(57)【要約】【課題】推定精度を犠牲にすることなく、任意点での降下煤塵の量を推定する。【解決手段】地上への降下煤塵量を推定する方法であって前進方向に開口する煤塵採取口から大気を吸引する吸引装置及び煤塵採取口から取り込んだ大気中の降下煤塵の煤塵量を計測する連続計測装置を備えた無人航空機を、飛行速度が［吸引装置の吸引流量］／［煤塵採取口の開口面積］となるように風向きと交差する水平飛行経路に沿って水平飛行させ、水平飛行経路を飛行中に連続計測装置で測定した煤塵量を、測定した時刻及び測定した位置に対応付けて記録する第一工程と、連続計測装置で測定した煤塵量、測定した時刻、及び測定した位置に基づいて水平飛行経路上に複数設定した計測点毎に降下煤塵濃度を算出する第二工程と、各計測点での降下煤塵濃度及び風向きを用いるとともに降下煤塵量予測モデルに基づいて各計測点より風下での地上における降下煤塵量を推定する第三工程を有する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上への降下煤塵量を推定する方法であって、
前進方向に開口する煤塵採取口から大気を吸引する吸引装置及び煤塵採取口から取り込んだ大気中の降下煤塵の煤塵量を計測する連続計測装置を備えた無人航空機を、飛行速度が［吸引装置の吸引流量］／［煤塵採取口の開口面積］となるように風向きと交差する水平飛行経路に沿って水平飛行させるとともに、前記水平飛行経路を飛行中に前記連続計測装置で測定した煤塵量を、測定した時刻及び測定した位置に対応付けて記録する第一工程と、
前記連続計測装置で測定した煤塵量、測定した時刻、及び測定した位置に基づいて、前記水平飛行経路上に複数設定した計測点毎に降下煤塵濃度を算出する第二工程と、
各計測点での降下煤塵濃度及び風向風速の計測値を用いるとともに降下煤塵量予測モデルに基づいて各計測点より風下での地上における降下煤塵量を推定する第三工程と、
を有する降下煤塵量推定方法。
【請求項２】
前記水平飛行経路は、前記無人航空機の前進方向が互いに異なる往路及び復路を含む請求項１に記載の降下煤塵量推定方法。
【請求項３】
前記水平飛行経路を複数の異なる高度に設定し、鉛直方向に並ぶ各計測点と水平方向に並ぶ各計測点とを含む鉛直方向測定断面を想定するとともに、
前記水平飛行経路の風上に存在する発塵源からの降下煤塵の拡散領域を示す降下煤塵プルームの鉛直断面の全域が前記鉛直方向測定断面内に含まれるように前記水平飛行経路を設定した請求項１または２に記載の降下煤塵量推定方法。
【請求項４】
前記降下煤塵量予測モデルが発塵速度を用いるものであり、前記水平飛行経路上での計測点における見かけ上の発塵速度を、［発塵速度］＝［計測点での降下煤塵濃度算出値］×［計測点に対応する鉛直断面積］×［風速計測値］×ｃｏｓ［鉛直方向測定断面の法線と風ベクトルのなす角］なる式で算出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の降下煤塵量推定方法。
【請求項５】
前記降下煤塵量予測モデルがプルーム式である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の降下煤塵量推定方法。
【請求項６】
前記煤塵採取口と前記連続計測装置との間に、前記煤塵採取口からの空気を降下煤塵濃度の高い高濃度空気及び降下煤塵濃度の低い低濃度空気に分離して流出するバーチャルインパクタを設け、
該バーチャルインパクタから高濃度空気を流出する高濃度空気流出路に前記連続計測装置及び該連続計測装置での前記高濃度空気の通過を促進させるブロワ又は圧縮機からなる促進部を設けるとともに、前記バーチャルインパクタからの前記低濃度空気を流出する低濃度空気流出路にファンを設け、前記促進部及び前記ファンで前記吸引装置を構成した請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の降下煤塵量推定方法。
【請求項７】
前記連続計測装置がパーティクルカウンタである請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の降下煤塵量推定方法。
【請求項８】
評価対象とする発塵源の風上と風下とにおいて、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の降下煤塵量推定方法をそれぞれ適用し、風下で測定した風下降下煤塵量から風上で測定した風上降下煤塵量を減じて得た降下煤塵量を、評価対象とする発塵源による降下煤塵量とする降下煤塵量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、降下煤塵量を推定する降下煤塵量推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
種々の生産活動および消費活動に伴って発生する降下煤塵は、重要な環境汚染項目のひとつとみなされており、その実態把握と対策が社会から求められている。降下煤塵は、例えば、農業活動や自動車の走行、あるいは、各種工業での生産時に発生する。近年では原子力発電所の事故に伴う発塵が注目されている。大気中の煤塵の実態把握のためには、大気中における煤塵の濃度分布を把握することが特に重要である。
【０００３】
大気中において自由落下し得る煤塵は、降下煤塵と呼ばれており、降下煤塵の直径は、概ね１０μｍ以上とされている。
【０００４】
この降下煤塵の量を予測する方法としては、プルーム式が知られている（例えば、非特許文献５参照）。この方法では、発塵源での発塵を点とみなし、その発塵速度、発塵源高さ、風向風速、大気安定度等に基づいて、任意点での降下煤塵量を算出するものである。なお、降下煤塵量とは、単位面積の地表面に単位時間当たり沈着する降下煤塵の質量、即ち、地表面における降下煤塵の鉛直流束のことを示し、例えば、ｔ/月ｋｍ２の単位で表す。
【０００５】
また、流体の数値シミュレーションを用いて発塵源と評価点を含む大気領域内での流れ場を求め、この流れ場で発塵源からの発塵を模擬した粒子の移動をモデル化した粒子シミュレーションを行うことによって、降下煤塵量を予測する方法も知られている。
【０００６】
このような方法では、発塵源が一箇所であり、発塵速度を正確に把握する必要がある。このため、例えば地上の煤塵が風によって舞い舞い上がって降下する場合、発塵源は点でなく、発塵速度を把握することも容易ではないので、予測が困難となる。
【０００７】
また、発塵点での風速などの条件と任意点での降下煤塵量推移とを比較して、発塵点での条件が任意点での降下煤塵量に与える影響を定量化する方法も考えられる。このような方法は、発塵源が一箇所である必要があり、発塵源が複数存在する場合には、降下煤塵量を正確に評価することは困難である。
【０００８】
このように、発塵源での発塵が広く分散し変動する場合、発塵源近傍での降下煤塵の状態を知る必要があり、その装置として降下煤塵の沈着速度を計測する据置型の計測装置が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００９】
これらの装置には、パーティクルカウンタを用いて数十秒周期での降下煤塵の捕集量を計測する例が記載されている。また、採取した大気中の煤塵を分級するためのバーチャルインパクタについての記載もあり、バーチャルインパクタの構造についても知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
航空機を用いた煤塵採取装置として、固定翼有人飛行機の機体に設けたガラス板に煤塵を付着させて捕集する方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。また、固定翼有人飛行機に搭載した捕集器のフィルタで煤塵を捕集する装置が知られている（例えば、非特許文献３参照）。また、固定翼有人飛行機内に搭載したハイボリュームサンプラに機体外から吸引した大気を供給して微粒子を捕集する装置が開示されている（例えば、非特許文献４参照）。
なお、本明細書において、単に「航空機」と記載した際には、有人の航空機を示す。
【００１１】
この他、測定対象は、直径１０μｍ未満のエアロゾル（降下煤塵ではない）ではあるものの、無人航空機に大気の吸引装置および軽量の光散乱式煤塵濃度計（本来、作業環境のＳＰＭやＰＭ２．５を測定するためのもの等）を搭載して、上空でのエアロゾル濃度を測定する技術も報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４７９５２８０号報
【特許文献２】特許第４７９５２９５号報
【特許文献３】特許第４８７０２４３号報
【特許文献４】特許第４８７０２４４号報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ＪＩＳ規格  Ｚ７１５２：２０１３
【非特許文献２】土木学会論文集Ｂ２（海岸工学）VOL.６５−Ｂ２,Nｏ１,2009,1166-1170.
【非特許文献３】小原えり  他：「高空における放射能塵の調査研究」,防衛装備庁技術シンポジウム２０１５.
【非特許文献４】定永靖宗  他：「東シナ海上空における窒素化合物の航空機観測」,エアロゾル研究, Vol.29(2014), No,S1, PP.117-124.
