JPH06194193A

JPH06194193A - 水中観測システム

Info

Publication number: JPH06194193A
Application number: JP34215392A
Authority: JP
Inventors: Yamato Monma; 大和門馬; Hideji Morimatsu; 秀治森松; Shozo Shibuya; 正三渋谷
Original assignee: Japan Marine Sci & Technol Cen; Furuno Electric Co Ltd; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Marine Sci & Technol Cen; Furuno Electric Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-15
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JP2816921B2

Abstract

(57)【要約】【目的】海底に設置する観測装置内に超精密時計を必要
とせず、また海上または陸上に設けた基地装置と観測装
置間を非常に長く、しかも高価なケーブルで接続する必
要もなく、高い時刻精度で観測データの入手までの遅れ
も短く、無人で海底付近の環境観測を行う。【構成】海底に設置する観測装置１に複数のブイ２ａ〜
２ｊを設け、一定期間毎に観測装置１からブイが分離し
海面にまで浮上する。各ブイは観測装置１内の時計回路
と同一時刻を計時し、海面に達した時ＧＰＳ受信装置に
より基準時刻を測定し、観測装置内の時計回路の時刻を
校正し、観測装置に記憶された観測データを基地装置３
に対し無線送信する。基地装置３では、一連の観測デー
タを受信し、記憶する。【効果】時計回路の時刻を誤差の大きくなる前に定期的
に校正するようにしたため、観測装置１内の時計回路と
して超高精度な時計回路は不要となり、また、観測装置
１から基地装置３間を浮上するブイを介して観測データ
無線送信するので、非常に長いケーブルで接続する必要
もなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水中の状況を長期に
わたって観測する水中観測システムに関する。以下、
この発明を海底に設置し、海底付近の状況を長期にわた
って観測する海底観測システムに実施した場合につき説
明する。

【０００２】

【従来の技術】従来より海洋調査の一環として海底付近
の状況を観測する装置が用いられている。従来の海底観
測装置は、例えば海底付近の流速を観測するものであっ
て、流速計を海中に係留して、例えば２〜３週間後に流
速計を回収して観測データを回収するようにしている。
このような観測はたとえば工事予定地の事前調査として
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の海底観測装置の
観測期間が２〜３週間と短期であったのは、おもに長期
にわたる電源確保が困難であったことがおもな理由であ
るが、最近ではたとえば数カ月〜数年にわたる長期の海
底観測を行うシステムも要求されている。このような長
期にわたって海底観測を行う場合に問題となるのは、電
源の確保だけでなく、観測データにおける時刻の精度と
観測データの伝送である。すなわち、観測装置を海底に
設置する直前に観測装置内部に設けた時計回路の時刻を
正確に合わせたとしても、観測装置内の時計回路は自立
動作するため、時計回路の原発振器の発振周波数の偏差
および変動による計時誤差が生じる。このように時計回
路の時刻データに誤差が含まれれば、測定した海底周囲
の環境データと対をなす時刻データに誤差が生じること
となる。たとえば流速等の計測であれば、数秒程度の誤
差はあまり問題とはならないが、地震計測においては、
複数地点における各感震時刻から震源地を求める必要が
あるため、感震時刻に１０ｍＳ〜１００ｍＳの測定精度
が要求される。

【０００４】また、従来観測データの回収は全ての観測
が終了し、観測装置回収後であったので、長期観測を行
う場合には数ヵ月〜半年後となる。これでは例えば大地
震の前兆現象を検出したり震源を決定するにはあまりに
も遅く、遅くとも１ヵ月以内にデータを回収することが
要求される。

【０００５】海底付近に設置される観測装置内の時計回
路の誤差による問題を解消し、遅れなく観測データを回
収する方法として、海底観測装置を、陸上の基地とケー
ブルを介して接続し、基地にＪＪＹやＧＰＳ受信機を設
け、ＪＪＹやＧＰＳ受信機で求めた正確な時刻データに
基づき観測装置による観測データを読み取る方法等が考
えられる。しかしながら、観測装置が陸地から離れてい
るとケーブルが非常に長くなり、ケーブルに要する費用
およびケーブルを敷設するための工事費用が非常に高く
なる。これにより海底観測装置の設置位置の変更や広域
に多数設置することは非常に困難となる。

