JP3589193B2

JP3589193B2 - 気象海象観測装置

Info

Publication number: JP3589193B2
Application number: JP2001138372A
Authority: JP
Inventors: 智高橋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: JP2002333488A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気象，海象の観測機器に関し、特に航空機から投下して、気象観測及び海象観測を自律的に実行する気象海象観測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気象や海象の観測機器としては、それぞれ専用のセンサとしての装置が実用化されている。これら装置では、センサで検出した海象や気象データを当該装置の存在する位置情報とともに無線回線を介して基地局等のデータ収集センタに送信し、データ収集センタでは無線回線を介して受信した収集データを処理して３次元位置対応のセンサデータを生成している。
【０００３】
例えば、海象データを収集する装置として、特開平７−５５９１１号公報（本願出願人の提案）には、ＧＰＳ受信機、観測用センサ、テレメータ装置、無線送受信機、電源装置を備える浮遊式ブイを海上に放流し、観測用センサで得られた観測データとＧＰＳ受信機で得られた位置データとをテレメータ装置に入力し、無線送受信機を介して基地局に伝送することにより広海域の海洋上環境等のデータを収集する海洋観測システムが開示されている。
【０００４】
また、特開平７−５５９１１号公報には、水中航走体等の水中物体からの放射音を検知して水中物体位置を探知する音響計測ブイが開示されている。同公報では、流量計及び音響受波器を有する音響計測ブイにおける水中の音響受波器の３次元絶対位置を、ブイ本体から吊り下げられる吊下ケーブルの先端部に設けられた圧力センサで深度を測定し、また、ＧＰＳから得られる絶対位置情報、圧力センサから得られる深度情報、流量計からの方位情報に基づいて求めている。
【０００５】
更には、特開平４−１２０４８９号公報には、水中の音を収集する海域に飛行機から複数のソノブイを投下し、着水したソノブイは電源を直ちにＯＮとし、水中に降下された受波器で受波した水中音信号を割り当てられた無線周波数でソノブイに設けられたアンテナから飛行機に送出する構成の水中音データ収集装置が開示されている。
【０００６】
また、気象データ収集装置としては、特開平７−１７４７２１号公報に、空中に観測機材としてのラジオソノブイを配置せしめた状態で湿度検出を行ないつつラジオソノブイの周囲温度低下による結露、当結に起因する湿度検出器等のセンサ特性の劣化を防止するために加熱機能をもつ機械的構造のシールドをもつ気象観測用ラジオゾンデ（ドロップゾンデ）が開示されている。
【０００７】
上述のように、気象観測及び海象観測を行なう観測機材は、気象観測及び海象観測、それぞれ専用の機材として開発され、使用目的に応じて独立に運用されている。
【０００８】
一方、近年の気象予測や海象予測においては、海洋と大気の相互作用が重要な要素となり、その予測精度を向上させるためには、これら気象及び海象データの同時、または関連性の高い時系列で且つ広域観測が要求されている。
【０００９】
従来、この要求を満足させるためには、航空機から気象観測用のドロップゾンデ及び海象観測用のソノブイを投下して、投下されたドロップゾンデの空中存在中に得られた観測データ及び海中存在時のソノブイで得られた観測データを収集し、無線回線を介して基地（センター側）に送出していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の技術では、航空機から気象観測用のドロップゾンデ及び海象観測用のソノブイを投下し、各ドロップゾンデ及びソノブイを個別に制御して受信観測データを収集することになり、航空機に搭載するドロップゾンデ及びソノブイそれぞれを搭載しなければならず、コストが高くなり、また構造が複雑化してしまうという問題、更には投下制御も複雑になってしまうという問題があった。
【００１１】
更には、これら気象観測用のドロップゾンデ及び海象観測用のソノブイは同様な観測センサを保有しているにもかからわず、独立のシステムとなっているため、同様の観測データを２系統独立で、観測を実行しなければならず、効率性の面での問題もある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、単一構成で気象及び海象データを時系列的に且つ広域に観測可能な気象海象観測装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため本発明による気象海象観測装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１４】
