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1 海洋情報フォーラム平成 26 年 3 月 27 日 防災分野での GPS 海洋ブイの取組み 日立造船株式会社

2 日立造船の概要 GPS 衛星 創業 1881( 明治 14) 年, 大阪鉄工所を創業 創業者 英国人 E.H. ハンター 国内拠点 本社 ( 大阪南港 ), 東京本社, 有明工場, 堺工場等 代表者 取締役社長兼 COO 谷所敬 資本金 45,442 百円 (2013 年 3 月 31 日現在 ) 事業内容 環境装置 プラント 機械 プロセス機器 インフラ設備 防災システム 精密機械等の設計 製作等 売上高 連結 :296,792 百万円 (2013 年 3 月期 ) 従業員数 連結 :9,039 名 (2013 年 3 月 31 日現在 ) E.H. ハンター ごみ焼却発電設備造水プラント設備舶用ディーゼルエンジンシールド掘進機 1

3 防災 海洋関連の製品 海底設置型フラップゲート陸上設置型 neo RiSe GPS 測位システム 鋼板セル ( 護岸 防波堤 ) 旋回式浮体橋 沈埋函 2

4 GPS 海洋ブイの概要 GPS 衛星 GPS 衛星 陸上局 ( 基準点 ) 基準点の測位 RTK-GPS 補正データ観測データ 観測点の測位 GPS 海洋観測ブイ 20km RTK (Real Time Kinematic) 測位 数 cm オーダの測位精度 観測センター GPS 測位により 海面変動によるブイの変位量をリアルタイムで高精度測位 観測データは無線通信で陸上にリアルタイム送信 沖合の波浪 潮位 津波を観測 3

5 GPS 海洋ブイの開発経緯 東大 地震研と共同で相模湾実証試験を実施 潮位変動観測 基本機能の可能性を確認 東大 地震研と共同で大船渡沖実証試験を実施 無線によるリアルタイム通信 ネット配信を実現 十勝沖地震津波を観測 ( 大船渡沖実験ブイ ) 相模湾油壺沖 (1998 年 3 月 ) 東大地震研 ( 独 ) 港空研 ( 財 ) 人と防災未来センターと共同で室戸沖実証試験を実施 東海道沖地震津波を観測 ( 室戸沖実証試験ブイ ) 港湾局にGPS 波浪計として第 1 2 号機を納入 ( 岩手南部沖 宮城中部沖 ) 東大地震研 高知高専 ( 独 ) 港空研 東北大と共同で GPSブイを用いた津波 波浪防災システムの総合的研究 を室戸沖で実施 チリ地震津波を観測 東北地方太平洋沖地震津波を観測 PPP-AR 型 GPS 海洋ブイの開発を開始 PPP-AR 型 GPS 海洋ブイの実証実験機を製作 室戸沖 (2004 年 4 月 ~2006 年 3 月 2008 年 4 月 ~2011 年 11 月 ) 4

6 室戸沖 GPS 海洋ブイ実証実験機の概要 ブイ本体 ブイ直径 4.5m ブイ高さ 17.2m 無線アンテナ GPS アンテナ 風向 風速計 ブイ重量 38 トン 観測項目 波浪 ソーラーパネル 潮位 流向 流速計 津波 風向 風速 水温 流向 流速 チェーン : 348m 気温 気圧 水深 : 132m 室戸沖 GPS 海洋ブイ実証実験機 ( 沖合約 13km に設置 2011 年 11 月撤去 ) ダンフォースアンカー : 27 トン 5

7 室戸沖 GPS 海洋ブイ実証実験機の設置 起重機船への艤装 チェーン アンカー設置 ブイ着水 6

8 国交省港湾局 GPS 波浪計の設置状況 波浪観測を目的として日本沿岸約 20km 沖に 16 基設置 H18 年度設置 (2 基 ) H19 年度設置 (6 基 ) H20 年度設置 (3 基 ) H21 年度設置 (1 基 ) H22 年度設置 (3 基 ) H25 年度設置 (1 基 ) 青森西岸沖 秋田県沖 山形県沖 青森東岸沖 岩手北部沖岩手中部沖岩手南部沖宮城北部沖宮城中部沖 福島県沖 高知西部沖 静岡御前崎沖伊勢湾口沖三重尾鷲沖和歌山南西沖徳島海陽沖 出典 : 国土交通省 HP 観測データはナウファスの Web サイトで公開されています 7

9 GPS 波浪計による津波観測 東北地方太平洋沖地震津波の観測結果 4m 岩手北部沖 6.3m GPS 波浪計参照 : 国土交通省 HP 震源地 岩手中部沖 6.7m 岩手南部沖 5.7m 宮城北部沖宮城中部沖福島県沖三重尾鷲沖和歌山南西沖徳島海陽沖 2011 年 3 月 11 日 2.6m 時時時時時参照 : 港湾空港技術研究所 HP 本データは 国土交通省港湾局で観測 港湾空港技術研究所で解析 8

