博士 （水産 科学） 児玉

工

学 位 論 文 題 名

垂下式ホ タテ貝養殖漁船の操業時における横揺 れ応答の 推定に 関する基礎的研究
学 位論文内容の要旨
漁 船の海難 事故は 依然後を 絶たず 、近年に おいても漁船の海難事故による死亡・行方
不 明 者 は毎 年 百 人前後に のぼる 。従って 、人命 の損失に 至る可 能性の高 い漁船の 転覆
海 難 事 故の 防 止 は漁業従 事者の 労働環境 を整備 する上で 極めて 重要な課 題として 残って いる。
小 型漁 船 は 水面 下の船 体形状が 他の大型 船舶に 較ベ複雑 であり 、他の大 型船舶 とは異 な る 形状 的 特 性を有し ている 。また、 小型漁 船の排水 量と波 長及び波 高との相 対的な 関 係 から 、 小 型漁船は 他の船 舶に較べ 波浪外 カの影響 を強く 受けると ともに、 操業
時 に は 漁労 設 備 及び漁具 を使用 すること により 船体には 複雑な 外カが働 く。加え て、漁 獲 物 を積 載 す ることに より船 体の重量 配置や 排水量等 の船体 状態が短 時間のう ちに丶
変 化 し 、船 体 状 態の変化 に起因 して波浪 入カに 対する船 体の応 答である 横揺れ応 答も変 化する。
従 って 、 小 型漁 船の横 安全性を 検討する 上で波 浪中にお ける耐 航性能に 加え、 操業
時 に お いて 複 雑 な外力下 にある ときの小 型漁船 の耐航性 能も極 めて重要 であり、 さらに 操 業 の過 程 で 生じる船 体の状 態変化に よる横 揺れ応答 への影 響も無視 すること は出来 ない。
そ こで 、 本 論文 では模 型実験並 ぴに操業 時にお ける実船 実験の 結果に基 づき、 操業
時 に お ける 小 型 漁船の横 揺れ応 答特性を 明らか にすると ともに 、応答構 造の変化 を動的 に 捉 える こ と により、 時間的 に応答構 造が変 化する中 で各状 態に対応 した横揺 れ応答 を推定す ること を検討し た。
本 論文では 、小型 漁船の一 例とし て北海道 渡島半島内浦湾（通称、噴火湾）において垂下式ホタテ貝養殖業に従事する小型漁船を取り上げた。本船は、沖合いにおける操業時、大規模な貝の養殖施設に係留されることにより複雑な外力下にあるとともに、貝の揚収作業時においては大量の貝が漁船の甲板上に積載されることに伴い船体の状態も短時間のうちに大きく変化する。
従って、操業中に応答構造が変化する本船の横揺れ応答を推定することは小型漁船の横安全性の限界を解析する上で重要となる。
各船体状態における漁船の横揺れ応答特性
操業時において養殖施設に係留した状態にある小型漁船の横揺れ応答特性並びに操業の過程で横揺れ応答がどのように変化するのかを明らかにするため大型水理実験水槽 に おい て 模型 船 と 養殖 施 設の 模 型 を使 用 し 規則 波 中横 揺 れ 実験 を行っ た。
その結果、垂下式ホタテ貝養殖業に従事する小型漁船は、平坦な船底、ハードチャイン、張り出し甲板等の特徴的な船型を有しているため、波浪中における横揺れ応答は、その振幅に依存して非線形性を示すことを確認した。また、大規模な養殖施設に係留されることにより横揺れの周波数応答特性が変化し、非係留時に較べ長波長の入射波に対して横揺れ応答が増大すること、養殖施設に係留されることにより船体に加わる傾斜モーメントが操業の過程で増大すると、船体の有効な横復原カが減少することにより横揺れ応答も増大することを確認した。
横揺れ応答の時間的変化
模型実験の結果から、操業の過程で積載重量、積載配置及び船体の傾斜角が変化することにより、操業中、横揺れ応答が時間的に変化することが想定された。このことを検証するため、森漁業協同組合に所属する洋鵬丸と鹿部漁業協同組合に所属する丸東丸において実船実験を行い、小型漁船の船体運動等を同時計測した。計測した同時時系列は各一定の時間幅についてスペクトル解析を行い、横揺れ応答の各パワースベ
ク ト ルと 波 浪の 各パワ ースベク トルが時 間的に変 化していく 過程を追 跡した。
その結果、養殖施設の水深調節作業時において、船体の状態変化は貝の揚収作業時に較ベ小さいが、応答構造は時間的に変化するとともに、横揺れ応答には約50秒にわたる長波長のうねり変動が見られる場合もあることを確認した。また、貝の揚収作業時において、甲板上への貝の揚収の進行に伴い船体の傾斜角が増し、傾斜角の増加‑1373―

