(57)【要約】  船舶１が係船索３０を用いて桟橋２に係船されたときに係船索３０を構成する繊維ロープの伸長率βｍを検出する伸長率検出装置２０と、伸長率検出装置２０の検出値αｍ、βｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出する制御装置４３を備えて、係船索監視システムを構成する。これにより、比較的簡単な構成で、係船索を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中のいずれにおいても常時、係船索の張力を検知して、係船索の破断を予測及び回避する。
2020110902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶を係船している係船索を構成する繊維ロープの伸長率を検出する伸長率検出装置と、前記伸長率検出装置の検出値から前記係船索の張力を算出する制御装置を備えて構成されていることを特徴とする係船索監視システム。
【請求項２】
前記伸長率検出装置の検出値、又は前記検出値から算出された前記係船索の張力に関係する算出値が、予め設定される警報値を超えた場合に警報を出力するか、又は信号を出力するかのいずれかを行うように、前記制御装置が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の係船索監視システム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記伸長率検出装置で検出した前記繊維ロープの伸長率の値と、前記繊維ロープの張力を前記伸長率検出装置とは別途に検出する張力検出装置で検出した張力値とから、前記繊維ロープの劣化度合いを判定して、前記劣化度合いに従って前記警報値の値を低下させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の係船索監視システム。
【請求項４】
前記制御装置が、前記劣化度合いが、予め設定された交換時期警告値を超えた場合に、前記繊維ロープが交換時期に達していることを警告するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の係船索監視システム。
【請求項５】
前記伸長率検出装置が、前記繊維ロープの伸長率を検出する索状の検出部を有し、
前記繊維ロープが、前記検出部を内部に組み込んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の係船索監視システム。
【請求項６】
前記繊維ロープが、
前記繊維ロープのストランドの内部に組み込まれた前記検出部、もしくは、
前記検出部に接続された計測用配線に接続され、かつ、前記繊維ロープの前記ストランドの外周に配置された検出部側接続器と、
前記検出部側接続器に離脱可能に接合し、制御装置側配線ケーブルに接続している制御装置側接続器と、
前記検出部側接続器と前記制御装置側接続器を前記繊維ロープと共に覆う保護部材とを、有して構成されていることを特徴とする請求項５に記載の係船索監視システム。
【請求項７】
前記繊維ロープのストランドの内部に組み込まれた前記検出部もしくは、前記検出部に接続された計測用配線が、前記繊維ロープを巻き取っている係船用機器の内部にもしくは別体で設けられたデータ処理装置に接続され、前記データ処理装置が前記検出部から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、前記デジタル信号を有線若しくは無線で前記制御装置に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の係船索監視システム。
【請求項８】
前記繊維ロープのストランドの内部に組み込まれた前記検出部もしくは、前記検出部に接続された計測用配線が、前記繊維ロープの内部もしくは表面上に設けられたデータ処理装置に接続され、
前記データ処理装置が前記検出部から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、
前記繊維ロープの内部に設けた有線信号伝送ケーブル経由の有線もしくは前記繊維ロープの内部に設けた無線信号送信器からの無線により、前記デジタル信号を、前記繊維ロープを巻き取っている係船用機器の内部にもしくは別体で設けられた中継器を経由して、もしくは、直接、前記制御装置に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の係船索監視システム。
【請求項９】
前記検出部を前記繊維ロープの線長方向の中央よりも一端側の前半部と前記中央よりも他端側の後半部にそれぞれ配置すると共に、それぞれの前記検出部もしくはそれぞれの前記検出部に接続された計測用配線を、前記前半部に配置された前記検出部と前記後半部に配置された前記検出部との間から引き出すことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の係船索監視システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の係船索監視システムを備え、
前記係船索を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中の少なくともいずれかで、前記係船索監視システムから得られる各係船索の張力が、予め設定される目標張力になるように、各係船索を巻き取っている係船用機器を制御するように、前記制御装置が構成されていることを特徴とする係船管理方法。
【請求項１１】
船舶が係船索を用いて係船されたときに前記係船索を構成する繊維ロープの伸長率を伸長率検出装置で計測し、前記伸長率検出装置の検出値から前記係船索の張力を算出することを特徴とする係船索監視方法。
【請求項１２】
船舶が複数の係船索を用いて係船されたときに、それぞれの前記係船索において、前記係船索に撚り込まれ、かつ、前記係船索を構成する繊維ロープの伸長率を計測する伸長率検出装置で計測した検出値から、前記係船索の張力を算出すると共に、
前記係船索を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中の少なくともいずれかで、それぞれの前記係船索において、算出した前記係船索の張力が予め設定されるそれぞれの目標張力になるように、それぞれの前記係船索を巻き取っている係船用機器を制御することを特徴とする係船管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶を繊維ロープで構成された係船索で桟橋などに係船するときに使用される、係船索監視システム、係船管理システム、係船索監視方法、及び係船管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外航船や内航船等の比較的大きな船舶においては、船舶を桟橋や岸壁等の陸上側に係船する時には、防舷材を船舶と陸上側との間に配置し、船舶側の係船索の先端の輪を桟橋側の係船用部材（ビット等）に掛けて、係船索を係船用機器（ムアリングウインチ等）で巻き取ることで、船舶を陸上側に係船している。【０００３】
この係船されている船舶は、潮の干満や船舶の積荷の荷役状態の変化により浮き沈みする。そのため、この係船索の張力は、波を受ける船体の動揺による影響だけではなく、気象・海象の変化や潮流の変化や近くを航行する船舶からの波等の多様な影響も受ける。そのため、係船時の各係船索の張力だけでなく、これらの変化に対応して係船索の張力をリアルタイムで監視する必要がある。【０００４】
この船舶の係船においては、係船索として一般的に繊維ロープが用いられており、この繊維ロープに過大な荷重が加わって破断すると、船舶が移動したり、桟橋等に衝突したり、桟橋等から離れて漂流したりする。さらに、この繊維ロープでは、伸び量と張力との関係にヒステリシスに加えて経年変化による劣化があるため、係船索の破断荷重や弾性率の推定が難しく、係船状態と船体運動と係船索の破断との関係の予測が難しいという問題がある。【０００５】
そのため、例えば、日本特開平１０−１０９６８６号公報及び日本特開２００５−１５３５９５号公報に記載されているように、係船索の張力を検出して破断事故を未然に防止するために、例えば、係留索（または係船索）の中間部が接触するローラーなどの中間接触部に作用する荷重を検出して、この荷重から係留索の張力を推定したり、例えば、日本特開２００５−１５３５９５号公報に記載されているように、巻き取りドラムに設けたひずみゲージ等で係船索の張力を検出したり、例えば、日本特開２００２−２１１４７８号公報に記載されているように、係船ウインチのハンド式ブレーキのテンションバーに装着したロードセルにより、係船後の係船索の張力を検出したりしている。【０００６】
