(57)【要約】    【目的】  実地形についての広範囲な風況の把握可能な流体流動計測システム、およびそれを用いた風力発電装置を提供する。    【構成】  レーザ光を流動場へ照射させるレーザ発振装置と、  流動場に照射されたレーザ光が捉える粒子を連続撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  その画像撮影手段による撮影のタイミングをレーザ光の照射に同期させる制御手段と、  撮影画像データを風況解析用に処理する画像処理手段とを備える。前記レーザ光学系は、当該流動場内における風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域を照らすレーザ光を照射し、前記画像撮影手段は、その複数のレーザ光に対する撮影画像データを取得する。前記画像処理手段は、取得した複数の撮影画像データを用いて流動場の風況解析に供する画像処理を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置の周囲の風況を計測する流体流動計測システムであって、
レーザ光を流動場へ照射させるレーザ発振装置と、  流動場に照射されたレーザ光が捉えるトレーサを連続撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  その画像撮影手段による撮影のタイミングをレーザ光の照射に同期させる制御手段と、  撮影画像データを風況解析用に処理する画像処理手段とを備え、
前記レーザ光学系は、当該流動場内における風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域を照らすレーザ光を照射し、
前記画像撮影手段は、その複数のレーザ光に対する撮影画像データを取得し、
前記画像処理手段は、取得した複数の撮影画像データを用いて流動場の風況解析に供する画像処理を行うこととした流体流動計測システム。
【請求項２】
前記レーザ発振装置は、シート状のレーザ光を、計測領域ごとにスキャン照射することとし、
前記画像撮影手段は、レーザ光が照射された複数の計測領域それぞれを別角度で捉えられる複数のビデオスキャンカメラとしたことを特徴とする請求項１に記載の流体流動計測システム。
【請求項３】
前記レーザ発振装置は、立体的なレーザ光を照射することとし、
前記画像撮影手段は、レーザ光が照射された複数の計測領域それぞれを別角度で捉えられる複数のビデオスキャンカメラとしたことを特徴とする請求項１に記載の流体流動計測システム。
【請求項４】
前記レーザ発振装置は、地上に設置するとともに、レーザ光は上空へ向かって照射することとした請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体流動計測システム。
【請求項５】
撮影画像データにおけるトレーサとなる微粒子を流動場に対して発生させるトレーサ発生装置を備えた請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体流動計測システム。
【請求項６】
画像処理手段による画像処理に基づいて風力発電装置の風上における風向を算出する風向算出手段を備え、
その風向算出手段が算出した風向に関するデータを風力発電装置へ出力することとした請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体流動計測システム。
【請求項７】
風向算出手段は風向とともに風速に関するデータをも算出し、風力発電装置へ出力することとした請求項６に記載の流体流動計測システム。
【請求項８】
タワーと、鉛直方向を回転軸としてタワーに対して回転可能なナセルと、そのナセルに対してハブを介して固定されたブレードと、そのブレードの角度を変更する角度変更機構とを備えた風力発電装置であって、
その風力発電装置の周囲の風況を計測する流体流動計測システムを備え、
その流体流動計測システムは、レーザ光を流動場へ照射させるレーザ発振装置と、  流動場に照射されたレーザ光が捉える粒子を連続撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングをレーザ光に同期させる制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備え、
前記レーザ光学系は、当該流動場内における風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域を照らすレーザ光を照射し、
前記画像撮影手段は、その複数のレーザ光に対する撮影画像データを取得し、
前記画像処理手段は、取得した複数の撮影画像データを用いて流動場の風況解析に供する画像処理を行うこととした風力発電装置。
【請求項９】
