WO2023100842A1 - 制御システム及び制御方法 - Google Patents

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underwater
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control system
cable
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信智 半澤
和秀 中島
隆 松井
英晶 村山
良太 和田
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日本電信電話株式会社
国立大学法人東京大学
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    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Definitions

  • the present disclosure relates to control of interconnected above-water and underwater structures.
  • Underwater structures in aquatic systems consisting of interconnected surface and underwater structures e.g. underwater drilling systems consisting of risers and drilling vessels, cable laying systems consisting of communication cables and laying vessels, etc.
  • a control system has been proposed that dynamically controls itself or a floating structure coupled with an underwater structure (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
  • Non-Patent Document 1 when a riser is installed between a drilling ship and the seabed, an acoustic positioning device and an underwater camera are attached to the tip of the riser in shallow water, and work is performed visually. Also, in Non-Patent Document 2, it is considered to attach thrusters to the lower end portion and the intermediate portion of the riser to control the elastic deformation of the riser, including the movement of the drillship.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 it is not possible to collect information indicating the state of an underwater structure that changes to an arbitrary shape in water, so efficient control of underwater structures and above-water structures cannot be realized. rice field.
  • an object of the present disclosure is to enable the collection of information indicating the state of underwater structures, thereby improving the efficiency and reliability of an underwater system composed of interconnected above-water and underwater structures. do.
  • the control system and control method of the present disclosure are Collecting the strain distribution of an underwater structure connected to a floating structure, At least one of the underwater structure and the above-water structure is controlled based on the strain distribution.
  • information indicating the state of underwater structures can be collected by collecting strain distributions of underwater structures.
  • the present disclosure enables control based on information indicative of the state of underwater structures, thereby achieving greater efficiency and reliability of aquatic systems consisting of interconnected above and below water structures. be able to.
  • FIG. 1 shows a configuration conceptual diagram of an example embodiment of the present disclosure
  • FIG. An example of the hardware configuration of the device is shown.
  • 1 illustrates an example control flow for an example embodiment of the present disclosure
  • 1 shows a configuration conceptual diagram of an example embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 illustrates an example control flow for an example embodiment of the present disclosure
  • 1 shows an example overview of an example embodiment of the present disclosure.
  • Embodiment example 1 By measuring the strain distribution of an underwater structure, it is possible to measure how much and in what direction each strain measurement point has moved. Therefore, by measuring the strain distribution of the underwater structure, information indicating the state of the underwater structure can be collected. Therefore, the control system and control method of the present embodiment measure the strain distribution in the length direction of the underwater structure in a water system composed of a water structure and an underwater structure connected to the water structure. to control either the underwater structure or the surface structure, or both.
  • Fig. 1 shows a conceptual diagram of the configuration of this embodiment.
  • This embodiment shows an example in which the underwater structure is a ship 100 and the underwater structure 20 is a linear structure such as a riser or a cable.
  • the vessel 100 is any means capable of navigating on water, such as a drilling vessel or a cable laying vessel.
  • the optical fibers 21 and 22 are installed along the length direction of the underwater structure 20 .
  • the control system of this embodiment measures the strain distribution applied to the optical fibers 21 and 22 to estimate and control the strain applied to the underwater structure 20 .
  • FIG. 2 shows an example of the hardware configuration of this embodiment.
  • the device 10 includes an information processing section 11 , a storage section 12 , an optical fiber sensor 13 and an input section 14 .
  • the device 10 of this embodiment or all or part of the functions provided therein can be implemented by a computer and a program, and the program can be recorded on a recording medium or provided through a network.
  • the optical fiber sensor 13 is connected to the optical fibers 21 and 22 arranged along the underwater structure 20 and measures the strain distribution in the two optical fibers 21 and 22 .
  • the input unit 14 is any means capable of inputting parameters, such as a keyboard or touch panel.
  • the storage unit 12 stores arbitrary data used for processing by the information processing unit 11 and processing results of the information processing unit 11 in addition to the strain measured by the optical fiber sensor 13 .
  • Data used for processing by the information processing unit 11 includes a program for measuring strain distribution of the underwater structure 20 and parameters used for the program.
  • the data used for processing by the information processing unit 11 includes a program for controlling at least one of the underwater structure 20 and the above water structure 100 based on the strain distribution measured by the optical fiber sensor 13, and parameters used for the program.
