特許 7402464 波浪解析システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-13

(45)【発行日】2023-12-21

(54)【発明の名称】波浪解析システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 13/00 20060101AFI20231214BHJP

【ＦＩ】

G01C13/00 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020018025

(22)【出願日】2020-02-05

(65)【公開番号】P2021124388

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000222668

【氏名又は名称】東洋建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001999

【氏名又は名称】弁理士法人はなぶさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】下園 武範

(72)【発明者】

【氏名】山野 貴司

(72)【発明者】

【氏名】古畑 亜佑美

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 容子

(72)【発明者】

【氏名】小竹 康夫

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９６８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４３４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５６０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】島津希来 他２名，浮標動揺の画像解析によるリアルタイム波浪観測手法の開発，土木学会論文集B2（海岸工学），Vol.73，No.2，2017年，p.I-1669-1674

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波浪の進行方向を解析するシステムであって、
水上に設置される浮標と、
波浪の影響を受けない固定位置に設置され、前記浮標の画像を撮影する少なくとも１つの撮影手段と、
該少なくとも１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の進行方向を解析する解析手段と、を含み、
該解析手段は、前記少なくとも１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記少なくとも１つの撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、該算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析し、
前記少なくとも１つの撮影手段として１つの撮影手段を含み、
前記解析手段は、前記１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道の長径の長さと、前記１つの撮影手段から前記楕円軌道を視たときの前記長径に相当する長径相当部分の長さとを算出し、算出した前記長径の長さと前記長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析することを特徴とする波浪解析システム。

【請求項2】

前記解析手段は、前記１つの撮影手段から視た前記浮標の鉛直方向の運動から求められる波浪の高さ及び周期と、予め設定される前記浮標の設置位置の水深とに基づいて、前記長径の長さを算出すると共に、前記１つの撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記長径相当部分の長さを算出することを特徴とする請求項１記載の波浪解析システム。

【請求項3】

波浪の進行方向を解析するシステムであって、
水上に設置される浮標と、
波浪の影響を受けない固定位置に設置され、前記浮標の画像を撮影する少なくとも１つの撮影手段と、
該少なくとも１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の進行方向を解析する解析手段と、を含み、
該解析手段は、前記少なくとも１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記少なくとも１つの撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、該算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析し、
前記少なくとも１つの撮影手段として２つの撮影手段を含み、該２つの撮影手段は、平面視で互いに異なる方向から前記浮標を撮影するような位置関係で設置され、
前記解析手段は、前記２つの撮影手段のうち一方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記一方の撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する第１の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記２つの撮影手段のうち他方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記楕円軌道を前記他方の撮影手段から視たときの、前記長径に相当する第２の長径相当部分の長さを算出し、算出した前記第１の長径相当部分の長さと前記第２の長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析することを特徴とする波浪解析システム。

【請求項4】

前記解析手段は、前記一方の撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記第１の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記他方の撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記第２の長径相当部分の長さを算出することを特徴とする請求項３記載の波浪解析システム。

【請求項5】

前記解析手段は、波浪の進行方向に加えて、波浪の周期と波高と水位の時間変動とのうち、少なくとも１つを解析することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の波浪解析システム。

【請求項6】

前記浮標が所定水域の近傍に設置され、
更に、前記解析手段の解析結果に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の前記所定水域への到来を監視する監視手段を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の波浪解析システム。

【請求項7】

前記所定水域が水上工事の工区であり、
前記浮標として、前記工区を示すために設置される工区表示用の浮標が利用されることを特徴とする請求項６記載の波浪解析システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波浪の進行方向を解析する波浪解析システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、水上に発生した波浪を観測・解析するための、様々な技術が発案されている。例えば、特許文献１に開示された計測方法は、水面に設置された浮体の動きをＧＰＳ測位によって計測し、波の波向等を求めるものである。又、特許文献２に開示された海象計は、海面に向けて超音波パルスを送信する送受波部と、超音波パルスの海面エコーや後方散乱波を受信して海面水位の時間変動や水粒子速度の時間変動データ等を測定する計測部と、計測部の測定結果を用いて波高や波向等の波浪パラメータを算出する演算手段とを含むものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３７２６１１２号公報

【文献】特許第２９４８４７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述した特許文献１、２の発明は、何れも波浪の向きを解析することはできるが、特許文献１の計測方法は、浮体にＧＰＳ受信機を取り付ける必要があるため、装置構成が大掛かりなものとなり、コストも嵩むものであった。又、特許文献２の海象計は、海底や海中に設置する送受波部を必要とし、そのような計測設備は高価であり、設置や撤去に潜水士作業等を必要とするため、装置構成の面にも改善の余地があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単純な装置構成で波浪の進行方向を解析することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

【0006】

（１）波浪の進行方向を解析するシステムであって、水上に設置される浮標と、波浪の影響を受けない固定位置に設置され、前記浮標の画像を撮影する少なくとも１つの撮影手段と、該少なくとも１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の進行方向を解析する解析手段と、を含み、該解析手段は、前記少なくとも１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記少なくとも１つの撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、該算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析する波浪解析システム。
本項に記載の波浪解析システムは、浮標、少なくとも１つの撮影手段、及び解析手段を含み、浮標は、波浪の解析対象となる任意の水域の水上に設置される。少なくとも１つの撮影手段は、浮標の動画や連続的な静止画等の画像を撮影するものであり、安定して浮標の画像を撮影するために、波浪の影響を受けない固定位置に設置される。

【0007】

解析手段は、撮影手段から画像データを取得し、取得した浮標の画像に基づいて、浮標の周囲で発生した波浪の進行方向（波の向き）を解析する。例えば、解析手段は、取得した画像データから、水面に浮かぶ浮標の動きを計測することで、発生した波浪の進行方向を解析する。より具体的に、解析手段は、撮影手段により撮影された浮標の画像から、浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、撮影手段から視たときの、その楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さを算出し、その算出結果に基づいて波浪の進行方向を解析する。このように、本項に記載の波浪解析システムは、浮標と少なくとも１つの撮影手段と解析手段とを利用する、単純な構成でありながら、波浪の進行方向を解析するものである。従って、従来用いられてきた波浪を観測・解析する装置と比較して、極めて安価に構成され、又、潜水士作業等も不要になることから、据付けも容易になるものである。更に、解析手段による波浪の解析結果は、発生する波浪の監視や、波浪の事後的な解析及び検証等、様々な用途に利用されるものとなる。

【0008】

（２）上記（１）項において、前記少なくとも１つの撮影手段として１つの撮影手段を含み、前記解析手段は、前記１つの撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道の長径の長さと、前記１つの撮影手段から前記楕円軌道を視たときの前記長径に相当する長径相当部分の長さとを算出し、算出した前記長径の長さと前記長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する波浪解析システム（請求項１）。

