JPS5829845B2 - レ−ザ−光による波高測定方式 - Google Patents
レ−ザ−光による波高測定方式Info
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- JPS5829845B2 JPS5829845B2 JP8885678A JP8885678A JPS5829845B2 JP S5829845 B2 JPS5829845 B2 JP S5829845B2 JP 8885678 A JP8885678 A JP 8885678A JP 8885678 A JP8885678 A JP 8885678A JP S5829845 B2 JPS5829845 B2 JP S5829845B2
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- laser beam
- laser
- laser light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発吸はレーザー光の集光性と高エネルギー性とを利用
して遠隔点より水面の波高を測定する方式に関するもの
である。
して遠隔点より水面の波高を測定する方式に関するもの
である。
従来、波高をリモートセンシングする技術には水面に測
定棒を設置する方式、水面に浮べたブイの動揺を検知す
る方式、超音波または光波によって水面までの距離を測
定する方式、電波の水面反射強度を測定する方式等があ
るが、これらは測定器設置場所が固定され航行船舶の障
害となるおそれがあるか、または測定水域が広すぎて全
体的な波浪状態はわかるが航路等の特定個所の波浪状態
を正確に検知することができない等の欠点があった。
定棒を設置する方式、水面に浮べたブイの動揺を検知す
る方式、超音波または光波によって水面までの距離を測
定する方式、電波の水面反射強度を測定する方式等があ
るが、これらは測定器設置場所が固定され航行船舶の障
害となるおそれがあるか、または測定水域が広すぎて全
体的な波浪状態はわかるが航路等の特定個所の波浪状態
を正確に検知することができない等の欠点があった。
本発明はこれらの欠点を解消するためにレーザー光の集
光性と高エネルギー性を利用して、航行船舶等に妨害を
与えることなく灯台等の陸上固定点から５００〜１００
０ｍの距離内の任意の水面波高を昼夜に関係なく測定で
きる波高測定方式を提供するもので、船舶の安全航行・
海象資料の収集に有効なものである。
光性と高エネルギー性を利用して、航行船舶等に妨害を
与えることなく灯台等の陸上固定点から５００〜１００
０ｍの距離内の任意の水面波高を昼夜に関係なく測定で
きる波高測定方式を提供するもので、船舶の安全航行・
海象資料の収集に有効なものである。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図ａは本発明による波高測定方式を原理的に示す説
明図であり、図中１は波浪波形、２はレーザー光の照射
により波浪を観測した場合、観測点で映像として観測す
ることのできる水中散乱光発生領域、３はレーザー発振
器、４はレーザービームの拡がり角を任意に変えられる
テレスコープ、５は波浪映像を観測するための受光レン
ズ、６は結像板、γは目視を示す。
明図であり、図中１は波浪波形、２はレーザー光の照射
により波浪を観測した場合、観測点で映像として観測す
ることのできる水中散乱光発生領域、３はレーザー発振
器、４はレーザービームの拡がり角を任意に変えられる
テレスコープ、５は波浪映像を観測するための受光レン
ズ、６は結像板、γは目視を示す。
レーザー光が水中に入射するとプランクトン等の水中の
浮遊物体で後方散乱され入射方向に戻されるため、レー
ザーのビーム拡がり角を一定に保った場合、照射レーザ
ー光によって観測される波浪映像は列状波浪−山につい
て一筋の帯状映像となるので、波高が高い場合は第１図
すに示す縞模様映像６−１の如く縞２′の数が比較的少
ない。
浮遊物体で後方散乱され入射方向に戻されるため、レー
ザーのビーム拡がり角を一定に保った場合、照射レーザ
ー光によって観測される波浪映像は列状波浪−山につい
て一筋の帯状映像となるので、波高が高い場合は第１図
すに示す縞模様映像６−１の如く縞２′の数が比較的少
ない。
ところが波高が低い場合は一般に同−視野内の波浪の山
数は多くなるので、第１図Ｃに示すように縞２′の数の
多い縞模様映像６−２となる。
数は多くなるので、第１図Ｃに示すように縞２′の数の
多い縞模様映像６−２となる。
同一視野内における波浪の山数は波浪の波長と観測点よ
り見た波浪の進行方向によって決定されるもので、この
状況を第２図ａ、ｂ、ｃに示す。
り見た波浪の進行方向によって決定されるもので、この
状況を第２図ａ、ｂ、ｃに示す。
第２図ａ、ｂ、ｃの８は円錐状レーザービームを遠方水
面に照射した場合の観測水域で、第２図は観測点方向に
波長９で進行してくる波頭列１０を示す。
面に照射した場合の観測水域で、第２図は観測点方向に
波長９で進行してくる波頭列１０を示す。
