(57)【要約】【課題】水中の被計測物の近傍に被計測物以外の物体がある状況下で被計測物の３次元形状を表す画像における被計測物の形状の再現性を向上する。【解決手段】作業者は作業船２に配置されているクレーン３を操作して被計測物１４Ａ（吊り枠）を介して吊り下げられた被計測物１４Ｂ（コンクリートブロック）を水中の所定位置に据え付ける。作業者がクレーン３を操作する間、処理装置１２はソナー１１により計測される被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの表面の複数点の各々までの距離を用いてそれらの３次元形状を表す画像を生成し、表示装置１３は当該画像を表示する。被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂは表面の一部に吸音材を有する。防波堤４は表示装置１３が表示する画像における被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの形状の再現性を低下させるが、防音材を有する部分に関しては再現性の低下が少ない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソナーを用いて表面の少なくとも一部に吸音材を有する水中の被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するステップ
を備える水中計測方法。
【請求項２】
前記計測するステップに先んじて、前記被計測物の表面の角部および縁部の少なくとも一部に前記吸音材を配置するステップを備える
請求項１に記載の水中計測方法。
【請求項３】
水中の被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するソナーと、
表面の少なくとも一部に吸音材を有する前記被計測物と
を備える水中計測システム。
【請求項４】
前記被計測物は、表面の角部および縁部の少なくとも一部に前記吸音材を有する
請求項３に記載の水中計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソナーを用いて水中の被計測物の形状を計測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中ブロック据付作業、水底の浚渫作業、水中盛土作業などの各種水中作業を行うにあたり、作業者が、作業対象物や水中施工機械等の形状や位置を画像で確認しながら作業を行いたい、というニーズがある。
【０００３】
上記のニーズを満たす技術の一つとして、ソナーを用いる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、水中のある範囲に複数の音響ビームを同時に送波するソナーにより即時的に計測される被計測物の３次元形状を表す画像を作業者が確認しながら施工を管理する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−００７０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、水中の被計測物の近傍にコンクリート構造物や鋼構造物等の被計測物以外の物体があると、ソナーの計測結果を用いて表示される被計測物の３次元形状を表す画像において、被計測物の形状の再現性が低下することを発見した。なお、本願において「形状の再現性」は、画像における形状が実物の形状と一致している程度を意味する。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑み、水中の被計測物の近傍に被計測物以外の物体がある状況下で被計測物の３次元形状を表す画像における被計測物の形状の再現性を向上する手段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】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明は、ソナーを用いて表面の少なくとも一部に吸音材を有する水中の被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するステップを備える水中計測方法を提案する。
【０００８】
上記の水中計測方法において、前記計測するステップに先んじて、前記被計測物の表面の角部および縁部の少なくとも一部に前記吸音材を配置するステップを備える、という構成が採用されてもよい。
【０００９】
また、本発明は、水中の被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するソナーと、表面の少なくとも一部に吸音材を有する前記被計測物とを備える水中計測システムを提案する。
【００１０】
上記の水中計測システムにおいて、前記被計測物は、表面の角部および縁部の少なくとも一部に前記吸音材を有する、という構成が採用されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水中の被計測物の近傍に被計測物以外の物体がある状況下で被計測物の３次元形状を表す画像における被計測物の形状の再現性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態にかかる水中計測システムが使用される状況の一例を示した図。
【図２】一実施形態にかかる被計測物を示した図。
【図３】一実施形態にかかる表示装置に表示される被計測物の３次元形状を模式的に示した図。
【図４】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験の条件を説明するための図。
【図５】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験に用いられた被計測物を示した図。
【図６】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験において表示装置に表示された画像。