  • All or part of the data used for processing by the information processing unit 11 may be provided in a common device, or may be distributed in different devices.
  • a program for controlling at least one of the underwater structure 20 and the underwater structure 100, and parameters used for the program may be provided in the ship 100, or may be a device for controlling the underwater structure 20 such as a thruster or an underwater The structure 20 may be provided.
  • the optical fiber sensor 13 detects the strain distribution of the optical fibers 21 and 22 arranged along the underwater structure 20 before the linear structure 20 is placed in the water or immediately after the underwater structure 20 is placed in the water. etc. (S11). Thereby, the information processing section 11 acquires the reference values of the strain distributions of the optical fibers 21 and 22 .
  • the optical fiber sensor 13 measures the strain distribution of the optical fibers 21 and 22 at certain time intervals after the underwater structure 20 is installed in the water (S12).
  • the information processing section 11 detects a strain amount that has changed from the reference value.
  • the amount of strain that has changed from the reference value represents the amount of change in the underwater structure 20 at the strain distribution measurement point. Therefore, the information processing section 11 can collect information indicating the state of the underwater structure 20 in the longitudinal direction.
  • the information processing unit 11 determines whether the detected strain amount is within the set strain amount range (S13). If the determination is N, the information processing section 11 calculates a control amount for the underwater structure 20 or the vessel 100, or both, which returns the strain amount to within the range (S14). Then, the information processing section 11 gives the control amount to the controlled object (S15). Thereby, the control system of the present embodiment can keep the strain amount of the underwater structure 20 constant.
  • the information processing unit 11 may move the underwater structure 20 itself in a direction in which the bending is eliminated.
  • the amount of strain from the reference value is specified to be within 2%, but this reference value should be set to an appropriate value according to the underwater structure 20 and the object to be controlled.
  • the strain amount of 2% is assumed to be elongation strain caused by bending of the underwater structure 20 .
  • the strain may be converted into stress using the elastic modulus, and the stress may be used as a reference for control.
  • the information processing section 11 uses the strain distribution of the underwater structure 20 to estimate the stress distribution applied to the underwater structure 20 . Then, the information processing section 11 controls at least one of the underwater structure 20 and the floating structure 100 based on the stress applied to the underwater structure 20 .
  • the number of the optical fibers 21 and 22 is not limited to one and may be plural.
  • a single fiber may be a multi-core fiber having a plurality of cores.
  • the optical fibers 21 and 22 may be installed on the underwater structure 20 in an arbitrary manner, and may be installed linearly on the underwater structure 20 or may be spirally wound.
  • B-OTDR Boillouin Optical Time Domain Reflectometry
  • OFDR Optical Frequency Domain Reflectometry
  • the information processing unit 11 obtains the three-dimensional coordinates of each measurement point of the strain distribution of the underwater structure 20 from the strain distribution measured using the multiple optical fibers 21 and 22 or the multi-core fiber having multiple cores, It is also possible to estimate the three-dimensional shape of the underwater structure 20 and control the shape.
  • the three-dimensional shape is calculated by calculating the differential strain between the strain distribution measured in the reference shape and the strain distribution measured for estimating the shape in each core, and using the Frenesere integral formula.
  • the shape of the underwater structure 20 can be controlled by controlling thrusters attached to the underwater structure 20, for example.
  • the device 10 measures the strain of a plurality of cores of the optical fibers 21 and 22 arranged along the underwater structure 20, Information indicating the state in the longitudinal direction is collected to dynamically control the position of the underwater structure 20 or the ship 100, which is the floating structure.
  • the control system of the present embodiment can improve the efficiency and reliability of a water system composed of interconnected water and underwater structures.
  • the strain distribution measurement is not limited to the optical fibers 21 and 22.
  • a plurality of sensors such as strain gauges, may be arranged along the underwater structure 20 to measure the distribution along the length of the underwater structure 20 .
  • the present invention in an aquatic system composed of an aquatic structure and an underwater structure connected to the aquatic structure, by extracting three-dimensional coordinate information in the longitudinal direction of the underwater structure, the present invention relates to a control system and control method for controlling the position of objects or floating structures.
  • FIG. 4 shows a conceptual diagram of the configuration of this embodiment.
  • Underwater structures may be, for example, linear structures such as riser pipes and communication cables.
