JPH10227042A - 浚渫船の定深度掘削方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船体が揺動しても、定深度掘削が可能な浚渫
船の定深度掘削方法及び装置を提供する。 【解決手段】 浚渫船のジブ先端部に、ＧＰＳアンテナ
２と水平保持装置に設置された加速度計３を設け、人工
衛星から送信される電波をＧＰＳアンテナで受信してＧ
ＰＳ位置検出演算装置９によりジブ先端部の絶対高さ位
置を求めると共に、絶対高さ位置の変化からオブザーバ
演算装置１３によりジブ先端部の上下方向速度を求め
る。また、加速度計の加速データによりジブ先端部の上
下方向速度及び高さ位置を演算により求め、上下方向速
度及び高さ位置を、オブザーバ演算装置で求めたジブ先
端部上下方向速度及びＧＰＳ位置検出演算装置で求めた
ジブ先端部の絶対高さ位置により補正して、時間的ズレ
のないジブ先端部の絶対高さ位置及び上下方向速度を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星から送ら
れるＧＰＳ（グローバル、ポジショニング、システム）
信号を利用して行う浚渫船の定深度掘削方法及び装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】船体の揺動がない状態での定深度掘削装
置としては、海面を基準に揚程のゼロ点を設定しワイヤ
の繰り出し量により海面下の深度を計測して一定深度で
掘削する装置が、知られている。たとえば、特開昭５１
−１２９０９３号公報に記載されている。

【０００３】この装置でも、従来の作業海域では、潮汐
による変化の遅い外乱が主たる外乱であったので、潮汐
表から時刻に応じて読み出した潮位に応じて、手動又は
自動で深度設定を変更することによって、対応が可能で
あった。

【０００４】近年大深度における浚渫が計画されるに至
って、うねりのある海域での定深度掘削の要求が生じ
た。

【０００５】うねりによる船体の揺動は、周期が数秒と
潮汐に比較して遙かに早く、前記方式では対応が不可能
である。

【０００６】また、他の従来の技術としては、特開平７
−２６０４８２号公報には、船体とスパットのうち、少
なくとも船体に設けたアンテナによりスパットを中心と
する船体のスイング時に人工衛星から送信されるＧＰＳ
信号を受信して船体及びスパットの座標位置を測定し、
船体とスパットの座標位置からスイング角を求め、スパ
ットとカッター間の距離からカッター位置を求め、これ
らの値から船体の浚渫位置出しを行うようにした浚渫船
の浚渫位置出し方法が、記載されている。

【０００７】しかしながら、ＧＰＳ信号を受信してから
座標を演算するまでに実際上少なくとも１秒かかるた
め、その時間的ズレによって、演算により算出された位
置と実際の位置との間に誤差が生じる。うねりがある場
合には、特にその誤差が大きい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、前
記従来の技術の欠点を改良し、船体が揺動しても、定深
度掘削が可能な浚渫船の定深度掘削方法及び装置を提供
しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。

【００１０】（１）浚渫船のジブ先端部に、ＧＰＳアン
テナと水平保持装置に設置された加速度計を設け、人工
衛星から送信される電波を前記ＧＰＳアンテナで受信し
てＧＰＳ位置検出演算装置により前記ジブ先端部の絶対
高さ位置を求めると共に、該絶対高さ位置の変化からオ
ブザーバ演算装置により前記ジブ先端部の上下方向速度
を求め、前記加速度計の加速データにより前記ジブ先端
部の上下方向速度及び高さ位置を演算により求め、該上
下方向速度及び高さ位置を、前記オブザーバ演算装置で
求めた前記ジブ先端部の上下方向速度及び前記ＧＰＳ位
置検出演算装置で求めた前記ジブ先端部の絶対高さ位置
により補正して、時間的ズレのない前記ジブ先端部の絶
対高さ位置及び上下方向速度を求め、前記絶対高さ位置
及び上下方向速度を利用して船体揺動に追従して定深度
掘削する浚渫船の定深度掘削方法。

