WO2019026464A1 - 多重の光センサーによる積雪深計及び積雪深測定方法 - Google Patents

多重の光センサーによる積雪深計及び積雪深測定方法 Download PDF

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WO2019026464A1
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snow
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illuminance
snow cover
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中村　一樹
研吾 佐藤
藤原　透
誠 釘宮
健 岩脇
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国立研究開発法人防災科学技術研究所
株式会社クローネ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges

Definitions

  • the present invention relates to a snow depth meter and a snow depth measuring method for measuring the amount of snow deposited on the ground and deposited on the surrounding environment, and more particularly to a method for automatically measuring the depth of snow with an optical sensor.
  • the amount of snowfall is measured using a snow depth meter such as an ultrasonic type, an optical type, a photoelectric type or a pressure type.
  • a snow depth meter such as an ultrasonic type, an optical type, a photoelectric type or a pressure type.
  • an ultrasonic type snow depth meter an ultrasonic wave is irradiated from above in the direction perpendicular to the snow surface, and the distance is obtained from the reflection time from the snow surface.
  • fresh snow fluffy snow
  • a photoelectric snow depth meter a laser light is irradiated instead of the ultrasonic wave, and the distance is obtained from the reflection time from the snow surface.
  • Patent Document 1 As an optical snow depth meter, multiple sets of light projectors and light receivers are provided side by side in the vertical direction (a method perpendicular to the paper surface) inside a detection pole set up on the ground, and emitted from the light projector Snowfall is detected depending on whether light is received by a light receiver (Patent Document 1).
  • Patent Document 2 there is also one in which light receiving elements are arranged in a line in one pole and sunlight is detected from a portion not covered with snow to obtain snow coverage.
  • an optical distance measuring sensor capable of moving up and down is provided inside a pole type snow depth meter, and if the distance measured by the distance measuring sensor is 1 m or more, it is 1 m or less above the snow surface It is judged to be below the snow surface.
  • the snow surface position which considered the influence of a snow melting hole is judged, and snow accumulation amount is measured by setting a reference value to the measurement distance by the distance measurement sensor which can go up and down. Depending on the setting of the reference value, it may be misdetected whether it is a snow melting hole or snow accumulation.
  • the power consumption by the elevating operation is large and the battery can not be operated for a long time, and the elevating mechanism becomes complicated and expensive.
  • the present invention has been made in view of such a point, and its object is to reduce erroneous measurement of snow depth due to snow deposition / landing on the surface of the housing or snow melting on the surface of the housing, and to reduce snow depth by a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a snow depth meter and a snow depth measurement method capable of accurately measuring
  • the present invention measures the 1st sensor which measures the illumination intensity based on the reflected intensity of the reflected light which irradiated in the horizontal direction and was reflected, and ambient illumination intensity of the 1st sensor is measured.
  • a snow depth meter with multiple sensors with two sensors more specifically the following:
  • a snow depth meter for measuring the amount of snow deposited on the surrounding environment of a pipe by a light sensor provided in the hollow portion of a hollow cylindrical pipe, wherein the light sensor is irradiated in the horizontal direction and reflected
  • a first sensor for measuring the illuminance based on the reflected intensity of the reflected light
  • a second sensor provided in the vicinity of the first sensor for measuring the ambient illuminance of the first sensor Snow depth meter characterized by
  • the present invention it is possible to detect the presence or absence of snowfall in the horizontal direction, since the first sensor measures the illuminance based on the reflection intensity of the reflected light which is emitted in the horizontal direction and reflected. Since the second sensor measures the ambient illuminance of the first sensor, it is possible to capture changes in the surrounding environment due to the ambient illuminance.
  • a snow depth meter in which the first sensor and the second sensor are provided in pairs in the vertical direction in the hollow portion.
  • the first sensor and the second sensor are provided in a large number in the vertical direction, it is possible to detect the presence or absence of snowfall at different positions in the horizontal direction by the first sensor, and Since the two sensors can capture the surrounding environment at different horizontal positions, it is possible to perform highly accurate measurement with complementary functions using both sensors.
  • a snow depth meter in which a plurality of the first sensor and the second sensor are provided in pairs in the horizontal direction in the hollow portion.
  • the first sensor and the second sensor are provided in a large number in the horizontal direction, a partial or limited difference in peripheral environment in the same or nearby horizontal direction (for example, snowing, snowing, High precision measurement is possible without being affected by water landing or snow melting.
  • a storage unit storing illumination data measured by the first sensor and the second sensor, and a transmission unit transmitting the illumination data stored by the storage unit to a host device Feature snow depth meter.
  • the illuminance data measured by the first sensor and the second sensor is stored, and the illuminance data stored at a desired timing is transmitted to the host device. It is possible to provide a simple snow depth meter without applying a load on the snow depth meter to the snow depth meter by the system configuration of temporarily accumulating and analyzing the illuminance data by the host device. In addition, it is possible to collectively manage illuminance data from a plurality of snow depth meters in a host device.