  • the underwater structure is a ship 100 and the underwater structure 20 is a cable 200 is shown.
  • the cable 200 has optical fibers (reference numerals 21 and 22 shown in FIG. 1) for extracting three-dimensional position information along its length direction. is set up.
  • a ship 100 which is a floating structure, observes the strain distribution in the length direction of each core of the optical fibers 21 and 22 installed in the cable 200, and estimates the three-dimensional behavior from the strain distribution of each core. 10 is installed.
  • the device 10 of this embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment.
  • the information processing unit 11 is configured to prevent bending of the cable 200 or the ship 100, which is a water structure, or both, so as to prevent bending of the connecting portion between the ship 100, which is a water structure, and the cable 200, or the cable 200 itself. is controlled based on the estimated three-dimensional coordinates.
  • FIG. 1 An example of the control flow executed by the control system of this embodiment is shown in FIG.
  • the cable 200 if the cable 200 is extended downward while being connected to the ship 100, the cable 200 behaves complicatedly in the X and Y directions due to the influence of sea conditions.
  • the information processing unit 11 identifies the behavior of the cable 200 from the strain of each core provided in the optical fibers 21 and 22, Estimate where the cable 200 is located.
  • the information processing section 11 measures the position of the ship 100 (S21) and acquires the three-dimensional position of the cable 200 with reference to the position of the ship 100 (S22).
  • the information processing section 11 calculates the angle ⁇ 1 between the ship 100 and the cable 200 or the bending angle ⁇ 2 of the cable 200 .
  • the angle ⁇ 1 depends on the connection form of the cable 200, the angle between the length direction of the cable at a position near the water surface and the water surface or the bottom of the ship can be exemplified.
  • the bend angle ⁇ 2 can be any point along the length of the cable 200, and can be two or more points. That is, the control system of the present embodiment calculates angles ⁇ N at one or more N points.
  • the information processing unit 11 calculates the direction and movement amount in which the angle falls within the specified range ( S24), control is applied such as moving the ship 100 in the calculated direction. Thereby, the control system of this embodiment can prevent damage to the cable 200 .
  • apparatus 10 applies thrusters to cable 200 and controls the thrusters so that cable 200 is at a desired position relative to vessel 100 .
  • both the ship 100 and the thrusters may be controlled to achieve the desired angle.
  • the control may be performed based on the stress calculated from the strain distribution instead of the angle ⁇ N .
  • the optical fibers 21 and 22 used at this time may be a plurality of optical fibers, or may be a multi-core fiber having a plurality of cores in one optical fiber.
  • B-OTDR or OFDR may be used to measure the strain distribution of the optical fiber in the optical fiber sensor 13 .
  • This embodiment relates to a control system and control method for controlling a linear structure laid in water.
  • a schematic diagram is shown in FIG.
  • the cable 200 is sent out from the ship 100 and laid on the seabed, as shown in FIG. It is necessary to adjust and control so that the cable 200 is not bent.
  • the angle between the water surface and the cable is monitored to avoid suspension of the cable 200 or occurrence of a kink.
  • the control system of this embodiment has the same configuration as that of Embodiment 1, and the information processing section 11 executes the following processes.
  • the information processing section 11 uses the strain distribution of the cable 200 to calculate the angle ⁇ formed by the cable 200 between the seabed 400 and the ship 100 . If ⁇ approaches 0 degrees, the information processing section 11 determines that the cable 200 is approaching a suspended state and that the delivery speed is slow. On the other hand, if .theta. approaches 90 degrees, it is determined that there is a high possibility that a kink will occur and that the cable feeding speed is too high. As a result, the control system of the present embodiment can appropriately adjust the speed of the ship 100 and the delivery speed of the cable 200, and the cable 200 can be delivered safely and efficiently.
  • This disclosure can be applied to the information and communications industry.
