技術 水底ケーブルの布設システムおよび水底ケーブルの布設方法

0001

本発明は、水底ケーブルの布設システムおよび水底ケーブルの布設方法に関する。

0002

海洋等においてケーブルを布設する際には、例えば、布設船を移動させる駆動部により布設船の速度を調整するとともに、当該布設船からケーブルを繰り出すケーブル繰り出し部によりケーブルの繰り出し速度を調整することにより、ケーブルを水底に布設する（例えば、特許文献１〜４）。

0003

特開平０４−１３８００８号公報
特開平０５−３４４６２４号公報
特開平０９−３０８０３７号公報
特開２０００−９２６４３号公報

0004

この際、例えば布設船上においてケーブルが布設船から入水する入水角を計測したり、ケーブルの布設船上における張力としての船上張力を計測したりすることにより、水底におけるケーブルの状態、すなわちケーブルが水底から離れる点におけるケーブルの張力である離底点張力や、ケーブルの水底付近における曲率半径などを予測しながら、布設船の速度やケーブルの繰り出し速度を調整していた。

0005

一方で、海洋等では、潮流が常に変化している。布設船の移動する速度と潮流の速度との相対的速度が大きい場合、ケーブルは潮流の影響を受けて布設船の移動方向とは逆方向に撓むことにより、ケーブルの入水角が見かけ上小さくなることがある。この場合、布設船における作業者は、離底点張力が大きくなったと判断して、ケーブルを多く繰り出すように調整することが考えられる。

0006

しかしながら、上記のように作業者がケーブルを多く繰り出すことによって、ケーブルが布設船から水底までのカテナリ長以上に余ってしまい、ケーブルの水底まで至る間にループが発生してしまう可能性がある。

0007

したがって、潮流が存在する状況下で、どのように布設船の速度やケーブルの繰り出し速度を調整して水底にケーブルを安定的に布設するかが重要となる。

0008

本発明は、ケーブルが潮流の影響を受けた場合であっても水底にケーブルを安定的に布設する水底ケーブルの布設システムおよび水底ケーブルの布設方法を提供することである。

0009

本発明の第１の態様によれば、
布設船を移動させ、前記布設船の速度を調整する駆動部と、
前記布設船からケーブルを繰り出し、前記ケーブルの繰り出し速度を調整するケーブル繰り出し部と、
前記布設船に設けられ、前記布設船の位置を計測する位置計測部と、
前記ケーブル繰り出し部に設けられ、前記ケーブルの繰り出し長を計測する繰り出し長計測部と、
前記位置計測部が計測した前記布設船の２点の位置から求められる移動距離と、前記繰り出し長計測部が計測した前記ケーブルの繰り出し長と、に基づいて、前記駆動部および前記ケーブル繰り出し部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記布設船の前記移動距離が基準距離となったときの前記ケーブルの繰り出し長と前記布設船の移動距離との差で定義されるケーブル繰り出し差が所定値以下となるように、前記駆動部および前記ケーブル繰り出し部の少なくともいずれか一つを制御する距離制御を行う
水底ケーブルの布設システムが提供される。

0010

本発明の第２の態様によれば、
前記制御部は、
前記距離制御では、前記布設船の移動距離の前記基準距離を、前記布設船から水底までの前記ケーブルのカテナリ長に基づいて設定する
第１の態様に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0011

本発明の第３の態様によれば、
前記制御部は、
前記距離制御では、前記布設船の移動距離の前記基準距離を、前記布設船によって前記ケーブルが布設される布設経路における水底の最大深度から求められる最大カテナリ長に基づいて設定する
第１または第２の態様に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0012

本発明の第４の態様によれば、
前記制御部は、
前記距離制御では、前記ケーブル繰り出し差を、前記布設船の移動距離に対して所定比率内となるように制御する
第１〜第３の態様のいずれか１項に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0013

本発明の第５の態様によれば、
前記制御部は、
前記距離制御では、前記ケーブル繰り出し差を、前記ケーブルがループを形成する長さより小さくなるように制御する
第１〜第４の態様のいずれか１項に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0014

本発明の第６の態様によれば、
前記布設船に設けられ前記布設船の船首方向を計測する船首方向計測部と、
前記布設船に設けられ前記布設船から前記ケーブルを布設するときの潮流の速度および前記ケーブルの布設方向に対する角度を計測する潮向流速計測部と、
をさらに有し、
前記制御部は、
前記潮向流速計測部が計測した潮流の前記ケーブルの布設方向に対する角度に基づいて、前記船首方向計測部が計測した前記布設船の船首方向が前記潮流の方向に沿うように前記駆動部を制御する
第１〜第５の態様のいずれか１項に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0015

本発明の第７の態様によれば、
前記ケーブルが前記布設船から水平方向に対して入水する角度で定義される船上入水角を計測する入水角計測部をさらに有し、
前記制御部は、
前記入水角計測部が計測した前記船上入水角が所定の角度範囲内となるように、前記駆動部および前記ケーブル繰り出し部の少なくともいずれか一つを制御する入水角制御を行う
第１〜第６の態様のいずれか１項に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0016

本発明の第８の態様によれば、
前記布設船から前記ケーブルを布設するときの潮流の速度および前記ケーブルの布設方向に対する角度を計測する潮向流速計測部をさらに有し、
前記制御部は、
時間に対する前記布設船の前記移動距離から前記布設船の速度を算出し、
前記布設船の速度と前記潮向流速計測部が計測した前記潮流の速度との差から求められる前記布設船の前記潮流に対する相対速度が閾値以上であるときに、前記距離制御を行い、
前記相対速度が閾値未満であるときに、前記入水角制御を行う
第７の態様に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0017

本発明の第９の態様によれば、
前記布設船から水底までの水深を計測する水深計測部をさらに有し、
前記制御部は、
前記入水角制御では、前記船上入水角をθ、前記布設船から水底までの前記ケーブルを布設方向に沿った面に投影したときの水平方向に対する入水角として定義される第１入水角をα、前記布設船から水底までの前記ケーブルを布設方向に対して垂直な方向に沿った面に投影したときの水平方向に対する入水角として定義される第２入水角をγとしたとき、
前記布設船の前記ケーブルの布設方向からの位置と前記水深計測部が計測した前記水深とから前記第２入水角γを算出し、
前記船上入水角θを、前記第１入水角αについて設定された下限値α１および上限値α２と前記第２入水角γとに基づいて下記の式（１）を満たすように制御する
第７または第８の態様に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0018

0019

本発明の第１０の態様によれば、
前記ケーブルの前記布設船における張力としての船上張力を計測する張力計測部をさらに有し、
前記制御部は、
前記船上張力を所定の範囲内とするように、前記駆動部および前記ケーブル繰り出し部の少なくともいずれか一つを制御する張力制御を行う
第１〜第９の態様のいずれか１項に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0020

本発明の第１１の態様によれば、
前記布設船から前記ケーブルを布設するときの潮流の速度および前記ケーブルの布設方
向に対する角度を計測する潮向流速計測部をさらに有し、
前記制御部は、
時間に対する前記布設船の前記移動距離から前記布設船の速度を算出し、
前記布設船の速度と前記潮向流速計測部が計測した前記潮流の速度との差から求められる前記布設船の前記潮流に対する相対速度が閾値以上であるときに、前記距離制御を行い、
前記相対速度が閾値未満であるときに、前記張力制御を行う
第１０の態様に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0021

