技術報告
海洋情報部研究報告 第 51 号 平成 26 年 3 月 24 日
REPORT OF HYDROGRAPHIC AND OCEANOGRAPHIC RESEARCHES No.51 March, 2014†

測量船「昭洋」への海底地殻変動観測装置の設置
秋山裕平＊，横田裕輔＊

Installation of seafloor geodetic observation system on the S/V Shoyo †Yuhei AKIYAMA＊ and Yusuke YOKOTA＊

Abstract
The Japan Hydrographic and Oceanographic Department（JHOD）installed an acoustic transducer on the bottomof the S/V Meiyo（５５０tons）in March２００８, the S/V Takuyo（２，４００tons）in February２０１０, and the S/V Kaiyo（５５０tons）in March２０１２and started sailing measurements. JHOD also installed a new seafloor geodetic observation system on the S/V Shoyo（３，０００tons）in November２０１２for more efficient and precise seafloor positioning.
In this report, we present the new system mounted on the S/V Shoyo and the test results through the comparison
with the results obtained by other S/Vs.

１

はじめに
海上保安庁海洋情報部では，東京大学生産技術研究所の技術協力のもと，GPS/音響結合方式による海底地殻変動観測の技術開発及び海底基準点の展開を行っている（藤田，２００６；佐藤・藤田，２０１２）．
本手法では，まず，マストに設置された GPSアンテナにより船位を，ジャイロ室に設置された動揺計測装置により船の姿勢を計測し，これとともに，船底に設置された音響トランスデューサで音波を用いて，海底に設置された複数の海底局との距離計測（音響測距）をあらかじめ設定された

Fig．
１．Schematic picture of GPS/acoustic seafloor
geodetic observation.
図１．GPS/音響結合方式による海底地殻変動観測の模式図．

測線上で行う．これを複数セット実施して５，０００個以上の音響測距データ取得し，最小二乗法で海宮城県沖，福島県沖等における地震間の地殻変動底基準点の位置を決定する（Fig．
１）．

や２００５年の宮城県沖の地震（M７．
２）及び２０１１

海底基準点は主に日本海溝沿い及び南海トラフ

年（平成２３年）東北地方太平洋沖地震（M９．
０）沿いの陸側の海底に展開されており，これまでにに伴う地殻変動を検出することに成功している† Received October９,２０１３; Accepted December２６,２０１３＊ 海洋調査課海洋防災調査室 Geodesy and Geophysics Office, Hydrographic Surveys Division− 106 −

Installation of seafloor geodetic observation system on the S/V Shoyo（例えば，藤田，２００６；Sato et al.,２０１１）．
従来は測量船の船尾に GPS アンテナ及び音響トランスデューサ（送受波器）を設置し，観測をTable１．List of the equipment installed on the S/VShoyo.
表１．「昭洋」に設置した観測機器の規格．

実施してきた（漂流観測）．この方法では，測線のコントロールが不可能である上，測線間の移動の度に音響トランスデューサを引き揚げなければならず，タイムロスが大きかった．より効率的な観測が可能な航走しながらの観測を実現するた
め，２００８年３月 に 中 型 測 量 船「明 洋」（５５０トン），２０１０年２月に大型測量船「拓洋」（２，４００トン），２０１２年３月 に 中 型 測 量 船「海 洋」（５５０トン）の船底に音響トランスデューサを常設し，航走 観 測 を 開 始 し た（川 井・他，２００９；氏 原・成田，２０１２；秋山・他，２０１３）．これにより，測線間の移動に伴うタイムロスが減少した．さらに，測線のコントロールが可能となったことにより，従来と比較して音響測距データの空間的なバランスが改善され，より短時間で安定した観測を行うことが可能となった（佐藤・他，２００９）．
こ れ ら３隻 の 測 量 船 に 続 き，２０１２年１１月 に

Fig．
２．GPS/Acoustic seafloor geodetic observationequipment on the S/V Shoyo.
図２．「昭洋」に設置した海底地殻変動観測のための観測機器．

