JP2017210108A - 係留気球 - Google Patents

Abstract

【課題】係留された気球が強風に曝らされることを防止可能な係留気球を提供する。
【解決手段】本発明に係る係留気球１は、気球１０と、一端が気球に接合された係留索１１と、気球１０が受ける風の風速を検出する風速センサ１５と、気球１０の高度を測定する高度センサ１６と、係留索１１を巻き出し又は巻き取る巻取装置１２と、風速センサ１５が検出した風速に関連する風速情報に基づいて気球１０の高度を決定し、高度センサ１６が測定した高度が、決定した高度に一致するように巻取装置１２を制御する制御装置ととを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、係留気球に関する。

災害等で基地局の動作が停止した場合に、基地局の機能を代替する中継局を搭載した気球を係留することにより、動作を停止した基地局がカバーしていたエリアの通信障害を解消することが知られている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

特開２０１６−００２９７３号公報 特開２０１６−００７８９９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載される係留気球は、係留された気球が強風に曝された場合に、気球及び気球に搭載された中継局が破損するおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するものであり、係留された気球が強風に曝らされることを防止可能な係留気球を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明に係る係留気球は、気球と、一端が気球に接合された係留索と、気球が受ける風の風速を検出する風速センサと、気球の高度を測定する高度センサと、係留索を巻き出し又は巻き取る巻取装置と、風速センサが検出した風速に関連する風速情報に基づいて気球の高度を決定し、高度センサが測定した高度が、決定した高度に一致するように巻取装置を制御する制御装置とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、気球の高度を少なくとも３つの高度に制御することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、気球の高度が第１高度であり、風速情報に対応する風速が第１風速以上であり且つ第１風速よりも強い第３風速未満であると判定したときに、気球を第１高度から第１高度よりも低い第２高度に下降させることが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、気球の高度が第１高度又は第２高度であり、風速情報に対応する風速が第３風速よりも強い第４風速以上であると判定したときに、気球を第２高度よりも低い第３高度に下降させることが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、気球の高度が第２高度又は第３高度であり、風速情報に対応する風速が第１風速未満であると判定したときに、気球を第１高度に上昇させることが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、気球の高度が第３高度であり、風速情報に対応する風速が第４風速よりも弱く且つ第１風速よりも強い第２風速以上であると判定したときに、気球を第２高度に上昇させることが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、気球の高度を第２高度に制御してから所定のしきい値時間が経過するまでに、風速が第１風速と第４風速の間で変化したときに、気球の高度を変更しないことが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、風速情報は、風速センサが検出した複数の風速の平均値、風速センサが検出した複数の風速の中央値、及び風速センサが検出した複数の風速の最頻値の何れか１つに関連することが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、高度センサは、気球に搭載されることが好ましい。

また、本発明に係る係留気球では、制御装置は、公衆回線網を介して取得した気球が係留される場所を含む地域の風速に関する情報に基づいて、風速情報を補正することが好ましい。

本発明によれば、係留された気球が強風に曝らされることを防止することが可能になった。

第１実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。 図１に示す制御装置の概略構成の一例を示す図である。 図１に示す係留気球による気球係留処理のフローチャートである。 図３に示すＳ１０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。 図２に示す気球高度決定テーブルの一例を示す図である。 第２実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。 第３実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。 第４実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す図である。 図８に示す係留気球による気球係留処理のフローチャートである。 図９に示すＳ３０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。 第５実施形態に係る制御装置の概略構成の一例を示す図である。 （ａ）は図１１に示す第１気球高度決定テーブルの一例を示す図であり、（ｂ）は図１１に示す第２気球高度決定テーブルの一例を示す図である。 図１１に示す係留気球による気球係留処理のフローチャートである。 図１３に示すＳ５０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。 図１４に示すＳ６０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。 第６実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。 図１６に示す制御装置の概略構成の一例を示す図である。 図１６に示す係留気球による気球係留処理のフローチャートである。 図１８に示すＳ８０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。 図１９に示すＳ９０２の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

以下の図面を参照して、本発明に係る係留気球について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明との均等物に及ぶ点に留意されたい。

実施形態に係る係留気球は、気球が受ける風の風速を検出し、検出した風速に基づいて気球を上昇又は下降させることで、係留された気球が強風に曝されることを防止する。

（第１実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図１は、第１実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。

係留気球１は、気球１０と、係留索１１と、巻取装置１２と、着陸台１３と、複数のローラ１４と、風速センサ１５と、係留索長センサ１６と、気球通信装置１７と、中継局１９と、制御装置２０とを有する。

気球１０は、本体部１０１と、ペイロード用ドーム１０２と、スクープ１０３とを有する。本体部１０１は、合成繊維等の堅固、軽量且つ風を通さない材料で形成される外袋と、外袋に内包され、ヘリウムガスが充填されるヘリウム格納袋とを有し、ヘリウム格納袋にヘリウムガスが充填されると扁平球状の形状を有する。ペイロード用ドーム１０２は、有底の円筒状の部材であり、底部が本体部１０１に接するように配置される。ペイロード用ドーム１０２の凹部には、風速センサ１５、気球通信装置１７及び中継局１９が配置される。スクープ１０３は、姿勢安定膜とも称され、一方の面から他方の面に空気を透過するように編み込まれたポリエステルにより形成される可とう性の面を有する膜材であり、本体部１０１の外袋に接合される。

係留索１１は、主係留索１１０と、第１副係留索１１１と、第２副係留索１１２と、結節部１１４を有する。主係留索１１０の一端は、第１副係留索１１１及び第２副係留索１１２と結節部１１４を介して接合され、第１副係留索１１１と、第２副係留索１１２の他端は気球１０の本体部１０１の表面に接合される。

