JPH01216288A

JPH01216288A - 海底地形調査方法

Info

Publication number: JPH01216288A
Application number: JP63040703A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kanzaki; 神崎　正; Keizo Furukawa; 古川　圭三; Masafumi Sakai; 酒井　雅史
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-30
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814621B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は海洋調査における海底地形調査方法に関するも
のである。

〈従来の技術〉海洋調査における海底地形調査は、海洋工事の事前調査
などを行う場合に重要な調査である。

現在法（用いられている超音波による海底地形調査方法
は、調査船に超音波の地形測定ソナーを搭載し、調査船
を調査範囲内で移動させながら、海底に向けて単一の超
音波ビームを点状あるいは線状に送波し、その反射波を
受信することによって行われている。

また、半減全角が一般に３度〜８度と広いビームを送波
し、その反射波を受信して行っている。

さらに、海底地形調査に限らず総ての海洋調査において
は、洋上における調査船を測定点を結んだ測定ライン上
を正確に誘導して、測定を行う必要がある。

従って、船を正確に誘導するためには、洋上における船
の位置（船位）を正確に測定することが不可欠である。

現状では、電波測位機（ＥＯＰ等）、ロランｃ、ｃｐｓ
、そして光波測距儀等の測定方法により船位を測定し、
実際の調査工事に利用している。

このようにして測定された測定値は船上に集められ、緯
度、経度に変換して海図上に表示される。

表示方法は、Ｘ−Ｙプロッターおよびテレビブラウン管
に各々接続して行われ、操船の際には船長が測定ライン
と船との位置を確認しながら船を誘導している。

く本発明が解決しようとする問題点〉前記した従来の海底地形調査方法には、次のような問題
点が存在する。

くイ〉従来の音波探査による方法は、点としての水深情
報でしかなく、海底の面としての把握ができない。

く口〉海底地形調査の一つとして、グラブ船によりケー
ソンの設置面などを掘削する場合に、掘削部の出来形管
理や、潮流による洗掘及び埋戻り状況の把握を行う場合
がある。

このような場合、従来の測定方法では、調査範囲内で調
査船を移動させて行うため、グラブ船が調査の妨げにな
り、測定作業が非常に困難であるとともに、作業に長時
間を要する。

くハ〉従来の地形測定ソナーは、一般に周波数が２００
ＫＨｚ程度と低いため、水深分解能は１００１１〜５０
ｃｍのオーダーと極めて精度が悪い。

く二〉従来の地形測定ソナーのビームの指向角は３度〜
８度と広いため、たとえば３．６度のビームを使うと、
水深−５０ｍの海底面では、直径３ｍ以内にどんな凹凸
があってもわからない状況である。

〈ホ〉前記した従来の船位測定方法には、特に厳密な船
位精度が要求される海底の地形調査の場合には次のよう
な問題点が存在する。

（１）従来は前記の種々の測定方法によって、船位を緯
度と経度の平面上に表示した。

しかし、海面の高さは時々刻々と変化しているため、船
の海底からの高さを測定するには、従来の方法では別に
潮位を測定して、その潮位の変化に伴って船の海底から
の高さの補正を行わなければならず手数を要した。

（２）上記のように船の海底からの高さを求めるために
は、潮位を別に入手して、後に両者を組み合わせて計算
しなければならない。

そのため、同位置、同時刻の船位の測定値が得られず、
船位の精度が低下し、正確な船位誘導が困難であった。

く本発明の目的〉本発明は上記のような問題点を解決するために成された
もので、効率良く短時間に、精度の高い海底地形の調査
を行うことができる海底地形調査方法を提供することを
目的とする。

く本発明の構成〉以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明する。

なお、本実施例においては、グラブ船によりケーソンの
設置面などを掘削する場合の掘削部の出来形管理や、潮
流による洗掘及び埋戻り状況の把握を行うための海底地
形調査を例に挙げて説明する。

