(57)【要約】【課題】  曳航体が目標深度に位置するように安定して制御できる深度制御方法を提供すること。【解決手段】  船舶によって曳航する曳航体において、前記曳航体の目標速度３と目標深度２とに基いて、この曳航体を曳航する設定ロープ長１５と設定船速１４とを操作して、曳航体が目標深度２に位置するように制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶で曳航する曳航体の深度制御方法であって、
前記曳航体の目標速度と目標深度とに基いて、該曳航体を曳航する設定ロープ長と設定船速とを操作して該曳航体が目標深度に位置するように制御することを特徴とする曳航体の深度制御方法。
【請求項２】
前記設定船速を優先的に補正して、前記曳航体の対水速度を前記目標速度に保ちながら前記曳航体が目標深度に位置するように制御する請求項１に記載の曳航体の深度制御方法。
【請求項３】
前記設定ロープ長を優先的に補正して、前記曳航体の対地速度を前記目標速度に保ちながら前記曳航体が目標深度に位置するように制御する請求項１に記載の曳航体の深度制御方法。
【請求項４】
前記曳航体の対水速度に上限値と下限値とを設定し、曳航体の対水速度が該上限値と下限値との間に入るように前記設定ロープ長と設定船速とを操作する請求項１〜３のいずれか１項に記載の曳航体の深度制御方法。
【請求項５】
船舶で曳航する曳航体の深度制御装置であって、
前記曳航体の目標速度と目標深度とを入力する入力部を備え、
該入力部で入力した値に基いて、前記曳航体を曳航する設定ロープ長と設定船速とを操作して該曳航体が目標深度に位置するように制御する制御装置を設けたことを特徴とする曳航体の深度制御装置。
【請求項６】
前記設定船速を優先的に補正する優先補正制御部を設け、該優先補正制御部の設定値に基いて前記曳航体の対水速度を前記目標速度に保つように制御する機能を前記制御装置に備えさせた請求項５に記載の曳航体の深度制御装置。
【請求項７】
前記設定ロープ長を優先的に補正する優先補正制御部を設け、該優先補正制御部の設定値に基いて前記曳航体の対地速度を前記目標速度に保つように制御する機能を前記制御装置に備えさせた請求項５に記載の曳航体の深度制御装置。
【請求項８】
前記曳航体の対水速度に上限値と下限値とを設定する上下限設定部を設け、該上下限設定部で設定した上限値と下限値との間に前記曳航体の対水速度が入るように前記設定ロープ長と設定船速とを操作する機能を前記制御装置に備えさせた請求項５〜７のいずれか１項に記載の曳航体の深度制御装置。
【請求項９】
前記曳航体がトロール網であり、前記船舶がトロール船である請求項５〜８のいずれか１項に記載の曳航体の深度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トロール船のトロール網や海洋調査船の水中観測器等、自身でアクチュエータを持たない水中の曳航体を目標深度に制御する深度制御方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、トロール船のトロール網や海洋調査船の水中観測器等（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、これら水中を曳航するものを総称して、「曳航体」という。）は、船舶によって曳航されている。このような曳航体は、船舶から繰り出されたロープ（この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「ロープ」は、綱、ワイヤロープ等の「索」を全て含む。）で水中を曳航されている。以下、このような曳航体として、トロール船によって曳航されるトロール網を例にして説明する。
【０００３】
図５は、トロール船によって曳航されるトロール網の一例を示す概略平面図である。図示するように、前記トロール網５１は、トロール船５２（船舶）に設けられたウインチ５３Ｌ，５３Ｒから繰り出されたロープ５４Ｌ，５４Ｒによって曳航されている。このロープ５４Ｌ，５４Ｒは、ウインチ５３Ｌ，５３Ｒによって所定の繰り出し／巻き込み速度に制御されている。ウインチ５３Ｌ，５３Ｒは、一般的に油圧駆動のアクチュエータ５５Ｌ，５５Ｒによって駆動されている。
