JP6797613B2

JP6797613B2 - 高度算出システム

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Publication number: JP6797613B2
Application number: JP2016171923A
Authority: JP
Inventors: 典昭守屋; 和朗樋渡
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: JP2018036223A

Description

本発明は、水中作業点の高度を特定する技術に関する。

水中の地盤の掘削、捨石マウンドの形成等の水中作業において、設計に従った作業を行うために作業点（以下、「水中作業点」という）の高度を知りたい、というニーズがある。

水中作業点の高度を計測する技術を開示した特許文献として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、フレキシブルホース内に比重が明らかな液体を収容し、このフレキシブルホースの下端を水中に沈め、その下端におけるホース内圧と水面付近におけるホース内圧とをそれぞれ上下部の検出素子により検出させて測定し、上部検出素子と基準点との高低差、前記ホースの上下の内圧差、及びホース内の液体の比重により、前記ホース下端と基準点との高低差を得て、ホース下端の高度を特定する技術が提案されている。

特開昭５６−１４１５１１号公報

作業船から水中へと延伸するブーム、ラダー等の長尺部材の先端付近に取り付けたショベル、タンパ（均し機）、カッター等のアタッチメントを用いて、水中の地盤の掘削、捨石マウンドの表面の均し等の水中作業を行う方法がある。

また、作業船から水中へと延伸する移送管（長尺部材の一例）の先端付近に設けられた吐出口から土砂を水中に吐出する土砂撒き作業（水中作業の一例）の方法がある。

作業船上にいる作業者が、上述した作業船から水中へと延伸する長尺部材の角度変更等の操作を行いながら設計に従う水中作業を行う場合、作業者は水中作業点の水平面上の位置に加え、当該水中作業点の高度をリアルタイムに知る必要がある。

特許文献１には、一実施形態として、捨石表面に配置された下部内圧検出素子により計測される下部内圧と、測量船の船首等に固定された上部内圧検出素子により計測される上部内圧とにより特定されるこれらの検出素子間の鉛直長さから、上部内圧検出素子の固定位置から水面までの長さを差し引いた値と、潮位計測装置により測定された潮位とに基づき、捨石表面の高さを求める方法が記載されている。

上述した特許文献１に記載の方法においては、上部内圧検出素子の固定位置から水面までの長さは一定とされている。従って、作業船が水面に対し上下動する場合、特許文献１に記載の方法によって計測される捨石表面の高さは、当該上下動の大きさに応じた誤差を含む。そのため、作業船上にいる作業者が、作業船から水中へと延伸する長尺部材の角度変更等の操作を行いながら設計に従う水中作業を行う場合、特許文献１に記載の方法を用いても、水中作業に必要とされる精度の水中作業点の高度をリアルタイムに知ることができない、という問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑み、作業船から水中へと延伸する長尺部材を用いて行われる水中作業において、水中作業点の高度をリアルタイムに特定する手段を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、作業船上の基準点の高度を計測する高度計測装置と、前記作業船上に第１の端部が固定され、前記作業船から延伸する可動の長尺部材の先端近傍に第２の端部が固定された、既知の密度の液体を収容する管体と、前記管体の前記第２の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する圧力計測装置と、前記高度計測装置により計測された高度を示す高度データと前記圧力計測装置により計測された圧力を示す圧力データを取得し、取得した高度データと圧力データに基づき前記長尺部材を用いて行われる水中作業の作業点の高度を算出する高度算出装置とを備え、前記高度算出装置は、前記高度計測装置から取得した高度データと、当該高度データの取得のタイミングから所定時間ずれたタイミングで前記圧力計測装置から取得した圧力データとを対応付け、対応付けた高度データと圧力データに基づき前記高度の算出を行う高度算出システムを第１の態様として提案する。

また、本発明は、作業船上の基準点の高度を計測する高度計測装置と、前記作業船上に第１の端部が固定され、前記作業船から延伸する可動の長尺部材の先端近傍に第２の端部が固定された、既知の密度の液体を収容する管体と、前記管体の前記第２の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する圧力計測装置と、前記高度計測装置により計測された高度を示す高度データと前記圧力計測装置により計測された圧力を示す圧力データを取得し、取得した高度データと圧力データに基づき前記長尺部材を用いて行われる水中作業の作業点の高度を算出する高度算出装置と、前記管体に収容された液体の液位を計測する液位計測装置とを備え、前記高度算出装置は前記液位計測装置により計測された液位を示す液位データを取得し、取得した液位データに基づき前記高度の算出を行う高度算出システムを第１の態様として提案する。

上記の第２の態様にかかる高度算出システムにおいて、前記高度計測装置から取得した高度データと、当該高度データの取得のタイミングから所定時間ずれたタイミングで前記圧力計測装置から取得した圧力データとを対応付け、対応付けた高度データと圧力データに基づき前記高度の算出を行う、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