（１）気象観測データ収集用センサ、パラシュート、海象観測データ収集用センサ、フロート及びＧＰＳ衛星からの位置情報を取得する位置情報取得手段とが搭載され、高位置から投下されたとき展開する前記パラシュートを用いて空中を降下時には気象観測データ収集用センサからの気象観測データを収集し、海面到達後、展張動作する前記フロートを用いて海中存在時には前記海象観測データ収集用センサからのデータを収集し、前記収集された気象観測データ及び海象観測データを前記位置情報取得手段で得られ位置データとともに無線で送信する気象海象観測装置。
【００１５】
（２）前記海面到達後は、前記海象観測データ収集用センサを海底に向けて降下させ、降下途中で得られたデータを取得する上記（１）の気象海象観測装置。
【００１６】
（３）前記気象観測データ収集用センサは、気圧センサ及び湿度センサを含む上記（１）又は（２）の気象海象観測装置。
【００１７】
（４）前記海象観測データ収集用センサは、水温センサ、深度センサ及び加速度センサのいずれかを含む上記（１）乃至（３）のいずれかの気象海象観測装置。
【００１８】
（５）前記気象観測データ収集用センサと海象観測データ収集用センサのうち少なくとも一つのセンサを共用した上記（１）乃至（４）のいずれかの気象海象観測装置。
【００１９】
（６）前記収集、得られたデータはメモリに記憶され、所定のタイミングでメモリから読み出されたデータを無線回線を介して送出する上記（１）乃至（５）のいずれかの気象海象観測装置。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による気象海象観測装置を航空機から投下し、海面に着水させた後、水中計測プローブの投下に伴う観測を行なうときの時系列観測状況を示す図である。また、図２は、本発明の実施形態例による気象海象観測装置を示す図である。
【００２５】
本発明の一実施の形態としての気象海象観測装置の構造図である図２を参照すると、気象海象観測装置１は、航空機１００から投下され、大気落下中に展張するパラシュート１１（平常時は気象海象観測装置１の内部に収納されている）、海上漂流時に展張されるフロート１２、位置計測に使用するＧＰＳアンテナ及びデータ通信用のアンテナ１３、各種観測用センサ及びブイ状況、通信の制御及び収集データの処理、蓄積を実行する電子回路・電源部１４、気象観測センサ及び海上海象計測センサを収納する大気・海上観測センサ部１５、海中に展開し海中の海象を計測するセンサを収納する水中計測プローブ１６、水中プローブ１６を吊下し、水中プローブ１６で得られた計測データを気象海象観測装置１に伝送する水中ケーブル１７及び海中に展張する水中ケーブルを巻き取るリール部１８を有する。
【００２６】
大気・海上観測センサ部１５及び水中計測プローブ１６で得られた観測信号（データ）は、電子回路・電源部１４に供給され、アンテナ１３で得られたＧＰＳの位置情報、時刻情報と整合されて（対応付けられて）メモリに蓄積される。観測データは、観測終了後または、一定時間毎にメモリから読み出され、電子回路・電源部１４で処理され、または観測データはリアルタイムでアンテナ１３及び衛星２００を介して基地局に送出される。
【００２７】
次に、図１を参照して本発明を適用した観測を実行する手順について説明する。先ず、海上にて航空機１００から本発明による気象海象観測装置が投下される（図１における気象海象観測装置１の空中存在時の状態＃１）。その後、気象海象観測装置１が海面に到達するまでの間は気象海象観測装置１に搭載されている気象観測用センサにより気象観測（大気計測）を実行し、気象海象観測装置１が海面に到達以後は気象海象観測装置１から吊下され、降下される水中計測プローブ１６により海象観測（海洋計測）を実行する。
【００２８】
航空機１００から気象海象観測装置１が投下されると、気象海象観測装置１に内蔵されるパラシュート１１が展張されて大気中を降下しながら気象観測を実行する（状態＃１）。気象海象観測装置１が海上に着水すると、パラシュート１１が切り離され、フロート１２が展張されて海上を浮上し、漂流する状態となる（状態＃２）。
【００２９】
その後、水中計測プローブ１６を水中ケーブル１７を介して海底に向けて投下し、水中計測プローブ１６が海中を海底方向に向けて降下中に海象観測を水中計測プローブ１６により実行する（状態＃３）。
【００３０】
こうして海象観測が終了した後は、これまで得られてメモリに記録された観測データを、電波により（無線回線を介して）衛星２００に向けて送出し、衛星２００は受信したデータを基地（センター側）に送信する（状態＃４）。