第２図す及び第２図Ｃは第２図ａにおける波長と同一の
波長９で観測方向に対しそれぞれ４５度及び９０度方向
に進行する波頭列１０を示し、波浪の進行方向によって
同−視野内の波浪の山数が変化している。
波長９で観測方向に対しそれぞれ４５度及び９０度方向
に進行する波頭列１０を示し、波浪の進行方向によって
同−視野内の波浪の山数が変化している。
波浪の進行方向はおおむね風力の方向と一致し、また結
像板６に生ずる映像６−１又は６−２の時間的な移動方
向を測定することによって求めることができる。
像板６に生ずる映像６−１又は６−２の時間的な移動方
向を測定することによって求めることができる。
波長は波高と関連する要素が強く種々の実験式も得られ
ており、また地域的な特徴があるので、測定水域におけ
る波長と波高の関係は風速・風向・潮流等をパラメータ
としてあらかじめ求めておくことができる。
ており、また地域的な特徴があるので、測定水域におけ
る波長と波高の関係は風速・風向・潮流等をパラメータ
としてあらかじめ求めておくことができる。
このようにして波浪の進行方向と地域的な波長と波高の
関係がわかるので、結像板６に生ずる縞模様映像の縞数
とその移動方向を計測することにより波高を求めること
ができる。
関係がわかるので、結像板６に生ずる縞模様映像の縞数
とその移動方向を計測することにより波高を求めること
ができる。
昼夜に関係なく比較的遠距離の水面波浪の波高を計測す
るには、高出力で遠距離まで光エネルギーを伝達するに
適した照射光源としてレーザー発振器３を使用する必要
がある。
るには、高出力で遠距離まで光エネルギーを伝達するに
適した照射光源としてレーザー発振器３を使用する必要
がある。
以上のように、第１の実症例では陸上固定点等から遠方
水面にレーザー光を照射して得られる水中散乱映像より
波高を計測するものであるから、航行船舶等に妨害を与
えることなく比較的遠距離の所要水域の波高を昼夜に関
係なく計測することができる。
水面にレーザー光を照射して得られる水中散乱映像より
波高を計測するものであるから、航行船舶等に妨害を与
えることなく比較的遠距離の所要水域の波高を昼夜に関
係なく計測することができる。
、照射するレーザービームの方向および拡がり角あるい
はビーム形状は種々変化させることができるので、測定
したい水域近辺に任意の形状のレーザービームを照射し
て近辺水域の波高を求め、統計処理を行なうことにより
希望水域の波高測定精度を向上させることができる。
はビーム形状は種々変化させることができるので、測定
したい水域近辺に任意の形状のレーザービームを照射し
て近辺水域の波高を求め、統計処理を行なうことにより
希望水域の波高測定精度を向上させることができる。
第３図ａ及びｂはレーザー光を水面に照射する別な方法
を示す立面図及び平面図であり、第３図５において１１
は水面１２上りの高さにある陸地１３上の観測点で、こ
こから距離ｌの水域１４を極めて細いレーザービーム拡
がり角（０，５ｍｒａｄ程度）をもって掃引照射し観測
を行なうものである。
を示す立面図及び平面図であり、第３図５において１１
は水面１２上りの高さにある陸地１３上の観測点で、こ
こから距離ｌの水域１４を極めて細いレーザービーム拡
がり角（０，５ｍｒａｄ程度）をもって掃引照射し観測
を行なうものである。
観測点１１より見た観測水域１４の縦方向の長さをａと
すれば、レーザービームの上下方向にａ 掃引すべき角度θａはθａ ＝ −（ｒ ａ ｄ ）と
１２＋ｈ２ して求められる。
すれば、レーザービームの上下方向にａ 掃引すべき角度θａはθａ ＝ −（ｒ ａ ｄ ）と
１２＋ｈ２ して求められる。
第３図すは観測水域１４を示す平面図であり、観測点１
１より見た横方向の長さをｂとすれば、レーザービーム
を水平方向に掃引す すべき角度θｂは、θｂ−ｔａｎ−’ （ｒ
ａｄ）７戸１］フ であり、１５はレーザビームを垂直及び水平に掃引した
照射ビーム光跡である。
１より見た横方向の長さをｂとすれば、レーザービーム
を水平方向に掃引す すべき角度θｂは、θｂ−ｔａｎ−’ （ｒ
ａｄ）７戸１］フ であり、１５はレーザビームを垂直及び水平に掃引した
照射ビーム光跡である。
極めて細いレーザービームを上下角θａ、左右角θｂに
掃引して水域１４を照射する方法は、テレスコープ４を
用いる方法に比し観測水域に到達するレーザー光のエネ
ルギー密度の向上がはかれるほか、結像板６に生じた波
浪映像を処理して水域１４内に生じた波浪映像の縞模様
パターンの間隔及び時間的変化等を計測処理するのに有
効である。
掃引して水域１４を照射する方法は、テレスコープ４を
用いる方法に比し観測水域に到達するレーザー光のエネ
ルギー密度の向上がはかれるほか、結像板６に生じた波
浪映像を処理して水域１４内に生じた波浪映像の縞模様
パターンの間隔及び時間的変化等を計測処理するのに有
効である。
第４図は第２の実症例を示すもので、レーザー光線１６
を単独波浪１Ｔに照射した状態を示す立面図であり、１
Ｂは波頂付近でレーザー光１６が波浪１７に接する接点
であり、１９はレーザー光に照射された波浪面の中央付
