JP5072678B2 - 落雷シミュレーション装置及びその方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、落雷シミュレーション装置に関するものである。

従来、落雷に関するシミュレーションモデルとして、回転球体法等が知られている。
回転球体法は、電気幾何学モデルに基づいた代表的な雷遮蔽モデルであり、雷のパラメータである電流波高値と物体の幾何学的な形状のみから雷撃確率を求める。回転球体法では、電流波高値から雷撃距離（雷撃が最終的に飛びつく距離）が一義的に決められ、その雷撃距離の範囲内の物体に雷撃するという考え方が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−９９９４２号公報

しかしながら、上述した回転球体法では、構造物の電気幾何学モデルにのみ基づいて落雷地点を推定することから、落雷シミュレーションの精度が低いという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、落雷シミュレーションの精度向上を図ることのできる落雷シミュレーション装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された雷電流波高値の頻度分布、及び、下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を含む複数の落雷データが、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子と対応付けられて格納されている記憶手段と、シミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、及び基準点を設定するとともに、落雷開始位置、及びシミュレーション条件に応じた影響因子に対応する前記落雷データを用いて雷電流波高値を設定する設定手段と、前記シミュレーション条件に応じた前記影響因子に対応する前記下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を用いて、前記設定手段によって設定された前記落雷開始位置から下向きリーダを進展させる下向きリーダ進展手段と、前記下向きリーダの先端と前記基準点との距離が第１閾値以内となった場合に、前記シミュレーション空間に設定されている各前記落雷候補点から上向きリーダをそれぞれ進展させる上向きリーダ進展手段と、前記下向きリーダの先端といずれかの前記上向きリーダの先端との距離が第２閾値以内となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定する落雷地点認定手段とを具備し、前記下向きリーダ進展手段および前記上向きリーダ進展手段は、前記設定手段によって設定された前記雷電流波高値を元に、前記下向きリーダ及び前記上向きリーダをそれぞれ進展させる落雷シミュレーション装置を提供する。

このような構成によれば、設定手段によりシミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、並びに基準点、及び落雷開始位置、並びに雷電流波高値を含む初期条件が設定手段により設定される。初期条件設定後、下向きリーダ進展手段により、該落雷開始位置から下向きリーダが進展される。下向きリーダの進展が繰り返し行われることにより、進展させた下向きリーダの先端と設定手段によって設定された前記基準点との距離が第１閾値以内となると、下向きリーダの進展が停止され、続いて、上向き進展手段によって、各落雷候補点から上向きリーダがそれぞれ進展されることとなる。そして、このようにして進展させたいずれかの上向きリーダの先端と前記下向きリーダの先端との距離が第２閾値以下となると、その上向きリーダの進展元である落雷候補地点が落雷地点であると認定手段によって認定される。
この場合において、下向きリーダ進展手段および上向きリーダ進展手段は、記憶手段に記憶されている、自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された落雷データを元に、下向きリーダおよび上向きリーダをそれぞれ進展させるので、現実の落雷の状況を反映させた精度の高いシミュレーション結果を得ることが可能となる。
また、例えば、季節、地形等のさまざまな要因により、着雷傾向が異なる。したがって、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子を落雷データに対応付けて記憶しておき、シミュレーション実行時においては、シミュレーションの条件設定（例えば、季節は夏、場所はＸ市等）に該当する影響因子に対応付けられている落雷データを記憶手段から抽出する。そして、抽出した落雷データを用いて、下向きリーダ進展手段及び上向きリーダ進展手段が下向きリーダ及び上向きリーダをそれぞれ進展させる。このように、シミュレーションの設定条件に該当する落雷データのみを用いて落雷シミュレーションを行うので、落雷シミュレーションの精度を更に向上させることが可能となる。

上記落雷シミュレーション装置において、前記上向きリーダ進展手段は、前記落雷候補点が設定されている部位の物体着雷傾向に応じて前記上向きリーダの進展状況を異ならせることとしてもよい。

このように、落雷候補点が設定されている部位の物体着雷傾向（例えば、絶縁物よりも金属に雷が落ちやすい等）に応じて上向きリーダの進展具合を異ならせるので、現実の落雷の傾向をより強くシミュレーションに反映させることが可能となる。
上向きリーダ進展手段は、例えば、金属の部材に設定されている落雷候補点から進展される上向きリーダの長さを絶縁体の部材に設定されている落雷候補点から進展される上向きリーダの長さよりも長くする。