巻取装置１２は、筐体１２０と、モータ１２１と、ドラム１２２とを有する。筐体１２０は、鋼材で形成された直方体形状の枠状部材であり、モータ１２１及びドラム１２２のそれぞれを所定の位置に固定する。モータ１２１は、ケーブル１２３を介して制御装置２０に接続され、制御装置２０から送信される制御信号に応じて、第１方向又は第１方向と反対の第２方向に回転する。ドラム１２２は、モータ１２１が第１方向に回転することに応じて主係留索１１０を巻き出し、モータ１２１が第２方向に回転することに応じて主係留索１１０を巻き取る。

着陸台１３は、架台１３１と、固定部材１３２とを有する。架台１３１は、気球１０の収納時に気球１０を支持する部材であり、固定部材１３２は、架台１３１を地表等の固定面に固定する部材である。

複数のローラ１４のそれぞれは、回転面に主係留索１１０が接するように配置される回転可能な円筒状の部材であり、巻取装置１２が主係留索１１０を巻き出すとき、及び巻取装置１２が主係留索１１０を巻き取るときに主係留索１１０を所定の方向に案内する。

風速センサ１５は、気球１０が受ける風の風速を検出し、検出した風速に関連する風速情報を示す風速信号を、気球通信装置１７を介して制御装置２０に送信する。風速センサ１５は、風杯型の風速センサであってもよく、風車型の風速センサであってもよく、超音波式の風速センサであってもよい。

表１は、風速センサ１５から送信される風速信号に対応する風速情報と、気球１０が受ける風の風速との関係の一例を示す。表１において、「風速情報」欄は風速センサ１５から送信される風速信号に対応する風速情報を示し、「気球１０が受ける風の風速」欄は気球１０が受ける風の風速を示し、「備考」欄は風速情報が示す意味を示す。

風速センサ１５は、気球１０が受ける風の風速が１０ｍ／ｓ未満であるとき、気球１０が強風を受ける可能性が低いため「安全」であることを示す風速情報「０」を制御装置２０に送信する。風速センサ１５は、気球１０が受ける風の風速が１０ｍ／ｓ以上であり且つ１５ｍ／ｓ未満であるとき、気球１０が強風を受ける可能性があるため「注意」することを示す風速情報「１」を制御装置２０に送信する。風速センサ１５は、気球１０が受ける風の風速が１５ｍ／ｓ以上であり且つ２０ｍ／ｓ未満であるとき、気球１０が強風を受ける可能性が比較的高いため「警戒」することを示す風速情報「２」を制御装置２０に送信する。風速センサ１５は、気球１０が受ける風の風速が２０ｍ／ｓ以上であり且つ２５ｍ／ｓ未満であるとき、気球１０が強風を受ける可能性が非常に高いため「危険」であることを示す風速情報「３」を制御装置２０に送信する。

係留索長センサ１６は、筐体１６０と、回転部材１６１と、回転検出センサ１６２とを有する。筐体１２０は、鋼材で形成された直方体形状の枠状部材であり、回転部材１６１を所定の位置に回転可能に支持すると共に、回転部材１６１を所定の位置に固定する。回転部材１６１は、主係留索１１０の巻き出し及び巻き取りに応じて回転する。回転検出センサ１６２は、主係留索１１０の巻き出し及び巻き取りに応じて回転した回転部材１６１の回転方向及び回転量を検出する。係留索長センサ１６は、主係留索１１０の巻き出し及び巻き取りに応じて回転した回転部材１６１の回転方向及び回転量を検出することで、気球の高度を測定する。回転検出センサ１６２は、ケーブル１６３を介して制御装置２０に接続され、検出した回転部材１６１の回転方向及び回転量を示す回転信号を制御装置２０に送信する。

気球通信装置１７は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、制御装置２０との間で無線通信を行う。そして、気球通信装置１７は、風速センサ１５から入力された風速信号を制御装置２０に送信する。

中継局１９は、不図示の中継用アンテナ及び対移動局用アンテナを有し、通信可能なエリア内に位置する携帯端末との間の通信網を形成する。

図２は、制御装置２０の概略構成の一例を示す図である。

制御装置２０は、風速センサ１５が検出した風速に関連する風速情報に基づいて気球１０の高度を決定し、係留索長センサ１６が測定した気球１０の高度が、決定した気球１０の高度に一致するように巻取装置１２を制御する。以上のような機能を実現するために、制御装置２０は、無線通信部２１と、有線通信部２２と、記憶部２４、入力部２５と、出力部２６と、処理部３０とを有する。

無線通信部２１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、アンテナ２７を介して気球通信装置１７との間で無線通信を行う。無線通信部２１は、気球通信装置１７から受信した風速信号を処理部３０に供給する。

有線通信部２２は、ケーブル１２３を介してモータ１２１に接続されると共に、ケーブル１６３を介して回転検出センサ１６２に接続される。有線通信部２２は、イーサネット（登録商標）等の通信方式に従った有線通信を行うためのインターフェース回路を有し、モータ１２１及び回転検出センサ１６２との間で有線通信を行う。有線通信部２２は、回転検出センサ１６２から受信した回転信号を処理部３０に供給する。また、処理部３０から取得した制御信号をモータ１２１に送信する。

記憶部２４は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置及び光ディスク装置の内の少なくとも一つを有する。記憶部２４は、処理部３０による処理に用いられるドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部２４は、ドライバプログラムとして、無線通信部２１及び有線通信部２２を制御する通信デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、記憶部２４は、気球高度決定テーブル２４１を記憶する。コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部２４にインストールされてもよい。

