JPH06206588A - データ伝送ブイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 海面に浮上したとき速やかにデータの送信を
開始することを可能にする。 【構成】 電波を透過する気密容器15の周囲を覆い且つ
電波が透過可能であるハードハット12と、ハードハット
12内部の水が任意の水位に移動可能であるとき、水面に
浮遊状態にある気密容器15に対する水面位置を規定水面
位置とするとき、ハードハット12に形成され、少なくと
もハードハット12内部の規定水面位置より上部の水をハ
ードハット12外部に速やかに排水させる排水孔14と、気
密容器15の内部に設けられ、規定水面位置より下方の水
ではその動作に影響を受けない指向特性を有する衛星通
信アンテナ18とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海底観測の観測装置が
搭載された海中ステーション等に切り離し可能に取り付
けられたデータ伝送ブイに関する。

【０００２】

【従来の技術】海洋プレートが沈み込む海溝に沿った深
海底の地殻変動を観測するための装置として、地殻変動
の観測のための装置が搭載され、深海底に設置される海
底ステーションと、この海底ステーションに切り離し可
能に取り付けられ、海底ステーションから送出される観
測データをその内部に記憶し、海底ステーションから切
り離されて海面に浮上したときには、内部に記憶したデ
ータを通信衛星に送信するデータ伝送ブイとを用いるシ
ステムが提案されている。

【０００３】この提案におけるデータ伝送ブイは、ガラ
ス容器等の気密容器の内部に上記機能を実行するための
機器を備えた構成となっており、ガラス容器が衝撃等に
よって破壊されることを防止するため、微小な通気孔が
上部と下部とに形成された密閉容器であるハードハット
でもってガラス容器の周囲を覆っている。またデータ伝
送ブイ内部に設けられる機器は、通信衛星との通信を行
うための機器のみではなく、データ解析の関係から送信
時刻を示す正確な時間が必要となる場合には、ＧＰＳア
ンテナおよびその受信装置をも併せてガラス容器内部に
備えることが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
のデータ伝送ブイを用いたときには、以下に記載する問
題を生じていた。

【０００５】１）データ伝送ブイは海底ステーションに
長期に渡って取り付け状態にあることから、ハードハッ
トとガラス容器との間隙には海水が入り込んでおり、こ
の海水は、データ伝送ブイが海面に浮上したとき、ハー
ドハットに形成された通気孔から徐々に外部に排出され
ることになる。一方、衛星通信アンテナは、その指向特
性の範囲内に海水がある場合には正常に動作することが
できず、少なくとも上半球部に侵入した海水が排水され
るのを待つ必要がある。しかし排水は微小な通気孔から
排水されるに過ぎないことから排水には時間を要するた
め、海面に浮上したとき直ちに通信を開始することがで
きない。

【０００６】２）データ伝送ブイが浮上する海面の状態
は、平穏なときばかりではなく波浪の激しいときもあ
り、このときにはデータ伝送ブイは大きく揺動する。そ
のため衛星通信アンテナの指向特性の範囲内に通信衛星
を捕らえられなくなるという事態が生じ、データ送信に
おけるエラーが発生する。その結果、同一データの送信
を幾度も繰り返す必要が生じ、全てのデータを送信する
には長い時間を要することになる。そのため動作電源の
電池容量を長時間の送信に対応した大きな容量としなけ
ればならないことから、電池が大型化する。

【０００７】３）衛星通信アンテナとＧＰＳアンテナと
を気密容器内部に設け、これら２つのアンテナが互いに
干渉しないようにするためには、気密容器を大型化する
必要がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するため草案され
たものであって、請求項１記載の発明の目的は、海面に
浮上したとき速やかにデータの送信を開始することので
きるデータ伝送ブイを提供することにある。

