JP2013148535A - 雷放電位置標定方法及び雷放電位置標定システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で雷放電位置の予測精度を高めることができる雷放電位置標定方法及び雷放電位置標定システムを提供する。
【解決手段】雷放電に伴い放射されて、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を、強度信号の受信が可能なアプリケーションプログラムが実装される携帯端末１にて受信し、強度信号を受信した携帯端末１の位置を取得し、携帯端末１が、強度信号、及び強度信号を受信した位置を処理装置１０に無線送信し、強度信号、及び強度信号を受信した携帯端末１の位置に基づいて、処理装置１０にて雷放電位置を標定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、雷放電位置標定方法及び雷放電位置標定システムに関する。

近年、局地的に発達する積乱雲からの集中豪雨、強雷による被害が多数発生し、深刻な被害が生じている。その際、雷放電の位置を標定することができれば積乱雲の位置が標定でき、集中豪雨の位置が予測できる。雷放電の位置を標定する方法として、非特許文献１のような方法が提案されている。

雷放電からの電磁波には、ＥＬＦ〜ＵＨＦまで多種多様な電磁波が含まれている。非特許文献１の雷放電位置標定方法は、比較的波長の長いＶＬＦ／ＬＦを観測することにより雷放電位置を標定するものであり、３地点以上に設置されたアンテナで、雷放電に伴い発生する電磁波を受信する。そして、電界変化波形の位相差を求め、電磁波放射源（雷放電位置）から各アンテナへの経路差を求める。電磁波放射源から各アンテナへの経路差を３つ以上の独立したアンテナから求めることにより３つの連立式が立てられ、電磁波放射源を求めることができる。

電気学会論文誌（Vol.131 No.9 pp.716-722）ＶＬＦ／ＬＦ帯広帯域干渉計の開発と初期観測結果

前記非特許文献１に記載された方法は、比較的波長の長いＶＬＦ／ＬＦを使用して雷放電位置を標定するため、１００ｋｍ範囲内での位置標定になり、ピンポイントで雷放電の位置標定を行うことができなかった。この場合、波長の短いものを使用すれば、ピンポイントで雷放電の位置標定を行うことができる。しかしながら、ＶＬＦ／ＬＦよりも波長の短いものを使用して雷放電の位置を標定する場合、飛距離が短いため、アンテナの周囲にさらにアンテナを密に配置する必要があり、システム全体として煩雑なものとなったり、コスト高となったりする。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、簡単な方法で雷放電位置の予測精度を高めることができる雷放電位置標定方法及び雷放電位置標定システムを提供する。

本発明の雷放電位置標定方法は、雷放電に伴い放射されて、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を、この強度信号の受信が可能なアプリケーションプログラムが実装される携帯端末にて受信し、強度信号を受信した携帯端末の位置を取得し、前記携帯端末が、前記強度信号、及び強度信号を受信した位置を処理装置に無線送信し、前記強度信号、及び強度信号を受信した携帯端末の位置に基づいて、前記処理装置にて雷放電位置を標定するものである。

本発明の雷放電位置標定方法によれば、雷放電に伴い放射されて、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号、及び強度信号を受信した位置を携帯端末にて受信し、これらの情報を基地局としての処理装置に無線送信する。すなわち、携帯端末が移動可能なアンテナとなるため、雷放電が発生した場合、その近傍で携帯端末が強度信号を受信することができる。これにより、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を受信することができ、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の情報に基づいて雷放電位置を標定することができる。

前記構成において、前記携帯端末は、アプリケーションプログラムをインターネットを経由してダウンロードして、アプリケーションプログラムにより実行する機能を追加できる。すなわち、携帯端末を所謂スマートフォンにて構成する。スマートフォンは不特定多数の人が日常的に携帯しており、また、その普及率が高い。このため、アプリケーションプログラムをダウンロードしたスマートフォンが、電磁波を受信できるアンテナとなり、日常的に多くの位置でアンテナを存在させることができる。従って、スマートフォンの所持者が前記アプリケーションプログラムをダウンロードするだけで、アンテナ設置等の大掛かりな設定を行うことなく簡単な方法で雷放電の位置を標定することができる。

前記構成において、位置が異なる携帯端末から夫々強度信号が送信され、前記処理装置が複数の強度信号を波形合成することにより、雷放電位置を標定することができる。

前記構成において、前記雷放電位置情報を、さらに特定のユーザに提供することができる。すなわち、前記本発明の雷放電位置標定方法にて標定した雷放電の位置情報の取得を希望するユーザに対して、この位置情報を提供する。

本発明の雷放電位置標定システムは、雷放電に伴い放射されて、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を受信し、この強度信号の受信計測が可能なアプリケーションプログラムが実装されるとともに、強度信号を受信した位置を取得して、前記強度信号、及び強度信号を受信した位置を無線送信する携帯端末と、前記携帯端末から送信された強度信号、及び強度信号を受信した携帯端末の位置に基づいて、雷放電位置を標定する処理装置とを備えたものである。

