JPH1019771A

JPH1019771A - 雪の含水率測定方法

Info

Publication number: JPH1019771A
Application number: JP17509396A
Authority: JP
Inventors: Shiyuuji Tatsuzaki; 修二立崎; Atsushi Fukushi; 厚福士; Misao Kamidokoro; 操上所; Yusuke Nakano; 裕介中野
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触で雪の採取を必要とせず、しかも自動
化の容易な雪の含水率測定方法を提供する。【解決手段】互いに波長の異なる複数種類の赤外光を
積雪に照射して各々の反射光強度を検出し、これらの反
射光強度の比ｒを求め、予め求めた反射光強度の比ｒと
雪の含水率Ｗとの相関関係（図１）を参照して雪の含水
率を導き出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、雪の含水率を測定
する方法に係り、特に、非接触で雪の採取を必要とせ
ず、しかも自動化の容易な雪の含水率測定方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の雪の含水率測定方法を説明する。

【０００３】熱量式含水率測定方法採取した雪を湯に溶かし、湯の温度変化を測定すること
により、雪中の氷と水との割合、即ち含水率を求める。
この場合、測定項目としては、湯の温度変化の測定他
に、湯の質量の測定、雪の質量の測定が必要となる。

【０００４】図４に、この方法の代表的例である秋田谷
式含水率計を示す。断熱箱４１内のポリエチレンチュー
ブ４２に入れた湯４３と雪試料４４とを、仕切板４５を
取り外して攪拌し、雪試料４４を溶かして湯４３の温度
変化を温度センサ４６で測定し、含水率を求める。

【０００５】遠心分離式含水率測定方法雪を分離網付きの沈殿管に採取し、遠心分離器にかけて
雪中の水を機械的に分離して、その量を測定することに
より、含水率を求める。

【０００６】図５に手廻遠心器を示す。雪を沈殿管５１
に採取し、遠心分離器５２にかけて雪中の水分５３と氷
分５４とを分離し、それぞれの量を測定し、含水率を求
める。

【０００７】染み法降雪片を濾紙上に採取し、雪片中の水分のみを濾紙に染
みさせ、染み面積を測定し、含水量を求める。その後、
雪片全体を融解させて濾紙に染みさせ、その染み面積か
ら雪片の全質量を算定し、含水率を求める。

【０００８】図６に、染み法による降雪粒子含水率測定
装置を示す。採取口６１から取り入れられた降雪粒子６
２はベルトコンベア状の濾紙６３上に載せられ、撮影装
置６４上に運ばれる。まず、融解前の染み状態を撮影
し、画像処理解析装置６５にて個々の染み面積を測定
し、各雪片の含水量を推定する。次に、加熱器６６によ
り雪片全体を融解させ、融解後の染み面積を同様に測定
し、雪片の全質量を推定し、含水率を求める。積雪する
まで待たずに、降雪時にそのまま測定できる利点があ
る。

【０００９】マイクロ波（誘電率）式測定方法２本の電極を積雪中に差し込み、マイクロ波（高周波）
を発振させて、共鳴周波数及びインピーダンスの実部と
虚部との比（Ｑファクタ）を測定することにより、雪の
複素誘電率を求める。複素誘電率から数学的モデルを使
用して雪の含水率、密度を求める。雪を採取する必要が
ない。

【００１０】図７に、マイクロ波式測定装置を示す。積
雪７１にセンサ７２を差し込み、マイクロ波を発振させ
て雪の誘電率を測定し、測定演算部７３にて含水率及び
密度を演算する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の問題を列記
する。

【００１２】熱量式含水率測定方法１．測定量が多い（融解前後の湯温度、湯質量、雪質
量）２．雪の採取が必要３．湯の供給が必要４．雪及び湯をチューブに入れるなどの段取が繁雑５．攪拌後の湯温の安定の確認が難しい６．上記段取や湯温の安定のため、測定に時間がかかる遠心分離式含水率測定方法１．雪の採取が必要２．沈殿管中の氷と水の分離板を通して雪粒子が水側に
漏れ、測定誤差が大きくなる。