上記の第１乃至第３のいずれかの態様にかかる高度算出システムにおいて、前記高度算出装置は前記角度計測装置により計測された角度を示す角度データを取得し、取得した角度データに基づき前記高度の算出を行う、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

上記の第１乃至第４のいずれかの態様にかかる高度算出システムにおいて、前記管体の前記第２の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する圧力計測装置を第１の圧力計測装置とし、前記第１の圧力計測装置により計測された圧力を示す圧力データを第１の圧力データとするとき、前記管体の前記第１の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する第２の圧力計測装置を備え、前記高度算出装置は前記第２の圧力計測装置により計測された圧力を示す第２の圧力データを取得し、取得した第２の圧力データに基づき前記高度の算出を行う、という構成が第５の態様として採用されてもよい。

また、本発明は、上記の第１乃至第５のいずれかの態様にかかる高度算出システムと、前記作業船と、前記長尺部材とを備える水中作業システムを第６の態様として提案する。

本発明によれば、作業船から水中へと延伸する長尺部材を用いて行われる水中作業において、水中作業点の高度がリアルタイムで特定される。

一実施形態にかかる水中作業システムの外観を示した図。一実施形態にかかる高度算出装置の構成を示した図。一実施形態にかかる高度算出装置が水中作業点の高度を算出する方法を説明するための図。一実施形態にかかる高度算出装置が水中作業点の高度を算出する方法を説明するための図。一実施形態にかかる高度算出装置が水中作業点の高度を算出する方法を説明するための図。一実施形態にかかる高度算出装置がＧＮＳＳユニットと圧力計測装置の各々から取得するデータの間の同期をとる方法を説明するための図。一実施形態にかかる高度算出装置が表示する画面を示した図。一変形例にかかる高度算出装置が行うキャリブレーション処理を説明するための図。一変形例にかかる高度算出装置が表示する画面を示した図。一変形例にかかる高度差計測装置の上側端部付近を示した図。一変形例にかかる高度差計測装置の上側端部付近を示した図。一変形例にかかる高度差計測装置の上側端部付近を示した図。

［実施形態］
以下に本発明の一実施形態にかかる水中作業システム１を説明する。図１は水中作業システム１の外観を模式的に示した図である。なお、図１において、船体１１の一部は図示が省略されている。水中作業システム１は、まず、水面Ｗの上に浮かぶ船体１１と、船体１１の上に配置された上部旋回体１２と、上部旋回体１２に連結されたブーム１３と、ブーム１３に連結されたアーム１４と、アーム１４に連結されたタンパ１５を備える。

船体１１は作業船を構成し、ブーム１３とアーム１４の連結体は作業船から延伸する可動の長尺部材を構成する。また、タンパ１５は長尺部材を用いて行われる水中作業のためのアタッチメントの一例であり、振動により水中均し面を均す均し板１５１を有している。

ブーム１３は上部旋回体１２に対し連結部１６により水平軸回りに回転可能に連結されている。アーム１４はブーム１３に対し連結部１７により水平軸回りに回転可能に連結されている。タンパ１５はアーム１４に対し連結部１８により水平軸回りに回転可能に連結されている。

上部旋回体１２とブーム１３には、連結部１６の近くにおいて駆動部１９が連結されている。駆動部１９は、例えば油圧により伸縮するシリンダアクチュエータであり、伸縮により連結部１６に力を伝達することにより、上部旋回体１２に対するブーム１３の水平軸回りの角度を変化させる。

ブーム１３とアーム１４には、連結部１７の近くにおいて駆動部２０が連結されている。駆動部２０は、例えば油圧により伸縮するシリンダアクチュエータであり、伸縮により連結部１７に力を伝達することにより、ブーム１３に対するアーム１４の水平軸回りの角度を変化させる。

アーム１４と連結部１８には、駆動部２１が連結されている。駆動部２１は、例えば油圧により伸縮するシリンダアクチュエータであり、伸縮により連結部１８に力を伝達することにより、アーム１４に対するタンパ１５の水平軸回りの角度を変化させる。

船体１１には船体１１の地球上における位置を測定し測定結果を例えば経度緯度で示す位置データを生成するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）ユニット２２と、船体１１の方位を測定する方位センサ２３が配置されている。ＧＮＳＳユニット２２の測定結果と、方位センサ２３の測定結果により、船体１１の位置および船体１１の船首方向の方位が特定される。

上部旋回体１２には、ＧＮＳＳユニット２４およびＧＮＳＳユニット２５と、傾斜センサ２６が配置されている。ＧＮＳＳユニット２４とＧＮＳＳユニット２５の測定結果により、上部旋回体１２の位置および上部旋回体１２からブーム１３とアーム１４の連結体が伸張する方向の方位が特定される。また、本実施形態において、ＧＮＳＳユニット２４は作業船上の基準点Ａの高度を計測する高度計測装置の役割を果たす。

