JP4097917B2 - 微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、風の動きを、俯瞰図化することにより、一瞥して容易に理解できる気象予報用の風の観測方法および装置に関するものである。特に一つは、一地点に設置された風速計と風向計とを通過する局地的な風の瞬間風向と瞬間風速とから、仮想の空中浮揚体（バルーン）を追尾して、リアルタイムでその進路を表示または記録する局地的な風のシミュレーターであり、かつ必要に応じて随時前記の進路をデータとして蓄積出来るものである。他の一つは、特にデータを長期に亙って蓄積する必要がなく、しかし、突発する有害ガス等の発生事故に備えて随時随所に移動可能で、その有害ガス等の発生源近くに移動してそこを中心とする風の動きを観測して爾後の有害ガス等の拡散状況の予測に役立てようとする主として移動型の、局地的な風の観測方法および装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】
現在、広域に跨がる大規模な気象観測は、例えば、日本においては、アメダス（ＡＭｅＤＡＳ＝Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）と称し、全国で約１３００か所に設置した、降水（雨・雪）、気温、日照、風向・風速の４大要素を自動観測するロボット（間隔は約２１ｋｍ）と、降水量のみを自動観測するロボット（間隔は約１７ｋｍ）とが設置され、毎正時に電話回線によりデータが自動的に収集されている。
【０００３】
さて、地上気象観測は、前記のアメダスにより自動的に行われている外に、目視によって行われる観測もある。これは、雲量、雲形、雲の状態、現在の天気、視程、雷鳴、黄砂等である。
【０００４】
海上での気象観測は、海洋気象台や気象観測船で気象観測の従事者からの外、世界気象機関（ＷＭＯ）で定められた観測方法と、データの送信方法などの手順に基づいて多くの民間の船舶が観測に協力している。
【０００５】
高層気象観測は、高層気象台から毎日２回、地上から約３０ｋｍの高度で飛揚させる気象観測気球に、レーウィンゾンデを吊下げて行う。レーウィンゾンデは気圧、気温、湿度、風向、風速のセンサーと無線送信機とを持っている。気球は風に流されながら上昇するが、地上に設置した方向探知機で追跡しながら、観測データを受信する。レーウィンゾンデによる高度は、気圧、気温、湿度から物理式を用いて計算される。この高度と、方向探知機によって得られる方位角と高度角とから、レーウィンゾンデの位置を知ることができ、この移動方向と距離とから風向・風速を求める。また、別に地上から約１５ｋｍまでの気圧と、風向・風速も１日に２回観測される。
【０００６】
気象ロケットによる観測は、高層気象観測の一部と言えよう。小型のロケットにレーウィンゾンデを搭載して高度約６０ｋｍまで打ち上げた後、パラシュートでレーウィンゾンデを下降させながら気温を測定する。高度約２０ｋｍから６０ｋｍの風向・風速も観測する。日本では岩手県のロケット気象観測所で週に１度行われる。
【０００７】
気象レーダーによる観測は、雨の強さや分布をパルス波を発射してそのエコーにより行われる。特に、気象庁が富士山頂に設置した気象レーダーは、特に有名である。最近、ＮＥＣ社を含む民間会社のグループで伊豆大島にドップラー効果を利用したレーダーにより、雲を移動させている風の方向を色で識別する方法が確立されている。
【０００８】
これまで気象台や測候所等の官公庁の管轄であった気象観測や気象情報の取扱いも、現在では民間に開放されるに至り、民間企業で局地的あるいは小規模気象観測を行い、その結果を気象予報として有償で顧客に提供する事業も各地で軌道に乗り始めている。
【０００９】
最近においては、国内的または概括的な気象情報のみならず、国際的つまり、国境を越えた、あるいは専門業者向けの気象情報が要求されるようになって来た。例えば、大きくは、中国大陸から日本に飛来する黄砂の情報や、同様に飛来する、稲作の害虫である二化螟蛾に関する情報等の農業気象情報、さらには地球的規模に達する水温上昇を起すエルニーニョ現象と水温下降を起すラニーニャ現象とに起因する海流の蛇行や、またその結果の漁獲量の変動や、捕獲される魚種の交代等の情報を得るための水産気象情報も要求が多くなっている。小さくは、例えば、釣りやゴルフや運動会や遠足等の行楽の開催や、準備する弁当の数を決定しなければならない弁当販売業者のための局地気象情報、また、競技会で記録に影響を与える風を避けるために開催日時を決定するための局地気象情報、工場等からの例えば、放射能を帯びた気体の漏出や、廃煙ガスや杉花粉の飛散状況を伝える健康維持や環境保護のための環境衛生気象情報等である。また、最近では、主として都会の中心部に発生する光化学スモッグに関する情報を、特に被害を受け易い学童のために、優先的に提供するようになってきた。
【００１０】
また、産業気象情報としての局地気象情報は、例えば、日干しによる天然塩の製造業者から、水産物等の加工業者や、播種・施肥・害虫駆除剤の撒布・刈取・自然乾燥・自然加湿等の作業を行う農林産物の栽培・養殖・加工等の業者に至るまで、作業時期を判断するための重要な指針となっている。また、風力発電装置の設置の適地を選定するための調査を行うためには不可欠な存在となって来た。
【００１１】
しかし、せいぜい１０キロメートル四方ぐらいまでの、局地を対象とする気象予報の場合には、非常に割高につくラジオゾンデ等を毎日飛揚させることなく、最低限必要な通常の気象観測機器、例えば、風速計、風向計、気圧計、温度計、湿度計、雨量計等による蓄積された、現地を中心としてその周辺までをカバーするデータを利用する外、ラジオの気象情報や気象無線の傍受による情報や気象ファクスの情報を参考にしている。
【００１２】
また、砂丘の移動、生成、発達、縮小、消滅は、主として長期間の風の作用によることが明らかとなっている。また、埋没遺跡の位置の推定においても、当時から現在までの気象状況を南極大陸の地下深く採取した氷柱の分析によって明らかにすることが、考古学上での発掘手法の一つとなっている。