【００１１】（２）前記絶対高さ位置とワイヤ長さ検出
器のワイヤ長さ信号により前記バケットの現在位置を求
め、前記現在位置と前記バケットの目標位置から前記バ
ケットの位置誤差を求め、前記バケットの位置誤差に前
記ジブ先端部の上下方向速度と逆の速度を加算して前記
バケットのワイヤの移動速度を求め、前記移動速度で前
記バケットのワイヤを制御する前記（１）記載の浚渫船
の定深度掘削方法。

【００１２】（３）浚渫船のジブ先端部に設けられたＧ
ＰＳアンテナと、前記ジブ先端部に設けられた水平保持
装置と、前記水平保持装置に設置された加速度計と、人
工衛星から送信される電波を前記ＧＰＳアンテナで受信
して前記ジブ先端部の絶対高さ位置を求めるＧＰＳ位置
検出演算装置と、前記絶対高さ位置の変化から前記ジブ
先端部の上下方向速度を求めるオブザーバ演算装置と、
前記加速度計の加速データにより前記ジブ先端部の上下
方向速度信号を出力し、かつ、前記上下方向速度信号の
誤差信号の入力と前記オブザーバ演算装置からのデータ
更新タイミング信号の入力による補正機能を有する第１
の積分器と、前記上下方向速度信号を入力されて高さ位
置信号を出力し、かつ、前記高さ位置信号の誤差信号の
入力と前記オブザーバ演算装置からのデータ更新タイミ
ング信号の入力による補正機能を有する第２の積分器
と、前記上下方向速度信号をサンプリングホールドする
第１のデータ保持器と、前記高さ位置信号をサンプリン
グホールドする第２のデータ保持器と、前記第１の積分
器が出力する前記上下方向速度信号の誤差を求める第１
の誤差演算器と、前記第２の積分器が出力する前記高さ
位置信号の誤差を求める第２の誤差演算器から構成され
る浚渫船の定深度掘削装置。

【００１３】（４）ワイヤ長さ演算装置と、前記ワイヤ
長さ演算装置が出力するバケット吊り長さ信号と前記高
さ位置信号を入力される第１の加算器と、目標位置設定
器と、前記目標位置設定器が出力する目標位置信号と前
記第１の加算器が出力するバケット現在位置信号を入力
される第２の加算器と、前記第２の加算器が出力する位
置誤差信号を入力される速度指令発生器と、前記速度指
令発生器が出力する位置決め用速度指令信号と前記上下
方向速度信号を入力されてワイヤ移動の速度指令信号を
出力する第３の加算器から構成される前記（３）記載の
浚渫船の定深度掘削装置。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態例は、浚渫
高さの基準となる浚渫機のジブ先端部に設置されたジブ
先シーブの絶対高さ位置及び上下動の速度を検出する検
出部と、検出された信号を元に浚渫高さを制御する制御
部から構成される。

【００１５】（１）検出部の構成 ＧＰＳアンテナの受信した電波からＧＰＳアンテナの位
置を計算した位置信号は、現在のところ約１秒に１回程
度の検出速度となっている。

【００１６】この検出速度は本発明に使用するには遅す
ぎるため、加速度計による位置検出装置と組み合わせ、
ＧＰＳによる位置信号を加速度計による位置検出装置の
原点補正信号として使用することにより、地球上の絶対
座標としての高さの制御に必要な十分な応答速度を持っ
た検出装置を構成する。

【００１７】本発明の一実施の形態例について図１〜図
９を参照して説明する。

【００１８】まず、図１を参照して浚渫船の全体構成及
びセンサー部の取り付け位置を説明する。

【００１９】船体１００の上には、旋回フレーム１０１
が旋回可能に設けられている。旋回フレーム１０１に
は、ジブ１０２、ジブ１０２を起伏ワイヤ１０８を介し
て起伏させる起伏ドラム１０３、バケット１０６を開閉
ワイヤ１０９を介して開閉する開閉ドラム１０４及びバ
ケット１０６を支持ワイヤ１１０を介して支持する支持
ドラム１０５が設けられている。

