JPH0635907Y2 - 浮体のｇｍ計測装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、浮体（船舶、海洋構造物等）のGM計測装置に
関し、特に積荷の積込や荷降しの際にあるいは停泊中
に、ほぼリアルタイムでGMの値を高精度に計測し得るGM
計測装置に関する。

〔従来技術〕

浮体の重心ＧからメタセンタＭまでの距離をGM、排水量
をΔ、浮体の傾斜角をθとすると、小角度傾斜の場合の
静的復原力＝Δ・GM・sinθとなることから、浮体のGM
は復原力のバロメータとなっている。

各種の浮体のうち、特にコンテナ船などは乾舷が大きく
かつ上甲板上にコンテナを高く積込む関係上、GM＝0.6m
程度になるような厳しい積付けを行うことも少なくない
ため、GMを特に正確に求める必要がある。

ところで、従来からコンテナ船においても、GM計測装置
を備えておらず、積付時には積付配置表と積込まれる各
コンテナの重量計測値と各コンテナの仮想重心（通常は
各コンテナの体積中心に設定される）とのデータを用い
て積付け計算を行ってGMを理論的に算出している。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記GMの計算値には、各種の誤差が含まれている。即
ち、上記コンテナ船の例をとって述べると、その誤差と
しては各コンテナの重心位置の見積り誤差（通常の場
合、コンテナの重心は体積中心よりも低い位置にあ
る）、該コンテナの重量の計測誤差、燃料やバラストウ
ォータなど積載液体の重量・重心及び自由水影響の見積
り誤差、トリムによるTKM変化の影響による誤差、ある
いは計算ミス（積付計算機を有する場合は、そのデータ
入力ミスを含む）などの各種の誤差が含まれる。このた
め実際にGMを精密に計測してみると、実際のGM値は、該
GM計算値よりかなり安全側の値になっている場合がある
ことが判った。そのため、実際には更に複数個のコンテ
ナを積載可能であるにも拘らず、積載を断念して出港す
るというケースも生じている。

ところで、コンテナなどの積付け中にリアルタイムでGM
を計測できれば以後の積付けの参考に供することが出来
るし、また岸壁において或いはまた入港・出港前後の停
泊中にGMを計測できれば積付け検討やバラスト調整に役
立てることが出来る。

また。スタビリティの確保（つまり十分大きなGM値をと
ること）のためにバラストを積載している場合は、バラ
スト量を適切な量にすることが可能となり省エネルギー
にも役立てることが出来る。

しかしながら、コンテナの積込や荷降しを利用してGMを
計測する場合には、コンテナの積込や荷降しが１〜２分
間ピッチという短時間でなされるために十分な計測時間
を確保できないこと、またコンテナ船に限らず浮体を傾
斜させてGMを計測するには、計測データから浮体の固有
周期や波の影響を除去する必要があること、などGM計測
装置を実用化するには難しい問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案に係る浮体のGM計測装置は、第１図の機能ブロッ
ク図に示すように、浮体の排水量を求める排水量検知手
段と、バラストウォータを含む積荷の重量と位置とに関
するデータを記憶する積荷データ記憶手段と、浮体のヒ
ール角を検出するヒール角検出手段と、上記排水量検知
手段からの排水量のデータを受け、積荷データ記憶手段
のデータを用いて積荷の積込や荷降し或いはバラストウ
ォータの移動に伴なうヒーリングモーメントの変化量を
求めるとともにヒール角検出手段で検出したヒール角デ
ータを用いて上記積荷の積込や荷降し或いはバラストウ
ォータの移動に伴なうヒール角の変化量を求め、上記排
水量とヒーリングモーメントの変化量とヒール角の変化
量とからGMを演算するGM演算手段とを備えたものであ
る。

尚、必要に応じて、上記排水量検知手段が、浮体の排水
量と喫水との関係を記憶しているハイドロデータ記憶手
段と、浮体の喫水を検出する喫水検出手段とを含んでい
るように構成してもよく、また、上記排水量検知手段
は、浮体の所定の積荷状態において入力設定された排水
量データと積荷データ記憶手段からのデータとに基いて
排水量を算出する排水量算出手段で構成してもよく、ま
た、上記積荷データ記憶手段は、ヒールタンクのレベル
計からの検出データに基いて得られるヒールタンクバラ
ストウォータの重量と位置とに関するデータをも記憶し
ているように構成してもよい。また、必要に応じて、上
記ヒール角検出手段は、積荷の積込や荷降し或いはバラ
ストウォータの移動からの所定時間経過後、船体のロー
リング固有周期の整数倍の期間におけるヒール角を検出
するように構成してもよい。