【０００４】
また、トロール網５１の場合、通常、その前面を開くための拡網具５６Ｌ，５６Ｒ（以下、「オッターボード」という。）を介してトロール船５２によって曳航されている。オッターボード５６Ｌ，５６Ｒは、水流を受けてトロール網５１の網口を開くような力を発生させる形状となっている。このオッターボード５６Ｌ，５６Ｒをトロール船５２から繰り出されたロープ５４Ｌ，５４Ｒで曳くことにより、トロール網５１は網口が開いた状態を保ちながら曳航される。
【０００５】
このトロール網５１を、トロール船５２に設けられた魚群探知機等で探知された魚群等に近づける場合、トロール網５１の深度を圧力センサ等によって監視しながら、トロール網５１が目標深度に近づくようにウインチによるロープの繰り出し／巻き込み操作を行って深度制御をしている。
【０００６】
この種の従来技術として、無人潜水機を曳航するロープを繰り出すウインチの制御精度を高めるために、制御係数とロープ繰り出し速度とロープ長と伝達速度とにより算出される応答遅れ時間、設定深度信号、深度情報を制御装置に入力し、この制御装置で算出された補正信号によってウインチを制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−２１６５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の曳航体の深度制御方法には、ウインチによるロープの繰り出し／巻き込み操作を自動制御してロープ長を一定にする方法がある。しかし、この方法の場合、ロープ長の制御のみを自動化しており、船速まで含めた自動制御は行われていない。しかも、例えば、前記トロール網５１の場合、前面の網口をオッターボード５６Ｌ，５６Ｒによって開いているが、このオッターボード５６Ｌ，５６Ｒは、対水速度が下がると揚力を失ってトロール網５１の網口を開く機能を失ってしまう。その上、オッターボード５６Ｌ，５６Ｒは、一度揚力を失うと適切な姿勢とならずにその後に対水速度が上がっても網口を開くことができないものである。そのため、トロール網５１を曳航する場合には、対水速度を所定範囲に保ちながら曳航する必要がある。
【０００８】
しかしながら、このようなトロール網５１の深度制御は、ロープの繰り出し／巻き込み操作に応じて網の対水速度が変わるのを防ぐために、操船者が手動で船速を調整しており、操船者の経験や技量に頼る熟練を要する操船が必要である。そのため、安定した操船は難しく、その上、このように操船者の経験や技量に頼る操船が省力化の妨げにもなっている。
【０００９】
このようなことから、操船者の経験や技量に頼ることなく、曳航体を目標深度に安定して位置させることができる深度制御方法や装置が切望されている。
【００１０】
なお、前記特許文献１に記載された発明の場合、曳航速度を一定にしてウインチから繰り出し／巻き込みを行うロープの長さ変化が無人潜水機の深度変化として現れる応答遅れを補正信号で制御しようとするものであり、本発明のように曳航体の対水速度に制限がある場合には適用が難しい。
【００１１】
そこで、本発明は、曳航体の対水速度を一定範囲内に保ちながら、その曳航体が目標深度に位置するように安定して制御できる深度制御方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明に係る曳航体の深度制御方法は、船舶で曳航する曳航体の深度制御方法であって、前記曳航体の目標速度と目標深度とに基いて、該曳航体を曳航する設定ロープ長と設定船速とを操作して該曳航体が目標深度に位置するように制御する。これにより、操作で曳航体が目標深度に位置するように正確に制御することができ、安定した深度制御が可能となる。
【００１３】
また、前記設定船速を優先的に補正して、前記曳航体の対水速度を前記目標速度に保ちながら前記曳航体が目標深度に位置するように制御してもよい。このようにすれば、前記曳航体の対水速度を一定に保つことができる。
【００１４】
さらに、前記設定ロープ長を優先的に補正して、前記曳航体の対地速度を前記目標速度に保ちながら前記曳航体が目標深度に位置するように制御してもよい。このようにすれば、前記曳航体の対地速度を一定に保つことができる。