くイ〉洋上の船の位置測定（第２図）本発明では第２図のように、光波測距儀１により船位を
測定する。

光波測距儀１は、遠隔地から物体の位置測定を行うこと
ができる装置であり、１ｋｍの距離で測定精度が１　ｃ
ｍ＋〜３ｃＩ１１という極めて高精度なものである。

すなわち公知のように、陸上には光波測距儀１を、船上
には反射鏡１１を位置させる。

陸上の光波測距儀１の座標、基準点からの方向角および
機械高は、予め正確に測定しである。

従って、船上の反射鏡１１からの反射光を測定するだけ
で船のＸＹ座標を決定できる。

さらに光波測距儀１の機械高との差も測定できるため、
船上の反射鏡１１の絶対高さも同時に決定できる。

く口〉船位誘導方法（第２図）上記のようにして求めた測定値を、テレメータ１３によ
ってテレメータ信号１４に変換して船上に送信する。

船上では地上からの測定値をすぐにデイスプレィ上に投
影して、必要に応じてプリントアウトすることもできる
。

船上ではこの投影点と、測定すべき予定線を比較し、相
違あれば方向を修正して正確な方向に誘導を行う。

誘導の際には、ジャイロにより船の方位を正確に保ちつ
つ、測定ライン１５上を船が航行するように誘導する。

くハ〉本発明の測定装置（第３図）本発明の測定装置は第３図に示すように、停止して作業
を行っているグラブ船２などに設置される。

超音波による地形測定ソナーの本体ユニット２１は、グ
ラブ船２上に搭載される。

送波器３及び受波器３１は、グラブ船２の舷側に鉛直方
向に取り付けた回転軸３２の下端に、回転可能に取り付
けられる。

回転軸３２の上端にはジャイロコンパス４とプリズム等
の反射鏡１１を取り付け、陸上には光波測距儀ｌを設置
する。

＜二〉海底地形の測定原理（第４図）本発明の海底地形調査の測定原理は、第４図に示すよう
に、洋上の船体に取り付けた送波器３から扇状の送波ビ
ーム５を、海底面に向かって送波する。

次に、この送波ビーム５と交差するような受渡器３１か
らの扇状の受波ビーム５１によって、海底面からの反射
波を瞬間的に（６７ｕＳ）スキャニングして海底地形の
測定を行うものである。

くホ〉海底地形の測定方法（第５．６図）本発明におい
ては、上記の測定原理を用いて、送受波器３．３１を回
転させながら測定を行う。

（１）送受波ビームによるスキャニング洋上のグラブ船
２に取り付けた送波器３から、海底のケーソン設置面６
に向けて、扇状の送波ビーム５を送波する。

送波ビーム５は、第４図に示すように、１２０度の照射
角度Ａを有し、指向角Ｂは１度である。

次に、送波ビーム５と交差するように、受波器３１から
の受波ビーム５１で扇状にスキャニングする。

受波ビーム５１は、２０度の照射角度で、指向角は同様
に１度である。

すなわち、１回のスキャニングによって、１度の幅で１
２０個の地形データが測定できることになる。

また、本実施例では超音波ビームには、５００Ｋ　Ｈｚ
の超音波を用い、水深分解能の向上を図るとともに送受
波器３．３１の小型化を可能にした。

水深分解能は照射角度が３０度、６０度、１２０度の場
合に、それぞれ２．５ｃ＋＋＋、５ｃ＋ｎ、１０ｃ＋ｓ
となる。

（２）送受波器の回転上記のように送受波ビーム５．５１を送波しながら、送
受波器３．３１を３６０度回転させる。

送受波器３．３１は測定の都度停止させ、その回転角Ｃ
のピッチ（第６図）は、メツシュの間隔から決定し、メ
ツシュ内の多数のデータの分布の中から平均値をとって
そのメツシュの代表値とする。