上記落雷シミュレーション装置において、シミュレーション対象としては、例えば、風車が挙げられる。

上記落雷シミュレーション装置において、前記設定手段は、前記記憶手段に格納されている落雷データを元に前記落雷開始位置及び前記雷電流波高値を乱数により設定することとしてもよい。

このように、落雷開始位置及び雷電流波高値についても落雷の統計データから生成されている落雷データに基づいて設定するので、シミュレーション精度を更に向上させることが可能となる。

上記落雷シミュレーション装置は、入力手段を備え、前記設定手段は、前記入力手段から前記落雷候補点が入力された場合に、この入力情報に基づいて前記落雷候補点を設定することとしてもよい。
上記落雷シミュレーション装置は、入力手段を備え、前記設定手段は、前記入力手段から影響因子を特定するためのシミュレーション条件が入力された場合に、この入力情報によって特定される前記影響因子に対応する前記落雷データを用いて前記雷電流波高値を設定することとしてもよい。

このように、入力手段を備えることにより、ユーザがシミュレーション空間に所望の場所に落雷候補点を設定することが可能となる。また、ユーザによって入力されたシミュレーション条件によって特定される影響因子に対応する落雷データによる雷電流波高値を設定することが可能となる。

本発明は、自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された雷電流波高値の頻度分布、及び、下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を含む複数の落雷データを、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子と対応付けて予め設定しておき、シミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、及び基準点を設定するとともに、落雷開始位置及びシミュレーション条件に応じた影響因子に対応する前記落雷データを用いて雷電流波高値を設定する設定過程と、前記シミュレーション条件に応じた前記影響因子に対応する前記下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を用いて、設定された前記落雷開始位置から下向きリーダを進展させる下向きリーダ進展過程と、前記下向きリーダの先端と前記基準点との距離が第１閾値以内となった場合に、前記シミュレーション空間に設定されている各前記落雷候補点から上向きリーダをそれぞれ進展させる上向きリーダ進展過程と、前記下向きリーダの先端といずれかの前記上向きリーダの先端との距離が第２閾値以内となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定する落雷地点認定過程とを有し、前記下向きリーダ進展過程及び前記上向きリーダ進展過程では、前記設定過程において設定された前記雷電流波高値を元に、前記下向きリーダ及び前記上向きリーダをそれぞれ進展させる落雷シミュレーション方法を提供する。

本発明は、自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された雷電流波高値の頻度分布、及び、下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を含む複数の落雷データが、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子と対応付けられて予め登録されており、シミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、及び基準点を設定するとともに、落雷開始位置及びシミュレーション条件に応じた影響因子に対応する前記落雷データを用いて雷電流波高値を設定する設定処理と、前記シミュレーション条件に応じた前記影響因子に対応する前記下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を用いて、前記設定処理において設定された前記落雷開始位置から下向きリーダを進展させる下向きリーダ進展処理と、前記下向きリーダの先端と前記基準点との距離が第１閾値以内となった場合に、前記シミュレーション空間に設定されている各前記落雷候補点から上向きリーダをそれぞれ進展させる上向きリーダ進展処理と、前記下向きリーダの先端といずれかの前記上向きリーダの先端との距離が第２閾値以内となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定する落雷地点認定処理とをコンピュータに実行させ、前記下向きリーダ進展処理及び前記上向きリーダ進展処理では、前記設定処理において設定された前記雷電流波高値を元に、前記下向きリーダ及び前記上向きリーダをそれぞれ進展させる落雷シミュレーションプログラムを提供する。

本発明によれば、落雷シミュレーションの精度向上を図ることができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る落雷シミュレーション装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る落雷シミュレーション装置の概略構成を示したブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係る落雷シミュレーション装置１０は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１、ＲＡＭ（Random Access
Memory）などの主記憶装置２、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk
Drive）などの補助記憶装置３、キーボードやマウスなどの入力装置４、及びモニタやプリンタなどの出力装置５などを備えて構成されている。
補助記憶装置３には、各種プログラムが格納されており、ＣＰＵ１が補助記憶装置３からＲＡＭなどの主記憶装置２にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。

