JP7455055B2 - Wave amplitude estimation method, amplitude estimation device, and program - Google Patents

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Description

本発明は、波の振幅推定方法、振幅推定装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a wave amplitude estimation method, an amplitude estimation device, and a program.

波高計は、施工現場の海域でリアルタイムに水位変動を把握するために利用される。波高計には、海底設置型、空中放射型、ブイ型等、各種の型式が存在する。 Wave height meters are used to monitor water level fluctuations in real time in the sea area near construction sites. There are various types of wave height meters, such as submarine-mounted types, aerial radiation types, and buoy types.

海底設置型の波高計は、海底から超音波照射装置や水圧センサ等を使って水面変動を捉える方式の波高計である。海底設置型の波高計は、設置するために潜水士が必要となるため、大水深になると設置することが難しい。また、超音波照射装置や水圧センサ等が海底にあるため、洋上の作業船に観測データを伝達するにはケーブルで接続されている必要がある。 A seabed-mounted wave height meter is a wave height meter that uses ultrasonic irradiation equipment, water pressure sensors, etc. from the seabed to measure water surface fluctuations. Seabed-mounted wave height meters require a diver to install them, making them difficult to install at great depths. Furthermore, since the ultrasonic irradiation equipment and water pressure sensors are located on the seabed, they must be connected via cable to transmit observation data to the offshore work boat.

空中放射型の波高計は、空中から水面に向かって超音波を放射し、その反射から水面変動を捉えるものである。しかし、作業船が動揺する場合は、その動揺を考慮する必要がある。また、水面に向かって直角に放射する必要があるため、船舶の動揺により超音波の放射角度を直角に保つことが難しい。 Airborne wave height meters emit ultrasonic waves from the air toward the water surface and detect changes in the water surface from the reflections. However, if the work boat sways, it is necessary to take that sway into account. Furthermore, since it is necessary to radiate the ultrasonic wave at a right angle toward the water surface, it is difficult to maintain the radiation angle of the ultrasonic wave at a right angle due to the movement of the ship.

ブイ式の波高計は、水面に浮遊させたブイ(浮標ともいう)を使って水面変動を捉える方式の波高計である。ブイ式の波高計は、全地球航法衛星システム(GNSS: Global Navigation Satellite System)を用いるものや、加速度センサを用いるもの等がある。 A buoy-type wave height meter is a wave height meter that uses a buoy (also called a buoy) suspended on the water surface to measure water surface fluctuations. Buoy-type wave height meters include those that use a Global Navigation Satellite System (GNSS) and those that use an acceleration sensor.

GNSSを用いるブイ式の波高計は、GNSSによる標高情報を取得することができるものの、要求される精度によっては資機材が大きくなりやすい。 Buoy-type wave height meters that use GNSS can obtain altitude information from GNSS, but depending on the required accuracy, the materials and equipment tend to be large.

加速度センサを用いるブイ式の波高計は、ブイに取り付けられた加速度センサにより、上下方向の加速度を計測し、この加速度を時間で二重積分することで水位変動を推定するものである。 A buoy-type wave height meter that uses an acceleration sensor measures vertical acceleration with an acceleration sensor attached to a buoy, and estimates water level fluctuations by double integrating this acceleration over time.

例えば、特許文献1には、加速度センサの出力を積分して速度成分を得、又はその速度成分を更に積分することによって変位成分を得るように構成した波浪観測装置等に於いて、抽出した速度成分又は変位成分を所要の通過域を有する高域ろ波器に通すことにより、その成分に重畳するトレンド成分を除去するようにしたことを特徴とする加速度センサを用いた波浪観測装置が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a wave observation device configured to integrate the output of an acceleration sensor to obtain a velocity component, or further integrate the velocity component to obtain a displacement component. A wave observation device using an acceleration sensor is described, which is characterized in that a trend component superimposed on the component or displacement component is removed by passing the component or displacement component through a high-pass filter having a required passband. ing.

特開昭61-212716号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-212716

しかし、加速度を時間で二重積分する手法で水位変動を推定するためには、比較的高精度な加速度センサが必要である。 However, in order to estimate water level fluctuations using a method that double-integrates acceleration over time, a relatively highly accurate acceleration sensor is required.

本願の発明の目的の一つは、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データに対して積分をすることなく、波の振幅を推定することである。 One of the objects of the invention of the present application is to calculate the amplitude of waves without integrating acceleration time series data that shows changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects on water receive due to vertical movement of the water surface. is to estimate.

本発明の請求項1に係る振幅推定方法は、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する加速度取得工程と、
前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する加速度周波数スペクトル特定工程と、
同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度周波数スペクトル特定工程において特定された加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する水位周波数スペクトル特定工程と、
前記水位周波数スペクトル特定工程において特定された水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する周波数毎エネルギー比率特定工程と、
前記周波数毎のエネルギー比率特定工程において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する変換係数算出工程と、
前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する振幅推定工程と、
を備える波の振幅推定方法である。
The amplitude estimation method according to claim 1 of the present invention includes an acceleration acquisition step of acquiring acceleration time series data indicating a change over time in a measured value of vertical acceleration that a floating object floating on water receives due to vertical movement of the water surface;
an acceleration frequency spectrum identification step of identifying a frequency spectrum of acceleration that changes over time indicated by the acceleration time series data;
The frequency spectrum of the acceleration specified in the acceleration frequency spectrum identification step according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that a floating object floating on the water at the water level receives a water level frequency spectrum identification step of identifying a water level frequency spectrum according to the water level;
a frequency-by-frequency energy ratio identifying step of identifying the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time from the water level frequency spectrum identified in the water level frequency spectrum identifying step;
The energy ratio for each frequency specified in the energy ratio identification step for each frequency is multiplied by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. a conversion coefficient calculation step of calculating a conversion coefficient by summing all frequencies after calculating the value;
an amplitude estimation step of estimating the amplitude of the wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies;
This is a wave amplitude estimation method comprising:

本発明の請求項2に係る振幅推定方法は、請求項1に記載の態様において、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係として、水位の周波数スペクトルの強度は加速度の周波数スペクトルの強度に周期の4乗を乗じた値を円周率の4乗と16とで除した値である、という関係を用いる振幅推定方法である。 In the amplitude estimation method according to claim 2 of the present invention, in the aspect described in claim 1, the intensity of the frequency spectrum of a water level that changes over time at the same frequency and the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at the water level are subjected to. The relationship between the intensity of the frequency spectrum is that the intensity of the frequency spectrum of the water level is the value obtained by multiplying the intensity of the frequency spectrum of acceleration by the fourth power of the period, divided by the fourth power of pi and 16. This is the amplitude estimation method used.