【００３１】
その後は、気象海象観測装置１は海面を漂流し、海面付近の海象を観測し（状態＃５）、得られた観測データをメモリに記録し、同様に衛星を介して基地に送信する。
【００３２】
上述の如く、観測データは、メモリに一旦記録しないでリアルタイムで衛星２００を介して無線で基地に送信することができることも勿論である。
【００３３】
次に、本実施形態における気象海象観測装置１に内蔵されている電子回路・電源部１４の構成及び動作について図３のブロック図を参照しながら説明する。
【００３４】
気象海象観測装置１は、ＧＰＳ衛星からの位置情報を受信するＧＰＳアンテナ１１１、受信した位置情報に基づいて自己位置を算出するＧＰＳ受信機１１２、メモリ１１７に記憶されている観測データを読み出し、衛星データ送信機１１４を介して衛星２００に対してデータを送信するための衛星データ通信アンテナ１１３、観測データに対する各種処理を実行するＣＰＵ１１６、気象データ取得のためのセンサとしての気圧センサ１１８、気温／表面水温センサ１１９及び湿度センサ１２０、海象データ取得のためのセンサとしての水温センサ１２１及び深度センサ１２２、これらセンサからの収集データをＡ／Ｄ変換して（量子化して）得られるデジタルデータをＣＰＵ１１６に送出するＡ／Ｄ変換器１１５、ＣＰＵ１１６で処理されたデータを記憶するメモリ１１７を備えて構成される。このように、本実施形態では、気象データ取得用センサと海象データ取得用センサの両センサを備え、以下に述べるように、気象データ取得時と海象データ取得時にこれらのセンサを適宜切り替えて使用する。
【００３５】
航空機１００から気象海象観測装置１が投下されると、ＧＰＳ受信機１１２が起動されてＧＰＳアンテナ１１１によりＧＰＳ衛星を補足し、ＧＰＳ補足完了後にＧＰＳアンテナ１１１を経由して気象海象観測装置１の位置、高度、時刻情報をＧＰＳ受信機１１２で連続的に求めて収集し、ＣＰＵ１１６に送出する。図１における状態＃１では、気象海象観測装置１の投下からが海面への到達までの間が気象データ観測実行区間であり、気圧センサ１１８、気温／表面水温センサ１１１及び湿度センサ１２０等の気象データ取得用センサが起動されて大気降下中の気圧、気温、湿度情報を連続的に収集し、収集した観測データをＡ／Ｄ変換器１１５に送出する。
【００３６】
Ａ／Ｄ変換器１１５は、気圧センサ１１８、気温／表面水温センサ及び湿度センサ１２０から送出された気圧、気温、湿度情報データを量子化して連続的にＣＰＵ１１６に送出する。ＣＰＵ１１６では、ＧＰＳ受信機１１２からの気象海象観測装置１の位置、高度、時刻情報とＡ／Ｄ変換器１１５からの気圧、気温、湿度情報を一対のデータとして、すなわち、気象海象観測装置１の位置、高度、時刻における気圧、気温、湿度情報のデータ組としてメモリ１１７に送り記憶する。メモリ１１７には、気象海象観測装置１の上記位置、高度、時刻、気圧、気温、湿度情報の組が記憶される。
【００３７】
気象海象観測装置１が海上に着水すると（図１の状態＃２）、ＣＰＵ１１６は、気圧センサ１１８及び湿度センサ１２０から送出される気圧情報及び湿度情報を無効データとするか、または無視する。一方、気温／表面水温センサ１１９は海面の水温を継続的に収集して収集データをＣＰＵ１１６に送出する。
【００３８】
その後、フロート１２が展張して気象海象観測装置１が海上を漂流する図１の状態＃２では、水温センサ１２１及び深度センサ１２２が起動され、水温センサ１２１及び深度センサ１２２を内蔵した水中計測プローブ１６が自重にて海中を降下し、降下途中において連続的に深度及び水温情報を収集し、収集データをＡ／Ｄ変換器１１５に送出する。Ａ／Ｄ変換器１１５で量子化された深度、水温情報は連続的にＣＰＵ１１６に送出される。
【００３９】
ＣＰＵ１１６は、ＧＰＳ受信機１１２で得られた気象海象観測装置１の位置、高度、時刻情報と、Ａ／Ｄ変換器１１５で得られた各センサからの表面水温温、深度、水温情報等を組データとしてメモリ１１７に送出して記憶する。メモリ１１７は、気象海象観測装置１の上記位置、高度、時刻、表面水温、深度、水温等の組情報を（一定時間）記憶する。
【００４０】
水中計測プローブ１６が水中ケーブルの最長長さに対応する最深度まで到達すると、ＣＰＵ１１６は、全ての観測センサからのデータ収集を停止し、メモリ１１７に蓄えられている全ての気象海象観測装置１の位置、高度、時刻、気圧、気温、表面水温、湿度、深度、水温情報等を読み出して衛星データ送信器１１４に送出する。
【００４１】
