海上技術安全研究所報告潤滑油軽　油第6巻Ａ重油蛍光強度（ａｒｂｉｔ．） 700 600 500 400 300 200 100 0 420 440 460 480 500 波長（ｎｍ）図4.10 油の識別例 (3) 海面下の油の検知海面に浮かんだ油の検知は問題なく可能であるが、荒天時に油が海面下に潜り発見できないといわれている 15) 、また、エリカ号重油流出事故では事故後に海底に沈んだ油が潜水艇で確認されている。３５５ｎｍﾚｰｻﾞﾋﾞｰﾑ φ16m φ6m 33.6ｍ深海水槽ﾀｰｹﾞｯﾄ 405nm 水のラマン散乱 486nm 光第4号特集号（平成 18 年度）基調論文 45 YAG レーザの第２高調波532nm であるグリーンレーザは海水による減衰が小さく海底地形探査に使われている。文献調査や測深実験により、以下の検討結果が得られた。 ①グリーンレーザは海水の濁度によって測定できる水深が異なる。 ②海面下の潜った油は海底からの反射信号との差から計測可能である。 ③グリーンレーザでは蛍光情報が得られないため、海底に沈んだ油は泥などとの判別が難しい。そこで、紫外レーザ355nm が利用できれば水深と蛍光を同時に計測することができる。その可能性を調べるため、深海水槽において観測実験を行った。水槽の底に石英ガラスと真鍮で構成される容器に収納されたプリンター用紙をターゲットとして、紫外レーザビームによる蛍光と水深の計測を行った。図 4.11にその結果を示す。これは水深33.6m における計測例で、清水の場合、ターゲットの蛍光が観測されることが確認された。これは、荒天時に海面下に潜った油や沈んだ油に関する検知の可能性を示すものである。 4.1.3 フォトマル受信機の開発海面反射レーザ散乱光をトリガー信号として用いる計測系において、計測系の各要素の持つ時間遅れ100～300ns によるタイミング不良を解消し、レーザ入射から数 ns で発光する蛍光の画像を鮮明に計測するためのフォトマル受信機を開発した。フォトマル受信機を使用し、受光系の自動計測を検証した。受光系は、フォトマルセンサ、フォトマル受信機、多波長蛍光計測装置で構成される。実験は当所構内の道路上で、ベニア板に張り付けたプリンター用紙をターゲットとし、観測距離 100～350m で実施された。これは、ヘリコプターへの搭載を模擬した実験である。レーザは単独制御とし、内部ト 33.6m 水面　435nm 図4.11 水深 33.6m の蛍光 441nm 水深33.6m における蛍光の計測例図4.12 フォトマル受信機による自動計測 (445) 46 リガ4Hz でビームが発射される。ターゲットからのビーム反射光をフォトマルセンサが受け、フォトマル受信機による遅延パルス信号で多波長蛍光計測装置の自動計測が円滑に実施されるか検証された。図 4.12に計測画像例を示す。これは、観測距離350m、 50回、連続的に記録された例で自動計測が可能であることが確認された。 ELECTRICAL RACK GPS CABIN RACK 4.1.4 高度化のまとめ高度化された装置の主な仕様を表 4.2 に示す。表 4.2 高度化された装置の仕様レーザ仕様ＹＡＧパルスレーザ(BigSky CFR400) 波長=THG(355nm)、出力=60mJ パルス周波数=１～１０Hz、パルス幅=13ns ビーム広がり角=4mrad ①レンズ；４個透過率=70%以上(400～700nm) 絞り=1.2～Ｃ、焦点距離=50mm 多波長蛍光計測装置 ②ICCDカメラ；１台(浜松ホトニクス C7972) ゲート開放時間=20ns～連続感度ゲイン＝１～６４光電面有効面積=18mm 有効画素=1344×1024 ①計測用基準クロック周波数；１００ＭＨｚ ②シャッターディレイ時間設定時間＝１０ｎｓ～１,０００ｎｓ設定分解能＝１０ｎｓステップ ③出力パルスフォトマル受信機設定パルス幅＝１０ｎｓ～１,０００ｎｓ設定分解能＝１０ｎｓステップ出力レベル＝ＴＴＬ、５０Ω ④距離測定測定可能範囲＝１２０ｍ以上測定分解能＝３ｍ高度化によって、以下の成果が得られた。 ①油類や29種の有害液体物質に関するデータベースが構築された。 ②多波長蛍光計測装置の検証により、蛍光情報と背景情報に関する４波長画像が同時かつリアルタイムに取得されることが確認された。