【００１５】
また、前記曳航体の対水速度に上限値と下限値とを設定し、曳航体の対水速度が該上限値と下限値との間に入るように前記設定ロープ長と設定船速とを操作するようにしてもよい。このようにすれば、曳航体の対水速度が、設定した上限値と下限値との間に入るように、設定ロープ長と設定船速との操作による深度制御を行うことができる。
【００１６】
一方、本発明に係る曳航体の深度制御装置は、船舶で曳航する曳航体の深度制御装置であって、前記曳航体の目標速度と目標深度とを入力する入力部を備え、該入力部で入力した値に基いて、前記曳航体を曳航する設定ロープ長と設定船速とを操作して該曳航体が目標深度に位置するように制御する制御装置を設けている。この装置によっても、操作で曳航体が目標深度に位置するように正確に制御することができ、安定した深度制御が可能となる。
【００１７】
また、前記設定船速を優先的に補正する優先補正制御部を設け、該優先補正制御部の設定値に基いて前記曳航体の対水速度を前記目標速度に保つように制御する機能を前記制御装置に備えさせてもよい。この装置によれば、前記曳航体の対水速度を一定に保つことができる。
【００１８】
さらに、前記設定ロープ長を優先的に補正する優先補正制御部を設け、該優先補正制御部の設定値に基いて前記曳航体の対地速度を前記目標速度に保つように制御する機能を前記制御装置に備えさせてもよい。この装置によれば、前記曳航体の対地速度を一定に保つことができる。
【００１９】
また、前記曳航体の対水速度に上限値と下限値とを設定する上下限設定部を設け、該上下限設定部で設定した上限値と下限値との間に前記曳航体の対水速度が入るように前記設定ロープ長と設定船速とを操作する機能を前記制御装置に備えさせてもよい。この装置によれば、曳航体の対水速度が、設定した上限値と下限値との間に入るように、設定ロープ長と設定船速との制御による深度制御を行うことができる。
【００２０】
その上、前記曳航体がトロール網であり、前記船舶がトロール船であれば、トロール網の対水速度を保ちながら、そのトロール網を魚群の深度まで制御することが安定してできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上説明したような手段により、曳航体が目標深度に安定して位置するように制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る深度制御装置の主要構成を示すブロック図である。図２は、図１に示すブロック図のトロール網対水速度制限ロジックの一例を示すブロック図、図３は、図１に示す深度制御装置における各制御パラメータを選択する設定画面の一例を示す正面図、図４は、図１に示す深度制御装置における深度制御方式の深度とロープ長と速度（対水速度）との関係を３次元的に示す線図である。この実施の形態でも、曳航体としてトロール船で曳航されるトロール網を例に説明する。実深度４は、圧力センサを用いて網口中央部の水面からの深度が計測されている。また、目標深度２は、この実施の形態では、トロール船５２を例にしているので、魚群探知機で探知した魚群の深度位置としている。なお、以下の説明において、前記図５に示す構成と同一の構成には同一符号を付して説明する。
【００２３】
以下に説明する実施の形態は、図１のブロック図に基いて、オペレータからトロール網５１の目標深度２と目標速度３とが与えられたときに、トロール網５１の実深度４をフィードバックして、船速指令、ロープ速度指令を自動変更する制御とする。また、船速およびロープ速度は、既存の船速制御器およびロープ速度制御器により指令値に自動制御されるものとする。
【００２４】
図１に示すように、深度制御装置１には、目標深度２と目標速度３とが入力され、これらの目標深度２と目標速度３とに基いて、以下のように制御される。
【００２５】
まず、オペレータが入力した目標深度２と目標速度３とから、一般的な、静的な釣り合い状態でのトロール網深度、曳航速度に対するロープ長の関係式に基づくトロール網の静的モデル５により、目標ロープ長６が求められる。なお、この目標ロープ長６は、前記トロール網の静的モデル５を使用せずに、図のＡ位置からオペレータが直接入力するようにしてもよい。
