮かべられ、その水上で動揺する様子が撮影手段14によって撮影される。浮標12には、工区表示等に利用される浮標、灯浮標、球状の浮標等、任意の形状及び大きさの浮標を用いることができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described based on the accompanying drawings. Note that throughout the drawings, the same or corresponding parts are indicated by the same reference numerals.
FIG. 1 schematically shows a
撮影手段14は、浮標12の画像を撮影するものであり、浮標12を撮影可能な距離に位置する、波浪30の影響を受けない固定位置に設置される。本実施形態において、撮影手段14は、岸壁20上に設置されているが、その他の陸上の構造物上や、水上の既設ケーソンの上等に設置されてもよい。撮影手段14には、浮標12の動画や連続した静止画を撮影可能な市販のビデオカメラ等を用いることができ、特に、市販のウェアラブルカメラが、防水性能や解析手段16への画像データの取り込み易さ等の点から、好適である。なお、図1(a)及び後述する図2では、浮標12を撮影する撮影手段14の撮影方向(撮影手段14から浮標12へ向かう方向)Pが、破線矢印で示されており、又、浮標12の周辺で発生した波浪30のイメージが、波線矢印で示されている。
The photographing means 14 is for photographing an image of the
解析手段16は、撮影手段14により撮影された浮標12の画像データを取り込み、この画像データに基づいて波浪30を解析するものであり、本実施形態では、専用のプログラムがインストールされた、ノート型やタブレット型等の市販のPCにより構成される。このため、解析手段16の解析結果等が、解析手段16を構成するPCのディスプレイに表示される。又、解析手段16は、撮影手段14と接続されており、その接続方法には、画像データ等の通信が可能な、任意の有線接続或いは無線接続が利用される。本実施形態の解析手段16は、撮影手段14と同様に岸壁20上に設置され、撮影手段14の近傍に設置されているが、波浪30の影響を受けない他の固定位置に設置されていてもよい。解析手段16には、撮影手段14から取り込んだ画像データの中から浮標12を識別するための、浮標12の形状等に係る情報や、浮標12が設置された位置の水深等が、予め設定されている。
The analysis means 16 takes in the image data of the
解析手段16による解析内容について具体的に説明すると、本実施形態の解析手段16は、少なくとも浮標12の周囲に発生した波浪30の進行方向Tを算出する。ここで、本実施形態における波浪30の進行方向Tは、図2に示すように、平面視で、浮標12を撮影する撮影手段14の撮影方向Pと、波浪30の進行方向(波浪30の進行する水平方向)Tとで成される角度θ、換言すれば、撮影手段14の撮影方向Pに対して波浪30が入射する角度θで定義されるものとする。このような角度θを算出するために、解析手段16は、図1(b)に示すように、波浪30の影響を受けて移動する浮標12の、移動軌跡としての楕円軌道の長径42の長さと、その楕円軌道の長径42を撮影手段14から視たときの長径相当部分44の長さとを算出する。なお、波浪30は、水平方向にある程度広がって進むものではあるが、図1(b)、図2、及び後述する図3では、便宜上、波浪30の進行方向Tを、浮標12の位置を通る1本の二点鎖線矢印で模式的に図示している。
To specifically explain the content of the analysis by the analysis means 16, the analysis means 16 of this embodiment calculates at least the traveling direction T of the
ここで、図3には、波浪30が発生したときの水面及び水中の様子を、浮標12の位置を通る波浪30の進行方向Tと直交する側面方向から模式的に示している。図3を参照すると、波浪30が発生した水面下では、水粒子が細破線矢印で示される楕円軌道34を描いて運動している。すなわち、水粒子は、波浪30の進行する水平方向Tと鉛直方向とで規定される、図3に示されるような平面上を移動する軌跡として、水平方向と平行な方向を長径とする、楕円軌道34を描いて運動している。この水粒子の楕円軌道34は、水深が深くなるにつれて小さくなる傾向にあり、ここでは水面直下における水粒子の楕円軌道34の長径を、符号36で示している。そして、解析手段16は、このような水粒子の楕円軌道34の長径36の長さを算出するために、まず、撮影手段14により撮影された画像から、浮標12の形状に係る情報等を利用して、浮標12の鉛直方向の運動を抽出する。
Here, FIG. 3 schematically shows the state of the water surface and the water when the
更に、解析手段16は、浮標12の鉛直方向の運動から、浮標12の鉛直方向の変位量と、浮標12の鉛直方向の運動周期とを求める。ここで、波浪30の影響を受けている浮標12の鉛直方向の変位量は、波浪30の高さ(波高)と等しいないし略等しいと考えられ、又、浮標12の鉛直方向の運動周期は、波浪30の周期(波の進む時間)と等しいと考えられる。このため、解析手段16は、浮標12の鉛直方向の変位量及び運動周期から、波浪30の高さ及び周期を算出する。続けて、解析手段16は、詳しい説明は控えるが、波浪30の高さ及び周期と、予め設定された浮標12の設置位置の水深とに基づいて、既知の理論式を利用して、水粒子の楕円軌道34の長径36の長さを算出する。
Furthermore, the analysis means 16 determines the amount of displacement of the
一方、図3に示すように、浮標12は、波浪30の影響を受けて、上述したような水粒子の運動に追随して移動し、波浪30の進行する水平方向Tと鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡として、水粒子の楕円軌道34よりも小さい楕円軌道40(太破線矢印参照)を描いて移動する。浮標12の楕円軌道40の大きさは、浮標12の形状及び大きさ等に応じて異なるものと考えられる。そこで、解析手段16は、使用している浮標12の形状や大きさに応じて設定される適切な係数と、水粒子の楕円軌道34の長径36の長さとを利用して、楕円軌道34の長径36と同じく水平方向と平行な、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さを算出する。なお、上記の係数は、実験等を重ねて、より解析結果の精度が高められるような値に定められることが好ましい。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
他方、解析手段16は、撮影手段14から浮標12の楕円軌道40を視たときの、その楕円軌道40の長径42に相当する長径相当部分44(図1(b)参照)の長さを算出するために、まず、撮影手段14により撮影された画像から、浮標12の形状に係る情報等を利用して、浮標12の水平方向の運動を抽出する。更に、解析手段16は、浮標12の水平方向の運動から、浮標12の水平方向の変位量を求める。ここで、撮影手段14から楕円軌道40を視たときの長径相当部分44は、楕円軌道40の長径42と同様に水平方向と平行である。このため、長径相当部分44の長さは、撮影手段14から視た浮標12の水平方向の変位量と等しいと考えられ、解析手段16は、浮標12の水平方向の変位量から、長径相当部分44の長さを算出する。