【非特許文献５】環境庁監修：「浮遊粒子状物質汚染予測マニュアル」第5章〜第6章,1997,東洋館出版社.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
都市域における発塵源は、一般に複数存在し、かつ、各発塵源から飛散する降下煤塵のプルームが互いに重なりを持っていたりすることがある。この降下煤塵プルームの重なりの影響を除去して特定の発塵源の風下地点での降下煤塵量に与える影響を評価する手法は、従来存在しなかった。
【００１５】
本開示は、このような問題に鑑みなされたものであり、推定精度を犠牲にすることなく、任意点での降下煤塵の量を推定することができる降下煤塵量推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従来の技術では、互いに重なりあう降下煤塵プルームの条件下において、特定の発塵源の下流での降下煤塵への影響を正確に評価することは、以下の理由で困難であることを、本発明者らは見出した。
【００１７】
都市域における発塵源は、複数のものが管理点での降下煤塵量に影響を与える。このため、地上据置型の降下煤塵計測装置を多数設置したとしても、これらの計測値から各発塵源からの降下煤塵量影響を切り分けるための推定モデルが必要であり、正確な推定モデル技術は未だ確立していない。このため、降下煤塵量影響の正確な予測は困難である。
【００１８】
上空での降下煤塵影響の測定値があれば、予測精度は向上し得る。しかし、前述した特許文献１〜４の据置型の装置では、測定精度が高く時間分解能も所要を満たしているものの、空間分布を求めるためには空間的に多数の装置を設置しなければならない。特に、数十ｍ以上の高度にこれらの装置を多数配置するためにはその高さの架台を多数建設しなければならないので、経済的合理性を欠く。
【００１９】
ライダー（LIDAR：Light Detection and Ranging）等のリモートセンシング技術を用いて空間上の煤塵分布を地上から測定する手段も考えられる。確かに、直径１０μｍを大きく下回る微小粒子であるエアロゾルの場合には、粒子の比表面積が大きいので照射レーザ光を多量に反射・散乱し、これを測定することによって空間での濃度分布に換算しうる。しかし、比表面積の著しく小さい降下煤塵の場合、通常の大気中濃度のレベルでは、レーザ光の反射・散乱光は、通常、センサの検出精度を下回るので、このような方法も困難である。
【００２０】
また、対象とする降下煤塵量の予測方法においては、測定値の高い時間・空間分解能が求められる。都市域における個々の煤塵発生源の大きさおよび継続時間は、火山等の自然由来の発塵源に比べて著しく小さいので、煤塵の空間濃度分布を測定するためには、高い時間および空間分解能で煤塵を計測できる装置が必要である。例えば、空間分解能には数〜数十ｍ以下、時間分解能には数分程度以下が求められる。
【００２１】
また、個々の発塵源は数ｍ〜数十ｍと比較的小さいものが多く、発塵源の数が多数分布するのが都市域での発塵の特徴である。また、大気中の降下煤塵濃度の計測を行い、これを発塵源からの発塵速度に関係づけただけでは、この発塵源の管理点での降下煤塵量への影響を予測することには不十分である。なぜならば、降下煤塵量の予測には発塵源高さの情報が必要だからである。
【００２２】
このために、降下煤塵濃度の高度方向の分布情報も必要である。従って、多数の発塵源の影響を把握するためには、少なくとも水平方向に数十〜数百ｍの範囲での煤塵濃度分布を測定する必要がある。また、都市域の発塵源の高さは数ｍ〜１００ｍ程度であるので、この範囲での空間分布を測定する能力も必要である。
【００２３】
高い分解能で降下煤塵濃度を測定する方法として、単一の煤塵計測機を搭載した航空機を測定対象の空間内に飛行させ、時系列的に測定した煤塵濃度を飛行時に通過した空間上の点と照合して空間濃度分布に換算することが考えられる。
【００２４】
この方法の場合、例えば、数分程度の発塵源の現象を把握するためには、数分以内に対象空間を飛行させたうえで、この飛行時間を例えば、数十点の空間点に分割して各点での煤塵濃度を算出する。このため、計測機に求められる時間分解能は、数分の数十分の一、即ち、数秒〜数十秒程度の時間分解能が必要である。しかし、そのような装置は従来、存在しなかった。
【００２５】
例えば、前述した非特許文献２，３の技術では、有人固定翼機に煤塵捕集装置を搭載するので、１回の飛行で採取できる煤塵データは１種類しかないので、そもそも煤塵の空間分布を求めることは飛行間隔レベル（例えば、数十分）でしか行えない。このため、本願が対象とする計測時間分解能を満足できない。
【００２６】
また、仮に有人固定翼機に時間分解能の高い計測装置、例えば、特許文献４に記載の装置を搭載したとしても、有人固定翼飛行機の飛行速度は少なくとも３０ｍ／ｓ以上でないと飛行を継続できないので、例えば、仮に時間分解能が１秒の計測機を用いたとしても空間分解能は３０ｍ以上となる。実際には、大気中の存在確率がエアロゾルに比べて著しく小さい降下煤塵を統計的に有意な個数を採取するためには、既存の計測装置を前提とする限り１秒周期のサンプリングでは著しく困難であるので、空間分解能は、実質的に１００ｍ以上となってしまい、所要を満足できない問題がある。
【００２７】
有人固定翼機の代わりに有人回転翼機を用いれば、より低速での飛行が可能である。しかし、有人であるためには、重量が少なくとも数百ｋｇ以上の機体が必要であり、その回転翼の大きさも直径５〜１０ｍに近いものが必要である。このような比較的大きな回転翼機を低速飛行しながら数ｍ〜数十ｍのスケールの発塵に突入させて煤塵の捕集を行うとすると、回転翼や機体そのものが大気の流れ場を少なくとも数十ｍのスケールで乱すため、捕集される煤塵の代表性が著しく損なわれる問題がある。即ち、所要の空間分解能を満足できない。
【００２８】
さらに、有人機の場合、その飛行は公的な航空管制の指揮下にあり、都市の上空での飛行、特に、高度５００ｍ未満での飛行は、法律上、大きく規制されるため、目的とする発塵源の近くを飛行させること自身がそもそも容易ではない。
【００２９】
そこで航空機を小型化するために小型無人航空機を用いることが考えられる。測定対象の発塵の大きさを考慮すると、小型無人機の大きさは、概ね直径１ｍ程度以下であることが必要であり、無人機であっても航空法の規制をより厳しく受けて飛行場所の制約のより大きい２５ｋｇ以上という条件に該当しないこと、即ち、離陸重量２５ｋｇ未満であることが好ましい。既存の無人航空機を前提にした場合、上記の直径１ｍ以下の無人航空機の離陸重量は、通常１０ｋｇ以下である。
【００３０】
以下、本願で小型無人航空機とは、離陸重量が少なくとも２５ｋｇ未満、好ましくは１０ｋｇ未満の無人航空機のことを意味する。
【００３１】
ＵＡＶに求められる典型的な作業時間である１０分以上の飛行を実施する場合に、例えば、離陸重量１０ｋgの無人航空機の搭載可能重量（バッテリー重量を除く）は、２〜３ｋｇが上限である。このように、小型無人航空機は、搭載可能重量が比較的小さいため、通常、数十〜数百ｋｇに達する装置である特許文献１〜４の装置を小型無人機の搭載することはできない。
【００３２】
特許文献１〜４の装置を小型無人航空機に搭載可能な２〜３ｋｇ程度まで軽量化できない理由は、降下煤塵の空間存在確率がエアロゾルに比べて著しく小さいため、統計的に有意な個数の降下煤塵数を所定の時間、例えば、数秒の間に計測機に導入するように、大流量で大気を吸引しなければならないからである。特に、これらの装置では、構造上、配管系内で抵抗体である煤塵フィルタを介したうえでの吸引が必要なため、少なくとも数ｋＰａ程度の揚程が必要であり、吸引装置としてブロワ、または、圧縮機によって全量の吸引を行う必要がある。
【００３３】
大容量、かつ、大揚程のブロワ、または、圧縮機は、軽量化が困難なため、小型無人航空機に搭載できない。例えば、容量１００Ｌ／ｍｉｎの遠心ブロワは、通常、５〜１０ｋｇ以上の重量を必要とする。尚、非特許文献２、３でのように有人固定翼機を用いれば、ブロワを用いなくても飛行速度に基づく動圧によって受動的に降下煤塵を計測機内に導入できる可能性もある。
【００３４】
しかし、本願で想定する小型無人航空機の使用方法では、高々、数ｍ／ｓの飛行速度しかないため、数千Ｐａの動圧を得ることは不可能である。
【００３５】
小型無人航空機に搭載する煤塵計測装置が上記の従来技術のひとつでのように市販の作業環境測定用の光散乱式煤塵濃度計であるならば、計測機重量の点では実現可能である。しかし、降下煤塵は、前述のように比表面積がエアロゾルに比べて著しく小さいため、このような計測機で降下煤塵濃度を測定することはできない。また、市販の作業環境測定用の光散乱式煤塵喉濃度計でのように、単純に周囲の大気の吸引を行っても、大気中の降下煤塵を吸引大気とともに計測機に導入することはできない。これは、降下煤塵の慣性がエアロゾルに比べて極端に大きいため、降下煤塵周囲の大気が吸引されても、吸引大気に降下煤塵がほとんど追従しないからである。
【００３６】
このように従来技術を前提とした場合、都市域での降下煤塵の空間濃度分布を所要の分解能で測定することは著しく困難である。
【００３７】
また、仮に、上空での大気中での降下煤塵濃度が測定できたとしても、それだけでは降下煤塵量の影響を評価することはできない。なぜならば、この測定値が着目発塵源からの発塵速度とどのような関係にあるかは、先験的には不明であり、また、この関係を調査するとしてもどのように調査すればよいかの指針が存在しないからである。
【００３８】
本発明は、着目する比較的小型の特定発塵源からの発塵が下流任意の点（管理点含む）での降下煤塵量に与える影響を定量的に評価する手法を提供することを目的とする。
【００３９】
そこで、本願では以下のようにする。
態様１は、地上への降下煤塵量を推定する方法であって、前進方向に開口する煤塵採取口から大気を吸引する吸引装置及び煤塵採取口から取り込んだ大気中の降下煤塵の煤塵量を計測する連続計測装置を備えた無人航空機を、飛行速度が［吸引装置の吸引流量］／［煤塵採取口の開口面積］となるように風向きと交差する水平飛行経路に沿って水平飛行させるとともに、前記水平飛行経路を飛行中に前記連続計測装置で測定した煤塵量を、測定した時刻及び測定した位置に対応付けて記録する第一工程と、前記連続計測装置で測定した煤塵量、測定した時刻、及び測定した位置に基づいて、前記水平飛行経路上に複数設定した計測点毎に降下煤塵濃度を算出する第二工程と、各計測点での降下煤塵濃度及び風向風速の計測値を用いるとともに降下煤塵量予測モデルに基づいて各計測点より風下での地上における降下煤塵量を推定する第三工程と、を有する降下煤塵量推定方法である。
【００４０】
態様２は、前記水平飛行経路は、前記無人航空機の前進方向が互いに異なる往路及び復路を含む態様１に記載の降下煤塵量推定方法である。
