JP4640718B2

JP4640718B2 - レーダ雨量補正・配信システム

Info

Publication number: JP4640718B2
Application number: JP2001163191A
Authority: JP
Inventors: 親雄深見
Original assignee: 財団法人河川情報センター
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002350560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーダ雨量補正・配信システムに関する。詳しくは、テレメータ及びレーダ雨量計で測定した雨量に基づき、雨量強度に応じて補正したレーダ雨量データを通信ネットワークシステムを介しリアルタイムに所定のプラットホームへ配信するレーダ雨量補正・配信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における雨量測定は、所定の観測地点に配置されたテレメータ（地上雨量計）及びレーダ（ＲＡＤＡＲ；ＲａｄｉｏＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）雨量計とによって測定されたそれぞれの雨量に基づいて雨量測定を行っている。テレメータ雨量計は、口径２０ｃｍの受水口で受けた降雨を転倒ますで接点パルスに変換することにより測定し、その遠隔地のデータを河川管理者や道路管理者のいる集中局へ伝送する。レーダ雨量計は、アンテナを回転させながら電波を繰り返し発射し、電波の直進性・等速性・散乱性を利用して、雨により散乱し返ってくる電波を同一のアンテナで受信することにより▲１▼アンテナの向きと電波の往復に要する時間から雨の位置を、▲２▼反射波の強さから雨の性質や強さ等を、レーダ方程式や地上雨量との気象学的経験により関係づけられるＺ−Ｒ関係を利用して算出することにより測定を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、降雨の空間的な変動は大きく、特に強い雨の場合には、数百メートル離れるだけでも降雨の強さがかなり変わり、これを測定する為には相当密にテレメータを配置しなければ、降雨の空間分布を評価することが難しいという問題がある。
【０００４】
一方、レーダ雨量計は、広い領域内の降雨強度分布を瞬時に測定できる利点を持つが、実際の地上雨量とレーダ雨量計で測定された雨量が異なってしまうという問題がある。この原因の一つは、レーダ雨量計とテレメータとの観測空間のスケールの違いにあり、レーダ雨量計の観測単位（１ｋｍ×１ｋｍの面）と、地上雨量計（直径２０ｃｍのいわゆる点）の違いによるものである。
【０００５】
そこで、キャリブレーション手法により、テレメータの雨量を利用してレーダ雨量計の雨量を逐次補正し、観測空間スケールの違いに起因する誤差を補正することによってレーダ雨量計の精度の向上を図っており、図２に示すように、レーダ雨量計のある”メッシュａ”７４０と、”メッシュａ”７４０から所定の距離離れた場所に設置された”地上雨量計１”７１０、と”地上雨量計２”７２０と”地上雨量計３”７３０で雨量を測定する場合、”地上雨量計１”７１０〜”地上雨量計３”７３０で測定したそれぞれの雨量Ｒｇｉ（ｉ＝１〜３）とその直上メッシュのレーダ雨量計で測定した雨量Ｒｒｉ（ｉ＝１〜３）との比を求め、これを補正値ｆｉ（ｉ＝１〜３）として算出し、算出された各補正値ｆ１〜ｆ３から地上雨量計の無いレーダ雨量計の”メッシュａ”７４０の補正係数ｆａを求め、この補正係数ｆａによりａ地点（”メッシュａ”７４０）のレーダ雨量計の雨量を逐次補正することにより実際の地上雨量とレーダ雨量計で測定された雨量との誤差を小さくする。
【０００６】
このようなキャリブレーション手法では、地上雨量計（テレメータ）の配置状態から、テレメータの設置されていない地点のレーダ雨量計のメッシュをどのように推定するかによって、例えば、「二宮・秋山の方法」や「距離重み法（重み付き平均値法）」、「全域一様補正法」等の方法に分かれる。
【０００７】
「二宮・秋山の方法」は、例えば、図２において、地上雨量計１〜３（７１０、７２０、７３０）で測定される雨量の補正値ｆ１、ｆ２、ｆ３から最適な曲面を求め、その曲面のａ地点（”メッシュａ”７４０）にあたる場所の補正係数ｆａをレーダ雨量に掛け合わせることによってａ地点（”メッシュａ”７４０）のレーダ雨量計の補正雨量とする方法であるが、補正値ｆ１、ｆ２、ｆ３から最適な曲面を求めることが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、「距離重み法（重み付き平均値法）」は、同じく図２において、地上雨量計１〜３（７１０、７２０、７３０）で測定される雨量の補正値ｆ１、ｆ２、ｆ３をａ地点（”メッシュａ”７４０）までの距離に応じて補正係数の重みを変えて補正係数ｆａを求め、この補正係数ｆａによりａ地点（”メッシュａ”７４０）のレーダ雨量計の雨量を補正する方法であり、各地上雨量計からａ地点までの距離が同じであればそれぞれの平均値となるが、実際には多くの地上雨量計を利用しているので計算が複雑であると共に、距離のみの指標で雨量強度によるデータの信頼性による指標が考慮されていないという問題がある。
【０００９】
