JP3045529B2 - 積雪深度測定装置 - Google Patents
積雪深度測定装置Info
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- JP3045529B2 JP3045529B2 JP23583790A JP23583790A JP3045529B2 JP 3045529 B2 JP3045529 B2 JP 3045529B2 JP 23583790 A JP23583790 A JP 23583790A JP 23583790 A JP23583790 A JP 23583790A JP 3045529 B2 JP3045529 B2 JP 3045529B2
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気象観測分野における積雪深度測定装置に関
し、特に、山中等の商用電源のない場所に設置されるよ
うな無人計測用として好適な積雪深度測定装置に関す
る。
し、特に、山中等の商用電源のない場所に設置されるよ
うな無人計測用として好適な積雪深度測定装置に関す
る。
近年、気象観測機器の自動化が進んでいるが、積雪深
度測定についてもまた、雪尺を目視で読み取る方法か
ら、自動的に測定する手段に変わって来ている。
度測定についてもまた、雪尺を目視で読み取る方法か
ら、自動的に測定する手段に変わって来ている。
その典型的な例としては、支柱から水平方向へ枢動自
在に突出させたピアノ線が積雪により下げられると、支
柱内に配置されたマイクロスイッチが作動して積雪深度
を検出する機械的手段や、支柱の頂部に超音波距離計ま
たは光波距離計を取付け、支柱の高さから積雪面までの
距離を減算して積雪深度を間接的に測定する手段や、２
定点からレーザービームを照射し、三角測量法により積
雪深度を求める手段や、複数本の光ファイバーの一端を
支柱に一定間隔で配置し、該端末が積雪により覆われて
いるか否かを他端に結合されたフォトトランジスタ等に
より検知する手段等がある。
在に突出させたピアノ線が積雪により下げられると、支
柱内に配置されたマイクロスイッチが作動して積雪深度
を検出する機械的手段や、支柱の頂部に超音波距離計ま
たは光波距離計を取付け、支柱の高さから積雪面までの
距離を減算して積雪深度を間接的に測定する手段や、２
定点からレーザービームを照射し、三角測量法により積
雪深度を求める手段や、複数本の光ファイバーの一端を
支柱に一定間隔で配置し、該端末が積雪により覆われて
いるか否かを他端に結合されたフォトトランジスタ等に
より検知する手段等がある。
しかしながら、機械的手段による場合、特に、ピアノ
線への着雪による誤動作を解決することは不可能に近い
ものであり、測定精度に問題があるものであった。ま
た、超音波または光波距離計やレーザービームを用いる
手段は、大電力を必要とし、設置時の据付け精度による
誤差が大きく、しかも高価で大型であるため、気象条件
が厳しく、かつ商用電源のない無人の山中等に設置する
ことには問題があった。
線への着雪による誤動作を解決することは不可能に近い
ものであり、測定精度に問題があるものであった。ま
た、超音波または光波距離計やレーザービームを用いる
手段は、大電力を必要とし、設置時の据付け精度による
誤差が大きく、しかも高価で大型であるため、気象条件
が厳しく、かつ商用電源のない無人の山中等に設置する
ことには問題があった。
また、光ファイバーを用いる手段は、精度の高い測定
が行われる反面、特に、融雪孔による誤差が大きく、気
象条件が厳しい無人の山中等に設置することには解決す
べき問題が残されている。
が行われる反面、特に、融雪孔による誤差が大きく、気
象条件が厳しい無人の山中等に設置することには解決す
べき問題が残されている。
本発明が解決しようとする課題は、気象条件が厳しい
無人の山中等に設置するのに適した小型で設置時におけ
る据付け精度をあまり必要とせず、省電力により長期の
観測が可能となり、しかも測定精度の優れた積雪深度測
定装置を提供することにある。
無人の山中等に設置するのに適した小型で設置時におけ
る据付け精度をあまり必要とせず、省電力により長期の
観測が可能となり、しかも測定精度の優れた積雪深度測
定装置を提供することにある。
本発明による積雪深度測定装置は、太陽電池セルから
構成される複数の感応チップを列状に配列された野外に
設置される光電測長手段と、照射された光により発生し