  • a snow depth measuring method comprising: a determining step of determining a snow surface based on illuminance data; and a measuring step of obtaining a snow depth based on the snow surface determined by the determining step.
  • the illuminance data obtained by the first sensor and the second sensor is acquired, and the snow surface is determined based on the acquired plurality of illuminance data to obtain the snow depth.
  • the second sensor and the second sensor can measure each other, and both sensors can be used to perform highly accurate measurement with complementary functions.
  • the determination condition for determining the snow surface is set in the determination step, it is possible to contribute to highly accurate measurement by setting the timely determination condition in consideration of the surrounding environment.
  • the determination conditions are set in a timely manner based on the plurality of illuminance data acquired in the first acquisition process and the second acquisition process, or the determination conditions are set in a timely manner based on the snow weight data obtained from the snow weight depth meter
  • the determination conditions can be set in a timely manner based on weather data such as the temperature and humidity of the surrounding environment, or these can be processed in combination to set the determination conditions in a timely manner.
  • the first sensor and the second sensor are provided in a large number in the vertical direction, it is possible to detect the presence or absence of snowfall at different positions in the horizontal direction by the first sensor, and Since the two sensors can capture the surrounding environment at different horizontal positions, it is possible to perform highly accurate measurement with complementary functions using both sensors.
  • first sensors and second sensors are provided in the horizontal direction, partial or limited differences in the peripheral environment in the same or nearby horizontal directions (for example, snowfall, waterfall, snowmelt, etc. High accuracy measurement is possible without being affected by
  • a snow depth measuring method characterized in that measured illuminance data is transmitted to a host apparatus, and the host apparatus executes functions of respective steps.
  • the function of each process (the first acquisition process, the second acquisition process, the determination process, and the measurement process) is executed by the host device, so the snow depth meter obtains illuminance data and transmits it to the host device It does not burden the system processing.
  • the snow depth meter obtains illuminance data and transmits it to the host device It does not burden the system processing.
  • the snow depth meter and the snow depth measuring method of the present invention can perform highly accurate measurement realizing mutual complementary functions by multiple light sensors, and the function sharing between the snow depth meter and the host device connected thereto is possible. As well as providing a simple snow depth meter with light processing load on the system processing, there is an effect of enabling highly accurate measurement processing in the host device.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view of a snow depth meter 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partially enlarged view partially enlarging the vicinity of a lower end 3 a of a pipe 3 of the snow depth meter 1.
  • the amount of snow deposited on the surrounding environment of the snow depth meter 1 is automatically measured by an optical sensor.
  • the snow depth meter 1 is a snow base 2 such as an acrylic board installed on the ground or outdoors or on the roof and serving as a base, a transparent or translucent acrylic pipe 3 standing upright from the snow base 2
  • a control box 4 fixed in communication with 3 and an antenna 5 having a function of transmitting data to an external device such as a host device or the like and a function of receiving a command or data from the external device are included.
  • the lower end 3a of the pipe 3 is inserted into the snowfall table 2, the upper end 3b is inserted into the control box 4, the lower end 3a is in a sealed state, and the upper end 3b is in a communicating state.
  • a hollow portion 3c is formed from the lower end 3a to the upper end 3b, and a thin L-shaped sensor attachment angle member 6 is provided in the hollow portion 3c, and the sensor attachment angle member 6 has a plurality of sensor substrates 7a and 7b. ..., 7g are fixed.
  • the diameter of the pipe 3 is arbitrary, the smaller the diameter is, the smaller the size of the snow melting hole can be, and the smaller the snow melting hole formed, the snow can be detected by an infrared (light receiving / emitting) sensor. Also, it is possible to drive an infrared (light receiving and light emitting) sensor with less power.
  • the sensor substrate 7 g is fixed based on the relative positional relationship between the sensor mounting angle member 6 and the snowfall table 2 in the horizontal position, and detects snow accumulation on the top surface of the snowfall table 2.
  • the other sensor substrates 7a, 7b,..., 7f are fixed at a desired vertical position from the top surface of the snowfall table 2.
  • the support stand S which supports the snow depth meter 1 stably can be put in order.
  • FIG. 3 is a view showing an arrangement example of the sensor substrate, and sensor substrates 7a, 7b,..., 7g and 7a ′, 7b ′,. , 7g 'are provided in the same horizontal direction.
  • the sensor substrate is fixed in the same horizontal direction on the three side surfaces using the ⁇ type sensor attachment angle member (not shown), or the ⁇ type sensor attachment angle member (not The sensor substrate can be fixed in the same horizontal direction on the four side surfaces using FIG.
  • a plurality of sensor substrates may be arranged in the same horizontal direction, or a plurality of sensor substrates may be arranged in the vicinity of the horizontal direction.
  • FIG. 4 is a block diagram of the snow depth meter 1 according to the embodiment of the present invention, mainly explaining circuit blocks of signals and data transmitted / received to / from the control substrate 8 provided in the control box 4.