【０００９】また請求項２記載の発明は、動作電源の電
池容量の増加を防止することのできるデータ伝送ブイを
提供することにある。

【００１０】また請求項３記載の発明は、気密容器の大
型化を防止することのできるデータ伝送ブイを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明のデータ伝送ブイは、電波が透過可
能な気密容器と、この気密容器の周囲を覆い且つ電波が
透過可能であるハードハットと、ハードハット内部の水
が任意の水位に移動可能であるとき、水面に浮遊状態に
ある気密容器に対する水面位置を規定水面位置とすると
き、ハードハットに形成され、少なくともハードハット
内部の規定水面位置より上部の水をハードハット外部に
速やかに排水させる排水孔と、気密容器の内部に設けら
れ、規定水面位置より下方の水ではその動作に影響を受
けない指向特性を有する衛星通信アンテナとを備えた構
成とする。

【００１２】また請求項２記載の発明のデータ伝送ブイ
は、電波が透過可能な気密容器と、この気密容器内部に
設けられ、この気密容器が浮遊する水面より上部方向に
指向特性を有する衛星通信アンテナと、この衛星通信ア
ンテナに接続され、データの送信を行うデータ送信部
と、気密容器の傾きが予め設定された角度範囲を越えて
いるかどうかの検出を行い、気密容器の傾きが前記角度
範囲を越えていることを検出したときには傾斜信号を送
出する傾斜検出部と、傾斜信号が送出されたときには、
データ送信部の動作を停止または待機させる送信制御部
とを備えた構成とする。

【００１３】また請求項３記載の発明のデータ伝送ブイ
は、電波が透過可能な気密容器と、この気密容器内部に
設けられ、反射材からなる反射板部およびこの反射板部
の中央に設けられたヘリカル部からなり、衛星通信を行
う衛星通信アンテナと、反射板部に形成され、反射材を
ＧＰＳアンテナの形状に対応して欠損させた欠損部とを
備え、その表面が反射材の反射面と略面一となる位置関
係でもって欠損部にＧＰＳアンテナを設けた構成とす
る。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明では、ハードハットに排水
孔が形成されていることから、少なくとも規定水面位置
より上部の水は、速やかにハードハットの内部から外部
に排水される。そのため規定水面位置より下方の水では
その動作に影響を受けない指向特性を有する衛星通信ア
ンテナは、この排水により水の影響を受けることなく動
作する。

【００１５】また請求項２記載の発明では、水面の波浪
により揺動が激しいためデータ送信にエラーが生じ易
く、データの再度の送信が必要となり、通信に時間を要
する水面状態のときには傾斜信号が送出されるので、デ
ータ送信部は電源を消費しない動作停止状態または待機
状態となる。そして波浪が少なくデータ送信におけるエ
ラーの発生率が低い場合には、データ送信部の動作が開
始され、データの送信が行われる。

【００１６】また請求項３記載の発明では、ＧＰＳアン
テナは、反射板部に形成された欠損部に、その表面が反
射材の反射面と略面一となる位置関係でもって設けられ
ているので、ＧＰＳアンテナを設けるための個別の空間
が不要となる。またＧＰＳアンテナは反射材として動作
するため、欠損部の形成は反射板部の動作に影響を与え
ない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係るデータ伝送ブイの一実施
例について図面を参照しつつ説明する。

【００１８】図５は、本発明に係るデータ伝送ブイの一
実施例が使用される海底長期観測システムを示す説明図
であり、このシステムの概略を以下に説明する。

【００１９】図において、観測対象となる海底であり、
海洋プレートが沈み込む海溝82に沿った海底(83 等) に
は、略四角錐状に形成されたフレームを構造部材とし、
それぞれに16個のデータ伝送ブイが切り離し可能に取り
付けられると共に、地殻変動の観測用機器が取り付けら
れた海中ステーション81が設置されている。

【００２０】また観測用機器によって観測されたデータ
は、海中ステーション81に取り付け状態にあるデータ伝
送ブイ11の内部に記憶され、海中ステーション81から切
り離されて海水面 (請求項１記載の水面）に浮上したデ
ータ伝送ブイ11は、通信衛星(インマルサット−Ｃ）84
に対して観測データを送信する。

【００２１】そのため送信された観測データは、通信衛
星84によって中継され、地上局85において受信される。
そして地上局85にて受信された観測データは、電話回線
等のデータ回線を介することにより、観測データの処理
を行う演算装置を主要部とする地上ステーション86に導
かれ、解析される。

