CN109073672B - 对水船速仪以及对水船速仪的计测值校正方法 - Google Patents

Abstract

一种船速仪，能够对应于船舶的航行条件，获得用于根据计测出的流速求取对水船速的适当的校正系数。所述船速仪保持对应于所述船舶的航行条件而不同的校正系数的信息，在所述船舶漂浮的流体中计测规定的水深处的第1流速，取得与计测所述第1流速的时刻的所述船舶的航行条件对应的所述校正系数，基于所取得的所述校正系数校正所述第1流速并计算所述对水船速。

Description

对水船速仪以及对水船速仪的计测值校正方法

技术领域

本发明涉及计测船舶的速度的技术，特别是涉及适用于计测对水船速的对水船速仪以及对水船速仪的计测值校正方法的有效的技术。

背景技术

作为计测对水船速(以下有时仅记载为“船速”)的船速仪，已知有声学式(多普勒式)的船速仪。在多普勒式的对水船速仪中，无论多么准确，也会受到计测环境的影响。例如，在水深较浅处计测的情况下，受到由船体引起的边界层的影响。另一方面，在水深较深处计测时，存在船体的周边与海水的流动(海流或潮流等)及其他的条件(水压、海水密度、盐分浓度等)不同的情况，有可能受其影响。因此，通常在经验上，在不过浅或过深的距船底3～20米左右的水深处计测流速。

该水深虽然通常为边界层的外侧，但受船体扰动的影响残留较多。因此，通常在作为对象的船舶的海上试运行时，通过对水船速仪实际计测对水船速，并且也通过利用了GPS(Global Positioning System)等的对地船速仪计测对地船速，并基于两者的相对差设定并运用校正系数。即，基于海水的流动在深度方向上一样，并且不随时间变化等的假设，通过对利用对水船速仪直接计测得到的流速适用上述的校正系数进行校正，从而能够尽可能消除包括由海水的流动等的条件或船体等产生的影响在内的误差。

此外，边界层的厚度可能由于各种环境要因而变化，作为在该情况下也适当求取边界层的外侧的对水船速的技术，例如，在日本特开2013－167560号公报(专利文献1)中记载有多层型的对水船速仪。该多层型对水船速仪对于朝向海底发射的声波，检测被不同水深的反射物反射的多个反射波，基于声波与各反射波的频率差，计算各水深处的流速。然后，将水深方向上的流速的变化率成为规定的阈值以下、收敛后的水深处的流速作为对水船速输出。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－167560号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上所述，通常在使用多普勒式的对水船速仪时，通过对计测出的流速适用校正系数来提高精度。并且，若该校正系数在海上试运行等时最初一次性决定，则能够对于相同的船型的船舶横向展开而同等地适用。

另一方面，该校正系数若对于作为对象的船舶被一次性设定，则与其航行条件的变化无关地总是使用相同的值。然而，由于模拟技术的进展等，已辨明例如流速分布由于船舶的吃水(draft)状态或船速等的航行条件而不同，即校正系数不同。

因此本发明的目的在于提供能够对应于船舶的航行条件获得用于根据计测出的流速求取对水船速的适当的校正系数的对水船速仪以及对水船速仪的计测值校正方法。

本发明的上述以及其他的目的与新的特征根据本说明书的记叙以及附图而清楚。

用于解决课题的手段

若简单说明在本申请中公开的发明中的代表性的实施方式的概要，则为以下所述。

本发明的代表性的实施方式的对水船速仪为计测船舶的对水船速的对水船速仪，保持对应于所述船舶的航行条件而不同的校正系数的信息，在所述船舶漂浮的流体中计测规定的水深处的第1流速，取得与计测所述第1流速的时刻的所述船舶的航行条件对应的所述校正系数，基于所取得的所述校正系数校正所述第1流速并计算所述对水船速。

发明的效果

在本申请中公开的发明中，若简单说明由代表性的发明得到的效果则为以下所述。

即，根据本发明的代表性的实施方式，能够对应于船舶的航行条件，获得用于根据计测出的流速求取对水船速的适当的校正系数。由此，能够提高对水船速的计测精度。

附图说明

图1为对本发明的一实施方式的对水船速仪的构成例示出概要的图。

图2为表示本发明的一实施方式中的航行条件与校正系数的关系的例子的图。

图3为对本发明的一实施方式的对水船速的计测处理的流程的例子示出概要的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式详细进行说明。此外，用于说明实施方式的全部图中，对于相同部原则上赋予相同的附图标记，并省略其反复的说明。另一方面，对于在某图中赋予附图标记并进行了说明的部位，在其他的图的说明时有时虽未再次图示但赋予相同的附图标记而提及。