On the other hand, the analysis means 16 calculates the length of the major axis equivalent portion 44 (see FIG. 1(b)) corresponding to the
更に、解析手段16は、上記のように算出した、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さと、その長径42を撮影手段14から視たときの長径相当部分44の長さとの比に基づいて、波浪30の進行方向Tを示す角度θを算出する。すなわち、図1(b)で確認できるように、長径相当部分44の長さは、長径42の長さと、角度θの正弦であるsinθとの乗算で、近似的に表すことができる。このため、解析手段16は、この関係を利用して角度θを算出し、撮影手段14の撮影方向Pに対する波浪30の入射角度θとして、波浪30の進行方向Tを特定するものである。なお、本実施形態の解析手段16は、詳しい説明は割愛するが、波浪30の進行方向Tに加えて、波浪30の周期、波高、及び水位の時間変動等を解析してもよい。波浪30の周期及び波高については、水粒子の楕円軌道34の長径36の長さを算出するときと同様に、浮標12の鉛直方向の運動から求めればよい。水位の時間変動についても同様であり、浮標12の鉛直方向の運動を長期的に計測して、水位の時間変動を算出すればよい。
Furthermore, the analysis means 16 calculates the ratio based on the ratio of the length of the
上記のような本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10について、図4に示すような環境で試験を行った。すなわち、自然の波浪30が発生し難い港内に浮標12を設置すると共に、撮影手段14として2つの撮影手段14A、14Bを岸壁20上に設置した。そして、2つの撮影手段14A、14Bから視て浮標12の沖側で小型船舶50を走らせ、意図的に発生させた航跡波を波浪30に見立てて、解析手段16により波浪30の進行方向Tを算出した。なお、2つの撮影手段14A、14Bを設置しているが、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10の試験では、2つの撮影手段14A、14Bの撮影データを別個に使用して、夫々の撮影データから進行方向Tを示す角度θ(θ1、θ2)を算出した。又、図4では、解析手段16の図示を省略している。
The
図5には、波浪解析システム10により算出した角度θ(θ_算出値)を縦軸、ドローンにより上空から撮影して得た角度θ(θ_真値)を横軸として、一方の撮影手段14Aの試験結果を白丸で、他方の撮影手段14Bの試験結果を黒丸でプロットして示している。又、図5には、小型船舶50により複数回発生させた波浪(航跡波)30のうち、波高が比較的大きい12回分の波浪30についての結果を示している。このため、一方の撮影手段14Aの撮影データを使用して算出した12回分の結果と、他方の撮影手段14Bの撮影データを使用して算出した12回分の結果との、合計で24回分の結果が図5に含まれている。又、図5には、θ_算出値とθ_真値とが一致するラインを太線で示し、このラインから±45度離れたラインを細線で示している。図5を確認すると、角度θが大きいほどばらついているが、4方位(90度の範囲)程度の精度で波浪30の進行方向Tを判別できることが分かる。
In FIG. 5, the vertical axis is the angle θ (θ_calculated value) calculated by the
さて、上記構成をなす本発明の第1の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10は、図1に示すように、浮標12、1つの撮影手段14、及び解析手段16を含み、浮標12は、波浪30の解析対象となる任意の水域の水上に設置される。1つの撮影手段14は、浮標12の動画や連続的な静止画等の画像を撮影するものであり、安定して浮標12の画像を撮影するために、波浪30の影響を受けない岸壁20上等の固定位置に設置される。解析手段16は、撮影手段14から画像データを取得し、取得した浮標12の画像に基づいて、浮標12の周囲で発生した波浪30の進行方向Tを解析する。
Now, according to the first embodiment of the present invention having the above configuration, it is possible to obtain the following effects. That is, the
具体的に、解析手段16は、取得した画像データから、水面に浮かぶ浮標12の動きを計測することで、発生した波浪30の進行方向Tを解析する。このように、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10は、浮標12と撮影手段14と解析手段16とを利用する、単純な構成でありながら、波浪30の進行方向Tを解析することができる。従って、従来用いられてきた波浪30を観測・解析する装置と比較して、極めて安価に構成することができ、又、潜水士作業等も不要になることから、据付けを容易にすることもできる。更に、解析手段16による波浪30の解析結果は、発生する波浪30の監視や、波浪30の事後的な解析及び検証等、様々な用途に利用することができる。
Specifically, the analysis means 16 analyzes the traveling direction T of the generated waves 30 by measuring the movement of the
又、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10は、解析手段16により、1つの撮影手段14によって撮影された浮標12の画像から、浮標12の動きに関する2つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、図3に示すように、浮標12が波浪30の影響を受けて動揺する際に、波浪30の進行する水平方向Tと鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さである。ここで、図3に示す側面視で、波浪30が発生している水面下の水粒子は、波浪30の進行する水平方向Tと平行な方向を長径36とする楕円軌道34を描いて運動している。従って、浮標12は、波浪30の影響を受けると、水面下の水粒子の運動に追随して移動するため、水粒子と同じく楕円軌道40を描いて移動する。解析手段16は、このような浮標12の移動軌跡としての、楕円軌道40の長径42の長さを算出するものである。
Furthermore, the
又、解析手段16により算出するもう一方の長さは、図1(b)に示すように、上記のような浮標12の楕円軌道40を撮影手段14から視たときの、浮標12の楕円軌道40の長径42に相当する長径相当部分44の長さである。すなわち、先に説明した浮標12の楕円軌道40の長径42の長さは、図3に示したような浮標12の楕円軌道40を正面視した場合の、波浪30の進行する水平方向Tと平行な方向についての長さである。そして、この同じ浮標12の楕円軌道40を撮影手段14から視ると、その長径42に相当する部分44の長さは、後述する理由から、図3に示した楕円軌道40を正面視した場合と比較して、より小さくなるか同じ長さになる。このため、このような長径相当部分44の長さを、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さとは別に算出するものである。
The other length calculated by the analysis means 16 is the elliptical orbit of the