10 GPS 波浪計による津波観測 25 分 10 分沿岸到達 参照 : 港湾空港技術研究所 HP 本データは 国土交通省港湾局で観測 港湾空港技術研究所で解析 14 時 49 分 : 気象庁が津波警報を発表 ( 宮城予報 6m) 15 時 11 分 : 釜石沖 GPS 波浪計で 6.6m の津波を観測 15 時 14 分 : 気象庁が津波警報を更新 ( 宮城予報 10m 以上 ) 9

11 PPP-AR 型 GPS 海洋ブイの開発の経緯 東日本大震災の教訓 1 津波をもっと沖合で観測したい RTK 測位は沖合 20Km の制限がある 2 地震により陸上局が地盤沈下の影響を受ける RTK 測位の精度が悪くなる 3 陸上の通信 電源インフラが途絶えた場合 陸上局から観測データが送信できない PPP-AR 型 GPS 海洋ブイの開発 人工衛星 解析結果 補正データ 補正データ 解析結果 PPP-AR 解析 GPS 海洋ブイ 100km 解析センター 補正データ生成 1PPP-AR による沖合 100km の津波観測 2 地震地域以外の基準局データの利用 3 衛星通信によるデータ伝送 補正網データ 10

12 PPP-AR 測位の概要 PPP-AR:Precise Point Positioning with Ambiguity Resolution 基準点が不要の精密単独測位をベースに 衛星や搬送波初期位相に関する補正情報を与えることで 距離によらない高精度な測位が可能 GPS 衛星 電離層 対流圏 基準局網 移動局 制御局 GPS データ GPS アンテナ GPS 受信ユニット 基準局網から約 1,000km 離れていても補正情報をもとに高精度測位を実現! 補正情報 精密暦 ( 衛星の軌道 時計 ) IGS (International GNSS Service) 座標既知の基準局で得た GPS データ +IGS 精密暦 衛星時計 受信機時計 GPS 衛星 ( 回路 アンテナ等 ) のハード依存の遅延量を推定 この誤差量も考慮して精密暦の衛星時計を修正し 補正情報として移動局に送信する 移動局では衛星時計 受信機時計 GPS 衛星 ( 回路 アンテナ等 ) のハード依存の遅延量がわかれば 解が求まる この遅延量は 地上の影響によらないGPS 衛星自体のものなので 移動局と基準局で共通の GPS 衛星が観測できれば解を求めることができる 11

13 PPP-AR 測位の特徴 北日本網 中日本網 西日本網 全国網 測位方式測位誤差測位エリア PPP-AR RTK 水平 :±1~3cm 垂直 :±2~5cm 水平 :±1~3cm 垂直 :±2~5cm 1000km 相当 ( 実績 ) 基準点 ~ 20km リアルタイムで RTK と同等の精度で測位 補正網から超長距離エリアで測位 複数の補正網構成例 補正網中心から 1000km PPP-AR では 測位可能領域が 1000km と広いので 地震の影響を受けていない地域において 正確な補正情報を生成し 適用することが可能 従来 困難であった海上での高精度測位が可能になる これにより ブイや資源探査 船舶航行管理などへの適用が可能 12

14 PPP-AR の実証実験 (RTK との比較 ) 補正網は 北海道と東北地方の電子基準点 ( 下図赤丸 ) を利用 1,000km 程度離れた室戸沖 GPS 海洋ブイで RTK と PPP-AR を比較 RTK-GPS GPS 海洋ブイ ( 沖合約 36k m) PPP-AR UTC 2011/10/26 13

15 従来型と新型の実験機との比較 ポリエチレン製浮体と繊維ロープの採用 小型化 軽量化 PPP-AR 測位と衛星通信の採用 100km 沖合設置が可能 従来型 新型 GPS 海洋ブイの仕様 主要材質測位方式データ伝送離岸距離係留索 直径高さ重量 構造用鋼材 RTK-GPS 測位無線 20km 程度チェーン ワイヤーケーブル 5m 19m 48t ポリエチレン樹脂 アルミ PPP-AR 測位衛星通信 100km 程度チェーン 繊維ロープ 3.6m 11.1m 4.9t 14

16 GPS 海洋ブイの課題と今後の予定 GPS 海洋ブイの課題 安定した長期の運用 観測の実施 衝突対策 遠隔モニタリング メンテナンス技術の向上 電源の安定供給 海外展開の課題 対象国での実績 通信インフラの確保 盗難対策 運用 メンテナンス体制の構築 総合的な防災システムとしての提案 国 公共機関との連携 支援 PPP-AR 測位による観測システム ( イメージ図 ) 今後の予定 PPP-AR 型 GPS 海洋ブイの国内実証実験 (H26 年度 ) チリ インドネシア等 海外での実証実験 15

GPS 海洋ブイの概要 GPS 衛星 GPS 衛星 陸上局 ( 基準点 ) 基準点の測位 RTK-GPS 補正データ 観測データ 観測点の測位 GPS 海洋観測ブイ 20km RTK (Real Time Kinematic) 測位 数 cm オーダの測位精度 観測センター GPS 測位により 海面

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