【０００６】この発明の目的は、海底に設置する観測装
置内に、原発振器として水晶振動子を用いた通常の時計
回路を設け、さらに観測装置より定期的に浮上するブイ
内に基準時刻受信装置と無線装置を設けブイと観測装置
を海底深度の１．２〜１．５倍の短く、しかもブイ浮上
から無線送信完了までの短時間のみ使用可能な細く安価
な光ケーブルまたはケーブルでブイと観測装置を接続
し、しかも陸上に設けた基地との間を非常に長く、しか
もケーブルで接続する必要のなく、高い時刻精度で、観
測データの回収までの遅れも短く、無人の海底観測シス
テムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するため手段】この発明の請求項１に係る
海底観測システムは、海底周囲の環境を測定する手段
と、時刻を計時する時計回路と、時刻データとともに測
定データを記憶するデータ記憶手段とを備え、海底付近
に設置される観測装置と、前記時計回路の時刻を基準時
刻に合わせる校正手段と前記データ記憶手段に記憶され
たデータを読み出すとともに、これを記憶するデータ記
憶手段とを備えた外部データ処理装置からなる。この発
明の請求項２に係る海底観測システムは、基準時刻を測
定する手段と、この基準時刻に前記時計回路の時刻を合
わせる校正手段と、前記データを無線送信する手段とを
備え、前記観測装置から海面へ浮上するブイと、前記無
線送信された誤差データを受信する受信手段とから構成
したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】この発明の請求項１記載の海底観測システム
は、海底付近に設置される観測装置と外部データ処理装
置から構成され、観測装置において海底周囲の環境を測
定する手段は、たとえば潮流、地震、海底傾斜、水温、
地熱、放射能、ｐＨまたはＤＯ等を測定する。時計回路
は現在時刻を計時し、データ記憶手段は時刻データとと
もに測定データを記憶し、校正手段は、観測装置内の時
計回路の時刻を基準時刻に合わせる。一方、外部データ
処理装置側で、観測装置により記憶されたデータを読み
出すとともにそのデータを記憶する。

【０００９】請求項２記載の海底観測システムでは、基
準時刻を受信する手段は、たとえばＧＰＳ受信機等を用
いて基準となる時刻を受信する。観測装置の時計回路の
時刻を校正する手段は時計回路にこの基準時刻を設定す
る。無線送信手段は記憶されたデータを無線送信する。
これらの手段は観測装置に取り付けられているブイに設
けられていて、観測装置からそのブイが光ケーブルまた
はケーブル付で浮上し、たとえば海面に浮上した後に基
準時刻の受信が行われ、基準時刻に観測装置時計回路の
時刻が合わせられる。このブイから無線送信されたデー
タは、たとえば陸上等の基地に設けられている受信手段
でで受信される。

【０００１０】

【実施例】この発明の実施例である海底観測システムの
全体の構成をブロック図として図１に示す。図１におい
て観測装置１は海底または海底付近に設置する。観測装
置１には２ａ，２ｂ・・・２ｊで示す複数のブイを接続
している。これらのブイは順次定期的に観測装置１から
分離して海面にまで浮上する。２ａ’はブイ２ａが浮上
した時の様子を示す。２ａ〜２ｊの各ブイには、ＧＰＳ
受信機を備え、海面に浮上した際、ＧＰＳ受信機によっ
て基準時刻を受信し、基準時刻に観測装置の時計回路の
時刻を合わせる。そして観測データを基地装置３へ無線
送信する。基地装置３はたとえば陸地に設置し、浮上し
たブイ２ａ’から受信した観測データを記憶する。ブイ
２ａ〜２ｊはたとえば１カ月毎に観測装置１から順次分
離し、各時点での観測装置１内の観測データを基地装置
３へ無線送信する。これにより基地装置３は観測装置１
を用いて海底観測を開始してから観測が終了するまでの
間、等間隔で観測装置１の観測データを記憶することが
できる。全てのブイを浮上させて海底観測が終了すれ
ば、観測装置の回収船は観測装置１の真上付近から観測
装置１へ超音波信号による浮上指令を与える。これによ
り観測装置１は錘（おもり）を外して海面まで浮上す
る。回収船は観測装置１を回収する。

【０００１１】以上のようにして、観測装置１内の時計
回路の時刻は定期的に誤差の大きくなる前に校正され、
しかも観測装置と基地装置間をケーブルで接続すること
なく時間遅れも少なく観測結果を得ることができる。