本発明の請求項3に係る振幅推定方法は、請求項1又は2に記載の態様において、同一周波数で経時変化する水位の振幅と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の振幅の関係として、当該水位の振幅と当該水位の加速度の振幅との比率は当体水位の周波数の二乗に円周率の二乗と4とを乗じた値の逆数である、という関係を用いる振幅推定方法である。 The amplitude estimation method according to claim 3 of the present invention, in the aspect described in claim 1 or 2, includes the amplitude of a water level that changes over time at the same frequency and the amplitude of acceleration that changes over time that a floating object floating on the water at the water level receives. Amplitude estimation using the relationship that the ratio between the amplitude of the water level and the amplitude of the acceleration of the water level is the reciprocal of the square of the frequency of the water level multiplied by the square of pi and 4. It's a method.

本発明の請求項4に係る振幅推定装置は、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する加速度取得手段と、
前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する加速度周波数スペクトル特定手段と、
同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度周波数スペクトル特定手段により特定された加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する水位周波数スペクトル特定手段と、
前記水位周波数スペクトル特定手段により特定された水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する周波数毎エネルギー比率特定手段と、
前記周波数毎のエネルギー比率特定手段において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する変換係数算出手段と、
前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する振幅推定手段と、
を備える波の振幅推定装置である。
The amplitude estimating device according to claim 4 of the present invention includes an acceleration acquisition means for acquiring acceleration time series data indicating a change over time in a measured value of vertical acceleration that a floating object floating on water receives due to vertical movement of the water surface;
Acceleration frequency spectrum specifying means for specifying a frequency spectrum of acceleration that changes over time indicated by the acceleration time series data;
A frequency spectrum of acceleration specified by the acceleration frequency spectrum specifying means according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that a floating object floating on the water at the water level receives water level frequency spectrum identification means for identifying a water level frequency spectrum according to the water level;
Frequency-by-frequency energy ratio specifying means for specifying the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time from the frequency spectrum of the water level specified by the water level frequency spectrum specifying means;
The energy ratio for each frequency specified by the energy ratio identification means for each frequency is multiplied by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. Conversion coefficient calculation means for calculating a conversion coefficient by summing all frequencies after calculating the value;
amplitude estimating means for estimating the amplitude of a wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies;
This is a wave amplitude estimation device comprising:

本発明の請求項5に係るプログラムは、コンピュータに、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する処理と、
前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する処理と、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度の周波数スペクトルを特定する処理において特定した加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する処理と、
前記水位の周波数スペクトルを特定する処理において特定した水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する処理と、
前記周波数毎のエネルギー比率特定工程において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する処理と、前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する処理と、
を実行させるためのプログラムである。
A program according to claim 5 of the present invention includes a process of causing a computer to acquire acceleration time series data indicating a change over time of a measured value of vertical acceleration that a floating object on water receives due to vertical movement of the water surface;
A process of identifying the frequency spectrum of acceleration that changes over time indicated by the acceleration time series data, the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency, and the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that is received by floating objects floating on the water at the water level. A process of identifying a frequency spectrum of a water level according to a frequency spectrum of the acceleration identified in the process of identifying the frequency spectrum of the acceleration, according to an intensity relationship of;
From the frequency spectrum of the water level identified in the process of identifying the frequency spectrum of the water level, a process of identifying the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time;
The energy ratio for each frequency specified in the energy ratio identification step for each frequency is multiplied by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. After calculating the value, a process of calculating a conversion coefficient by summing all frequencies; and a process of estimating the amplitude of the wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies. ,
This is a program to run.

本発明によれば、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データに対して積分をすることなく、波の振幅を推定することができる。 According to the present invention, wave amplitude can be estimated without integrating acceleration time-series data that indicates changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects on water receive due to vertical movement of the water surface. I can do it.

振幅推定システム9の全体構成の一例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of an amplitude estimation system 9. FIG. 振幅推定装置1の構成の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an amplitude estimating device 1. FIG. 端末2の構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a terminal 2. FIG. 振幅推定装置1の機能的構成の一例を示す図。1 is a diagram showing an example of a functional configuration of an amplitude estimating device 1. FIG. 振幅推定装置1の動作の流れの一例を示すフロー図。FIG. 2 is a flow diagram showing an example of the flow of operation of the amplitude estimating device 1. FIG. 振幅推定装置1が取得する時系列データの例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of time-series data acquired by the amplitude estimating device 1. FIG. 振幅推定装置1が特定する周波数スペクトルの例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a frequency spectrum specified by the amplitude estimating device 1. FIG. 周波数毎のエネルギー比率の例を示す図。A diagram showing an example of energy ratio for each frequency. 推定された水位の例を示す図。A diagram showing an example of estimated water levels.

<振幅推定システムの全体構成>
図1は、振幅推定システム9の全体構成の一例を示す概略図である。振幅推定システム9は、振幅推定装置1、及び端末2を有する。また、図1に示す振幅推定システム9は、通信回線3を有する。
<Overall configuration of amplitude estimation system>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of an amplitude estimation system 9. As shown in FIG. The amplitude estimation system 9 includes an amplitude estimation device 1 and a terminal 2. Further, the amplitude estimation system 9 shown in FIG. 1 includes a communication line 3.

水面Lvは、海や湖の水面であり、波の作用により鉛直方向に上下動する。浮遊物Jは、水上に浮かぶブイ等の構造物である。浮遊物Jは、水面Lvの上下動に伴って鉛直方向に移動する。 The water surface Lv is the water surface of a sea or a lake, and moves up and down in the vertical direction due to the action of waves. The floating object J is a structure such as a buoy floating on the water. The floating objects J move in the vertical direction as the water surface Lv moves up and down.

端末2は、浮遊物Jに取り付けられている。そのため、端末2は、浮遊物Jとともに水面Lvの上下動による鉛直方向の力を受ける。端末2は、少なくとも鉛直方向の加速度を測定する機能を有しており、この加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを生成して、これを振幅推定装置1に供給する。 The terminal 2 is attached to the floating object J. Therefore, the terminal 2 receives a vertical force due to the vertical movement of the water surface Lv together with the floating object J. The terminal 2 has a function of measuring at least vertical acceleration, generates acceleration time series data indicating changes over time in the measured value of this acceleration, and supplies this to the amplitude estimating device 1.

振幅推定装置1は、水面Lvに生じる波の振幅を推定する情報処理装置であり、例えば、コンピュータである。振幅推定装置1は、端末2から、上述した加速度時系列データを取得する。そして、振幅推定装置1は、取得した加速度時系列データが示す加速度の周波数スペクトルを特定し、予め定められた関係に従い、特定した加速度の周波数スペクトルを用いて、これに応じた水位の周波数スペクトルを特定し、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定し、変換係数を算出して、加速度時系列データから波の振幅を推定する。 The amplitude estimation device 1 is an information processing device, for example a computer, that estimates the amplitude of waves occurring on the water surface Lv. The amplitude estimation device 1 acquires the above-mentioned acceleration time series data from the terminal 2. The amplitude estimation device 1 then identifies the frequency spectrum of the acceleration indicated by the acquired acceleration time series data, and uses the identified frequency spectrum of the acceleration to identify the corresponding frequency spectrum of the water level according to a predetermined relationship, identifies the ratio of the energy for each frequency to the total energy associated with the change in the water level over time, calculates a conversion coefficient, and estimates the amplitude of the waves from the acceleration time series data.