本発明の第１２の態様によれば、
前記制御部は、
前記張力制御では、前記ケーブルの形状係数をＣｄ、時刻ｔのときの前記布設船の前記潮流に対する前記相対速度をＶｒ（ｔ）、前記ケーブルの直径をｄ、水の密度をρ、前記ケーブルの前記布設船から水底までのカテナリ長をｌｃ、前記潮流の前記ケーブルの布設方向に対する角度をβ、前記ケーブルが前記潮流から受ける潮流粘性抵抗力の前記ケーブルの布設方向に垂直な方向の成分をＤｈ、前記ケーブルが水底から離れる点における前記ケーブルの張力として定義される離底点張力をＴｒ、時刻ｔのときの前記布設船の船上張力をＴ（ｔ）としたとき、
下記の式（２）により、前記潮流粘性抵抗力の前記ケーブルの布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈを算出し、
前記船上張力Ｔ（ｔ）を、前記離底点張力Ｔｒについて設定された下限値Ｔｒ１および上限値Ｔｒ２と前記潮流粘性抵抗力の前記ケーブルの布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈとに基づいて下記の式（３）を満たすように制御する
第１０または第１１の態様に記載の水底ケーブルの布設システムが提供される。

0022

0023

0024

本発明の第１３の態様によれば、
布設船を移動させる駆動部により前記布設船の速度を調整するとともに、当該布設船からケーブルを繰り出すケーブル繰り出し部により前記ケーブルの繰り出し速度を調整することにより、前記ケーブルを水底に布設する水底ケーブルの布設方法であって、
位置計測部によって前記布設船の位置と、繰り出し長計測部によって前記布設船から繰り出される前記ケーブルの繰り出し長と、を計測することを開始する計測開始工程と、
前記位置計測部が計測した前記布設船の２点の位置から求められる移動距離と、前記繰り出し長計測部が計測した前記ケーブルの繰り出し長と、に基づいて、前記駆動部および前記ケーブル繰り出し部を制御する布設制御工程と、
を有し、
前記布設制御工程では、
前記布設船の前記移動距離が基準距離となったときの前記ケーブルの繰り出し長と前記布設船の移動距離との差で定義されるケーブル繰り出し差が所定値以下となるように、前記駆動部および前記ケーブル繰り出し部の少なくともいずれか一つを制御する距離制御を行う
水底ケーブルの布設方法が提供される。

0025

本発明によれば、ケーブルが潮流の影響を受けた場合であっても水底にケーブルを安定的に布設する水底ケーブルの布設システムおよび水底ケーブルの布設方法が提供される。

0026

本発明の一実施形態に係る水底ケーブルの布設システムの構成を示す概略図である。
本発明の一実施形態に係る水底ケーブルの布設システムの概略ブロック図である。
本発明の一実施形態に係る水底ケーブルの布設工程のフローを示す図である。
（ａ）は、入水角制御のフローを示す図であり、（ｂ）は、張力制御のフローを示す図である。
距離制御のフローを示す図である。
ケーブルが潮流の影響を受けた場合の布設船およびケーブルの方向を示す図である。
（ａ）は、布設船の潮流に対する相対速度が閾値未満である場合の水平方向から見たときの第１入水角の範囲を示す図であり、（ｂ）は、布設船の潮流に対する相対速度が閾値以上である場合の水平方向から見たときの第１入水角の範囲を示す図である。
（ａ）は、ケーブルが潮流の影響を受けた場合の鉛直上方向から見たときの張力および潮流粘性抵抗力を示す図であり、（ｂ）は、ケーブルが潮流の影響を受けた場合の水平方向から見たときの張力および潮流粘性抵抗力を示す図である。
本発明の一実施形態の変形例に係る水底ケーブルの布設工程のフローを示す図である。

0027

＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

0028

（１）水底ケーブルの布設システムの概略構成
まず、図１を用い、本発明の一実施形態に係る水底ケーブルの布設システムについて説明する。図１は、本実施形態に係る水底ケーブルの布設システムの構成を示す概略図である。

0029

本実施形態の水底ケーブルの布設システムは、海洋等の水底にケーブル２０を布設（敷設）するよう構成され、例えば、布設船１０を移動させ布設船１０の速度を調整する駆動部１００と、布設船１０からケーブル２０を繰り出しケーブル２０の繰り出し速度を調整するケーブル繰り出し部２００と、布設船１０に設けられ布設船１０の位置を検出する位置計測部３１０と、ケーブル繰り出し部２００に設けられケーブル２０の繰り出し長を計測する繰り出し長計測部３３０と、位置計測部３１０が計測した布設船１０の２点の位置から求められる移動距離と繰り出し長計測部３３０が計測したケーブル２０の繰り出し長とに基づいて駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００を制御する制御部４００と、を有する。以下、詳細を後述する。

0030

なお、本実施形態でいう「ケーブル２０」とは、電力ケーブル、光ファイバケーブル、光ファイバ複合電力ケーブル等のことである。ケーブル２０は、例えば、中心から導電芯線、内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を備える単芯または３芯のケーブルと、単芯または３芯のケーブルを覆い鉄線等が複数組み合わせてなる鉄線鎧層と、鉄線鎧層の外
側に設けられた外装と、を有する。

0031

図１に示されているように、布設船１０は、例えば、布設船１０を移動させ、布設船１０の速度および船首の方向を調整する駆動部１００を有する。駆動部１００は、例えばエンジン等によりプロペラを回転させて推進力を得るよう構成される。また、駆動部１００は、例えば舵部により船首方向を調整するよう構成される。

0032

また、布設船１０は、当該布設船１０から海洋等の水底に向けてケーブル２０を繰り出しケーブル２０の繰り出し速度を調整するケーブル繰り出し部２００を有する。ケーブル繰り出し部２００は、例えば船尾シュータ２１０、ウインチ２２０、ブレーキ２３０、やぐら２４０およびケーブルコイル２５０を有する。布設船１０の略中央の位置には、布設経路に布設される長さのケーブル２０を巻回するケーブルコイル２５０が設けられる。ケーブルコイル２５０の上方には、やぐら２４０が設けられ、やぐら２４０を介して船尾方向にケーブル２０が延ばされる。布設船１０の船尾には船尾シュータ２１０が設けられ、ケーブルコイル２５０から供給されたケーブル２０を水底に向けて繰り出すよう構成される。また、やぐら２４０および船尾シュータ２１０の間には、ウインチ２２０が設けられ、ケーブル２０を巻き付けてケーブル２０をケーブルコイル２５０方向に牽引するよう構成される。なお、ウインチ２２０の耐荷重は、例えば１０ｔ以上８０ｔ以下である。さらに、ウインチ２２０およびケーブルコイル２５０の間には、ブレーキ２３０が設けられ、ケーブル２０が海洋に繰り出される際の繰り出し速度を抑制するよう構成される。なお、ブレーキ２３０の耐荷重は、例えば１０ｔ以上５０ｔ以下である。

0033

（各種計測部）
次に、図１および図２を用い、布設船１０に設けられる各種計測部について説明する。図２は、本実施形態に係る水底ケーブルの布設システムの概略ブロック図である。布設船１０には、以下のように水底にケーブル２０を布設する際のケーブル２０の状態、布設船１０の状態、および海洋の潮流等を計測するように各種計測部が設けられる。