は，大型測量船「昭洋」（３，０００トン）に音響トランスデューサ等からなる海底地殻変動観測システムを常設した．これにより，４隻体制での観測が可能になり，海底地殻変動観測の実施に際し観測機会の増加が期待される．
本稿では，「昭洋」に設置した海底地殻変動観測システムの概要についてまとめる．また，GPS/音響結合方式による観測を行うため，音響トラン ス デ ュ ー サ−GPS ア ン テ ナ 間 の 位 置 計 測 を行った．さらに，「昭洋」での海底局位置観測の再現性を評価するため，他船での観測データを用いた局位置解析結果と比較したので，それらの結果を報告する．
２

観測機器の設置

Photo１．Installation of an acoustic transducer on thehull of the S/V Shoyo.
写 真１．「昭 洋」の 船 底 に 送 受 波 用 音 響 ト ラ ン ス
デューサを設置する様子．

「昭 洋」に 設 置 し た 観 測 機 器 を Table１及 びFig．
２に示す．基本的構成は「明洋」，「拓洋」及び「海洋」と同様である．船底に送受波用音響ト（Photo３），観測室に各種収録装置（Photo４）をランスデューサ（Photo１），ジャイロ室に動揺計設置した．これらの収録装置は LAN 接続により測装置（Photo２），マスト部分に GPS アンテナ１台のパソコンで操作できるようになっている．

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Yuhei AKIYAMA and Yusuke YOKOTA

Photo２．Dynamic motion sensor, PHotonic InertialNavigation System（PHINS）, installed in theS/V Shoyo.
写真２．「昭洋」のジャイロ室に設置された動揺計測装置（PHINS）．

Photo３．GPS antenna installed on the mast of the S/VShoyo.
写真３．「昭洋」のマスト部分に設置された GPS アンテナ．

３

音響トランスデューサ−マスト GPS アンテナ間の位置計測

Photo４．Control and recording devices of seafloor
geodetic observation system installed in theS/V Shoyo.
写真４．「昭洋」の観測室に設置した各種収録装置．

Photo５．Measurement of the height of the acoustic
transducer from the ground. The measuring
point was placed just below the center of thetransducer while the S/V Shoyo was dry−docked.
写真５．「昭洋」のドック入渠中における船底の音響トランスデューサ底面と鉛直下のドック底面との距離を測定する様子．

２０１２年１１月の「昭洋」のドック入渠中及び出渠後に音響トランスデューサ−マスト GPS アン

底の音響トランスデューサ底面の中心点から鉛直テナ間の位置計測を行った．

下のドック底面に測点を設置し，この間の距離をドック入渠中には，ドック近傍に設置した点測定した（Photo５）．また，出渠後には，音響ト（２箇所）及びマストに設置された GPS アンテナ

ランスデューサ鉛直下の点及びドック近傍の点において GPS 測量を行った．それとともに，船（２箇所）の測角を行った．

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Installation of seafloor geodetic observation system on the S/V Shoyo

GPS 測量の解析には Trimble Business Center

洋」で得られた受信波形の相関係数の平均値の差（ver．
２．
８１）を用いた．さらに，この解析結果とは０．
１以下であり十分に小さい．この結果から，「昭洋」入渠時に計測した動揺計測装置（PHINS）「昭洋」での音響測距結果は他船と同様の信頼性のデータを組み合わせて，マスト GPS アンテナがあると言える．

底面を原点とした音響トランスデューサ底面の中心点の位置を決定した．得られた位置は，マスト（b） 局位置解析結果の比較

GPS アンテナ底面に対して，船尾方向に０．
７６７「昭洋」の第１回目の観測（２０１３年７月）ではm，右 舷 方 向 に０．
８０１m，船 底 方 向 に２８．
８９４「熊野灘１」海底基準点において５セットの観測をm，斜距離が２８．
９１５m であった．

実施し，５，５８９個の音響測距データを取得した．
こ こ で は，そ の 結 果 を 用 い た 局 位 置 解 析 結 果

４

海底局位置観測の再現性評価と，２０１３年５月に「海洋」で実施した同海底基準点での５セットの観測で得た５，６９６個の音響測（a） 音響測距結果「昭洋」で得られた受信波形の一例を Fig．
３に，距データを用いた解析結果を比較して，「昭洋」

この受信波形に対する相関処理結果を Fig．
４に示のデータの評価を行う．

す．相関処理 に は，音 響 解 析 ソ フ ト「sas使 用 し た ソ フ ト ウ ェ ア は，KGPS 解 析 は ITver.

