音波伝搬時間計測と数値海洋モデルによる高精度流況モニタリングシステムの構築

利用声波传播时间测量和数值海洋模型构建高精度流量监测系统

• 批准号: 20K14964
• 负责人: 谷口 直和
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14964/
• 关键词: 流速場モニタリング; 双方向音波送受信; 高精度流速場推定; 音波伝搬時間; 数値海洋モデル

本研究の目的は、数値海洋モデルを音波送受信データから得られる経路平均流速にデータ 同化させた、高精度沿岸流速分布の準リアルタイムモニタリングシステムの構築であり、本研究では、瀬戸内海の約100平方キロメートル程度までの比較的小領域の湾や灘へ適用できるシステムを目指した。本年度は、まず、搬送波周波数18kHzで動作する音波送受信装置を4台製作した。その際に、本研究の前年に行った予備実験で生じた装置の送信回路トラブルを解決し、装置の安定性を向上させた。予備実験と同じ海域（三原瀬戸）に製作した4台の装置を設置し（忠海二窓港、大久野島フェリー桟橋、幸崎西漁港、大三島常石造船ドック跡地（盛港堤防に変更））、約2か月間音波送受信実験をおこない、得られた音波送受信データを解析し、経路平均流速を算出した。実験期間中の2日間に、後方散乱信号のドップラー効果を利用した超音波流速計（ADCP）を使った曳航流速計測を行い、音波送受信から得られた流速とADCPから得られた結果を比較した。双方向音波送受信を用いた流速計測法を、ADCPを使った曳航観測結果と比較し、高い再現性を示すことを確認した。双方向音波送受信から得られた流速は、複雑な地形形状に起因する半日周潮よりもはるかに短い周期の流速変動を捉えていた。また、定期的にパルス状の流速変化が現れる事も捉えていた。双方向音波送受信をもちいた流速計測は、短時間変動を長期的に計測できるため、時々刻々と複雑に潮流が変化する海域の流速変動を効率的に把握できる。数値海洋モデルを音波送受信データから得られる経路平均流速にデータ同化させることで、高精度沿岸流速分布の準リアルタイムモニタリングシステムを構築できると考える。

这项研究的目的是构建具有高精度沿海流速分布的近实时监测系统，该系统使用数值海洋模型来吸收从声波传输和接收数据中获得的平均路径速度。这项研究旨在创建一个可以应用于相对较小的海湾和海洋区域的系统，最高约100平方公里。今年，我们首先制造了四个声波传输和接收设备，这些设备以18kHz的载体频率运行。目前，在解决这项研究前一年进行的初步实验中发生的设备传输电路问题，并提高了设备​​稳定性。与初步实验（Mihara Seto）在同一海面安装了四个设备（Tadaumi Nimado港口，Okunojima Ferry Pier，Kozaki Nishi渔港，以及Omishima Tsuneishi ShipBuild的前地点接收数据和路线平均流速度计算。在实验期间的两天中，使用反向散射信号的多普勒效应测量了拖曳流速度，并将从声传变和接收的流速度与从ADCP获得的结果进行比较。将使用双向声传输和接收的流速测量方法与使用ADCP的拖曳观察结果进行了比较，并证实它表现出很高的可重复性。由于复杂的地形几何形状，从双向声音传递和接收捕获的流速度的周期性波动获得的流速捕获的周期性波动均短得多。他还观察到发生了周期性的脉冲流速变化。使用双向声音传播和接收的流速测量值可以长期测量短期波动，从而使您有效地掌握了海洋地区的流速波动，在这种情况下，当前复杂性不时地变化。通过将数值海洋模型吸收到从声波传输和接收数据中获得的平均流速度中，人们认为可以构建具有高精度沿海流速分布的近实时监测系统。

项目成果

A reciprocal acoustic transmission experiment for precise observations of tidal currents in a shallow sea

• DOI: 10.1016/j.oceaneng.2020.108292
• 发表时间: 2020-10
• 期刊: Ocean Engineering
• 影响因子: 5
• 作者: N. Taniguchi;Toshiyuki Takahashi;Kengo Yoshiki;H. Yamamoto;Aruni Dinan Hanifa;Y. Sakuno;Hidemi Mutsuda-Hidemi