JP6628641B2 - Method for estimating charge amount, estimation device, and estimation program - Google Patents

Method for estimating charge amount, estimation device, and estimation program Download PDF

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Description

本発明は、電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、地上にあるインフラ設備の損傷を引き起こす大きな電荷量を伴う落雷の電荷量を推定する技術に関する。   The present invention relates to a method for estimating a charge amount, an estimating device, and an estimating program. More specifically, the present invention relates to a technique for estimating a charge amount of a lightning strike accompanied by a large charge amount that causes damage to infrastructure facilities on the ground.

落雷発生時の落雷電荷量を推定する従来の方法として、落雷に伴う電界や磁界の時間変化を大地で観測して落雷電荷の高度及び落雷電荷量を推定する方法が知られている(例えば、特許文献1)。   As a conventional method of estimating the amount of lightning charge when a lightning strike occurs, there is known a method of observing a time change of an electric field or a magnetic field caused by a lightning strike on the ground and estimating the height of the lightning charge and the amount of lightning charge (for example, Patent Document 1).

特開2012−103209号公報JP 2012-103209 A

しかしながら、従来の方法では、推定される電荷量の誤差が大きく、地上のインフラ設備に被害を与え得る程度に大きな電荷量を伴う落雷を効率的に抽出することができないという問題がある。これは、電荷量を推定するには雲内の電荷の水平位置や高度を知る必要があるが、従来の方法ではこの位置に関する推定誤差が大きいため、結果として推定された電荷量も誤差が大きくなり、被害を与え得る落雷のみを的確に抽出することができないからである。   However, the conventional method has a problem in that the estimated charge amount has a large error, and it is not possible to efficiently extract a lightning strike having a charge amount large enough to damage infrastructure on the ground. In order to estimate the charge, it is necessary to know the horizontal position and altitude of the charge in the cloud, but the conventional method has a large estimation error related to this position, so the estimated charge also has a large error. This is because it is not possible to accurately extract only the lightning that can cause damage.

また、一般的に用いられている落雷位置標定システム(LLS(Lightning Location System の略)とも呼ばれる)は位置標定誤差が数百 m 程度となっており、実際に被害を受けたインフラ設備を見つけるのは容易ではないという問題がある。これは、数百 m という距離は、間隔が比較的大きい送電鉄塔でも数径間に相当して落雷点が山岳地である場合には複数の山を登る必要があり、また、配電線では対応する範囲に数十本の電柱が存在し、落雷によって何れの機器が故障したのかを発見するのに大変な労力が必要とされるからである。   In addition, a commonly used lightning location system (also called LLS (Lightning Location System)) has a location error of about several hundred meters, and it is difficult to find damaged infrastructure equipment. Is not easy. This means that a distance of several hundred meters is required to climb several mountains if the lightning strike point is a mountainous area, even if the transmission tower is relatively large, even if the distance is relatively large. This is because there are dozens of utility poles in the area where the lightning strikes, and a great deal of effort is required to find out which device has failed due to a lightning strike.

これらの課題により、落雷を受けたインフラ設備のメンテナンスには多大な労力が必要とされ、また、設備に被害を与える程度に電荷量が大きい落雷がどの箇所に多く落雷しているのかを統計的に判断して必要な対策を施すなどの処置をとることができないという問題がある。   Due to these issues, the maintenance of infrastructure equipment that has received lightning strikes requires a great deal of labor.In addition, it is statistically possible to determine where lightning strikes with a large amount of electric charge are large enough to damage the equipment. However, there is a problem that it is not possible to take measures such as taking necessary measures based on the judgment made in the above.

そこで、本発明は、落雷に伴う電荷量を精度良く推定することができる電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a charge amount estimating method, an estimating device, and an estimating program capable of accurately estimating a charge amount caused by a lightning strike.

本発明の説明において、単位であることを明確にするために単位としての記号や文字を〔 〕で括って表記する場合がある。   In the description of the present invention, in order to clarify that the unit is a unit, a symbol or a character as a unit may be described in parentheses.

本発明の説明において、また、地表面(大地)及び上空における水平位置は、どちらにも共通する、水平面において相互に直交する二軸として設定された水平X方向軸と水平Y方向軸とによって規定される二次元座標(X,Y)によって表されるとする。さらに、地表面(大地)からの高度は、鉛直方向である鉛直Z方向軸によって規定される座標(Z)によって表されるとする(なお、水平面において相互に直交する二軸の原点及び方角は任意に設定される)。したがって、地表面における位置は位置座標として(X,Y,0)のように表され、上空における位置は位置座標として(X,Y,Z)のように表される。   In the description of the present invention, the horizontal position on the ground surface (earth) and the sky is defined by a horizontal X direction axis and a horizontal Y direction axis which are set as two axes which are common to each other in a horizontal plane. Let it be represented by two-dimensional coordinates (X, Y). Further, it is assumed that the altitude from the ground surface (the earth) is represented by coordinates (Z) defined by a vertical Z-direction axis which is a vertical direction (the origin and direction of two axes orthogonal to each other in a horizontal plane are Arbitrarily set). Therefore, a position on the ground surface is represented as position coordinates (X, Y, 0), and a position in the sky is represented as position coordinates (X, Y, Z).

雷放電に伴う電荷量の推定は、例えば、スローアンテナと呼ばれる観測機器によって得られるデータを用いて行われる。スローアンテナは、1 Hz 未満から数十 kHz 程度の周波数帯域に亙る準静的電界(以下、準静電界と呼ぶ)を観測するための、静電アンテナと増幅器とを組み合わせた測定装置の呼称である。 Estimation of the amount of charge associated with the lightning discharge is performed using, for example, data obtained by an observation device called a slow antenna. A slow antenna is a measurement device combining an electrostatic antenna and an amplifier for observing a quasi-static electric field (hereinafter referred to as a quasi-static electric field) over a frequency band of less than 1 Hz to several tens of kHz. is there.

落雷に伴って中和される電荷量を推定する手法として点電荷モデルが多く用いられる。具体的には、スローアンテナ等によって観測された落雷に伴う準静電界変化ΔEは、点電荷モデルを用いて数式1のように表される。なお、大地の電荷の緩和時間よりも十分に遅い現象が解析対象であるので、大地は完全導体として扱われる。 A point charge model is often used as a method for estimating the amount of charge neutralized due to a lightning strike. More specifically, the quasi-static electric field change ΔE due to a lightning strike observed by a slow antenna or the like is expressed by Expression 1 using a point charge model. Since the phenomenon that is sufficiently slower than the relaxation time of the charge on the ground is to be analyzed, the ground is treated as a perfect conductor.

Figure 0006628641
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数式1において、x,y,zはそれぞれスローアンテナ等の観測機器と雲内の電荷との間のX,Y,Z方向の距離〔m〕を表し、Qは落雷によって消失する電荷量〔C〕を表す。また、ε0は真空の誘電率であり、πは円周率である。なお、スローアンテナ等の観測機器の位置座標は設置地点として既知である。 In Equation 1, x, y, and z represent distances [m] in the X, Y, and Z directions between an observation device such as a slow antenna and charges in the cloud, respectively, and Q represents a charge amount [C that disappears due to a lightning strike. ]. Further, ε 0 is a dielectric constant of a vacuum, and π is a circular constant. The position coordinates of the observation equipment such as the slow antenna are known as the installation points.

数式1の概念図を図3に示す。まず、大地は完全導体であると見なしているので、雲内の電荷周囲の準静電界は、図3(A)のように、雲内の電荷Q(位置座標:x,y,z)とポテンシャルV=0の大地面を挟んだ大きさの等しい異符号の鏡像電荷(即ち、−Q;位置座標:x,y,−z)とが作る準静電界と見なすことができる。この結果、大地面で得られる電気力線は図3(B)のように大地に対して垂直になり、準静電界変化は大地に対して垂直な成分のみ観測すれば良くなる。そして、各観測点(即ち、各スローアンテナ等)で得られた準静電界変化ΔEより、電荷量Q〔C〕が数式1によって求められる。 FIG. 3 shows a conceptual diagram of Expression 1. First, since the ground is considered to be a perfect conductor, the quasi-electrostatic field around the charge in the cloud is, as shown in FIG. 3A, the charge Q (position coordinates: x, y, z) in the cloud. It can be regarded as a quasi-electrostatic field formed by mirror image charges of the same sign (ie, -Q; position coordinates: x, y, -z) having the same magnitude with respect to the ground with the potential V = 0. As a result, the lines of electric force obtained on the ground are perpendicular to the ground as shown in FIG. 3B, and the change in the quasi-electrostatic field can be obtained by observing only the component perpendicular to the ground. Then, from the change ΔE of the quasi-electrostatic field obtained at each observation point (that is, each slow antenna or the like), the charge amount Q [C] is obtained by Expression 1.

