マルチビーム音響測深機（MBES）は、複数の音響ビームを放射してその反響を記録することにより、海底をマッピングするソナーベースのシステムです。高周波の音波を使用して水中の広い範囲をスキャンし、正確で高解像度の3次元画像を生成します。
MBESは、最新の水路学、海洋調査、海洋エンジニアリング、および環境モニタリングにおいて重要な役割を果たします。船舶の動きに対して垂直に扇形のビームを送信することにより、MBESは海底の輪郭と深度を非常に高い精度で捉えます。
このシステムは、音波を放射する送信機と、反射された信号を受信するハイドロホンの配列で構成されています。これらの反射、つまりエコーは、海底で反射して船舶に戻り、MBESセンサーが伝播時間を測定します。次に、システムは水中の音速と往復時間を使用して深度を計算します。
MBES（マルチビーム音響測深機）の原理
MBESの中核技術は、音響ビームを направлять し、狭めるビームフォーミングを利用しています。このプロセスにより、精度が向上し、周囲のノイズが低減されます。ビームフォーミングは、互いに近接して配置されたオブジェクトをシステムが区別するのに役立ちます。また、海底画像の解像度も向上します。これらの機能により、MBESは水中の危険物を高精度で検出できます。MBESは、地質学的特徴をマッピングし、安全な海洋ナビゲーションを確保することもできます。水路測量では、MBESは正確な深度マッピングにおいて重要な役割を果たします。
周波数は、調査深度とデータの精度を決定します。高周波システムは詳細な画像を生成しますが、浅瀬で最適に動作します。低周波システムは、より深い環境で動作しますが、詳細は劣ります。多くのMBESモデルは、200〜700 kHzなどの広い周波数範囲をカバーしています。この範囲は、柔軟な調査ニーズを持つさまざまなアプリケーションをサポートします。
ビーム幅は、各ソナービームのサイズを定義します。狭いビーム幅は、データの精度と鮮明さを向上させます。高周波MBESモデルは、0.3度という狭いビーム幅を実現できます。ソナービームが多いほど、高解像度のカバレッジが得られます。クライアントは、エリアごとに一定数のピングを必要とすることがよくあります。ビーム数の多いシステムは、これらの仕様を効果的に満たすのに役立ちます。
スワス幅は、ソナーの総視野角を測定します。シングルヘッドMBESシステムは、最大130度の海底をカバーできます。デュアルヘッドシステムは、受信機の角度を調整することで、このカバレッジを拡張します。スワス幅が広いほど、1回の通過でカバーできるエリアが広くなります。ただし、角度が広いほど、エッジでの解像度とデータ品質が低下する可能性があります。
パルス長は、データの解像度と範囲の両方に影響します。パルスが長いほど深く浸透しますが、詳細は減少します。パルスが短いほど鮮明な画像が得られますが、動作距離は短くなります。
必要な水深に基づいてMBESシステムを選択してください。一部のシステムは浅瀬で最適に動作します。その他は、深海環境向けに設計されています。AUVまたはROVに取り付けられた高解像度MBESは、深度で詳細なデータを収集できます。水上艦艇は、長距離性能を実現するために、より低い周波数システムを必要とする場合があります。
環境条件もMBESの性能に影響を与えます。温度、塩分、水圧は、水中での音の伝わり方を変えます。調査計画者は、展開前にこれらの変数を考慮する必要があります。MBESの性能は、補助センサーにも依存します。音速、位置、および姿勢の高品質センサーは、全体的な精度を向上させます。これらは、モーションを補正し、設置関連のエラーを最小限に抑えるのに役立ちます。
MBESシステムがデータ処理ソフトウェアと連携することを確認してください。ソフトウェアがMBESデータの量と複雑さを処理できることを確認してください。十分な処理能力により、信頼性の高い高速な結果が得られます。システムとソフトウェア間の互換性により、効率と調査の生産性が向上します。
マルチビーム音響測深機のアプリケーション
測量者はこれを使用して、航海図を作成し、海洋インフラストラクチャを計画するための詳細な深度測定値を収集します。正確な水深測量データにより、航行上の危険を特定し、港湾を設計し、航路を定義できます。これらの調査は、海洋の安全と商業にとって非常に重要です。海洋研究者もMBESに依存して、水中の生態系と地質構造を調査します。サンゴ礁、海嶺、海溝をマッピングすることにより、科学者は海底の地形と海洋の生物多様性についての洞察を得ます。高解像度データは、堆積物の移動、構造活動、生息地の分布の研究をサポートします。
MBESは、海底が時間の経過とともにどのように変化し、これらの変化が海洋生物にどのように影響するかを研究者が理解するのに役立ちます。オフショアエンジニアリングでは、MBESはインフラストラクチャ開発に不可欠な情報を提供します。エンジニアはシステムを使用して、石油掘削装置、風力タービン、または海底パイプラインを設置する前に、海底の状態を評価します。正確な地形データにより、構造物が安定した地盤に建設され、建設が海洋環境を損なわないことが保証されます。MBESは、水中設備の周囲の変化を追跡することにより、継続的な検査とメンテナンスもサポートします。
環境モニタリングは、MBES（マルチビーム音響測深機）のもう1つの重要なアプリケーションです。この技術は、地震、地滑り、津波などのイベントによって引き起こされた海底地形の変化を検出します。また、浚渫、トロール漁、資源抽出などの人間の活動の影響も明らかにします。政府および保護団体は、MBESデータを使用して、海洋生態系を管理し、規制を実施し、復元プロジェクトを計画します。
MBESの成功は、いくつかの技術的コンポーネントに依存しています。ソナーシステムは、通常12 kHz〜400 kHzの周波数範囲で音波を送受信するためにトランスデューサーを使用します。低周波はより深い深度に到達し、高周波はより詳細な情報を提供します。これらのトランスデューサーは、調査エリアに応じて、船の船体または水中車両に取り付けられます。
MBESデータは、CARIS、Hypack、QPSなどの高度なソフトウェアプラットフォームを使用して処理されます。これらのプログラムは、生のソナーデータをクリーンアップ、補間、および視覚化し、使用可能なマップと3Dモデルに変換します。ソフトウェアは、ビームフォーミング、外れ値の除去、表面作成などの重要な機能を実行して、信頼性の高い出力を提供します。ポジショニングシステムは、正確なMBESマッピングに不可欠です。
GPSなどのGNSSシステムは、船舶の位置を追跡し、モーションセンサーと慣性計測ユニット（IMU）は、船舶の動きを補正します。これらの補正により、各音響ビームの位置が正しく地理参照され、調査エリア全体の空間精度が維持されます。MBESは、ソナーハードウェア、リアルタイムデータ処理、および他のナビゲーションシステムとの統合の進歩とともに進化し続けています。
新しいモデルは、ビーム密度が高く、ノイズ抑制が優れており、深度機能が向上しています。自動化と機械学習が水路測量の分野に参入するにつれて、MBESはさらに効率的かつインテリジェントになっています。