【００１３】
ところで、気象の変化の最大の要因は、太陽の放射エネルギーと地球の自転とである。気象データのうち、気圧，気温，湿度，風向，風速，雨量等は比較的容易に計測することが可能である。
【００１４】
既述のように、農業や林業や漁業等に関する局地気象予報の需要が増大するに伴い、これを扱う業者も増えて競争も次第に激しくなり、さらに安価で高い精度の局地気象予報が要求されるようになってきた。また、これに応えるべく、種々なコスト低減と精度向上の方法が検討されている。
【００１５】
その内の一つの方法として容易に思い付く方法は、アルミニウム蒸着層を形成した小さな風船を飛揚させて、これをレーダーで追跡して浮遊経路を記録しようと言うものである。しかし、この方法は思ったよりも、実現が困難であることが判明している。空中には、雨、雲、霧、雪、その他の浮遊物の外、思い掛けないノイズも存在して画面を乱すことがある上、レーダーの反射像は小さすぎて確認するのが困難であると言う。可能とするには、コストを無視して、風船を大型化し、高性能レーダーを使用する以外にない。
【００１６】
こうした風船利用の風の観測は実用面では、無理があり、また環境面と経費面から見ても、たかが風船といえども貴重な資源であるヘリウムを費消するだけでなく、風船自体も回収が困難なため、再利用や再生が殆ど不可能なことが判る。結局、墜落した後、各所に散在したまま放置されて、最後はごみとして公害問題を惹起することになり兼ねない。一般に、局地気象予報業務を行っている小規模な企業は、大規模な気象予報会社と提携してその支社あるいは出張所として営業しているものを除けば、従業員も少なく経営的に不安定なものが多い。したがって、少額であっても出費が毎日重なれば、経営的に安定している企業でも相当な負担となり、また、不安定な企業では経営を危うくし兼ねない状態となる。気象予報業務を目的とする観測では、データを蓄積しなければ無意味なので、注文のない日でも休日でも風船を飛ばさなければならないのである。このため、余りに従業員数が少ないと、夜勤や休日出勤のための勤務サイクルの編成が困難になり易く、これを避けようとすれば、いきおい人件費が高騰または膨張するか、あるいは、これに代る多大の費用を設備の充実のために割かなければならない。
【００１７】
また、雨滴の落下を伴う急激な気流の降下、いわゆる「ダウン・バースト」に限って言えば、大量の雨粒の発生により、ドップラーレーダーで感知できるようになって来ている。しかし雨雲や雨粒が存在しない状態で、風のみをレーダーで観測することは殆ど不可能である。
【００１８】
経費節減のため、レーダーを設置せずに風船は飛ばすものの、それを目視のままで、あるいは双眼鏡や望遠鏡を使用して追跡するか、あるいは自転車やオートバイ等で追跡する手が考えられる。これとて、通常の気象予報の場合には、定時観測の結果の累積が肝心なので、回数を重ねる必要があるが、目視や追跡による位置確認は、天候や時間帯や地形によっては不可能となることもあるので、すこぶる煩わしく、しかも、これによるデータは、数値かグラフかの形で整理することが困難なので、利用しにくいのが欠点である。一般に、局地気象予報のためには最低でも４か月間、好ましくは１年間の気象観測データの蓄積が必要とされている。
【００１９】
ハンググライダー、パラグライダー等の簡易型グライダーの飛翔準備として、また、練習用飛行場や小型機用飛行場あるいはヘリポート等では、吹流しを使用している場合もあるが、これは離着陸の際の目安に過ぎず、気象予報には殆ど役に立っていない。また、花火の打上げ準備として、吹流しを使用したり、あるいは安価な風船を飛揚させ、それを肉眼で追跡することにより、風向と風速とを知って開催の可否を決定することもよく行われる。この吹流しや風船による風の観測は、正確な記録を残せないため、局地気象予報においては、正式に採用することが不可能である。
【００２０】
現在、広く利用されているのは、例えば、図１に示されている風向風速計（１０）であって、図２に示す２ペン式風向風速記録装置（２０）と接続されるようになっている。図３は、前記の風向風速記０録装置（２０）に使用されている記録紙（３０）のごく一部を示すもので、その左側（３１）に風速が、また、右側（３２）に風向が記録されるようになっている。
【００２１】
気象観測上では、或る地点で風がどの方向へ、或る時間内に、どれだけの速さで（結局はどれだけの量で）移動したかを知ることが重要である。しかし、図１乃至図３に示した従来の装置および記録を利用した場合には、風向と風速とが別個に記録されているので、もし、その地点での風の状況を総合的に判断する上では、風向と風速とを個々に読み取った後に、両データを有機的に関連付けて検討するのが良いと考えられ易い。
【００２２】
この記録紙（３０）から、一瞥して風の動きを知ることは、先ず、専門家であっても無理である。左側（３１）の風速と、右側（３２）の風向との２種のグラフを個々に見た後に、両者を有機的に関連付けて風そのものの動きを視覚的に想像することは、風速にしても、風向にしても、変化が頻繁に起こっている場合には、同じグラフ線どうしが、密着してしまうため不可能に近い。
【００２３】
さて、気象観測においては「風向」は「風上の方向」であり、「風が吹いて来る方向」である。従来では、「風向」は「風」について考えるとき「風速」とともに、真っ先に脳裏に浮かぶ言葉である。実際には、影響が大きいのは「風向」よりも、むしろ「風が吹いて行く方向」つまり「風下」である。心理的には「風向」は、「ここに来る風の向きを表すに過ぎず、広がりを感じない」のに対し、「風下はそのままに風が広がって行く」感じで、実際にも「風向」よりも大きな影響を及ぼしている。船舶では、通過してきた航路が問題ではなく、これからの航路の方向つまり針路が問題なのと似ている。
【００２４】