画像処理手段による画像処理に基づいて風向を算出する風向算出手段を備えるとともに、
その風向算出手段が算出した風向に関するデータに基づいて、風向に対して正面を向くようにナセルを回転させることとした請求項８に記載の風力発電装置。
【請求項１０】
画像処理手段による画像処理に基づいて風速を算出する風速算出手段を備えるとともに、
その風速算出手段が算出した風速に関するデータに基づいて、前記角度変更機構によってそのブレードの角度を適正な角度へ変更することとした請求項８または請求項９のいずれかに記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中における流体の流れを乱す物体、例えば風力発電装置がある場合に、その物体の周囲における流体の動きを計測する技術、およびそれに関連する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
建造物を設置する前には、地図などを用いたいわゆるバーチャルな検証が行われるが、当該建造物が風の影響を大きく受けるものである場合には、実際の現場に当該建造物を設置する前に、その現場において発生すると考えられる風況を正確に把握する（以下、「事前風況検証」という）必要がある。また、当該建造物が建造された後に、当該現場における風況がどのようになるかについて、事後検証する（以下、「事後風況検証」という）必要がある場合も少なくない。
【０００３】
前述のような事前風況検証または事後風況検証に用いられる技術には、以下のようなものがある。
第一の方法は、現場における任意の地点に観測用のタワーを設置し、そのタワーの先端や中央付近に風向計や風速計を固定して風況を検証する方法である。
第二の方法は、現場における任意の地点に、例えばドップラーソーダまたはレーザードップラーを設置して風況を検証する方法である。
第三の方法は、現場地形を模擬した模型を作成し、風洞実験設備において風を流入させ、計測する方法である。
第四の方法は、コンピュータ内で現場地形を模擬した地形データを作成し、シミュレーションソフトを用いた数値解析を行う方法である。
第二の方法が採用されるとして、更に詳しく説明する。
【０００４】
ドップラーソーダ（ドップラー音波レーダー）は、現場における任意地点から上空に向けて、数千Ｈｚの一定周波数の音波を、数秒間隔で発振する。音波は、大気中の風に含まれる水蒸気や塵などの粒子に衝突し、反射する。その反射波を大型の筒状体にてキャッチし、ドップラー効果で変調した反射波に基づいて風速を算出する。
音波の受発信用の筒状体を三本程度とし、それぞれの傾き角度や方向を異ならせることによって風向きを算出することも可能である。
【０００５】
レーザードップラー（光波レーダー）は、レーザー光を放射し、大気中に浮遊する塵からの散乱光を受信する。受信した光は、風の影響によるドップラー効果を受けているので、その光の周波数変移量を分析し、風速や風向きを求める技術である。
例えば、風力発電用風車建設予定地について風向風速を計測する技術として、特許文献１に開示される技術がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０１２６５号公報
【０００７】
流体速度の計測法には、空間内の一点もしくは数点における速度を時間分解能の高い熱線流速計やレーザドップラー流速計などを採用する計測法の他に、流体内に混入した微少な粒子（トレーサ）にレーザ光などを照射してそれらの散乱光を画像として連続して取得し、粒子群の移動距離を求めて二次元平面内の流体速度を計測する粒子画像流速測定法（以下、Particle Image Velocimetry；「ＰＩＶ」と略記する）がある。前者は時間分解能に優れている。一方のＰＩＶは空間分解能に優れており、複雑な流動場における流体の流動を計測するのに適している。
なお、トレーサの追跡および個々の粒子像をコンピュータにてデジタル処理する方法を粒子追跡法（Particle Tracking Velocimetry ；「ＰＴＶ」と略記する）があるが、本書類では、ＰＴＶはＰＩＶの一種として含めることとする。
【０００８】
ＰＩＶにおける先行する技術として、特許文献２に開示される技術がある。この技術は、実験室レベルの計測技術であったＰＩＶを、実用化させることについて貢献している。
【０００９】
【特許文献２】特開２００２−２２７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した従来技術では以下のような問題点がある。
第一に、観測用タワーを用いる場合には、その設置に手間とコストがかかる上に、その観測タワー自体が新たな障害物となって周囲の風況に影響を与えるおそれがあるという問題がある。すなわち、本来的には当該観測タワーが存在しない状態での風況を把握することが目的であるため、観測タワーの存在が測定誤差を生じることとなってしまう可能性がある。