通信回線3は、無線により振幅推定装置1と端末2とを通信可能に接続する回線である。端末2は、この通信回線3を介して、自身が生成した加速度時系列データを振幅推定装置1へ送信する。通信回線3は、例えば、LPWA(Low Power Wide Area)を用いた回線であってもよい。 The communication line 3 is a line that wirelessly connects the amplitude estimation device 1 and the terminal 2 to enable communication. The terminal 2 transmits the acceleration time series data generated by itself to the amplitude estimating device 1 via this communication line 3. The communication line 3 may be, for example, a line using LPWA (Low Power Wide Area).

このLPWAとしては、例えば、「ELTRES(登録商標)」、「LoRa(登録商標)」、「LoRaWAN(登録商標)」、「RPMA(登録商標)」、「SIGFOX(登録商標)」、「EnOcean(登録商標) Long Range」、「NB-IoT」、「NB-Fi Protocol」、「GreenOFDM」、「DASH7」、「Wi-SUN」、「Weightless-P」、「LTE-MTC」、「LTE Cat.0」、「LTE Cat.M1」等が挙げられる。 Examples of this LPWA include "ELTRES (registered trademark)," "LoRa (registered trademark)," "LoRaWAN (registered trademark)," "RPMA (registered trademark)," "SIGFOX (registered trademark)," and "EnOcean (registered trademark)." Long Range”, “NB-IoT”, “NB-Fi Protocol”, “GreenOFDM”, “DASH7”, “Wi-SUN”, “Weightless-P”, “LTE-MTC”, “LTE Cat. 0", "LTE Cat.M1", etc.

<振幅推定装置の構成>
図2は、振幅推定装置1の構成の一例を示す図である。振幅推定装置1は、プロセッサ11、メモリ12、及びインタフェース13を有する。プロセッサ11は、メモリ12に記憶されているコンピュータプログラム(以下、単にプログラムという)を実行することにより振幅推定装置1を制御する。プロセッサ11は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。
<Configuration of amplitude estimation device>
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the amplitude estimating device 1. The amplitude estimating device 1 includes a processor 11, a memory 12, and an interface 13. The processor 11 controls the amplitude estimating device 1 by executing a computer program (hereinafter simply referred to as a program) stored in the memory 12. The processor 11 is, for example, a CPU (Central Processing Unit).

インタフェース13は、プロセッサ11が通信回線3、及びその他の外部の装置等と情報のやり取りをするためのインタフェースである。 The interface 13 is an interface through which the processor 11 exchanges information with the communication line 3 and other external devices.

プロセッサ11は、インタフェース13を介して通信回線3に接続し、通信回線3から端末2で生成された加速度時系列データを取得する。 The processor 11 connects to the communication line 3 via the interface 13 and acquires acceleration time series data generated by the terminal 2 from the communication line 3.

また、振幅推定装置1は、インタフェース13を介して例えば外部の表示装置と接続し、決定した情報をユーザに表示させる。 Further, the amplitude estimating device 1 is connected to, for example, an external display device via the interface 13, and displays the determined information to the user.

メモリ12は、例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ等の記憶手段であり、プロセッサ11に読み込まれるオペレーティングシステム、各種のプログラム、データ等を記憶する。 The memory 12 is a storage means such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a solid state drive, a hard disk drive, etc., and stores an operating system read into the processor 11, various programs, data, and the like.

<端末の構成>
図3は、端末2の構成の一例を示す図である。端末2は、プロセッサ21、メモリ22、インタフェース23、及び加速度センサ26を有する。
<Terminal configuration>
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the terminal 2. As shown in FIG. The terminal 2 includes a processor 21, a memory 22, an interface 23, and an acceleration sensor 26.

プロセッサ21は、メモリ22に記憶されているプログラムを実行することにより端末2を制御する。プロセッサ21は、例えばCPUである。 Processor 21 controls terminal 2 by executing programs stored in memory 22. The processor 21 is, for example, a CPU.

インタフェース23は、プロセッサ21が通信回線3、及びその他の外部の装置等と情報のやり取りをするためのインタフェースである。 The interface 23 is an interface through which the processor 21 exchanges information with the communication line 3 and other external devices.

プロセッサ21は、インタフェース23を介して通信回線3に接続し、通信回線3を経由して加速度時系列データを振幅推定装置1へ送信する。 The processor 21 is connected to the communication line 3 via the interface 23 and transmits acceleration time series data to the amplitude estimating device 1 via the communication line 3.

また、端末2は、インタフェース23を介して例えばフラッシュメモリ等の外部の記憶装置と接続し、加速度時系列データ等をこの記憶装置に記憶させてもよい。 Further, the terminal 2 may be connected to an external storage device such as a flash memory via the interface 23, and store acceleration time series data and the like in this storage device.

メモリ22は、例えばRAM、ROM、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ等の記憶手段であり、プロセッサ21に読み込まれるオペレーティングシステム、各種のプログラム、データ等を記憶する。 The memory 22 is a storage means such as a RAM, ROM, solid state drive, hard disk drive, etc., and stores an operating system read into the processor 21, various programs, data, and the like.

加速度センサ26は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)方式で加速度を測定するセンサである。加速度センサ26は、少なくとも自身が受ける鉛直方向の加速度を測定して、順次、メモリ22に記憶する。これによりメモリ22には、測定された鉛直方向の加速度の経時変化を示す加速度時系列データが生成される。生成されたこの加速度時系列データは、上述した通り、振幅推定装置1へ送信される。なお、端末2は、浮遊物Jに取り付けられているので、プロセッサ21が測定する加速度は、端末2が受ける加速度であるとともに、浮遊物Jが受ける加速度でもある。 The acceleration sensor 26 is, for example, a sensor that measures acceleration using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) method. The acceleration sensor 26 measures at least the vertical acceleration that it receives and sequentially stores it in the memory 22. As a result, acceleration time-series data is generated in the memory 22, which indicates changes over time in the measured acceleration in the vertical direction. This generated acceleration time series data is transmitted to the amplitude estimating device 1 as described above. Note that since the terminal 2 is attached to the floating object J, the acceleration measured by the processor 21 is the acceleration that the terminal 2 receives as well as the acceleration that the floating object J receives.

<振幅推定装置の機能的構成>
図4は、振幅推定装置1の機能的構成の一例を示す図である。振幅推定装置1のプロセッサ11は、上述したプログラムを実行することにより、加速度取得手段111、加速度周波数スペクトル特定手段112、水位周波数スペクトル特定手段113、周波数毎エネルギー比率特定手段114、変換係数算出手段115、及び振幅推定手段116として機能する。
<Functional configuration of amplitude estimation device>
FIG. 4 is a diagram showing an example of the functional configuration of the amplitude estimating device 1. The processor 11 of the amplitude estimating device 1 executes the above-mentioned program to obtain an acceleration acquisition means 111, an acceleration frequency spectrum identification means 112, a water level frequency spectrum identification means 113, an energy ratio per frequency identification means 114, and a conversion coefficient calculation means 115. , and functions as the amplitude estimating means 116.