に起因して横揺れ応答が増大し、応答構造が時間的に変化することを確認した。
横揺れ応答系を表現するために改良したモデル
最終的に、横揺れ応答を出カとするモデルの入カについて、漁船上における推定システムの実用性を重要視して検討を重ね、養殖施設に係留されている右舷側甲板上において計測した船体横方向及び上下方向の加速度を採用した。また、振幅に依存して非線形性を示す横揺れ応答を時系列に基づき同定する手法のひとっとして、非線形な構造を有し且つそのパラメータにより特徴抽出を行うニューラルネットワークモデルを適用した。
しかし、小型漁船の横揺れ応答を推定する上で横揺れ応答が過小に推定される傾向が見られた。この結果に対し、本論文では小型漁船の安全性を評価する上で横揺れ応答が小さく推定されることは、安全性を過大に評価することに継るので、改善の必要があると考えた。
一般的に、ニューラルネットワークモデルの未知のパラメー夕及びその数は誤差平方和を最小化することにより推定される。この手法に対し、本論文では横揺れ応答の極値の推定精度を向上するため、横揺れ応答の極値において小さく推定された残差を抽出し、この残差を最小化するために段階的に未知のパラメータを追加するとともに残差を最小化することにより未知のパラメータを推定するようモデルを改良した。
さらに、一般的にモデルの適合度は誤差平方和により判断されることが多いが、本論文では誤差平方和の平均値に横揺れ応答の極値における誤差平方和の平均値と横揺れ応答の振幅が小さく推定された極値における誤差平方和の平均値を加え、この総和を 実 測値に 対す るモデ ルの 適合度 を評 価する 基準 として 提案 した。
改良したモデルの有効性改良したモデル及ぴ提案した評価基準を使用することにより、操業時における洋鵬丸及び丸東丸の横揺れ応答を推定した。
その結果、横揺れ応答の振幅が小さく推定されることを回避し、小型漁船の放水口が水没する大振幅時においても横揺れ応答の推定を可能とする一方で、モデルの構造を 推 定 す る 計 算 を 効 率 化 し 、 計 算 に要 す る 時 間 を 約 三 分 の ー に 短 縮 し た 。

さらに、貝の揚収作業時、船体の状態が変化することにより横揺れの応答構造が時間的に変化するなかで、60秒間の応答構造からその先60秒問の横揺れ応答を推定可能とした。
以上のことから、改良したモデルは操業時において小型漁船の応答構造が変化するなかでも横揺れ応答を的確に推定することが可能であり、このモデルを用いて種々の応答構造について想定される入力情報を与え横揺れ応答をシミュレートすることによっ て 小型 漁 船の 横 安全 性の 検討が可能 となることが 期待出来る。