また、数式1の各パラメータの概念図を図4に示す。図4(A)は例えばスローアンテナによって観測される準静電界変化波形の例である。夏季の一般的な落雷は新たな放電路を作る第一雷撃と、その後に続く後続雷撃とに分類される。図4(A)には、第一雷撃の後、数十 ms 経過して後続雷撃が二回発生した例を示す。負極性の第一雷撃や後続雷撃が発生すると、雲内の負電荷が大地に流入して負電荷が消えることになる。これは等価的には空中に正電荷が突然現れたのと同じことであるので、負極性落雷があると、周囲の大地面での準静電界は正に変化する。ここで、図4(A)中に示されている準静電界変化ΔEの大きさは、数式1を用いて、図4(B)に示す雲内の電荷の位置座標(x,y,z)及び電荷量Qによって決まる。逆に、数式1はx,y,z,及びQの四つのパラメータの関数であるので、準静電界変化ΔEが図3(B)で示す四箇所で観測されれば、位置座標(x,y,z)及び電荷量Qの四つの変数が算定される。 FIG. 4 shows a conceptual diagram of each parameter of Expression 1. FIG. 4A is an example of a change waveform of a quasi-electrostatic field observed by a slow antenna, for example. Common lightning strikes in summer are classified as the first lightning strike that creates a new discharge path, followed by subsequent lightning strikes. FIG. 4 (A) shows an example in which several subsequent lightning strikes occur several tens of ms after the first strike. When the first or subsequent lightning strike of negative polarity occurs, the negative charges in the cloud flow into the ground and the negative charges disappear. This is equivalent to the sudden appearance of a positive charge in the air, so that a negative lightning strike changes the quasi-electrostatic field on the surrounding ground plane to positive. Here, the magnitude of the change ΔE of the quasi-electrostatic field shown in FIG. 4 (A) is calculated by using the mathematical expression 1, and the position coordinates (x, y, z) and the charge amount Q. Conversely, since Equation 1 is a function of the four parameters x, y, z, and Q, if the change ΔE of the quasi-electrostatic field is observed at four points shown in FIG. , Y, z) and the amount of charge Q are calculated.

上記を踏まえると、落雷点(具体的には、地表面における落雷地点の位置座標)が特定されると共に雲内の電荷の高度が特定された上で数式1にx,y,z,及び観測された準静電界変化ΔEが代入されることにより、電荷量Qが求められる。なお、数式1におけるx,y,zは、観測機器と雲内の電荷との間のX,Y,Z方向の距離であり、観測機器の位置を原点(0,0,0)とすれば雲内の電荷の位置座標である。 Based on the above, the lightning point (specifically, the position coordinates of the lightning point on the ground surface) is specified, and the altitude of the electric charge in the cloud is specified. The charge amount Q is obtained by substituting the change ΔE of the quasi-electrostatic field thus obtained. Note that x, y, and z in Equation 1 are the distances in the X, Y, and Z directions between the observation device and the charges in the cloud. If the position of the observation device is the origin (0, 0, 0), This is the position coordinates of the charge in the cloud.

あるいは、四箇所以上の準静電界が同時観測されることにより、例えば最適化計算によって雲内の電荷の位置座標と電荷量Qとのそれぞれが求められる。 Alternatively, by simultaneously observing four or more quasi-electrostatic fields, the position coordinates and the charge amount Q of the charges in the cloud can be obtained by, for example, optimization calculation.

なお、数式1の適用に関し、大地面の形状を考慮する必要がある場合は、準静電界計算が事前に行われて誤差が補正される。 When it is necessary to consider the shape of the ground surface in applying the formula 1, the calculation of the quasi-electrostatic field is performed in advance, and the error is corrected.

本発明の電荷量の推定方法は、上記した電荷量の算定の考え方も利用するものであり、準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、観測点で観測された準静電界の変化とが用いられて、雷電荷の電荷量が推定される際に、観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離として観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離が用いられると共に、準静電界の変化が観測された観測点のうち落雷点から20 km 以遠の観測点で観測された準静電界の変化のみが用いられるようにしている。 The method for estimating the charge amount of the present invention also utilizes the above-described concept of calculating the charge amount. The distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point of the quasi-electrostatic field and the lightning charge, and When the charge amount of the lightning charge is estimated using the distance in the vertical Z direction and the change in the quasi-electrostatic field observed at the observation point, the distance in the horizontal X direction between the observation point and the lightning charge And the distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning strike point are used as the distance in the horizontal Y direction, and 20 km from the lightning strike point among the observation points where the change in the quasi-static field is observed. Only the change in the quasi-electrostatic field observed at the distant observation point is used.

また、本発明の電荷量の推定装置は、準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、観測点で観測された準静電界の変化とを用いて、雷電荷の電荷量を推定する電荷量推定部を有し、当該電荷量推定部が、観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離として観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離を用いると共に、準静電界の変化が観測された観測点のうち落雷点から20 km 以遠の観測点で観測された準静電界の変化のみを用いるようにしている。 In addition, the charge amount estimating apparatus of the present invention measures the distance in the horizontal X direction, the distance in the horizontal Y direction, the distance in the vertical Z direction, and the distance between the observation point of the quasi-electrostatic field and the lightning charge at the observation point. A charge amount estimating unit for estimating the charge amount of the lightning charge using the change in the quasi-static electric field, wherein the charge amount estimating unit includes a distance in the horizontal X direction between the observation point and the lightning charge and a horizontal Y The distance between the observation point and the lightning strike point in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning strike point are used, and among the observation points where the change of the quasi-electrostatic field is observed, the observation point which is more than 20 km away from the lightning strike point Only the change in the quasi-electrostatic field observed at (1) is used.

また、本発明の電荷量の推定プログラムは、準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、観測点で観測された準静電界の変化とを用いて、雷電荷の電荷量を推定する処理をコンピュータに行わせ、当該電荷量を推定する処理において、観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離として観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離が用いられると共に、準静電界の変化が観測された観測点のうち落雷点から20 km 以遠の観測点で観測された準静電界の変化のみが用いられるようにしている。 In addition, the charge amount estimation program of the present invention measures the distance in the horizontal X direction, the distance in the horizontal Y direction, the distance in the vertical Z direction, and the distance between the observation point of the quasi-electrostatic field and the lightning charge, and the observation point. Using the change in the quasi-electrostatic field, the computer is caused to perform a process of estimating the charge amount of the lightning charge, and in the process of estimating the charge amount, the distance in the horizontal X direction between the observation point and the lightning charge and the horizontal with the distance in the horizontal X direction distance and the horizontal Y direction between the lightning point and the observation point as a distance in the Y direction is used, the lightning point of the observation point change in the quasi-electrostatic field has been observed in 20 miles beyond Only the change in the quasi-electrostatic field observed at the observation point is used.

したがって、これらの電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムによると、雷放電路は鉛直方向ではなくて通常は傾いているので、図4(B)において雲内の電荷の位置座標が(x,y,z)であるときに地表面の落雷点の位置座標は(x,y,0)には通常はならないのに対し、20 km 以遠の観測点の観測データのみが用いられるようにしているので、雲内の電荷の水平位置と地表面の落雷点の水平位置とのずれが電荷量の推定に与える影響が抑制される。   Therefore, according to the estimation method, the estimation device, and the estimation program for the charge amount, the lightning discharge path is not vertical but is normally inclined, so that the position coordinates of the charge in the cloud in FIG. When (x, y, z), the position coordinates of the lightning point on the ground surface are not usually (x, y, 0), but only the observation data of observation points beyond 20 km is used. Therefore, the influence of the difference between the horizontal position of the electric charge in the cloud and the horizontal position of the lightning point on the ground surface on the estimation of the electric charge is suppressed.

本発明の電荷量の推定方法は、観測点と雷電荷との間の鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度が用いられるようにしても良い。また、本発明の電荷量の推定装置は、電荷量推定部が、観測点と雷電荷との間の鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度を用いるようにしても良い。また、本発明の電荷量の推定プログラムは、電荷量を推定する処理において、観測点と雷電荷との間の鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度が用いられるようにしても良い。これらの場合には、観測点と雷電荷との間の鉛直Z方向の距離が雷電荷が存在するとされる特定の温度の高度に設定されるようにしているので、例えば準静電界の観測データなどに基づいて雷電荷の高度を推測する場合の推測誤差が電荷量の推定に与える影響が回避される。 In the method for estimating a charge amount according to the present invention, an altitude at a predetermined temperature in the sky may be used as a distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charge. In the charge amount estimating apparatus of the present invention, the charge amount estimating unit may use an altitude at a predetermined temperature in the sky as a distance between the observation point and the lightning charge in the vertical Z direction. . The charge amount estimation program according to the present invention is arranged such that, in the process of estimating the charge amount, an altitude at a predetermined temperature in the sky is used as a distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charge. May be. These cases, the distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charges so that lightning charge is highly set the specific temperature that is present, for example, quasi-electrostatic field of observation data Thus, the effect of the estimation error in estimating the altitude of the lightning charge on the estimation of the charge amount is avoided.

本発明の電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムによれば、雲内の電荷の水平位置と地表面の落雷点の水平位置とのずれが電荷量の推定に与える影響を小さくすることができ、したがって落雷に伴う電荷量を精度良く推定することが可能になる。   According to the charge amount estimation method, the estimation device, and the estimation program of the present invention, it is possible to reduce the influence of the difference between the horizontal position of the charge in the cloud and the horizontal position of the lightning point on the ground surface on the charge amount estimation. Therefore, it is possible to accurately estimate the amount of charge due to the lightning strike.

そして、本発明の電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムによれば、落雷に伴う電荷量を精度良く推定することが可能になるので、電荷量の大きさに基づいて判断される落雷によって損害を受ける機器の位置を明確に示すことが可能になる。また、これらのデータを蓄積することにより、電荷量の多い地域やインフラ設備に落雷し易い地域を抽出することができ、このデータを元に合理的な耐雷設計及び保守の頻度などを決定することが可能になる。   According to the charge amount estimation method, the estimation device, and the estimation program of the present invention, it is possible to accurately estimate the charge amount associated with a lightning strike, so that a lightning strike determined based on the magnitude of the charge amount This allows the location of the damaged device to be clearly indicated. In addition, by accumulating these data, it is possible to extract areas with a large amount of charge and areas where lightning strikes are likely to occur on infrastructure facilities.Based on this data, it is possible to determine reasonable lightning protection design and maintenance frequency, etc. Becomes possible.