【0009】

本項に記載の波浪解析システムは、少なくとも１つの撮影手段として１つの撮影手段を利用するものであり、解析手段は、この１つの撮影手段により撮影された浮標の画像から、浮標の動きに関する２つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、浮標が波浪の影響を受けて動揺する際に、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標の楕円軌道の長径の長さである。ここで、波浪の進行する水平方向と直交する側面視で、波浪が発生している水面下の水粒子は、波浪の進行する水平方向と平行な方向を長径とする楕円軌道を描いて運動している。従って、浮標は、波浪の影響を受けると、水面下の水粒子の運動に追随して移動するため、水粒子と同じく楕円軌道を描いて移動する。解析手段は、このような浮標の移動軌跡としての、楕円軌道の長径の長さを算出するものである。

【0010】

又、解析手段により算出するもう一方の長さは、上記のような浮標の楕円軌道を撮影手段から視たときの、浮標の楕円軌道の長径に相当する長径相当部分の長さである。すなわち、先に説明した浮標の楕円軌道の長径の長さは、波浪の進行する水平方向と直交する側面から視た場合（換言すれば、浮標の楕円軌道を正面視した場合）の、波浪の進行する水平方向と平行な方向についての長さである。そして、この同じ浮標の楕円軌道を撮影手段から視ると、その長径に相当する部分の長さは、後述する理由から、波浪の進行する水平方向と直交する側面視の場合と比較して、より小さくなるか同じ長さになる。このため、このような長径相当部分の長さを、浮標の楕円軌道の長径の長さとは別に算出するものである。なお、長径相当部分の長さは、楕円軌道の長径の長さと、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の正弦（ｓｉｎ）とを、乗算した値で近似できる。

【0011】

更に、解析手段は、上記のように算出する２つの長さの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する。つまり、これらの２つの長さは、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とが直交する場合にのみ、浮標の楕円軌道を同じ正面方向から視た場合の長径の長さ同士になるため、互いに等しくなる。一方、それ以外の場合は、浮標の楕円軌道を正面視及びそれと異なる角度から視ることになるため、楕円軌道を正面視した長径の長さよりも、楕円軌道を正面と異なる角度から視た長径相当部分の長さの方が小さくなる。しかも、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度が９０度から離れるにつれて、長径の長さに対する長径相当部分の長さの比率は小さくなる。従って、長径の長さと長径相当部分の長さとの比から、平面視で撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度が求められ、ここから波の進行方向が算出されるものである。このように、撮影手段を１つのみしか使用しないにも関わらず、その撮影手段の画像から得られる浮標の動きに関する２つの長さの比を利用することで、波の進行方向を効率よく解析するものである。

【0012】

（３）上記（２）項において、前記解析手段は、前記１つの撮影手段から視た前記浮標の鉛直方向の運動から求められる波浪の高さ及び周期と、予め設定される前記浮標の設置位置の水深とに基づいて、前記長径の長さを算出すると共に、前記１つの撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記長径相当部分の長さを算出する波浪解析システム（請求項２）。
本項に記載の波浪解析システムは、上記（２）項で言及した浮標の楕円軌道の長径の長さと、その長径を１つの撮影手段から視た場合の長径相当部分の長さとの、２つの長さの算出方法を規定するものである。

【0013】

すなわち、解析手段は、浮標の楕円軌道の長径の長さを、１つの撮影手段から視た浮標の鉛直方向の運動から求められる波浪の高さ及び周期と、予め設定される浮標の設置位置の水深とに基づいて算出する。このとき、波浪の高さ（波高）は、１つの撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、浮標の鉛直方向の動きの大きさ（変位）から求められ、波浪の周期は、同じく浮標の撮影データから抽出される、浮標の鉛直方向の運動の周期から求められる。そして、これらの波浪の高さ、波浪の周期、及び浮標の設置位置の水深から、波浪の水面下の水粒子の運動軌跡である楕円軌道の長径の長さを算出し、更に、水粒子の楕円軌道の長径の長さから、水粒子の運動の影響を受けて移動する浮標の、楕円軌道の長径の長さを算出する。

【0014】

一方、解析手段は、長径相当部分の長さを、１つの撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、１つの撮影手段から視た浮標の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、浮標の移動軌跡としての楕円軌道の長径は、水平方向と平行であるため、その長径の長さは、浮標の水平方向の変位量と等しくなる。そして、このような関係は、浮標の楕円軌道を１つの撮影手段から視た場合も同様であるため、水平方向と平行な長径相当部分の長さは、１つの撮影手段から視た浮標の水平方向の変位から求められ、その変位量と等しくなる。このように、本項に記載の波浪解析システムは、浮標の撮影データから得られる、より具体的な計算要素を使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めるものである。

【0015】

（４）上記（１）項において、前記少なくとも１つの撮影手段として２つの撮影手段を含み、該２つの撮影手段は、平面視で互いに異なる方向から前記浮標を撮影するような位置関係で設置され、前記解析手段は、前記２つの撮影手段のうち一方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記浮標が波浪の影響を受けて波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての楕円軌道を、前記一方の撮影手段から視たときの、前記楕円軌道の長径に相当する第１の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記２つの撮影手段のうち他方の撮影手段により撮影された前記浮標の画像から、前記楕円軌道を前記他方の撮影手段から視たときの、前記長径に相当する第２の長径相当部分の長さを算出し、算出した前記第１の長径相当部分の長さと前記第２の長径相当部分の長さとの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する波浪解析システム（請求項３）。

【0016】

本項に記載の波浪解析システムは、少なくとも１つの撮影手段として２つの撮影手段を利用するものであり、これら２つの撮影手段によって浮標を同時に撮影する。又、２つの撮影手段は、平面視で互いに異なる方向から浮標を撮影するような位置関係で設置され、この際、平面視で２つの撮影手段の各々と浮標とを結ぶ２本の線分間の角度が把握される。解析手段は、これら２つの撮影手段により撮影された浮標の画像を個別に使用して、浮標の動きに関する２つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、浮標が波浪の影響を受けて動揺する際に、波浪の進行する水平方向と鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標の楕円軌道を、一方の撮影手段から視たときの、その楕円軌道の長径に相当する第１の長径相当部分の長さである。

【0017】

すなわち、上記（２）項に記載したように、波浪が発生している水面下の水粒子は、波浪の進行する水平方向と平行な方向を長径とする楕円軌道を描いて運動しているため、そのような水粒子の運動に追随して移動する浮標は、水粒子と同じく楕円軌道を描いて移動する。そして、そのような浮標の楕円軌道を一方の撮影手段から視ると、楕円軌道の長径に相当する第１の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道を正面視した場合の長径の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段は、このような第１の長径相当部分の長さを、一方の撮影手段による浮標の画像から求めるものである。又、解析手段により算出するもう一方の長さは、上述したような浮標の楕円軌道を他方の撮影手段から視たときの、その楕円軌道の長径に相当する第２の長径相当部分の長さである。すなわち、浮標の楕円軌道を他方の撮影手段から視ると、楕円軌道の長径に相当する第２の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道を正面視した場合の長径の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段は、このような第２の長径相当部分の長さを、他方の撮影手段による浮標の画像から求めるものである。

