(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中における距離を測定すべき互いに離間した2点間に超音波を伝播せしめる手段と、水中における離間距離が判明している校正用の2点間に超音波を伝播せしめる手段と、超音波速度を検出する音速計と、上記距離を測定すべき2点間の超音波伝播区域と上記校正用の2点間の超音波伝播区域との間で上記音速計を移動せしめる移動手段と、上記離間距離の判明している２点間の音速を上記音速計で計測し、上記離間距離の判明している２点間の正確な音速をこの２点間の距離と超音波伝播時間から計測し、この正確な音速と上記音速計で計測した音速から上記音速計で計測した音速の補正率を求める手段と、上記距離を測定すべき2点間で上記音速計によって得た音速を上記補正率により補正し、上記補正した音速と上記距離を測定すべき２点間の超音波伝播時間から上記距離を測定すべき2点間の正確な距離を演算する演算手段とより成ることを特徴とする水中用距離測定装置。
【請求項２】
上記超音波を伝播せしめる手段が、夫々の2点に夫々配置した超音波送波器及び受波器であることを特徴とする請求項１記載の水中用距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水中用距離測定装置、特に海洋工事や調査において、水中における2点間の距離を正確に測定する水中用距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図５に示すように、水深の浅い海底１に互いに離間して設置された構造物２，２の計測点３，３間の距離を測定する場合には、上記計測点３，３上にスタッフ４，４を夫々垂直に立てて海上から突出せしめ、この各スタッフ４の頂部に反射ミラー５を取付け、上記海上から出た反射ミラー５，５間の距離を陸地６に設けた光波測位儀７により測定し、上記計測点３，３間の距離を求めているが、水深が深くなる場合には計測不能である。また、上記構造物２，２の計測点が計測点８，８のように互いに接近している場合には、上記計測点８，８間にピアノ線やロープ９を張って上記計測点８，８間の距離を求めていたが計測点間距離が数10ｍ以上に長くなる場合には潮流などの影響で計測誤差が大きくなるなどの問題があった。
【０００３】
そのため、図６に示すように、上記構造物２，２の計測点３，３上に夫々超音波送波器１０及び受波器１１を固定し、超音波伝播時間と伝播速度を利用して上記測量点３，３間の距離を測定していた。
【０００４】
然しながら上記超音波を利用した方法では、超音波の伝播速度は水中の温度、塩分濃度、潮流等により大きく変化するので計測結果に±5％程度の誤差が生ずる。この誤差を少なくするため、図７に示すように、上記計測点３，３の近辺、例えば上記一方の構造物２上に、音速計測用として正確な距離が測定されている2点１２，１２を設け、この2点に夫々超音波送波器１３及び受波器１４を固定し、送波器１３からの超音波が受波器１４によって受信される迄の時間と上記正確に測定された2点１２，１２間の距離により上記2点１２，１２間における正確な音速を求め、この音速を上記計測点３，３付近における音速とみなして上記送波器１０と受波器１１を用いて計測した超音波伝播時間とにより上記計測点３，３間の距離を求める方法や、上記計測点３，３間の温度、塩分濃度、潮流等を計測し、補正式を用いて更に補正し、正しい距離を求める方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、水中の音速は深度や時間、位置に依って異なるので上記離間距離の明らかな2点１２，１２間で求めた音速値は計測点３，３間の音速値とは実際には異なりこれをそのまま用いても正確な値を出すことができず、また、温度、塩分濃度、潮流等を計測する後者の方法は、複数のセンサーを用いる必要があると共に、センサー自体の誤差や計算の誤差が加算されるため正確な距離を測ることができない欠点があった。
【０００６】