  • Measuring device 11 Information processing unit 12: Storage unit 13: Optical fiber sensor 14: Input unit 20: Underwater structure 21, 22: Optical fiber 100: Ship 200: Cable 300: Sea surface 400: Seabed

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Abstract

本開示は、水中構造物の状態を示す情報を収集可能にし、これによって互いに連結された水上および水中の構造物で構成される水上システムの効率化及び高信頼化を図ることを目的とする。　本開示は、水上構造物に接続された水中構造物の歪分布を収集し、前記歪分布に基づき、前記水中構造物及び前記水上構造物の少なくとも一方を制御する、制御システムである。

Description

制御システム及び制御方法
　本開示は、互いに連結された水上および水中の構造物の制御に関する。
　互いに連結された水上および水中の構造物で構成される水上システム（例えば、ライザーと掘削船で構成される水中掘削システム、通信ケーブルと敷設船で構成されるケーブル敷設システム等）において、水中構造物自身、あるいは水中構造物と連結された水上構造物を動的に制御する制御システムが提案されている（例えば、非特許文献１及び２参照。）。
　水中構造物の状態を示す情報の収集は、水上システムの効率化に有用である。このため、非特許文献１では、掘削船と海底の間にライザーを設置する場合、浅い水深ではライザーの先端部に音響測位装置と水中カメラを取り付けて目視などにより作業を行っている。また、非特許文献２では、ライザー下端部および中間部にスラスタを取り付け、掘削船の運動も含めて、ライザーの弾性変形を制御することが検討されている。
鈴木英之　他，"アクティブ制御による大水深ライザーのリエントリーに関する研究"，日本造船学会論文集，　第１７４号，　ｐｐ．８６５－８７４，　１９９３． 小寺山亘　他，"ライザー管の動特性を考慮したＤＰＳ及びリエントリ制御の実証実験"，日本船舶海洋工学会講演論文集，第４号，２００７Ｓ－６２－８，２００７．
　しかし、非特許文献１及び２では、水中において任意の形状に変化する水中構造物の状態を示す情報を収集することはできないため、水中構造物及び水上構造物の効率的な制御が実現できなかった。
　そこで、本開示は、水中構造物の状態を示す情報を収集可能にし、これによって互いに連結された水上および水中の構造物で構成される水上システムの効率化及び高信頼化を図ることを目的とする。
　本開示の制御システム及び制御方法は、
　水上構造物に接続された水中構造物の歪分布を収集し、
　前記歪分布に基づき、前記水中構造物及び前記水上構造物の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
　本開示によれば、水中構造物の歪分布を収集することで、水中構造物の状態を示す情報が収集可能になる。このため、本開示は、水中構造物の状態を示す情報に基づく制御を可能にし、これによって互いに連結された水上および水中の構造物で構成される水上システムの効率化及び高信頼化を実現することができる。
本開示の実施形態例の構成概念図を示す。 装置のハードウェア構成の一例を示す。 本開示の実施形態例の制御フローの一例を示す。 本開示の実施形態例の構成概念図を示す。 本開示の実施形態例の制御フローの一例を示す。 本開示の実施形態例の概要の一例を示す。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態例１）
　水中構造物の歪分布を測定することで、歪の各測定地点がどの方向にどの程度移動したかを測定することができる。このため、水中構造物の歪分布を測定することで、水中構造物の状態を示す情報が収集可能になる。そこで、本実施形態例の制御システム及び制御方法は、水上構造物とその水上構造物に接続されている水中構造物で構成された水上システムにおいて、水中構造物の長さ方向における歪分布を測定することにより、水中構造物もしくは水上構造物のいずれか、あるいは両者を制御する。
　図１に本実施形態例の構成概念図を示す。本実施形態では、水上構造物が船舶１００であり、水中構造物２０がライザー又はケーブルといった線状構造物である例を示す。船舶１００は、水上を航行可能な任意の手段であり、例えば、掘削船又はケーブルの敷設船、が例示できる。
　本実施形態では、光ファイバ２１及び２２が、水中構造物２０の長さ方向に沿って設置されている。本実施形態の制御システムは、この光ファイバ２１及び２２に加わる歪分布を測定することで、水中構造物２０に加わる歪を推定し制御を行う。