このロードセルによる係船索の張力の検出では、ハンド式ブレーキで係船索の巻き取りドラムが固定されているときにしか計測できず、係船索の巻き込み時や巻き戻し時には計測できないという問題がある。また、特許文献１（日本特開平１０−１０９６８６号公報）の構成では、係船索取り回し上の制約がある上、係船索径や硬度及び入射角によっても負荷変動が起こるという問題がある。【０００７】
また、例えば、日本特開平０７−２３２６９３号公報に記載されているように、陸上側における係船索の張力測定装置として、基地のドルフィンの各フックに取り付けられた張力センサ（ストレイン・ゲージ）から得るものもある。この場合には、張力センサが基地や桟橋の陸上側に設けられているため、一般的に船舶側に設けられる係船索監視システムにデータを送信する必要がある。この場合には、これらの張力測定装置がない桟橋などでは使用できないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本特開平１０−１０９６８６号公報
【特許文献２】日本特開２００５−１５３５９５号公報
【特許文献３】日本特開２００２−２１１４７８号公報
【特許文献４】日本特開平０７−２３２６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、係船索を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中のいずれにおいても、常時、係船索の張力を検知することができて、係船索の破断を予測及び回避できる、係船索監視システム、係船管理システム、係船索監視方法、及び係船管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の係船索監視システムは、船舶を係船している係船索を構成する繊維ロープの伸長率を検出する伸長率検出装置と、前記伸長率検出装置の検出値から前記係船索の張力を算出する制御装置を備えて構成される。【００１１】
この構成によれば、繊維ロープで構成される係船索に加わる張力（荷重）からではなく、予め設定された伸長率（伸び率）と張力との関係から、あるいは、直前に得られた伸長率と張力との関係に基づいて、伸長率検出装置の検出値から係船索の張力を算出するので、係船作業中、係船作業終了時のみならず、係船している最中における係船索の張力を算出することができる。これにより、各係船索の張力を監視しながら係船作業を行うことができるので、ムアリングウインチなどの係船用機器を操作又は制御して、各係船索の張力をより適正な張力に調整しながら、効率よく係船作業を行うことができるようになる。【００１２】
また、この伸長率検出装置では、係船索において、伸長率検出装置の検出部がある特定の測定対象部分の伸長率を検出できるので、その測定対象部分の張力を算出できるようになる。そのため、係船用機器から甲板上の係船用部材（ボラード、ムアリングホール等）を経由して、陸側の係船用部材（ビット、ドルフィン等）に接続される係船索の各部分における張力を測定できる。そのため、係船用部材による係船力の分担の影響を考慮して、より精度良く、張力を計測できるようになる。【００１３】
また、係船索に検出部を設けているので、陸上側での係船索の張力測定の必要が無くなり、予め伸長率と張力の関係を得られていれば、船内側だけの伸長率検出装置と制御装置で、係船索の張力監視ができるため、桟橋側の設備に関係しないので、係船索の張力測定の装置が無い桟橋等に係船しても、係船の際（係船作業中、係船作業完了時、係船中）における係船索の張力監視が可能となる。【００１４】
上記の係船索監視システムにおいて、前記伸長率検出装置の検出値、又は前記検出値から算出された前記係船索の張力に関係する算出値が、予め設定される警報値（閾値）を超えた場合に警報を出力するか、又は信号を出力するかのいずれかを行うように、前記制御装置が構成されていると、次のような効果を発揮できる。【００１５】
この伸長率検出装置では、係船中であっても、リアルタイムで張力を検出できるので、潮の干満、船舶の荷役状態、気象・海象や潮流などの外乱の変化に追従して変化する張力に対して、係船中のリアルタイムの検出値又は算出値に基づいて、警報を出力するか、又は信号を出力するかのいずれかを行うことができる。従って、繊維ロープが破断する前にその破断を精度よく予測できて、この予測結果に基づいて手動又は自動で係船用機器による係船索の巻き戻しを行うことなどにより、破断しそうな係船索を緩めることができるので、係船索の破断を回避できる。【００１６】
なお、この予め設定される警報値の設定時期は、繊維ロープの張力の推定値の判定の前までであればよい。また、警報値も、必ずしも固定値である必要は無く、潮の干満、船舶の荷役状態、気象・海象や潮流などの外乱の変化、あるいは、係船索の劣化度合いに基づいて、更新される値で有ってもよい。【００１７】
例えば、繊維ロープは経年劣化等により、破断する荷重が低下する場合がある。従来は、係船に所定期間使用した繊維ロープの一部分を切断して、船から下してロープ製造所等に持ち帰り、引張試験装置を行って、破断する荷重を測定し、劣化度合を確認し、繊維ロープの管理方法を決定していた。【００１８】
ここで、上記の係船索監視システムにおいて、前記制御装置が、前記伸長率検出装置で検出した前記繊維ロープの伸長率の値と、前記繊維ロープの張力を前記伸長率検出装置とは別途に検出する張力検出装置で検出した張力値とから、前記繊維ロープの劣化度合いを判定して、前記劣化度合いに従って前記警報値の値を低下させるように構成されていると、次のような効果を発揮できる。【００１９】
繊維ロープは、経年劣化等により、同一荷重に対する伸長率または同一の伸長率に対する荷重が変化する。すなわち、繊維ロープの伸長率の値と、張力値（荷重）との関係が変化するので、この変化から繊維ロープの劣化度合いを判定する。そして、この劣化度合いに応じて、繊維ロープが破断する荷重も低下するので、係船索の破断を回避するための警報値の値を低下させる。これにより、警報値を係船索の劣化度合いに基づいて更新して、安全性を向上させることができる。【００２０】
尚、本システムによる繊維ロープの同一荷重に対する伸長率の変化から、繊維ロープの経年変化等を推定するが、この方法については、例えば、次の２つが考えられる。
１）前述の、所定期間使用した繊維ロープを部分切断し、引張試験装置で測定した応力歪線図のデータが既に蓄積されている場合には、それと対照して繊維ロープの劣化状態や破断荷重を推定する事ができる。
２）上記のデータが蓄積されていない場合には、同一荷重に対する伸長率の増加または同一の伸長率に対する荷重の減少より、経年劣化等による応力歪線図のシフト度合を推定し、必要に応じて外挿等を行う事によって、破断荷重点を推定する事ができる。【００２１】
上記の係船索監視システムにおいて、前記制御装置が、前記劣化度合いが、予め設定された交換時期警告値（閾値）を超えた場合に、前記繊維ロープが交換時期に達していることを警告するように構成されていると、この警告により、適切な時期に繊維ロープを交換して、劣化による繊維ロープの破断を回避することができるようになるので、係船時における安全性を向上することができる。【００２２】
また更には、繊維ロープの破断を回避する作業を促す警告を発するシステムを設けた場合において、繊維ロープの使用中に過大の伸長がかかる使用状況となった際に警告が発せられる伸長率の警報値（閾値）の設定を、繊維ロープの劣化度合いに応じて調整したり、当該繊維ロープの巻取巻出装置（ウインチ）の制御及び調整を行ったりすることにより、より安全な係船索の管理が可能になる。【００２３】
上記の係船索監視システムにおいて、前記伸長率検出装置が、前記繊維ロープの伸長率を検出する索状の検出部を有し、前記繊維ロープが、前記検出部を内部に組み込んで構成されていると、次のような効果を発揮できる。【００２４】
係船索を構成する繊維ロープ自体に伸長率検出装置の索状の検出部が配設されているので、従来の繊維ロープと同じ取り扱いができ、係船作業時に邪魔にならない。また、索状の検出部をストランドの内部、つまり、芯部又はロープの内部に設けることにより、外的損傷や摩耗を受け難くなるので、検出部が劣化し難くなり、耐久性が向上するという利点がある。【００２５】
また、船舶が係船用に備えている係船索（繊維ロープ）の検出部から張力データを得ることができるので、桟橋側（陸上側）からの張力データを得ることなく、容易に船舶側の係船索監視システムでデータ処理することができるようになる。さらに、繊維ロープの複数の測定対象部分に複数の検出部を撚り込むことにより、その複数の測定対象部分における伸長率をそれぞれ検出することができる。【００２６】
上記の係船索監視システムにおいて、前記繊維ロープが、前記繊維ロープのストランドの内部に組み込まれた前記検出部、もしくは、前記検出部に接続された計測用配線に接続され、かつ、前記繊維ロープの前記ストランドの外周に配置された検出部側接続器と、前記検出部側接続器に離脱可能に接合し、制御装置側配線ケーブルに接続している制御装置側接続器と、前記検出部側接続器と前記制御装置側接続器を前記繊維ロープと共に覆う保護部材とを有して構成されていると次のような効果を発揮できる。【００２７】