図２は、落雷シミュレーション装置１０が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図２に示されるように、落雷シミュレーション装置１０は、記憶装置（記憶手段）１１、設定部１２（設定手段）、下向きリーダ進展部１３、上向きリーダ進展部１４、及び落雷地点認定部１５を備えている。

記憶装置１１には、落雷シミュレーションを行う際に必要となる各種データが格納されている。例えば、その一つとして落雷データがあげられる。落雷データは、自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成されたものであり、例えば、どのような大きさの雷が、どの程度の頻度で発生し、どの方向に進展させやすいかを示したデータである。具体的には、図３に示すような雷電流波高値（ｋＡ）、発生頻度（％）、及び累計（％）が対応付けられた雷電流波高値の頻度分布や、図４に示すような下向きリーダの進展垂直角の頻度分布が落雷データの一部として記憶装置１１に格納されている。

設定部１２は、図５に示すように、３次元で表されるシミュレーション空間に、シミュレーション対象となる風車並びにその風車の周辺地形に関する三次元座標を設定するとともに、これらのシミュレーション空間に少なくとも１つの落雷候補点Ｐ０−Ｐ８及び１つの基準点を設定する。さらに、設定部１２は、落雷開始位置並びに雷電流波高値を設定する。本実施形態では、基準点として落雷候補点Ｐ０を設定したが、基準点と落雷候補点とは必ずしも一致していなくてもよい。
上記風車並びに風車の周辺地形に関する三次元座標及び落雷候補点Ｐ０−Ｐ８については、例えば、シミュレーションを行うにあたり、図２の入力装置４からユーザによって入力される三次元データを元に設定されるものであってもよいし、また、記憶装置１１に予め記憶されている場合には、これらの記憶装置１１から読み出して設定することとしてもよい。

また、落雷開始位置及び雷電流波高値については、図２の入力装置４からユーザによって入力されたこれらのデータを設定してもよいし、記憶装置１１に格納されている落雷データを元にモンテカルロ法等を用いて統計的に設定することとしてもよい。例えば、モンテカルロ法とは、乱数を用いたシミュレーションを何度も行うことにより近似解を求める計算手法である。設定部１２は、例えば、図３に示した雷電流波高値の頻度分布を元に、モンテカルロ法を用いて雷電流波高値を設定する。このように、記憶装置１１に格納されている自然界において実際に発生した落雷の統計データを元に、モンテカルロ法等の統計的手法を用いることで落雷開始位置および雷電流波高値を設定することで、自然界における傾向を反映させることが可能となり、より現実に即したこれらの初期データを与えることができる。これにより、シミュレーション精度の更なる向上を図ることができる。
なお、落雷開始位置及び雷電流波高値のいずれか一方を記憶装置１１に格納されている落雷データから設定し、他方を入力装置４から入力されたデータに基づいて設定することとしてもよい。

下向きリーダ進展部１３は、設定部１２によって設定された落雷開始位置から下向きリーダを進展させる。下向きリーダ進展部１３は、記憶装置１１に格納されている落雷データ、例えば、図４に示した下向きリーダの進展垂直角の頻度分布に基づいて発生確率に重み付けをし、モンテカルロ法等の確率統計論を用いて下向きリーダを進展させる。
具体的には、下向きリーダ進展部１３は、以下の（１）式に基づいて下向きリーダのステップ長Ｌｓを求めるとともに、下向きリーダの進展垂直角φ及び進展水平角θを図４に示される下向きリーダの進展垂直角の頻度分布に基づき乱数によって決定する。

Ｌｓ＝ａ×Ｉ^ｂ×Ｋｌ （１）

上記（１）式において、ａ、ｂは任意に設定される定数であり、Ｋｌは任意に設定される補正係数、Ｉは設定部１２によって設定された雷電流波高値である。下向きリーダ進展部１３は、図６に示すように、進展させた下向きリーダの先端とシミュレーション対象である風車に設定されている基準点Ｐ０との距離が第１閾値Ｒｓ以下となるまで、下向きリーダの進展を繰り返し行う。
第１閾値Ｒｓは、任意に設定されるものであり、例えば、入力装置４からユーザが入力することも可能であるし、また、規定値として予め記憶装置１１に格納されていてもよい。また、第１閾値Ｒｓは、以下に示す（２）に基づいて決定されてもよい。