【００１３】３．雪中から抜け切らない水分もあり、測
定誤差が大きくなる染み法１．雪片の取り込みが必要２．雪片の撮影部への運搬、使用後の濾紙の巻取、濾紙
の新しい面の送り出しなど、測定の工程が繁雑で、装置
が複雑な機構を必要とし、大掛かりとなるマイクロ波（誘電率）式測定方法１．雪の採取は不要だが、非接触では測定できない２．含水率測定範囲が０〜１０％と狭く、高含水率の測
定に適さないそこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、非接触で
雪の採取を必要とせず、しかも自動化の容易な雪の含水
率測定方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、互いに波長の異なる複数種類の赤外光を積
雪に照射して各々の反射光強度を検出し、これらの反射
光強度の比を求め、予め求めた反射光強度の比と雪の含
水率との相関関係を参照して雪の含水率を導き出すもの
である。

【００１５】上記複数種類の赤外光として、水の吸収波
長の単波長光、氷の吸収波長の単波長光、及び赤外の広
い範囲に亘る波長を含む多波長光を用いてもよい。

【００１６】上記複数種類の赤外光として、水及び氷の
共通の吸収波長の単波長光及び水又は氷いずれかの吸収
波長の単波長光を用いてもよい。

【００１７】上記相関関係として反射光強度の比と雪の
含水率との相関回帰式を直線近似により求めておき、こ
の相関回帰式に上記検出した反射光強度の比を代入して
雪の含水率を求めてもよい。

【００１８】上記相関回帰式を反射光強度の比の所定範
囲毎に求めておき、上記検出した反射光強度の比に応じ
て相関回帰式を切り替えてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて詳述する。

【００２０】本発明の第１の実施形態では、互いに波長
の異なる３種類の赤外光を使用する。これらの赤外光を
交互に積雪の表面に照射して各々の反射光強度を検出す
る。これらの反射光強度のうち、適当な２種類の反射光
強度の比を求め、この比により雪の含水率を判定する。
赤外光として、水の吸収波長である１４４０ｎｍの単波
長光、氷の吸収波長である１５００ｎｍの単波長光、及
び近赤外波長帯１２００〜２８００ｎｍの範囲で全ての
波長を含む多波長光、の３種類の赤外光を用いる。ま
た、反射光強度の比は、１４４０ｎｍの単波長光と多波
長光との比、及び１４４０ｎｍの単波長光と１５００ｎ
ｍの単波長光との比、の２種類の比を用いる。以下、こ
れらの比を反射光強度比ｒ（１４４０／多波長光）及び
反射光強度比ｒ（１４４０／１５００）と表記する。

【００２１】異なる波長の反射光強度の比と雪の含水率
との間には相関関係がある。そこで、この相関関係を予
め求めておき、雪の含水率の判定に利用する。即ち、検
出による反射光強度比ｒ（１４４０／多波長光）及び反
射光強度比ｒ（１４４０／１５００）について、それぞ
れの反射光強度比と含水率との相関関係を参照して雪の
含水率を導き出す。

【００２２】相関関係は、新雪に水を混ぜた雪に対して
赤外光を照射する測定実験を行い、その結果から求める
ことができる。図１は、このようにして求めた反射光強
度比ｒ（１４４０／多波長光）と含水率との相関関係を
示している。また、図２は、反射光強度比ｒ（１４４０
／１５００）と含水率との相関関係を示している。

【００２３】図１には、反射光強度比ｒ（１４４０／多
波長光）の自然対数値ｌｎｒ（１４４０／多波長光）が
横軸に、含水率の％値が縦軸に示されており、測定実験
結果が含水率の範囲別に、丸、三角、四角に分類して記
入されている。各記号の測定実験結果について、反射光
強度比と含水率との相関関係が、直線近似による相関回
帰式を持つ回帰直線１，２，３で示されている。図示の
ように、相関回帰式は反射光強度比ｒ（１４４０／多波
長光）の範囲又は含水率の範囲によって異なる相関回帰
式となっている。従って、検出した反射光強度比に応じ
て相関回帰式を切り替えて使用することになるが、同じ
反射光強度比の範囲に相関回帰式が２つ存在し、どちら
を選ぶかは反射光強度比ｒ（１４４０／多波長光）のみ
からは決められない。

【００２４】一方、図２を見ると、反射光強度比ｒ（１
４４０／１５００）が縦軸に、含水率の％値が横軸に示
されており、測定実験結果が全て丸で記入されている。
ここでは反射光強度比と含水率との関係は明確な回帰直
線で示されないが、反射光強度比ｒ（１４４０／１５０
０）の特定の範囲と含水率の特定の範囲との間に強い相
関関係があることが判る。従って、検出した反射光強度
比がどの範囲に属するかを見ることにより、求める含水
率が属する範囲を割り出すことができる。