第二に、ドップラーソーダやレーザードップラーによる風況観測は、そのセッティングが比較的容易であるので、観測タワー設置に関わる問題点は回避できるものの、観測ポイントが限られてしまう。すなわち、ドップラー効果を生じる反射体に向かって照射される音波やレーザーの照射エリアが限られてしまっているのである。そのため、特許文献１に記載された技術を用いても、広範囲の風況を一度に把握することは困難である。
【００１１】
前述の第三の方法では、模型作成に莫大な費用と手間がかかる上に、詳細なモデルへの再現が困難であることから、現実の値を正確に再現することは困難である。
前述の第四の方法につき、近年のコンピュータの高速化やシミュレーションソフトの向上に伴い、数値解析の精度は向上している。しかし、数十から数百メッシュの格子による地形の再現では、実地形の風況との乖離は小さいものとは言えない。
【００１２】
また、特許文献２には、実地形についての広範囲の風況を把握することに応用する技術については、何ら開示されていない。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、実地形についての広範囲な風況の把握に用いるための技術を提供することである。
ここで、請求項１から請求項５に記載の発明の目的は、ＰＩＶ測定システムを用いて実地形についての広範囲な風況の把握可能な流体流動計測システムを提供することにある。
また、請求項６から請求項１０に記載の発明の目的は、ＰＩＶ測定システムを用いて実地形についての広範囲な風況を把握し、把握した風況を風力発電装置の運転に役立てる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（請求項１）
請求項１記載の発明は、風力発電装置の周囲の風況を計測する流体流動計測システムに係る。
すなわち、レーザ光を流動場へ照射させるレーザ発振装置と、  流動場に照射されたレーザ光が捉える粒子を連続撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  その画像撮影手段による撮影のタイミングをレーザ光の照射に同期させる制御手段と、  撮影画像データを風況解析用に処理する画像処理手段とを備える。  前記レーザ光学系は、当該流動場内における風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域を照らすレーザ光を照射し、  前記画像撮影手段は、その複数のレーザ光に対する撮影画像データを取得する。そして、前記画像処理手段は、取得した複数の撮影画像データを用いて流動場の風況解析に供する画像処理を行うこととした流体流動計測システムである。
【００１５】
（用語説明）
「レーザ発振装置」は、例えば、照射されるレーザ光がシート状のレーザ光であれば、レーザ光をシート状に整形するためのシステムを含む。
【００１６】
（作用）
まず、レーザ発振装置がレーザ光を流動場へ照射する。その流動場には複数の計測領域があり、当該流動場内における風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域を、レーザ発振装置から照査されたレーザ光が照らす。
続いて、流動場に照射されたレーザ光が捉えるトレーサを、画像撮影手段が撮影画像データとして取得する。このとき、その複数のレーザ光に対する撮影画像データを取得する。画像撮影手段による撮影のタイミングは、制御手段がレーザ光に同期させる。
そして、撮影画像データを画像処理手段が風況解析用に処理する。すなわち、取得した複数の撮影画像データを用いて流動場の風況解析に供する画像処理を行う。
風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域について、連続して複数の撮影画像データを取得できる。また、それらを解析することができ、風力発電装置の周囲の風況を把握できることとなる。
【００１７】
（請求項２）
請求項２記載の発明は、請求項１記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、前記レーザ発振装置は、シート状のレーザ光を、計測領域ごとにスキャン照射することとし、  前記画像撮影手段は、レーザ光が照射された複数の計測領域それぞれを別角度で捉えられる複数のビデオスキャンカメラとしたことを特徴とする。
【００１８】
（用語説明）
「ビデオスキャンカメラ」とは、ＣＣＤカメラのほか、Ｃ−ＭＯＳセンサーをも含む。
【００１９】
（作用）
レーザ発振装置は、シート状のレーザ光を、計測領域ごとにスキャン照射する。また、複数のビデオスキャンカメラである画像撮影手段は、レーザ光が照射された複数の計測領域それぞれを別角度で捉えることができる。したがって、広域な計測領域の風況を効率的に撮影画像データとして取得することができる。