【００２０】ジブ１０２の先端部にジブ先シーブ１０７
が回転可能に設けられている。シーブ先シーブ１０７の
軸付近に水平保持装置１が水平を保持するように設置さ
れ、水平保持装置１の上にＧＰＳアンテナ２と垂直方向
の加速度を検出する加速度計３が設置される。水平保持
装置１に加速度計３を設置する理由は、浚渫船の揺動や
ジブ１０２の起伏角が変われば、水平面に対する加速度
計３の方向が変化して垂直方向の加速度データが正確に
取れないので、この変化に対処して水平保持装置１を常
に水平の状態にあるように補正するためである。

【００２１】次に、図２を参照して加速度計による速度
及び位置検出部を説明する。

【００２２】加速度計３により検出した加速度から重力
加速度を引き、加速度計３に加わる上下方向加速度を計
算する。

【００２３】上下方向加速度信号４を積分器５により積
分し、ジブ先シーブ１０７の上下方向速度を計算するこ
とができる。

【００２４】上下方向速度信号６を積分器７により更に
積分すると、ジブ先シーブ１０７のジブ先移動量信号８
Ａを得ることができる。そして、ジブ先端部の絶対高さ
位置がわかれば、その絶対高さ位置にジブ先移動量を加
算して、刻々と変化するジブ先端部の高さを求めること
ができる。

【００２５】この方式では、計測開始時の初速度を与え
なければならないこと及びセンサーのゼロ点ズレの影響
により、速度及び位置信号にドリフトが発生する。この
ため、ＧＰＳを用いて絶対高さ位置を検出し、ドリフト
を補正する。

【００２６】続いて、図３を参照してＧＰＳによる位置
及び速度検出部を説明する。

【００２７】ＧＰＳアンテナ２で受信した人工衛星から
の電波は、ＧＰＳ位置検出演算装置９に送られ、ＧＰＳ
位置検出演算装置９は、３軸の絶対座標を出力する。本
発明では、高さ方向座標のみを使用する。

【００２８】ＧＰＳ位置検出演算装置９は、ＧＰＳ高さ
位置信号１０をオブザーバ演算装置１３に送り、オブザ
ーバ演算装置１３は、演算を行って垂直方向速度（ＧＰ
Ｓ現在速度）を求め、ＧＰＳ現在速度信号１８を送る。

【００２９】更に、図４を参照して検出部の構成を説明
する。

【００３０】加速度計３は、上下方向加速度信号４を積
分器５に送る。

【００３１】積分器５は、後述する誤差演算器１６から
の速度誤差信号２１の入力と後述するデータ更新タイミ
ング信号１２の入力により、積分器５が出力している上
下方向速度を補正する機能を持つ。更に、積分器５は、
上下方向速度信号６を積分器７に出力する。積分器７
は、後述する誤差演算器１７からの高さ位置誤差信号２
２の入力と後述するデータ更新タイミング信号１２の入
力により、積分器７が出力している高さ位置を補正する
機能を持つ。そして、積分器７は、高さ位置信号８を出
力する。

【００３２】ＧＰＳアンテナ２で受信した人工衛星から
の電波は、ＧＰＳ位置検出演算装置９に送られる。ＧＰ
Ｓ位置検出演算装置９は、ＧＰＳアンテナ２からの信号
をサンプリングした時点で、演算情報取り込みタイミン
グ信号１１をデータ保持器１４及び１５に出力する。

【００３３】データ保持器１４及び１５は、このタイミ
ングでそれぞれ上下方向速度信号６、高さ位置信号８の
現在値をサンプリングホールドする。

【００３４】更に、ＧＰＳ位置検出演算装置９は、演算
を完了すると、ＧＰＳ高さ位置信号１０を更新する。

【００３５】オブザーバ演算装置１３は、ＧＰＳ高さ位
置信号１０が変化すると、旧データと新データを比較し
てＧＰＳ現在速度（上下方向）を演算する。

【００３６】オブザーバ演算装置１３がＧＰＳ現在速度
の演算を完了すると、データ保持器１４及び１５でサン
プリングホールドしたデータに対する絶対高さ位置及び
上下方向速度の演算が完了する。

