WO2023171089A1 - 日射予測システム及び日射予測プログラム - Google Patents

日射予測システム及び日射予測プログラム Download PDF

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WO2023171089A1
WO2023171089A1 PCT/JP2022/047720 JP2022047720W WO2023171089A1 WO 2023171089 A1 WO2023171089 A1 WO 2023171089A1 JP 2022047720 W JP2022047720 W JP 2022047720W WO 2023171089 A1 WO2023171089 A1 WO 2023171089A1
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WO
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solar radiation
date
solar
sunlight
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PCT/JP2022/047720
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English (en)
French (fr)
Inventor
知之 奥村
春仁 銭尾
由香 豊田
Original Assignee
Ｂｉｐｒｏｇｙ株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/12—Sunshine duration recorders

Definitions

  • the present invention relates to a solar radiation prediction system and a solar radiation prediction program, and particularly to a system and program that take into account the influence of shade.
  • the influence of sunlight for example, ultraviolet rays, visible light, and infrared rays
  • the amount of sunlight irradiation for example, the amount of ultraviolet rays and solar radiation
  • position information indicating a position and environmental information indicating the amount of an exposure target such as ultraviolet rays existing at the position are associated and stored in an environmental information storage unit.
  • the exposure amount is estimated based on the environmental information acquired from the environmental information storage unit and the exposure rate determined according to the user's behavior, etc., and the estimated exposure amount value is provided to the user.
  • the exposure amount is calculated using environmental information (amount of pollen scattering, amount of ultraviolet rays, amount of aerosol) specified by location information stored in an environmental information storage unit.
  • environmental information amount of pollen scattering, amount of ultraviolet rays, amount of aerosol
  • the parts and locations where we want to know the energy intensity are not necessarily horizontal or perpendicular to the sun's rays, but are various.
  • the energy intensity of such various parts and places it is possible to calculate the energy intensity on the actual irradiated surface using trigonometric functions etc. from the energy intensity on the horizontal plane or perpendicular to the sun's rays. It will be done.
  • trigonometric functions or the like since the intensity of energy from the real sky that is scattered and reflected by atmospheric components differs in each direction, calculations using trigonometric functions or the like have a problem in that sufficient accuracy cannot be obtained.
  • the area or place where you want to know the energy intensity such as the amount of ultraviolet irradiation or the amount of solar radiation should be placed in the area or place where you want to know the energy intensity such as the amount of ultraviolet irradiation or the amount of solar radiation.
  • a solar radiation prediction system that takes into account the influence of solar radiation obstacles has not been provided.
  • the present invention was made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solar radiation prediction system that takes into account the influence of solar radiation obstacles.
  • the present invention is a solar radiation prediction system that includes date and time information that is information about the date and time, location information that is information about the location, and a date and time indicated by the date and time information and a solar radiation prediction system that is indicated by the location information.
  • a storage unit that associates and stores solar ray intensity information, which is information regarding the solar ray intensity at a location where the information is received; a communication unit that performs communication; a first calculation unit that calculates the solar ray intensity information associated with the inquiry information; a second calculation unit that calculates the direction-specific solar ray intensity information using the calculation result of the first calculation unit; and the second calculation unit a third calculation unit that calculates solar radiation prediction information that predicts solar radiation energy for the prediction information inquiry information inputted via the communication unit using a mask according to a solar radiation obstacle using the calculation result of the calculation unit; and, the solar ray inquiry information includes the date and time information, the location information, and direction information indicating the direction in which the irradiated surface receiving the solar rays faces, and the direction-specific solar ray intensity information includes: , information including the date and time indicated by the date and time information and the intensity of sunlight received by the irradiation surface indicated by the direction information at the location indicated by the location information, and the communication unit transmits the prediction information inquiry information
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a solar radiation prediction system according to Example 1 of the present invention. It is a figure explaining the irradiation direction of sunlight. It is a figure explaining the sunlight rays irradiated on the irradiation surface A which is a surface parallel to the ground. It is a figure explaining the sunlight rays irradiated on the irradiation surface B which is a surface which forms an angle of 30 degrees with the ground. It is a figure explaining the sunlight rays irradiated on the irradiation surface C which is a surface which forms an angle of 90 degrees with the ground.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating sunlight that is reflected by an irradiation surface E and irradiated onto an irradiation surface D.
  • FIG. FIG. 7(a) is a diagram illustrating an example of how to determine the spectral reflectance of another irradiated surface
  • FIG. 5 is a diagram showing how reflected light from an irradiation surface E is measured.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating light that enters the irradiation surface out of the reflected light from other irradiation surfaces.
  • 2 is a diagram showing an example of information stored in the storage unit 13 shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the solar radiation prediction system 10 shown in FIG. 1.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the solar radiation prediction system 100 shown in FIG. 11. It is a graph showing spectral irradiance.
  • FIG. 3 is a diagram showing trial calculation conditions regarding temperature rise of the material to be irradiated. It is a figure which shows the example of a trial calculation of the temperature rise after 1 hour according to a material.
  • FIG. 16(a) is a graph showing an example of spectral irradiation intensity from each direction on a sidewalk.
  • FIG. 16(b) is a graph showing an example of spectral reflectance on a sidewalk.
  • FIG. 17(a) is a graph showing an example of spectral irradiation intensity from each direction on a grassland.
  • FIG. 17(b) is a graph showing an example of spectral reflectance in grassland.
  • FIG. 18(a) is a graph showing an example of the spectral irradiation intensity from each direction on asphalt.
  • FIG. 18(b) is a graph showing an example of spectral reflectance on asphalt. It is a figure explaining the solar radiation energy which does not consider the influence of a solar radiation obstruction.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating solar radiation energy considering the influence of solar radiation obstacles.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating solar radiation energy in consideration of the transmittance of solar radiation obstacles.
  • FIG. 24(A), FIG. 24(B), and FIG. 24(C) are diagrams showing images of masks.
  • 25(A), FIG. 25(B), FIG. 25(C), and FIG. 25(D) are diagrams showing images of the sky.
  • 26(A), FIG. 26(B), FIG. 26(C), FIG. 26(D), FIG. 26(E), FIG. 26(F), FIG. 26(G), and FIG. 26(H) show the time It is a diagram showing an image of the sky.
  • 27(A), FIG. 27(B), FIG. 27(C), and FIG. 27(D) are diagrams showing images of the sky.
  • FIG. 23 is a graph showing the total solar radiation amount calculated by the solar radiation prediction system of the present example under the conditions of FIG. 22.
  • FIG. 23 is a graph showing the attenuation rate due to topography of the total solar radiation amount calculated by the solar radiation prediction system of the present example under the conditions of FIG. 22.
  • FIG. 23 is a graph showing the amount of ultraviolet rays calculated by the solar radiation prediction system of the present example under the conditions of FIG. 22.
  • FIG. 23 is a graph showing the attenuation rate of the amount of ultraviolet rays due to terrain, calculated by the solar radiation prediction system of the present example under the conditions of FIG. 22.
  • the present invention is applied to a solar radiation prediction system to explain a system that provides information regarding solar radiation, for example, the amount of solar radiation to the user.
  • solar radiation intensity is also referred to as solar radiation intensity.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a solar radiation prediction system according to Example 1 of the present invention.
  • the solar radiation prediction system 10 of this embodiment is, for example, a server machine consisting of a computer.
  • the solar radiation prediction system 10 includes a storage unit 13 that stores solar ray intensity information 16 and other various information, which will be described in detail later.
  • a first calculation unit 11 that calculates solar ray intensity information 16 associated with the solar ray inquiry information included in the predicted information inquiry information; and a direction-specific solar ray intensity information using the calculation result of the first calculation unit 11.
  • a third calculation unit 21 that uses the calculation results of the second calculation unit 12 to calculate solar radiation prediction information that predicts solar radiation for the prediction information inquiry information input via the communication unit 17.
  • the third calculation unit 21 calculates solar radiation prediction information in consideration of solar radiation obstacles, as will be described in detail later.
  • the communication unit 17 communicates with the outside, for example.
  • the prediction information inquiry information includes sunlight inquiry information.
  • the solar ray inquiry information includes date and time information 14, location information 15, and direction information 16a indicating the direction in which the irradiated surface that receives solar rays faces.
  • the direction-specific solar ray intensity information is the intensity of sunlight received by the irradiation surface indicated by the direction information 16a at the date and time indicated by the date and time information 14 and the location indicated by the location information 15, and the communication unit 17 uses the prediction information
  • the calculation result of the third calculation unit 21 is transmitted to the transmission source of the inquiry information.
  • Each configuration shown in FIG. 1 may be configured by hardware. Further, each configuration shown in FIG. 1 can be realized by the solar radiation prediction system 10 executing a program, and the storage unit 13 may store a program to be executed by the solar radiation prediction system 10.
  • the storage unit 13 includes a volatile storage device or a nonvolatile storage device depending on the purpose of the data.
  • the communication unit 17 may be configured to transmit direction-specific solar ray intensity information indicating the direction-specific solar ray intensity calculated by the second calculation unit 12 to the transmission source of the prediction information inquiry information.
  • the communication unit 17 may be configured to transmit the solar ray intensity information calculated by the first calculation unit 11 to the transmission source of the prediction information inquiry information.
  • the client machine 2 or 3 may have a configuration corresponding to the function of the second calculation unit 12. That is, the present invention is a solar radiation prediction system in which a server machine and a client machine are connected via a network, and the server machine receives date and time information 14 that is information about the date and time, location information 15 that is information about the location, a storage unit 13 that stores the date and time indicated by the date and time information and solar ray intensity information 16, which is information about the intensity of sunlight at the location indicated by the location information, in association with each other; and a first communication unit that communicates with the client machine.
  • a first calculation unit 11 that calculates sunlight intensity information 16 associated with the sunlight inquiry information included in the prediction information inquiry information inputted via the first communication unit. transmits the solar ray intensity information 16 calculated by the first calculation unit 11 to the client machine, and the client machine communicates with the server machine through the second communication unit and the second communication unit that receives the information input via the second communication unit.
  • a second calculation unit (configuration corresponding to the function of the second calculation unit 12) that calculates direction specific solar ray intensity information using the sunlight intensity information 16, and a second communication unit (configuration corresponding to the function of the second calculation unit 12).
  • the configuration corresponding to the function sends sunlight inquiry information to the server machine, and the sunlight inquiry information includes date and time information 14, the location information, and direction information indicating the direction in which the irradiation surface that receives sunlight irradiation faces. 16a.
  • the client machine and the server machine may be located within the same terminal device without going through a network. In this case, the client machine and the server machine may be the same device, or the client machine and the server machine may be connected, for example, via a bus. If the client machine and server machine are the same device, connecting the client machine and server machine means that the program that realizes the functions of the client machine and the program that realizes the function of the server machine transfer data via memory etc. It may also refer to the exchange of information.
  • the storage unit 13 includes date and time information 14 that is information about the date and time, location information 15 that is information about the location, and solar rays that is information about the date and time indicated by the date and time information 14 and the solar ray intensity at the location indicated by the location information 15. and the intensity information 16 are stored in association with each other.