この構成によれば、検出部は、ストランドの中心部に配置されるので保護されると共に、最も繊維ロープの曲げや伸び縮みの影響を少なくすることができる。【００２８】
また、小型コネクタで形成される検出部側接続器と電源側接続器を繊維ロープのストランドの外周に配置し、計測用配線を外周部に導出して検出部側接続器に接続して、この検出部側接続器に電源側接続器を離脱可能に接合しているので、繊維ロープ側の計測用配線と制御装置側の制御装置側配線ケーブルとの接続とその解除を非常に簡単に行うことができる。【００２９】
さらに、検出部側接続器と電源側接続器とを、保護部材（繊維織物カバー等）で覆うことで、運用時に接続部分の破損を防止することができる。また、この保護部材は、柔軟な素材を用いることで、繊維ロープ格納時にかさばらず、周囲の繊維ロープも傷付けないので、ハンドリング性能及び繊維ロープ強度の低下を最小限にとどめることができる。【００３０】
上記の係船索監視システムにおいて、前記繊維ロープのストランドの内部に組み込まれた前記検出部もしくは、前記検出部に接続された計測用配線が、前記繊維ロープを巻き取っている係船用機器の内部にもしくは別体で設けられたデータ処理装置に接続され、前記データ処理装置が前記検出部から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、前記デジタル信号を有線若しくは無線で前記制御装置に伝送するように構成されていると、次のような効果を発揮できる。【００３１】
これらの検出部もしくは計測用配線が、検出部側接続器と電源側接続器等の接続器を介さずに、データ処理装置に直接接続されている場合は、接続器の耐久性やそれを保護する保護カバーの耐久性の問題を回避できる。更に、係船作業時における乗組員の接続器同士を接続するための手間、例えば、保護カバーの開閉、水密キャップの脱着、接続器の脱着等の手作業を省くことができる。従って、この係船索監視システムを乗組員の手を介さない全自動システムにすることができるようになる。【００３２】
あるいは、上記の係船索監視システムにおいて、前記繊維ロープのストランドの内部に組み込まれた前記検出部もしくは、前記検出部に接続された計測用配線が、前記繊維ロープの内部もしくは表面上に設けられたデータ処理装置に接続され、前記データ処理装置が前記検出部から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、前記繊維ロープの内部に設けた有線信号伝送ケーブル経由の有線もしくは前記繊維ロープの内部に設けた無線信号送信器からの無線により、前記デジタル信号を、前記繊維ロープを巻き取っている係船用機器の内部にもしくは別体で設けられた中継器を経由して、もしくは、直接、前記制御装置に伝送するように構成されていると、次のような効果を発揮できる。【００３３】
これにより、繊維ロープの内部もしくは表面上に設けられるような小型のデータ処理装置を用いると、測定したい部位のみに配置した検出部で計測したアナログデータを短い距離の有線伝送で外乱に強いデジタル信号に変換することができるので、より精度よく、繊維ロープの伸長率を検出することができるようになる。また、無線でデジタル信号を中継器もしくは制御装置に送ることにより、有線伝送に必要な有線伝送路を設ける必要が無くなり、また、有線伝送路の破損の恐れも無くなる。【００３４】
上記の係船索監視システムにおいて、前記検出部を前記繊維ロープの線長方向の中央よりも一端側の前半部と前記中央よりも他端側の後半部にそれぞれ配置すると共に、それぞれの前記検出部もしくはそれぞれの前記検出部に接続された計測用配線を、前記前半部に配置された前記検出部と前記後半部に配置された前記検出部との間から引き出すように構成されていると、次のような効果を発揮できる。【００３５】
この検出部の有るセンサ挿入領域を係船索の前半分と後半分に２分割し、検出部若しくは計測用配線を中央から引き出すことで、初めは係船索の前半分側を使用し、数年後に係船索の前後を入れ替えて後半分側を使用するという係船索の張り替え方法を行うことができる。【００３６】
そして、上記の目的を達成するための本発明の係船管理システムは、上記の係船索監視システムを備え、前記係船索を用いての係船作業中と計算作業完了時と係船中の少なくともいずれかで、前記係船索監視システムから得られる各係船索の張力が、予め設定される目標張力になるように、各係船索を巻き取っている係船用機器を制御するように、前記制御装置が構成されている。【００３７】
この構成によれば、係船索監視システムから得られる各係船索の張力を係船索の張力調整に用いることができるので、各係船索の破断の回避のみならず、各係船索の張力を調整することにより係船状態をより良い係船状態にして、係船されている船舶の船体運動が大きくならないようにすることもでき、気象・海象や船舶の荷役状態や、船舶に入射してくる波等の外乱に対して、時々刻々、より良い係船状態にすることができる。【００３８】
また、上記の目的を達成するための本発明の係船索監視方法は、船舶が係船索を用いて係船されたときに前記係船索を構成する繊維ロープの伸長率を伸長率検出装置で計測し、前記伸長率検出装置の検出値から前記係船索の張力を算出することを特徴とする方法である。【００３９】
この係船索監視方法によれば、係船索に加わる荷重からではなく、予め設定された伸長率と張力関係から、あるいは、直前に得られた伸長率と張力の関係に基づいて、伸長率検出装置の検出値から係船索の張力を算出するので、桟橋などの陸上側に船舶を係船する際に、係船作業中、係船作業終了時のみならず、係船している最中における係船索の張力を精度よく算出することができる。【００４０】
また、上記の目的を達成するための本発明の係船管理方法は、船舶が複数の係船索を用いて係船されたときに、それぞれの前記係船索において、前記係船索に撚り込まれ、かつ、前記係船索を構成する繊維ロープの伸長率を計測する伸長率検出装置で計測した検出値から、前記係船索の張力を算出すると共に、前記係船索を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中の少なくともいずれかで、それぞれの前記係船索において、算出した前記係船索の張力が予め設定されるそれぞれの目標張力になるように、それぞれの前記係船索を巻き取っている係船用機器を制御することを特徴とする方法である。【００４１】
この係船管理方法によれば、各係船索の破断の回避のみならず、各係船索の張力を調整することにより、係船状態をより良い状態にして、係船されている船舶の船体運動が大きくならないようにすることができ、気象・海象や船舶の荷役状態、及び、船舶に入射してくる波等に対して、時々刻々、より良い係船状態にすることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の係船索監視システム、係船管理システム、係船索監視方法、及び係船管理方法によれば、比較的簡単な構成で、係船索を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中のいずれにおいても、常時、係船索の張力を検知することができて、係船索の破断を予測及び回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明に係る実施の形態の係船索監視システム及び係船管理システムの構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、船舶の甲板上の係船用機器と係船用部材と、桟橋の係船用部材と、伸長率の検出部と張力検出装置の配置を模式的に示す図である。
【図３】図３は、係船用機器における張力検出装置の配置と、係船索における伸長率の検出部の配置を模式的に示す図である。
【図４】図４は、伸長率検出装置における索状の検出部の構成を模式的に示す図である。
【図５】図５は、伸長率検出装置の検出部で検出したインダクタンスの変化から算出した伸長率と、検出部の伸びを寸法測定から求めた伸長率との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、伸長率検出装置の検出部をストランドに配置した位置を示す図で、（ａ）はストランドの芯部に検出部を配置した図で、（ｂ）はストランドの中層に検出部を配置した図で、（ｃ）はストランドの外層に検出部を配置した図である。
【図７】図７は、伸長率検出装置の検出部の長さと繊維ロープの長さとの関係を説明するための図である。
【図８】図８は、伸長率検出装置の検出部を備えた繊維ロープにおける、検出部配線と制御装置側配線ケーブルの接続部分とその接続部分に対する保護状態を示す説明図である。