本発明の電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムは、観測点と雷電荷との間の鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度が用いられるようにした場合には、例えば準静電界の観測データなどに基づいて雷電界の高度を推測する場合の推測誤差が電荷量の推定に与える影響を回避することができ、したがって落雷に伴う電荷量を一層精度良く推定することが可能になる。 The charge amount estimating method, the estimating device, and the estimating program according to the present invention are configured such that an altitude at a predetermined temperature in the sky is used as a distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charge. For example, when estimating the altitude of the lightning electric field based on the observation data of the quasi-electrostatic field, it is possible to avoid the influence of the estimation error on the estimation of the charge amount, and thus more accurately estimate the charge amount due to the lightning strike. It becomes possible to do.

本発明の電荷量の推定方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating an example of an embodiment of a method for estimating a charge amount according to the present invention. 実施形態の電荷量の推定方法を電荷量の推定プログラムを用いて実施する場合の当該プログラムによって実現される電荷量の推定装置の機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram of a charge amount estimating apparatus realized by the charge amount estimation program when the charge amount estimation method of the embodiment is implemented using the charge amount estimation program. スローアンテナによる電荷位置推定に必要な準静電界観測を説明する図である。(A)は大地と雲内の電荷及び鏡像電荷との間の関係を説明する図である。(B)は各観測点で大地に垂直な電気力線を示す図である。It is a figure explaining the quasi-electrostatic field observation required for charge position estimation by a slow antenna. (A) is a diagram for explaining the relationship between the ground and the charge in the cloud and the mirror image charge. (B) is a diagram showing electric lines of force perpendicular to the ground at each observation point. 数式1の各パラメータの概念を説明する図である。(A)はΔEの概念を説明する図である。(B)はx,y,zの概念を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of each parameter of Expression 1. (A) is a diagram illustrating the concept of ΔE. (B) is a diagram illustrating the concept of x, y, z. 複数の観測点(観測機器)の配置の仕方の一例を説明すると共に、観測点と落雷点との間の関係を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a method of arranging a plurality of observation points (observation devices) and a relation between the observation points and a lightning strike point. 実施例1における水平方向の誤差に用いた方位のパラメータを説明する図(水平面投影図)である。FIG. 6 is a diagram (horizontal projection) illustrating the azimuth parameter used for the error in the horizontal direction in the first embodiment. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の平均値(誤差が無ければ100C)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が2kmのときの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an average value of the charge amount obtained as a result of the simulation in the first embodiment (100 C if there is no error) and a distance from an observation point to a lightning strike point; FIG. 7 is a diagram showing a relationship when the distance is 2 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の平均値(誤差が無ければ100C)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が3kmのときの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an average value of the charge amount obtained as a result of the simulation in the first embodiment (100 C if there is no error) and a distance from an observation point to a lightning strike point; FIG. 7 is a diagram showing a relationship when the distance is 3 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の平均値(誤差が無ければ100C)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が5kmのときの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an average value of the charge amount obtained as a result of the simulation in the first embodiment (100 C if there is no error) and a distance from an observation point to a lightning strike point; FIG. 7 is a diagram showing a relationship when the distance is 5 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の平均値(誤差が無ければ100C)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が8kmのときの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an average value of the charge amount obtained as a result of the simulation in the first embodiment (100 C if there is no error) and a distance from an observation point to a lightning strike point; FIG. 7 is a diagram showing a relationship when the distance is 8 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の誤差の標準偏差(電荷量100Cの場合)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が2kmのときの関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a standard deviation of an error of a charge amount (in the case of a charge amount of 100 C) obtained as a result of the simulation in the first embodiment and a distance from an observation point to a lightning strike point. It is a figure which shows the relationship when (degreeC altitude) is 2 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の誤差の標準偏差(電荷量100Cの場合)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が3kmのときの関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a standard deviation of an error of a charge amount (in the case of a charge amount of 100 C) obtained as a result of the simulation in the first embodiment and a distance from an observation point to a lightning strike point. It is a figure which shows the relationship when (degree C altitude) is 3 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の誤差の標準偏差(電荷量100Cの場合)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が5kmのときの関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a standard deviation of an error of a charge amount (in the case of a charge amount of 100 C) obtained as a result of the simulation in the first embodiment and a distance from an observation point to a lightning strike point. It is a figure which shows the relationship when (degreeC altitude) is 5 km. 実施1におけるシミュレーションの結果得られた電荷量の誤差の標準偏差(電荷量100Cの場合)と観測点から落雷点までの距離との間の関係の図であり、仮定の雷電荷高度(−10℃高度)が8kmのときの関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a standard deviation of an error of a charge amount (in the case of a charge amount of 100 C) obtained as a result of the simulation in the first embodiment and a distance from an observation point to a lightning strike point. It is a figure which shows the relationship when (degree C altitude) is 8 km.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図1乃至図4に、本発明の電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムの実施形態の一例を示す。   1 to 4 show an example of an embodiment of a method for estimating a charge amount, an estimating device, and an estimating program according to the present invention.

本実施形態の電荷量の推定方法は、準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、観測点で観測された準静電界の変化ΔEとが用いられて、雷電荷の電荷量Qが推定される(S1,S5)際に、観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離として観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離が用いられる(S2)と共に、鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度が用いられ(S3)、且つ、準静電界の変化ΔEが観測された観測点のうち落雷点から20 km 以遠の観測点で観測された準静電界の変化ΔEのみが用いられる(S4)ようにしている(図1参照)。 Quasi method of estimating the charge amount of the present embodiment, the distance in the horizontal X direction distance and the horizontal Y-direction distance and the vertical Z direction between the observation point and the lightning charges of the quasi-electrostatic field, which is observed at the observation point When the charge amount Q of the lightning charge is estimated using the change ΔE of the electrostatic field (S1, S5), the distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning charge are calculated. The distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning strike point are used (S2), and the altitude at a predetermined temperature in the sky is used as the distance in the vertical Z direction (S3). and, so that only the change ΔE in the quasi-electrostatic field which is observed by the observation point of 20 miles beyond the lightning point of the observation point change ΔE of the quasi-electrostatic field is observed is used (S4) (Fig. 1 reference).

本実施形態の電荷量の推定装置は、準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、観測点で観測された準静電界の変化とを用いて、雷電荷の電荷量を推定する電荷量推定部11dを有し、当該電荷量推定部11dが、観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離として観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離を用いると共に、準静電界の変化が観測された観測点のうち落雷点から20 km 以遠の観測点で観測された準静電界の変化のみを用いるようにしている。 Quasi charge amount estimation apparatus of the present embodiment, the distance in the horizontal X direction distance and the horizontal Y-direction distance and the vertical Z direction between the observation point and the lightning charges of the quasi-electrostatic field, which is observed at the observation point A charge amount estimating unit 11d for estimating the charge amount of the lightning charge using the change in the electrostatic field, and the charge amount estimating unit 11d includes a distance in the horizontal X direction between the observation point and the lightning charge, The distance in the horizontal X direction between the observation point and the lightning strike point and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning strike point are used as the distance in the Y direction, and the observation point at which the change of the quasi-electrostatic field is observed is more than 20 km from the lightning strike point. Only the change in the quasi-electrostatic field observed at the point is used.

上記電荷量の推定方法及び電荷量の推定装置は、電荷量の推定プログラムがコンピュータ上で実行されることによっても実施・実現され得る。ここでは、電荷量の推定プログラムがコンピュータ上で実行されることによって電荷量の推定方法が実行されると共に電荷量の推定装置が実現される場合を説明する。   The above-described charge amount estimation method and charge amount estimation device can also be implemented and realized by executing a charge amount estimation program on a computer. Here, a case will be described in which the charge amount estimation method is executed by executing the charge amount estimation program on a computer, and the charge amount estimation device is realized.

本実施形態の電荷量の推定プログラム17を実行するためのコンピュータ10(本実施形態では、電荷量の推定装置10でもある)の全体構成を図2に示す。   FIG. 2 shows the overall configuration of a computer 10 (which is also the charge amount estimation device 10 in the present embodiment) for executing the charge amount estimation program 17 of the present embodiment.

このコンピュータ10(電荷量の推定装置10)は制御部11,記憶部12,入力部13,表示部14,及びメモリ15を備え、これらが相互にバス等の信号回線によって接続されている。   The computer 10 (charge amount estimating apparatus 10) includes a control unit 11, a storage unit 12, an input unit 13, a display unit 14, and a memory 15, which are mutually connected by a signal line such as a bus.

制御部11は、記憶部12に記憶されている電荷量の推定プログラム17に従ってコンピュータ10全体の制御並びに電荷量の推定に係る演算を行うものであり、例えばCPU(中央演算処理装置)である。   The control unit 11 controls the entire computer 10 and performs calculations related to the estimation of the charge amount according to the charge amount estimation program 17 stored in the storage unit 12, and is, for example, a CPU (Central Processing Unit).

記憶部12は、少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。   The storage unit 12 is a device that can store at least data and programs, and is, for example, a hard disk.

入力部13は、少なくとも作業者の命令や種々の情報を制御部11に与えるためのインターフェイス(即ち、情報入力の仕組み)であり、例えばキーボードやマウスである。なお、例えばキーボードとマウスとの両方のように複数種類のインターフェイスを入力部13として有するようにしても良い。   The input unit 13 is an interface (that is, an information input mechanism) for providing at least an operator's command and various information to the control unit 11, and is, for example, a keyboard and a mouse. Note that a plurality of types of interfaces such as both a keyboard and a mouse may be provided as the input unit 13.