傾斜センサ２６は例えば２軸の傾斜センサであり、上部旋回体１２の水平面に対する傾斜方向および傾斜角度を特定する。なお、以下の説明において、「傾斜角度」は水平面に対する角度を意味する。傾斜センサ２６は、上部旋回体１２に傾きがない状態における水平面に沿った方向で互いに直角に交わるｘ軸方向とｙ軸方向の各々における傾斜角度を計測する。傾斜センサ２６により計測されるｘ軸方向およびｙ軸方向における傾斜角度により、ｘ軸方向およびｙ軸方向に対し垂直に交わるｚ軸方向傾斜方向と傾斜角度が特定される。なお、ｚ軸方向は、上部旋回体１２に傾きがない状態における鉛直方向である。以下、ｚ軸方向を、便宜的に「上部旋回体１２の上限方向」という。

ブーム１３には、傾斜センサ２７が配置されている。アーム１４には、傾斜センサ２８が配置されている。連結部１８には、傾斜センサ２９が配置されている。傾斜センサ２７、傾斜センサ２８、および傾斜センサ２９は各々、例えば１軸の傾斜センサである。傾斜センサ２７により、ブーム１３の長手方向の傾斜角度が特定される。傾斜センサ２８（水平面に対する長尺部材の角度を計測する角度計測装置の一例）により、水平面に対するアーム１４の長手方向の傾斜角度が特定される。傾斜センサ２９により、水平面に対するタンパ１５の長手方向の傾斜角度が特定される。

上記のように特定される、上部旋回体１２、アーム１４およびタンパ１５の傾斜角度は、後述する水中作業点Ｄの高度の算出において用いられる。

上部旋回体１２の操縦室には、作業者が上部旋回体１２の旋回とブーム１３、アーム１４およびタンパ１５の角度調整等のために用いる操作レバー等を備える操作装置３１と、操作装置３１に対する作業者の操作に応じてブーム１３、アーム１４およびタンパ１５の連結体およびタンパ１５の動作を制御する制御装置３２と、水中作業点Ｄの現在の位置（水平面上における位置および高度）を算出し、算出した水中作業点Ｄの現在の位置を表示する高度算出装置３３が配置されている。本実施形態において、水中作業点Ｄは均し板１５１の下面の中心点である。

作業者が操作装置３１に対しブーム１３、アーム１４、またはタンパ１５の角度調整の操作を行うと、制御装置３２はその操作に応じて、駆動部１９、駆動部２０、または駆動部２１に対し伸縮の指示を行う。駆動部１９、駆動部２０、または駆動部２１がその指示に従い伸張すると、ブーム１３、アーム１４およびタンパ１５の連結体の形状が変化する。その結果、水中作業点Ｄの位置が変化する。

ただし、水中作業点Ｄの位置は、作業者の操作に応じたブーム１３、アーム１４およびタンパ１５の連結体の形状の変化に加え、船体１１の動揺によっても変化する。船体１１の動揺の影響を受けて変化する水中作業点Ｄの高度を算出するために、上部旋回体１２、ブーム１３およびアーム１４には高度差計測装置４０が設置されている。

高度差計測装置４０は、既知の密度の液体４１を収容する管体４２と、管体４２の一方の端部近傍の所定位置である計測点Ｂにおける管体４２の内部の圧力を計測する圧力計測装置４３を備える。液体４１は、例えば真水である。管体４２の両端は閉鎖されており、その内部は液体４１で満たされている。

管体４２の２つの端部のうち、圧力計測装置４３が配置されていない側の端部（以下、「上側端部」という。第１の端部の一例）は上部旋回体１２の所定位置に固定され、圧力計測装置４３が配置されている側の端部（以下、「下側端部」という。第２の端部の一例）は、アーム１４の先端近傍の所定位置に固定される。また、管体４２の中腹部はブーム１３およびアーム１４の長手方向に概ね沿った状態で、複数箇所でブーム１３またはアーム１４に固定されている。

管体４２は可撓性を有し、ブーム１３とアーム１４の連結体の変形に追従して自由に変形する。ブーム１３とアーム１４の連結体の変形に追従して生じる管体４２の変形はなだらかに湾曲する程度の変形であるため、管体４２の変形は管体４２の内部の圧力に実質的な影響を与えない。

液体４１の液面位置Ｕの高度が計測点Ｂの高度より大きい場合、圧力計測装置４３が計測する圧力（静水圧、ｋＮ／ｍ²）は、液体４１の密度（ｋｇ／ｍ³）に対し重力加速度（無単位）と、液体４１の液面位置Ｕと計測点Ｂとの高度差（ｍ）を乗じた値となる。液体４１の密度と重力加速度は既知であるため、圧力計測装置４３により計測される圧力を液体４１の密度および重力加速度で除算することにより、液面位置Ｕと計測点Ｂの高度差が算出される。なお、本実施形態において、液体４１は管体４２の内部を満たしているため、液面位置Ｕは管体４２の上側端部の位置と一致する。