  • the communication unit 17 of the solar radiation prediction system 10 is connected to a network 4 such as the Internet.
  • Client machines 2 and 3 used by users are connected to the network 4, and the client machines 2 and 3 communicate with the solar radiation prediction system 10 via the network 4.
  • Prediction information inquiry information is transmitted from the client machine 2 or the client machine 3 to the solar radiation prediction system 10 via the network 4.
  • the prediction information inquiry information includes sunlight inquiry information.
  • the sunlight inquiry information includes date and time information 14, location information 15, and direction information 16a indicating the direction in which the irradiation surface that receives sunlight rays faces.
  • the direction indicated by the direction information 16a is a direction perpendicular to the surface on which the irradiation surface that receives sunlight rays spreads.
  • the direction information 16a will be described later with reference to FIGS. 2 to 5.
  • the calculation result by the first calculation unit 11 is transmitted from the solar radiation prediction system 10 to the client machine 2 or 3, which is the transmission source of the prediction information inquiry information, via the network 4.
  • the first calculation unit 11 calculates sunlight intensity information 16, which will be described in detail later, using the date and time information and location information included in the sunlight inquiry information.
  • the second calculation unit 12 uses the calculation result by the first calculation unit 11 to calculate direction-specific solar ray intensity information, which is information including the intensity of sunlight received by the irradiation surface indicated by the direction information 16a.
  • the communication unit 17 transmits the direction-specific solar ray intensity information indicating the direction-specific solar ray intensity calculated by the second calculation unit 12 to the client machine 2 or client machine 3, which is the transmission source of the prediction information inquiry information, via the network 4. Send to.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the irradiation direction of sunlight.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating sunlight rays irradiated onto the irradiation surface A, which is a surface parallel to the ground.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating sunlight rays irradiated onto the irradiation surface B, which is a surface forming an angle of 30° with the ground.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating sunlight rays irradiated onto an irradiation surface C, which is a surface forming an angle of 90° with the ground.
  • the direction in which the irradiation surface that is irradiated with sunlight faces that is, the direction indicated by the direction information 16a, is referred to as the "direction of the irradiation surface.”
  • the sunlight that irradiates the earth includes direct solar radiation that is irradiated from the direction of the sun, as well as scattered solar radiation that is irradiated from directions other than the direction of the sun. Scattered solar radiation is irradiated onto the irradiation surface from the entire sky. As shown in FIG. 3, the irradiation surface A, which is a surface parallel to the ground, is irradiated with scattered solar radiation and direct solar radiation from the entire sky.
  • the irradiation surface B forming an angle of 30° with the ground is irradiated with scattered solar radiation and direct solar radiation from the direction of the entire sky toward which the irradiation surface B faces.
  • direct solar radiation is not irradiated because the sun's direction is on the back side of the irradiation surface C.
  • Scattered solar radiation is irradiated from the direction that C faces.
  • direction-specific solar ray intensity information that is different for each direction in which the irradiation surface faces is calculated and provided to the client machine 2 or client machine 3 that is the transmission source of the prediction information inquiry information.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating solar rays reflected by the irradiation surface E and irradiated onto the irradiation surface D.
  • the amount of sunlight received on the irradiation surface D is not only the amount of sunlight that the irradiation surface D receives directly (direct solar radiation and scattered solar radiation), but also the amount of sunlight that the irradiation surface D receives directly (direct solar radiation and scattered solar radiation) on the ground and walls. Also included are sunlight rays (reflected light) reflected from other irradiation surfaces (irradiation surface E). In this embodiment, by including the intensity of the reflected light reflected by the irradiation surface in the intensity of the sunlight that the irradiation surface receives, it is possible to further improve the accuracy of determining the intensity of the sunlight that the irradiation surface receives.
  • the reflectance of the other irradiation surface is used to calculate the light reflected by the other irradiation surface.
  • the reflectance of a material surface it is common to use the reflectance at a typical specific wavelength, but in order to accurately calculate energy intensity, it is desirable to calculate using spectral reflectance.
  • spectral reflectance how to obtain the spectral reflectance of the other irradiation surface will be explained with reference to FIG. 7.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of how to determine the spectral reflectance of another irradiation surface
  • FIG. (b) is a diagram showing how the reflected light from the irradiation surface E is measured.
  • a measuring device 50 is used here.
  • the measuring device 50 is a measuring device that functions as a spectrophotometer.
  • the spectral illuminance from above the irradiation surface E which is another irradiation surface, is measured using the measuring device 50 (the spectral illuminance of the sunlight irradiating the irradiation surface E).
  • the spectral illuminance reflected by the irradiation surface E (spectral illuminance of reflected light from sunlight reflected by the irradiation surface E) is measured using the measuring device 50.
  • the spectral reflectance of the irradiated surface E is determined by Equation 1.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating light that enters the irradiation surface among the reflected light from other irradiation surfaces.
  • FIG. 8 shows a case where the irradiation surface G, which is another irradiation surface, is the ground, and the proportion of the light reflected from the irradiation surface G that enters the irradiation surface F is taken into consideration.
  • the energy of light entering the irradiation surface F from the irradiation surface G (ground) can be calculated using Equation 2.
  • the irradiation energy received by the irradiation surface G in Equation 2 can be obtained, for example, by the method shown in FIG. 7(a).
  • the reflectance in Equation 2 for example, the spectral reflectance determined by Equation 1 can be used.
  • the area ratio H in Equation 2 can be determined as described below with reference to FIG. In FIG. 8, the viewing area of the ground (irradiation surface G) on the irradiation surface F is determined by the angle ⁇ depending on the direction of the irradiation surface F.
  • the angle ⁇ that determines the field of view area of the irradiation surface G is the angle formed by the irradiation surface F and the horizontal direction geometrically.
  • the ratio of the visual field area of the ground on the irradiation surface F to the hemispherical area of the irradiation surface F is the area ratio H.
  • H the area ratio of the visual field area of the ground on the irradiation surface F to the hemispherical area of the irradiation surface F.
  • Equation 2 considers the ground as another irradiation surface, but by considering not only the reflected light from the ground but also all other irradiation surfaces where reflected light can enter the irradiation surface F, the irradiation surface F can be The received irradiation energy can be determined with higher accuracy.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of information stored in the storage unit 13 shown in FIG. 1.
  • the storage unit 13 stores the information shown in FIG. 9, for example, in a database format.
  • the storage unit 13 stores date and time information 14 as a first primary key.
  • the date and time information 14 may include the year, month, day, and time.
  • the storage unit 13 stores location information 15 as a second primary key.
  • the location information 15 is information that specifies a position on the earth using, for example, east longitude and north latitude.
  • the storage unit 13 stores the solar solid angle in the first primary key and the second primary key as solar ray intensity information 16 which is a stored value.
  • the storage unit 13 stores the direct solar radiation intensity at the first primary key and the second primary key as the solar radiation intensity information 16 which is a stored value.
  • the storage unit 13 stores the scattered solar radiation intensity at the first primary key and the second primary key as the solar radiation intensity information 16 which is a stored value.
  • the storage unit 13 stores the albedo values of the first primary key and the second primary key as solar ray intensity information 16 that is a stored value. Note that the albedo value is the ratio of the intensity of reflected sunlight to the intensity of irradiated sunlight.
  • the location information 15 is a certain date and time
  • the date and time information 14 indicates summer, the ground is soil and has a low albedo value
  • the date and time information 14 indicates winter, the ground is snowy and has a low albedo value. High albedo value.
  • actually measured values are collected and stored in the storage unit 13.
  • Direction information 16a included in the sunlight intensity information 16 is included in the stored values shown in FIG.
  • the information included in the sunlight intensity information 16 includes, for example, a value calculated by solving a radiative transfer equation, and a value calculated in the process of solving the radiative transfer equation.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the solar radiation prediction system 10 shown in FIG. 1.
  • step S71 it is determined whether prediction information inquiry information has been received from the client machine 2 or the client machine 3 via the network 4. If the prediction information inquiry information is received (step S71: Yes), the process proceeds to step S72, and if the prediction information inquiry information is not received (step S71: No), the process returns to step S71.
  • step S72 based on the sunlight inquiry information included in the prediction information inquiry information received in step S71, the location information 15 included in the sunlight inquiry information is determined at the date and time indicated by the date and time information 14 included in the sunlight inquiry information.
  • Sunlight intensity information 16 which is information including the intensity of sunlight received at the indicated location, is calculated and stored in the storage unit 13.
  • the sunlight intensity information 16 is calculated using, for example, a radiative transfer equation.
  • step S73 mathematical calculations are performed using the direction information 16 as an input value on the sunlight intensity information 16 calculated in step S72, so that the location included in the sunlight inquiry information is determined at the date and time indicated by the date and time information 14.
  • direction-specific solar ray intensity information which is information about the intensity of sunlight received by the irradiation surface indicated by direction information 16a, is calculated.
  • step S74 solar radiation prediction information for predicting solar radiation in response to the prediction information inquiry information received in step S71 is calculated using the direction-specific solar ray intensity information calculated in step S73.
  • the solar radiation prediction information calculated here includes, for example, solar radiation prediction information that takes solar radiation obstacles into consideration. Details of the calculation of solar radiation prediction information that takes into account solar radiation obstacles will be described later.
  • step S75 the solar radiation prediction information calculated in step S74 is transmitted via the network 4 to the client machine 2 or client machine 3, which is the source of the current prediction information inquiry information.
  • the client machine 2 or the client machine 3 can obtain solar radiation prediction information by simply transmitting prediction information inquiry information including solar radiation inquiry information including date and time information 14, location information 15, and direction information 16a to the solar radiation prediction system 10. can.
  • the client machine 2 or the client machine 3 can provide various applications to end users using the solar radiation prediction information obtained from the solar radiation prediction system 10.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a solar radiation prediction system according to Example 2 of the present invention.
  • the solar radiation prediction system 100 of this embodiment is, for example, a server machine consisting of a computer.
  • the solar radiation prediction system 100 includes a first calculation unit 110 that uses date and time information and location information to calculate in advance solar ray intensity information 116, which will be described in detail later.
  • a storage unit 113 that stores solar ray intensity information 116 and other various information, a communication unit 117 that performs communication, and a prediction information inquiry information inputted via the communication unit 117 that is associated with the sunlight inquiry information included.
  • the extraction unit 111 that extracts sunlight intensity information 116 from the storage unit 113; a second calculation unit 112 that calculates direction-specific sunlight intensity information using the sunlight intensity information 116 extracted by the extraction unit 111;
  • a third calculation unit 121 is provided that uses the calculation result of the unit 112 to calculate solar radiation prediction information that predicts solar radiation for the prediction information inquiry information input via the communication unit 117.
  • the third calculation unit 121 calculates solar radiation prediction information in consideration of solar radiation obstacles, as will be described in detail later.
  • the communication unit 117 communicates with the outside, for example.
  • the prediction information inquiry information includes sunlight inquiry information.
  • the sunlight inquiry information includes date and time information 114, location information 115, and direction information 116a.