[整体构成]

图1为对本发明的一实施方式的对水船速仪的构成例示出概要的图。本实施方式的对水船速仪具有基本与上述那样的通常多普勒式的对水船速仪相同的构成。即，在距船底20米左右的水深计测流速，对此，适用预先设定的校正系数来作为对水船速输出。另一方面，在本实施方式中，校正系数并非一个，而是对应于航行条件可变。因此，通过取得并适用与航行条件对应的校正系数，从而使对水船速的计测精度进一步提高。

在本实施方式中，将多普勒式的对水船速仪作为例子记载，但理论上也能够将相同的方法适用于其他方式的对水船速仪或潮流仪等。此外，“水深”准确来讲是表示距离海面等的供船体1漂浮的水面或流体表面的深度，但在以下的说明中，有时将距离船体1的底面的深度方便记作“水深”。

本实施方式的对水船速仪例如由设置于船体1的传感器2以及船速仪处理部3构成。传感器2例如由换能器等构成，该换能器设置在船体1的船底部或其附近，朝向海底方向以规定的频率发送脉冲状的声波，接收其反射波，并且输出从发送至接收的时间差以及接收到的反射波的频率等的信息。

此外，在图1的例中示出了，设置一个传感器2，向规定的海底方向发送声波，基于测定出的该方向的流速成分获得船体1的船首至船尾方向的流速的构成，但不限于这样的构成。例如，也可以设为计算船首至船尾方向以外的其他任意的方向的流速的构成。另外，也可以构成为，采用具有分别向不同的方向发送声波的多个传感器2的构成，获得任意的方向的流速作为各传感器2的声波发送方向的流速成分(或其合成)。

船速仪处理部3具有控制传感器2的动作、且取得来自传感器2的输出结果来进行对水船速V的计算等的处理的功能。船速仪处理部3既可以作为由为了实现后述的各功能而设计的集成电路、存储装置、输入输出装置等构成的专用的硬件来安装，也能够作为PC(Personal Computer：个人计算机)等的通用的信息处理装置以及在其上运行的软件来安装。

船速仪处理部3例如具有控制部31、计测部32、船速计算部33、校正系数取得部34、航行条件判定部35、接口部36等的各部，以及计测数据37、校正系数数据38、及船速数据39等的各数据存储。控制部31具有基于预先设定的内容等自动地控制船速仪处理部3的各部的动作、或基于后述的经由接口部36的来自用户的指示等手动地控制船速仪处理部3的各部的动作的功能。计测部32具有利用传感器2进行计测、并取得其结果的功能。具体而言，如上述那样，取得从传感器2发送的发送波与接收到的反射波的时间差以及反射波的频率的数据。所取得的数据例如作为计测数据37以时间序列记录。

船速计算部33具有根据计测数据37的内容计算(真)对水船速V，并将计算结果作为船速数据39记录的功能。即，基于计测数据37的内容计算作为对象的水深H(例如，距船底20米左右)处的流速U，对此，适用利用后述的校正系数取得部34取得的校正系数α计算对水船速V＝U/α。此外，也能够使用专利文献1所示那样的多层型的对水船速仪构成本实施方式的对水船速仪。在该情况下，船速计算部33对于多个水深H分别计算流速U，将流速U的变化率成为规定的阈值以下、收敛后的水深处的流速U设为在计算对水船速V时的基础。

校正系数取得部34基于由后述的航行条件判定部35输出的航行条件的参数值，从校正系数数据38的内容中取得与该航行条件对应的校正系数α。在本实施方式中，航行条件的参数是指后述的例如船体1的吃水D、船速(流速U)、船型(船体1的形状)、对流速进行测定的水深H。这里，关于船型，实际设置有对水船速仪的船体1的形状基本不变。因此，若在设置时一次性设定船型的信息，则之后能够一直使用该内容。

