JP5827430B1 - 水底探査用台船 - Google Patents

Abstract

【課題】水深が深い場合であっても水面から電磁波を放射することができる水底探査用台船を提供する。【解決手段】水底探査用台船１は、電磁波レーダー装置６０が搭載される水底探査用台船１であって、一対のフロート１０，１０と、一対のフロート１０，１０同士を連結する複数の連結棒２０，２1と、複数の連結棒２０，２１上に配置されるとともに、上下方向に貫通する孔が形成された平板４０と、孔内に挿通される有底筒状の収容箱５０と、を備え、収容箱内には、電磁波レーダー装置６０の送信用アンテナと受信用アンテナとが収容されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、小型船に牽引されて水面を移動する水底探査用台船に関する。

近年、電磁波レーダー装置を用いた非破壊検査方法が水底を探査するために利用されている（下記特許文献１、２参照）。
このような水底探査は、構造物の検査とは異なり、水面から水底に向って電磁波を放射する必要がある。このため、下記特許文献１では、水底を走行する車両が電磁波レーダー装置を支持している。

特開平７−１８１２５６号公報 特開平１１−２３７０４号公報

しかしながら、水底を走行する車両に電磁波レーダー装置を支持させると、水深が深い場合に電磁波レーダー装置を水面に位置させることができないおそれ、言い換えると、水面から電磁波を放射することができないおそれがある。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、水深が深い場合であっても水面から電磁波を放射することができる水底探査用台船を提供することを課題とする。

前記する課題を解決するため、第一の発明に係る水底探査用台船は、電磁波レーダー装置を搭載することができる水底探査用台船であって、一対のフロートと、前記一対のフロート同士を連結する複数の連結棒と、前記複数の連結棒上に配置されるとともに、上下方向に貫通する孔が形成された平板と、前記孔内に挿通される有底筒状の収容箱と、を備え、前記収容箱内には、前記電磁波レーダー装置の送信用アンテナと受信用アンテナとを収容することができることを特徴とする。

第一の発明によれば、水面を浮遊可能な水底探査用台船に電磁波レーダー装置が搭載されるため、水深に関わらず電磁波レーダー装置を水面に位置させることができ、水面から電磁波を放射することができる。また、従来技術では、水底に木などの堆積物がある場合に車両が水底を走行できないが、本発明によれば、水底に堆積物があっても水面から電磁波を放射することができる。

ここで、水底探査用台船を運搬する場合や水底探査用台船を収納する場合などを考慮すると、水底探査用台船を小型化することが望ましい。一方で、水底探査用台船が小型化すると、揺れ易くなり送信用アンテナ及び受信用アンテナの向きが変化する、という不利益を招く。

よって、この課題を解決するために、第二の発明に係る水底探査用台船は、前記フロートには、前記連結棒が嵌合する嵌合部が形成され、前記連結棒と前記平板とは、締結具により分離可能に固定され、前記収容箱の外周面には、前記平板の上面であって前記貫通孔の端縁に係止する鍔部が形成され、前記平板は、折り畳み可能であることを特徴とする。

第二の発明によれば、フロートの嵌合部から連結棒を外すことで、一対のフロートと連結棒とが分離し、締結具を外すことで連結棒と平板とが分離する。また、貫通孔から収容箱を持ち上げることで、平板と収容箱とが分離する。さらに、平板が折り畳まれることで小型化する。このように、第二の発明によれば、不使用時の水底探査用台船を小型化することができる。

また、上下方向に折れ曲がり不能な連結器具により水底探査用台船と小型船と連結した場合、水面に浮遊する水底探査用台船と小型船の高さが異なると、水底探査用台船が傾く。このため、水底探査用台船に搭載された送信用アンテナ及び受信用アンテンナの向きが変化する。

よって、この課題を解決するために、第三の発明に係る水底探査用台船は、遠隔操作可能な小型船と前記複数の連結棒の少なくとも一つとを連結する連結器具とを備え、前記連結器具は、上下方向に折れ曲がり自在であることを特徴とする。

第三の発明によれば、水面に浮遊する水底探査用台船と小型船の高さが異なった場合、連結器具が上下方向に折れ曲がる。このため、水底探査用台船が水平を保ち、送信用アンテナ及び受信用アンテンナの向き（下向き）が変化しない。

