(57)【要約】【課題】簡潔な構成で屋外にも複数台を好適に設置可能な３次元風向風速計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる３次元風向風速計測装置（計測装置１００）の代表的な構成は、電力を得る太陽電池１０６と、水平および鉛直方向の風向を計測する風向計１０８ａ、１０８ｂと、水平および鉛直方向の風速を計測する風速計１１４ａ、１１４ｂと、風向および風速に関するデータを送信し、かつマルチホップ接続によって他の装置からのデータも中継する無線通信部１２８と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2019095222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を得る太陽電池と、
水平および鉛直方向の風向を計測する風向計と、
水平および鉛直方向の風速を計測する風速計と、
風向および風速に関するデータを送信し、かつマルチホップ接続によって他の装置からのデータも中継する無線通信部と、
を備えることを特徴とする３次元風向風速計測装置。
【請求項２】
前記風向計は矢羽根式であって、
前記風速計は風杯型であることを特徴とする請求項１に記載の３次元風向風速計測装置。
【請求項３】
前記風向計として、
水平方向を計測する矢羽根式風向計と、
鉛直方向を計測する２つの矢羽根式風向計と、を備え、
前記鉛直方向を計測する２つの矢羽根式風向計は、回転軸の方向が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の３次元風向風速計測装置。
【請求項４】
当該風向風速計測装置はさらに、外側を囲う樹脂製のケージを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の３次元風向風速計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の風向および風速を計測する３次元風向風速計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠隔操作可能な小型の無人マルチコプター、いわゆるドローンを利用した物流網の構築に注目が集まっている。ドローンを利用した流通サービスが実用化できれば、不足する労働力の補填や、滞りがちであった山間部への配送など、さらなる産業の発達が期待できる。このような物流網の構築を目指し、本出願人らによって「ドローンハイウェイ構想」が発表されている。ドローンハイウェイ構想では、ドローンの飛行ルートを確保すべく、送電鉄塔および送電線を含む送電網の上空をドローン専用の空路に利用するというアイデアが練られている。
【０００３】
ドローンを安全に飛行させるためには、風向や風速などの空路上の緻密な気象情報を観測する必要がある。しかしながら、送電鉄塔は５０〜１００ｍ程度の高さがあり、ドローンハイウェイではそれよりも高いところを飛行することになる。気象庁および各組織によって測定されている気象情報は主に地表面に関するものであり、そのような高所では風速および風向が地表面とは異なってしまうため、従来設備から得られるデータが役に立たない。また人口密度の高い地域では比較的密に気象情報が観測されているが、山間部などの人口密度が低い詳細な気象情報を測定する設備は整っていない。そのため、上記のドローンハイウェイ構想では、送電鉄塔などの屋外の高所に風向風速計測装置を設置することが予定される。
【０００４】
現在、一般に普及している風向および風速計としては、風車や風杯の回転を検出して測定値を得る機械式のものがよく知られている。通常、機械式の風向風速計は、単体では水平方向（２次元）における風向や風速を測定する。水平方向に加えて上下方向（３次元）の風向や風速を計る風速計としては、超音波の伝搬時間を利用して風速を求める超音波式のものや、電熱線が発熱および冷却する温度を利用して風速を求める熱線式のもの、さらにはピトー管によって風の動圧から風速を求めるピトー管式のものなどが知られている。例えば特許文献１に記載の三次元風向計測装置では、熱線式と同じ原理を利用し、熱源を有する球体の表面温度の変化から風向を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８９８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、風向風速計測装置を屋外の高所に所定の経路に沿って設置するには、測定したデータを回収する手段の他、さまざまな阻害要因も考慮する必要がある。