  • the direction-specific solar ray intensity information is information that includes the date and time indicated by the date and time information 114 and the intensity of sunlight received by the irradiation surface indicated by the direction information 116a at the location indicated by the location information 115.
  • the communication unit 117 transmits the calculation result of the third calculation unit 121 to the transmission source of the prediction information inquiry information.
  • Each configuration shown in FIG. 11 may be configured by hardware. Further, each configuration shown in FIG. 11 can be realized by the solar radiation prediction system 100 executing a program, and the storage unit 113 may store a program to be executed by the solar radiation prediction system 100.
  • the storage unit 113 includes a volatile storage device or a nonvolatile storage device depending on the purpose of the data.
  • the communication unit 117 may be configured to transmit direction-specific solar ray intensity information indicating the direction-specific solar ray intensity calculated by the second calculation unit 112 to the transmission source of the prediction information inquiry information.
  • the communication unit 117 may be configured to transmit the solar ray intensity information extracted by the extraction unit 111 to the transmission source of the prediction information inquiry information.
  • the client machine 2 or 3 may have a configuration corresponding to the function of the second calculation unit 112. That is, the present invention is a solar radiation prediction system in which a server machine and a client machine are connected via a network, and the server machine receives location information, which is information about the date and time and location, indicated by the date and time information 114, which is information about the date and time.
  • a first calculation unit 110 that calculates solar ray intensity information 116 that is information regarding the solar ray intensity at a location indicated by 115, date and time information 114, location information 115, and solar ray intensity information calculated by the first calculation unit 110.
  • 116 a first communication unit that communicates with the client machine, and a storage unit 113 that stores information in association with each other; a first communication unit that communicates with the client machine; an extraction unit 111 that extracts the sunlight intensity information 116 extracted from the storage unit 113, the first communication unit transmits the sunlight intensity information 116 extracted by the extraction unit 111 to the client machine, and the client machine , a second communication unit that communicates with the server machine, and a second calculation unit (second calculation unit 112 (a configuration corresponding to the function of The configuration may include direction information 116a indicating the direction in which the receiving irradiation surface faces.
  • the storage unit 113 stores date and time information 114 that is information about the date and time, location information 115 that is information about the location, and solar rays that is information about the date and time indicated by the date and time information 114 and the solar ray intensity at the location indicated by the location information 115.
  • the intensity information 116 (sunlight intensity information 116 calculated by the first calculation unit 110) is stored in association with the other.
  • the communication unit 117 of the solar radiation prediction system 100 is connected to a network 4 such as the Internet.
  • Client machines 2 and 3 used by users are connected to the network 4, and the client machines 2 and 3 communicate with the solar radiation prediction system 100 via the network 4.
  • Prediction information inquiry information is transmitted from the client machine 2 or client machine 3 to the solar radiation prediction system 100 via the network 4.
  • the sunlight inquiry information includes date and time information 114, location information 115, and direction information 116a.
  • Direction-specific solar ray intensity information which is the extraction result by the extraction unit 112, is transmitted from the solar radiation prediction system 100 to the client machine 2 or client machine 3, which is the transmission source of the prediction information inquiry information, via the network 4.
  • an example of the information stored in the storage unit 113 is the information shown in FIG.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the solar radiation prediction system 100 shown in FIG. 11.
  • step S91 information included in the solar ray intensity information 116 for all locations at all dates and times is calculated using the date and time information and location information.
  • a radiative transfer equation is used to calculate the information included in the sunlight intensity information 116. That is, the information included in the sunlight intensity information 116 includes, for example, a value calculated by solving a radiative transfer equation, and a value calculated in the process of solving the radiative transfer equation.
  • step S92 information included in the sunlight intensity information 116 calculated in step S91 is stored in the storage unit 113.
  • step S93: Yes if the prediction information inquiry information is received from the client machine 2 or the client machine 3 via the network 4 (step S93: Yes), the process advances to step S94, and if the prediction information inquiry information is not received, the process proceeds to step S94. (Step S93: No), the process returns to step S93.
  • the prediction information inquiry information includes sunlight inquiry information. Note that the calculation of the information included in the sunlight intensity information 116 and the storage of the calculated information in the storage unit 13 are all completed before the process of receiving the sunlight inquiry information from the client machine 2 or 3 is performed. The information may be kept as a table, or it may be updated each time, for example, new data is obtained for a region that was previously unavailable.
  • step S94 solar ray intensity information 116 is extracted from the storage unit 113 based on the solar ray inquiry information included in the received data from the client machine 2 or the client machine 3. That is, solar ray intensity information 116 corresponding to date and time information 114 and location information 115 included in the solar ray inquiry information is extracted from the storage unit 113.
  • step S94 further, by performing a mathematical calculation using the direction information 116a as an input value on the value of the extracted solar ray intensity information 116, the location included in the solar ray inquiry information is determined at the date and time indicated by the date and time information 14.
  • direction-specific solar ray intensity information which is information including the intensity of sunlight received by the irradiation surface indicated by direction information 116a, is calculated.
  • step S95 solar radiation prediction information for predicting solar radiation in response to the prediction information inquiry information received in step S93 is calculated using the direction-specific solar ray intensity information calculated in step S94.
  • the solar radiation prediction information calculated here includes, for example, solar radiation prediction information that takes solar radiation obstacles into consideration.
  • the solar radiation prediction information calculated here includes, for example, solar radiation prediction information that takes solar radiation obstacles into consideration. Details of the calculation of solar radiation prediction information that takes into account solar radiation obstacles will be described later.
  • step S96 the solar radiation prediction information calculated in step S95 is transmitted via the network 4 to the client machine 2 or client machine 3, which is the source of the current prediction information inquiry information.
  • the client machine 2 or the client machine 3 can obtain solar radiation prediction information by simply transmitting prediction information inquiry information including solar radiation inquiry information including date and time information 14, location information 15, and direction information 16a to the solar radiation prediction system 100. This makes it possible to easily obtain more detailed solar radiation prediction information.
  • the client machine 2 or the client machine 3 can provide various applications to end users using the solar radiation prediction information obtained from the solar radiation prediction system 100.
  • the solar ray intensity information 116 is calculated in advance, the response is faster and higher than when calculating after receiving the sunlight inquiry information from the client machine 2 or the client machine 3. It is possible to provide direction-specific solar radiation intensity information with immediacy.
  • FIG. 13 is a graph showing spectral irradiance.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the spectral irradiance.
  • FIG. 13 shows the results of calculating the amount of heat irradiated to the irradiation surface after calculating the energy intensity of the sky with respect to the irradiation surface by simulation based on the above-mentioned Example 1.
  • FIG. 13 is an example of calculation of the amount of heat received by the irradiation surface placed on Miyakojima between 12:00 and 1300 on June 20, 2016.
  • the integrated value of the energy irradiated to the irradiated surface is found to be 1,029.8 [W/m2], and the amount of heat received by the irradiated surface is 3,707,358 [J/m2]. It is required that This example makes it possible to predict the amount of irradiation heat received by high-rise structures and forests, which has been difficult to measure, and can be used for defense design of structures and forest afforestation plans.
  • the solar radiation prediction system 10 determines the material to be irradiated (the material of the irradiated material having the irradiated surface) based on the amount of heat received by the irradiated surface, which is the result obtained in Example 3.
  • the corresponding temperature rise can be predicted.
  • prediction of temperature rise on the irradiation surface will be explained.
  • FIG. 14 is a diagram showing trial calculation conditions regarding the temperature rise of the material to be irradiated. As shown in FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a trial calculation of the temperature rise after one hour depending on the material.
  • solar rays with a heat amount of 3,707,358 [J/m2] are incident on the irradiation material J1 whose reflectance on the irradiation surface J2 is 30%, the amount of reflected heat on the irradiation surface J2 is 1,112,207 [J/m2].
  • J/m2] and the amount of heat absorbed by the irradiation material J1 is 2,595,151 [J/m2].
  • the heat capacity is 18864 [J/K]
  • the temperature of the glass wool heat insulating plate which is initially 20 [°C]
  • rises to 20 [°C] + 25745.5 [K] 25765.5 [°C].
  • this trial calculation is a trial calculation assuming that there is no heat radiation (thermal radiation, thermal conduction, heat transfer, etc.) from the irradiation material J1. In reality, there is heat radiation from the irradiation material J1, so the temperature will not rise to this extent. In the trial calculation, heat radiation may be taken into consideration as necessary.
  • the solar radiation prediction system 10 can calculate reflected energy based on the reflectance of the sidewalk, and can calculate the amount of irradiation applied to the irradiation surface.
  • the reflectance of the sidewalk can be determined, for example, by the method described with reference to FIGS. 7(a) and 7(b).
  • FIG. 16(a) is a graph showing an example of spectral irradiation intensity from each direction on a sidewalk.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the irradiation intensity.
  • 16(b) is a graph showing an example of spectral reflectance on a sidewalk.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the spectral reflectance. Referring to FIG. 16(b), it can be seen that the spectral reflectance of the sidewalk is 10 to 20%.
  • the solar radiation prediction system 10 can calculate the reflected energy based on the reflectance of the grassland, and can calculate the amount of irradiation applied to the irradiation surface.
  • the reflectance of grassland can be determined, for example, by the method described with reference to FIGS. 7(a) and 7(b).
  • FIG. 17(a) is a graph showing an example of spectral irradiation intensity from each direction on a grassland.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the irradiation intensity.
  • FIG. 17(b) is a graph showing an example of spectral reflectance in grassland.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the spectral reflectance.
  • the spectral reflectance of grassland is 5 to 10%.
  • the reflectance in the near-infrared rays increases rapidly in the grassland.
  • the solar radiation prediction system 10 can calculate the reflected energy based on the reflectance of asphalt, and calculate the amount of irradiation applied to the irradiation surface.
  • the reflectance of asphalt can be determined, for example, by the method described with reference to FIGS. 7(a) and 7(b).
  • FIG. 18(a) is a graph showing an example of the spectral irradiation intensity from each direction on asphalt.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the irradiation intensity.
  • FIG. 18(b) is a graph showing an example of spectral reflectance on asphalt.
  • the horizontal axis is the wavelength of light
  • the vertical axis is the spectral reflectance. Referring to FIG. 18(b), it can be seen that the spectral reflectance of asphalt is 5%.
  • the solar radiation prediction information that takes solar radiation obstacles into consideration will be further explained below.
  • the first calculation section 11 or 110 calculates the solar ray intensity information
  • the second calculation section 12 or 112 calculates the direction-specific solar ray intensity information.
  • the third calculation unit 21 or 121 calculates the solar radiation energy in consideration of the influence of solar radiation obstacles with respect to the solar radiation energy that is the result of these calculations.
  • This solar energy may be spectral solar energy.
  • the solar radiation prediction information that takes solar radiation obstacles into account includes solar radiation energy that takes into account the influence of solar radiation obstacles. As the solar radiation energy, for example, spectral radiance can be used.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating solar radiation energy that does not take into account the influence of solar radiation obstacles.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating solar radiation energy considering the influence of solar radiation obstacles.
  • solar radiation energy 250 that does not take into account the influence of solar radiation obstacles is the energy of sunlight that irradiates the irradiation surface in a hemispherical manner.