【0018】

更に、解析手段は、上記のように算出する２つの長さの比に基づいて、波浪の進行方向を解析する。ここで、２つの撮影手段が上述したような位置関係にあることから、第１の長径相当部分の長さと第２の長径相当部分の長さとは、平面視で一方（又は他方）の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度に関して、相関関係がある。例えば、これに限定されるものではないが、平面視で２つの撮影手段の各々と浮標とを結ぶ２本の線分間の角度が、およそ９０度である場合について説明する。この場合、一方の撮影手段を基準とすると、第１の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で一方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の正弦（ｓｉｎ）とを、乗算した値で近似でき、第２の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で一方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の余弦（ｃｏｓ）とを、乗算した値で近似できる。

【0019】

同様に、他方の撮影手段を基準とすると、第１の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で他方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の余弦（ｃｏｓ）とを、乗算した値で近似でき、第２の長径相当部分の長さは、浮標の楕円軌道の長径の長さと、平面視で他方の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度の正弦（ｓｉｎ）とを、乗算した値で近似できる。なお、平面視で２つの撮影手段の各々と浮標とを結ぶ２本の線分間の角度が、９０度と異なる場合であっても、その角度差に応じた補正を行って、第１及び第２の長径相当部分の長さを算出すればよい。従って、第１の長径相当部分の長さと第２の長径相当部分の長さとの比から、平面視で一方（又は他方）の撮影手段から浮標へ向かう方向と波の進行方向とで成される角度が求められ、ここから波の進行方向が算出されるものである。このように、２つの撮影手段から得られる画像を使用することで解析精度を向上させながら、相関関係がある２つの長さの比を利用して波の進行方向を効率よく解析するものである。

【0020】

（５）上記（４）項において、前記解析手段は、前記一方の撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記第１の長径相当部分の長さを算出すると共に、前記他方の撮影手段から視た前記浮標の水平方向の変位に基づいて、前記第２の長径相当部分の長さを算出する波浪解析システム（請求項４）。
本項に記載の波浪解析システムは、上記（４）項で言及した第１の長径相当部分の長さと第２の長径相当部分の長さとの、２つの長さの算出方法を規定するものである。すなわち、解析手段は、第１の長径相当部分の長さを、２つの撮影手段のうち一方の撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、一方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、上記（３）項に記載したように、浮標の楕円軌道の長径は水平方向と平行であるため、その長径の長さは、浮標の水平方向の変位量と等しくなる。このような関係は、浮標の楕円軌道を一方の撮影手段から視た場合も同様であるため、水平方向と平行な第１の長径相当部分の長さは、一方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位から求められ、その変位量と等しくなる。

【0021】

同様に、解析手段は、第２の長径相当部分の長さを、２つの撮影手段のうち他方の撮影手段により撮影された浮標の撮影データから抽出される、他方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、第１の長径相当部分の場合と同様に、水平方向と平行な第２の長径相当部分の長さは、他方の撮影手段から視た浮標の水平方向の変位から求められ、その変位量と等しくなる。このように、本項に記載の波浪解析システムは、２つの撮影手段による浮標の撮影データから得られる、浮標の水平方向の変位を主に使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めるものである。

【0022】

（６）上記（１）から（５）項において、前記解析手段は、波浪の進行方向に加えて、波浪の周期と波高と水位の時間変動とのうち、少なくとも１つを解析する波浪解析システム（請求項５）。
本項に記載の波浪解析システムは、解析手段により、波浪の進行方向に加えて、波浪の周期と波高と水位の時間変動とのうち、少なくとも１つを解析するものである。これにより、解析結果としてより多くの情報が提供されることとなるため、そのような解析結果を利用する波浪の監視や波浪の事後的な検証等が、より精度よく行われるものとなる。

【0023】

（７）上記（１）から（６）項において、前記浮標が所定水域の近傍に設置され、更に、前記解析手段の解析結果に基づいて、前記浮標の周囲で発生した波浪の前記所定水域への到来を監視する監視手段を含む波浪解析システム（請求項６）。
本項に記載の波浪解析システムは、浮標が所定水域の近傍の水上に設置され、又、その所定水域への波浪の到来を監視する監視手段を更に含むものである。すなわち、監視手段は、解析手段による波浪の進行方向を含む解析結果に基づいて、浮標の周囲で発生した波浪が所定水域へ到来するか否か、到来する場合はどの方向から到来するのか、といったこと等を監視する。これにより、波浪を監視する従来装置と比較して、装置構成及びその設置にかかる費用が抑制されながらも、より高精度な波浪の襲来情報が提供されるものである。

【0024】

（８）上記（７）項において、前記所定水域が水上工事の工区であり、前記浮標として、前記工区を示すために設置される工区表示用の浮標が利用される波浪解析システム（請求項７）。
本項に記載の波浪解析システムは、監視手段によって水上工事の工区に対する波浪の到来を監視するものであり、この際、撮影手段により撮影する浮標として、水上工事の施工時に設置する必要のある工区表示用の浮標を利用するものである。これにより、本システムで使用する専用の浮標を設置する必要がなくなるため、費用がより抑制されるものとなる。更に、水上工事の工区への波浪の到来が効率よく監視され、延いては、工事の作業員の安全性がより高まるものである。

【発明の効果】

【0025】

本発明は上記のような構成であるため、単純な装置構成で波浪の進行方向を解析することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システムを示しており、（ａ）は設置イメージを示す斜視図、（ｂ）は解析イメージを示す平面図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る波浪解析システムにおける波浪の進行方向の定義を示すイメージ平面図である。

【図3】波浪と浮標の動揺との関係を示すイメージ側面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る波浪解析システムの試験方法を説明するための平面図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システムの試験結果を示すグラフである。

【図6】本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システムを示しており、（ａ）は設置イメージを示す斜視図、（ｂ）は解析イメージを示す平面図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システムの試験結果を示すグラフである。

【図8】本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システムの設置イメージを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面に基づき説明する。なお、図面の全体にわたって、同一部分又は対応する部分は、同一符号で示している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０を模式的に示している。図１（ａ）に示すように、波浪解析システム１０は、浮標１２と、撮影手段１４と、解析手段１６とを含んでいる。浮標１２は、波浪解析システム１０によって波浪３０を解析する任意位置の水上に浮かべられ、その水上で動揺する様子が撮影手段１４によって撮影される。浮標１２には、工区表示等に利用される浮標、灯浮標、球状の浮標等、任意の形状及び大きさの浮標を用いることができる。

【0028】

撮影手段１４は、浮標１２の画像を撮影するものであり、浮標１２を撮影可能な距離に位置する、波浪３０の影響を受けない固定位置に設置される。本実施形態において、撮影手段１４は、岸壁２０上に設置されているが、その他の陸上の構造物上や、水上の既設ケーソンの上等に設置されてもよい。撮影手段１４には、浮標１２の動画や連続した静止画を撮影可能な市販のビデオカメラ等を用いることができ、特に、市販のウェアラブルカメラが、防水性能や解析手段１６への画像データの取り込み易さ等の点から、好適である。なお、図１（ａ）及び後述する図２では、浮標１２を撮影する撮影手段１４の撮影方向（撮影手段１４から浮標１２へ向かう方向）Ｐが、破線矢印で示されており、又、浮標１２の周辺で発生した波浪３０のイメージが、波線矢印で示されている。