【図７】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験において表示装置に表示された画像。
【図８】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験の条件を説明するための図。
【図９】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験に用いられた被計測物を示した図。
【図１０】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験において表示装置に表示された画像。
【図１１】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験において表示装置に表示された画像。
【図１２】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験において表示装置に表示された画像。
【図１３】一実施形態にかかる水中計測システムの効果を確認するための実験において表示装置に表示された画像。
【図１４】一変形例にかかる水中計測システムが使用される状況の一例を示した図。
【図１５】一変形例にかかる被計測物を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施形態］
以下に本発明の一実施形態にかかる水中計測システム１を説明する。図１は水中計測システム１が使用される状況の一例を示した図である。図１に例示の水中計測システム１は、ソナー１１と、処理装置１２と、表示装置１３と、被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂを備える。
【００１４】
ソナー１１は作業船２に取り付けられ、ビーム状の音波（音響ビーム）を水中で発信し、発信した音波の反射波を受信して、音波の送受波点を基準とする水中の被計測物の方向および距離を計測する。
【００１５】
本実施形態において、ソナー１１は同時に多数（例えば、１万以上）の音響ビームを、所定角度で拡がる錐状（例えば、５０度×５０度の四角錐状）に、短い更新レート（例えば、毎分１０回以上）で発信することにより、被計測物の表面の複数点の各々までの距離を同時に計測することが可能なソナーである。
【００１６】
処理装置１２はソナー１１と有線または無線で接続され、ソナー１１により計測された被計測物の表面の複数点の各々までの距離に基づき被計測物の３次元形状を表す画像を生成する。
【００１７】
表示装置１３は処理装置１２と有線また無線で接続され、処理装置１２により生成された被計測物の３次元形状を表す画像を表示する。表示装置１３は、例えば作業船２の操作室に配置されている。作業者は表示装置１３が表示する画像を見ることにより、水中における被計測物の形状や位置を確認することができる。
【００１８】
被計測物１４Ａは吊り枠であり、被計測物１４Ｂはコンクリートブロックである。被計測物１４Ｂはロープによって被計測物１４Ａと連結されている。被計測物１４Ｂは、被計測物１４Ａを介して、水面Ｗの上に浮かぶ作業船２に配置されているクレーン３によってロープにより吊られ、海底Ｇ上の所定の位置に据え付けられることが想定されている。
【００１９】
被計測物１４Ｂが据え付けられる位置の近傍には、防波堤４（被計測物以外の物体の一例）が存在する。防波堤４は、例えば、主としてコンクリートでできている。図１に示される状況のように被計測物の近傍に被計測物以外の物体が存在すると、何ら対策が取られない場合、ソナー１１により計測される距離に基づき処理装置１２により生成され表示装置１３により表示される画像において、被計測物の形状の再現性が低下することが本願発明者により確認されている。水中計測システム１においては、この再現性の低下を少なくするために、被計測物が吸音材を有する構成が採用されている。
【００２０】
図２は、被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂを示した図である。被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの表面の角部の各々には、吸音材Ｍが配置されている。吸音材Ｍは、例えば表面をくさび状に成形したシート状のウレタンフォームであるが、その種別はこれに限られず、いずれの吸音材が吸音材Ｍとして採用されてもよい。なお、本願において「吸音材」とは、音のエネルギーを熱エネルギーに変換することにより０．２以上の吸音率で吸音する素材をいう。
【００２１】
被計測物の近傍に被計測物以外の物体がある場合、既述のとおりソナー１１により計測される距離に基づき生成される画像における被計測物の形状の再現性が低下するが、吸音材を有する部分においてはその再現性の低下が少ないことが本願発明者により確認されている（後述）。従って、水中計測システム１によれば、表示装置１３により表示される画像において、被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの形状のうち少なくとも吸音材Ｍを有する角部に関してはその形状が正しく表示される。
【００２２】
図３は、表示装置１３が表示する画像における被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの３次元形状を模式的に示した図である。図３に示されるように、水中計測システム１によれば、被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの角部の形状が正しく表示される。従って、作業者は水中における被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂの位置を正確に把握しながらクレーン３を操作し、被計測物１４Ｂの据付作業を安全かつ速やかに行うことができる。
【００２３】
［実験］
