(57)【要約】【課題】音波探査用曳航体を船で曳航するための高度制御装置を提供する。【解決手段】目標深度算出器１２０、曳航索巻揚量算出器１３０、及び巻揚開始時刻算出器１４０を備え、目標深度算出器は海底地形データに上下の許容範囲を付加して得られる高度上下限関数の値を計算し、高度上下限値と曳航体の現在深度とを比較して干渉が起きる可能性を判定し、干渉が起きる場合は干渉時刻と干渉地点以降における目標深度を設定し、曳航索巻揚量算出器は目標深度、現在深度、及び曳航索長から、曳航体応答特性データベースを参照して曳航体の対水速度及び曳航体の深度変更のための曳航索巻揚量を算定し、巻揚開始時刻算出器は、現在の曳航索長、曳航体の対水速度、曳航索巻揚量から、曳航体応答時間に関するデータベースを参照して曳航体応答時間を求め、干渉時刻を応答時間だけ早めて巻揚開始時刻を算出する。【選択図】図１
2005193767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底地形を映像化する音波探査用曳航体を、直下水深を音響測定して海底地形データを取得しつつ所定の対地速度で航行する曳航船により曳航する際に、当該曳航体の海底からの高度をある幅の中に保持するための曳航体高度制御装置であって、
曳航体が保持すべき新たな目標深度を算出する目標深度算出器、曳航体の深度を変更するために必要な曳航索巻揚量を算出する曳航索巻揚量算出器、及び曳航索の巻揚操作を実行すべき時刻を算出する巻揚開始時刻算出器を備え、
前記目標深度算出器は、前記海底地形データに外部から入力される上下の許容範囲を付加して高度上限関数及び高度下限関数を作成し、曳航船から曳航体までの曳航体進路に沿う曳航体水平距離に亘って前記高度上下限関数の値を計算し、これら許容される高度の上下限値と曳航体の現在深度とを比較して干渉が起きる可能性を判定し、干渉が起きる場合は、干渉地点までの水平距離と曳航船の対地速度から干渉が起きる干渉時刻を求め、かつ干渉地点以降において曳航体が保持すべき目標深度を設定し、
前記曳航索巻揚量算出器は、目標深度、曳航体の現在深度、及び現在の曳航索長の組を引数として、水中を牽引される曳航体の曳航索長と曳航体深度に関する曳航体応答特性データベースを検索して、曳航体の対水速度と共に、曳航体の深度を目標深度へ変更するための曳航索巻揚量を算出し、
前記巻揚開始時刻算出器は、現在の曳航索長、曳航体の対水速度、及び曳航索巻揚量の組を引数として、曳航索長を変化させてから曳航体深度が静定するまでの応答時間に関するデータベースを検索して曳航体応答時間を求め、前記干渉時刻を曳航体応答時間だけ繰り上げて巻揚開始時刻を算出し、
前記巻揚開始時刻にウィンチに曳航索巻揚量を与えるように構成される前記制御装置。
【請求項２】
前記目標深度算出器は、曳航船から曳航体までの曳航体進路に沿う曳航体水平距離に亘って前記高度上限関数値と高度下限関数値の範囲内にある深度一定の直線のうち、以後必要になる深度変更回数が最少のものを目標深度として選定する、請求項１記載の曳航体高度制御装置。
【請求項３】
前記曳航索巻揚量算出器において参照される曳航体応答特性データベースは、曳航索長と曳航体深度の関係を、曳航体の対水速度をパラメータとする一群の数値列により表すものであり、現在の曳航体の深度と曳航索長からなるデータの組が属する数値列を見いだすことにより、曳航体の対水速度が求められ、当該数値列内で目標深度に対応する曳航索長を見いだすことにより、現在の曳航索長との差として曳航索巻揚量が求められるものである、請求項１記載の曳航体高度制御装置。
【請求項４】
前記巻揚開始時刻算出器において参照される曳航体応答時間に関するデータベースは、曳航索長を変化させてから曳航体深度が静定するまでの応答時間の関係を、曳航体の対水速度及び曳航索長をパラメータとする一群の数値列により表すものであり、所与の曳航体対水速度及び曳航索長から定まる数値列内で、曳航索巻揚量に対応する曳航体応答時間が求められるものである、請求項１記載の曳航体高度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底地形を映像化する音波探査用曳航体を、直下水深を音響測定して海底地形データを取得しつつ所定の対地速度で航行する曳航船により曳航する際に、当該曳航体の海底からの高度をある幅の中に保持する技術に関する。ただし、本発明で取り扱う曳航体は、深度制御用の翼角制御装置など特別な装置を有するものではない。なお「深度」とは曳航体の海面からの距離をいい、深度＋高度＝水深である。
【背景技術】
【０００２】
従来、曳航体高度を保持するための制御は、曳航体から得られる曳航体高度情報および曳航船内の航海機器から得られる曳航船直下の水深情報に基づいて、曳航体操作員が経験により曳航索巻揚量をウィンチ操作員に指示することで行っていた。
【０００３】
しかしながら、曳航体操作員が曳航体高度の保持に注意を奪われるため海底映像の監視に集中できないという問題点以外にも、経験の浅い曳航体操作員による曳航体の姿勢の乱れ、曳航体の急激な操作、高度不安定などに起因する海底映像のゆがみ、ひずみの発生、あるいは海底衝突の危険等、多くの問題が経験されてきた。
【０００４】
以下に本発明の関連文献を挙げる。特許文献１は、曳航体の姿勢を可動翼によって制御するものの過去の出願例であり、非特許文献１は、曳航体の高度を一定に保持するための基礎研究として曳航体の運動を解析した例であり、非特許文献２および３は翼角制御により曳航体の深度および姿勢を制御する曳航体の開発例である。
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１５９３９７：曳航体の姿勢制御方法及び姿勢制御装置
【非特許文献１】大楠  丹，柏木  正，小寺山  亘：Towed Vehicleの動力学に関する基礎研究，日本造船学会論文集，第162号(1987)，pp.99-109.