加速度取得手段111は、インタフェース13を介して端末2から、上述した加速度時系列データを取得する。すなわち、この加速度取得手段111は、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する加速度取得手段の例である。 The acceleration acquisition means 111 acquires the above-mentioned acceleration time series data from the terminal 2 via the interface 13. That is, this acceleration acquisition means 111 is an example of an acceleration acquisition means that acquires acceleration time-series data indicating a change over time in a measured value of vertical acceleration that a floating object floating on water receives due to vertical movement of the water surface.

加速度周波数スペクトル特定手段112は、加速度取得手段111により取得され、メモリ12に記憶された加速度時系列データを読み出し、この加速度時系列データが示す加速度の所定の期間における周波数スペクトルを特定する。この所定の期間は、例えば、20分間である。この場合、加速度周波数スペクトル特定手段112は、20分間の加速度の時系列データを切り出し、例えば、高速フーリエ変換等、各種のスペクトル解析のアルゴリズムを用いてその周波数スペクトルを算出する。つまり、加速度周波数スペクトル特定手段112は、加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する加速度周波数スペクトル特定手段の例である。なお、所定の期間は20分間としたが、20分間に限定されるものではなく、100程度の波に相当する時間であればよい。例えば、波の周期が6秒程度と推測される場合、この所定の期間は、10分から20分程度の間であればよい。 The acceleration frequency spectrum specifying means 112 reads the acceleration time series data acquired by the acceleration acquisition means 111 and stored in the memory 12, and specifies the frequency spectrum of acceleration indicated by this acceleration time series data in a predetermined period. This predetermined period is, for example, 20 minutes. In this case, the acceleration frequency spectrum specifying means 112 cuts out 20 minutes of acceleration time series data and calculates its frequency spectrum using various spectrum analysis algorithms such as fast Fourier transform. That is, the acceleration frequency spectrum specifying means 112 is an example of an acceleration frequency spectrum specifying means that specifies the frequency spectrum of acceleration that changes over time, which is indicated by the acceleration time series data. Although the predetermined period is 20 minutes, it is not limited to 20 minutes, and may be any period of time that corresponds to about 100 waves. For example, if the wave period is estimated to be about 6 seconds, this predetermined period may be about 10 to 20 minutes.

水位周波数スペクトル特定手段113は、或る水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける、経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度に対し、水位とその加速度との周波数スペクトルの比率等の、予め決められた関係を用いて、同一周波数で経時変化するその水位の周波数スペクトルの強度を特定する。 The water level frequency spectrum specifying means 113 determines a predetermined relationship, such as the ratio of the frequency spectrum between the water level and its acceleration, with respect to the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time, which a floating object floating on water at a certain water level receives. is used to identify the intensity of the frequency spectrum of that water level that changes over time at the same frequency.

すなわち、この水位周波数スペクトル特定手段113は、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度とこの水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、加速度周波数スペクトル特定手段により特定された加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する水位周波数スペクトル特定手段の例である。 That is, this water level frequency spectrum specifying means 113 determines the acceleration frequency spectrum according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at this water level receive. This is an example of a water level frequency spectrum specifying means that specifies a frequency spectrum of a water level corresponding to a frequency spectrum of acceleration specified by the specifying means.

例えば、水位変動の周波数スペクトルの強度と、加速度の周波数スペクトルの強度との比率は、(T/2π)である(Tは周期、πは円周率)。この(T/2π)は、T/(16π)である。これを利用する場合、水位周波数スペクトル特定手段113が用いる上述した関係は、「水位の周波数スペクトルの強度が、加速度の周波数スペクトルの強度に周期の4乗を乗じた値を円周率の4乗と16とで除した値である、という関係」である。 For example, the ratio between the intensity of the frequency spectrum of water level fluctuation and the intensity of the frequency spectrum of acceleration is (T/2π) 4 (T is period and π is pi). This (T/2π) 4 is T 4 /(16π 4 ). When using this, the above-mentioned relationship used by the water level frequency spectrum specifying means 113 is such that the intensity of the frequency spectrum of the water level is equal to the value obtained by multiplying the intensity of the frequency spectrum of acceleration by the fourth power of the period to the fourth power of pi. and 16.

この場合、この水位周波数スペクトル特定手段113として機能するプロセッサ11は、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度とこの水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係として、水位の周波数スペクトルの強度は加速度の周波数スペクトルの強度に周期の4乗を乗じた値を円周率の4乗と16とで除した値である、という関係を用いるプロセッサの例である。 In this case, the processor 11 functioning as the water level frequency spectrum specifying means 113 calculates the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at this water level receive. As a relationship, the intensity of the frequency spectrum of the water level is the value obtained by multiplying the intensity of the frequency spectrum of acceleration by the fourth power of the period divided by the fourth power of pi and 16. be.

周波数毎エネルギー比率特定手段114は、水位周波数スペクトル特定手段113が特定した水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーEallを求める。また、周波数毎エネルギー比率特定手段114は、上述した水位の周波数スペクトルを、周波数毎に分解し、それぞれの周波数(「f」で示す)毎に、そのエネルギーEfを求める。そして、周波数毎エネルギー比率特定手段114は、上述した全体エネルギーに対する、上述した周波数毎のエネルギーの比率、すなわち、a(f)=Ef/Eallを特定する。 The frequency-by-frequency energy ratio specifying means 114 determines the total energy E all accompanying the change in water level over time from the frequency spectrum of the water level specified by the water level frequency spectrum specifying means 113. Further, the frequency-by-frequency energy ratio specifying means 114 decomposes the frequency spectrum of the water level described above into each frequency, and obtains the energy Ef for each frequency (indicated by "f"). Then, the frequency-by-frequency energy ratio specifying means 114 specifies the ratio of the above-mentioned energy for each frequency to the above-mentioned total energy, that is, a(f)=Ef/E all .

つまり、この周波数毎エネルギー比率特定手段114は、水位周波数スペクトル特定手段により特定された水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する周波数毎エネルギー比率特定手段の例である。 In other words, the per-frequency energy ratio specifying means 114 specifies the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time from the frequency spectrum of the water level specified by the water level frequency spectrum specifying means. This is an example of means.

変換係数算出手段115は、加速度の時系列データから、水位の時系列データを推定することに用いる変換係数(以下、Aspcとも表記)を算出する。まず、変換係数算出手段115は、周波数毎エネルギー比率特定手段114が特定した周波数毎のエネルギー比率(つまり、a(f))を、水位の振幅と、その水位の加速度の振幅との比率に乗じて、周波数毎の値を算出する。 The conversion coefficient calculation means 115 calculates a conversion coefficient (hereinafter also referred to as A spc ) used for estimating time series data of water level from time series data of acceleration. First, the conversion coefficient calculating means 115 multiplies the energy ratio for each frequency (that is, a(f)) specified by the per-frequency energy ratio specifying means 114 by the ratio of the amplitude of the water level and the amplitude of the acceleration of the water level. Then, calculate the value for each frequency.