　図２に、本実施形態例のハードウェア構成の一例を示す。装置１０は、情報処理部１１、記憶部１２、光ファイバセンサ１３及び入力部１４を備える。本実施形態の装置１０又はこれに備わる機能の全部又は一部は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　光ファイバセンサ１３は、水中構造物２０に沿って配置されている光ファイバ２１、２２に接続され、２本の光ファイバ２１、２２における歪分布を測定する。入力部１４は、キーボードやタッチパネルなどの、パラメータを入力可能な任意の手段である。
　記憶部１２は、光ファイバセンサ１３の測定した歪のほか、情報処理部１１の処理に用いる任意のデータ、情報処理部１１の処理結果を記憶する。情報処理部１１の処理に用いるデータは、水中構造物２０の歪分布を測定するプログラム、及びプログラムに用いられるパラメータを含む。情報処理部１１の処理に用いるデータは、光ファイバセンサ１３の測定した歪分布に基づき、水中構造物２０及び水上構造物１００の少なくとも一方を制御するプログラム、及びプログラムに用いられるパラメータを含む。
　これら情報処理部１１の処理に用いるデータの全部又は一部は、共通の装置に備わっていてもよいし、異なる装置に分散して備わっていてもよい。例えば、水中構造物２０及び水上構造物１００の少なくとも一方を制御するプログラム、及びプログラムに用いられるパラメータは、船舶１００に備わっていてもよいし、スラスタなどの水中構造物２０を制御する装置又は水中構造物２０に備わっていてもよい。
　本実施形態の制御システムが実行する制御フローの一例を図３に示す。光ファイバセンサ１３は、水中構造物２０に沿って配置されている光ファイバ２１及び２２の歪分布を、線状構造物２０を水中に設置する前、又は水中構造物２０を水中に設置した直後などに測定する（Ｓ１１）。これにより、情報処理部１１は、光ファイバ２１及び２２の歪分布の基準値を取得する。
　光ファイバセンサ１３は、水中構造物２０を水中に設置した後、ある一定の時間間隔などで光ファイバ２１及び２２の歪分布を測定する（Ｓ１２）。情報処理部１１は、前記基準値から変化した歪量を検出する。基準値から変化した歪量は、歪分布の測定地点における水中構造物２０の変化量を表す。このため、情報処理部１１は、水中構造物２０の長さ方向における状態を示す情報を収集することができる。
　情報処理部１１は、この検出した歪量が設定した歪量の範囲内であるか判定する（Ｓ１３）。判定がＮの場合には、情報処理部１１は、歪量が範囲内に戻るような、水中構造物２０又は船舶１００、或いは両者の制御量を算出する（Ｓ１４）。そして、情報処理部１１は、制御対象へ制御量を付与する（Ｓ１５）。これにより、本実施形態の制御システムは、水中構造物２０の歪量を一定に保つことができる。
　例えば、水中構造物２０が図１上で、Ｘ軸上の負の方向に曲がっていれば、情報処理部１１は、その曲げを解消するように船舶１００をＸ軸上の負の方向に動かす。また、水中構造物２０にスラスタがついていれば、情報処理部１１は、水中構造物２０自体を曲げが解消される方向に動かしても良い。本実施形態例では、基準値からの歪量が２％以内と規定しているが、この基準値は水中構造物２０や制御対象に応じて適切な値を設定する必要がある。
　ここで、歪量２％は水中構造物２０が曲がったことにより生じる伸び歪を想定している。また、本実施形態例では歪で制御すると記載しているが、弾性係数を用いて歪から応力に変換し、応力を基準として制御を行っても良い。例えば、情報処理部１１は、水中構造物２０の歪分布を用いて、水中構造物２０に加わる応力分布を推定する。そして、情報処理部１１は、水中構造物２０に加わっている応力に基づき、水中構造物２０及び水上構造物１００の少なくとも一方を制御する。
　本実施形態例では、水中の水中構造物２０の長さ方向に光ファイバ２１及び２２が設置されている例を記載したが、光ファイバ２１及び２２は１本に限らず複数本であってもよく、１本に複数のコアを有するマルチコアファイバであっても良い。水中構造物２０への光ファイバ２１及び２２の設置方法は、任意であり、水中構造物２０に対して直線的に設置されていてもよく、螺旋状に巻かれていても良い。
　光ファイバセンサ１３における光ファイバの歪分布の測定には、Ｂ－ＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）やＯＦＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いても良い。