肉眼では見えない風、特に局地的な風の軌跡を捉えるためには、この風で仮想的な風船の飛ばされて行く動きを捕捉するのが早道である。しかし、この方法は、既に述べたように小企業が事業として継続させるためには、経営的に無理が起き易いのである。
【００２５】
局地的な風の観測を必要とする状況は、恒常的または日常的に局地気象予報を提供する時だけでなく、環境に大きな影響を及ぼす突発的な事故の発生の際にも生まれて、一時的または短期的な観測が必要となる。例えば、自然発生的な突発事件としては、大都市の中心地における光化学スモッグの発生である。
【００２６】
また、自然発生的でない人為的な環境汚染の突発事故としては、茨城県東海村の核物質再処理工場における放射能を含んだガスの漏出と拡散や、松本サリン事件のような有害ガスの人為的散布と拡散などを挙げることができる。こうした場合の風の観測では、事件の短期的性格（非永続性）から観測データの蓄積は殆ど必要がないことが多い。
【００２７】
こうした突発的事件の発生では、観測装置を自動車等に搭載して現地に急行して、到着とともに、観測を開始すれば、俯瞰図としてリアルタイムで展開される有毒ガスの到達地域と到達時刻との表示または記録により安全地域の確認や退避への誘導や指示等の対策を立てるのに大いに役立つ筈である。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
局地気象予報の精度を上げるためには、毎日、発表されるアメダスのような気象情報と、これに、気象予報のために行った必要な局地の観測結果を加味して、総合的に判断するのが最良である。この実施のためには相当な設備費用を必要とする外に、気象予報の受注の有無に関係なく、夜勤や休日出勤の人件費まで手当しなければならない。
【００２９】
本発明の第１の目的は、局地気象予報のための風の観測に際して全く無人で、あたかも観測用の風船を希望する時刻に放出する如く、また、仮想の風船をレーダーで追跡する如く、その浮遊経路を、また現在位置をも、リアルタイムに表示または記録することを可能とするシミュレーターを提供するにあり、また、これにより、従来の基本的な気象観測機器、例えば風速計、風向計、気圧計、温度計、湿度計、雨量計、等からの通常の気象データによる局地気象観測に加えて、全く新しい視点に立つ、一瞥しただけで判る、風の進路を俯瞰図として表示または記録する方法および装置を得ることにより、局地気象予報の精度の向上を目指している。
【００３０】
本発明の第２の目的は、環境に大きな影響を及ぼす突発的な事故の発生、例えば、光化学スモッグの発生や、放射能を含んだガスの漏出と拡散や、松本サリン事件のような有害ガスの人為的散布と拡散などの突発事故の発生に際しては、本発明の観測装置を自動車等に搭載して現地に急行し、到着とともに、観測を開始すれば、爾後の有害ガスのリアルタイムでの一瞥して判る二次元データによる到達地域と到達時刻、それと拡散地域と拡散時刻との表示または記録により、安全地域の指示や退避への誘導等の対策を立て易くするにある。
【００３１】
本発明の第３の目的は、相前後する複数回のシミュレーション結果を、重ね、あるいは、ずらせて比較することにより、風向・風速の変化を、きめ細かく予測することを可能とする局地気象予報用の風観測方法および装置を得るにある。
【００３２】
本発明の第４の目的は、局地気象予報を業務とする小規模な企業においても、購入し易く、保守や整備や取扱方法が容易で、しかも解析し易いグラフが得られる局地気象予報用の風観測方法および装置を得るにある。
【００３３】
本発明の第５の目的は、局地気象予報の精度を、従来よりも一層向上させた天気図を作成することが出来る方法および装置を得るにある。
【００３４】
本発明の上記以外の諸目的は、以下の説明と添付した図面とから明白である。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記の諸目的を達成するため、本発明の風の経路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図により表示または記録する方法および装置は、風速計と風向計とを選択された一地点に設置し、これによって前記の地点を通過する風の瞬間風向と瞬間風速とを継続的に検出し、さらに前記瞬間風向と瞬間風速とから、微小ベクトルを合成しつつ、この微小ベクトルを経過時間について積分し、それを順次、連続的または断続的に、表示または記録用媒体上に記録するようにしてある。
【００３７】
さらに上記の諸目的を達成するため、本発明の風の経路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図として表示または記録する方法および装置は、選択された一地点に風速計と風向計とを設置し、これにより前記の地点を通過する風の瞬間風向と瞬間風速とを継続的に検出し、さらに前記瞬間風向と瞬間風速との出力信号をコンピューターにより解析した後、Ｘ−Ｙプロッターに入力して風の進路を示す描点を風向と関連する方向へ、かつ風速と比例する速さで移動させ、その軌跡を連続的にまたは断続的に、表示または記録用媒体上に記録するようにしてある。
【００３８】
さらに上記の諸目的を達成するため、本発明の風の進路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図として表示または記録する方法および装置は、相前後する複数回の前記の表示または記録を相互に比較できるように、同一画面または同一記録媒体上に、重ね、あるいはずらせるようにしてある。
【００３９】
さらに上記の諸目的を達成するため、本発明の風の進路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図として表示または記録する方法および装置は、始動後、一定時間経過ごとに、表示または記録の色を変えるようになっている。
【００４０】
さらに上記の諸目的を達成するため、本発明の風の進路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図により表示または記録する方法および装置は、前記記録用媒体が、前記風速計と風向計とが設置された前記の地点を含む地図を利用している。