ここで、周波数fと周期Tとには、f=1/Tという関係がある。また、「或る周波数fで経時変化する水位の振幅と、その水位の加速度の振幅との比率」は、(T/2π)である(Tは周期、πは円周率である)。したがって、変換係数算出手段115は、a(1/T)×(T/2π)を、上述した値として、それぞれの周波数f毎に算出する。 Here, the relationship between the frequency f and the period T is f=1/T. Further, "the ratio between the amplitude of the water level that changes over time at a certain frequency f and the amplitude of the acceleration of the water level" is (T/2π) 2 (T is the period and π is the constant of pi). Therefore, the conversion coefficient calculation means 115 calculates a(1/T)×(T/2π) 2 as the above-mentioned value for each frequency f.

上述した式を周波数fにより表すと、a(f)×(1/(f・2π))であり、a(f)×(1/(f・4・π))に等しい。つまり、変換係数算出手段115が周波数f毎に算出する上述した値は、周波数毎のエネルギー比率a(f)に、周波数の二乗に円周率の二乗と4とを乗じた値の逆数を乗算した値である。 When the above-mentioned formula is expressed in terms of frequency f, it is a(f)×(1/(f·2π)) 2 , which is equal to a(f)×(1/(f 2 ·4·π 2 )). In other words, the above-mentioned value calculated by the conversion coefficient calculating means 115 for each frequency f is obtained by multiplying the energy ratio a(f) for each frequency by the reciprocal of the value obtained by multiplying the square of the frequency by the square of pi and 4. This is the value.

したがって、この変換係数算出手段115が上述した値を算出するために用いる、同一周波数で経時変化する水位の振幅とこの水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の振幅の関係は、この水位の振幅とこの水位の加速度の振幅との比率はこの水位の周波数の二乗に円周率の二乗と4とを乗じた値の逆数である、という関係となる。 Therefore, the relationship between the amplitude of the water level that changes over time at the same frequency and the amplitude of the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at this water level, which is used by this conversion coefficient calculation means 115 to calculate the above-mentioned value, is as follows. The ratio between the amplitude of the water level and the amplitude of the acceleration of this water level is the reciprocal of the value obtained by multiplying the square of the frequency of this water level by the square of pi and 4.

そして、周波数毎の上述した値を算出した後、変換係数算出手段115は、これらの値を全て合計して、変換係数であるAspcを算出する。 After calculating the above-mentioned values for each frequency, the conversion coefficient calculation means 115 sums up all these values to calculate A spc , which is a conversion coefficient.

つまり、この変換係数算出手段115は、周波数毎エネルギー比率特定手段において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する変換係数算出手段の例である。 In other words, the conversion coefficient calculation means 115 converts the energy ratio for each frequency specified by the energy ratio per frequency identification means into the amplitude of the acceleration time series and water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. This is an example of a conversion coefficient calculation means that calculates a conversion coefficient by calculating a value for each frequency by multiplying by the relationship, and then summing the values for all frequencies.

振幅推定手段116は、変換係数算出手段115が算出した変換係数を、加速度取得手段111が取得した加速度時系列データに乗じることで、水位変動時系列データを推定する。推定されたこの水位変動時系列データは、加速度時系列データの元となった水位が示す波の振幅の推定に用いられる。 The amplitude estimation means 116 multiplies the acceleration time series data acquired by the acceleration acquisition means 111 by the conversion coefficient calculated by the conversion coefficient calculation means 115 to estimate water level fluctuation time series data. This estimated water level fluctuation time series data is used to estimate the amplitude of the wave indicated by the water level that is the source of the acceleration time series data.

つまり、この振幅推定手段116は、加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、水位が示す波の振幅を推定する振幅推定手段の例である。 In other words, the amplitude estimating means 116 is an example of an amplitude estimating means that multiplies the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies to estimate the amplitude of the wave indicated by the water level.

振幅推定手段116が推定した、波の振幅の情報は、インタフェース13を介して、例えば、外部の表示装置により表示される。 Information on the wave amplitude estimated by the amplitude estimating means 116 is displayed via the interface 13, for example, on an external display device.

<振幅推定装置の動作>
図5は、振幅推定装置1の動作の流れの一例を示すフロー図である。振幅推定装置1のプロセッサ11は、加速度時系列データを取得し(ステップS101)、取得したこの加速度時系列データが示す加速度の、所定の期間(例えば、20分間等)の経時変化を対象にして、スペクトル解析する(ステップS102)。
<Operation of amplitude estimation device>
FIG. 5 is a flow diagram showing an example of the flow of operation of the amplitude estimating device 1. The processor 11 of the amplitude estimating device 1 acquires acceleration time series data (step S101), and calculates the change over time of the acceleration indicated by the acquired acceleration time series data over a predetermined period (for example, 20 minutes, etc.). , performs spectrum analysis (step S102).

なお、上述したステップS101は、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する加速度取得工程の例である。 Note that step S101 described above is an example of an acceleration acquisition step of acquiring acceleration time-series data indicating a change over time in a measured value of vertical acceleration that a floating object floating on water receives due to vertical movement of the water surface.

また、上述したステップS102は、加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する加速度周波数スペクトル特定工程の例である。 Further, step S102 described above is an example of an acceleration frequency spectrum specifying step of specifying a frequency spectrum of acceleration that changes over time, which is indicated by the acceleration time series data.

図6は、振幅推定装置1が取得する時系列データの例を示す図である。図6に示す横軸は時間を示し、縦軸は加速度を示す。プロセッサ11は、例えば、図6に示した20分間の加速度の時系列データに対し、フーリエ変換を行ってその周波数スペクトルを特定する。なお、図6に示す加速度の時系列データは、実測した加速度に対して-1を乗じることで、正負が逆転しているデータである。 FIG. 6 is a diagram showing an example of time series data acquired by the amplitude estimating device 1. The horizontal axis shown in FIG. 6 shows time, and the vertical axis shows acceleration. For example, the processor 11 performs Fourier transform on the 20-minute acceleration time series data shown in FIG. 6 to identify its frequency spectrum. Note that the acceleration time series data shown in FIG. 6 is data whose polarity is reversed by multiplying the actually measured acceleration by -1.

図7は、振幅推定装置1が特定する周波数スペクトルの例を示す図である。図7に示す横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル強度を示す。なお、図において、周波数スペクトルの縦軸及び横軸がそれぞれ示す数値の単位は、それらの表示を省く。図7に破線で示す曲線は、図6に示す加速度の時系列データを周波数スペクトルに変換したグラフである。プロセッサ11は、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と、その水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する(ステップS103)。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a frequency spectrum specified by the amplitude estimating device 1. The horizontal axis shown in FIG. 7 shows frequency, and the vertical axis shows spectral intensity. In addition, in the figure, the numerical units indicated by the vertical and horizontal axes of the frequency spectrum are omitted. The curve shown by the broken line in FIG. 7 is a graph obtained by converting the acceleration time series data shown in FIG. 6 into a frequency spectrum. The processor 11 calculates the water level according to the frequency spectrum of the acceleration according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at that water level receive. A frequency spectrum is specified (step S103).