また、水底面が傾斜していることが予想される場合、送信用アンテナ及び受信用アンテナを水底面（傾斜面）に平行となるように傾斜させることが望ましい。

よって、この課題を解決するために、第四の発明に係る水底探査用台船は、前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナを水面に対して傾斜した状態で搭載可能になっていることを特徴とする。

第四の発明によれば、送信用アンテナ及び受信用アンテナを水面に対して傾斜した状態で、言い換えれば、水底面（傾斜面）に平行となる状態で搭載することができる。

以上、第一の発明によれば、水深が深い場合であっても水底を探査することができる。
また、第二の発明によれば、不使用時の水底探査用台船を小型化することができる。
さらに、第三の発明によれば、送信用アンテナ及び受信用アンテンナの向きが変化しないため、強い反射波が得られ、水底の正確な地形情報（データ）を収集することができる。第四の発明によれば、傾斜した水底面からは強い反射波が得られ、水底の正確な地形情報（データ）を収集することができる。

小型船及び本発明の実施形態に係る水底探査用台船の斜視図である。 水底探査用台船を前側の左下から視た斜視図である。 水底探査用台船の分解斜視図である。 水底探査用台船から抽出した連結器具を斜視した斜視図である。 水底探査用台船の平面図である。 小型船と水底探査用台船との側面図であり、（ａ）は水底探査用台船の方が小型船よりも低い場合の側面図、（ｂ）は、水底探査用台船の方が小型船よりも高い場合の側面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。最初に、水底探査用台船１に搭載される電磁波レーダー装置６０と、水底探査用台船１を牽引する小型船１００について説明する。

（電磁波レーダー装置）
図１に示す電磁波レーダー装置６０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）６１と、制御装置６２と、アンテナユニット６３と、これらを接続する配線（不図示）と、を備えている。

アンテナユニット６３は、筐体内に図示しない送信用アンテナ及び図示しない受信用アンテナを格納する装置である。アンテナユニット６３の上面には、一対の取手６４が設けられている。送信用アンテナは、水面付近の水中から下向きに電磁波を放射するための機器である。受信用アンテナは、水底で反射した反射波を受信するための機器である。

また、送信用アンテナから電磁波が放射されると、電磁波は、水中を伝搬して水底に堆積する堆積物（第１層）に到達する。そして、水と堆積物（第１層）との境界面（第１境界面）で電磁波の一部が反射し、残部が堆積物（第１層）に入射する。さらに、堆積物（第１層）に入射する電磁波は、一部が水底を構成する地盤（第２層）と堆積物（第１層）との境界面（第２境界面）で反射し、残部が地盤（第２層）を入射する。
このように、電磁波は、所定の深さまで進む過程において、境界面で電磁波の一部が反射し、残部が入射するということを繰り返す。
この結果、受信用アンテナは、最初に、第１境界面で反射した第１反射波を受信し、その後に、第２境界面で反射した第２反射波を受信する。

制御装置６２は、送信用アンテナから電磁波を放射するタイミングや、電磁波の周波数を制御している。なお、水底探査に使用される電磁波の周波数帯域は、１５ＭＨｚ〜２００ＭＨｚである。
制御装置６２は、電磁波の放射から反射波の受信までに要した時間により水面Ｓから境界面までの深さを演算し、深さ情報を取得する。
また、制御装置６２は、深さ情報をＧＰＳ６１により取得した位置情報と関連付けて記憶する。
そして、制御装置６２は、各所の深さ情報を取得した後に、位置情報に基づいて各所の深さ情報を組み合わせて、水底全体の地盤構成情報を構築している。

（小型船）
小型船１００は、全長２．７ｍ、全幅１．６ｍであり、遠隔操作により水面Ｓを移動する船である。
図１に示すように、小型船１００は、本体１１０と、本体１１０の後部を左右方向に貫通する第１パイプ１１１と、本体１１０から後方に延びる２つの角シャフト１１２と、角シャフト１１２の後端に溶接されて左右方向に延びる第２パイプ１１３と、本体１１０の両側に配置された２つの補助用フロート１１４，１１４と、を備えている。

本体１１０は、図示しないコントローラから送信される信号を受信する２つの受信器１０１，１０２と、図示しないモータにより駆動するスクリュウプロペラ１０３と、を備えている。
２つの受信器１０１，１０２のうちの一方は、周波数帯域が２．４ＧＨｚである近距離用の受信機であり、他方は周波数帯域が４３０ＭＨｚである遠距離用の受信機である。また、２つの受信器１０１，１０２は、小型船１００の後部に設けられている。
スクリュウプロペラ１０３は、小型船１００の前側に設けられている。このため、小型船１００の後側に水底探査用台船１を連結させることができる。