【0029】

解析手段１６は、撮影手段１４により撮影された浮標１２の画像データを取り込み、この画像データに基づいて波浪３０を解析するものであり、本実施形態では、専用のプログラムがインストールされた、ノート型やタブレット型等の市販のＰＣにより構成される。このため、解析手段１６の解析結果等が、解析手段１６を構成するＰＣのディスプレイに表示される。又、解析手段１６は、撮影手段１４と接続されており、その接続方法には、画像データ等の通信が可能な、任意の有線接続或いは無線接続が利用される。本実施形態の解析手段１６は、撮影手段１４と同様に岸壁２０上に設置され、撮影手段１４の近傍に設置されているが、波浪３０の影響を受けない他の固定位置に設置されていてもよい。解析手段１６には、撮影手段１４から取り込んだ画像データの中から浮標１２を識別するための、浮標１２の形状等に係る情報や、浮標１２が設置された位置の水深等が、予め設定されている。

【0030】

解析手段１６による解析内容について具体的に説明すると、本実施形態の解析手段１６は、少なくとも浮標１２の周囲に発生した波浪３０の進行方向Ｔを算出する。ここで、本実施形態における波浪３０の進行方向Ｔは、図２に示すように、平面視で、浮標１２を撮影する撮影手段１４の撮影方向Ｐと、波浪３０の進行方向（波浪３０の進行する水平方向）Ｔとで成される角度θ、換言すれば、撮影手段１４の撮影方向Ｐに対して波浪３０が入射する角度θで定義されるものとする。このような角度θを算出するために、解析手段１６は、図１（ｂ）に示すように、波浪３０の影響を受けて移動する浮標１２の、移動軌跡としての楕円軌道の長径４２の長さと、その楕円軌道の長径４２を撮影手段１４から視たときの長径相当部分４４の長さとを算出する。なお、波浪３０は、水平方向にある程度広がって進むものではあるが、図１（ｂ）、図２、及び後述する図３では、便宜上、波浪３０の進行方向Ｔを、浮標１２の位置を通る１本の二点鎖線矢印で模式的に図示している。

【0031】

ここで、図３には、波浪３０が発生したときの水面及び水中の様子を、浮標１２の位置を通る波浪３０の進行方向Ｔと直交する側面方向から模式的に示している。図３を参照すると、波浪３０が発生した水面下では、水粒子が細破線矢印で示される楕円軌道３４を描いて運動している。すなわち、水粒子は、波浪３０の進行する水平方向Ｔと鉛直方向とで規定される、図３に示されるような平面上を移動する軌跡として、水平方向と平行な方向を長径とする、楕円軌道３４を描いて運動している。この水粒子の楕円軌道３４は、水深が深くなるにつれて小さくなる傾向にあり、ここでは水面直下における水粒子の楕円軌道３４の長径を、符号３６で示している。そして、解析手段１６は、このような水粒子の楕円軌道３４の長径３６の長さを算出するために、まず、撮影手段１４により撮影された画像から、浮標１２の形状に係る情報等を利用して、浮標１２の鉛直方向の運動を抽出する。

【0032】

更に、解析手段１６は、浮標１２の鉛直方向の運動から、浮標１２の鉛直方向の変位量と、浮標１２の鉛直方向の運動周期とを求める。ここで、波浪３０の影響を受けている浮標１２の鉛直方向の変位量は、波浪３０の高さ（波高）と等しいないし略等しいと考えられ、又、浮標１２の鉛直方向の運動周期は、波浪３０の周期（波の進む時間）と等しいと考えられる。このため、解析手段１６は、浮標１２の鉛直方向の変位量及び運動周期から、波浪３０の高さ及び周期を算出する。続けて、解析手段１６は、詳しい説明は控えるが、波浪３０の高さ及び周期と、予め設定された浮標１２の設置位置の水深とに基づいて、既知の理論式を利用して、水粒子の楕円軌道３４の長径３６の長さを算出する。

【0033】

一方、図３に示すように、浮標１２は、波浪３０の影響を受けて、上述したような水粒子の運動に追随して移動し、波浪３０の進行する水平方向Ｔと鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡として、水粒子の楕円軌道３４よりも小さい楕円軌道４０（太破線矢印参照）を描いて移動する。浮標１２の楕円軌道４０の大きさは、浮標１２の形状及び大きさ等に応じて異なるものと考えられる。そこで、解析手段１６は、使用している浮標１２の形状や大きさに応じて設定される適切な係数と、水粒子の楕円軌道３４の長径３６の長さとを利用して、楕円軌道３４の長径３６と同じく水平方向と平行な、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さを算出する。なお、上記の係数は、実験等を重ねて、より解析結果の精度が高められるような値に定められることが好ましい。

【0034】

他方、解析手段１６は、撮影手段１４から浮標１２の楕円軌道４０を視たときの、その楕円軌道４０の長径４２に相当する長径相当部分４４（図１（ｂ）参照）の長さを算出するために、まず、撮影手段１４により撮影された画像から、浮標１２の形状に係る情報等を利用して、浮標１２の水平方向の運動を抽出する。更に、解析手段１６は、浮標１２の水平方向の運動から、浮標１２の水平方向の変位量を求める。ここで、撮影手段１４から楕円軌道４０を視たときの長径相当部分４４は、楕円軌道４０の長径４２と同様に水平方向と平行である。このため、長径相当部分４４の長さは、撮影手段１４から視た浮標１２の水平方向の変位量と等しいと考えられ、解析手段１６は、浮標１２の水平方向の変位量から、長径相当部分４４の長さを算出する。

【0035】

更に、解析手段１６は、上記のように算出した、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さと、その長径４２を撮影手段１４から視たときの長径相当部分４４の長さとの比に基づいて、波浪３０の進行方向Ｔを示す角度θを算出する。すなわち、図１（ｂ）で確認できるように、長径相当部分４４の長さは、長径４２の長さと、角度θの正弦であるｓｉｎθとの乗算で、近似的に表すことができる。このため、解析手段１６は、この関係を利用して角度θを算出し、撮影手段１４の撮影方向Ｐに対する波浪３０の入射角度θとして、波浪３０の進行方向Ｔを特定するものである。なお、本実施形態の解析手段１６は、詳しい説明は割愛するが、波浪３０の進行方向Ｔに加えて、波浪３０の周期、波高、及び水位の時間変動等を解析してもよい。波浪３０の周期及び波高については、水粒子の楕円軌道３４の長径３６の長さを算出するときと同様に、浮標１２の鉛直方向の運動から求めればよい。水位の時間変動についても同様であり、浮標１２の鉛直方向の運動を長期的に計測して、水位の時間変動を算出すればよい。