ver．
４．
２（Colombo，１９９８），局位置解析は SGOBS

１．
２．
５」（冨山，２００３）を使用した．
「昭洋」及び「明洋」の，同程度の海況下でのver．
３．
６（藤田・他，２００４）である．局位置 解 析

観測で得られた受信波形の相関係数の分布をそれ
ぞ れ Fig．
５（a），５（b）に 示 す．「明 洋」と「昭Fig．
３．Example of an acoustic signal.
図３．「昭洋」で観測された受信波形の一例．

Fig．
４．Received signal（upper）and result of cross correlation（lower）.
図４．受信波形の一部（上）と相関処理の結果（下）．

Fig．
５．Comparison of correlation coefficients calculated from acoustic ranging data obtained by（a）the S/VShoyo and（b）the S/V Meiyo.
図５．同程度の海況下での観測で得られた受信波形の相関係数の分布の比較．
（a）
「昭洋」
，
（b）
「明洋」
．

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Yuhei AKIYAMA and Yusuke YOKOTA

では，各海底局の位置を独立に求め，重心位置を海底基準点の位置として決定した．各観測における局位置解析結果を Fig．
６に示す．
ここでは，「海洋」による５セット分のデータを用いた局位置解析結果を基準として，「昭洋」の５セット解を比較することで，「昭洋」の海底地殻変動観測システムの有用性を評価する．また，各セットのばらつきをみるため，それぞれの１セット毎の局位置解析結果を相対値としてプロットした．「昭洋」と「海洋」の５セット解の差は水平２．
３cm，上下２．
１cm であった．
これらの局位置解は２〜３cm とされている繰
り返し観測の精度の範囲内に収まっている．それぞれの船での観測時期の違いは２か月であり，この間の地殻変動は１cm 未満であると考えられる
こ と か ら，「昭 洋」と「海 洋」に よ る 局 位 置 解は，互 い に 整 合 的 で あ る と い え る．ま た，「昭洋」による１セット毎の結果のばらつきも「海洋」と同程度である．したがって，「昭洋」のシステムは「海洋」と同程度の観測精度であると言える．
次に，「熊野灘１」海底基準点における過去の局位置解析結果の時系列との整合性を確認する．
「熊野灘１」海底基準点における局位置解析結果（２０１０年１月から２０１３年７月）について，「昭洋」，「明洋」，「拓洋」及び「海洋」において実施した
海 底 地 殻 変 動 観 測 結 果 を Fig．
７（a）に 示 す．また，参考として「相模湾」海底基準点における局位置解析結果（２０１０年８月から２０１３年７月）についても Fig．
７（b）に示す．基準は，「熊野灘１」

Fig．
６．Comparison of the positioning results at “KUM１”
by the S/V Kaiyo in May２０１３（red）and the S/V
Shoyo in July２０１３（green）. Solid and open circles and diamonds show ５−set and １−set results, respectively. The reference is the ５−set
results of the S/V Kaiyo.
図６．「熊野灘１（KUM１）」に お け る２０１
３年５月 の「海洋」での局位置解析結果（赤）と２０
１
３年７月の「昭洋」での局位置解 析 結 果（緑）の 比較．赤丸と緑ひし形は各観測における全データを使用した全セット（５セット）解，白抜きの丸とひし形は１セット分のデータのみから求めた解．１セット解のばらつきの RMS をそれぞれ記載している．

は「明洋」にて２０１０年１月に実施した観測での解，「相模湾」は「明洋」にて２０１０年８月に実施

５

結論

２０１２年１１月，「昭洋」に海底地殻変動観測装した観測での解である．
Fig．
７から，「昭洋」で得られたデータの局位置を常設した．本稿で示した観測機器は，２０１３

置解析結果は，他船での観測の解析結果の時系列

年７月に実施した観測の時点では正常に動作をしと比べても，水平・上下方向ともばらつきの範囲ている．その際の観測の結果，水平成分及び上下内に収まっている．このことから，「昭洋」と他成分とも，数 cm とされている繰り返し観測の精船での観測の間にバイアスエラーはなく，他船と度の範囲内に収まった．このことから，「昭洋」同じ基準で結果を示すことができると言える．のシステムは，他船と同程度の信頼性があることが確認された．
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Installation of seafloor geodetic observation system on the S/V Shoyo