【００２５】本実施形態では、検出によって得た２種類
の反射光強度比ｒ（１４４０／多波長光），ｒ（１４４
０／１５００）により、図１，２の相関関係を参照して
雪の含水率を導き出す。このためにまず、図２から次の
条件を得ておく。

【００２６】ア）含水率３５％以下ではｒ（１４４０／
１５００）≧５．５かつ、ｒ（１４４０／１５００）≧５．５では含水率３
５％以下である。

【００２７】イ）含水率３５％以上ではｒ（１４４０／
１５００）＜５．５かつ、ｒ（１４４０／１５００）＜５．５では含水率３
５％以上である。

【００２８】含水率を導き出すアルゴリズムは以下の通
りである。

【００２９】（１）反射光強度比ｒ（１４４０／多波長
光）の自然対数値ｌｎｒ（１４４０／多波長光）≧１．
１７のとき、（１−１）ｒ（１４４０／１５００）≧
５．５ならば、条件ア）から含水率３５％以下であるか
ら、図１において含水率Ｗ≦１８％とみなし、回帰直線
１を使用する。即ち、相関回帰式Ｗ＝−３７．０Ｘ＋６
１．３にＸ＝ｌｎｒ（１４４０／多波長光）を代入して
含水率Ｗを求める。

【００３０】（１−２）ｒ（１４４０／１５００）＜
５．５ならば、条件イ）から含水率３５％以上であるか
ら、図１において含水率Ｗ＞４３％とみなし、回帰直線
３を使用する。即ち、相関回帰式Ｗ＝７．９０Ｘ＋３
４．６にＸ＝ｌｎｒ（１４４０／多波長光）を代入して
含水率Ｗを求める。

【００３１】（２）反射光強度比ｒ（１４４０／多波長
光）の自然対数値ｌｎｒ（１４４０／多波長光）＜１．
１７のとき、（２−１）ｒ（１４４０／１５００）≧
５．５ならば、条件ア）から含水率３５％以下であるか
ら、図１において含水率Ｗは、１８＜Ｗ≦３７％とみな
し、回帰直線２を使用する。即ち、相関回帰式Ｗ＝−２
２．５Ｘ＋４４．４にＸ＝ｌｎｒ（１４４０／多波長
光）を代入して含水率Ｗを求める。

【００３２】（２−２）ｒ（１４４０／１５００）＜
５．５ならば、条件イ）から含水率３５％以上であるか
ら、図１において含水率Ｗ＞３７％とみなし、回帰直線
３を使用する。即ち、相関回帰式Ｗ＝７．９０Ｘ＋３
４．６にＸ＝ｌｎｒ（１４４０／多波長光）を代入して
含水率Ｗを求める。

【００３３】このようにして、反射光強度比から雪の含
水率を判定することができる。

【００３４】次に、本発明の第２の実施形態を装置構成
と共に説明する。

【００３５】図３に示されるように、測定装置は、多波
長光を発生する赤外線光源３１、波長の異なるバンドパ
スフィルタ３２，３３、これらのバンドパスフィルタ３
２，３３を固定した回転円盤３４、回転円盤３４を回転
させて所望のバンドパスフィルタ３２，３３を赤外線光
源３１の前に移動させる円盤回転用モータ３５、バンド
パスフィルタ３２，３３を透過した赤外光を平行光にし
て積雪表面Ｓに照射する照射用レンズ３６、積雪表面Ｓ
からの反射光を集光する受光用レンズ３７、集光された
反射光の強度を検出する赤外線センサ３８、その電気信
号を増幅するプリアンプ３９、反射光強度の信号を表
示、解析するオシロスコープ３０１及びコンピュータ３
０２、測定結果を表示、記録する表示記録部３０３より
なる。この測定装置の構成は、第１の実施形態でもほぼ
同等である。

【００３６】第２の実施形態では、赤外光として、水及
び氷の共通の吸収波長である１７８５ｎｍの単波長光及
び氷の吸収波長である１５００ｎｍの単波長光、の２種
類の赤外光を用いる。