【００２２】図１は、本発明に係るデータ伝送ブイの一
実施例を示す一部破砕分解斜視図である。

【００２３】互いに開口部が向き合う一対の半球状のガ
ラス容器152 と、このガラス容器152 の縁を気密に密閉
するシール部材151 とにより構成され、電波を透過させ
る気密容器15の内部には、略中央部に、薄い円板状の金
属を反射材とする反射板部16が設けられている。

【００２４】そしてこの反射板部16の中央の上部側に
は、支持部材181 を介してヘリカル部17が取り付けられ
ており、通信衛星84にデータ送信を行う衛星通信アンテ
ナ18は、この反射板部16とヘリカル部17とにより構成さ
れている。

【００２５】また反射板部16の縁近傍には、正方形のＧ
ＰＳアンテナ20の形状に合わせて反射材を正方形に欠損
させた欠損部19が形成されており、この欠損部19には、
その表面が反射材の反射面161 と略面一となる位置関係
でもって、その指向方向が上方向であるＧＰＳアンテナ
20が設けられている。

【００２６】また気密容器15の内部であって反射板部16
の下方には、データ伝送ブイ11としての動作に必要とな
る機器21が、図示が省略された取付部材によって固定さ
れている。そして下方側のガラス容器152 の最下部に
は、海中ステーション81に取り付けられているとき、こ
れらの機器21を海中ステーション81と電気的に接続する
ためのコネクタ22が設けられている。

【００２７】また気密容器15が衝撃等によって破壊され
ることを防止するため、気密容器15の周囲を覆うハード
ハット12は、高強度のプラスチックからなり、頂部にリ
ング状の凸脈123 が形成されると共に開口部の周辺に沿
ってフランジ部121 が形成され、開口部が互いに向き合
って取り付けられる一対の略半球状の容器である。

【００２８】そしてハードハット12の上部側の球面部12
2 には、データ伝送ブイ11が海面に浮上したとき、その
内部に侵入した海水のうち、略中央部より上部側の海水
を外部に速やかに排出するため、略楕円形状の排水孔14
が、約45度の角度間隔でもって形成されている。

【００２９】また気密容器15を構成するガラス容器152
の上部側には、所定の間隔でもって設けられた一対の微
小な金属棒であり、ガラスを貫通する耐腐食性の金属か
らなる海水検出ピン23が取り付けられている (取り付け
位置の詳細については後述する）。

【００３０】なお、ハードハット12の外周部に沿って取
り付けられ、データ伝送ブイ11に浮力を与えるリング状
の浮力材については、図示が省略されている。

【００３１】また排水孔14の形状は、気密容器15を衝撃
から保護することができるようにするため、排水には充
分の開口面積ではあるが、突起物等の内部への侵入を防
ぐことによって気密容器15が衝撃により破壊さることを
防止するため、細長い楕円形状となっている。

【００３２】図２は、海中ステーション81およびデータ
伝送ブイ11の一実施例の電気的構成を示すブロック線図
である。先ず各ブロックの互いの接続を説明する。

【００３３】観測装置42からの出力は、光ディスク44が
双方向に接続された制御部43に与えられており、制御部
43の出力は、コネクタ22を介してデータ記憶部36に導か
れている。そして衛星通信アンテナ18が接続されたデー
タ送信部38には、ＧＰＳアンテナ20が接続されたＧＰＳ
受信部37の出力とデータ記憶部36の出力とが導入されて
いる。

【００３４】電池32からの出力は、スイッチ34を介し
て、データ送信部38とＧＰＳ受信部37とからなるブロッ
ク41に接続されている。また海水検出ピン23が接続され
た抵抗値検出部31の出力は、傾斜信号391 としてスイッ
チ制御部35に導入されており、スイッチ制御部35の出力
は、スイッチ34に導かれている。

【００３５】以上の構成において、観測装置42、制御部
43、および光ディスク44からなるブロック45は、海中ス
テーション81に搭載されたブロックとなっており、衛星
通信アンテナ18、ＧＰＳアンテナ20、コネクタ22、およ
び海水検出ピン23と、31〜38により示される各ブロック
とは、気密容器15内に設けられたブロックとなってい
る。

