JP4921048B2 - 海洋波計測システムおよび海洋波計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、海洋波計測システムおよび海洋波計測方法に関し、特に、海洋波の波高や波長を検出する技術に関する。

海面上の海洋波の状況を計測するための技術として、一般に、特許文献１の特開２００５−０８３９９８号公報「ＧＰＳ式海洋波計測方法」や特許文献２の特開平０５-０３４１５４号公報「超音波波高計」のように、ＧＰＳ受信機搭載のブイや超音波を用いて、海面の上下動を検出する波高計により波高と波長を読み取る方法が用いられている。前記特許文献１では、海面に投下したブイに単独ＧＰＳ受信機を搭載することにより、ブイの揺れ動きをＧＰＳ信号として把握することにより、海洋波の周期や波長、波速、波高を求めている。また、前記特許文献２では、海底に設置した超音波送受波器から適当な周期で海面方向に超音波を発射した後の海面からの反射音波を受信するまでの時間に基づいて海面の高さ（トップレベル）を求めている。
特開２００５−０８３９９８号公報（第５−６頁） 特開平０５-０３４１５４号公報（第３頁）

しかしながら、従来の技術は、海洋波のピークから波高や波長を求める方法が一般的であり、海面のうねりの交点等で発生する複合波を考慮していない。この海面のうねり等を考慮した場合、うねりとうねりとの交点付近では、波の重なりによって波高が大きくなることが良く知られている。しかし、従来の技術では、うねりとうねりとの交点付近での複合波の影響を除去した形で海洋波の波高や波長を正確に測定することができなかった。この複合波は、特に海洋上を航行する船舶等に対して衝撃力が比較的大きい。ここに、複合波とは、うねりの交点付近において複数のうねりが複合された結果として生じる波のことと定義している。

そこで、本発明の目的は、ノイズや複合波の影響を除去して、海洋波の波高や波長を正確に計測することが可能な海洋波計測システムおよび海洋波計測方法を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による海洋波計測システムおよび海洋波計測方法は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）海面レベルを検出する海面レベル検出手段と、検出した海面レベルからノイズ成分を除去するフィルタ手段と、ノイズ成分を除去した海面レベルのピークを検出するピーク検出手段と、検出したピークとボトムから海洋波の波高を検出する波高検出手段と、検出した海洋波の波高から波長を検出する波長検出手段と、検出した２つの連続する海洋波の波高の比により複合波を処理する複合波処理手段とを、少なくとも備えている海洋波計測システム。
（２）前記複合波処理手段により複合波を処理した結果から、海洋波の波高と波長とを再計算する手段を備えている上記（１）の海洋波計測システム。
（３）前記波高検出手段が検出する海洋波の波高は、海面レベルのボトムとトップとの差に基づいて算出される上記（１）または（２）の海洋波計測システム。
（４）前記複合波処理手段が処理する複合波は、複合する波の波高の比があらかじめ定めた閾値以下であることに基づいて検出される上記（１）ないし（３）のいずれかの海洋波計測システム。
（５）海面レベルを検出する海面レベル検出ステップと、検出した海面レベルからノイズ成分を除去するフィルタリングステップと、ノイズ成分を除去した海面レベルのピークを検出するピーク検出ステップと、検出したピークとボトムから海洋波の波高を検出する波高検出ステップと、検出した海洋波の波高から波長を検出する波長検出ステップと、検出した２つの連続する海洋波の波高の比により複合波を処理する複合波処理ステップとを、少なくとも備えている海洋波計測方法。
（６）前記複合波処理ステップにより複合波を処理した結果から、海洋波の波高と波長とを再計算する手段を備えている上記（５）の海洋波計測方法。
（７）前記波高検出ステップが検出する海洋波の波高は、海面レベルのボトムとトップとの差に基づいて算出される上記（５）または（６）の海洋波計測方法。
（８）前記複合波処理ステップが処理する複合波は、複合する波の波高の比があらかじめ定めた閾値以下であることに基づいて検出される上記（５）ないし（７）のいずれかの海洋波計測方法。

本発明の海洋波計測システムおよび海洋波計測方法によれば、ノイズや複合波を処理することが可能であるので、実質的な海洋波の波高や波長をより正確に計測することができる。

以下、本発明による海洋波計測システムおよび海洋波計測方法の好適実施形態例について添付図を参照して説明する。図１は、本発明に係る海洋波計測システムの一例を示すシステム構成図である。

図１のシステム構成図に例示するように、本発明に係る海洋波計測システムは、海面レベル検出器１、フィルタ２、ピーク検出器３、波高検出器４、波長検出器５、複合波処理器６、および、最大値・代表値検出器７を少なくとも含んで構成されている。

図１において、海面レベル検出器１は、海面レベルの変化をリアルタイムに検出するものである。フィルタ２は、海面レベル検出器１で検出した海面レベルの変化の中からノイズ成分を除去するものである。ピーク検出器３は、フィルタ２でノイズ成分を除去した海面レベルの変化の中から、ピークを形成している位置（トップおよびボトムの双方のピーク）を検出するものである。波高検出器４は、ピーク検出器３で検出した海面レベルのピークの中から、最も顕著なピーク（最も高いトップと最も低いボトム）を海面上の波やうねりなどの実質的な海洋波によるピークとして検出するものであり、当該ピーク値の差（すなわちトップとボトムとの差）を波やうねりの波高としてリアルタイムで検出する。