【００３７】赤外線光源３１からの赤外光は、バンドパ
スフィルタ３２，３３を透過することにより、それぞれ
の波長の単色光となる。波長は、１５００ｎｍ及び１７
８５ｎｍである。これらのバンドパスフィルタ３２，３
３は回転円盤３４に固定され、回転円盤３４は円盤回転
用モータ３５により回転される。従って、円盤回転用モ
ータ３５を連続回転させると、赤外光がバンドパスフィ
ルタ２２，２３を透過する際、断続的に遮られてパルス
光となる。これにより赤外線センサ３８で受光したとき
の出力信号が交流成分となり、外乱光などによる直流成
分や温度ドリフトの影響を除去することができる。

【００３８】このようにしてパルス光化された２種類の
単波長光を照射用レンズ３６でコリメートして積雪表面
Ｓに交互に照射する。積雪表面Ｓからの反射光を受光用
レンズ３７で集光し、赤外線センサ３８で受光し、それ
ぞれの波長の反射光強度に応じた電圧を有するパルス出
力信号に変換する。このパルス出力信号をプリアンプ３
９で増幅し、オシロスコープ３０１に表示させるか又は
ＡＤ変換してコンピュータ３０２に取り入れ、パルス出
力信号の電圧を測定する。

【００３９】得られたパルス出力信号電圧はそれぞれの
波長の反射光強度に比例しており、従って、これらのパ
ルス出力信号電圧から反射光強度比ｒ（１５００／１７
８５）を求めることができる。この反射光強度比を予め
求めた相関回帰式に代入して含水率を求める。表示記録
部３０３にて、測定結果を表示、記録する。

【００４０】本発明の雪の含水率測定方法の応用とし
て、上記測定装置を送電線監視システムに組み込むこと
により、送電線現地の雪質測定が可能となり、送電線へ
の着雪において有害となる雪質かどうかを確実に判定で
きるようになる。また、着雪警報発令用センサや落雪装
置の作動用センサに利用し、着雪防止システムを構築す
ることができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００４２】（１）光を積雪に照射し受光するだけで測
定できるため、測定作業が簡単かつ短時間で測定ができ
る。

【００４３】（２）非接触で測定でき、雪の採取を必要
としない。

【００４４】（３）光吸収を利用しているので瞬時に測
定ができ、含水率の時間経過を連続測定することも可能
である。

【００４５】（４）測定に必要な機構は光学系のみであ
り、簡素に構成できる。

【００４６】（５）試料、補助的試料又は用具を採取、
取替又は準備する必要がなく、装置を固定的に継続して
使用できると共に、測定アルゴリズムが明確であるた
め、自動化が容易である。

【００４７】（６）構成が簡素であるため、厳しい環境
にある送電線鉄塔にも設置可能な堅牢構造とすることが
容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に使用する反射光強度
比含水率相関関係図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に使用する含水率反射
光強度比相関関係図である。

【図３】本発明の第２又は第１の実施形態に使用する測
定装置の構成図である。

【図４】秋田谷式含水率計の断面図である。

【図５】手廻遠心器の斜視図である。

【図６】降雪粒子含水率測定装置の断面図である。

【図７】マイクロ波式測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１，２，３回帰直線ｒ反射光強度比ｌｎｒ、Ｘ反射光強度比の自然対数値Ｗ含水率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上所操宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者中野裕介茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社パワーシステム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに波長の異なる複数種類の赤外光を
積雪に照射して各々の反射光強度を検出し、これらの反
射光強度の比を求め、予め求めた反射光強度の比と雪の
含水率との相関関係を参照して雪の含水率を導き出すこ
とを特徴とする雪の含水率測定方法。
【請求項２】上記複数種類の赤外光として、水の吸収
波長の単波長光、氷の吸収波長の単波長光、及び赤外の
広い範囲に亘る波長を含む多波長光を用いることを特徴
とする請求項１記載の雪の含水率測定方法。
【請求項３】上記複数種類の赤外光として、水及び氷
の共通の吸収波長の単波長光及び水又は氷いずれかの吸
収波長の単波長光を用いることを特徴とする請求項１記
載の雪の含水率測定方法。
【請求項４】上記相関関係として反射光強度の比と雪
の含水率との相関回帰式を直線近似により求めておき、
この相関回帰式に上記検出した反射光強度の比を代入し
て雪の含水率を求めることを特徴とする請求項１〜３い
ずれか記載の雪の含水率測定方法。
【請求項５】上記相関回帰式を反射光強度の比の所定
範囲毎に求めておき、上記検出した反射光強度の比に応
じて相関回帰式を切り替えることを特徴とする請求項４
記載の雪の含水率測定方法。