【００３７】この時、オブザーバ演算装置１３は、デー
タ更新タイミング信号１２をＧＰＳ位置検出演算装置
９、積分器５及び７、誤差演算装置１６及び１７に出力
する。

【００３８】ＧＰＳ高さ位置信号１０及びＧＰＳ現在速
度信号１８は、ＧＰＳ位置検出演算装置９が演算情報取
り込みタイミング信号１１を出力した時点でのデータで
あるから、データ保持器１４及び１５にそれぞれホール
ドされた上下方向速度信号６、高さ位置信号８と同時点
のデータであるので、誤差演算器１６及び１７によりデ
ータ更新タイミング信号１２が出力されたときに演算す
ることによって、積分器５の出力（上下方向速度信号
６）の誤差及び積分器７の出力（高さ位置信号８）の誤
差を求めることができる。

【００３９】誤差演算器１６の計算した速度誤差信号２
１によりデータ更新タイミング信号１２のタイミングで
積分器５の出力を補正することによって、上下方向速度
信号６を補正することができる。同様に、誤差演算器１
７の計算した高さ位置誤差信号２２によりデータ更新タ
イミング信号１２のタイミングで積分器７の出力を補正
することによって、高さ位置信号８を補正することがで
きる。

【００４０】また、データ保持器１４は、上下方向速度
信号６を演算情報取り込みタイミング信号１１の時点で
ホールドしたデータ信号２３を誤差演算器１６に出力す
る。データ保持器１５は、高さ位置信号８を演算情報取
り込みタイミング信号１１の時点でホールドしたデータ
信号２４を誤差演算器１７に出力する。

【００４１】以上の構成により、高さ位置信号及び上下
方向速度信号をリアルタイムで検出する装置を提供する
ことができる。

【００４２】（２）制御部の構成 図５を参照して制御部の構成を説明する。

【００４３】ワイヤ長さ検出器５０は、支持ワイヤ１１
０の支持ドラム１０５からの繰り出し長さを検出してワ
イヤ長さ信号５３をワイヤ長さ演算装置５２に送る。ジ
ブ起伏角検出器５１は、起伏角信号５４をワイヤ長さ演
算装置５２に送る。ワイヤ長さ演算装置５２は、ワイヤ
長さ信号５３と起伏角信号５４によりジブ１０２の先端
からバケット１０６までの距離を演算し、バケット吊り
長さ信号５５を出力する。

【００４４】ジブ先シーブ１０７の高さ位置信号８とバ
ケット吊り長さ信号５５を加算器３５に入力し、バケッ
ト１０６の現在位置を求める。加算器３５が出力したバ
ケット現在位置信号３６と目標位置設定器３３が出力し
た目標位置信号３４を加算器３７に入力し、位置誤差を
求める。加算器３７が出力した位置誤差信号３８を、位
置誤差に応じて位置決め用速度指令信号４０を発生する
速度指令発生器（関数発生器）３９に入力する。

【００４５】ジブ先シーブ１０７の上下動分を補正して
バケット１０６の位置を目標位置に保持するため、ジブ
先シーブ１０７の上下動の速度と逆の速度指令となるよ
うに、加算器４１は、ジブ先シーブ１０７の上下方向速
度信号６と位置決め用速度指令信号４０を加算し、速度
指令信号４２を出力する。

【００４６】リミッタ４３は、速度指令信号４２がワイ
ヤ１１０の移動速度（ウインチの最高速度）を上回らな
いようにリミットをかける。リミットをかけられた信号
を最終速度指令信号４４としてウインチの速度制御装置
（図示せず）に与える。

【００４７】この速度制御装置は、加算器４１によりジ
ブ先シーブ１０７の上下方向速度信号６をウインチに速
度指令信号として与えることによって、船体の揺動によ
り発生するジブ先シーブ１０７の上下動に追従してウイ
ンチの巻き取り及び巻き戻しを行うので、周期が数秒の
船体の揺動に対応することができる。