【００４１】
態様３は、前記水平飛行経路を複数の異なる高度に設定し、鉛直方向に並ぶ各計測点と水平方向に並ぶ各計測点とを含む鉛直方向測定断面を想定するとともに、前記水平飛行経路の風上に存在する発塵源からの降下煤塵の拡散領域を示す降下煤塵プルームの鉛直断面の全域が前記鉛直方向測定断面内に含まれるように前記水平飛行経路を設定した態様１または２に記載の降下煤塵量推定方法である。
【００４２】
態様４は、前記降下煤塵量予測モデルが発塵速度を用いるものであり、前記水平飛行経路上での計測点における見かけ上の発塵速度を、［発塵速度］＝［計測点での降下煤塵濃度算出値］×［計測点に対応する鉛直断面積］×［風速計測値］×ｃｏｓ［鉛直方向測定断面の法線と風ベクトルのなす角］なる式で算出する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の降下煤塵量推定方法である。
【００４３】
態様５は、前記降下煤塵量予測モデルがプルーム式である態様１から態様４のいずれかに記載の降下煤塵量推定方法である。
【００４４】
態様６は、前記煤塵採取口と前記連続計測装置との間に、前記煤塵採取口からの空気を降下煤塵濃度の高い高濃度空気及び降下煤塵濃度の低い低濃度空気に分離して流出するバーチャルインパクタを設け、該バーチャルインパクタから高濃度空気を流出する高濃度空気流出路に前記連続計測装置及び該連続計測装置での前記高濃度空気の通過を促進させるブロワ又は圧縮機からなる促進部を設けるとともに、前記バーチャルインパクタからの前記低濃度空気を流出する低濃度空気流出路にファンを設け、前記促進部及び前記ファンで前記吸引装置を構成した態様１から態様５のいずれかに記載の降下煤塵量推定方法である。
【００４５】
態様７は、前記連続計測装置がパーティクルカウンタである態様１から態様６のいずれかに記載の降下煤塵量推定方法である。
【００４６】
態様８は、評価対象とする発塵源の風上と風下とにおいて、態様１から態様７のいずれかに記載の降下煤塵量推定方法をそれぞれ適用し、風下で測定した風下降下煤塵量から風上で測定した風上降下煤塵量を減じて得た降下煤塵量を、評価対象とする発塵源による降下煤塵量とする降下煤塵量推定方法である。
【００４７】
本態様の第１の特徴は、精度の高い降下煤塵の濃度計測装置を搭載した無人航空機を着目する発塵源の風下に飛行させて、特定の瞬間におけるこの着目発塵源に由来する降下煤塵の略全て（例えば着目発塵源に由来する降下煤塵の９０％以上）を把握可能な降下煤塵の空間分布を測定することによって、下流（風下）任意の地点でのこの発塵源の降下煤塵量への影響を予測することが可能なことである。
【００４８】
特定の瞬間におけるこの着目発塵源に由来する降下煤塵の略全てを把握可能な降下煤塵の空間分布を測定する具体的な方法として、この発塵源の風下において無人航空機を水平に飛行させながら降下煤塵濃度を測定し、かつ、この水平飛行の高度を複数変更した条件とすることで、この発塵源の風下に降下煤塵濃度分布の鉛直方向測定面を形成することである。さらに、測定時のこの発塵源から発塵したすべての降下煤塵の流れ（降下煤塵プルームと呼称）の鉛直断面（当該鉛直方向測定面を無限に延長した鉛直平面を想定）がこの鉛直方向測定断面（こちらは有限の大きさ）内にすべて包含され、かつ、降下煤塵のこの断面内に降下煤塵濃度の測定点が十分な数で存在するように降下煤塵濃度測定点を設定することにより、この降下煤塵断面内での降下煤塵濃度分布を予測することができる。
【００４９】
十分な測定点の数とは、後述のように、前提とする降下煤塵量の評価方法によって異なる値である。本態様では、降下煤塵プルーム断面内に十分な数の測定点が存在するように、飛行経路、飛行速度等を設定する。
【００５０】
本態様の第２の特徴は、このように把握された降下煤塵プルームの断面の濃度分布およびその測定時点での風向風速を前提として降下煤塵量の予測モデルを用いて、より下流での降下煤塵量分布を求めることができる。その手順として、まず、風下方向への降下煤塵プルームの水平流束を次の式で求めることができる。降下煤塵の水平流束とは、単位面積の鉛直面を単位時間に通過する降下煤塵の質量のことを示す。
【００５１】
［降下煤塵プルームの水平流束］＝［降下煤塵濃度］×［風速］
【００５２】
さらに降下煤塵プルームの断面積を適切に与えることによって、降下煤塵プルーム中の降下煤塵がこの鉛直方向測定面を通過する通過流量を算出できる。
【００５３】
［降下煤塵プルームの通過流量］＝［降下煤塵濃度］×［風速］×cos［鉛直方向測定面の法線と風ベクトルのなす角］×［降下煤塵プルームの断面積］
【００５４】
ここで、降下煤塵濃度と降下煤塵プルーム断面積は、降下煤塵プルーム断面積を各測定点で代表される複数の鉛直断面に分割して計算してもよい。上式での通過量は、あたかも降下煤塵プルームのこの断面において発塵源を配置した際の発塵速度（時間当たりに発生する降下煤塵質量）に対応し、もし、降下煤塵プルームのこの断面が着目発塵源と一対一に対応づくのであれば、より下流での降下煤塵量の評価の観点から、このように降下煤塵プルーム断面に仮想の発塵源を配置した場合の降下煤塵量影響は、着目発塵源から発塵する降下煤塵の降下煤塵量影響と一致する。
【００５５】
［着目発塵源での発塵速度］ ＝［降下煤塵濃度］×［風速］×cos ［鉛直方向測定面の法線と風ベクトルのなす角］×［降下煤塵プルームの断面積］
【００５６】
このことは、例えば、降下煤塵プルームの数値シミュレーションを行う手順を考えれば説明できる。一般に粒子シミュレーションでは、発塵源と評価点を含む大気の流れ場を数値解析で求め、この流れ場上に発塵を模擬した粒子（個々の降下煤塵に相当）をソフトウェア上で発生させてその落下位置を求める。そのうえで落下位置の確率分布が、降下煤塵量分布に対応づくものとして、降下煤塵量分布を算出する。
【００５７】
この粒子シミュレーションの際、粒子の発生点を着目発塵源の位置に設定することと、その粒子飛散経路上の任意の点に設定することは、同一の結果となる（発生点ごとにそこでの粒子速度を初速として適切に与えれば）。降下煤塵プルームの断面とは、この粒子飛散経路を特定の鉛直面（鉛直方向測定面）に限定し、かつ、この特定断面内を通過する粒子の水平流束分布に対応する粒子濃度分布を与えたものなので、粒子シミュレーションにおいて着目発塵源から発生してこの特定断面を通過する粒子の発生場所を、着目発塵源からこの特定断面通過場所に変更しても粒子落下地点分布（降下煤塵量分布）に影響しない。粒子シミュレーションにおけるこの特定断面での粒子の通過する平面上の密度分布が、この特定断面に仮想的に設定される発塵源での発塵速度（降下煤塵の水平流束）分布に対応する。
【００５８】
また、降下煤塵プルーム断面内に数多くの濃度測定点が存在する場合には、降下煤塵プルームを測定点ごとに分割し、それぞれの測定点ごとに仮想の発塵源を設定して下流評価点での降下煤塵量を算出し、全ての測定点での降下煤塵量を積算すれば、着目発塵源の評価点での降下煤塵量影響をより正確に評価できる。
【００５９】
［測定点における発塵速度］＝［計測点での降下煤塵濃度］×［計測点が対応する鉛直断面積］×［風速］×cos［鉛直方向計測面の法線と風ベクトルのなす角］
【００６０】
本態様では、鉛直方向測定面に仮想の発塵源を設定し、ここにおける発塵速度を上式で与え、さらに、プルーム式等の降下煤塵予測モデルを用いることによって、着目発塵源の管理点での降下煤塵量影響を予測することができる。本態様では、地上に据え置き式の降下煤塵計測装置を配置した場合などのように着目発塵源下流の他の発塵源の影響を考慮する必要がないので（下流の発塵源の発塵は、風上に存在する、当該鉛直方向測定面での計測値に影響を一切与ええないので）、より正確に降下煤塵量を予測することができる。
【００６１】
本態様の第３の特徴は、無人航空機の前進方向に開口を有する煤塵採取口を設けた無人航空機を水平飛行させながら略等速吸引を行うことによって、降下煤塵の採取と降下煤塵の水平方向の分布の測定のための機体の移動を同時に行うことができることである。
【００６２】
この方法は、定点にホバリングさせて煤塵の採取を行う従来のＳＰＭやＰＭ２．５等の煤塵採取方法に比べて、煤塵の空間分布を測定するうえで、測定位置変更のための移動だけを目的とした飛行経路を必要としないので）、測定時間の無駄が少なく、効率的に測定を行うことができる。即ち、ＳＰＭやＰＭ２．５等の煤塵採取方法では、定点でホバリングしながら煤塵採取を行い、その後、次の測定点まで飛行して移動することが一般的であるが、飛行中は、測定を行わないので、この移動時間が無駄になる。本発明では、常に移動しながら測定を行うので、飛行時間の無駄がより少ない。
【００６３】
本態様の第４の特徴は、煤塵採取時の水平飛行を同一の高さで機体の前進方向に絶対空間上で往復させることにより、降下煤塵濃度計測の精度を向上することがきることである。
【００６４】
屋外大気には風速が存在するので、無人航空機を一定速度で飛行させ、一定流量で吸引を行った場合、風速の飛行方向成分によって、向かい風、あるいは、追い風となるので、厳密な等速吸引条件での測定からは誤差を生じる。そこで、無人航空機を往復飛行させることで、往路と復路では風の影響が反対となり、等速吸引からの誤差は符号が逆転する。これを利用して、同じ空間上の計測点での往路と復路での降下煤塵計測値を平均化して当該計測点での降下煤塵濃度として算出することで、測地値を等速吸引時の条件に、より近づけることができる。
【００６５】
また、同一の飛行経路の多数の飛行で水平飛行を行って降下煤塵濃度の飛行間での平均値を求めることによって、計測点間距離よりも小さい降下煤塵プルームにおける降下煤塵濃度の平均値を精度よく求めることができる。このことを以下に模式的に説明する。
【００６６】
計測点間距離（＝飛行速度・計測機の計測周期）よりも小さい降下煤塵プルームを上記の方法によって採取し、計測点での降下煤塵濃度を算出する場合の不確かさ（誤差）について検討する。今、計測点間距離Ａよりも断面直径ａの小さい降下煤塵プルーム（断面形状は円形とする）を無人航空機が直交して通過してこの計測点での降下煤塵濃度Ｃｍを測定（および算出）したものとする。この際、プルーム中心を小型無人航空機の通過する時刻は、当該計測周期の１／２の時点であるものとする。Ｃｍは、当該計測周期の累積降下煤塵計測値に比例する値として計算され、隣接する他の計測点では降下煤塵を検知できないので、Ｃｍの算出にあたってプルームの断面直径ａの影響を反映することはできない。本発明では、Ｃｍを用いて、例えば、次の式で計測点における仮想の発塵速度Ｑｐを算出することによって風下での降下煤塵量を算出する。
【００６７】
Ｑｐ＝π／４・Ｃｍ・Ｕ・Ａ２
【００６８】