更に、解析手段16は、上記のように算出する2つの長さの比に基づいて、波浪30の進行方向Tを解析する。つまり、これらの2つの長さは、図1(b)に示すような平面視で、撮影手段14から浮標12へ向かう方向Pと波浪30の進行方向Tとが直交する場合にのみ、浮標12の楕円軌道40を同じ正面方向から視た場合の長径42の長さ同士になるため、互いに等しくなる。一方、それ以外の場合は、浮標12の楕円軌道40を正面視及びそれと異なる角度から視ることになるため、楕円軌道40を正面視した長径42の長さよりも、楕円軌道40を正面と異なる角度から視た長径相当部分44の長さの方が小さくなる。しかも、平面視で撮影手段14から浮標12へ向かう方向Pと波浪30の進行方向Tとで成される角度θが90度から離れるにつれて、長径42の長さに対する長径相当部分44の長さの比率は小さくなる。
Furthermore, the analysis means 16 analyzes the traveling direction T of the
このような関係は、長径42の長さと、図1(b)及び図2に示すような、平面視で撮影手段14から浮標12へ向かう方向Pと波浪30の進行方向Tとで成される角度θの正弦(sin)とを乗算した結果が、長径相当部分44の長さと等しくなる、という相関関係で表される。従って、長径42の長さと長径相当部分44の長さとの比から、波浪30の進行方向Tを表す角度θを求めることができる。このように、撮影手段14を1つのみしか使用しないにも関わらず、その撮影手段14の画像から得られる浮標12の動きに関する2つの長さの比を利用することで、波浪30の進行方向Tを効率よく解析することが可能となる。
Such a relationship is established between the length of the
更に、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10は、解析手段16により、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さを、撮影手段14から視た浮標12の鉛直方向の運動から求められる波浪30の高さ及び周期と、予め設定される浮標12の設置位置の水深とに基づいて算出する。このとき、波浪30の高さは、撮影手段14により撮影された浮標12の撮影データから抽出される、浮標12の鉛直方向の動きの大きさから求めることができ、波浪30の周期は、同じく浮標12の撮影データから抽出される、浮標12の鉛直方向の運動の周期から求めることができる。そして、これらの波浪30の高さ、波浪30の周期、及び浮標12の設置位置の水深から、図3に示すように、波浪30の水面下の水粒子の運動軌跡である楕円軌道34の長径36の長さを算出し、更に、水粒子の楕円軌道34の長径36の長さから、水粒子の運動の影響を受けて移動する浮標12の、楕円軌道40の長径42の長さを算出する。
Furthermore, the
一方、解析手段16は、図1(b)に示すように、長径相当部分44の長さを、撮影手段14により撮影された浮標12の撮影データから抽出される、撮影手段14から視た浮標12の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、浮標12の移動軌跡としての楕円軌道40の長径42は、水平方向と平行であるため、その長径42の長さは、浮標12の水平方向の変位量と等しくなる。そして、このような関係は、浮標12の楕円軌道40を撮影手段14から視た場合も同様であるため、水平方向と平行な長径相当部分44の長さは、撮影手段14から視た浮標12の水平方向の変位から求めることができ、その変位量と等しくなる。このように、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10は、浮標12の撮影データから得られる、より具体的な計算要素を使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めることが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 1(b), the analysis means 16 calculates the length of the major axis
しかも、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10は、解析手段16により、波浪30の進行方向Tに加えて、波浪30の周期と波高と水位の時間変動とを解析するものである。これにより、解析結果としてより多くの情報を提供することができるため、そのような解析結果を利用する波浪30の監視や波浪30の事後的な検証等を、より精度よく行うことが可能となる。
In addition, the
次に、図6及び図7を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’について説明する。図6及び図7において、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付している。なお、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’について、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10との相違部分のみ説明をすることとし、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10と同様の部分の構成等については、説明を省略する。
Next, a wave analysis system 10' according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. In FIGS. 6 and 7, parts that are the same as or correspond to those of the
図6に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’は、浮標12と、2つの撮影手段14(14A、14B)と、図示の例では2つの解析手段16(16A、16B)とを含んでいる。2つの撮影手段14A、14Bは、浮標12を同時に撮影するように、波浪30の影響を受けない固定位置、図6の例では何れも岸壁20上に設置されており、図6(b)に示すような平面視で、互いに異なる方向から浮標12を撮影するような位置関係で設置されている。この位置関係は、平面視で2つの撮影手段14A、14Bの各々と浮標12とを結ぶ2本の線分間の角度αにより規定され、これに限定されるものではないが、図6(b)の例では、角度αが、90度ないし可能な限り90度に近づくような位置関係で設置されている。図6(b)には、浮標12を撮影する一方の撮影手段14Aの撮影方向P1と、浮標12を撮影する他方の撮影手段14Bの撮影方向P2とが、破線矢印で示されており、これらの撮影方向P1、P2を利用して、角度αを示している。
As shown in FIG. 6, the wave analysis system 10' according to the second embodiment of the present invention includes a
2つの解析手段16A、16Bは、その一方の解析手段16Aが、一方の撮影手段14Aから画像を取得するように、撮影手段14Aに接続され、もう一方の解析手段16Bが、他方の撮影手段14Bから画像を取得するように、撮影手段14Bに接続されている。このため、これらの解析手段16A、16Bは、撮影手段14A、14Bと同様に岸壁20上に設置され、解析手段16Aが撮影手段14Aの近傍に、解析手段16Bが撮影手段14Bの近傍に設置されているが、波浪30の影響を受けない他の固定位置に設置されていてもよい。更に、2つの解析手段16A、16Bは、互いに通信可能に有線或いは無線で接続され、撮影手段14A、14Bから取得した画像データや互いの解析結果等を、共有できるようになっている。
