JPH0431358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、海峡又は峡水道における潮流の転流
時期を予測する潮流予測方法に関する。

〔従来技術〕

海峡又は峡水道を通行する船舶は潮流変化、特
に流れの方向が変わる前後で、自由な操船が不可
能となることがあり、他船への衝突、岩礁への乗
揚等海難事故の危険性がある。これに対する対策
として、従来は海上保安庁から発表される潮汐表
をもとに潮流の変化を予測したり、潮流信号とし
て海流の方向により機械的に信号板が反転するも
ので潮流の方向のみを表示していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記潮汐表により潮流の変化を
予測する方法では海峡又は峡水道の局所の潮流変
化、特に転流時期の予測はできないという問題が
あり、また海流の方向により機械的に信号板が反
転するもので潮流の方向のみを表示する方法は潮
流変化の予測、特に転流時期の予測が極めて困難
であるという欠点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は、潮流を測
定しその測定結果より潮流データを作成し、一定
期間該潮流データを記憶し、該記憶された過去の
潮流データによりそれらデータを示す近似式を作
成し、該近似式により予測される観測データ取得
時の予測値と観測値との誤差を算出し、一定時間
毎にグレード評価を行ない、該グレード評価によ
り補正角を算定し、該補正角により転流時期を算
出すると共に、転流判定流向角度が予め定められ
た範囲になつたら補正角修正を停止しその時の補
正角で転流時期を決定し予報値とする。

〔作用〕

上記の如くすることにより、潮流の転流時期の
予測が可能となると共に、第５図に示すように、
流速及び流向が激しく変動する転流時近傍以前の
段階で予測した転流時刻に予測値を固定するの
で、転流時期が時刻t_a、t_b、t_c…というように変
動することがないから、海峡又は峡水道航行中の
船舶の操船ミスの原因となるような転流時刻等の
潮流予測を除去することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第２図は本発明に用いる潮流予測方法に用いる
データ処理装置のシステム構成を示すブロツク図
である。同図に示すように、データ処理システム
は、海峡又は峡水道１の所定個所の海底に潮流セ
ンサ２を沈設し、該センサ２から潮流の流速及び
流向の観測信号をデータ処理装置３で処理し信号
装置４に送り、該信号装置４において、航行中の
船舶から観測できる表示盤５に潮流の流向、流速
及び転流時刻等の潮流予測データを表示したり、
或いは音声再生装置６及びスピーカ７を通して音
声で航行中の船舶に潮流予測データを知らせてい
る。

第３図はデータ処理装置３の構成を示すブロツ
ク図であり、図示するように、データ処理装置３
は前記潮流センサ２からの潮流の流速及び流向の
観測信号を中央処理装置２２に入力したり、該中
央処理装置２２からの信号を信号装置４に出力す
る入出力回路２１、記憶装置２３、印字装置２
４、操作盤２５、CRT２６等を具備し、前記中
央処理装置２２で潮流センサ２からの流速及び流
向の観測データを収集し、記憶装置２３に該デー
タを格納し、これらデータに基づき転流時刻等の
潮流予測値を算出し、表示盤５及びスピーカ７を
介して航行中に船舶の予報を発する。

海峡又は峡水道１の潮の流れは、第２図に示す
ように、矢印Ａ或いはＢのように東向きになつた
り西向きになつたり、更には矢印Ｃ或いはＤに示
すように渦になつたりする。

第４図は前記海峡又は峡水道１の潮の流向及び
流速を示す図である。図示するように、潮の流れ
は時間とともに変化し流速が零となる時刻t₁、
t₂、t₃、…の点で潮流の方向が変わる、即ち転流
が起こる。この潮流の流速や流向は、下式で近似
できる。

