JP2018205214A - 雨量予測装置 - Google Patents

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【課題】 雨量を好適に予測することが可能な雨量予測装置を提供する。【解決手段】 雨量予測装置としての制御部40は、第一場所に設置される電波受信部10によって受信される電波に関する電波情報を取得する電波情報取得部42と、取得された電波情報に基づいて、第一場所とは異なる第二場所における予測雨量を算出する雨量予測部44と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、雨量を予測する技術に関する。
従来、天気予報として、1時間雨量、10分雨量等といった情報が提供されている。また、国土交通省によって、高性能気象レーダを用いたリアルタイム降雨観測システムであるXRAIN(eXtended RAdar Information Network)による雨量情報が提供されている。
建設産業、交通、野外イベント等に着目した場合、短時間の降雨によって支障が発生することがある。例えば、建設産業におけるコンクリート打設では、数分間の豪雨によってコンクリートの品質低下が生じることがある。
天気予報の10分雨量が5[mm/10分]である場合、0.5[mm/分]の雨が10分間降り続けるケースと、10分間のうちの1分に5[mm]の雨が集中的に降るケースと、を区別することができない。しかし、この両者のケースでは、10分間のうちの1分に5[mm]の雨が集中的に降るケースの方が雨粒の規模が大きく、打設中のコンクリート表面の損傷は大きくなる。
XRAINは、1分程度ごとのデータ提供が可能である。しかし、かかる雨量情報は、数[km]〜10[km]上空の雨雲の観測に基づいたものであるため、風や高層建築物等の影響を考慮したものではない。そのため、XRAINから提供される雨量情報は、短時間における実際の雨量とは異なる場合がある。
本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、予測雨量を好適に算出することが可能な雨量予測装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の雨量予測装置は、第一場所に設置される電波受信部によって受信される電波に関する電波情報を取得する電波情報取得部と、取得された前記電波情報に基づいて、前記第一場所とは異なる第二場所における予測雨量を算出する雨量予測部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によると、異なる場所(第一場所)の電波情報に基づいて第二場所の予測雨量を好適に算出することができる。また、転倒枡雨量計を用いる場合と比較して、異物(砂、葉、埃、ゴミ等)の混入及び堆積を防止するための維持管理が不要であり、メンテナンス性を向上することができる。
前記雨量予測装置は、前記第二場所における所定時間の予報雨量を取得する天気情報取得部を備え、前記雨量予測部は、取得された前記予報雨量を、前記所定時間よりも短い間隔で測定された前記電波情報に基づいて前記所定時間内で配分することによって、前記所定時間よりも短い時間における前記予測雨量を算出する構成であってもよい。
前記電波情報は、前記電波受信部によって受信される電波の受信強度又は変動電圧である構成であってもよい。
かかる構成によると、電波受信部によって受信される電波の受信強度又は変動電圧を電波情報として用いるので、第二場所の予測雨量をより好適に算出することができる、
かかる構成によると、第二場所における所定時間の予報雨量を所定時間よりも短い間隔で測定された電波情報に基づいて所定時間内で配分するので、短時間の予測雨量をより好適に算出することができる。
前記雨量予測部は、前記第一場所の風速、前記第二場所の風速、及び、雨雲の動き予報の少なくとも一つに基づいて、前記電波情報に基づいて算出される前記予測雨量の発生時刻を算出する構成であってもよい。
かかる構成によると、風速及び雨雲の動き予報の少なくとも一方に基づいて予測雨量の発生時刻を算出するので、短時間の予測雨量をその発生時刻とともに好適に算出することができる。
複数の前記電波受信部が、それぞれ異なる前記第一場所に設置されており、前記雨量予測部は、複数の前記第一場所の風向、前記第二場所の風向、及び、雨雲の動き予報の少なくとも一つに基づいて、前記電波受信部を選択し、選択された前記電波受信部の前記電波情報に基づいて、前記予測雨量を算出する構成であってもよい。
かかる構成によると、風向及び雨雲の動き予報の少なくとも一方に基づいて複数の電波受信部から少なくとも一つの電波受信部を選択し、選択された電波受信部の電波情報に基づいて予測雨量を算出するので、雨量予測に適した電波受信部を選択し、短時間の予測雨量をより好適に算出することができる。
本発明によれば、予測雨量を好適に算出することができる。