表示部14は、制御部11の制御によって文字や図形或いは画像等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。   The display unit 14 performs drawing and display of characters, graphics, images, and the like under the control of the control unit 11, and is, for example, a display.

メモリ15は、制御部11が種々の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばRAM(Random Access Memory の略)である。   The memory 15 is a memory space that is a work area when the control unit 11 executes various controls and calculations, and is, for example, a RAM (Random Access Memory).

また、コンピュータ10に、必要に応じ、当該コンピュータ10との間でデータや制御指令等の信号の送受信(即ち、出入力)が可能であるように、バスや広域ネットワーク回線等の信号回線により、データサーバ18が接続されるようにしても良い。   Also, the computer 10 can transmit and receive signals such as data and control commands (that is, input and output) to and from the computer 10 as necessary by using a signal line such as a bus or a wide area network line. The data server 18 may be connected.

そして、コンピュータ10(以下、「電荷量の推定装置10」と呼ぶ)の制御部11には、電荷量の推定プログラム17が実行されることにより、準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離を観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離に設定する処理を行う水平位置設定部11aと、観測点と雷電荷との間の鉛直Z方向の距離を雷電荷が存在するとされる特定の温度の高度に設定する処理を行う高度設定部11bと、落雷点と観測点との間の水平距離が20 km 以上になっている観測点を抽出する処理を行うデータ選択部11cと、観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、データ選択部11cによって抽出された観測点で観測された準静電界の変化とを用いて、雷電荷の電荷量を推定する処理を行う電荷量推定部11dとが構成される。 The control unit 11 of the computer 10 (hereinafter, referred to as the “charge amount estimating device 10”) executes the charge amount estimating program 17 so that the distance between the observation point of the quasi-electrostatic field and the lightning charge is increased. A horizontal position setting unit 11a for setting the horizontal X-direction distance and horizontal Y-direction distance to the horizontal X-direction distance and the horizontal Y-direction distance between the observation point and the lightning strike point; An altitude setting unit 11b for performing a process of setting a distance in the vertical Z direction between the electric charge and an altitude of a specific temperature at which a lightning charge is assumed to exist, and a horizontal distance between a lightning strike point and an observation point is 20 km or more. A data selection unit 11c that performs a process of extracting the observation point that is set as described above, a distance in the horizontal X direction, a distance in the horizontal Y direction, and a distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charge; Observed at the observation point extracted by By using the change of the quasi-electrostatic field, the charge amount estimation unit 11d and is configured to perform the processing for estimating the amount of charge of the lightning charges.

そして、電荷量の推定方法の実施の手順として、まず、準静電界の観測が行われる(S1)。 Then, as a procedure for implementing the method for estimating the charge amount, first, a quasi-static field is observed (S1).

このS1の処理としての準静電界の観測は、落雷に伴う準静電界の時間変化を検出するために行われる。 The observation of the quasi-electrostatic field as the processing of S1 is performed to detect a time change of the quasi-electrostatic field due to a lightning strike.

準静電界の観測は、例えば、スローアンテナと呼ばれる観測機器が用いて行われる。具体的には例えば、落雷位置標定システム(LLSとも呼ばれる)によって行われるようにしても良い。 Observation of the quasi-electrostatic field is performed using, for example, an observation device called a slow antenna. Specifically, for example, it may be performed by a lightning strike position locating system (also called LLS).

準静電界の観測は、例えば、複数の観測点で、言い換えると、離間して設置された複数の観測機器により、行われる。観測点の個数や観測点相互の間隔は、特定の個数・間隔に限定されるものではなく、例えば観測機器の感度(即ち、落雷に伴う準静電界変化の観測が可能な範囲)などが勘案されると共に落雷の検出や落雷に伴う電荷量の推定が必要とされる範囲をカバーするために必要とされる個数及び相互の間隔が考慮された上で、適当な個数・間隔に適宜設定される。 Observation of the quasi-electrostatic field is performed, for example, at a plurality of observation points, in other words, by a plurality of observation devices separately installed. The number of observation points and the interval between observation points are not limited to specific numbers and intervals. For example, the sensitivity of observation equipment (that is, the range in which the quasi-electrostatic field change due to lightning can be observed) is taken into consideration. The number and interval are appropriately set, taking into account the number and interval required to cover the range in which lightning detection and estimation of the amount of charge associated with lightning are required. You.

具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、観測機器の感度が、高度5 km に存在する電荷量200 C の電荷に伴う準静電界変化が観測可能な水平距離が最大で40 km である場合に、図5に示すように、複数の観測点1A乃至1Eが、相互の間隔が50 km 程度で、三角グリッドを形成するように(言い換えると、三角グリッドの交点(頂点)位置に)配置されることが考えられる。なお、図5に示す観測点のうち観測点1A,1B,及び1Cのみが配置されて三角形の観測領域が一つのみ設定されるようにしても勿論良く、或いは、更に多くの三角形の観測領域が連接して設定されるようにしても良い。 Specifically, for example, as an example only, the sensitivity of the observation device is such that the horizontal distance at which the quasi-electrostatic field change accompanying the electric charge of 200 C existing at an altitude of 5 km can be observed is 40 km at the maximum. As shown in FIG. 5, a plurality of observation points 1A to 1E are arranged so as to form a triangular grid with an interval of about 50 km (in other words, at the intersection (vertex) position of the triangular grid). Can be considered. Of course, only the observation points 1A, 1B, and 1C among the observation points shown in FIG. 5 may be arranged and only one triangle observation area may be set, or more triangle observation areas may be set. May be set continuously.

なお、各観測点の水平位置は、例えばスローアンテナ等の観測機器の設置地点の位置であり、既知である。各観測点の水平位置に関する位置座標データは、例えば、観測点毎の識別子と当該観測点の水平位置座標(xo,yo)との組み合わせデータが記録されたデータファイルとして、記憶部12やデータサーバ18等に保存される。   The horizontal position of each observation point is, for example, the position of an installation point of observation equipment such as a slow antenna and is known. The position coordinate data relating to the horizontal position of each observation point is, for example, a data file in which combination data of an identifier for each observation point and the horizontal position coordinates (xo, yo) of the observation point is recorded as the storage unit 12 or the data server. 18 and so on.

準静電界の観測の結果は、所定の周波数帯域(例えば、数Hz以下の周波数帯域)における準静電界の時間変化を把握し得るデータとして整理され、具体的には例えば準静電界変化波形の時系列データとして整理される。 Results of the observation of the quasi-electrostatic field, a predetermined frequency band (e.g., less than several Hz of frequency bands) are organized as data capable of grasping the time variation of the quasi-electrostatic field at, for specifically, for example, quasi-electrostatic field change waveform Organized as time-series data.

準静電界の観測結果としての観測データは、例えば、観測点毎のデータファイルとして、記憶部12やデータサーバ18等に保存される。 Observation data as an observation result of the quasi-electrostatic field is stored in, for example, the storage unit 12 or the data server 18 as a data file for each observation point.

また、S2以降の処理は、例えば、観測点において落雷が検出されたことをトリガーとして即時的に(言い換えると、落雷のたびに)行われるようにしても良く、或いは、所定の期間に亙って観測データが保存された上で前記所定の期間分の観測データについて纏めて行われるようにしても良い。   In addition, the processing after S2 may be performed immediately (in other words, every time a lightning strike occurs), for example, triggered by detection of a lightning strike at an observation point, or may be performed over a predetermined period. After the observation data is stored, the observation data for the predetermined period may be collectively performed.

なお、落雷が発生したことを検出する手法は、本発明においては要点ではなく、例えば放射電磁界変化波形の形状に基づいて落雷の発生を検出し得る既存の若しくは新規の手法が用いられ得る。また、落雷の発生の検出の際に通常は落雷の発生時刻も特定され得るので、本発明では、落雷の発生時刻は既知であるとする。 It should be noted that the method of detecting the occurrence of a lightning strike is not an important point in the present invention, and an existing or new technique capable of detecting the occurrence of a lightning strike based on, for example, the shape of a radiation electromagnetic field change waveform can be used. In addition, since the time of occurrence of a lightning strike can usually be specified when detecting the occurrence of a lightning strike, the present invention assumes that the time of occurrence of a lightning strike is known.

次に、雷電荷の水平位置の設定が行われる(S2)。   Next, the horizontal position of the lightning charge is set (S2).

雷電荷の水平位置(具体的には、上空の雲内に存在する電荷(「雷電荷」とも呼ぶ)の水平位置座標xc,yc)として、落雷点の水平位置(即ち、地表面における落雷地点の水平位置座標xl,yl)が用いられる。したがって、S2の処理としての雷電荷の水平位置の設定は、落雷点の水平位置が特定されることによって行われる。   As the horizontal position of the lightning charge (specifically, the horizontal position coordinates xc, yc of the charge existing in the cloud above the sky (also referred to as “lightning charge”)), the horizontal position of the lightning strike point (that is, the lightning strike point on the ground surface) The horizontal position coordinates (xl, yl) are used. Therefore, the setting of the horizontal position of the lightning charge as the process of S2 is performed by specifying the horizontal position of the lightning strike point.