高度差計測装置４０の圧力計測装置４３により計測される圧力に基づき算出される液面位置Ｕと計測点Ｂの高度差は、以下に説明する高度算出装置３３により、水中作業点Ｄの高度の算出に用いられる。

高度算出装置３３は、例えば汎用のコンピュータが本実施形態にかかるプログラムに従った処理を実行することにより実現される。ただし、高度算出装置３３が、いわゆる専用装置として構成されてもよい。

なお、基準点Ａの高度を計測する高度計測装置の役割を果たすＧＮＳＳユニット２４と、高度差計測装置４０と、以下に説明する高度算出装置３３は、水中作業点Ｄの高度を算出する高度算出システムを構成する。

図２は高度算出装置３３の構成を示したブロック図である。高度算出装置３３は、取得手段３３１、算出手段３３２、および表示手段３３３を備える。

取得手段３３１は、ＧＮＳＳユニット２２、ＧＮＳＳユニット２４およびＧＮＳＳユニット２５の各々から、それらのＧＮＳＳユニットにより計測された位置を示す位置データを取得する。また、取得手段３３１は、方位センサ２３から、方位センサ２３により計測された船体１１の船首方向の方位を示す方位データを取得する。また、取得手段３３１は、傾斜センサ２６、傾斜センサ２７、傾斜センサ２８、傾斜センサ２９の各々から、それらの傾斜センサにより計測された傾斜角度を示す傾斜データを取得する。また、取得手段３３１は、圧力計測装置４３から、圧力計測装置４３により計測された計測点Ｂの圧力を示す圧力データを取得する。

算出手段３３２は、取得手段３３１により取得された各種データに基づき、既知の方法に従い、水中作業点Ｄの水平面上における位置を算出する。また、算出手段３３２は、取得手段３３１により取得された各種データに基づき、水中作業点Ｄの高度を算出する。

図３は、算出手段３３２が水中作業点Ｄの高度を算出する方法を説明するための図である。図３に示される点Ａは、ＧＮＳＳユニット２４により位置が計測される作業船上の基準点Ａである。図３に示される点Ｕは、管体４２内の液体４１の液面位置Ｕである。図３に示される点Ｂは、圧力計測装置４３の計測点Ｂである。図３に示される点Ｃは、アーム１４に対するタンパ１５の回動の中心点（以下、回動中心点Ｃという）である。図３に示される点Ｄは、水中作業点Ｄである。

算出手段３３２は、ＧＮＳＳユニット２４により計測される作業船上の基準点Ａの高度Ｈ_Aから、基準点Ａと液面位置Ｕの高度差ｈ₁と、液面位置Ｕと計測点Ｂの高度差ｈ₂と、計測点Ｂと回動中心点Ｃの高度差ｈ₃と、回動中心点Ｃと水中作業点Ｄの高度差ｈ₄とを減算することで、水中作業点Ｄの高度Ｈ_Dを算出する。

算出手段３３２は高度差ｈ₁を、上部旋回体１２の傾斜角度に基づき算出する。図４は、算出手段３３２が高度差ｈ₁を算出する方法を説明するための図である。なお、図４においては、距離Ｌ₁と高度差ｈ₁の関係を分かり易く示すため、上部旋回体１２の傾斜角度を実際に上部旋回体１２が取り得る傾斜角度よりも大きくしている。図４において、角度θ₁は上部旋回体１２の上下方向の傾斜角度である。距離Ｌ₁は、上部旋回体１２の上下方向における基準点Ａと液面位置Ｕの間の距離であり、既知である。算出手段３３２は、以下の式に従い、高度差ｈ₁を算出する。
ｈ₁＝Ｌ₁×ｓｉｎθ₁

算出手段３３２は高度差ｈ₂を、既述のように圧力計測装置４３により計測される圧力を液体４１の密度および重力加速度で除算して算出する。

算出手段３３２は高度差ｈ₃を、アーム１４の傾斜角度に基づき算出する。また、算出手段３３２は高度差ｈ₄を、タンパ１５の傾斜角度に基づき算出する。

図５は、算出手段３３２が高度差ｈ₃およびｈ₄を算出する方法を説明するための図である。図５において、角度θ₃はアーム１４の長手方向の傾斜角度であり、傾斜センサ２８により特定される。また、角度θ₄はタンパ１５の長手方向の傾斜角度であり、傾斜センサ２９により特定される。

また、図５において、距離Ｌ₃は管体４２の上側端部の近傍の計測点Ｂと回動中心点Ｃとの間の距離であり、既知である。また、距離Ｌ₄は回動中心点Ｃと水中作業点Ｄとの間の距離であり、既知である。