ここで、Ｕは、計測点における風速であり、簡単のために飛行高度の間隔をＡとしている。この式は、降下煤塵プルームの直径がＡである場合の降下煤塵濃度を想定している（この間の降下煤塵検出量の平均値をＦＡとする）。しかし、ａ＜Ａの場合、当該測定周期での測定時間のうちａ／Ａの時間しか降下煤塵は検出されておらず、その代わりに検出時の降下煤塵の検出量（平均値をＦａとする）がＦＡのＡ／ａになる（即ち、Ｆａ＝ＦＡ・Ａ／ａ）。従って、もし、測定の空間分解能がａレベルまで小さくして測定できれば、本来、Ｑｐは、次の式となるべきである（Ｑｐａは、本来のＱｐ）。
【００６９】
Ｑｐａ＝π／４・Ｃｍａ・Ｕ・ａ２
Ｑｐａ：  本来の発塵速度
Ｃｍａ：  本来の降下煤塵濃度平均
Ｃｍ／Ｃｍａは、ＦＡ／Ｆａ（＝ａ／Ａ）に等しいので、上式を次の式に変形できる。
【００７０】
Ｑｐａ＝ａ／Ａ・Ｑｐ
【００７１】
従って、計測点間隔よりも断面直径の小さい降下煤塵プルームを検出した測定においては、発塵速度をＡ／ａ倍、過剰に見積もるという誤差を生じる。
【００７２】
そこで、本発明では、同一の飛行経路で複数の飛行を行い、その際、計測された降下煤塵濃度を平均化することでこのようなプルームでの降下煤塵濃度の測定精度を向上できる。即ち、計測点間隔よりも断面直径の小さい降下煤塵プルームを検出した測定において発塵速度をＡ／ａ倍、過剰に見積もるという誤差を生じるものの、計測点間隔よりも断面直径の小さい降下煤塵プルームを検出する確率は、小さいことを利用する。直径Ａのプルームを上記のような飛行で検出する確率は、１（１００％）である。一方、小型無人航空機の採取口直径がＡに比べて十分に小さい場合（この前提は、本発明においては、ほぼ常に成立する）、直径ａの降下煤塵プルームを飛行中に検出する確率は、ａ／Ａである。従って、十分多数の飛行を行って特定測定点における降下煤塵濃度の平均をとった場合、その平均濃度を用いて算出される平均発塵速度では、検出時の誤差と検出確率が相殺して次のようになる。
【００７３】
Ｑｐａ,ａｖ＝Ｑｐ，ａｖ
Ｑｐａ,ａｖ：  Ｑｐａの平均
Ｑｐ,ａｖ：  Ｑｐの平均
【００７４】
結果として、計測点間隔よりも断面直径の小さい降下煤塵プルームを検出した際の発塵速度の誤差を除去することができ、より精度の高い測定が実施できる。
【００７５】
本態様の第５の特徴は、着目する発塵源の上流に他の発塵源が存在する場合に、上記の無人航空機による降下煤塵濃度分布測定およびこれから算出される降下煤塵量を着目発塵源の風上および風下でそれぞれにおいて求める（降下煤塵量（風上測定）および降下煤塵量（風下測定））ことにより、着目発塵源のみの降下煤塵量への影響を前記降下煤塵量（風下測定）−前記降下煤塵量（風上測定）の値として求めることができる。
【００７６】
これは、風下での測定点と風上での測定点間の距離を着目発塵源から評価点までの距離に比べて十分小さく（例：２０％以下）設定することにより、風上測定点―風下測定点間での降下煤塵量の影響を十分に小さくする。その結果、風下測定面での降下煤塵通過量が風上測定面での降下煤塵通過量に着目発塵源から発塵した降下煤塵の風下測定面での通過量を重ね合わせたものに実質的に相当することを利用するものである。
【発明の効果】
【００７７】
本開示の降下煤塵量推定方法によれば、地上における降下煤塵量の推定精度を犠牲にすることなく、任意点での降下煤塵の量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第一実施形態に係る降下煤塵量推定方法で使用する無人航空機の構造の模式図である。
【図２】第一実施形態の無人航空機の搭載機の構成を示すブロック図である。
【図３】第一実施形態における鉛直方向測定断面の一例を示す正面図である。
【図４】第一実施形態における鉛直方向測定断面の一例を示す側面図である。
【図５】第一実施形態における鉛直方向測定断面の一例を示す平面図である。
【図６】第一実施形態における無人航空機の飛行経路の一例を示す正面図である。
【図７】第一実施形態における無人航空機の飛行経路の一例を示す側面図である。
【図８】第一実施形態における空間上の計測点の一例の模式図である。
【図９】第一実施形態における降下煤塵量影響算出方法の一例を示す正面図である。
【図１０】第一実施形態における降下煤塵量影響算出方法の一例を示す側面図である。
【図１１】第一実施形態における降下煤塵量影響算出方法の一例を示す平面図である。
【図１２】第二実施形態における鉛直方向測定断面の一例の正面図である。
【図１３】第二実施形態における鉛直方向測定断面の一例の側面図である。
【図１４】第二実施形態における鉛直方向測定断面の一例の平面図である。
【図１５】実施１における降下煤塵濃度空間分布の測定結果の一例である。
【図１６】実施１における降下煤塵量分布の算出結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００７９】
＜第一実施形態＞
以下、第一実施形態を図面に従って説明する。
【００８０】
本実施形態に係る降下煤塵量推定方法は、地上での降下煤塵量を推定する方法であり、降下煤塵は、大気中を自由落下し得る概ね１０μｍ以上の直径の粗大な煤塵である。
【００８１】
本実施形態では、図１に示すように、無人航空機（ＵＡＶ（Unmanned aerial vehicle）、即ち、通称、ドローン）１０を用いて大気中の降下煤塵の調査を行う。無人航空機の中でも、日本の法令で定める規制がより緩やかなものである（より安全であるとみなされている）最大離陸重量（質量）が２５ｋｇ未満のものを小型無人航空機と呼称する。初めに無人航空機について説明する。
【００８２】
（全体構成）
【００８３】
無人航空機１０の無人航空機本体１２の下部には、搭載機１４が設けられている。
【００８４】
この無人航空機１０は、操縦装置１６で操作されるとともに運航監視装置１８で運行状況が監視される。無人航空機１０は、地上２４の操縦装置１６及び運航監視装置１８と通信できるように構成されている。
【００８５】
（無人航空機本体）
無人航空機本体１２は、無人航空機１０が飛行するために必要な最低限の装置、制御機構、並びに、動力源および動力装置を備えている。無人航空機本体１２としては、四ロータ以上のマルチコプタ、シングルロータ式のヘリコプタ、または、固定翼式の航空機を使用することができ、本実施形態では、四つのロータ２０を有したマルチコプタが用いられる。
【００８６】
この無人航空機本体１２は、市販のものであっても、自作したものであってもよい。無人航空機１０の推進機構には、プロペラ方式、ファン方式、ジェット方式、ロケット方式、または、これらの任意の方式の組み合わせなどを用いることができる。
【００８７】
無人航空機本体１２には、フライトコントローラ２２が設けられている。このフライトコントローラ２２は、図示しないＧＰＳ等の機体位置計測装置や、高度計や、方位計等のセンサを備えている。また、フライトコントローラ２２は、地上２４からの遠隔操作信号を無線で受信する受信機を備えており、操縦装置１６や運航監視装置１８との間でデータを遣り取りすることができる。
【００８８】
フライトコントローラ２２は、プロセッサや計算機を備え、飛行を安定的に継続するための機体の推進機構や飛行方向調整装置等の操作対象の操作量をリアルタイムで計算して制御する。
【００８９】
このフライトコントローラ２２は、飛行経路を内蔵の記憶装置に予め記憶し、この飛行経路に沿って自動で飛行するように操作対象を制御しても良い。また、このフライトコントローラ２２は、操縦装置１６や運航監視装置１８からの遠隔操作信号を操作対象の操作量に変換し、操作対象を制御するラジオコントロールシステム型のコントローラであってもよい。
【００９０】
動力源および動力装置には、燃料タンクおよび内燃機関や、固体ロケット燃料用の容器を含む燃料タンクおよびロケットの噴射ノズルを含む外燃機関を用いることができる。また、動力源および動力装置には、燃料電子を含む電池および電気式モータや、ガス圧力容器およびガス駆動ポンプなどを用いることができる。
【００９１】
あるいは、電源または燃料タンクを地上に配置するとともに、無人航空機１０との間に電線または燃料供給用のチューブを設け、無人航空機１０の推進機構にエネルギを供給してもよい。
【００９２】
無人航空機１０の代表寸法（例えば、最大幅）は、測定対象である周囲大気への悪影響を低減するために、２ｍ以下であることが好ましく、１ｍ以下であることがさらに好ましい。
【００９３】
無人航空機１０の離陸重量（質量）は、日本の航空法による制約より少ない条件である、２５ｋｇ未満（小型無人航空機）であることが運用上、好ましく、後述する搭載機１４の実用的な重量（質量）（離陸重量（質量）に含まれる）を考慮すると、少なくとも１ｋｇ以上が必要である。また、離陸重量（質量）が１０ｋｇ以下がより好ましい。上述した好ましい直径１ｍ以下の無人航空機の離陸重量は、通常１０ｋｇ以下となるためである。
【００９４】
（操縦および運航監視装置）
無人航空機本体１２の飛行操作および監視、また無人航空機本体１２に搭載される搭載機の操作および監視を地上２４から行うことができる。
【００９５】
これらの操作および監視に用いる信号は、無線や有線で送られ、この信号を用いて地上２４と無人航空機１０との間で通信を行う。無線通信には、市販のラジオコントロール用の操作機や無線機能を用いることができ、操作および監視を行うためのソフトウェアを備えた操作・監視用の計算機などを用いることができる。
【００９６】
操作・監視用計算機には、無人航空機１０の飛行経路を予め記憶しておくことができる。この場合、操作および監視に用いる信号を、飛行中または飛行前に無人航空機１０のフライトコントローラ２２に送信することで、予め設定された飛行経路に沿って無人航空機１０が飛行するオートパイロットを行うことができる。
【００９７】
なお、このオートパロット機能をフライトコントローラ２２のみで実施できる場合には、地上２４における操縦装置１６及び運航監視装置１８は必ずしも必要ない。
【００９８】
（搭載機）
搭載機１４は、無人航空機本体１２に搭載される装置群であり、各装置が連携して空中での降下煤塵を捕集するとともに、特定の降下煤塵の濃度を選択的に計測する。
【００９９】
搭載機１４は、図２に示すように、管路系装置２８や、計測系装置３０や、搭載機用動力源装置を含んで構成される。
【０１００】
管路系装置２８は、降下煤塵を含んだ大気を煤塵検出部を構成するパーティクルカウンタ６０に供給するための装置である。計測系装置３０は、管路系装置２８に供給された大気中の降下煤塵濃度を計測するための装置である。
【０１０１】
搭載機用動力源装置は、管路系装置２８および計測系装置３０に動力を供給するための装置である。
【０１０２】
（管路系装置）
管路系装置２８の一例を、図２に従って説明する。管路系装置２８は、煤塵採取口３４を有する採取部３６、バーチャルインパクタ３８、パーティクルカウンタ６０、フィルタ６２、促進部４０、及びファン４２等の装置要素を備えている。