た光電測長手段の各感応チップからの電流値の大きさを
それぞれ検出する検出回路手段と、検出回路手段で検出
した各電流値の大きさを演算比較して雪表面位置を判定
する判別回路手段とから構成される。判別回路手段は、
検出回路手段で検出した各電流値のうちの低電流値に対
する高電流値の比が所定の値以上であるときのみ、低電
流値からの立上り位置と高電流値への立下り位置との間
の中間位置に対応する位置を雪表面位置と判定する。
構成される複数の感応チップを列状に配列された野外に
設置される光電測長手段と、照射された光により発生し
た光電測長手段の各感応チップからの電流値の大きさを
それぞれ検出する検出回路手段と、検出回路手段で検出
した各電流値の大きさを演算比較して雪表面位置を判定
する判別回路手段とから構成される。判別回路手段は、
検出回路手段で検出した各電流値のうちの低電流値に対
する高電流値の比が所定の値以上であるときのみ、低電
流値からの立上り位置と高電流値への立下り位置との間
の中間位置に対応する位置を雪表面位置と判定する。
屋外に設置された光電測長手段は、その回りに雪が積
もると、雪で覆われた各感応チップで発生する電気の大
きさと、雪面より上に露出した各感応チップで発生する
電気の大きさとの間に差が生じる。
もると、雪で覆われた各感応チップで発生する電気の大
きさと、雪面より上に露出した各感応チップで発生する
電気の大きさとの間に差が生じる。
次いで、検出回路手段により各感応チップからの電気
発生量を検出し、判別回路手段によりこの電気発生量の
変化が発生する感応チップの位置を判定することによ
り、雪表面位置を決定し、積雪深度を測定する。
発生量を検出し、判別回路手段によりこの電気発生量の
変化が発生する感応チップの位置を判定することによ
り、雪表面位置を決定し、積雪深度を測定する。
本発明の実施例による積雪深度測定装置は、第１図に
示すように、野外に設置されて積雪状態を感知するため
の光電測長手段１と、光電測長手段１からの信号を検出
するように接続された検出回路手段２と、検出回路手段
２で検出した信号に基づいた積雪深度を判定するための
判別回路手段３とから構成される。
示すように、野外に設置されて積雪状態を感知するため
の光電測長手段１と、光電測長手段１からの信号を検出
するように接続された検出回路手段２と、検出回路手段
２で検出した信号に基づいた積雪深度を判定するための
判別回路手段３とから構成される。
光電測長手段１は、第２図（Ａ）に示すように、太陽
電池や光電池等のような能動型光電素子により作成され
た感応チップ４を支持基板５上に列状に配設した光電ユ
ニット６と、光電ユニット６を内在して地面Ｇ上に立柱
するための透明な円柱状ポール７とから構成される。
電池や光電池等のような能動型光電素子により作成され
た感応チップ４を支持基板５上に列状に配設した光電ユ
ニット６と、光電ユニット６を内在して地面Ｇ上に立柱
するための透明な円柱状ポール７とから構成される。
光電ユニット６は、ポール７の地上部分のほぼ全長の
長さとなるように形成してもよいが、好ましくは、所定
の長さに作成し、複数本を相互に繋ぎ合わせて測定場所
に応じた長さとなるよう形成される。
長さとなるように形成してもよいが、好ましくは、所定
の長さに作成し、複数本を相互に繋ぎ合わせて測定場所
に応じた長さとなるよう形成される。
各感応チップ４は照射された光量に対応した電気を発
生する。この電気の大きさは、第２図（Ｂ）に示すよう
に、感応チップ４が雪面Ｓ上に位置するときに大きく、
雪面Ｓ下に位置するときに小さく、そして雪面付近に位
置するときはそれらの中間となる。
生する。この電気の大きさは、第２図（Ｂ）に示すよう
に、感応チップ４が雪面Ｓ上に位置するときに大きく、
雪面Ｓ下に位置するときに小さく、そして雪面付近に位
置するときはそれらの中間となる。
ところで、能動型光電素子の一般特性として、発生さ
れる電気の電圧値は光量の直線的増加に対して急峻に最
大（または飽和）電圧値となる傾向を有している。その
ため、光を受けているか否かのを判別するようなデジタ
ル的な処理を行う場合には電圧値を用いることは好適で
ある。しかしながら、特に、ポールの回りに春先に現れ
る現象である「融雪穴（Ｈ）」が生じた場合、融雪穴Ｈ
の底に位置する感応チップまでも最大電圧値を示すた
め、融雪穴Ｈの底が雪面であると判定するのを回避でき
ない。
れる電気の電圧値は光量の直線的増加に対して急峻に最