  • the control board 8 is provided with signal input terminals 8a, 8b, ..., 8g corresponding to the sensor boards 7a, 7b, ..., 7g, and the sensor board and the signal input terminals are connected by cables. ing. Measurement data from the sensor substrate is input to a multiplexer 9 connected to each signal input terminal, and signals of multiple photosensors obtained from each sensor substrate are transmitted to the control circuit 10.
  • the control circuit 10 functions as a storage unit that stores signals from each sensor substrate, and also functions as a transmission unit that transmits to an external host apparatus or the like via an antenna 5 as needed.
  • the control box 4 is also provided with a battery for supplying power to the control board 8 to drive the snow depth meter.
  • the sensor substrate 7a, 7b, ..., 7 g is infrared LEDs 7 a1, 7 b1 for irradiating infrared, ..., and 7 g1, light reflected by irradiating the horizontal direction
  • Infrared light receiving sensors 7 a 2 , 7 b 2 ,..., 7 g 2 as a first sensor for measuring the illuminance based on the reflection intensity of the light, and an ambient illuminance sensor as a second sensor for measuring the peripheral illuminance of the infrared light receiving sensor 7 a 2 , 7 b 2 ,..., 7 g 2 are mounted in one package.
  • the infrared illumination data obtained from the infrared light receiving sensor and the ambient illumination data obtained from the ambient illumination sensor are transmitted to the control circuit 10.
  • FIG. 6 is a view showing a display example of illuminance data, and infrared illuminance data captured by an infrared (light receiving) sensor mounted on the sensor substrates 7a, 7b,..., 7g, and sensor substrates 7a, 7b,.
  • the ambient illuminance data captured by the (surrounding) illuminance sensor mounted on 7g is transmitted to the host device etc. and displayed on the display monitor.
  • the host device quantitatively determines the position of the snow surface on which snow is accumulated from the infrared illuminance data and the ambient illuminance data, and measures the amount of snow.
  • a state in which the measured value exceeds a predetermined threshold with an infrared (light receiving) sensor (PS) is PS1
  • a state in which the measured value does not exceed the predetermined threshold is PS0
  • a state exceeding the predetermined threshold is ALS1
  • a state not exceeding the predetermined threshold is ALS0. Therefore, snow is detected in the state of PS1 and ALS0, and snow is not detected in the state of PS0 and ALS1. Therefore, the judgment condition for judging the boundary between the state of PS1 and ALS0 and the state of PS0 and ALS1 By setting, the position of the snow surface can be determined to measure the amount of snow accumulation.
  • the measurement value of the infrared illuminance data may change its accuracy depending on the snow quality, and it is effective to set the determination condition by defining the data processing algorithm in consideration of the following matters.
  • the measured values of the infrared illuminance data and the ambient illuminance data have high sensitivity and high accuracy.
  • the measured value of infrared illuminance data decreases in sensitivity due to wet snowing due to temperature rise, Discrimination with noise is possible.
  • the moisture content is high, and the measured value of infrared illuminance data decreases in sensitivity, and discrimination from noise is made.
  • the reflection intensity by the infrared (light receiving) sensor shows the dependency of the density and the particle size by the snow quality, and in particular, the dependency of the particle size is remarkable.
  • the accuracy is lowered due to the change of snow quality due to the temperature change, and the sensitivity after that remains low when the water content becomes more than a certain level.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the snow depth measuring method according to the embodiment of the present invention, in which each process is performed by a higher-level device.
  • the host device acquires illuminance data.
  • Communication between the host device and each snow depth meter can be performed using a wired or wireless module.
  • a light sensor (a first sensor and a second sensor are estimated to be a snow surface from each illuminance data having different horizontal positions acquired in the first acquisition step and each illuminance data having different horizontal positions acquired in the second acquisition step Identify the horizontal position (sensor number) of the sensor.
  • the snow surface can be estimated using various algorithms such as a method using threshold determination, and a method using measurement values of the first sensor and the second sensor in a complementary manner.
  • the plurality of pieces of illuminance data acquired in the first acquisition process and the second acquisition process can be used as parameters.
  • a snow scale may be installed in the snow depth meter or snow weight data may be obtained, and the snow weight data transmitted to the host apparatus may be used as a parameter.
  • the quality of snow is determined from the density of snow obtained from the snow weight data, and the determination conditions are set in a timely manner.
  • a thermometer or a hygrometer may be installed in the snow depth meter, or weather data such as temperature data and humidity data may be obtained, and weather data transmitted to a host device may be used as a parameter. Determine that the snow quality changes due to changes in temperature and humidity, and set the determination conditions in a timely manner.
  • the determination condition determines the presence or absence of snow melting, snowfall, landing from a plurality of each illuminance data acquired by the first acquisition process and the second acquisition process, and combines the weather data and snow weight data in addition to these illuminance data. It is possible to set the determination conditions according to each situation by determining the presence or absence of snow melting, snow deposition, and water landing. For example, in the case where the infrared reflection intensity changes depending on the water content, it is possible to set the determination condition in consideration of the fluctuation of the infrared reflection intensity.