Ｙ（ｔ）＝Σ｛a_isin（c_iｔ＋ｋ）＋b_icos（d_i＋ｋ）｝
…(1) ここで、流速はＹ（ｔ）の絶対値、流向は第４
図の位相角である。この位相角をθとすると、 θ＝sin^-1Ｙ（ｔ）／MaxY（ｔ）±2nπ＝sin^-1Σ｛a_isi
n（Cit＋ｋ）＋b_icos（d_i＋ｋ）｝／MaxΣa_isin（cit＋
ｋ）＋Σb_icos（d_i＋ｋ）±2nπ ここでΣb_icos（d_i＋ｋ）は時刻と無関係で、周
期波のバイアス値（交流に加えた直流分）に相当
する。多くの場合この値は零に近く、この場合θ
は、 θ＝sin^-1Σa_isin（cit＋ｋ）／MaxΣa_isin（cit＋
ｋ）±2nπ また、Ｙ（ｔ）は大略同様の周期で繰り返され
ることが多いので、a_i、c_iは共にそれぞれａ、ｂ
で代表されるとすると、 θ＝sin^-1sin（ct＋ｋ）／１±2nπ＝ct＋ｋ±2nπ となる。流向の基本的な考え方は上記の通りであ
るが、バイアス分が大きくなると、実測の流向角
と合わなくなるので補正が必要になる。

第４図においては、流向は東向きが＋、西向が
−であるから、θの範囲として東向きの場合は０
〜πの間で、西向きの場合はπ〜2πの間となり、
零度の軸は海中のセンサから狭水道の中心線に対
して垂直に引いた線となる。上記(1)式において、
一周期の潮汐はθ＝０→2πの位相角で示される
が、これに対応する観測値として流向角はθ＝０
→π／２→０→−π／２→０として通常得られ
る。

上記(1)式において、ｋ、c_i、d_iは天体の運行で
定まる固定定数、a_i、b_iは過去の観測潮流データ
により決定される係数、ｔは時間である。即ち、
c_i、d_iは潮汐に影響を与える主に地球と月間の引
力の変化に対応するもので、a_i、b_iは過去の実績
を考慮した補正値である。これらの値は時間と共
に変化するので、ｉを付してデータを区別する。
例えば、第１回目（１周期）のデータについては
ｉ＝１、２回目はｉ＝２、同様にｎ回目はｉ＝ｎ
としてそれぞれデータを区別する。潮流の流速や
流向が上記(1)の近似式で表すことができるとすれ
ば、過去の一定時間（ｉ＝１、２、３、…）の観
測データから上記係数a_i、b_iを求め、潮流センサ
２からのデータにより潮流の流れが変わる時間、
所謂転流時刻を予測できる。

観測時点で過去何回迄のデータを取り扱うかは
実用上(1)式による予測値と観測値との誤差が問題
とならない程度の回数となる。

一方上記の天体運行で次第にc_i、d_iは変化して
いくものであることから回数が多い程良いとはい
えず適切な回数が存在する。

潮流の予測が仮に過去ｎ回のデータで目的を達
する場合は、(1)式は、 Ｙ（ｔ）＝Σ｛a_isin（c_iｔ＋ｋ）＋b_icos（d_i＋ｋ）
｝ となる。この場a_iは潮流変化の最大値に、c_iは変
化の周期に、ｋは時刻偏位に、b_icos（d_i＋ｋ）は
上記バイアス値にそれぞれ関係している。もし周
囲状況が類似している過去ｎ回のデータの場合、
a_iの期待値（平均値）をＥ(a)とすれば、 Ｅ(a)＝Σa_i／ｎ 同様にc_i、b_icos（d_i＋ｋ）についてもそれぞれ、 Ｅ(c)＝Σc_i／ｎ Ｅ(B)＝Σb_icos（d_i＋ｋ）／ｎ を得る。従つて、上記(1)式は、 Ｙ（ｔ）＝ｎ〔Ｅ(a)sin｛Ｅ(c)ｔ＋ｋ｝＋Ｅ(B)〕 として置き換えられ、上記流向角度が容易に算出
できる。これは過去ｎ回の平均的処理より潮汐を
単純な正弦波として示したものである。