【００３６】また送信制御部40は、スイッチ34とスイッ
チ制御部35との２つのブロックにより構成となってお
り、傾斜検出部39は、海水検出ピン23と抵抗値検出部31
とによる構成となっている。

【００３７】以下に、各ブロックの構成の詳細について
説明する。

【００３８】観測装置42は、海底の地殻変動を観測する
ため、地震計、ハイドロホン、傾斜計、流向流速計、塩
分濃度計、温度計、水深計、熱流量計等によって構成さ
れたブロックとなっており、制御部43は、観測装置42か
らのデータをデータ記憶部36に送出する動作等の、海中
ステーション81としての機能を制御するブロックとなっ
ている。そして光ディスク44は、書き込みと消去とが可
能な大容量の記憶装置となっている。

【００３９】またデータ記憶部36は、データ伝送ブイ11
が海中ステーション81に取り付け状態にあるときには制
御部43から送出されるデータを記憶し、データ伝送ブイ
11が海面に浮上したときには、記憶していたデータをデ
ータ送信部38に送出するブロックとなっている。

【００４０】またデータ送信部38は、ＧＰＳ受信部37か
ら与えられた時刻を示すデータとデータ記憶部36から与
えられたデータとを通信衛星84に送信するブロックとな
っており、電池32は、気密容器15内に設けられ、電源を
必要とするブロックに電源を供給するブロックとなって
いる。

【００４１】また抵抗値検出部31は、一対の海水検出ピ
ン23が共に海水に没したときには海水検出ピン23間の抵
抗値が低くなることから、海水検出ピン23間の抵抗値を
検出し、その平均値が予め設定された値より低くなった
ときには、海面の波浪のために気密容器15が揺動してい
るとして、傾斜信号391 を送出するブロックとなってい
る。

【００４２】またスイッチ34は、電池32からの電源を、
データ送信部38とＧＰＳ受信部37とからなるブロック41
に供給するスイッチとなっていて、このスイッチ34は、
傾斜信号391 が送出されたときには、スイッチ制御部35
によりその接続が開かれるスイッチとなっている。

【００４３】上記構成からなる本発明の一実施例につい
て、以下に動作を説明する。

【００４４】深海底83に設置された海中ステーション81
では、観測装置42により時々刻々のデータが収集され
る。これらのデータは、制御部43を介して光ディスク44
に導かれ、記憶される。そしてデータ収集およびデータ
記憶の動作が１月に渡って行われる毎に、これらのデー
タを通信衛星84に送信するための動作が開始される。

【００４５】浮上対象として指定されたデータ伝送ブイ
11のデータ記憶部36には、制御部43を介することによ
り、光ディスク44に記憶されていた最新の１月分のデー
タが与えられることから、データ記憶部36は与えられた
データの記憶を行う。そして後、データ伝送ブイ11は海
中ステーション81から切り離され、海面に向かって浮上
する。

【００４６】そしてデータ伝送ブイ11が海面に浮上する
と、ハードハット12と気密容器15との間に侵入していた
海水は排水孔14を通って外部に速やかに排出される。そ
のためデータ伝送ブイ11は、気密容器15と浮力材とによ
り与えられる浮力に平衡する沈み具合でもって安定して
海面に浮遊する。

【００４７】このときのデータ伝送ブイ11に対する海面
の位置は、図３の41により示すように、海水が衛星通信
アンテナ18の動作に影響を与えない海面高さである規定
水面位置41となっている。そのため排水孔14の下端は、
少なくとも規定水面位置41より以下に達するように、そ
の位置と形状とが決定されている。

【００４８】この状態において通信衛星84に対するデー
タ送信が行われるのであるが、浮上した海面の波浪が激
しいため、データ伝送ブイ11が大きな角度で揺動すると
きには、衛星通信アンテナ18の指向特性の範囲が通信衛
星84の方向を外れる可能性があり、データ送信における
エラーの発生率が高まる恐れがある。

【００４９】このデータ送信において、高い発生率のデ
ータエラーを生じさせることなくデータの送信を行うこ
とのできる衛星通信アンテナ18の揺動の角度の限界値
は、図４において、気密容器15の中心を通る直線と反射
板部16との角度θとして示されている（そのため海水検
出ピン23の位置は、衛星通信アンテナ18の揺動の最大許
容角度に対応してその取り付け位置が設定されてい
る）。