補助用フロート１１４は、前後方向に延在し、内部に空気が充填されて浮遊性を備える樹脂製容器である。補助用フロート１１４は、小型船１００の左側と右側とのそれぞれに配置されている。このため、小型船１００は横揺れし難い。

（水底探査用台船）
図１に示すように、水底探査用台船１は、全長１．６ｍ、全幅１．６ｍであり、電磁波レーダー装置６０を搭載するための船である。
水底探査用台船１は、推進力を有しておらず、小型船１００に牽引されることで水面を移動する。
図２に示すように、水底探査用台船１は、一対のフロート１０、１０と、一対のフロート１０、１０を連結する２つの連結棒２０、２１と、前側の連結棒２０から前方に延びる連結器具３０と、連結棒２０、２１の上方に配置された平板４０と、平板４０の中央部に位置する収容箱５０と、を備えている。

一対のフロート１０、１０は、左右方向に離間して配置されている。各フロート１０は、前後方向に延在し、内部に空気が充填されて浮遊性を備える樹脂製容器である。
図３に示すように、フロート１０の上面の前部及び後部には、嵌合部１１が形成されている。嵌合部１１は、左右方向に延びる溝であり、側面視で上方が開口する略Ｃ字状を呈している。

連結棒２０、２１は、いずれも左右方向に延在する円筒状の金属部材である。連結棒２０、２１の各端部は、フロート１０の嵌合部１１に嵌合している。つまり、一対のフロート１０、１０同士は、連結棒２０、２１を介して連結されている。

図４に示すように、連結器具３０は、前後方向に延び、小型船１００と水底探査用台船１とを前後方向に並ぶように連結する角柱状の金属部材である。
連結器具３０は、前後方向に延びる前部３５、中間部３６及び後部３７と、前部３５の前端に固定された第１固定部材３１と、後部３７の後端に固定された第２固定部材３２と、を備えている。

前部３５の後端と中間部３６の前端とは、左右方向に延びる第一ピン３８により連結されている。このため、前部３５と中間部３６との連結部は上下方向にのみ折れ曲がり自在になっている。
また、中間部３６の後端と後部３７の前端とは、左右方向に延びる第二ピン３９により連結されている。このため、中間部３６と後部３７と連結部は上下方向にのみ折れ曲がり自在になっている。
なお、本実施形態では、連結器具３０を上下方向に折れ曲がり自在に形成するために、前部３５等を第一ピン３８及び第二ピン３９により連結しているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、たとえば、ゴム、コイルばねなどの弾性体により前部３５等を連結してもよい。

第１固定部材３１と第２固定部材３２とのそれぞれは、直方体状を呈している。
また、第１固定部材３１と第２固定部材３２とのそれぞれには、左右方向に貫通する孔３３と、上下方向に貫通する雌ねじ孔３４と、が形成されている。

第１固定部材３１の孔３３には、小型船１００の第２パイプ１１３が挿通されている（図１参照）。第１固定部材３１の雌ねじ孔３４には、孔３３内に挿通された第２パイプ１１３を上下方向に貫通するボルト（不図示）が螺合している。つまり、第１固定部材３１は第２パイプ１１３を中心に回動しないように固定されている。

第２固定部材３２の孔３３には、連結棒２０が挿通されている（図２、図３参照）。
また、第２固定部材３２の雌ねじ孔３４には、孔３３内に挿通された連結棒２０を上下方向に貫通するボルトＢ１（図５参照）が螺合している。つまり、第２固定部材３２は連結棒２０を中心に回動しないように固定されている。

そのほか、図３に示すように、後側の連結棒２１には、第１固定部材３１及び第２固定部材３２と同形状に形成された第３固定部材２２が挿通されている。
この第３固定部材２２の雌ねじ孔３４には、孔３３内に挿通された連結棒２１を上下方向に貫通するボルトＢ１（図５参照）が螺合している。このため、第３固定部材２２は連結棒２０を中心に回動しないように固定されている。

