JP5450484B2 - 雷発生位置標定装置および雷発生地域推定方法 - Google Patents
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非特許文献2および特許文献1には、雷のリーダより放射される電磁波の、特にVHF(Very High Frequency)波帯のインパルス状の電磁波に着目し、複数に配置したアンテナより受信された個々の電磁波間の位相差より、その受信位置からみたリーダの位置に向かった方向ベクトル(方位角と仰角)を検出する技術を開示している。しかしながら、その受信位置から雷の位置、すなわちリーダが進展している位置までの距離は本計測手法では得られず、複数の観測地点から得られた各々の方位角および仰角、すなわち方向ベクトルの交点をもってその発生位置とする(この方法は交会法と呼ばれている)。
本実施形態における雷発生位置測定システムの構成例について、図1を用いて説明する。
図1に示すように、本実施形態における雷発生位置測定システム1は、雷発生位置標定装置10と、雷発生位置標定装置10とネットワーク11を介して通信可能に接続される雷放射観測装置110(110a,110b,110c)とで構成される。
次に、雷発生位置標定装置10の機能例について、図2を用いて説明する。
図2に示すように、雷発生位置標定装置10は、処理部21、通信部22、および記憶部23を備える。
例えば、図4は、方向ベクトルの仰角βを時系列に則って模式的にプロット(□印で表示)したものである。ここで、図4(a)は、仰角βの時系列が類似すると判定する場合を示している。すなわち、図4(a1)に示す雷放射観測装置110aでの仰角βの時系列は、時刻を所定の時間範囲内で若干ずらすと、図4(a2)に示す雷放射観測装置110cでの仰角βの時系列とほぼ一致し、仰角βの値の時系列の傾向(例えば、仰角βの値を時系列に沿って結んだ線の形状)も類似していることが分かる。
雷発生位置を標定する際には、類似すると判定された複数の方向ベクトルの中から2組の方向ベクトルを抽出し、それらの距離(点線の長さ)が最小になるように演算し、その中点(仮の雷発生位置)を求める(図5参照)。さらに他の2組の方向ベクトルについてもそれらの距離(点線の長さ)が最小になるように演算し、中点を算出する。そして、算出した中点の位置(例えば、緯度経度)の平均値を算出することによって、当該平均値の位置を雷発生位置として決定することができる。
このような外れ値となる方向ベクトルの判定方法として、例えば先に述べた2組の方向ベクトルから得られた最小距離を用いる方法がある。外れ値となる方向ベクトルが含まれた2組の方向ベクトルから得られる最小距離は、外れ値とならない2組の方向ベクトルから得られる最小距離に比較して、非常に大きな値になるため、外れ値となる方向ベクトルを容易に判定することができる。
次に、雷発生位置標定装置10の処理フロー例について、図6を用いて説明する(適宜、図2参照)。
ステップS601では、処理部21の類似判定部24は、雷放射観測装置110から通信部22を介して受信した、仰角βおよび方位角αの時系列、その時系列の時刻、識別情報、および位置情報を観測データとして取得する。
次に、雷放射観測装置110の配置について、図8を用いて説明する。
図8に示すように、雷の観測対象のエリア60が設定されたときに、破線で示す円状の領域13が、観測対象のエリア60をカバーするように配置される。ここで、カバーするとは、建造物や山等の陰やトンネル内等の例外的な場所もすべてをカバーするということではなく、観測対象としての範囲を含むようにするものである。なお、雷放射観測装置110は、円状の領域13の中心に設定される。
なお、前記したように、大多数の雷放電は、雷雲内および雷雲間で発生しており、特に、飛行機に雷放射観測装置110を搭載して雷から放射される電磁波を測定することは、雷発生位置を標定する際の精度向上のために、有効である。また、海上であれば、船に雷放射観測装置110を搭載して雷から放射される電磁波を測定することは、陸に近づいてくる雷雲の移動を的確に測定できるので、雷発生地域を推定する際の精度向上のために、有効である。
前記した実施形態では、雷発生位置標定装置10が、位置情報を雷放射観測装置110から取得する場合について説明したが、雷放射観測装置110が地上の固定の観測地点に設置されている場合には、位置情報を受信しなくても構わない。以下に、変形例として、雷発生位置標定装置10が、図9に示すように、受信情報901として、識別情報、仰角βおよび方位角αの時系列、および当該時系列の時刻を雷放射観測装置110から受信する場合について、前記した実施形態と異なる点に焦点を当てて説明する(適宜、図1,2参照)。なお、変形例における雷発生位置測定システムおよび雷発生位置標定装置は、前記した雷発生位置測定システム1および雷発生位置標定装置10と同様の構成であるため、同じ符号を用い、それらの図示は省略する。