The two analyzing means 16A, 16B are connected to the photographing means 14A such that one of the analyzing means 16A acquires an image from the one photographing means 14A, and the other analyzing means 16B is connected to the other photographing means 14B. It is connected to the photographing means 14B so as to acquire an image from the camera. For this reason, these analysis means 16A, 16B are installed on the
ここで、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’は、解析手段16が1つであってもよく、この場合は、1つの解析手段16が2つの撮影手段14A、14Bの双方に接続され、双方の撮影手段14A、14Bから画像を同時に取得する。以降では、解析手段16が1つである場合を例にして、解析手段16による解析内容について説明するが、2つの解析手段16A、16Bを利用する場合は、解析に必要な各処理を、2つの解析手段16A、16Bで別々に、或いは2つの解析手段16A、16Bの何れか一方で行えばよい。すなわち、解析手段16A、16Bの各々で個別に実行可能な処理については個別に実行し、それらの処理結果を統合して実行する処理等は、解析手段16A、16Bの何れか一方により、もう一方から情報を取得して行えばよい。
Here, in the wave analysis system 10' according to the second embodiment of the present invention, the number of analysis means 16 may be one. , and images are simultaneously acquired from both photographing
本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’において、解析手段16は、本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10の場合と同様に、波浪30の進行方向Tを示す角度θを算出するが、その算出方法が波浪解析システム10の場合と異なっている。具体的に、波浪解析システム10’の解析手段16は、角度θを算出するために、波浪30の影響を受けて移動する浮標12の移動軌跡としての楕円軌道40(図3参照)を、一方の撮影手段14Aから視たときの、楕円軌道40の長径42に相当する第1の長径相当部分44Aの長さと、同じ楕円軌道40を他方の撮影手段14Bから視たときの、楕円軌道40の長径42に相当する第2の長径相当部分44Bの長さとを算出する。
In the wave analysis system 10' according to the second embodiment of the present invention, the analysis means 16 operates in the traveling direction T of the
第1の長径相当部分44Aの長さ及び第2の長径相当部分44Bの長さは、第1の実施の形態に係る波浪解析システム10の説明において、長径相当部分44の長さを算出した方法と同じ方法で算出する。すなわち、解析手段16は、一方の撮影手段14Aにより撮影された浮標12の画像から、一方の撮影手段14Aから視た浮標12の水平方向の変位量を求める。そして、一方の撮影手段14Aから楕円軌道40を視たときの第1の長径相当部分44Aは、水平方向と平行であり、第1の長径相当部分44Aの長さは、一方の撮影手段14Aから視た浮標12の水平方向の変位量と等しいと考えられるため、その浮標12の水平方向の変位量から、第1の長径相当部分44Aの長さを算出する。同様に、解析手段16は、他方の撮影手段14Bにより撮影された浮標12の画像から、他方の撮影手段14Bから視た浮標12の水平方向の変位量を求める。そして、他方の撮影手段14Bから楕円軌道40を視たときの第2の長径相当部分44Bは、水平方向と平行であり、第2の長径相当部分44Bの長さは、他方の撮影手段14Bから視た浮標12の水平方向の変位量と等しいと考えられるため、その浮標12の水平方向の変位量から、第2の長径相当部分44Bの長さを算出する。
The length of the first major axis
更に、解析手段16は、上記のように算出した第1の長径相当部分44Aの長さと第2の長径相当部分44Bの長さとの比に基づいて、波浪30の進行方向Tを示す角度θを算出する。ここで、角度θには、平面視で、一方の撮影手段14Aの撮影方向P1と波浪30の進行方向Tとで成される角度θ1、及び、他方の撮影手段14Bの撮影方向P2と波浪30の進行方向Tとで成される角度θ2がある。このため、まず、一方の撮影手段14Aを基準として角度θ1を求める方法を説明すると、図6(b)で確認できるように、第1の長径相当部分44Aの長さは、長径42の長さと、角度θ1の正弦であるsinθ1との乗算で、近似的に表すことができる。一方、第2の長径相当部分44Bの長さは、長径42の長さと、角度θ1の余弦であるcosθ1との乗算で、近似的に表すことができる。従って、解析手段16は、これらの関係を利用して角度θ1を算出し、一方の撮影手段14Aの撮影方向P1に対する波浪30の入射角度θ1として、波浪30の進行方向Tを特定する。
Furthermore, the analysis means 16 calculates the angle θ indicating the traveling direction T of the
次いで、他方の撮影手段14Bを基準として角度θ2を求める方法を説明すると、図6(b)で確認できるように、第1の長径相当部分44Aの長さは、長径42の長さと、角度θ2の余弦であるcosθ2との乗算で、近似的に表すことができる。一方、第2の長径相当部分44Bの長さは、長径42の長さと、角度θ2の正弦であるsinθ2との乗算で、近似的に表すことができる。従って、解析手段16は、これらの関係を利用して角度θ2を算出し、他方の撮影手段14Bの撮影方向P2に対する波浪30の入射角度θ2として、波浪30の進行方向Tを特定するものである。なお、上記のように算出した角度θ1及びθ2は、何れも波浪30の進行方向Tを表すものであるが、解析手段16は、それらの一方のみを算出してもよく、或いは双方を算出してもよい。
Next, to explain how to obtain the angle θ 2 using the other photographing means 14B as a reference, as can be confirmed in FIG. 6(b), the length of the first major axis
上記のような本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’について、第1の実施の形態に係る波浪解析システム10と同様に、図4に示すような環境で試験を行った。2つの撮影手段14A、14Bは、それらと浮標12とを結ぶ2本の線分間の角度αが、浮標12がある程度の範囲を移動するため一定ではないが、概ね90度前後に保たれるような位置に設置されている。そして、そのような2つの撮影手段14A、14Bの撮影データを使用して、一方の撮影手段14Aを基準として波浪30の進行方向Tを示す角度θ1と、他方の撮影手段14Bを基準として波浪30の進行方向Tを示す角度θ2との双方を算出した。
The wave analysis system 10' according to the second embodiment of the present invention as described above was tested in the environment shown in FIG. 4 similarly to the