【００４１】
さらに上記の諸目的を達成するため、本発明の風の進路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図により表示または記録する方法および装置は、前記の風の進路である連続線または断続線の記録速度が、前記地図の縮尺と整合するように調整可能としてある。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的原理は、例えば、数ｋｍ四方以下の狭小な面積の地域において、時々刻々変化する風向と風速とを、リアル・タイムで風の軌跡として辿ることにより、その地域内の気象予報の精度を一層高めるようにしている。
【００４３】
本発明の風の進路をリアルタイムで、一瞥して判る俯瞰図として表示または記録する方法および装置の実施例には数種がある。その第１の実施例の構成の大要は図４に示す瞬間風向風速検出ユニット（１００）と、そこで検出された瞬間風向風速信号を受けて微小ベクトルを生成するための、図５に示す微小ベクトル生成ユニット（２００）と、微小ベクトルからその積分値である線図を連続的に、または断続的に描くための、図６に示す例えばＸ−Ｙプロッターのような直角座標系表示記録ユニット（３００）との３群からなっている。
【００４４】
再び図４において、瞬間風向風速検出ユニット（１００）の主要部を成す飛行機胴体型風向風速計の胴体部（１０１）の前端には、プロペラ型風車（１０２）が回転可能に支承され、かつ回転軸（１０３）によって直流発電機（１０４）と連結されている。胴体部（１０１）の後端は垂直尾翼型風向板（１０５）を形成しており、これに風が当たることにより垂直支持管（１０６）内に回転可能に支承された回転軸（１０７）を中心として胴体部（１０１）を風と平行な方向に偏倚させる。この風の角度位相は架台（１０８）内に収納された微小ベクトル生成ユニット（２００）のクランク軸（２４２）に軸継手（１０９）を介して伝達されるようになっている。
【００４５】
図５は、図４および図７の微小ベクトル生成装置（２００）中のＸ座標値読取装置（２１０）をカバー（２４０）の上面から見た図である。図４のプロペラ型風車（１０２）により回転して発電する直流発電機（１０４）の出力端子の一方は、図７に示す回路図において、調整用のレオスタット（２０２）を介して、Ｘ座標値読取装置であるＸ軸関連ポテンショメーター（Ｐｏｔｅｎｔｉｏ−ｍｅｔｅｒ）（２１０）の抵抗（２１１）と、Ｙ座標値読取装置であるＹ軸関連ポテンショメーター（２３０）の抵抗（２３１）とのそれぞれ一方の端子に接続されている。前記のレオスタット（２０２）の設定値は、他の必要なデータと共に記録するようにしておくと後日のための参考となる。
【００４６】
また、前記の直流発電機（１０４）の出力端子の他方は、前記の２個の抵抗（２１１）（２３１）の他方の端子にそれぞれ接続されている。さらに、抵抗（２１１）（２３１）の各全長の中点（２１２）（２３２）は、それぞれ、浮遊経路表示記録装置、例えばＸ−Ｙプロッター（３００）のＸ座標軸用可逆転直流モーター（３１０）とＹ座標軸用可逆転直流モーター（３３０）との入力端子の一方と接続されている。これら２種の直流モーターは、常用範囲内で入力電圧にほぼ比例した速度で回転する。
【００４７】
さて、風が吹くと、図４のプロペラ型風車（１０２）は回転し始め、実用範囲内で、ほぼ風速に比例した電圧を発生する。同時に胴体部（１０１）も垂直尾翼型風向板（１０５）により、風と同一の角度位相を保持するように、つまり、絶えず、風向と一致して回動する。場合によっては、胴体部（１０１）が風向と１８０°の角度差を保持したまま回動するように、回転軸（１０７）とクランク軸（２４２）とを連結することもある。
【００４８】
今、ここで、仮想浮遊体の風船を空中へ放出するものと仮定する。参考までに、観測装置の設置場所を、代表性の良い風の観測値を得るために、世界気象機構（ＷＭＯ＝Ｗｏｒｌｄ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）が推奨している高さは、地上１０メートルであるが、地形によってはこれ以外の高さも考えられる。
【００４９】
それでは、局地気象観測と局地気象予報にとっては、どんな観測が必要なのであろうか。簡単に言えば、地表上あるいは海面上に沿って浮揚移動可能な、軽い風船のような物体を、或る時刻に、或る地点で、手から離して、風の吹くままに任せたと考えて、その風船が何分後か、何時間後には何処に到達しているかを、継続して図示することである。もし、これが可能であれば、この風船をダイオキシンや農薬や放射性物質などの、微粒子や粉末や霧に置き換えて考えれば、それは、浮遊経路表示記録装置（３００）上にリアルタイムに表示あるいは記録された描線の終末端に相当する地域付近に到達していて、大体、そのあたりが汚染されていると推定出来るのである。
【００５０】
発電機（１０４）で発生した直流電圧は、レオスタット（２０２）を経由して、Ｘ軸ポテンショメーター（２１０）およびＹ軸ポテンショメーター（２３０）からＸ−Ｙプロッター（３００）のＸ軸可逆転直流モーター（３１０）およびＹ軸可逆転直流モーター（３３０）の入力端子に印加される。
【００５１】
図５および図７は、図８に示すＸ座標読取装置（Ｘ軸ポテンショメーター）（２１０）と、図９に示すＹ座標読取装置（Ｙ軸ポテンショメーター）（２３０）とを、それぞれ、ハウジング（２１４）（２３４）内に組込んで上下２層とし、さらに、その上に載せたカバー（２４０）（図５）と共に一体に組立てた状態を示している。このカバー（２４０）の上面中央には軸受（２４１）が突出して設けられており、これには２個のブラシ（２１３）（２３３）を動かすためのクランク軸（２４２）が回転できるように、ほぼ垂直に嵌挿されている。このクランク軸（２４２）の上端は飛行機胴体型風向風速計（１００）の回転軸（１０７）と連結されている。