〔作用〕

本考案に係る浮体のGM計測装置においては、排水量検知
手段によって浮体の排水量が検知され、積荷データ記憶
手段にはバラストウォータを含む積荷の重量と位置とに
関するデータが記憶され、ヒール角検出手段によって浮
体のヒール角が検出される。

GM演算手段では、排水量検知手段からの排水量のデータ
を受け、積荷データ記憶手段のデータを用いて積荷の積
込や荷降し或いはバラストウォータの移動に伴なうヒー
リングモーメントの変化量を求め、ヒール角検出手段で
検出したヒール角データを用いて積荷の積込や荷降し或
いはバラストウォータの移動に伴なうヒール角の変化量
を求め、上記排水量とヒーリングモーメントの変化量と
ヒール角の変化量とからGMを演算する。

〔考案の効果〕

本考案に係る浮体のGM計測装置によれば、以上のように
排水量検知手段及び積荷データ記憶手段などの一般的な
構成に加えて、ヒール角検出手段とGM演算手段とを設け
たので、入出港時はもとより積荷の積込や荷降し或いは
バラストウォータの移動の都度、リアルタイム的にGMを
計測することが出来る。これにより、正確なGMに基いて
積付率を向上させるとともに適正なGMを確保して航行の
安全性を向上させることが出来る。

また、スタビリティの確保のためにバラストを積載して
いる場合は正確なGM値をもとに、バラストを適切な量に
することが可能となり省エネルギーに役立てることがで
きる。

上記ヒール角検出手段を、積荷の積込や荷降し或いはバ
ラストウォータの移動から所定時間経過後、船体のロー
リング固有周期の整数倍の期間におけるヒール角を検出
するように構成する場合には、積込や荷降しに伴なう浮
体の横揺の影響を排除して精度の高いヒール角データを
得てGMの値を精度よく求めることが出来る。

〔実施例〕

以下、本考案をコンテナ船のGM計測装置に適用した場合
の実施例について図面に基いて説明する。

第２図に示すように、このコンテナ船のGM計測装置は、
コンテナ船のヒール角を計測する傾斜計１と、コンテナ
船の前後部及び中央部の喫水を夫々計測する喫水計２
と、複数のヒールタンクの液位を夫々計測するヒールタ
ンクレベルゲージ３と、これら傾斜計１・喫水計２・ヒ
ールタンクレベルゲージ３からの信号を夫々増幅する増
幅回路1a・2a・3aと、各増幅回路1a・2a・3aで増幅され
た信号から計測系の高周波成分などの雑音を除去するロ
ーパルスフィルタ1b・2b・3bと、各ローパルスフィルタ
1b・2b・3bから出力される計測信号を受けてA/D変換す
るA/D変換器４と、A/D変換器４を介して計測データを受
け計測データを演算処理する計測用コンピュータ５と、
インターフェイス６と、インターフェイス６を介して計
測用コンピュータ５から計測データを受け後述の各種の
演算処理を実行するとともにプリンタ８及びディスプレ
イ９を制御するホストコンピュータ７と、プリンタ８及
びその駆動回路8aと、CRTディスプレイ９及びそのディ
スプレイコントローラ9aと、計測用コンピュータ５に計
測を指令する計測指令スイッチ10とを備え、図示のよう
に接続されている。

上記傾斜計１としては、例えば振子式錘と差動トランス
とからなる傾斜計或いは既存の各種の傾斜計が用いられ
る。

上記計測用コンピュータ５は、計測用CPU11（中央演算
装置）と、ROM12（リード・オン・メモリ）と、RAM13
（ランダム・アクセス・メモリ）と、入力インターフェ
イス14とを有し、上記ROM12にはデータ計測の制御プロ
グラムや計測データの平均値を演算する演算プログラム
などが格納され、上記RAM13には計測データを一時記憶
するメモリ及び演算処理上必要なメモリやフラグなどが
設けられている。上記ホストコンピュータ７は、ホスト
CPU15（中央演算装置）と、ROM16（リード・オン・メモ
リ）と、RAM17（ランダム・アクセス・メモリ）と、キ
ーボード18と、出力インターフェイス19とを有してい
る。

