JPH04116424A - 積雪深度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気象観測分野における積雪深度測定装置に関し
、特に、山中等の商用電源のない場所に設置されるよう
な無人計測用として好適な積雪深度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、気象観測機器の自動化が進んでいるが、積雪深度
測定についてもまた、雪尺を目視で読み取る方法から、
自動的に測定する手段に変わって来ている。

その典型的な例としては、支柱から水平方向へ枢動自在
に突出させたピアノ線が積雪により下げられると、支柱
内に配置されたマイクロスインチが作動して積雪深度を
検出する機械的手段や、支柱の頂部に超音波距離計また
は光波距離計を取付け、支柱の高さから積雪面までの距
離を減算して積雪深度を間接的に測定する手段や、２定
点からレーザービームを照射し、三角測量法により積雪
深度を求める手段や、複数本の光ファイバーの端を支柱
に一定間隔で配置し、該端末か積雪により覆われている
か否かを他端に結合されたフォトトランジスタ等により
検知する手段等がある。

しかしながら、機械的手段による場合、特に、ピアノ線
への着雪による誤動作を解決することは不可能に近いも
のであり、測定精度に問題があるものであった。また、
超音波または光波距離計やレーザービームを用いる手段
は、大電力を必要とし、設置時の据付は精度による誤差
が大きく、しかも高価で大型であるため、気象条件が厳
しく、かつ商用電源のない無人の山中等に設置すること
には問題かあった。

また、光ファイバーを用いる手段は、精度の高い測定が
行われる反面、特に、融雪孔による誤差が大きく、気象
条件が厳しい無人の山中等に設置することには解決すべ
き問題か残されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が解決しようとする課題は、気象条件が厳しい無
人の山中等に設置するのに適した小型で設置時における
据付は精度をあまり必要とせず、省電力により長期の観
測か可能となり、しかも測定精度の優れた積雪深度測定
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による積雪深度測定装置は、野外に設置される能
動型光電素子からなる複数の感応チップを列状に配列さ
れた光電測長手段と、照射された光により発生した光電
測長手段の各感応チップからの電気の大きさをそれぞれ
検出する検出回路手段と、検出回路手段で検出した各電
気の大きさを演算比較して雪表面位置を判定する判別回
路手段とから構成される。

〔作　　用〕

屋外に設置された光電測長手段は、その回りに雪が積も
ると、雪で覆われた各感応チップで発生する電気の大き
さと、雪面より上に露出した各感応チップで発生する電
気の大きさとの間に差が生しる。

次いで、検出回路手段により各感応チップからの電気発
生量を検出し、判別回路手段によりこの電気発生量の変
化が発生する感応チップの位置を判定することにより、
雪表面位置を決定し、積雪深度を測定する。

〔実　施　例〕

本発明の実施例による積雪深度測定装置は、第１図に示
すように、野外に設置されて積雪状態を感知するための
光電測長手段１と、光電測長手段１からの信号を検出す
るように接続された検出回路手段２と、検出回路手段２
で検出した信号に基ついた積雪深度を判定するための判
別回路手段３とから構成される。

光電測長手段１は、第２図（Ａ）に示すように、太陽電
池や光電池等のような能動型光電素子により作成された
感応チップ４を支持基板５上に列状に配設した光電ユニ
ット６と、光電ユニソｌ−６を内在して地面Ｇ上に立柱
するだめの透明な円柱状ポール７とから構成される。

光電ユニット６は、ポール７の地上部分のほぼ全長の長
さとなるように形成してもよいが、好ましくは、所定の
長さに作成し、複数本を相互に繋ぎ合わせて測定場所に
応した長さとなるよう形成される。

各感応チップ４は照射された光量に対応した電気を発生
する。この電気の大きさは、第２図（Ｂ）に示すように
、感応チップ４が雪面Ｓ上に位置するときに大きく、雪
面Ｓ下に位置するときに小さく、そして雪面付近に位置
するときはそれらの中間となる。

ところで、能動型光電素子の一般特性として、発生され
る電気の電圧値は光量の直線的増加に対して急峻に最大
（または飽和）電圧値となる傾向を有している。そのた
め、光を受けているか否かのみを判別するようなデジタ
ル的な処理を行う場合には電圧値を用いることは好適で
ある。しかしながら、特に、ポールの回りに春先に現れ
る現象である「融雪穴（Ｈ）」か生した場合、融雪穴Ｈ
の底に位置する感応チップまでも最大電圧値を示すため
、融雪穴Ｈの底が雪面であると判定するのを回避できな
い。

そのため、本発明では、光量の直線的変化に対し同様に
直線的に変化する電流値を、後述するようにして処理す
ることにより融雪穴の問題を解決している。

検出回路手段２は、光量に応じて各感応チップ４で発生
された電流を処理し易い電圧値に変換するための電圧変
換用抵抗により構成された電流電圧変換回路８と、各電
圧値をタイミング信号９により順次に出力する切換え回
路１０と、切換え回路１０から出力された電圧値を所定
の処理レベルに増幅して判別回路手段３へ出力するため
の増幅回路１１とから構成される。