0034

布設船１０には、例えば、布設船１０の位置を検出する位置計測部３１０が設けられる。位置計測部３１０は、例えば船尾シュータ２１０に取り付けられる。位置計測部３１０は、例えば、ＤＧＰＳ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を有する。ＧＰＳが衛星による位置情報のみを取り込むよう構成されるのに対して、ＤＧＰＳは、衛星による位置情報と、陸上に設けられた基地局から発信される位置情報と、を取り込むよう構成される。これにより、ＤＧＰＳは、ＧＰＳよりも高い精度で位置を検出することができる。具体的には、ＧＰＳの位置計測精度が±５ｍ〜７ｍであるのに対して、ＤＧＰＳの位置計測精度は±２ｍ程度である。また、位置計測部３１０は、例えば０．２ｓｅｃごとに位置を計測し１ｓｅｃ間平均化した位置情報を後述する制御部４００に送信するよう構成される。

0035

また、布設船１０には、例えば、布設船１０の船首方向を計測する船首方向計測部３２０が設けられる。船首方向計測部３２０は例えばジャイロコンパスである。ジャイロコンパスは、高速回転するコマの運動を用いて布設船１０の方位を計測するよう構成される。

0036

また、布設船１０のケーブル繰り出し部２００には、ケーブル２０の繰り出し長ｌ（ｔ）を計測する繰り出し長計測部３３０が設けられる。ここでいう「ケーブル２０の繰り出し長ｌ（ｔ）」は、例えば時刻０（ｓｅｃ）にケーブル２０を開始し始めてから時刻ｔまでの間にケーブル２０が繰り出された長さを積算した繰り出し長（ｍ）である。繰り出し長計測部３３０は、例えばケーブルカウンタ３４０を有する。ケーブルカウンタ３４０は、例えば、水底に向けて繰り出されるケーブル２０にロータリエンコーダ等が接触することによりケーブル２０の繰り出し長を計測するように構成される。

0037

また、繰り出し長計測部３３０は、ブレーキ２３０にも設けられる。ブレーキ２３０も、ケーブルカウンタ３４０と同様の構成を有し、例えばブレーキ２３０のキャタピラ部（不図示）の回転に合わせてケーブル２０の繰り出し長を計測するロータリエンコーダ（不図示）を有する。

0038

また、上述した布設船１０のケーブル繰り出し部２００は、例えば張力計測部を兼ねている。張力計測部としてのケーブル繰り出し部２００は、例えばケーブル２０の布設船１０における張力としての船上張力Ｔ（ｔ）を計測するよう構成される。

0039

また、布設船１０には、入水角計測部３５０が設けられる。入水角計測部３５０は、例えばケーブル２０が布設船１０から水平方向に対して入水する角度で定義される船上入水角θを計測するよう構成される。なお、ここでいう「船上入水角θ」とは、布設船１０上の船尾シュータ２１０の近傍からケーブル２０の繰り出し方向を見たときのケーブル２０の水平方向に対する入水角（水面から入射する角度）であり、後述する布設船１０から水底までのケーブル２０を布設方向に沿った面に投影したときの水平方向に対する入水角として定義される第１入水角αとは異なる。

0040

また、布設船１０には、潮向流速計測部３６０が設けられる。潮向流速計測部３６０は、例えば布設船１０からケーブル２０を布設するときの潮流の速度ｖｔ（ｔ）および潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βを計測するよう構成される。本実施形態では、潮向流速計測部３６０は、例えば、布設船１０から水底までの間の水深方向の全位置における潮流の速度および潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度を計測するよう構成される。以下において「潮流の速度ｖｔ（ｔ）」とは、時刻ｔのときの布設船１０から水底までの間で最大の潮流の速度のことを意味する。ただし、布設船１０の移動方向を正とする。また、「潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度β」とは、水平面に投影したときに、布設船１０から水底までの間で潮流の方向とケーブル２０の布設方向とがなす最大の角度のことを意味する。

0041

また、布設船１０には、水深計測部３７０が設けられる。水深計測部３７０は、例えば超音波等により布設船１０から水底までの水深ｈを計測するよう構成される。

0042

（制御部）
図２に示されているように、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００には、制御部４００が接続される。制御部４００は、例えば布設船１０を所定の速度で移動させるよう駆動部１００を制御する。また、制御部４００は、例えばケーブル２０を所定の繰り出し速度で水底に向けて繰り出すようケーブル繰り出し部２００を制御する。

0043

また、制御部４００には、上記した各種計測部が接続され、各種計測部が計測した情報に基づいて、以下のように制御を行う。

0044

制御部４００には、位置計測部３１０および繰り出し長計測部３３０が接続される。制御部４００は、位置計測部３１０が計測した布設船１０の２点の位置から求められる移動距離ｘ（ｔ）と繰り出し長計測部３３０が計測したケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）とに基づいて駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００を制御する。

0045

また、制御部４００には、位置計測部３１０、船首方向計測部３２０、繰り出し長計測部３３０、張力計測部としてのケーブル繰り出し部２００、入水角計測部３５０、潮向流速計測部３６０、および水深計測部３７０が接続される。制御部４００は、これらの各種計測部が計測した情報に基づいて、後述する「距離制御」、「入水角制御」および「張力
制御」を行う。

0046

ここで、制御部４００は、例えば各種データを格納する記録装置（記録手段、記憶手段）（不図示）を有している。記録装置は、各種計測部が計測した情報、後述する、布設船１０の移動距離の基準距離ｘｓ、距離制御における基準距離ｘｓに対する係数ｋ、布設船１０が許容できる最大の離底点張力Ｔｒｍａｘ、ケーブル２０の離底点張力Ｔｒが最大の離底点張力Ｔｒｍａｘとなるときのケーブル２０がループを形成する長さ、布設船１０によってケーブル２０が布設される経路における水底の最大深度ｈＭａｘ、ケーブル２０の単位長さ当たりの重量Ｗ、最長のカテナリ長ｌｃｍａｘ、布設船１０の速度ｖｓ（ｔ）と潮流の速度ｖｔ（ｔ）との差から求められる布設船の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）の閾値Ｖｒ０、第１入水角αについて設定された下限値をα１および上限値をα２、離底点張力Ｔｒについて設定された下限値Ｔｒ１および上限値Ｔｒ２、およびその他各種計算式（後述する式（１）〜式（５））を記録するよう構成される。なお、これらのパラメータおよび式等については詳細を後述する。

0047

また、制御部４００は、当該制御部４００に各種データを入力したり、制御部４００から各種データを出力したりする入出力部（入出力手段）（不図示）を有する。例えば、入出力部は、タッチパネル、マウス、キーボード、操作端末等のいずれかを含む。また、制御部４００は、各種データや結果を出力する表示部（不図示）を有していてもよい。なお、表示部を入出力部に含めて考えても良い。

0048

なお、制御部４００は、汎用のコンピュータで構成されていてもよく、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記録装置としてのＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）若しくはフラッシュメモリ、駆動部１００等に接続されるＩ／Ｏポートを備えたコンピュータとして構成される。この場合、記録装置は、後述する「距離制御」、「入水角制御」および「張力制御」に係るプログラムを記録するよう構成される。

0049

（２）水底ケーブルの布設方法
次に、図３〜図５を用い、本実施形態に係る水底ケーブルの布設方法について説明する。図３は、本実施形態に係る水底ケーブルの布設工程のフローを示す図である。図４（ａ）は入水角制御のフローを示す図であり、（ｂ）は張力制御のフローを示す図である。図５は、距離制御のフローを示す図である。

0050

本実施形態の水底ケーブルの布設方法は、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合であっても、ケーブル２０が布設船１０から入水する入水角、およびケーブル２０の布設船１０上における張力としての船上張力を管理するだけでなく、布設船１０の移動距離およびケーブル２０の繰り出し長も管理することにより、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御するよう構成される。