図7には、波浪解析システム10’により算出した角度θ(θ_算出値)を縦軸、ドローンにより上空から撮影して得た角度θ(θ_真値)を横軸として、θ1の結果を白丸で、θ2の結果を黒丸でプロットして示している。又、図7には、小型船舶50により複数回発生させた波浪(航跡波)30のうち、波高が比較的大きい12回分の波浪30についての結果を示している。このため、一方の撮影手段14Aを基準として算出した12回分の結果(θ1を示す白丸)と、他方の撮影手段14Bを基準として算出した12回分の結果(θ2を示す黒丸)との、合計で24回分の結果が図7に含まれている。又、図7には、θ_算出値とθ_真値とが一致するラインを太線で示し、このラインから±22.5度離れたラインを細線で示している。図7を確認すると、図5に示した本発明の第1の実施の形態に係る波浪解析システム10の結果よりも、ばらつきが小さくなっており、8方位(45度の範囲)程度の精度で波浪30の進行方向Tを判別できることが分かる。
In FIG. 7, the vertical axis is the angle θ (θ_calculated value) calculated by the wave analysis system 10', and the horizontal axis is the angle θ (θ_true value) obtained by photographing from the sky with a drone . The results for θ 2 are plotted as white circles and black circles. Further, FIG. 7 shows the results for 12
さて、上記構成をなす本発明の第2の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’は、図6に示すように、少なくとも1つの撮影手段14として2つの撮影手段14A、14Bを利用するものであり、これら2つの撮影手段14A、14Bによって浮標12を同時に撮影する。又、2つの撮影手段14A、14Bは、図6(b)のような平面視で、互いに異なる方向から浮標12を撮影するような位置関係で設置され、この際、一方の撮影手段14Aと浮標12とを結ぶ線分と、他方の撮影手段14Bと浮標12とを結ぶ線分との、2本の線分間の角度αが把握される。解析手段16は、これら2つの撮影手段14A、14Bにより撮影された浮標12の画像を個別に使用して、浮標12の動きに関する2つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、浮標12が波浪30の影響を受けて動揺する際に、波浪30の進行する水平方向Tと鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標12の楕円軌道40(図3参照)を、一方の撮影手段14Aから視たときの、その楕円軌道40の長径42に相当する第1の長径相当部分44Aの長さである。
Now, according to the second embodiment of the present invention having the above configuration, it is possible to obtain the following effects. That is, the wave analysis system 10' according to the second embodiment of the present invention uses two photographing
すなわち、浮標12の楕円軌道40を一方の撮影手段14Aから視ると、楕円軌道40の長径42に相当する第1の長径相当部分44Aの長さは、浮標12の楕円軌道40を正面視した場合の長径42の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段16は、このような第1の長径相当部分44Aの長さを、一方の撮影手段14Aによる浮標12の画像から求めるものである。又、解析手段16により算出するもう一方の長さは、同じ浮標12の楕円軌道40を他方の撮影手段14Bから視たときの、その楕円軌道40の長径42に相当する第2の長径相当部分44Bの長さである。すなわち、浮標12の楕円軌道40を他方の撮影手段14Bから視ると、楕円軌道40の長径42に相当する第2の長径相当部分44Bの長さは、浮標12の楕円軌道40を正面視した場合の長径42の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段16は、このような第2の長径相当部分44Bの長さを、他方の撮影手段14Bによる浮標12の画像から求めるものである。
That is, when the
更に、解析手段16は、上記のように算出する2つの長さの比に基づいて、波浪30の進行方向Tを解析する。ここで、2つの撮影手段14A、14Bが上述したような位置関係にあることから、第1の長径相当部分44Aの長さと第2の長径相当部分44Bの長さとは、平面視で一方の撮影手段14A(又は他方の撮影手段14B)から浮標12へ向かう方向P1(又はP2)と波浪30の進行方向Tとで成される角度θ1(又はθ2)に関して、相関関係がある。すなわち、これに限定されるものではないが、図6(b)の例のように、平面視で2つの撮影手段14A、14Bの各々と浮標12とを結ぶ2本の線分間の角度αが、およそ90度である場合について説明すると、この場合、一方の撮影手段14Aを基準とすると、第1の長径相当部分44Aの長さは、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さと、平面視で一方の撮影手段14Aから浮標12へ向かう方向P1と波浪30の進行方向Tとで成される角度θ1の正弦(sinθ1)とを、乗算した値で近似することができる。又、第2の長径相当部分44Bの長さは、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さと、角度θ1の余弦(cosθ1)とを、乗算した値で近似することができる。
Furthermore, the analysis means 16 analyzes the traveling direction T of the
同様に、他方の撮影手段14Bを基準とすると、第1の長径相当部分44Aの長さは、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さと、平面視で他方の撮影手段14Bから浮標12へ向かう方向P2と波浪30の進行方向Tとで成される角度θ2の余弦(cosθ2)とを、乗算した値で近似することができる。又、第2の長径相当部分44Bの長さは、浮標12の楕円軌道40の長径42の長さと、角度θ2の正弦(sinθ2)とを、乗算した値で近似することができる。図6(b)の例と異なり、角度αが90度と異なる場合は、角度αと90度との角度差に応じた補正を行って、第1及び第2の長径相当部分44A、44Bの長さを算出すればよい。従って、第1の長径相当部分44Aの長さと第2の長径相当部分44Bの長さとの比から、平面視で一方の撮影手段14A(又は他方の撮影手段14B)から浮標12へ向かう方向P1(又はP2)と波浪30の進行方向Tとで成される角度θ1(又はθ2)を求めることができ、ここから波浪30の進行方向Tを算出することができる。このように、2つの撮影手段14A、14Bから得られる画像を使用することで解析精度を向上させながら、相関関係がある2つの長さの比を利用して波浪30の進行方向Tを効率よく解析することが可能となる。
Similarly, when the other photographing