  • the host device acquires the snow depth. If the horizontal position of the light sensor estimated to be the snow surface is specified, it is possible to obtain the snow depth based on the distance from the snowfall base, which is set in advance.
  • the snow depth meter according to the present invention is useful as that which can respond to changes in the day or night and the surrounding environment in a timely manner and can be installed on the ground and can automatically measure the amount of snow coverage by an optical sensor.

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Abstract

【課題】パイプ筐体表面の着雪やパイプ筺体表面の融雪による積雪深の誤測定を低減し、簡易な構成によって積雪深を精度よく測定することが可能な積雪深計及び積雪深測定方法を提供する 【解決手段】積雪深計１は、中空筒状のパイプ３の中空部３ｃに設けられた多重の光センサー７ａ～７ｇ（水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサー、第１のセンサーの周囲照度を測定する第２のセンサー）を備えており、第１のセンサー及び第２のセンサーによる補完的機能を実現した測定が可能である。積雪深の測定には、各センサーから得られる複数の照度データに基づき、積雪面を検知する判別条件を適時に設定する。第１のセンサー及び第２のセンサーは、対となって垂直方向や水平方向に多数設けられている。

Description

多重の光センサーによる積雪深計及び積雪深測定方法
　本発明は、地上に設置されて周辺環境に積雪する積雪量を測定する積雪深計及び積雪深測定方法であって、特に光センサーによって積雪の深さを自動的に測定するものに関する。
　従来、積雪量（積雪の深さ）の測定は、超音波式・光学式・光電式・圧力式などの積雪深計を使用して行われている。ここで、超音波式の積雪深計としては、超音波を雪面に垂直方向に上から照射して、雪面からの反射時間からその距離を求めるものがある。一方、新雪（ふわふわの雪）の場合には音波が吸収されやすいため、測定誤差の要因になることが懸念されていた。また、光電式の積雪深計としては、超音波に替えてレーザー光を照射し、雪面からの反射時間からその距離を求めるものがある。いずれも、超音波やレーザー光を雪面上方から照射するものであるが、上方に位置する超音波送受信器又はレーザー光受発光器に降雪し、雪の塊が雪面に落下して穴が生じたり雪がかさ盛りされたりして、不正確な測定結果となることが懸念されていた。
　また、圧力式の積雪深計としては、積雪の重量を測定して、重量から積雪量を求めるものがある一方、雪質によって積雪量に対する重量が異なるため、測定誤差の要因になることが懸念されていた。
　光学式の積雪深計としては、地面に立設された検出ポールの内部に、複数組の投光器と受光器が鉛直方向（紙面に垂直な方法）に並んで設けられており、投光器から発した光を受光器で受光するか否かによって、積雪を検知するものである（特許文献１）。また、１本のポールの中に受光素子を１列に配列して積雪していない部分からの太陽光を検出して積雪を求めるものもある（特許文献２）。
　また、特許文献２では、ポール型の積雪深計の内部に昇降可能な光学式の距離測定センサーを設け、距離測定センサーによる測定距離が１ｍ以上であれば雪面より上、１ｍ以下であれば雪面より下と判断するものである。
特開平５－５２９６６号公報（段落［０００３］、図５） 特開平１０－１６０８６０号公報（段落［０００２］、図４等）
　しかしながら、ポールの中に受光素子・発光素子を配列して積雪を検知する特許文献１及び２では、着雪や融雪による誤検知を生ずるといった問題がある。具体的には、ポールには風の影響によりポールの特定方向に雪が付着し、それ以外の部分には雪が付着しないという着雪現象が時に発生し、着雪した雪が融けて水滴が付着する着水現象も発生し、特に、水分含有率の多い雪はこの着雪・着水現象が発生しやすいなど、雪質による影響も無視できない。ポールの着雪部分は、特許文献１及び２とも着雪であるのか積雪であるのか判断することができず、積雪として誤検知してしまう。
　また、降雪からの天候が回復して外気温が高くなると、ポールの表面温度が上昇してポール周辺の雪が融けてしまう融雪現象が発生する。ポールの融雪部分は、実際には積雪しているにも関わらず、特許文献１では融雪で反射光を受光できない可能性もあり、特許文献２では太陽光を検出して積雪していないと判断することから、積雪していないとして誤検知してしまう。
　また、特許文献２では、昇降可能な距離測定センサーによる測定距離に基準値を設定しておくことにより、融雪孔の影響を考慮した雪面位置を判断して積雪量を測定するものであるが、基準値の設定次第では融雪孔か積雪なのか誤検知してしまう。また、昇降動作による消費電力が大きくバッテリーで長時間作動させることができない、昇降機構が複雑となり高価であるといった問題がある。