【図９】図９は、測定回数ごとの繊維ロープの伸長率（寸法測定）とストランドの伸長率（センサデータ）の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、図９と同じ状態における、荷重とストランドの伸長率（センサデータ）の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、図９と図１０と同じ状態における、荷重と繊維ロープの伸長率（寸法測定）の関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ストランドの伸長率（センサデータ）と、警報（信号）出力との関係を示す、ストランドの伸長率（センサデータ）の時系列の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、ストランドの伸長率（センサデータ）と、破断荷重と警報荷重との関係を示す模式的な図である。
【図１４】図１４は、係船用機器における張力検出装置の配置と、係船索における伸長率の検出部の配置の図３とは他の例を模式的に示す図である。
【図１５】図１５は、係船用機器における張力検出装置の配置と、係船索における伸長率の検出部の配置の図３、図１４とは別の例を模式的に示す図である。
【図１６】図１６は、経年変化の劣化度合いによって変化する、繊維ロープの伸長率と荷重との関係を示す模式的な図である。
【図１７】図１７は、劣化度合いを反映した場合における、ストランドの伸長率と、警報（信号）出力との関係を示す、ストランドの伸長率の時系列の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、劣化度合いを反映した警報値の調整と繊維ロープの交換時期を判定するための制御フローの１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明に係る実施の形態の係船索監視システム、係船管理システム、係船索監視方法、及び係船管理方法について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
なお、ここで例示する係船索の繊維ロープとして、「三つ打ちロープ」を例示して説明しているが、その他の構造、例えば６つ打ち、８つ打ち、１２打ち又は２重組打ち等のロープでもあってもよい。
【００４６】
図１〜図３に示すように、本発明に係る実施の形態の係船索監視システム４０においては、水面３に浮いている船舶１が防舷材（フェンダー）５１を挟んで桟橋２に横付けされて係船索３０により係船されている状態における、係船索３０の張力Ｔを監視するシステムである。
【００４７】
また、本発明に係る実施の形態の係船管理システム５０は、係船索監視システム４０を備えて構成され、制御装置４３で、係船索監視システム４０で得られる各係船索３０の張力Ｔを基に、係船索３０を巻き取っている係船用機器（ムアリングウインチなど）４２を制御して各係船索３０の張力Ｔを調整制御するシステムである。なお、係船用機器４２の操作時において、制御装置４３と同じ係船用のデータを見ることができるように、無線通信でデータを送受信するモニター装置４３ａを備えていることが好ましい。また、陸上側でも、このモニター装置４３ａを使用して、係船索３０のデータを共有しておくことが好ましい。このモニター装置４３ａは、艦橋の制御室等に設けられたモニターとする場合もあり、また、スマートフォン等による携帯用のモニターとする場合があり、また、両方を用いる場合もある。
【００４８】
図１に示す係船状態、及び図２に示す係船作業中の状態では、船舶１と桟橋２との間には、防舷材５１が挟まれている。また、甲板１ｂ上に設けられた、８基の係船用機器４２のうちの６基の係船用機器４２から６本の係船索３０が延びて、その方向を甲板１ｂ上の係船用部材１ａにより曲げて、係船索３０の先端の輪３０ａが桟橋２側の「ビット」等と呼ばれる係船用部材２ａの周囲に嵌めて固定されている。この状態で、係船索３０を係船用機器４２で巻き込むことにより、船舶１を桟橋２に寄せて防舷材５１に押し付けつつ、図１の係船状態にする。
【００４９】
また、係船索３０を構成する繊維ロープ（以下、「係船索」と「繊維ロープ」の参照番号を両方共「３０」とする）の伸長率αｍを検出する伸長率検出装置２０の検出部（伸長率センサ）２１が、それぞれの係船索３０の測定対象部位に撚り込まれている。なお、この伸長率検出装置２０については、さらに下記の別項目で詳細に説明する。
【００５０】
また、この伸長率検出装置２０とは別に、係船索３０の張力Ｔを検出する張力検出装置（可搬型張力計等）４１が係船用機器４２に設けられている。なお、この張力検出装置４１は、係船索３０の劣化度合いδを算定しない場合等で、この張力検出装置４１で検出した張力Ｔを用いない場合には、この係船索監視システム４０では必ずしも必要としない。
【００５１】
この張力検出装置４１としては、例えば、周知技術のムアリングウインチなどの係船用機器４２に設けた張力計等があるが、桟橋２側の係船用部材２ａに設けた張力計２ｂなどの周知技術の張力検出装置を用いることもできる。また、この張力検出装置４１は、必ずしも据え付け型の張力計だけではなく、可搬型の張力計（市販品等）を用いてもよく、さらには、本発明の係船索監視システム４０で使用する検出部２１を備えて張力を算出できるように検定された繊維ロープ３０を用いてもよい。
【００５２】
なお、桟橋２側の張力計２ｂのデータを用いる場合には無線でデータを船舶１側の制御装置４３に送ることが好ましく、この場合に、張力計２ｂと制御装置４３とを無線で直接送受信するように構成してもよいが、図２に示すように、無線の中継と必要に応じてデータの一次処理を行うデータ管理装置２ｃを設けて、このデータ管理装置２ｃ経由で一次処理したデータを制御装置４３に送信するように構成してもよい。
【００５３】
この船舶１の甲板上の係船用部材１ａとしては、「ボラード」、「ムアリングホール」、「フェアリーダー」、「クリート」等がある。「ボラード」は、甲板上にあるロープを繋ぎ止めておくための円柱状の柱で、多くが２本１組で用いられる。「ムアリングホール」は、係船索３０を形成するロープが甲板の角に直接あたって擦り切れるのを防ぐと同時に、ロープが勝手に甲板上を動き回らないようにするための、甲板の端でロープを通す円形の穴を持つ金具である。「フェアリーダー」は、「ムアリングホール」と同じ機能を持ち、ロープが動くのに合わせて回転し、擦り切れるのを防止する、下または上下にローラーを備えている。「クリート」は「ムアリングホール」とほぼ同じであるが、穴を通さずに、上からロープをかけるためのもので、穴ではなく、上部が開かれている構造を用いている。
【００５４】
また、桟橋２側の係船用部材２ａは「ビット」や「係船ビット」と呼ばれる、鋼鉄製の大きな突起物である。船の係船時においては、図２及び図３に示すように、この係船用部材２ａに、係船索３０の先端の輪（アイ）３０ａを掛ける。この先端の輪３０ａが簡単には外れないように、係船用部材２ａの上部は陸側に湾曲しているものが多い。
【００５５】
また、ドルフィンはシーバースなどの港湾内の水域に杭等を打ち込んで作った係留施設であり、陸域から離れた海底に打ち込んで固定された部材である。この柱杭の上部が水面上に出ていて、係船索を掛けることができるようになっている。
【００５６】
次に、この係船監視システム１０で使用する伸長率検出装置２０について説明する。この伸長率検出装置２０は、繊維ロープ３０の伸長率βｍを検出する索状の検出部２１を有している。図４に示すように、この検出部２１は、コイル芯線２１ａ、コイル巻線２１ｂ、絶縁樹脂被膜２１ｃ、電磁波シールド層２１ｄ、及び、必要に応じ、電磁波シールド層の外面に絶縁樹脂被覆（図４には記載なし）を有して構成されている。
【００５７】
このコイル芯線２１ａは、アラミド繊維などで形成される芯線補強繊維であり、その長さＡの範囲の周囲にはコイル巻線２１ｂが巻回されている。また、このコイル巻線２１ｂは、金属導体線であり、絶縁樹脂被膜２１ｃに囲まれている。さらに、絶縁樹脂被膜２１ｃは、金属線編み構造の電磁波シールド層２１ｄにより囲まれている。
【００５８】
この検出部２１に張力Ｔ（荷重Ｆ）が作用すると、コイル芯線２１ａとコイル巻線２１ｂとが伸び、コイル巻線２１ｂのインダクタンスＬが変化する。このインダクタンスＬの変化を、コイル巻線２１ｂを流れる電流の変化から検出する、そして、予め測定しておいたインダクタンスＬと、検出部２１の伸長率αとの関係から、検出されたインダクタンスＬｍから検出部２１の伸長率αｍを得ることができる。
【００５９】
ここで、コイル芯線２１ａの透磁率をμとし、コイル芯線２１ａの断面積をＳ（＝２×π×Ｄ×Ｄ／４）とし、コイル巻線２１ｂの巻き数をＮ、コイル長さをＡとすると、Ｌ＝（μ×Ｎ×Ｎ×Ｓ／Ａ）となるので、インダクタンスＬとコイル長さＡの関係が定まる。
【００６０】
そして、図４及び図８に示すように、コイル巻線２１ｂ１本をコイル芯線２１ａにコイル状に巻いた索状の検出部２１を２本並行に並べ、一方の端で２本の索状の検出部２１からの引き出したコイル巻線２１ｂを互いに電気接続している。また、他方の端では２本の索状の検出部２１のコイル巻線２１ｂに接続された計測用配線２２を引き出して１次側小型コネクタ（計測部側接続器）２３と２次側小型コネクタ（制御装置側接続器）２４を経由して、制御装置側配線ケーブル２５で計測器（図示しない）に接続している。