雷電荷の水平位置の設定(言い換えると、落雷点の水平位置の特定)は、例えば、落雷に相当する状況(具体的には例えば、放射電磁界の時間変化など)を観測した観測点の観測データが用いられて行われる。 The setting of the horizontal position of the lightning charge (in other words, the specification of the horizontal position of the lightning strike point) is performed, for example, by observing the observation point that observed the situation corresponding to the lightning strike (specifically, for example, the time change of the radiated electromagnetic field ). This is performed using data.

落雷点の水平位置の特定は、具体的には例えば、落雷位置標定システム(LLS)によって得られた観測データに対して到達時間差法や交会法が適用されることによって行われ得る(例えば、齋藤幹久ら「新型落雷位置標定システム(新型LLS)開発のための基礎検討(1)−位置標定誤差の要因分析−」,電力中央研究所報告 研究報告 H14007,平成27年 を参照)。   Specifically, the horizontal position of the lightning strike point can be specified, for example, by applying the arrival time difference method or the resection method to observation data obtained by the lightning strike location system (LLS) (for example, Saito Mikihisa et al., "Basic Study for Development of New Lightning Lightning Location System (New LLS) (1)-Analysis of Factors of Location Error-", Central Research Institute of Electric Power Industry Research Report H14007, 2015).

到達時間差法は、三箇所以上の観測点で同時に観測された放射電磁界信号に関し、選び出した各二箇所の観測点の時間差から描かれる双曲線の交点が落雷点であるとする位置標定を行う方法である。なお、到達時間差法は、観測点への電磁波到達時刻の測定が周囲の障害物や地形の影響を受け難いために誤差が比較的小さくなるという利点を有する。 The arrival time difference method is a method of locating the radiated electromagnetic field signals simultaneously observed at three or more observation points, assuming that the intersection of the hyperbolas drawn from the time difference between each of the two selected observation points is the lightning strike point. It is. Note that the arrival time difference method has an advantage that the error is relatively small because the measurement of the electromagnetic wave arrival time at the observation point is hardly affected by surrounding obstacles and terrain.

交会法は、雷放電によって生じる磁界信号を直交ループアンテナで受信し、水平磁界の方位を算出して電磁波到来方向を推定し、そして、二箇所以上の観測点で方位を算出することによって方位交会法での雷放電の位置標定を行う方法である。なお、交会法は、二箇所以上の観測点で有効なデータが観測されていれば位置標定が可能になるという利点を有する。   The resection method receives a magnetic field signal generated by a lightning discharge with a quadrature loop antenna, calculates the direction of the horizontal magnetic field, estimates the direction of arrival of the electromagnetic wave, and calculates the direction at two or more observation points. This is a method for locating the lightning discharge by the method. Note that the resection method has an advantage in that the position can be located if effective data is observed at two or more observation points.

ただし、雷電荷の水平位置の設定(言い換えると、落雷点の水平位置の特定)は、本発明においては特定の手法に限定されるものではなく、地表面における落雷地点の水平位置座標を特定し得る手法であればどのような手法が用いられても良い。   However, the setting of the horizontal position of the lightning charge (in other words, the specification of the horizontal position of the lightning strike point) is not limited to a specific method in the present invention, but specifies the horizontal position coordinates of the lightning strike point on the ground surface. Any method may be used as long as it can be obtained.

本実施形態では、制御部11の水平位置設定部11aにより、地表面における落雷地点の水平位置座標の特定に必要な情報(例えば、記憶部12やデータサーバ18等に保存されている観測データ)が読み込まれると共に、落雷点の水平位置(具体的には、水平X方向における位置座標xl及び水平Y方向における位置座標yl)が特定される。   In the present embodiment, the horizontal position setting unit 11a of the control unit 11 uses the information necessary for specifying the horizontal position coordinates of the lightning strike point on the ground surface (for example, observation data stored in the storage unit 12, the data server 18, or the like). Is read, and the horizontal position of the lightning strike point (specifically, the position coordinate xl in the horizontal X direction and the position coordinate yl in the horizontal Y direction) are specified.

そして、水平位置設定部11aにより、特定された落雷点の水平位置座標(xl,yl)が雷電荷の水平位置座標(xc,yc)としてメモリ15に記憶させられる。   Then, the horizontal position coordinates (xl, yl) of the specified lightning strike point are stored in the memory 15 as the horizontal position coordinates (xc, yc) of the lightning charge by the horizontal position setting unit 11a.

次に、雷電荷の高度の設定が行われる(S3)。   Next, the altitude of the lightning charge is set (S3).

雷電荷の高度は、雷電荷は雲内の特定の温度の領域(言い換えると、高度層)に存在するという知見を利用し、種々の気象データ・高層観測データ等において特定の温度になっている領域の高度に設定される。   The altitude of lightning charge is a specific temperature in various weather data, high-rise observation data, etc., utilizing the knowledge that lightning charge exists in a specific temperature region in the cloud (in other words, altitude layer). Set to the altitude of the area.

雷電荷が存在するとされる特定の温度は、既存の若しくは新規の分析結果などに基づいて適宜設定される。具体的には例えば、雷電荷の高度が、気象データ等において−10 ℃ になっている高度に設定される(例えば、石井勝ら「大電流を伴う正極性冬季雷放電」,電気学会高電圧研究会資料 HV−06−47,2006年)。   The specific temperature at which a lightning charge is assumed is appropriately set based on existing or new analysis results. Specifically, for example, the altitude of the lightning charge is set to an altitude of −10 ° C. in weather data or the like (for example, Masaru Ishii et al. “Positive winter lightning discharge with large current”, IEEJ High Voltage Research meeting material HV-06-47, 2006).

雷電荷が存在するとされる特定の温度の高度を特定するための気象データ・高層観測データ等(「雷電荷高度特定用データ」と呼ぶ)として、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、気象庁が作成しているGPV(Grid Point Value の略)と呼ばれるデータが用いられ得る。   As weather data, high-rise observation data, etc. for specifying the altitude of a specific temperature at which a lightning charge is present (referred to as “lightning charge height identification data”), specifically, for example, only as an example, Data called GPV (short for Grid Point Value) created by the Japan Meteorological Agency may be used.

雷電荷高度特定用データは、例えば、観測日時と高度別温度との組み合わせデータが記録されたデータファイルとして、記憶部12やデータサーバ18等に保存される。   The lightning charge altitude specifying data is stored in the storage unit 12, the data server 18, or the like, for example, as a data file in which a combination data of the observation date and time and the temperature for each altitude is recorded.

雷電荷の高度の設定は、具体的には例えば、落雷点の上空で、当該落雷の発生時刻において、気温が特定の温度(具体的には例えば、−10 ℃)になっている高度が特定され、当該高度が雷電荷の高度に設定されることによって行われる。   Specifically, the altitude of the lightning charge is set, for example, at an altitude above the lightning strike point at which the temperature is at a specific temperature (specifically, for example, −10 ° C.) at the time of the lightning strike. The altitude is set to the altitude of the lightning charge.

本実施形態では、制御部11の高度設定部11bにより、記憶部12やデータサーバ18等に保存されている雷電荷高度特定用データが読み込まれると共に、S2の処理においてメモリ15に記憶された雷電荷の水平位置座標(xc,yc)が読み込まれ、当該雷電荷の水平位置(言い換えると、落雷点の水平位置の上空)に関する、落雷の発生時刻における電荷高度特定用データが読み込まれる。   In the present embodiment, the altitude setting unit 11b of the control unit 11 reads the lightning charge altitude specifying data stored in the storage unit 12, the data server 18, and the like, and also stores the lightning charge altitude stored in the memory 15 in the process of S2. The horizontal position coordinates (xc, yc) of the electric charge are read, and the charge altitude specifying data at the lightning strike occurrence time regarding the horizontal position of the lightning charge (in other words, above the horizontal position of the lightning strike point) is read.

そして、高度設定部11bにより、特定の温度(具体的には例えば、−10 ℃)になっている高度zが特定され、当該高度zが雷電荷の高度zcとしてメモリ15に記憶させられる。   Then, the altitude setting unit 11b specifies the altitude z at which a specific temperature (specifically, for example, −10 ° C.) is reached, and the altitude z is stored in the memory 15 as the altitude zc of the lightning charge.

なお、雷電荷が存在するとされる特定の温度の値は、入力部13を介して作業者によって入力されるようにしても良く、或いは、電荷量の推定プログラム17内に予め規定されるようにしても良い。   The value of the specific temperature at which the lightning charge is present may be input by the operator via the input unit 13 or may be specified in advance in the charge amount estimation program 17. May be.

次に、準静電界の観測データの選択が行われる(S4)。 Next, observation data of the quasi-electrostatic field is selected (S4).

本発明では、落雷点から20 km 以遠に存在する観測点の観測データ(具体的には、準静電界の変化ΔE)のみが用いられて雷電荷の電荷量が推定される。このため、落雷に相当する状況(具体的には例えば、準静電界の時間変化など)を観測した観測点の中から、落雷点から20 km 以遠に存在する観測点が抽出される。 In the present invention, the charge amount of the lightning charge is estimated using only the observation data (specifically, the change ΔE of the quasi-electrostatic field) of the observation point located 20 km or more from the lightning strike point. For this reason, an observation point that is located more than 20 km from the lightning strike point is extracted from the observation points that observe the situation corresponding to the lightning strike (specifically, for example, a time change of the quasi-static field).