また、波長検出器５は、波高検出器４で検出した海面上の波やうねりのピークの繰り返し周期から、波やうねりの波長を検出するものである。すなわち、波高検出器４、波長検出器５においては、海面の波高と波長との測定データのうち、閾値以下のものは削除され、主要な海洋波成分のみが抽出されることになる。

複合波処理器６は、うねりとうねりとの交点付近で生じている複合波を処理するものであり、２つのうねりが合成された場合１つの大きな波として認識させるものである。２つのうねりを合成した波の波高の比があらかじめ定めた閾値以下であれば、複合波であるものと判断して処理する。最大値・代表値検出器７は、複合波処理器６によって複合波を除去した後の海面レベルの変動の中から、実質的な海洋波の波高と波長とを最大値・代表値として再計算して出力する。

以上のように、波高検出器４で検出される海面の波高は、現在の測定海域におけるリアルタイムの波高値を算出した結果を示すものであり、最大値・代表値検出器７から出力される海面の波高は、複合波の影響を処理した補正後の波高値を示すものである。

（実施例の動作）
次に、図１に示す海洋波計測システムの動作例について、図２のフローチャートを用いて説明する。図２は、本発明に係る海洋波計測システムの動作の一例を説明するためのフローチャートである。

図２において、海面レベル検出器１で、海面レベルの変化をあらかじめ定めた測定周期ごとに検出する（ステップＳ１）。ここで、海面レベルの変化を検出するための手段として、海面上に投下されたブイを用いるようにしても良いし、カメラで海面を撮影した画像を用いるようにしても良いし、超音波や水圧を利用するようにしても良いし、海面レベルをリアルタイムに検出可能なものであれば如何なる手段を用いてもかまわない。次に、フィルタ２において、海面レベル検出器１で検出した海面レベルの変動から高周波成分を除去することによって、海面レベル変動に含まれているノイズ成分を除去する（ステップＳ２）。

次いで、ピーク検出器３において、フィルタ２でノイズ成分を除去した海面レベルの変動を追跡していき、海面レベルがピークを形成している位置を検出する（ステップＳ３）。次に、波高検出器４において、ピーク検出器３で検出されたピークとボトムの差から波高値をもとめ、あらかじめ設定されている閾値以下のものを削除して、主要な海洋波成分のピーク値のみが抽出され、波やうねりの波高として検出する（ステップＳ４）。ここに、波高検出器４で検出する波高は、海面レベルのボトムとトップとの差を基にして算出される。

しかる後、波長検出器５において、波高検出器４で検出されたピークとボトムの距離から主要な海洋波成分の波やうねりに関する波長を検出する（ステップＳ５）。さらに、複合波処理器６において、波高検出器４や波長検出器５によって検出された波高や波長の中から、うねりの交点のような複合波を検出して処理する（ステップＳ６）。複合波を処理した海面レベルの変動データに基づいて、再度、波高、波長を再計算して、その最大値・代表値として出力する（ステップＳ７）。

このように、本発明においては、複合波が処理されることにより、実質的な海洋波の波高や波長をより正確に計測することができる。

以上、本発明の好適実施例の構成を説明した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。

本発明に係る海洋波計測システムの一例を示すシステム構成図である。 本発明に係る海洋波計測システムの動作の一例を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 海面レベル検出器
２ フィルタ
３ ピーク検出器
４ 波高検出器
５ 波長検出器
６ 複合波処理器
７ 最大値・代表値検出器

Claims (6)

1. 海面レベルを検出する海面レベル検出手段と、
   検出した海面レベルからノイズ成分を除去するフィルタ手段と、
   ノイズ成分を除去した海面レベルのピークを検出するピーク検出手段と、
   検出したピークの中から、最も顕著なピークを海面上の波やうねりの波高として検出する波高検出手段と、
   波やうねりのピークの繰り返し周期から、波やうねりの波長を検出する波長検出手段と、
   波やうねりの波高及び波長からうねりの交点を検出し、２つのうねりを合成した場合の波高の比が予め定めた閾値以下である場合に、複合波を検出して除去する複合波処理手段と、
   海面レベルのデータから、前記複合波のデータを除去した後の海面レベルの波高と波長を再計算する再計算手段とを、少なくとも備えていることを特徴とする海洋波計測システム。
2. 前記波高検出手段が検出する海洋波の波高は、海面レベルのボトムとトップとの差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の海洋波計測システム。
3. 前記海面レベル検出手段は、前記海面レベルをリアルタイムに検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の海洋波計測システム。
4. 海面レベルを検出する海面レベル検出ステップと、
   検出した海面レベルからノイズ成分を除去するフィルタリングステップと、
   ノイズ成分を除去した海面レベルのピークを検出するピーク検出ステップと、
   検出したピークの中から、最も顕著なピークを海面上の波やうねりの波高として検出する波高検出ステップと、
   波やうねりのピークの繰り返し周期から、波やうねりの波長を検出する波長検出ステップと、
   波やうねりの波高及び波長からうねりの交点を検出し、２つのうねりを合成した場合の波高の比が予め定めた閾値以下である場合に、複合波を検出して除去する複合波処理ステップとを、
   海面レベルのデータから、前記複合波のデータを除去した後の海面レベルの波高と波長を再計算する再計算ステップと、を
   少なくとも備えていることを特徴とする海洋波計測方法。
5. 前記波高検出ステップにおいて検出する海洋波の波高は、海面レベルのボトムとトップとの差に基づいて算出されることを特徴とする請求項４に記載の海洋波計測方法。
6. 前記海面レベル検出ステップでは、前記海面レベルをリアルタイムに検出することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の海洋波計測方法。

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