【非特許文献２】小寺山  亘，経塚  雄策，中村  昌彦，大楠  丹，柏木  正：海洋観測用曳航体の開発研究（第一報  曳航体の運動と制御について），日本造船学会論文集，第163号(1988)，pp.130-140.
【非特許文献３】小寺山  亘，経塚  雄策，中村  昌彦，大楠  丹，柏木  正：海洋観測用曳航体の開発研究（第２報，曳航体の構造と実海域実験），日本造船学会論文集，第166(1989），pp.485-495.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、海底地形を映像化する音波探査用曳航体を船で曳航する際に、海底衝突を確実に回避することと併せて、曳航体操作員の経験に基づく従来の曳航体高度制御方法では充分でなかった海底映像の品質を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、下記の新しい曳航体高度制御装置により解決することができる。すなわち当該制御装置は、
曳航体が保持すべき新たな目標深度を算出する目標深度算出器、曳航体の深度を変更するために必要な曳航索巻揚量を算出する曳航索巻揚量算出器、及び曳航索の巻揚操作を実行すべき時刻を算出する巻揚開始時刻算出器を備え、
前記目標深度算出器は、前記海底地形データに外部から入力される上下の許容範囲を付加して高度上限関数及び高度下限関数を作成し、曳航船から曳航体までの曳航体の進路に沿う曳航体水平距離に亘って前記高度上下限関数の値を計算し、これら許容される高度の上下限値と曳航体の現在深度とを所定の時間毎に比較して干渉が起きる可能性を判定し、干渉が起きる場合は、干渉地点までの水平距離と曳航船の対地速度から干渉が起きる干渉時刻を求め、かつ干渉地点以降において曳航体が保持すべき目標深度を設定し、
前記曳航索巻揚量算出器は、目標深度、曳航体の現在深度、及び現在の曳航索長を所与のデータとして、水中を牽引される曳航体の曳航索長と曳航体深度に関する曳航体応答特性データベースを参照して、曳航体の対水速度と共に、曳航体の深度を目標深度へ変更するための曳航索巻揚量を算出し、
前記巻揚開始時刻算出器は、現在の曳航索長、曳航体の対水速度、及び曳航索巻揚量を所与のデータとして、曳航索長を変化させてから曳航体深度が静定するまでの応答時間に関するデータベースを参照して曳航体応答時間を求め、前記干渉時刻を曳航体応答時間だけ繰り上げて巻揚開始時刻を算出し、
前記巻揚開始時刻にウィンチに曳航索巻揚量を与えるように構成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、曳航索長を変化させてから曳航体深度が静定するまでの曳航体応答時間を考慮したフィードフォワード的な調節動作を行うので、オーバーシュートを伴わない良好な調節結果を迅速に得ることができる。
【０００９】
また、翼などを用いる制御方法に較べて、曳航体本体及び制御装置の構造が簡単であり安価に実現することができる。
【００１０】
本発明は以上のように構成され、的確な判断基準に基づく調節動作が自動的に行われるので、曳航体操作員の労力が軽減され、衝突回避等安全性が向上すると共に、曳航体の高度及び姿勢が安定するため、良好な海底映像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に記載する実施例により、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施例に係る曳航体高度制御装置１００の構成を説明するブロック図である。曳航体高度制御装置１００は、高度に関する許容範囲を入力する入力器１１０、曳航体が保持すべき新たな目標深度を算出する目標深度算出器１２０、曳航体の深度を変更するために必要な曳航索巻揚量を算出する曳航索巻揚量算出器１３０、曳航索の巻揚操作を実行すべき時刻を算出する巻揚開始時刻算出器１４０、及びウィンチ４０に与えるドライブ信号の内容を表示する表示器１５０よりなるものである。
【００１３】
曳航船は常時直下水深を測定しつつ航行し、各地点の水深を海底地形データとして記録する。曳航体は曳航体水平距離だけ遅れて曳航船と同じ地点を通過するから、曳航体近傍の海底地形データは既知である。この海底地形データに入力器１１０から入力される高度許容範囲を付加したものが「高度上限関数」及び「高度下限関数」である。曳航船から曳航体までの曳航体進路に沿う曳航体水平距離について上限又は下限の高度関数値を計算し、これらと曳航体の現在高度とを比較することで、干渉（交差）が起きる可能性が判断される。もし干渉が起きるようなら、干渉地点以降の曳航体深度を変更しなければならない。同時に、干渉地点までの水平距離と曳航船の対地速度から、曳航体が干渉地点に到達する時刻（干渉時刻）が求まる。
【００１４】
