JPH03169796A - 水質測定用ロボット装置 - Google Patents

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、主としてダム貯水池や、火力、原子力発電所
等の冷却水放水路近辺等の水質を遠隔操作により測定す
る水質測定用ロボット装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、有索自航無人潜水機（以下の説明ではＲＯＶと略
称する）である水中ロボットを利用して、ダム貯水池な
どの水質を測定する要求が強くなってきている。

そこで、従来第３図のごとく、陸上Ｌ側から信号伝送ケ
ーブルであるテザーケーブル１を繰出して、例えば水温
センサー、濁度センサー及び水素イオン濃度センサーな
どの水質測定センサー類を搭載したＲＯＶ２により水中
における水質の測定値を電気信号に変換してテザーケー
ブル１によって陸上Ｌに伝送すると共に、音響測位装置
であるハイドロホン３及び音響トランスポンダ４を用い
てその水質測定を行う水中位置の測定を行っている． 上記第３図の方法においては、その計測にたずさわる人
員１０は、すべて陸上Ｌ側に配置できるので、測定作業
が迅速に行え、安全性等の作業環境が良好であるという
長所を有するのに反し、その水質測定を行っている位置
、即ちＲＯＶ２の水中位置測定に問題がある。

一方、水中位置の測定には、水中音波の直進性と等速性
の性質を利用した水中音響測位装置の使用が一般的であ
る。

ところが、これは水中音響工学的に良く知られている事
実であるが、水中音波の直進性と等速性が近似的に成立
する範囲は狭く、これは主に水温変化の鉛直分布に左右
されるものである。

そこで、水温の温度分布とそれに対応する音波の進路、
即ち音線の関係を定性的に表わした第５図に示すごとく
、一般に水温Ｔは、水面温度が一番高く、深度Ｚが増す
ごとに水温Ｔが低くなり、このような水温分布において
、ハイドロホン３から水中に音波を発射すると、深度Ｚ
が増すほど音速が遅くなるため、音線は第５図のような
方向に曲ることになる。

これはスネルの法則によるものであり、この法則と前記
の一般的な水温Ｔの鉛直温度分布から導びかれる水中音
波の性質としては、鉛直方向に伝搬する水中音波は直進
し易いが、水平方向に伝搬する水中音波は、進行すると
共に次第に下方に曲ってゆき直進しないという特性があ
る． このことが、水中音響測位装置を使用する場合の第１の
問題点であり、次に、第２の問題点は第６図に示す多重
反射である。

即ち、ＲＯＶ２に取付けられた音響トランスボンダ４か
ら発射される音波も第５図に示した音線の曲りを逆にた
どってハイドロホン３に到達するが、この音線が曲る問
題の他に、第６図のように水面Ｗ．Ｌで反射した音波Ｂ
や、水底Ｂで反射した音波Ｃがハイドロホン３に到達す
る、いわゆる多重反射の問題がある。

位置の測定では、音波Ａ、即ち、トランスボンダ４から
ハイドロホン３に直接伝搬する音波を信号として捉え、
位置を計測するが、音波Ａや音波Ｃの多重反射は信号処
理の過程ではノイズとして作用する。

特に、水面反射波は反射面での減衰が少なく、測定のＳ
Ｎ比を悪くするため、ハイドロホン３に指向性を持たせ
、水面Ｗ．Ｌ方向からくる音波に対して感度を落す対策
が取られている。

この指向角を第６図にθ（半角）が示しているが、この
指向角θは一般に４５６から６０’程度である。

以上に説明した２つの問題点から水中音響測位装置の使
用可能な範囲は狭いため、広範囲の水質測定ができない
ことになる。

なお、第６図ではＲＯＶ２の深度方向の位置をＹ１水平
方向の位置をＸで表してあるが、この使用範囲をＹとＸ
との比で表すとＸ／Ｙ＝１〜２程度である。

上記第３図の水質測定時における問題点を解決するため
に、第４図のように計測を行う人員１０が船６に乗って
、水質測定位置の近くまで行く方法が従来取られており
、水質測定センサー類を搭載したＲＯＶ２により水質の
測定値を電気信号に変換してテザーケーブル１によって
船６上に伝送しており、またハイドロホン３及び音響ト
ランスポンダ４とにより水中の測定位置を測定すると共
に、船６上の電波測位装置５で船６の水面位置を測定し
ている。

