#include <stdio.h>
みなさんこんばんは！
最近、パソコンのバッテリーがバッテリーとして機能してくれなくて割と困っているのむさんです( ´ ▽ ` )ﾉ
マジで…ヤベェ……(((;°▽°))
ってことで、今日は二級海技士(航海)の第三弾！！
電磁ログと航路標識を攻略していきます！！
main(void){
そもそもログとはなんなのか？っていいますと…
船の速力を測る航海計器の一つです。
って言っても、船の速力って2つあるんですよね(笑)
それが｢
対地速力｣と｢
対水速力｣です。
まぁ、船乗りを目指している人なら知ってて当然ですよね(´･∀･)
ですが、一応説明しておきましょう！
対地速力とは地面に対する速力で、対水速力とは水面に対する速力です。
船ならではでの違いですよね( ´∀`)ﾊﾊﾊ
具体的にどう違うかというと…図で説明しましょう(笑)
はい！
船が20ktで右へ進んでます。
この20ktが対水速力です。
で、この海域では左方向に5ktの潮流があるようです。
つまり船の実速力は20ktー5kt＝15ktです。
この15ktが対地速力となっています。
そんでもってですね、ログにもいろんな種類があるんです！
例えば、二級海技士に出てくる｢電磁ログ｣とか｢ドップラーログ｣とか、もう使われてない「ハンドログ｣とか｢ログライン｣とか…
あと、速力を求めるものにはログ以外にも｢マイルポスト｣ってものがあったりしますが、これは絶滅危惧種なので覚える必要はない気もします(笑)
今回は二級海技士の攻略なので電磁ログとドップラーログに着目して解説します。
ちなみに三級海技士の問題にはログの他に音響測深器の問題も出てますがそれには触れない方針でいきますね(笑)
printf("電磁ログ¥n");
電磁ログというのは言葉のまんまで、電磁を利用したログのことです。
要するに、電磁石を使って船速を調べようって感じです。
ちなみに船速というのは、ここでは対水速力の方です。
具体的に説明するにあたって2つの用語を説明しときますね！
一つ目は｢ファラデーの電磁誘導の法則｣です。
簡単に言うと、｢磁界を横切るような運動をする導体がある時、その導体に誘起電圧が発生する｣って感じです。
つまり、筒状のコイルの中で磁石を動かすと発電できるといった中学理科の説明を専門的な言い方にしただけですね(笑)
二つ目は｢フレミングの右手の法則｣です。
これは誘起電力の方向を右手の親指、人差し指、中指で示したものです。
親指が運動の方向、人差し指が磁界の方向、中指が誘起電力の方向です。
この二つを前提に、電磁ログの図を描いてみようと思います！！
電磁ログはこんな形をしています！
といっても、これは電磁ログの測定桿の拡大図なんですけどね。
これが船底に付いているとイメージしといてください。
ちなみに収納可能です(笑)
で、絶縁体の外皮の中に電磁石が入っていて、それに二つの電極が付いています。
片方は電源に、もう片方は増幅器に繋がっています。
この二つはどちらも上方向に向かってますが…どう考えても違いますね(笑)
おそらく電源は下方向だと思います…
僕を信じるか、海技士徹底攻略問題集を信じるかはあなた次第っ！！
はい、増幅器の説明はしなくてもわかると思いますが、どう考えても誘起電圧を増幅して計測しやすくするためのものですよね…
それでですね、誘起電力方向は右の図の通りです。
電磁ログの導体は海水です。
なので、導体の運動は船の進行方向と逆方向になります。
ここから誘起電力を求めるんですが、誘起電力(E)は船速(v)に比例します。
E＝k・d・B・v
で表されます。
k：比例定数、d：電極の間隔、B：磁束密度
そんでもって、おそらく比例定数は10^ｰ8であるから、
E＝d(cm)・B(ガウス)・v(cm/sec)・10^ｰ8 ［volt］