【００５０】以上のことから、海水検出ピン23が共に海
水に没し、海水検出ピン23間の抵抗値が極めて低くなっ
たときには、衛星通信アンテナ18は許容範囲を越えて揺
動しており、データエラーの発生率が極めて高くなるこ
とが示されるのであるが、海面にはうねりがあることか
ら、本実施例における抵抗値検出部31では、海水検出ピ
ン23の間の抵抗値の平均値を検出し、その値が設定され
た値以下になったときには、許容範囲を越えた揺動が生
じているとして、抵抗値検出部31から傾斜信号391 を送
出させている。

【００５１】この傾斜信号391 が与えられたスイッチ制
御部35は、スイッチ34を開いた状態に維持することによ
って、電池32の消耗を回避する。そして海面が穏やかに
なったことから、データ伝送ブイ11の揺動が少なくな
り、抵抗値検出部31から傾斜信号391 が送出されなくな
ったときには、スイッチ制御部35はスイッチ34を閉じ、
データ送信部38とＧＰＳ受信部37との動作を開始させ
る。

【００５２】ＧＰＳアンテナ20の指向特性は、ヘリカル
部17が斜め上方に位置するため、その無指向特性には少
しの変形が生じているのであるが、データ伝送ブイ11
は、海面の波あるいは風等の影響により回転運動等を行
っていることから、この動きによってＧＰＳ信号を正常
に受信することが可能な期間が生じる。そのためＧＰＳ
受信部37は、この期間にＧＰＳ信号の受信を行い、正確
な時刻を示すデータをデータ送信部38に送出する。

【００５３】一方、衛星通信アンテナ18については、反
射板部16にＧＰＳアンテナ20が設けられているのである
が、ＧＰＳアンテナ20は反射板部16の一部として動作す
ることから、衛星通信アンテナ18の指向特性あるいはア
ンテナとしての利得は、ＧＰＳアンテナ20が設けられた
影響を受けない。

【００５４】そのためデータ送信部38は、ＧＰＳ受信部
37から与えられた時間を示すデータとデータ記憶部36に
記憶されていたデータとに対応する信号を発生し、衛星
通信アンテナ18に送出することから、これらのデータは
衛星通信アンテナ18によって通信衛星84に送信されるこ
ととなる。

【００５５】通信衛星84に送信されたデータは、通信衛
星84によって中継され、地上局85において受信されるこ
とから、受信されたデータは地上ステーション86に導か
れることとなり、地上ステーション86においてそのデー
タが解析される。

【００５６】なおデータ伝送ブイ11が海面に浮上したと
き、海面が穏やかであり、揺動が許容範囲であるときに
は、直ちにデータの送信が開始されるのは無論である。

【００５７】なお本発明は上記実施例に限定されず、傾
斜検出部39については、海水検出ピン23と抵抗値検出部
31とによる構成とした場合について説明したが、その他
の任意の構成として、例えば角速度計（又は傾斜計）を
備えると共に角速度計の出力を積分することによってデ
ータ伝送ブイ11の傾斜を検出し、その傾斜角が許容範囲
を越えるときには、傾斜信号391 を送出させる構成等と
することが可能である。

【００５８】また海面の波浪の状況は、短い期間では大
きな変化が無いことから、傾斜検出部39と送信制御部40
との動作を間欠的な動作とすることにより、電池32の消
耗をより減少させる構成とすることが可能である。

【００５９】また排水孔14については、ハードハット12
の上部側にのみ形成した場合について説明したが、その
他の構成として、ハードハット12の下部側にも形成した
構成等とすることが可能である。

【００６０】また排水孔14については８つの細長い楕円
形状とした場合について説明したが、その他の任意の個
数の任意の形状とすることが可能である（但し排水孔の
下端部は規定水面位置41に達する必要がある）。

【００６１】また海中ステーション81については、海底
に設置した構成とした場合について説明したが、海中に
設ける構成とすることが可能である。

【００６２】またデータ伝送ブイ11については、海中ス
テーション81から切り離されるブイに適用した場合につ
いて説明したが、その他の装置として、例えば、海中を
航行する航行体から切り離されるブイにも同様に適用す
ることが可能である。

