JPH10267654A - 船舶接岸用波浪監視装置 - Google Patents

船舶接岸用波浪監視装置

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JPH10267654A
JPH10267654A JP8868497A JP8868497A JPH10267654A JP H10267654 A JPH10267654 A JP H10267654A JP 8868497 A JP8868497 A JP 8868497A JP 8868497 A JP8868497 A JP 8868497A JP H10267654 A JPH10267654 A JP H10267654A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 船舶の動揺に結び付くような周期の波浪成分
だけを取り出し,この取り出した波浪成分に基づいて船
舶の動揺を予測し、係留索の切断事故や、係留および荷
役作業への障害発生を未然に防止できるようにする。 【解決手段】 船舶を係留した港湾の波浪を検出する波
高計1と、波高信号中から船舶の動揺に関連する周波数
信号のみを通過させるディジタルフィルタ2と、該フィ
ルタ2で抽出された周波数信号に基づいて船舶の動揺を
予測するデータ処理装置3と、該処理装置から出力され
る予測データに基づいて係留索切断の予測警報を発する
表示・警報装置4とから構成した。フィルタ2には、船
舶の固有振動周期付近の信号のみを通過させるバンドパ
ス特性あるいは船舶の動揺特性に近似した周波数特性を
持たせる。また、データ処理装置3に、船舶の状態およ
び係留条件を入力することによりフィルタ2の周波数特
性を自動設定する機能を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、岸壁への接岸時お
よび接岸中に、波浪によって船舶が動揺して係留索が切
断されることを防止するための船舶接岸用波浪監視装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】港湾に入港した船舶は係留索によって岸
壁の係船柱などに繋がれるが、接岸時および接岸中に、
波浪によって船舶が揺られると,係留索が切断されると
いう事故が発生する。このような事故は、特にタンカー
などの重量の大きな大型船舶において大きな問題とな
る。そこで、このような切断事故を防止するために、従
来においては波高計を用いて港湾内の波の大きさを監視
し、波が大きくなったときに、係留索の数や位置を変え
たり、船舶の係留位置を変え、さらに船舶が揺動防止装
置を備えている場合には装置を作動させるなどの必要な
対策を講じていた。
【0003】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、船舶の
動揺は、波の大きさだけに関連するものではなく、波が
小さい場合でも動揺が発生しており、波高計を用いた波
の大きさの監視だけでは船舶の動揺の発生を正確に予測
することができず、的確な対策を講じることが難しかっ
た。
【0004】発明は、このような問題を解決するために
なされたもので、船舶の動揺に結び付くような周期の波
浪成分だけを取り出し,この取り出した波浪成分に基づ
いて船舶の動揺を予測し、係留索の切断事故や、係留お
よび荷役作業への障害発生を未然に防止できるようにし
た船舶接岸用波浪監視装置を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1記載の船舶接岸用波浪監視装置は、船舶を
係留した港湾の波浪を検出する波高計と、該波高計で検
出された波高信号中から監視対象とする船舶の動揺に関
連する周波数信号のみを通過させるフィルタと、該フィ
ルタで抽出された周波数信号に基づいて船舶の動揺を予
測するデータ処理装置とから構成したものである。
【0006】また、請求項2記載の船舶接岸用波浪監視
装置は、前記フィルタをディジタルフィルタで構成した
ものである。
【0007】また、請求項3記載の船舶接岸用波浪監視
装置は、前記フィルタに船舶の固有振動周期付近の周波
数信号のみを通過させるバンドパス特性を持たせたもの
である。
【0008】また、請求項4記載の船舶接岸用波浪監視
装置は、前記フィルタに船舶の動揺特性に近似した周波
数特性を持たせたものである。
【0009】また、請求項5記載の船舶接岸用波浪監視
装置は、前記データ処理装置がフィルタから送られてく
る周波数信号をリアルタイム処理するようにしたもので
ある。
【0010】また、請求項6記載の船舶接岸用波浪監視
装置は、前記データ処理装置に警報発生手段を付設し、
船舶の固有振動周期付近の周波数信号の大きさが設定値
以上となったときに警報を発生するようにしたものであ
る。