【００４８】図６と図７は、ジブ先シーブ１０７の位置
とバケット１０６の位置の時間・高さのグラフであり、
０〜６５ｓｅｃの範囲ではバケット１０６を巻下げてい
る状態である。図６は、高さ位置信号８のみを採用した
場合を示し、図７は、高さ位置信号８と上下方向速度信
号６を採用した場合を示し、いずれもシミュレーション
である。

【００４９】図８は、図６における−６０ｍ付近のバケ
ット１０６の位置の拡大図であり、バケット１０６の位
置は、上下２６０ｍｍの範囲内にある。

【００５０】図９は、図７における−６０ｍ付近のバケ
ット１０６の位置の拡大図であり、バケット１０６の位
置は、上下動しない。ただし、検出誤差と速度応答のい
かんによっては、上下動は生じるものと予想される。上
下方向速度信号６を採用しないときも、検出誤差は重畳
される。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、人工衛星からの電波をＧＰＳアンテナで受信
し、その受信信号をＧＰＳ位置検出演算装置に入力して
ジブ先端部の絶対高さを求め、その絶対高さをジブ先端
部の上下方向速度により原点補正して、時間的ズレのな
いジブ先端部の絶対高さを算出し、その値をバケットの
掘削制御に利用しているので、浚渫船体が揺動しても、
定深度掘削を行うことができ、殊に、揺動の周期が短時
間であっても、同様に定深度掘削を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態例に係る浚渫船の全体構
成及びセンサー部の取り付け位置を示す側面図である。

