JP2009257322A - 飛来物衝突回避システム、風力発電装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【目的】 風力発電装置において、広域を効率的に探査してバードストライクを効率的に
減らす飛来物衝突回避システムを提供する。
【構成】 複数のブレードを備えた風力発電装置と、その風力発電装置の周囲の飛来物を
検知可能な障害物探査装置と、 回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御
するブレード角度制御手段とを備える。 前記障害物探査装置は、風力発電装置の周囲の
映像を異なる角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置された撮像装置と、
その撮像装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置とを備える。 解析結果
が前記風力発電装置のブレードに向かって飛来する飛来物が存在するという場合には、当
該飛来物を追跡撮影させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力する。 前記飛来物が風力
発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記ブレード角度制御手段がブレードを回
転停止ポジションに変更する制御信号を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力発電装置に対して近づいてくる飛来物、たとえば鳥類や人工的な飛行装
置などがある場合に、その飛来物がブレードに衝突する事態を回避する飛来物衝突回避シ
ステム、風力発電装置およびコンピュータプログラムに関する。

近年、単機あたりの出力を向上させるため、風力発電装置は大型化している。一般的な
大型の風力発電装置は、高さ３０〜８０メートル程度のタワーに設置され、そのような風
力発電装置のブレードは２０〜５０メートルであるので、最高位は地上から１３０メート
ルにも達する。
このような高さは、当該風力発電装置が設置された場所の近隣に生息する鳥類（猛禽類
など）の飛行高さ、渡り鳥の巡航飛行の高さに達する場合もある。そして、飛行する鳥類
は高速で回転するブレードを視認しにくいためか、ブレードに衝突して絶命する事故（バ
ードストライク）が発生している。

バードストライクや飛来物の衝突事故を防止するための技術として、特許文献１に開示
される技術がある。この特許文献１に開示される風力発電装置は、図１３に示すように、
風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、回転停止ポジションを含めたブレード
の角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備える。飛来物が接近してきたと判断し
た場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するのであ
る。

特開２００６−１２５２６６号公報

図中の障害物探査装置は、超音波を発信し、飛来物があれば反射波を受信する。発射
波ｆ１、飛来物（鳥類）の飛行速度Ｖ、反射波ｆ２とすれば、
Ｖ ＝ （１−ｆ２／ｆ１）×音速
という式が成り立ち、ｆ２の戻り時間から飛来物までの距離Ｘが測定できる。
なお、前記の障害物探査装置は、超音波の発射角度が限られているため、風上に対して
発射する。このため、風向風速計と連動して風上を向くナセルに内蔵されている。 風向
風速計の測定によって、風速の測定値が所定以上である場合には、ブレードの角度などを
制御して突風に伴うブレードの破損事故を未然に回避することが可能となる。

特許文献１に開示される風力発電装置の障害物探査装置について撮像および画像解析に
基づいて飛来物の存在を確認する装置を採用する場合、障害物探査装置が飛来物の存在を
確認可能な角度（風上方向）以外から接近してくる飛来物の確認は遅くなりがちである。
これを防ぐには障害物探査装置を多数設置するなど、ハードウェアが多く必要となってし
まう。その場合には、制御に係るシステムの大型化、メンテナンスの複雑化などが伴うこ
ととなってしまう。
更に、ウィンドファームのように、風力発電装置が多数設置されていると、探査しなけ
ればならない領域が広がり、ますます多くの障害物探査装置が必要となってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを
減らすことが可能な風力発電装置において、探査性能を向上しつつ、広域を効率的にカバ
ーできる技術を提供することである。
ここで、請求項１から請求項６に記載の発明の目的は、広域を効率的に探査して飛来物
によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物衝突回避システム
を提供することにある。

また、請求項７から請求項１０に記載の発明の目的は、広域を効率的に探査して飛来物
によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供する
ことにある。
また、請求項１１から請求項１２に記載の発明の目的は、広域を効率的に探査して飛来
物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物衝突回避の制御
プログラムを提供することにある。

（請求項１）
請求項１記載の発明は、地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、お
よびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力
発電装置と、 その風力発電装置の周囲の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、 回転
停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた
飛来物衝突回避システムに係る。
前記障害物探査装置は、風力発電装置の周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的
に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析
する撮影データ解析装置と，その撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置デ
ータ解析装置とを備える。
前記撮影データ解析装置は，その解析結果が前記風力発電装置のブレードに向かって飛
来する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮影
させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力するとともに、その解析結果を前記位置データ
解析装置に送り， 前記位置データ解析装置は，撮影データ解析装置から送られた解析結
果をさらに解析した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には
、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更する制御信号を出力
することとしたことを特徴とする。