入力部２５は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。オペレータは、入力部２５を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部２５は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、処理部３０に供給される。

出力部２６は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。出力部２６は、処理部３０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。一例では、出力部２６は、風速センサ１５から送信された風速信号に対応する風速情報を表示する。

処理部３０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。処理部３０は、制御装置２０の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部３０は、制御装置２０の各種処理が記憶部２４に記憶されているプログラム等に基づいて適切な手順で実行されるように、無線通信部２１及び有線通信部２２等の動作を制御する。処理部３０は、記憶部２４に記憶されているオペレーティングシステムプログラムやドライバプログラム、アプリケーションプログラム等のプログラムに基づいて処理を実行する。また、処理部３０は、アプリケーションプログラム等の複数のプログラムを並列に実行することができる。

処理部３０は、気球上昇部３１と、気球昇降制御部３２と、気球下降部３３とを有する。気球昇降制御部３２は、風速情報取得部３２１と、風速情報判定部３２２と、気球高度決定部３２３と、気球高度制御部３２４と、制御信号送信部３２５とを有する。処理部３０が有するこれらの各部は、処理部３０が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、処理部３０が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして制御装置２０に実装されてもよい。

（第１実施形態に係る係留気球による気球係留処理）
図３は、係留気球１による気球係留処理のフローチャートである。図３に示す気球係留処理は、予め記憶部２４に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部３０により、係留気球１の各要素と協働して実行される。

まず、気球上昇部３１は、オペレータから入力部２５を介して気球上昇指示が入力されているか否かを判定する（Ｓ１０１）。気球上昇部３１は、オペレータから入力部２５を介して気球上昇指示が入力されたと判定する（Ｓ１０１−ＹＥＳ）と、気球１０の収納位置の高度である第３高度から第１高度Ｈ１に、気球１０を上昇させる（Ｓ１０２）。具体的には、気球上昇部３１は、係留索長センサ１６から送信される回転信号に対応する主係留索の巻き出し長さが第１高度Ｈ１に一致するまで、有線通信部２２を介して巻取装置１２のモータ１２１を第１方向に回転させる。一例では、第１高度Ｈ１は１００ｍである。巻取装置１２のモータ１２１は、ドラム１２２が第１高度Ｈ１に相当する高度の長さの主係留索１１０を巻き出すまで第１方向に回転する。気球１０は、ドラム１２２が第１高度Ｈ１に相当する高度の長さの主係留索１１０を巻き出すことに応じて、第１高度Ｈ１まで上昇する。

次いで、気球昇降制御部３２は、風速センサ１５から風速信号を取得し、風速信号に対応する風速に関連する風速情報に基づいて気球１０を上昇又は下降させることを示す制御信号を、巻取装置１２のモータ１２１に送信する（Ｓ１０３）。

気球下降部３３は、オペレータから入力部２５を介して気球下降指示が入力されているか否かを判定する（Ｓ１０４）。オペレータから入力部２５を介して気球下降指示が入力されていないと判定される（Ｓ１０４−ＮＯ）と、処理はＳ１０３に戻る。処理部３０は、オペレータから入力部２５を介して気球下降指示が入力されたと判定される（Ｓ１０４−ＹＥＳ）まで、Ｓ１０３〜Ｓ１０４の処理を繰り返す。

そして、気球下降部３３は、オペレータから入力部２５を介して気球下降指示が入力されたと判定される（Ｓ１０４−ＹＥＳ）と、気球１０の収納位置の高度である第３高度Ｈ３まで気球１０を下降させる（Ｓ１０５）。具体的には、気球下降部３３は、係留索長センサ１６から送信される回転信号に対応する主係留索の巻き出し長さが第３高度Ｈ３に一致するまで、有線通信部２２を介して巻取装置１２のモータ１２１を第２方向に回転させる。巻取装置１２のモータ１２１は、ドラム１２２が第３高度Ｈ３に相当する高度の長さの主係留索１１０を巻き取るように、第２方向に回転する。気球１０は、ドラム１２２が第３高度Ｈ３に相当する高度の長さの主係留索１１０を巻き取ることに応じて、気球１０の収納位置の高度である第３高度Ｈ３まで下降する。

図４は、Ｓ１０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

まず、風速情報取得部３２１は、風速センサ１５から送信された風速信号に対応する風速情報を取得する（Ｓ２０１）。

次いで、風速情報判定部３２２は、Ｓ２０１で取得された風速情報は「０」〜「３」の何れかであるかを判定する（Ｓ２０２）。次いで、気球高度決定部３２３は、記憶部２４に記憶される気球高度決定テーブル２４１を参照して、Ｓ２０２の処理で判定された風速情報に基づいて、気球１０の高度を決定する（Ｓ２０３）。

図５は、気球高度決定テーブル２４１の一例を示す図である。なお、本実施形態でいうテーブルとはデータベースの形式の一例であり、データがサーバ内にプールしているような形式であってもよい。気球高度決定テーブル２４１は、気球１０の現在の高度を、Ｓ２０２の処理で判定された風速情報に応じてどのような高度に変更するかを示す。気球高度決定テーブル２４１において、第１高度Ｈ１はＳ１０２の処理により気球上昇部３１によって上昇された高度であり、第３高度Ｈ３は気球１０の収納位置の高度である。第２高度Ｈ２は、第１高度Ｈ１と第３高度Ｈ３との間の高度である。一例では、第１高度Ｈ１は１００ｍであり、第２高度Ｈ２は５０ｍであり、第３高度Ｈ３は０ｍである。