0051

具体的には、本実施形態の水底ケーブルの布設方法は、例えば位置計測部３１０によって布設船１０の位置と繰り出し長計測部３３０によって布設船１０から繰り出されるケーブル２０の繰り出し長とを計測することを開始する計測開始工程（Ｓ０１０）と、位置計測部３１０が計測した布設船１０の２点の位置から求められる移動距離（ｘ（ｔ））と繰り出し長計測部３３０が計測したケーブル２０の繰り出し長（Ｌ（ｔ））とに基づいて駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００を制御する布設制御工程（Ｓ１００）と、を有する。布設制御工程Ｓ１００では、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）が基準距離ｘ０となったときのケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）と布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）（＝ｘ０）との差で定義されるケーブル繰り出し差（Ｌ（ｔ）−ｘ０）が所定値以下となるように、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する距
離制御（Ｓ４００）を行う。以下、詳細を説明する。

0052

本実施形態では、例えば布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）に応じて、船上入水角θによる「入水角制御」、船上張力Ｔ（ｔ）による「張力制御」、ケーブル繰り出し差（Ｌ（ｔ）−ｘ０）による「距離制御」の少なくともいずれか一つを選択し、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する場合について説明する。

0053

（計測開始工程Ｓ０１０）
制御部４００は、布設船１０からケーブル２０を水底に向けて繰り出すことを開始すると共に、水底にケーブル２０を布設する際のケーブル２０の状態等を計測することを開始する（Ｓ０１０）。具体的には、位置計測部３１０による布設船１０の位置の計測、船首方向計測部３２０による布設船１０の船首方向の計測、繰り出し長計測部３３０によるケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）の計測、張力計測部としてのケーブル繰り出し部２００によるケーブル２０の船上張力Ｔ（ｔ）の計測、入水角計測部３５０による船上入水角θの計測、潮向流速計測部３６０による潮流の速度ｖｔ（ｔ）および潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βの計測、水深計測部３７０による布設船１０から水底までの水深ｈの計測を開始する。

0054

（布設制御工程Ｓ１００）
次に、制御部４００は、例えば以下のようにして駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００を制御する。

0055

（船首調整Ｓ１１０）
ここで、図６は、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合の布設船１０およびケーブル２０の方向を示す図である。図６に示されているように、海中には、潮流の速度ｖｔ（ｔ）、潮流のケーブル２０の布設方向（ｘ方向）に対する角度βである潮流が生じていると仮定する。なお、図６は、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合に、理想的にケーブル２０が撓むことなく水底に到達した状態を示している。

0056

図６において、角度θは、ケーブル２０が布設船１０から水平方向に対して入水する角度で定義される「船上入水角」であり、角度αは、布設船１０から水底までのケーブル２０を布設方向に沿った面に投影したときの水平方向に対する入水角として定義される「第１入水角」であり、角度γは、布設船１０から水底までのケーブル２０を布設方向に対して垂直な方向に沿った面に投影したときの水平方向に対する入水角として定義される「第２入水角」である。

0057

上述のように、潮流の速度ｖｔ（ｔ）および潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βは、潮向流速計測部３６０によって計測される。また、船上入水角θは、入水角計測部３５０により計測される。他のパラメータ（α、γ等）は、例えば制御部４００によって算出されるものである。

0058

このとき、制御部４００は、例えば潮向流速計測部３６０が計測した潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βに基づいて、船首方向計測部３２０が計測した布設船１０の船首方向が潮流の方向に沿うように駆動部１００を制御する。なお、布設船１０は、船首方向が潮流の方向に沿った（潮流の方向に傾斜した）状態で、ケーブル２０の水底の布設方向に沿って移動する。これにより、布設船１０の船首方向が潮流の方向に沿うとともに、ケーブル２０が潮流の方向に沿って繰り出されることにより、ケーブル２０が繰り出し方向に対して垂直な方向から潮流の影響を受けることが抑制される。

0059

なお、潮流の速度ｖｔ（ｔ）が０のとき、布設船１０の移動方向は、ケーブル２０の布設方向に等しく、また船上入水角θは第１入水角αと等しくなる。また、布設船１０の移動方向に対して潮流の方向が布設船１０に追従する方向であるとき（ｖｔ（ｔ）が正のとき）、ケーブル２０に対する潮流粘性抵抗力が小さくなるため、必ずしも布設船１０の船首方向を潮流の方向に沿うように調整する必要はない。

0060

（相対速度判断Ｓ１２０）
次に、制御部４００は、位置計測部３１０が計測した布設船１０の２点の位置から求められる移動距離ｘ（ｔ）に基づいて、時間に対する布設船１０の移動距離から布設船１０の速度ｖｓ（ｔ）を算出する。なお、布設船１０に布設船１０の速度計測部（不図示）が設けられている場合は、位置計測部３１０が計測した布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）から布設船１０の速度ｖｓ（ｔ）を算出する必要はない。

0061

次に、制御部４００は、布設船１０の速度ｖｓ（ｔ）と潮流の速度ｖｔ（ｔ）との差から布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）（＝ｖｓ（ｔ）−ｖｔ（ｔ））を算出する。

0062

次に、制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。なお、この「布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）の閾値Ｖｒ０」とは、例えば後述する第１入水角αについて設定された下限値α１が、ケーブル２０の離底点張力Ｔｒが０となるときの第１入水角αで定義される「限界入水角α0」と等しくなるときの布設船１０の潮流に対する相対速度である。なお、
本実施形態における「離底点張力Ｔｒ」とは、ケーブル２０が水底から離れる点におけるケーブル２０の張力のことをいう。具体的には、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）の閾値Ｖｒ０は、０．１ノット以上１０ノット以下、好ましくは１ノット以上５ノット以下である。

0063

制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるか否かによって、以下のように「距離制御」、「入水角制御」および「張力制御」の少なくともいずれかを選択する。

0064

（入水角制御Ｓ２００）
ここで、図７（ａ）は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満である場合の第１入水角αの範囲を示す図である。なお、図７（ａ）は、ケーブル２０の布設方向に対して垂直な方向から見た図である。

0065

図７（ａ）に示されているように、ケーブル２０が水底において所望の布設状態となるように、布設船１０によってケーブル２０を水底に布設する際の第１入水角αについて、所定の角度範囲（α１≦α＜α２）が予め設定されている。第１入水角αの所定の角度範囲は、例えばケーブル２０の水底に対する曲げ半径の許容範囲、ケーブル２０の水底の起伏に対する追従具合、またはケーブル２０の布設経路に対するケーブル２０の総布設時間等に基づいて設定される。

0066

上述のように、第１入水角αの下限値α１および上限値α２は、予め制御部４００の記憶装置に記録されている。具体的には、第１入水角αの角度範囲は、例えば、４５°≦α＜９０°、好ましくは６０°≦α＜８０°である。

0067

布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満であるとき、ケーブル２０の離底点張力Ｔｒが０となるときの第１入水角αで定義される「限界入水角α０」は、第１入水角αの上限値α２よりも大きい（α０＞α２）。したがって、布設船１０の潮
流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満であるとき、第１入水角αが所定の角度範囲内であれば、離底点張力Ｔｒは０より大きく、すなわちケーブル２０がループを形成することなく所望の曲げ半径で水底に布設される。なお、ここでいうケーブル２０の「ループ」とは、ケーブル２０がカテナリ長よりも長く繰り出されることによってケーブル２０により形成される円形状の撓みのことである。