【００５２】
この実施例において特徴的なことは、２個のハウジング（２１４）（２３４）は、量産化を目的として互いに同形同大としてあり、組立は互いに９０度回転させた位置で固定することにより行う点である。
【００５３】
図８は、図５のカバー（２４０）を取外した、Ｘ座標値読取装置（２１０）であるＸ軸ポテンショメーター（２１０）のハウジング（２１４）の内部の平面図である。中心には、飛行機胴体型風向風速計（１００）の回転軸（１０７）と連結されているクランク軸（２４２）があり、その下端にはクランクアーム（２４３）が固定されている。前記のクランクアーム（２４３）の自由端の下面には、クランクピン（２４４）が固定されている。ハウジング（２１４）内には、例えば、丸棒材から構成された、Ｘ座標軸対応の１対のガイドレール（２１５）（２１６）が固定されており、さらに、前記１対のガイドレール（２１５）（２１６）には、滑動部材（２１７）が嵌挿している。滑動部材（２１７）にはガイドレール（２１５）（２１６）に直角な方向の長孔（２１８）が形成されていて、この中に前記のクランクピン（２４４）がクロスヘッド（２１９）を介して殆どガタツキなしに貫通しており、これによってクランク軸（２４２）が、飛行機胴体型風向風速計（１００）の回転軸（１０７）と連動して回転すると、滑動部材（２１７）はガイドレール（２１５）（２１６）に沿ってＸ軸方向に滑動する。したがって、滑動部材（２１７）上に取付けられたブラシ（２１３）は抵抗（２１１）上を軽く摺動する。
【００５４】
前記のクランクピン（２４４）は、ハウジング（２１４）の底部に形成された大きな丸孔（２２０）を貫いた後、下段のハウジング（２３４）の中に達している。下段のハウジング（２３４）は、図９に示すように、図８の上段のハウジング（２１４）を反時計方向へ９０度、回転移動させた状態と、ほぼ同一の構造である。
【００５５】
前記のクランクピン（２４４）の下半部は、下段の滑動部材（２３７）の長孔（２３８）の中をクロスヘッド（２３９）を介して殆どガタツキなしに貫通しており、これによってクランク軸（２４２）が、飛行機胴体型風向風速計（１００）の回転軸（１０７）と回転すると、滑動部材（２３７）はガイドレール（２３５）（２３６）に沿ってＹ軸方向に滑動する。したがって、滑動部材（２３７）上に取付けられたブラシ（２３３）は抵抗（２３１）上を軽く摺動する。
【００５６】
こうした構造により、垂直尾翼型風向板（１０５）の指向する方向（風上方向と風下方向との二つの場合がある）は直角座標値により表示されることになる。
【００５７】
瞬間風速と瞬間風向とを微小ベクトルとして捕捉し、これを継続して積分するために、Ｘ座標値読取装置（２１０）（Ｘ軸関連ポテンショメーター）の出力である直流電圧Ｖｘは、浮遊経路表示記録装置（３００）（Ｘ−Ｙプロッター）のＸ軸キャリジ（３２０）に取付けられたＸ方向移動用可逆転直流モーター（３１０）（図６および図７参照）に印加されるようになっており、一方、同様に、Ｙ座標値読取装置（２３０）（Ｙ軸関連ポテンショメーター）の出力である直流電圧Ｖｙは、浮遊経路表示記録装置（３００）（Ｘ−Ｙプロッター）のＹ軸キャリジ（３４０）の可逆転直流モーター（３３０）（図６および図７参照）に印加するようになっている。
【００５８】
前記のＸ軸キャリジ（３２０）には、Ｙ軸キャリジ（３４０）が装架されており、前記のＸ方向移動用可逆転直流モーター（３１０）により、Ｙ軸キャリジ（３４０）は、Ｘ軸方向を移動する。
【００５９】
さらに、Ｙ軸キャリジ（３４０）には、前記のＹ方向移動用可逆転直流モーター（３３０）により、Ｙ軸方向に移動する記録ペンユニット（４００）が装架されており、その先端は多種の色ペン（４０１）が指令により自由に交換が可能な記録ヘッド（４０２）を構成している。この点は、従来のＸ−Ｙプロッターの構造により公知である。
【００６０】
次に本実施例について、その動作を説明する。先ず、図４、５および６において、風が吹けば、飛行機胴体型風向風速計（１００）のプロペラ型風車（１０２）が回転して直流発電機（１０４）を駆動する。したがって、風力に比例した電力が２個のポテンショメーター（２１０）（２３０）に供給される。しかして、各ポテンショメーター（２１０）（２３０）を経て直角座標型記録装置（Ｘ−Ｙプロッター）（３００）の、各可逆回転型直流電動機（３１０）（３３０）に印加される電圧（Ｖｘ）（Ｖｙ）は、風力計の回転速度によっても、さらに各抵抗（２１１）（２３１）に対する各ブラシ（２１３）（２３３）の位置（とりもなおさず垂直尾翼型風向板（１０５）の方向）によっても変動する。
【００６１】
このようにして、記録ペン（４０１）は、風のある限り、風速に比例した速さで、垂直尾翼型風向板（１０５）の方向（逆になるように設定する場合もある）へ移動するのである。
【００６２】
図１０は、本発明の装置により記録された、一地点を通過する風の、瞬間風向および瞬間風速を微小ベクトルとして検出し、さらに、この微小ベクトルを、経過時間について積分した記録紙（５００）である。
【００６３】
さて、この記録紙（５００）には、各１本の経線（５１０）と緯線（５２０）とが印刷されていて、その交点（５５０）が、記録用ペン（４０１）の出発点、つまり直角座標の原点となっている。したがって、記録の開始にあたっては、記録ペン（４０１）の先端を原点（５５０）に合わせることが必要である。（５６０）は記録用ペン（４０１）による描線であるが、この描線（５６０）上には、起動後、一定時間経過ごとに、別な色の描点（５６１）を施すことにより一定時刻における、あるいは一定時間内における風の状況を知ることが出来る。例えば、今、午前６時に原点（５５０）から始動した記録ペン（４０１）の１時間後の位置を▲１▼、２時間後の位置を▲２▼、３時間の位置を▲３▼、４時間後の位置を▲４▼、５時間後の位置を▲５▼、６時間後の位置を▲６▼、７時間後の位置を▲７▼、８時間後の位置を▲８▼とすれば、午前１１時における風向は、▲５▼を通る切線（５７０）の方向と一致する。また、午前７時から午前９時までの平均風向は、描点▲１▼と描点▲３▼とを結ぶ直線の方向と一致する。