本発明の実施形態に係る雨量予測システムを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る雨量予測システムを示すブロック図である。 (a)は、同一場所における電波の受信強度及び雨量の経時変化の一例を示すグラフであり、(b)は、同一場所における電波の変動電圧及び雨量の経時変化の一例を示すグラフである。 同一場所における電波の受信強度及び雨量の経時変化の一例を示すグラフである。 同一場所における所定時間の雨量と電波の変動電圧を所定時間の累積値に換算したものとの関係の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る雨量予測装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 (a)は、時刻t〜tにおける第一場所Bの雨量の経時変化の一例を示すグラフであり、(b)は、時刻t〜tにおける第一場所Cの雨量の経時変化の一例を示すグラフであり、(c)は、時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量の経時変化の一例を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る雨量予測システム1は、図1に示すように、第一場所P1において測定された電波情報(電波の受信強度又は変動電圧)に基づいて、第二場所P2における予測雨量を算出するシステムである。図2に示すように、雨量予測システム1は、複数の電波受信部10と、操作部20と、表示部30と、雨量予測装置としての制御部40と、を備える。
<電波受信部>
図1に示すように、複数の電波受信部10は、それぞれ地上の複数の場所(第一場所)P1に設けられている。本実施形態において、複数の電波受信部10は、雨量予測ポイントである第二場所P2を囲むように配置されている。電波受信部10は、当該電波受信部10が設けられた第一場所P1において電波を受信するとともに、電波情報を測定し、測定された電波情報を制御部40へ送信する。電波受信部10は、比較的短い間隔(本実施形態では、1秒間隔)で電波情報を測定する。本実施形態では、電波受信部10は、電波受信部10のID(識別情報)及び所定時間(本実施形態では、10分間)に測定された電波の受信強度を、定期的(所定時間間隔)に制御部40へ送信する。
図3(a)は、同一位置における60[GHz]の電波の受信強度(1秒間隔)と転倒枡雨量計によって計測された雨量(10分間隔)との経時変化の一例を示すグラフである。図3(b)は、図3(a)における電波の受信強度を変動電圧に変換したグラフである。図3(a)に示すように、雨量が大きくなるほど受信強度が小さくなるという関係が成立する。また、図3(b)に示すように、雨量が大きくなるほど変動電圧が大きくなるという関係が成立する。雨量と受信強度又は変動電圧との関係は、降雨の存在によって電波強度が減衰したり雨滴によって反射電波強度が大きくなったりすることによるものである。すなわち、雨量が大きいほど、電波が減衰して当該電波の受信強度が小さくなり、電波の電圧が低下して変動電圧が大きくなる。
図4は、同一場所における60[GHz]の電波の受信強度(1秒間隔)と転倒枡雨量計によって計測された雨量(10分間隔)との経時変化の一例を示すグラフであって、10分雨量が最大で5[mm]を示すケースである。図5は、雨量(10分間隔)と電波の変動電圧(1秒間隔)を10分間の累積値に換算したものとの関係の一例を示すグラフである。
図4に示すように、10分の間にも電波の受信強度は経時的に変化しており、また、図5に示すように、同一時間における雨量と電波の変動電圧の累積値との間には正の相関がある。したがって、かかる変動電圧、又は、変動電圧と関連する受信強度を用いることによって、10分間の雨量をより短い時間間隔の雨量として配分することが可能であることが分かる。
なお、電波受信部10は、電波式雨滴計であってもよい。電波受信部10が電波式雨滴計である場合には、電波受信部10は、ドップラー電波による速度計側法を用いて、電波情報に基づく雨量を算出し、算出された雨量を制御部40へ送信することができる。すなわち、電波受信部10としての電波式雨滴計は、後記する制御部40の電波情報取得部42の機能及び雨量予測部44の一部の機能を有する。ここで、電波式雨滴計によって受信される電波(当該雨滴計が照射した電波の反射波)の受信強度は、雨量が大きいほど大きくなる。同様に、電波式雨滴計によって受信される電波の変動電圧も、受信強度と同様に、雨量が大きいほど大きくなる。また、電波受信部10は、例えば信号機等の構造物に設置されていてもよい。電波受信部10が信号機等に設置されている場合には、電波受信部10は、電波情報を当該信号機の近傍を走行する車両(例えば、自動運転自動車)へ送信する構成であってもよい。この場合には、雨量と相関する電波情報を受信した車両は、かかる電波情報を利用して安全な走行を実現することができる。また、電波受信部10が携帯電話端末等である場合には、電波の受信強度及び電波受信部10の位置情報(緯度及び経度)を制御部40へ送信する。また、電波受信部10によって受信される電波の周波数帯域等は、適宜設定可能である。