上述したように、本願発明者は、水中の被計測物の近傍に被計測物以外の物体がある場合、ソナーにより計測される距離に基づき生成される画像における被計測物の形状の再現性が低下するが、被計測物が表面に吸音材を有すると、当該吸音材を有する部分に関しては形状の再現性の低下が少ないことを確認している。その確認のために本願発明者が行った実験の一部を以下に説明する。
【００２４】
図４は、本願発明者が行った第１の実験の条件を説明するための図である。第１の実験において、本願発明者は、実験用のソナー６１と、ソナー６１により計測される距離に基づき被計測物の３次元形状を表す画像を生成する処理装置６２と、処理装置６２により生成される画像を表示する表示装置６３を用いた。本願発明者は、実験用の水槽５に水深約８０センチメートルの水を張り、ソナー６１と実験用の被計測物６４を水槽５内に沈めて、ソナー６１により計測を行い、表示装置６３により表示される画像を確認した。なお、水槽５の壁面および底面はコンクリートでできており、サイズは２０メートル×３０メートルである。また、水槽５の底面上には粒径が数センチメートル程度の砕石が敷き詰められている。
【００２５】
図５は、被計測物６４を示した図である。被計測物６４は金属製の棒状体で背もたれ付き椅子に類似した形状に組み上げられたフレームの下段前方に金属製のプレートＬを、また、上段（被計測物６４を椅子に見立てた場合に背もたれに相当する部分）に金属製のプレートＵを配置した構成を備える。なお、プレートＬの高さ方向の長さは４０センチメートル、プレートＵの高さ方向の長さは２０センチメートルである。
【００２６】
第１の実験において、本願発明者は、まず、吸音材を一切配置しない状態の被計測物６４を水中に沈め、ソナー６１による計測を行った。その結果、表示装置６３には図６に示す画像が表示された。図６に示されるように、表示装置６３により表示される画像において、吸音材が配置されていない被計測物６４の形状は実物の形状と大きく異なっている。
【００２７】
続いて、本願発明者は、プレートＵの前面にシート状の吸音材を配置した状態の被計測物６４を水中に沈め、ソナー６１による計測を行った。この実験において用いた吸音材はグラスウールであり、より詳しくは旭ファイバーグラス株式会社により「マットエース（登録商標）」の商品名で販売されているグラスウールである。その結果、表示装置６３には図７に示す画像が表示された。図７に示されるように、表示装置６３により表示される画像において、被計測物６４のうち吸音材の配置されていないプレートＬの部分の形状は図６の例と同様に実物の形状と大きく異なっているが、吸音材の配置されているプレートＵの部分の形状は実物の形状と概ね一致している。
【００２８】
図８は、本願発明者が行った第２の実験の条件を説明するための図である。第２の実験において、本願発明者は、第１の実験において用いられた被計測物６４に代えて、被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒを用いた。第２の実験のその他の条件は第１の実験と同様である。
【００２９】
図９は、被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒを示した図である。被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒは各々、一辺の長さが６０センチメートルの立方体形状のコンクリートブロックである。
【００３０】
第２の実験において、本願発明者は、まず、吸音材を一切配置しない状態の被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒを１０センチメートルの間を空けて、それらの前面がソナー６１に対し正対するように水中に設置し、ソナー６１による計測を行った。その結果、表示装置６３には図１０に示す画像が表示された。図１０に示されるように、表示装置６３により表示される画像において、吸音材が配置されていない被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒの形状は、それらの間に隙間が存在することが判別できない程度に再現性が低い。
【００３１】
続いて、本願発明者は、前面にシート状の吸音材を配置した状態の被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒを１０センチメートルの間を空けて、それらの前面がソナー６１に対し正対するように水中に設置し、ソナー６１による計測を行った。この実験において用いた吸音材は表面がくさび状に成形されたウレタンフォームであり、より詳しくは東京防音株式会社により「ミニソネックス（登録商標）」の商品名で販売されている防音材である。その結果、表示装置６３には図１１に示す画像が表示された。図１１に示されるように、表示装置６３により表示される画像において、吸音材が配置された被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒの形状は、それらの間に隙間が存在することが判別できる程度の再現性を有している。
【００３２】
続いて、本願発明者は、吸音材を一切配置しない状態の被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒを１０センチメートルの間を空けて、それらの前面がソナー６１に対し４５度傾いた方向に向くように水中に設置し、ソナー６１による計測を行った。その結果、表示装置６３には図１２に示す画像が表示された。図１２に示されるように、表示装置６３により表示される画像において、吸音材が配置されていない被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒの形状は、それらの大まかな形状さえ判別できない程度に再現性が低い。
【００３３】
続いて、本願発明者は、前面にシート状の吸音材（ミニソネックス（登録商標））を配置した状態の被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒを１０センチメートルの間を空けて、それらの前面がソナー６１に対し４５度傾いた方向に向くように水中に設置し、ソナー６１による計測を行った。その結果、表示装置６３には図１３に示す画像が表示された。図１３に示されるように、表示装置６３により表示される画像において、吸音材が配置された被計測物６５Ｌおよび被計測物６５Ｒの前面の形状は、それらの間に隙間が存在することが判別できる程度の再現性を有している。