上記ROM16には、次のような制御プログラム、テーブル
及び演算プログラムなどが格納されている。

（ａ）プリンタ８を制御する制御プログラム、 （ｂ）ディスプレイ９を制御する制御プログラム、 （ｃ）排水量と喫水とトリムとの関係をテーブル化した
ハイドロデータテーブル、 （ｄ）メタセンタ（Ｍ）高さと喫水との関係をテーブル
化したＭ曲線データテーブル、 （ｅ）ヒールタンクの位置及び液位と重量重心との関係
などをテーブル化したタンクデータテーブル、 （ｆ）ヒールタンクレベルゲージ３からのデータとタン
クデータテーブルのデータとに基いてヒールタンクのバ
ラストウォータの移動に伴なうヒーリングモーメントの
変化量を演算する演算プログラム、 （ｇ）後述のコンテナ積付けデータメモリのデータに基
いてコンテナの積込に伴なうヒーリングモーメントの変
化量を演算する演算プログラム、 （ｈ）船体前後部の喫水データと、ハイドロデータテー
ブルのデータとに基いて平均喫水、トリム、メタセンタ
高さ（KM）及び排水量（Δ）などを計算するハイドロ計
算プログラム、 （ｉ）ローリング固有周期の概算値（To）データ、 （ｊ）GM（重心からメタセンタまでの高さ）及びKG（キ
ールから重心までの高さ）を次のように演算する演算プ
ログラム、 GM＝（ΔMt）／［Δ・tan（Δθ）］・・・（１） ΔMt・・コンテナの積込やヒールタンクのバラストウォ
ータの移動によるヒーリングモーメントの変化量、 Δ・・・・ハイドロ計算で得られる排水量、 Δθ・・・コンテナの積込やヒーリングタンクのバラス
トウォータの移動後における傾斜計で計測されるヒール
角の変化量 KG＝KM−GM・・・・・・・・・・・（２） 上記RAM17には、コンテナ船の船艙や甲板上に積載され
るコンテナの位置（３次元位置）と重量のデータをテー
ブル化して記憶するコンテナ積付データメモリ及び演算
処理上必要なメモリやフラグなどが設けられている。

尚、上記ROM16には、タンクデータテーブルのデータと
各タンクのレベルゲージからのデータに基して求められ
る燃料油やバラストウォータの体積や重量及びコンテナ
積付データ及びライトウェイト状態の重心データなどに
基いてコンテナ船の重量・重心を演算する演算プログラ
ムなども格納されている。

ところで、本願のGM計測装置は、入港前後におけるヒー
ルタンクのバラストウォータの移動やコンテナの積込の
際に、喫水計２・ヒールタンクレベルゲージ３からの計
測データ及びコンテナ積付けデータに基いて、上記
（１）式におけるΔMtとΔとを演算し、このΔMtとΔ及
び傾斜計１からのデータΔθとに基いて（１）式及び
（２）式によりGMとKGとをリアルタイム的に求めようと
するものである。そして、上記傾斜計１と喫水計２とヒ
ールタンクレベルゲージ３からのデータ計測時に船体の
ローリング固有振動の影響を排除して精度の高いデータ
を得て、GMとKGの値を精度よく求めるようにしてある。

次に、上記ホストコンピュータ７及び計測用コンピュー
タ５で実行される制御のルーチンについて第３図により
説明する。

尚、図中S1〜S8はホストコンピュータ７で実行するルー
チン、S20〜S28は計測用コンピュータ５で実行するルー
チン、S30〜S34は計測指令スイッチ10との関係において
マニュアルで実行するルーチンを示すものである。

制御が開始されると、ホストコンピュータ７ではS1にお
いてキーボード18からの指令により計測条件の設定がな
され、S2において計測データの入力待ちを行なう。上記
計測条件の設定は、バラストウォータの移動又はコンテ
ナの積込であるとかの設定、及び計測時におけるデータ
の静定の待ち時間（Tw）と計測時間（Tm）の設定などで
ある。このとき、データ静定の待ち時間（Tw）としてロ
ーリング固有周期概算値（To）の例えば約４倍の時間
が、また計測時間（Tm）としてローリング固有周期概算
値（To）の例えば３倍の時間がキーボード18を介して設
定され、そのデータが計測用コンピュータ５のRAM13に
一時記憶される。

計測用コンピュータ５では、制御が開始されると計測制
御のプログラムを読出し、S20において上記データ（T
w、Tm）を読込むなどの計測条件の設定を行ない、S21に
おいて計測指令待ちを行なう。

一方、オペレータは制御開始後操作盤の表示ランプ等に
基いて初期状態の確認を行ない、計測指令スイッチ10を
介して第１回目の計測指令を計測用コンピュータへ指令
する。

上記第１回目の計測指令が入力されると、計測用コンピ
ュータ５では、S22においてデータ静定の待ち時間（T
w）だけ待ち、次にS23において待ち時間（Tw）経過後、
傾斜計１と喫水計２とヒーリンクタンクレベルゲージ３
とからのデータを計測時間（Tm）の間だけ読込んで計測
する。そして、その計測時間（Tw）の最初の５秒間の計
測データの平均値を演算し、その平均値のデータをホス
トコンピュータ７へ出力する。