【0011】また、請求項7記載の船舶接岸用波浪監視
装置は、前記データ処理装置に船舶の状態および係留条
件を入力することにより前記フィルタの周波数特性を自
動設定する機能を持たせたことを特徴とするものであ
る。
【0012】
【作用】係留中の船舶が波浪によって動揺するのは、船
と係留索から構成される振動系の固有振動周期と波浪の
周期とが一致し、共振状態となることに基づくものであ
る。係留索で繋がれた船舶を振動系としてみた場合、大
まかにいうと、船舶を繋いでいる係留索がバネを構成
し、船舶が重りを構成している。このような振動系に
は、バネと重りによって決定される固有の共振周波数、
すなわち固有の振動周期が存在する。
【0013】このため、係留索で繋がれた船舶の固有振
動周期に近い周波数をもつ長周期の波(例えば,大型タ
ンカーの場合、1周期が数分程度の波)がくると船舶が
共振して固有振動を起こし、その揺れが次第に大きくな
って係留索が切断されるものである。したがって、係留
索で繋がれた船舶が大きく揺れて係留索が切断されるか
どうかは,単に波の大きさだけでなく、波の振動周期に
も関係するものである。
【0014】そこで、 請求項1記載の船舶接岸用波浪
監視装置にあっては、波高計とフィルタによって前記船
舶の動揺に関連する長周期の周波数信号のみを抽出し、
この周波数信号をデータ処理装置で処理することによっ
て船舶動揺の予測データを得るようにしたものである。
この予測データを利用することによって、係留索の切断
事故や、係留および荷役作業への障害の発生を未然に防
止することができる。
【0015】前記波高計から出力される波高信号中から
船舶の固有振動周期に近い長周期の周波数のみを取り出
すには、フィルタで解決することができる。しかし、一
般に、船舶の固有振動周期は、前述したように1周期が
数分程度という極めて長い周期であるため、L,C,R
などを用いたアナログフィルタでは、このような長周期
の周波数のみを通過させる周波数特性のフィルタを実現
するのは、なかなか困難である。
【0016】そこで、請求項2記載の船舶接岸用波浪監
視装置にあっては、前記フィルタとしてどのようなフィ
ルタ特性でも実現できるディジタルフィルタを用い、上
記問題を解決したものである。ディジタルフィルタによ
れば、1周期が数分程度の周期が極めて長い周波数成分
でも確実に抽出することができる。
【0017】また、請求項3記載の船舶接岸用波浪監視
装置にあっては、前記フィルタに、船舶の固有振動周期
付近の周波数信号のみを通過させるバンドパス特性を持
たせたので、データ処理装置におけるデータ処理が簡単
となる。
【0018】また、請求項4記載の船舶接岸用波浪監視
装置にあっては、前記フィルタに、船舶の動揺特性に近
似した周波数特性を持たせたので、船舶の動揺をより正
確に予測することができる。
【0019】また、請求項5記載の船舶接岸用波浪監視
装置にあっては、前記データ処理装置がフィルタから送
られてくる周波数信号をリアルタイム処理するので、波
浪の変化に迅速に対処することができる。
【0020】また、請求項6記載の船舶接岸用波浪監視
装置にあっては、船舶の固有振動周期付近の波の大きさ
が設定値以上となったときに前記警報発生手段によって
警報を発生するようにしたので、係留索の切断事故や、
係留および荷役作業への障害の発生を確実に防止するこ
とができる。
【0021】また、請求項7記載の船舶接岸用波浪監視
装置にあっては、前記データ処理装置が、船舶の状態お
よび係留条件を入力することにより前記フィルタの周波
数特性を自動設定する機能を持つので、どのような船
舶、どのような使用条件に対しても対応することができ
る。
【0022】
【実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。図1に、本発明に係る船舶接岸用
波浪監視装置の一実施形態を示す。図において、1は船
舶の係留されている港湾の波浪状態を検出する波高計、
2は波高計1で検出された波高信号中から監視対象とす
る船舶の動揺に関連する周波数信号を抽出して出力する
ディジタルフィルタ、3はディジタルフィルタ2から送
られてくる周波数信号を用いて船舶の動揺を予測し、関
連データを出力するマイクロコンピュータなどで構成さ
れたデータ処理装置、4はデータ処理装置3で得られた
船舶動揺に関する種々のデータをモニタ画面などに表示
するとともに、係留索切断の予測警報を発する表示・警
報装置である。
【0023】図2(A)(B)は、係留船舶の動揺特性
と、これに対応して設定したディジタルフィルタ2の周
波数特性である。図2(A)中の動揺量がピークとなる
周波数f0 が係留された船舶の固有共振周波数である。
大型タンカーの場合、この固有共振周波数f0 は1周期
が数分程度の長周期の周波数である。この固有共振周波