【００２０】
（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、レーザ発振装置は、立体的なレーザ光を照射することとし、  前記画像撮影手段は、レーザ光が照射された複数の計測領域それぞれを別角度で捉えられる複数のビデオスキャンカメラとしたことを特徴とする。
【００２１】
（用語説明）
「立体的なレーザ光」とは、例えば、円錐の頂点部分から放射状に広がるレーザ光である。
【００２２】
（作用）
レーザ発振装置は、計測領域に対して立体的なレーザ光を照射する。複数のビデオスキャンカメラからなる画像撮影手段は、レーザ光が照射された複数の計測領域それぞれを別角度で捉えられる。したがって、広域な計測領域の風況を効率的に撮影画像データとして取得することができる。
【００２３】
（請求項４）
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、前記レーザ発振装置は、地上に設置するとともに、レーザ光は上空へ向かって照射することとしたことを特徴とする。
「地上に設置する」とは、レーザ発振装置を直に地面へ固定するという趣旨ではなく、高さを確保するためのタワーなどを必要としない、ということを趣旨としている。
【００２４】
レーザ発振装置の設置について、タワーなどを必要としない。そのため、風況観測のために導入される新たな設備を少なくするすることができる。
【００２５】
（請求項５）
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、撮影画像データにおけるトレーサとなる微粒子を流動場に対して発生させるトレーサ発生装置を備えたことを特徴とする。
「トレーサとなる微粒子」とは、具体的には、湯気やドライアイスなどを用いた細かい水滴、煙幕などである。
「トレーサ発生装置」は、風上に設置されなければ機能しない。風向が一定しない地域であれば数カ所に設置するか、計測時に風上に設置することとなる。
【００２６】
（作用）
流動場の撮影画像データにトレーサが不足するような事態においては、トレーサ発生装置がトレーサとなる微粒子を流動場に対して発生させる。これによって、撮影画像データの取得、ひいては風況分析を確実なものとすることができる。
【００２７】
（請求項６）
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、画像処理手段による画像処理に基づいて風力発電装置の風上における風向を算出する風向算出手段を備え、  その風向算出手段が算出した風向に関するデータを風力発電装置へ出力することとした流体流動計測システムに係る。
【００２８】
（用語説明）
「風向算出手段」は、トレーサの動く方向を平均化するなどの手法で風向きを特定する。ここで算出される風向は、風力発電装置の風上における風向であり、風力発電装置に付属している風向計が現在の風向と、完全に一致はしない。
【００２９】
（作用）
風向算出手段が画像処理手段による画像処理に基づいて風向を算出する。そして、その風向算出手段が算出した風向に関するデータを風力発電装置へ出力する。出力を受けた風力発電装置は、たとえば、風向が変化している場合にナセルの向きを予め変更しておく。すると、発電効率を上昇させることに寄与する。
【００３０】
（請求項７）
請求項７記載の発明は、請求項６に記載の流体流動計測システムを限定したものである。
すなわち、風向算出手段は風向とともに風速に関するデータをも算出し、風力発電装置へ出力することとした流体流動計測システムに係る。
【００３１】
（作用）
風向算出手段が、風向とともに風速に関するデータをも算出する。そして、風力発電装置へ出力する。算出された風速が発電に適正な風速を越えるような場合には、風力発電装置は、ブレードの角度を変更したりすることにより、適正以上の風速に対する対策を講じ、出力を減少させてブレードの破損などを未然に防止する。ブレードのピッチ角を変更することにより、出力を向上させるように制御することもできる。
【００３２】
請求項８から請求項１０に記載の発明は、前述の請求項に係る流体流動計測システムを備えた風力発電装置に係る。
【００３３】
（請求項８）
請求項８記載の発明は、タワーと、鉛直方向を回転軸としてタワーに対して回転可能なナセルと、そのナセルに対してハブを介して固定されたブレードと、そのブレードの角度を変更する角度変更機構とを備えた風力発電装置であって、  その風力発電装置の周囲の風況を計測する流体流動計測システムを備える。
また、その流体流動計測システムは、レーザ光を流動場へ照射させるレーザ発振装置と、  流動場に照射されたレーザ光が捉える粒子を連続撮影して撮影画像データを取得する画像撮影手段と、  撮影のタイミングをレーザ光に同期させる制御手段と、  撮影画像データを処理する画像処理手段とを備える。