次にホストコンピュータ７では、S3において上記のよう
に計測用コンピュータ５から出力された喫水データとヒ
ールタンクレベルデータとに基いて船体初期状態を演算
する。この船体初期状態の演算はハイドロ計算プログラ
ム及びＭ曲線データテーブル等々に基いて実行され、平
均喫水（dm）・トリム・排水量（Δ）及びメタセンタ高
さ（KM）などが得られる。これらのデータ（dm、トリ
ム、Δ、KM）及びヒール角データはRAM17に一時記憶さ
れる。但し、初期状態の計算により得られたデータは特
に必要なものではなく、傾斜計１から得られたヒール角
データだけが必要なものである。次にS4において計測デ
ータの入力待ちを行なう。

一方、計測用コンピュータ５では、S23の次にS24におい
て計測指令待ちを行なっているが、オペレータは第１回
目の計測指令出力の後、S32においてコンテナ１個の積
付け又はヒールタンクのバラストウォータの移動の作業
が終了するのを待ち、S33においてコンテナの積付け又
はバラストウォータの移動の作業が終了したことを確認
してから、S34において再び計測指令スイッチ10を介し
て第２回目の計測指令を出力する。

これと同時に、コンテナ積付けの場合であれば、そのコ
ンテナの積付データをキーボード18を介して入力し、RA
M17に記憶される。

上記第２回目の計測指令が入力されると、計測用コンピ
ュータ５ではS25においてデータ静定の待ち時間（Tw）
が経過するのを待つ。このようにデータ静定の待ち時間
（Tw）だけ待つ理由について第４図により捕捉説明する
と、第３図はコンテナ１個だけ積付けたときのヒール角
データの実測例を示し、コンテナの積付けに伴なって船
体はローリング固有周期でローリングすると共に波の影
響によっても小刻みにローリングしている。

待ち時間（Tw）をローリング固有周期の約４倍程度に設
定しておくと、コンテナ積付けに伴なうローリングの影
響を略排除することが出来る。そして、前述の如く、計
測時間（Tm）をローリング固有周期の整数倍に設定して
おくと、コンテナ積付けに伴なう船体固有周期の影響に
よる誤差を完全に排除することが出来る。

上記S25においてデータ静定の待ち時間（Tw）だけ待
ち、その時間経過後にはS26において再びデータの計測
を行ない計測開始から５秒間の平均値を求め、その平均
値の喫水データをホストコンピュータ７へ出力する。こ
の暫定的喫水データが入力されると、ホストコンピュー
タ７ではS5において再び船体状態を計算するが、この計
算もS3における計算と同様ハイドロ計算を主する計算で
あり、前記（１）式に用いる排水量（Δ）を求めようと
するものである。

第４図のように、コンテナの積付けは１〜２分程度の短
かい時間ピッチで実行されまたハイドロ計算にはかなり
の計算時間を要することから、上記のように計測途中で
暫定的な喫水データを用いてハイドロ計算を実行し、排
水量（Δ）を求めておくことが望ましい。そして、S5に
おけるハイドロ計算の結果もRAM17に一時記憶される。

計測用コンピュータ５では、S26において計測したデー
タをRAM13に一時記憶しつつS27において計測を続行し、
計測時間（Tm）経過後には計測時間（Tm）に亙る計測デ
ータの平均値を演算し、S28においてその平均値の最終
計測データ（ヒール角データ、喫水データ、必要に応じ
てヒールタンクレベルデータ）をホストコンピュータ７
へ出力する。

次に、ホストコンピュータ７では、上記最終計測データ
と暫定計測データとを用いて必要に応じて補間法により
船体状態を確定する。こうして、コンテナ１個積付けた
後の状態或いはヒールタンクのバラストウォータ移動後
の状態における排水量（Δ）が確定する。S7において
は、コンテナ積付データテーブル、RAM17に記憶されて
いる最後に積込れたコンテナの積付けデータ、コンテナ
又はヒールタンクのバラストウォータに関するヒーリン
グモーメント変化量演算プログラムなどに基いてヒーリ
ングモーメントの変化量（ΔMt）を演算し、更に第１回
目の計測データと最終計測データとに基いてヒール角の
変化量（Δθ）を演算する。

以上のようにして、排水量（Δ）とヒーリングモーメン
トン変化量（ΔMt）とヒール角変化量（Δθ）とが確定
するので、S7において前記（１）式によりGMがまた
（２）式によりKGが演算される。