判別回路手段３は、検出回路手段２の増幅回路１１から
の電圧値を順次にポイント測定値として演算する演算回
路１２と、演算回路１２で演算されたポイント測定値を
比較判別して積雪深度を判定する比較判定回路１３とか
ら構成される。演算回路１２は、複数（典型的には、３
つ）の相互に隣接した位置にある感応チップで発生した
電圧値の平均値（または合計値）を、１つのポイント測
定値■として演算する。これにより、実測データ（第３
図（Ａ）参照）が平均化される（第３図（Ｂ）参照）と
共に、個々の感応チップの感度のバラツキを平均化する
。

このとき、例えば、３つの感応チップの平均値をコ一つ
のポイント測定値とする場合、それらのうちの中間の感
応チップが位置する実際の高さがそのポイント測定値に
対応する高さとなる。

比較判定回路１３は、低レベルのグループのポイント測
定値ＶＬに対する高レベルのグループのポイント測定値
Ｖｌ＋の比ＶＨ／ＶＬが所定値以上であるか否かを判別
し、所定値以下である場合、それ以降の処理を停止する
。これは、概して光量不足による測定誤差が大きくなる
ため、誤った値を測定してしまうのを避けると共に、電
力消費を少なくするために取られる手段である。

比Ｖ＋／Ｖｔが所定値以上である場合、比較判定回路１
３は、各ポイント測定値間の変化率Ｒを演算する。ここ
において、ポールの周辺に融雪穴がある場合、変化率Ｒ
が変化し始める開始点Ｒｓは融雪穴の底に相応し、変化
を終了する終了点Ｒｅが測定すべき雪面に相応する。一
方、ポール基部に吹き溜まりや着雪が生じた場合、開始
点Ｒ３か雪面に相応し、終了点Ｒｅは吹き溜まりまたは
着雪の頂部に相応することになる。

そのため、本発明では、最大の変化率ＲｍＡＸとなるポ
イント測定値に対応する高さＨを積雪深度と判定してい
る（第３図（Ｃ）参照）。

この測定結果は、メモリに記憶させるか、有線または無
線によりベース局にデータをリンクするように処理され
る。

〔発明の効果〕

本発明による積雪深度測定装置を用いて実験したフィー
ルド試験測定結果を第４図に示す。本積雪深度測定装置
の光電測長手段と雪尺とは約１ｍ離れた位置に設置した
。

この結果から、雪尺の読み取り値に対する本積雪深度測
定装置の測定値の差は、プラス側で最大４、５　ｃｍ、
マイナス側で最大２．０　ｃｍであり、平均して約０．
６３ｃｍの差であった。このような差は従来の無人気象
観測用の積雪深度測定器においては±１０〜２０ｃｍ以
上の誤差をその測定結果に含むことを至当としていたこ
とを勘案すると極めて精度の高いものであるといえるも
のである。

また、実際に積雪深度を感知するための光電測長手段に
電力を必要とせず、かつ、測定誤差が明らかに大きくな
る場合には演算処理を停止するように構成されているた
め、その消費電力量は極めて小さく、先の実験において
内蔵リチウム電池を使用して約７ケ月間連続して稼働さ
せることができた。

また、本発明の装置は小型かつ安価であり、しかも、ポ
ールを垂直に設置する以外に注意して設置すべき事項は
なく、また、商用電源を必要としないことにより、山中
等の商用電源のない無人の場所に簡便に設置できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による積雪深度測定装置の構成
を示す模式図。第２図（Ａ）は第１図に示す装置に使用
する光電測長手段の概略を示す図。 第２図（Ｂ）は第２図（Ａ、）に示す光電測長手段の出
力関係を示す図。第３図は測定データの処理方法を説明
するだめの図で、第３図（Ａ）は実測データの例を、第
３図（Ｂ）はその平均化した検出データを、第３図（Ｃ
）はその変化率をそれぞれ示す図。 第４図は本発明による積雪深度測定装置を用いて実験し
たフィールド試験測定結果を示す図。 １０　・・・切換え回路 １−２　　・・・演算回路 ］３　・・・比較判定回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）野外に設置される能動型光電素子からなる複数の
   感応チップを列状に配列された光電測長手段と、照射さ
   れた光により発生した光電測長手段の各感応チップから
   の電気の大きさをそれぞれ検出する検出回路手段と、検
   出回路手段で検出した各電気の大きさを演算比較して雪
   表面位置を判定する判別回路手段とから構成されること
   を特徴とする積雪深度測定装置。
2. （２）前記検出回路手段は相互に隣接した少なくとも２
   つの感応チップで発生された電気の大きさをそれぞれ検
   出することを特徴とする請求項１記載の積雪深度測定装
   置。
3. （３）前記能動型光電素子は太陽電池セルから構成され
   、前記検出されかつ演算比較される電気の大きさは本質
   的に電流値により行われることを特徴とする請求項１記
   載の積雪深度測定装置。
4. （４）前記判別回路手段は、低電流値に対する高電流値
   の比が所定の値以上であるときのみ、低電流値からの立
   上り位置と高電流値への立下り位置との間の中間位置に
   対応する位置を雪表面位置と判定することを特徴とする
   請求項３記載の積雪深度測定装置。