【００６１】
図５に、検出されたインダクタンスＬｍから算定した伸長率αｍと寸法測定による伸長率αａとの関係の一例を図示している。これによると、インダクタンスＬｍから算定した伸長率αｍは、寸法測定の伸長率αａとほぼ直線関係（比例関係）にあり、この検出部２１におけるインダクタンスＬｍから伸長率αｍを算定することによって得られた測定結果では、検出部２１の伸長率αｍと寸法測定の伸長率αａは非常に良好な相関関係があることが分かる。以下、インダクタンスＬｍから算出した伸長率αｍを、検出部２１の伸長率（ストランド伸長率）αｍとして以下の説明を続ける。
【００６２】
そして、図６の（ａ）に示すように、伸長率検出装置２０は、検出部２１をフィラメント（原糸）を撚って作ったヤーン（撚糸）３１と共に撚り込んで、ストランド（小縄）３２ａを形成する。この検出部２１を設けたストランド３２ａを他のストランド３２ｂ、３２ｃと共に撚り込んで、繊維ロープ３０を構成している。つまり、この伸長率検出装置２０は、索状の検出部２１を有し、繊維ロープ３０が、検出部２１を芯部に設けたストランド３２ａを他のストランド３２ｂ、３２ｃと共に撚り込んで構成されている。
【００６３】
この検出部２１を、図６の（ｂ）に示すように、ストランド３２ａの中層に設けたり、図６の（ｃ）に示すように、ストランド３２ａの外層に設けたりするよりも、図６の（ａ）に示すように芯部に設けることが好ましい。この構成にすると、検出部２１とストランド３２ａの伸び量がほぼ同じになる。それとともに、ストランド３２ａが他のストランド３２ｂ、３２ｃと共に撚り込まれて繊維ロープ３０を構成した場合に、繊維ロープ３０の伸び量に比べて、撚られているストランド３２ａの芯部の伸び量が、ストランド３２ａの外層や中層の伸び量よりも小さくなる。そのため、芯部に配置された方の検出部２１の耐久性がより高くなるという利点がある。
【００６４】
また、図７に示すように、繊維ロープ３０の直線長さＡｒよりも、撚り込まれているストランド３２ａの長さ（図７の一点鎖線に沿った長さ）Ａｓの方が長くなる。そのため、伸長率検出装置２０による測定では、ストランド３２ａの伸長率αを測定するので、繊維ロープ３０の伸長率βを直接測定することはできない。しかし、両者の伸長率α、βの事前の測定などにより、伸長率検出装置２０によるストランド３２ａの芯部の繊維の伸長率の測定値（＝検出部２１の伸長率）αｍから、繊維ロープ３０の伸長率βｍを算出できる。
【００６５】
検出部２１は必要に応じ、１００メートルを超える長さで用いられる場合もある。また検出部ではインダクタンス値の検出の他、必要に応じ、コイル巻線２１ｂや電磁波シールド層２１ｄの電気抵抗値（直流抵抗もしくは交流抵抗）、もしくはコイル巻線２１ｂと電磁波シールド層２１ｄ間のキャパシタンス値等の検出が為されても良い。
【００６６】
そして、図８に示すように、繊維ロープ３０のストランド３２ａに撚り込まれた検出部２１からの制御装置側配線ケーブル２５の導出部分に関しては、計測用配線２２、１次側小型コネクタ（検出部側接続器）２３、２次側小型コネクタ（制御装置側接続器）２４、制御装置側配線ケーブル２５、緩衝材３３、繊維ベルトカバー３４、位置固定用結び紐（図示しない）等が有り、船上で接続作業がし易いように、次のように構成されている。
【００６７】
計測用配線２２は、繊維ロープ３０のストランド３２ａに撚り込まれた検出部２１のコイル巻線２１ｂに接続され、かつ、繊維ロープ３０のストランド３２ａ、３２ｂ、３２ｃを構成する繊維に囲まれて保護されている。それと共に、繊維ロープ３０のストランドの中心部に配線されるので、最も繊維ロープ３０の曲げや伸び縮みの影響を少なくすることができる。
【００６８】
計測用配線２２は、１次側小型コネクタ２３に接続されている。また、制御装置側配線ケーブル２５は、２次側小型コネクタ２４に接続している。そして、この１次側小型コネクタ２３に２次側小型コネクタ２４が離脱可能に接合している。１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４は両方とも、繊維ロープ３０のストランド３２ａ、３２ｂ、３２ｃの外周に配置されている。これにより、繊維ロープ３０側の検出部２１と制御装置との接続とその解除を非常に簡単に行うことができる。なお、図８では、計測用配線２２を図示しているが、この計測用配線２２は検出側接続器近傍の短い距離（ストランドの外側に出ている部分）のみである。
【００６９】
また、１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４はいずれも繊維ロープ３０の外周に位置し、さらに、繊維ベルトカバー３４で検出部２１から１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４の有る部分を囲い、検出部２１、または、１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４の位置が外部から視認できるようにしている。
【００７０】
これにより、例えば、厚みが４ｍｍ程度の繊維ベルトカバー３４で覆っているので、１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４との接続部分に圧迫耐性を付与して、この接続部分を十分保護することができる。
【００７１】
上記の図８に示す構成では、１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４を用いているが、図１４に示すような中間コネクタを使用しない構成にしてもよい。この構成では、繊維ロープ３０のストランド３２ａの内部に組み込まれた検出部２１が、必要に応じて計測用配線２２を介して、繊維ロープ３０を巻き取る係船用機器４２に設けられたデータ処理装置２７に接続され、データ処理装置２７が検出部２１から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、このデジタル信号を有線若しくは無線で制御装置４３に伝送するように構成される。
【００７２】
この構成では、検出部２１が、必要に応じて計測用配線２２を介して、１次側小型コネクタ２３と２次側小型コネクタ２４を介さずに、データ処理装置２７に直接接続している場合は、コネクタ２３、２４の耐久性やコネクタ２３、２４を保護する繊維ベルトカバー（保護カバー）３４の耐久性の問題を回避できる。更に、係船作業時における乗組員によるコネクタ２３、２４を接続する手間、例えば、繊維ベルトカバー３４の開閉、水密キャップの脱着、コネクタ２３、２４の脱着等を省くことができる。また、検出部２１が、必要に応じて計測用配線２２を介し、コネクタ２３、２４を介している場合でも、係船用機器４２に設けられているデータ処理装置２７に接続されていると、係船作業時においてコネクタ２３、２４を脱着させる必要が無いので、乗組員のコネクタ２３、２４同士を接続するための手間を省くことができる。これにより、この係船索監視システム４０を乗組員の手を介さない全自動システムにすることができる。
【００７３】
また、この人手を介さない全自動システムとしては、検出部２１を繊維ロープ３０に撚り込むとともに、検出部２１を、必要に応じて計測用配線２２を介して、接続するデータ処理装置２７を係船用機器４２に設置するだけでなく、係船作業時に、係船作業を開始すると共に、制御装置４３が、自動でデータ計測を開始し、この計測データを自動で解析して、各係船索３０の張力を算出して、この算出した張力をリアルタイムで表示させる張力連続計測システムになるように構成することが好ましい。このデータ処理装置２７は、ノートパソコンサイズに小型化し、係船用機器４２に搭載する形にして、組み込むことが好ましい。
【００７４】
あるいは、図１５に示すように、この係船索監視システム４０において、繊維ロープ３０のストランド３２ａの内部に組み込まれた検出部２１は、必要に応じて計測用配線２２を介し、繊維ロープ３０の内部もしくは表面上に設けられたデータ処理装置２７に接続される。
【００７５】
このデータ処理装置２７は、検出部２１から伝送されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、有線若しくは無線で制御装置４３に伝送される。有線の場合は、繊維ロープ３０の内部に設けた有線信号伝送ケーブル２６を経由して伝送され、無線の場合は、繊維ロープ３０の内部若しくは表面上に設けた無線信号送信器２７ａからの無線により伝送される。なお、無線信号送信器２７ａはデータ処理装置２７に組み込んでおくことが好ましい。また、このデジタル信号は、繊維ロープ３０を巻き取っている係船用機器４２の内部にもしくは別体で設けられた中継器２８を経由して、もしくは、直接、制御装置４３に伝送される。
【００７６】