（用語説明）
「飛来物」とは、鳥類などの生き物の他、風に飛ばされてくる物体、ラジコン玩具、グ
ライダーなど人為的な操作による飛行物体を含む。
「撮像装置」は、撮影エリアを異なる角度から撮影することにより複数の撮影データを
得ることで三次元的に飛来物を捉え、単独での撮影データでは解析が困難な奥行き方向に
おける誤差を減らす。その撮影された撮影データを「撮影データ解析装置」が解析する。
「撮影データ解析装置」による解析によって風力発電装置のブレードに向かって飛来す
る飛来物が存在するという場合には、当該飛来物を追跡撮影する。追跡による撮影データ
を解析し、飛来物の位置情報を得る。解析方法としては、粒子追跡法（ＰＴＶ法）が一般
的に用いられる。ある時間間隔で画像中の各トレーサ粒子の移動を自動的に追跡するもの
で、流れ場を計測するために開発された方法であり、粒子像の抽出、抽出した粒子の自動
追跡という処理手順を経る。一般的な相関法などを用いることもできる。相関法は、解析
速度の点で優れており、また十分であることが実験的に確認されている。
撮影データの解析により得られた飛来物の位置情報は，「位置データ解析装置」に送ら
れる。
前記における撮影データ解析装置は、撮影データを取り込む入力手段（いわゆる撮像素
子）を備えた撮影データ入力装置が個々に備えていてもよいし，「位置データ解析装置」
の一部として備えられていてもよい。撮影データ入力装置において撮影データの解析まで
を担わせる場合、本願の飛来物衝突回避システムを増設、拡張展開することが容易となる
。たとえば、撮影データ入力装置の設置台数を増やせば、ウィンドファームでの広域にお
ける飛来物衝突回避を導入することが容易だからである。
「位置データ解析装置」は，「撮影データ解析装置」から送られた飛来物の位置情報を
解析し、飛来物が風力発電装置に近づいてくるか否かを判断する。

「回転停止ポジション」とは、ブレードが風を受けても回転しないポジションをいい、
代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード回
転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレード
の回転を停止させる場合も含む。回転の減速制御手段としては、ブレード全体のピッチ角
を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード形状とピッチ角とを選択させると
ともに停止時にはブレード先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とが
ある。
なお、風力発電装置はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落と
すようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしま
うと運転再開に時間が掛かるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロ
スを減らすことができるからである。

（作用）
本請求項に係る風力発電装置が、風を受けてブレードが回転することによって発電する
。
撮像装置が、風力発電装置の周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的に撮影する
。 その撮像装置による撮影データは撮影データ解析装置が解析し、飛来物の有無を判断
する。飛来物がある場合には、当該飛来物を追跡撮影するように撮影制御信号を前記撮像
装置へ出力する。 そして、引き続いて撮像装置による連続的な撮影データを、前記撮影
データ解析装置が取得する。前記撮像データ解析装置における解析により，飛来物の位置
情報が得られる。飛来物の位置情報は，位置データ解析装置に送られ，その位置情報を解
析した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記ブレー
ド角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更する制御信号を出力する。撮像装
置が異なる角度から複数種類を連続的に撮影しているので、位置データ解析装置では，三
次元的に解析が行えるので、誤差が小さい。
制御信号を受けたブレード角度制御手段は、ブレードを回転停止ポジションに変更する
ように制御する。その結果、ブレードの回転は停止または十分な減速をする。
停止または十分な減速をしているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、
自ら回避する可能性が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細
身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレード
に衝突する確率を低めることができる。

（請求項２）
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の飛来物衝突回避システムを限定したものであ
り、
障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する衝突予測手
段を備え、 ブレード角度制御手段は、その衝突確率が閾値を超える場合に，またはその
予想到達時間に達する前に，ブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御
することとしたことを特徴とする。

（用語説明）
「衝突予測手段」とは、障害物探査装置が飛来物を連続的に探査し、飛来物の速度や距
離，飛行の方向から，飛来物が風力発電装置に衝突する確率を算出したり，または，飛来
物が到達する時間を予測するものである。
衝突予測手段は，衝突確率の算出と，予想到達時間の算出の両方を行ってもよい。
飛来物の到達時間を予測する場合は、飛来物の接近を検知して回転停止と判断した場合
に、ブレード角度制御手段がブレード角度を変更してブレードの回転を停止するために必
要な時間（たとえば３秒前後）を確保できるだけの遠方の飛来物を探査する必要がある。

（作用）
衝突予測手段は、障害物探査装置が検知した飛来物の風力発電装置への衝突確率を算出
したり，または，飛来物の予想到達時間を算出する。そして、その衝突確率が閾値を超え
る場合に，またはその予想到達時間に達する前に，ブレード角度制御手段が，ブレードの
角度を回転停止ポジションに変更するように制御する。その結果、飛来物によるブレード
の破損、バードストライクを未然に防ぐ確率を高めることができる。