近の点、２０は波浪１７の直前にある波浪に接して進行
したレーザー光が波浪１７に当る点である。
を単独波浪１Ｔに照射した状態を示す立面図であり、１
Ｂは波頂付近でレーザー光１６が波浪１７に接する接点
であり、１９はレーザー光に照射された波浪面の中央付
近の点、２０は波浪１７の直前にある波浪に接して進行
したレーザー光が波浪１７に当る点である。
点１９について説明すると、空中より波浪中に透過する
レーザー光の量は入射点１９における入射角θｉに関係
し、第１の実症例と同様に透過光量に対応して水中浮遊
物等から後方散乱した水中散乱光量が観測点方向に戻る
こととなるので、観測点で得られる波浪映像強度は入射
角θｉに関係してくる。
レーザー光の量は入射点１９における入射角θｉに関係
し、第１の実症例と同様に透過光量に対応して水中浮遊
物等から後方散乱した水中散乱光量が観測点方向に戻る
こととなるので、観測点で得られる波浪映像強度は入射
角θｉに関係してくる。
第５図はこの関係を示すグラフ図であり、横軸は観測点
で得られる映像強度で、縦軸は波浪面の位置を表わして
いる。
で得られる映像強度で、縦軸は波浪面の位置を表わして
いる。
第４図における点１８では入射角が９０度であるから映
像強度は零であり、点２０では入射角が最小になるので
映像強度は最高になる。
像強度は零であり、点２０では入射角が最小になるので
映像強度は最高になる。
この関係を第５図の曲線２１が表している。
波高が高くなり波高と波長との比率、すなわち波形勾配
が大きくなると、点２０における入射角が小さくなるの
で映像強度は強くなり、第５図の符号２２のような曲線
が得られる。
が大きくなると、点２０における入射角が小さくなるの
で映像強度は強くなり、第５図の符号２２のような曲線
が得られる。
つまり単独波浪中の映像強度の変化率を測定することに
より波形勾配を知ることができる。
より波形勾配を知ることができる。
第１の実症例等の方法によって波長がわかれば波高を求
めることができる。
めることができる。
この場合の波長は観測点から放射状に引いた線上におけ
る波浪の波長であり、波浪進行方向に対する波長は別途
求めることができるものである。
る波浪の波長であり、波浪進行方向に対する波長は別途
求めることができるものである。
第２の実症例は単独波浪の観測映像から波高を求めるも
のであるから、レーザー光による照射水域が狭くてすむ
という特徴を有し、第１の実症例と相俟って波高測定精
度を向上させるのに有効である。
のであるから、レーザー光による照射水域が狭くてすむ
という特徴を有し、第１の実症例と相俟って波高測定精
度を向上させるのに有効である。
以上説明したように本発明によれば、航行船舶に障害を
与えることなく陸上等の固定点から比較的遠距離の任意
水面の波高を測定することができ、従来の目視観測法よ
りはるかに精度が高く観測の無人化が計れる利点がある
。
与えることなく陸上等の固定点から比較的遠距離の任意
水面の波高を測定することができ、従来の目視観測法よ
りはるかに精度が高く観測の無人化が計れる利点がある
。
またこの方式はレーザーで照射した水面波浪の映像を一
時記憶しておいて後刻処理することも可能であるから、
観測場所を船舶・航空機等の移動体として適用すること
も可能であり、ガラス製波板等の透明物質よりなる製品
の凹凸を遠隔計測するにも適用することができ、その応
用分野は広い。
時記憶しておいて後刻処理することも可能であるから、
観測場所を船舶・航空機等の移動体として適用すること
も可能であり、ガラス製波板等の透明物質よりなる製品
の凹凸を遠隔計測するにも適用することができ、その応
用分野は広い。
なお水面波高の測定に際し、風の影響等で水面表面が平
滑でない場合には、得られた波浪映像サンプルの平均化
をはかる画像処理技術を適用することによって、水面が
平滑化されたのと同一な効果をあげることができる。
滑でない場合には、得られた波浪映像サンプルの平均化
をはかる画像処理技術を適用することによって、水面が
平滑化されたのと同一な効果をあげることができる。
図面は本発明の実症例を示すもので、第１図ａは本発明
によるレーザー光による波高測定方式の原理的な説明図
、第１図す及びＣは観測映像の説明図、第２図ａ、ｂ、
ｃはいずれも同一観測水域内に生ずる列状波浪を示す平
面図、第３図はレーザー光を掃引照射する方法を示すも
ので、同図ａは立面図、同図すは平面図、第４図は第２
の実症例を示す立面図、第５図は映像強度と波浪面との
関係を示すグラフである。 ２・・・・・・水中散乱光発生領域、６−１ 、６−２
・・・・・・観測映像、２′・・・・・・縞、１０・・
・・・・列状波浪、１５・・・・・・レーザー光掃引照
射光跡。
によるレーザー光による波高測定方式の原理的な説明図
、第１図す及びＣは観測映像の説明図、第２図ａ、ｂ、
ｃはいずれも同一観測水域内に生ずる列状波浪を示す平
面図、第３図はレーザー光を掃引照射する方法を示すも
ので、同図ａは立面図、同図すは平面図、第４図は第２
の実症例を示す立面図、第５図は映像強度と波浪面との
関係を示すグラフである。 ２・・・・・・水中散乱光発生領域、６−１ 、６−２