【００２６】
また、前記目標深度２は、フィードバックされた実深度４と比較部７で比較され、その比較された深度偏差８からＰＩ制御９によって補正量が計算されて制御操作量１０として出力される。この制御操作量１０は、加算部１３で深度制御装置１に入力された目標深度２に加えられ、補正後深度設定値１１として出力される。
【００２７】
そして、前記目標速度３と、前記目標ロープ長６とから、静的な釣り合い状態での曳航速度、ロープ長に対するトロール網５１の深度の関係式に基づくトロール網の静的モデル１２によって基準深度４６（図４参照）を求め、この基準深度４６が前記補正後深度設定値１１と一致するように、目標速度３と目標ロープ長６とを補正した設定船速１４と設定ロープ長１５とが求められる。
【００２８】
この静的モデル１２による目標速度３と目標ロープ長６との補正は、船速を優先させて補正するか、ロープ長を優先させて補正するかの補正割合（深度制御方式１８：Control Method（後述））をオペレータが設定することができる。この補正割合の設定により、例えば、ロープ長を大きく補正する深度制御や、船速を大きく補正する深度制御を選択することが可能となり、深度制御のために前記設定船速１４と設定ロープ長１５とのいずれを優先させるかを選択できる。
【００２９】
そして、これらの設定船速１４と設定ロープ長１５とは、トロール網５１の対水速度制限ロジック２０（後述）を介して、船速制御器（主プロペラ、スラスタ等の推進機の制御器（図示略））に船速指令１６として出力されるとともに、ロープ速度制御器（油圧モータ等の駆動機の制御器（図示略））にロープ速度指令１７として出力される。これら船速指令１６とロープ速度指令１７とにより、トロール網５１の深度制御が行われる。
【００３０】
前記ロープ速度指令１７による制御としては、例えば、ロープ速度制御器が、図５に示すように、ロープ５４Ｌ，５４Ｒの繰り出し／巻き込みを油圧駆動のアクチュエータ５５Ｌ，５５Ｒで回転させるウインチ５３Ｌ，５３Ｒで行う場合、そのウインチで繰り出し／巻き込みをするロープ速度指令となる。このロープ速度指令によって繰り出し／巻き込みされるロープ５４Ｌ，５４Ｒが、前記設定ロープ長１５と一致するように制御される。
【００３１】
図２は前記トロール網の対水速度制限ロジック２０の一例である。この対水速度制限ロジック２０では、前記設定船速１４が、対水速度の上限値（Ｖｈ＋ｗ）と下限値（Ｖｌ＋ｗ）とが設定された上下限器２１（上下限設定部）に入力される。また、設定ロープ長１５は、実ロープ長２２と比較され、そのロープ長偏差２３からＰ制御２４によって補正量が計算されて前記上下限器２１に出力されるとともに、前記ロープ速度指令１７として出力される。
【００３２】
ここで、ロープ速度をｗ（繰り出し方向は正／巻き込み方向は負）、対地船速をＶｓとしたとき、トロール網対水速度Ｖｎは、近似的にＶｎ≒Ｖｓ−ｗとすることができるので、トロール網対水速度に上限Ｖｈ、下限Ｖｌが与えられたときの対地船速Ｖｓは、［Ｖｌ＋ｗ≦Ｖｓ≦Ｖｈ＋ｗ］の範囲に制限すればよいことになる。
【００３３】
また、前記上下限器２１に出力されたロープ長偏差２３から計算された補正量は、トロール網５１の対水速度が所定範囲（上限値（Ｖｈ＋ｗ）、下限値（Ｖｌ＋ｗ））から外れないように、前記船速指令１６の制御に利用される。
【００３４】
図３に示すように、前記深度制御装置１には、前記設定船速１４と設定ロープ長１５とを予め設定できる設定画面３０が設けられている。この設定画面３０は、モニタ等に表示されたものである。
【００３５】
設定画面３０の上部には目標速度３を入力する速度設定部３１があり、下部には目標深度２を入力する深度設定部３３がある。速度設定部３１は、上下ボタン３２またはテンキーボードで直接、速度（knot）を入力することができ、深度設定部３３は上下ボタン３４またはテンキーボードで直接、深度（ｍ）を入力することができる。
【００３６】