（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の飛来物衝突回避システムにおけるブレード角
度制御手段の代わりに、風力発電装置に接近してくる飛来物に対して警告を発信する警告
手段を備えたものである。
すなわち、前記撮像装置による連続的な撮影データを前記撮影データ解析装置が解析す
ることにより得られた飛来物の位置情報を、前記位置データ解析装置が解析した結果，前
記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記警告手段に警告出力信
号を出力することとした飛来物衝突回避システムに係る。

「警告手段」とは、飛来物が鳥の場合には、鳥が嫌がる光、音、超音波などを出力する
装置である。グライダーなどの人が操縦する危機の場合には、回避を促す光や音声などを
出力する装置である。もちろん、両者を兼ねた装置であることが望ましい。

（作用）
撮影データ解析装置が撮像装置による連続的な撮影データを解析する。その結果得られ
る飛来物の位置情報を位置データ解析装置が解析することにより、前記飛来物が風力発電
装置に近づいてくると判断した場合には、前記警告手段に警告出力信号を出力する。警告
手段は、警告出力信号を受けて警告を出力する。その警告に気付いた飛来物がブレードへ
の衝突回避を試みることが期待される。

（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の飛来物衝突回避システムを限定したもので
ある。
すなわち、障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する
衝突予測手段を備え、 位置データ解析装置は、その衝突確率が閾値を超える場合に，ま
たはその予想到達時間に達する前に，前記警告手段に警告出力信号を出力することとした
ものである。

（作用）
衝突予測手段は、障害物探査装置が検知した飛来物の風力発電装置への衝突確率を算出
したり，または，飛来物の予想到達時間を算出する。そして、その衝突確率が閾値を超え
る場合に，または，その予想到達時間に達する前に，位置データ解析装置は、前記警告手
段に警告出力信号を出力させる。その結果、飛来物によるブレードの破損、バードストラ
イクを未然に防ぐ確率を高めることができる。

（請求項５）
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の飛来物衝突回避シ
ステムを限定したものである。
すなわち、前記風力発電装置を複数備えるとともに、 前記障害物探査装置は、風力発
電装置よりも少ない数にて構成したことを特徴とする。

（作用）
飛来物衝突回避システムは、風力発電装置が一基単独で設置されている場合もあるが、
一つの領域に複数の風力発電装置を設置してウィンドファームを形成している場合も多い
。この場合に、多数の風力発電装置に全て障害物探査装置を備え、それぞれが独自に風力
発電装置を制御することとしても良いが、設備コストが大きくなってしまう。
本請求項の発明によれば、障害物探査装置は、複数基の風力発電装置に一台とし、当該
障害物探査装置が飛来物を検知した場合には、前記ブレード角度制御手段によるブレード
の回転停止ポジションへの変更制御を、担当する風力発電装置の全てに出力することとす
る。これによって、設備コストおよびその運用に掛かるコストを抑制できる。
たとえば、一列に４基の風力発電装置が備えられている場合、一番目と二番目の風力発
電装置の間および三番目と四番目の風力発電装置の間に障害物探査装置を設置することと
する。

（請求項６）
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の飛来物衝突回避シ
ステムを限定したものである。
すなわち、 前記障害物探査装置には、モノクロのＣ−ＭＯＳセンサを用いることとし
たことを特徴とする。

（用語説明）
撮像装置として「Ｃ−ＭＯＳセンサ」を採用すると、ＣＣＤ素子よりも露光時間の制御
が容易であり、飛行速度の速い鳥類の画像を捉えるのに適しているからである。また、レ
ーザ光の照射などの設備が不要となる。 また、曇天などで自然光が不足している場合に
も、ＣＣＤ素子よりも適している。 なお、「モノクロ」での撮影とすれば、カラーのＣ
−ＭＯＳセンサよりも約３倍の感度を引き出せる。例えば、ローノイズでダイナミックレ
ンジを採用した高感度、５００ｆｐｓの高速度での静止画撮影が可能なモノクロのＣ−Ｍ
ＯＳセンサであれば、曇天時における３０ｆｐｓ程度のシャッター速度での撮影が可能と
なる。

（請求項７）
請求項７に記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル
、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備える
とともに、周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置さ
れた撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、そ
の撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置データ解析装置と， 回転停止ポ
ジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発
電装置に係る。
すなわち、前記撮影データ解析装置による解析結果が前記風力発電装置のブレードに向
かって飛来する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を
追跡撮影させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力するとともに，その解析結果を前記位
置データ解析装置に送る。 前記撮影データ解析装置から送られた解析結果をさらに前記
位置データ解析装置が解析した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断し
た場合には、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更する制御
信号を出力する。

（請求項８）
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する
衝突予測手段を備え、 ブレード角度制御手段は、その衝突確率が閾値を超える場合に，
またはその予想到達時間に達する前に，ブレードの角度を回転停止ポジションに変更する
ように制御することとしたことを特徴とする。