具体的には、本実施形態では、制御部11のデータ選択部11cにより、S2の処理において雷電荷の水平位置座標(xc,yc)としてメモリ15に記憶された落雷点の水平位置座標(xl,yl)が読み込まれると共に、記憶部12やデータサーバ18等に保存されている各観測点の水平位置座標(xo,yo)に関するデータが読み込まれる。   Specifically, in the present embodiment, the horizontal position coordinates (xl) of the lightning strike point stored in the memory 15 as the horizontal position coordinates (xc, yc) of the lightning charge in the process of S2 by the data selection unit 11c of the control unit 11. , Yl) is read, and data on the horizontal position coordinates (xo, yo) of each observation point stored in the storage unit 12, the data server 18, or the like is read.

そして、データ選択部11cにより、落雷点と各観測点との間の水平距離が算出され、当該水平距離が20 km 以上になっている観測点が抽出される。   Then, the horizontal distance between the lightning strike point and each observation point is calculated by the data selection unit 11c, and the observation point whose horizontal distance is equal to or more than 20 km is extracted.

観測点の抽出(言い換えると、選択)の具体例を、複数の観測点(観測機器)の配置の仕方の一例として挙げた図5を用いて説明する。なお、図5において、符号2が付された一点破線は各観測点1A乃至1Eからの距離が20 km の境界を表す。   A specific example of the observation point extraction (in other words, selection) will be described with reference to FIG. 5 showing an example of a method of arranging a plurality of observation points (observation devices). In FIG. 5, a dashed line denoted by reference numeral 2 indicates a boundary at a distance of 20 km from each of the observation points 1A to 1E.

図5中の符号4Aの位置が落雷点である場合には、観測点1Aからの距離が20 km の境界円内であるので、観測点1Aは抽出されず、観測点1B及び観測点1Cが抽出される。   When the position of reference numeral 4A in FIG. 5 is a lightning strike point, since the distance from the observation point 1A is within the boundary circle of 20 km, the observation point 1A is not extracted, and the observation points 1B and 1C are not extracted. Is extracted.

なお、図5に示す配置例では各観測点1A乃至1Eの観測可能最大距離が40 kmであることを前提としている。そして、落雷点4Aは観測点1Bと観測点1Cとの観測可能圏内に含まれるのでこれら観測点1B,1Cが抽出されるようにしている。しかしながら、仮に観測可能最大距離が更に長い場合には観測点1Dや観測点1Eも抽出される。   In the arrangement example shown in FIG. 5, it is assumed that the maximum observable distance between the observation points 1A to 1E is 40 km. Since the lightning strike point 4A is included in the observable range of the observation point 1B and the observation point 1C, the observation points 1B and 1C are extracted. However, if the maximum observable distance is longer, the observation points 1D and 1E are also extracted.

一方、図5中の符号4Bの位置が落雷点である場合には、各観測点1A乃至1Eからの距離が20 km の境界円の何れにも含まれていないので、観測点1A,観測点1B,及び観測点1Dが抽出される。なお、仮に観測可能最大距離が長い場合には観測点1Cも抽出される。   On the other hand, when the position of reference numeral 4B in FIG. 5 is a lightning strike point, the distance from each of the observation points 1A to 1E is not included in any of the 20 km-boundary circles. 1B and an observation point 1D are extracted. If the maximum observable distance is long, the observation point 1C is also extracted.

なお、本発明では、雷放電路は鉛直方向ではなくて通常は傾いているので図4(B)において雲内の電荷の位置座標が(x,y,z)であるときに地表面の落雷点の位置座標は(x,y,0)には通常はならないことに起因する誤差を抑制するために落雷点から20 km 以遠に存在する観測点の観測データのみが用いられるようにしているところ、落雷点から可能な範囲で(即ち、観測点の観測感度が許す範囲で)できるだけ遠い観測点の観測データのみが用いられることが好ましい。この点において、観測点を抽出(言い換えると、選択)する基準としての距離は、20 km に限定されるものではなく、25 km に設定されるようにしても良い。   In the present invention, since the lightning discharge path is not vertical but inclined normally, the lightning strike on the ground surface occurs when the position coordinates of the charges in the cloud are (x, y, z) in FIG. The position coordinates of the point are such that only the observation data of the observation point located more than 20 km from the lightning strike point is used in order to suppress the error caused by the fact that it is not usually (x, y, 0). It is preferable that only observation data at observation points as far as possible from the lightning strike point (that is, as far as the observation sensitivity of the observation point allows) is used. At this point, the distance as a reference for extracting (in other words, selecting) an observation point is not limited to 20 km, but may be set to 25 km.

本実施形態では、データ選択部11cにより、落雷点との間の水平距離が20 km 以上になっている観測点(「選択観測点」と呼ぶ)の識別子がメモリ15に記憶させられる。   In the present embodiment, the identifier of the observation point (referred to as “selected observation point”) whose horizontal distance from the lightning strike point is 20 km or more is stored in the memory 15 by the data selection unit 11c.

次に、電荷量の推定が行われる(S5)。   Next, the charge amount is estimated (S5).

具体的には、電荷量推定部11dにより、まず、S4の処理においてメモリ15に記憶された選択観測点の識別子が読み込まれる。   Specifically, first, the identifier of the selected observation point stored in the memory 15 in the process of S4 is read by the charge amount estimation unit 11d.

続いて、電荷量推定部11dにより、S2の処理において雷電荷の水平位置座標(xc,yc)としてメモリ15に記憶された落雷点の水平位置座標(xl,yl)が読み込まれると共に、記憶部12やデータサーバ18等に保存されている各観測点の水平位置座標(xo,yo)に関するデータの中から選択観測点の水平位置座標(xo,yo)に関するデータが読み込まれ、そして、雷電荷と観測点との間のX方向の水平距離dx及びY方向の水平距離dyが算出される。   Subsequently, the horizontal position coordinates (xl, yl) of the lightning strike point stored in the memory 15 as the horizontal position coordinates (xc, yc) of the lightning charge in the process of S2 are read by the charge amount estimation unit 11d, and the storage unit Data about the horizontal position coordinates (xo, yo) of the selected observation point is read from the data about the horizontal position coordinates (xo, yo) of each observation point stored in the data server 12 or the data server 18 and the like. The horizontal distance dx in the X direction and the horizontal distance dy in the Y direction between the and the observation point are calculated.

電荷量推定部11dにより、また、S3の処理においてメモリ15に記憶された雷電荷の高度zcが読み込まれる。   The charge amount estimating unit 11d reads the altitude zc of the lightning charge stored in the memory 15 in the process of S3.

電荷量推定部11dにより、さらに、記憶部12やデータサーバ18等に保存されている観測データの中から選択観測点の観測データ(具体的には、準静電界変化ΔE)が読み込まれる。 The charge amount estimating unit 11d further reads the observation data (specifically, the quasi-electrostatic field change ΔE) of the selected observation point from the observation data stored in the storage unit 12, the data server 18, and the like.

そして、電荷量推定部11dにより、上記の各データ(具体的には、S4の処理において選択観測点に関する、dx,dy,zc,及びΔEの値)が数式2に代入され、電荷量Qが算出される。なお、数式2は、数式1を電荷量Qについて解いた式である。   Then, the charge amount estimating unit 11d substitutes the above data (specifically, the values of dx, dy, zc, and ΔE regarding the selected observation point in the process of S4) into Expression 2, and the charge amount Q is calculated. Is calculated. Expression 2 is an expression obtained by solving Expression 1 for the charge amount Q.

Figure 0006628641
Figure 0006628641

ここで、選択観測点が一つのみである場合には、当該一つの選択観測点に関する各データが用いられて算出された電荷量Qが推定結果とされる。   Here, when there is only one selected observation point, the charge amount Q calculated using each data item regarding the one selected observation point is used as the estimation result.

一方、選択観測点が二つ以上である場合には、最終的な推定結果の決定の仕方として、例えば以下のア乃至ウのような方法が挙げられる。
ア) 複数の選択観測点のうち、落雷点との間の水平距離が最も長い(即ち、落雷点から最も遠い)選択観測点に関する各データが用いられて算出された電荷量Qが最終的な推定結果とされる。
イ) 複数の選択観測点のそれぞれに関する各データが用いられて算出された複数の選択観測点毎の電荷量Qの平均値が最終的な推定結果とされる。
ウ) 選択観測点が三つ以上である場合に、三つ以上の選択観測点のそれぞれに関する各データが用いられて算出された三つ以上の選択観測点毎の電荷量Qのうちの最小値と最大値とを除いた残りの平均値が最終的な推定結果とされる。
On the other hand, when the number of selected observation points is two or more, as a method of determining the final estimation result, for example, the following methods a to c are cited.
A) Of the plurality of selected observation points, the charge amount Q calculated using each data of the selected observation point having the longest horizontal distance to the lightning strike point (that is, the furthest from the lightning strike point) is finalized. It is the estimation result.
B) The average value of the charge amount Q for each of the plurality of selected observation points calculated using the data for each of the plurality of selected observation points is used as the final estimation result.
C) When the number of the selected observation points is three or more, the minimum value of the charge amount Q for each of the three or more selected observation points calculated by using the data on each of the three or more selected observation points. The remaining average value excluding and the maximum value is used as the final estimation result.

そして、制御部11は、推定結果としての電荷量Qの値を表示部14に表示したり、データファイルとして記憶部12に保存したりした上で、当該の落雷に関する電荷量の推定に関する処理を終了する。   Then, the control unit 11 displays the value of the charge amount Q as the estimation result on the display unit 14 or saves the value as a data file in the storage unit 12, and then performs a process related to the estimation of the charge amount related to the lightning strike. finish.