　本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、筐体表面の着雪・着水や筺体表面の融雪による積雪深の誤測定を低減し、簡易な構成によって積雪深を精度よく測定することが可能な積雪深計及び積雪深測定方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明は、水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサーと、前記第１のセンサーの周囲照度を測定する第２のセンサーと、の多重の光センサーによる積雪深計であって、より具体的には、以下のものを提供する。
　（１）　中空筒状のパイプの中空部に設けられた光センサーによって、パイプの周辺環境に積雪する積雪量を測定する積雪深計であって、前記光センサーは、水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサーと、前記第１のセンサーの近傍に設けられ、前記第１のセンサーの周囲照度を測定する第２のセンサーと、を備えていることを特徴とする積雪深計。
　本発明によれば、第１のセンサーによって、水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定することから、水平方向における積雪の有無を検知することが可能であり、第２のセンサーによって、第１のセンサーの周囲照度を測定することから、周囲照度による周辺環境の変化を捉えることが可能である。
　特に、着雪・着水や融雪といった周辺環境の変化は部分的又は限定的であるから、第１のセンサーの近傍に設けられた第２のセンサーによって周辺環境を捉えることが的確である。また、第２のセンサーによって気象・天候の変化を捉えつつ、第１のセンサーによる積雪深の単独測定のみならず、第１のセンサー及び第２のセンサーによる相互測定が可能であり、両センサーを用いて補完的機能を実現した高精度な測定が可能である。
　（２）　前記中空部には、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーが対となって垂直方向に多数設けられていることを特徴とする積雪深計。
　本発明によれば、第１のセンサー及び第２のセンサーが垂直方向に多数設けられていることから、第１のセンサーによって水平方向の異なる位置における積雪の有無を検知することができるとともに、第２のセンサーによって水平方向の異なる位置における周辺環境を捉えることができるので、両センサーを用いて補完的機能を実現した高精度な測定が可能である。
　（３）　前記中空部には、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーが対となって水平方向に多数設けられていることを特徴とする積雪深計。
　本発明によれば、第１のセンサー及び第２のセンサーが水平方向に多数設けられていることから、同一又は近傍の水平方向における部分的又は限定的な周辺環境の違い（例えば、着雪・着水や融雪）に影響されることなく、高精度な測定が可能である。
　（４）　前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーで測定された照度データを記憶する記憶部と、前記記憶部で記憶された照度データを上位装置に送信する送信部と、を有することを特徴とする積雪深計。
　本発明によれば、第１のセンサー及び第２のセンサーで測定された照度データを記憶し、所望のタイミングで記憶された照度データを上位装置に送信することから、積雪深計では照度データを一旦蓄積し、上位装置で照度データを分析するというシステム構成により、積雪深計にシステム処理上の負荷をかけることなく、簡易な積雪深計を提供することが可能である。また、複数の積雪深計からの照度データを上位装置で一括して管理することが可能である。
　（５）　前記第１のセンサーは赤外線センサーであり、前記第２のセンサーは可視光センサーであることを特徴とする積雪深計。
　本発明によれば、赤外線と可視光（線）という波長の異なる２つの光センサーを組み合わせていることから、吸光度等の波長特性の違いに応じた照度データの分析によって、相互の補完的機能を実現した高精度な測定が可能である。
　（６）　水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサーと、前記第１のセンサーの近傍に設けられ、前記第１のセンサーの周囲照度を測定する第２のセンサーと、の光センサーを備えた積雪深計によって得られた照度データを用いて積雪量を測定する積雪深測定方法であって、異なる水平位置において測定された第１のセンサーの照度データを取得する第１取得工程及び異なる水平位置において測定された第２のセンサーの照度データを取得する第２取得工程と、前記第１取得工程及び前記第２取得工程により取得した複数の各照度データに基づき積雪面を判別する判別工程と、前記判別工程により判別した積雪面に基づき積雪深を得る測定工程と、を有することを特徴とする積雪深測定方法。
　本発明によれば、第１のセンサー及び第２のセンサーによって得られた照度データを取得して、取得した複数の各照度データに基づき積雪面を判別して積雪深を得ることから、第１のセンサー及び第２のセンサーによる相互測定が可能であり、両センサーを用いて補完的機能を実現した高精度な測定が可能である。
　（７）　前記判別工程は、積雪面を判別する判別条件を設定することを特徴とする積雪深測定方法。
　本発明によれば、判別工程で積雪面を判別する判別条件を設定することから、周辺環境を考慮した適時な判別条件を設定することによって、高精度な測定に資することが可能である。例えば、第１取得工程及び第２取得工程により取得した複数の各照度データに基づいて判別条件を適時に設定したり、積雪重量深計から得られる積雪重量データに基づいて判別条件を適時に設定したり、周辺環境の温度や湿度等の気象データに基づいて判別条件を適時に設定したり、これらを複合的に処理して判別条件を適時に設定したりすることができる。