【００６３】

【発明の効果】請求項１記載の発明のデータ伝送ブイ
は、ハードハット内部の規定水面位置より上部の水をハ
ードハット外部に速やかに排水させる排水孔を設けてい
るため、衛星通信アンテナの指向特性範囲内の水は速や
かに排除されることから、海面に浮上したとき速やかに
データの送信を開始することが可能となっている。

【００６４】また請求項２記載の発明のデータ伝送ブイ
は、気密容器の傾きが予め設定された角度範囲を越えた
ときには傾斜信号を送出する傾斜検出部を設けると共
に、傾斜信号が送出されたときには、データ送信部の動
作を停止または待機させる送信制御部を設けた構成とす
ることにより、データエラーの発生率の低いときにのみ
データ送信部を動作させているので、データの送信時間
が短くなるため、動作電源の電池容量の増加の防止が可
能となっている。

【００６５】また請求項３記載のデータ伝送ブイは、そ
の形状に対応して反射板部に形成された欠損部に、反射
材の反射面と略面一となる位置関係でもってＧＰＳアン
テナを設け、ＧＰＳアンテナを反射板部の一部として動
作させているので、ＧＰＳアンテナの取り付け空間を個
別に確保することが不要となるため、気密容器の大型化
の防止が可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るデータ伝送ブイの一実施例を示す
一部破砕分解斜視図である。

【図２】海中ステーションおよびデータ伝送ブイの一実
施例の電気的構成を示すブロック線図である。

【図３】規定水面位置を示すための説明図である。

【図４】衛星通信アンテナの傾きと水面との関係を示す
説明図である。

【図５】本発明に係るデータ伝送ブイの一実施例が使用
される海底長期観測システムを示す説明図である。

【符号の説明】

11 データ伝送ブイ 12 ハードハット 14 排水孔 15 気密容器 16 反射板部 17 ヘリカル部 18 衛星通信アンテナ 19 欠損部 20 ＧＰＳアンテナ 38 データ送信部 39 傾斜検出部 40 送信制御部 161 反射面 391 傾斜信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 剛 神奈川県横須賀市夏島町２番地15 海洋科 学技術センター内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電波が透過可能な気密容器と、 この気密容器の周囲を覆い且つ電波が透過可能であるハ
   ードハットと、 前記ハードハット内部の水が任意の水位に移動可能であ
   るとき、水面に浮遊状態にある前記気密容器に対する水
   面位置を規定水面位置とするとき、 前記ハードハットに形成され、少なくとも前記ハードハ
   ット内部の規定水面位置より上部の水を前記ハードハッ
   ト外部に速やかに排水させる排水孔と、 前記気密容器の内部に設けられ、規定水面位置より下方
   の水ではその動作に影響を受けない指向特性を有する衛
   星通信アンテナとを備えたことを特徴とするデータ伝送
   ブイ。
2. 【請求項２】 電波が透過可能な気密容器と、 この気密容器内部に設けられ、この気密容器が浮遊する
   水面より上部方向に指向特性を有する衛星通信アンテナ
   と、 この衛星通信アンテナに接続され、データの送信を行う
   データ送信部と、 前記気密容器の傾きが予め設定された角度範囲を越えて
   いるかどうかの検出を行い、前記気密容器の傾きが前記
   角度範囲を越えていることを検出したときには傾斜信号
   を送出する傾斜検出部と、 前記傾斜信号が送出されたときには、前記データ送信部
   の動作を停止または待機させる送信制御部とを備えたこ
   とを特徴とするデータ伝送ブイ。
3. 【請求項３】 電波が透過可能な気密容器と、 この気密容器内部に設けられ、反射材からなる反射板部
   およびこの反射板部の中央に設けられたヘリカル部から
   なり、衛星通信を行う衛星通信アンテナと、 前記反射板部に形成され、前記反射材をＧＰＳアンテナ
   の形状に対応して欠損させた欠損部とを備え、 その表面が前記反射材の反射面と略面一となる位置関係
   でもって前記欠損部に前記ＧＰＳアンテナを設けたこと
   を特徴とするデータ伝送ブイ。