以上のように構成された電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムによれば、雷放電路は鉛直方向ではなくて通常は傾いているので、雷電荷の位置座標が(xc,yc,zc)であるときに地表面の落雷点の位置座標は(xc,yc,0)には通常はならないのに対し、20 km 以遠(若しくは、25 km 以遠)の観測点の観測データのみが用いられるようにしているので、雷電荷の水平位置と地表面の落雷点の水平位置とのずれが電荷量の推定に与える影響を小さくすることができ、したがって落雷に伴う電荷量を精度良く推定することが可能になる。   According to the charge amount estimating method, the estimating device, and the estimating program configured as described above, the lightning discharge path is not inclined in the vertical direction but is usually inclined, so that the position coordinates of the lightning charge are (xc, yc, When zc), the position coordinates of the lightning strike point on the ground surface are not usually (xc, yc, 0), but only the observation data of the observation points beyond 20 km (or 25 km) are used. , The effect of the difference between the horizontal position of the lightning charge and the horizontal position of the lightning point on the ground surface on the estimation of the charge amount can be reduced, and therefore, the charge amount associated with the lightning strike can be accurately estimated. It becomes possible.

なお、上述の実施形態は本発明を実施する際の好適な形態の一例ではあるものの本発明の実施の形態が上述のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において本発明は種々変形実施可能である。   Although the above-described embodiment is an example of a preferred embodiment for carrying out the present invention, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention is not limited thereto without departing from the gist of the present invention. The invention can be variously modified.

すなわち、本発明の要点は、落雷に伴う電荷量(言い換えると、雷電荷の電荷量)が推定される際に、落雷点から20 km 以遠(若しくは、25 km 以遠)の観測点において観測されたデータ(具体的には、準静電界の時間変化)が用いられることであり、その他の処理内容は、数式1或いは数式2によって電荷量Qを算出するために必要なデータが揃うのであれば、上述のS1乃至S5の処理として説明した内容に限定されるものではない。 That is, the gist of the present invention is that, when the amount of charge due to lightning (in other words, the amount of lightning charge) is estimated, it is observed at an observation point 20 km or more (or 25 km or more) from the lightning point. The data (specifically, the time change of the quasi-electrostatic field) is used, and the other processing content is that if the data necessary for calculating the charge amount Q by Formula 1 or Formula 2 is available, The present invention is not limited to the contents described as the processing of S1 to S5.

例えば、上述の実施形態では準静電界の観測(S1)において用いられる機序の一例としてスローアンテナや落雷位置標定システムが挙げられているが、準静電界の観測において用いられる機序は、落雷に伴う準静電界の時間変化が把握され得るものであれば、上述の実施形態において一例として挙げられたスローアンテナや落雷位置標定システムには限定されない。 For example, although in the embodiment described above are mentioned slow antenna and lightning location system as an example of a mechanism used in observation (S1) of the quasi-electrostatic field, the mechanisms used in the observation of the quasi-electrostatic field, lightning The present invention is not limited to the slow antenna and the lightning strike position locating system exemplified in the above-described embodiment as long as the time change of the quasi-electrostatic field due to the above can be grasped.

また、上述の実施形態では雷電荷の水平位置の設定(S2)において用いられる機序の一例として落雷位置標定システムが挙げられているが、雷電荷の水平位置の設定において用いられる機序は、落雷点の水平位置座標(xl,yl)が特定され得るものであれば、上述の実施形態において一例として挙げられた落雷位置標定システムには限定されない。   In the above-described embodiment, the lightning strike position locating system is given as an example of the mechanism used in setting the horizontal position of the lightning charge (S2). However, the mechanism used in setting the horizontal position of the lightning charge is as follows. As long as the horizontal position coordinates (xl, yl) of the lightning strike point can be specified, the present invention is not limited to the lightning strike position locating system described as an example in the above embodiment.

また、上述の実施形態ではS3の処理において雷電荷が存在するとされる特定の温度になっている上空の領域の高度に雷電荷の高度が設定されるようにしているが、雷電荷の高度の設定の仕方は、雷電荷の高度が特定(設定)され得るのであれば、上述の実施形態における方法には限定されない。具体的には例えば、レーダによる観測の結果得られるデータやVHF帯の電磁波を用いた観測の結果得られるデータが用いられて雲内の雷電荷の高度が標定され、当該標定された高度に雷電荷の高度が設定されるようにしても良い。   Further, in the above-described embodiment, the altitude of the lightning charge is set to the altitude of a region in the sky where the specific temperature at which the lightning charge is assumed to be present in the process of S3. The setting method is not limited to the method in the above embodiment as long as the altitude of the lightning charge can be specified (set). Specifically, for example, data obtained as a result of radar observation and data obtained as a result of observation using electromagnetic waves in the VHF band are used to determine the altitude of the lightning charge in the cloud, and the altitude of the lightning to the specified altitude is determined. The height of the charge may be set.

また、上述の実施形態のS5の処理において電荷量の推定に用いられる数式2は雷電荷(位置座標は未知)と観測点(位置座標は既知)との間のX方向の水平距離dx及びY方向の水平距離dy,雷電荷の高度zc,並びに電荷量Qの四つのパラメータの関数であるので、準静電界変化ΔEが四箇所以上の観測点で観測されれば雷電荷の位置座標(xc,yc,zc)並びに電荷量Qのパラメータは算定され得る。そこで、準静電界変化ΔEが四箇所以上の観測点で観測される場合には、観測データが用いられて雷電荷の位置座標(xc,yc,zc)が算定され、当該算定結果に基づいて落雷点から20 km 以遠(若しくは25 km 以遠)の観測点(即ち、選択観測点)が抽出され、当該選択観測点で観測された準静電界変化ΔEが用いられて数式2によって電荷量Qがあらためて算出されるようにしても良い。なお、この場合、雷電荷の高度zcとしては、観測データが用いられて算定されたzcの値が用いられるようにしても良く、或いは、上述の実施形態と同様に雷電荷が存在するとされる特定の温度の高度が用いられるようにしても良い。 Equation 2 used for estimating the amount of charge in the process of S5 in the above embodiment is the horizontal distance dx and Y in the X direction between the lightning charge (position coordinates are unknown) and the observation point (position coordinates are known). Since the horizontal distance dy in the direction, the altitude zc of the lightning charge, and the charge amount Q are functions of four parameters, if the quasi-electrostatic field change ΔE is observed at four or more observation points, the position coordinates (xc , Yc, zc) and the parameters of the charge Q can be calculated. Therefore, when the quasi-electrostatic field change ΔE is observed at four or more observation points, the position coordinates (xc, yc, zc) of the lightning charge are calculated using the observation data, and based on the calculation result. An observation point (or a selected observation point) 20 km or more (or 25 km or more) from the lightning strike point is extracted, and the quasi-electrostatic field change ΔE observed at the selected observation point is used to calculate the charge amount Q according to Expression 2. It may be calculated again. In this case, as the altitude zc of the lightning charge, the value of zc calculated using the observation data may be used, or it is assumed that the lightning charge exists as in the above-described embodiment. An altitude at a specific temperature may be used.

本発明の電荷量の推定方法の妥当性を検証するための、電荷量の推定値の誤差の評価例を図6乃至図8を用いて説明する。   An example of evaluating the error of the estimated value of the charge amount for verifying the validity of the method of estimating the charge amount according to the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施例では、具体的には、雷電荷の位置の特定の誤差が無いという前提であれば電荷量が100 C であると推定される準静電界変化が観測されたときに(即ち、準静電界変化量は一定とされた上で)、しかしながら雷電荷の位置の特定の誤差のために実際には何 C の電荷量の落雷がその準静電界変化を発生させたのかが評価された。 In this embodiment, specifically, when the quasi-electrostatic field changes the amount of charge if the assumption that there is no specific position error of the lightning charges are estimated to be 100 C was observed (i.e., quasi The static electric field change was assumed to be constant), however, due to the specific error of the position of the lightning charge, it was evaluated how much C lightning strike actually caused the quasi-static electric field change. .

雷電荷の位置のずれは水平方向と垂直方向との両方が加わることになるので、それぞれのずれが乱数で与えられた上でモンテカルロシミュレーションによって評価が行われた。   Since the displacement of the position of the lightning charge is added in both the horizontal direction and the vertical direction, each displacement is given by a random number and evaluated by Monte Carlo simulation.

水平方向のずれは、上述の実施形態におけるS2の処理の内容(手順)と対比させると、落雷位置標定システム(LLS)によって得られた観測データに基づいて標定(特定)された落雷点の水平位置と雷電荷の水平位置との間のずれのことである。   When the horizontal deviation is compared with the content (procedure) of the processing of S2 in the above-described embodiment, the horizontal displacement of the lightning point located (specified) based on the observation data obtained by the lightning location system (LLS) is described. The difference between the position and the horizontal position of the lightning charge.

垂直方向のずれは、上述の実施形態におけるS3の処理の内容(手順)と対比させると、雷電荷が存在するとされる特定の温度の高度(具体的には、上空の−10 ℃ の高度)と雷電荷の高度との間のずれのことである。   When the vertical displacement is compared with the content (procedure) of the processing of S3 in the above-described embodiment, the altitude at a specific temperature at which lightning charges are assumed to exist (specifically, the altitude at −10 ° C. in the sky). And the altitude of the lightning charge.

ずれの幅は、水平方向のずれは±6 km の範囲で一様分布とされ、垂直方向のずれは±1 km の範囲で一様分布とされた。また、水平方向の誤差はずれの方位も一つのパラメータとなるので、図6に示すような方位θのパラメータが考慮され、ずれの方位θは0〜2π rad の範囲で一様分布とされた。   As for the width of the shift, the shift in the horizontal direction was uniformly distributed in a range of ± 6 km, and the shift in the vertical direction was uniformly distributed in a range of ± 1 km. Further, since the azimuth of the deviation in the horizontal direction is also one parameter, the parameter of the azimuth θ as shown in FIG. 6 is considered, and the azimuth of the deviation is uniformly distributed in the range of 0 to 2π rad.