Ｒｓ＝ｃ×Ｉ^ｄ×Ｋｓ （２）

上記（２）式において、ｃ、ｄは任意に設定される定数であり、Ｋｓは任意に設定される補正係数、Ｉは設定部１２によって設定された雷電流波高値である。

上向きリーダ進展部１４は、下向きリーダの先端とシミュレーション対象に設定されている基準点Ｐ０との距離が第１閾値Ｒｓ以内となった場合に、設定部１１によって設定された各落雷候補点Ｐ０−Ｐ８から上向きリーダを進展させる（図７参照）。
上向きリーダ進展部１４は、以下の（３）式に基づいて各落雷候補点から進展させる上向きリーダを決定する。

Ｌｕｐ＝ｅ×Ｉ^ｇ×Ｋｕｐ（ｉ） （３）

上記（３）式において、ｅ、ｇは任意に設定される定数であり、Ｉは設定部１２によって設定された雷電流波高値であり、Ｋｕｐ（ｉ）は、ｉ番目の落雷候補点Ｐｉの補正係数である。つまり、補正係数Ｋｕｐは、落雷候補点毎にそれぞれ設定されている値であり、かつ、各落雷候補点が設定されている部位の着雷傾向が反映されている。例えば、落雷候補点が絶縁物上に設定されていた場合には、補正係数Ｋｕｐ（ｉ）が相対的に低く設定され、落雷候補点が金属上に設定されていた場合には、補正係数Ｋｕｐ（ｉ）が相対的に高く設定される。また、落雷候補点が金属上に設定されているが絶縁体によって覆われている場合には、相対的に低く設定される。

このように、各落雷候補点の着雷傾向を補正係数Ｋｕｐに反映させることにより、シミュレーションの精度を高めることが可能となる。上向きリーダの進展垂直角φ及び進展水平角θについては、例えば、落雷候補点毎に角度範囲（例えば、±５ｄｅｇ）を決めておき、この範囲内でランダムに決定することとすればよい。また、上述した下向きリーダと同様に、落雷候補点毎に、上向きリーダの進展垂直角の頻度分布をシミュレーション等により予め設定しておき、この頻度分布に基づき乱数によって決定することとしてもよい。

上向きリーダ進展部１４は、図８に示すように、下向きリーダの先端といずれかの落雷候補点から進展させた上向きリーダの先端との距離が第２閾値Ｒｔｈ以下となるまで、上向きリーダの進展を繰り返し行う。
第２閾値Ｒｔｈは、任意に決定される値であり、例えば、以下の（４）に示すように、各落雷候補点に対してそれぞれ設定されていてもよい。

Ｒｔｈ＝Ｌｓ＋Ｌｕｐ（ｉ） （４）

ここで、Ｌｓは下向きリーダの最後のステップ長、Ｌｕｐ（ｉ）は、各落雷候補点から進展される上向きリーダの最新のステップ長である。

落雷地点認定部１５は、上向きリーダ進展部１４によって進展された上向きリーダの先端と下向きリーダの先端との距離が第２閾値Ｒｔｈ以下となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定し、認定結果を出力する。

落雷地点認定部１５から出力された落雷地点は、例えば、落雷シミュレーション装置１０が備えるディスプレイ等の出力装置５（図２参照）に表示されるとともに、シミュレーション結果として、補助記憶装置３或いは外部記憶装置（図示略）に記憶される。このとき、シミュレーション結果として得られた落雷地点は、そのシミュレーション結果が得られたときの条件、例えば、設定部１２によって設定された落雷候補点の座標データ、雷電流波高値Ｉ、落雷開始地点の座標値、各下向きリーダ及び上向きリーダのそれぞれの座標値等、今回のシミュレーションにおいて設定された初期条件データ並びに今回のシミュレーションの処理過程によって得られた各種データと対応付けられて記憶される。

次に、上述した落雷シミュレーション装置１０が備える各部において実行される処理内容について図９を参照して説明する。なお、図２に示した各部により実現される後述の各種処理は、図１に示したＣＰＵ１が補助記憶装置３に記憶されている落雷シミュレーションプログラムを主記憶装置２に読み出して実行することにより実現されるものである。
また、本実施形態では、上述のように、風車をシミュレーション対象とした場合を例示して説明する。