　（８）　前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーは、対となって垂直方向及び／又は水平方向に多数設けられていることを特徴とする積雪深測定方法。
　本発明によれば、第１のセンサー及び第２のセンサーが垂直方向に多数設けられていることから、第１のセンサーによって水平方向の異なる位置における積雪の有無を検知することができるとともに、第２のセンサーによって水平方向の異なる位置における周辺環境を捉えることができるので、両センサーを用いて補完的機能を実現した高精度な測定が可能である。また、第１のセンサー及び第２のセンサーが水平方向に多数設けられていることから、同一又は近傍の水平方向における部分的又は限定的な周辺環境の違い（例えば、着雪・着水や融雪）に影響されることなく、高精度な測定が可能である。
　（９）　前記第１のセンサーは赤外線センサーであり、前記第２のセンサーは可視光センサーであることを特徴とする積雪深測定方法。
　　本発明によれば、赤外線と可視光（線）という波長の異なる２つの光センサーを組み合わせていることから、吸光度等の波長特性の違いに応じた照度データの分析によって、相互の補完的機能を実現した高精度な測定が可能である。
　（１０）　測定された照度データが上位装置に送信され、上位装置によって各工程の機能が実行されることを特徴とする積雪深測定方法。
　本発明によれば、上位装置によって各工程（第１取得工程，第２取得工程，判別工程，測定工程）の機能が実行されることから、積雪深計は照度データを得て上位装置に送信するだけであり、システム処理上の負荷をかけることはない。また、複数の積雪深計からの照度データを上位装置で一括して管理することが可能である。
　本発明の積雪深計及び積雪深測定方法は、多重の光センサーによる相互の補完的機能を実現した高精度な測定が可能であり、積雪深計とそれに接続される上位装置との機能分担により、システム処理上の負荷の軽い簡易な積雪深計を提供するとともに、上位装置における精度の高い測定処理を可能にするという効果がある。
本発明の実施の形態に係る積雪深計の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る積雪深計の部分拡大図である。 センサー基板の配置例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る積雪深計のブロック図である。 光センサーの構成例である。 照度データの表示例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る積雪深測定方法を説明するためのフロー図である。 雪質の違いを説明するための図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る積雪深計１の概略構成図、図２は、積雪深計１のパイプ３の下端３ａ近傍を部分的に拡大した部分拡大図である。
　積雪深計１の周辺環境に積雪する積雪量を光センサーによって自動的に測定する。積雪深計１は、地上の地面や屋外・屋上に設置されて土台となるアクリル板等の降雪台２、降雪台２から垂直に立設する透明又は半透明のアクリル製等のパイプ３、パイプ３と連通して固設される制御ボックス４、上位装置等の外部機器にデータを送信する機能や外部機器からの指令やデータの受信を行う機能を備えたアンテナ５、から構成されている。
　パイプ３は、下端３ａが降雪台２に挿通され、上端３ｂが制御ボックス４内に嵌入されており、下端３ａは封止状態、上端３ｂは連通状態にある。下端３ａから上端３ｂは中空部３ｃが形成されており、中空部３ｃには、薄口Ｌ型のセンサー取付け用アングル材６が設けられ、センサー取付け用アングル材６には複数のセンサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇが固設されている。なお、パイプ３の径は任意であるが、径が小さいほど融雪孔の大きさを低減することができ、形成される融雪孔が小さい程、赤外線（受光・発光）センサーによる雪の検出が可能であり、また、少ない電力で赤外線（受光・発光）センサーを駆動することができる。
　図２に示すように、センサー基板７ｇは、センサー取付け用アングル材６と降雪台２との水平位置における相対的位置関係に基づいて固設され、降雪台２の上面の積雪を検知するようにしている。その他のセンサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｆは、降雪台２の上面から所望の垂直方向の位置に固設される。なお、降雪台２の下面からパイプ３が突出する場合には、積雪深計１を安定して支持する支持スタンドＳを併設することができる。
　図３は、センサー基板の配置例を示す図であり、薄口Ｌ型のセンサー取付け用アングル材６の２側面にセンサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇ及び７ａ’，７ｂ’，・・・，７ｇ’が同一の水平方向に多数設けられている。このように、例えば、△型のセンサー取付け用アングル材（不図示）を用いて３側面にセンサー基板を同一の水平方向に固設したり、□型の△型のセンサー取付け用アングル材（不図示）を用いて４側面にセンサー基板を同一の水平方向に固設したりすることができる。また、センサー基板は同一の水平方向に複数配置してもよく、水平方向の近傍に複数配置してもよい。