この場合も、前記携帯端末は、アプリケーションプログラムを、インターネットを経由してダウンロードして機能追加できる、所謂スマートフォンにて構成するのが好ましい。

本発明の雷放電位置標定方法及び雷放電位置標定システムは、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の情報に基づいて雷放電位置を標定することができ、簡単な方法で雷放電位置の予測精度を高めることができる。

本発明の雷放電位置標定システムのブロック図である。 本発明の雷放電位置標定システムにより標定した雷放電の位置を、地図上に反映させた図である。 本発明の雷放電位置標定方法のフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の雷放電位置標定システムのブロック図である。このシステムは、広帯域ＶＨＦアンテナ２を備えている。広帯域ＶＨＦアンテナ２は、雷放電が生じた際に放射される電磁波において、ＶＨＦ帯の電磁波を受信するものである。本実施形態では、異なる位置に、３つの広帯域ＶＨＦアンテナ２ａ、２ｂ、２ｃが設置されている。

ＶＨＦは超短波と呼ばれ、周波数３０〜３００ＭＨｚ、波長１ｍ〜１０ｍまでの電磁波をいう。本発明では、ＶＨＦ帯の電磁波に基づいて雷放電の位置を標定するものであり、ピンポイントで雷放電の位置を具体的に標定することが可能となる。

携帯端末１は、後述する特定のアプリケーションプログラムが実装された端末である。携帯端末１は、アプリケーションプログラムを、インターネットを経由してダウンロードして機能追加できる、所謂スマートフォンにて構成しており、無線通信を可能とするものである。本発明の雷放電位置標定方法において使用される携帯端末１は、雷放電が生じた際に放射される電磁波（ＶＨＦ帯）を、広帯域ＶＨＦアンテナ２を介して無線受信できるアプリケーションが実装された端末である。近年、スマートフォンは、不特定多数の人が日常的に携帯しており、また、その普及率が高い。このため、後述するアプリケーションプログラムをダウンロードしたスマートフォンが、電磁波を受信できるアンテナとなり、日常的に多くの位置でアンテナを存在させることができる。

図１の状態では、携帯端末１ａは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ａからの電磁波を受信できる場所に存在する。また、別の場所の携帯端末１ｂは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ｂからの電磁波を受信できる場所に存在し、さらに別の場所の携帯端末１ｃは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ｃからの電磁波を受信できる場所に存在する。携帯端末１ａ、１ｂ、１ｃは移動可能なものであり、別の時刻には、携帯端末１ａ、１ｂ、１ｃは異なる場所に存在することがある。すなわち、１つの携帯端末（例えば携帯端末１ａ）が、常に同じ広帯域ＶＨＦアンテナ２ａからの電磁波を受信できる位置に存在するのではなく、携帯端末１ａが移動することによって別の位置（例えば広帯域ＶＨＦアンテナ２ｂからの電磁波を受信できる位置）に存在する。この場合、その位置で雷放電が発生すると、携帯端末１ａは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ｂからの電磁波を受信する。図１では説明を簡単にするため、３つの携帯端末１ａ、１ｂ、１ｃを図示しているが、実際はアプリケーションプログラムがダウンロードされた多数の携帯端末１が存在している。

携帯端末１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から発信される信号に基づいて地球上の位置を特定するＧＰＳ機能を備えている。すなわち、ＧＰＳ衛星から発信される複数の信号を受信することで、携帯端末１の現在位置を表す位置情報を取得することが可能となる。

携帯端末１に実装されるアプリケーションプログラムは、雷放電が発生した際に、広帯域ＶＨＦアンテナを介して電磁波（ＶＨＦ帯）を受信するためのプログラムである。スマートフォンの使用者のうち、雷放電が発生した際に、電磁波（ＶＨＦ帯）の強度信号、及び強度信号を受信した位置の情報提供を希望する使用者は、このアプリケーションプログラムを、インターネットを介してダウンロードする。

処理装置１０は、パーソナルコンピュータにて構成され、携帯端末１から送信された強度信号から、雷放電の位置を解析するための基地局となる。処理装置１０は、図１に示すように、波形合成手段３、高速Ａ／Ｄ変換手段４、演算手段５、画像情報作成手段６、ネットワーク通信手段７を備えている。

波形合成手段３は、夫々の携帯端末１ａ、１ｂ、１ｃから送信された強度信号を、フーリエ解析により合成するものである。高速Ａ／Ｄ変換手段４は、波形合成された信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル化するものである。演算手段５は、デジタル化された信号に基づいて、公知公用の方法（例えば、前記非特許文献１に記載された方法）により雷放電の位置を特定するものである。画像情報作成手段７は、図２に示すように、雷放電の位置を地図上で反映させたデータを作成するものである。

図２の実線の×印は、観測時の雷放電の発生位置を示しており、点線の×印は、所定時間前の雷放電の発生位置を示している。このようにして、所定時間ごとに雷放電の発生位置を標定すれば、積乱雲の移動予測ができ、集中豪雨、強雷の発生を予測することができる。この情報は、ネットワーク通信手段７により、例えば図示省略の共有サーバに格納し、雷放電の位置情報の取得を希望する特定のユーザに提供することができる。