ステップS1101では、処理部21の類似判定部24は、通信部22を介して雷放射観測装置110から受信した、仰角βおよび方位角αの時系列、時系列の時刻、および識別情報を観測データとして取得する。
10 雷発生位置標定装置
13 円状の領域
21 処理部
22 通信部
23 記憶部
24 類似判定部
25 雷位置標定部
26 雷予測部
60 観測対象のエリア
110 雷放射観測装置
β 仰角
α 方位角
Claims (6)
- 雷の観測地点からみた雷から放射される信号の到来方向を示す仰角および方位角、当該信号を受信した時刻、前記観測地点の位置情報、および送信元を識別する識別情報を送信する複数の雷放射観測装置とネットワークを介して通信可能に接続される雷発生位置標定装置であって、
前記雷放射観測装置から、前記仰角の時系列、前記方位角、前記時刻、前記識別情報、および前記位置情報を含む観測データを受信する通信部と、
前記雷放射観測装置から受信した前記識別情報の異なる前記仰角の時系列の間で、当該仰角の時系列の時刻の間隔および仰角の値が類似するか否かを判定する類似判定部と、
前記類似判定部によって類似すると判定した複数の前記識別情報の異なる前記観測データを用いて、前記雷の発生位置を標定する雷位置標定部と
を備えることを特徴とする雷発生位置標定装置。 - 前記雷位置標定部は、
前記類似判定部によって類似すると判定された複数の前記識別情報の異なる前記観測データにおいて、類似すると判定された前記仰角と前記方位角とで構成される方向ベクトルの中から2組の方向ベクトルを選択しては、それらの距離が最小になるときの中点を求め、算出した前記中点の位置の平均値を算出し、当該平均値の位置を前記雷の発生位置として標定する
ことを特徴とする請求項1に記載の雷発生位置標定装置。 - 前記雷発生位置標定装置は、
雲の動きを少なくとも含む気象情報データに基づいて、前記雷位置標定部によって標定した前記雷の発生位置の移動を予測し、雷発生地域を推定する雷予測部
を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の雷発生位置標定装置。 - 前記雷放射観測装置は、
所定の半径を有する円状の領域の中心に設置され、前記円状の領域が、前記雷の発生位置の観測対象のエリアを含むように配置している
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の雷発生位置標定装置。 - 雷の観測地点からみた雷から放射される信号の到来方向を示す仰角および方位角、当該信号を受信した時刻、GPS(Global Positioning System)受信機から取得した前記観測地点の位置情報、および送信元を識別する識別情報を雷発生位置標定装置に送信し、移動体に搭載された雷放射観測装置と、ネットワークを介して通信可能に接続される前記雷発生位置標定装置であって、
前記雷放射観測装置から、前記仰角の時系列、前記方位角、前記時刻、前記識別情報、および前記位置情報を含む観測データを受信する通信部と、
前記雷放射観測装置から受信した前記識別情報の異なる前記仰角の時系列の間で、当該仰角の時系列の時刻の間隔および仰角の値が類似するか否かを判定する類似判定部と、
前記類似判定部によって類似すると判定した複数の前記識別情報の異なる前記観測データを用いて、前記雷の発生位置を標定する雷位置標定部と
を備えることを特徴とする雷発生位置標定装置。 - 雷の観測地点からみた雷から放射される信号の到来方向を示す仰角および方位角、当該信号を受信した時刻、前記観測地点の位置情報、および送信元を識別する識別情報を送信する複数の雷放射観測装置とネットワークを介して通信可能に接続される雷発生位置標定装置で用いられる雷発生地域推定方法あって、
前記雷発生位置標定装置は、
前記雷放射観測装置から、前記仰角の時系列、前記方位角、前記時刻、前記識別情報、および前記位置情報を含む観測データを受信するステップと、
前記雷放射観測装置から受信した前記識別情報の異なる前記仰角の時系列の間で、当該仰角の時系列の時刻の間隔および仰角の値が類似するか否かを判定する類似判定ステップと、
前記類似判定ステップによって類似すると判定した複数の前記識別情報の異なる前記観測データを用いて、前記雷の発生位置を標定する雷位置標定ステップと
雲の動きを少なくとも含む気象情報データに基づいて、前記雷位置標定ステップによって標定した雷の発生位置の移動を予測し、雷発生地域を推定する雷予測ステップと
を実行することを特徴とする雷発生地域推定方法。
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