（請求項９）
請求項９に記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル
、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備える
とともに、周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置さ
れた撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、そ
の撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置データ解析装置と，接近してくる
飛来物に対して警告を発信する警告手段とを備えた風力発電装置に係る。
すなわち、前記撮影データ解析装置による解析結果が前記風力発電装置のブレードに向
かって飛来する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を
追跡撮影させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力する。 前記撮像装置による連続的な
撮影データを前記撮影データ解析装置が解析し，その結果をさらに位置データ解析装置が
解析した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記警告
手段に警告出力信号を出力する。

（請求項１０）
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、 障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出す
る衝突予測手段を備え、 位置データ解析装置は、その衝突確率が閾値を超える場合に，
またはその予想到達時間に達する前に，前記警告手段に警告出力信号を出力する。

（請求項１１）
請求項１１に記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセ
ル、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備え
るとともに、周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置
された撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、
その撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置データ解析装置と，回転停止
ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段と、を備えた風
力発電装置を制御するためのコンピュータプログラムに係る。
そのプログラムは、前記撮像装置が撮影した撮影データを受信する撮影データ受信手順
と、 その撮影データ受信手順にて受信した撮影データを用いることによって飛来物が存
在するか否かを解析する飛来物解析手順と、 その飛来物解析手順にて飛来物が存在する
と解析した場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮影させる撮影制御信号
を前記撮像装置へ出力する撮影信号出力手順と、 その撮影信号出力手順による撮影制御
信号に基づいて撮影された連続的な撮影データを解析する連続撮影データ解析手順と、
その連続撮影データ解析手順による解析結果をさらに解析する位置データ解析手順と，そ
の位置データ解析手順による解析によって前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判
断した場合には、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更する
制御信号を出力するブレード制御信号出力手順と、を風力発電装置の制御用コンピュータ
に実行させることとしたコンピュータプログラムである。

（請求項１２）
請求項１２記載の発明は、 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル
、およびそのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備える
とともに、周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置さ
れた撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、そ
の撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置データ解析装置と，接近してくる
飛来物に対して警告を発信する警告手段とを備えた風力発電装置を制御するためのコンピ
ュータプログラムに係る。
そのプログラムは、前記撮像装置が撮影した撮影データを受信する撮影データ受信手順
と、 その撮影データ受信手順にて受信した撮影データを用いることによって飛来物が存
在するか否かを解析する飛来物解析手順と、 その飛来物解析手順にて飛来物が存在する
と解析した場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮影させる撮影制御信号
を前記撮像装置へ出力する撮影信号出力手順と、 その撮影信号出力手順による撮影制御
信号に基づいて撮影された連続的な撮影データを解析する連続撮影データ解析手順と、
その連続撮影データ解析手順による解析結果をさらに解析する位置データ解析手順と，そ
の位置データ解析手順による解析によって前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判
断した場合には、前記警告手段に警告出力信号を出力する警告信号出力手順と、を風力発
電装置の制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。

請求項１１から請求項１２に係るコンピュータプログラムを、チップ化して風力発電装
置の制御装置とすることもできる。
また、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ
自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フ
レキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒ
などである。

請求項１から請求項６に記載の発明によれば、広域を効率的に探査して飛来物によるブ
レードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物衝突回避システムを提供す
ることができた。
また、請求項７から請求項１０に記載の発明によれば、広域を効率的に探査して飛来物
によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物衝突回避の制御が
可能な風力発電装置を提供することができた。
また、請求項１１から請求項１２に記載の発明によれば、広域を効率的に探査して飛来
物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物衝突回避の制御
プログラムを提供することができた。

第一の実施形態を示す概念図である。 飛来物衝突回避システムにおけるデータ処理手順を示すフローチャートである。 飛来物を複数の撮像装置にて捉えた場合、同時刻の撮影データを並べて示す概念図である。 連続撮影された撮影データと、その連続する撮影データから行われた処理を示す概念図である。 背景画像の抽出手順を示す概念図である。 連続撮影された撮影データから背景画像を差し引く処理を示す概念図である。 連続撮影された複数種類の撮影データと、その連続する撮影データから行われた三次元処理を示す概念図である。 連続撮影された撮影データと、その連続する撮影データから行われた処理を示す概念図である。 連続撮影された撮影データと、その連続する撮影データから行われた処理を示す概念図である。 連続撮影された複数種類の撮影データと、その連続する撮影データから行われた処理を示す概念図である。 制御プロセスを示すフローチャートである。 風速と発電量とを示すグラフである。 先行技術を示す概念図である。

本願発明の実施の形態について、図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図１２である。図１は第一の実施形態を示す概念図で
あり、図２および図１１は、制御プロセスを示すフローチャートである。図３から図１０
は、撮影データの処理手順を示す概念図である。図１２は風速と発電量とを示すグラフで
ある。