Fig．
７．Time series of the estimated positions at（a）“KUM１” from January２０１０to July２０１３and（b）“SAGA” fromAugust２０
１０to July２０１
３. Blue, red, and black circles and green diamonds show observations by the S/Vs
Meiyo, Kaiyo, Takuyo, and Shoyo, respectively. Green dashed lines show the occurrence of the２０
１
１off thePacific coast of Tohoku Earthquake.
図７．（a）「熊野灘１（KUM１）」における２０１
０年１月から２０１
３年７月までの局位置解析結果の時系列と（b）「相模湾（SAGA）」における２０１０年８月から２０
１
３年７月までの局位置解析結果の時系列の比較．青丸，赤丸，黒丸，緑ひし形は，それぞれ「明洋」，「海洋」，「拓洋」，「昭洋」での観測結果を表している．緑点線
は２０
１
１年３月の東北地方太平洋沖地震の発生時期を示す．

文

本稿により，「昭洋」に常設したシステムの有献

用性が確認できたことから，今後は４隻体制での秋山裕平・氏原直人・大門肇（２０１３）測量船「海海底地殻変動観測が可能となる．これにより，海洋」への海底地殻変動観測装置設置につい

底地殻変動観測の実施に際し観測機会の増加が期て，海洋情報部研究報告，５０，９１‐９６．
Colombo, O. L.（１９９８）Long−Distance Kinematic待される．

GPS, in “GPS for Geodesy ２nd Edition”,
謝Springer,５３７‐５６８．

辞今回，海底地殻変動観測装置の設置及び観測の藤田雅之・佐藤まりこ・矢吹哲一朗（２００４）海底実施には測量船「昭洋」乗組員の協力のもとに行

地殻変動観測における局位置解析ソフトウェ

われたものであり，記して感謝いたします．

アの開発，海洋情報部技報，２２，５０‐５６．
藤田雅之（２００６）GPS/音響測距結合方式による− 111 −Yuhei AKIYAMA and Yusuke YOKOTA

海底地殻変動観測〜海上保安庁の取り組み観測システムを新たに常設した．
本稿では，「昭洋」に設置した海底地殻変動観（レビュー）〜，海洋情報部研究報告，４２，測システムの概要及び他船の観測データとの比較

１‐１４．
川井仁一・浅倉宜矢・松本良 浩（２００９）測 量 船「明洋」への海底地殻変動観測用送受波器のによる局位置の再現性評価結果について報告す
る．

船底装備について，海洋情報部技報，２７，５０‐５５．
佐藤まりこ・浅倉宜矢・齋藤宏彰（２００９）船底ト
ランスデューサによる航走海底地殻変動観測の 評 価（速 報），海 洋 情 報 部 技 報，２７，５６‐
６５．
Sato, M, T. Ishikawa, N. Ujihara, S. Yoshida, M. Fujita, M. Mochizuki and A. Asada（２０１１）Displacement Above the Hypocenter of the ２０１１
Tohoku−Oki Earthquake, Science, ３３２, １３９５,
doi :１０.１１２６/science.１２０７４０１.
佐藤まりこ・藤田雅之（２０１２）GPS/音響測距結
合方式による海底地殻変動観測技術の進展，
海洋情報部研究報告，４８，２６‐４０．
冨山新一（２００３）海底地殻変動観測における音響解析，海洋情報部技報，２１，６７‐７２．
氏原直人・成田誉孝（２０１２）測量船「拓洋」への
海 底 地 殻 変 動 観 測 装 置 設 置 に つ い て（速報），海洋情報部研究報告，４８，８５‐９０．
要旨海上保安庁海洋情報部では，東京大学生産技術研究所と技術協力を行いつつ，GPS/音響結合方式による海底地殻変動観測の技術開発及び海底基準点の展開を行っている．我々の海底基準点は，主に日本海溝及び南海トラフ沿い陸側に設置され，測量船による繰り返し観測を行っている．
より短時間で安定した観測を行うため，２００８
年３月に中型測量船「明洋」（５５０トン），２０１０年２月に大型測量船「拓洋」（２，４００トン），２０１２年３月に中型測量船「海洋」（５５０トン）の船底に音響トランスデューサ（送受波器）を常設し，船底トランスデューサによる航走観測を開始した．引き続き２０１２年１１月に大型測量船「昭洋」（３，０００トン）に音響トランスデューサ等の海底地殻変動− 112 −