気球高度決定部３２３は、気球１０が強風を受ける可能性が低いため「安全」であること示す風速情報「０」である場合に、気球１０の現在の高度が第１高度Ｈ１〜第３高度Ｈ３であるかにかかわらず、気球１０の高度を第１高度Ｈ１にすることを決定する。

気球高度決定部３２３は、気球１０が強風を受ける可能性があるため「注意」すること示す風速情報「１」である場合に、気球１０の現在の高度が第１高度Ｈ１又は第２高度Ｈ２であるときに、気球１０の高度を第１高度Ｈ１にすることを決定する。一方、気球高度決定部３２３は、風速情報が「１」である場合に、気球１０の現在の高度が第３高度Ｈ３であるときに、気球１０の高度を第２高度Ｈ２にすることを決定する。

気球高度決定部３２３は、気球１０が強風を受ける可能性が比較的高いため「警戒」すること示す風速情報「２」である場合に、気球１０の現在の高度が第１高度Ｈ１であるときに、気球１０の高度を第１高度Ｈ１にすることを決定する。また、気球高度決定部３２３は、風速情報が「２」である場合に、気球１０の現在の高度が第２高度Ｈ２であるときに、気球１０の高度を第２高度Ｈ２にすることを決定する。そして、気球高度決定部３２３は、風速情報が「２」である場合に、気球１０の現在の高度が第３高度Ｈ３であるときに、気球１０の高度を第３高度Ｈ３にすることを決定する。

気球高度決定部３２３は、気球１０が強風を受ける可能性が非常に高いため「危険」であることを示す風速情報「３」である場合に、気球１０の現在の高度が第１高度Ｈ１であるときに、気球１０の高度を第２高度Ｈ２にすることを決定する。一方、気球高度決定部３２３は、風速情報が「３」である場合に、気球１０の現在の高度が第２高度Ｈ２又は第３高度Ｈ３であるときに、気球１０の高度を第３高度Ｈ３にすることを決定する。

次いで、気球高度制御部３２４は、Ｓ２０３の処理で決定された高度に応じた制御信号を生成する（Ｓ２０４）。気球高度制御部３２４は、気球１０の現在の高度と、Ｓ２０３の処理で決定された気球１０の高度が同一の場合、モータ１２１を回転させないことを示す制御信号を生成する。

気球高度制御部３２４は、気球１０の現在の高度が第１高度Ｈ１であり且つＳ２０３の処理で決定された気球１０の高度が第２高度Ｈ２である場合、気球１０を第１高度Ｈ１から第２高度Ｈ２に下降させる。モータ１２１に送信する。すなわち、気球高度制御部３２４は、現在の高度が第１高度Ｈ１であり、Ｓ２０３の処理で風速情報に対応する風速が２０ｍ／ｓ以上であり且つ２５ｍ／ｓ未満であると判定されたときに、気球１０を第１高度Ｈ１から第２高度Ｈ２に下降させる。気球高度制御部３２４は、係留索長センサ１６から送信される回転信号に対応する主係留索の巻き出し長さが第２高度Ｈ２に一致するまで、有線通信部２２を介して制御信号を送信することで、巻取装置１２のモータ１２１を第２方向に回転させる。

気球高度制御部３２４は、気球１０の現在の高度が第２高度Ｈ２であり且つＳ２０３の処理で決定された気球１０の高度が第３高度Ｈ３である場合、気球１０を第３高度Ｈ３に下降させる。すなわち、気球高度制御部３２４は、現在の高度が第１高度Ｈ１又は第２高度Ｈ２であり、Ｓ２０３の処理で風速情報に対応する風速が２０ｍ／ｓ以上であり且つ２５ｍ／ｓ未満であると判定されたときに、気球１０を第３高度Ｈ３に下降させる。気球高度制御部３２４は、係留索長センサ１６から送信される回転信号に対応する主係留索の巻き出し長さが第３高度Ｈ３に一致するまで、有線通信部２２を介して制御信号を送信することで、巻取装置１２のモータ１２１を第２方向に回転させる。

気球高度制御部３２４は、気球１０の現在の高度が第２高度Ｈ２又は第３高度Ｈ３であり且つＳ２０３の処理で決定された気球１０の高度が第１高度Ｈ１である場合、気球１０を第１高度Ｈ１に上昇させるすなわち、気球高度制御部３２４は、現在の高度が第２高度Ｈ２であり、Ｓ２０３の処理で風速情報に対応する風速が１５ｍ／ｓ未満であると判定されたときに、気球１０を第１高度Ｈ１に上昇させる。また、気球高度制御部３２４は、現在の高度が第３高度Ｈ３であり、Ｓ２０３の処理で風速情報に対応する風速が１０ｍ／ｓ未満であると判定されたときに、気球１０を第１高度Ｈ１に上昇させる。気球高度制御部３２４は、係留索長センサ１６から送信される回転信号に対応する主係留索の巻き出し長さが第１高度Ｈ１に一致するまで、有線通信部２２を介して制御信号を送信することで、巻取装置１２のモータ１２１を第１方向に回転させる。

気球高度制御部３２４は、気球１０の現在の高度が第３高度Ｈ３であり且つＳ２０３の処理で決定された気球１０の高度が第２高度Ｈ２である場合、気球１０を第３高度Ｈ３から第２高度Ｈ２に上昇させる。すなわち、気球高度制御部３２４は、現在の高度が第３高度Ｈ３であり、Ｓ２０３の処理で風速情報に対応する風速が１５ｍ／ｓ以上であり且つ２０ｍ／ｓ未満であると判定されたときに、気球１０を第３高度Ｈ３から第２高度Ｈ２に上昇させる。気球高度制御部３２４は、係留索長センサ１６から送信される回転信号に対応する主係留索の巻き出し長さが第２高度Ｈ２に一致するまで、有線通信部２２を介して制御信号を送信することで、巻取装置１２のモータ１２１を第１方向に回転させる。