速度設定部３１の下方には、目標ロープ長６の自動選択ボタン３５と手動選択ボタン３６とが設けられており、目標ロープ長６を自動で選択するか手動で選択するかを選ぶことができるようになっている。手動選択ボタン３６を選択することにより、目標ロープ長６を上下ボタン３７で直接数値入力することができる。この目標ロープ長６の手動選択が、前記図１のＡ位置においてオペレータが目標ロープ長６を直接入力する場合である。
【００３７】
また、これらの選択ボタン３５，３６の下方には、深度制御時に、船速を優先させて補正制御するか、ロープ長を優先させて補正制御するかを選択する優先補正制御部３８が設けられている。この優先補正制御部３８は、ポインタ３９の位置を速度補正優先側４０かロープ長補正優先側４１のいずれかにスライドさせることにより、優先して補正させる側の補正割合を増減することができる。この優先補正制御部３８によって選択する補正割合が、前記深度制御方式１８における補正割合であり、静的モデル１２で求められる設定船速１４と設定ロープ長１５との補正割合を選択できるようになっている。例えば、ロープ長を大きく変化させたくない場合、速度補正優先側４０にポインタ３９をスライドさせることにより、ロープ長を大きく変化させることなく船速変化によってトロール網５１の深度制御を行うことができる。逆に、ロープ長補正優先側４１にポインタ３９をスライドさせることにより、船速を大きく変化させることなくロープ長変化によってトロール網５１の深度制御を行うことができる。
【００３８】
つまり、この優先補正制御部３８（深度制御方式１８）による補正割合の選択が、船速補正優先側４０の場合、深度、網対水速度に対するロープ長の関係式に従ってロープが繰り出され、船速を操作することにより深度制御が行われる。この場合、整定状態では、関係式が正確という前提で曳航体対水速度が目標速度と等しくなる。逆に、ロープ長補正優先側４１の場合、対地船速を設定速度に固定し、ロープ長を操作することにより深度制御が行われる。この場合、整定状態では、関係式が正確という前提で曳航体対地速度が目標速度と等しくなる。そして、船速補正優先側４０とロープ長補正優先側４１との中間の場合、これら船速補正優先とロープ長補正優先の中間的な制御になる。
【００３９】
このようにして各設定値を入力する設定画面３０は、各項目を設定した後に［ＯＫ］をクリックすることにより、それらの設定値が深度制御装置１の記録部に記録される。この設定画面３０は一例であり、図示する項目を減らしても、他の項目を追加してもよい。
【００４０】
図４は、前記トロール網５１、オッターボード５６Ｌ，５６Ｒ等の重量と、抵抗係数等に基いて公知の計算式により、曳航体の深度の深浅と、前記ロープ長の長短と、前記速度の遅速と、の関係を求めて図示したものである。この図に基いて、トロール網５１の深度の深浅と、ロープ長の長短と、速度の遅速と、の関係を以下に説明する。
【００４１】
トロール網５１の深度とロープ長と速度との関係は、前記図１の目標速度３と目標ロープ長６とから決定した曲面上の点４６（前記静的モデル１２で求めた基準深度４６）に対して、これが補正後深度設定値１１と一致するように、矢印４２または矢印４３の方向に速度とロープ長とを補正するものである。図示する矢印４４は、ロープ長補正優先制御の場合に変更する方向（速度固定）であり、矢印４５は、速度補正優先制御の場合に変更する方向（ロープ長固定）である。これらの矢印４４，４５の間の前記矢印４２、４３で示す方向が、深度制御（補正）される方向を示している。
【００４２】
図の左上方向の矢印４２が、トロール網５１が浅くなるように補正する方向であり、図の右下方向の矢印４３が、トロール網５１が深くなるように補正する方向である。これらの矢印４２，４３の方向に制御されるが、前記優先させる補正割合（深度制御方式１８）の設定によって、矢印４４に近づくか、矢印４５に近づくかが調整可能となっている。例えば、補正割合が速度固定のロープ長補正優先の場合には、ロープ長の長短方向に示す矢印４４に近い位置で制御され、ロープ長固定の速度補正優先の場合には、速度の遅速方向に示す矢印４５に近い位置で制御される。これらの機能は、深度制御装置１に備えられている。
【００４３】
以上のように構成された曳航体の深度制御装置１によれば、以下のようにして目標深度２にトロール網５１の位置を制御することができる。まず、図３に示す深度制御装置１の設定画面３０にて、目標深度２と、目標速度３と、目標ロープ長６の設定を自動か手動かのいずれにするかの選択と、深度制御に速度またはロープ長のいずれを、どの程度優先させるかを優先補正制御部３８で設定する。