0068

なお、図６に示したように、第１入水角αと、入水角計測部３５０が計測した船上入水角θとは、下記の式（６）を満たす。

0069

0070

潮流が生じている条件下で、第１入水角αが所定の角度範囲（α１≦α＜α２）内であるためには、時刻ｔとともに変化する潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βに応じて、すなわち式（６）で言えば時刻ｔとともに変化する第２入水角γに応じて、船上入水角θの角度範囲を変更していく必要がある。

0071

そこで、制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満であるとき（Ｓ１２０でＮｏ）、例えば以下のようにして、入水角計測部３５０が計測した船上入水角θが所定の角度範囲内となるように、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。

0072

（第２入水角γの算出Ｓ２１０）
まず、制御部４００は、位置計測部３１０が計測した布設船１０のケーブル２０の布設方向からの位置ｄｙと水深計測部３７０が計測した水深ｈとから第２入水角γ（＝ｔａｎ−１（ｄｙ／ｈ））を算出する。

0073

（船上入水角θ判断Ｓ２２０）
次に、制御部４００は、船上入水角θが第１入水角αについて設定された下限値α１および上限値α２と第２入水角γとに基づいて下記の式（１）を満たすか否かを判断する。

0074

0075

（船速度または繰り出し速度調整Ｓ２３０）
次に、制御部４００は、船上入水角θが式（１）を満たさないとき（Ｓ２２０でＮｏ）、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。例えば、船上入水角θが式（１）の左辺より小さくなったとき、制御部４００は、離底点張力Ｔｒが増加したと判断し、布設船１０の速度を降下させるよう駆動部１００を制御する、またはケーブル２０の繰り出し速度を上昇させるようケーブル繰り出し部２００を制御する。一方、例えば、船上入水角θが式（１）の右辺以上となったとき、制御部４００は、離底点張力Ｔｒが０に近づいたと判断し、布設船１０の速度を上昇させるよう駆動部１００を制御する、またはケーブル２０の繰り出し速度を降下させるようケーブル繰り出
し部２００を制御する。

0076

一方、制御部４００は、船上入水角θが式（１）を満たすとき（Ｓ２２０でＹｅｓ）、布設船１０の速度およびケーブル２０の繰り出し速度を維持するよう制御する。

0077

このようにして、ケーブル２０は、船上入水角θが式（１）を満たす所定の角度範囲内となるように、すなわち第１入水角αが所定の角度範囲内となるように水底に布設される。

0078

（張力制御Ｓ３００）
また、ケーブル２０が水底において所望の布設状態となるように、布設船１０によってケーブル２０を水底に布設する際において、ケーブル２０の水底における離底点張力Ｔｒについて、所定の範囲（Ｔｒ１≦Ｔｒ＜Ｔｒ２）が予め設定されている。離底点張力Ｔｒの所定の範囲は、例えばケーブル２０の水底に対する曲げ半径の許容範囲、ケーブル２０の水底の起伏に対する追従具合、またはケーブル２０の布設経路に対するケーブル２０の総布設時間、ケーブル２０の耐荷重、および布設船１０の耐張力限界等に基づいて設定される。

0079

上述のように、離底点張力Ｔｒの下限値Ｔｒ１および上限値Ｔｒ２は、予め制御部４００の記憶装置に記録されている。具体的には、離底点張力Ｔｒの範囲は、例えば５００ｋｇｆ以上３０００ｋｇｆ以下、好ましくは、１０００ｋｇｆ以上２０００ｋｇｆ以下である。

0080

ここで、図８（ａ）は、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合の鉛直上方向から見たときの張力および潮流粘性抵抗力を示す図であり、（ｂ）は、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合の水平方向から見たときの張力および潮流粘性抵抗力を示す図である。

0081

図８（ａ）および（ｂ）に示されているように、潮流が生じている条件下では、潮流によってケーブル２０に対して潮流粘性抵抗力が印加される。ケーブル２０の軸方向に垂直な方向の潮流粘性抵抗力Ｄｎは、以下の式（７）で求められる（単位ｋｇｆ）。

0082

0083

ただし、Ｃｄはケーブル２０の形状係数、Ｖｒ（ｔ）は上述のように布設船１０の潮流に対する相対速度（ｍ／ｓｅｃ）、ｄはケーブル２０の直径（ｍ）、ρは水（海水）の密度（ｋｇ・ｓｅｃ２／ｍ）、ｌｃはケーブル２０の布設船１０から水底までのカテナリ長（ｍ）である。

0084

なお、ここでいうケーブル２０の「カテナリ長ｌｃ」とは、少なくとも一端が支持されて自重によって弛んだケーブル等の線状部材が描く曲線の長さのことをいい、本実施形態におけるケーブル２０のカテナリ長ｌｃは、以下の式（８）で求められる。

0085

0086

ただし、Ｗはケーブル２０の単位長さ当たりの重量（ｋｇ／ｍ）である。

0087

図８（ａ）に示されているように、ケーブル２０の軸方向に垂直な方向の潮流粘性抵抗力Ｄｎのケーブル２０の布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈは、上述の布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）、および潮向流速計測部３６０が計測した潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βに基づいて、以下の式（２）で求められる。

0088

0089

なお、ケーブル２０の軸方向に垂直な方向の潮流粘性抵抗力Ｄｎのケーブル２０の布設方向に沿った方向の成分Ｄｎｃｏｓβは、ケーブル２０の揚力となるため無視することができる。

0090

一方、図８（ｂ）に示されているように、ケーブル２０の軸方向の潮流粘性抵抗力Ｄｔは、以下の式（９）で求められる。

0091

0092

このケーブル２０の軸方向の潮流粘性抵抗力Ｄｔは、ケーブル２０の船上張力Ｔ（ｔ）に対して非常に小さいので、無視することができる。なお、水深１００ｍの位置で、ケーブル２０の軸方向の潮流粘性抵抗力Ｄｔは、約１２０ｋｇｆ程度である。

0093

以上より、図８（ａ）に示されているように、ケーブル２０の船上張力Ｔ（ｔ）に影響を与え得る潮流抵抗力の成分は上記したＤｈのみであり、船上張力Ｔ（ｔ）、離底点張力Ｔｒおよび潮流抵抗力のケーブル２０の布設方向の成分Ｄｈは、以下の式（１０）の関係を満たす。
Ｔ（ｔ）＝√（Ｔｒ２＋Ｄｈ２） ・・・（１０）

0094

潮流が生じている条件下で、離底点張力Ｔｒが所定の範囲（Ｔｒ１≦Ｔｒ＜Ｔｒ２）内であるためには、時刻ｔとともに変化する潮流粘性抵抗力に応じて船上張力Ｔ（ｔ）の範囲を変更していく必要がある。

0095

そこで、制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満であるとき（Ｓ１２０でＮｏ）、例えば以下のようにして、張力計測部としてのケーブル繰り出し部２００が計測した船上張力Ｔ（ｔ）が所定の範囲内となるように、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。

0096

（潮流粘性抵抗力Ｄｈの算出Ｓ３１０）
まず、制御部４００は、ケーブル２０の軸方向に垂直な方向の潮流粘性抵抗力Ｄｎのケーブル２０の布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈを、上述の布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）、および潮向流速計測部３６０が計測した潮流のケーブル２０の布設方向に対する角度βに基づいて、上記の式（２）により算出する。