次に、S8において上記得られたGMのデータ及びKGのデー
タ及びその他必要なデータがプリンタ８やディスプレイ
９に出力される。

ここで、ヒールタンクのバラストウォータの移動の場合
には、上記S8において制御が終了するが、コンテナの積
付け毎にリアルタイム的にGMを計測していく場合には、
次のコンテナの積付けに大してS32〜S34、S25〜S28、S4
〜S8が繰返される。

上記実施例では、ホストコンピュータ７の外に、計測用
コンピュータ５を用いて機能を分担させたので、コンテ
ナを１分間ピッチで積付けるような場合にも十分に対応
できる。また、暫定的計測データを用いて計算時間のか
かるハイドロ計算を実行しておいて最終計測データで補
間により排水量（Δ）等の値を確定するようにしたの
で、GMの値をリアルタイム的に求めることが出来る。

更に、計測時間をローリング固有周期（To）の整数倍に
したので、コンテナ積付けなどに伴なうローリング固有
振動の影響を排除して精度の高い計測データを得て精度
の高いGMの値を得ることが出来る。

尚、ローリング固有周期の概算値（To）を格納しておく
のに代えて、ローリング固有周期を演算する演算プログ
ラムをROM16に格納しておいてもよい。また、排水量の
演算の方法として、特定の積荷状態（例えば、コンテナ
積付け開始直前の積荷状態など）における排水量データ
を入力設定するとともにその後積付けたり荷降ししたり
した積荷の重量を加減算することにより演算するように
してもよい。

尚、上記実施例における計測用コンピュータ５を省略
し、ホストコンピュータ７のみで例えば第４図に示すよ
うなルーチンで処理したり或いは割込み処理で処理する
ようにしてもよい。上記第４図のルーチンの個々のステ
ップは第２図のものと略同様なので説明を省略する。

上記実施例はコンテナ船を対象として説明したが、本考
案は、コンテナ船以外にカーキャリア、フェリー、貨物
船、油艙船など各種の船舶は勿論のこと、石油掘削リグ
など各種の浮体にも同様に適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の構成を示す機能ブロック図、第２図〜
第５図は本考案の実施例を示すもので、第２図はコンテ
ナ船のGM計測装置のブロック図、第３図はそのGM計測装
置における制御ルーチンの概略フローチャート、第４図
はコンテナ積付け時のヒール角のタイムチャート、第５
図は変形例に係る制御ルーチンのフローチャートであ
る。 １……傾斜計、1a……増幅回路、1b……ローパスフィル
タ、２……喫水計、2a……増幅回路、2b……ローパスフ
ィルタ、４……A/D変換器、５……計測用コンピュー
タ、６……インターフェイス、７……ホストコンピュー
タ。

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】浮体の排水量を求める排水量検知手段と、 バラストウォータを含む積荷の重量と位置とに関するデ
   ータを記憶する積荷データ記憶手段と、 浮体のヒール角を検出するヒール角検出手段と、 上記排水量検知手段からの排水量のデータを受け、 積荷データ記憶手段のデータを用いて積荷の積込や荷降
   し或いはバラストウォータの移動に伴なうヒーリングモ
   ーメントの変化量を求めるとともにヒール角検出手段で
   検出したヒール角データを用いて上記積荷の積込や荷降
   し或いはバラストウォータの移動に伴なうヒール角の変
   化量を求め、上記排水量とヒーリングモーメントの変化
   量とヒール角の変化量とからGMを演算するGM演算手段と
   を備えたことを特徴とする浮体のGM計測装置。
2. 【請求項２】上記排水量検知手段が、浮体の排水量と喫
   水との関係を記憶しているハイドロデータ記憶手段と、
   浮体の喫水を検出する喫水検出手段とを含んでいる実用
   新案登録請求の範囲第１項記載の浮体のGM計測装置。
3. 【請求項３】上記排水量検知手段が、浮体の所定の積荷
   状態において入力設定された排水量データと積荷データ
   記憶手段からのデータとに基いて排水量を算出する排水
   量算出手段で構成されている実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の浮体のGM計測装置。
4. 【請求項４】上記積荷データ記憶手段が、ヒールタンク
   のレベル計からの検出データに基いて得られるヒールタ
   ンクバラストウォータの重量と位置とに関するデータを
   も記憶している実用新案登録請求の範囲第１項記載の浮
   体のGM計測装置。
5. 【請求項５】上記ヒール角検出手段が、積荷の積込や荷
   降し或いはバラストウォータの移動から所定時間経過
   後、船体のローリング固有周期の整数倍の期間における
   ヒール角を検出するように構成されている実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の浮体のGM計測装置。