JP7424487B2 - 作業中ケーブルの保護監視システム、作業中ケーブルの保護監視方法及び作業中ケーブルの保護監視プログラム - Google Patents
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Description
通信、送電用のようなインフラ用ケーブルの設置作業は、ケーブル敷設工事と呼ばれる。長尺なケーブルは、巻かれた状態で現場まで運ばれ、何らかの敷設機械を用いて線状に敷設されるのが一般的である。
ケーブルに対する代表的な作業として、海底ケーブルの敷設工事を例に説明する。
恒常的に海底に設置される海底ケーブルは、浅海海域においては、1m程度の溝を掘ってそこに埋設されることが一般的に求められる。浅海では漁業などの人間の活動が海底まで及ぶことが多いため、埋設して海底ケーブルへ干渉しにくくするためである。この埋設工法には、鋤埋設機による敷設同時埋設、もしくはROVによる後埋設、が一般に用いられる。
ケーブルルート情報は、一般にはRPL(route position list)で表現される。RPLでは、実際には曲線のケーブルルートを、多数の地点とそれを結ぶ直線で近似して表している。すべての地点情報は、少なくとも固有の地点番号と、位置を表す地理座標(緯度経度)と水深の属性情報とともに記載されている。ケーブル以外の部品や装置の設置地点も、固有の識別番号とともに地点情報としてRPLに記載されている。またケーブルは、外装の種類の情報が記載されている。
光ファイバセンシングは、例えば、コヒーレント光をセンシング光ファイバに入射し、センシング光ファイバの各部分からの戻り光を検出及び分析して、センシング光ファイバに作用する擾乱(動的歪み)を環境情報として取得するものである。このような擾乱は、典型的には、センシング光ファイバの部分に伝わる音響波等によって引き起こされるセンシング光ファイバの振動である。そのような、少なくともセンシング光ファイバの部分における振動の存在を表す情報を環境情報として取得する場合、光ファイバセンシングは、分布型音響センシング(DAS:Distributed Acoustic Sensing)と呼ばれる。
少なくとも一心の光ファイバを含んでいるワイヤーケーブル状の工事材料を移動もしくは設置する作業手段と、
前記光ファイバにより感知された、前記工事材料の各位置における環境情報を取得するインテロゲーターと、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出する異常イベント検出手段と、を備え、
前記作業手段は、前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の工事材料の移動および設置を停止する。
移動もしくは設置されているワイヤーケーブル状の工事材料に含まれる少なくとも一心の光ファイバにより、前記工事材料の各位置における環境情報を取得し、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出し、
前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の工事材料の移動および設置を停止する。
移動もしくは設置されているワイヤーケーブル状の工事材料に含まれる少なくとも一心の光ファイバにより、前記工事材料の各位置における環境情報を取得する処理と、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出する処理と、
前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の工事材料の移動および設置を停止する処理と、
を情報処理装置に実行させる作業中ケーブルの保護監視プログラムを記憶する。
<実施の形態1>
まず、実施の形態1に係るケーブル保護監視システム1の動作概要を述べる。
[作業中のケーブルのリスク]
作業中の工材ケーブルは、保管状態や設置状態にある工材ケーブルよりも損傷リスクが高い。一例として海底ケーブル10における要注意な状態を2つ説明する。一つ目は、CSを出てから海底に着底するまでの状態である。二つ目は、敷設機械などを通過する状態である。
敷設作業後の海底に置かれた海底ケーブル10は、海底ケーブル10と海底が馴染むまでは、ずれるなどして損傷が起きやすい。また海底ケーブル10が敷設された直後は海図等にも反映されておらず、各船舶に認識されていないため、海底ケーブル10は傷つけられやすい。
環境情報を取得する海底ケーブル10は、設置場所によってケーブルの種類や設置工法が異なる。これにより海底ケーブル10のセンサとしての特性が場所ごとに異なる。例えば、取得した環境情報信号の中の特定の周波数域の減衰度合いが異なる。後述するデータ一次処理部22においてより高い信頼度のイベント分類結果を得るために、この影響を取り除いて元の信号に近づける補正処理を行うことが望ましい。
敷設後の海底ケーブル10の各点のセンサ特性のばらつきの要因は、前述の施工記録などから一義的に決まる(推定できる)ものだけではない。例えば、一律の深さで埋設されているという記録であっても、実際は場所ごとに埋設深さがばらついていたり、被せていた土砂が流されて露出することもある。
以上の処理によって得られた環境情報は、様々な用途に使用され得る。そのためには取得位置を地理座標で表現することが求められる。センシング機能部21が出力するデータの段階では、取得位置は光ケーブル上の位置(例えば光ケーブル端からの距離)で表現されている。ケーブル上の位置と、施工記録(RPLなど)に記載されている光ケーブルが設置されている地理座標データとを照らし合わせることで、各ケーブル上の位置に対応する地理座標が求まる。このケーブル上の位置と地理座標の対応関係は、ケーブル設置後は変わらないため、予め算出してデータ一次処理部22に記憶させておけばよい。またその際、RPLから水深(標高)データも引用して地理座標情報に含めることが望ましい。