0097

このとき、式（２）には、ケーブル２０のカテナリ長ｌｃとして、例えば布設船１０によってケーブル２０が布設される布設経路における水底の最大深度ｈｍａｘから求められる最大カテナリ長ｌｃＭａｘが代入される。なお、最大カテナリ長ｌｃＭａｘは、式（８）から離底点張力Ｔｒに布設船１０が許容できる最大の離底点張力ＴｒＭａｘを代入し、水深ｈに布設船１０によってケーブル２０が布設される布設経路における水底の最大深度ｈＭａｘを代入することにより求められる。なお、布設船１０が許容できる最大の離底点張力ＴｒＭａｘ、および布設船１０によってケーブル２０が布設される布設経路における水底の最大深度ｈｍａｘは、事前に制御部４００の記憶装置に記録されている。

0098

（船上張力Ｔ（ｔ）判断Ｓ３２０）
次に、制御部４００は、船上張力Ｔ（ｔ）が、離底点張力Ｔｒについて設定された下限値Ｔｒ１および上限値Ｔｒ２と、ケーブル２０の軸方向に垂直な方向の潮流粘性抵抗力Ｄｎのケーブル２０の布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈとに基づいて下記の式（３）を満たすか否かを判断する。

0099

0100

（船速度または繰り出し速度調整Ｓ２３０）
次に、制御部４００は、船上張力Ｔ（ｔ）が式（３）を満たさないとき（Ｓ３２０でＮｏ）、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。例えば、船上張力Ｔ（ｔ）が式（３）の右辺以上となったとき、制御部４００は、布設船１０の速度を降下させるよう駆動部１００を制御する、またはケーブル２０の繰り出し速度を上昇させるようケーブル繰り出し部２００を制御する。一方、例えば、船上張力Ｔ（ｔ）が式（３）の左辺よりも小さくなったとき、制御部４００は、布設船１０の速度を上昇させるよう駆動部１００を制御する、またはケーブル２０の繰り出し速度を降下させるようケーブル繰り出し部２００を制御する。

0101

一方、制御部４００は、船上張力Ｔ（ｔ）が式（３）を満たすとき（Ｓ３２０でＹｅｓ）、布設船１０の速度およびケーブル２０の繰り出し速度を維持するよう制御する。

0102

このようにして、ケーブル２０は、船上張力Ｔ（ｔ）が式（３）を満たす所定の範囲内となるように、すなわち離底点張力Ｔｒが所定の範囲内となるように水底に布設される。

0103

（距離制御Ｓ４００）
ここで、図７（ｂ）を用い、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるとき（Ｓ１２０でＹｅｓ）について考える。図７（ｂ）は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上である場合の第１入水角αの範囲を示す図である。

0104

図７（ｂ）に示されているように、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるとき（Ｓ１２０でＹｅｓ）、ケーブル２０の離底点張力Ｔｒが０となるときの第１入水角αで定義される「限界入水角α０」は、第１入水角αの所定の角度範囲内に入ってしまう（α１≦α０＜α２）、または限界入水角α０が第１入水角αの下限値α１より小さくなってしまう（α０＜α１）ことがある。したがって、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるとき、第１入水角αが所定の角度範囲内となるように制御することが困難となったり、または第１入水角αが所定の角度範囲内となるように制御することができなかったりする可能性がある。

0105

そこで、制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるとき（Ｓ１２０でＹｅｓ）、例えば以下のようにして、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。

0106

（二点間移動距離計測Ｓ４１０）
まず、制御部４００は、位置計測部３１０が計測した布設船１０の２点の位置から移動距離ｘ（ｔ）を算出する。

0107

ここで、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）に対して、後述するケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）と比較するための基準距離ｘ０が予め定められている。布設船１０が基準距離ｘ０だけ進む間に、ケーブル２０は船尾シュータ２１０から水底まで確実に到達するように繰り出される必要がある。

0108

そこで、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０は、後述するケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）と比較するために、例えば布設船１０から水底までのケーブル２０のカテナリ長ｌｃに基づいて設定され、具体的には当該カテナリ長ｌｃよりも大きい値として設定される。

0109

本実施形態では、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０は、例えば布設船１０によってケーブル２０が布設される布設経路における水底の最大深度ｈｍａｘを上記の式（８）に代入することにより求められる最大カテナリ長ｌｃＭａｘに基づいて、設定される。

0110

布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０は、例えば以下の式（１１）を満たすように設定される。
ｘ０＞ｌｃＭａｘ＋ｒＧＰＳ＋ｒｃｏｕｎｔ ・・・（１１）
ただし、ｒＧＰＳは位置計測部３１０による相対的位置誤差の最大値であり、ｒｃｏｕｎｔは繰り出し長計測部３３０によるケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）の測定誤差である。

0111

具体的には、布設経路における水底の最大深度ｈＭａｘが１３８ｍであり、布設船１０が許容できる最大の離底点張力ＴｒＭａｘが２５００ｋｇであるとき、最大カテナリ長ｌｃＭａｘは１９０ｍである。また、位置計測部３１０による相対的位置誤差の最大値ｒＧＰＳは例えば０．１ｍであり、繰り出し長計測部３３０によるケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）の測定誤差ｒｃｏｕｎｔは例えばケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）に対して０．１％である。例えばケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）のスラック（余長）が最大カテナリ長ｌｃＭａｘの１％に設定されているとき、Ｌ（ｔ）＝１．０１ｌｃＭａｘである。以上の条件を式（１１）に代入することにより、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０は、例えば以下のように求められる。
ｘ０＞１９０．３（ｍ）
よって、この例では、ｘ０を例えば２００ｍとして設定すればよい。

0112

（ケーブル繰り出し長Ｌ（ｔ）の算出Ｓ４２０）
次に、制御部４００は、繰り出し長計測部３３０が計測した時刻ｔにおけるケーブル２０の繰り出し長ｌ（ｔ）に基づいて、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）が基準距離ｘ０となったときのケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）を算出する。ケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）は以下の式（１２）で求められる。
Ｌ（ｔ）＝ｌ（ｔ）−ｌ（ｔ−ｘ０／ｖｓ（ｔ）） ・・・（１２）

0113

（ケーブル繰り出し差判断Ｓ４３０）
次に、制御部４００は、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）が基準距離ｘ０となったときの上記の式（１２）から求められるケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）と、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）（＝ｘ０）との差で定義されるケーブル繰り出し差（Ｌ（ｔ）−ｘ０）が所定値以下となるか否かを判断する。

0114

本実施形態では、制御部４００は、例えば、ケーブル繰り出し差（Ｌ（ｔ）−ｘ０）が布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）（＝ｘ０）に対して所定比率ｋ内であるか否かを判断する。すなわち、以下の式（４）を満たすか否かを判断する。

0115

0116

式（４）における右辺のｋｘ０は、布設船１０の移動距離ｘ０に対するケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）のスラック（余長）であり、例えば布設経路長に対するケーブル２０の全長、ケーブル２０のコスト、ケーブル２０の水底の起伏に対する追従具合等に基づいて設定される。具体的には、ｋは例えば０．００１以上０．１以下であり、好ましくは、０．００５以上０．０２以下である。ｘ０＝２００ｍのとき、例えばｋｘ０は２ｍである。

0117

または、制御部４００は、例えば、ケーブル繰り出し差（Ｌ（ｔ）−ｘ０）が、ケーブル２０がループを形成する長さより小さいか否かを判断する。直径φのループを形成するために必要なケーブル２０の長さ（πφ）は、以下の式（１３）で与えられる。