衛星データ送信器１１４は、メモリ１１７から読み出されて送出された気象海象観測装置１の位置、高度、時刻、気圧、気温、表面水温、湿度、深度、水温情報等の観測データを衛星データ通信アンテナ１１３を介して、衛星経由で基地局に送出する。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態例としての気象海象観測装置１内蔵の電子回路・電源部１４の構成及び動作について図４のブロック図を参照しながら説明する。本実施形態は図３に示す実施形態を基本的構成としつつ観測の運用形態について工夫を施している。
【００４３】
図４において、本実施形態による気象海象観測装置１は、図３に示す装置と同様に、ＧＰＳアンテナ１１１、ＧＰＳ受信機１１２、衛星データ通信アンテナ１１３、衛星データ送信機１１４、Ａ／Ｄ変換器１１５、ＣＰＵ１１６、メモリ１１７、気圧センサ１１８、気温／表面水温センサ１１９、湿度センサ１２０、水温センサ１２１及び深度センサ１２２に加えて、気象海象観測装置１の運動を連続的に計測する加速度センサ１２３が追加設置されている。
【００４４】
本実施形態においても、気象データ取得用センサと海象データ取得用センサの両センサを備え、以下に述べるように、気象データ取得時と海象データ取得時にこれらのセンサを適宜切り替えて使用する。
【００４５】
航空機から気象海象観測装置１が投下されると、ＧＰＳ受信機１１２が起動してＧＰＳアンテナによりＧＰＳ衛星を補足し、ＧＰＳ補足完了後にＧＰＳアンテナ１１１を経由して気象海象観測装置１の位置、高度、時刻情報をＧＰＳ受信機１１２で連続的に求めて収集し、ＣＰＵ１１６に送出する。図１における状態＃１では、気象海象観測装置１の投下からが海面への到達までの間が気象データ観測実行区間であり、気圧センサ１１８、気温／表面水温センサ１１１及び湿度センサ１２０等の気象データ取得用センサが起動して大気降下中の気圧、気温、湿度情報を連続的に収集し、収集した観測データをＡ／Ｄ変換器１１５に送出する。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換器１１５は、気圧センサ１１８、気温／表面水温センサ及び湿度センサ１２０から送出された気圧、気温、湿度情報データを量子化して連続的にＣＰＵ１１６に送出する。ＣＰＵ１１６では、ＧＰＳ受信機１１２からの気象海象観測装置１の位置、高度、時刻情報とＡ／Ｄ変換器１１５からの気圧、気温、湿度情報を一対のデータとして、すなわち、気象海象観測装置１の位置、高度、時刻における気圧、気温、湿度情報のデータ組としてメモリ１１７に送出して記憶する。メモリ１１７には、気象海象観測装置１の上記位置、高度、時刻、気圧、気温、湿度情報の組が記憶される。
【００４７】
気象海象観測装置１が海上に着水すると（図１の状態＃２）、ＣＰＵ１１６は、気圧センサ１１８及び湿度センサ１２０から送出される気圧情報及び湿度情報を無効データとし、または無視する。一方、気温／表面水温センサ１１１は海面の水温を継続的に収集して収集データをＣＰＵ１１６に送出する。
【００４８】
その後、フロート１２が展張して気象海象観測装置１が海上を漂流する図１の状態＃２では、水温センサ１２１、深度センサ１２２及び加速度センサ１２３が起動され、加速度センサ１２３により気象海象観測装置１の運動を連続的に計測する。水温センサ１２１及び深度センサ１２２を内蔵した水中計測プローブ１６が自重にて海中を降下している状態で、降下途中において連続的に深度及び水温情報を収集し、収集データをＡ／Ｄ変換器１１５に送出する。Ａ／Ｄ変換器１１５で量子化された深度、水温情報は連続的にＣＰＵ１１６に送出される。
【００４９】
ＣＰＵ１１６は、加速度センサ１２３から得られる加速度情報から波高を算出するとともに、ＧＰＳ受信機１１２で得られた気象海象観測装置１の位置、高度、時刻情報と、Ａ／Ｄ変換器１１５で得られた各センサからの表面水温温、深度、水温情報及び波高情報等を組データとしてメモリ１１７に送出して記憶する。メモリ１１７は、気象海象観測装置１の上記位置、高度、時刻、表面水温、深度、水温等の組情報を（一定時間）記憶する。
【００５０】
水中計測プローブ１６が水中ケーブルの最長長さに対応する最深度まで到達すると、ＣＰＵ１１６は、全ての観測センサからのデータ収集を停止し、メモリ１１７に蓄えられている全ての気象海象観測装置１の位置、高度、時刻、気圧、気温、表面水温、湿度、深度、水温情報等を読み出して衛星データ送信器１１４に送出する。
【００５１】
衛星データ送信器１１４は、メモリ１１７から読み出されて送出された気象海象観測装置１の位置、高度、時刻、気圧、気温、表面水温、湿度、深度、水温、波高情報等の観測データを衛星データ通信アンテナ１１３を介して、衛星経由で基地局に送出する。
【００５２】