取得された環境情報には、様々なものが含まれており、その中から注目するイベントを、できるだけ漏れなく、またできるだけ誤検知を少なく、見つける必要がある。本実施形態における、検出すべきイベントは、例えば、工材ケーブルが作業手段と強く擦れた音や、工材ケーブルが海中の浮遊物と接触した音、設置後の工材ケーブルを損傷させた可能性のある事象の音などである。一方で、例えば、作業手段は正常動作時にも大きな音を工材ケーブルに与えているが、それを損傷リスクのあるイベントと誤検出してしまい、作業を止めてしまうことは極力抑制する必要がある。
データ一次処理部22は、取得した環境情報の中に既知の異常イベントが含まれているかを分類条件に照らして調べ、含まれていれば、少なくとも対応する異常イベントの種類および発生時刻と位置を、異常イベントデータとして監視サーバー30に出力する。異常イベントの種類によっては、その検出強度(例えば、振動の大きさ等)などの付随する情報も合わせて出力する。
イベント分類条件は、海底ケーブル10の設置状況などが異なってもイベントを正しく検知・分類できるように用意される。その方法は、ケーブルの設置状況などに影響されにくい、異常時にのみ存在する特徴を見出して、それを基に分類するものである。もし同一のイベントが、海底ケーブル10の設置状況などによって1つの分類条件では正しく分類できないとしても、複数の分類条件のいずれか1つで検知されるようにして、同一のイベント種類に紐づければよい。
これらの分類の信頼度を高めるために、事前に、正常時の音・異常時の音の事例データを多数入手して、異常時の音にのみ存在する特徴を見つけ出して、分類条件とすることが重要である。もし事例データの数が十分でない場合は、正常時、異常時のイベントを模擬的に起こして、その時の音・振動を、様々な状況に置かれた海底ケーブル10で取得して、より信頼度の高い分類条件とすることが望ましい。
イベント検知機能部22は、環境情報を検知・分類する際に、環境情報を周波数帯域ごとに分けたのち検知・分類することが望ましい。各々の帯域に分けられたデータの中にイベントが含まれているかどうかを分類条件で判定する。周波数帯域ごとに分けるとは、例えば、極低周波から0.01Hz,0.01から0.1Hz,0.1から1Hz,1から10Hz,10から100Hzのような分け方である。ただし帯域の境界付近に存在するイベントの検出を漏らさないようにするため、各帯域は多少オーバーラップさせることが望ましい。なお、これら複数の周波数帯の検知結果の組合せによって異常イベントを分類判定してもよい。
データ一次処理部22は、工材ケーブルの各位置のうち作業手段と接している位置を、環境情報及び非異常パターンに基づいて特定する。具体的には、データ一次処理部22は、工材ケーブル上のある位置における環境情報から、作業手段と関係する非異常パターンが検出された場合に、その位置において工材ケーブルと作業手段が接していることを検出する。工材ケーブルが作業手段を次々に通過すると、同じイベントがケーブル上の位置を移動しながら継続して検知される。そこでデータ一次処理部22に、作業手段との接触点がケーブル上を移動しているというモデルを持つことで、その接触点を識別追尾(Tracking)することができる。
これらの高いリスクのある区間、すなわち、海底ケーブル10がCSを出てから着底するまでの区間や、埋設機を通過する区間は、ケーブル敷設が進むに連れて移動していく。CSでは、海底ケーブル10上のどこが今CSから繰り出され、どこが埋設機を通過したかなどをリアルタイムで把握し、制御しながら敷設を進めている。その工程管理制御システム31とケーブル保護監視システム1の監視サーバー30は相互に情報を共有することが望まれる。
<実施の形態2>
実施の形態1では、敷設中の海底ケーブル10は単なるケーブルとして説明したが、海底ケーブル10には、実際には数10kmごとに光増幅中継器などの給電を要する海底機器が挿入されている。一般的な光増幅中継器はセンシング信号を通さないので、船上でケーブル端に仮接続しているDASインテロゲーター20から監視できるのは、DASインテロゲーター20から辿って最初の光増幅中継器までの範囲である。上述の要注意な作業区間(リスクが高い区間)が光増幅中継器よりも先にあれば、肝心の区間を監視できないという課題がある。
<実施の形態3>
実施の形態2におけるケーブル保護監視システム1は、電力供給しないと動作しない光増幅中継装置を越えた先のセンシングを実現するために、光増幅中継器をスルー接続した、作業監視用のセンシング光ファイバが海底ケーブル10内に追加された形態であった。一方、実施の形態3におけるケーブル保護監視システム1では、監視センシング用の光ファイバを追加せず、実施の形態1におけるケーブル保護監視システム1に対して通信用の光ファイバ心線を用いる。そして少なくともセンシングを行う(通信用)光ファイバ心線の光増幅中継器に対して部分的な給電を行う。
<実施の形態4>
図15及び図16を参照して、ケーブル保護監視システム4について説明する。図15は、ケーブル保護監視システム4の構成例を示すブロック図である。図16は、ケーブル保護監視システム4の動作例を示すフローチャートである。図15に示されるようにケーブル保護監視システムは、作業手段600、インテロゲーター100及び異常イベント検出手段300を備える。
上記の実施の形態では、光ファイバセンシングの方法として、DASを例に説明したが、DVSやDTS、BOTDRなど他の手法でもよい。ここで、DVSはdistributed vibration sensingの略、DTSはdistributed temperature sensingの略、BOTDRはBrillouin optical time-domain reflectometryの略である。
(付記1)
少なくとも一心の光ファイバを含んでいるワイヤーケーブル状の工事材料を移動もしくは設置する作業手段と、
前記光ファイバにより感知された、前記工事材料の各位置における環境情報を取得するインテロゲーターと、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出する異常イベント検出手段と、を備え、