まず、設定部１２によって、初期条件の設定が行われる（図９のステップＳＡ１）。具体的には、３次元で表されるシミュレーション空間に、シミュレーション対象となる風車並びに、その風車の周辺地形に関する三次元座標が設定されるとともに、これらのシミュレーション空間に落雷候補点Ｐ０−Ｐ８が設定される。更に、落雷開始位置、雷電流波高値、及び基準点が設定される。

初期条件が設定されると、下向きリーダ進展部１３によって、落雷開始位置から下向きリーダが進展される（ステップＳＡ２）。下向きリーダが１回進展される毎に、進展された下向きリーダの先端と基準点との距離Ｌ１が第１閾値Ｒｓ以下であるか否かが判定され（ステップＳＡ３）、第１閾値Ｒｓよりも大きければステップＳＡ２に戻り、下向きリーダの進展が再度行われる。一方、ステップＳＡ３において、進展された下向きリーダの先端と基準点との距離Ｌ１が第１閾値Ｒｓ以下であった場合には、下向きリーダの進展が停止され、上向きリーダ進展部１４による上向きリーダの進展が開始される（ステップＳＡ４）。これにより、各落雷候補点Ｐ０−Ｐ８から上向きリーダがそれぞれ進展される。

上向きリーダが各落雷候補点Ｐ０−Ｐ８において１回進展される毎に、進展された各上向きリーダの先端と下向きリーダの先端との距離Ｌ２が第２閾値Ｒｔｈ以下であるか否かがそれぞれ判定され（ステップＳＡ５）、全ての落雷候補点において、上記距離が第２閾値Ｒｔｈよりも大きければステップＳＡ４に戻り、上向きリーダの進展が各落雷候補点Ｐ０−Ｐ８において再度行われる。一方、ステップＳＡ５において、いずれかの上向きリーダの先端と下向きリーダの先端との距離Ｌ２が第２閾値Ｒｔｈ以下であった場合には、上向きリーダの進展が停止されるとともに、落雷地点認定部１５により、第２閾値Ｒｔｈとなった上向きリーダに対応する落雷候補点が落雷地点として認定され、認定結果が出力される（ステップＳＡ６）。この結果、シミュレーション結果がディスプレイ等の出力装置５（図１参照）に表示されるとともに、シミュレーション結果として、補助記憶装置３或いは外部記憶装置に記憶される。図１０に、本実施形態に係るシミュレーション結果を集計して表したシミュレーション集計結果の一例を示す。

以上説明してきたように、本実施形態に係るシミュレーション装置、方法及びプログラムによれば、記憶装置１１に格納されている自然界において収集された生データに基づいて作成された落雷データを元に落雷シミュレーションを行うので、現実に即した精度の高いシミュレーション結果を得ることが可能となる。
また、落雷候補点毎に補正係数を設定することにより、上向きリーダの進展に際し、各落雷候補点が設定されている部位の落雷傾向を反映させることが可能となる。これにより、各落雷候補点の落雷傾向をシミュレーション結果に反映させることが可能となる。

このような本実施形態に係る落雷シミュレーション装置の用途としては、例えば、複数の落雷候補点のうち、その一部に避雷針を設定した場合を想定し、この条件下において上述の落雷シミュレーションを行い、避雷針を設定した落雷候補点への落雷頻度（落雷補足率）を確認することで、避雷針の設置位置が最適であるか否かを検証することが一例として挙げられる。
また、上記シミュレーション結果をタグチメソッド等の公知の最適化手法の入力パラメータとして用いて最適化処理を行うことにより、シミュレーション空間、或いは、シミュレーション対象における避雷針等の最適配置位置を得ることとも可能である。

なお、本実施形態においては、シミュレーション対象である風車上にのみ落雷候補点を設定したが、これに代えて、シミュレーション空間に周辺の地形、周辺に構造物が配置されている場合には、これらの構造物や地面に対しても落雷候補点を設定してもよい。このように、シミュレーション対象となる風車だけではなく、その周辺も考慮することにより、周辺に落雷が発生する確率についても求めることが可能となる。
特に、複数の風車が一定の領域に建造されているウィンドファーム等では、各風車に対して避雷針を設定するのに代えて、ウィンドファーム内に避雷鉄塔を建設する場合も考えられる。このような場合には、ウィンドファーム内に設置されている複数の風車や避雷鉄塔に落雷候補点を設定することにより、ウィンドファーム一帯における落雷の状況を把握することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、説明する。
例えば、季節、地形等のさまざまな要因により、落雷傾向は異なる。したがって、落雷傾向に影響を及ぼす影響因子を落雷データに対応付けて記憶装置１１に記憶しておき、シミュレーション実行時においては、シミュレーションを行いたい条件（例えば、季節は夏、場所はＸ市等）に該当する影響因子に対応付けられている落雷データを記憶装置１１から読み出し、これらの落雷データを用いて上記シミュレーションを行う。影響因子としては、例えば、季節、極性比率、雷放電継続時間、多重雷発生確率、雷雲高度、雷雲襲来方向、大地落雷密度、年間雷雨日数等が挙げられる。