【０１０３】
採取部３６の煤塵採取口３４から流入した大気は、バーチャルインパクタ３８で降下煤塵濃度の高い高濃度空気４４と降下煤塵濃度の低い低濃度空気４６とに分離される。このバーチャルインパクタ３８は、粒子の慣性力と遠心力を利用した慣性分級方式のバーチャルインパクタで構成される。
【０１０４】
バーチャルインパクタ３８からの高濃度空気４４は、降下煤塵の量を連続的に測定する連続計測手段の一例であるパーティクルカウンタ６０へ送られる。
【０１０５】
このパーティクルカウンタ６０は、バーチャルインパクタ３８とフィルタ６２との間に設けられ、高濃度空気流出路４８を通過する高濃度空気４４内の降下煤塵を計測する。パーティクルカウンタ６０の計測値は、計測系装置３０内の検出値処理部７２で処理され、後述する計算機７０へ送られる。パーティクルカウンタ６０及び検出値処理部７２によって降下煤塵濃度検出機７４が構成される。
【０１０６】
促進部４０は、ブロワや圧縮機で構成され、パーティクルカウンタ６０における高濃度空気４４の通過を促進し、高濃度空気４４を外部へ排出する。
【０１０７】
また、バーチャルインパクタ３８から低濃度空気４６を流出する低濃度空気流出路５０には、ファン４２が設けられ、バーチャルインパクタ３８から低濃度空気４６の流出がファン４２によって促され、外部へ排出される。
【０１０８】
採取部３６は、飛行に伴う煤塵採取口３４からの大気の掃引を効率的に行うため、飛行時における前進方向Ｆに開口した筒体を用いることができる。煤塵採取口３４の鉛直断面形状は、円、楕円、多角形等、大気の流入を大きく阻害しない形状であれば、どのようなものであってもよい。
【０１０９】
煤塵採取口３４の設置位置は、飛行時に無人航空機１０の構造物の後流領域に入らない場所とする。このため、煤塵採取口３４は、無人航空機１０の前進方向Ｆに向けて機体から突出させることが好ましい。
【０１１０】
これは管路系装置２８において大気を等速吸引することを目指している。しかし、機体が無風の大気中を飛行する場合、機体の形状抵抗によって機体の前端から機体の代表長さの約０．１倍の範囲において、機体に対する大気の相対速度が低下する。これにより、実質的な飛行速度が低下し、等速吸引を行う際の吸引流量が減少するという問題が存在するからである。
【０１１１】
したがって、機体の鉛直断面積が大きな部分の代表長さの０．１倍以上、煤塵採取口３４を飛行の前進方向Ｆに突出させることが好ましい。機体の鉛直断面積が大きな部分としては、マルチコプターの場合、ロータ支柱を支える構造体、フライトコントローラ、各種センサ、バッテリ、搭載機等が集中する中心軸付近の領域が挙げられる。
【０１１２】
なお、煤塵採取口３４を無人航空機１０の主要構造物から上方、または、下方に十分な距離を設けて配置してよい。
【０１１３】
煤塵採取口３４の開口面積は、大気が無風、または、飛行速度に比べて十分小さい場合を前提として、次式に示すようにすることが好ましい。なお、本実施形態の各式で用いる単位は、総て国際単位系 （ＳＩ）とする。
【０１１４】
［開口面積］＝（［ファンの吸引流量］＋［ブロワまたは圧縮機の吸引流量］）／［飛行速度］
【０１１５】
促進部４０を構成するブロワまたは圧縮機の吸引流量は、パーティクルカウンタ６０の流路の大きさによって飛行中に変動する。また、ファン４２の吸引流量は、ブロワまたは圧縮機の吸引流量より十分に大きい（［ファンの吸引流量］ >> ［ブロワまたは圧縮機の吸引流量］）。このため、［開口面積］＝［ファンの吸引流量］／［飛行速度］としてもよい。
【０１１６】
バーチャルインパクタ３８は、大気を流入する流入路の中心軸が鉛直方向に延在する。このため、煤塵採取口３４から略水平方向に流入した大気を鉛直方向に方向転換する必要がある。このため、煤塵採取口３４を有した採取部３６は、例えば９０度の曲り管を用いることができる。
【０１１７】
採取部３６の材質は、自身の構造を保ち得るものであれば、どのようなものでもよいが、少なくとも、計測対象である降下煤塵を含有する大気と接する部分は、降下煤塵の付着を避ける材料を用いることが好ましい。
【０１１８】
例えば、採取部３６をアルミニウムやチタン等の金属管で構成したり、採取部３６の内面に金属箔や導電性塗料を塗布・貼付したりすることができる。なお、管路系装置２８の他の部分に関しても、このような降下煤塵の付着の少ない材料を用いることが好ましい。
【０１１９】
バーチャルインパクタ３８は、煤塵採取口３４から流入した降下煤塵を含む大気を、降下煤塵の濃度が高濃度である高濃度空気４４と降下煤塵の濃度が低い低濃度空気４６とに分離する分級装置である。このバーチャルインパクタ３８は、分離した高濃度空気４４を高濃度空気流出路４８から流出するとともに、低濃度空気４６を低濃度空気流出路５０から流出する。
【０１２０】
なお、本実施形態では、バーチャルインパクタ３８を用いる場合について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、バーチャルインパクタ３８の他にサイクロンセパレータ等を用いることができる。
【０１２１】
バーチャルインパクタ３８は、粒径の大きさに基づいて大気に含まれる粒子を分離する。このバーチャルインパクタ３８は、内部の気流流速に応じて、粒径の大きな粒子を高濃度空気流出路４８から流出し、粒径の小さな粒子を低濃度空気流出路５０から流出する。
【０１２２】
バーチャルインパクタ３８内での最大の気流流速を、例えば１２ｍ／ｓに設定することで、粒子径（密度１０００ｋｇ／ｍ３、球形）が１４μｍの粒子を、高濃度空気流出路４８と低濃度空気流出路５０とに、５０％ずつ流出させることができる。
【０１２３】
この場合、降下煤塵の定義である下限の粒径１０μｍの粒子であっても、約１０％の粒子を高濃度空気流出路４８から流出させることができる。このため、バーチャルインパクタ３８を用いて計測する場合、粒径１０μｍと認識された粒子の濃度計測値に、補正係数、例えば「１０」を乗ずる。これにより、高濃度空気４４に含まれる粒径１０μｍの粒子の濃度をバーチャルインパクタ３８で計測することができる。
【０１２４】
降下煤塵が一様に分布する大気を前提とし、バーチャルインパクタ３８内での最大の気流流速を例えば、１２ｍ／sとした場合、２０μｍを超える大径粒子の少なくとも８０％以上を高濃度空気流出路４８から流出させることができる。
【０１２５】
また、バーチャルインパクタ３８の構造上、低濃度空気４６の吸引流量は高濃度空気４４の吸引流量の４〜２０倍程度の値である。したがって、高濃度空気４４を流出する流出口では、おおよそ、３倍（７０％の粒子が高濃度空気４４へ、低濃度空気吸引流量／高濃度空気吸引流量＝４）〜２０倍（９５％の粒子が高濃度空気４４へ、低濃度空気吸引流量／高濃度空気吸引流量＝１０）以上の濃度に降下煤塵を濃縮できる。このような性能を有するバーチャルインパクタ３８の圧力損失係数（バーチャルインパクタ３８内での最高流速（通常、バーチャルインパクタ流入管出口での平均速度）を基準）は、０．５程度に設計することができる。
【０１２６】
バーチャルインパクタ３８の低濃度空気流出路５０から流出した低濃度空気４６は、ファンへ４２送られる。ファン４２は誘引式のものを用いる。ファン４２の形式は、軸流ファン、シロッコファンなど様々なものを用いることができるが、大流量を小型の装置で実現するためには、軸流ファンが好ましい。装置を軽量化するために、軸流ファンは、単段なことがさらに好ましい。この軸流ファンには市販のものを用いることができる。
【０１２７】
ファン４２の流量は、所要の煤塵個数を測定周期の単位時間で吸引する必要があるので、１００Ｌ／ｍｉｎ以上の能力のあることが好ましい。また、上記の流速条件１２ｍ／s時の空気の動圧は、約９０Ｐaなので、ファン４２の揚程は、原理的にこの値以上でなければならない。さらに、バーチャルインパクタ３８での圧力損失（例えば、４５Ｐa（圧力損失係数＝０．５））、上記の煤塵採取口３４での曲り管部での圧力損失、並びに、その他の管路での圧力損失を考慮すると、ファン４２の揚程は、少なくとも２００Ｐa以上あることが好ましい。
【０１２８】
これらの流量・揚程条件を同時に満たし、かつ、小型の無人航空機１０に搭載する部品として許容される重量（質量）（例えば、１００ｇ）を満たすため、軸流ファンの回転数は、１００００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
【０１２９】
ファン４２として、１００００ｒｐｍ以上の軸流ファンを用いたとしても２００Ｐaを大きく超える圧力を得ることは簡単ではない。従って、低濃度空気流出路５０とファン４２の間の管路では圧力損失を極力低減する構造が必要である。
【０１３０】
この低濃度空気流出路５０には、フィルタ等の抵抗体を配置しないことが好ましい。フィルタを設置しないと、低濃度とはいえ降下煤塵の一部がファン４２に到達する。測定場所が特に高濃度の発塵地域である場合には、ファン運転への煤塵による悪影響が考えられる。この場合には、市販の防塵ファンを用いればよい。
【０１３１】
ファン４２は、一般に回転羽根とケーシング間の隙間をブロワや圧縮機に比べてより大きく設定でき、煤塵の噛みこみトラブルに対して有利である。防塵ブロワや防塵圧縮機で防塵対策をする場合、効率の低いダイヤフラム式のものを採用するなど、装置の大型化・重量増が避けられない。これに対し、防塵ファンの場合、装置の重量増は比較的小さい。
【０１３２】
したがって、ファン４２を用いることが、軽量化のためにより有利である。また、管路の径も十分大きく（例：管路内流速が１０ｍ／ｓ未満となるような管径）、かつ、曲り部も少なくする。ファン４２の排気は、そのまま大気に放出してよい。
【０１３３】
高濃度空気流出路４８には、パーティクルカウンタ６０の下流にフィルタ６２が設けられている。
【０１３４】
このフィルタ６２は、ブロワまたは圧縮機からなる促進部４０の手前で煤塵を除去し、煤塵の流入に起因したトラブルを未然に抑制する。また、このフィルタ６２は、採取した降下煤塵を保持して無人航空機１０内に留める。これにより、この採取された降下煤塵を回収し、各種の分析に用いることもできる。
【０１３５】
このフィルタ６２の目開きは、少なくとも降下煤塵の定義である、１０μｍの粒子をほぼ１００％捕集できることが好ましい。また、ブロワまたは圧縮機で問題となる寸法の煤塵の大半を捕集できることが好ましい。例えば、３μｍ以上の粒子を捕集するタイプのフィルタを用いることができる。
【０１３６】
フィルタ６２の下流には、ブロワまたは圧縮機からなる促進部４０が配置されている。ブロワまたは圧縮機の形式は、遠心式、斜流式、容積式等の各種の市販のものを用いることができる。ブロワまたは圧縮機の流量は、軽量化のため、例えば、１０Ｌ／ｍｉｎ以下のものを用いることができる。
【０１３７】