【００６４】
本発明の装置における記録方法には次の２通りがある。
すなわち、第１の方法は、垂直尾翼型風向板（１０５）が指向する方向に記録ペン（４０１）が移動して行くようにすることである。この方法によって描かれた積分値の曲線は、どの方向から、どの位の大きさの風が、どの位の時間吹いたかを知るのには適している。この方法を行うには、垂直尾翼型風向板（１０５）の指向する方位と、クランクアーム（２４３）の自由端の方向とを一致させるのである。
【００６５】
第２の方法は、垂直尾翼型風向板（１０５）の指向するのとは反対方向に記録ペン（４０１）が移動して行くようにすることである。これによって描かれた積分値の曲線は、これを一瞥すれば、あたかも空中に放たれた風船が風に乗って飛んで行く軌跡を近似的に示していることが判る。それ故、局地的な、あるいは小規模な気象観測や気象予報には有効である。この方法を行うには、垂直尾翼型風向板（１０５）の指向する方位と、クランクアーム（２４３）の自由端の方向とを全く反対にすればよい。つまり、互いに１８０度開いているのである。
【００６６】
これら２種類の記録方法の間には、結果的には極めて単純な相違しか存在しないのである。要するに、両方法による記録紙を、１８０度、平面内で回せば、互いに他の方法による記録と合致する。
【００６７】
計測の時間間隔が等時性であっても、計測の対象の運動または現象が不等速である場合には、時刻の記録は、非常に大きな意味がある。特に風の場合には無風状態から秒速何十メートルまでの範囲で変化する上に、風向も目まぐるしく変化する。
【００６８】
このため、本発明の観測記録装置では、記録を連続した描線ではなく、一定時間経過ごとに描点を打って記録することも出来る。これは従来も自記風速計には採用されている。
【００６９】
また、記録中は、一定時間経過ごとに描線の上に別の色で描点を打って時刻を示すことが出来る。
【００７０】
しかしながら、記録中は無風状態にもなったり、風向が大きく変わって、描線や、描点が交錯したりすることもあるため、風向・風速・時刻の３者間の関連が読み取れない場合もあり得る。
これを防ぐ方法としては、一定時間経過ごとに記録のインクの色を変えることである。この方法は、インクの色の異なった複数本のペンを用意しておき、その中から信号によって必要なペンを選ぶのであるが、既に多色プロッター用として実用化されている。
【００７１】
また、記録用紙としては、直角座標の基線が印刷されているものが良いが、さらに、方位の名称が印刷されていればなお好ましい。
記録位置への装入、排出等の、コンピューターのプリンターのような自動送りを行うために、左右両縁にパーフォレーションが施された連続紙を使用することが望ましい。
【００７２】
最良の記録用紙は、この装置を設置する場所を含む地域の地図である。地図上の設置箇所に、直角座標軸の原点を置いた後、方位を確認すればよい。
【００７３】
もし、長時間に亙って無風または弱風の状態が継続すれば、記録紙（５００）の直角座標の原点（５５０）から始まる描線（５６０）は、場合によっては、原点（５５０）付近に塊状に重なって記録されることもある。こうした状態では記録が充分には読み取れないことになる。
【００７４】
またもし、強風の状態が特に或る範囲の方向で長時間に亙って継続すれば、描線（５６０）は、記録紙（５００）からはみ出すことも起こり得る。
【００７５】
これらの対策として、直流発電機（１０４）から各ポテンショメーター（２１０）（２３０）
【００８５】
本発明による風の観測記録装置は、その一実施例においては、一定時間経過ごとに、描線の色を変えるので、風向や風速の変動が大きくて描線が交錯するような場合でも混乱が少なく、判読が容易である。
【００８６】
本発明による風の観測記録装置は、その一実施例においては、起動より、設定された一定時間経過後に、記録済み用紙が自動的に記録位置から外れると共に、記録ペンが原点に自動的に復帰するので、人手による錯誤や中断がなく、観測が続行される。
【００８７】
本発明による観測記録装置によって、風向と風速とが一体に記録された地図の用途は、一瞥して判読できるだけに、極めて大きなものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の飛行機胴体型風向風速計を示す正投影図である。
【図２】従来の風向風速記録装置の正面図である。
【図３】従来の風向と風速とを示す記録紙の一部を示す。
【図４】本発明の第１の実施例における瞬間風向風速検出装置の一部切断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例における微小ベクトル生成装置び略鳥瞰図である。
【図６】本発明の第１の実施例における浮遊経路表示記録装置（Ｘ−Ｙプロッター）の正面図である。
【図７】本発明の第１の実施例における回路図である。
【図８】本発明の第１の実施例におけるＸ座標値読取装置の上から見た組立図である。
【図９】本発明の第１の実施例におけるＹ座標値読取装置の上から見た組立図である。
【図１０】本発明の観測記録装置による記録紙の一例の正面図である。
【図１１】本発明の第２の実施例における回路図である。
【図１２】本発明の観測記録装置による記録紙の他例の正面図である。
【図１３】本発明の観測記録装置による記録紙のさらに他例の正面図である。
【符号の説明】
１０ 風向風速計
２０ ２ペン式風向風速記録装置
３０ 記録紙
３１ 風速グラフ
３２ 風向グラフ
１００ 飛行機胴体型風向風速計
１０１ 胴体部
１０２ プロペラ型風車
１０３ 回転軸
１０４ 直流発電機
１０５ 垂直尾翼型風向板
１０６ 垂直支持管
１０７ 回転軸
１０８ 架台
１０９ 軸継手
２００ 微小ベクトル生成装置
２０２ レオスタット
２１０ Ｘ座標値読取装置（Ｘ軸ポテンショメーター）
２１１ 抵抗
２１２ 中点
２１３ ブラシ
２１４ ハウジング
２１５ ガイドレール