であるはず！(自信はない)
まぁ、試験の時は前者の方の公式だけ覚えとけばNO問題だと思います！
ちなみに、電磁ログは海水の電気的性質とか塩分とか温度とかで影響を受けないようなので、かなり精密かつ安定した測定結果がわかります。
わかるんですが、安定の誤差もあります(笑)
ですが、電磁ログは優秀なので電気的な調整を行い、誤差を打ち消してます。
なので、引き続き調整の紹介をしていこうと思います！
・零点調整
簡単にいうと、速力が0でも配線とかの外力とかの影響で速力が0と表示されません。
それを調整して0にするのが偉大なる零点調整です！
一定速力誤差を消去する調整だと考えても間違いではないと思います。
・感度差調整
これは昔の名残で、最近は使われてないかも…
というのも、昔は測定桿の感度が一定じゃなかったから速力に対する発電電圧に異差があったそうな(´･_･`)
それを一定にするための調整です。
・傾度調整
速力に比例して起こる速力指示誤差を調整してます！
・中間誤差調整
感受部に対する海水の速力は必ずしも船の対水速力に比例しないようです…
その不均等な速力指示誤差をいい感じに均等にするための調整です！
まとめると…
こんな感じになります！
縦軸が計器に指示された速度、横軸が実速度です。
ねっ！中間誤差調整のおかげでいい感じにまっすぐになったでしょ(笑)
printf("ドップラーログ");
ドップラーログって言ったけど、ぶっちゃけどうなんだろうね？
性能がほとんどドップラーソナー同じだからなぁ…
専門書によるとドップラーログとドップラーソナーは別のものみたいな感じで書かれてたけど、ネットだと同じものみたいに書かれてるし…(。-`ω´-)ﾝｰ
まぁ、気にせずいきますか(笑)
ドップラーログとは、ドップラー効果を利用して船速を求める航海計器です！
どのように利用しているのかと言うと、船底から海底へ向けて超音波を出して、帰ってきた波長の長さをみて船速を測るのです。
例えば、船が前進中に船首方向に音波を発射すれば、反射物に近づいているので反射してきた超音波の波長は短くなります。
その変化の割合とかから船速を割り出しています。
どんなドップラーログさんですが、他のログとはレヴェルが違います！
なんとっ！！
対地速力が測定できます！！
やばいっすね( ´∀`)ﾊﾊﾊ
まぁ、形式によるそうです(笑)
なんで対地速力が測定できるのかと言うと、海底からの反射を利用しているからです。
だいたいわかりますよね！
ちなみに水深150〜200mほどまでしか対地速力はわからないそうです(それ以降は対水速力がわかります)。
海の平均水深が約3800mだと考えると、｢あんますごくないじゃん｣って思っちゃいますよね
しかーーーしっ！
ドップラーログはまだまだすごいんだぞ！！
後進速度の測定ができる(電磁ログもできますが…)だけでなく、低速時での精度がめちゃんこいいのです！！
なんと、0.02Nt,1cm/sなんだとか！
他にも、形式によりますが左右方向の速度成分が検出できるそうです。
この機能は接岸時にとっても便利らしいですね。
基本的に超音波が海底に届けば使える優れものなので、ぜひ使いこなせるようになりたいっ！！
続いて、精度のお話をしておきます。
誤差ではないのですが、ドップラーログの精度を脅かすものがいくつかあります。
とりあえず、大きく分けて3種類。
・海水によるもの
やっぱり、音波を使っているので海水の温度とか塩分濃度とか圧力とかによって音速が変わってきます。
まぁ、温度によるものは自動で補正されます。
塩分に関しては濃度の分布がだいたい地域によってわかっているので、手動で補正すれば打ち消せます。
圧力によるものは、小さいので無視できるくらいなんだとか。
また、水塊があったり魚群がいると正しくない数値が出力されちゃうようです。
