JP3507378B2 - Gpsによる高精度潮位計 - Google Patents

Gpsによる高精度潮位計

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、作業船等の位置決
めに使用する、作業船上に設置したGPSアンテナと前
記作業船に固定した水面計とから得られる資料に基づ
き、その海域における潮位を高精度に計測するようにし
た、GPSによる高精度潮位計に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、作業船上において位置(平面座標)
決め用に設置したGPSアンテナのみから潮位を計測し
ようとする場合には、ケーシングの引抜き・固結サイク
ル等工程の進捗に関係する負荷変動の影響を受けて作業
船に生じるローリング、ピッチングなどのために最大±
10cm程度の喫水の変化が生じるので、正確な潮位ま
たは潮位を連続的に計測することができなかった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、従
来手段に内在する上記不都合を解消し、 位置決めGPSアンテナによって計測した高さ(標
高)を基準にし、 作業船側に固定した水面計により、船体の負荷の変
動に応じて生じる喫水の変化を求め、上記の値を補正す
ることにより、 潮位を高精度に計測するシステム を提供することを目的とする。 【0004】 【課題を解決するための手段】本件発明は、上記目的を
達成するため、次ぎに述べるとおりの各構成要件からな
る。 (1)作業船上の離れた2点にそれぞれ設置したGPS
アンテナと、作業船に固定した水面計とよりなり、前記
水面計を通る垂線上に仮想した一点の標高を、前記一対
のGPSアンテナの標高を同時に計測することにより割
り出す手段、前記仮想点の標高値から、各GPSアンテ
ナの標高を検知した時点でのGPSアンテナの平面座標
に対応する基準水面の値、水面計の測定値及び前記仮想
点と水面計固定位置との間の長さを差引くことにより検
出するようにした、GPSによる高精度潮位計。 【0005】 【発明の実施の形態】GPSアンテナの高さ(標高)
は、潮位、波浪、船体のピッチング、ローリングによっ
て変化する。ただし、船体のピッチング、ローリング時
におけるマストの傾斜のみによって変わるアンテナ高さ
の変動は、1.0°程度の船体の傾きでは、無視できる
程度の値(たとえば、アンテナが高さ10mのマスト上
に設置されているとして、その変動値は1.0mm以下)
である。 【0006】船体のピッチング、ローリングによるGP
Sアンテナ取付け高さの変化に対しては、主・副GPS
アンテナの中間位置に水面計を設置して、そこを通る垂
線上の仮想点を選定し、前記仮想点を主・副GPSアン
テナの各計測標高の平均高さとして、可及的に船体のピ
ッチング、ローリングに起因する標高の計測値誤差の発
生を防止する。同時に水面計から船体の喫水を計測する
ことにより、その時の水面高さを算出する。すなわち、
位置決め用GPSアンテナ高さの平均値を基準にし、水
面計で船体負荷変動による喫水の変化を求め、前記GP
S値を補正することにより、潮位を計測する。また、水
面高さを平均することで長周期変化の潮位を求めること
もできる。 【0007】 【実施例】図1は、本発明GPSによる高精度潮位計の
模式図で、図中、作業船1上の、相互に隔離して立設し
た2つのマスト上にそれぞれ主GPSアンテナ2、副G
PSアンテナ3を設置する。作業船1には、施工位置を
計測するために通常、GPSアンテナを2つ設備してい
る。本実施例では、それら2つのGPSアンテナの計測
値を利用して潮位を高精度で測定しようとするものであ
る。前記作業船1は、海面に浮かんでいるので、その作
業船の浮力中心付近に水面計4(喫水計)を固定すると
良い。また、前記水面計4の作業船上での固定位置は、
主、副GPSマストの配置の基部中間であることが望ま
しいが、これら2条件は必ずしも不可欠なものではな
い。 【0008】ただし、主・副GPSアンテナ2,3のマ
ストの配置を、作業船1の船体の浮力中心を挟んで相互