【０００１２】次に、図１に示した観測装置１、ブイ２
ａ〜２ｊおよび基地装置３の構成をブロック図として図
２〜図４に示す。

【０００１３】図２は観測装置１の構成を示すブロック
図である。図２においてＣＰＵ１０はＰＲＯＭ１１に予
め書き込んだプログラムを実行して後述する各種制御を
行う。ＲＡＭ１２はそのプログラムの実行に際してワー
キングエリアとして用いる。測定装置１４・・・１４は
潮流、地震、海底傾斜、水温、地熱、放射能、ｐＨまた
はＤＯ等の各種データを測定する。ＣＰＵ１０はインタ
フェース１３を介してこれらの観測データを読み取る。
外部メモリ１６はＲＡＭや光ディスクや磁気テープを記
録媒体として時刻データとともに各種測定データを記憶
する。ＣＰＵ１０はインタフェース１５を介してデータ
の書き込みを行う。超音波受信装置１８は観測装置の回
収船からの超音波信号を受信する装置であり、ＣＰＵ１
０はインタフェース１７を介して受信信号を解読し、指
令に応じた制御を行う。切り離し装置２０は錘を外して
自身を浮上させる装置であり、ＣＰＵ１０は超音波受信
装置１８により受信した指令が切り離し指令であった
時、Ｉ／Ｏポート１９を介して切り離し装置２０を作動
させる。Ｉ／Ｏポート２１は後述する各ブイに内蔵され
ている電源回路に接続していて、ＣＰＵ１０はＩ／Ｏポ
ート２１を介して必要な時点で各ブイの電源回路を起動
させる。インタフェース２２は後述する各ブイのインタ
フェースと接続していて、ＣＰＵ１０はインタフェース
２２を介してブイからの基準時刻を取りこみ時計回路２
３に対し現在時刻の設定指示や外部メモリ１６のデータ
のブイへの転送等を行う。時計回路２３は水晶振動子を
原発振回路に用いた通常の時計回路であり、ＣＰＵ１０
は必要な時点で時計回路２３から時刻データを読み出
し、各種測定データとともに外部メモリ１６へ書き込
む。電源回路２４は観測装置の各部に対し電源電圧を供
給する。

【０００１４】図３はブイの構成を示すブロック図であ
る。図３において１は観測装置であり、２ａ，２ｂ，２
ｃ・・・は観測装置１に接続したブイである。ブイ２ａ
内においてＣＰＵ３０はＰＲＯＭ３１に予め書き込んだ
プログラムを実行して後述する各種制御を行う。ＲＡＭ
３２はそのプログラムの実行に際してワーキングエリア
として用いる。圧力スイッチ３４はブイが海面にまで達
したか否かを水圧によって検出するためのスイッチであ
り、ＣＰＵ３０はＩ／Ｏポート３３を介して圧力スイッ
チ３４の状態を読み取る。切り離し装置３６は観測装置
１に繋がっているワイヤを切断することによって自身の
ブイを浮上させるための装置である。ＣＰＵ３０はＩ／
Ｏポート３５を介して必要な時点で切り離し装置３６を
作動させる。電源回路３９はブイの各部に電源電圧を供
給する回路であり、観測装置１のＩ／Ｏポート２１の出
力信号により起動し、起動後はＣＰＵ３０を含む制御回
路全体に電源電圧を供給する。ＣＰＵ３０はそのまま電
源供給を維持する場合にはＩ／Ｏポート３７を介して電
源回路３９に電源供給状態を維持するための制御信号を
与える。インタフェース４０は観測装置１のインタフェ
ース２２と接続し、ＣＰＵ３０は観測装置１から与えら
れる制御信号に応じた処理を行う。ＧＰＳ受信機４２は
ブイが海面に達してからＧＰＳ航法衛星からの信号を受
信し、正確な現在時刻を測定する。ＣＰＵ３０はインタ
フェース４１を介して基準時刻を読み取り、その基準時
刻を観測装置１へインターフェース４０を介して転送す
る。無線送信機４４はこのブイから基地装置３（図１参
照）に対し各種データを無線送信するために用いる。Ｃ
ＰＵ３０はインタフェース４３を介してブイの番号を示
すデータおよび観測データを基地装置に対し無線送信さ
せる。なお、圧力スイッチ３４の代わりに海水スイッチ
を用いて、ブイが海面にまで達したか否かを検出しても
良い。なお、切り離し装置３６をブイに取り付ける代わ
りに、観測装置１に取り付けても良い。