・船体の上下動や動揺
これはペアービームと言うものでなんとかなってます。
ペアービームっていうのは、超音波を船首方向と船尾方向に同時に出す方式です。
これを使うと、誤差成分が信号処理によって相殺できます。
これは、ドップラーログの原理を説明するときに数式によって証明します。
・船体の傾斜によるもの
左右の傾斜に関してはなかったと思います。(左右方向にも超音波を出しているため)
ですが、トリムの変化は厳しいようです。
トリムが2、3°までは自動補正でなんとかなるようですが、それ以上はやばいらしいです。
ドップラーログの弱点ですね。
最後に、ドップラーログの原理を説明しときます。
とりあえず、図をみといてください。
まずは速力検出の原理から！
まず前提として、超音波の発射時の周波数をf0、受信時(海底からの反射後)の周波数をfr、海水中の超音波の伝搬速度をC,超音波の水平面からの角度をθ、相対速度をvとします。
この時、反射時の周波数の変化(以降、ドップラーシフト)をΔfとすると、
Δf＝frーf0
この時、frは
fr＝f0・(c＋v)/(cーv)≒f0[1＋2v/c]
よって、
Δf＝2f0v・cosθ/c
となり、Δfがわかれば速力が求まります。
で、ドップラーログはペアビームを用いているのを考慮して、さらに数式を連ねると前後の速度と上下運動が打ち消されていることがわかります。
再び前提として、船の上下の速度をu、先ほどのfrを前後に分けて、船首方向の反射波をf1、船尾方向の反射波をf2、θも同様に、船首方向はθ1、船尾方向はθ2とします。
この時当然ながらドップラー効果によってf1＞f0、f2＜f0となることは百も承知ですよね(。-∀-)？
この時、船首方向へのドップラーシフト(Δf1)は速力の原理より
Δf1＝2f0・(v・cosθ1ーu・sinθ1)/c
同様に、船尾方向へのドップラーシフト(Δf2)は
Δf2＝2f0・(ーv・cosθ2ーu・sinθ2)/c
後方に飛ばしてるので、vが負になることに注意です！
この時、速度は
Δf1ーΔf2
で表されます。
計算すると(丁寧に行きます)
2f0・(v・cosθ1ーu・sinθ1)/cー2f0・(ーv・cosθ2ーu・sinθ2)/c
＝2f0/c・(v・cosθ1ーu・sinθ1＋v・cosθ2＋u・sinθ2)
ここでカミングアウトしますが、θ1とθ2は同値です(笑)
なので…
2f0/c・(2v・cosθ)
＝4f0v/c・cosθ
となります。
ここからは余談になりますが、試験問題には速力の原理と上下運動の誤差の補正に関する問題が出てます。
頻度的に、そろそろ補正の方の問題が出ると思いますが、僕は新問としてそろそろ速度の原理の問題が出るのでは？と踏んでいます。
速度の原理は補正の原理とほとんど変わりませんが、幾分かは楽です！
上下運動を考慮しなくていいので、
Δf1＝f0＋Δf
Δf2＝f0ーΔf
となり、
Δf1ーΔf2＝f0＋2f0v・cosθ/cーf0＋2f0v・cosθ/c
＝4f0v/c・cosθ
といった感じに求められるのでヨユーですねd(^-')
int num = 航路標識;
やっと後半戦ですね(笑)
実は二級の航路標識の問題ってかなり簡単なんですよね…
三級の勉強をしてた時に地獄のような思いをした人にとっては、サービス問題になっています。
まぁとりあえず、航路標識がなんなのかから行きますか…
航路標識とは、陸でいう信号とか道路標識高です。
基本的に、標識の側が危険か安全か、船位の参考になるものか、情報をくれるものしかありません。
航路標識なんですが、IALA海上浮標式が大きく関わっています。
IALAはA地域とB地域の二つにわかれており、国ごとに方式が違います。
ちなみに日本はB地域です。