更に、前記レーザ光学系は、当該流動場内における風力発電装置を挟んで異なる複数の計測領域を照らすレーザ光を照射し、  前記画像撮影手段は、その複数のレーザ光に対する撮影画像データを取得し、  前記画像処理手段は、取得した複数の撮影画像データを用いて流動場の風況解析に供する画像処理を行うこととした風力発電装置である。
【００３４】
（請求項９）
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、画像処理手段による画像処理に基づいて風向を算出する風向算出手段を備えるとともに、  その風向算出手段が算出した風向に関するデータに基づいて、風向に対して正面を向くようにナセルを回転させることとした風力発電装置に係る。
【００３５】
（請求項１０）
請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９のいずれかに記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、画像処理手段による画像処理に基づいて風速を算出する風速算出手段を備えるとともに、  その風速算出手段が算出した風速に関するデータに基づいて、前記角度変更機構によってそのブレードの角度を適正な角度へ変更することとした風力発電装置に係る。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１から請求項５に記載の発明によれば、ＰＩＶ測定システムを用い、実地形についての広範囲な風況を把握可能な流体流動計測システムを提供することができた。例えば、風力発電装置を含む実地形などの風況把握や性能検証に寄与することとなった。
また、請求項６から請求項１０に記載の発明によれば、ＰＩＶ測定システムを用いて実地形についての広範囲な風況を把握し、把握した風況を風力発電装置の運転に役立てる技術を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
ＰＩＶ計測システムの実施の形態について、添付図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図１１である。図１は第一の実施形態を示す側面図であり、図２は平面図である。図３は第二の実施形態を示す平面図であり、図４は側面図である。図５は、レーザ発振器の発振方法を異ならせたバリエーションを示す概念図であり、図６はその詳細を示す図である。図７は、図５及び図６に示す他のバリエーションを示す詳細図である。図８は、複数台のカメラにて単一の画像データを得るバリエーションを示すものであり、図９はレーザーシートをスキャンする場合のアルゴリズムを示したものである。図１０は、風速と発電量、および風速とスラスト係数の関係を示す図である。図１１は、風速とスラスト係数の関係、および風力発電装置における関係式を定義するための図である。
【００３８】
（第一の実施形態）
図１および図２は、風力発電装置の前後における空気の流動を把握することにより、風力発電装置の風向に対する前後においてどのような流動が生じるのかといった風況や、発電効率を算出したりする。
ＰＩＶ測定システムに必要なレーザ発振装置は、以下のように用意されている。すなわち、風力発電装置の直上に対して水平なレーザシート(a)を発振するレーザ発振装置、風力発電装置のブレード中心付近に対して水平なレーザシート(b)を発振するレーザ発振装置、および地表近くに水平なレーザーシート(c)を発振するレーザ発振装置である。
【００３９】
一方、風力発電装置における風上側、および風下側の地表面には、それぞれカメラ(α)、カメラ(β)が、鉛直に固定されている。このカメラ(α、β)は、レーザシートが存在しているタイミングにおいて、短い時間間隔（例えば1/30秒間隔）にて連続撮影を行う。ここでカメラ(α、β)は、各レーザシートの測定領域におけるレーザ光に対する浮遊物などの反射光を集光する対物レンズと、その対物レンズによって集光された光データをカメラレンズを介して受光するエリアスキャンカメラとを備えている。
【００４０】
それぞれのカメラの撮影タイミングは、図示を省略するが、タイミングスケジューラとシンクロナイザとで形成されている。
そのタイミングスケジューラからのタイミングにてレーザ発振装置が発振せしめられる一方、この発振タイミングとシンクロナイザで同期をとってエリアスキャンカメラを駆動する。すなわち、撮影タイミングのコントロールは、レーザ発振装置とエリアスキャンカメラとの同期をとって駆動させるようになっている。
【００４１】
エリアスキャンカメラにてアナログ撮影したら、そのアナログ画像信号をデジタル化する。そして、そのデジタル画像信号である画像フレームを、ＰＩＶ手法により画像処理するコンピュータとを備えた画像処理手段によって画像データを処理するのである。