に反対側に設立し、水面計4の固定位置を船体の浮力中
心を通る垂線に近付けて置けば、船体にローリング、ピ
ッチングが生じたときに主・副GPSアンテナの標高h
1,h2を計測した場合でも、h3は船体のローリン
グ、ピッチングの影響を殆ど受けず、常時、安定した平
均値が得られる。前記水面計4は、電波、超音波等を利
用する水面計とすることができ、船体1の喫水を検出す
るものでもある。 【0009】今、日本測地座標系(ベッセル楕円体準
拠)を基準にして、海面に浮かぶ作業船1上に設けた、 主GPSアンテナ2の標高:h1 副GPSアンテナ3の標高:h2 主・副GPSアンテナ2,3の基部から水面計4位置までの、それぞれの水平 距離 :L1,L2 水面計4を通る垂線上の仮想点aの標高:h3 h3=(h1×L2+h2×L1)/(L1+L2) ……(1) 【0010】船体に対しては、主・副GPSアンテナ
2,3の取付け位置及び水面計4の固定位置の相互関係
が固定的であること並びに上記式から割り出して、仮想
点aの位置は船体に対し固定であるから、 仮想点aから水面計4取付け位置迄の距離:I0 =一定 水面計4で測定した海水面までの距離:I1 潮 位:W 基準水面:G とすると、 【0011】図1を参照して GPS値と潮位との関係式 I0 +I1 +W+G=h3 すなわち、W=(h3−I1 )−(I0 +G) ……(2) 上記(2)式のうち、h3,I1 値の測定は同一時間帯
に行われなければならず、Gは、前記測定をした時間帯
における作業船の作業地域に対応する基準水面である。 ここで、h3は、主・副GPSアンテナ2,3の標
高の計測により式(1)から求められる。 I1 は、前記標高の計測時間帯における水面計の値
から求められる。 I0 は、作業船に装備された施設の配置によって定
まる値である。 Gは、前記標高の計測時間帯において作業船の作業
地域によって定まる。 本実施例によれば、GPSアンテナにより求めた潮位
に、作業船の負荷変動で生じるローリング、ピッチング
による喫水誤差を補正することで、精度の良い潮位が求
めることができる。 【0012】(x)上記説明のように、仮想点aの位置
は船体に対し固定であって、I0 は、実船に装備された
施設の配置に応じ固定値となり、その長さは、船上に装
備された施設の間隔・長さを個々に実測することによっ
て算出することも不可能ではないが、実際には、船上で
他の施設が中間に配置してあって邪魔であったり、施設
に測長手段を近付けることができない等、諸々の事情か
ら、I0 の正確な測長値が得難い場合には、近くの検潮
場(潮位板)を利用して、次のような手段を用いてI
0 ,Gを計測することが可能である。 【0013】すなわち、 GPS値と潮位の関係式 h3=W+G+I1 +I
00 +G=h3−I1 −W (h3−I1 )の移動平均(下表参照)について、
h3,I1 は同時に計測する。設定時間(1分〜10
分)での移動平均値を求める。設定時間に達しなくても
集まったデータの平均値を使って計算表示する。 「平均(h3−I1 )高」を計測した時の、潮位W
を検潮板5から読み取り、キーボードにより入力すると
(I0 +G)が計算、表示される。(I0 +G)の数個
の平均値を用いて、以後の未知の潮位Wを求める。(I
0 +G)の精度を上げるため、上述測定手続を時間間隔
を置いて複数回行い、下記のような数表を作成して、
(I0 +G)の平均値を求める。 【0014】 【表1】 【0015】なお、数表記載のうち、時刻、平均(h3
−I1 )高及び入力潮位Wは、何れも測定値である。 【0016】時間間隔を置いた複数回の測定値(h3−
1 )の平均値、それに対応する検潮板5からの潮位W
を求めることによって、既知の測定値から(I0 +G)
の平均値を割り出すことができ、当該数値から検潮板5
座標位置における既知のGを差し引くことにより、固定
値「I0 」を算出することができる。I0 は設備によっ
て定まる一定値で、複数回の測定によって、精度の高い
数値を検出することができ、また、検出することが望ま
しい。 【0017】(y)さきにも述べたとおり、固定値「I
0 」の長さは設備によって定まる一定値であるから、L