AとBで何が違うのかっていうと左舷標識と右舷標識の色が違う、それだけです。
A地域が左が赤で右が緑、B地域が左が緑で右が赤となっています。
船の右舷灯が緑、左舷灯が赤なので、明らかB地域がやらかしちゃってるって思っているのは僕一人じゃないはず…
ちなみにB地域を用いてる国は日本以外に、アメリカ、カナダ、チリ、ブラジル、韓国、フィリピンなど！
基本的に南北アメリカとアジアの一部がB地域でそれ以外がA地域らしいです。
まじ、統一しろよ(笑)
if (num == 二級に出てくる航路標識){
腐っても二級攻略をメインにしているので、二級に出てくる航路標識を紹介します。
といっても、方位標識と安全水域標識と孤立障害標識の灯質を問う問題しかないという…
そして出題頻度も多くないので、出たら本当にラッキーな問題だよ(笑)
ちなみに、ここからあとは全てB地域のお話となります。
・方位標識の灯質
北方位標識：白色の連続急閃光
南方位標識：白色の群急閃光(毎15秒に6急閃光と1長閃光)
東方位標識：白色の群急閃光(毎10秒に3急閃光)
西方位標識：白色の群急閃光(毎15秒に9急閃光)
・安全水域標識の灯質
等明暗光(明2秒、暗2秒)、モールス符号(毎8秒にA)、長閃光(毎10秒に1閃光)のいずれか
・孤立障害標識の灯質
白色の群閃光(毎5秒または毎10秒に2閃光)
という感じです。
詳しくは、続きを読めばわかります。
else if(num == その他の航路標識){
ここでは、航路標識を図と一緒に紹介します。
ちなみに図はイメージで、大体の形を示します。
また、ボールペンの関係で黄色がオレンジ、緑が青になってるので、脳内変換お願いします(笑)
あと、斜線部は塗りつぶしだと思っといてください。
・方位標識
意味としては、標識の方位側に可航水域や航路の出入り口、屈曲点、分岐点がある。もしくはその方位の反対側に岩礁などの障害物があることを示します。
・左、右絃標識
標識の位置が航路または可航水域の左・右側の端を示します。
ちなみに、左右は水源に向かって定義されるよ☆
・橋梁標
中央標(C標)：橋梁下の可航水域または航路の中央を示します。
右側端標：左側に可航水域及び、右側に航路の端があることを示します。
左側端標：右側に可航水域及び、左側に航路の橋があることを示します。
橋脚灯(P標)：橋脚の存在を示します。
・安全水域標識
標識の周囲に可航水域がある。もしくは標識の位置が航路の中央であることを示します。
・孤立障害標識
小さな障害物を示します。
・特殊標識
工事区域、土砂捨場、パイプラインなどの標示及び海洋データ収集施設のような特定の目的を示します。
・潮流信号所
潮流の情報を電光掲示板に表示します。
潮流の方向：N及びSまたはE及びWで示されます。
流速：数字が表示され、その数字ktの流速があることを示します。
流れの状況：潮流が早くなること及び潮流が遅くなることを↑、↓で示し、流れの周期を×で示します。
流れの周期とは、転流前後の10分間のことをさします。
・船舶通行信号所
船舶の輻輳する海域において、海上の情報ををレーダーやテレビカメラなどによって収集し、それらの情報をVHFや電光掲示板、インターネットなどの手段により船舶に伝える施設です。
大体はこんな感じですね。
これはもう覚えるしかない！！
暗記科目ですね(笑)
return 0;
今回はここで終わりです！
想像以上に時間がかかってしまった…
次回からは地文航法です。
地文航法は2回に分けてアップしていきたいと思います。
1回：海図、流潮航法、船位測定、避険線、船位誤差
2回：漸長緯度航法、大圏航法、中分緯度航法
でいきます。
ってことで、お疲れ様でした！
良い夜を( ･∀･)ﾉｼ
参考文献
海技士2N徹底攻略問題集(海文堂)
基礎航海計器(米澤弓雄 著)