これは、バーチャルインパクタ３８によって低濃度空気４６の流量が大幅に低減（降下煤塵が濃縮）されているため、煤塵採取口３４から吸引された大量の大気のうちのごく一部をブロワまたは圧縮機で処理すればよいからである。
【０１３８】
促進部４０であるブロワまたは圧縮機の揚程は、主にパーティクルカウンタ６０及びフィルタ６２での圧力損失を補償できる能力が必要であり、公称１００００Ｐａ以上、かつ、本装置の運転条件での流量時に少なくとも１０００Ｐa以上、好ましくは５０００Ｐａ以上であるものを用いることができる。このように高い揚程の装置であっても、処理流量が比較的小さいので、無人航空機１０に搭載可能な軽量なブロワまたは圧縮機（例：２００ｇ）を用いることができる。ブロワまたは圧縮機の排気は、大気に放出する。
【０１３９】
これら搭載機１４を構成する各装置は、共通の基板上に固定したうえで、無人航空機本体１２にボルト等で結合することができる。あるいは、これらの各装置を個別に無人航空機１０のフレームなどに結合してもよい。
【０１４０】
（計測系装置）
計測系装置３０は、少なくとも、時刻計測手段６４、無人航空機１０の位置を計測する位置計測手段６６、並びに、データ記録手段６８を備えている。
【０１４１】
時刻計測手段６４としては、時計や、ＧＰＳ等の現在時刻を含んだ信号の受信装置およびこの信号を解読して時刻に変換する装置の組み合わせや、計算機７０の内部時刻等を用いることができる。
【０１４２】
無人航空機１０の位置計測手段６６としては、例えばＧＰＳや、ジャイロコンパス・加速度計・角加速度計等を組み合わせて用いた慣性式位置測定装置等を用いることができる。位置計測手段６６をＧＰＳで構成した場合、位置計測手段６６はＧＰＳアンテナ６６Ａを備える。
【０１４３】
データ記録手段６８としては、計算機７０が備えるハードディスク等のストレージを用いることができる。また、無人航空機１０からデータを無線で送信して地上２４に設置したデータ記録装置に記録する場合、地上２４に設置したデータ記録装置でデータ記録手段６８を構成することができる。
【０１４４】
また、時刻計測手段６４や位置計測手段６６が無人航空機本体１２に存在する場合には、必ずしも搭載機１４にこれらの装置を設ける必要はない。しかし、降下煤塵の空中濃度分布を高精度に求めるためには、降下煤塵の量の計測時刻と無人航空機１０の位置測定時刻の対応を厳密に記録する必要がある。
【０１４５】
この観点からは、同一の時計を用いて、降下煤塵量の計測時刻と位置情報の計測時刻とを記録することが有効である。例えば、降下煤塵の量の計測値および無人航空機１０の位置の計測値のデータ送信を、搭載機１４上の同一の計算機７０に対して行い、受信時の計算機７０の内部時刻を時刻計測手段６４として用いる。これにより、それぞれの装置が持ち得る固有の計測時刻とは無関係に、降下煤塵の量の計測時刻と位置計測手段６６の計測時刻を精度よく対応付けることができる。
【０１４６】
（降下煤塵濃度計測機）
降下煤塵の量を計測する連続計測装置は、乾式の測定法であることが好適であり、ベータ線吸収式質量計、パーティクルカウンタ、ＴＥＯＭ原理を用いた質量計等の市販のものを用いることができる。
【０１４７】
パーティクルカウンタ６０は、採取された粒子に照射された光の散乱光強度を検出および計測することにより、通過した粒子の数および大きさをそれぞれ測定することができる。この情報をもとに、個々の粒子の体積を算出することができる。このため、これを単位時間ごとに集計することで、採取された粒子の総体積を降下煤塵として求めることができるとともに、採取された粒子の粒径分布を求めることができる。
【０１４８】
降下煤塵の解析においては、落下速度に大きな影響を与える粒径の情報を得ることが特に有益である。このため、連続計測装置として粒径分布を求めることが可能なパーティクルカウンタ６０を用いる。パーティクルカウンタ６０での時間分解能は、飛行時の空間分解能を数十ｍ以下に維持できるように１分以下であることが必要であり、１０秒以下であることが好ましい。
【０１４９】
ベータ線吸収式質量計は、質量を測定できる点で利点である。なお、ＰＭ２．５等の測定において一般的に用いられる各種計測機、例えば、連続式の光散乱式煤塵濃度計（労働環境測定において規格化されたもの等）では、本実施形態での測定対象である降下煤塵のように粒子の比表面積と大気中の粒子個数密度の小さな粒子を正確に測定することは、困難である。
【０１５０】
（搭載機用動力源装置）
ファン４２やブロワまたは圧縮機からなる促進部４０の搭載機１４の各装置の動力には電気を用いることができる。このための動力源としては、無人航空機本体１２と搭載機１４との間に電線を設け、無人航空機１０の動力源から搭載機１４に電力を供給してもよい。あるいは、搭載機１４に電池を搭載してこれを動力源としてもよい。必要に応じて、動力源からの電気の電流や電圧を搭載機１４の各装置にとって適切な値に変換・制御を行う電源装置、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータを搭載機１４に設けることができる。
【０１５１】
なお、煩雑になるので本実施形態の図中には、動力源装置および動力配線の記載を省略しているが、電力を必要とする装置（ファン、ブロワ、センサ、計算機等）には、適宜、適切な電力が動力源装置から供給されるように設計する。
【０１５２】
（飛行速度・飛行方向）
飛行中に測定を行う際には無人航空機１０を、例えば、水平に飛行させる。本実施形態では、採取部３６が略水平方向に設置され煤塵採取口３４が略鉛直方向に開口する。
【０１５３】
このため、水平でない飛行、すなわち鉛直方向速度成分を有する飛行の場合、鉛直方向の速度成分は、煤塵採取に寄与せず、無駄になる。限られた動力で長時間の飛行を目指す本実施形態では、無駄な速度成分は飛行時間を短縮する悪影響がある。特に、上下方向に高度を激しく変動させながら測定を行うことは、エネルギ消費が大きいので避けることが好ましい。
【０１５４】
水平面内での飛行においても、極力、直線状にすることがエネルギ消費上、好ましい。ただし、水平面内で進行方向を変更することは、鉛直方向成分の飛行を行う場合に比べてエネルギ消費量の増加代がより小さい。このため、水平面内で障害物を避けるために進路を直線状から変更することは可能である。
【０１５５】
測定場所を変更するために高度を変更する際には、水平飛行を行わず、鉛直方向に速やかに短時間で昇降することが総合的なエネルギ消費上、好ましい。この場合、昇降中には測定を行わない（測定を継続してもよいが、そのデータは、降下煤塵濃度測定値として採用しない）。
【０１５６】
なお、水平方向に飛行するとは、飛行速度の水平方向成分が鉛直方向に比べて平均的に大きい（例えば、速度比が５：１以上）ことを意味し、鉛直方向成分が必ずしも「０」でなくてもよい。よって、飛行可能な時間が限られる場合、水平飛行速度成分に比べて微小、かつ一定の鉛直方向飛行速度成分を与えて、鉛直面内でジグザグに上昇または下降する飛行を行うことで、昇降のための専用の鉛直昇降飛行経路を省略してもよい。
【０１５７】
水平飛行中の飛行速度は、降下煤塵の量の計測装置の計測周期と測定対象とする降下煤塵プルームの鉛直方向測定断面（後述）における断面内での所要の空間分解能（後述）を考慮して、以下の条件を満たすように設定する。
【０１５８】
［飛行速度］＜［降下煤塵プルームの鉛直断面での所要空間分解能］／［計測周期］
【０１５９】
さらに、飛行速度の条件として、以下の条件を満たすように搭載機の吸引流量、または、煤塵採取口３４の開口面積を設定する。
【０１６０】
［飛行速度］＝［搭載機の吸引流量（吸引装置の吸引流量）］／［煤塵採取口の開口面積］
【０１６１】
この条件により、煤塵採取口３４の開口面積は、大気が無風、または、飛行速度が周囲の風速に比べて十分大きい前提で、煤塵採取口３４が大気の等速吸引を行うことができ、吸引大気中に含まれていた降下煤塵をそのまま煤塵採取口３４に導入することができる。その結果、煤塵採取時の測定誤差を単純な吸引（例：ＳＰＭ採取時）等の場合に比べて小さくすることができる。
【０１６２】
煤塵採取口３４からの吸引は、バーチャルインパクタ３８に接続されるブロワ又は圧縮機からなる促進部４０とファン４２とで行われる。このため、煤塵採取口３４からの吸引流量が促進部４０の吸引流量とファン４２の吸引流量の和となるようにする。［ファンの吸引流量］ >> ［ブロワの吸引流量］である場合には、搭載機１４の吸引流量をファン４２の吸引流量と同一としてもよい。
【０１６３】
（降下煤塵の空中濃度分布）
水平飛行中、または、飛行中の全時間でパーティクルカウンタ６０を通過した高濃度空気４４に含まれる降下煤塵の量（以下、降下煤塵の時間当たり通過数および各降下煤塵の粒径に対応した粒径区分で代表することにする）を計測する。
【０１６４】
パーティクルカウンタ６０が例えば、一定時間周期（計測周期）ごとに、その周期内に通過した粒径区分ごとの降下煤塵通過数を計測して出力する場合、以下の手順で降下煤塵の濃度分布を求める。
【０１６５】
第１の手順として、当該計測周期における検出降下煤塵の総体積を以下の式で求める。
【０１６６】
［粒径区分ごとの検出降下煤塵の総体積］＝４π／３×［当該粒径区分の代表粒子半径］３×［当該粒径区分での検出粒子数］
【０１６７】
［検出降下煤塵の総体積］＝Σ全粒径区分［粒径区分ごとの検出降下煤塵の総体積］
【０１６８】
ここで、当該粒径区分の代表粒子径には、例えば、粒径区分の境界粒径の上限と下限値の平均値等を用いることができる。あるいは、パーティクルカウンタ６０が個々の降下煤塵の粒径値を区分に分けることなく測定する場合には、
【０１６９】
［検出降下煤塵の総体積］＝４π／３×Σ全粒子［個々の粒子の半径］３
【０１７０】
として求めてもよい。また、上記の式では降下煤塵粒子を球形と仮定したが、予め形状の測定値等との比較を行って、適宜、適切な形状に対応する体積計算式を球の体積算出式に置き換えてもよい。
【０１７１】
また、追い風・向かい風の影響等によって、煤塵採取口３４での吸引が厳密な等速吸引条件から若干の乖離がある場合等には、上記の検出降下煤塵の総体積に一律に補正係数を乗じてその値を調整してもよい。
【０１７２】
第２の手順として、以下の式を用いて検出降下煤塵の総体積から大気中の降下煤塵濃度を算出する。
【０１７３】
［降下煤塵の体積濃度］＝［検出降下煤塵の総体積］／［煤塵採取口での吸引流量］×［計測周期］
【０１７４】
もし、降下煤塵の典型的な密度が得られている場合には、降下煤塵の体積濃度を降下煤塵の質量濃度に変換することができる。
【０１７５】
［降下煤塵の質量濃度］＝［降下煤塵の典型的な密度］×［降下煤塵の体積濃度］
【０１７６】
降下煤塵の典型的な密度としては、例えば、測定空域で得られる降下煤塵の主要な種類が予め予測できる場合には、その降下煤塵種の密度を用いればよい。
【０１７７】