算出手段３３２は、以下の式に従い、高度差ｈ₃およびｈ₄を算出する。
ｈ₃＝Ｌ₃×ｓｉｎθ₃
ｈ₄＝Ｌ₄×ｓｉｎθ₄

算出手段３３２は、上記のように特定される高度差ｈ₁〜ｈ₄を、ＧＮＳＳユニット２４により計測される基準点Ａの高度Ｈ_Aから減算して、水中作業点Ｄの高度Ｈ_Dを算出する。

算出手段３３２が水中作業点Ｄの高度を算出する際に用いる基準点Ａの高度がＧＮＳＳユニット２４により計測されたタイミングと、算出手段３３２が水中作業点Ｄの高度を算出する際に用いる計測点Ｂにおける圧力が圧力計測装置４３により計測されたタイミングは実質的に一致している必要がある。しかしながら、ＧＮＳＳユニット２４が基準点Ａの高度を計測し、計測結果を示すデータを高度算出装置３３に出力するために要する時間と、圧力計測装置４３が計測点Ｂにおける圧力を計測し、計測結果を示すデータを高度算出装置３３に出力するために要する時間との間には、無視できない差がある場合がある。

そのため、算出手段３３２は、取得手段３３１がＧＮＳＳユニット２４から取得した位置データと、当該位置データの取得のタイミングから所定時間Ｔずれたタイミングで取得手段３３１が圧力計測装置４３から取得した圧力データとを対応付けることで、取得手段３３１がＧＮＳＳユニット２４から継続的に取得する位置データと、取得手段３３１が圧力計測装置４３から継続的に取得する圧力データの同期を行う。

所定時間Ｔは、例えば作業者等の操作に応じて、算出手段３３２により以下に説明する方法で計測される。作業者等が所定時間Ｔの計測を指示する操作を行うと、取得手段３３１は当該指示を受けた後の所定時間長（例えば１分間程度）の期間においてＧＮＳＳユニット２４から取得した位置データの各々に、当該位置データの取得タイミングを示す取得タイミングデータを対応付けて、算出手段３３２に引き渡す。また、取得手段３３１は同じ期間に圧力計測装置４３から取得した圧力データの各々に、当該圧力データの取得タイミングを示す取得タイミングデータを対応付けて、算出手段３３２に引き渡す。

図６は、算出手段３３２が取得手段３３１から引き渡される位置データ（基準点Ａの高度を示す高度データを含む）が示す基準点Ａの高度の経時変化（上段）と、算出手段３３２が取得手段３３１から引き渡される圧力データが示す計測点Ｂの圧力の経時変化（下段）を示したグラフである。図６に示される高度および圧力の増減は、船体１１の動揺に伴う増減である。

算出手段３３２は、これらの２系列のデータの各々が示すピーク点（図６に例示される点Ｐ₁〜Ｐ₅と点Ｑ₁〜Ｑ₅）を既知の方法により特定する。続いて、算出手段３３２は、それらの２系列のデータの各々に関し特定されたピーク点を、時間軸上の距離が近いもの同士対応付ける。図６の例では、算出手段３３２は、点Ｐ₁と点Ｑ₁、点Ｐ₂と点Ｑ₂、点Ｐ₃と点Ｑ₃、点Ｐ₄と点Ｑ₄、および点Ｐ₅と点Ｑ₅を互いに対応付ける。

続いて、算出手段３３２は互いに対応付けたピーク点間の取得タイミングの差の平均値を、所定時間Ｔとして算出する。図６の例では、算出手段３３２は、時間差ｔ₁〜ｔ₅の平均値を所定時間Ｔとして算出する。

算出手段３３２は、上記のように所定時間Ｔを算出すると、その後、所定時間Ｔだけずれたタイミングで取得された位置データと圧力データを対応付け、対応付けた位置データと圧力データに基づき水中作業点Ｄの高度の算出を行う。

なお、算出手段３３２が所定時間Ｔを特定する方法は上記のピーク点を用いる方法に限られない。例えば、算出手段３３２が、２系列のデータを時間軸方向にずらしながらそれらの相関係数を算出し、算出した相関係数が最大となる場合の時間軸方向のずらし量を所定時間Ｔとして特定してもよい。

算出手段３３２により算出される水中作業点Ｄの水平面上における位置および高度は、表示手段３３３により表示される。図７は、表示手段３３３により表示される画面（以下、「水中作業点表示画面」という）を例示した図である。水中作業点表示画面において、設計された捨石マウンドの形状は破線で示される。水中作業点表示画面の左欄には、水中作業点Ｄの高度が画像により表示される。また、水中作業点表示画面の右欄には、水平面上における水中作業点Ｄの位置が画像により表示される。作業者は、水中作業点表示画面を見ながら操作装置３１に対する操作を行うことにより、タンパ１５の水中作業点の位置を確認しながら水中均し面の均し作業を行うことができる。