従って、ケーソン設置面６の地形状態の微少な変化を捉
えるため、回転角Ｃのピッチを予め適当な間隔に設定す
ることが望ましい。

なお、測定に当たっては、正確な洋上の船の位置を測定
する必要がある。

そのため、公知の光波測距儀１を用いて、船上の反射鏡
１１を規準し、ジャイロコンパス４によって送受波器５
．５１の方位を正確に把握する。

また、船体の動揺に対してはパーティカルジャイロ及び
ヒープセンサーにより補正を行う。

くへ〉調査結果の表示第７〜１０図は実海域での実証実験の結果の一例である
。

第７図は鳥かん図、第８図は横断面図、第９図は設定し
たメツシュ幅での水深図、第１０図は土量変化パターン
図を示す。

これらのデータによると、１回のスキャニングにより水
深の２〜３倍以上の水平距離のデータ収録が可能なため
、連続することによって三次元的海底地形が得られるこ
とが分かる。

これらのデータは船上でリアルタイムにＣＲＴに表示さ
れ、またプロッターでアウトプットすることができる。

＜ト〉電算機による解析処理（第１図）本発明の海底地
形調査方法は、第１図のシステム図に示されるように、
船位の正確な測定と海底地形の測定を同時に行い、それ
らの測定値を同位置、同時刻の情報として同一の磁気テ
ープに記録して一元化し、その一元化された情報を電算
機によって迅速に解析処理するものである。

なお、地形の測定データは、その場でリアルタイムに解
析アウトプットすることも、第１図のよ　　　゛うに電
算機により行うことも、いずれも可能である。

くその他の実施例〉海洋での流れの状況を総じて流況というが、この流況調
査も海洋開発工事を行う場合に重要な調査である。

流況は海底地形によって複雑に変−化することは、鳴門
の渦潮からも明らかである。

従って、流況と海底地形の調査を同時に測定できれば、
その場で様々な判断、管理ができ、省力化にもなる。

しかし、従来の技術では同じような周波数領域の測定機
器を用いて、海底地形と流況の同時測定を行っていた。

そのため、相互干渉を生じやすく、データの欠落や精度
などの問題点が残っている。

しかし、本発明では上記のように海底地形の調査を行う
と同時に、公知のドツプラー効果を応用して、高精度の
流況調査も行うことが可能である。

ここでドツプラー効果とは、送波器より水中へ向けて発
射された超音波パルスの一部が、水中の散乱物体により
反射して受波器へ戻ってくるときに、散乱物体からの反
射信号の周波数が、送信信号の周波数に比べて、その移
動速度に比例したずれを生じるというものである。

本測定原理はこの周波数のずれを流速ベクトルに変換し
て算定するものである。

本装置では、角６０度で互いに直交する４方向に超音波
パルスを発射し、この４方向の反射信号を流速に変換す
る際にローリング、ピッチング等の動揺の影響を除きか
つＸＹＺ方向の流速の三次元ベクトル量を求めるもので
ある。

このことによって、船が航行しながら３０秒間に１回、
流速ベクトルを水深方向最大１６層について同時に測定
することができる。

本実施例では例えば１２５ＫＨｚの超音波を用いて流況
の測定を行う。

前記の海底地形調査においては５００ＫＨｚの超音波を
用いているので、相互干渉が生じることがない。

つまり、海底地形調査に用いる超音波と、流況調査に用
いる超音波を異なる周波数に設定したことにより、従来
の調査方法のように相互干渉を生じることがな（、海底
地形調査と流況調査を同時に行うことができるようにな
る。

そして、それらの測定値を同位置、同時刻の情報として
同一の磁気テープに記録して一元化し、その一元化され
た情報を大型電算機によって迅速に解析処理するもので
ある。

なお、これらの測定値は同時にリアルタイムでテレビブ
ラウン管やＸ−Ｙプロッター等にアウトプットできる。

そのため、船上で両者を組み合わせた様々な測定値の判
断、管理ができ、省力化にもなる。

〈本発明の効果〉本発明は以上説明したようになるので、次のような効果
を期待することができる。

くイ〉例えば、海底地形調査の一つとして、グラブ船に
よりケーソンの設置面などを掘削している時に、掘削部
の出来形管理や、潮流による洗掘及び埋戻り状況の把握
を行う場合がある。

しかし本発明の場合は、停止して作業を行っているグラ
ブ船などに、回転可能な超音波の送波器及び受波器を設
置し、それらの送波器及び受波器を回転させて、海底地
形の測定を行うことができる。