具体的には、図３に示したような雷電流波高値の頻度分布や図４に示したような下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を、季節、地形等の影響因子毎に作成し、これらを記憶装置１１に格納する。シミュレーション開始時において、入力装置４（図２参照）等からシミュレーションの条件、例えば、「夏」、「Ｘ市」等の影響因子を特定する情報が入力された場合には、設定部１２、下向きリーダ進展部１３、上向きリーダ進展部１４は、指定された影響因子で特定される落雷データを記憶装置１１から読み出し、読み出した落雷データを用いて上述と同様の設定処理や下向きリーダの進展、上向きリーダの進展を行う。

このように、シミュレーションの条件に基づいて落雷傾向に影響を与える影響因子を特定し、この影響因子に該当する落雷データのみを用いて落雷シミュレーションを行うことにより、シミュレーションの精度を更に向上させることが可能となる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る落雷シミュレーション装置について説明する。
本実施形態においては、上向きリーダを進展させる場合に用いる上記補正係数Ｋｕｐ（ｉ）を最適化計算手法を用いて最適化する。
具体的には、上述した第１の実施形態に係る落雷シミュレーションを所定回数、繰り返して行い、各落雷候補点の落雷補足率を求める。そして、この落雷補足率を最適化計算の初期値として与え、落雷確率を文献値に合わせ込むような補正係数を落雷候補点毎に求める。このように、補正係数を最適化することにより、落雷シミュレーションの精度を更に高めることが可能となる。

また、上記最適化計算を行う際に、落雷傾向に影響を与える要因である地形及び周辺環境、例えば、地形（例えば、陸上、海上等）、風条件、標高、周囲の地形の起伏、風車の形状・配置、独立避雷鉄塔の形状及び配置、周囲の構造物の形状及び配置、風車翼表面状態（塩分汚損状態、水滴付着、氷結等）、土壌の抵抗率、各種設備の設置抵抗等をパラメータとして与えるとよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの
実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る落雷シミュレーション装置のハードウェア構成の一例を示した図である。 本発明の一実施形態に係る落雷シミュレーション装置の機能を展開して示したブロック図である。 記憶装置に格納されている落雷データの一つである雷電流波高値の頻度分布の一例を示した図である。 記憶装置に格納されている落雷データの一つである下向きリーダの進展垂直角の頻度分布の一例を示した図である。 シミュレーション空間に設定されるシミュレーション対象としての風車と、風車構造体に設定される複数の落雷候補点について説明するための説明図である。 下向きリーダの進展方法及び第１閾値について説明するための図である。 上向きリーダの進展について説明するための図である。 上向きリーダの進展及び第２閾値について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る落雷シミュレーション方法のフローチャートを示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るシミュレーション結果を集計して表したシミュレーション集計結果の一例を示した図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ 主記憶装置
３ 補助記憶装置
４ 入力装置
５ 出力装置
１０ 落雷シミュレーション装置
１１ 記憶装置
１２ 設定部
１３ 下向きリーダ進展部
１４ 上向きリーダ進展部
１５ 落雷地点認定部

Claims (8)