第３の手順として、特定の計測周期での無人航空機１０の位置を位置計測手段６６によって特定し、空間上の位置に上記第２の手順で求めた降下煤塵の濃度を対応付ける。
【０１７８】
対応付けの方法には、例えば、時刻計測手段６４によって計測された同一時刻に降下煤塵の量の計測値と無人航空機１０の位置計測値を同時に記録し、同時刻に記録された計測値同士を対応付けることができる。複数の計測周期での降下煤塵濃度の算出値をそれぞれ空間上の位置と対応付けることによって降下煤塵濃度の空間分布が得られる。
【０１７９】
例えば、当該周期での飛行の中点（当該周期開始から終了までの時間の５０％の時間が当該周期開始から経過した時点、または、場所）に無人航空機１０が到達したときの位置計測手段６６による位置測定値を当該周期での空間上の位置と定義することができる。
【０１８０】
（鉛直方向測定断面）
本実施形態では、図３から図５に示すように、上記の方法で求める降下煤塵濃度の計測点の分布が、少なくとも着目する着目発塵源１００と降下煤塵の評価点１０２との間に設定される鉛直面をなすように飛行経路を設定する。この鉛直面を「鉛直方向測定断面１０４」と定義する。
【０１８１】
鉛直方向測定断面１０４は、検討対象風向１０６（単に風向１０６ともいう）と平行にならないように（風向が鉛直方向測定断面１０４と交差するように）設定する。検討対象風向１０６は、評価対象として着目する着目発塵源１００からの降下煤塵が評価点１０２に到達し得る風向である。この風向きは、地上に設置した風向風速計で測定することができる。
【０１８２】
すなわち、検討対象風向１０６は、降下煤塵の水平方向拡散幅（一般的なプルーム式において定義される）が４５°の場合、水平投影面において評価点１０２から着目発塵源１００を結ぶベクトルと±１方位（１６方位で定義。±２２．５°に相当）の範囲に存在する風向を示す。
【０１８３】
検討対象風向１０６であるときのみ着目発塵源１００からの発塵は、評価点１０２での降下煤塵量に影響し得るので、この風向群（先の例では±１方位の範囲内の全ての風向）と少なくとも常に交差するように、鉛直方向測定断面１０４を設定すべきである。
【０１８４】
また、降下煤塵の評価点１０２が複数存在し、着目発塵源１００から水平面内で見て多数の方位にこれらの評価点１０２が分散する場合には、検討対象風向１０６を主風向（当該地域において発現頻度の高い風向）とし、鉛直方向測定断面１０４をこの検討対象風向１０６と交差するように設定してもよい。そもそも主風向から大きく乖離した風向（例：１８０°）の場合には、着目発塵源１００が上記の評価点群の降下煤塵量に影響を与える頻度が小さいので、一般に、検討の重要性が低いからである。
【０１８５】
鉛直方向測定断面１０４は、平面であることが好ましい。但し、飛行経路上に存在する障害物を迂回する等の理由で、互いに平行な複数の鉛直平面に分割することや、曲面としてもよい。曲面とした場合、測定を行う水平飛行中には（飛行経路は、水平面内で曲線となる）、検討対象風向１０６と常に交差するように鉛直方向測定断面１０４を設定する。
【０１８６】
鉛直方向測定断面１０４は、飛行経路の端部を連結した範囲内に規定される面である。上記の条件を満たす鉛直方向測定断面１０４を形成するための飛行経路の一例を図６から図８示す。
【０１８７】
地上２４から離陸した無人航空機１０は、図６及び図７に示すように、第１の高度１１２に水平方向Ｈに設定された水平飛行経路１３０上を飛行する。この際、同一の高さには、往路１２２及び復路１２４が設定され、同じ経路を往復する。水平飛行の方向は、この図では風向１０６にほぼ垂直に交差する。
【０１８８】
往復飛行を行った後、水平飛行の端点において無人航空機１０は、鉛直方向Ｖに上昇して第２の高度１１４に至る。第２の高度１１４においても第１の高度１１２でのものと同様の水平往復飛行を行う。この際の飛行方向は、第１の高度１１２での飛行方向に平行、かつ、第１の高度１１２での飛行経路の直上である。
【０１８９】
これ以降、各高度１１６〜１２０において、往復飛行を行った後、所定の着陸地点１２６まで帰還して無人航空機１０を着陸させて一回のフライトが完結する。水平飛行中は、常時、降下煤塵濃度計測および無人航空機１０の位置計測を行い、上記の方法によって、図８に示すように、この水平飛行経路１３０上に複数の降下煤塵濃度の計測点１２８が設定され、これら計測点群によって鉛直方向測定断面１０４が形成される。
【０１９０】
鉛直方向測定断面１０４を設定する場所は、着目発塵源１００の風下、かつ、着目発塵源１００近傍であることが好ましい。この場合、鉛直方向測定断面１０４は、測定時の風向１０６における着目発塵源１００から発生する降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の全てを包含するように設定することが好ましい。
【０１９１】
この降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の瞬時の位置と大きさを正確に求めるためには、例えば、本実施形態の方法を用いた空間上での降下煤塵濃度の計測を行う必要がある。特に、降下煤塵量影響を評価するために必要な情報である発塵速度を求めるためには、通常、このような測定が必須である。
【０１９２】
しかし、鉛直方向測定断面１０４を十分、大きく設定する前提で、鉛直方向測定断面１０４が確実に降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２を包含するようにするために、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の位置の粗い予測を行う目的であれば、プルーム式等を用いて、比較的容易に降下煤塵プルーム１００Ａの位置を予測できる（但し、この予測では、位置の予測精度があまり高くなく、かつ、発塵速度を正確に把握することは困難なので、プルーム式のみを用いて評価点１０２での降下煤塵影響を精度よく求めることは難しい）。
【０１９３】
具体的には、着目発塵源１００からの発塵の上昇量をボサンケの式等を用いて求め、その結果得られた発塵高さを前提にプルーム式を適用して設定する鉛直方向測定断面１０４上での降下煤塵濃度分布を算出し、この濃度分布において、例えば、濃度中心から拡散幅の±２倍の範囲を降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２と定義することができる（風向１０６と鉛直方向測定断面１０４が直交する場合）。
【０１９４】
拡散幅には、例えば、パスキル−ギフォードの式を用いることができ、この拡散幅は、濃度分布を正規分布と仮定した場合の標準偏差の値に相当する幅である。降下煤塵の粒子には重力による落下速度が存在するので、プルーム式にはこの落下速度を考慮した式を選択する。
【０１９５】
鉛直方向測定断面１０４は、単に上記の降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の全てを包含するだけでなく、図８に示したように、鉛直断面１３２内にまんべんなく（例えば等間隔に）計測点１２８を配置すべきである。
【０１９６】
これは、計測点１２８での降下煤塵濃度測定値をもとに、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２全体の降下煤塵通過速度を算出するためである。鉛直方向測定断面１０４が鉛直断面１３２の全てを包含し、この断面での降下煤塵の通過速度を把握するということは、着目発塵源１００から発塵したすべての降下煤塵の発塵速度を把握することになる。
【０１９７】
一回のフライトで着目発塵源１００の発塵速度を把握する場合には、計測点１２８は、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に二つ以上配置する必要があり、三つ以上配置することが好ましい。
【０１９８】
この条件から、計測点１２８の所要空間分解能（水平方向Ｈには、測定周期の間の飛行距離、鉛直方向Ｖには、水平飛行を行う高度間の高度差）は、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の最大幅（例えば、プルーム式における拡散幅の４倍）の１／２倍（必要条件）および最大幅の１／３（好ましい条件）となる。
【０１９９】
鉛直方向測定断面１０４内の計測点１２８は、この所要空間分解能の条件を満たすように、飛行速度および飛行経路上での水平飛行を行う高度間の高度差を設定する。複数のフライトでの平均的な発塵速度を把握すればよい場合には、この複数のフライト内で合計一回以上、計測点１２８が降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に確率的に存在する必要がある。この場合、フライトの５０％以上の確率で鉛直断面１３２内に計測点の存在することが好ましく、ほぼすべてのフライトで降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に計測点の存在することがより好ましい。
【０２００】
この場合の計測点１２８の所要空間分解能の条件は、主に高度差にかかわるものである。飛行高度が降下煤塵プルーム１００Ａの高度と一致していれば、水平飛行中には常時、降下煤塵濃度の計測を行っているので、なんらかの形で降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の降下煤塵濃度を計測することができる。このため、水平方向Ｈの空間分解能は、後述の降下煤塵量の評価の上で必要な値に適宜設定すればよい。
【０２０１】
一方、鉛直方向Ｖの空間分解能に関しては、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の存在しない高度でいくら飛行を行っても降下煤塵プルーム１００Ａの断面情報を得ることができないので、確率的に降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の高度と一致するように飛行高度を設定する必要がある。従って、鉛直方向の所要空間分解能は、［降下煤塵プルームの鉛直断面の鉛直方向最大幅］×［フライト回数］（必要条件）、［降下煤塵プルームの鉛直断面の鉛直方向最大幅］／５０％（好ましい条件）、［降下煤塵プルームの鉛直断面の鉛直方向最大幅］（より好ましい条件）とすればよい。
【０２０２】
（降下煤塵プルームの鉛直断面での降下煤塵濃度）
鉛直方向測定断面１０４の計測点１２８が十分な空間分解能で配置されている場合や多数フライトでの平均的な降下煤塵量影響を評価すればよい場合、各計測点１２８での降下煤塵濃度を降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２での降下煤塵濃度に採用してよい。特に、鉛直方向測定断面１０４の風上に着目発塵源１００以外の他の発塵源が存在しない場合、各計測点１２８において降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内の計測点１２８では比較的高い濃度測定値となる。また、それ以外の計測点１２８では微小な降下煤塵濃度測定値となる。