図３、図５に示すように、平板４０の中央部には、収容箱５０を設置するための平面視矩形状の矩形孔４４が形成されている。
平板４０は、第２固定部材３２と第３固定部材２２の上に載置されている。そして、平板４０は、４本のボルトＢ１（図５参照）により第２固定部材３２及び第３固定部材２２に固定されている。また、第２固定部材３２及び第３固定部材２２が平板４０と一体になっていることから、連結棒２０、２１の間隔が一定に保持される。

平板４０は、蝶番（不図示）で連結させた２枚の長方形状の板４１、４１からなり、折り畳み可能になっている。
なお、蝶番は、平板４０の下面に設けられ、平板４０を折り畳んだ場合に板４１、４１の下面同士が重なる。平板４０の上面には、平板４０の折り畳みを防止する保持部４２が設けられている。この保持部４２により平板４０の平面性が保持される。

図３に示すように、平板４０の上面には、ＧＰＳ６１と制御装置６２とを平板４０の上方に配置するための固定台４５、４６が設けられている。このため、ＧＰＳ６１と制御装置６２とに水がかかり難い。

収容箱５０は、上方が開口する有底筒状の容器である。収容箱５０内には、アンテナユニット６３が収容されている。また、送信用アンテナ及び受信用アンテナは、下向き、言い換えると、収容箱５０の底壁５１側を向いて配置されている。このため、収容箱５０の底壁５１は、電磁波及び反射波が伝搬する伝搬路になっている。なお、収容箱５０は、電磁波及び反射波の伝搬が妨げられないようにするため、木材により形成されている。

収容箱５０は、平板４０の矩形孔４４内に配置されている。これにより、収容箱５０の底壁５１が平板４０よりも下方に位置している。
また、収容箱５０の底壁５１は、水面Ｓよりも下に位置している（図６参照）。これにより、収容箱５０の底壁５１と水面Ｓとの間に大気が介在しないように、言い換えれば、電磁波及び反射波が大気を伝搬しないようになっている。
一方で、収容箱５０の底壁５１は、各フロート１０の下面よりも上方に位置している（図６参照）。したがって、水底探査用台船１を地面に載置した場合には、収容箱５０の底壁５１が地面と接触しない。

また、収容箱５０の大部分が平板４０よりも下方に位置している。ここで、収容箱５０は、アンテナユニット６３を収容し、他の部品よりも重い。このため、水底探査用台船１の重心が低く、水底探査用台船１の安定性が高い。

また、収容箱５０の前方に前側の連結棒２０が配置されており、収容箱５０の後方に後側の連結棒２１が配置されている（図２参照）。
このため、２つの連結棒２０、２１は、電磁波及び反射波が伝搬する伝搬路である収容箱５０の底壁５１側に配置されていない。このようにすると、電磁波の放射や反射の受信を妨げるおそれがない。

また、収容箱５０と各フロート１０とは、左右方向に離間している（図２参照）。つまり、収容箱５０と各フロート１０との間には、隙間Ｌが形成されている。このようにすると、水底探査用台船１の前進又は後退に伴ってした場合、一対のフロート１０、１０の間に入り込んだ水が隙間Ｌを流れるようになるので、水の抵抗を受け難くなる。

また、収容箱５０の外周面には、水平方向に突出する鍔部５２が設けられている。この鍔部５２は、平板４０の上面に係止している。よって、収容箱５０は、平板４０から脱落しないようになっている。また、鍔部５２と平板４０とは、ボルトＢ２（図５参照）とナット（不図示）により固定されている。

次に、図６を参照しながら、波の発生により水面に浮遊する水底探査用台船と小型船の高さが異なる場合を説明する。
波の発生により、図６（ａ）に示すように、小型船１００の方が水底探査用台船１よりも高くなる場合や、図６（ｂ）に示すように、水底探査用台船１の方が小型船１００よりも高くなる場合がある。
本実施形態の水底探査用台船１によれば、このような場合に各連結器具３０の前部３５と中間部３６との間や中間部３６と後部３７との間が折れ曲がり、水底探査用台船１の水平が保持される。このため、水底探査用台船１に搭載された送信用アンテナ及び受信用アンテナの向き（下向き）も保持される。

