JPH0814621B2

JPH0814621B2 - 海底地形調査方法

Info

Publication number: JPH0814621B2
Application number: JP63040703A
Authority: JP
Inventors: 正神崎; 圭三古川; 雅史酒井
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH01216288A

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。

現在広く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、GPS、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。

＜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。

＜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。

＜ロ＞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。

＜ハ＞従来の地形測定ソナーは、一般に周波数が200KHz
程度と低いため、水深分解能は10cm〜50cmのオーダーと
極めて精度が悪い。

＜ニ＞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。

＜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、効率良く短時間で海底地形の測定を行うこと
のできる海底地形調査方法を提供することを目的とす
る。

＜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。

＜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1cm〜3c
m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、予め正確に測定してある。

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。

＜ロ＞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ィスプレイ上に
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。

＜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１を設置す
る。

＜ニ＞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波器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（67μｓ）スキャニングして海底地形の測定
を行うものである。

＜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
120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、500KHz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2.5cm、5cm、10cm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、メッシュの間隔から決定し、メ
ッシュ内の多数のデータの分布の中から平均値をとって
そのメッ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を視準し、シャイロコンパス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バーティカルジャイロ及
びヒーブセンサーにより補正を行う。

＜ヘ＞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
したメッシュ幅での水深図、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。

＜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、公知のドッ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。

ここでドップラー効果とは、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く、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。

＜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。

＜ロ＞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。

しかし本発明は、500KHz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〜10cm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。

＜ニ＞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。

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。

＜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。

＜ヘ＞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個の他形データを入手す
ることができるため、測定効率が向上した。

＜リ＞送波器および受波器を垂直方向を軸に回転自在に
設置し、送波器および受波器を回転させて海底地形の測
定を面状に行うことにより、船を移動させることなく、
船を停止した状態で所定の調査範囲の海底地形を測定す
ることができる。

＜ヌ＞土木作業船に海底地形測定手段を搭載して土木作
業と共に海底地形測定が行えるから、別途測定のための
船が不要であると共に、土木作業船が測定の支障となる
ことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図：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３図：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図第５、６図：本発明の測定方法の説明図第７〜10図：測定結果の表示方法の説明図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−254879（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−64056（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−39581（ＪＰ，Ｕ) 特公昭56−38915（ＪＰ，Ｂ２) 特公昭57−7668（ＪＰ，Ｂ２) 実公昭50−10774（ＪＰ，Ｙ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】船に送波器および受波器を設置し、洋上に
て送波器から扇状の送波ビームを発して海底面を帯状に
照射すると共に、受波器から前記送波ビームに交差する
ように扇状の受波ビームを発し前記送波ビーム照射面に
沿って順次スキャニングさせて、送波ビームと受波ビー
ムの交差位置に対応する各海底面の地形を測定する海底
地形調査方法において、前記送波ビーム照射面を回転移動させ、前記受波ビーム
のスキャニングを繰り返すことにより、海底面をほぼ円
状に測定可能としたことを特徴とする、海底地形調査方法。