これにより、繊維ロープ３０の内部もしくは表面上に設けられるような小型のデータ処理装置２７を用いて、測定したい部位のみに配置した検出部２１で計測したアナログデータを短い距離の有線伝送で外乱に強いデジタル信号に変換することができるので、より精度よく、繊維ロープ３０の伸長率βｍを検出することができるようになる。また、無線でデジタル信号を中継器２８もしくは制御装置４３に送ることにより、有線伝送に必要な有線伝送路を設ける必要が無くなり、また、有線伝送路の破損の恐れも無くなる。
【００７７】
更に、検出部２１を繊維ロープ３０の線長方向の中央よりも一端側の前半部と前記中央よりも他端側の後半部にそれぞれ配置する。それと共に、それぞれの検出部２１、もしくはそれぞれの検出部２１に接続された計測用配線２２を、前半部に配置された検出部２１と後半部に配置された検出部２１との間から引き出すように構成する。これにより、繊維ロープ３０からの検出部２１、もしくは計測用配線２２の引き出し部分を繊維ロープ３０のほぼ中央に配置できるので、初めは係船索（繊維ロープ）３０の前半分側を使用し、数年後に係船索３０の前後を入れ替えて後半分側を使用するという係船索の張り替え方法を行うことができるようになる。
【００７８】
次に、この繊維ロープ３０を用いて、寸法測定から得た繊維ロープの伸長率βｍ又は荷重Ｆと、検出部２１から得たセンサデータであるストランド伸長率αｍとの関係について説明する。図９〜図１１に示す例では、荷重Ｆの大きさを、第１回目と第２回目でロープ破断荷重に対する負荷率で１５％負荷とし、第３回目と第４回目で３０％負荷とし、第５回目と第６回目で４５％負荷とし、第７回目と第８回目で６０％負荷とし、第９回目で破断まで荷重Ｆを増加している。
【００７９】
図９に、繊維ロープの伸長率（寸法測定）βａとストランド伸長率（センサデータ）αｍとの関係の一例を示す。また、図１０に、この図９のときの荷重Ｆとストランド伸長率αｍとの関係を示す。さらに、図１１に、これらの図９と図１０のときの荷重Ｆと繊維ロープの伸長率βａの関係を示す。
【００８０】
この図９〜図１１では、繊維ロープの伸長率βａ又は荷重Ｆが小さいうちは、繊維ロープの締まりが変化するため、最大荷重の履歴に依存して、曲線が変化している。そのため、荷重Ｆが小さいうちは、ストランド伸長率αｍに基づいて繊維ロープの伸長率βａまたは荷重Ｆを監視するためには荷重Ｆの履歴データが必要になる。しかし、荷重Ｆが大きくなり、ストランド伸長率αｍが約１．０５以上では、ストランド伸長率αｍと繊維ロープの伸長率βａ又は荷重Ｆの関係は、ほぼ一直線上になっているので、破断張力に至る前の警報発生用又は信号出力用の警報値を超えるか否かの判定のための推定値として、ストランド伸長率αｍは十分に使用できることが分かった。
【００８１】
また、特に図示しないが、荷重Ｆの大きさを、第１回目から第４回目まで３０％負荷とし、ロープ緩和処理後の第５回目で３０％負荷とした場合も実験した。この実験では、第１回目から第２回目後の曲線はロープの締まりの影響を受けているが、ロープの締まりが安定すると一定の曲線に落ち着く傾向があった。また、第４回目後にロープを意図的に緩めると曲線も変化し、ヒステリシスが見られた。なお、繊維ロープの伸長率（寸法測定）βａとストランド伸長率（センサデータ）αｍは一直線上に並ばないが、この部分の現象は「構造延び」（撚り締まり）に相当している。
【００８２】
次に、係船索監視システム４０における係船索３０の監視と、警報又は信号の出力に関して説明する。係船索監視システム４０では、上記の索状の検出部２１を撚り込んだ繊維ロープを係船索３０として用いる。これにより、係船索監視システム４０は、船舶１が係船索３０を用いて桟橋２等に係船されたときに係船索３０を構成する繊維ロープの伸長率βｍを検出する伸長率検出装置２０を備えて構成される。
【００８３】
そして、さらに、この伸長率検出装置２０の検出値βｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出する制御装置４３を備えて構成される。なお、ストランド伸長率αｍから繊維ロープの伸長率βｍを算出することなく、ストランド伸長率αｍから直接係船索３０の張力Ｔｍを算出してもよい。また、以下の説明では、伸長率検出装置２０の検出値として、ストランド伸長率αｍを用いて説明しているが、ストランド伸長率αｍの代わりに、このストランド伸長率αｍから算出される繊維ロープの伸長率βｍを用いてもよい。
【００８４】
この構成によれば、繊維ロープ３０に加わる荷重Ｆからではなく、予め設定されたストランド伸長率αｍと張力Ｔｍとの関係から、例えば、図１０に示すような、事前の試験で得られたストランド伸長率αｍと張力Ｔｍとの関係をマップデータＭ１等でデータベース化して記憶しておき、係船作業中に得られたストランド伸長率αｍからそのマップデータＭ１を参照して、張力Ｔｍを算出する。これにより、張力検出装置４１（又は２ｂ）は使用せずに、張力Ｔｍを算出できる。
【００８５】
あるいは、直前に得られたストランド伸長率αｍと張力Ｔｍの関係に基づいて、伸長率検出装置２０の検出値αｍ）から係船索３０の張力Ｔｍを算出する。この場合は、例えば、係船作業中に伸長率検出装置２０で得られたストランド伸長率αｍと、張力検出装置４３（又は張力計２ｂ）から得られた張力Ｔｍとで、新たなマップデータＭ２を作成したり、マップデータＭ１を修正や更新をしたりして、事前に（張力Ｔｍを算出する前までに）、最新のマップデータＭｎｅｗを作成する。
【００８６】
そして、このマップデータＭｎｅｗを参照して、係船作業中に得られたストランド伸長率αｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出する。この場合は、張力検出装置４１（又は張力計２ｂ）を使用するが、ストランド伸長率αｍと張力Ｔｍとの関係を事前の試験で得てマップデータＭ１等でデータベース化して記憶しておく必要はない。
【００８７】
これらによれば、伸長率検出装置２０の検出値であるストランド伸長率αｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出するので、係船作業中、係船作業終了時のみならず、係船している最中における係船索３０の張力Ｔｍをより精度よく算出することができる。また、この伸長率検出装置２０では、繊維ロープ３０における伸長率検出装置２０の検出部２１がある測定対象部分のストランド伸長率αｍを検出することができるので、より精度よく、その測定対象部分における張力Ｔｍを算出できるようになる。
【００８８】
また、この制御装置４３は、伸長率検出装置２０の検出値αｍ又はこの検出値αｍから算出された係船索３０の張力に関係する算出値βｍ、Ｔｍが、予め設定される警報値αｃ、βｃ、Ｔｃを超えた場合に、警報を出力するか、又は信号を出力するかのいずれかを行うように構成されている。この伸長率検出装置２０の検出値又は算出値としては、ストランド伸長率αｍを用いてもよく、このストランド伸長率αｍから算出した繊維ロープ３０の伸長率βｍを用いてよい。さらには、ストランド伸長率αｍ又は繊維ロープ３０の伸長率βｍから算出した張力Ｔｍを用いてもよい。
【００８９】
一般に、係船索３０の張力Ｔは、船舶１が桟橋２に係船されている状態であっても、比較的長時間の変化となる潮の干満やうねり、船舶の積荷の荷役状態の影響に加えて、比較的短時間の変化となる桟橋２に打ち寄せる自然の波と、近くを航行する船舶からの波を受ける。係船索３０の張力Ｔは、短期的には、これらの波による船舶１の船体動揺による変動の影響が大きく、図１２に例示するように、時間の経過と共に変動している。
【００９０】
そこで、図１３に示すように、これらの時間的変動も考慮に入れて、破断荷重Ｆｄに相当するストランド伸長率αｄを設定し、これに対して、警報荷重Ｆｃを設定し、この警報荷重Ｆｃに相当する警報値αｃを設定する。なお、ストランド伸長率αｄと警報値αｃの代わりに、繊維ロープ３０の伸長率βｄと警報値βｃを、又は、張力Ｔｄと警報値Ｔｃを用いてもよい。
【００９１】
なお、この予め設定される警報値αｃ、βｃ、Ｔｃの設定時期は、判定の前までであればよく、必ずしも固定値である必要は無く、気象・海象などの外乱要因や、係船索３０の劣化度合いに基づいて、更新される値で有ってもよい。また、警報は、ブザーや音声メッセージ等の聴覚的なものであっても、赤色灯の点滅など視覚的なものであってもよい。また、信号としては、他の警報装置を起動させる信号や係船索３０の巻き取りを行う係船用機器４２を制御するために使用される信号等が考えられる。
【００９２】
また、本発明に係る実施の形態の係船索監視方法では、船舶１が係船索３０を用いて桟橋２に係船されたときに係船索３０を構成する繊維ロープの伸長率βｍを伸長率検出装置２０で検出し、前記伸長率検出装置２０の検出値αｍ（又は、βｍ）から係船索３０の張力Ｔｍを算出する。なお、以下の説明では、ストランド伸長率αｍを用いて説明しているが、ストランド伸長率αｍの代わりに、繊維ロープの伸長率βｍを用いてもよい。