しかしながら、この場合には、ＲＯＶ２の操縦装置、測
定データの解析記録及び採水装置など多くの機材を船６
に積込む必要があり、その積込作業や点検作業などの事
前工程が多く、機動性にとぼしい水質測定システムとな
る。

また、船上作業には必ず計測を行う人員１０の船酔とい
う生理現象が伴い、作業能率が著しく減少するのが実状
である。

〔発明の解決しようとする課題〕

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされた
ものであり、ダム貯水池などの水中の水質を、陸上から
の遠隔操作により水面上及び水中における測定位置と共
に測定でき、機動性に富んだ水質測定用ロボット装置を
提供することを解決課題としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を解決するための手段として、本発明の水質
測定用ロボット装置は、水面上を推進装置等で自航自在
で、電波または光波等による水面位置測定機能を有する
水面ロボントに、水中を自航自在で、かつ水中位置測定
及び水質測定の機能を有する水中ロボットを動力及び信
号伝送ケーブルで接続すると共に、その水面ロボット及
び水中ロボットを遠隔操作するコントロールセンターが
設けられた陸上側と、上記の水面ロボット側とを、その
陸上側及び水面ロボット側の両側にそれぞれ設けられた
ウインチで巻取繰出しする信号伝送ケーブルで接続する
ことが好ましい構威である。

上記の構或からなる水質測定用ロボット装置は、水面の
２次平面上を自航自在の無人の水面ロボットを経由して
、水中を自航自在な水中ロポソトを有索で接続して無人
で操作して水中の水質を任意の位置で測定し、その水質
データとその測定位置のデータが陸上のコントロールセ
ンターで確実かつ安全に得られることになる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例を説明するが、第１
図は本発明の一実施例における水質測定用ロボット装置
の説明用配置図である。

まず、第１図において、水面Ｗ．Ｌ上をスラスタ−２０
等によって自航自在な水面ロボット２３側と、陸上Ｌ側
に設けられたコントロールセンター２５との間を信号伝
送ケーブルであるテザーケーブル１で接続している。

このテザーケーブル１は比重が水より小さい、例えば水
に浮くケーブルを使用し、このテザーケーブル１を巻取
繰出するウインチは、上記陸上側の２６と、水面ロボッ
ト２３側の２７とそれぞれ１台、合計２台設け、それぞ
れ操作できるようになっている。

次に、上記水面ロボット２３には、動力及び信号伝送ケ
ーブルであるアンビリカルケーブル２２を介して水中ロ
ボット２１が接続されており、水面ロボット２３上には
アンビリカルケーブル２２の巻取繰出機能を有するウイ
ンチ２８が設けられ、このアンビリカルケーブル２２を
通じて伝送される動力及び信号により水中ロボット２１
が水中を自航自在になっており、また、このアンビリカ
ルケーブル２２の巻取により水中ロボット２１を水面ロ
ボット２３上に揚収することができる。

また、この実施例の装置においては、テザーケーブル１
は信号伝送の機能を有し、光ファイバーが内蔵されてお
り、水面ロボット２３及び水中ロボット２１に必要な動
力源は、水面ロボフト２３上に設けられ、これにより、
テザーケーブル１には通常のＲＯＶに見られる電力伝送
の必要がなく、より細い径のケーブルとすることができ
、更に、信号伝送だけの機能があれば良いことから、長
さ数ｋｍ以上の長大な長さのケーブルとすることが可能
となる。

なお、上記の水面ロボット２３上の動力源には、安価で
軽量な内燃機関を利用することができる。

また、水面ロボット２３には、電波あるいは光波による
水面位置測定機能を有しており、この実施例では、電波
測位装置としてロランＣやデッカシステムなどの電波航
法を採用した場合の受信アンテナ２９が設けられている
。

更に、水面ロボット２３の底部にはハイドロホン３を取
付け、水中ロボット２１に取付けた水中の音響トランス
ボンダ４により、水面ロボット２３に対する水中ロボソ
｝２１の相対位置を測定することにより、この水中ロボ
ット２１に水中位置測定機能をもたせている。