上述した水中作業システム１によれば、船上の作業者は、作業船から水中へと延伸する長尺部材を用いて行われる水中作業において、水中作業点Ｄの位置をリアルタイムで確認しながら作業を進めることができる。その際、作業者に対し表示される水中作業点Ｄの高度には、船体１１の動揺に伴う水中作業点Ｄの上下動が反映されている。従って、水中作業システム１によれば、船体１１の上下動の振幅以下の施工精度が求められる水中作業においても、作業者は必要な精度で水中作業点Ｄの高度を知ることができる。

［変形例］
上述の実施形態は本発明に一具体例であって、本発明の技術的思想の範囲内において様々に変形可能である。以下にそれらの変形の例を示す。なお、下記の２以上の変形例が適宜組み合わされてもよい。

（１）ＧＮＳＳユニット２４のアンテナの設置位置と、管体４２の上側端部の固定位置が互いに離れている等の理由により、作業船上の基準点Ａと液体４１の液面位置Ｕの間の上下方向の距離Ｌ₁を、作業者等がメジャーを用いて計測することが困難な場合がある。そのような場合、以下に説明するキャリブレーション処理により距離Ｌ₁の特定が行われてもよい。

図８は、距離Ｌ₁を特定するためのキャリブレーション処理を説明するための図である。なお、図８において、細部の図示は省略されている。作業者等は、船体１１を岸壁Ｓの近接位置に停泊させ、タンパ１５の均し板１５１の下面を岸壁Ｓの天端面上に置く。なお、岸壁Ｓの天端面の高度は、例えばＧＮＳＳ等により計測され、既知である。

図８に示される状態で、作業者等が高度算出装置３３に対しキャリブレーションを行うための所定の操作を行うと、当該操作に応じて、表示手段３３３には図９に例示する画面（以下、「キャリブレーション画面」という）が表示される。キャリブレーション画面には、距離Ｌ₁を「０．００ｍ」と仮定して算出手段３３２が算出した水中作業点Ｄの高度が「計測高度」欄に表示される。作業者等は、「実際の高度」欄に、水中作業点Ｄの正しい高度、すなわち、岸壁Ｓの舗装面の高度を入力する。算出手段３３２は、「計測高度」欄と「実際の高度」欄の数値の差をｓｉｎθ₁（ただし、θ₁は上部旋回体１２の上下方向の傾斜角度）で除算して距離Ｌ₁を算出する。「距離」欄には、算出手段３３２により算出された距離Ｌ₁が表示される。

作業者等がキャリブレーション画面の「設定」ボタンをクリック等すると、算出手段３３２は上記のように算出した距離Ｌ₁を記憶する。その後、算出手段３３２は記憶した距離Ｌ₁を用いて水中作業点Ｄの高度を算出する。

なお、上述した実施形態において採用される高度差計測装置４０は、管体４２の内部の圧力を計測する圧力計測装置として、管体４２の下側端部の近傍位置における圧力を計測する圧力計測装置４３を備えるのみであるため、上述した距離Ｌ₁を特定するためのキャリブレーション処理が行われる際、管体４２の下側端部の高度は、管体４２の上側端部の高度より小さい必要がある。従って、岸壁Ｓの天端面の高度が大きく、タンパ１５の均し板１５１の下面を岸壁Ｓの天端面上に置くと、管体４２の下側端部の高度が、管体４２の上側端部の高度より大きくなってしまう場合がある。このような場合でもキャリブレーション処理を行えるように、高度差計測装置４０が圧力計測装置４３に加えて、管体４２の上側端部の近傍位置における圧力を計測する圧力計測装置を備える構成が採用されてもよい。

図１０は、この変形例にかかる高度差計測装置４０の上側端部付近を示した図である。この変形例において、管体４２の内部には、上側端部の近傍位置に圧力計測装置４４が配置されている。この変形例にかかる高度差計測装置４０によれば、管体４２の下側端部の高度が上側端部の高度より大きくなった場合、圧力計測装置４３の計測値が「０」となり、圧力計測装置４４の計測値が正の値となる。その場合、算出手段３３２は圧力計測装置４４の計測値に液体４１の密度と重力加速度と「−１」を乗じた値を高度差ｈ₂として算出し、水中作業点Ｄ（均し板１５１の下面の中心点）の高度を算出する。

（２）上述した実施形態において、管体４２の内部は液体４１により満たされている。従って、管体４２に対する液面位置Ｕは変化しない。これに代えて、管体４２の内部に液体４１で満たされない空間を設け、管体４２に対し液面位置Ｕが変化する構成が採用されてもよい。管体４２の内部が液体４１で満たされている場合、管体４２の可撓性が低いと、ブーム１３とアーム１４の連結体の変形等に伴う管体４２の変形によって管体４２の内部圧力が影響を受ける場合がある。そのような場合、管体４２に対する液面位置Ｕの変化が許容されれば、管体４２が変形しても内部圧力は変化せず、水中作業点Ｄの高度の精度が落ちることがない。