中央処理装置２２は過去の潮流データから上記
係数a_i、b_iを算出し、所定時間毎の観測データを
もとに観測時を基準に潮流の流速、流向を予測す
る。その際前記所定の観測時間毎に後述するグレ
ード評価方法により、予測値の補正を行なつてい
る。

第６図は転流予測のための処理の流れを示す図
である。潮流センサ２から観測データより観測値
の流向角度θを求める（ステツプ201）、次に該観
測データにより上記(1)式に基づいて、予測値の流
向角度θ′を求め（ステツプ202）。これら予測値の
流向角度θと観測値の流向角度θ′とを比較しその
角度差、即ち角度誤差θeを求める（ステツプ
203）、該角度誤差θeを後述するグレード評価によ
り、補正角度Δθを求め（ステツプ204）、前記予
測値の流向角度θ′を補正して補正角度θ″＝θ′＋Δ
θ
を求め（ステツプ205）、前に予測した転流時刻の
変更を行なう（ステツプ206）。所定時間（例えば
15分）が経過したら（ステツプ207）、前記ステツ
プ201）に戻り上記処理を繰り返す、即ち予測の
ための処理を所定時間間隔で定期的に行ない転流
時刻の予測精度を上げる。

上記の如く、過去の一定期間の潮流データよ
り、これら潮流データを示す近似式を求め、観測
により得られた潮流データからの観測値の流向
と、近似式で求められた予測値の流向の角度誤差
を求め、該角度誤差をグレード評価し転流時刻を
予測する予測方法は、潮流の流向が第４図に示す
ように時間と共に、正確に変化すれば予測も正確
であるが、実際は第５図に示すように、潮の流速
が零になる時点で近傍の流速及び流向が激しく変
動し、この範囲で潮流センサ２からの観測データ
を基に転流時期を予測するとその予測値が変動し
正確な予測ができないという欠点がある。例えば
ａ点で転流時期を予測すると時刻t_aとなり、ｂ点
で転流時期を予測するの時刻t_bとなり、更にｃ点
で転流時期を予測すると時刻t_cとなる。このよう
に予測時刻値が変動し、その都度表示盤５やスピ
ーカ７からの予報が変わるのでは、航行する船舶
の操船に支障が生じ、ひいては海難事故にもつな
がるという問題が発生する。

そこで、本発明では、更に潮流の流速及び流向
が激しく変動する転流時近傍の転流予測変更を停
止し、激しく変動する前の予測転流時刻に固定す
ることにより上記問題を除去した潮流予測方法を
行う。

第１図は本発明に係る潮流予測のための処理の
流れを示すフローチヤートである。先ず潮流セン
サ２からの観測データに基づき観測値の流向角θ
を求める（ステツプ110）。次に上記(1)式に基づい
て観測データから予測値の流向角ォθ′を求める
（ステツプ102）。前記観測値の流向角度θと予測
値の流向角度θ′との差θ′−θより角度誤差を求め
（ステツプ103）、該角度誤差をグレード評価して、
補正角Δθを求める（ステツプ104）。該補正角Δθ
に基づいて前記予測値の流向角度θ′を補正した補
正流向角度θ″＝θ′＋Δθをもとめる（ステツプ
105）。該補正流向角度θ″が所定の流向角度θc以下
か否かを判断し（ステツプ106）、もし所定の流向
角度θc以下であれば流速及び流向の変化が激しい
転流近傍の範囲（第５図参照）に入つたものとし
て、予測転流時刻を固定する（ステツプ107）。所
定時間（例えば予測転流が終了する時刻を若干越
えた時間）を経過したか否かを判断し（ステツプ
108）、該所定時間を越えたら前記ステツプ101に
戻り上記処理を繰り返す。前記ステツプ106で補
正流向角度θ″が所定の流向角度θc以上であつたら
予測転流時刻を変更し（ステツプ109）、前記表示
盤５及びスピーカ７による潮流予測を変更する。
次に所定時間（例えば15分）経過したか否かを判
断し（ステツプ110）、該所定時間経過したら前記
（ステツプ101）に戻り、上記処理を繰り返す。

