(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
布設船の水底布設長尺体繰出部の近傍に設置されて、布設船の前記長尺体繰出部から繰り出されて水中に入水する水底布設長尺体を撮影するＴＶカメラと、前記ＴＶカメラにより撮影された水底布設長尺体の輪郭画像を処理して求められる輪郭表示線と水面画像を処理して求められる水面表示線がなす交差角度、前記輪郭表示線の水平線とのなす傾斜角度から前記水面表示線の水平線とのなす傾斜角度若しくは傾斜計で測定される傾斜角度を減算した角度、又は前記輪郭表示線の設定された基準線に対する傾斜角である水底布設長尺体の入水角を演算する画像解析装置とを備えてなる水底布設長尺体の入水角測定装置。
【請求項２】
布設船から繰り出されて水中に入水する水底布設長尺体の入水角を測定する請求項１に記載された構成の入水角測定装置と、水底布設長尺体が水底面に布設される箇所の水深を測定する測深器と、水底布設長尺体の入水角、水深及び水底布設長尺体の単位長さ当りの重量から、布設船の前記長尺体繰出部から繰り出されて水底面に着底するまでに水底布設長尺体に作用する張力及び水底布設長尺体のカテナリー形状を演算する計算機とを備え、水底布設長尺体の布設状態を監視する水底布設長尺体の布設状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底、水底ケーブル、送水、送油、送ガス管等の水底布設長尺体を水底面に布設する場合の水底布設長尺体の入水角測定装置及び布設状態監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水底ケーブル（海底ケーブルを含む）や送水管等の水底布設長尺体を水底面（海底面を含む）に故障なく安全に布設するためには、布設船の前記長尺体繰出部である、例えば、船尾シュータから繰り出された水底布設長尺体が水底面に着底するまでの区間において、水底布設長尺体の布設状態、即ち、水底布設長尺体に作用する張力及び水底布設長尺体のカテナリー形状（水中姿勢）を監視することが必要である。
【０００３】
この監視を行う有力な手段として、従来より、布設船から繰り出された水底布設長尺体が水中に入水する入水角を管理する方法が行われている。これは、水底布設長尺体の布設状態と入水角との間に下記のような因果関係があることに基いている。
即ち、水底布設長尺体に作用する張力が小さくなり過ぎると、前記入水角が大きくなって、水底布設長尺体が弛み、大きく湾曲したカテナリー形状になって、該長尺体にキンク（曲げ半径の小さい局部ループ状屈曲部）が発生し、長尺体を損傷させてしまうことになる。一方、水底布設長尺体に作用する張力が大きくなり過ぎると、前記入水角が小さくなって、水底布設長尺体が伸張し、湾曲の少ないカテナリー形状になって、該長尺体にくびれ、割れ等が発生し、最悪の場合には、破断させることになるからである。
このようなわけで、水底布設長尺体の布設状態が正常かどうかを監視する判断基準に、水底布設長尺体の入水角を測定する方法が用いられている。
【０００４】
従来の水底布設長尺体の入水角の測定方法は、人間の目視により行うか、または、布設船の水底布設長尺体繰出部の近傍に該長尺体に接触させる長尺体接触子を設置し、該長尺体接触子または布設船に、該長尺体接触子の揺動（傾斜）角度を測定する角度計等の測定機器を搭載してなる入水角測定装置（例えば、特開平１１−６３９０９号公報、特開昭５１−７０４８７号公報、特開昭６２−１３７５１２号等）を用いて行う方法が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前者の人間の目視による入水角の測定方法では、入水角を定量的に測定できない上に、測定者による個人差が生じて水底布設長尺体の入水角を正確に測定することができないという問題があった。
【０００６】
また、後者の測定装置を用いる方法では、長尺体接触子と水底布設長尺体との遊びや長尺体接触子及び測定機器の取付け部、内部機構のガタ、メカロス等に起因する測定誤差が大きく、測定精度が低くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は前記の問題を解決し、測定者による個人差が生じず、また、測定装置部品の遊び、ガタ、メカロス等に起因する測定誤差が生じず、水底布設長尺体の入水角を精度よく測定できるようにした水底布設長尺体の入水角測定装置及び