数f0 は計算によって求めることができる。
【0024】図2(A)から明らかなように、波の周波
数が高くなると船舶はほとんど動揺しなくなる。すなわ
ち、周期の短い波にはほとんど反応せず、固有共振周波
数f0 付近の波にのみ反応する。そこで、図1のディジ
タルフィルタ2においては、図2(B)に示すように、
前記固有共振周波数f0 とその前後所定範囲の周波数の
みを通過させるバンドパスフィルタ構成とした。
【0025】図3に、前記ディジタルフィルタ2の回路
例を示す。この例は、いわゆる非巡回(FIR)型のフ
ィルタで構成した場合の例であって、A/D変換器2
1,遅延素子221 〜22j 、係数乗算器230 〜23
j 、加算器24によって構成されている。係数乗算器2
0 〜23j の各係数k0 〜kj を所定値に設定するこ
とにより、図2(B)のバンドパス特性を実現できる。
【0026】次に、前記船舶接岸用波浪監視装置の動作
を説明する。波高計1は船舶の係留された港湾の波浪を
検出し、その検出信号をディジタルフィルタ2に送る。
デジタルフィルタ2は、この送られてきた波高信号中か
ら図2(B)の固有共振周波数f0 とその前後所定範囲
の周波数のみを通過させ、データ処理装置3に送る。
【0027】データ処理装置3は、前記ディジタルフィ
ルタ2から送られてくる固有共振周波数f0 とその前後
所定範囲の波高信号を定量化し、船舶の動揺を予測す
る。この定量化には、例えば、実効値で求める方法と、
有義波を求める方法とが考えられるが、前者の方が計算
が簡単であるので、一例としてこの実効値を求める方法
について説明する。なお、有義波とは、例えば1/3有
義波を例にとると、100波以上の波を計測し、その波
を波高の高い順に並べ、波高の高い方から1/3を取り
出し、それらの波から得られる波高の平均値をいうもの
である。一般に、有義波と実効値との間には直線的関係
があるので、得られた実効値から有義波の値を求めるこ
とが可能である。
【0028】実効値の具体的な計算は、デジタルフィル
タ2から出力される波高信号の時刻iでの出力波形のサ
ンプル値をXi とするとき、(Xi 2)1/2 を計算し、こ
の得られた値の20分程度の範囲の移動平均をとること
により求めることができる。
【0029】このようにして得られた固有共振周波数f
0 付近の長周期波の実効値(平均波高)データと換算有
義波データなどを表示・警報装置4に出力し、これらの
値の時間的変動をグラフでCRTなどのモニタ画面上に
リアルタイムに表示する。このようにして、実効値(平
均波高)もしくは有義波の値の時間的変化(傾向)をグ
ラフで見ることで、時間的予測も可能となる。
【0030】さらに、表示・警報装置4は、前記実効値
あるいは有義波の値がある一定値以上になると、警報ラ
ンプを点灯させ、さらには警報音などを発し、船舶の動
揺が大きくなって係留索が切れるおそれがあることを知
らせる。さらに、船舶が揺動防止装置を備えている場合
は、この警報信号によって揺動防止装置を自動的に作動
させる。
【0031】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、データ処理装置3内のROMに、船舶の重量、荷
載量、係留索の点数,直径,長さ,材質、係留索両端の
位置などの船舶状態および係留条件に対応したフィルタ
特性のルックアップテーブルを用意しておき、キーボー
ドなどから船舶の重量、荷載量、係留索の点数,直径,
長さ,材質、係留索両端の位置などを入力してやること
により、図1中に点線で示したように、入力条件に最も
適したフィルタ特性を与えるように前記ディジタルフィ
ルタ2内の係数乗算器230 〜23j の各係数k0 〜k
j を可変設定してやれば、その時の船舶状況に最適なフ
ィルタ特性を自動設定することができる。
【0032】また、前記ルックアップテーブルに代え
て、フィルタ特性算出のための演算処理プログラムを用
意しておけば、前記船舶の重量、荷載量、係留索の点
数,直径,長さ,材質、係留索両端の位置などを入力し
てやることにより、演算処理によって最適なフィルタ特
性を自動設定することもできる。
【0033】また、上記の例では、ディジタルフィルタ
2を、図2(B)のようなバンドパス特性としたが、図
2(A)の船舶の動揺特性と近似した周波数特性を持た
せてもよいものである。このように周波数特性を船舶の
動揺特性に一致させた場合には、より正確に船舶の動揺
を予測することができる。船舶の動揺特性に一致させた
周波数特性とするには、図3中の各係数器230 〜23
j の値を変えることにより実現することができる。
【0034】なお、図3に例示したディジタルフィルタ
2は、非巡回(FIR)型フィルタで構成したが、巡回
(IIR)型フィルタ、フーリエ変換を用いるディジタ
ルフィルタによっても同様に実現できることは、勿論で