つぎに、水底探査用台船１の分解方法について説明する。
まず、ボルトＢ２（図５参照）を緩めてナット（不図示）から外し、図３に示すように、収容箱５０を平板４０から分離する。
次に、ボルトＢ１（図５参照）を緩めて第２固定部材３２と第３固定部材２２から外し、第２固定部材３２及び第３固定部材２２から平板４０を分離する。
続いて、連結棒２０，２１を一対のフロート１０、１０の嵌合部１１から引き抜き、一対のフロート１０、１０から連結棒２０，２１を分離する。
さらに、第２固定部材３２の孔３３から連結棒２０から抜き、連結棒２０と連結器具３０とを分離する。
なお、電磁波レーダー装置６０に関しては、取手６４を把持しながら上方へ引っ張ることで、収容箱５０からアンテナユニット６３が分離する。また、ＧＰＳ６１や制御装置６２を固定台４５、４６から取り外す。
以上、実施形態の水底探査用台船１は、一対のフロート１０、１０と、２つの連結棒２０、２１と、連結器具３０と、平板４０と、収容箱５０と、の構成部品毎に分解できる。

以上、実施形態の水底探査用台船１によれば、水深に関わらず水面から電磁波を放射することができるため、水深が深い場合であっても水底を探査することができる。
また、実施形態の水底探査用台船１によれば、不使用時の水底探査用台船１を小型化することができる。
さらに、実施形態の水底探査用台船１によれば、波の発生により水面に浮遊する水底探査用台船と小型船の高さが異なるであっても、送信用アンテナ及び受信用アンテナの向き（下向き）が保持される。よって、正確なデータを入手することができる。

以上、実施形態の水底探査用台船１について説明したが、本発明は、実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、実施形態の連結器具３０は、上下方向に回動するヒンジ構造を２つ有しているが、本発明は、１つ又は３つ以上有していてもよい。

また、実施形態では、アンテナユニット６３が水平状態（送信用アンテナ及び受信用アンテナの向きが下向き）となっているが、本発明は、平板４０と収容箱５０の鍔部５２との間に、下辺に対して上辺が傾斜した部材を介在させ、アンテナユニット６３を傾斜した状態で使用してもよい。
これによれば、水底面が傾斜していることが予想される場合、アンテナユニット６３をこの傾斜面に平行となるように傾斜させることで、その傾斜した水底面からは強い反射波が得られ、正確なデータを収集することができる。

なお、アンテナユニット６３を傾斜させるための構成としては、上記以外に、平板４０と収容箱５０の鍔部５２との間に、ロッドが進退することで上下方向の長さが変化するシリンダを介在させてもよい。
そのほか、収容箱５０を傾斜させる以外に、平板４０を傾斜させたり、又は、上下方向に折れ曲がり自在になっていない一対の連結器具３０を用いる場合に、一対の連結器具３０と連結棒２０との取り付け角度を変えて調査用台船１自体を傾斜させたりしてもよい。

１ 水底探査用台船
１０、１０ フロート
２０、２１ 連結棒
３０ 連結器具
４０ 平板
４４ 矩形孔（孔）
５０ 収容箱
５１ 底壁
５２ 鍔部
６０ 電磁波レーダー装置
６１ ＧＰＳ
６２ 演算装置
６３ アンテナユニット（送信アンテナ、受信アンテナ）
１００ 小型船
１１４ 補助用フロート

Claims (4)

1. 電磁波レーダー装置を搭載することができる水底探査用台船であって、
   一対のフロートと、
   前記一対のフロート同士を連結する複数の連結棒と、
   前記複数の連結棒上に配置されるとともに、上下方向に貫通する孔が形成された平板と、
   前記孔内に挿通される有底筒状の収容箱と、
   を備え、
   前記収容箱内には、前記電磁波レーダー装置の送信用アンテナと受信用アンテナとを収容することができることを特徴とする水底探査用台船。
2. 前記フロートには、前記連結棒が嵌合する嵌合部が形成され、
   前記連結棒と前記平板とは、締結具により分離可能に固定され、
   前記収容箱の外周面には、前記平板の上面であって前記貫通孔の端縁に係止する鍔部が形成され、
   前記平板は、折り畳み可能であることを特徴とする請求項１に記載の水底探査用台船。
3. 遠隔操作可能な小型船と前記複数の連結棒の少なくとも一つとを連結する連結器具とを備え、
   前記連結器具は、上下方向に折れ曲がり自在であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水底探査用台船。
4. 前記送信用アンテナ及び前記受信用アンテナを水面に対して傾斜した状態で搭載可能になっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水底探査用台船。

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