又、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’は、解析手段16により、第1の長径相当部分44Aの長さを、2つの撮影手段14A、14Bのうち一方の撮影手段14Aにより撮影された浮標12の撮影データから抽出される、一方の撮影手段14Aから視た浮標12の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、浮標12の楕円軌道40の長径42は水平方向と平行であるため、その長径42の長さは、浮標12の水平方向の変位量と等しくなる。このような関係は、浮標12の楕円軌道40を一方の撮影手段14Aから視た場合も同様であるため、水平方向と平行な第1の長径相当部分44Aの長さは、一方の撮影手段14Aから視た浮標12の水平方向の変位から求めることができ、その変位量と等しくなる。
Further, in the wave analysis system 10' according to the second embodiment of the present invention, the analysis means 16 calculates the length of the first major axis
同様に、解析手段16は、第2の長径相当部分44Bの長さを、2つの撮影手段14A、14Bのうち他方の撮影手段14Bにより撮影された浮標12の撮影データから抽出される、他方の撮影手段14Bから視た浮標12の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、第1の長径相当部分44Aの場合と同様に、水平方向と平行な第2の長径相当部分44Bの長さは、他方の撮影手段14Bから視た浮標12の水平方向の変位から求めることができ、その変位量と等しくなる。このように、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’は、2つの撮影手段14A、14Bによる浮標12の撮影データから得られる、浮標12の水平方向の変位を主に使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めることが可能となる。
Similarly, the analysis means 16 extracts the length of the second major axis
続いて、図8を参照して、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”について説明する。図8において、本発明の第1及び第2の実施の形態に係る波浪解析システム10、10’と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付している。なお、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”について、本発明の第1及び第2の実施の形態に係る波浪解析システム10、10’との相違部分のみ説明をすることとし、本発明の第1及び第2の実施の形態に係る波浪解析システム10、10’と同様の部分の構成等については、説明を省略する。
Next, a wave analysis system 10'' according to a third embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. 8. In FIG. The same parts as the
図8に示すように、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”は、浮標12、撮影手段14、解析手段16、及び監視手段18を含んでいる。浮標12は、水上工事の工区(所定水域)54の近傍に設置されており、本実施形態では、工区54の工区表示用に設置された複数(図8では3つのみ図示)の浮標12のうち、任意の1つの浮標12が、撮影手段14により撮影される。監視手段18は、解析手段16から解析結果を取得するように、解析手段16と任意の接続方法で接続され、解析手段16と同様に岸壁20上に設置されている。しかしながら、解析手段18は、撮影手段14及び解析手段16と同様に、波浪30の影響を受けない他の固定位置に設置されていてもよい。そして、監視手段18は、解析手段16の解析結果に基づいて、撮影手段14により撮影している浮標12の周囲で発生した波浪30の、工区54への到来を監視する。例えば、監視手段18は、解析手段16により算出された波浪30の進行方向Tに基づいて、波浪30が工区54へ到来するか否かの判定、波浪30が工区54へ到来する場合の到来方向の提示、波浪30が工区54へ到来する場合の発報等を行う。
As shown in FIG. 8, a wave analysis system 10'' according to the third embodiment of the present invention includes a
又、解析手段16の解析結果に波浪30の高さが含まれている場合は、併せて波浪30の高さを監視し、予め設定された閾値を超える高さの波浪30が工区54へ到来するか否かの判定や、そのような波浪30が到来する際の発報等を行ってもよい。発報の際に、監視手段18は、表示による発報を行ってもよく、警告音による発報を行ってもよい。監視手段18には、専用のプログラムがインストールされた任意のPCを利用することができ、又、解析手段16と監視手段18とが1つのPCで構成されていてもよい。なお、図8の例は、1つの撮影手段14による浮標12の撮影データに基づいて、波浪30の進行方向Tを解析するものであるが、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”は、これに限定されるものではない。すなわち、波浪解析システム10”は、本発明の第2の実施の形態に係る波浪解析システム10’のように、2つの撮影手段14A、14Bによる浮標12の撮影データに基づいて、波浪30の進行方向Tを解析するものであってもよい。
In addition, if the analysis result of the analysis means 16 includes the height of the
上記構成をなす本発明の第3の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”は、図8に示すように、浮標12が所定水域54の近傍の水上に設置され、又、その所定水域54への波浪30の到来を監視する監視手段18を更に含むものである。すなわち、監視手段18は、解析手段16による波浪30の進行方向Tを含む解析結果に基づいて、浮標12の周囲で発生した波浪30が所定水域54へ到来するか否か、到来する場合はどの方向から到来するのか、といったこと等を監視する。これにより、波浪30を監視する従来装置と比較して、装置構成及びその設置にかかる費用を抑制しながらも、より高精度な波浪30の襲来情報を提供することができる。
According to the third embodiment of the present invention having the above configuration, it is possible to obtain the following effects. That is, in the wave analysis system 10'' according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. The monitoring means 18 further includes a monitoring means 18 for monitoring the arrival of
更に、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”は、監視手段18によって水上工事の工区54に対する波浪30の到来を監視するものであり、この際、撮影手段14により撮影する浮標12として、水上工事の施工時に設置する必要のある工区表示用の浮標12を利用するものである。これにより、本システム10”で使用する専用の浮標12を設置する必要がなくなるため、費用をより抑制することができる。更に、水上工事の工区54への波浪30の到来を効率よく監視することができ、延いては、工事の作業員の安全性をより高めることが可能となる。なお、本発明の第3の実施の形態に係る波浪解析システム10”は、水上工事の工区54への適用に限定されるものではなく、任意の所定水域54に適用することができ、例えば、港の管理のために港湾内の所定水域54を監視するものであってもよい。