ある。フーリエ変換を用いるディジタルフィルタの場
合、ディジタルフィルタ2からは、フィルタリングされ
た角周波数成分のパワースペクトルが出力される。この
場合の実効値は、このパワースペクトルの全成分を加算
したものをPとすると、P1/2 で計算することができ
る。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、接岸時および接岸中の船舶の動揺を予測す
ることができるので、この予測データを利用することに
よって、係留索の切断事故や、係留および荷役作業への
障害の発生を未然に防止することができ、船舶の安全に
寄与することができる。
【0036】また、請求項2記載の発明によれば、フィ
ルタをディジタルフィルタにより構成したので、1周期
が数分程度の周期が極めて長い波浪でも確実に抽出する
ことができ、正確な予測を行なうことができる。
【0037】また、請求項3記載の発明によれば、フィ
ルタに船舶の固有振動周期付近の周波数信号のみを通過
させるバンドパス特性を持たせたので、データ処理装置
におけるデータ処理が簡単となり、装置を簡素化するこ
とができる。
【0038】また、請求項4記載の発明によれば、フィ
ルタに船舶の動揺特性に近似した周波数特性を持たせた
ので、船舶の動揺をより正確に予測することができ、船
舶の安全性をより向上することができる。
【0039】また、請求項5記載の発明によれば、デー
タ処理装置がフィルタから送られてくる周波数信号をリ
アルタイム処理するようにしたので、波浪の変化に迅速
に対処することができる。
【0040】また、請求項6記載の発明によれば、船舶
の固有振動周期付近の周波数信号の大きさが設定値以上
となったときに警報発生手段によって警報を発生するよ
うにしたので、係留索の切断事故や、係留および荷役作
業への障害の発生をより確実に防止することができる。
【0041】また、請求項7記載の発明によれば、デー
タ処理装置に船舶の状態および係留条件を入力すること
によりフィルタの周波数特性を自動設定する機能を持た
せたので、どのような船舶、どのような使用条件に対し
ても対応することができ、装置の汎用性を向上すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る船舶接岸用波浪監視装置の一実施
形態のブロックである。
【図2】(A)は係留船舶の動揺特性、(B)はディジ
タルフィルタの周波数特性である。
【図3】ディジタルフィルタの具体的な回路例を示す図
である。
【符号の説明】
1 波高計 2 ディジタルフィルタ 3 データ処理装置 4 表示・警報装置 f0 係留船舶の固有共振周波数

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 船舶を係留した港湾の波浪を検出する波
    高計と、 該波高計で検出された波高信号中から監視対象とする船
    舶の動揺に関連する周波数信号のみを通過させるフィル
    タと、 該フィルタで抽出された周波数信号に基づいて船舶の動
    揺を予測するデータ処理装置とからなることを特徴とす
    る船舶接岸用波浪監視装置。
  2. 【請求項2】 前記フィルタをディジタルフィルタによ
    り構成したことを特徴とする請求項1記載の船舶接岸用
    波浪監視装置。
  3. 【請求項3】 前記フィルタに船舶の固有振動周期付近
    の周波数信号のみを通過させるバンドパス特性を持たせ
    たことを特徴とする請求項1または2記載の船舶接岸用
    波浪監視装置。
  4. 【請求項4】 前記フィルタに船舶の動揺特性に近似し
    た周波数特性を持たせたことを特徴とする請求項1また
    は2記載の船舶接岸用波浪監視装置。
  5. 【請求項5】 前記データ処理装置がフィルタから送ら
    れてくる周波数信号をリアルタイム処理するものである
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の船舶
    接岸用波浪監視装置。
  6. 【請求項6】 前記データ処理装置に警報発生手段を付
    設し、船舶の固有振動周期付近の周波数信号の大きさが
    設定値以上となったときに警報を発生するようにしたこ
    とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の船舶接
    岸用波浪監視装置。
  7. 【請求項7】 前記データ処理装置に船舶の状態および
    係留条件を入力することにより前記フィルタの周波数特
    性を自動設定する機能を持たせたことを特徴とする請求
    項1〜6のいずれかに記載の船舶接岸用波浪監視装置。
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