航行条件判定部35判定船舶的航行条件，将其作为参数值输出。在上述的本实施方式的航行条件的参数之中可变的是吃水D、流速U、以及水深H。这里，由于流速U是由船速计算部33计算的值，因此无需设为由航行条件判定部35取得的对象。关于水深H，在使用通常的多普勒式的对水船速仪构成本实施方式的对水船速仪的情况下，设为不变的值(例如，距船底20米等)。另外，例如，在使用专利文献1所示那样的多层型的对水船速仪构成本实施方式的对水船速仪的情况下，设为作为对象的水深H也由船速计算部33确定。因此，关于水深H，无需设为航行条件判定部35的取得对象。

关于吃水D，例如既可以利用航行条件判定部35具备的未图示的传感器等计测而取得，也可以从接口部36接受压舱水的量的输入并基于该量进行计算。也可以从接口部36直接接受吃水D的值的输入。此外，后述航行条件的各参数与校正系数α的关系。

接口部36具有提供针对船速仪处理部3的输入输出的接口的功能。例如，在未图示的显示器等显示、输出由船速计算部33计算出的船速数据39的内容。另外，关于船速数据39、计测数据37等的累积数据，或校正系数数据38等的设定数据，经由未图示的外部记录介质或网络进行输入输出。另外，经由未图示的由按钮或拨盘等构成的操作面板或遥控器、触摸面板等接受来自用户的操作指示或数据的输入。

此外，在船速仪处理部3的安装时，上述的各部及其全部功能不限于在船体1上物理性一体安装的构成。例如，也可以构成为在船体1上分为多个装置等而构成，由这些装置协作。另外，例如也可以设为并非在船体1上而是在陆地或其他的船舶等的其他场所进行船速计算部33或校正系数取得部34中的对水船速V的计算处理、或校正系数α的取得与适用等的一部分处理的构成。另外此时，既可以通过将计测数据37带至其他的场所而非同步地进行处理，或也可以利用无线通信同步地进行处理。

[校正系数]

如上所述，在现有技术中，校正系数若对于作为对象的船舶一次性设定，则与其航行条件无关地一直使用相同的值。然而，由于数值流体力学(CFD：Computational FluidDynamics)解析等的模拟技术的进展，已辨明校正系数α由于船舶的航行条件而不同。关于成为对校正系数带来影响的参数的航行条件，例如存在图1的例中的吃水D、船速(流速U或对水船速V)、船型(船体1的形状)、对流速进行测定的水深H等。

图2为表示航行条件与校正系数的关系的例子的图。这里，作为航行条件的参数之一的船体1的形状，以散装货船(例如，JBC(Japan Bulk Carrier：日本散货船))、集装箱船(例如，KCS(Kriso Container Ship：韩国船舶与海洋研究所集装箱船))为例。并且，对于各船型分别以曲线示出压舱(Ballast，空载)状态和负载(Laden)状态这两种吃水(draft)状态中的每个船速(在图2的例中为真对水船速V)的校正系数α＝U/V的变化的状态。此外，流速U设为在距船体1的船底20米的水深H处计测而得的数值。

如图所示可知，即使是船型以及吃水状态相同的船舶，由于船速(对水船速V)变化，α的值也会变化0.1～0.3％左右。另外，可知即使是相同的船型，吃水状态在压舱状态与负载状态下α的值也会变化0.3～0.6％左右。另外，可明确看出α的值由于船型而不同(曲线不同)，并且可知在散装货船(JBC)中，由于从压舱状态变为负载状态而α增大，与此相对，在集装箱船(KCS)中相反地α变小等，特性由于船型而大为不同。

在本实施方式中，预先求取这样的校正系数α的特性(校正系数模型)，并作为校正系数数据38预先记录于在各船舶设置的船速仪处理部3中。校正系数模型，即校正系数数据38的格式不被特别限定。例如，也可以设为作为将按航行条件的各参数值的每个范围的组合与校正系数α的值建立对应而成的表格来保持。另外，也可以对图2所示那样的各曲线进行函数近似，并定义为用于获得校正系数α的函数。