  • the terrain 200 such as mountains and architectural structures 210 become solar radiation obstacles, and the solar radiation energy on this irradiation surface is smaller than the solar radiation energy 250. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 20, solar radiation energy 255 is calculated in consideration of the influence of solar radiation obstacles such as terrain 200 and building structures 210.
  • the solar radiation energy 255 can be calculated by applying a mask to the solar radiation energy 250 according to solar radiation obstacles such as the terrain 200 and the building structure 210.
  • a mask suitable for a solar radiation obstruction can be determined according to the size, shape, and position of the solar radiation obstruction.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating solar radiation energy considering the transmittance of solar radiation obstacles.
  • the solar radiation energy is attenuated by the vinyl 265 stretched over the plastic greenhouse.
  • the vinyl 265 can also be considered as a solar radiation obstruction. Therefore, in this embodiment, the solar radiation energy 255 may be calculated by applying a mask that takes into account the transmittance of each solar radiation obstacle to the solar radiation energy 250. Examples of solar radiation obstacles whose transmittance is taken into account include vinyl in vinyl houses, indoor windows, and water in water. For example, as shown in FIG.
  • a mask with a transmittance of vinyl 265 is applied to the entire hemispherical area where sunlight is irradiated, and a mask 260a due to the topography 200 and a mask due to the building structure 210 are further applied. 260b may also be applied. Furthermore, a mask having a lower transmittance may be applied to each hemispherical location where sunlight is irradiated with respect to the solar radiation energy 250.
  • Equation 3 is an example of a calculation formula for calculating the amount of solar radiation.
  • Equation 4 is an example of a calculation formula for calculating spectral radiance without considering the influence of solar radiation obstacles.
  • Equation 5 is an example of a calculation formula for calculating the light radiance in consideration of the influence of solar radiation obstacles.
  • the third calculation unit 21 or 121 calculates the light radiance in consideration of the influence of solar radiation obstacles.
  • FIG. 22 is a diagram showing conditions in an example of prediction by the solar radiation prediction system of the present invention.
  • Kochi Prefecture is targeted as the location.
  • the dates and times are predictions for January 2022 to December 2022.
  • the third calculation units 21 and 121 calculate the solar radiation energy in consideration of the influence of solar radiation obstacles.
  • FIG. 23 is a diagram showing a calculation model of solar radiation energy.
  • the solar radiation energy that is scattered and reaches the calculation point is the amount excluding solar radiation interference caused by solar radiation obstructions.
  • FIGS. 24(B) and 24(C) are diagrams showing images of masks.
  • FIG. 24(A) is an image of the mask when there are no solar radiation obstacles.
  • FIG. 24(B) is an image of a mask when there is a solar radiation obstruction on the terrain.
  • FIG. 24(C) is an image of a mask when there are solar radiation obstacles such as terrain and architectural structures.
  • the mask for solar radiation energy can be a mask that reflects the size, shape, and position of solar radiation obstacles.
  • FIG. 25(A), FIG. 25(B), FIG. 25(C), and FIG. 25(D) are diagrams showing images of the sky.
  • FIG. 25(A) is an image of the sky on June 20th when there are no solar radiation obstacles.
  • FIG. 25(B) is an image of the sky on June 20th when there is a solar radiation obstacle (terrain).
  • FIG. 25(C) is an image of the sky on December 20th when there are no solar radiation obstacles.
  • FIG. 25(D) is an image of the sky on December 20th when there is a solar radiation obstacle (terrain).
  • FIG. 26(A), FIG. 26(B), FIG. 26(C), FIG. 26(D), FIG. 26(E), FIG. 26(F), FIG. 26(G), and FIG. 26(H) show the time It is a diagram showing an image of the sky.
  • FIG. 26(A) is an image of the sky at each time when solar radiation obstructions on March 20th are considered.
  • FIG. 26(B) is an image of the sky at each time on March 20th when solar radiation obstacles are not considered.
  • FIG. 26(C) is an image of the sky at each time when solar radiation obstacles on June 20th are taken into consideration.
  • FIG. 26(D) is an image of the sky at each time on June 20th when solar radiation obstacles are not considered.
  • FIG. 26(A) is an image of the sky at each time when solar radiation obstructions on March 20th are considered.
  • FIG. 26(B) is an image of the sky at each time on March 20th when solar radiation obstacles are not considered.
  • FIG. 26(C) is an image of the sky at
  • FIG. 26(E) is an image of the sky at each time when solar radiation obstacles on September 20th are considered.
  • FIG. 26(F) is an image of the sky at each time on September 20th when solar radiation obstacles are not considered.
  • FIG. 26(G) is an image of the sky at each time when solar radiation obstacles on December 20th are considered.
  • FIG. 26(H) is an image of the sky at each time on December 20th when solar radiation obstacles are not considered.
  • FIG. 27(A), FIG. 27(B), FIG. 27(C), and FIG. 27(D) are diagrams showing images of the sky.
  • FIG. 27(A) is an image of the sky on June 20th when there are no obstacles to solar radiation.
  • FIG. 27(B) is an image of the sky on June 20th when there is a solar radiation obstruction (architectural structure).
  • FIG. 27(C) is an image of the sky on December 20th when there are no solar radiation obstacles.
  • FIG. 27(D) is an image of the sky on December 20th when there is a solar radiation obstruction (building structure).
  • FIG. 28 is a graph showing the total solar radiation amount calculated by the solar radiation prediction system of this example under the conditions of FIG. 22.
  • the horizontal axis is date and time
  • the vertical axis is total solar radiation.
  • calculations are performed when solar radiation obstructions are not considered in the open field, solar radiation obstructions are not considered in the greenhouse, solar radiation obstructions are considered in the open field, and solar radiation obstructions are considered in the greenhouse. Showing results.
  • FIG. 29 is a graph showing the attenuation rate due to topography of the total solar radiation amount calculated by the solar radiation prediction system of this embodiment under the conditions shown in FIG. 22.
  • the horizontal axis is date and time