・・・・・・観測映像、２′・・・・・・縞、１０・・
・・・・列状波浪、１５・・・・・・レーザー光掃引照
射光跡。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振され
るレーザー光を所定の拡がり角を持たせて照射するテレ
スコープと、該テレスコープからのレーザー光を受けた
物体からの反射光を受光する受光レンズと、該受光レン
ズによって受光された反射光を結像させる結像板とを備
え、前記テレスコープによって海面または河川水面の所
定領域に所定の角度でレーザー光を拡散照射し、得られ
る反射映像の縞の数又は映像強度によって波高を測定す
ることを特徴とするレーザー光による波高測定方式。 ２ テレスコープはレーザー光の拡がり角を任意に調節
可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のレーザー光による波高測定方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8885678A JPS5829845B2 (ja) | 1978-07-20 | 1978-07-20 | レ−ザ−光による波高測定方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8885678A JPS5829845B2 (ja) | 1978-07-20 | 1978-07-20 | レ−ザ−光による波高測定方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5516243A JPS5516243A (en) | 1980-02-04 |
| JPS5829845B2 true JPS5829845B2 (ja) | 1983-06-25 |
Family
ID=13954619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8885678A Expired JPS5829845B2 (ja) | 1978-07-20 | 1978-07-20 | レ−ザ−光による波高測定方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5829845B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0123170Y2 (ja) * | 1983-04-28 | 1989-07-17 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2619444B1 (fr) * | 1987-08-13 | 1992-04-17 | France Etat Armement | Dispositif de mesure ponctuelle de la hauteur d'une masse d'eau agitee, en particulier par la houle |
| WO2002008691A1 (de) * | 2000-07-21 | 2002-01-31 | Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von ein seegangsfeld in einem wellentank beschreibenden hydrographischen parametern |
| JP2010133802A (ja) * | 2008-12-03 | 2010-06-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 海上監視・捜索方法 |
| EP3006321A4 (en) * | 2013-05-31 | 2017-02-01 | Furuno Electric Co., Ltd. | Environment information detection device for ships, route setting device, environment information detection method for ships, and program |
| JP6785421B2 (ja) * | 2016-01-27 | 2020-11-18 | 国立大学法人千葉大学 | 波浪計測装置及び物標探知装置 |
-
1978
- 1978-07-20 JP JP8885678A patent/JPS5829845B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0123170Y2 (ja) * | 1983-04-28 | 1989-07-17 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5516243A (en) | 1980-02-04 |
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