【図２】本発明の一実施の形態例における加速度計によ
る速度及び位置検出部のブロック図である。

【図３】本発明の一実施の形態例におけるＧＰＳによる
位置及び速度検出部のブロック図である。

【図４】本発明の一実施の形態例における検出部のブロ
ック図である。

【図５】本発明の一実施の形態例における制御部のブロ
ック図である。

【図６】本発明の一実施の形態例における上下方向速度
信号入力無しの場合のジブ先シーブ位置とバケット位置
の時間・高さのシミュレーションによるグラフである。

【図７】本発明の一実施の形態例における上下方向速度
信号入力有りの場合のジブ先シーブ位置とバケット位置
の時間・高さのシミュレーションによるグラフである。

【図８】図６における−６０ｍ付近のバケットの位置の
拡大図である。

【図９】図７における−６０ｍ付近のバケットの位置の
拡大図である。

【符号の説明】

１ 水平保持装置 ２ ＧＰＳアンテナ ３ 加速度計 ４ 上下方向加速度信号 ５ 積分器 ６ 上下方向速度信号 ７ 積分器 ８ 高さ位置信号 ８Ａ ジブ先移動量信号 ９ ＧＰＳ位置検出演算装置 １０ ＧＰＳ高さ位置信号 １１ 演算情報取り込みタイミング信号 １２ データ更新タイミング信号 １３ オブザーバ演算装置 １４ データ保持器 １５ データ保持器 １６ 誤差演算器 １７ 誤差演算器 １８ ＧＰＳ現在速度信号（上下方向） ２１ 速度誤差信号 ２２ 高さ位置誤差信号 ２３ ホールドしたデータ信号 ２４ ホールドしたデータ信号 ３３ 目標位置設定器 ３４ 目標位置信号 ３５ 加算器 ３６ バケット現在位置信号 ３７ 加算器 ３８ 位置誤差信号 ３９ 速度指令発生器（関数発生器） ４０ 位置決め用速度指令信号 ４１ 加算器 ４２ 速度指令信号 ４３ リミッタ ４４ 最終速度指令信号 ５０ ワイヤ長さ検出器 ５１ ジブ起伏角検出器 ５２ ワイヤ長さ演算装置 ５３ ワイヤ長さ信号 ５４ 起伏角信号 ５５ バケット吊り長さ信号 １００ 船体 １０１ 旋回フレーム １０２ ジブ １０３ 起伏ドラム １０４ 開閉ドラム １０５ 支持ドラム １０６ バケット １０７ ジブ先シーブ １０８ 起伏ワイヤ １０９ 開閉ワイヤ １１０ 支持ワイヤ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浚渫船のジブ先端部に、ＧＰＳアンテナ
   と水平保持装置に設置された加速度計を設け、人工衛星
   から送信される電波を前記ＧＰＳアンテナで受信してＧ
   ＰＳ位置検出演算装置により前記ジブ先端部の絶対高さ
   位置を求めると共に、該絶対高さ位置の変化からオブザ
   ーバ演算装置により前記ジブ先端部の上下方向速度を求
   め、前記加速度計の加速データにより前記ジブ先端部の
   上下方向速度及び高さ位置を演算により求め、該上下方
   向速度及び高さ位置を、前記オブザーバ演算装置で求め
   た前記ジブ先端部の上下方向速度及び前記ＧＰＳ位置検
   出演算装置で求めた前記ジブ先端部の絶対高さ位置によ
   り補正して、時間的ズレのない前記ジブ先端部の絶対高
   さ位置及び上下方向速度を求め、前記絶対高さ位置及び
   上下方向速度を利用して船体揺動に追従して定深度掘削
   することを特徴とする浚渫船の定深度掘削方法。
2. 【請求項２】 前記絶対高さ位置とワイヤ長さ検出器の
   ワイヤ長さ信号により前記バケットの現在位置を求め、
   前記現在位置と前記バケットの目標位置から前記バケッ
   トの位置誤差を求め、前記バケットの位置誤差に前記ジ
   ブ先端部の上下方向速度と逆の速度を加算して前記バケ
   ットのワイヤの移動速度を求め、前記移動速度で前記バ
   ケットのワイヤを制御することを特徴とする請求項１記
   載の浚渫船の定深度掘削方法。
3. 【請求項３】 浚渫船のジブ先端部に設けられたＧＰＳ
   アンテナと、前記ジブ先端部に設けられた水平保持装置
   と、前記水平保持装置に設置された加速度計と、人工衛
   星から送信される電波を前記ＧＰＳアンテナで受信して
   前記ジブ先端部の絶対高さ位置を求めるＧＰＳ位置検出
   演算装置と、前記絶対高さ位置の変化から前記ジブ先端
   部の上下方向速度を求めるオブザーバ演算装置と、前記
   加速度計の加速データにより前記ジブ先端部の上下方向
   速度信号を出力し、かつ、前記上下方向速度信号の誤差
   信号の入力と前記オブザーバ演算装置からのデータ更新
   タイミング信号の入力による補正機能を有する第１の積
   分器と、前記上下方向速度信号を入力されて高さ位置信
   号を出力し、かつ、前記高さ位置信号の誤差信号の入力
   と前記オブザーバ演算装置からのデータ更新タイミング
   信号の入力による補正機能を有する第２の積分器と、前
   記上下方向速度信号をサンプリングホールドする第１の
   データ保持器と、前記高さ位置信号をサンプリングホー
   ルドする第２のデータ保持器と、前記第１の積分器が出
   力する前記上下方向速度信号の誤差を求める第１の誤差
   演算器と、前記第２の積分器が出力する前記高さ位置信
   号の誤差を求める第２の誤差演算器から構成されること
   を特徴とする浚渫船の定深度掘削装置。
4. 【請求項４】 ワイヤ長さ演算装置と、前記ワイヤ長さ
   演算装置が出力するバケット吊り長さ信号と前記高さ位
   置信号を入力される第１の加算器と、目標位置設定器
   と、前記目標位置設定器が出力する目標位置信号と前記
   第１の加算器が出力するバケット現在位置信号を入力さ
   れる第２の加算器と、前記第２の加算器が出力する位置
   誤差信号を入力される速度指令発生器と、前記速度指令
   発生器が出力する位置決め用速度指令信号と前記上下方
   向速度信号を入力されてワイヤ移動の速度指令信号を出
   力する第３の加算器から構成されることを特徴とする請
   求項３記載の浚渫船の定深度掘削装置。