風雨や紫外線等に対する耐候性を考慮することはもちろんのこと、低重量であることや、落雷やカラス等への対策も求められる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、簡潔な構成で屋外にも複数台を好適に設置可能な３次元風向風速計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる３次元風向風速計測装置の代表的な構成は、電力を得る太陽電池と、水平および鉛直方向の風向を計測する風向計と、水平および鉛直方向の風速を計測する風速計と、風向および風速に関するデータを送信し、かつマルチホップ接続によって他の装置からのデータも中継する無線通信部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、外部に電源を用意する必要がなく、測定したデータの回収も簡単に行うことができる。加えて、機械式の風向計および風速計を利用していて、省電力であるだけでなく、配線や金属部品の使用を抑えた軽量かつ落雷の心配の少ない構成を実現することができる。したがって、上記構成であれば、屋外の高所にも好適に設置でき、複数台を設置することで、所定の経路に沿った風向および風速情報を効率よく取得することが可能になる。
【００１０】
上記の風向計は矢羽根式であって、風速計は風杯型であるとよい。この構成によれば、超音波式や熱線式等に比べて、構造が簡潔で電気の使用量も少なくて済むため、軽量かつ省電力な装置を実現することができる。
【００１１】
当該３次元風向風速計測装置は、上記風向計として、水平方向を計測する矢羽根式風向計と、鉛直方向を計測する２つの矢羽根式風向計と、を備え、鉛直方向を計測する２つの矢羽根式風向計は、回転軸の方向が異なっていてもよい。
【００１２】
上記構成によれば、鉛直方向の風向を計測するためとして、回転軸の方向の異なる複数の矢羽根式風向計を備えることで、風向を３次元的により精度よく計測および算出することが可能になる。
【００１３】
当該３次元風向風速計測装置はさらに、外側を囲う樹脂製のケージを備えるとよい。ケージを備えることで、カラスや飛来物などから風向計および風速計などの特に可動部分を保護することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡潔な構成で屋外にも複数台を好適に設置可能な３次元風向風速計測装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る３次元風向風速計測装置の概要を示す斜視図である。
【図２】３次元風向風速計測装置の各部の構成図である。
【図３】３次元風向風速計測装置の設置例を示す図である。
【図４】３次元風向風速計測装置の変形例を示す斜視図である。
【図５】３次元風向風速計測装置の複数での運用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る３次元風向風速計測装置（計測装置１００）の概要を示す斜視図である。当該計測装置１００は、主に屋外に複数台設置することを想定していて、水平方向および鉛直方向の３次元の風向と風速の計測が可能になっている。
【００１８】
当該計測装置１００の筐体１０２は、後述する計測部１２６（図２参照）や無線通信部１２８等の電子部品を内蔵していて、Ｌ字の脚部１０４によって支えられている。筐体１０２および脚部１０４は、樹脂製であって、例えばポリカーボネートに所定の表面処理を施すなどした、雨水や紫外線に対して劣化しにくい対候性の高い素材で形成されている。
【００１９】
計測装置１００は、電力を得る手段として太陽電池１０６を備え、外部電源や配線が不要になっている。太陽電池１０６は、例えば筐体１０２の上面１０２ａなど、日光を受けやすい位置に適宜設置することができる。
【００２０】
風向を計測する手段としては、筐体１０２の上面１０２ａに設けられた風向計１０８ａと、筐体１０２の側面１０２ｂに設けられた風向計１０８ｂとの、計２基の風向計が備えられている。風向計１０８ａは水平方向の風向を計測し、風向計１０８ｂは鉛直方向の風向を計測する。風向計１０８ａ、１０８ｂは、例えば風向計１０８ａに示すように、矢羽式であって、台座１１０の上に回転自由の矢羽根１１２が設けられた構成になっている。また、風向計１０８ａ、１０８ｂは樹脂製であって、軽量で対候性の高い構成になっている。
【００２１】
風速を計測する手段としては、筐体１０２の下面１０２ｃに設けられた風速計１１４ａと、筐体１０２の後面１０２ｄに設けられた風速計１１４ｂとの、計２基の風速計が備えられている。風速計１１４ａは水平方向の風速を計測し、風速計１１４ｂは鉛直方向の風速を計測する。風速計１１４ａ、１１４ｂは、例えば風速計１１４ａに示すように、風杯型であって、風杯１１６を有する風車１１８の回転を検出する構成になっている。風速計も樹脂製であって、軽量で対候性の高い構成になっている。