なお、図８〜図１０は深度によって変化する音速変化パターン、図１１は音速の時間による変化の例、図１２は平均的な音速分布を示す。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の水中用距離測定装置は、水中における距離を測定すべき互いに離間した2点間に超音波を伝播せしめる手段と、水中における離間距離が判明している校正用の2点間に超音波を伝播せしめる手段と、超音波速度を検出する音速計と、上記距離を測定すべき2点間の超音波伝播区域と上記校正用の2点間の超音波伝播区域との間で上記音速計を移動せしめる移動手段と、上記離間距離の判明している２点間の音速を上記音速計で計測し、上記離間距離の判明している２点間の正確な音速をこの２点間の距離と超音波伝播時間から計測し、この正確な音速と上記音速計で計測した音速から上記音速計で計測した音速の補正率を求める手段と、上記距離を測定すべき2点間で上記音速計によって得た音速を上記補正率により補正し、上記補正した音速と上記距離を測定すべき２点間の超音波伝播時間から上記距離を測定すべき2点間の正確な距離を演算する演算手段とより成ることを特徴とする。
【０００８】
上記超音波を伝播せしめる手段が、夫々の2点に夫々配置した超音波送波器及び受波器であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
【００１０】
本発明においては、図１に示すように上記離間距離の明らかな2点１２，１２間の複数の位置における音速を計測する小型移動式の音速計１５をGPS搭載の測量船１６によって吊下して音速を計測せしめ、この音速計１５を図２に示すように計測すべき2点３，３間または８，８間に移動自在ならしめ、この2点３，３間の音速を計測せしめる。
【００１１】
また、一般に上記音速計１５は図３に示すように、オフセット誤差を含んでいる。従って、上記2点１２，１２間の正確な音速を上記2点間の距離と超音波伝播時間から計測し、この正確な音速から上記音速計１５で計測した音速の補正率を求め、上記音速計１５により計測した上記2点３，３間の音速を上記補正率により補正せしめて計測すべき2点３，３間の正確な音速を求める。具体的には、上記音速計１５で、たとえば100mの既知点１２，１２間の音速を計測し、そのとき正しい音速が1500m／sであるのに音速計１５の音速表示が1501m／sであればこの音速計１５には誤差があることがわかり、その補正係数KはK＝1500／1501、即ちK＝0.99933であるからこれに応じて音速計１５の誤差補正を行う。即ち、上記音速計１５により測定した測定すべき2点３，３間の音速表示に上記補正係数K（0.99933）を掛けたものが正確な音速となり、この正確な音速に上記測定すべき2点３，３間の超音波伝播時間をかければ正確な距離を求めることができる。
【００１２】
図４はオフセット誤差が補正された音速計１５の出力と誤差の関係を示す線図である。
【００１３】
【発明の効果】
上記のように本発明の水中用距離測定装置によれば、オフセット誤差が校正された音速計を用いて被計測点間の音速を計測するようにしたので被計測点間の音速が正確にわかり、超音波の伝播時間にこの正確な音速をかけることにより被計測点間の距離を高精度に求めることができる。
【００１４】
なお、上記音速計１５によって計測する計測点を複数とし、その夫々の計測値の平均を取るようにすればその精度を更に向上でき、例えばこのような方法で得られる精度は100mで2cm、300mで6cmと工事測量として十分な精度を確保でき、海洋工事における測量の簡素化が図れるだけでなく、工事そのものの簡素化も図れる等大きな利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水中用距離測定装置の説明図である。
【図２】本発明の水中用距離測定装置の説明図である。
【図３】本発明の水中用距離測定装置における音速計のオフセット誤差説明図である。
【図４】本発明の水中用距離測定装置における音速計のオフセット誤差説明図である。
【図５】従来の水中用距離測定装置の説明図である。
【図６】従来の水中用距離測定装置の説明図である。
【図７】従来の水中用距離測定装置の説明図である。
【図８】深度と音速変化のパターン説明図である。
【図９】深度と音速変化のパターン説明図である。
【図１０】深度と音速変化のパターン説明図である。
【図１１】音速の時間的変化の説明図である。
【図１２】平均的な音速分布の説明図である。
【符号の説明】
１  海底
２  構造物
３  計測点
４  スタッフ
５  反射ミラー
６  陸地
７  光波測位儀
８  計測点
９  ロープ
１０  送波器
１１  受波器
１２  点
１３  送波器
１４  受波器
１５  音速計
１６  測量船
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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