また、この実施例の水面ロボット２３には、その周辺を
監視するためのＴＶカメラ１２．１２′が取付けられて
いるが、この他にレーダー等を取付けてもよく、更に、
水中前方の障害物を探索するソーナ１３を水面ロボット
２３の底部に取付けており、このソーナ１３によりダム
などの堆砂厚さの測定もできる． 一方、この水中ロボット２１には、図示されていない前
方監視用水中ＴＶカメラを設け、また、水温センサー、
濁度センサー及び水素イオン濃度センサー等の水質測定
の機能をもたせており、アンビリカルケーブル２２は水
中ロボット２１に必要な電力等の送電機能を有する他、
水中ロボット２ｌをコントロールセンター２５からコン
トロールするための信号及び水中ＴＶカメラの映像信号
や水質測定用の各センサーの測定信号をコントロールセ
ンター２５に送る信号伝送の機能を有するものである。

次に、第１図において、上記水面ロボット２３及び水中
ロボット２１を遠隔操作するコントロールセンター２５
が設けられた陸上Ｌ側を接続するテザーケーブル１の両
端に、それぞれ操作可能なウインチ２６と２７とを設け
た理由を第２図の平面図で説明する。

第２図に示すごとく、ダム３０の貯水池３１は、幅が狭
く、細ながく、しかも曲りくねった水面を有するという
一般的な特徴があるが、このような場所で、本発明の水
質測定用ロボット装置を運用する場合のウインチ２６．
２７の役割について説明すると、ダム３０上にウインチ
２６を置き、水面ロボット２３をダム３０の上流の貯水
池３１に遡上させる場合、テザーケ−ブル１を真直ぐに
繰出せる範囲まではウインチ２６がテザーケーブル１の
繰出しを行う。

従って、第２図の矢印Ｍの位置までは水面ロボット２３
はテザーケーブル１を曳航する形で自航する． 次に、矢印Ｍの位置からはコースを右に変針して進むこ
とになるが、この場合、テザーケーブル２は陸岸に接す
ることになる。

この状態で、水面ロボット２３がテザーケーブル１を曳
航すると、テザーケーブル１が陸岸に擦られることにな
るため、ケーブルの磨滅や摩擦による曳航力の増大によ
って水面ロボット２３が前進できなくなる。

従って、このような場合は水面ロボット２３側の第１図
の２７で示すウインチによってテザーケーブルエを繰出
し矢印Ｎの位置へ前進する。

また、水面ロボット２３が帰還する場合は、水面ロボッ
ト２３側のウインチ２７でテザーケーブル１を巻取りな
がら第２図の矢印Ｍの位置まで帰り、テザーケーブル１
が陸岸に擦れなくなった位置からダム３０上のウインチ
２６でテザーケーブル１を巻取る。

〔発明の効果〕

以上に説明した本発明の水質測定用ロボット装置によれ
ば、広範囲の水質測定ができると共に、陸上から遠隔操
作により水面上及び水中における測定位置の測定が同時
に得られるという効果がある。

また、本発明の装置によれば、無人の水面ロボットと水
中ロボットを有索により陸上から遠隔操作にて水質を測
定できるので、測定時の機能性に冨んでおり、しかも人
員は陸上で操作するだけなので、従来のごとく、船酔等
による誤操作の発生がなく、天候に左右されずに作業能
率の向上がはかれ、しかも安全もはかれるという効果が
ある． 更に、本発明の装置では有索で水面ロボット等を操作し
ているので、無線使用のための許認可のわずらわしい手
続を要しないという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における水質測定用ロボット
装置の説明用配置図、第２図は第１図の装置をダム貯水
池に適用した例を示す平面図、第３図及び第４図はそれ
ぞれ異なる従来の水質測定方法の説明図、第５図は第３
図の従来方法の適用時の深度に対する温度分布と音線の
曲りの説明用線図、第６図は第３図の従来方法における
音波の多重反射の説明図である。 １・・・テザーケーブル、４・・・音響トランスポンダ
、２２・・・アンビリカルケーブル、２３・・・水面ロ
ボット、２５・・・コントロールセンター、２６．２７
・・・ウインチ、２９・・・受信アンテナ、Ｌ−＝・陸
上、Ｗ，Ｌ・・・水面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水面上を自航自在で、かつ水面位置測定の機能を有する
   水面ロボットに、水中を自航自在で、かつ水中位置測定
   及び水質測定の機能を有する水中ロボットを動力及び信
   号伝送ケーブルで接続すると共に、上記水面ロボット及
   び水中ロボットを遠隔操作するコントロールセンターが
   設けられた陸上側と、上記水面ロボット側とを信号伝送
   ケーブルで接続した水質測定用ロボット装置。