1. 自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された雷電流波高値の頻度分布、及び、下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を含む複数の落雷データが、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子と対応付けられて格納されている記憶手段と、
   シミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、及び基準点を設定するとともに、落雷開始位置、及びシミュレーション条件に応じた影響因子に対応する前記落雷データを用いて雷電流波高値を設定する設定手段と、
   前記シミュレーション条件に応じた前記影響因子に対応する前記下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を用いて、前記設定手段によって設定された前記落雷開始位置から下向きリーダを進展させる下向きリーダ進展手段と、
   前記下向きリーダの先端と前記基準点との距離が第１閾値以内となった場合に、前記シミュレーション空間に設定されている各前記落雷候補点から上向きリーダをそれぞれ進展させる上向きリーダ進展手段と、
   前記下向きリーダの先端といずれかの前記上向きリーダの先端との距離が第２閾値以内となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定する落雷地点認定手段と
   を具備し、
   前記下向きリーダ進展手段および前記上向きリーダ進展手段は、前記設定手段によって設定された前記雷電流波高値を元に、前記下向きリーダ及び前記上向きリーダをそれぞれ進展させる落雷シミュレーション装置。
2. 前記上向きリーダ進展手段は、前記落雷候補点が設定されている部位の物体着雷傾向に応じて前記上向きリーダの進展状況を異ならせる請求項１に記載の落雷シミュレーション装置。
3. 前記シミュレーション空間には、シミュレーション対象として、少なくとも１台の風車が設定される請求項１または請求項２に記載の落雷シミュレーション装置。
4. 前記設定手段は、前記落雷データを元に、前記落雷開始位置及び前記雷電流波高値を乱数により設定する請求項１から請求項３のいずれかに記載の落雷シミュレーション装置。
5. 入力手段を備え、
   前記設定手段は、前記入力手段から前記落雷候補点が入力された場合に、この入力情報に基づいて前記落雷候補点を設定する請求項１から請求項４のいずれかに記載の落雷シミュレーション装置。
6. 入力手段を備え、
   前記設定手段は、前記入力手段から影響因子を特定するためのシミュレーション条件が入力された場合に、この入力情報によって特定される前記影響因子に対応する前記落雷データを用いて前記雷電流波高値を設定する請求項１から請求項４のいずれかに記載の落雷シミュレーション装置。
7. 自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された雷電流波高値の頻度分布、及び、下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を含む複数の落雷データを、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子と対応付けて予め設定しておき、
   シミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、及び基準点を設定するとともに、落雷開始位置及びシミュレーション条件に応じた影響因子に対応する前記落雷データを用いて雷電流波高値を設定する設定過程と、
   前記シミュレーション条件に応じた前記影響因子に対応する前記下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を用いて、設定された前記落雷開始位置から下向きリーダを進展させる下向きリーダ進展過程と、
   前記下向きリーダの先端と前記基準点との距離が第１閾値以内となった場合に、前記シミュレーション空間に設定されている各前記落雷候補点から上向きリーダをそれぞれ進展させる上向きリーダ進展過程と、
   前記下向きリーダの先端といずれかの前記上向きリーダの先端との距離が第２閾値以内となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定する落雷地点認定過程と
   を有し、
   前記下向きリーダ進展過程及び前記上向きリーダ進展過程では、前記設定過程において設定された前記雷電流波高値を元に、前記下向きリーダ及び前記上向きリーダをそれぞれ進展させる落雷シミュレーション方法。
8. 自然界において発生した落雷の統計データに基づいて作成された雷電流波高値の頻度分布、及び、下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を含む複数の落雷データが、着雷傾向に影響を及ぼす影響因子と対応付けられて予め登録されており、
   シミュレーション空間にシミュレーション対象、少なくとも１つの落雷候補点、及び基準点を設定するとともに、落雷開始位置及びシミュレーション条件に応じた影響因子に対応する前記落雷データを用いて雷電流波高値を設定する設定処理と、
   前記シミュレーション条件に応じた前記影響因子に対応する前記下向きリーダの進展垂直角の頻度分布を用いて、前記設定処理において設定された前記落雷開始位置から下向きリーダを進展させる下向きリーダ進展処理と、
   前記下向きリーダの先端と前記基準点との距離が第１閾値以内となった場合に、前記シミュレーション空間に設定されている各前記落雷候補点から上向きリーダをそれぞれ進展させる上向きリーダ進展処理と、
   前記下向きリーダの先端といずれかの前記上向きリーダの先端との距離が第２閾値以内となった場合に、その上向きリーダに対応する落雷候補点を落雷地点として認定する落雷地点認定処理と
   をコンピュータに実行させ、
   前記下向きリーダ進展処理及び前記上向きリーダ進展処理では、前記設定処理において設定された前記雷電流波高値を元に、前記下向きリーダ及び前記上向きリーダをそれぞれ進展させる落雷シミュレーションプログラム。

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