【0036】

上記のような本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０について、図４に示すような環境で試験を行った。すなわち、自然の波浪３０が発生し難い港内に浮標１２を設置すると共に、撮影手段１４として２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂを岸壁２０上に設置した。そして、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂから視て浮標１２の沖側で小型船舶５０を走らせ、意図的に発生させた航跡波を波浪３０に見立てて、解析手段１６により波浪３０の進行方向Ｔを算出した。なお、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂを設置しているが、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０の試験では、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂの撮影データを別個に使用して、夫々の撮影データから進行方向Ｔを示す角度θ（θ_１、θ_２）を算出した。又、図４では、解析手段１６の図示を省略している。

【0037】

図５には、波浪解析システム１０により算出した角度θ（θ＿算出値）を縦軸、ドローンにより上空から撮影して得た角度θ（θ＿真値）を横軸として、一方の撮影手段１４Ａの試験結果を白丸で、他方の撮影手段１４Ｂの試験結果を黒丸でプロットして示している。又、図５には、小型船舶５０により複数回発生させた波浪（航跡波）３０のうち、波高が比較的大きい１２回分の波浪３０についての結果を示している。このため、一方の撮影手段１４Ａの撮影データを使用して算出した１２回分の結果と、他方の撮影手段１４Ｂの撮影データを使用して算出した１２回分の結果との、合計で２４回分の結果が図５に含まれている。又、図５には、θ＿算出値とθ＿真値とが一致するラインを太線で示し、このラインから±４５度離れたラインを細線で示している。図５を確認すると、角度θが大きいほどばらついているが、４方位（９０度の範囲）程度の精度で波浪３０の進行方向Ｔを判別できることが分かる。

【0038】

さて、上記構成をなす本発明の第１の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０は、図１に示すように、浮標１２、１つの撮影手段１４、及び解析手段１６を含み、浮標１２は、波浪３０の解析対象となる任意の水域の水上に設置される。１つの撮影手段１４は、浮標１２の動画や連続的な静止画等の画像を撮影するものであり、安定して浮標１２の画像を撮影するために、波浪３０の影響を受けない岸壁２０上等の固定位置に設置される。解析手段１６は、撮影手段１４から画像データを取得し、取得した浮標１２の画像に基づいて、浮標１２の周囲で発生した波浪３０の進行方向Ｔを解析する。

【0039】

具体的に、解析手段１６は、取得した画像データから、水面に浮かぶ浮標１２の動きを計測することで、発生した波浪３０の進行方向Ｔを解析する。このように、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０は、浮標１２と撮影手段１４と解析手段１６とを利用する、単純な構成でありながら、波浪３０の進行方向Ｔを解析することができる。従って、従来用いられてきた波浪３０を観測・解析する装置と比較して、極めて安価に構成することができ、又、潜水士作業等も不要になることから、据付けを容易にすることもできる。更に、解析手段１６による波浪３０の解析結果は、発生する波浪３０の監視や、波浪３０の事後的な解析及び検証等、様々な用途に利用することができる。

【0040】

又、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０は、解析手段１６により、１つの撮影手段１４によって撮影された浮標１２の画像から、浮標１２の動きに関する２つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、図３に示すように、浮標１２が波浪３０の影響を受けて動揺する際に、波浪３０の進行する水平方向Ｔと鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さである。ここで、図３に示す側面視で、波浪３０が発生している水面下の水粒子は、波浪３０の進行する水平方向Ｔと平行な方向を長径３６とする楕円軌道３４を描いて運動している。従って、浮標１２は、波浪３０の影響を受けると、水面下の水粒子の運動に追随して移動するため、水粒子と同じく楕円軌道４０を描いて移動する。解析手段１６は、このような浮標１２の移動軌跡としての、楕円軌道４０の長径４２の長さを算出するものである。

【0041】

又、解析手段１６により算出するもう一方の長さは、図１（ｂ）に示すように、上記のような浮標１２の楕円軌道４０を撮影手段１４から視たときの、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２に相当する長径相当部分４４の長さである。すなわち、先に説明した浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さは、図３に示したような浮標１２の楕円軌道４０を正面視した場合の、波浪３０の進行する水平方向Ｔと平行な方向についての長さである。そして、この同じ浮標１２の楕円軌道４０を撮影手段１４から視ると、その長径４２に相当する部分４４の長さは、後述する理由から、図３に示した楕円軌道４０を正面視した場合と比較して、より小さくなるか同じ長さになる。このため、このような長径相当部分４４の長さを、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さとは別に算出するものである。

【0042】

更に、解析手段１６は、上記のように算出する２つの長さの比に基づいて、波浪３０の進行方向Ｔを解析する。つまり、これらの２つの長さは、図１（ｂ）に示すような平面視で、撮影手段１４から浮標１２へ向かう方向Ｐと波浪３０の進行方向Ｔとが直交する場合にのみ、浮標１２の楕円軌道４０を同じ正面方向から視た場合の長径４２の長さ同士になるため、互いに等しくなる。一方、それ以外の場合は、浮標１２の楕円軌道４０を正面視及びそれと異なる角度から視ることになるため、楕円軌道４０を正面視した長径４２の長さよりも、楕円軌道４０を正面と異なる角度から視た長径相当部分４４の長さの方が小さくなる。しかも、平面視で撮影手段１４から浮標１２へ向かう方向Ｐと波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θが９０度から離れるにつれて、長径４２の長さに対する長径相当部分４４の長さの比率は小さくなる。

【0043】

このような関係は、長径４２の長さと、図１（ｂ）及び図２に示すような、平面視で撮影手段１４から浮標１２へ向かう方向Ｐと波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θの正弦（ｓｉｎ）とを乗算した結果が、長径相当部分４４の長さと等しくなる、という相関関係で表される。従って、長径４２の長さと長径相当部分４４の長さとの比から、波浪３０の進行方向Ｔを表す角度θを求めることができる。このように、撮影手段１４を１つのみしか使用しないにも関わらず、その撮影手段１４の画像から得られる浮標１２の動きに関する２つの長さの比を利用することで、波浪３０の進行方向Ｔを効率よく解析することが可能となる。

【0044】

更に、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０は、解析手段１６により、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さを、撮影手段１４から視た浮標１２の鉛直方向の運動から求められる波浪３０の高さ及び周期と、予め設定される浮標１２の設置位置の水深とに基づいて算出する。このとき、波浪３０の高さは、撮影手段１４により撮影された浮標１２の撮影データから抽出される、浮標１２の鉛直方向の動きの大きさから求めることができ、波浪３０の周期は、同じく浮標１２の撮影データから抽出される、浮標１２の鉛直方向の運動の周期から求めることができる。そして、これらの波浪３０の高さ、波浪３０の周期、及び浮標１２の設置位置の水深から、図３に示すように、波浪３０の水面下の水粒子の運動軌跡である楕円軌道３４の長径３６の長さを算出し、更に、水粒子の楕円軌道３４の長径３６の長さから、水粒子の運動の影響を受けて移動する浮標１２の、楕円軌道４０の長径４２の長さを算出する。