そして、水平方向のずれ,垂直方向のずれ,及び水平方向のずれの方位θを無相関に乱数で1万回発生させた結果によって雷電荷の位置(xc,yc,zc)のずれを設定して電荷量を計算するというモンテカルロシミュレーションが行われた。なお、雷電荷の位置(xc,yc,zc)は、仮想の観測点の位置を原点(0,0,0)としたときの位置座標である。   Then, the displacement (xc, yc, zc) of the position of the lightning charge is set based on the result of generating the azimuth θ of the horizontal displacement, the vertical displacement, and the horizontal displacement 10,000 times with random numbers without correlation. A Monte Carlo simulation of calculating the amount of charge was performed. The position (xc, yc, zc) of the lightning charge is a position coordinate when the position of the virtual observation point is set to the origin (0, 0, 0).

電荷量の計算は、数式1を電荷量Qについて解いた式である数式3が用いられた。   For calculation of the charge amount, Expression 3 which is a formula obtained by solving Expression 1 for the charge amount Q was used.

Figure 0006628641
Figure 0006628641

シミュレーションでは、準静電界変化ΔEは上述の通り一定とされるので、雷電荷の位置(xc,yc,zc)にずれが与えられて変化させられた。 In the simulation, since the quasi-electrostatic field change ΔE was constant as described above, the position (xc, yc, zc) of the lightning charge was shifted and changed.

準静電界変化ΔEは、垂直・水平方向の位置のずれが無い(即ち、雷電荷の水平位置が落雷点の真上であり且つ雷電荷の高度が−10 ℃ の高度と同じであるとき)という前提であれば、電荷量が100 C である雷電荷が存在する準静電界強度としたときの計算結果である。 The quasi-electrostatic field change ΔE has no vertical / horizontal position shift (that is, when the horizontal position of the lightning charge is directly above the lightning strike point and the height of the lightning charge is the same as the altitude of -10 ° C). Is a calculation result when the quasi-electrostatic field strength is such that a lightning charge having a charge amount of 100 C exists.

雷電荷が存在すると想定された各高度でシミュレーションが行われ、推定された電荷量の平均値について図7A乃至図7Dに示す結果が得られ、また、推定された電荷量の標準偏差について図8A乃至図8Dに示す結果が得られた。   A simulation is performed at each altitude where lightning charge is assumed to exist, and the results shown in FIGS. 7A to 7D are obtained for the average value of the estimated charge amount, and FIG. 8A shows the standard deviation of the estimated charge amount. 8D were obtained.

図7A乃至図7D並びに図8A乃至図8Dから、電荷の高度が2 km であるときが雷電荷の位置のずれによる影響が顕著であり、観測点と落雷点との間の水平距離が20 km 未満では、平均値に関して20 C(即ち、誤差が無ければ100 C であるので20%)程度かそれ以上の誤差があり、標準偏差に関して50 C(即ち、誤差が無ければ100 C であるので50%)以上になることが確認された。   7A to 7D and FIGS. 8A to 8D, when the height of the electric charge is 2 km, the influence of the displacement of the lightning charge is remarkable, and the horizontal distance between the observation point and the lightning strike point is 20 km. Below, there is an error of about 20 C (that is, 20% because there is no error, 100 C) with respect to the average value, and 50 C (that is, 100 C, where there is no error) with respect to the standard deviation. %) Or more.

図7A乃至図7D並びに図8A乃至図8Dに示す結果から、観測点と落雷点との間の水平距離が20 km 未満では推定電荷量の誤差が大きいので、20 km 以上離れているデータのみを用いることによって電荷量が精度良く推定され得ることが確認され、さらに、25 km 以上離れているデータのみを用いることによって電荷量が一層精度良く推定され得ることが確認された。   From the results shown in FIGS. 7A to 7D and FIGS. 8A to 8D, when the horizontal distance between the observation point and the lightning point is less than 20 km, the error in the estimated charge amount is large. It was confirmed that the charge amount can be estimated with high accuracy by using the data, and that the charge amount can be estimated with higher accuracy by using only the data separated by 25 km or more.

本発明の電荷量の推定方法、推定装置、及び推定プログラムは、落雷に伴う電荷量を精度良く推定することができるので、あくまで一例として挙げると、落雷への対策が非常に重要である送電・配電などの分野で利用価値が高い。   The method for estimating the amount of charge, the estimation device, and the estimation program according to the present invention can accurately estimate the amount of charge associated with a lightning strike. It has high utility value in fields such as power distribution.

S1 準静電界の観測
S2 雷電荷の水平位置の設定
S3 雷電荷の高度の設定
S4 準静電界の観測データの選択
S5 電荷量の推定
10 電荷量の推定装置
17 電荷量の推定プログラム
S1 Observation of quasi-electrostatic field S2 Setting of horizontal position of lightning charge S3 Setting of altitude of lightning charge S4 Selection of observation data of quasi-static electric field S5 Estimation of charge amount 10 Estimation device of charge amount 17 Estimation program of charge amount

Claims (6)

準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、前記観測点で観測された前記準静電界の変化とが用いられて、前記雷電荷の電荷量が推定される際に、前記観測点と前記雷電荷との間の前記水平X方向の距離及び前記水平Y方向の距離として前記観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離が用いられると共に、前記準静電界の変化が観測された前記観測点のうち前記落雷点から20 km 以遠の前記観測点で観測された前記準静電界の変化のみが用いられることを特徴とする電荷量の推定方法。 The distance in the horizontal X direction, the distance in the horizontal Y direction, the distance in the vertical Z direction between the observation point of the quasi-static field and the lightning charge, and the change in the quasi-electrostatic field observed at the observation point are used. When the charge amount of the lightning charge is estimated, a horizontal distance between the observation point and the lightning point is defined as a distance in the horizontal X direction and a distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning charge. with the distance in the X direction of the distance and horizontal Y direction is used, the quasi electrostatic field changes observed the from the lightning strike point of the observation point 20 miles beyond the observed at the observation point was of the quasi-electrostatic field of A method for estimating a charge amount, wherein only a change is used. 前記観測点と前記雷電荷との間の前記鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度が用いられることを特徴とする請求項1記載の電荷量の推定方法。   2. The method according to claim 1, wherein an altitude at a predetermined temperature in the sky is used as the distance between the observation point and the lightning charge in the vertical Z direction. 準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、前記観測点で観測された前記準静電界の変化とを用いて、前記雷電荷の電荷量を推定する電荷量推定部を有し、当該電荷量推定部が、前記観測点と前記雷電荷との間の前記水平X方向の距離及び前記水平Y方向の距離として前記観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離を用いると共に、前記準静電界の変化が観測された前記観測点のうち前記落雷点から20 km 以遠の前記観測点で観測された前記準静電界の変化のみを用いることを特徴とする電荷量の推定装置。 Using the distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction and the distance in the vertical Z direction between the observation point of the quasi-static field and the lightning charge, and the change in the quasi-electrostatic field observed at the observation point, A charge amount estimating unit for estimating a charge amount of the lightning charge, wherein the charge amount estimating unit calculates the distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning charge. The distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning strike point is used, and the observation point at least 20 km away from the lightning strike point among the observation points where the change of the quasi-static field is observed. A charge amount estimating apparatus using only the change in the quasi-electrostatic field observed in (1). 前記電荷量推定部が、前記観測点と前記雷電荷との間の前記鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度を用いることを特徴とする請求項3記載の電荷量の推定装置。   The charge amount estimating unit according to claim 3, wherein the charge amount estimating unit uses an altitude at a predetermined temperature in the sky as the distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charge. Estimation device. 準静電界の観測点と雷電荷との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離並びに鉛直Z方向の距離と、前記観測点で観測された前記準静電界の変化とを用いて、前記雷電荷の電荷量を推定する処理をコンピュータに行わせ、当該電荷量を推定する処理において、前記観測点と前記雷電荷との間の前記水平X方向の距離及び前記水平Y方向の距離として前記観測点と落雷点との間の水平X方向の距離及び水平Y方向の距離が用いられると共に、前記準静電界の変化が観測された前記観測点のうち前記落雷点から20 km 以遠の前記観測点で観測された前記準静電界の変化のみが用いられることを特徴とする電荷量の推定プログラム。 Using the distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction and the distance in the vertical Z direction between the observation point of the quasi-static field and the lightning charge, and the change in the quasi-electrostatic field observed at the observation point, The computer performs a process of estimating the charge amount of the lightning charge, and in the process of estimating the charge amount, the distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning charge. The distance in the horizontal X direction and the distance in the horizontal Y direction between the observation point and the lightning strike point are used, and among the observation points where the change of the quasi-static field is observed, the distance of 20 km or more from the lightning strike point A charge amount estimating program, wherein only a change in the quasi-electrostatic field observed at an observation point is used. 前記電荷量を推定する処理において、前記観測点と前記雷電荷との間の前記鉛直Z方向の距離として上空において所定の温度になっている高度が用いられることを特徴とする請求項5記載の電荷量の推定プログラム。   The altitude at which a predetermined temperature is obtained in the sky is used as the distance in the vertical Z direction between the observation point and the lightning charge in the processing of estimating the charge amount. Charge estimation program.
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