在本实施方式中，如上所述，作为航行条件的参数设为采用吃水D、流速U、船型、水深H，但不限于此。只要是对校正系数α带来影响的参数(例如，水压等的能够代替水深H的参数，或也能够考虑水深H处的海水温度、海水密度、盐分浓度等)，则能够适当地组入校正系数模型。另外，也无需使用这些参数的全部，也可以将一个以上的参数适当地组合而组入校正系数模型。

另外，在图2的例中，例如，关于吃水D，仅通过压舱状态或负载状态进行区别，但也可以按具体的数值(或数值范围)生成校正系数模型。这些参数的值既可以由航行条件判定部35具备的未图示的传感器等检测/计测，也可以经由接口部36由用户输入/设定。

在生成包括图2的例子所示那样的情况的校正系数模型时，例如能够使用CFD等的模拟方法。另一方面，由于在模拟中无法实现流体的完全建模，因此其精度存在极限。另外，在基于缩小了比例尺的模型的水槽试验中，由于与实际的船体1的雷诺数的差异等，也仍旧存在难以取得准确的校正系数模型的情况。

与此相对，通过使用在实际的船体1的海上试运行等时、进而在实际海域的实际的航行时利用对水船速仪实测而得的值，能够获得比CFD或水槽试验得到的值精度更高的校正系数模型。此时，在使用通常的对水船速仪进行计测的情况下，对于作为航行条件的参数之一的水深H，难以使其变化多次来对流速U进行实测，即使可能也较麻烦。另外，在确定了校正系数α后，虽然有必要知道实测时刻的真对水船速V，但难以通过通常的对水船速仪取得该值。

因此，在本实施方式中，设为使用专利文献1所示那样的多层型的对水船速仪。由此，从较浅的位置至较深的位置为止能够高效地进行多个水深H处的流速U的计测。另外，通过将流速U的变化充分收敛后的水深H(例如，距船底50～60米左右)的流速U作为真对水船速V来处理，能够容易且高精度地获得该对水船速V与各水深H处的流速U之比即校正系数α。

水深H越深，由于与船体1周边不同的海水的流动等的影响，流速U的偏差有可能越大。为了减少该偏差的影响，高精度地取得流速U的变化充分收敛的水深H以及真对水船速V，使用多层型的对水船速仪并在海上试运行或实际的航行时等累积多个船速数据39(也可以包括船型相同的其他船舶的数据)，并且进行统计性的解析较为有效。该统计性的解析按计测流速U时的每个航行条件而实施。因此，为了使其能够实现，在船速数据39中除了流速U或对水船速V的值，还记录计测流速U时的航行条件的参数的内容。

[处理的流程]

图3为对本实施方式的对水船速的计测处理的流程的例子示出概要的流程图。如上所述，预先通过实测或模拟等取得校正系数模型，并作为校正系数数据38设定/登记于船速仪处理部3。另外，船速仪处理部3设为与通常的对水船速仪相同地仅在一个水深H计测流速U，但也可以使用专利文献1所示那样的多层型的对水船速仪在多个水深H计测流速U。

首先，进行规定的水深H处的流速U的计测(S01)。具体而言，在船速仪处理部3的计测部32中，取得从传感器2发送的发送波与接收到的反射波的时间差以及反射波的频率的数据并作为计测数据37记录。并且，在船速计算部33中基于计测数据37计算流速U。规定的水深H例如为20米左右，根据传感器2的性能等适当地设定。在使用多层型的对水船速仪的情况下，进行多个水深H处的各自的流速U的计测以及计算。此外，为了降低船体运动等引起的干扰的影响，优选对于计测数据37使用例如10秒～数十秒左右期间的移动平均。

接下来，利用航行条件判定部35取得该时刻的航行条件的参数的值(例如，吃水D的数据)(S02)。这里取得的参数的值能够视为在步骤S01中计测流速U时刻的值。并且，基于取得的一个以上的参数(可变/不变均包括)的内容，利用校正系数取得部34从校正系数数据38的内容中取得相对应的校正系数α(S03)。如上所述，例如，既可以基于保持各参数的值与校正系数α的对应的表格取得，也可以通过对定义为校正系数模型的近似函数适用参数来取得校正系数α。在无法取得相对应的校正系数α的情况下，既可以设为不进行校正(α＝1)，也可以设为输出与参数的内容最接近的校正系数α或默认值。