　また、情報処理部１１は、複数本の光ファイバ２１及び２２や複数コアを有するマルチコアファイバを用いて測定した歪分布から、水中構造物２０の歪分布の各測定地点の三次元座標を求め、水中構造物２０の三次元形状を推定し、その形状を制御することとしても良い。ここで、三次元形状は、基準となる形状で測定した歪分布と形状を推定するために測定した歪分布との差分歪を各コアで算出し、フレネセレの積分公式を用いるなどで算出する。また水中構造物２０の形状の制御は、例えば水中構造物２０に取り付けられているスラスタを制御することで行うことができる。
　以上説明したように、本実施形態は、装置１０が、水中構造物２０に沿って配置した光ファイバ２１及び２２の複数のコアの歪を測定して、水中に設置された水中構造物２０の長さ方向における状態を示す情報を収集して、水中構造物２０もしくは水上構造物である船舶１００の位置を動的に制御する。これにより、本実施形態の制御システムは、互いに連結された水上および水中の構造物で構成される水上システムの効率化および高信頼化が図れる。
　なお、歪分布の測定は光ファイバ２１及び２２に制限されるものではない。例えば、歪ゲージなどのセンサを水中構造物２０に沿って複数配置することによって、水中構造物２０の長さ方向における分布測定を行ってもよい。
（実施形態例２）
　本実施形態例は、水上構造物とその水上構造物に接続されている水中構造物で構成された水上システムにおいて、水中構造物の長さ方向における三次元座標情報を抽出することにより、水中構造物もしくは水上構造物の位置を制御する制御システム及び制御方法に関する。
　図４に、本実施形態例の構成概念図を示す。水中構造物は、例えばライザー管や通信ケーブルなどの線状構造物が考えられる。本実施形態では、水上構造物が船舶１００であり、水中構造物２０がケーブル２００である例を示す。本実施形態の制御システムは、実施形態例１と同様に、ケーブル２００には、その長さ方向に沿って三次元位置情報を抽出するための光ファイバ（図１に示す符号２１及び２２）が設置されている。水上構造物である船舶１００にはケーブル２００に設置されている光ファイバ２１及び２２の各コアの長さ方向の歪分布が観測され、それぞれのコアの歪分布から三次元の挙動を推定する装置１０が設置されている。
　本実施形態の装置１０は、実施形態例１と同様の構成を備える。ただし、本実施形態では、情報処理部１１は、水上構造物である船舶１００とケーブル２００の接続部やケーブル２００自体の屈曲を防ぐように、ケーブル２００又は水上構造物である船舶１００、或いは両者を推定した三次元座標をもとに制御する。
　本実施形態の制御システムが実行する制御フローの一例を図５に示す。例えば、ケーブル２００が船舶１００と接続された状態で下方に伸ばされていたとすると、海象の影響によりケーブル２００はＸ、Ｙ方向に複雑な挙動をするようになる。本実施形態では、光ファイバ２１及び２２をケーブル２００に沿わせておくことにより、情報処理部１１が、光ファイバ２１及び２２に備わる各コアの歪からケーブル２００の挙動を同定し、船舶１００に対してケーブル２００がどの位置にあるかを推定する。
　船舶１００とケーブル２００は固定されていることから、ケーブル２００の挙動によってはその接続部やケーブル２００の曲がり角度によっては応力がかかり、ケーブル２００の座屈などの危険性が生じる。そこで、情報処理部１１が、船舶１００の位置を測定し（Ｓ２１）、船舶１００の位置を基準としたケーブル２００の３次元位置を取得する（Ｓ２２）。
　例えば、情報処理部１１は、船舶１００とケーブル２００のなす角度θ１又はケーブル２００の曲がり角度θ２を算出する。角度θ１はケーブル２００の接続形態によるが、水面に近い位置でのケーブルの長さ方向と水面又は船底との角度が例示できる。曲がり角度θ２は、ケーブル２００の長さ方向の任意の地点であり、２以上の地点でありうる。すなわち、本実施形態の制御システムは、１以上のＮ箇所の角度θＮを算出する。
　そして、情報処理部１１は、θ１又はθ２の少なくとも一方がある設定した角度範囲外になった場合に（Ｓ２３においてＮ）、角度が規定の範囲内になる方向と移動量を算出し（Ｓ２４）、算出した方向へ船舶１００を移動させるなどの制御をかける。これにより、本実施形態の制御システムは、ケーブル２００の損傷を防ぐことが可能になる。
　ここでは、装置１０が船舶１００を動かすことを記載したが、装置１０は、ケーブル２００にスラスタを付与し、船舶１００に対してケーブル２００が所望の位置にあるように、スラスタに制御をかけても良いし、船舶１００及びスラスタの両者を制御して所望の角度になるようにしても良い。また、角度θＮに代えて、歪分布から算出した応力に基づいて、制御を行ってもよい。また、この時に使用される光ファイバ２１及び２２は、光ファイバを複数本用いても良いし、１本の光ファイバ内に複数のコアを有するマルチコアファイバであってもよい。また、光ファイバセンサ１３における光ファイバの歪分布の測定にはＢ－ＯＴＤＲやＯＦＤＲを用いても良い。
（実施形態例３）
　本実施形態例は、水中に敷設する線状構造物を制御する制御システム及び制御方法に関する。