【００３４】
上述した第１の実験および第２の実験により、水中の被計測物の近傍に被計測物以外の物体がある場合、ソナーにより計測される距離に基づき生成される画像における被計測物の形状の再現性が低下するが、被計測物が表面に吸音材を有すると、当該吸音材を有する部分に関しては形状の再現性の低下が少ないことが確認された。
【００３５】
［変形例］
上述の実施形態は本発明に一具体例であって、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形可能である。以下にそれらの変形の例を示す。なお、下記の２以上の変形例が適宜組み合わされてもよい。
【００３６】
（１）上述した実施形態において、ソナー１１は、同時に多数の音響ビームを所定角度で拡がる錐状に短い更新レートで発信することにより、被計測物の表面の複数点の各々までの距離を同時に計測することが可能なソナーである。本発明において採用可能なソナーは、被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するソナーである限りその種別は限定されない。例えば、水中における定点観測のように、被計測物が短時間で移動しない場合は、単素子ソナーや、同時に複数の音響ビームを扇状に発信するナローマルチビームソナー等が採用されてもよい。
【００３７】
（２）上述した実施形態において、被計測物１４Ａおよび被計測物１４Ｂはそれらの表面のうち角部に吸音材Ｍを有する。本発明において、被計測物が吸音材を有する位置は角部に限られない。例えば、表面のうち縁部を覆うように配置された吸音材を有する被計測物が用いられてもよい。また、表面の全体が吸音材で覆われた被計測物が用いられてもよい。ただし、被計測物の表面積が大きい場合、角部または縁部のみが吸音材で覆われている方が表面の全体が吸音材で覆われている場合と比較し必要な吸音材が少量となり、一般的に望ましい。
【００３８】
また、被計測物が表面の一部に吸音材を有する場合、吸音材を有さない部分の素材は限定されない。例えば、被計測物が表面の全体を覆うように配置されたウレタン素材を有し、その一部が吸音性を有するウレタンフォームであってもよい。この場合、ウレタン素材のうち吸音性を有するウレタンフォームの部分が吸音材に該当する。また、被計測物が表面の全体を覆うように配置されたウレタン素材を有し、その一部の表面に凹凸が設けられることにより吸音性を有してもよい。この場合、ウレタン素材のうち吸音性を有する表面に凹凸が設けられた部分が吸音材に該当する。
【００３９】
（３）上述した実施形態において、被計測物はクレーン３により水中の所定位置に据え付けられる作業対象物である。本発明において被計測物は作業対象物に限られず、水中施工機械等の作業対象物以外の物であってもよい。図１４はこの変形例にかかる水中計測システム１が使用される状況の一例を示した図である。図１４に例示の水中計測システム１は、ソナー１１と、処理装置１２と、表示装置１３と、被計測物１４Ｃを備える。被計測物１４Ｃは水中バックホウ（水中施工機械の一例）であり、作業者による遠隔操作に従い動作する。なお、図１４に例示の被計測物１４Ｃは、図１に例示の状況における防波堤４に代えて、鋼構造物７（被計測物以外の物体の一例）の近傍において動作する。
【００４０】
図１５は、被計測物１４Ｃを示した図である。被計測物１４Ｃには、本体の縁部や、ブームおよびアームの先端付近等に吸音材Ｍが配置されている。この変形例において、表示装置１３により表示される画像において、被計測物１４Ｃのうち少なくとも吸音材Ｍが配置されている本体の縁部、ブームおよびアームの先端付近等の位置は正しく表示される。その結果、作業者は水中における被計測物１４Ｃの位置を正確に把握しながら被計測物１４Ｃに対する遠隔操作を安全かつ速やかに行うことができる。
【００４１】
（４）上述した実施形態において、表示装置１３により表示される画像はモノクロ画像であっても被探知物の３次元形状を表現できる。
【００４２】
ただし、表示装置１３により表示される画像はモノクロ画像に限られず、カラー画像であってもよい。例えば、表示装置１３が、ソナー１１が音波を送受波する点から被計測物までの距離に応じて変化する色で３次元形状を表す画像を表示してもよい。この場合、作業者は色によって被計測物の３次元形状をより直感的に把握できる。
【００４３】
（５）本発明は、水中の被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するソナーと、表面の少なくとも一部に吸音材を有する前記被計測物とを備える水中計測システムに加え、ソナーを用いて表面の少なくとも一部に吸音材を有する水中の被計測物の表面の複数点の各々までの距離を計測するステップを備える水中計測方法を提供する。また、本発明にかかる水中計測方法が、前記計測するステップに先んじて、前記被計測物の表面の角部および縁部の少なくとも一部に前記吸音材を配置するステップを備えてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…水中計測システム、２…作業船、３…クレーン、４…防波堤、５…水槽、７…鋼構造物、１１…ソナー、１２…処理装置、１３…表示装置、１４Ａ…被計測物、１４Ｂ…被計測物、１４Ｃ…被計測物、６１…ソナー、６２…処理装置、６３…表示装置、６４…被計測物、６５Ｌ…被計測物、６５Ｒ…被計測物。
【図１】
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【図２】
2017026643.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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