（図１）
図１に示す第一の実施形態は、多数（図中では４基）の風力発電装置と、その風力発電
装置における飛来物衝突回避システムの概要を示す。各々の風力発電装置（１１，１２，
１３，１４）は、地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびその
ナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えている。また、
風力発電装置の周囲の飛来物を検知可能な障害物探査装置３０を備えている。
この障害物探査装置３０では、Ｃ−ＭＯＳセンサを用いた撮影データ入力装置（２１，
２２，２３）が、風力発電装置が配置されている間などに配置されている。すなわち、ウ
ィンドファームにおいて広く全般をカバーできる撮影領域を、多数の撮像装置にて達成し
ている。
撮影データ入力装置（２１，２２，２３）について、Ｃ−ＭＯＳセンサを用いているの
は、ＣＣＤ素子よりも露光時間の制御が容易であり、飛行速度の速い鳥類の画像を捉える
のに適しており、また曇天などにおいても撮影が容易でレーザ光の照射などの設備が不要
となるからである。

撮影データ入力装置（２１，２２，２３）が撮影した撮影データは、以下のような飛来
物衝突回避システムにて処理される。すなわち、撮影データ入力装置の（２１，２２，２
３）のＣ−ＭＯＳセンサは、風力発電装置の周囲を連続撮影して撮影データ（画像データ
）を得る。それら撮影データはいったん内蔵メモリに格納し、後述する各種の手段のいず
れかあるいはそれらの組み合わせによる演算を行える撮影データ解析手段によって解析す
る（たとえば、ＰＴＶ処理）。その解析によって、当該撮影データ中の動いている粒子に
ついての位置データを得る。そして、その位置データを光ケーブルを介して位置データ入
力手段が受信し、位置データ解析手段によって当該粒子が風力発電装置に接近しているか
否かを解析する。なお，位置データ入力装置および位置データ解析手段は，位置データ解
析装置を構成する。そして、必要に応じて風力発電装置の制御を司る風力発電制御装置４
０や、飛来物９０への警告を出力する警告装置４１への制御信号を発信する。
本実施形態では，撮影データ入力装置が撮影データ解析装置を個々に備えているが，位
置データ解析装置が撮影データ解析装置を備えていてもよい。また，位置データ入力手段
への伝送手段は光ケーブル以外の有線でもよいし，無線でもよい。

なお、鳥の姿や動きに関する過去の映像データを蓄積データとして蓄積しており、必要
に応じて比較などに用いる。さらに、解析結果は、新たに蓄積する。蓄積データによって
、その後の解析精度の向上を図るためである。

（図２）
図２には、飛来物衝突回避システムにおけるデータ処理手順を示している。
まず撮影を開始する。１／３０秒ごとといった連続撮影を行う。その撮影データにおい
て飛来物が発見されたら、その飛来物に関する追跡撮影を開始する。さらに、その飛来物
が風力発電装置（またはそのブレード）に接近するような動きをしていると解析できた場
合には、衝突可能性のある風力発電装置に対して回転停止ポジションに変更する旨の制御
信号を出力する。

（図３）
図３では、飛来物を複数の撮像装置にて捉えた場合であり、同時刻の撮影データを３枚
並べて示している。
撮像装置２１による撮影データ５１、撮像装置２２による撮影データ５２、撮像装置２
３による撮影データ５３とも、それぞれ、風力発電装置１２の位置と飛来物（９１，９２
，９３）の位置は異なる。

なお、風力発電装置１２は同一であると判断可能であるが、飛来物（９１，９２，９３
）は同一であるか否かは、この段階の、ある一時刻のワンショットのみでは正確に判断で
きない。
各撮影データ５１，５２，５３には、飛来物と仮定される粒子画像を含む所定領域（５
１ａ，５２ａ，５３ａ）が設定される。その所定領域は、粒子追跡法における粒子像の抽
出を行うための領域である。この領域内から所定の演算を実行することによって、動いて
いる粒子のみを抽出する。そして、その領域において抽出した粒子を自動追跡する。

（図４）
図４では、１／３０秒毎に連続撮影された画像（Ａ，Ｂ，Ｃ）について、ある画像デー
タから直前の画像データを引き算して（Ｄ，Ｅ）、動く粒子を抽出する方法を概念的に示
している。
たとえば、図４（Ａ）に撮影された粒子９１ａは、図４（Ｂ）からの画像粒子の輝度の
引き算実行により、マイナスとなって消えてしまう。図４（Ｂ）に撮影された粒子９１ｂ
のみが残ることとなる。同様に、図４（Ｃ）に撮影された粒子９１ｃは、図４（Ｂ）を引
き算しても残るが、図４（Ｂ）に撮影された粒子９１ｂは消えてしまう。
以上のような繰り返しによって、移動する粒子を抽出するのである。

（図５）
図５は、背景画像の抽出手順を示したものである。
たとえば、１０分おきに１回程度の連続撮影した画像データをＮ枚準備し、画素毎に足
し算した後にＮで割る、すなわち平均化すると、ノイズの輝度が著しく下がった画像がで
きあがる。これを「背景画像」とし、連続撮影した画像から動いている粒子を算出するの
に用いるのである。以下、図６を用いて更に説明する。