Further, in the wave analysis system 10'' according to the third embodiment of the present invention, the monitoring means 18 monitors the arrival of
ここで、上述した本発明の第1~第3の実施の形態に係る波浪解析システム10、10’、10”では、1つの浮標12の撮影データに基づいて波浪30の進行方向Tの解析を行っている。この応用形態として、本発明の実施の形態に係る波浪解析システムは、同じ水域に設置された複数の浮標12の撮影データから、各浮標12の周辺で発生した波浪30の進行方向Tを算出し、それらの結果を組み合わせて複合的な波浪30の解析を行ってもよい。又、可能であれば、1つの撮影手段14で2つ以上の浮標12を同時に撮影し、撮影データから各浮標12の運動を個別に抽出して、各浮標12の周辺で発生した波浪30の進行方向Tを算出し、それらの結果を組み合わせて複合的な波浪30の解析を行ってもよい。
Here, in the
10、10’、10”:波浪解析システム、12:浮標、14(14A、14B):撮影手段、16(16A、16B):解析手段、18:監視手段、30:波浪、40:浮標の楕円軌道、42:長径、44:長径相当部分、44A:第1の長径相当部分、44B:第2の長径相当部分、54:所定水域(工区)、T:波浪の進行方向、α:撮影手段と浮標とを結ぶ線分間の角度
10, 10', 10'': Wave analysis system, 12: Buoy, 14 (14A, 14B): Photographing means, 16 (16A, 16B): Analysis means, 18: Monitoring means, 30: Waves, 40: Buoy ellipse Trajectory, 42: Major axis, 44: Portion corresponding to major axis, 44A: Portion corresponding to first major axis, 44B: Portion corresponding to second major axis, 54: Predetermined water area (work section), T: Wave direction, α: Photographing means and Angle between the line connecting the buoy
Claims (7)
水上に設置される浮標と、
波浪の影響を受けない固定位置に設置され、前記浮標の画像を撮影する少なくとも1つの撮影手段と、
該少なくとも1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の進行方向を解析する解析手段と、を含み、
該解析手段は、前記少なくとも1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記少なくとも1つの撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、該算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析し、
前記少なくとも1つの撮影手段として1つの撮影手段を含み、
前記解析手段は、前記1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道の長径の長さと、前記1つの撮影手段から前記楕円軌道を視たときの前記長径に相当する長径相当部分の長さとを算出し、算出した前記長径の長さと前記長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析することを特徴とする波浪解析システム。 A system for analyzing the direction of movement of waves,
A buoy placed on the water,
at least one photographing means installed at a fixed position unaffected by waves and photographing an image of the buoy;
analysis means for analyzing the traveling direction of waves generated around the buoy based on the image of the buoy taken by the at least one photographing means,
The analysis means determines, from an image of the buoy taken by the at least one photographing means, a trajectory of the buoy moving on a plane defined by a horizontal direction and a vertical direction in which the waves travel under the influence of waves. calculating the length of a portion corresponding to the major axis of the elliptical orbit when viewed from the at least one imaging means, and analyzing the traveling direction of the waves based on the calculation result ;
The at least one photographing means includes one photographing means,
The analyzing means determines, from the image of the buoy taken by the one photographing means, the trajectory of the buoy moving on a plane defined by the horizontal direction and the vertical direction in which the waves travel under the influence of waves. The length of the major axis of the elliptical orbit as , and the length of the major axis equivalent portion corresponding to the major axis when the elliptical orbit is viewed from the one imaging means, and the calculated length of the major axis and the major axis equivalent portion. A wave analysis system characterized by analyzing the direction of movement of waves based on the ratio of the length of the wave to the length of the wave .
水上に設置される浮標と、 A buoy placed on the water,