布設状態監視装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明の請求項１記載の水底布設長尺体の入水角測定装置は、布設船の水底布設長尺体繰出部の近傍に設置されて、布設船の前記長尺体繰出部から繰り出されて水中に入水する水底布設長尺体を撮影するＴＶカメラと、前記ＴＶカメラにより撮影された水底布設長尺体の輪郭画像を処理して求められる輪郭表示線と水面画像を処理して求められる水面表示線がなす交差角度、前記輪郭表示線の水平線とのなす傾斜角度から前記水面表示線の水平線とのなす傾斜角度若しくは傾斜計で測定される傾斜角度を減算した角度、又は前記輪郭表示線の設定された基準線に対する傾斜角である水底布設長尺体の入水角を演算する画像解析装置とを備えてなるものである。
【０００９】
このように、ＴＶカメラにより撮影された水底布設長尺体の輪郭画像を処理して求められる輪郭表示線と水面画像を処理して求められる水面表示線がなす交差角度、前記輪郭表示線の水平線とのなす傾斜角度から前記水面表示線の水平線とのなす傾斜角度若しくは傾斜計で測定される傾斜角度を減算した角度、又は前記輪郭表示線の設定された基準線に対する傾斜角から、水底布設長尺体の入水角を測定するようにしたので、測定者による個人差及び測定装置部品のガタ等による測定誤差を生じることがなく、水底布設長尺体の入水角を精度よく測定することが可能になる。
【００１０】
また、請求項２に記載された水底布設長尺体の布設状態監視装置は、布設船から繰り出されて水中に入水する水底布設長尺体の入水角を測定する請求項１に記載された構成の入水角測定装置と、水底布設長尺体が水底面に布設される箇所の水深を測定する測深器と、水底布設長尺体の入水角、水深及び水底布設長尺体の単位長さ当りの重量から、布設船の前記長尺体繰出部から繰り出されて水底面に着底するまでに水底布設長尺体に作用する張力及び水底布設長尺体のカテナリー形状を演算する計算機とを備え、水底布設長尺体の布設状態を監視するものである。
【００１１】
このような構成により、水底布設長尺体の入水角から、速やかに水底布設長尺体の張力及びカテナリー形状を演算で求めることが可能となり、水底布設長尺体の布設状態をタイムラグを生じることなく、正確に把握して監視することができる。従って、水底布設長尺体を布設する場合のトラブル事故が減少し、水底布設長尺体の布設工事作業の能率が向上し、工事期間が短縮され、工事費用が削減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係る水底布設長尺体の入水角測定装置の実施形態を図面により詳細に説明する。図１、２はこの入水角測定装置の設置状況及び概要を示すものである。本実施形態の入水角測定装置１０は、ＴＶカメラ１２と画像解析装置１４とを備えている。
ＴＶカメラ１２は布設船１６の水底布設長尺体繰出部である船尾シュータ１８の近傍に取付ブラケット１９により設置される。このＴＶカメラ１２は、図２のモニタ部１３の画面に表示するような、布設船１６の前記船尾シュータ１８から矢印方向に繰り出されて水中２０に入水する水底布設長尺体２２の姿勢と、水面２４とを撮影するようになっている。この水面は水域及び空域の境界面である水平線を含むものである。
画像解析装置１４は布設船１６に設置され、前記ＴＶカメラ１２により撮影され、伝送線２１で画像伝送された水底布設長尺体２２及び水面２４等の画像を処理演算することにより、図２のモニタ部１５の画面に表示するような、水底布設長尺体２２の入水角αを測定することができるように、コンピュータの演算回路が内蔵されている。
【００１３】
この画像解析装置１４を用いて前記水底布設長尺体２２の入水角αを測定するためには、図３に示すような該解析装置１４のモニタ部１５の画面において、水底布設長尺体２２の輪郭画像２６の上下両端又はその延長線上に上水平カーソル３０及び下水平カーソル３２が来るように、上下水平カーソル３０、３２をマウスポインタ（図示省略）により左右方向に移動させ、上下水平カーソルを通るように予め形成された輪郭表示線３４が前記輪郭画像２６に一致して重なるように調整する。
【００１４】
また、同様にして、モニタ部１５の画面において、水面画像２８の左右両端又はその延長線上に左垂直カーソル３６及び右垂直カーソル３８が来るように、左右垂直カーソル３６、３８をマウスポインタ（図示省略）により移動させ、左右垂直カーソル３６、３８を通るように予め形成された水面表示線４０が前記水面画像２８に一致して重なるように調整する。