  • the vertical axis is the attenuation rate of total solar radiation due to topography.
  • FIG. 29 shows the calculation results for the case of open ground and the case of inside a greenhouse.
  • FIG. 30 is a graph showing the amount of ultraviolet rays calculated by the solar radiation prediction system of this example under the conditions of FIG. 22.
  • the horizontal axis is date and time
  • the vertical axis is the amount of ultraviolet rays.
  • calculations are performed when solar radiation obstructions are not considered in the open field, solar radiation obstructions are not considered in the greenhouse, solar radiation obstructions are considered in the open field, and solar radiation obstructions are considered in the greenhouse. Showing results.
  • FIG. 31 is a graph showing the attenuation rate of the amount of ultraviolet rays due to terrain, calculated by the solar radiation prediction system of this embodiment under the conditions of FIG. 22.
  • the horizontal axis is date and time
  • the vertical axis is the attenuation rate of the amount of ultraviolet rays due to topography.
  • FIG. 31 shows the calculation results for the case of open ground and the case of inside a greenhouse.
  • An object of the present invention is to supply a storage medium storing a program code (computer program) that implements the functions of the above-described embodiments to a system or device, and to cause a computer of the supplied system or device to read the program code (computer program) stored in the storage medium. This can also be accomplished by reading and executing code.
  • the program code read from the storage medium itself realizes the functions of the embodiments described above, and the storage medium that stores the program code constitutes the present invention.
  • the computer functions as each processing unit by executing the program, but it is also possible to configure part or all of the processing with a dedicated electronic circuit (hardware). I do not care.
  • the present invention is not limited to the specific embodiments described, and various modifications and changes can be made within the scope of the spirit of the invention as defined in the claims.

Landscapes

  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
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Abstract

日射障害物の影響を考慮した日射予測システムを提供する。日時情報（１４）と、場所情報（１５）と、太陽光線強度情報（１６）と、を対応付けて記憶する記憶部（１３）と、通信を行う通信部（１７）と、通信部（１７）を介して入力された予測情報問合せ情報に含まれる太陽光線問合せ情報に対応付けられた太陽光線強度情報を算出する第一算出部（１１）と、第一算出部（１１）の算出結果を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部（１２）と、第二算出部（１２）の算出結果を用いて、通信部（１７）を介して入力された予測情報問合せ情報に対する日射エネルギーを、日射障害物に応じたマスクを用いて予測する日射予測情報を算出する第三算出部（２１）と、を備え、通信部（１７）は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、第三算出部（２１）が算出した日射予測情報を送信する。

Description

日射予測システム及び日射予測プログラム
　本発明は、日射予測システム及び日射予測プログラムに関し、特に日陰の影響を考慮したシステム及びプログラムに関する。
　最近では、人体や生活環境に対する太陽光（例えば紫外線、可視光線及び赤外線）の影響が知られ、太陽光照射量（例えば紫外線照射量や日射量）について注目され始めている。例えば、特許第５５２４７４１号公報に記載の曝露量推定システムでは、位置を示す位置情報と当該位置に存在する紫外線のような曝露対象の量を示す環境情報とを対応付けて環境情報格納部に格納しておき、環境情報格納部から取得した環境情報とユーザの行動などに応じて定めた曝露率とに基づいて、曝露量の推定を行い、推定した曝露量の数値をユーザに提供する。
特許第５５２４７４１号公報
　ところで、特許第５５２４７４１号公報に記載の曝露量推定システムでは、環境情報格納部に格納してある、位置情報で特定される環境情報（花粉飛散量、紫外線量、エアロゾル量）を用いて曝露量の推定を行うが、この位置情報で特定される環境情報では、情報提供を受けるユーザは、より詳細な情報を容易に得ることができないという問題があった。
　例えば、現実世界において、紫外線照射量や日射量等のエネルギー強度を知りたい部位や場所は、必ずしも水平面や太陽光線に対して垂直な面とは限らず様々である。このような様々な部位や場所のエネルギー強度を知るためには、水平面や太陽光線に垂直なエネルギー強度から、三角関数等を利用して、実際の照射面上のエネルギー強度を算出することが考えられる。ところが、大気成分により散乱・反射した現実の天空からのエネルギー強度は、方向毎に違うので、三角関数等を利用した算出では、十分な精度が得られないという問題があった。
　また、紫外線照射量や日射量等のエネルギー強度を知りたい部位や場所は、紫外線照射量や日射量等のエネルギー強度を知りたい部位や場所には、周囲の地形や構造物等の日射障害物が存在する場合がある。従来、日射障害物の影響を考慮した日射予測システムは提供されていなかった。
　本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、日射障害物の影響を考慮した日射予測システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は、日射予測システムであって、日時に関する情報である日時情報と、場所に関する情報である場所情報と、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、通信を行う通信部と、前記通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた前記太陽光線強度情報を算出する第一算出部と、前記第一算出部の算出結果を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部と、前記第二算出部の算出結果を用いて、前記通信部を介して入力された前記予測情報問合せ情報に対する日射エネルギーを、日射障害物に応じたマスクを用いて予測する日射予測情報を算出する第三算出部と、を備え、前記太陽光線問合せ情報は、前記日時情報と、前記場所情報と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報と、を含み、前記方向特定太陽光線強度情報は、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における、前記方向情報で示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報であり、前記通信部は、前記予測情報問合せ情報の送信元に対し、前記第三算出部の算出結果を送信する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、日射障害物の影響を考慮した日射予測システムを提供することができる。
本発明の実施例１に係る日射予測システムの構成を示すブロック図である。 太陽光線の照射方向について説明する図である。 地面と平行な面である照射面Ａに照射される太陽光線について説明する図である。 地面と３０°の角度を成す面である照射面Ｂに照射される太陽光線について説明する図である。 地面と９０°の角度を成す面である照射面Ｃに照射される太陽光線について説明する図である。 照射面Ｅで反射されて照射面Ｄに照射される太陽光線について説明する図である。 他照射面の分光反射率の求め方の一例について説明する図であって、図７（ａ）は照射面Ｅが直接受ける太陽光線を測定する様子を示す図であり、図７（ｂ）は照射面Ｅによる反射光を測定する様子を示す図である。 他照射面からの反射光のうち照射面に入光する光について説明する図である。 図１に示した記憶部１３に記憶する情報の一例を示す図である。 図１に示した日射予測システム１０の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る日射予測システムの構成を示すブロック図である。 図１１に示した日射予測システム１００の動作を示すフローチャートである。 分光放射照度を示すグラフである。 照射される材質の温度上昇に関する試算条件を示す図である。 材質に応じた１時間後の温度上昇の試算例を示す図である。 図１６（ａ）は歩道での各方向からの分光照射強度の例を示すグラフである。図１６（ｂ）は歩道での分光反射率の例を示すグラフである。 図１７（ａ）は草地での各方向からの分光照射強度の例を示すグラフである。図１７（ｂ）は草地での分光反射率の例を示すグラフである。 図１８（ａ）はアスファルトでの各方向からの分光照射強度の例を示すグラフである。図１８（ｂ）はアスファルトでの分光反射率の例を示すグラフである。 日射障害物の影響を考慮していない日射エネルギーについて説明する図である。 日射障害物の影響を考慮した日射エネルギーについて説明する図である。 日射障害物の透過率を考慮した日射エネルギーについて説明する図である。 本発明の日射予測システムによる予測の例における条件を示す図である。 日射エネルギーの計算モデルを示す図である。 図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）及び図２４（Ｃ）は、マスクのイメージを示す図である。 図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）、図２５（Ｃ）及び図２５（Ｄ）は、天空のイメージを示す図である。 図２６（Ａ）、図２６（Ｂ）、図２６（Ｃ）、図２６（Ｄ）、図２６（Ｅ）、図２６（Ｆ）、図２６（Ｇ）及び図２６（Ｈ）は、時刻ごとの天空のイメージを示す図である。 図２７（Ａ）、図２７（Ｂ）、図２７（Ｃ）及び図２７（Ｄ）は、天空のイメージを示す図である。 図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した全天日射量を示すグラフである。 図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した全天日射量の地形による減衰率を示すグラフである。 図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した紫外線量を示すグラフである。 図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した紫外線量の地形による減衰率を示すグラフである。
　以下、本発明に係る日射予測システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明に係るシステムの好適な具体例であり、一般的なハードウェア、ソフトウェア構成に即した種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は、適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
　なお、以下の実施例では、本発明を日射予測システムに適用し、太陽光線に関する情報、例えば日射量をユーザに提供するシステムについて説明するが、本発明は、太陽光線に含まれる、紫外線、赤外線、可視光線、又は、その他の電磁波等の個別の情報を、ユーザに提供するものであってもよい。また、以下の実施例では、太陽光線強度を日射強度ともいう。
　図１は、本発明の実施例１に係る日射予測システムの構成を示すブロック図である。本実施例の日射予測システム１０は、例えば、コンピュータから成るサーバーマシンである。