大（または飽和）電圧値となる傾向を有している。その
ため、光を受けているか否かのを判別するようなデジタ
ル的な処理を行う場合には電圧値を用いることは好適で
ある。しかしながら、特に、ポールの回りに春先に現れ
る現象である「融雪穴（Ｈ）」が生じた場合、融雪穴Ｈ
の底に位置する感応チップまでも最大電圧値を示すた
め、融雪穴Ｈの底が雪面であると判定するのを回避でき
ない。
そのため、本発明では、光量の直接的変化に対し同様
に直線的に変化する電流値を、後述するようにして処理
することにより融雪穴の問題を解決している。
に直線的に変化する電流値を、後述するようにして処理
することにより融雪穴の問題を解決している。
検出回路手段２は、光量に応じて各感応チップ４で発
生された電流を処理し易い電圧値に変換するための電圧
変換用抵抗により構成された電流電圧変換回路８と、各
電圧値をタイミング信号９により順次に出力する切換え
回路10と、切換え回路10から出力された電圧値を所定の
処理レベルに増幅して判別回路手段３へ出力するための
増幅回路11とから構成される。
生された電流を処理し易い電圧値に変換するための電圧
変換用抵抗により構成された電流電圧変換回路８と、各
電圧値をタイミング信号９により順次に出力する切換え
回路10と、切換え回路10から出力された電圧値を所定の
処理レベルに増幅して判別回路手段３へ出力するための
増幅回路11とから構成される。
判別回路手段３は、検出回路手段２の増幅回路11から
の電圧値を順次にポイント測定値として演算する演算回
路12と、演算回路12で演算されたポイント測定値を比較
判別して積雪深度を判定する比較判定回路13とから構成
される。演算回路12は、複数（典型的には、３つ）の相
互に隣接した位置にある感応チップで発生した電圧値の
平均値（または合計値）を、１つのポイント測定値Ｖと
して演算する。これにより、実測データ（第３図（Ａ）
参照）が平均化される（第３図（Ｂ）参照）と共に、個
々の感応チップの感度のバラツキを平均化する。
の電圧値を順次にポイント測定値として演算する演算回
路12と、演算回路12で演算されたポイント測定値を比較
判別して積雪深度を判定する比較判定回路13とから構成
される。演算回路12は、複数（典型的には、３つ）の相
互に隣接した位置にある感応チップで発生した電圧値の
平均値（または合計値）を、１つのポイント測定値Ｖと
して演算する。これにより、実測データ（第３図（Ａ）
参照）が平均化される（第３図（Ｂ）参照）と共に、個
々の感応チップの感度のバラツキを平均化する。
このとき、例えば、３つの感応チップの平均値を１つ
のポイント測定値とする場合、それらのうちの中間の感
応チップが位置する実際の高さがそのポイント測定値に
対応する高さとなる。
のポイント測定値とする場合、それらのうちの中間の感
応チップが位置する実際の高さがそのポイント測定値に
対応する高さとなる。
比較判定回路13は、低レベルのグループのポイント測
定値VLに対する高レベルのグループのポイント測定値VH
の比VH/VLが所定値以上であるか否かを判別し、所定値
以下である場合、それ以降の処理を停止する。これは、
概して光量不足による測定誤差が大きくなるため、誤っ
た値を測定してしまうのを避けると共に、電力消費を少
なくするために取られる手段である。
定値VLに対する高レベルのグループのポイント測定値VH
の比VH/VLが所定値以上であるか否かを判別し、所定値
以下である場合、それ以降の処理を停止する。これは、
概して光量不足による測定誤差が大きくなるため、誤っ
た値を測定してしまうのを避けると共に、電力消費を少
なくするために取られる手段である。
比VH/VLが所定値以上である場合、比較判定回路13
は、各ポイント測定値間の変化率Ｒを演算する。ここに
おいて、ポールの周辺に融雪穴がある場合、変化率Ｒが
変化し始める開始点Rsは融雪穴の底に相応し、変化を終
了する終了点Reが測定すべき雪面に相応する。一方、ポ
ール基部に吹き溜まりや着雪が生じた場合、開始点Rsが
雪面に相応し、終了点Reは吹き溜まりまたは着雪の頂部
に相応することになる。
は、各ポイント測定値間の変化率Ｒを演算する。ここに
おいて、ポールの周辺に融雪穴がある場合、変化率Ｒが
変化し始める開始点Rsは融雪穴の底に相応し、変化を終
了する終了点Reが測定すべき雪面に相応する。一方、ポ
ール基部に吹き溜まりや着雪が生じた場合、開始点Rsが
雪面に相応し、終了点Reは吹き溜まりまたは着雪の頂部