　図６に概要図を示す。船舶１００からケーブル２００を送り出し、海底に敷設する場合に、図６に示すように海面３００から海底４００に着地している部分に応力が集中し、ケーブル２００を送り出す速度と船舶１００の移動速度を調整してケーブル２００が屈曲しないように制御を行う必要がある。現在は、海底ケーブルを敷設する際に、水面とケーブルとの角度（入水角）を監視しながら、ケーブル２００の宙吊りやキンクの発生を回避している。
　敷設するケーブル２００の３次元位置又は形状が取得できれば、海底４００と船舶１００との間のケーブル２００になされる角度θをモニタすることが可能になる。そこで、本実施形態の制御システムは、実施形態例１と同様の構成を備え、情報処理部１１が以下の処理を実行する。
　具体的には、情報処理部１１は、ケーブル２００の歪分布を用いて、海底４００と船舶１００との間のケーブル２００になされる角度θを算出する。そして、情報処理部１１は、θが０度に近づいていくようであればケーブル２００が宙吊り状態に近づいており、送り出し速度が遅いと判断する。一方、θが９０度に近づいていくようになれば、キンクが発生する可能性が高く、ケーブルの送り出し速度が速すぎると判断する。これにより、本実施形態の制御システムは、船舶１００の速度とケーブル２００の送り出し速度を適切に調節することが可能になり、安全でかつ効率的なケーブル２００の送り出しが可能になる。
（本開示の効果）
　水中構造物２０の長さ方向に沿って配置した光ファイバ２１及び２２の複数のコアの歪を測定し、水中構造物２０の長さ方向における状態を示す情報を収集することにより、水中構造物２０の三次元座標を直接制御できる。また、水中構造物２０の三次元座標の変化に基づき、水上構造物１００の位置を制御することが可能になる。
・例えば、ライザーもしくは掘削船の、それぞれ水中もしくは水上での位置を動的に制御することにより、ライザーあるいはライザーと掘削船の結合部における歪低減を実現し、水上システムの信頼性を向上できる。
・例えば、敷設船に連結された複数の水中作業装置の位置情報を管理し、各水中作業装置の輻輳を回避できる。
・例えば、敷設船から投下した通信ケーブルの水底への着床による歪量の変化を検出することにより、通信ケーブルに印加される敷設歪を最小化することが出来る。
　本開示は情報通信産業に適用することができる。
１０：測定装置
１１：情報処理部
１２：記憶部
１３：光ファイバセンサ
１４：入力部
２０：水中構造物
２１、２２：光ファイバ
１００：船舶
２００：ケーブル
３００：海面
４００：海底

Claims (8)

  1. 　水上構造物に接続された水中構造物の歪分布を収集し、
    　前記歪分布に基づき、前記水中構造物及び前記水上構造物の少なくとも一方を制御する、
    　ことを特徴とする制御システム。
  2. 　前記水中構造物は線状構造物であり、
    　前記歪分布が、前記線状構造物の長さ方向における歪分布である、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  3. 　前記歪分布を用いて、前記水中構造物の三次元形状を推定し、
    　推定した前記三次元形状に基づき、前記水中構造物及び前記水上構造物の少なくとも一方を制御する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  4. 　前記歪分布を用いて、前記水中構造物に加わる応力を推定し、
    　推定した前記応力に基づき、前記水中構造物及び前記水上構造物の少なくとも一方を制御する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  5. 　前記水中構造物の歪分布を、前記水中構造物に沿って設置した光ファイバを介して収集する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
  6. 　前記光ファイバが複数のコアを有する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
  7. 　前記光ファイバの歪分布を測定するＢ－ＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いて、前記水中構造物の歪分布を測定する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
  8. 　水上構造物に接続された水中構造物の歪分布を収集し、
    　前記歪分布に基づき、前記水中構造物及び前記水上構造物の少なくとも一方を制御することを特徴とする制御方法。
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