そのため、従来のように調査船を移動させながら地形測
定を行わずに済む。

従って、グラブ船などの作業船が調査の妨げになること
がなく、測定作業の能率が著しく向上し、作業を短時間
に行うことができる。

く口〉従来は船上においては、船位を緯度と経度の平面
上にしか表示できなかった。

しかし、海底地形調査の場合は、船の海底からの高さも
測定する必要がある。

そのため従来の方法では、船の海底からの高さを測定す
るために別に潮位を測定して、後に潮位の測定値の変化
に伴って船の海底からの高さを補正しなければならず、
手数を要した。

ところが本発明は船位の緯度や経度と、陸上の基点から
の高さを同時に測定することが可能となった。

そのため、船の海底からの高さを船上で即座に求めるこ
とができ、従来のような手数を省くとともに、同位置、
同時刻の測定値を得ることによって、船位の測定精度を
高めることに成功した。

従って、海底地形の調査を正確に行うことができるよう
になった。

くハ〉従来の地形測定ソナーは、一般に周波数が２００
　Ｋ）ｉｚ程度と低いため、水深分解能は１０ｃ＋ｎ〜
５０１Ｍｍのオーダーと極めて精度が悪い。

しかし本発明は、５００　Ｋ　）Ｉｚの周波数を使用で
きるため、超音波による水深分解能が２．５ｃｍ〜１０
ｃｍという高精度を確保できる。

そのため、正確な海底地形調査を行うことができる。

く二〉従来の地形測定ソナーのビームの指向角は３度〜
８度と広いため、たとえば３．６度のビームを使うと、
水Ｒ−５０ｍの海底面では、直径３ｍ以内にどんな凹凸
があってもわからない。

それに対して本発明は、超音波ビームの指向角が１度で
あるため、分解能が向上し、また超音波ビームの照射角
度が１２０度である場合には、１回のスキャニングによ
って、１度の幅で１２０個の水深データが測定できるこ
とになる。

そのため、正確な海底地形調査を行うことができる。

くホ〉本発明においては、水深の２〜３倍の幅で、海底
地形を測定することができる。

例えば、超音波ビームの照射角度が１２０度である場合
には、水深４０ｍであれば１００ｍ以上水平距離の地形
データが連続的に得られる。

そのため、広範囲な海底地形を短時間にしかも正確に測
定することができる。

くべ〉本発明は海底面を三次元的に測定することが可能
となった。

そのため、海底掘削の出来形やマウンド、漂砂、洗掘等
の微妙な地形の変化についても定期的な調査によって正
確に判断することができる。

＜ト〉本発明においては、５００ＫＨｚの超音波を用い
た場合には、送受波器の小型化及び超軽量化が可能であ
る。

〈チ〉ビーム角１２０°の場合、１万５千分の１秒のス
キャニングによって、瞬時に１２０個の地形データを入
手することができるため、測定効率が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明のシステムを示す説明図第２図：船位測
定方法の一実施例の説明図第２図二本発明の測定装置の
説明図第４図：本発明の測定原理の説明間

Claims

【特許請求の範囲】

（１）海洋調査における海底地形調査方法において、洋
上における船の平面位置及び高度の測定を行うとともに
、船上に超音波の送波器および受波器を搭載し、送波器
より海底面に向けて扇状の送波ビームを送波し、この送
波ビームと交差するような受波器からの扇状の受波ビー
ムによって、送波ビームの照射された海底面を瞬間的に
スキャニングして海底の地形測定を同時に行い、それら
の測定値を同位置、同時刻の情報として同一の磁気テー
プに記録し、船の平面位置に対応した高度に基づいて高
さの補正を電算機により行うことを特徴とする、海底地
形調査方法
（２）特許請求の範囲第１項記載の海底地形調査方法に
おいて、超音波の送波器および受波器を船体に回転可能
に設置し、送波器及び受波器を回転させながら、送波器
より海底面に向けて扇状の送波ビームを送波し、この送
波ビームと交差するような受波器からの扇状の受波ビー
ムによって、送波ビームの照射された海底面を瞬間的に
スキャニングして海底地形の測定を行うことを特徴とす
る、海底地形調査方法