　日射予測システム１０は、図１に示すように、詳しくは後述する太陽光線強度情報１６やそのほかの各種情報を記憶する記憶部１３と、通信を行う通信部１７と、通信部１７を介して受信した予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた太陽光線強度情報１６を算出する第一算出部１１と、第一算出部１１の算出結果を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部１２と、第二算出部１２の算出結果を用いて、通信部１７を介して入力された予測情報問合せ情報に対する日射を予測する日射予測情報を算出する第三算出部２１と、を備える。第三算出部２１は、詳しくは後述するように、日射障害物を考慮した日射予測情報を算出する。通信部１７は、例えば外部と通信を行う。予測情報問合せ情報は、太陽光線問合せ情報を含む。太陽光線問合せ情報は、日時情報１４と、場所情報１５と、太陽光線の照射すなわち日射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報１６ａと、を含む。方向特定太陽光線強度情報は、日時情報１４で示される日時及び場所情報１５で示される場所における、方向情報１６ａで示される照射面が受ける太陽光線の強度であって、通信部１７は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、第三算出部２１の算出結果を送信する。図１に示す各構成は、ハードウェアで構成してもよい。また、図１に示す各構成は、日射予測システム１０がプログラムを実行することで実現することもでき、記憶部１３は、日射予測システム１０で実行するプログラムを記憶してもよい。記憶部１３は、データの用途に応じて、揮発性の記憶装置や不揮発性の記憶装置を有する。
　なお、通信部１７は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、第二算出部１２が算出した方向特定太陽光線強度を示す方向特定太陽光線強度情報を送信する構成としてもよい。
　なお、日射予測システム１０において、通信部１７は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、第一算出部１１が算出した太陽光線強度情報を送信する構成としてもよい。この場合、第二算出部１２の機能に相当する構成を、クライアントマシン２又は３が有することとしてもよい。すなわち、本発明は、サーバーマシンとクライアントマシンとをネットワークで接続してなる日射予測システムであって、サーバーマシンは、日時に関する情報である日時情報１４と、場所に関する情報である場所情報１５と、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報１６と、を対応付けて記憶する記憶部１３と、クライアントマシンと通信を行う第一通信部と、第一通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた太陽光線強度情報１６を算出する第一算出部１１と、を備え、第一通信部は、クライアントマシンに対し、第一算出部１１が算出した太陽光線強度情報１６を送信し、クライアントマシンは、サーバーマシンと通信を行う第二通信部と、第二通信部を介して入力された太陽光線強度情報１６を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部（第二算出部１２の機能に相当する構成）と、を備え、第二通信部（第二算出部１２の機能に相当する構成）は、太陽光線問合せ情報をサーバーマシンに送信し、太陽光線問合せ情報は、日時情報１４と、前記場所情報と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報１６ａと、を含む、構成としてもよい。なお、クライアントマシンとサーバーマシンとは、ネットワークを介さず、同一端末装置内にあってもよい。この場合、クライアントマシンとサーバーマシンとが同一装置であってもよいし、クライアントマシンとサーバーマシンとが例えばバス接続される構成であってもよい。クライアントマシンとサーバーマシンとが同一装置の場合、クライアントマシンとサーバーマシンとを接続するとは、クライアントマシンとしての機能を実現するプログラムとサーバーマシンとしての機能を実現するプログラムとがメモリ等を介してデータの受け渡しを行うことを指してもよい。
　記憶部１３は、日時に関する情報である日時情報１４と、場所に関する情報である場所情報１５と、日時情報１４で示される日時及び場所情報１５で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報１６と、を対応付けて記憶する。
　日射予測システム１０の通信部１７は、インターネットなどのネットワーク４に接続されている。ネットワーク４には、ユーザが用いるクライアントマシン２、３が接続されており、クライアントマシン２、３は、ネットワーク４を介して、日射予測システム１０と通信を行う。
　クライアントマシン２又はクライアントマシン３から、日射予測システム１０へは、ネットワーク４を介して、予測情報問合せ情報が送信される。予測情報問合せ情報は、太陽光線問合せ情報を含む。太陽光線問合せ情報は、日時情報１４と、場所情報１５と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報１６ａと、を含む。方向情報１６ａが示す方向は、太陽光線の照射を受ける照射面が拡がる面と直交する方向である。方向情報１６ａについては、図２から図５を参照して後述する。日射予測システム１０から、予測情報問合せ情報の送信元であるクライアントマシン２又はクライアントマシン３へは、ネットワーク４を介して、第一算出部１１による算出結果が送信される。
　第一算出部１１は、太陽光線問合せ情報に含まれる日時情報と場所情報とを用いて詳しくは後述する太陽光線強度情報１６を算出する。第二算出部１２は、第一算出部１１による算出結果を用いて、方向情報１６ａで示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報である方向特定太陽光線強度情報を算出する。通信部１７は、第二算出部１２が算出した方向特定太陽光線強度を示す方向特定太陽光線強度情報を、ネットワーク４を介して、予測情報問合せ情報の送信元であるクライアントマシン２又はクライアントマシン３に送信する。
　以下、方向情報１６ａについて説明する。図２は、太陽光線の照射方向について説明する図である。図３は、地面と平行な面である照射面Ａに照射される太陽光線について説明する図である。図４は、地面と３０°の角度を成す面である照射面Ｂに照射される太陽光線について説明する図である。図５は、地面と９０°の角度を成す面である照射面Ｃに照射される太陽光線について説明する図である。図３、図４及び図５では、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向、すなわち方向情報１６ａで示される方向を「照射面の方向」と記載している。
　図２に示すように、地球上に照射される太陽光線は、太陽の向きから照射される直達日射のほか、太陽の向き以外の向きから照射される散乱日射が存在する。散乱日射は、天空全体から照射面に対して照射される。地面と平行な面である照射面Ａに対しては、図３に示すように、天空全体から散乱日射及び直達日射が照射される。
　また、地面と３０°の角度を成す照射面Ｂに対しては、図４に示すように、天空全体のうち照射面Ｂが向く方向から散乱日射及び直達日射が照射される。また、地面と９０°の角度を成す照射面Ｃに対しては、図５に示すように、太陽の向きが照射面Ｃの裏側であるため直達日射は照射されず、天空全体のうち照射面Ｃが向く方向から散乱日射が照射される。また、照射面に照射される太陽光線は、照射面に直接照射される散乱日射及び直達日射のほか、地面などで反射されて照射面に照射される太陽光線も存在する。
　図３、図４及び図５を参照してわかるように、照射面が向く方向によって、照射される太陽光線の強度が大きく異なる。そこで、本実施例では、照射面が向く方向ごとに異なる方向特定太陽光線強度情報を算出し、これを、予測情報問合せ情報の送信元であるクライアントマシン２又はクライアントマシン３に提供する。
　なお、本実施例では、散乱日射及び直達日射のほか、地面や壁面などの他照射面で反射されて照射面に照射される太陽光線も考慮することができる。この点について図６を参照して説明する。図６は、照射面Ｅで反射されて照射面Ｄに照射される太陽光線について説明する図である。
　実際の環境においては、照射面Ｄで受ける太陽光線の照射量は、照射面Ｄが直接受ける太陽光線（直達日射及び散乱日射）だけではなく、太陽光線（直達日射及び散乱日射）が地面や壁面などの他照射面（照射面Ｅ）で反射した太陽光線（反射光）も含まれている。本実施例では、照射面が受ける太陽光線の強度に、この他照射面で反射された反射光の強度も含めることにより、照射面が受ける太陽光線の強度を求める精度をさらに高めることができる。
　通常、他照射面による反射光の計算には、他照射面の反射率を用いる。物質表面の反射率は、代表的な特定波長による反射率を用いるのが一般的であるが、エネルギー強度を精度よく計算するためには、分光反射率を用いて計算するのが望ましい。ここで、他照射面の分光反射率の求め方について、図７を参照して説明する。
　図７は、他照射面の分光反射率の求め方の一例について説明する図であって、図７（ａ）は照射面Ｅが直接受ける太陽光線を測定する様子を示す図であり、図７（ｂ）は照射面Ｅによる反射光を測定する様子を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ここでは測定器５０を用いる。測定器５０は、分光照度計として機能する測定器である。まず、図７（ａ）に示すように、測定器５０を用いて他照射面である照射面Ｅの上方からの分光照度（照射面Ｅに照射する太陽光線の分光照度）を測定する。また、測定器５０を用いて照射面Ｅで反射した分光照度（太陽光線が照射面Ｅで反射した反射光の分光照度）を測定する。求めた照射面Ｅの上方からの分光照度及び照射面Ｅで反射した分光照度を用いて、数１により、照射面Ｅの分光反射率を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　次に、数１で求めた分光反射率を用いた、照射面が受ける照射エネルギーの算出について説明する。図８は、他照射面からの反射光のうち照射面に入光する光について説明する図である。図８では、他照射面である照射面Ｇが地面である場合を示しており、照射面Ｇからの反射光のうち照射面Ｆに入光する割合を勘案している。照射面Ｇ（地面）から照射面Ｆに入光するエネルギーは、数２で算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　数２における照射面Ｇが受ける照射エネルギーは、例えば、図７（ａ）に示した方法で得ることができる。数２における反射率としては、例えば数１で求めた分光反射率を用いることができる。数２における面積比率Ｈは、以下に図８を参照して説明するようにして求めることができる。図８において照射面Ｆの向きに応じた角度θにより、照射面Ｆにおける地面（照射面Ｇ）の視野面積が定まる。地面である照射面Ｇの視野面積を定める角度θは、照射面Ｇが理想地面（水平）であれば、幾何的に、照射面Ｆと水平方向とが成す角度である。しかし実際には、地形変化を考慮したり、照射面Ｇのうち照射面Ｆから遠い位置であるほど照射面Ｆに入射する反射光が少なくなり寄与度が減衰することを考慮したりするのがよく、必要な精度に応じて角度θを定めるのがよい。
　照射面Ｆの半球面積に対する、照射面Ｆにおける地面の視野面積の比率が面積比率Ｈである。本実施例では、照射面Ｆが受ける照射エネルギーを求める際には、照射面Ｆに直接照射される散乱日射及び直達日射による照射エネルギーに、数２で求めた照射面Ｆに入光するエネルギーを加えることで、より高精度に求めることができる。また、数２では他照射面として地面を考慮しているが、地面による反射光のみならず、照射面Ｆに反射光が入射し得るすべての他照射面について考慮することで、照射面Ｆが受ける照射エネルギーをより高精度に求めることができる。
　図９は、図１に示した記憶部１３に記憶する情報の一例を示す図である。記憶部１３は、例えばデータベース形式で、図９に示す情報を記憶する。記憶部１３は、第１の主キーとして、日時情報１４を記憶する。日時情報１４は、年、月、日及び時を含んでもよい。記憶部１３は、第２の主キーとして、場所情報１５を記憶する。場所情報１５は、例えば東経及び北緯を用いて、地球上の位置を特定する情報である。
　記憶部１３は、格納値である太陽光線強度情報１６として、第１の主キー及び第２の主キーでの太陽立体角を記憶する。記憶部１３は、格納値である太陽光線強度情報１６として、第１の主キー及び第２の主キーでの直達日射強度を記憶する。記憶部１３は、格納値である太陽光線強度情報１６として、第１の主キー及び第２の主キーでの散乱日射強度を記憶する。記憶部１３は、格納値である太陽光線強度情報１６として、第１の主キー及び第２の主キーでのアルベド値を記憶する。なお、アルベド値は、照射された太陽光線強度に対する、反射した太陽光線強度の比である。例えば、場所情報１５が或る地域においては、日時情報１４が夏である日時には、地面は土であってアルベド値が低く、日時情報１４が冬である日時には、地面は雪面であってアルベド値が高い。図９に示した各値は、例えば実測値を収集して、記憶部１３に記憶する。太陽光線強度情報１６に含まれる方向情報１６ａは、図９に示した格納値に含まれる。太陽光線強度情報１６に含まれる情報は、例えば放射伝達方程式を解いて算出する値や、放射伝達方程式を解く過程で算出する値を含む。
　図１０は、図１に示した日射予測システム１０の動作を示すフローチャートである。ステップＳ７１では、ネットワーク４を介して、クライアントマシン２又はクライアントマシン３からの予測情報問合せ情報を受信したか否かを判断する。予測情報問合せ情報を受信した場合には（ステップＳ７１：Ｙｅｓ）、ステップＳ７２に進み、予測情報問合せ情報を受信しない場合には（ステップＳ７１：Ｎｏ）、ステップＳ７１に戻る。
　ステップＳ７２では、ステップＳ７１で受信した予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に基づいて、太陽光線問合せ情報に含まれる日時情報１４で示される日時に、太陽光線問合せ情報に含まれる場所情報１５で示される場所で受ける太陽光線の強度を含む情報である太陽光線強度情報１６を算出し、記憶部１３に記憶する。太陽光線強度情報１６は、例えば、放射伝達方程式を用いて算出する。
　ステップＳ７３では、ステップＳ７２で算出した太陽光線強度情報１６に対し、方向情報１６を入力値とした数学的計算を行うことで、日時情報１４で示される日時に、太陽光線問合せ情報に含まれる場所情報１５で示される場所で、方向情報１６ａで示される照射面が受ける太陽光線強度情報である、方向特定太陽光線強度情報を算出する。
　ステップＳ７４では、ステップＳ７３で算出した方向特定太陽光線強度情報を用いて、ステップＳ７１で受信した予測情報問合せ情報に対する日射を予測する日射予測情報を算出する。ここで算出する日射予測情報は、例えば、日射障害物を考慮した日射予測情報を含む。日射障害物を考慮した日射予測情報の算出についての詳細は、後述する。
　ステップＳ７５では、ステップＳ７４で算出した日射予測情報を、今回の予測情報問合せ情報の送信元であるクライアントマシン２又はクライアントマシン３に、ネットワーク４を介して送信する。クライアントマシン２又はクライアントマシン３は、日時情報１４、場所情報１５及び方向情報１６ａを含む太陽光線問合せ情報を含む予測情報問合せ情報を日射予測システム１０に送信するだけで、日射予測情報を得ることができる。クライアントマシン２又はクライアントマシン３は、日射予測システム１０から得た日射予測情報を用いて、エンドユーザに対して様々なアプリケーションを提供することができる。
　図１１は、本発明の実施例２に係る日射予測システムの構成を示すブロック図である。本実施例の日射予測システム１００は、例えば、コンピュータから成るサーバーマシンである。