【0045】

一方、解析手段１６は、図１（ｂ）に示すように、長径相当部分４４の長さを、撮影手段１４により撮影された浮標１２の撮影データから抽出される、撮影手段１４から視た浮標１２の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、浮標１２の移動軌跡としての楕円軌道４０の長径４２は、水平方向と平行であるため、その長径４２の長さは、浮標１２の水平方向の変位量と等しくなる。そして、このような関係は、浮標１２の楕円軌道４０を撮影手段１４から視た場合も同様であるため、水平方向と平行な長径相当部分４４の長さは、撮影手段１４から視た浮標１２の水平方向の変位から求めることができ、その変位量と等しくなる。このように、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０は、浮標１２の撮影データから得られる、より具体的な計算要素を使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めることが可能となる。

【0046】

しかも、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０は、解析手段１６により、波浪３０の進行方向Ｔに加えて、波浪３０の周期と波高と水位の時間変動とを解析するものである。これにより、解析結果としてより多くの情報を提供することができるため、そのような解析結果を利用する波浪３０の監視や波浪３０の事後的な検証等を、より精度よく行うことが可能となる。

【0047】

次に、図６及び図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’について説明する。図６及び図７において、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付している。なお、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’について、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０との相違部分のみ説明をすることとし、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０と同様の部分の構成等については、説明を省略する。

【0048】

図６に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’は、浮標１２と、２つの撮影手段１４（１４Ａ、１４Ｂ）と、図示の例では２つの解析手段１６（１６Ａ、１６Ｂ）とを含んでいる。２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂは、浮標１２を同時に撮影するように、波浪３０の影響を受けない固定位置、図６の例では何れも岸壁２０上に設置されており、図６（ｂ）に示すような平面視で、互いに異なる方向から浮標１２を撮影するような位置関係で設置されている。この位置関係は、平面視で２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂの各々と浮標１２とを結ぶ２本の線分間の角度αにより規定され、これに限定されるものではないが、図６（ｂ）の例では、角度αが、９０度ないし可能な限り９０度に近づくような位置関係で設置されている。図６（ｂ）には、浮標１２を撮影する一方の撮影手段１４Ａの撮影方向Ｐ_１と、浮標１２を撮影する他方の撮影手段１４Ｂの撮影方向Ｐ_２とが、破線矢印で示されており、これらの撮影方向Ｐ_１、Ｐ_２を利用して、角度αを示している。

【0049】

２つの解析手段１６Ａ、１６Ｂは、その一方の解析手段１６Ａが、一方の撮影手段１４Ａから画像を取得するように、撮影手段１４Ａに接続され、もう一方の解析手段１６Ｂが、他方の撮影手段１４Ｂから画像を取得するように、撮影手段１４Ｂに接続されている。このため、これらの解析手段１６Ａ、１６Ｂは、撮影手段１４Ａ、１４Ｂと同様に岸壁２０上に設置され、解析手段１６Ａが撮影手段１４Ａの近傍に、解析手段１６Ｂが撮影手段１４Ｂの近傍に設置されているが、波浪３０の影響を受けない他の固定位置に設置されていてもよい。更に、２つの解析手段１６Ａ、１６Ｂは、互いに通信可能に有線或いは無線で接続され、撮影手段１４Ａ、１４Ｂから取得した画像データや互いの解析結果等を、共有できるようになっている。

【0050】

ここで、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’は、解析手段１６が１つであってもよく、この場合は、１つの解析手段１６が２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂの双方に接続され、双方の撮影手段１４Ａ、１４Ｂから画像を同時に取得する。以降では、解析手段１６が１つである場合を例にして、解析手段１６による解析内容について説明するが、２つの解析手段１６Ａ、１６Ｂを利用する場合は、解析に必要な各処理を、２つの解析手段１６Ａ、１６Ｂで別々に、或いは２つの解析手段１６Ａ、１６Ｂの何れか一方で行えばよい。すなわち、解析手段１６Ａ、１６Ｂの各々で個別に実行可能な処理については個別に実行し、それらの処理結果を統合して実行する処理等は、解析手段１６Ａ、１６Ｂの何れか一方により、もう一方から情報を取得して行えばよい。

【0051】

本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’において、解析手段１６は、本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０の場合と同様に、波浪３０の進行方向Ｔを示す角度θを算出するが、その算出方法が波浪解析システム１０の場合と異なっている。具体的に、波浪解析システム１０’の解析手段１６は、角度θを算出するために、波浪３０の影響を受けて移動する浮標１２の移動軌跡としての楕円軌道４０（図３参照）を、一方の撮影手段１４Ａから視たときの、楕円軌道４０の長径４２に相当する第１の長径相当部分４４Ａの長さと、同じ楕円軌道４０を他方の撮影手段１４Ｂから視たときの、楕円軌道４０の長径４２に相当する第２の長径相当部分４４Ｂの長さとを算出する。

【0052】

第１の長径相当部分４４Ａの長さ及び第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０の説明において、長径相当部分４４の長さを算出した方法と同じ方法で算出する。すなわち、解析手段１６は、一方の撮影手段１４Ａにより撮影された浮標１２の画像から、一方の撮影手段１４Ａから視た浮標１２の水平方向の変位量を求める。そして、一方の撮影手段１４Ａから楕円軌道４０を視たときの第１の長径相当部分４４Ａは、水平方向と平行であり、第１の長径相当部分４４Ａの長さは、一方の撮影手段１４Ａから視た浮標１２の水平方向の変位量と等しいと考えられるため、その浮標１２の水平方向の変位量から、第１の長径相当部分４４Ａの長さを算出する。同様に、解析手段１６は、他方の撮影手段１４Ｂにより撮影された浮標１２の画像から、他方の撮影手段１４Ｂから視た浮標１２の水平方向の変位量を求める。そして、他方の撮影手段１４Ｂから楕円軌道４０を視たときの第２の長径相当部分４４Ｂは、水平方向と平行であり、第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、他方の撮影手段１４Ｂから視た浮標１２の水平方向の変位量と等しいと考えられるため、その浮標１２の水平方向の変位量から、第２の長径相当部分４４Ｂの長さを算出する。

【0053】

更に、解析手段１６は、上記のように算出した第１の長径相当部分４４Ａの長さと第２の長径相当部分４４Ｂの長さとの比に基づいて、波浪３０の進行方向Ｔを示す角度θを算出する。ここで、角度θには、平面視で、一方の撮影手段１４Ａの撮影方向Ｐ_１と波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θ_１、及び、他方の撮影手段１４Ｂの撮影方向Ｐ_２と波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θ_２がある。このため、まず、一方の撮影手段１４Ａを基準として角度θ_１を求める方法を説明すると、図６（ｂ）で確認できるように、第１の長径相当部分４４Ａの長さは、長径４２の長さと、角度θ_１の正弦であるｓｉｎθ_１との乗算で、近似的に表すことができる。一方、第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、長径４２の長さと、角度θ_１の余弦であるｃｏｓθ_１との乗算で、近似的に表すことができる。従って、解析手段１６は、これらの関係を利用して角度θ_１を算出し、一方の撮影手段１４Ａの撮影方向Ｐ_１に対する波浪３０の入射角度θ_１として、波浪３０の進行方向Ｔを特定する。