　図４は、本発明の実施の形態に係る積雪深計１のブロック図であり、主に制御ボックス４に内設された制御基板８に送受信される信号やデータの回路ブロックを説明している。制御基板８は、センサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇに対応して信号入力端子８ａ，８ｂ，・・・，８ｇが設けられ、センサー基板と信号入力端子とは各々がケーブルで接続されている。センサー基板からの計測データは、各々の信号入力端子と接続されたマルチプレクサ９に入力され、各センサー基板から得られる多重の光センサーの信号を制御回路１０に送信する。マルチプレクサ９は、センサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇに搭載された赤外線受光センサー７ａ２，７ｂ２，・・・，７ｇ２で捕捉した赤外線照度データと、周囲照度センサー７ａ２，７ｂ２，・・・，７ｇ２で捕捉した赤外線照度データとの送受信の切り替えを簡易に行うことができる。制御回路１０では、各センサー基板からの信号を記憶する記憶部として機能し、必要に応じて外部の上位装置等にアンテナ５を介して送信する送信部として機能する。なお、制御ボックス４には、制御基板８に電力を供給して積雪深計を駆動するバッテリーも備わっている。
　図５に示すように、センサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇは、赤外線を照射する赤外線ＬＥＤ７ａ１，７ｂ１，・・・，７ｇ１と、水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサーとしての赤外線受光センサー７ａ２，７ｂ２，・・・，７ｇ２と、赤外線受光センサーの周辺照度を測定する第２のセンサーとしての周囲照度センサー７ａ２，７ｂ２，・・・，７ｇ２とが、１つのパーケージの中に搭載されている。赤外線受光センサーから得られる赤外線照度データと、周囲照度センサーから得られる周囲照度データとは、制御回路１０に送信される。
　図６は、照度データの表示例を示す図であり、センサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇに搭載された赤外線（受光）センサーで捕捉した赤外線照度データと、センサー基板７ａ，７ｂ，・・・，７ｇに搭載された（周囲）照度センサーで捕捉した周囲照度データとが、上位装置等に送信されて、表示モニターに映し出される。上位装置では、赤外線照度データと周囲照度データとから、積雪している雪面の位置を定量的に判断し、積雪量を測定する。
　例えば、赤外線（受光）センサー（ＰＳ）にて計測値が所定の閾値を超えた状態をＰＳ１、所定の閾値を超えていない状態をＰＳ０とし、（周囲）照度センサー（ＡＬＳ）にて計測値が所定の閾値を超えた状態をＡＬＳ１、所定の閾値を超えていない状態をＡＬＳ０とする。よって、雪を検出するのはＰＳ１かつＡＬＳ０の状態であり、雪を検出しないのはＰＳ０かつＡＬＳ１の状態であるから、ＰＳ１かつＡＬＳ０の状態とＰＳ０かつＡＬＳ１の状態との境界を判別する判別条件を設定することにより雪面の位置を判断し、積雪量を測定することができる。
　赤外線照度データと周囲照度データとから積雪量を測定する場合、以下の事項を考慮してデータ処理のアルゴリズムを規定して判別条件を設定すると有効である。
（Ａ）
　夜間（暗闇や月明り）では、周囲照度データの計測値は０に近く積雪量の測定には不向きであるが、赤外線照度データを活用することにより積雪量の測定が可能である。
（Ｂ）
　晴天の場合でも、日の出と日の入の計測値は低く、朝昼夕の計測値にも大幅な開きがあり、周囲照度データのみで正確な測定をしようとすると時間や状況に応じた細やかな閾値設定が必要となるが、時間の影響を受けない赤外線照度データを活用することにより正確かつ容易に積雪量の測定が可能である。
（Ｃ）
　降雪時は、雪が横切っただけでも一時的に赤外線照度データの計測値がブレてしまい、積雪量を正確に測定することができないが、周囲照度データを活用することにより一時的な要因に基づく誤測定を排斥し、積雪量の正確な測定が可能である。
（Ｄ）
　ある特定の方向に着雪している場合には、同一の水平位置における照度データが異なることから、着雪している方向を周囲照度データや赤外線照度データを用いて検出し、着雪方向に位置する照度データの計測値を除いた照度データを用いることで、積雪量の正確な測定が可能である。
（Ｅ）
　また、複数の積雪深計について各センサーを異なる向きに設置し、着雪している積雪深計と着雪していない積雪深計との複合データに基づく各々の照度データを分析することで、積雪量の正確な測定が可能である。
　また、赤外線照度データの計測値は、雪質によって精度が変化することがあり、以下の事項を考慮してデータ処理のアルゴリズムを規定して判別条件を設定すると有効である。
　例えば、図８に示す氷粒状の雪質（乾雪で粒径が小さく粒同士の空隙が少ない）の場合には、赤外線照度データ及び周囲照度データの計測値は高感度で高精度である。また、図８に示す樹枝状の雪質（乾雪で粒径が氷粒状よりも大きく低密度）の場合には、気温上昇による湿雪化により赤外線照度データの計測値は感度低下するが、ノイズとの識別は可能である。さらに、図８に示すざらめ状の雪質（湿雪で粒径が大きく空隙が多い）の場合には、含水率が高くて赤外線照度データの計測値は感度低下し、ノイズとの識別が困難である。
　このように、赤外線（受光）センサーによる反射強度は雪質による密度や粒径の依存性が見られ、特に粒径依存が顕著であることの知見を得た。また、気温変化による雪質の変化により精度が低下し、一定以上の含水状況になると、その後の感度は低いままであることの知見を得た。また、赤外線の吸光度との関係で、含水状況によって感度が低下することの知見を得た。
　図７は、本発明の実施の形態に係る積雪深測定方法を説明するためのフロー図であり、各工程が上位装置によって実行される。
　まず、上位装置では、照度データの取得を行う。各積雪深計の記憶部に記憶されている第１のセンサーの照度データを取得する第１取得工程、同じく各積雪深計の記憶部に記憶されている第２のセンターの照度データを取得する第２取得工程を適時に行い、各照度データを取得する。なお、上位装置と各積雪深計との通信は有線又は無線モジュールを用いて行なうことができる。