【０００１５】他のブイ２ｂ，２ｃ・・・２ｊについて
も、その構成は図３においてブイ２ａに示したものと同
様である。各ブイの電源回路３９は観測装置１のＩ／Ｏ
ポート２１の出力に共通接続し、各ブイのインタフェー
ス４０は観測装置１のインタフェース２２に共通接続し
ている。

【０００１６】図４は基地装置の構成を示すブロック図
である。図４においてＣＰＵ５０はＲＯＭ５１および外
部メモリ５５に予め書き込まれているプログラムを実行
して後述する各種処理を行う。ＲＡＭ５２はそのプログ
ラムの実行に際してワーキングエリアとして用いる。無
線受信機５４は海面に浮上したブイから送信される無線
信号を受信する装置であり、ＣＰＵ５０はインタフェー
ス５３を介して受信データを読みとり外部メモリ５６に
収納する。外部メモリ５６はブイから受信したデータを
光ディスクや磁気テープ等の記録媒体に対し読み書きす
る装置である。

【０００１７】次に、図２〜図４に示した各装置の処理
手順をフローチャートとして図５〜図７に示す。

【０００１８】図５は観測装置１の処理手順を示すフロ
ーチャートである。観測装置１は時計回路２３からの割
り込みがかかる毎に図５（Ａ）の処理を実行する。すな
わち、割り込み処理で、まず時刻ＴＳ（時計回路２３の
内容）を読み出し、測定装置１４・・・１４から各測定
結果を読み取る（ｎ１→ｎ２）。その後、時刻データＴ
Ｓとともに各種測定データを外部メモリ１６へ記憶する
（ｎ３）。割り込み処理以外では図５（Ｂ）に示す処理
を行う。すなわち、まず切り離すべきブイの番号および
観測を開始してから何ヵ月目にあたるかを示す変数ｉに
初期値１を設定する（ｎ１０）。そして、ｉカ月が経過
するのを待つ（ｎ１１）。ｉ＝１で、観測を開始してか
ら１カ月が経過した時、観測装置１のＩ／Ｏポート２１
の出力信号により全てのブイの電源回路を起動させる
（ｎ１２）。そして、全てのブイに対し観測装置１のイ
ンタフェース２２を介して浮上すべきブイの浮上ブイ番
号を転送する（ｎ１３）。

【０００１９】その後、観測装置のＩ／Ｏポート２１の
出力を制御して各ブイの電源を停止させる（ｎ１４）。
これにより２番目以降のブイの電源は停止されるが、１
番目のブイについては、後述するブイのＣＰＵの処理に
よって、電源供給状態が維持される。なお、２番目以降
のブイについては、一旦電源の起動がなされるが、後述
するように浮上指定されたブイ番号が自身のブイ番号と
一致しないので、２番目以降のブイは何ら処理を行わ
ず、その後電源供給が停止される。次に１番目のブイは
浮上し、基準時刻ＴＧを受信する。この基準時刻ＴＧデ
ータを観測装置１は受け取り、時計回路２３を校正する
（ｎ１５）。

【０００２０】具体的にはこのとき１番目のブイは受信
した基準時刻ＴＧより進んでいて且つ最も近い１０秒単
位の時刻データを観測装置へ転送する。たとえば基準時
刻ＴＧが１９９４年１１月１７日００時００分００秒で
あったなら、１９９４年１１月１７日００時００分１０
秒の時刻データを観測装置へ転送する。その後、００時
００分１０秒になる直前で観測装置に対し時計回路のス
タート指令を与える。これにより、時計回路２３は基準
時刻ＴＧと同一時刻を計時し始めることになる。次に過
去１ヵ月分の観測データを外部メモリ１６より読み出
し、ブイへ転送する（ｎ１６）。ステップｎ１２〜ｎ１
６の処理を１カ月毎に順次行い、たとえばブイの数が１
０個であれば、観測を開始してから１０カ月目で観測を
終了することになる。観測装置の回収船等から超音波信
号による指令が送信されたなら、観測装置はこれを受信
し、その信号が観測装置本体の切り離し信号であるか否
か判定する（ｎ１７→ｎ１８）。切り離し信号であれ
ば、図２に示した切り離し装置２０を作動させて観測装
置本体から錘を外し浮上する（ｎ１９）。