波浪の影響を受けない固定位置に設置され、前記浮標の画像を撮影する少なくとも1つの撮影手段と、 at least one photographing means installed at a fixed position unaffected by waves and photographing an image of the buoy;
該少なくとも1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の進行方向を解析する解析手段と、を含み、 analysis means for analyzing the traveling direction of waves generated around the buoy based on the image of the buoy taken by the at least one photographing means,
該解析手段は、前記少なくとも1つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記少なくとも1つの撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、該算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析し、 The analysis means determines, from an image of the buoy taken by the at least one photographing means, a trajectory of the buoy moving on a plane defined by a horizontal direction and a vertical direction in which the waves travel under the influence of waves. calculating the length of a portion corresponding to the major axis of the elliptical orbit when viewed from the at least one imaging means, and analyzing the traveling direction of the waves based on the calculation result;
前記少なくとも1つの撮影手段として2つの撮影手段を含み、該2つの撮影手段は、平面視で互いに異なる方向から前記浮標を撮影するような位置関係で設置され、 The at least one photographing means includes two photographing means, and the two photographing means are installed in a positional relationship so as to photograph the buoy from mutually different directions in a plan view,
前記解析手段は、前記2つの撮影手段のうち一方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記一方の撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する第1の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記2つの撮影手段のうち他方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記楕円軌道を前記他方の撮影手段から視たときの、前記長径に相当する第2の長径相当部分の長さを算出し、算出した前記第1の長径相当部分の長さと前記第2の長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析することを特徴とする波浪解析システム。 The analysis means calculates a plane defined by a horizontal direction and a vertical direction in which the waves advance when the buoy is influenced by waves, from an image of the buoy taken by one of the two photographing means. Calculate the length of a first major axis corresponding to the major axis of the elliptical orbit when the elliptical orbit as a locus moving above is viewed from the one photographing means, and From the image of the buoy taken by the other photographing means, the length of the second major axis corresponding to the major axis when the elliptical orbit is viewed from the other photographing means is calculated. A wave analysis system characterized in that the direction of movement of waves is analyzed based on the ratio of the length of the first major axis equivalent portion to the length of the second major axis equivalent portion.
更に、前記解析手段の解析結果に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の前記所定水域への到来を監視する監視手段を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の波浪解析システム。 The buoy is installed near a predetermined water body,
6. The method according to any one of claims 1 to 5 , further comprising monitoring means for monitoring the arrival of waves generated around the buoy to the predetermined water area based on the analysis result of the analysis means. wave analysis system.
前記浮標として、前記工区を示すために設置される工区表示用の浮標が利用されることを特徴とする請求項6記載の波浪解析システム。 The specified water area is a construction area for waterworks,
7. The wave analysis system according to claim 6 , wherein the buoy is a buoy for displaying the work area, which is installed to indicate the work area.
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島津希来 他2名,浮標動揺の画像解析によるリアルタイム波浪観測手法の開発,土木学会論文集B2(海岸工学),Vol.73,No.2,2017年,p.I-1669-1674 |
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