前記作業手段は、前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の工事材料の移動および設置を停止する
作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記2)
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料の製造記録又は設置記録に基づいて、または前記工事材料の場所ごとの感知の程度を把握して、前記工事材料の場所ごとに前記環境情報の感知感度を補正したのち異常パターンを検出する、付記1に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記3)
前記異常イベント検出手段は、前記取得した環境情報を周波数帯に分けたのち異常パターンを検出する、付記1又は2に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記4)
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料のうち、前記異常イベントが検出された位置を提示する付記1から3の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記5)
前記異常イベント検出手段が用いる前記異常パターンは、前記異常イベントが生じたときに取得した前記環境情報を基に、前記異常イベントに固有の特徴を見出して用意された異常パターンである、付記1から4の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記6)
前記異常イベント検出手段は、
前記作業手段が前記工事材料を適切に移動もしくは設置する際に取得される環境情報を非異常パターンとして予め記憶し、
前記環境情報が前記非異常パターンを満たす場合、前記異常イベントを検出しない
付記1から5の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記7)
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料の各位置のうち前記作業手段と接している位置を、前記環境情報及び前記非異常パターンに基づいて特定する
付記6に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記8)
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料が前記作業手段と接する位置が移動する様子を、移動するモデルにあてはめて検出する
付記7に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記9)
前記作業手段は、前記作業手段ごとに固有の特徴を持つ振動を前記工事材料に与え、
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料の各位置のうち前記作業手段と接している位置における、前記環境情報および前記固有の振動の特徴に基づいて、前記作業手段の各々の位置を特定する
付記7又は8に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記10)
前記作業手段の配置情報を予め記憶している作業管理サーバーを更に備え、
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料の各位置のうち前記作業手段と接している位置を、前記環境情報及び前記非異常パターン、並びに前記作業管理サーバーから得た前記配置情報に基づいて特定する
付記7から9の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記11)
前記作業手段の状態を監視する監視センサを更に備え、
前記異常イベント検出手段は、前記状態及び前記環境情報に基づいて前記異常イベントを検出する
付記1~10の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記12)
前記工事材料は、光増幅中継機能を有する光増幅器を備えた中継装置を含み、
前記工事材料に含まれる前記光ファイバは、
前記光増幅器に接続されず、
前記中継装置との接続部において外部に引き出され、前記インテロゲーターと接続可能である
付記1~11の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記13)
前記工事材料に含まれる前記光ファイバは、
前記中継装置との接続部において、前記作業手段と前記工事材料とが接する位置を含む作業区間が監視されるように接続された光カプラを介して、外部に引き出される
付記12に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記14)
前記工事材料に外部から給電する給電手段を更に備え、
前記中継装置の中に複数ある光増幅中継器のうち、少なくとも1つは前記環境情報を感知する前記光ファイバと接続されており、かつ、前記インテロゲーターが送受する光を光増幅中継する機能を有しており、
前記中継装置は、前記給電手段から供給される電流の大きさ又は向きの違いによって給電する範囲を切替可能な電源回路を更に備え、
前記作業中ケーブルの保護監視期間中は、前記電源回路への給電電流又は向きの違いによって、前記インテロゲーターが送受する光の光増幅中継に関与しない回路範囲への給電を抑制する、
付記12又は13に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。
(付記15)
移動もしくは設置されているワイヤーケーブル状の工事材料に含まれる少なくとも一心の光ファイバにより、前記工事材料の各位置における環境情報を取得し、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出し、
