JP6729884B6 - 風向風速計測方法及び風向風速計測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】飛行機能を制御する制御手段と、位置情報を取得する位置情報取得手段と、を備える無人航空機を用いて風向及び/又は風速を計測する風向風速計測方法であって、前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段により前記無人航空機の姿勢及び高度を一定に保ったまま前記無人航空機を計測開始地点から計測終了地点まで自然風力によって水平移動させ、当該移動中に前記位置情報取得手段により取得した無人航空機の位置情報について解析を行うことにより、風向及び/又は風速を計測する風向風速計測方法及びシステム。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2では、センサを設置したドローンを上空から自由落下させ、落下中にセンサから検出されたデータを解析することで風向や風速を推定する技術が開示されている。
〔1〕 飛行機能を制御する制御手段と、位置情報を取得する位置情報取得手段と、を備える無人航空機を用いて風向及び/又は風速を計測する風向風速計測方法であって、
前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段により前記無人航空機の姿勢及び高度を一定に保ったまま前記無人航空機を計測開始地点から計測終了地点まで自然風力によって水平移動させ、当該移動中に前記位置情報取得手段により取得した無人航空機の位置情報について解析を行うことにより、風向及び/又は風速を計測する風向風速計測方法。
前記位置情報取得手段により取得した前記無人航空機の位置情報に基づいて風向及び/又は風速を算出する解析手段と、
を備える風向風速計測システムであって、
前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段により前記無人航空機の姿勢及び高度を一定に保ったまま前記無人航空機を計測開始地点から計測終了地点まで自然風力によって水平移動させ、当該移動中に前記位置情報取得手段により取得した無人航空機の位置情報に基づいて前記解析手段により解析を行うことにより、風向及び/又は風速を算出する風向風速計測システム。
機体質量をm、重力加速度をgとすると、機体が高度を維持している間、下降流によって発生する推力はmgと表すことができる。水平からの機体の傾き角をθとすると、水平方向にmg・sinθの推力が発生し、環境風より受ける水平方向の力に対して外乱となることから、微弱な風を検出するためには機体の傾きは小さいほど好ましい。
一定方向・一定速度で風が吹いていると仮定した場合、無人航空機は風力を受けて除々に加速され、理論上は風速と同じ速度になった時点で一定速度に到達する。加速の度合い(風に流される度合い)は、現在の速度と風速の差に依存するので、その過渡的変化を表す曲線又は数理モデルを理論的あるいは実験的に求めておき、無人航空機の測位により得られる実際の加速度と比較することにより風速を算出することができる。移動開始直後の機体は通常風力を受けて加速されており、この方法によれば機体の移動速度が一定になるまで待つことなく、短時間で風速及び風向の推定を行うことができる。なお、加速度はベクトル量であるので、当然のことながら機体が風力を受けて移動する際の加速度の方向から風向の推定を行うことが可能である。
計測開始地点の位置情報(緯度経度)と、計測終了地点の位置情報とから直線距離を算出し、この直線距離を移動するに要した時間で除算することにより平均的な速度、つまり風速を算出する(図2(a)参照)。また、風向についても二点の位置情報に基づいて方位角を算出することで、計測開始地点から計測終了地点へ風が吹いていた方向を求めることができる。
GNSSを利用して測位を行う測位センサは、人工衛星が送信する時刻を含む電波データを受信するので、記録手段には位置情報を取得した時刻と、位置情報として緯度および経度が記録されている。表1の例では、20個のデータが10秒刻みで記録されており、計測開始地点は「北緯39.495334:、東経:140.132198」、190秒後の計測終了地点は「北緯:39.492723、東経:140.144510」となっている。この場合、移動距離は2134.338メートル、計測開始地点から計測終了地点への方位角は112.093290と算出できるため、風速毎秒約11.23mの西北西方向からの風が吹いていたことが算出できる。なお、表1では説明の簡略化のため、データID002以下の一部のデータ記載を省略しているが、各地点の時刻と位置情報を上記同様に算出することで、各地点間での風速と風向を求めることができる。