<操作部>
図2に示すように、操作部20は、キーボード、マウス等によって構成されている。操作部20は、ユーザによる当該操作部20の操作結果を制御部40へ出力する。表示部30は、モニタ等によって構成されている。表示部30は、制御部40から出力された画像データに基づいて画像を表示する。
<制御部(雨量予測装置)>
雨量予測装置としての制御部40は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力回路等によって構成されている。制御部40は、機能部として、記憶部41と、電波情報取得部42と、天気情報取得部43と、雨量予測部44と、を備える。
<記憶部>
記憶部41には、電波受信部10ごとに、電波受信部10のIDと、電波受信部10が設けられている第一場所P1の位置情報(緯度及び経度)が関連付けて記憶されているとともに、第二場所P2の位置情報(緯度及び経度)が記憶されている。記憶部41に記憶されたデータは、ユーザによる操作部20の操作によって更新(追加、修正、削除等)可能である。
<電波情報取得部>
電波情報取得部42は、電波受信部10によって送信された電波情報を取得し、受信された電波情報を雨量予測部44へ出力する。なお、以下では、電波情報が電波の受信強度である場合を例示する。
<天気情報取得部>
天気情報取得部43は、外部装置2によって送信された、第二場所P2の天気情報を取得し、雨量予測部44へ出力する。ここで、天気情報取得部43は、第一場所P1の予報雨量(ここでは、10分雨量)、第二場所P2の予報雨量(ここでは、10分雨量)及び第二場所P2の現在情報としての風情報(風速及び風向)を取得し、雨量予測部44へ出力する。
<雨量予測部>
雨量予測部44は、電波情報取得部42から出力された電波情報(受信強度)と、天気情報取得部43から出力された天気情報(予報雨量及び風情報)と、を取得し、取得された電波情報及び天気情報に基づいて第二場所P2の予測雨量及び当該予測雨量の発生時刻を算出し、算出結果を表示部30に表示させる。
雨量予測部44は、電波情報の測定間隔(本実施形態では、1秒間隔)で予測雨量を算出する。すなわち、雨量予測部44は、天気情報の予報雨量(10分)よりも短い間隔での予測雨量を算出することができる。
雨量予測部44は、第二場所P2の予測雨量の算出結果として、降雨のピーク時刻及び当該ピーク時刻における予測雨量(ピーク雨量)並びにピーク継続時間を算出して表示部30に表示させる。また、雨量予測部44は、第二場所P2の予測雨量の算出結果に併せて、天気情報としての第二場所P2の予報雨量(10分雨量)を表示部30に表示させる。
<風速等による時刻の算出>
雨量予測部44は、天気情報としての第一場所P1の風速、第二場所P2の風速、及び、雨雲の動き予報の少なくとも一つに基づいて、予測雨量の発生時刻を算出する。
これは、第一場所P1の上空の雨雲が第二場所P2の上空まで移動する時間、風、高層建築物等の影響を考慮したものである。例えば、雨量予測部44は、第一場所P1又は第二場所P2の風速が大きいほど、第一場所P1における電波情報の測定時刻と予測される第二場所P2の予測雨量の発生時刻との間隔が短くなるように、予測雨量の発生時刻を算出する。すなわち、雨量予測部44は、予測雨量の発生時刻と予報雨量の時刻とに基づいて、予測雨量と予報雨量とのマッチングを行うことができる。
<風向等による電波受信部の選択>
また、雨量予測部44は、天気情報としての第一場所P1の風向、第二場所P2の風向、及び、雨雲の動き予報の少なくとも一つに基づいて、複数の電波受信部10の中から少なくとも一つの電波受信部10を選択し、選択された電波受信部10からの電波情報に基づいて、第二場所P2の予測雨量を算出する。
詳細には、雨量予測部44は、第二場所P2の風上となる位置に設けられた電波受信部10を選択する。
<電波情報の補正>
雨量予測部44は、選択された電波受信部10からの電波情報を補正する。本実施形態において、雨量予測部44は、電波受信部10からの電波情報が測定された時間における、電波受信部10が設置された第一場所P1の雨量(予報値又は実測値)を用いて、電波情報の積分値が、積分された時間における第一場所P1の雨量と一致するような補正係数を算出し、かかる補正係数を用いて電波情報を補正する。かかる補正により、電波受信部10の製品ごとの誤差等の影響を防止することができる。すなわち、雨量予測部44は、ある時刻から所定時間経過後までの第一場所P1における予測雨量の積分値と、同一時間の第一場所P1における予測雨量又は実測雨量とが一致するように、補正係数を決定する。なお、補正係数は、ある時刻から所定時間経過後までの第一場所P1における電波情報(例えば、電波の受信強度)の積分値と、同一時間の第一場所P1における予測雨量又は実測雨量とが一致するように決定されてもよい。