また、水深 33.6m の蛍光観測に成功し、荒天時の海面下に潜った油や沈んだ油観測の見通しが得られた。 ③フォトマル受信機の検証により、自動観測への見通しが得られた。 4.2 ヘリコプター搭載型観測システムヘリコプターによるシステムの観測性能を検証するため、搭載するための架台を製作した。その概要を図 4.13 と写真 4.1 に示す。架台は、①観測用機器を搭載するためのベリーラック、②制御機器を搭載するためのキャビンラック、③バッテリーと接続し全ての機器へ電源を供給するための電源ラックで構成される。 (446) BELLY RACK 図 4.13 ヘリコプター搭載架台の概要ﾌｫﾄﾏﾙ受信機フォトマル受信機ﾚｰｻﾞｰレーザ４波長蛍光装置多波長蛍光計測装置写真 4.1 ベリーラックへの搭載状況ベリーラックには、レーザヘッドおよび同電源、フォトマルセンサおよび同プリアンプ、フォトマル受信機、多波長蛍光計測装置および同コントローラ、ジャイロ、下方監視カメラ（可視）、またキャビンラックには、画像記録用ノートＰＣ、ＧＰＳ受信機、ＧＰＳ・ジャイロデータ収録装置、パルスジェネレータ、レーザコントローラ、モニタ、さらに電源ラックには 28V/100V 変換インバータ２台が搭載されている。ＧＰＳアンテナはヘリコプター機内の天窓に設置される。これらを装着するヘリコプターの型式はアエロスパシアル式ＡＳ３５５Ｆ２型である。ヘリコプターに搭載する新たな機器の仕様を表 4.3 に示す。 4.3 飛行観測実験によるシステムの検証 4.3.1 飛行観測実験による基本性能の検証 (1) 渡瀬遊水池における観測飛行観測実験は平成１６年１月に渡瀬遊水池（海抜約 13m）で２日間行われた。観測対象物は水のラマン散乱光と水中植物プランクトン等の蛍光物質とした。飛行高度 150m～300m と飛行速度 5kt～100kt およびＩＣＣＤカメラの露光時間（Ｉ．Ｉ．のゲート幅；100ns～1,000ns）およびＩ．Ｉ．の感度ゲインを観測性能検証のパラメータとした。観測機の離海上技術安全研究所報告第6巻陸風景を写真 4.2 に示す。観測の結果、微弱光である水のラマン散乱光と水中の蛍光物質が計測された。しかし、飛行時間の経過に伴って欠落データが増加することが判明した。そのため、２日目の観測実験では手動観測に切り替えて実施したが、同様の結果であった。飛行観測実験終了後、機器の総点検を行い、以下の問題点が明らかになった。表 4.3 ヘリコプターおよび機器の仕様仕　様機器名ヘリコプター (ＡＳ３５５Ｆ２型) ジャイロＧＰＳ搭載重量；400kg～600kg 巡航速度；Max.110knot 航続時間；2.5～3.0hour ピッチ；－９０～＋９０度ロール；－９０～＋９０度方　位；－１８０～＋１８０度受信時間間隔；０．２秒ＧＰＳ時間；hhmmss、速度；knot 方位；－１８０～＋１８０度(北０度) その他；緯度、経度、高度（ｍ）上記データの記録他ＧＰＳ・ジャイロデータ収録装置 CPUタイム、データ間隔時間下方監視カメラ可視ＣＣＤカメラベリーラック写真 4.2 第4号特集号（平成 18 年度）基調論文 47 ①ヘリコプターの飛行時の振動により、レンズの焦点距離が∞から 1.5m に変化した。その結果、焦点がぼやけたシグナル（水のラマン散乱光）しか観測されなかった。 ②ベリーラック内のレーザ電源のノイズがフォトマルセンサのプリアンプへ影響を与えた。その結果、プリアンプからフォトマル受信機へ出力する信号にノイズが付加され、ＩＣＣＤカメラの露光開始時間が不安定になった。 ③レーザ出力が 60mJ/ﾊﾟﾙｽから 20mJ/ﾊﾟﾙｽへ低下していた。以上の問題点を解決するため、以下の対策を講じた。 ①の振動対策として、レンズの焦点距離が∞から 1.5m に変化しないように設定部を金具で固定した。 ②のノイズ対策として、フォトマルセンサとプリアンプを離すことは信号系にあまり好ましくないが、プリアンプをキャビン内に設置することとした。また、プリアンプのノイズカット機能（レーザのＱスイッチ信号立ち上がりから 750ns までの間で 120mV 以下の受信信号をカット）を付加した。 ③の出力低下問題を解決するため、メンテナンスを行い 34mJ/ﾊﾟﾙｽまで回復した。以上の対策を講じて地上実験で、ノイズ対策の効果が昼夜、雨天時に検証された。観測状態を写真 4.3 に示す。