0118

0119

ただし、ＥＩは、ケーブル２０の曲げ剛性（ｋｇ・ｍｍ２）である。

0120

本実施形態では、制御部４００は、例えば、ケーブル２０の離底点張力Ｔｒが布設船１０の許容できる最大の離底点張力ＴｒＭａｘとなるときにケーブル２０がループを形成する長さに基づいて、以下の式（５）を満たすか否かを判断する。

0121

0122

具体的には、ケーブル２０の曲げ剛性ＥＩが２．１×１０９ｋｇ・ｍｍ２であり、布設船１０の許容できるケーブル２０の最大の離底点張力ＴｒＭａｘが２５００ｋｇであるとき、ケーブル２０の形成されうるループの直径φは１．８３ｍであり、すなわちループを形成するために必要なケーブル２０の長さ（πφ）は、５．７ｍである。

0123

制御部４００は、例えば式（４）または式（５）のいずれか一方の厳しい条件、すなわち式（４）または式（５）のうち右辺の値が小さい方の条件を用い、ケーブル繰り出し差
（Ｌ（ｔ）−ｘ０）が式を満たすか否かを判断する。上記した例では、式（４）ではＬ（ｔ）−ｘ０＜２（ｍ）であり、式（５）ではＬ（ｔ）−ｘ０＜５．７（ｍ）であるため、式（５）よりも厳しい条件である式（４）の条件が用いられる。

0124

（船速度または繰り出し速度調整Ｓ４４０）
次に、制御部４００は、ケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が式（４）または式（５）を満たさないとき（Ｓ４３０でＮｏ）、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。

0125

例えば、ケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が式（４）または式（５）の右辺以上となったとき、制御部４００は、ケーブル２０を繰り出しすぎていると判断し、布設船１０の速度を上昇させるよう駆動部１００を制御する、またはケーブル２０の繰り出し速度を降下させるようケーブル繰り出し部２００を制御する。

0126

なお、制御部４００は、常にケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）が布設船１０の移動距離ｘ０に対して短くなることが無いように、すなわちケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が０以上となるように、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。例えば、ケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が０に近づいたとき、制御部４００は、ケーブル２０の繰り出しが十分でないと判断し、布設船１０の速度を降下させるよう駆動部１００を制御すること、およびケーブル２０の繰り出し速度を上昇させるようケーブル繰り出し部２００を制御することの少なくともいずれか一方を行う。

0127

なお、制御部４００は、ケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が式（４）または式（５）の右辺の値の定数倍（＜１）以上となったときに注意を促す警報を表示し、ケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が式（４）または式（５）の右辺の値以上となったときに異常を示す警報を表示してもよい。

0128

このようにして、ケーブル２０は、ケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が式（４）または式（５）を満たす所定の範囲内となるように水底に布設される。

0129

（終了判断Ｓ１６０）
次に、制御部４００は、以上の「入水角制御Ｓ２００」、「張力制御Ｓ３００」および「距離制御Ｓ４００」の少なくともいずれか一つによるケーブル２０の布設を終了するか否かを判断する。

0130

制御部４００は、ケーブル２０の布設を終了しないとき（Ｓ１６０でＮｏ）、「入水角制御Ｓ２００」、「張力制御Ｓ３００」および「距離制御Ｓ４００」のそれぞれにおいて判断の基準となる時刻ｔをｔ＋Δｔに更新し、相対速度判断Ｓ１２０以降の工程を行っていく。

0131

Δｔは、例えば各種計測に係る計測間隔であり、「入水角制御Ｓ２００」、「張力制御Ｓ３００」および「距離制御Ｓ４００」のそれぞれにおいて、Δｔの間にＳ２２０、Ｓ３２０およびＳ４３０に係る条件式を満たさない状態となり船速度または繰り出し速度調整（Ｓ２３０、Ｓ３３０またはＳ４４０）を行っても上記の条件式を満たすように調整することができなくなることがないように設定される。

0132

具体的には、距離制御Ｓ４００において、仮に布設船１０の移動を停止したままケーブル２０が繰り出されても、Δｔ間のケーブル２０の繰り出し長が、式（４）における右辺（布設船１０の移動距離の基準距離ｘ０に対するケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）のスラック：ｋｘ０）以上とならないように、Δｔが設定されることが好ましい。具体的には
、例えばケーブル２０が最大速度０．３３ｍ／ｓｅｃで繰り出されても、Δｔ間のケーブル２０の繰り出し長が布設船１０の移動距離の基準距離２００ｍに対して１％として設定されたケーブル２０のスラック２ｍ以上とならないように設定される。したがって、この例では、Δｔは６ｓｅｃ以下であればよい。例えばケーブル繰り出し差判断Ｓ４３０において、制御部４００が式（４）を満たさずケーブル２０の繰り出し異常であると判断してからケーブル繰り出し部２００によってケーブル２０の繰り出し速度を降下させるよう制御するまでのタイムラグを考慮して、Δｔは制御部４００での処理におけるプログラム上の最小時間間隔（例えば１ｓｅｃ）に設定される。

0133

一方、制御部４００は、ケーブル２０の布設を終了するとき（Ｓ１６０でＹｅｓ）、ケーブル２０の状態等の各種計測、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の制御を終了する。

0134

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態やその変形例によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

0135

（ａ）本実施形態によれば、制御部４００は、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）が基準距離ｘ０となったときのケーブル２０の繰り出し長Ｌ（ｔ）と布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）（＝ｘ０）との差で定義されるケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０が所定値以下となるように、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する距離制御Ｓ４００を行う。これにより、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合であっても水底にケーブル２０を安定的に布設することができる。

0136

これまで水底にケーブルを布設する際には、例えば布設船上においてケーブルが布設船から入水する入水角を計測したり、ケーブルの布設船上における張力としての船上張力を計測したりすることにより、水底におけるケーブルの状態、すなわちケーブルが水底から離れる点における離底点張力や、ケーブルの水底付近における曲率半径などを予測しながら、布設船の速度やケーブルの繰り出し速度を調整していた。

0137

一方で、海洋等では、潮流が常に変化している。布設船の移動する速度と潮流の速度との相対的速度が大きい場合、ケーブルは潮流によって流され潮流の影響を受けて布設船の移動方向とは逆方向に撓むことにより、ケーブルの入水角が見かけ上小さくなることがある。この場合、布設船における作業者は、離底点張力が大きくなったと判断して、ケーブルを多く繰り出すように調整することが考えられる。

0138

しかしながら、上記のように作業者がケーブルを多く繰り出すことによって、ケーブルが布設船から水底までのカテナリ長以上に余ってしまい、ケーブルの水底まで至る間にループが発生してしまう可能性がある。

0139

したがって、潮流が存在する状況下で、どのように布設船の速度やケーブルの繰り出し速度を調整し水底にケーブルを安定的に布設するかが重要となる。

0140

本実施形態によれば、制御部４００は、例えば距離制御Ｓ４００において、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）が基準距離ｘ０となったときのケーブル繰り出し差Ｌ（ｔ）−ｘ０に基づいて、駆動部１００およびケーブル繰り出し部２００の少なくともいずれか一つを制御する。ケーブル２０の見かけ上の入水角である船上入水角θに依存することなく、ケーブル２０の繰り出し長が適切な長さに管理される。これにより、ケーブル２０が布設船１０から水底までのカテナリ長ｌｃ以上に余ってしまうことが抑制され、ケーブル２０の水底まで至る間にループが発生してしまうことが抑制される。また、入水角制御Ｓ２００または張力制御Ｓ３００などに比較して、距離制御Ｓ４００を行う方が、布設経路に対して
最短のケーブル２０の繰り出し長でケーブル２０を布設することができる。以上のように、本実施形態によれば、ケーブル２０が潮流の影響を受けた場合であっても水底にケーブル２０を安定的に布設することができる。