管体４２に対する液面位置Ｕが変化する場合、水中作業点Ｄの高度の算出において、液面位置Ｕの変化を反映する必要がある。液面位置Ｕの変化を水中作業点Ｄの高度の算出に反映する方法の一つとして、管体４２の内部の上側端部の近傍位置における圧力を計測する圧力計測装置を用いる方法が考えられる。

図１１は、圧力計測装置４３（第１の圧力計測装置）に加えて第２の圧力計測装置を用いる変形例にかかる高度差計測装置４０の上側端部付近を示した図である。この変形例において、液体４１は管体４２の内部の全てを満たしておらず、液体４１の液面と管体４２の上側端部の端面との間には空間Ｒが生じている。また、管体４２の上側端部は少なくとも一部が開口しており、管体４２の変形等に伴い、液体４１の液面は管体４２に対し自由に上下動することができる。

管体４２の内部には、上側端部の近傍位置に圧力計測装置４５（第２の圧力計測装置）が配置されている。圧力計測装置４５の計測点Ｅは、管体４２の変形等により上下動する液体４１の液面の最下位置よりも下方に位置する。

算出手段３３２は、取得手段３３１を介して、圧力計測装置４５から、圧力計測装置により計測された計測点Ｅにおける圧力を示す圧力データを取得する。算出手段３３２は、圧力計測装置４３により計測された圧力から圧力計測装置４５により計測された圧力を減じた値を、液体４１の密度と重力加速度で除算して、計測点Ｅと計測点Ｂの高度差を算出する。

算出手段３３２は、基準点Ａの高度Ｈ_Aから、基準点Ａと計測点Ｅの高度差と、計測点Ｅと計測点Ｂの高度差と、計測点Ｂと回動中心点Ｃの高度差と、回動中心点Ｃと水中作業点Ｄの高度差とを減算して、水中作業点Ｄの高度Ｈ_Dを算出する。

液面位置Ｕの変化を水中作業点Ｄの高度の算出に反映する他の方法として、液体４１の液位を計測する液位計測装置を用いる方法が考えられる。図１２は、液位測定装置を用いる変形例にかかる高度差計測装置４０の上側端部付近を示した図である。この変形例において、管体４２の上側端部の端面には、当該端面から液体４１の液面までの距離を計測する液位計測装置４６が配置されている。液位計測装置４６は、例えば光学的に、管体４２の上端位置Ｆから液面位置Ｇまでの距離を計測する。

算出手段３３２は、取得手段３３１を介して、液位計測装置４６から、液位計測装置４６により計測された距離を示す距離データを取得する。算出手段３３２は、基準点Ａの高度Ｈ_Aから、基準点Ａと上端位置Ｆの高度差と、液位計測装置４６により計測される上端位置Ｆと液面位置Ｇの高度差と、圧力計測装置４３により計測される圧力から算出される液面位置Ｇと計測点Ｂの高度差と、計測点Ｂと回動中心点Ｃの高度差と、回動中心点Ｃと水中作業点Ｄの高度差とを減算して、水中作業点Ｄの高度Ｈ_Dを算出する。

（３）上述した実施形態の説明においては、基準点Ａの高度が液面位置Ｕの高度より大きい場合が想定されている。基準点Ａと液面位置Ｕの上下方向における位置関係はこれに限られず、基準点Ａと液面位置Ｕの高度が同じであってもよいし、基準点Ａの高度が液面位置Ｕの高度より小さくてもよい。

（４）基準点Ａの高度を計測するＧＮＳＳユニットとして、上部旋回体１２に配置されたＧＮＳＳユニット２４に代えて、船体１１に配置されたＧＮＳＳユニット２２が用いられてもよい。この場合、船体１１に対する上部旋回体１２の動揺が算出手段３３２により算出される水中作業点Ｄの高度に影響を与えないように、管体４２の上側端部は船体１１に固定されることが望ましい。

（５）液体４１の密度は一般的に温度により変化する。従って、高度差計測装置４０が液体４１の温度を計測する１以上の温度計測装置を備え、表示手段３３３が、温度計測装置により計測された温度を用いて液体４１の正確な密度を算出して、算出した正確な密度を用いた水中作業点Ｄの高度の算出を行ってもよい。

（６）上述した実施形態においては、アーム１４の先端に取り付けられているアタッチメントとしてタンパ１５が採用されている。アーム１４の先端に取り付けられるアタッチメントの種別はタンパに限られず、バケット、ブレーカー等のいずれであってもよい。

（７）上述した実施形態においては、作業船から延伸する長尺部材として回動可能に連結されたブーム１３とアーム１４の連結体が採用されている。作業船から延伸する長尺部材の種別はこれに限られず、途中に回動可能な連結部（関節）を有さないラダー、移送管等であってもよい。