【0054】

次いで、他方の撮影手段１４Ｂを基準として角度θ_２を求める方法を説明すると、図６（ｂ）で確認できるように、第１の長径相当部分４４Ａの長さは、長径４２の長さと、角度θ_２の余弦であるｃｏｓθ_２との乗算で、近似的に表すことができる。一方、第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、長径４２の長さと、角度θ_２の正弦であるｓｉｎθ_２との乗算で、近似的に表すことができる。従って、解析手段１６は、これらの関係を利用して角度θ_２を算出し、他方の撮影手段１４Ｂの撮影方向Ｐ_２に対する波浪３０の入射角度θ_２として、波浪３０の進行方向Ｔを特定するものである。なお、上記のように算出した角度θ_１及びθ_２は、何れも波浪３０の進行方向Ｔを表すものであるが、解析手段１６は、それらの一方のみを算出してもよく、或いは双方を算出してもよい。

【0055】

上記のような本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’について、第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０と同様に、図４に示すような環境で試験を行った。２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂは、それらと浮標１２とを結ぶ２本の線分間の角度αが、浮標１２がある程度の範囲を移動するため一定ではないが、概ね９０度前後に保たれるような位置に設置されている。そして、そのような２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂの撮影データを使用して、一方の撮影手段１４Ａを基準として波浪３０の進行方向Ｔを示す角度θ_１と、他方の撮影手段１４Ｂを基準として波浪３０の進行方向Ｔを示す角度θ_２との双方を算出した。

【0056】

図７には、波浪解析システム１０’により算出した角度θ（θ＿算出値）を縦軸、ドローンにより上空から撮影して得た角度θ（θ＿真値）を横軸として、θ_１の結果を白丸で、θ_２の結果を黒丸でプロットして示している。又、図７には、小型船舶５０により複数回発生させた波浪（航跡波）３０のうち、波高が比較的大きい１２回分の波浪３０についての結果を示している。このため、一方の撮影手段１４Ａを基準として算出した１２回分の結果（θ_１を示す白丸）と、他方の撮影手段１４Ｂを基準として算出した１２回分の結果（θ_２を示す黒丸）との、合計で２４回分の結果が図７に含まれている。又、図７には、θ＿算出値とθ＿真値とが一致するラインを太線で示し、このラインから±２２．５度離れたラインを細線で示している。図７を確認すると、図５に示した本発明の第１の実施の形態に係る波浪解析システム１０の結果よりも、ばらつきが小さくなっており、８方位（４５度の範囲）程度の精度で波浪３０の進行方向Ｔを判別できることが分かる。

【0057】

さて、上記構成をなす本発明の第２の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’は、図６に示すように、少なくとも１つの撮影手段１４として２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂを利用するものであり、これら２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂによって浮標１２を同時に撮影する。又、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂは、図６（ｂ）のような平面視で、互いに異なる方向から浮標１２を撮影するような位置関係で設置され、この際、一方の撮影手段１４Ａと浮標１２とを結ぶ線分と、他方の撮影手段１４Ｂと浮標１２とを結ぶ線分との、２本の線分間の角度αが把握される。解析手段１６は、これら２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂにより撮影された浮標１２の画像を個別に使用して、浮標１２の動きに関する２つの長さを算出する。具体的に、算出する一方の長さは、浮標１２が波浪３０の影響を受けて動揺する際に、波浪３０の進行する水平方向Ｔと鉛直方向とで規定される平面上を移動する軌跡としての、浮標１２の楕円軌道４０（図３参照）を、一方の撮影手段１４Ａから視たときの、その楕円軌道４０の長径４２に相当する第１の長径相当部分４４Ａの長さである。

【0058】

すなわち、浮標１２の楕円軌道４０を一方の撮影手段１４Ａから視ると、楕円軌道４０の長径４２に相当する第１の長径相当部分４４Ａの長さは、浮標１２の楕円軌道４０を正面視した場合の長径４２の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段１６は、このような第１の長径相当部分４４Ａの長さを、一方の撮影手段１４Ａによる浮標１２の画像から求めるものである。又、解析手段１６により算出するもう一方の長さは、同じ浮標１２の楕円軌道４０を他方の撮影手段１４Ｂから視たときの、その楕円軌道４０の長径４２に相当する第２の長径相当部分４４Ｂの長さである。すなわち、浮標１２の楕円軌道４０を他方の撮影手段１４Ｂから視ると、楕円軌道４０の長径４２に相当する第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、浮標１２の楕円軌道４０を正面視した場合の長径４２の長さと等しくなるかより小さくなる。解析手段１６は、このような第２の長径相当部分４４Ｂの長さを、他方の撮影手段１４Ｂによる浮標１２の画像から求めるものである。

【0059】

更に、解析手段１６は、上記のように算出する２つの長さの比に基づいて、波浪３０の進行方向Ｔを解析する。ここで、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂが上述したような位置関係にあることから、第１の長径相当部分４４Ａの長さと第２の長径相当部分４４Ｂの長さとは、平面視で一方の撮影手段１４Ａ（又は他方の撮影手段１４Ｂ）から浮標１２へ向かう方向Ｐ_１（又はＰ_２）と波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θ_１（又はθ_２）に関して、相関関係がある。すなわち、これに限定されるものではないが、図６（ｂ）の例のように、平面視で２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂの各々と浮標１２とを結ぶ２本の線分間の角度αが、およそ９０度である場合について説明すると、この場合、一方の撮影手段１４Ａを基準とすると、第１の長径相当部分４４Ａの長さは、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さと、平面視で一方の撮影手段１４Ａから浮標１２へ向かう方向Ｐ_１と波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θ_１の正弦（ｓｉｎθ_１）とを、乗算した値で近似することができる。又、第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さと、角度θ_１の余弦（ｃｏｓθ_１）とを、乗算した値で近似することができる。

【0060】

同様に、他方の撮影手段１４Ｂを基準とすると、第１の長径相当部分４４Ａの長さは、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さと、平面視で他方の撮影手段１４Ｂから浮標１２へ向かう方向Ｐ_２と波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θ_２の余弦（ｃｏｓθ_２）とを、乗算した値で近似することができる。又、第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２の長さと、角度θ_２の正弦（ｓｉｎθ_２）とを、乗算した値で近似することができる。図６（ｂ）の例と異なり、角度αが９０度と異なる場合は、角度αと９０度との角度差に応じた補正を行って、第１及び第２の長径相当部分４４Ａ、４４Ｂの長さを算出すればよい。従って、第１の長径相当部分４４Ａの長さと第２の長径相当部分４４Ｂの長さとの比から、平面視で一方の撮影手段１４Ａ（又は他方の撮影手段１４Ｂ）から浮標１２へ向かう方向Ｐ_１（又はＰ_２）と波浪３０の進行方向Ｔとで成される角度θ_１（又はθ_２）を求めることができ、ここから波浪３０の進行方向Ｔを算出することができる。このように、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂから得られる画像を使用することで解析精度を向上させながら、相関関係がある２つの長さの比を利用して波浪３０の進行方向Ｔを効率よく解析することが可能となる。