学位論文審査の要旨
主査
副査
副査

教授

天下井清教授

烏野慶一

助教授

木村暢夫

学 位 論 文 題 名

垂下式ホタテ貝養殖漁船の操業時における
横 揺 れ 応 答 の 推 定 に 関 す る 基 礎 的 研究
小 型 漁 船 は 水 面 下 の 船 体 形 状 が 他の 大 型 船舶 に 較 べ複 雑 で あり 、 異 なる 形 状 的 特性 を有 し て い る 。 ま た 、 小 型 漁 船 は 波 浪 外カ の 影 響を 強 く 受け る と 共に 、 操 業時 に は 漁 労設
備 及 び 漁 具 を 使 用 す る こ と に よ り 船 体に は 複 雑な 外 カ が働 く 。 加え て 、 漁獲 物 を 積 載す
る こ と に よ り 船 体 の 重 心 位 置 や 排 水 量等 船 体 の状 態 が 短時 間 の うち に 変 化し 、 船 体 の状態 が 変化する ことに起 因して波 浪入カに対 する船体 の応答で ある横揺 れ応答も 変化する 。 従 っ て 、 本 論 文 で は 小 型 漁 船 の 横安 全 性 を検 討 す る上 で 波 浪中 に お ける 耐 航 性 能に加 え 、 操 業 時 に お い て 複 雑 な 外 力 下 にあ る と きの 小 型 漁船 の 耐 航性 能 が 極め て 重 要 であり 、 さ ら に 操 業 の 過 程 で 生 じ る 船 体 の状 態 変 化に よ る 横揺 れ 応 答へ の 影 響は 無 視 す ること が出来な ぃとして いる。
本 論 文 で は 小 型 漁 船 の 一 例 と し て北 海 道 渡島 半 島 内浦 湾 （ 通称 、 噴 火湾 ） に お いて 垂下 式 ホ タ テ 貝 養 殖 業 に 従 事 す る 小 型 漁船 を 取 り上 げ 、 先ず 模 型 実験 並 び に操 業 時 に おける 実 船実験の 結果に基 づき、操 業時におけ る小型漁 船の横揺 れ応答特 性を明ら かにした 。 そ の 上 で 、 応 答 構 造 の 変 化 を 動 的に 捉 え るこ と に より 、 時 間的 に 変 化す る 中 で 各船体 状態に対 応した横 揺れ応答 を推定し た。
横揺 れ応答を 推定する モデルと して養殖施 設に係留 されてい る右舷側 甲板上に おいて 計 測 し た 船 体 横 方 向 及 び 上 下 方 向 の加 速 度 を入 カ に 採用 し 、 振幅 に 依 存し て 非 線 形性
一 1376ーを 示す横揺 れ応答を 時系列に 基づき推定 するニュ ーラルネ ットワー クモデルを適用した。
そ して、モ デルに改良を加えることにより、横揺れ応答の振幅が小さく推定されること を回避し 、小型漁船の放水口が水没する大振幅時においても横揺れ応答の推定を可能と する一方 で、モデルの構造を推定する計算を効率化し、計算に要する時間を約三分のー に短縮し た。

本 論 文 中 、審 査 員一 同が 特に 評価 し た点 は次 の通 り であ る。
1．模型実 験を実施 し、波浪 中におけ る横揺れ応 答はその振幅に依存して非線形性を示すことを 確認した 。また、大規模な養殖施設に船体を係留することにより横揺れの周波数応 答特性が 変化し、非係留時に較べ長波長の入射波に対し横揺れ応答が増大すること を確認し た。
2．実船実 験を実施 し、船体 状態の変 化に起因し て応答構造が時間的に変化することを確認した 。
3．操業時 における 横揺れ応 答を時系 列に基づき 同定する手法のひとっとして、非線形な構造を 有し且っ そのパラ メータに より特徴抽 出を行う ニューラ ルネット ワークモデルを 適用した 。
4．モデル に改良を 加え、横 揺れ応答 の振幅が小 さく推定されることを回避し、小型漁船の放水 口が水没 する大振幅時においても横揺れ応答の推定を可能とする一方で、計 算 を効 率化 し 、計 算に 要 する 時間 を 約三 分の ー に短縮し た。
5． 60秒 間 の 応 答 構 造 か ら 、 そ の 先 60秒 間 の 横 揺 れ 応 答 を 推 定 可 能 と し た 。

以上 の成果は 、このモデルを用いて種々の応答構造について想定される入力情報を与え横 揺れ応答 をシミュ レートす ることによ って小型 漁船の横 安全性の 検討が可能となるこ とが期待 でき、高く評価できる。よって審査員一同は本論文が博士（水産科学）の学位 を授与さ れる十分 な資格の あるものと 判定した 。
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