【００２２】
図２は、３次元風向風速計測装置（計測装置１００）の各部の構成図である。計測装置１００は、特徴の一つとして無線通信部１２８が備えられ、風向および風速に関するデータを外部に送信することが可能になっている。
【００２３】
上述した風向計１０８ａ、１０８ｂおよび風速計１１４ａ、１１４ｂは、いわゆる機械式に区別される。風向計１０８ａ、１０８ｂは、矢羽根１１２（風向計１０８ａ参照）の向きを磁気センサ１２０ａ、１２０ｂで検出し、水平方向および鉛直方向の３次元の風向データを取得する。風速計１１４ａ、１１４ｂは、風車１１８（風速計１１４ａ参照）の回転をエンコーダ１２２ａ、１２２ｂで検出し、水平方向および鉛直方向の３次元の風速データを取得する。
【００２４】
風向計１０８ａ、１０８ｂおよび風速計１１４ａ、１１４ｂは機械式であることで、超音波式や熱線式等の風速計に比べて、構造が簡潔で軽量なだけでなく、電気の使用量も少なくて済む。したがって、当該計測装置１００は省電力で、計測部１２６や無線通信部１２８等の使用量を合わせても、太陽電池１０６およびキャパシタ１２４で必要電力を十分に賄うことが可能になっている。
【００２５】
計測部１２６は、風向計１０８ａ、１０８ｂおよび風速計１１４ａ、１１４ｂから得られた風向および風速に関するデータを保存する。また、当該計測装置１００には温度センサ１３０や湿度センサ１３２、その他にも気圧センサ（図示省略）など、風向および風速の他にも各種の気象情報を取得する手段を備えることができる。これらのデータも、計測部１２６に保存することができる。
【００２６】
無線通信部１２８は、計測部１２６に保存された各種データを無線によって本部等に送信する。また、無線通信部１２８は、他の計測装置とマルチホップ接続することが可能になっていて、他の計測装置から送信された各種データも中継して本部等に送信することが可能になっている。
【００２７】
これらのように、当該計測装置１００では、外部に電源を用意する必要がなく、測定したデータの回収も簡単に行うことが可能になっている。
【００２８】
図３は、３次元風向風速計測装置（計測装置１００）の設置例を示す図である。図３（ａ）は、計測装置１００の設置対象の一例として送電鉄塔１０を示している。当該計測装置１００は、上述したように軽量かつ外部電源不要であるため、屋外の送電鉄塔１０の高所にも好適に設置することが可能になっている。
【００２９】
図３（ｂ）は、送電鉄塔１０に設置された計測装置１００の拡大図である。計測装置１００は、所定の設置台１３４に脚部１０４（図１参照）を固定し、送電鉄塔１０（図３（ａ）参照）のアングル材１２の水平部分などに設置台１３４をＣ型クランプ１３６で挟む等して固定することができる。
【００３０】
当該計測装置１００は、樹脂製のケージ１３８も備えることができる。ケージ１３８は、風向や風速に影響を与えない程度の粗さの目を有していて、風向計１０８ａ、１０８ｂ（図１参照）や風速計１１４ａ、１１４ｂ等の外側を囲う。ケージ１３８を備えることで、カラスや飛来物などから風向計１０８ａ、１０８ｂおよび風速計１１４ａ、１１４ｂなどの特に可動部分を保護することができる。ケージ１３８もまた、低重量および対候性を考慮し、樹脂製のものを採用すると好適である。
【００３１】
以上のように、当該計測装置１００は、機械式の風向計１０８ａ、１０８ｂ（図１参照）と風速計１１４ａ、１１４ｂ、およびケージ１３８（図３参照）も含め、大部分が樹脂で形成可能になっている。したがって、配線や金属部品の使用を抑えた軽量かつ落雷の心配の少ない構成を実現していて、屋外の高所にも好適に設置することが可能になっている。
【００３２】
図４は、３次元風向風速計測装置の変形例を示す斜視図である。図４に示す３次元風向風速計測装置（計測装置２００）は、３方向の向きに設置された計３つの風向計１０８ａ〜１０８ｃを備える点で、上述した計測装置１００と構成が異なっている。以降の記載において、既に説明した構成要素については、同じ符号を付することによって、その説明を省略する。また、既に説明した構成要素と同じ名称の構成要素は、異なる符号が付されていても、同じ構成および機能を有するものとする。
【００３３】
計測装置２００は、鉛直方向に延びた丸棒状の筐体２０２に、水平方向の風向を計測する風向計１０８ａと、鉛直方向の風向を計測する風向計１０８ｂとに加えて、風向計１０８ｂに対して９０°となる面において鉛直方向の風向を計測する風向計１０８ｃを備えている。風向計１０８ｃもまた、風向計１０８ａ、１０８ｂと同じく、台座の上に回転自由に設けられた矢羽根を有した、樹脂製であって軽量かつ耐候性の高い矢羽根式風向計となっている。