そして、制御信号送信部３２５は、Ｓ２０４の処理で生成された制御信号を巻取装置１２のモータ１２１に送信する（Ｓ２０５）。

（第１実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球１は、風速センサ１５により検出された気球１０が受ける風の風速に関連する風速情報に基づいて気球１０を上昇又は下降させる。係留気球１では、気球１０が受ける風の風速が強くなったときに気球１０を収納することで、係留された気球１０が強風を受けることを防止することができる。

また、係留気球１では、気球昇降制御部３２は、風速情報が「注意」又は「警戒」を示すときに、気球１０の高度を、気球１０を最初に上昇させたときの第１高度Ｈ１と、気球１０が収納されたときの第３高度Ｈ３との間の高度である第２高度Ｈ２にする。係留気球１は、風速情報が「注意」又は「警戒」を示すときに、気球１０の高度を第２高度Ｈ２にすることで、風速情報が「危険」を示す状態に急変した場合に、気球１０の高度を第２高度Ｈ２から第３高度Ｈ３にして気球１０を早急に収納することができる。また、係留気球１は、風速情報が「注意」又は「警戒」を示すときに、気球１０の高度を第２高度Ｈ２にすることで、風速情報が「注意」又は「警戒」を示す間に、中継局１９の機能を維持することができる。

（第２実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図６は、第２実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。

係留気球２は、高度センサ１８が係留索長センサ１６の代わりに配置されることが係留気球１と相違する。高度センサ１８以外の係留気球２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された係留気球１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

高度センサ１８は、気球通信装置１７及び中継局１９と共に気球１０のペイロード用ドーム１０２の凹部に配置される。高度センサ１８は、グローバル・ポジショニング・システム（Global Positioning System、ＧＰＳ）又は３点測量により地表からの高度を測定して、測定した高度を示す気球高度信号を気球通信装置１７を介して制御装置２０に送信する。制御装置２０の処理部３０は、気球高度信号を無線通信部２１を介して取得して、取得した気球高度信号に対応する高度が、風速センサ１５が検出した風速に関連する風速情報に基づいて決定した気球１０の高度に一致するように巻取装置１２を制御する。

（第２実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球２では、気球１０のペイロード用ドーム１０２の凹部に配置された高度センサ１８が気球１０の高度を測定するので、気球１０が風に流されて着陸台１３の直上の位置から外れた場合でも気球１０の高度を精度よく制御することができる。

（第３実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図７は、第３実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。

係留気球３は、風速センサ１５１が風速センサ１５の代わりに配置されることが係留気球１と相違する。また、気球通信装置１７が配置されないことが係留気球１と相違する。風速センサ１５１以外の係留気球３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された係留気球１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

風速センサ１５１は、地表に配置され、ケーブル１５２を介して制御装置２０の有線通信部２２に接続され、気球１０が受ける風の風速を検出し、検出した風速に関連する風速情報を示す風速信号を、制御装置２０に送信する。

（第３実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球３では、気球１０のペイロード用ドーム１０２の凹部には、制御装置２０と通信が必要な機器は配置されないので、気球通信装置１７を省略することができる。

（第４実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
第４実施形態に係る係留気球は、制御装置４０が制御装置２０の代わりに配置されることが係留気球１と相違する。制御装置４０以外の第４実施形態に係る係留気球の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された係留気球１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

図８は、制御装置４０の概略構成の一例を示す図である。

制御装置４０は、処理部５０が処理部３０の代わりに配置されることが制御装置２０と相違する。処理部５０は、気球昇降制御部５２が気球昇降制御部３２の代わりに配置されることが処理部３０と相違する。気球昇降制御部５２以外の制御装置４０の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された制御装置２０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。気球昇降制御部５２は、風速情報演算部５２１を有することが気球昇降制御部３２と相違する。

（第４実施形態に係る係留気球による気球係留処理）
図９は、第４実施形態に係る係留気球による気球係留処理のフローチャートである。図９に示す気球係留処理は、予め記憶部２４に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部５０により、第４実施形態に係る係留気球の各要素と協働して実行される。

Ｓ３０１〜Ｓ３０２及びＳ３０４〜Ｓ３０５の処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０２及びＳ１０４〜Ｓ１０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ３０３において、気球昇降制御部５２は、取得した風速信号に対応する風速に関連する風速情報から演算される風速情報に基づいて気球１０を上昇又は下降させることを示す制御信号を、巻取装置１２のモータ１２１に送信する（Ｓ３０３）。

図１０は、Ｓ３０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

Ｓ４０１及びＳ４０４〜Ｓ４０６の処理は、Ｓ２０１及びＳ２０３〜Ｓ２０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ４０２において、風速情報演算部５２１は、直近のＭ個の風速情報の平均値を演算する（Ｓ４０２）。次いで、風速情報判定部３２２は、Ｓ４０２で演算された風速情報は「０」〜「３」の何れかであるかを判定する。風速情報判定部３２２は、Ｓ４０２で演算された風速情報を四捨五入して、Ｓ４０２で演算された風速情報が「０」〜「３」の何れかであるかを判定する。