その後気象海象観測装置１は、漂流を続け、気温／表面水温センサ１１７、最高深度まで展帳された水中計測プローブ１６に内蔵された水温センサ１２１、深度センサ１２２及び加速度センサ１２３は作動を続け、メモリ１１７に一定時間蓄えるごとに、衛星データ送信器１１４は、ブイの位置、高度、時刻、表面水温、波高及び水中計測プローブが展帳された深度、水温情報を衛星データ通信アンテナ１１３を介して、衛星を経由して基地局に送出する。
【００５３】
上述実施形態において、気象観測用センサと海象観測用センサは、別々のセンサとして説明しているが、例えば温度センサは両観測時において共用できるから、共用できるセンサは共用することにより、構成の簡素化及びコストの削減が可能となる。
【００５４】
なお、海象観測時、海中の計測センサとしては、海中伝導度等を測定するセンサ等、種々のセンサを追加して用いることもできる。また、衛星データ送信器１１４及び衛星データ通信アンテナ１１３としてはＨＦ無線機及びＨＦアンテナを用いることができる。
【００５５】
以上、本発明による気象海象観測装置の好適実施形態の構成及び動作を説明した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の気象海象観測装置によれば、気象観測データ収集用センサと海象観測データ収集用センサや収集されたデータを送信する通信手段を備え、観測対象に応じて適切なセンサを選択的に動作させ、または適切なセンサからのデータを収集することにより、単一の気象海象観測装置で気象及び海象の同時、広域観測が可能となる。また、気象と海象用センサを一部共用する構成とすることにより、簡易な構成で広範な気象海象の観測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による気象海象観測装置を航空機から投下し、海面に着水させた後、水中計測プローブの投下に伴う観測を行なうときの時系列観測状況を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による気象海象観測装置の構造図である。
【図３】本発明の一実施形態における気象海象観測装置に内蔵されている電子回路・電源部１４の構成ブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態における気象海象観測装置に内蔵されている電子回路・電源部１４の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１気象海象観測装置
１１パラシュート
１２フロート
１３ＧＰＳアンテナ及びデータ通信に使用するアンテナ
１４電子回路・電源部
１５大気・海上観測センサ部
１６水中計測プローブ
１７水中ケーブル
１８リール部
１１１ＧＰＳアンテナ
１１２ＧＰＳ受信機
１１３衛星データ通信アンテナ
１１４衛星データ送信機
１１５Ａ／Ｄ変換機
１１６ＣＰＵ
１１７メモリ
１１８気圧センサ
１１９気温／表面水温センサ
１２０湿度センサ
１２１水温センサ
１２２深度センサ
１２３加速度センサ

Claims

気象観測データ収集用センサ、パラシュート、海象観測データ収集用センサ、フロート及びＧＰＳ衛星からの位置情報を取得する位置情報取得手段とが搭載され、高位置から投下されたとき展開する前記パラシュートを用いて空中を降下時には気象観測データ収集用センサからの気象観測データを収集し、海面到達後、展張動作する前記フロートを用いて海中存在時には前記海象観測データ収集用センサからのデータを収集し、前記収集された気象観測データ及び海象観測データを前記位置情報取得手段で得られ位置データとともに無線で送信することを特徴とする気象海象観測装置。
前記海面到達後は、前記海象観測データ収集用センサを海底に向けて降下させ、降下途中で得られたデータを取得することを特徴とする請求項１に記載の気象海象観測装置。
前記気象観測データ収集用センサは、気圧センサ及び湿度センサを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の気象海象観測装置。
前記海象観測データ収集用センサは、水温センサ、深度センサ及び加速度センサのいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気象海象観測装置。
前記気象観測データ収集用センサと海象観測データ収集用センサのうち少なくとも一つのセンサを共用したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気象海象観測装置。
前記収集、得られたデータはメモリに記憶され、所定のタイミングでメモリから読み出されたデータを無線回線を介して送出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の気象海象観測装置。