前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の工事材料の移動および設置を停止する
作業中ケーブルの保護監視方法。
(付記16)
移動もしくは設置されているワイヤーケーブル状の工事材料に含まれる少なくとも一心の光ファイバにより、前記工事材料の各位置における環境情報を取得する処理と、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出する処理と、
前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の工事材料の移動および設置を停止する処理と、
を情報処理装置に実行させる作業中ケーブルの保護監視プログラムを記憶する記憶媒体。
10 海底ケーブル
11、200 光ファイバ
15 海底ケーブル敷設船(CS)
16 すき埋設機
17 ケーブルエンジン
18 シーブ
20 DASインテロゲーター
21 センシング機能部
22 データ一次処理部
30 監視サーバー
31 工程管理制御システム
40、41、42 中継器(REP)
43 中継器本体
44 テイルケーブル
45 ジョイントチャンバ
47 ベローズ部
48、49 ケーブルカップリング部
50、51,52,53 モニタコード
60 光カプラ
100 インテロゲーター
300 異常イベント検出手段
500 工事材料
600 作業手段
Claims (8)
- 少なくとも一心の光ファイバを含んでいるワイヤーケーブル状の工事材料を移動もしくは設置する作業手段と、
前記光ファイバにより感知された、前記工事材料の各位置における環境情報を取得するインテロゲーターと、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出する異常イベント検出手段と、を備え、
前記作業手段は、前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の前記工事材料の移動および設置を停止し、
前記異常イベント検出手段は、
前記作業手段が前記工事材料を適切に移動もしくは設置する際に取得される前記環境情報を非異常パターンとして予め記憶し、
前記環境情報が前記非異常パターンを満たす場合、前記異常イベントを検出せず、
前記異常イベント検出手段は、前記工事材料の各位置のうち前記作業手段と接している位置を、前記環境情報及び前記非異常パターンに基づいて特定する
作業中ケーブルの保護監視システム。 - 前記異常イベント検出手段は、前記工事材料の製造記録又は設置記録に基づいて、または前記工事材料の場所ごとの感知の程度を把握して、前記工事材料の場所ごとに前記環境情報の感知感度を補正したのち異常パターンを検出する、
請求項1に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。 - 前記異常イベント検出手段は、取得した前記環境情報を周波数帯に分けたのち異常パターンを検出する、
請求項1又は2に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。 - 前記異常イベント検出手段は、前記工事材料のうち、前記異常イベントが検出された位置を提示する
請求項1から3の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。 - 前記異常イベント検出手段が用いる前記異常パターンは、前記異常イベントが生じたときに取得した前記環境情報を基に、前記異常イベントに固有の特徴を見出して用意された異常パターンである、
請求項1から4の何れか1項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。 - 前記異常イベント検出手段は、前記工事材料が前記作業手段と接する位置が移動する様子を、移動するモデルにあてはめて検出する
請求項1から5のいずれか一項に記載の作業中ケーブルの保護監視システム。 - 移動もしくは設置されているワイヤーケーブル状の工事材料に含まれる少なくとも一心の光ファイバにより、前記工事材料の各位置における環境情報を取得し、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出し、
前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の前記工事材料の移動および設置を停止し、
前記工事材料を移動もしくは設置する作業手段が前記工事材料を適切に移動もしくは設置する際に取得される前記環境情報を非異常パターンとして予め記憶し、
前記環境情報が前記非異常パターンを満たす場合、前記異常イベントを検出せず、
前記工事材料の各位置のうち前記作業手段と接している位置を、前記環境情報及び前記非異常パターンに基づいて特定する、
作業中ケーブルの保護監視方法。 - 移動もしくは設置されているワイヤーケーブル状の工事材料に含まれる少なくとも一心の光ファイバにより、前記工事材料の各位置における環境情報を取得する処理と、
前記位置において取得された前記環境情報が異常パターンを満たす場合、前記位置における異常イベントを検出する処理と、
前記異常イベントが検出された場合、前記ワイヤーケーブル状の前記工事材料の移動および設置を停止する処理と、
前記工事材料を移動もしくは設置する作業手段が前記工事材料を適切に移動もしくは設置する際に取得される前記環境情報を非異常パターンとして予め記憶する処理と、
前記環境情報が前記非異常パターンを満たす場合、前記異常イベントを検出せず、
前記工事材料の各位置のうち前記作業手段と接している位置を、前記環境情報及び前記非異常パターンに基づいて特定する処理と、
を情報処理装置に実行させる作業中ケーブルの保護監視プログラム。
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