深度変更のための目標深度としては、干渉時刻経過後の高度上限関数と高度下限関数の範囲内にある深度一定の直線のうち、以後の深度変更の回数（ウィンチの操作回数）が最少となる深度線が選定される。そして、現在の曳航体深度と目標深度との差が深度変更量である。以上の演算は目標深度算出器１２０が行う。
【００１５】
図２は、曳航体応答特性データベースの一部を説明のためにグラフにしたものであり、縦軸に曳航索長（ｍ）、横軸に曳航体深度（ｍ）を取り、両変数の関係を曳航体対水速度（ノット：ｋｔ）をパラメータとして表している。その関係は曳航体と曳航索の流体力学的特性によって一義的に定まり、物理的に一つの曳航索長と曳航体深度の値の組には一つの対水速度のみが対応する。実際のデータベースは、種々の曳航索長、曳航体深度、曳航体対水速度の値の組み合わせからなる。したがって、曳航体搭載の深度計から得られる現在の曳航体深度とウィンチから得られる現在の曳航索長からなる値の組を引数として曳航体応答特性データベースを検索して、現在の曳航体深度と曳航索長の値の組に対応する曳航体対水速度を求め、つづいて、求めた曳航体対水速度と現在の曳航体深度に目標深度算出器１２０で求めた深度変更量を加味した目標深度を引数として曳航体応答特性データベースを検索して深度変更後の曳航索長を求め、最後に、現在の曳航索長と深度変更後の曳航索長との差から上記深度変更量だけ深度を変更するのに必要な曳航索巻揚量を求める。以上の演算は曳航索巻揚量算出器１３０が行う。
【００１６】
図３は、曳航体応答時間データベースの一部を説明のためにグラフにしたものであり、縦軸に曳航体応答時間（ｓ）、横軸に曳航索巻揚量（ｍ）を取り、両変数の関係を曳航体対水速度（ノット：ｋｔ）と現在の曳航索長（ｍ）をパラメータとして表している。その関係は曳航体と曳航索の流体力学的特性によって一義的に定まり、一組の曳航体対水速度、現在の曳航索長、曳航索巻揚量の値の組には一つの曳航体応答時間のみが対応する。実際のデータベースは、種々の曳航体対水速度、曳航索巻揚量、現在の曳航索長、曳航体応答時間の値の組み合わせからなる数値テーブルである。したがって、曳航索巻揚量算出器１３０で算出した曳航体対水速度、曳航索巻揚量、ウィンチからの現在の曳航索長からなる値の組を引数として曳航体応答時間データベースを検索して、曳航体対水速度、曳航索巻揚量、曳航索長の値の組に対応する曳航体応答時間を求める。
【００１７】
一例として、曳航体の対水速度１０ktにおいて、長さ３００ｍの曳航索を１４ｍ巻き上げる場合の応答時間は約２２秒である。すなわちウィンチ４０を起動すると曳航体深度が変化し始め（この場合は高度が増大）、約２２秒経過後に静定する。したがって、上で求めた干渉時刻より、ここで求められる曳航体応答時間分だけ早い時刻を巻揚開始時刻としなければならない。
【００１８】
前記巻揚開始時刻は現在時刻と比較され、現在時刻が巻揚開始時刻を経過していたならば曳航索巻揚を表示器１５０及びウィンチ４０に出力し、以後、干渉時刻まで（曳航体が静定するまで）は巻揚開始時刻の算出は行わない。以上の演算は巻揚開始時刻算出器１４０が行う。
【００１９】
表示器１５０は、図４のようにドライブ信号の内容をはじめ、曳航船と曳航体の位置関係、海底状況、高度許容範囲、高度上限関数、高度下限関数、目標深度線を図示する。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、海底地形を映像化する音波探査用曳航体を曳航船により曳航しつつ、当該曳航体の海底からの高度を制御する技術に関するので、海運業、海底資源探査や沈没船調査事業等に利用することができる。特に昨今は、大陸棚条約に基づくわが国沿岸の大陸棚調査活動における活用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例を示す機器構成図である。
【図２】上記実施例における曳航索巻揚量算出器に使用する曳航体応答特性データベースを説明のためグラフ化して示した概念図である。
【図３】上記実施例における巻揚開始時刻算出器に使用する曳航体応答時間データベースを説明のためグラフ化して示した概念図である。
【図４】上記実施例における表示器画面の一例である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  深度計
２０  航海機器
３０  音響測位装置
４０  ウィンチ
１００  曳航体高度制御装置
１１０  入力器
１２０  目標深度算出器
１３０  曳航索巻揚量算出器
１４０  巻揚開始時刻算出器
１５０  表示器
【図１】
2005193767.tif 000003
【図２】
2005193767.tif 000004
【図３】
2005193767.tif 000005
【図４】
2005193767.tif 000006