【００１５】
このような操作を行うことにより、前記輪郭表示線３４は上水平カーソル３０と下水平カーソル３２のＸＹ軸方向の座標が定まって一次直線の方程式が決定され、また、水面表示線４０も左垂直カーソル３６と右垂直カーソル３８のＸＹ軸方向の座標が定まって一次直線の方程式が決定されて、それぞれ画像解析装置１４内の記憶回路に記憶される。
そして、画像解析装置１４にプログラムされた数値演算ソフトにより関数演算回路を作動させ、前記輪郭表示線３４と水面表示線４０、即ち、前記水底布設長尺体２２の輪郭画像２６と水面画像２８がなす交差角度である水底布設長尺体２２の入水角αを演算して精度よく測定することができる。
【００１６】
本実施形態の測定装置１０によると、布設船１６が傾斜して、ＴＶカメラ１２が傾き、画像解析装置１４のモニタ部１５に表示される画像が布設船１６、ＴＶカメラ１２の傾き分傾斜しても、測定誤差を生じることなく、精度のよい入水角αの測定が可能になる。
なお、図１において、４２は水底布設長尺体２２が布設（埋設を含む）される水底面、４４は布設船１６上に設置され、水中に向けて繰り出される水底布設長尺体２２に制動をかけて、水底布設長尺体２２の布設速度を制御する無限軌道式の制動装置である。
【００１７】
図４に示すものは、ＴＶカメラ１２に傾斜計１７を取り付けて水底布設長尺体２２の入水角αを測定する入水角測定装置１１の実施形態を示すものである。
布設船１６が傾斜すると、ＴＶカメラ１２も傾斜する。例えば、図示のように、傾斜（傾斜角度β）する。ＴＶカメラ１２がこのように傾斜した状態で、水底布設長尺体２２の姿勢及び水面２４等を撮影すると、ＴＶカメラ１２のモニタ部１３及び画像解析装置１４のモニタ部１５のこれら画像（映像）も傾斜して表示される。このような場合、図４に示すように、輪郭表示線３４の画面上の水平線とのなす角度θ及び水面表示線４０の画面上の水平線とのなす傾斜角度βを各々求め、角度θ−角度βにより、入水角αを求めることができる。
【００１８】
ところで、本実施形態のように、ＴＶカメラ１２に傾斜計１７が取り付けられている場合には、図５に示すように、水面画像２８、即ち、水面表示線４０の傾斜角度はＴＶカメラ１２の傾斜計１７で測定された傾斜角度βにほぼ一致する。そうすると、水面表示線４０の一次直線の方程式を決定してその傾斜角度βをわざわざ求めることをしないで、傾斜計１７で測定される傾斜角度βで代用することが可能になる。
従って、本実施形態の測定装置を利用すると、水底布設長尺体２２の輪郭画像２６、即ち、輪郭表示線３４の一次直線の方程式を決定し、その直線の画面上の水平線とのなす角度θを演算で求め、これより傾斜計１７で得られた傾斜角度βを減算することにより、水底布設長尺体２２の入水角α（α＝θ−β）を演算して求めることも可能になる。このように、本実施形態の装置によると、入水角αの測定の手間が省けて簡単になる利点を有する。
【００１９】
前記２実施形態では、ＴＶカメラ１２として通常の映像用カメラを用いたが、ＩＴＶカメラ（工業用カメラ）を用いてもよい。この場合は、該カメラで撮影された画像を画像処理することにより、Ｘ軸、Ｙ軸方向へマトリックス状に多数の画素に分割し、且つ、閾値を用いて所定レベル以上の画素信号である少なくとも水底布設長尺体の輪郭画像を２値化処理して抽出し、この２値化画像から、水底布設長尺体の輪郭表示線を求めて、設定された基準線に対する傾斜角から入水角αを演算により測定する構成にしてもよい。
【００２０】
本発明に係る前記水底布設長尺体２２の入水角測定装置１０、１１を用いて水底布設長尺体２２の入水角αを精度よく迅速に測定できるようになると、この測定データ等を用いて、水底布設長尺体２２の布設状態、即ち、張力及びカテナリー形状が正常であるかどうかを容易に監視することができる。
【００２１】
水底布設長尺体２２に作用する張力及びカテナリー形状は下記の演算式によって求めることができる。その演算式を図６を参照しながら説明する。ここで、
Ｈ：残留張力（水底面４２に着底する箇所での該長尺体２２に作用する張力）
（求める値）
Ｔ：船上張力（求める値）
ｌ：着底長（求める値）
Ｌ：水底布設長尺体２２のカテナリー長（求める値）
α：水底布設長尺体２２の入水角（測定）
ｄ：水深（測定）
Ｗ：水底布設長尺体２２の単位長さ（ｍ）当りの重量（既知）