（図６）
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、画像粒子９１ａ，９１ｂ，９１ｃが含まれた画像デー
タである。各々の画像データから背景画像（Ｄ）を引き算し、マイナスの輝度をカットす
れば、画像粒子９１ａ，９１ｂ，９１ｃのみが残った画像データ（Ｅ），（Ｆ），（Ｇ）
を得ることができるのである。

残った画像粒子９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、動いていると推測されるので、自動追跡す
る。画像データ（Ｅ）が得られたら、続いて画像データ（Ｆ）を得て、ＰＴＶ処理を経て
得た画像粒子９１ａ，９１ｂの位置情報（座標データ＝ｘ、ｙ）を「位置データ解析装置
」に送る。
画像データ（Ｆ）もまた同様に、画像データ（Ｇ）を得て、ＰＴＶ処理を経て得た画像
粒子９１ｂ，９１ｃの位置情報（座標データ＝ｘ、ｙ）を「位置データ解析装置」に送る
。

（図７）
図１に図示した「位置データ解析手段」は、２台以上のカメラにおいて同じ時刻で得ら
れた同一粒子の位置データ（（x1,y1）と(x2,y2)）を用いて、その粒子の３次元情報（(X
,Y,Z)）を得る。これを示すのが図７である。
なお、二台以上のカメラにおいて同じ時刻で同一粒子を特定する方法としては、例えば
、ステレオPTV法で用いるような粒子特定方法を採用すればよい。

（図８）
図８は、撮像装置２１による連続撮影された撮影データと、その連続する撮影データか
ら行われた処理の内容を示す概念図である。以下、図８〜図１０に示すような方法によっ
ても飛来物の抽出が行える。
撮影間隔は、たとえば１／３０秒である。すなわち、（Ａ）の画像５１１を撮影した１
／３０秒後に（Ｂ）の画像５１２を撮影し、（Ｂ）の画像から（Ａ）の画像を差し引いて
（Ｃ）の画像データ５１３を算出する。すると、（Ａ）の画像５１１中の所定領域５１ｂ
に存在していた粒子９１ａ、（Ｂ）の画像５１２中の所定領域５１ｂに存在していた粒子
９１ｂが残り、飛来物の粒子９１ｃが抽出される。その後は、粒子９１ｃは自動追跡の対
象となる。

（図９）
図９もまた、撮像装置２１による連続撮影された撮影データと、その連続する撮影デー
タから行われた処理の内容を示す概念図である。撮影間隔は、１／３０秒であり、（Ａ）
の画像５１１を撮影した１／３０秒後に（Ｂ）の画像５１２を撮影する。そして、（Ｂ）
の画像と（Ａ）の画像とにおいて輝度を比較し、異なった輝度の粒子のみを残して（Ｃ）
の画像データ５１３を算出する。すると、（Ａ）の画像５１１中の所定領域５１ｂに存在
していた粒子９１ａ、（Ｂ）の画像５１２中の所定領域５１ｂに存在していた粒子９１ｂ
が残り、飛来物の粒子９１ｃが抽出される。その後は、粒子９１ｃは自動追跡の対象とな
る。

（図１０）
図１０は、三次元的なデータ処理の手順を概念的に示している。
撮像装置２１，２２がそれぞれ、１／３０秒の撮影間隔で撮影データ５１１，５１２，
５２１，５２２を取得する。撮影データ５１１，５１２においては、粒子９１ａ，９１ｂ
が抽出され、撮影データ５２１，５２２においては、粒子９１ｃ，９１ｄが抽出される。
撮影データ５１１と５２１は同時刻に撮影された撮影データであり、撮影データ５１２と
５２２は同時刻に撮影された撮影データであるので、粒子９１ａと９１ｃは同一の存在で
あり、粒子９１ｂと９１ｄは同一の存在であるとすれば、処理済み画像（Ｅ）にて示すよ
うな三次元のデータを得ることができる。これにより、複数の撮像装置に基づく複数の撮
影データの処理が実行でき、飛来物の飛行や接近に関して正確なデータ処理が可能となる
。なお、撮像装置の台数は二台が一般的である（ステレオ法）。

図示は省略するが、障害物探査装置が検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時
間算出手段を備えている。そして、前述のブレード角度制御手段は、その予想到達時間に
達する前にブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することとしてい
る。飛来物の接近を検知して回転停止と判断した場合に、ブレード角度制御手段がブレー
ド角度を変更してブレードの回転を停止するために必要な時間（たとえば３秒前後）を確
保する。