【００９３】
この係船索監視方法によれば、繊維ロープ３０に加わる張力Ｔからではなく、予め設定されたストランド伸長率αｍと張力Ｔｍとの関係から、あるいは、直前に得られたストランド伸長率αｍと張力Ｔｍの関係に基づいて、伸長率検出装置２０の検出値αｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出するので、係船作業中、係船作業終了時のみならず、係船している最中における係船索３０の張力Ｔｍをより精度よく算出することができる。
【００９４】
また、この係船索監視方法において、計測された伸長率αｍが予め設定される警報値αｃを超えた場合に、警報を出力するか、又は信号を出力するかすると、比較的簡単な構成で、係船索３０の張力Ｔｍを検知することで、繊維ロープ３０の破断の予兆を検知して、係船索３０の破断を予測及び回避できる。
【００９５】
この方法では、伸長率αｍを破断の警報として用いるが、伸長率検出装置２０の検出値αｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出する方法では、設計許容負荷の大きさから３０％〜５０％以上の負荷に対しては、算出された張力Ｔｍの精度が高くなっている。また、繊維ロープ３０の材料がアラミド繊維などの高強度繊維である方が、弾性率が安定しているので、比較的精度が良くなる。
【００９６】
更に、この係船索監視システム４０において、繊維ロープ３０の劣化度合いδを考慮したシステムとしてもよい。この場合は次のような構成となる。つまり、制御装置４３が、伸長率検出装置２０で検出した繊維ロープ３０の伸長率βｍの値と、繊維ロープ３０の張力Ｔを伸長率検出装置２０とは別途に検出する張力検出装置４１で検出した張力（荷重）Ｔｍｍの値とから、繊維ロープ３０の劣化度合いδを判定して、劣化度合いδに従って警報値βｃの値を低下させる。
【００９７】
つまり、係船索監視システム４０は、繊維ロープ３０の伸長率βｍの値を検出する伸長率検出装置２０と、伸長率検出装置２０とは別途で繊維ロープ３０の張力Ｔを検出する張力検出装置４１と、伸長率検出装置２０で検出した繊維ロープ３０の伸長率βｍの値と張力検出装置４１で検出した張力（荷重）Ｔｍｍの値とから、繊維ロープ３０の劣化度合いδを判定して、劣化度合いδに従って警報値βｃの値を低下させる制御装置４３を有して構成される。
【００９８】
言い換えれば、係船索監視システム４０の係船索監視方法は、伸長率検出装置２０で繊維ロープ３０の伸長率βｍの値を検出するステップと、張力検出装置４１で伸長率検出装置２０とは別途で繊維ロープ３０の張力Ｔを検出するステップと、制御装置４３で、伸長率検出装置２０で検出した繊維ロープ３０の伸長率βｍの値と張力検出装置４１で検出した張力（荷重）Ｔｍｍの値とから、繊維ロープ３０の劣化度合いδを判定するステップと、劣化度合いδに従って警報値βｃの値を低下させるステップを有している。
【００９９】
この張力検出装置４１は、必ずしも据え付け型の張力計だけではなく、可搬型の張力計（市販品等）を用いてもよく、さらには、本発明の係船索監視システム４０で使用する検出部２１を備えて張力を算出できるように検定された繊維ロープ３０を用いてもよい。そして、配置位置としては、甲板１ｂ上の係船用部材１ａに繋がれた係船索３０に設けられていてもよく、また、桟橋２の係船用部材２ａに繋がれた係船索３０に設けられていてもよい。
【０１００】
この劣化度合いδの判定に関しては、以下の第１の方法と第２の方法がある。第１の方法では、従来では、係船に所定期間使用した繊維ロープの一部分を切断して、船から下してロープ製造所等に持ち帰り、引張試験装置を行って、破断する荷重を測定し、劣化度合を確認していたので、この張試験装置で測定した応力歪線図のデータが既に蓄積されている場合には、それと対照して繊維ロープの劣化状態や破断荷重を推定する。
【０１０１】
一方、上記のデータが蓄積されていない場合には、第２の方法で、同一荷重に対する伸長率の増加または同一の伸長率に対する荷重の減少より、経年劣化等による応力歪線図のシフト度合を推定し、必要に応じ外挿等を行う事によって、破断荷重点を推定する。つまり、繊維ロープ３０は、経年劣化等により、同一荷重に対する伸長率または同一の伸長率に対する荷重が変化することに注目して、次のようにして算出することができる。
【０１０２】
この第２の方法では、繊維ロープ３０は同じ張力（荷重）Ｔｍｍが加わっても、繊維ロープ３０の伸長率βｍが経年劣化により徐々に大きくなるので、繊維ロープ３０の伸長率βｍの値と、張力検出装置４１で検出し張力（荷重）Ｔｍｍとの比γである「γ＝（伸長率βｍ）／（張力（荷重）Ｔｍｍ）」が徐々に大きくなる。
【０１０３】
そこで、図１６に示すように、繊維ロープ３０の新品時（ａ）と、ある程度の時間を経過した後の（ｂ）時点、（ｃ）時点における繊維ロープ３０において、測定したＴｍｍｊとβｍｊとから、繊維ロープの伸長率βｍと張力（荷重）Ｔｍｍとの関係を示す曲線ＬｃのデータＬｃ（ａ）、Ｌｃ（ｂ）、Ｌｃ（ｃ）を算出する。
【０１０４】
そして、同一の張力（荷重）Ｔｍｍに対する伸長率βｍの変化に注目する場合には、予め設定した繊維ロープの伸長率βｍｉ、あるいは、予め設定した張力（荷重）Ｔｍｍｉにおけるγｉを「γｉ＝βｍｉ／Ｔｍｍ」で定義して、繊維ロープの伸長率βｍｉのｉ＝１〜ｎにおける平均値γを、γ（ａ）＝Σ〔βｍｉ（ａ）／Ｔｍｍｉ（ａ）〕／ｎ、γ（ｂ）＝Σ〔βｍｉ（ｂ）／Ｔｍｍｉ（ｂ）〕／ｎ、γ（ｃ）＝Σ〔βｍｉ（ｃ）／Ｔｍｍｉ（ｃ）〕／ｎとして算出する。そして、γ（ｒ）を基準値として、劣化度合いδを、「δ＝γ／γ（ｒ）」と定義して、δ（ａ）＝γ（ａ）／γ（ｒ）、δ（ｂ）＝γ（ｂ）／γ（ｒ）、δ（ｃ）＝γ（ｃ）／γ（ｒ）を算出する。
【０１０５】
一方、同一の伸長率βｍに対する張力（荷重）Ｔｍｍの変化に注目する場合には、図１６に示すように、予め設定した繊維ロープの伸長率βｍｉにおける張力（荷重）Ｔｍｍｉ（ａ）、Ｔｍｍｉ（ｂ）、Ｔｍｍｉ（ｃ）を用いて、各繊維ロープの伸長率βｍｉにおける劣化度合いδｉを、各張力（荷重）の基準値Ｔｍｍｉ（ｒ）を用いて、「δｉ＝Ｔｍｍｉ／Ｔｍｍｉ（ｒ）」で定義して、δｉ（ａ）＝Ｔｍｍｉ（ａ）／Ｔｍｍｉ（ｒ）、δｉ（ｂ）＝Ｔｍｍｉ（ｂ）／Ｔｍｍｉ（ｒ），δｉ（ｃ）＝Ｔｍｍｉ（ｃ）／Ｔｍｍｉ（ｒ）を算出する。さらに、背にロープ３０の劣化度合いδを、「δ＝〔Σδｉ〕／ｎ」で定義して、繊維ロープの伸長率βｍｉのｉ＝１〜ｎにおける平均値、δ（ａ）＝〔Σδｉ（ａ）〕／ｎ、δ（ｂ）＝〔Σδｉ（ｂ）〕／ｎ、δ（ｃ）＝〔Σδｉ（ｃ）〕／ｎを算出する。
【０１０６】
これらの基準値γ（ｒ）、Ｔｍｍｉ（ｒ）としては、繊維ロープ３０の新品時（ａ）の値γ（ａ）、Ｔｍｍｉ（ａ）としてもよく、予め行った実験の結果や計算等で設定した値を用いてもよいが、繊維ロープ３０の新品時（ａ）の値γ（ａ）、Ｔｍｍｉ（ｒ）を使用すると、繊維ロープ３０の個々の性質（製造時のばらつき）を考慮することができる。
【０１０７】
これらの方法により、繊維ロープ３０の劣化度合いδを算出して、図１７に示すように、この劣化度合いδに応じて、警報値βｃの値を低下させる。例えば、βｃ（ｂ）＝βｃ（ａ）／γ（ｂ）等に変更する。つまり、劣化度合いδが増加するにつれて連続的又は段階的に警報値βｃの値を低下させる。この劣化度合いδと警報値βｃの関係は予め実験や計算等により設定しておく。これにより、警報値βｃの値を係船索３０の劣化度合いδに基づいて更新及び調整することができるようになる。
【０１０８】
なお、上記では、「伸長率」と「警報値」として、「繊維ロープの伸長率βｍ」と「警報値βｃ」を用いたが、これらの代わりに「ストランド伸長率αｍ」と「警報値αｃ」、「張力Ｔｍ」と「警報値Ｔｃ」を用いてもよい。
【０１０９】
更に、制御装置４３が、繊維ロープ３０の劣化度合いδが、予め設定された交換時期警告値δｃを超えた場合に、繊維ロープ３０が交換時期に達していることを警告するように構成する。
【０１１０】
つまり、係船索監視システム４０の制御装置４３は、繊維ロープ３０の劣化度合いδを算出する機能と、算出された劣化度合いδと予め設定された交換時期警告値δｃとを比較する機能と、劣化度合いδが交換時期警告値δｃを超えたと判定した場合に、繊維ロープ３０が交換時期に達していることを警告する機能を有して構成される。
【０１１１】
言い換えれば、係船索監視システム４０の係船索監視方法は、繊維ロープ３０の劣化度合いδを算出するステップと、算出された劣化度合いδと予め設定された交換時期警告値δｃとを比較するステップと、劣化度合いδが交換時期警告値δｃを超えたと判定した場合に、繊維ロープ３０が交換時期に達していることを警告するステップを有している。
【０１１２】
この交換時期警告用の劣化度合い値δｃは、実験や計算などにより予め設定しておく。これにより、繊維ロープ３０の劣化度合いδが進捗すると、係船時に破断する恐れが生じるが、この警告により、適切な時期に繊維ロープ３０を交換して繊維ロープ３０の破断を回避することができるようになるので、係船時における安全性を向上することができる。