２１６ ガイドレール
２１７ 滑動部材
２１８ 長孔
２１９ クロスヘッド
２２０ 大きな丸孔
２３０ Ｙ座標値読取装置（Ｙ軸ポテンショメーター）
２３１ 抵抗
２３２ 中点
２３３ ブラシ
２３４ ハウジング
２３５ ガイドレール
２３６ ガイドレール
２３７ 滑動部材
２３８ 長孔
２３９ クロスヘッド
２４０ カバー
２４１ 軸受
２４２ クランク軸
２４３ クランクアーム
２４４ クランクピン
３００ 浮遊経路表示記録装置（Ｘ−Ｙプロッター）
３１０ Ｘ軸可逆転直流モーター
３３０ Ｙ軸可逆転直流モーター
４００ 記録ペンユニット
４０１ 記録ペン
４０２ 記録ヘッド
５００ 記録紙
５１０ 経線
５２０ 緯線
５５０ 交点（原点）
５６０ 描線
５６１ 描点
５７０ 切線
５７１ 直線
６００ コンピューター
６１０ インターフェース
▲１▼ 描点
▲２▼ 描点
▲３▼ 描点
▲４▼ 描点
▲５▼ 描点
▲６▼ 描点
▲７▼ 描点
▲８▼ 描点
（Ｖｘ） Ｘ軸ポテンショメーターの出力電圧
（Ｖｙ） Ｙ軸ポテンショメーターの出力電圧
Ｑ 描線
Ｐ 描線
Ｒ 描線

Claims (24)

1. 瞬間風速に比例する電圧を発生させる風速計と回転軸を中心にして瞬間風向に平行な方向へ回動する風向計とを選択された一地点に設置し、これにより前記地点を通過する風の瞬間風向と瞬間風速とを継続的に検出し、微小ベクトル生成装置を構成しており前記回転軸と連結されていてそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動可能な滑動部材を有するＸ軸関連ポテンショメーターおよびＹ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの抵抗に前記電圧を印加すると共に前記滑動部材を前記回転軸の回転によってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動させ、前記Ｘ軸関連ポテンショメーターおよび前記Ｙ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの出力電圧で表される微小ベクトルを生成し、この微小ベクトルを直角座標系表示記録ユニットへ入力して経過時間について積分し、それを順次、連続的または断続的に、表示または記録用媒体上に記録するようにしたことを特徴とする、微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
2. 相前後する複数回の前記表示または記録を相互に比較できるように、同一画面または同一記録媒体上に、重ね、あるいはずらせて配置した請求項１記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
3. 始動後、一定時間経過ごとに、表示または記録の色を変える請求項１または請求項２記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
4. 一定時間内の平均風速の大小により、表示または記録の色を変える請求項１、２または３記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
5. 前記記録用媒体が、前記風速計と風向計とが設置された前記地点を含む地図である請求項１、２、３または４記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
6. 前記仮想の空中浮揚体の進路である連続線または断続線の表示または記録速度が、前記地図の縮尺と整合するように調整可能である請求項５に記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
7. 瞬間風速に比例する電圧を発生させる風速計と回転軸を中心にして瞬間風向に平行な方向へ回動する風向計とを選択された一地点に設置し、これにより前記地点を通過する局地的な風の瞬間風向と瞬間風速とを継続的に検出し、微小ベクトル生成装置を構成しており前記回転軸と連結されていてそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動可能な滑動部材を有するＸ軸関連ポテンショメーターおよびＹ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの抵抗に前記電圧を印加すると共に前記滑動部材を前記回転軸の回転によってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動させ、前記Ｘ軸関連ポテンショメーターおよび前記Ｙ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの出力電圧で表される微小ベクトルを生成し、この微小ベクトルをＸ−Ｙプロッターへ入力することにより、風の進路を示す表示点または描点を風向と関連する方向へ、かつ風速と比例する速さで移動させ、その進路を連続的にまたは継続的に、表示または記録媒体上に記録するようにしたことを特徴とする、微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
8. 相前後する複数回の前記表示または記録を相互に比較できるように、同一画面または同一記録媒体上に、重ね、あるいはずらせて配置した請求項７記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
9. 始動後、一定時間経過ごとに、表示または記録の色を変える請求項７または８記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
10. 一定時間内の平均風速の大小により、表示または記録の色を変える請求項７、８または９記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