装置はベリーラックを 90 度回転させて設置された。観測は、水平方向約 150m 先の樹木をターゲットとした。雨天時の観測例を図 4.14 に示す。観測されたスポットは樹木の蛍光である。対策を講じた結果、昼夜、雨天時においても自動観測ができることが確認された。 (2) フランス沖における観測フランス CEDRE との研究協力協定に基づき、平成１６年５月にフランス沖散布油の観測・防除トレーニング実験(DEPOL04) 16) に参加し、観測システムの観測性能を検証した。観測機の離陸風景多波長蛍光計測装置 405nm 486nm 435nm 441nm 雨天観測 355nmレーザ写真 4.3 ノイズ対策検証実験の観測状態図 4.14 ノイズ対策後の自動観測例 (447) 48 観測の結果、以下の成果が得られた。 ① レーザ出力 34mJ/ﾊﾟﾙｽ、Ｉ．Ｉ．のゲート幅 400ns、Ｉ．Ｉ．のゲイン 48、飛行高度 300m、飛行速度 5kt で海水のラマン散乱光が 200 枚の連続画像として取得された。 ②レンズに施した振動対策 (振動によるレンズの焦点距離変動)に問題がないことが確認された。 ③ICCD カメラのみによるパッシブ観測を行い、図 4.15 に示す流出油画像（飛行高度 220m、飛行速度 5kt、Ｉ．Ｉ．のゲイン 48）が得られた。 ④アクティブ観測では、海水のラマン散乱光が連続的に全て観測されたが、油を示す顕著な蛍光スポットは図 4.16 の１例（レーザ出力 34mJ/ﾊﾟﾙｽ、Ｉ．Ｉ．のゲート幅 1μs、Ｉ．Ｉ．のゲイン 50、飛行高度 220m、飛行速度 100kt）のみであった。観測後の解析で薄膜油の蛍光が４データ程取得されていることが判明した。飛行高度 220ｍ、飛行速度 100kt においても海水のラマン散乱光の連続画像が取得できることが確認された。４０５ｎｍ４８６ｎｍ４３５ｎｍ４４１ｎｍ図 4.15 散布油のパッシブ観測画像（丸囲） 405nm 486nm 435nm 441nm 図 4.16 (448) 散布油のアクティブ観測画像油のパッシブ画像や水のラマン散乱光・蛍光などのデータが収集でき最小限の目標は達成した。また、観測時において以下のソフトウエア上の問題点が明らかになった。 ① 画像取得のモニタリングができないため、油が計測されたか再生し確認しなければならない。 ② 取得した画像の記録にファイル名を手動で入力する必要があり、誤入力や時間の浪費となった。 ③ 記録が取得画像を一時記録したＲＡＭ（Random Access Memory)からＨＤＤへ記録するのみの方式であった。 ④ 観測機器の設定記録が自動でないため、メモを取る必要があり、未記入や時間浪費につながった。 ⑤ フランスにおける実験時では、ＧＰＳと画像収録ＰＣが統合されていなかった。 4.3.2 飛行観測実験による総合検証実験飛行観測実験 17) による基本性能の検証で得られた問題点に対して講じた対策を以下に示す。 ①画像取得時のモニタリングを可能にした。 ②取得データのファイル名を自動生成方式とし、ファイル名は画像収録ＰＣ時間の年月日時分とした。 ③画像記録方式を自動生成ファイル名でＨＤＤへ直接記録できる方式も追加した。 ④GPS と画像収録ＰＣを統合し、位置情報のモニタリングがＰＣ側で行えるようにした。 ⑤GPS 情報、画像収録 PC 時間、機器設定条件等を記録する管理ファイル（txt）を自動生成できる機能を追加し、汚染マップを作成できるようにした。各観測実験を踏まえた改良点や追加した機能等を総合的に検証するため、平成１７年１月と３月に本田エアポート（桶川、海抜約 50m）で飛行観測実験を実施した。下方監視カメラで撮影したターゲットを図 4.17 に示す。ターゲートは 1.8m 角容器に入れた各 20 ﾘｯﾄﾙの軽油、灯油、1,2 ブチレングリコールである。 (1) パッシブとアクティブ観測本田エアポートで飛行高度（絶対高度＝飛行高度－海抜高度）と飛行速度をパラメータとして飛行観測実験を実施した。パッシブ観測では、絶対高度212m、飛行速度47kt でターゲットを補足できることが確認された。アクティブ観測では、パッシブ観測で得られたターゲットの位置情報を基にその上空からホバリングでターゲットを観測し、図4.18に示すように絶対高度132m において、日中の強い背景光下においても鋭