次に、本発明の雷放電位置標定システムを用いた雷放電位置標定方法を、図３を用いて説明する。雷放電が発生すると、広帯域ＶＨＦアンテナ２ａ、２ｂ、２ｃは、雷放電により放射されたＶＨＦ帯の電磁波の強度信号を受信する。広帯域ＶＨＦアンテナ２ａの強度信号を受信できる位置にある携帯端末１ａは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ａを介して、この強度信号を受信するとともに、ＧＰＳからの強度信号を受信する（ステップＳ１）。携帯端末１ａは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ａからの強度信号の受信が可能なアプリケーションソフトウェアが実装された、所謂スマートフォンである。

雷放電により放射された電磁波の強度信号を受信した携帯端末１ａは、基地局としての処理装置１０に、信号強度と信号の受信位置とを、例えばメール等により無線送信する。

これと同様の方法で、別の位置の広帯域ＶＨＦアンテナ２ｂ、２ｃも、雷放電により放射された電磁波の強度信号を受信する。広帯域ＶＨＦアンテナ２ｂ、２ｃの強度信号を受信できる位置にある携帯端末１ｂ、１ｃは、広帯域ＶＨＦアンテナ２ｂ、２ｃを介して、この強度信号を受信するとともに、ＧＰＳからの強度信号を受信する。携帯端末１ｃ、１ｃは、基地局としての処理装置１０に、信号強度と信号の受信位置とを、メール等により無線送信する。

処理装置１０の波形合成手段３、高速Ａ／Ｄ変換手段４、及び演算手段５は、携帯端末１ａ、１ｂ、１ｃから送信された強度信号、及び強度信号を受信した携帯端末１ａ、１ｂ、１ｃの位置に基づいて、雷放電の放射源の位置を三次元で演算する（ステップＳ２）。

その後、処理装置１０の画像形成手段６は、図２に示すような雷放電の発生位置が地図上に示されたデータを作成する（ステップＳ３）。その後、ネットワーク通信手段７は、図示省略の共有サーバに図２のデータを格納し（ステップＳ４）、この情報の配信を希望する特定のユーザに提供する。このような方法により、雷放電の位置を標定することができる。

本発明では、雷放電に伴い放射されるＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号、及び強度信号を受信した位置を携帯端末１にて受信し、これらの情報を基地局としての処理装置１０に無線送信する。すなわち、携帯端末１が移動可能なアンテナとなるため、雷放電が発生した場合、その近傍で携帯端末１が強度信号を受信することができる。これにより、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を受信することができ、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の情報に基づいて雷放電位置を標定することができる。従って、簡単な方法で雷放電の放電位置の予測精度を高めることができる。すなわち、従来では１００ｋｍ範囲内での位置標定であったが、本発明により、４０ｋｍ範囲内の水平・垂直２５０ｍ範囲での放電の位置標定を可能とすることができる。

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態では広帯域ＶＨＦアンテナ２を３つ備えたものであったが、１つ以上あればよく、雷放電位置の標定対象となるエリアに応じて増減させることができる。前記実施形態では、ＶＨＦ帯の電磁波に基づいて雷放電位置を標定したが、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波、すなわち、さらに短い波長の電磁波（例えばＳＨＦ（センチメートル波））に基づいて雷放電位置を標定してもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ 携帯端末
１０ 処理装置

Claims (6)

1. 雷放電に伴い放射されて、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を、この強度信号の受信が可能なアプリケーションプログラムが実装される携帯端末にて受信し、
   強度信号を受信した携帯端末の位置を取得し、
   前記携帯端末が、前記強度信号、及び強度信号を受信した位置を処理装置に無線送信し、
   前記強度信号、及び強度信号を受信した携帯端末の位置に基づいて、前記処理装置にて雷放電位置を標定することを特徴とする雷放電位置標定方法。
2. 前記携帯端末は、アプリケーションプログラムをインターネットを経由してダウンロードして、アプリケーションプログラムにより実行する機能を追加できるものであることを特徴とする請求項１の雷放電位置標定方法。
3. 位置が異なる携帯端末から夫々強度信号が送信され、前記処理装置が複数の強度信号を波形合成することにより、雷放電位置を標定することを特徴とする請求項１又は請求項２の雷放電位置標定方法。
4. 前記雷放電位置情報を、さらに特定のユーザに提供することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の雷放電位置標定方法。
5. 雷放電に伴い放射されて、ＶＨＦ帯以下の波長の電磁波の強度信号を受信し、この強度信号の受信計測が可能なアプリケーションプログラムが実装されるとともに、強度信号を受信した位置を取得して、前記強度信号、及び強度信号を受信した位置を無線送信する携帯端末と、
   前記携帯端末から送信された強度信号、及び強度信号を受信した携帯端末の位置に基づいて、雷放電位置を標定する処理装置とを備えたことを特徴とする雷放電位置標定システム。
6. 前記携帯端末は、アプリケーションプログラムをインターネットを経由してダウンロードして、アプリケーションプログラムにより実行する機能を追加できるものであることを特徴とする請求項４の雷放電位置標定システム。

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