なお、Ｓ４０２の最初の処理では、風速情報は１つしかないので、風速情報演算部５２１は、取得した１つの風速情報の平均値を演算する。同様に、Ｓ４０２の２回目の処理では、風速情報は２つしかないので、風速情報演算部５２１は、取得した２つの風速情報の平均値を演算する。以降、Ｓ４０２の（Ｍ−１）回目の処理まで、風速情報演算部５２１は、取得した個数の風速情報の平均値を演算する。また、風速情報演算部５２１は、Ｓ４０２の（Ｍ＋１）回目の処理では、最初の処理で取得した風速情報を除いて平均値を演算し、Ｓ４０２の（Ｍ＋１）回目の処理では、２回目の処理で取得した風速情報を除いて平均値を演算する。以降、風速情報演算部５２１は、（Ｍ＋２）個前の処理で取得した風速情報を除いてＭ個の風速情報の平均値を演算する。

（第４実施形態に係る係留気球の作用効果）
第４実施形態に係る係留気球は、直近のＭ個の風速情報の平均値に基づいて、風速情報を判定するので、風速情報の値が突発的に変化した場合に、気球１０の高度を上下させる等の不要な処理が発生することを防止できる。

なお、第４実施形態に係る係留気球では、風速情報演算部５２１は、Ｍ個の風速情報の平均値を演算するが、実施形態に係る係留気球は、Ｍ個の風速情報の中央値又は最頻値を演算し、演算された中央値又は最頻値に基づいて判定処理を実行してもよい。

また、第４実施形態に係る係留気球では、風速情報判定部３２２は、Ｓ４０２で演算された風速情報を四捨五入して、風速情報が「０」〜「３」の何れかであるかを判定する。しかしながら、実施形態に係る係留気球は、Ｓ４０２で演算された風速情報を切り上げして、風速情報が「０」〜「３」の何れかであるかを判定してもよい。

（第５実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
第５実施形態に係る係留気球は、制御装置６０が制御装置４０の代わりに配置されることが第４実施形態に係る係留気球と相違する。制御装置６０以外の第５実施形態に係る係留気球の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された第４実施形態に係る係留気球の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

図１１は、制御装置６０の概略構成の一例を示す図である。

制御装置６０は、記憶部６４が記憶部２４の代わりに配置されることが制御装置４０と相違する。また、制御装置６０は、処理部７０が処理部５０の代わりに配置されることが制御装置４０と相違する。処理部７０は、気球昇降制御部７２が気球昇降制御部５２の代わりに配置されることが処理部５０と相違する。記憶部６４及び気球昇降制御部７２以外の制御装置６０の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された制御装置４０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。気球昇降制御部７２は、使用テーブル決定部７２１を有することが気球昇降制御部５２と相違する。

記憶部６４は、第１気球高度決定テーブル６４１及び第２気球高度決定テーブル６４２を気球高度決定テーブル２４１の代わりに記憶することが記憶部２４と相違する。

図１２（ａ）は第１気球高度決定テーブル６４１の一例を示す図であり、図１２（ｂ）は第２気球高度決定テーブル６４２の一例を示す図である。第１気球高度決定テーブル６４１は図５に示す気球高度決定テーブル２４１と同一のテーブルである。第２気球高度決定テーブル６４２は、気球１０の現在の高度が第２高度Ｈ２であり、風速情報が「１」であるときの変更後の気球１０の高度が第１高度Ｈ１ではなく第２高度Ｈ２であることが第１気球高度決定テーブル６４１と相違する。

（第５実施形態に係る係留気球による気球係留処理）
図１３は、第５実施形態に係る係留気球による気球係留処理のフローチャートである。図１３に示す気球係留処理は、予め記憶部６４に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部７０により、第５実施形態に係る係留気球の各要素と協働して実行される。

Ｓ５０１〜Ｓ５０２及びＳ５０４〜Ｓ５０５の処理は、Ｓ３０１〜Ｓ３０２及びＳ３０４〜Ｓ３０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ５０３において、気球昇降制御部７２は、取得した風速信号に関連する風速情報に基づいて、第１気球高度決定テーブル６４１又は第２気球高度決定テーブル６４２を参照して生成される制御信号を、巻取装置１２のモータ１２１に送信する（Ｓ５０３）。

図１４は、Ｓ５０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

Ｓ６０１〜Ｓ６０２及びＳ６０５〜Ｓ６０７の処理は、Ｓ４０１〜４０２及びＳ４０４〜Ｓ４０６の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ６０３において、使用テーブル決定部７２１は、記憶部６４に記憶された第１気球高度決定テーブル６４１及び第２気球高度決定テーブル６４２の何れを使用するかを決定する。（Ｓ６０３）。次いで、風速情報判定部３２２は、Ｓ６０２で演算された風速情報は「０」〜「３」の何れかであるかを、Ｓ６０３の処理で決定したテーブルを使用して判定する。

図１５は、Ｓ６０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

まず、使用テーブル決定部７２１は、使用しているテーブルが第１気球高度決定テーブル６４１であるか否かを判定する（Ｓ７０１）。使用テーブル決定部７２１は、第１気球高度決定テーブル６４１を使用していると判定すると（Ｓ７０１−ＹＥＳ）と、前回の５０３の処理において、気球１０の高度が第１高度Ｈ１又は第３高度Ｈ３から第２高度Ｈ２に変更されたか否かを判定する（Ｓ７０２）。前回の５０３の処理において、気球１０の高度が第１高度Ｈ１又は第３高度Ｈ３から第２高度Ｈ２に変更されていないと判定される（Ｓ７０２−ＮＯ）と、処理は終了する。使用テーブル決定部７２１は、前回の５０３の処理において、気球１０の高度が第１高度Ｈ１又は第３高度Ｈ３から第２高度Ｈ２に変更されていたと判定する（Ｓ７０２−ＹＥＳ）と、使用するテーブルを第２気球高度決定テーブル６４２に変更し、処理は終了する。