【０００２１】図６は各ブイの処理手順を示すフローチ
ャートである。まず、観測装置１からの制御信号により
電源が起動されたなら、観測装置から指定される浮上ブ
イ番号を受信する（ｎ３０）。観測装置から指定された
ブイ番号が自身のブイ番号と一致しなければそのまま処
理を停止する（ｎ３１→ＨＡＬＴ）。この場合、その
後、観測装置からの制御によって電源が停止されること
によって元の電源遮断状態に戻る。観測装置から指定さ
れたブイ番号が自身のブイ番号と一致すれば、その後の
観測装置１からの制御によって電源が遮断されないよう
に電源保持を行う（ｎ３１→ｎ３２）。その後、切り離
し装置３６を作動させて自身のブイを観測装置から切り
離す（ｎ３３）。

【０００２２】これによりブイ自身は海面にまで浮上し
ていくことになる。切り離しを行った後圧力スイッチの
状態を判別し、ブイが海面に達して圧力スイッチがオン
すれば、ＧＰＳ受信機を作動させ、基準となる時刻ＴＧ
を求める（ｎ３４→ｎ３５）。その後、ＧＰＳ受信機４
２から基準時刻ＴＧを読み取るとともに、ＴＧとスター
ト指令を観測装置へ転送（ｎ３６）。その後、自身のブ
イ番号および観測装置から送られてきた過去１ヵ月分の
観測データを基地装置に対し無線送信する（ｎ３７）。

【０００２３】図７は基地装置の処理手順を示すフロー
チャートである。図７（Ａ）は観測を開始してから観測
を終了するまでの１０カ月間の処理に相当する。まず、
海面に浮上したブイから送信される信号の受信に備えて
ブイ番号を示す変数ｉに初期値１を代入する（ｎ５
０）。ｉ番目のブイからの無線送信があれば、これを受
信してブイ番号ｉとともに観測データを記憶する（ｎ５
１）。ステップｎ５１の処理をｉが１０に達するまでｉ
をインクリメントするとともに順次繰り返す（ｎ５２→
ｎ５３→ｎ５１・・・）。

【０００２４】なお、以上に示した実施例では、１カ月
毎にブイから基地装置に対し観測データを無線装置にす
るようにしたが、無線送信データ量を減らすため観測デ
ータの一部を無線送信するようにし、残りは観測装置回
収時に回収してもよい。

【０００２５】

【発明の効果】この発明によれば、海底に設置する観測
装置内の時計回路として水晶振動子を用いた通常の時計
回路を用いることができ、しかも、海上または陸地等に
設ける基地装置と観測装置間を非常に長く、高価なケー
ブルで接続する必要もなくなる。そのため、比較的小容
量の電池電源を用いて長期間にわたる観測を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である海底観測システム全体
の構成を示すブロック図である。

【図２】観測装置の構成を示すブロック図である。

【図３】ブイの構成および観測装置との接続の構成を示
すブロック図である。

【図４】基地装置の構成を示すブロック図である。

【図５】観測装置の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】ブイの処理手順を示すフローチャートである。

【図７】基地装置の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１−観測装置２（２ａ〜２ｊ）−ブイ３−基地装置

フロントページの続き (72)発明者渋谷正三西宮市芦原町９番52号古野電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海底周囲の環境を測定する手段と、時刻を計時する時計回路と、時刻データとともに観測デ
ータを記憶するデータ記憶手段とを備え、海底付近に設
置される観測装置と、前記時計回路の時刻を基準時刻に合わせる校正手段と、前記データ記憶手段に記憶されたデータを読み出すとと
もに、これを記憶するデータ記憶手段とを備えた外部デ
ータ処理装置からなる海底観測システム。
【請求項２】基準時刻を測定する手段と、この基準時刻
に前記時計回路の時刻を合わせる校正手段と、前記デー
タを無線送信する手段とを備え、前記観測装置から海面
へ浮上するブイと、前記無線送信された誤差データを受信する受信手段とか
ら構成した請求項１記載の海底観測システム。
【請求項３】水中周囲の環境を測定する手段と、時刻を計時する時計回路と、時刻データとともに観測デ
ータを記憶するデータ記憶手段とを備え、水中に設置さ
れる観測装置と、前記時計回路の時刻を基準時刻に合わせる校正手段と、前記データ記憶手段に記憶されたデータを読み出すとと
もに、これを記憶するデータ記憶手段とを備えた外部デ
ータ処理装置からなる水中観測システム。