【００３４】
計測装置２００は、送電鉄塔１０（図３（ａ）参照）の各所に適宜固定することができる。例えば、所定の締結具２０４や継手２０６を介して、送電鉄塔１０の橋脚などにも固定可能である。なお、筐体２０２は、図１の筐体１０２と同様に、太陽電池１０６や無線通信部１２８等も適宜備えている。加えて、計測装置２００は、図３（ｂ）の計測装置１００と同様に、筐体２０２に脚部１０４を備えさせて設置台１３４に設置し、さらにケージ１３８で囲うことなども可能である。ケージ１３８は、締結具やクランプ類などを適宜利用することで、当該計測装置２００を橋脚に固定する場合にも装備可能である。
【００３５】
各風向計を詳しく述べると、風向計１０８ａは筐体２０２の上端面にて、矢羽根の回転軸が鉛直方向に延びるように設けられている。風向計１０８ｂは、筐体２０２の外周上にて、矢羽根の回転軸が水平方向に延びるように設けられている。そして、風向計１０８ｃは、筐体２０２の外周上にて、矢羽根の回転軸は水平方向であるものの風向計１０８ｂとは異なり、風向計１０８ｂの回転軸と交差する方向に延びるように設けられている。
【００３６】
風向計の矢羽根は、回転軸方向の風が当たる場合に向きが不安定になる可能性がある。例えば、風向計１０８ｂの回転軸方向の風が当たるとき（矢羽根の真上から風が当たるとき）、風向計１０８ｂがどちらを向くかは保証されない。しかしこのとき、残りの２つの風向計１０８ａ、１０８ｃが、風向計１０８ｂの回転軸方向を向くことになる。したがって、風向計１０８ｂのデータを無視して、風向を正確に測定することが可能となる。
【００３７】
このように、計測装置２００であれば、矢羽根の回転軸の方向が異なる３つの風向計を備えることで、３次元の風向きをより精度よく計測および算出することが可能である。特に、同じ鉛直方向の風向を計測する風向計１０８ｂと風向計１０８ｂとの回転軸を異ならせていることで、風向を３次元的により精度よく計測および算出することが可能になっている。なお、本発明に係る３次元風向風速計測装置は、風向計や風速計を設ける数に限りは無く、複数の風向計および風速計を適宜組み合わせて設けることが可能である。
【００３８】
図５は、３次元風向風速計測装置（計測装置１００）の複数での運用例を示す図である。図５では、送電鉄塔１０、２０、３０を結ぶ経路をドローン１５０の空路として利用していて、各送電鉄塔にそれぞれ計測装置１００を設置して空路の管理システムとして運用している。
【００３９】
上述したように、計測装置１００は、複数台をマルチホップ接続で繋ぐことが可能になっている。したがって、複数の計測装置１００は、任意の経路に沿って設置することで、その経路における風向および風速情報を効率よく取得することができ、ドローン１５０の空路の管理にも大いに役立てることができる。
【００４０】
当該計測装置１００であれば、送電鉄塔１０だけでなく、高速道路沿いや登山ルート沿い、さらには農地など、従来では気象情報の観測が手薄であったエリアにも簡単に設置でき、これらエリアの気象情報の観測を効率よく行うことができる。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、３次元の風向および風速を計測する３次元風向風速計測装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０、２０、３０…送電鉄塔、１２…送電鉄塔のアングル材、１００…計測装置、１０２…筐体、１０２ａ…筐体の上面、１０２ｂ…筐体の側面、１０２ｃ…筐体の下面、１０２ｄ…筐体の後面、１０４…脚部、１０６…太陽電池、１０８ａ…水平方向の風向計、１０８ｂ…鉛直方向の風向計、１０８ｃ…変形例の計測装置における鉛直方向の風向計、１１０…台座、１１２…矢羽根、１１４ａ…水平方向の風速計、１１４ｂ…鉛直方向の風速計、１１６…風杯、１１８…風車、１２０ａ、１２０ｂ…磁気センサ、１２２ａ、１２２ｂ…エンコーダ、１２４…キャパシタ、１２６…計測部、１２８…無線通信部、１３０…温度センサ、１３２…湿度センサ、１３４…設置台、１３６…Ｃ型クランプ、１３８…ケージ、１５０…ドローン、２００  …変形例の計測装置、２０２  …変形例の計測装置の筐体、２０４…締結具、２０６…継手
【図１】
2019095222.tif 000003
【図２】
2019095222.tif 000004
【図３】
2019095222.tif 000005
【図４】
2019095222.tif 000006
【図５】
2019095222.tif 000007