　次に、上位装置では、積雪面の判別を行う。第１取得工程により取得した水平位置の異なる各照度データと、第２取得工程により取得した水平位置の異なる各照度データとから、積雪面と推定される光センサー（第１のセンサー及び第２のセンサー）の水平位置（センサ番号）を特定する。積雪面の推定は、閾値判定による手法、第１のセンサー及び第２のセンサーの測定値を相互補完的に用いる手法など種々のアルゴリズムを用いることができる。
　積雪面の判別に際して判別条件を設定する場合には、第１取得工程及び第２取得工程により取得した複数の各照度データをパラメータとすることができる。また、積雪深計に積雪重量計を設置するか、積雪重量データを得るように構成しておき、上位装置に送信される積雪重量データをパラメータとすることができる。積雪重量データにより得られる積雪の密度から雪質を判別して、判別条件を適時に設定する。また、積雪深計に温度計や湿度計を設置するか、温度データや湿度データなどの気象データを得るように構成しておき、上位装置に送信される気象データをパラメータとすることができる。温度や湿度の変化によって雪質が変化するのを判別して、判別条件を適時に設定する。
　また、第１取得工程及び第２取得工程により取得した複数の各照度データから融雪や着雪・着水の有無を判断したり、これらの照度データに加えて気象データや積雪重量データを複合的に処理して融雪や着雪・着水の有無を判断したりして、各状況に応じた判別条件を設定することができる。例えば、含水率によって赤外線反射強度が変化する場合には、赤外線反射強度の変動を考慮した判別条件を設定することができる。
　次に、上位装置では、積雪深の取得を行う。積雪面と推定される光センサーの水平位置が特定されれば、予め設定されて降雪台からの距離に基づいて積雪深を得ることができる。
　本発明に係る積雪深計は、昼夜や周辺環境の変化に適時に対応し、地上に設置されて光センサーによって自動的に積雪量を測定することができるものとして有用である。
　１　積雪深計
　２　降雪台
　３　パイプ（３ａ：下端，３ｂ：上端，３ｃ：中空部）
　４　制御ボックス
　５　アンテナ
　６　センサー取付け用アングル材
　７ａ，７ｂ，・・・，７ｇ　センサー基板
　７ａ１，７ｂ１，・・・，７ｇ１：赤外線ＬＥＤ
　７ａ２，７ｂ２，・・・，７ｇ２：センサー（周囲照度センサー、赤外線受光センサー）
　８　制御基板
　９　マルチプレクサ
　１０　制御回路
　Ｓ　スタンド 

Claims (10)

  1. 　中空筒状のパイプの中空部に設けられた光センサーによって、パイプの周辺環境に積雪する積雪量を測定する積雪深計であって、
    　前記光センサーは、水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサーと、前記第１のセンサーの近傍に設けられ、前記第１のセンサーの周囲照度を測定する第２のセンサーと、を備えていることを特徴とする積雪深計。
  2. 　前記中空部には、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーが対となって垂直方向に多数設けられていることを特徴とする請求項１記載の積雪深計。
  3. 　前記中空部には、前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーが対となって水平方向に多数設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の積雪深計。
  4. 　前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーで測定された照度データを記憶する記憶部と、
    　前記記憶部で記憶された照度データを上位装置に送信する送信部と、
    　を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の積雪深計。
  5. 　前記第１のセンサーは赤外線センサーであり、前記第２のセンサーは可視光センサーであることを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の積雪深計。
  6. 　水平方向に照射して反射された反射光の反射強度に基づく照度を測定する第１のセンサーと、前記第１のセンサーの近傍に設けられ、前記第１のセンサーの周囲照度を測定する第２のセンサーと、の光センサーを備えた積雪深計によって得られた照度データを用いて積雪量を測定する積雪深測定方法であって、
    　異なる水平位置において測定された第１のセンサーの照度データを取得する第１取得工程及び異なる水平位置において測定された第２のセンサーの照度データを取得する第２取得工程と、
    　前記第１取得工程及び前記第２取得工程により取得した複数の各照度データに基づき積雪面を判別する判別工程と、
    　前記判別工程により判別した積雪面に基づき積雪深を得る測定工程と、
    　を有することを特徴とする積雪深測定方法。
  7. 　前記判別工程は、積雪面を判別する判別条件を設定することを特徴とする請求項６記載の積雪深測定方法。
  8. 　前記第１のセンサー及び前記第２のセンサーは、対となって垂直方向及び／又は水平方向に多数設けられていることを特徴とする請求項６又は７記載の積雪深測定方法。
  9. 　前記第１のセンサーは赤外線センサーであり、前記第２のセンサーは可視光センサーであることを特徴とする請求項６から８のいずれか記載の積雪深測定方法。
  10. 　測定された照度データが上位装置に送信され、上位装置によって各工程の機能が実行されることを特徴とする請求項６から９のいずれか記載の積雪深測定方法。
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