技術報告
海洋情報部研究報告 第 56 号 平成 30 年 3 月 27 日
REPORT OF HYDROGRAPHIC AND OCEANOGRAPHIC RESEARCHES No.56 March 2018

海底局マルチ測距手法による海底地殻変動観測の効率化†
松下

優＊，小池未空時＊,PSURYLQJHI¿FLHQF\LQVHDÀRRUJHRGHWLFREVHUYDWLRQV\VWHPXVLQJDPXOWLDFRXVWLFUDQJLQJPHWKRG†+LURVKL0$7686+,7$＊DQG0LNXWR.2,.(＊Abstract
More frequent obser vations of seafloor movements in the plate subduction zones is crucial to detect
temporal changes in crustal deformations. Since December 2015, GPS-A obser vation time has beenshortened by introducing multi-acoustic ranging method. As a result, it became possible to observe both
the Japan Trench region and the Nankai Trough region at one cruise. Moreover, flexible observations,such as obser ving only one reference site on the seafloor while traveling for other sur vey missions,became possible. The observation frequency per site has been improved by this new observation method.
In this paper, we describe its operation method and results.

はじめにレート境界の固着や地震による地殻変動を正確に

海洋情報部では，GPS 音響測距結合方式によ知るだけでなく，長期的スロースリップのようなる海底地殻変動観測の技術開発をするとともに，ゆるやかな変動を捉えるためにも重要である．移

日本周辺のプレート沈み込み帯に海底基準点（以動速度の決定精度の向上は観測精度とともに観測下，基準点と呼ぶ）を展開し（Fig. 1），当庁測量頻度を引き上げることで達成できる．2015 年 12船によって継続して観測を実施している（浅田・月以降，観測頻度を高めるためのマルチ測距手法

矢吹，2001；藤田，2006）．

が順次導入された．本稿では，この手法により効1

海底地殻変動観測は，海上で時々刻々と変化する測量船の位置を GPS によって決定し，測量船率的かつ柔軟な観測方法を確立するまでの過程を紹介していく．の船底に設置された音響トランスデューサと海底に設置された基準点を構成する 4 台の海底基準局

2

これまでの観測方法（以下，海底局と呼ぶ）との間の相対位置を音響各基準点には，安定した観測結果を得るために信号によって計測する．これらを組み合わせて，複数の海底局が設置され，各局の位置を平均する

各基準点の位置をセンチメートルの精度で求めることで，高精度で基準点の移動を求めることがでことで，基準点の移動を測定している．

きる．これまでは，これら複数の海底局 1 局毎に基準点の移動を高精度で測定することは，プ

音響信号を送信して返信信号を受け取る，という† Received September 14, 2017; Accepted October 23, 2017
＊ 海洋調査課 海洋防災調査室 Geodesy and Geophysics Office, Hydrographic Surveys Division− 46 −

,PSURYLQJHI¿FLHQF\LQVHDÀRRUJHRGHWLFREVHUYDWLRQV\VWHPXVLQJDPXOWLDFRXVWLFUDQJLQJPHWKRG

Fig. 1．Distribution map of seafloor reference points.
図 1．海底基準点の分布図．

音響測距観測を行ってきた（以下，個別測距手法と呼ぶ）．この観測手法は，運用当初から行われて き た も の で あ る（ 浅 田・ 矢 吹，2001； 冨 山，2003；成田・他，2005）．個別測距手法による観Fig. 2．（top）Schematic pictures of the existing seafloor
geodetic obser vation（single-ranging）systemand the new multi-acoustic ranging system.
（bottom）An example of an acoustic signal
observed by the multi-acoustic ranging system.
図 2．これまでの海底地殻変動観測システムとマルチ測距システムの概念図（上）．マルチ測距によって観測された音響信号の一例（下）．

測は，1 局につき 10−14 秒程度の間隔で音響信（Fig. 2）．観測手法の詳細については，横田・奥号の送受信を行い，1 基準点の観測で合計約 5000村（2015）を参照されたい．

ショットの音響測距データを取得するまで繰り返

この手法を取り入れた観測機器が測量船「拓していたことから，測量船の移動時間や水中音速洋」に実装され，試験観測において精度劣化がな度観測時間も含めると，概ね最大 1 日程度の観測いことと大幅な高速化を証明した（横田・他，時間が必要であった．また，この観測時間の制約

2017）．

から，1 行動（2 週間から 20 日程度）で観測でき

これにより，基準点の水深によるが，観測時間る海域は，南海トラフ沿いのみもしくは日本海溝が従来の個別測距の概ね 2 分の 1 から 3 分の 1 に沿いのみに限られ，最大 16 基準点が限界であっ短縮され，観測の効率化が達成できる見通しとた．

なった．

34

観測の高速化

観測効率化の利点

2015 年から新たな観測手法が導入された．こ

測量船「拓洋」による試験結果を受け，2016

れは，海底局 1 局毎に音響信号を送信していたと

年に測量船「明洋」及び測量船「海洋」に同様のころを複数局まとめて音響信号を送信することで観測機器が実装された（Photo 1 を参照）．

観測効率を高め，観測時間を大幅に短縮する「マ実装にあたり，測量船「拓洋」の試験結果を踏ルチ測距」手法と呼んでいる観測方法である

まえて，これまでの解析結果から 1 基準点あたり− 47 −

Hiroshi MATSUSHITA and Mikuto KOIKE
Table 2．An actual example of 18-day cruise singlerange measurement operation in 2016.
表 2．2016 年に実施したシングル測距時の 18 日間行動における実際の行動表．