「全域一様補正法」は、図２におけるレーダ雨量計と地上雨量計の雨量を総雨量平均又は時間平均雨量等と比較して、その比が”１”に近づくように補正を行う、或いは、その比を全域一様に用いて補正を行う方法であるが、補正を行う当該”メッシュａ”７４０と地上雨量計との距離の指標が考慮されていない、又、上述の「距離重み法」と同様に雨量強度によるデータの信頼性による指標が考慮されていないという問題がある。
【００１０】
このように正確な雨量が測定できないと、雨量データを必要とするユーザや関係機関に正確な情報をリアルタイムに通知できないという問題や、雨量データに基づいて行われる洪水予報、水防警報、交通規制等やこれに伴う管理体制／防災体制に支障をきたす場合があるという問題を有する。
【００１１】
従って、雨量強度の変化に応じて正確なレーダ雨量に補正し、補正したレーダ雨量データをリアルタイムに通知できるようにすることに解決しなければならない課題を有する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に係るレーダ雨量補正・配信システムは次のような構成にすることである。
【００１３】
（１）所定の場所に設置され、所定時間毎に測定した雨量データを送出するテレメータ及びレーダ雨量計と、前記テレメータ及びレーダ雨量計を管理する測定器管理手段と、前記テレメータ及びレーダ雨量計から送出される雨量データを記録する雨量記録手段と、他システムとの通信を行う通信手段とを有する雨量観測システムと、前記雨量観測システムからの雨量データに基づいて、雨量強度が強くなるにつれて補正に用いるテレメータの数を減らしてレーダ雨量データの補正を行うキャリブレーション手段と、該キャリブレーション手段により生成された補正雨量データを他システムに配信するデータ配信手段とを備えたレーダ雨量補正システムとにより構成され、前記補正雨量データを通信ネットワークシステムを介しリアルタイムに所定のプラットホームへ配信できるようにしたことを特徴とするレーダ雨量補正・配信システム。
（２）前記通信ネットワークは、無線ネットワーク、有線ネットワーク、衛星通信ネットワークの全て又は何れかを選択又は組み合わせたものからなることを特徴とする（１）に記載のレーダ雨量補正・配信システム。
（３）前記プラットホームの機器は、パソコン、ＰＨＳを含む携帯電話機、携帯情報機器、カーナビゲーション機器、情報家電機器の全て又は何れかを選択又は組み合わせたものからなることを特徴とする（１）に記載のレーダ雨量補正・配信システム。
【００１４】
このようなレーダ雨量補正・配信システムにより、テレメータ及びレーダ雨量計で測定した雨量に基づき、降雨の強さに応じた雨量データを補正し、補正した後の補正雨量データを必要とするユーザや関係機関にリアルタイムに通知することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るレーダ雨量補正・配信システムの実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すレーダ雨量補正・配信システムは、雨量測定装置１００と、雨量観測システム２００と、レーダ雨量補正システム３００とから構成され、都道府県／市町村等の関係機関４００や通信ネットワーク５００を介して接続されるプラットホーム６００にリアルタイムで配信する。
【００１７】
雨量測定装置１００は、テレメータ観測部１１０と、レーダ観測部１２０とから構成されており、所定の場所に設置され、設置箇所及び設置範囲の雨量を測定し、所定時間毎に測定した雨量を雨量観測システム２００に送出する。
【００１８】
テレメータ観測部１１０は、テレメータ（地上雨量計）によって、口径２０ｃｍの受水口で受けた降雨を転倒ますで接点パルスに変換することにより測定した雨量データを雨量観測システム２００に伝送する。レーダ観測部１２０は、レーダ１２１と、データ処理部１２３を有するレーダサイト１２２からなり、レーダ１２１を回転させながら電波を繰り返し発射し、電波の直進性・等速性・散乱性を利用し、雨により散乱し返ってくる電波を受信し、データ処理部１２３でレーダ１２１の向きと電波の往復に要する時間から雨の位置を割り出し、反射波の強さから雨の性質や強さ等をレーダ方程式や地上雨量との気象学的経験により関係づけられるＺ−Ｒ関係を利用して雨量を算出し、雨量観測システム２００に伝送する。
【００１９】
雨量観測システム２００は、所定の場所に設置され、設置箇所及び設置範囲の雨量を測定し、所定時間毎に測定した雨量データを送出する雨量測定装置１００の管理を行う測定器管理手段２１０と、雨量測定装置１００からの雨量データを記録／蓄積する雨量記録手段２２０と、雨量記録手段２２０に記録／蓄積した雨量データを配信したり、他システムとの通信を行う通信手段２３０とから構成される。
【００２０】
レーダ雨量補正システム３００は、雨量観測システム２００からの雨量データに基づいて、雨量強度に応じて計算に用いるテレメータ観測所の数を適宜変化させて雨量データの補正を行うダイナミックウインドウ法によるキャリブレーション手段３１０と、キャリブレーション手段３１０により計算した補正レーダ雨量データを他システムに配信するデータ配信手段３２０とから構成される。
【００２１】
雨量データの補正を行うキャリブレーション手段３１０は、ダイナミックウインドウ法によるキャリブレーション手法を用いており、その概要を説明すると、テレメータ（地上雨量計）のあるメッシュｉにおいて補正係数の観測値