とし、水底布設長尺体２２が十分に柔軟性があるものと仮定すると、水底布設長尺体２２のカテナリー形状の基本式は、下記の通り表すことができる。
【００２２】
【数１】
0003604320.tif 000002
【数２】
0003604320.tif 000003
【数３】
0003604320.tif 000004
【００２３】
また、入水角α、船上張力Ｔは、
【数４】
0003604320.tif 000005
で表すことができる。
【００２４】
以上の式を用い、布設船上の計算機（コンピュータ）で演算（計算）を行なうことにより、前記入水角測定装置１０、１１で測定した入水角α、測深機で測定された水深ｄから船上張力Ｔ及び残留張力Ｈを求めることが可能である。
また、同時に水中２０における水底布設長尺体２２のカテナリー形状を求めることができ、後記するように計算機（コンピュータ）で演算してその画面に表示することができる。次に具体的な計算式を求める。
【００２５】
先ず、▲４▼式を変形すると、
【数５】
0003604320.tif 000006
▲３▼式のｌに▲２▼式を代入すると、
【数６】
0003604320.tif 000007
この▲６▼、▲７▼を連立方程式としてＨについて解くと、
【数７】
0003604320.tif 000008
となり、この式▲８▼により測定された入水角α及び水深ｄから残留張力Ｈを求めることができる。
【００２６】
また、ここで、求めた残留張力Ｈを以下の▲５▼式に代入することにより、船上張力Ｔも求めることが可能である。
【数８】
0003604320.tif 000009
【００２７】
一方、▲１▼式を変形することにより、
【数９】
0003604320.tif 000010
【００２８】
となって、ｘの関数ｆ（ｘ）が着底点を原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）とする水底布設長尺体２２のカテナリー形状となり、画面上に水底布設長尺体２２のカテナリー形状を表示することができる。
【００２９】
次に、これらの演算式を利用した本発明に係る水底布設長尺体の布設状態監視装置４６の構成を説明する。
この装置は、図７、８、９に示すように、布設船１６から繰り出されて水中に入水する水底布設長尺体２２の入水角αを測定する入水角測定装置１０、１１（図２、４参照）と、水底布設長尺体２２が水底面４２に布設される箇所の水深を測定する測深器、例えば、超音波測深器４８（図８参照）、布設船測位装置５０を利用する水深演算器５２と、水底布設長尺体２２の入水角α、水深ｄ及び水底布設長尺体２２の単位長さ当りの重量Ｗから、布設船１６の前記船尾シュータ１８（長尺体繰出部）から繰り出されて水底面４２に着底するまでに水底布設長尺体２２に作用する張力、例えば、残留張力Ｈ、船上張力Ｔ及び水底布設長尺体２２のカテナリー形状ｆ（ｘ）を演算する計算機５４とを備えている。
【００３０】
前記測深器として、図８に示す超音波測深器４８は布設船１６に設置されており、水面２４近くの水中２０に測深器センサー４８Ａを入れて、ここから水中に超音波パルス信号を発信させ、該信号を水底面４２で反射させて測深器センサー４８Ａで受信するまでに要する時間を測定することにより、水深ｄを求める構成のものである。
また、図９に示す測深器は、地球の人工衛星であるＧＰＳ衛星（図示せず）からの電波を布設船１６に設置した布設船測位装置５０で受信して、布設船１６の長尺体布設位置を測定し、この位置データと水深演算器５２に予め入力させた布設船位置及び水深の調査データとを照合させることにより、長尺体布設箇所における水深ｄを求める構成のものである。
上記２種類の測深器は布設現場の状況、地理的な条件等に基づいて適宜選択して用いる。両測深器を用いて水深ｄを測定すれば、測定精度を向上させることができる。
【００３１】
この監視装置４６を用いて、水底布設長尺体２２の布設状態である張力及びカテナリー形状を求める場合には、カテナリー形状ｆ（ｘ）を演算で求める計算機５４に、水底布設長尺体２２の入水角測定装置１０、１１で測定された水底布設長尺体２２の入水角α、水底布設長尺体２２の単位長さ当りの重量Ｗ、超音波測深器４８若しくは水深演算器５２又は両測深器により測定された水深ｄを入力する。
【００３２】
次に計算機５４で、水底布設長尺体２２の残留張力Ｈの演算を行い、残留張力Ｈを求める。次に、船上張力Ｔの演算式で船上張力Ｔを求める。次に、カテナリー形状ｆ（ｘ）の演算式で該カテナリー形状を求める。
【００３３】