（図１１）
図１１を用いて、風力発電装置の制御について、更に詳しく説明する。
風力発電装置が、風を受けてブレードが回転することによって発電する。ここで、障害
物探査装置が飛来物を検知しなければ、運転を継続する。
ここで、障害物探査装置によって飛来物を検知したとする。すると、飛来物を連続的に
探査することにより、飛来物に関するデータを所定時間記憶したり、直前のデータと比較
演算したりする。そして、飛来物が接近してきた場合には、飛行速度Ｖやその距離Ｘ，飛
行の方向から飛来物の風力発電装置への衝突確率や，飛来物の到達予測時間を算出し、ブ
レード角度制御手段がブレードを回転停止ポジション（フェザリング）に変更するように
制御する。そして、飛来物の到達予測時間前にブレードの回転を停止させる。
なお、以上のような制御プログラムは、ブレードの制御装置に組み込まれる。

停止しているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性
が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすもの
が多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低
めることができる。 接近したか否かを判断するので、飛来物を一旦検知したが接近しな
いと判断されれば、衝突の可能性が少なく、発電を無駄に停止させずに済む。

図１および図１１においては、本実施形態における風力発電装置には、警告装置をも含
むこととして説明したが、回転停止ポジションへの変更制御を出力せずに警告装置による
警告の出力を優先し、警告出力によってもなお飛来物が接近した場合に回転停止ポジショ
ンへの変更制御を出力する、といった制御とすることも可能である。
また、風力発電装置の設置場所、警告装置の性能向上などの条件によっては、回転停止
ポジションへの変更制御は行わずに、警告装置への出力制御のみで、本実施形態とするこ
とも可能である。

（図１２）
図１２は、風速と発電量との関係を示したものである。定格風速にて運転できるように
ブレードを調整し、所定以上の風速（カットアウト風速）になったら、フェザリングによ
って発電を停止する。本実施形態では、飛来物が接近してきた場合にもフェザリングへの
変更を実行する。

以上説明したように、本実施形態によれば、Ｃ−ＭＯＳセンサという比較的安価な装置
を採用し、粒子追跡法と三次元データ解析とを組み合わせることによって、安価で正確な
障害物探査が可能である。

本願発明は、風力発電装置および飛来物衝突回避装置の製造業、風力発電装置または飛
来物衝突回避装置の保守メンテナンス業、飛来物衝突回避システムのためのソフトウェア
開発業などにおいて、利用可能性がある。

１１，１２，１３，１４ 風力発電装置
２１，２２，２３ 撮像装置（Ｃ−ＭＯＳセンサ）
３０ 障害物探査装置
４０ 風力発電制御装置
４１ 警告装置
５１，５２，５３ 撮影データ
５１ａ，５２ａ，５３ａ，５１ｂ 所定領域
５１１，５１２，５１３，５２１，５２２ 撮影データ
９０ 飛来物
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ，９１ｅ 画像粒子

Claims (12)

1. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対して
   ハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置と、 その風力
   発電装置の周囲の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、 回転停止ポジションを含めた
   ブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた飛来物衝突回避システム
   であって、
   前記障害物探査装置は、風力発電装置の周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的
   に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析
   する撮影データ解析装置と，その撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置デ
   ータ解析装置とを備え、
   前記撮影データ解析装置は，その解析結果が前記風力発電装置のブレードに向かって
   飛来する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮
   影させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力するとともに、その解析結果を前記位置デー
   タ解析装置に送り，前記位置データ解析装置は，前記撮影データ解析装置から送られた解
   析結果をさらに解析した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合
   には、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更する制御信号を
   出力することとした飛来物衝突回避システム。
2. 障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する衝突予測手
   段を備え、
   ブレード角度制御手段は、その衝突確率が閾値を超える場合に、またはその予想到達時
   間に達する前に，ブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することと
   した請求項１に記載の飛来物衝突回避システム。
3. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対して
   ハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置と、 その風力
   発電装置の周囲の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、 風力発電装置に接近してくる
   飛来物に対して警告を発信する警告手段とを備えた飛来物衝突回避システムであって、
   前記障害物探査装置は、風力発電装置の周囲の映像を異なる角度から複数種類を連続的
   に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像装置による撮影データを解析
   する撮影データ解析装置と，その撮影データ解析装置の解析結果をさらに解析する位置デ
   ータ解析装置とを備え、
   前記撮影データ解析装置は，その解析結果が前記風力発電装置のブレードに向かって飛
   来する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮影
   させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力するとともに、その解析結果を前記位置データ
   解析装置に送り，
   前記位置データ解析装置は，前記撮影データ解析装置から送られた解析結果をさらに解
   析した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記警告手
   段に警告出力信号を出力することとした飛来物衝突回避システム。
4. 障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する衝突予測手
   段を備え、
   位置データ解析装置は、その衝突確率が閾値を超える場合に，またはその予想到達時間
   に達する前に，前記警告手段に警告出力信号を出力することとした請求項３に記載の飛来
   物衝突回避システム。
5. 前記風力発電装置を複数備えるとともに、
   前記障害物探査装置は、風力発電装置よりも少ない数にて構成したことを特徴とする請
   求項１から請求項４のいずれかに記載の飛来物衝突回避システム。
6. 前記障害物探査装置には、モノクロのＣ−ＭＯＳセンサを用いることとした請求項１か
   ら請求項５のいずれかに記載の飛来物衝突回避システム。
7. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対して
   ハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、周囲の映像を異な
   る角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像
   装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、その撮影データ解析装置の解析
   結果をさらに解析する位置データ解析装置と， 回転停止ポジションを含めたブレードの
   角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置であって、
   前記撮影データ解析装置による解析結果が前記風力発電装置のブレードに向かって飛来
   する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮影さ
   せる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力するとともに、その解析結果を前記位置データ解
   析装置に送り，
   前記撮影データ解析装置から送られた解析結果をさらに前記位置データ解析装置が解析
   した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記ブレード
   角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更する制御信号を出力することとした
   ことを特徴とする風力発電装置。
8. 障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する衝突予測手
   段を備え、
   ブレード角度制御手段は、その衝突確率が閾値を超える場合に，またはその予想到達時
   間に達する前に，ブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することと
   した請求項７に記載の風力発電装置。
9. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対して
   ハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、周囲の映像を異な
   る角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像
   装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、その撮影データ解析装置の解析
   結果をさらに解析する位置データ解析装置と，接近してくる飛来物に対して警告を発信す
   る警告手段とを備えた風力発電装置であって、
   前記撮影データ解析装置による解析結果が前記風力発電装置のブレードに向かって飛来
   する飛来物が存在するという場合には、前記撮像装置に対して、当該飛来物を追跡撮影さ
   せる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力するとともに、その解析結果を前記位置データ解
   析装置に送り，
   前記撮影データ解析装置から送られた解析結果をさらに前記位置データ解析装置が解析
   した結果、前記飛来物が風力発電装置に近づいてくると判断した場合には、前記警告手段
   に警告出力信号を出力することとした風力発電装置。
10. 障害物探査装置が検知した飛来物の衝突確率または予想到達時間を算出する衝突予測手
    段を備え、
    位置データ解析装置は、その衝突確率が閾値を超える場合に，またはその予想到達時間
    に達する前に，前記警告手段に警告出力信号を出力することとした請求項９に記載の風力
    発電装置。
11. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対して
    ハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、周囲の映像を異な
    る角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像
    装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、その撮影データ解析装置の解析
    結果をさらに解析する位置データ解析装置と， 回転停止ポジションを含めたブレードの
    角度変更を制御するブレード角度制御手段と、を備えた風力発電装置を制御するためのコ
    ンピュータプログラムであって、
    前記撮像装置が撮影した撮影データを受信する撮影データ受信手順と、
    その撮影データ受信手順にて受信した撮影データを用いることによって飛来物が存在す
    るか否かを解析する飛来物解析手順と、
    その飛来物解析手順にて飛来物が存在すると解析した場合には、前記撮像装置に対して
    、当該飛来物を追跡撮影させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力する撮影信号出力手順
    と、
    その撮影信号出力手順による撮影制御信号に基づいて撮影された連続的な撮影データを
    解析する連続撮影データ解析手順と、
    その連続撮影データ解析手順による解析結果をさらに解析する位置データ解析手順と，
    その位置データ解析手順による解析によって前記飛来物が風力発電装置に近づいてくる
    と判断した場合には、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更
    する制御信号を出力するブレード制御信号出力手順と、を風力発電装置の制御用コンピュ
    ータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
12. 地上に立設させたタワー、そのタワーに固定されたナセル、およびそのナセルに対して
    ハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えるとともに、周囲の映像を異な
    る角度から複数種類を連続的に撮影可能であるように配置された撮像装置と、 その撮像
    装置による撮影データを解析する撮影データ解析装置と、その撮影データ解析装置の解析
    結果をさらに解析する位置データ解析装置と，接近してくる飛来物に対して警告を発信す
    る警告手段とを備えた風力発電装置を制御するためのコンピュータプログラムであって、
    前記撮像装置が撮影した撮影データを受信する撮影データ受信手順と、
    その撮影データ受信手順にて受信した撮影データを用いることによって飛来物が存在す
    るか否かを解析する飛来物解析手順と、
    その飛来物解析手順にて飛来物が存在すると解析した場合には、前記撮像装置に対して
    、当該飛来物を追跡撮影させる撮影制御信号を前記撮像装置へ出力する撮影信号出力手順
    と、
    その撮影信号出力手順による撮影制御信号に基づいて撮影された連続的な撮影データを
    解析する連続撮影データ解析手順と、
    その連続撮影データ解析手順による解析結果をさらに解析する位置データ解析手順と，
    その位置データ解析手順による解析によって前記飛来物が風力発電装置に近づいてくる
    と判断した場合には、前記警告手段に警告出力信号を出力する警告信号出力手順と、を風
    力発電装置の制御用コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。

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