を求め、テレメータの無いメッシュの補正係数を補間によって求めるが、対象メッシュのテレメータ地点の観測値ｆｉを移動平均的に平均することによって任意メッシュの補正係数を推定する。本方法では、距離による重みは設定せず、各テレメータ地点での補正係数ｆｉ自体の信頼度による重み付けを行う。
これを数式で表すと

ここでＦは任意のレーダメッシュの補正係数、ｆｉは周辺テレメータ地点の補正係数観測値、Ｃｖｉ’は［式３］による変動係数の修正値、１／Ｃｖｉ’はｆｉに付加する重みである。
Ｃｖｉ’の計算式は次の通りである。

Ｃｖｉは雨量強度の関数として表される変動係数である。この変動係数Ｃｖｉが大きいほどメッシュ平均雨量とテレメータ雨量の面積スケールの違いによる誤差が大きくなることによって、補正係数ｆｉの推定精度が低下するため、補正係数ｆｉに付加する重みは小さくなる。（０．４０８／Ｒｇｉ）は、テレメータが１ｍｍピッチでしか雨量をカウントしないことによる「量子化誤差」による重みである。
【００２２】
［式３］の計算は平均化によって任意のレーダメッシュの補正係数Ｆの推定精度がある一定値以上になったと判断される空間で行われ、その判断は［式４］によって行う。