10 制御手段
20 位置情報取得手段
21、24 位置情報記録手段
22 位置情報送信手段
23 位置情報受信手段
30 解析手段
Claims (14)
- 飛行機能を制御する制御手段と、位置情報を取得する位置情報取得手段と、を備える無人航空機を用いて風向及び/又は風速を計測する風向風速計測方法であって、
前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段により前記無人航空機の姿勢及び高度を一定に保ったまま前記無人航空機を計測開始地点から計測終了地点まで自然風力によって水平移動させ、前記位置情報取得手段により取得した無人航空機の少なくとも三点以上の位置情報と時刻情報とについて解析を行うことにより、風向及び/又は風速を計測する風向風速計測方法。 - 前記無人航空機の移動速度が一定に達した後に各地点間の方位角及び/又は距離から風向及び/又は風速を算出する、請求項1に記載の風向風速計測方法。
- 前記無人航空機が移動開始直後に風力を受けて加速されている間は数理モデルから風向及び/又は風速を算出する、請求項1又は2に記載の風向風速計測方法。
- 前記無人航空機が、前記位置情報取得手段により取得した位置情報を時刻情報とともに記録する位置情報記録手段を備える、請求項1〜3のいずれかに記載の風向風速計測方法。
- 前記無人航空機を複数同時に飛行させ、前記無人航空機毎に風向及び又は風速を計測する、請求項1〜4のいずれかに記載の風向風速計測方法。
- 前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段による制御情報又は前記位置情報取得手段により取得した位置情報から少なくとも風向を推定し、計測開始地点の風上に前記無人航空機を移動させた後、前記無人航空機を自然風力によって水平移動させ、風上から計測開始地点を通過させた後計測終了地点まで移動させる、請求項1〜5のいずれかに記載の風向風速計測方法。
- 高度を変更し、又は他の計測開始地点から繰り返し自然風力によって前記無人航空機を水平移動させ、風向及び/又は風速を計測する請求項1〜6のいずれかに記載の風向風速計測方法。
- 飛行機能を制御する制御手段と、前記無人航空機の位置情報を取得する位置情報取得手段と、を備える無人航空機と、
前記位置情報取得手段により取得した前記無人航空機の位置情報に基づいて風向及び/又は風速を算出する解析手段と、
を備える風向風速計測システムであって、
前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段により前記無人航空機の姿勢及び高度を一定に保ったまま前記無人航空機を計測開始地点から計測終了地点まで自然風力によって水平移動させ、前記位置情報取得手段により取得した無人航空機の少なくとも三点以上の位置情報と時刻情報とに基づいて前記解析手段により解析を行うことにより、風向及び/又は風速を算出する風向風速計測システム。 - 前記無人航空機の移動速度が一定に達した後に各地点間の方位角及び/又は距離から風向及び/又は風速を算出する、請求項8に記載の風向風速計測システム。
- 前記無人航空機が移動開始直後に風力を受けて加速されている間は数理モデルから風向及び/又は風速を算出する、請求項8又は9に記載の風向風速計測システム。
- 前記無人航空機が、前記位置情報取得手段により取得した位置情報を時刻情報とともに記録する位置情報記録手段を備える、請求項8〜10のいずれかに記載の風向風速システム。
- 前記無人航空機を複数同時に飛行させ、前記無人航空機毎に風向及び又は風速を計測する、請求項8〜11のいずれかに記載の風向風速計測システム。
- 前記無人航空機を所望の高度に上昇させた後、前記制御手段による制御情報又は前記位置情報取得手段により取得した位置情報から少なくとも風向を推定し、計測開始地点の風上に前記無人航空機を移動させた後、前記無人航空機を自然風力によって水平移動させ、風上から計測開始地点を通過させた後計測終了地点まで移動させる、請求項8〜12のいずれかに記載の風向風速計測システム。
- 高度を変更し、又は他の計測開始地点から前記無人航空機を自然風力によって繰り返し水平移動させ、風向及び/又は風速を計測する請求項8〜13のいずれかに記載の風向風速計測システム。
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