之后，在船速计算部33中，通过对在步骤S01中计算出的流速U适用在步骤S03中取得的校正系数α，来校正流速U(S04)，将所得到的值作为对水船速V输出(S05)。在输出时，记录于船速数据39并且通过预先设定的方法或由用户指定的方法、其他规定的方法经由接口部36输出。

之后，反复步骤S01以下的处理来继续对水船速V的计测处理，直至基于经由接口部36的来自用户的指示或由规定的条件(例如，船的停止等)所引起的来自控制部31的指示等，请求结束船速的取得处理为止。在请求结束的情况下，结束对水船速的计测处理。此外，在继续对水船速V的计测处理的情况下，在步骤S02中取得的航行条件的参数也可以设为，省略再次取得在航行中不变的条件的(例如为船型或根据情况为吃水D等)的值。

如以上说明那样，根据本发明的一实施方式的对水船速仪，能够与船舶的航行条件的参数(例如船体1的吃水D、船速(流速U)、船型(船体1的形状)、对流速进行测定的水深H等)对应地获得用于根据计测出的流速U求取对水船速V的适当的校正系数α。由此，能够大幅提高对水船速V的计测的精度。

以上，基于实施方式具体说明了由本发明人做成的发明，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内自然能够进行各种变更。例如，上述的实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的实施方式，不限于一定具备所说明的全部的构成。另外，对于上述的实施方式的构成的一部分，能够进行其他构成的追加/删除/置换。

工业实用性

本发明能够利用于计测对水船速的对水船速仪以及对水船速仪的计测值校正方法。

附图标记的说明

1…船体，2…传感器，3…船速仪处理部，31…控制部，32…计测部，33…船速计算部，34…校正系数取得部，35…航行条件判定部，36…接口部，37…计测数据，38…校正系数数据，39…船速数据

Claims (6)

1.一种多普勒式的对水船速仪，计测船舶的对水船速，具备：

计测部，取得发送波与接收到的反射波的时间差以及所述反射波的频率的数据，并将取得的数据作为计测数据输出至船速计算部；

所述船速计算部，基于所述计测数据计算在所述船舶漂浮的流体中规定的水深处的流速，校正所述流速从而计算所述对水船速；

数据存储，保持对应于所述船舶的航行条件而不同的校正系数的信息；以及

校正系数取得部，取得与计测所述流速的时刻的所述船舶的航行条件对应的所述校正系数，所述航行条件包括所述船舶的吃水状态以及计测出的所述流速中的至少一个，

所述船速计算部基于所取得的所述校正系数校正所述流速，消除包括由所述航行条件产生的影响在内的测定误差从而计算所述对水船速。

2.如权利要求1所述的对水船速仪，

所述航行条件还包括所述船舶的船体的形状、计测所述流速的水深、所述水深处的水压、所述水深处的海水密度、所述水深处的盐分浓度中的任一个以上。

3.如权利要求1或2所述的对水船速仪，

所述船速计算部分别计算多个水深处的流速，使用流速的变化率小于规定的阈值的水深处的流速。

4.一种使用多普勒式的对水船速仪计测船舶的对水船速的方法，具有：

第1工序，保持对应于所述船舶的航行条件而不同的校正系数的信息；

第2工序，在所述船舶漂浮的流体中，计测规定的水深处的流速；

第3工序，取得计测所述流速的时刻的所述船舶的航行条件的信息，所述航行条件包括所述船舶的吃水状态以及计测出的所述流速中的至少一个；

第4工序，取得与所取得的所述船舶的航行条件的信息对应的所述校正系数；以及

第5工序，基于所取得的所述校正系数校正所述流速，消除包括由所述航行条件产生的影响在内的测定误差从而计算所述对水船速。

5.如权利要求4所述的方法，

所述航行条件还包括所述船舶的船体的形状、计测所述流速的水深、所述水深处的水压、所述水深处的海水密度、所述水深处的盐分浓度中的任一个以上。

6.如权利要求4或5所述的方法，还具有：

第6工序，在所述船舶或船型与所述船舶相同的其他船舶漂浮的流体中，分别计测多个水深处的流速；以及

第7工序，基于流速的水深方向的变化率小于规定的阈值的水深处的流速，确定在所述第1工序中保持的所述校正系数。

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