【００４４】
目標ロープ長６を自動設定にした場合、トロール網５１を曳航することにより、前記目標深度２と目標速度３に対する目標ロープ長６が静的モデル５で求められ、その目標ロープ長６と目標深度２が実深度４で補正された補正後深度設定値１１と目標速度３とによって設定船速１４と設定ロープ長１５とが静的モデル１２で求められ、これら設定船速１４と設定ロープ長１５とがトロール網対水速度制限ロジック２０を介して船速指令１６とロープ速度指令１７として出力され、トロール網５１が目標深度２に位置するように制御される。
【００４５】
トロール網５１の深度が浅くなるように補正する場合、図４の左上向きの矢印４２の方向に制御され、速度が速くなり、ロープ長が短くなる。トロール網５１の深度が深くなるように補正する場合、図４の右下向きの矢印４３の方向に制御され、速度が遅くなり、ロープ長が長くなる。また、前記優先補正制御部３８による補正割合の設定が、ロープ長補正優先の場合は、矢印４４に近い制御となって、ロープ長は大きく変化するが速度の変化は小さい制御となる。速度補正優先の場合は、矢印４５に近い制御となって、速度は大きく変化するがロープ長の変化は小さい制御となる。
【００４６】
このようにして、設定ロープ長１５と設定船速１４とを制御して、トロール網５１が目標深度２に位置するように安定して制御することが可能となる。
【００４７】
なお、前記実施の形態では、トロール船５２によって曳航されるトロール網５１を例に説明したが、観測機器を曳航して海底の形状等を観測したい場合等も、観測機器で観測したい深度を目標深度２として設定し、その目標深度２に観測機器を制御することも同様に可能であり、曳航する曳航体は他の曳航体であってもよく、前記実施の形態に限定されるものではない。
【００４８】
また、前記実施の形態では、曳航体としてトロール網を例に説明したが、水中探査機器等の曳航体でも同様に制御することができ、曳航体は前記実施の形態に限定されるものではない。
【００４９】
さらに、前述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る曳航体の深度制御方法は、水中を曳航する曳航体を目標深度で曳航する操船を自動化したい船舶に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る深度制御装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すブロック図のトロール網対水速度制限ロジックの一例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す深度制御装置における各制御パラメータを選択する設定画面の一例を示す正面図である。
【図４】図１に示す深度制御装置における深度制御方式の深度とロープ長と速度（対水速度）との関係を３次元的に示す線図である。
【図５】トロール船によって曳航されるトロール網の一例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…深度制御装置
２…目標深度
３…目標速度
４…実深度
５…静的モデル
６…目標ロープ長
８…深度偏差
１０…制御操作量
１１…補正後深度設定値
１２…静的モデル
１４…設定船速
１５…設定ロープ長
１６…船速指令
１７…ロープ速度指令
１８…深度制御方式
２０…対水速度制限ロジック
２１…上下限器
２２…実ロープ長
２３…ロープ長偏差
３０…設定画面
３１…速度設定部
３３…深度設定部
３８…優先補正制御部
４０…速度補正優先側
４１…ロープ長補正優先側
４２…矢印（深度浅くなる）
４３…矢印（深度深くなる）
４４…矢印（ロープ長補正優先）
４５…矢印（速度補正優先）
４６…基準深度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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