【００４２】
ＰＩＶ計測システムでは、エリアスキャンカメラに撮像された時間的に微小時間異なる二つの時刻の粒子画像を輝度パターンの分布とみなして画像処理手段のコンピュータにより画像比較・解析の画像処理を行い、粒子群の移動量を推定する。粒子画像は、各レーザシート(a,b,c)上の流体中に拡散分布するパーティクル（粒子）群のある時刻での分布画像を表わしており、デジタル化された輝度を持つピクセル（画素）によって構成される。画像処理手段による画像処理、いわゆるＰＩＶ処理の過程では、各粒子画像のうち限定された測定領域を取り出して画像処理される。
以後の作用や構成についての詳細については、特開２００２−２２７５９号に開示されている技術と同様であり、省略する。
【００４３】
カメラ(α)では、図１に示すように地表面から離れるに従って風速が大きくなるものの、図２に示すように水平方向では差がないことが把握される。
一方、カメラ(β)では、図１に示すように地表面から離れるに従って風速が大きくなるものの、ブレードのハブ付近で最も風速が小さくなることが把握される。また、図２に示すように、水平方向においても、ブレードのハブ付近で最も風速が小さくなる。
【００４４】
画像処理によってカメラ(α)にて捉えた３カ所の風速と、カメラ(β)にて捉えた３カ所の風速とを得たら、それぞれ補間、積分するなどの演算を介することで、風のエネルギー総量が把握できる。また、そのエネルギー総量と発電量とを比較すれば、風力発電装置の発電効率も把握できる。更に、以下のようなことも把握できる。
風の乱れ度合い、ブレード前後での風向の変化、風車からどれだけ離れると風速分布が元に戻るかという後流の影響距離、風音の検討に用いたり翼端から出る渦強さ、ブレードを押す力としてスラスト力、スラスト係数などである。スラスト係数は、風車前後の風速の違いやスラスト力等を用いて算出するものであり、風車後流の影響検討に重要な要素となる。
【００４５】
本実施形態では、レーザ発振装置の設置に高さが必要となる。その高さは、測定対象となる流動場からは充分離れた場所に設置する観測タワーによる方法、山や丘などの自然地形を利用した設置する方法などによって確保することとなる。
【００４６】
（第二の実施形態）
図３および図４に示す第二の実施形態は、レーザ発振装置を地表面に設置することでレーザシート(d,e,f)を垂直とし、カメラ(α、β)を地表面の斜め方向に設置したものである。レーザシート(d,f)はブレードの外側、レーザシート(e)はブレードの内側に位置するように、各レーザ発振装置を設置する。
第二の実施形態のメリットは、レーザ発振装置の設置にタワーなどを必要としない点である。
【００４７】
ところで、カメラ(α、β)が広い範囲を捉えるためには、風力発電装置から離れた場所に設置する必要がある。地形や設備は位置の関係で、カメラ(α、β)を風力発電装置から離れた場所に設置しなければならない場合もある。そのような場合には、必要に応じて、テレスコープを使用する。
【００４８】
（図５、図６）
図５では、計測領域に対してひとつのレーザ発振器が複数のレーザシート(1,2)を発振し、それらレーザシート(1,2)に映し出されるトレーサをカメラ(α)にて捉える様子を概念的に示している。
ひとつのレーザ発振器が複数のレーザシート(1,2)を発振する様子を、図６に示す。まず、レーザ発振器がレーザ光を発振したら、ミラー（表面鏡）にて、所定の角度へ反射させる。反射した先には、そのレーザ光をシート状にするシート化光学系を通過させる。そして、バリアングルプリズムを通過させることによって、レーザシートを所望する角度で発射する。
複数のバリアングルプリズムを入れ替えるなどの方法により、複数のレーザシート(1,2)を発振させることとなる。
【００４９】
（図７）
図７に示すのは、図６とは異なる複数のレーザシート(1,2)を発振方法を示したものである。
複数のバリアングルプリズムを入れ替えるなどの方法を用いるのではなく、シート化光学系を出たレーザシートを電気的に制御する方法である。シート化光学系から出るレーザシートを反射させることができるミラー（表面鏡）を、ミラー固定部を用いてカンティレバー状に固定し、ＰＺＴ（圧電素子）によってミラーの角度を変更できるようにすることによって、複数のレーザシート(1,2)を発振させることができるように形成している。
【００５０】
（図８）
図８は、複数台のカメラにて単一の画像データを得るバリエーションを示している。すなわち、単一の画像について撮影角度を異ならせて撮影することにより、三次元的な動きを把握することができたり、測定誤差を修正できたりする、というメリットがある。
ここに示したバリエーションは、第二の実施形態において用いると有効である。
【００５１】
（図９）