次に、上記角度誤差（θ′−θ）及びグレード評
価、補正角Δθ、補正流向角度の具体的時間変化
について説明する。第１図のステツプ103で予測
値θ′と観測値θが観測時に常に一致しているとす
れば、θ′−θは常に零であり時間的変化はない、
θ′−θが零でない場合は観測値が予測値に対して
どのように変化するかによりその時間的変化の形
態が定まる。また、グレード評価、補正角Δθ、
補正流向角度はθ′−θに依存するのでθ、′−θ
が零である予測値と観測値が一致している場合
は、その時間的変化はなく、一致していない場合
は観測値が予測値に対してどのように変化するか
によりその時間的変化の形態が定まる。

次に、上記θcの物理的意味とその具体的選定基
準に付いて説明する。θcの物理的意味は、θc以下
の角度では流速、流向の変化が激しい転流近傍の
範囲に入つたものとしての境界値である。例えば
第５図のｃ点は流速流向の変化が激しくなる位
置、即ち第４図のＡ点近傍であり、転流時期に接
近した点である。つまり物理的には東向の流速が
次第に零に近づき、転流のために流れに乱れが生
じる状態となつている。このような状態となる流
向角度がθcであり、この値がどの程度の値となる
かは、センサ２の設置場所とその海底の地形で異
なるもので一義的に決定できるものではない。換
言すれば潮流予測システムの運用者が転流時期と
して許される誤差範囲内の予測が可能な限界がθc
となる。

第７図はグレード評価と補正角の関係を示す図
である。図示するようにグレードは角度誤差θeの
大きさによりＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５段階に分
け、それぞれのグレードＡ〜Ｅに応じで補正角
Δθを与えている。即ち第１図の処理フローのス
テツプ104において、記憶装置に格納されている
第６図に示すテーブルを参照して補正角度Δθを
求め、ステツプ105において、該補正角度により
予測値の流向角度θ′を補正した補正流向角度θ″＝
θ′＋Δθを求める。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、転流判定
流向角度が予め定められた範囲になつたら補正角
修正を停止しその時の補正角で転流時期を決定し
予測値とするので、流速及び流向が激しく変動す
る転流時近傍の転流時刻予測の変動がなくなり、
海峡又は峡水道航行中の船舶の操船ミスの原因と
なるような転流予測を除去できるという優れた効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る潮流予測のための処理の
流れを示すフローチヤート、第２図は潮流予測装
置のシステム構成を示すブロツク図、第３図は第
２図のデータ処理装置３のシステム構成を示すブ
ロツク図、第４図は前記海峡又は峡水道の潮の流
方向及び流速を示す図、第５図は第４図のＡ部分
（転流時近傍）の拡大図、第６図は転流予測のた
めの処理の流れを示す図、第７図はグレード評価
と補正角の関係を示す図である。 図中、１……海峡又は峡水道、２……潮流セン
サ、３……データ処理装置、４……信号装置、５
……表示盤、６……音声再生装置、７……スピー
カ、２１……入出力回路、２２……中央処理装
置、２３……記憶装置、２４……印字装置、２５
……操作盤、２６……CRT。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 潮流を測定しその測定結果より潮流データを
   作成し、一定期間該潮流データを記憶し、該記憶
   された過去の潮流データによりそれらデータを示
   す近似式を作成し、該近似式により予測される観
   測データ取得時の予測値と観測値との誤差を算出
   し、一定時間毎にグレード評価を行ない、該グレ
   ード評価により補正角を算定し、該補正角により
   転流時期を算出すると共に、転流判定流向角度が
   予め定められた範囲になつたら補正角修正を停止
   しその時の補正角で転流時期を決定し予報値とす
   ることを特徴とする潮流予測方法。