使用テーブル決定部７２１は、第２気球高度決定テーブル６４２を使用していると判定すると（Ｓ７０１−ＮＯ）と、第２気球高度決定テーブル６４２の使用を開始してから所定のしきい値時間が経過したか否かを判定する（Ｓ７０４）。一例では、しきい値時間は１０分である。第２気球高度決定テーブル６４２の使用を開始してから所定のしきい値時間が経過していないと判定される（Ｓ７０４−ＮＯ）と、処理は終了する。使用テーブル決定部７２１は、第２気球高度決定テーブル６４２の使用を開始してから所定のしきい値時間が経過したと判定する（Ｓ７０４−ＹＥＳ）と、使用するテーブルを第１気球高度決定テーブル６４１に変更し、処理は終了する。

（第５実施形態に係る係留気球の作用効果）
第５実施形態に係る係留気球は、気球１０の高度が第１高度Ｈ１又は第３高度Ｈ３から第２高度Ｈ２に変更されてから所定のしきい値時間に亘って、第２気球高度決定テーブル６４２を使用する。第２気球高度決定テーブル６４２は、気球１０の現在の高度が第２高度Ｈ２であり、風速情報が「１」及び「２」であるときの変更後の気球１０の高度が第２高度Ｈ２である。第５実施形態に係る係留気球では、制御装置は、気球１０の高度を第２高度に制御してから所定のしきい値時間が経過するまでに、風速が１０ｍ／ｓと２５ｍ／ｓの間で変化したときに、気球１０の高度を変更しない。第５実施形態に係る係留気球では、しきい値時間が経過するまで風速が１０ｍ／ｓと２５ｍ／ｓの間で変化したときに、気球１０の高度を変更しないため、気球１０の高度を上下させる等の不要な処理が発生することを防止できる。

（第６実施形態に係る係留気球の構成及び機能）
図１６は、第６実施形態に係る係留気球の構成を示す図である。

係留気球６は、制御装置８０が制御装置２０の代わりに配置されることが係留気球１と相違する。また、係留気球６は、Ｗｅｂ上の風速情報記憶部１５３が配置されることが係留気球１と相違する。制御装置８０及び風速情報記憶部１５３以外の第６実施形態に係る係留気球の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された係留気球１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

風速情報記憶部１５３は、一例では、気象庁のサーバであり、気球１０が係留される場所を含む地域の風速に関する情報を記憶する。風速情報記憶部１５３で実行される変換プログラム等のプログラムと、制御装置８０で実行される閲覧プログラム等のプログラムとは、ハイパーテキスト転送プロトコル（Hypertext Transfer Protocol、ＨＴＴＰ）等の通信プロトコルを用いて通信を行う。

図１７は、制御装置８０の概略構成の一例を示す図である。

制御装置８０は、公衆回線網通信部２３及びアンテナ２８を有することが制御装置２０と相違する。また、制御装置８０は、処理部９０が処理部３０の代わりに配置されることが制御装置２０と相違する。処理部９０は、気球昇降制御部９２が気球昇降制御部３２の代わりに配置されることが処理部３０と相違する。公衆回線網通信部２３、アンテナ２８気球昇降制御部９２以外の制御装置４０の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された制御装置２０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。気球昇降制御部９２は、風速情報補正部９２１を有することが気球昇降制御部３２と相違する。

公衆回線網通信部２３は、制御装置８０を公衆回線網６００に接続するための通信インターフェース回路を有する。公衆回線網通信部２３は、風速情報記憶部１５３からアンテナ２８を介して受信したデータを処理部９０に供給する。

（第６実施形態に係る係留気球による気球係留処理）
図１８は、第６実施形態に係る係留気球による気球係留処理のフローチャートである。図１８に示す気球係留処理は、予め記憶部２４に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部９０により、係留気球６の各要素と協働して実行される。

Ｓ８０１〜Ｓ８０２及びＳ８０４〜Ｓ８０５の処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０２及びＳ１０４〜Ｓ１０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ８０３において、気球昇降制御部９２は、取得した風速信号に対応する風速に関連する風速情報を補正した風速情報に基づいて気球１０を上昇又は下降させることを示す制御信号を、巻取装置１２のモータ１２１に送信する（Ｓ８０３）。

図１９は、Ｓ８０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

Ｓ９０１及びＳ９０４〜Ｓ９０６の処理は、Ｓ２０１及びＳ２０３〜Ｓ２０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。Ｓ９０２において、風速情報補正部９２１は、風速情報記憶部１５３に記憶される気球１０が係留される場所の近辺の風速情報に基づいて、Ｓ９０１で取得された風速情報を補正する（Ｓ９０２）。次いで、風速情報判定部３２２は、Ｓ９０２で補正された風速情報は「０」〜「３」の何れかであるかを判定する。風速情報判定部３２２は、Ｓ４０２で演算された風速情報を四捨五入して、Ｓ４０２で演算された風速情報が「０」〜「３」の何れかであるかを判定する。

図２０は、Ｓ９０２の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。

まず、風速情報補正部９２１は、風速情報記憶部１５３に記憶される気球１０が係留される場所の近辺の風速情報を、公衆回線網通信部２３を介して風速情報記憶部１５３から取得する（Ｓ９２１）。次いで、風速情報補正部９２１は、風速情報記憶部１５３から取得した風速情報から気球１０が受ける風の風速を取得する（Ｓ９２２）。