1,L2及び水面計4の取付け位置から、それぞれ主G
PSアンテナ2迄のマストの高さ、副GPSアンテナ3
迄のマストの高さを計測することが可能であれば当該数
値を利用して、直接的にI0 の値を算出することができ
る。この場合は、必ずしも、潮位板5(検潮場)を必要
としない。すなわち、図1において、作業船に搭載され
た水面計4の位置が主・副GPSアンテナ2,3のマス
トの基部を結ぶ直線上の一点にあるとして、主GPSア
ンテナ2基部と水面計4との間の距離をL1、副GPS
アンテナ3のマストの基部と水面計4との間の距離をL
2とし、主・副GPSアンテナ2,3を結ぶ直線と水面
計4を通る垂線との交点をa(仮想点)とすれば〔この
条件は前記(x)の場合と同じ〕、 【0018】 I0 =(主GPSアンテナ2のマストの高さ×L2+副GPSアンテナ3の マストの高さ×L1)/(L1+L2) ……(3) ただし、主・副GPSアンテナ2,3のマストの基部と
水面計4とは、同一水平面上にあるとする。(3)式
は、長さL1と主GPSアンテナ2とを含む平面、長さ
L2と副GPSアンテナ3とを含む平面を、水面計4を
通る垂線を軸として相互に折曲げた場合も、成立する。
上述の条件から逸脱しない限り、作業船上の水面計4の
配置は主GPSアンテナ2と副GPSアンテナ3のマス
トの基部を結ぶ直線上にあることを要しない。 【0019】潮位の記録 かくして、I0 を既知数として、主GPSアンテナ2及
び副GPSアンテナ3の複数回計測による作業船の作業
地域が決定すれば、日本測地座標系(ベッセル楕円体準
拠)を基準にして、海面に浮かぶ作業船1におけるGが
自ずと定まり、また、その間における主GPSアンテナ
2及び副GPSアンテナ3の標高を計測することができ
れば、その数値に基づいてh3を得ることが可能であ
る。当該時間内での水面計4で測定した海水面までの距
離I1 を測定することによって、その時刻における潮位 W=(h3−I1 )−(I0 +G) を測定することができる。 【0020】上記作業は、さきに述べた潮位板5を利用
して(I0 +G)検出したプロセスと略、同様で、その
際に示した表を使用することができるが、この場合は逆
に(I0 +G)が既知で、Wを求める作業となる。上述
のプロセスを時間間隔を置いて複数回、実施することに
より、時間軸に対して、潮位の変化を記録することがで
きる。 【0021】潮位表示値を記録する。 日 付 潮 位 1999.1.24. 13:21 −3.14 …… …… 13:22 −3.15 …… …… ……… ………… 【0022】 【発明の効果】本発明は、以上のとおりであるから、 GPSにより求めた潮位に、作業船の負荷変動で生
じるローリング、ピッチングによる喫水誤差を補正する
ことで、精度の良い潮位が求められる。 施工現場での潮位を、リアルタイムで把握すること
ができる。 岸壁から離れた遠海でも、潮位の計測が可能であ
る。 常設の検潮場が不要となる。 等々、従来手段には期待することができない、各別の作
用、効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本願発明GPSによる高精度潮位計測装置の模
式図を示す図である。 【符号の説明】 1 作業船 2 主GPSアンテナ 3 副GPSアンテナ 4 水面計 5 潮位板

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 作業船上の離れた2点にそれぞれ設置し
    たGPSアンテナと、作業船に固定した水面計とよりな
    り、前記水面計を通る垂線上に仮想した一点の標高を、
    前記一対のGPSアンテナの標高を同時に計測すること
    により割り出す手段、前記仮想点の標高値から、各GP
    Sアンテナの標高を検知した時点でのGPSアンテナの
    平面座標に対応する基準水面の値、水面計の測定値及び
    前記仮想点と水面計固定位置との間の長さを差引くこと
    により検出するようにした、GPSによる高精度潮位
    計。
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