σｓ²は相対推定誤差、ｎは空間内に含まれる地上観測地点数である。相対推定誤差σｓ²に適当な値、例えば”０．１５”を設定し、［式４］の右辺の値が”０．１５”を下回る最小の空間内でサンプリングを行うことにより、当該メッシュ周辺テレメータのみが用いられることになり、結果として補正係数の空間変動による任意のレーダメッシュの補正係数Ｆの推定誤差の拡大を防ぐという方法である。
【００２３】
通信ネットワーク５００は、例えば、インターネット網、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）５１０、携帯電話網などの有線ネットワーク、無線ネットワーク、衛星通信ネットワークである。
【００２４】
プラットホーム６００の機器は、通信ネットワーク５００に接続する機能や衛星からの信号を受信する機能を備えたパソコン６１０、ＰＨＳ（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）を含む携帯電話機６２０、カーナビゲーションシステム機器６３０、デジタル情報家電機器６４０、携帯情報端末６５０等であり、雨量観測システム２００やレーダ雨量補正システム３００からの補正レーダ雨量データをリアルタイムに取得する。
【００２５】
次に、このようなレーダ雨量補正・配信システムにより雨量データを配信する場合について説明する。
【００２６】
所定の地点に配置された雨量測定装置１００のテレメータ観測部１１０（テレメータ１１１）及びレーダ観測部（レーダ雨量計）１２０は、測定した雨量を所定時間（５分）毎に雨量観測システム２００へ送る。雨量観測システム２００は、測定器管理手段２１０により雨量測定装置１００を常時管理し、テレメータ観測部１１０及びレーダ観測部１２０から所定時間毎に送られてくる雨量を雨量データとして雨量記録手段２２０に記録すると共に、通信手段２３０によって記録した雨量データをオンラインでレーダ雨量補正システム３００へ送る。又、雨量レーダ補正システムから返送されてきた補正レーダ雨量データを県や市町村等の関係機関４００へ送る。
【００２７】
レーダ雨量補正システム３００は、雨量観測システム２００から送られてくる雨量に基づき、キャリブレーション手段３１０によって雨量強度に応じてテレメータ１１１の数（テレメータ観測所の数）を適宜変化させてレーダ雨量データの補正を行う。
【００２８】
例えば、図２で示すように、補正しようとするレーダ雨量計のある”メッシュａ”７４０と、”メッシュａ”７４０から所定の距離離れたそれぞれの場所に”地上雨量計１”７１０、と”地上雨量計２”７２０と”地上雨量計３”７３０とが配置されている観測範囲である場合、雨量強度が弱い時は、”地上雨量計１”７１０、”地上雨量計２”７２０、”地上雨量計３”７３０の３カ所の補正値ｆ１、ｆ２、ｆ３を用いた平均値を使用し、雨量強度がやや強くなった時は”地上雨量計１”７１０、”地上雨量計２”７２０の２カ所の補正値ｆ１、ｆ２を用いた平均値を使用し、雨量強度が最も強い時は３カ所の”地上雨量計１”７１０、”地上雨量計２”７２０、”地上雨量計３”７３０の中で最も強い雨量を測定した地上雨量計の補正値を用いるというように、雨量強度に応じてレーダ雨量の補正計算に用いるテレメータ（地上雨量計）の数を適宜変化させることにより補正レーダ雨量データを生成する。
【００２９】
生成された補正レーダ雨量データは、データ配信手段３２０により雨量観測システム２００に返送したり、インターネットや携帯電話網などの通信ネットワーク５００やＧＰＳ５１０を介して接続されるパソコン６１０、携帯電話機６２０、カーナビゲーションシステム６３０、情報家電６４０や洪水予測システム６６０／土砂災害予測システム６７０等のプラットホーム６００へリアルタイムに配信する。
【００３０】
パソコン６１０、携帯電話機６２０、カーナビゲーションシステム６３０、携帯情報端末機６４０、情報家電６５０等のプラットホーム６００の機器は、レーダ雨量補正システム３００から直接補正レーダ雨量データを受信してアラームを出したり、洪水予測システム６６０／土砂災害予測システム６７０等で処理された降雨状況や災害予測情報等を閲覧する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したレーダ雨量補正・配信システムによって、テレメータ及びレーダ雨量計で測定した雨量に基づき、降雨の強さに応じて補正された正確なレーダ雨量データを算出し、このレーダ雨量データを必要なユーザや関係機関にリアルタイムに通知することができるので、レーダ雨量実況値、累加雨量値、雨域移動解析による予測雨量値、レーダ雨量を用いた洪水予測システムや土砂災害予測システム等に活用すれば、現状の把握や予測情報の提供を高い精度で行うことが可能となり、的確・迅速な避難行動を支援し、水害・土砂災害を最小限にくい止めることに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーダ雨量補正・配信システムの構成を示した概略図である。
【図２】雨量データの測定方法とキャリブレーション手法を説明する為の概略図である。
【符号の説明】
１００；雨量測定装置、１１０；テレメータ観測部、１１１；テレメータ、１２０；レーダ観測部、１２１；レーダ、１２２；レーダサイト、１２３；データ処理部、２００；雨量観測システム、２１０；測定器管理手段、２２０；雨量記録手段、２３０；通信手段、３００；レーダ雨量補正システム、３１０；キャリブレーション手段、３２０；データ配信手段、４００；関係機関、５００；通信ネットワーク、５１０；ＧＰＳ、６００；プラットホーム、６１０；パソコン（ＰＣ）、６２０；携帯電話機（ＰＨＳ含む）、６３０；カーナビゲーション、６４０；情報家電機器、６６０；洪水予測システム、６７０；土砂災害予測システム、７１０；地上雨量計、７２０；地上雨量計、７３０；地上雨量計、７４０；メッシュａ

Claims

所定の場所に設置され、所定時間毎に測定した雨量データを送出するテレメータ及びレーダ雨量計と、
前記テレメータ及びレーダ雨量計を管理する測定器管理手段と、前記テレメータ及びレーダ雨量計から送出される雨量データを記録する雨量記録手段と、他システムとの通信を行う通信手段とを有する雨量観測システムと、
前記雨量観測システムからの雨量データに基づいて、雨量強度が強くなるにつれて補正に用いるテレメータの数を減らしてレーダ雨量データの補正を行うキャリブレーション手段と、該キャリブレーション手段により生成された補正雨量データを他システムに配信するデータ配信手段とを備えたレーダ雨量補正システムとにより構成され、
前記補正雨量データを通信ネットワークシステムを介しリアルタイムに所定のプラットホームへ配信できるようにしたことを特徴とするレーダ雨量補正・配信システム。
前記通信ネットワークは、無線ネットワーク、有線ネットワーク、衛星通信ネットワークの全て又は何れかを選択又は組み合わせたものからなること
を特徴とする請求項１に記載のレーダ雨量補正・配信システム。
前記プラットホームの機器は、パソコン、ＰＨＳを含む携帯電話機、携帯情報機器、カーナビゲーション機器、情報家電機器の全て又は何れかを選択又は組み合わせたものからなること
を特徴とする請求項１に記載のレーダ雨量補正・配信システム。