なお、電波受信部10が補正された電波情報を送信する場合には、雨量予測部44は、かかる補正を省略することができる。
<動作例>
ここで、本発明の雨量予測システム1における雨量予測手法について、雨雲が第一場所Cの上空→第一場所Bの上空→第二場所Aの上空の順に移動する場合を例にとって説明する。
かかる例において、雨量予測部44は、時刻t〜tにおける第一場所Bの電波情報に基づいて時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量を算出し、時刻t〜tにおける第一場所Cの電波情報に基づいて時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量を算出する(時刻t,t,t,t,…は等間隔)。なお、実際には、電波情報の測定時刻と予測雨量の発生時刻との関係は、第一場所P1と第二場所P2との距離、風速等によって変化し、かかる例のように等間隔にはならないケースもある。
図6に示すように、まず、電波情報取得部42が、複数の電波受信部10によって送信された時刻t〜tの電波情報(受信強度)を取得し(ステップS1)、天気情報取得部43が、外部装置2によって送信された天気情報を取得する(ステップS2)。
続いて、雨量予測部44が、取得された天気情報(例えば、時刻tにおける第二場所Aの風向及び風速)に基づいて、複数の電波受信部10からの電波情報の中から、雨量予測に用いる電波情報を選択する(ステップS3)。詳細には、雨量予測部44は、時刻tにおける第二場所P2の風向と、記憶部41に記憶された第一場所P1及び第二場所P2(A)の位置情報と、に基づいて、第二場所P2(A)の風上となる第一場所P1(B,C)に設けられた電波受信部10の電波情報を選択する。また、雨量予測部44は、時刻tにおける第二場所P2の風速と、記憶部41に記憶された第一場所P1(B,C)及び第二場所P2(A)の位置情報と、に基づいて、第一場所P1(B,C)の電波強度から算出される予測雨量がいつ発生するか(予測雨量の発生時刻)を算出する。ここで、雨量予測部44は、第二場所P2(A)に比較的近い第一場所P1(B)の電波の受信強度を、時刻t〜tにおける第二場所P2(A)の雨量予測に用いる。また、雨量予測部44は、第二場所P2(A)から比較的遠い第一場所P1(C)の電波の受信強度を、時刻t〜tにおける第二場所P2(A)の雨量予測に用いる。
続いて、雨量予測部44が、選択された第一場所P1(B,C)の電波の受信強度に基づいて、第二場所P2(A)における予測雨量を算出する(ステップS4)。ここで、時刻t〜tにおける第一場所Bの10分雨量(予報雨量)をB(t)、時刻t〜tにおける第一場所Bの電波の受信強度に基づく予測雨量の経時変化をR(t)(図7(a)参照)、時刻t〜tにおける第二場所Aの10分雨量(予報雨量)をA(t)とすると、時刻t〜tにおける第二場所Aの修正雨量(10分雨量)A’(t)は、式(1)によって算出される。また、時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量A’’(t)は、式(2)によって算出される。式(2)において、分母及び分子におけるR(t+t−t)が、前記した補正係数に相当する。
Figure 2018205214
一方、時刻t〜tにおける第一場所Cの10分雨量(予報雨量)をC(t)、時刻t〜tにおける第一場所Cの電波の受信強度に基づく予測雨量の経時変化をR(t)(図7(b)参照)、時刻t〜tにおける第二場所Aの10分雨量(予報雨量)をA(t)とすると、時刻t〜tにおける第二場所Aの修正雨量(10分雨量)A’(t)は、式(3)によって算出され、時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量A’’(t)は、式(4)によって算出される。
Figure 2018205214
雨量予測部44は、式(2)及び式(4)による算出結果を組み合わせることによって、時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量A’’(t)を得ることができる(図7(c)参照)。
なお、雨量予測部44は、時刻t〜tにおける第一場所Cの電波情報に基づいて時刻t〜tにおける第一場所Bの予測雨量を算出することもできる。
時刻t〜tにおける第一場所Cの10分雨量(予報雨量)をC(t)、時刻t〜tにおける第一場所Bの10分雨量(予報雨量)をB(t)とすると、時刻t〜tにおける第一場所Bの修正雨量(10分雨量)B’(t)は、式(5)によって算出され、時刻t〜tにおける第一場所Bの予測雨量B’’(t)は、式(6)によって算出される。