　日射予測システム１００は、図１１に示すように、日時情報と場所情報とを用いて詳しくは後述する太陽光線強度情報１１６を予め算出する第一算出部１１０と、第一算出部１１０が算出した太陽光線強度情報１１６やそのほかの各種情報を記憶する記憶部１１３と、通信を行う通信部１１７と、通信部１１７を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた太陽光線強度情報１１６を記憶部１１３から抽出する抽出部１１１と、抽出部１１１が抽出した太陽光線強度情報１１６を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部１１２と、第二算出部１１２の算出結果を用いて、通信部１１７を介して入力された予測情報問合せ情報に対する日射を予測する日射予測情報を算出する第三算出部１２１と、を備える。第三算出部１２１は、詳しくは後述するように、日射障害物を考慮した日射予測情報を算出する。通信部１１７は、例えば外部と通信を行う。予測情報問合せ情報は、太陽光線問合せ情報を含む。太陽光線問合せ情報は、日時情報１１４と、場所情報１１５と、方向情報１１６ａと、を含む。方向特定太陽光線強度情報は、日時情報１１４で示される日時及び場所情報１１５で示される場所における、方向情報１１６ａで示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報である。通信部１１７は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、第三算出部１２１の算出結果を送信する。図１１に示す各構成は、ハードウェアで構成してもよい。また、図１１に示す各構成は、日射予測システム１００がプログラムを実行することで実現することもでき、記憶部１１３は、日射予測システム１００で実行するプログラムを記憶してもよい。記憶部１１３は、データの用途に応じて、揮発性の記憶装置や不揮発性の記憶装置を有する。
　なお、通信部１１７は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、第二算出部１１２が算出した方向特定太陽光線強度を示す方向特定太陽光線強度情報を送信する構成としてもよい。
　なお、日射予測システム１００において、通信部１１７は、予測情報問合せ情報の送信元に対し、抽出部１１１が抽出した太陽光線強度情報を送信する構成としてもよい。この場合、第二算出部１１２の機能に相当する構成を、クライアントマシン２又は３が有することとしてもよい。すなわち、本発明は、サーバーマシンとクライアントマシンとをネットワークで接続してなる日射予測システムであって、サーバーマシンは、日時に関する情報である日時情報１１４で示される日時及び場所に関する情報である場所情報１１５で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報１１６を算出する第一算出部１１０と、日時情報１１４と、場所情報１１５と、第一算出部１１０が算出した太陽光線強度情報１１６と、を対応付けて記憶する記憶部１１３と、クライアントマシンと通信を行う第一通信部と、第一通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた太陽光線強度情報１１６を記憶部１１３から抽出する抽出部１１１と、を備え、第一通信部は、クライアントマシンに対し、抽出部１１１が抽出した太陽光線強度情報１１６を送信し、クライアントマシンは、サーバーマシンと通信を行う第二通信部と、第二通信部を介して入力された太陽光線強度情報１１６を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部（第二算出部１１２の機能に相当する構成）と、を備え、第二通信部は、太陽光線問合せ情報をサーバーマシンに送信し、太陽光線問合せ情報は、日時情報１１４と、場所情報１１５と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報１１６ａと、を含む、構成としてもよい。
　記憶部１１３は、日時に関する情報である日時情報１１４と、場所に関する情報である場所情報１１５と、日時情報１１４で示される日時及び場所情報１１５で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報１１６（第一算出部１１０が算出した太陽光線強度情報１１６）と、を対応付けて記憶する。
　日射予測システム１００の通信部１１７は、インターネットなどのネットワーク４に接続されている。ネットワーク４には、ユーザが用いるクライアントマシン２、３が接続されており、クライアントマシン２、３は、ネットワーク４を介して、日射予測システム１００と通信を行う。
　クライアントマシン２又はクライアントマシン３から、日射予測システム１００へは、ネットワーク４を介して、予測情報問合せ情報が送信される。太陽光線問合せ情報は、日時情報１１４と、場所情報１１５と、方向情報１１６ａと、を含む。日射予測システム１００から、予測情報問合せ情報の送信元であるクライアントマシン２又はクライアントマシン３へは、ネットワーク４を介して、抽出部１１２による抽出結果である方向特定太陽光線強度情報が送信される。
　なお、本実施例において、記憶部１１３に記憶する情報の一例は、図９に示した情報である。
　図１２は、図１１に示した日射予測システム１００の動作を示すフローチャートである。ステップＳ９１では、日時情報と場所情報を用いて、すべての日時におけるすべての場所の太陽光線強度情報１１６が含む情報を算出する。この太陽光線強度情報１１６が含む情報の算出には、例えば、放射伝達方程式を用いる。すなわち、太陽光線強度情報１１６が含む情報は、例えば放射伝達方程式を解いて算出する値や、放射伝達方程式を解く過程で算出する値を含む。ステップＳ９２では、ステップＳ９１で算出した太陽光線強度情報１１６が含む情報を記憶部１１３に記憶する。
　続いて、ネットワーク４を介して、クライアントマシン２又はクライアントマシン３からの予測情報問合せ情報を受信した場合には（ステップＳ９３：Ｙｅｓ）、ステップＳ９４に進み、予測情報問合せ情報を受信しない場合には（ステップＳ９３：Ｎｏ）、ステップＳ９３に戻る。予測情報問合せ情報は太陽光線問合せ情報を含む。なお、太陽光線強度情報１１６が含む情報の算出、算出した情報の記憶部１３への記憶は、クライアントマシン２又は３からの太陽光線問合せ情報を受信する処理を実施する前に、すべて済ませてしまっておいてもよいし、例えば今まで入手不可能だった地域のデータが新たに入手できた場合などにはその都度更新してもよい。
　ステップＳ９４では、クライアントマシン２又はクライアントマシン３からの受信データに含まれる太陽光線問合せ情報に基づき、記憶部１１３から太陽光線強度情報１１６の抽出を行う。すなわち、太陽光線問合せ情報に含まれる日時情報１１４、場所情報１１５に該当する太陽光線強度情報１１６を、記憶部１１３から抽出する。ステップＳ９４ではさらに、抽出した太陽光線強度情報１１６の値に対し、方向情報１１６ａを入力値とした数学的計算を行うことで、日時情報１４で示される日時に、太陽光線問合せ情報に含まれる場所情報１５で示される場所で、方向情報１１６ａで示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報である方向特定太陽光線強度情報を算出する。
　ステップＳ９５では、ステップＳ９４で算出した方向特定太陽光線強度情報を用いて、ステップＳ９３で受信した予測情報問合せ情報に対する日射を予測する日射予測情報を算出する。ここで算出する日射予測情報は、例えば、日射障害物を考慮した日射予測情報を含む。ここで算出する日射予測情報は、例えば、日射障害物を考慮した日射予測情報を含む。日射障害物を考慮した日射予測情報の算出についての詳細は、後述する。
　ステップＳ９６では、ステップＳ９５で算出した日射予測情報を、今回の予測情報問合せ情報の送信元であるクライアントマシン２又はクライアントマシン３に、ネットワーク４を介して送信する。クライアントマシン２又はクライアントマシン３は、日時情報１４、場所情報１５及び方向情報１６ａを含む太陽光線問合せ情報を含む予測情報問合せ情報を日射予測システム１００に送信するだけで、日射予測情報を得ることができ、より詳細な日射予測情報を容易に得ることができる。クライアントマシン２又はクライアントマシン３は、日射予測システム１００から得た日射予測情報を用いて、エンドユーザに対して様々なアプリケーションを提供することができる。
　また、本実施例では、太陽光線強度情報１１６を予め算出しておくので、クライアントマシン２又はクライアントマシン３から太陽光線問合せ情報を受信してから算出する場合と比べて、応答が早く、より高い即時性をもって方向特定太陽光線強度情報を提供することができる。
　＜照射熱量の算定＞
　本実施例では、図１に示した構成において、日射予測システム１０は、照射熱量を算出することができる。図１３は、分光放射照度を示すグラフである。図１３において、横軸は光の波長であり、縦軸は分光放射照度である。図１３では、上述の実施例１に基づき、照射面に対する天空のエネルギー強度をシミュレーションで算出した後、照射面に照射される熱量を算出した結果を示す。また、図１３は、２０１６年６月２０日の１２：００～１３００に宮古島に配置した照射面が受ける熱量の算出例である。本実施例によれば、照射面に照射されるエネルギーの積算値は１，０２９．８［Ｗ／ｍ２］であることが求まり、照射面が受ける熱量は３，７０７，３５８［Ｊ／ｍ２］であることが求まる。
　本実施例により、計測の困難であった高層構造物などや、森林が受ける照射熱量の予測が可能となり、構造物の防御設計や、森林植林計画に活用することが可能である。
　＜構造物に照射される照射量の算定＞
　本実施例では、図１に示した構成において、日射予測システム１０は、実施例３で求めた結果である照射面が受ける熱量から、照射される材質（照射面を有する照射材の材質）に応じた温度上昇を予測することができる。本実施例では、この照射面の温度上昇予測について説明する。図１４は、照射される材質の温度上昇に関する試算条件を示す図である。図１４に示すように、本実施例では、照射材Ｊ１の照射面Ｊ２の太陽光線が入射した場合であって、照射面Ｊ２の反射率は３０％であるとする。また、照射材Ｊ１からの熱放射はゼロであるとする。また、照射材Ｊ１からの熱伝達、熱伝導はゼロであるとする。
　図１５は、材質に応じた１時間後の温度上昇の試算例を示す図である。照射面Ｊ２の反射率が３０％である照射材Ｊ１に３，７０７，３５８［Ｊ／ｍ２］の熱量の太陽光線が入射されると、照射面Ｊ２での反射熱量は１，１１２，２０７［Ｊ／ｍ２］であり、照射材Ｊ１の吸収熱量は２，５９５，１５１［Ｊ／ｍ２］である。図１５に示す材質ごとの熱特性を考慮すると、図１５に示すように、材質ごとの１時間後の温度上昇を試算することができる。例えば、照射材Ｊ１の材質が鋼材の場合は、熱容量が１８８６４［Ｊ／Ｋ］であることから、１時間に受ける熱量は、２５９５．１５１［Ｊ／ｍ２］×１［ｍ２］／１８８６４［Ｊ／Ｋ］＝１３７．６［Ｋ］となる。したがって、当初２０［℃］の鋼材の温度は、１時間後に２０［℃］＋１３７．６［Ｋ］＝１５７．６［℃］に上昇する。同様に、当初２０［℃］のガラスウール保温板の温度は、２０［℃］＋２５７４５．５［Ｋ］＝２５７６５．５［℃］に上昇する。なお、ここで、照射材Ｊ１の材質モデルの形状は１ｍｘ１ｍｘ厚さ５ｍｍであるとする。また、この試算は、照射材Ｊ１からの放熱（熱放射、熱伝導、熱伝達など）がないと仮定した場合の試算である。現実には、照射材Ｊ１からの放熱があるので、これほど温度上昇することはない。試算においては必要に応じて放熱を考慮すればよい。この試算により、高所や人が近づけずに計測が困難であった構造物や、土地などの照射面における、温度上昇の予測が可能となり、本実施例によれば、構造物の劣化予測や、森林植林計画に活用することが可能である。
　＜他照射面での反射の参入（歩道の例）＞
　本実施例では、図１に示した構成において、日射予測システム１０は、歩道の反射率に基づき反射エネルギーを算出し、照射面に照射される照射量を算出することができる。歩道の反射率は、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明した方法で求めることができる。図１６（ａ）は歩道での各方向からの分光照射強度の例を示すグラフである。図１６（ａ）において、横軸は光の波長であり、縦軸は照射強度である。図１６（ｂ）は歩道での分光反射率の例を示すグラフである。図１６（ｂ）において、横軸は光の波長であり、縦軸は分光反射率である。図１６（ｂ）を参照すると、歩道の分光反射率が１０～２０％であることがわかる。
　＜他照射面での反射の参入（草地、例えば芝生の例）＞
　本実施例では、図１に示した構成において、日射予測システム１０は、草地の反射率に基づき反射エネルギーを算出し、照射面に照射される照射量を算出することができる。草地の反射率は、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明した方法で求めることができる。図１７（ａ）は草地での各方向からの分光照射強度の例を示すグラフである。図１７（ａ）において、横軸は光の波長であり、縦軸は照射強度である。図１７（ｂ）は草地での分光反射率の例を示すグラフである。図１７（ｂ）において、横軸は光の波長であり、縦軸は分光反射率である。図１７（ｂ）を参照すると、草地の分光反射率が５～１０％であることがわかる。また、図１７（ｂ）を参照すると、草地では近赤外で反射率が急増していることがわかる。
　＜他照射面での反射の参入（アスファルトの例）＞
　本実施例では、図１に示した構成において、日射予測システム１０は、アスファルトの反射率に基づき反射エネルギーを算出し、照射面に照射される照射量を算出することができる。アスファルトの反射率は、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明した方法で求めることができる。図１８（ａ）はアスファルトでの各方向からの分光照射強度の例を示すグラフである。図１８（ａ）において、横軸は光の波長であり、縦軸は照射強度である。図１８（ｂ）はアスファルトでの分光反射率の例を示すグラフである。図１８（ｂ）において、横軸は光の波長であり、縦軸は分光反射率である。図１８（ｂ）を参照すると、アスファルトの分光反射率が５％であることがわかる。
　＜日射障害物を考慮した日射予測情報の説明＞
　以下に、日射障害物を考慮した日射予測情報について、さらに説明する。
　上述のように、日射予測システム１０や１００では、第一算出部１１や１１０で太陽光線強度情報を算出し、第二算出部１２や１１２で方向特定太陽光線強度情報を算出した。これらの算出結果である日射エネルギーに対し、第三算出部２１や１２１では、日射障害物の影響を考慮した日射エネルギーを算出する。この日射エネルギーは分光日射エネルギーであってもよい。日射障害物を考慮した日射予測情報は、日射障害物の影響を考慮した日射エネルギーを含む。日射エネルギーとしては、例えば、分光放射輝度を採用することができる。
　図１９は、日射障害物の影響を考慮していない日射エネルギーについて説明する図である。図２０は、日射障害物の影響を考慮した日射エネルギーについて説明する図である。図１９に示すように、日射障害物の影響を考慮していない日射エネルギー２５０は、照射面に対して半球状に照射する太陽光のエネルギーである。しかし、実際には、山岳などの地形２００や建築構造物２１０が日射障害物となり、この照射面での日射エネルギーは、日射エネルギー２５０よりも小さい。そこで、本実施例では、図２０に示すように、地形２００や建築構造物２１０のような日射障害物の影響を考慮した日射エネルギー２５５を算出する。日射エネルギー２５５は、地形２００や建築構造物２１０といった日射障害物に応じたマスクを日射エネルギー２５０に適用することで算出することができる。日射障害物に応じたマスクは、日射障害物の大きさ、形状及び位置に応じて定めることができる。