【０１１３】
この繊維ロープ３０の劣化度合いδに基づいて、警報値βｃの調整と繊維ロープ３０の交換時期の判定を行う制御方法に関しての制御フローの１例を図１８に示す。この図１８の制御フローでは、この制御装置４３のスイッチが入れられると、上位の制御フローから呼ばれて、図１８の制御フローがスタートする。そして、ステップＳ１１で、初期値を入力する。この初期値としては、判定用数値として使用する、基準となる「張力―伸長率の関係」や新品に対する警報値βｃ等がある。
【０１１４】
次のステップＳ１２で劣化判断の開始をする。この劣化判断では、ステップＳ１３で、対象とする繊維ロープ３０の張力（荷重）Ｔｍｍｉと伸長率βｍｉを測定し、ステップＳ１４でこの測定した張力（荷重）Ｔｍｍと伸長率βｍの関係から劣化度合いδを算出する。
【０１１５】
次のステップＳ１５で警報値βｃの調整をして、新たな警報値βｃを設定する。そして、この新たな警報値βｃを出力または更新し、上位の制御フローなどでこの警報値βｃを使って、警報を発するか否かを判定する。
【０１１６】
また、次のステップＳ１６で繊維ロープ３０の交換時期を判定する。そして、交換時期であると判定した場合は、交換時期であるとの警告を出す。その後リターンしてステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜ステップＳ１６を繰り返す。そして、制御装置４３のスイッチが切られるなどして、終了信号が発生され、この制御フローに割り込まれると、各ステップからリターンに入り、上位の制御フローに戻り、この上位の制御フローの終了とともに、図１８の制御フローも終了し、この制御フローを終了する。
【０１１７】
次に、本発明に係る実施の形態の係船管理システム５０は、上記の係船索監視システム４０を備えて構成される。また、制御装置４３が、係船索３０を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中の少なくともいずれかで、係船索監視システム４０から得られた各係船索３０の張力Ｔが予め設定される目標張力Ｔｔになるように、各係船索３０を巻き取っている係船用機器４２を制御するように構成されている。
【０１１８】
なお、この各係船索３０の自動調整のための各係船索３０における検出部２１の配置としては、繊維ロープ３０が張っている直線部なる部分で、かつ、船上（もしくは陸上のボラード近く）になる部分に配置しておくことが好ましい。また、繊維ロープ３０の弾性率ηを求めて、予め設定される弾性率ηと張力Ｔの関係に基づいて、この弾性率ηから張力Ｔを計算し、この張力Ｔに基づいて、各係船索３０の張力Ｔの分担を監視若しくは自動調整するようにしてもよい。
【０１１９】
さらには、船舶１の気象・海象や潮流などのデータに加えて、ＧＰＳ（全地球測位システム）からの信号を基に算出した船舶の姿勢や船体運動などの状態を考慮しつつ、検出部２１から得られた張力Ｔｍのデータを基に、係船用機器４２を操作又は制御することでより、特に移動調整することにより、きめ細かな係船管理が可能となる。
【０１２０】
この構成によれば、係船索監視システム４０から得られる各係船索３０の張力Ｔｍを用いることができるので、各係船索３０の破断の回避のみならず、各係船索３０の張力Ｔを調整することにより係船状態をより良い係船状態にして、係船されている船舶１の運動が大きくならないようにすることもでき、気象・海象や船舶の荷役状態や、船舶１に入射してくる波等の外乱に対して、時々刻々、より良い係船状態にすることができる。そして、張力検出装置４１と組み合わせて弾性率ηを算出することで、劣化具合を診断できるようになる。
【０１２１】
次に、本発明に係る係船索監視方法と係船管理方法について説明する。この係船索監視方法では、船舶１が係船索３０を用いて桟橋２に係船されたときに係船索３０を構成する繊維ロープの伸長率βｍを伸長率検出装置２０で計測し、伸長率検出装置２０の検出値αｍ（又はβｍ）から繊維ロープ３０の張力Ｔｍを算出する。
【０１２２】
この係船索監視方法によれば、繊維ロープ３０に加わる荷重Ｆからではなく、予め設定された伸長率αｍと張力Ｔｍの関係から、あるいは、直前に得られた伸長率αｍと張力（荷重）Ｔｍｍの関係に基づいて、伸長率検出装置２０の検出値αｍから係船索３０の張力Ｔｍを算出するので、係船作業中、係船作業終了時のみならず、係船している最中における係船索３０の張力Ｔｍをより精度よく算出することができる。
【０１２３】
また、本発明に係る実施の形態の係船管理方法では、船舶１が複数の係船索３０を用いて桟橋２等に係船されたときに、それぞれの係船索３０において、係船索３０に撚り込まれた伸長率検出装置２０で計測した検出値αｍ（又はβｍ）から、係船索３０の張力Ｔｍを算出すると共に、係船索３０を用いての係船作業中と係船作業完了時と係船中の少なくともいずれかで、それぞれの係船索３０において、算出した係船索３０の張力Ｔｍが予め設定されるそれぞれの目標張力Ｔｔになるように、それぞれの係船索３０を巻き取っている係船用機器４２を制御する。
【０１２４】
この係船管理方法によれば、各係船索３０の破断の回避のみならず、各係船索３０の張力Ｔを調整することにより係船状態をより良い係船状態にして、係船されている船舶１の運動が大きくならないようにすることができ、気象・海象や船舶１の荷役状態に対して、時々刻々、より良い係船状態にすることができる。
【０１２５】
従って、上記の構成の係船索監視システム４０、係船管理システム５０、係船索監視方法、及び係船管理方法によれば、比較的簡単な構成で、係船索３０の張力Ｔｍを検知することができて、係船索３０の破断を予測及び回避できる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  船舶
１ａ  甲板上の係船用部材
１ｂ  甲板
２  桟橋
２ａ  桟橋側の係船用部材
２ｂ  張力計
２ｃ  データ管理装置
２０  伸長率検出装置
２１  検出部（伸長率センサ）
２１ａ  コイル芯線
２１ｂ  コイル巻線
２１ｃ  絶縁樹脂被膜
２１ｄ  電磁波シールド層
２２  計測用配線
２３  １次側小型コネクタ（検出部側接続器）
２４  ２次側小型コネクタ（制御装置側接続器）
２５  制御装置側配線ケーブル
２６  有線信号伝送ケーブル
２７  データ処理装置
２７ａ  無線信号送信器
２８  中継器
３０  係船索（繊維ロープ）
３０ａ  係船索の先端の輪
３２ａ  検出部を練り込んだストランド（小縄）
３２ｂ、３２ｃ  検出部の無いストランド（小縄）
３３  緩衝材
３４  繊維ベルトカバー
４０  係船索監視システム
４１  張力検出装置（可搬型張力計等）
４２  係船用機器（ムアリングウインチなど）
４３  制御装置
４３ａ  モニター装置
５０  係船管理システム
５１  防舷材
Ｆ  荷重
Ｆｃ  警報荷重
Ｆｄ  破断荷重
Ｔ  係船索の張力
Ｔｃ  警報荷重に相当する張力
Ｔｄ  破断荷重に相当する張力
Ｔｍ  張力（伸長率検出装置で算出された張力）
Ｔｍｍ  張力（荷重）（張力検出装置で検出された張力（荷重））
Ｔｔ  目標張力
α  検出部のストランド伸長率（伸長率）
αａ  寸法測定による伸長率（ストランド伸長率）
αｃ、βｃ  警報荷重に相当する警報値
αｄ  ：破断荷重に相当するストランド伸長率
αｍ  検出されたストランド伸長率（伸長率）
βｄ  破断荷重に相当する繊維ロープの伸長率（伸長率）
βｍ  繊維ロープの伸長率（伸長率）
γ  伸長率と張力の比
δ  劣化度合い
η  伸張率
【図１】
2020110902.tif 000003
【図２】
2020110902.tif 000004
【図３】
2020110902.tif 000005
【図４】
2020110902.tif 000006
【図５】
2020110902.tif 000007
【図６】
2020110902.tif 000008
【図７】
2020110902.tif 000009
【図８】
2020110902.tif 000010
【図９】
2020110902.tif 000011
【図１０】
2020110902.tif 000012
【図１１】
2020110902.tif 000013
【図１２】
2020110902.tif 000014
【図１３】
2020110902.tif 000015
【図１４】
2020110902.tif 000016
【図１５】
2020110902.tif 000017
【図１６】
2020110902.tif 000018
【図１７】
2020110902.tif 000019
【図１８】
2020110902.tif 000020
【国際調査報告】
2020110902.tif 000021
2020110902.tif 000022
2020110902.tif 000023
2020110902.tif 000024