Figure 2018205214
制御部(雨量予測装置)40は、ステップS1〜S4を繰り返し実行する。すなわち、時刻tの時点で、時刻t〜tにおける第一場所Bの電波情報等に基づいて時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量を算出したり、時刻t〜tにおける第一場所Cの電波情報等に基づいて時刻t〜tにおける第二場所Aの予測雨量を算出したりする。
本発明の実施形態に係る雨量予測システム1は、異なる場所(第一場所P1)の電波情報に基づいて第二場所P2の予測雨量を好適に算出することができる。
また、雨量予測システム1は、電波受信部10を用いるので、転倒枡雨量計を用いる場合と比較して、異物(砂、葉、埃、ゴミ等)の混入及び堆積を防止するための維持管理が不要であり、メンテナンス性を向上することができる。
また、雨量予測システム1は、電波受信部10によって受信される電波の受信強度又は変動電圧を電波情報として用いるので、第二場所P2の予測雨量をより好適に算出することができる、
また、雨量予測システム1は、第二場所P2における所定時間の予報雨量を所定時間よりも短い間隔で測定された電波情報に基づいて所定時間内で配分するので、短時間の予測雨量を好適に算出することができる。
また、雨量予測システム1は、風速及び雨雲の動き予報の少なくとも一方に基づいて予測雨量の発生時刻を算出するので、短時間の予測雨量をその発生時刻とともに好適に算出することができる。
また、雨量予測システム1は、風向及び雨雲の動き予報の少なくとも一方に基づいて複数の電波受信部10から少なくとも一つの電波受信部10を選択し、選択された電波受信部10の電波情報に基づいて予測雨量を算出するので、雨量予測に適した電波受信部10を選択し、短時間の予測雨量をより好適に算出することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、風向及び風速は、第一場所P1及び第二場所P2における実測値であってもよい。すなわち、第一場所P1の風向及び風速を測定する風向風速計を第一場所P1に設け、電波受信部10が、対応する風向風速計によって測定された風向及び風速を電波情報とともに制御部40へ送信する構成であってもよい。同様に、第二場所P2の風向及び風速を測定する風向風速計を第二場所P2に設け、かかる風向風速計が、測定された風向及び風速を制御部40へ送信する構成であってもよい。
また、雨量予測部44が、風向等に基づいて電波受信部10を選択し、電波情報取得部42が、選択された電波受信部10との通信を行うことによって電波情報を収集する構成であってもよい。
また、電波情報は、電波受信部10によって受信される電波の受信強度又は変動電圧に限定されず、周波数変化量等、電波に関する物理量が電波情報として利用可能である。
1 雨量予測システム
10 電波受信部
40 制御部(雨量予測装置)
42 電波情報取得部
43 天気情報取得部
44 雨量予測部

Claims (5)

  1. 第一場所に設置される電波受信部によって受信される電波に関する電波情報を取得する電波情報取得部と、
    取得された前記電波情報に基づいて、前記第一場所とは異なる第二場所における予測雨量を算出する雨量予測部と、
    を備えることを特徴とする雨量予測装置。
  2. 前記電波情報は、前記電波受信部によって受信される電波の受信強度又は変動電圧である
    ことを特徴とする請求項1に記載の雨量予測装置。
  3. 前記第二場所における所定時間の予報雨量を取得する天気情報取得部を備え、
    前記雨量予測部は、
    取得された前記予報雨量を、前記所定時間よりも短い間隔で測定された前記電波情報に基づいて前記所定時間内で配分することによって、前記所定時間よりも短い時間における前記予測雨量を算出する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の雨量予測装置。
  4. 前記雨量予測部は、前記第一場所の風速、前記第二場所の風速、及び、雨雲の動き予報の少なくとも一つに基づいて、前記電波情報に基づいて算出される前記予測雨量の発生時刻を算出する
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の雨量予測装置。
  5. 複数の前記電波受信部が、それぞれ異なる前記第一場所に設置されており、
    前記雨量予測部は、複数の前記第一場所の風向、前記第二場所の風向、及び、雨雲の動き予報の少なくとも一つに基づいて、前記電波受信部を選択し、選択された前記電波受信部の前記電波情報に基づいて、前記予測雨量を算出する
    ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の雨量予測装置。
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