に相応することになる。
そのため、本発明では、最大の変化率Rmaxとなるポイ
ント測定値に対応する高さＨを積雪深度と判定している
（第３図（Ｃ）参照）。
ント測定値に対応する高さＨを積雪深度と判定している
（第３図（Ｃ）参照）。
この測定結果は、メモリに記憶させるか、有線または
無線によりベース局にデータをリンクするように処理さ
れる。
無線によりベース局にデータをリンクするように処理さ
れる。
本発明による積雪深度測定装置を用いて実験したフィ
ールド試験測定結果を第４図に示す。本積雪深度測定装
置の光電測長手段と雪尺とは約1m離れた位置に設置し
た。
ールド試験測定結果を第４図に示す。本積雪深度測定装
置の光電測長手段と雪尺とは約1m離れた位置に設置し
た。
この結果から、雪尺の読み取り値に対する本積雪深度
測定装置の測定値の差は、プラス側で最大4.5cm、マイ
ナス側で最大2.0cmであり、平均して約0.63cmの差であ
った。このような差は従来の無人気象観測用の積雪深度
測定器においては±10〜20cm以上の誤差をその測定結果
に含むことを至当としていたことを勘案すると極めて精
度の高いものであるといえるものである。
測定装置の測定値の差は、プラス側で最大4.5cm、マイ
ナス側で最大2.0cmであり、平均して約0.63cmの差であ
った。このような差は従来の無人気象観測用の積雪深度
測定器においては±10〜20cm以上の誤差をその測定結果
に含むことを至当としていたことを勘案すると極めて精
度の高いものであるといえるものである。
また、実際に積雪深度を感知するための光電測長手段
に電力を必要とせず、かつ、測定誤差が明らかに大きく
なる場合には演算処理を停止するように構成されている
ため、その消費電力量は極めて小さく、先の実験におい
て内蔵リチウム電池を使用して約７ヶ月間連続して稼働
させることができた。
に電力を必要とせず、かつ、測定誤差が明らかに大きく
なる場合には演算処理を停止するように構成されている
ため、その消費電力量は極めて小さく、先の実験におい
て内蔵リチウム電池を使用して約７ヶ月間連続して稼働
させることができた。
また、本発明の装置は小型かつ安価であり、しかも、
ポールを垂直に設置する以外に注意して設置すべき事項
はなく、また、商用電源を必要としないことにより、山
中等の商用電源のない無人の場所に簡便に設置できるも
のである。
ポールを垂直に設置する以外に注意して設置すべき事項
はなく、また、商用電源を必要としないことにより、山
中等の商用電源のない無人の場所に簡便に設置できるも
のである。
第１図は本発明の実施例による積雪深度測定装置の構成
を示す模式図。第２図（Ａ）は第１図に示す装置に使用
する光電測長手段の概略を示す図。第２図（Ｂ）は第２
図（Ａ）に示す光電測長手段の出力関係を示す図。第３
図は測定データの処理方法を説明するための図で、第３
図（Ａ）は実測データの例を、第３図（Ｂ）はその平均
化した検出データを、第３図（Ｃ）はその変化率をそれ
ぞれ示す図。第４図は本発明による積雪深度測定装置を
用いて実験したフィールド試験測定結果を示す図。 １……光電測長手段 ２……検出回路手段 ３……判別回路手段 ４……感応チップ ６……光電ユニット ７……ポール ８……電流電圧変換回路 10……切換え回路 12……演算回路 13……比較判定回路
を示す模式図。第２図（Ａ）は第１図に示す装置に使用
する光電測長手段の概略を示す図。第２図（Ｂ）は第２
図（Ａ）に示す光電測長手段の出力関係を示す図。第３
図は測定データの処理方法を説明するための図で、第３
図（Ａ）は実測データの例を、第３図（Ｂ）はその平均
化した検出データを、第３図（Ｃ）はその変化率をそれ
ぞれ示す図。第４図は本発明による積雪深度測定装置を
用いて実験したフィールド試験測定結果を示す図。 １……光電測長手段 ２……検出回路手段 ３……判別回路手段 ４……感応チップ ６……光電ユニット ７……ポール ８……電流電圧変換回路 10……切換え回路 12……演算回路 13……比較判定回路
Claims (1)
- 【請求項１】太陽電池セルから構成される複数の感応チ
ップを列状に配列された野外に設置される光電測長手段
と、 照射された光により発生した光電測長手段の各感応チッ
プからの電流値の大きさをそれぞれ検出する検出回路手
段と、 検出回路手段で検出した各電流値の大きさを演算比較し
て雪表面位置を判定する判別回路手段 とから構成され、 前記判別回路手段は、検出回路手段で検出した各電流値