図９は、レーザーシートをスキャンする場合のアルゴリズムである。図９の左側のフローチャートに従った処理を行い、続いて右側のフローチャートに従った処理を行うのである。
まず、レーザシートの照射角度の基準を決定し、その基準をth0とする。次に、レーザシート面の１回目の撮影を行う。このときの時刻をT1とすると、画像撮影データは、（T1,th0）と表せる。続いて、所定の撮影間隔（例えば１／３０秒）をおいてレーザシート面の２回目の撮影を行う。この画像撮影データは、（T2,th0）と表せる。
【００５２】
次に、レーザシートの照射角度を変更し、それをth1とする。そして、レーザシート面の１回目の撮影を行う。このときの時刻をT1とすると、画像撮影データは、（T1,th1）と表せる。続いて、所定の撮影間隔（例えば１／３０秒）をおいてレーザシート面の２回目の撮影を行う。この画像撮影データは、（T2,th2）と表せる。
同様に、レーザシートの照射角度をＮまで変更し、それをthNとする。とする。すると画像撮影データは、（TN,th1）、（TN,th2）と表せる。
【００５３】
撮影されたレーザシート(1)、レーザシート(2)の撮影画像データから、速度場Ｖ(s,thn)を算出する。ここで、「th」はレーザシートの照射角度であり、「n」は１〜Ｎまでとする。
次に、時系列ｓについて平均化し、速度場Ｖ(thn)を算出する。そして、その速度場Ｖ(thn)を用いて、三次元速度場へマッピングする。
以上により、三次元の速度場の解析を行うことができる。
【００５４】
三次元解析により、トレーサの動く方向を平均化するなどの手法で風向きを特定する。ここで算出される風向は、風力発電装置の風上における風向であり、風力発電装置に付属している風向計が現在の風向と、完全に一致はしない。風向は常に変化するからである。例えば、風向きについては、直前の１０分間の平均値を算出し、所定角度以上の変化が生じた場合にナセルの向きを変更するように制御している。
【００５５】
算出した風向に関するデータを風力発電装置へ出力する。出力を受けた風力発電装置は、たとえば、風向が変化している場合にナセルの向きを予め変更しておく。すると、風向に対する正対する時間を長くすることができ、発電効率を上昇させることに寄与する。
【００５６】
なお、三次元解析により風速に関するデータをも算出し、風力発電装置へ出力することとする。そうすることにより、算出された風速が発電に適正な風速を越えるような場合には、風力発電装置は、ブレードの角度を変更したりすることにより、適正以上の風速に対する対策を講じ、ブレードの破損などを未然に防止する。
また逆に、出力を向上させるためにブレードのピッチ角を変更するように制御しても良い。
【００５７】
（図１０）
図１０は、風速と発電量、および風速とスラスト係数の関係を示している。
【００５８】
図１１は、風速とスラスト係数の関係、および風力発電装置における関係式を定義するための図である。スラスト係数をＣtとし、風速をＵ0、ブレードを通過した後の風速をＶとすると、
Ct = 1 - (V／U0)2 
という関係式が成り立つことが一般に知られている。
前述した三次元解析によればＵ0およびＶを正確に算出できるので、スラスト係数Ｃtをすぐに導き出し、風況解析に用いることができる。
【００５９】
前述の実施形態では、風力発電装置やウィンドファームの周囲の風況把握に用いた例として説明してきた。しかし、自然環境内での比較的広域な風況を把握したい場合、都市のビル群の中に設置された風力発電装置の周囲における風況についての把握必要性が生じた場合などにも、本発明の手法が応用可能であるということは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第一の実施形態を示す側面図である。
【図２】第一の実施形態を示す平面図である。
【図３】第二の実施形態を示す平面図である。
【図４】第二の実施形態を示す側面図である。
【図５】レーザ発振器の発振方法を異ならせたバリエーションを示す概念図である。
【図６】レーザ発振器の発振方法のバリエーションを示す詳細図である。
【図７】レーザ発振器の発振方法のバリエーションを示す詳細図である。
【図８】複数台のカメラにて単一の画像データを得るバリエーションを示す概念図である。
【図９】レーザーシートをスキャンする場合のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１０】風速と発電量、および風速とスラスト係数の関係を示す図である。
【図１１】風速とスラスト係数の関係、および風力発電装置における関係式を定義するための図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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