11. 前記記録媒体が、前記風速計と風向計とが設置された前記地点を含む地図である請求項７、８、９または１０記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
12. 前記局地的な風の進路である連続線または断続線の表示または記録速度が、前記地図の縮尺と整合するように調整可能である請求項１１記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する方法。
13. 瞬間風速に比例する電圧を発生させる風速計と回転軸を中心にして瞬間風向に平行な方向へ回動する風向計とを選択された一地点に設置し、これにより前記地点を通過する風の瞬間風向と瞬間風速とを継続的に検出し、微小ベクトル生成装置を構成しており前記回転軸と連結されていてそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動可能な滑動部材を有するＸ軸関連ポテンショメーターおよびＹ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの抵抗に前記電圧を印加すると共に前記滑動部材を前記回転軸の回転によってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動させ、前記Ｘ軸関連ポテンショメーターおよび前記Ｙ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの出力電圧で表される微小ベクトルを生成し、この微小ベクトルを直角座標系表示記録ユニットへ入力して経過時間について積分し、それを順次、連続的または断続的に、表示または記録用媒体上に記録するようにしたことを特徴とする、微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
14. 相前後する複数回の前記表示または記録を相互に比較できるように、同一画面または同一記録媒体上に、重ね、あるいはずらせて配置した請求項１３記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
15. 始動後、一定時間経過ごとに、表示または記録の色を変える請求項１３または１４記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
16. 一定時間内の平均風速の大小により、表示または記録の色を変える請求項１３、１４または１５記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
17. 前記記録用媒体が、前記風速計と風向計とが設置された前記地点を含む地図である請求項１３、１４、１５または１６記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
18. 前記仮想の空中浮揚体の進路である連続線または断続線の表示または記録速度が、前記地図の縮尺と整合するように調整可能である請求項１７記載の微小ベクトル生成装置により仮想の空中浮揚体の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
19. 瞬間風速に比例する電圧を発生させる風速計と回転軸を中心にして瞬間風向に平行な方向へ回動する風向計とを選択された一地点に設置し、これにより前記地点を通過する局地的な風の瞬間風向と瞬間風速とを継続的に検出し、微小ベクトル生成装置を構成しており前記回転軸と連結されていてそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動可能な滑動部材を有するＸ軸関連ポテンショメーターおよびＹ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの抵抗に前記電圧を印加すると共に前記滑動部材を前記回転軸の回転によってそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向へ滑動させ、前記Ｘ軸関連ポテンショメーターおよび前記Ｙ軸関連ポテンショメーターのそれぞれの出力電圧で表される微小ベクトルを生成し、この微小ベクトルをＸ−Ｙプロッターへ入力することにより、風の進路を示す表示点または描点を風向と関連する方向へ、かつ風速と比例する速さで移動させ、その進路を連続的にまたは断続的に、表示または記録用媒体上に記録するようにしたことを特徴とする、微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
20. 相前後する複数回の前記表示または記録を相互に比較できるように、同一画面または同一記録媒体上に、重ね、あるいはずらせて配置した請求項１９記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
21. 始動後、一定時間経過ごとに、表示または記録の色を変える請求項１９または２０記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
22. 一定時間内の平均風速の大小により、表示または記録の色を変える請求項１９、２０または２１記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムに表示または記録する装置。
23. 前記記録用媒体が、前記風速計と風向計とが設置された前記地点を含む地図である請求項１９、２０、２１または２２記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。
24. 前記局地的な風の進路である連続線または断続線の表示または記録速度が、前記地図の縮尺と整合するように調整可能である請求項２３記載の微小ベクトル生成装置により局地的な風の進路を俯瞰図としてリアルタイムで表示または記録する装置。

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