0141

（ｂ）本実施形態によれば、制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるときに距離制御Ｓ４００を行い、相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満であるときに入水角制御Ｓ２００および張力制御Ｓ３００の少なくともいずれか一方を行う。布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が大きく入水角制御Ｓ２００および張力制御Ｓ３００が困難な場合には、距離制御Ｓ４００に切り替えることができる。これにより、経時的な潮流の変化に応じて適切な制御を選択することによって、水底にケーブル２０を安定的に布設することができる。

0142

（ｃ）本実施形態によれば、制御部４００は、入水角制御Ｓ２００において、船上入水角θを、第１入水角αについて設定された下限値α１および上限値α２と第２入水角γとに基づいて上記の式（１）を満たすように制御する。潮流が生じている条件下において、船上入水角θの角度範囲は、第１入水角αを所定の角度範囲内とするように、経時的に変化する潮流に応じて変更される。これにより、入水角制御Ｓ２００を行う場合であっても、潮流の影響を考慮してケーブル２０の見かけ上の入水角である船上入水角θの角度範囲を補正することによって、ケーブル２０を水底に安定的に布設することができる。

0143

（ｄ）本実施形態によれば、制御部４００は、張力制御Ｓ３００において、ケーブル２０の船上張力Ｔ（ｔ）を、離底点張力Ｔｒについて設定された下限値Ｔｒ１および上限値Ｔｒ２と潮流粘性抵抗力のケーブル２０の布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈとに基づいて上記の式（３）を満たすように制御する。潮流が生じている条件下において、ケーブル２０の船上張力Ｔ（ｔ）の範囲は、経時的に変化する潮流粘性抵抗力に応じて変更される。これにより、張力制御Ｓ３００を行う場合であっても、潮流の影響を考慮してケーブル２０の見かけ上の船上張力Ｔ（ｔ）の範囲を補正することによって、ケーブル２０を水底に安定的に布設することができる。

0144

＜本実施形態の変形例＞
上述の実施形態では、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）に基づいて、「入水角制御Ｓ２００」、「張力制御Ｓ３００」および「距離制御Ｓ４００」の少なくともいずれかを選択する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。

0145

以下の本実施形態の変形例は、布設船の潮流に対する相対速度に基づく判断を行わない点が上述の本実施形態と異なる。以下、本変形例では、上記した本実施形態と異なる要素についてのみ説明し、本実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、その説明を省略する。

0146

図９は、本実施形態の変形例に係る水底ケーブルの布設工程のフローを示す図である。図９に示されているように、船首調整Ｓ１１０の後には、布設船１０の潮流に対する相対速度に基づく判断を行わず、「距離制御Ｓ４００’」、「張力制御Ｓ３００’」および「入水角制御Ｓ２００’」が例えばこの順で行われる。

0147

「距離制御Ｓ４００’」、「張力制御Ｓ３００’」および「入水角制御Ｓ２００’」のそれぞれにおける制御は、上記実施形態における「入水角制御Ｓ２００」、「張力制御Ｓ３００」および「距離制御Ｓ４００」のそれぞれにおける制御と同様である。

0148

本実施形態によれば、制御部４００が、布設船の潮流に対するに関わらず、「距離制御Ｓ４００’」、「張力制御Ｓ３００’」および「入水角制御Ｓ２００’」の全ての制御を
行うことにより、式（１）、式（３）および式（４）（若しくは式（５））の全てを満たす最適な状態でケーブル２０を布設することができる。

0149

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

0150

上述の実施形態では、ケーブル繰り出し部２００が張力計測部を兼ねる場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。張力計測部はケーブル繰り出し部とは別に設けられていても良い。

0151

また、上述の実施形態では、制御部４００は、布設船１０の潮流に対する相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０以上であるときに距離制御Ｓ４００を行い、相対速度Ｖｒ（ｔ）が閾値Ｖｒ０未満であるときに入水角制御Ｓ２００および張力制御Ｓ３００の少なくともいずれか一方を行う場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。制御部は少なくとも距離制御を行えばよく、入水角制御および張力制御は行われなくてもよい。入水角制御および張力制御を行わない場合は、布設船の潮流に対する相対速度の閾値を０に設定したと考えればよい。

0152

また、上述の実施形態では、制御部４００は、ケーブル２０の布設方向に対する角度βに基づいて布設船１０の船首方向が潮流の方向に沿うように駆動部１００を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。船首調整において、船上張力の方向が離底点張力と潮流粘性抵抗力との合力の方向とつり合う（反対向きになる）ように船首方向を調整してもよい。

0153

また、上述の実施形態では、距離制御Ｓ４００において、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０を繰り出し長計測部のカウンタ誤差ｒｃｏｕｎｔを考慮して設定する場合について説明した。この繰り出し長計測部のカウンタ誤差に関して、繰り出し長計測部は、布設船の所定の移動距離ごとにケーブルのカウンタ誤差を補正するカウンタ誤差補正機能を有していても良い。

0154

また、上述の実施形態では、各種計測に係る計測間隔のΔｔが１ｓｅｃである場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。Δｔは、１ｓｅｃから９９９ｓｅｃまで可変とすることができる。

0155

また、上述の実施形態では、張力制御Ｓ３００において、潮流粘性抵抗力Ｄｎのケーブル２０の布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈを最大カテナリ長ｌｃＭａｘに基づいて算出し、船上張力Ｔ（ｔ）の範囲を設定する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。制御部が水深計測部により計測された時刻ｔとともに変化する水深ｈに基づいて式（８）から布設船から水底までのケーブルのカテナリ長ｌｃを算出することが可能である場合、潮流粘性抵抗力Ｄｎのケーブル２０の布設方向に垂直な方向の成分Ｄｈを時刻ｔにおけるケーブルのカテナリ長ｌｃに基づいて算出し、船上張力Ｔ（ｔ）の範囲を設定してもよい。

0156

また、上述の実施形態では、距離制御Ｓ４００において、布設船１０の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０が最大カテナリ長ｌｃＭａｘに基づいて設定される場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。制御部が水深計測部により計測された時刻ｔとともに変化する水深ｈに基づいて式（８）から布設船から水底までのケーブルのカテナリ長ｌｃを算出することが可能である場合、布設船の移動距離ｘ（ｔ）の基準距離ｘ０を、時刻ｔにおけるケーブルのカテナリ長ｌｃに基づいて経時的に変化させて設定しても
よい。

0157

また、上述の実施形態では、一つの制御部４００が、入水角制御Ｓ２００、張力制御Ｓ３００および距離制御Ｓ４００を行う場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。制御部は入水角制御を行う入水角制御手段、張力制御を行う張力制御手段、および距離制御を行う距離制御手段を含んでいたり、制御部はそれらの手段に分かれていたりしてもよい。

0158

１０布設船
２０ケーブル
１００ 駆動部
２００ケーブル繰り出し部
２１０船尾シュータ
２２０ウインチ
２３０ブレーキ
２４０やぐら
２５０ケーブルコイル
３１０位置計測部
３２０船首方向計測部
３３０繰り出し長計測部
３４０ ケーブルカウンタ
３５０入水角計測部
３６０潮向流速計測部
３７０水深計測部
４００ 制御部