例えば、ポンプ浚渫装置の搭載された作業船（ポンプ浚渫船）に本発明にかかる高度算出システムが適用される場合、管体４２の下側端部は作業船から水中へ延伸するラダーの先端付近に固定され、ラダーの先端付近に取り付けられたカッター等により行われる水中作業における水中作業点の高度が高度算出装置３３により算出される。

また、土砂撒き装置の搭載された作業船（土砂撒き船）に本発明にかかる高度算出システムが適用される場合、管体４２の下側端部は作業船から水中へ延伸する移送管の先端付近に固定され、移送管の先端付近に設けられた吐出口（水中作業点）の高度が高度算出装置３３により算出される。

（８）上述した実施形態においては、作業船上の基準点Ａの高度を計測する高度計測装置として、ＧＮＳＳユニット２４が採用されている。作業船上の基準点の高度を計測する区高度計測装置の種別はＧＮＳＳユニットに限られない。例えば、ＧＮＳＳユニットに代えて、既知の高度位置から水平方向に発光された光を作業船上で受光した位置に基づき作業船上の基準点の高度を計測するレーザーレベルが用いられてもよい。

（９）上述した実施形態においては、管体４２の下側端部はアーム１４の先端付近に固定されている。これに代えて、管体４２の下側端部がアーム１４の先端に取り付けられたアタッチメント（上述した実施形態に例示のタンパ１５等）に取り付けられてもよい。

１…水中作業システム、１１…船体、１２…上部旋回体、１３…ブーム、１４…アーム、１５…タンパ、１６…連結部、１７…連結部、１８…連結部、１９…駆動部、２０…駆動部、２１…駆動部、２２…ＧＮＳＳユニット、２３…方位センサ、２４…ＧＮＳＳユニット、２５…ＧＮＳＳユニット、２６…傾斜センサ、２７…傾斜センサ、２８…傾斜センサ、２９…傾斜センサ、３１…操作装置、３２…制御装置、３３…高度算出装置、４０…高度差計測装置、４１…液体、４２…管体、４３…圧力計測装置、４４…圧力計測装置、４５…圧力計測装置、４６…液位計測装置、１５１…均し板、３３１…取得手段、３３２…算出手段、３３３…表示手段

Claims

作業船上の基準点の高度を計測する高度計測装置と、
前記作業船上に第１の端部が固定され、前記作業船から延伸する可動の長尺部材の先端近傍に第２の端部が固定された、既知の密度の液体を収容する管体と、
前記管体の前記第２の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する圧力計測装置と、
前記高度計測装置により計測された高度を示す高度データと前記圧力計測装置により計測された圧力を示す圧力データを取得し、取得した高度データと圧力データに基づき前記長尺部材を用いて行われる水中作業の作業点の高度を算出する高度算出装置と
を備え、
前記高度算出装置は、前記高度計測装置から取得した高度データと、当該高度データの取得のタイミングから所定時間ずれたタイミングで前記圧力計測装置から取得した圧力データとを対応付け、対応付けた高度データと圧力データに基づき前記高度の算出を行う
高度算出システム。
作業船上の基準点の高度を計測する高度計測装置と、
前記作業船上に第１の端部が固定され、前記作業船から延伸する可動の長尺部材の先端近傍に第２の端部が固定された、既知の密度の液体を収容する管体と、
前記管体の前記第２の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する圧力計測装置と、
前記高度計測装置により計測された高度を示す高度データと前記圧力計測装置により計測された圧力を示す圧力データを取得し、取得した高度データと圧力データに基づき前記長尺部材を用いて行われる水中作業の作業点の高度を算出する高度算出装置と、
前記管体に収容された液体の液位を計測する液位計測装置と
を備え、
前記高度算出装置は前記液位計測装置により計測された液位を示す液位データを取得し、取得した液位データに基づき前記高度の算出を行う
高度算出システム。
前記高度算出装置は、前記高度計測装置から取得した高度データと、当該高度データの取得のタイミングから所定時間ずれたタイミングで前記圧力計測装置から取得した圧力データとを対応付け、対応付けた高度データと圧力データに基づき前記高度の算出を行う
請求項２に記載の高度算出システム。
水平面に対する前記長尺部材の角度を計測する角度計測装置を備え、
前記高度算出装置は前記角度計測装置により計測された角度を示す角度データを取得し、取得した角度データに基づき前記高度の算出を行う
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高度算出システム。
前記管体の前記第２の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する圧力計測装置を第１の圧力計測装置とし、前記第１の圧力計測装置により計測された圧力を示す圧力データを第１の圧力データとするとき、
前記管体の前記第１の端部近傍の所定位置における前記管体の内部の圧力を計測する第２の圧力計測装置を備え、
前記高度算出装置は前記第２の圧力計測装置により計測された圧力を示す第２の圧力データを取得し、取得した第２の圧力データに基づき前記高度の算出を行う
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高度算出システム。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高度算出システムと、
前記作業船と、
前記長尺部材と
を備える水中作業システム。