【0061】

又、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’は、解析手段１６により、第１の長径相当部分４４Ａの長さを、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂのうち一方の撮影手段１４Ａにより撮影された浮標１２の撮影データから抽出される、一方の撮影手段１４Ａから視た浮標１２の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、浮標１２の楕円軌道４０の長径４２は水平方向と平行であるため、その長径４２の長さは、浮標１２の水平方向の変位量と等しくなる。このような関係は、浮標１２の楕円軌道４０を一方の撮影手段１４Ａから視た場合も同様であるため、水平方向と平行な第１の長径相当部分４４Ａの長さは、一方の撮影手段１４Ａから視た浮標１２の水平方向の変位から求めることができ、その変位量と等しくなる。

【0062】

同様に、解析手段１６は、第２の長径相当部分４４Ｂの長さを、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂのうち他方の撮影手段１４Ｂにより撮影された浮標１２の撮影データから抽出される、他方の撮影手段１４Ｂから視た浮標１２の水平方向の変位に基づいて算出する。つまり、第１の長径相当部分４４Ａの場合と同様に、水平方向と平行な第２の長径相当部分４４Ｂの長さは、他方の撮影手段１４Ｂから視た浮標１２の水平方向の変位から求めることができ、その変位量と等しくなる。このように、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’は、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂによる浮標１２の撮影データから得られる、浮標１２の水平方向の変位を主に使用して解析を行うことで、解析の効率及び実用度を高めることが可能となる。

【0063】

続いて、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”について説明する。図８において、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０、１０’と同一部分、若しくは相当する部分については、同一の符号を付している。なお、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”について、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０、１０’との相違部分のみ説明をすることとし、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０、１０’と同様の部分の構成等については、説明を省略する。

【0064】

図８に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”は、浮標１２、撮影手段１４、解析手段１６、及び監視手段１８を含んでいる。浮標１２は、水上工事の工区（所定水域）５４の近傍に設置されており、本実施形態では、工区５４の工区表示用に設置された複数（図８では３つのみ図示）の浮標１２のうち、任意の１つの浮標１２が、撮影手段１４により撮影される。監視手段１８は、解析手段１６から解析結果を取得するように、解析手段１６と任意の接続方法で接続され、解析手段１６と同様に岸壁２０上に設置されている。しかしながら、解析手段１８は、撮影手段１４及び解析手段１６と同様に、波浪３０の影響を受けない他の固定位置に設置されていてもよい。そして、監視手段１８は、解析手段１６の解析結果に基づいて、撮影手段１４により撮影している浮標１２の周囲で発生した波浪３０の、工区５４への到来を監視する。例えば、監視手段１８は、解析手段１６により算出された波浪３０の進行方向Ｔに基づいて、波浪３０が工区５４へ到来するか否かの判定、波浪３０が工区５４へ到来する場合の到来方向の提示、波浪３０が工区５４へ到来する場合の発報等を行う。

【0065】

又、解析手段１６の解析結果に波浪３０の高さが含まれている場合は、併せて波浪３０の高さを監視し、予め設定された閾値を超える高さの波浪３０が工区５４へ到来するか否かの判定や、そのような波浪３０が到来する際の発報等を行ってもよい。発報の際に、監視手段１８は、表示による発報を行ってもよく、警告音による発報を行ってもよい。監視手段１８には、専用のプログラムがインストールされた任意のＰＣを利用することができ、又、解析手段１６と監視手段１８とが１つのＰＣで構成されていてもよい。なお、図８の例は、１つの撮影手段１４による浮標１２の撮影データに基づいて、波浪３０の進行方向Ｔを解析するものであるが、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”は、これに限定されるものではない。すなわち、波浪解析システム１０”は、本発明の第２の実施の形態に係る波浪解析システム１０’のように、２つの撮影手段１４Ａ、１４Ｂによる浮標１２の撮影データに基づいて、波浪３０の進行方向Ｔを解析するものであってもよい。

【0066】

上記構成をなす本発明の第３の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”は、図８に示すように、浮標１２が所定水域５４の近傍の水上に設置され、又、その所定水域５４への波浪３０の到来を監視する監視手段１８を更に含むものである。すなわち、監視手段１８は、解析手段１６による波浪３０の進行方向Ｔを含む解析結果に基づいて、浮標１２の周囲で発生した波浪３０が所定水域５４へ到来するか否か、到来する場合はどの方向から到来するのか、といったこと等を監視する。これにより、波浪３０を監視する従来装置と比較して、装置構成及びその設置にかかる費用を抑制しながらも、より高精度な波浪３０の襲来情報を提供することができる。

【0067】

更に、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”は、監視手段１８によって水上工事の工区５４に対する波浪３０の到来を監視するものであり、この際、撮影手段１４により撮影する浮標１２として、水上工事の施工時に設置する必要のある工区表示用の浮標１２を利用するものである。これにより、本システム１０”で使用する専用の浮標１２を設置する必要がなくなるため、費用をより抑制することができる。更に、水上工事の工区５４への波浪３０の到来を効率よく監視することができ、延いては、工事の作業員の安全性をより高めることが可能となる。なお、本発明の第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０”は、水上工事の工区５４への適用に限定されるものではなく、任意の所定水域５４に適用することができ、例えば、港の管理のために港湾内の所定水域５４を監視するものであってもよい。

【0068】

ここで、上述した本発明の第１～第３の実施の形態に係る波浪解析システム１０、１０’、１０”では、１つの浮標１２の撮影データに基づいて波浪３０の進行方向Ｔの解析を行っている。この応用形態として、本発明の実施の形態に係る波浪解析システムは、同じ水域に設置された複数の浮標１２の撮影データから、各浮標１２の周辺で発生した波浪３０の進行方向Ｔを算出し、それらの結果を組み合わせて複合的な波浪３０の解析を行ってもよい。又、可能であれば、１つの撮影手段１４で２つ以上の浮標１２を同時に撮影し、撮影データから各浮標１２の運動を個別に抽出して、各浮標１２の周辺で発生した波浪３０の進行方向Ｔを算出し、それらの結果を組み合わせて複合的な波浪３０の解析を行ってもよい。

【符号の説明】

【0069】

１０、１０’、１０”：波浪解析システム、１２：浮標、１４（１４Ａ、１４Ｂ）：撮影手段、１６（１６Ａ、１６Ｂ）：解析手段、１８：監視手段、３０：波浪、４０：浮標の楕円軌道、４２：長径、４４：長径相当部分、４４Ａ：第１の長径相当部分、４４Ｂ：第２の長径相当部分、５４：所定水域（工区）、Ｔ：波浪の進行方向、α：撮影手段と浮標とを結ぶ線分間の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】