プロセッサ11は、例えば、図7に破線で示す曲線に対して、上述した(T/2π)という比率を乗じて、図7に実線で示す曲線を求める。この実線で示す曲線は、加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを表している。 For example, the processor 11 multiplies the curve shown by the broken line in FIG. 7 by the ratio of (T/2π) 4 described above to obtain the curve shown by the solid line in FIG. The curve shown by this solid line represents the frequency spectrum of the water level according to the frequency spectrum of acceleration.

つまり、上述したステップS103は、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度とその水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、加速度周波数スペクトル特定工程において特定された加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する水位周波数スペクトル特定工程の例である。 That is, step S103 described above is an acceleration frequency spectrum specifying step according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time and is received by floating objects floating on the water at that water level. This is an example of a water level frequency spectrum specifying step of specifying a water level frequency spectrum corresponding to a specified frequency spectrum of acceleration.

次に、プロセッサ11は、特定した水位の周波数スペクトルに基いて、その周波数毎にエネルギーの比率を特定する(ステップS104)。このステップで、振幅推定装置1はステップS103で特定した水位周波数スペクトルの全体エネルギーであるEallを算出する。また、プロセッサ11は、この水位周波数スペクトルにおいて周波数f毎のエネルギーであるEfを算出する。 Next, the processor 11 specifies the energy ratio for each frequency based on the frequency spectrum of the specified water level (step S104). In this step, the amplitude estimating device 1 calculates E all , which is the total energy of the water level frequency spectrum specified in step S103. Furthermore, the processor 11 calculates Ef, which is the energy for each frequency f, in this water level frequency spectrum.

図8は、周波数毎のエネルギー比率の例を示す図である。図8に示す横軸は周波数を示し、縦軸はスペクトル強度を示す。図8に示す実線は、図7で求めた水位の周波数スペクトルを表す線である。これにより囲まれる面の面積は、水位の周波数スペクトルの、いわゆる周波数積分であり、上述した20分間等の所定期間で受けた波の全体によって与えられるエネルギー、つまり、上述した全体エネルギー、Eallを示す。一方、図8に示す矩形の内側の面積は、例えば或る周波数fにおける波のエネルギー、Efを示す。 FIG. 8 is a diagram showing an example of energy ratio for each frequency. The horizontal axis shown in FIG. 8 shows frequency, and the vertical axis shows spectral intensity. The solid line shown in FIG. 8 is a line representing the frequency spectrum of the water level determined in FIG. The area of the surface surrounded by this is the so-called frequency integral of the frequency spectrum of the water level . show. On the other hand, the area inside the rectangle shown in FIG. 8 indicates, for example, wave energy Ef at a certain frequency f.

そして、プロセッサ11は、Ef/Eallを演算することにより、全体エネルギーに対する周波数f毎のエネルギーの比率を特定する。 Then, the processor 11 specifies the ratio of energy for each frequency f to the total energy by calculating Ef/E all .

つまり、上述したステップS104は、水位周波数スペクトル特定工程において特定された水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する周波数毎エネルギー比率特定工程の例である。 In other words, step S104 described above is an example of a frequency-by-frequency energy ratio specifying step that specifies the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time from the frequency spectrum of the water level specified in the water level frequency spectrum specifying step. be.

上述した比率を特定すると、プロセッサ11は、この比率を用いて変換係数を算出する(ステップS105)。このステップにおいて、プロセッサ11は、まず、上述した周波数毎のエネルギーの比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出する。そして、プロセッサ11は、算出したこれらの値を全ての周波数にわたって合計することにより、変換係数を算出する。 Once the above-mentioned ratio is specified, the processor 11 calculates a conversion coefficient using this ratio (step S105). In this step, the processor 11 first multiplies the above-mentioned energy ratio for each frequency by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series, which is specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of the water level and the acceleration, and calculates the ratio for each frequency. Calculate the value of Then, the processor 11 calculates a conversion coefficient by summing these calculated values over all frequencies.

つまり、上述したステップS105は、周波数毎のエネルギー比率特定工程において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する変換係数算出工程の例である。 In other words, in step S105 described above, the energy ratio for each frequency specified in the energy ratio identification step for each frequency is calculated based on the amplitude of the acceleration time series and water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. This is an example of a conversion coefficient calculation step in which a value for each frequency is calculated by multiplying by the relationship, and then a conversion coefficient is calculated by summing up all frequencies.

そして、プロセッサ11は、ステップS101で取得した加速度時系列データに、ステップS105で算出した変換係数を乗じて、この加速度時系列データが示す加速度に応じた水位、つまり、波の振幅を推定する(ステップS106)。 Then, the processor 11 multiplies the acceleration time series data acquired in step S101 by the conversion coefficient calculated in step S105 to estimate the water level, that is, the amplitude of the wave, according to the acceleration indicated by this acceleration time series data ( Step S106).

図9は、推定された水位の例を示す図である。図9における横軸は時間を示し、縦軸は加速度、又は水位を示す。図9において破線で示す曲線は、図6において実線で示した曲線に相当し、所定期間における加速度の時系列データを示す。プロセッサ11は、この加速度の時系列データに対して、上述した動作を経て得られた変換係数を乗じることで、これに対応する水位を推定する。推定された水位(推定水位という)は、図9において実線で示されている。図9において一点鎖線で示す曲線は、実際の水位である。この水位は振幅推定装置1が実測するものではなく、振幅推定装置1により推定される推定水位の精度や傾向等を確認するために図示するものである。これにより、推定水位は、実際の水位に応じた変化をしており、実用上、水位と見做すことが可能である。 FIG. 9 is a diagram showing an example of estimated water levels. The horizontal axis in FIG. 9 indicates time, and the vertical axis indicates acceleration or water level. The curve shown by the broken line in FIG. 9 corresponds to the curve shown by the solid line in FIG. 6, and shows time-series data of acceleration in a predetermined period. The processor 11 multiplies this acceleration time series data by the conversion coefficient obtained through the above-described operation to estimate the corresponding water level. The estimated water level (referred to as estimated water level) is shown by a solid line in FIG. The curve shown by the dashed line in FIG. 9 is the actual water level. This water level is not actually measured by the amplitude estimating device 1, but is illustrated to confirm the accuracy, tendency, etc. of the estimated water level estimated by the amplitude estimating device 1. As a result, the estimated water level changes according to the actual water level, and can be regarded as the water level in practical terms.

つまり、このステップS106は、加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、水位が示す波の振幅を推定する振幅推定工程の例である。なお、このステップS106において、プロセッサ11は、例えば、推定した振幅を示す情報をインタフェース13経由で外部の表示装置等に送信し、表示させる。 That is, this step S106 is an example of an amplitude estimation step of estimating the amplitude of the wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies. Note that in step S106, the processor 11 transmits, for example, information indicating the estimated amplitude to an external display device or the like via the interface 13, and displays the information.