Photo 1．The transmission part of the newly installed
multi-acoustic ranging system.
写真 1．マルチ測距システムが導入された音響発信部．の観測ショット数を見直し，同時に観測測線の最適化を図った．
マルチ測距による最初の本格的な観測は，2016
年 10 月に測量船「明洋」により実施された．その結果，これまで 1 回の行動において南海トラフ沿いもしくは日本海溝沿いのどちらか片方しか観測できなかったが，天候にも恵まれたこともあり，18 日間の行動で全 28 基準点の観測を完遂し，Table 3．An actual example of 18-day cruise multi-rangemeasurement operation in 2016.
表 3．2016 年に実施したマルチ測距時の 18 日間行動における実際の行動表．

マルチ測距による観測の大幅な効率化を実証した（Tables 1，2 及び 3）．
効率化によって，観測時間の短縮のみならず，台風や冬型の気圧配置による荒天といった場合に，天候の影響が懸念される基準点を避けて，海Table 1．Actual obser vation time（excluding wakeuptime and survey time for the undersea soundspeed）and shortening ratios for single- andmulti-acoustic ranging systems, measured on
S/V Meiyo.
表 1．測量船「明洋」によるシングル測距とマルチ測距のそれぞれの場合の実観測時間（wakeup 時間や音速観測時間を除く）と短縮率．

− 48 −

,PSURYLQJHI¿FLHQF\LQVHDÀRRUJHRGHWLFREVHUYDWLRQV\VWHPXVLQJDPXOWLDFRXVWLFUDQJLQJPHWKRG

況の良い基準点を優先的に観測するといった，柔いる．

軟な船舶の運用が可能となる．
謝これにより，1 回の行動で南海トラフ沿いもし辞

くは日本海溝沿いのどちらかしか観測できなかっ

解析には国土地理院の電子基準点のデータを使たところを，予備日を勘案して 1 行動 20 日間程用させております．また，横田裕輔氏には本稿執度を見込むことで，全基準点を観測することが可筆にあたり，ご助言，コメントを頂きました．併

能となった．

せて感謝いたします．

また，観測時間が短縮されたことで，別の観測
文の回航途中に基準点を経由して観測することがこれまで以上に容易になった．実際，「拓洋」に浅田献昭・矢吹哲一朗（2001）熊野トラフにおけ

よって何度もこのような経由観測を実施している長期地殻変動観測技術の高度化，地学雑る．

誌，110（4），529 543．

経由観測を含め毎月観測を実施できたとすれ

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．

ば，各基準点の観測頻度が増加することで時間分解能が飛躍的に向上し，これまで判別不可能で成田誉孝・畝見潤一郎・望月将志（2005）海底地あった短期間の地殻変動を捉えたり，スロース殻変動観測における機器の現状とその運用にリップによる変動をいち早く発見することも可能

ついて，海洋情報部技報，23，53 60．
藤田雅之（2006）GPS/ 音響測距結合方式によるとなるであろう．
さらに，船舶の行動に余裕ができたことで，現海底地殻変動観測〜海上保安庁の取り組み

在の運用形態そのままに，基準点の増設による観（レビュー）〜，海洋情報部研究報告，42，1 14．
横田裕輔・奥村雅之（2015）海底局マルチ測距手

測の高密度化や広域化が可能となる．

法による海底地殻変動観測の効率化に向けた
5検討，海洋情報部研究報告，52，79 87．

今後の課題
観測手法のマルチ測距化は，様々な面において横田裕輔・田代俊治・下村広樹（2017）海底局マメリットをもたらすが，いくつかの課題も見えて

ルチ測距手法の実装，海洋情報部研究報告，きた．観測頻度が多くなることで観測機器への負54，32 37．

担が増大し，耐久性に懸念が生じてくる．個別測要距では，1 回の音響信号の発信間隔が 10 秒以上旨あったが，マルチ測距では 0.7 秒〜 0.8 秒毎に 32015 年 12 月以降，GPS-A 海底地殻変動観測に回連続ないし 4 回連続発信することから，機器へマルチ測距手法を導入したことで観測時間を大幅の負荷が大きくなり劣化や故障が懸念される．船に短縮できることを実証した．この観測方法によ底に装備している観測機器のため，今のところ，り，従来，観測期間の制約から南海トラフ沿いも測量船のドック入渠時に併せて定期的なメンテナ

しくは日本海溝沿いの一方しか実施できなかったンスを実施することで，機器の故障を未然に防止ところ，1 回の行動で全ての基準点を観測するこしていくことが計画されている．とが可能となった．また，他の観測の回航途中にまた，観測時間の短縮に伴い，観測頻度が向上することでデータ量が増大し，解析処理にこれま立ち寄って，複数の基準点を観測するといった柔軟な運用を可能にした．
本稿では，新しい観測手法による具体的な運用で以上に負荷がかかる．限られた人的，機械的リソースの中で，迅速な解析が求められる今般，解とその結果を述べる．

析においても効率化・高度化が必要となってきて− 49 −