次いで、風速情報補正部９２１は、Ｓ９２２の処理で演算された気球１０が受ける風の風速を「０」〜「３」で示される風速情報に変換する（Ｓ９２３）。風速情報補正部９２１は、気球１０が受ける風の風速が１０ｍ／ｓ未満であるとき、Ｓ９２２の処理で取得された気球１０が受ける風の風速を風速情報「０」に変換する。風速情報補正部９２１は、気球１０が受ける風の風速が１０ｍ／ｓ以上であり且つ１５ｍ／ｓ未満であるとき、Ｓ９２２の処理で取得された気球１０が受ける風の風速を風速情報「１」に変換する。風速情報補正部９２１は、気球１０が受ける風の風速が１５ｍ／ｓ以上であり且つ２０ｍ／ｓ未満であるとき、Ｓ９２２の処理で取得された気球１０が受ける風の風速を風速情報「２」に変換する。風速情報補正部９２１は、気球１０が受ける風の風速が２０ｍ／ｓ以上であり且つ２５ｍ／ｓ未満であるとき、Ｓ９２２の処理で取得された気球１０が受ける風の風速を風速情報「３」に変換する。

そして、風速情報補正部９２１は、Ｓ９２３の処理で変換された風速情報を使用して、Ｓ９０１で取得された風速情報を補正する。一例では、風速情報補正部９２１は、Ｓ９０１で取得された風速情報及びＳ９２３の処理で変換された風速情報の平均値を補正された風速情報とする。

（第６実施形態に係る係留気球の作用効果）
係留気球６は、風速情報記憶部１５３に記憶される気球１０が係留される場所の近辺の風速情報を使用して、風速情報を補正するので、風速情報の確度をより向上させることができる。

（実施形態に係る係留気球の変形例）
気球１０の本体部１０１は、ヘリウム格納袋にヘリウムガスが充填されると扁平球状の形状を有するが、実施形態に係る係留気球では、気球は、扁平球状以外の種々の形状を有してもよい。

また、気球１０は、単一の主係留索１１０によって係留されるが、実施形態に係る係留気球では、気球は、複数の主係留索１１０によって係留されてもよい。

また、巻取装置１２、係留索長センサ１６及び風速センサ１５１は、ケーブルを介して制御装置２０に接続されるが、実施形態に係る係留気球では、制御装置はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信方式に従った無線通信することで巻取装置等と信号を通信してもよい。

また、係留気球１では、気球１０は、第１高度Ｈ１、第２高度Ｈ２及び第３高度Ｈ３の３つの高度となるように制御されるが、実施形態に係る係留気球では、気球は、２つ又は４つ以上の高度となるように制御されてもよい。一例では、気球は、互いに２０ｍ離れた複数の高度となるように制御される。また、他の例では、制御装置は、気球の高度を少なくとも３つの高度に制御する。

また、風速センサ１５は、風速情報を示す風速信号を制御装置に送信するが、実施形態に係る係留気球では、風速センサは風速を示す信号を制御装置に送信し、制御装置が風速情報を決定してもよい。

１〜３、６ 係留気球
１０ 気球
１１ 係留索
１２ 巻取装置
１５ 風速センサ
１６ 係留索長センサ（高度センサ）
１７ 気球通信装置
１８ 高度センサ
２０、４０、６０、８０ 制御装置

Claims (10)

1. 気球と、
   一端が前記気球に接合された係留索と、
   前記気球が受ける風の風速を検出する風速センサと、
   前記気球の高度を測定する高度センサと、
   前記係留索を巻き出し又は巻き取る巻取装置と、
   前記風速センサが検出した風速に関連する風速情報に基づいて前記気球の高度を決定し、前記高度センサが測定した高度が前記決定した高度に一致するように前記巻取装置を制御する制御装置と、
   を有することを特徴とする係留気球。
2. 前記制御装置は、前記気球の高度を少なくとも３つの高度に制御する、請求項１に記載の係留気球。
3. 前記制御装置は、気球の高度が第１高度であり、前記風速情報に対応する風速が第１風速以上であり且つ前記第１風速よりも強い第３風速未満であると判定したときに、気球を第１高度から前記第１高度よりも低い第２高度に下降させる、請求項１又は２に記載の係留気球。
4. 前記制御装置は、気球の高度が前記第１高度又は前記第２高度であり、前記風速情報に対応する風速が前記第３風速よりも強い第４風速以上であると判定したときに、前記気球を前記第２高度よりも低い第３高度に下降させる、請求項３に記載の係留気球。
5. 前記制御装置は、気球の高度が前記第２高度又は前記第３高度であり、前記風速情報に対応する風速が前記第１風速未満であると判定したときに、前記気球を前記第１高度に上昇させる、請求項４に記載の係留気球。
6. 前記制御装置は、気球の高度が前記第３高度であり、前記風速情報に対応する風速が前記第４風速よりも弱く且つ前記第１風速よりも強い第２風速以上であると判定したときに、前記気球を前記第２高度に上昇させる、請求項５に記載の係留気球。
7. 前記制御装置は、前記気球の高度を前記第２高度に制御してから所定のしきい値時間が経過するまでに、前記風速が前記第１風速と前記第４風速の間で変化したときに、前記気球の高度を変更しない、請求項６に記載の係留気球。
8. 前記風速情報は、前記風速センサが検出した複数の風速の平均値、前記風速センサが検出した複数の風速の中央値、及び前記風速センサが検出した複数の風速の最頻値の何れか１つに関連する、請求項１〜７の何れか一項に記載の係留気球。
9. 前記高度センサは、前記気球に搭載される、請求項１〜８の何れか一項に記載の係留気球。
10. 前記制御装置は、公衆回線網を介して取得した気球が係留される場所を含む地域の風速に関する情報に基づいて、前記風速情報を補正する、請求項１〜９の何れか一項に記載の係留気球。

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