そして、プロセッサ11は、振幅推定装置1が実行する処理の終了条件が満たされたか否かを判断する(ステップS107)。この終了条件とは、例えば、ユーザから処理を終了する旨の指示を受付けた、といった条件である。終了条件が満たされた、と判断する場合(ステップS107;YES)、プロセッサ11は、処理を終了する。一方、終了条件が満たされていない、と判断する場合(ステップS107;NO)、プロセッサ11は、処理をステップS101に戻す。 Then, the processor 11 determines whether the termination condition for the process executed by the amplitude estimating device 1 is satisfied (step S107). The termination condition is, for example, that an instruction to terminate the process has been received from the user. When determining that the termination condition is satisfied (step S107; YES), the processor 11 terminates the process. On the other hand, if it is determined that the end condition is not satisfied (step S107; NO), the processor 11 returns the process to step S101.

以上の動作により、振幅推定装置1は、例えば20分間等、所定の期間に来襲した波浪のエネルギーを特定することで、その波を示す水位の時系列データを推定する。そのため、振幅推定装置1は、水面の変動の加速度を測定した時系列データを取得すれば、水位の時系列データが求まり、例えば、波の振幅、波高の推定値が得られるので、来襲する波浪の評価が可能になる。 Through the above-described operations, the amplitude estimating device 1 identifies the energy of a wave that has struck during a predetermined period of time, such as 20 minutes, and estimates time-series water level data representing the wave. Therefore, if the amplitude estimating device 1 acquires time-series data that measures the acceleration of water surface fluctuations, it can obtain time-series data of the water level and, for example, obtain estimated values of wave amplitude and wave height. evaluation becomes possible.

<変形例>
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組合せてもよい。
<Modified example>
The above is the description of the embodiment, but the content of this embodiment can be modified as follows. Further, the following modifications may be combined.

<1>
上述した実施形態において、端末2は、加速度センサ26を有していたが、水面Lvの変直方向の加速度が、時間軸に沿って測定できれば、加速度センサ26を有しなくてもよい。また、端末2は、浮遊物Jに取り付けられていたが、端末2そのものが水上に浮遊する構成であってもよい。
<1>
In the embodiment described above, the terminal 2 had the acceleration sensor 26, but the terminal 2 does not need to have the acceleration sensor 26 as long as the acceleration in the vertical direction of the water surface Lv can be measured along the time axis. Moreover, although the terminal 2 was attached to the floating object J, the terminal 2 itself may be configured to float on water.

<2>
上述した実施形態において、振幅推定装置1と端末2とは、通信回線3を介して互いに接続し、情報のやり取りをしていたが、通信回線3を介さずに、情報のやり取りをしてもよい。例えば、振幅推定装置1のインタフェース13、及び端末2のインタフェース23は、いずれも近距離無線通信の機能を有しており、この近距離無線通信によって、振幅推定装置1と端末2とが情報のやり取りをしてもよい。
<2>
In the embodiment described above, the amplitude estimating device 1 and the terminal 2 are connected to each other via the communication line 3 and exchange information, but even if they exchange information without going through the communication line 3, good. For example, the interface 13 of the amplitude estimating device 1 and the interface 23 of the terminal 2 both have a short-range wireless communication function, and this short-range wireless communication allows the amplitude estimating device 1 and the terminal 2 to exchange information. You can interact.

また、振幅推定装置1は、リアルタイムで端末2から加速度時系列データを取得しなくてもよい。例えば、振幅推定装置1は、端末2のメモリ22に記憶された加速度時系列データを、インタフェース23、及びインタフェース13を接続する有線ケーブル経由で取得してもよい。また、端末2は、メモリ22に記憶された加速度時系列データを、インタフェース23経由で外部のフラッシュメモリ等にコピーしてもよい。この場合、振幅推定装置1は、フラッシュメモリ等から上述した加速度時系列データのコピーを取得すればよい。 Further, the amplitude estimating device 1 does not need to acquire acceleration time series data from the terminal 2 in real time. For example, the amplitude estimating device 1 may acquire the acceleration time series data stored in the memory 22 of the terminal 2 via the interface 23 and a wired cable connecting the interface 13. Further, the terminal 2 may copy the acceleration time series data stored in the memory 22 to an external flash memory or the like via the interface 23. In this case, the amplitude estimating device 1 may obtain a copy of the above-mentioned acceleration time series data from a flash memory or the like.

<3>
上述したプロセッサ11によって実行されるプログラムは、磁気テープ及び磁気ディスク等の磁気記録媒体、光ディスク等の光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリ等の、コンピュータ装置が読取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムは、インターネット等の通信回線経由でダウンロードされてもよい。すなわち、このプログラムは、コンピュータに、水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する処理と、前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する処理と、同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度の周波数スペクトルを特定する処理において特定した加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する処理と、前記水位の周波数スペクトルを特定する処理において特定した水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する処理と、前記周波数毎のエネルギー比率特定工程において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する処理と、前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する処理と、を実行させるためのプログラムである。なお、上述した振幅推定装置によって例示した制御手段としてはCPU以外にも種々の装置が適用される場合があり、例えば、専用のプロセッサ等が用いられる。
<3>
The program executed by the processor 11 described above is stored in a computer-readable recording medium such as a magnetic recording medium such as a magnetic tape and a magnetic disk, an optical recording medium such as an optical disk, a magneto-optical recording medium, or a semiconductor memory. It can be provided in the same condition. Further, this program may be downloaded via a communication line such as the Internet. That is, this program includes a process for a computer to acquire acceleration time series data indicating changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects floating on water receive due to vertical movement of the water surface, and a process for acquiring acceleration time series data indicating changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects floating on water receive due to vertical movement of the water surface. According to the process of identifying the frequency spectrum of acceleration that changes over time, and the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time, which is received by floating objects floating on the water at the water level, From the process of specifying the frequency spectrum of the water level corresponding to the frequency spectrum of the acceleration specified in the process of specifying the frequency spectrum of acceleration, and the frequency spectrum of the water level specified in the process of specifying the frequency spectrum of the water level, the change in water level over time is determined. The energy ratio for each frequency specified in the energy ratio identification step for each frequency is specified for each frequency according to the relationship between the water level and the amplitude of acceleration. A process of calculating the value for each frequency by multiplying the relationship between the amplitudes of the acceleration time series and water level time series, and then summing up all frequencies to calculate a conversion coefficient, and converting the acceleration time series data by summing all frequencies. This is a program for executing a process of estimating the amplitude of a wave indicated by the water level by multiplying by a coefficient. Note that various devices other than the CPU may be applied as the control means exemplified by the above-mentioned amplitude estimating device; for example, a dedicated processor or the like may be used.