このようにして求めた演算データ、形状を計算機５４のＣＲＴ画面に表示する（図８、９参照）。この結果に基づいて、現在の水底布設長尺体の布設状態が正常かどうか判断し、異常な場合は布設船１６の走行速度、水底布設長尺体２２の繰出速度（布設速度）等の制御を行うと共に、前記入水角α、残留張力Ｔ等の測定、演算操作を繰り返し、水底布設長尺体２２の布設状態を監視する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の水底布設長尺体の入水角測定装置によると、ＴＶカメラにより撮影された水底布設長尺体の輪郭画像を処理して求められる輪郭表示線と水面画像を処理して求められる水面表示線がなす交差角度、前記輪郭表示線の水平線とのなす傾斜角度から前記水面表示線の水平線とのなす傾斜角度若しくは傾斜計で測定される傾斜角度を減算した角度、又は前記輪郭表示線の設定された基準線に対する傾斜角から、水底布設長尺体の入水角を測定するようにしたので、測定者による個人差及び測定装置部品のガタ等による測定誤差を生じることがなく、水底布設長尺体の入水角を精度よく測定することが可能になる。
【００３５】
請求項２に記載された水底布設長尺体の布設状態監視装置によると、布設船から繰り出されて水中に入水する水底布設長尺体の入水角を測定する請求項１に記載された構成の入水角測定装置と、水底布設長尺体が水底面に布設される箇所の水深を測定する測深器と、水底布設長尺体の入水角、水深及び水底布設長尺体の単位長さ当りの重量から、布設船の前記長尺体繰出部から繰り出されて水底面に着底するまでに水底布設長尺体に作用する張力及び水底布設長尺体のカテナリー形状を演算する計算機とを備えるので、水底布設長尺体の入水角から、速やかに水底布設長尺体の張力及びカテナリー形状を演算で求めることが可能となり、水底布設長尺体の布設状態をタイムラグを生じることなく、正確に把握して監視することができる。従って、水底布設長尺体を布設する場合のトラブル事故が減少し、水底布設長尺体の布設工事作業の能率が向上し、工事期間が短縮され、工事費用が削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水底布設長尺体の入水角測定装置の設置状況を示す図である。
【図２】本発明に係る前記入水角測定装置の実施形態を示す概要図である。
【図３】図２の入水角測定装置において、画像解析装置のモニタ部の画面を示す図である。
【図４】本発明に係る水底布設長尺体の入水角測定装置の他の実施形態を示す概要図である。
【図５】図４の入水角測定装置のおいて、画像解析装置のモニタ部の画面を示す図である。
【図６】水底布設長尺体に作用する張力及びカテナリー形状を演算するための説明図である。
【図７】本発明に係る水底布設長尺体の布設状態監視装置の概要を示すフローシートである。
【図８】図７に示す測深器が超音波測深器の場合の概要図である。
【図９】図７に示す測深器が布設船測位装置を利用した水深演算器の場合の概要図である。
【符号の説明】
１０    水底布設長尺体の入水角測定装置
１１    水底布設長尺体の入水角測定装置
１２    ＴＶカメラ
１３    モニタ部
１４    画像解析装置
１５    モニタ部
１６    布設船
１７    傾斜計
１８    船尾シュータ
１９    取付ブラケット
２０    水中
２１    伝送線
２２    水底布設長尺体
２４    水面
２６    輪郭画像
２８    水面画像
３０    上水平カーソル
３２    下水平カーソル
３４    輪郭表示線
３６    左垂直カーソル
３８    右垂直カーソル
４０    水面表示線
４２    水底面
４４    制動装置
４６    布設状態監視装置
４８    超音波測深器
４８Ａ  測深器センサー
５０    布設船測位装置
５２    水深演算器
５４    計算機
【図１】
0003604320.tif 000011
【図２】
0003604320.tif 000012
【図３】
0003604320.tif 000013
【図４】
0003604320.tif 000014
【図５】
0003604320.tif 000015
【図６】
0003604320.tif 000016
【図７】
0003604320.tif 000017
【図８】
0003604320.tif 000018
【図９】
0003604320.tif 000019