　図２１は、日射障害物の透過率を考慮した日射エネルギーについて説明する図である。例えば、照射面がビニールハウスの中である場合、ビニールハウスに張られたビニール２６５によって日射エネルギーが減衰する。この場合、ビニール２６５も日射障害物であると考えることができる。そこで本実施例では、日射障害物ごとの透過率を考慮したマスクを日射エネルギー２５０に適用して日射エネルギー２５５を算出してもよい。透過率を考慮する日射障害物としては、ビニールハウス内におけるビニールのほか、室内における窓、水中での水などが挙げられる。例えば、図２１に示すように、日射エネルギー２５０に対し、太陽光が照射される半球状の全体にビニール２６５の透過率のマスクを適用し、さらに地形２００によるマスク２６０ａ及び建築構造物２１０によるマスク２６０ｂを適用してもよい。また、日射エネルギー２５０に対し、太陽光が照射される半球状の各箇所において、透過率がより低いマスクを適用してもよい。
　数３は、日射量を算出する計算式の一例である。数４は、日射障害物の影響を考慮していない分光放射輝度を算出する計算式の一例である。数５は、日射障害物の影響を考慮した光放射輝度を算出する計算式の一例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　本実施例では、例えば数５を用いて、第三算出部２１や１２１において、日射障害物の影響を考慮した光放射輝度を算出する。
　＜日射予測システムによる予測結果の例＞
　以下、上述した本実施例の日射予測システムによる予測結果の例を説明する。
　図２２は、本発明の日射予測システムによる予測の例における条件を示す図である。本例では、場所として、高知県を対象にした。日時は、２０２２年１月～２０２２年１２月の予測である。上述のように、本実施例によれば、第三算出部２１及び１２１は、日射障害物の影響を考慮した日射エネルギーを算出する。
　図２３は、日射エネルギーの計算モデルを示す図である。本実施例では、図２３に示すように、散乱して計算地点に達する日射エネルギーは、日射障害物による日射障害を除外した分である。
　次に、マスクの説明の補助となるよう、マスクのイメージを示す。図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）及び図２４（Ｃ）は、マスクのイメージを示す図である。図２４（Ａ）は、日射障害物がない場合のマスクのイメージである。図２４（Ｂ）は、地形の日射障害物がある場合のマスクのイメージである。図２４（Ｃ）は、地形及び建築構造物の日射障害物がある場合のマスクのイメージである。図２４（Ｂ）及び図２４（Ｃ）に示すように、日射エネルギーに対するマスクは、日射障害物の大きさ、形状及び位置が反映されたマスクとすることができる。
　次に、天空のイメージを示す。図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）、図２５（Ｃ）及び図２５（Ｄ）は、天空のイメージを示す図である。図２５（Ａ）は、６月２０日の日射障害物がない場合の天空のイメージである。図２５（Ｂ）は、６月２０日の日射障害物（地形）がある場合の天空のイメージである。図２５（Ｃ）は、１２月２０日の日射障害物がない場合の天空のイメージである。図２５（Ｄ）は、１２月２０日の日射障害物（地形）がある場合の天空のイメージである。
　次に、時刻ごとの天空のイメージを示す。図２６（Ａ）、図２６（Ｂ）、図２６（Ｃ）、図２６（Ｄ）、図２６（Ｅ）、図２６（Ｆ）、図２６（Ｇ）及び図２６（Ｈ）は、時刻ごとの天空のイメージを示す図である。図２６（Ａ）は、３月２０日の日射障害物を考慮した場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｂ）は、３月２０日の日射障害物を考慮しない場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｃ）は、６月２０日の日射障害物を考慮した場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｄ）は、６月２０日の日射障害物を考慮しない場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｅ）は、９月２０日の日射障害物を考慮した場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｆ）は、９月２０日の日射障害物を考慮しない場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｇ）は、１２月２０日の日射障害物を考慮した場合の時刻ごとの天空のイメージである。図２６（Ｈ）は、１２月２０日の日射障害物を考慮しない場合の時刻ごとの天空のイメージである。
　次に、天空のイメージを示す。図２７（Ａ）、図２７（Ｂ）、図２７（Ｃ）及び図２７（Ｄ）は、天空のイメージを示す図である。図２７（Ａ）は、６月２０日の日射障害物がない場合の天空のイメージである。図２７（Ｂ）は、６月２０日の日射障害物（建築構造物）がある場合の天空のイメージである。図２７（Ｃ）は、１２月２０日の日射障害物がない場合の天空のイメージである。図２７（Ｄ）は、１２月２０日の日射障害物（建築構造物）がある場合の天空のイメージである。
　図２８は、図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した全天日射量を示すグラフである。図２８において、横軸は日時、縦軸は全天日射量である。図２８では、露地において日射障害物を考慮しない場合、ビニールハウス内において日射障害物を考慮しない場合、露地において日射障害物を考慮した場合、及びビニールハウス内において日射障害物を考慮した場合の算出結果を示している。
　図２９は、図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した全天日射量の地形による減衰率を示すグラフである。図２９において、横軸は日時、縦軸は全天日射量の地形による減衰率である。図２９では、露地の場合、及びビニールハウス内の場合の算出結果を示している。
　図３０は、図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した紫外線量を示すグラフである。図３０において、横軸は日時、縦軸は紫外線量である。図３０では、露地において日射障害物を考慮しない場合、ビニールハウス内において日射障害物を考慮しない場合、露地において日射障害物を考慮した場合、及びビニールハウス内において日射障害物を考慮した場合の算出結果を示している。
　図３１は、図２２の条件のもと、本実施例の日射予測システムによって算出した紫外線量の地形による減衰率を示すグラフである。図３１において、横軸は日時、縦軸は紫外線量の地形による減衰率である。図３１では、露地の場合、及びビニールハウス内の場合の算出結果を示している。
　以上説明したように、本発明によれば、指定地域の指定時刻における、日射障害物を考慮した日射エネルギーを予測することが出来る。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の目的は、上述の実施例の機能を実現するプログラムコード（コンピュータプログラム）を格納した記憶媒体をシステムあるいは装置に供給し、供給されたシステムあるいは装置のコンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、上述した実施形態では、コンピュータがプログラムを実行することにより、各処理部として機能するものとしたが、処理の一部または全部を専用の電子回路（ハードウェア）で構成するようにしても構わない。本発明は、説明された特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　本出願は、２０２２年３月９日に出願された日本出願特願２０２２－３６０６７号に基づく優先権を主張し、当該日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
２、３　クライアントマシン
４　ネットワーク
１０　日射予測システム
１１　第一算出部
１２　第二算出部
２１　第三算出部
１３　記憶部
１７　通信部

Claims (6)

  1. 　日時に関する情報である日時情報と、場所に関する情報である場所情報と、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、
    　通信を行う通信部と、
    　前記通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた前記太陽光線強度情報を算出する第一算出部と、
    　前記第一算出部の算出結果を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部と、
    　前記第二算出部の算出結果を用いて、前記通信部を介して入力された前記予測情報問合せ情報に対する日射エネルギーを、日射障害物に応じたマスクを用いて予測する日射予測情報を算出する第三算出部と、
    を備え、
    　前記太陽光線問合せ情報は、前記日時情報と、前記場所情報と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報と、を含み、
    　前記方向特定太陽光線強度情報は、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における、前記方向情報で示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報であり、
    　前記通信部は、前記予測情報問合せ情報の送信元に対し、前記第三算出部の算出結果を送信する、
    ことを特徴とする日射予測システム。
  2. 　日時に関する情報である日時情報で示される日時及び場所に関する情報である場所情報で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報を算出する第一算出部と、
    　前記日時情報と、前記場所情報と、前記第一算出部が算出した前記太陽光線強度情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、
    　通信を行う通信部と、
    　前記通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた前記太陽光線強度情報を前記記憶部から抽出する抽出部と、
    　前記抽出部が抽出した前記太陽光線強度情報を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部と、
    　前記第二算出部の算出結果を用いて、前記通信部を介して入力された前記予測情報問合せ情報に対する日射エネルギーを、日射障害物に応じたマスクを用いて予測する日射予測情報を算出する第三算出部と、
    を備え、
    　前記太陽光線問合せ情報は、前記日時情報と、前記場所情報と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報と、を含み、
    　前記方向特定太陽光線強度情報は、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における、前記方向情報で示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報であり、
    　前記通信部は、前記予測情報問合せ情報の送信元に対し、前記第三算出部の算出結果を送信する、
    ことを特徴とする日射予測システム。
  3. 　請求項１又は２に記載の日射予測システムであって、
    　前記方向情報が示す方向は、太陽光線の照射を受ける照射面が拡がる面と直交する方向である
    ことを特徴とする日射予測システム。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の日射予測システムであって、
    　前記太陽光線強度情報は、前記方向情報によって示される方向を向く照射面以外の面で反射された太陽光線の強度を含む、
    ことを特徴とする日射予測システム。
  5. 　コンピュータを
    　日時に関する情報である日時情報と、場所に関する情報である場所情報と、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、
    　通信を行う通信部と、
    　前記通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた前記太陽光線強度情報を算出する第一算出部と、
    　前記第一算出部の算出結果を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部と、
    　前記第二算出部の算出結果を用いて、前記通信部を介して入力された前記予測情報問合せ情報に対する日射エネルギーを、日射障害物に応じたマスクを用いて予測する日射予測情報を算出する第三算出部と、
    として機能させ、
    　前記太陽光線問合せ情報は、前記日時情報と、前記場所情報と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報と、を含み、
    　前記方向特定太陽光線強度情報は、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における、前記方向情報で示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報であり、
    　前記通信部は、前記予測情報問合せ情報の送信元に対し、前記第三算出部の算出結果を送信する、
    ことを特徴とする日射予測プログラム。
  6. 　コンピュータを
    　日時に関する情報である日時情報で示される日時及び場所に関する情報である場所情報で示される場所における太陽光線強度に関する情報である太陽光線強度情報を算出する第一算出部と、
    　前記日時情報と、前記場所情報と、前記第一算出部が算出した前記太陽光線強度情報と、を対応付けて記憶する記憶部と、
    　通信を行う通信部と、
    　前記通信部を介して入力された予測情報問合せ情報が含む太陽光線問合せ情報に対応付けられた前記太陽光線強度情報を前記記憶部から抽出する抽出部と、
    　前記抽出部が抽出した前記太陽光線強度情報を用いて方向特定太陽光線強度情報を算出する第二算出部と、
    　前記第二算出部の算出結果を用いて、前記通信部を介して入力された前記予測情報問合せ情報に対する日射エネルギーを、日射障害物に応じたマスクを用いて予測する日射予測情報を算出する第三算出部と、
    として機能させ、
    　前記太陽光線問合せ情報は、前記日時情報と、前記場所情報と、太陽光線の照射を受ける照射面が向く方向を示す方向情報と、を含み、
    　前記方向特定太陽光線強度情報は、前記日時情報で示される日時及び前記場所情報で示される場所における、前記方向情報で示される照射面が受ける太陽光線の強度を含む情報であり、
    　前記通信部は、前記予測情報問合せ情報の送信元に対し、前記第三算出部の算出結果を送信する、
    ことを特徴とする日射予測プログラム。
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