1…振幅推定装置、11…プロセッサ、111…加速度取得手段、112…加速度周波数スペクトル特定手段、113…水位周波数スペクトル特定手段、114…周波数毎エネルギー比率特定手段、115…変換係数算出手段、116…振幅推定手段、12…メモリ、13…インタフェース、2…端末、21…プロセッサ、22…メモリ、23…インタフェース、26…加速度センサ、3…通信回線、9…振幅推定システム、Lv…水面、J…浮遊物。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Amplitude estimation device, 11... Processor, 111... Acceleration acquisition means, 112... Acceleration frequency spectrum identification means, 113... Water level frequency spectrum identification means, 114... Frequency-specific energy ratio identification means, 115... Conversion coefficient calculation means, 116... Amplitude estimation means, 12...Memory, 13...Interface, 2...Terminal, 21...Processor, 22...Memory, 23...Interface, 26...Acceleration sensor, 3...Communication line, 9...Amplitude estimation system, Lv...Water surface, J... floating objects.

Claims (5)

水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する加速度取得工程と、
前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する加速度周波数スペクトル特定工程と、
同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度周波数スペクトル特定工程において特定された加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する水位周波数スペクトル特定工程と、
前記水位周波数スペクトル特定工程において特定された水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する周波数毎エネルギー比率特定工程と、
前記周波数毎のエネルギー比率特定工程において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する変換係数算出工程と、
前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する振幅推定工程と、
を備える波の振幅推定方法。
an acceleration acquisition step of acquiring acceleration time series data indicating changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects floating on water receive due to vertical movement of the water surface;
an acceleration frequency spectrum identification step of identifying a frequency spectrum of acceleration that changes over time indicated by the acceleration time series data;
The frequency spectrum of the acceleration specified in the acceleration frequency spectrum identification step according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that a floating object floating on the water at the water level receives a water level frequency spectrum identification step of identifying a water level frequency spectrum according to the water level;
a frequency-by-frequency energy ratio identifying step of identifying the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time from the water level frequency spectrum identified in the water level frequency spectrum identifying step;
The energy ratio for each frequency specified in the energy ratio identification step for each frequency is multiplied by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. a conversion coefficient calculation step of calculating a conversion coefficient by summing up all frequencies after calculating the value;
an amplitude estimation step of estimating the amplitude of the wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies;
A wave amplitude estimation method comprising:
同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係として、水位の周波数スペクトルの強度は加速度の周波数スペクトルの強度に周期の4乗を乗じた値を円周率の4乗と16とで除した値である、という関係を用いる
請求項1に記載の振幅推定方法。
As the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time to the floating object floating on the water at the water level, the intensity of the frequency spectrum of the water level is equal to the intensity of the frequency spectrum of acceleration. 2. The amplitude estimation method according to claim 1, wherein a relationship is used in which the value obtained by multiplying the period by the fourth power is divided by the fourth power of pi and 16.
同一周波数で経時変化する水位の振幅と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の振幅の関係として、当該水位の振幅と当該水位の加速度の振幅との比率は当体水位の周波数の二乗に円周率の二乗と4とを乗じた値の逆数である、という関係を用いる
請求項1又は2に記載の振幅推定方法。
As a relationship between the amplitude of the water level that changes over time at the same frequency and the amplitude of the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at that water level receive, the ratio between the amplitude of the water level and the amplitude of the acceleration of the water level is the frequency of the water level in question. 3. The amplitude estimation method according to claim 1, wherein the relationship is the reciprocal of a value obtained by multiplying the square of pi by 4.
水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する加速度取得手段と、
前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する加速度周波数スペクトル特定手段と、
同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度周波数スペクトル特定手段により特定された加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する水位周波数スペクトル特定手段と、
前記水位周波数スペクトル特定手段により特定された水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する周波数毎エネルギー比率特定手段と、
前記周波数毎エネルギー比率特定手段において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する変換係数算出手段と、
前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する振幅推定手段と、
を備える波の振幅推定装置。
Acceleration acquisition means for acquiring acceleration time-series data indicating changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects floating on water receive due to vertical movement of the water surface;
Acceleration frequency spectrum specifying means for specifying a frequency spectrum of acceleration that changes over time indicated by the acceleration time series data;
A frequency spectrum of acceleration specified by the acceleration frequency spectrum specifying means according to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that a floating object floating on the water at the water level receives water level frequency spectrum identification means for identifying a water level frequency spectrum according to the water level;
Frequency-by-frequency energy ratio specifying means for specifying the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time from the frequency spectrum of the water level specified by the water level frequency spectrum specifying means;
A value for each frequency is obtained by multiplying the energy ratio for each frequency specified by the energy ratio per frequency specifying means by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. a conversion coefficient calculating means for calculating a conversion coefficient by summing all frequencies after calculating the
amplitude estimating means for estimating the amplitude of a wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies;
A wave amplitude estimation device comprising:
コンピュータに、
水上に浮かぶ浮遊物が水面の上下動により受ける鉛直方向の加速度の測定値の経時変化を示す加速度時系列データを取得する処理と、
前記加速度時系列データが示す経時変化する加速度の周波数スペクトルを特定する処理と、
同一周波数で経時変化する水位の周波数スペクトルの強度と当該水位の水上に浮かぶ浮遊物が受ける経時変化する加速度の周波数スペクトルの強度の関係に従い、前記加速度の周波数スペクトルを特定する処理において特定した加速度の周波数スペクトルに応じた水位の周波数スペクトルを特定する処理と、
前記水位の周波数スペクトルを特定する処理において特定した水位の周波数スペクトルから、水位の経時変化に伴う全体エネルギーに対する周波数毎のエネルギーの比率を特定する処理と、
前記周波数毎のエネルギー比率特定工程において特定された周波数毎のエネルギー比率を、水位と加速度の振幅の関係に従い周波数毎に特定される加速度時系列と水位時系列の振幅の関係に乗じて周波数毎の値を算出した後に、全周波数分合計して変換係数を算出する処理と、
前記加速度時系列データに全周波数分を合計した変換係数を乗じて、前記水位が示す波の振幅を推定する処理と、
を実行させるためのプログラム。
to the computer,
A process of acquiring acceleration time-series data indicating changes over time in measured values of vertical acceleration that floating objects floating on water receive due to vertical movement of the water surface;
A process of identifying a frequency spectrum of acceleration that changes over time indicated by the acceleration time series data;
According to the relationship between the intensity of the frequency spectrum of the water level that changes over time at the same frequency and the intensity of the frequency spectrum of the acceleration that changes over time that floating objects floating on the water at the water level receive, the acceleration specified in the process of identifying the frequency spectrum of the acceleration. A process for identifying the frequency spectrum of water level according to the frequency spectrum;
From the frequency spectrum of the water level identified in the process of identifying the frequency spectrum of the water level, a process of identifying the ratio of energy for each frequency to the total energy as the water level changes over time;
The energy ratio for each frequency specified in the energy ratio identification step for each frequency is multiplied by the relationship between the amplitude of the acceleration time series and the water level time series specified for each frequency according to the relationship between the amplitude of water level and acceleration. After calculating the value, a process of summing all frequencies to calculate a conversion coefficient,
a process of estimating the amplitude of the wave indicated by the water level by multiplying the acceleration time series data by a conversion coefficient that is the sum of all frequencies;
A program to run.
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