のうちの低電流値に対する高電流値の比が所定の値以上
であるときのみ、低電流値からの立上り位置と高電流値
への立下り位置との間の中間位置に対応する位置を雪表
面位置と判定する ことを特徴とする積雪深度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23583790A JP3045529B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 積雪深度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23583790A JP3045529B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 積雪深度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04116424A JPH04116424A (ja) | 1992-04-16 |
| JP3045529B2 true JP3045529B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=16992000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23583790A Expired - Fee Related JP3045529B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | 積雪深度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3045529B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101515510B1 (ko) | 2013-12-09 | 2015-04-27 | 전자부품연구원 | 태양광 모듈에 적층된 부유물 측정 시스템 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3127288B2 (ja) * | 1996-12-02 | 2001-01-22 | 株式会社メテオ電子 | 積雪深計 |
| JP4797188B2 (ja) * | 2006-07-11 | 2011-10-19 | 独立行政法人森林総合研究所 | 感温式積雪深計およびその計測方法 |
| CZ306905B6 (cs) * | 2013-06-11 | 2017-09-06 | Česká zemědělská univerzita v Praze | Způsob pro stanovení vodní hodnoty sněhu sněhové vrstvy a zařízení pro provádění tohoto způsobu |
| GB2543690A (en) * | 2015-06-09 | 2017-04-26 | Gill Corp Ltd | A depth gauge |
| US10215887B2 (en) | 2016-10-25 | 2019-02-26 | Gill Corporate Limited | Depth gauge |
| JP6853454B2 (ja) * | 2017-06-23 | 2021-03-31 | 国立研究開発法人防災科学技術研究所 | 多重の光センサーによる積雪深計及び積雪深測定方法 |
-
1990
- 1990-09-07 JP JP23583790A patent/JP3045529B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101515510B1 (ko) | 2013-12-09 | 2015-04-27 | 전자부품연구원 | 태양광 모듈에 적층된 부유물 측정 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04116424A (ja) | 1992-04-16 |
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Legal Events
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