【０２０３】
このような分布の場合、特定の計測点１２８が降下煤塵プルーム１００Ａの内側に存在するか否かを厳密に判定する必要性は、本実施形態の目的上、存在しない。降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２外の微小な計測点１２８が風下の降下煤塵量に与える影響もまた微小であるので、この計測点１２８の降下煤塵量への影響を考慮するかどうかは着目発塵源１００の降下煤塵影響の評価にほとんど影響しないからである。
【０２０４】
このように、瞬時の降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の位置を特定しないことにより、発塵速度や風向の変動に伴って生じ得る瞬時の降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の位置を正確に予測するモデルを用いる必要がない。このため、そのようなモデルのモデル誤差の影響がない。前述のように複数のフライトでの平均的な降下煤塵量影響を求める場合には計測点１２８の空間分解能が低くてもよい。
【０２０５】
この際、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に存在する計測点１２８は、個々のフライトでは少数、または、一点以下である。計測点１２８が降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２のどの位置に相当するものなのか判断できない。このため、このフライトのみで降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２全体の降下煤塵濃度を代表することは難しい。
【０２０６】
しかし、フライトごとに降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の位置は自然に変化するので、定点の計測点１２８で測定される降下煤塵濃度は、鉛直断面１３２の位置の変化に対応して降下煤塵プルーム１００Ａ内の相対位置（中心、周辺）をまんべんなく移動し、十分に多数のフライトでの降下煤塵濃度を平均化すれば、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２を代表しうる降下煤塵濃度を得ることができる。
【０２０７】
計測点１２８の空間分解能が比較的低く、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に計測点１２８が二、三点しか存在しない場合、一回のみのフライトで降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の代表的な降下煤塵濃度を求めるには、次のようにする。この場合、濃度の補正と中心位置の推定するモデルによって、以下の手順でこれらを予測することができる。
【０２０８】
まず、予め定めた閾値以上の濃度測定値を示す計測点１２８のみを降下煤塵プルーム１００Ａ内に存在するものと判定する。判定された計測点１２８が三点以上の場合、各計測点１２８の位置と濃度測定値を用いて鉛直方向測定断面１０４内に濃度の一次モーメントを求め、一次モーメントの中心を鉛直断面１３２中心として算出する。次に、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２での降下煤塵濃度分布を上記の中心を有する二次元ガウス分布と仮定し、各計測点１２８での濃度測定分布から最小自乗法等を用いてフィッティングを行い、断面内の濃度分布を求める。
【０２０９】
後述のプルーム式を用いた降下煤塵量影響評価時には、この二次元ガウス分布の中心濃度をプルーム中心濃度、二次元ガウス分布の標準偏差をプルーム拡散幅として用いればよい。鉛直断面１３２内に二点しか計測点１２８が存在しない場合には、プルーム中心濃度は、濃度測定値のうち大きい方とし、プルーム中心位置は、二つの計測点１２８を結ぶ直線上で濃度の一次モーメントを求めてモーメントの中心を採用することができる。
【０２１０】
（降下煤塵量への影響評価）
図９から図１１に示すように、降下煤塵量影響算出方法の一例を示す。
【０２１１】
鉛直方向測定断面１０４上の各計測点１２８で、または、各計測点１２８での濃度測定値から求めた降下煤塵プルーム１００Ａ中心点において、以下の式を用いて濃度測定値に風速を乗じて降下煤塵の風ベクトル１０８の方向の（風ベクトル１０８：風向の反対方向。風向は、風上を指す）水平流束を求める。
【０２１２】
［降下煤塵の水平流束］＝［降下煤塵濃度］×［風速］
【０２１３】
ここでの風向風速には、無人航空機１０が風向風速計を搭載していれば、計測点１２８ごとにその測定値を用いればよい。あるいは、鉛直方向測定断面１０４の近傍で地上２４から高度１０ｍ程度に固定設置された気象観測用風向風速計（例えば、気象台や測候所の公開データ等）での測定値を用いてもよい。これらの風向風速計の測定値は、時刻を無人航空機１０での計測器と照合して、飛行中の空間位置との対応をとる。風向風速の時間変動が小さい場合には、厳密な時刻の照合は、必ずしも必要ない。
【０２１４】
各計測点１２８を通過する降下煤塵流量の風ベクトル１０８の方向成分は、次の式になる。
【０２１５】
［計測点を通過する降下煤塵流量の風ベクトルの方向成分］＝［降下煤塵の水平流束］×［計測点に対応する鉛直断面積］×cos［計測点における鉛直方向測定断面の法線が風ベクトルとなす角］
【０２１６】
このように算出された降下煤塵流量の風ベクトル１０８の方向成分は、図９から図１１に示したように、あたかもこの計測点１２８に発塵源を配置した場合の発塵速度に相当するものである。前述のように、発塵源から発塵する降下煤塵プルーム１００Ａのうち評価点１０２まで到達し得る部分は、当該鉛直方向測定断面１０４のいずれかの計測点１２８に対応づく経路で下流に流れていく。従って、この経路上の計測点１２８（鉛直方向測定断面１０４上に存在）すべてに仮想の仮想発塵源１００Ｋを配置し、計測点１２８ごとに降下煤塵通過量を仮想発塵源１００Ｋでの発塵量とみなして降下煤塵の下流への移流拡散を解析することによって、着目発塵源１００から下流への移流拡散を直接に解析するのと同じ結果が得られる。
【０２１７】
個別の計測点１２８を仮想発塵源１００Ｋとみなした場合の下流での降下煤塵量を推定する手法には、例えば、従来技術で述べたプルーム式（例：非特許文献５）を用いることができる。例えば、以下の式で仮想発塵源１００Ｋの風下任意の地点における降下煤塵量を算出することができる。
【０２１８】
このプルーム式は、発塵源での発塵を点とみなし、その発塵速度、発塵源高さ、風向風速、大気安定度等に基づいて、任意点での降下煤塵量を算出するものである。このプルーム式には、例えば、非特許文献５に開示される式をもとにした次の式を用いることができる。
【０２１９】
【数１】
2019178982.tif 000003
Ｃ（ｘ、ｙ、ｚ）：座標点（ｘ、ｙ、ｚ）における降下煤塵濃度（単位は、例えば、ｋｇ／ｍ３）
Ｑｐ：計測点における仮想の発塵速度（単位は、例えばｋｇ/s）
Ｕ：風速
ｕｄ：降下煤塵の粒子落下速度
ｚ０：計測点のｚ座標値
σｙ、σｚ：拡散パラメータ（拡散幅）
この式では、右手系のデカルト座標系であるｘ、ｙ、ｚは、個々の計測点に対して設定され、ｘは風向（風下が正）、ｙは水平方向、ｚは鉛直方向（上が正）を示し、原点として、ｘ方向およびｙ方向には計測点の位置、ｚ方向には地表を用いる。拡散パラメータには各種のものが提案されており、例えば、Pasquill-Giffordの式を用いればよい。また、Ｑｐは、実際の発塵源から特定の計測点を通過して風下に飛散する降下煤塵量を算出する際に、仮に計測点を発塵源とみなして同様の降下煤塵量となるように設定した場合の仮想の発塵速度であり、計測点ごとに、例えば、次の式で与えればよい。
【０２２０】
Ｑｐ ＝ Ｃ（ｘ０、ｙ０、ｚ０）・Ｕ・Δｙ・Δｚ
ｘ０、ｙ０、ｚ０：計測点の座標値
Δｙ、Δｚ：ｙ方向、ｚ方向の計測点の代表幅
ここで、Ｃ（ｘ０、ｙ０、ｚ０）には空中で実測した降下煤塵濃度を用い、Δｙ、Δｚには、例えば、計測点間の距離を用いることができる。
【０２２１】
なお、この式では、非特許文献５に示されていた、プルームの地表反射項が省略されている。これは、降下煤塵のように粒径の大きな粒子では、沈着速度＝粒子落下速度の条件が成立するので、地表近傍にありながら地表に沈着しなかった粒子を補正するための項である上記の反射項が不要だからである。
【０２２２】
評価地点での降下煤塵量は、このプルーム式において、降下煤塵評価地点での地表面（高度０）での発塵点と評価地点に相当する水平座標点での各降下煤塵粒径区分ごとの降下煤塵濃度Ｃeを算出し、その粒径区分における代表粒径に相当する粒子落下速度ｕｄを仮定して、以下の式でもとめればよい。
【０２２３】
降下煤塵量＝Ｃｅ×ｕｄ
【０２２４】
ここで、粒子落下速度には、代表粒径と代表密度を前提に、公知のストークス式等を用いて粒子の終末落下速度として算出すればよい。代表粒径には、粒径区分境界値の平均を用いてよい。評価点における代表的な降下煤塵種の比重を用いればよい。
【０２２５】
また、市販の数値流体解析ソフトを用いて発塵源下流での流れ場を三次元的に解き、公知の粒子法モデルを用いてこの流れ場上に多数の降下煤塵を模擬した仮想の粒子を仮想の発塵源から放出してその軌跡を求める。そして、その落下地点の分布を降下煤塵量の分布として算出する手法を用いてもよい。
【０２２６】
鉛直方向測定断面１０４上でのすべての計測点１２８に対して上記の降下煤塵量分布を算出し、同一地点上（例えば、管理地点）での各計測点１２８での降下煤塵量を積算した結果が鉛直方向測定断面１０４を通過した降下煤塵がその地点に与える降下煤塵影響として求められる。もし、鉛直方向測定断面１０４の風上に着目発塵源１００以外の他の発塵源が存在しなければ、この降下煤塵量影響は、着目発塵源１００がその地点に与えたものということになる。
【０２２７】
（本実施形態の第１の特徴）
本実施形態では、精度の高い降下煤塵の濃度計測装置を搭載した小型の無人航空機１０を着目発塵源１００の風下に飛行させて、特定の瞬間における着目発塵源１００に由来する降下煤塵の全てを把握可能とする降下煤塵の空間分布を測定する。これにより、下流（風下）任意の地点である評価点１０２での着目発塵源１００の降下煤塵量への影響を予測することが可能である。
【０２２８】
特定の瞬間における着目発塵源１００に由来する降下煤塵の全てを把握可能とする降下煤塵の空間分布を測定する具体的な方法を次に示す。すなわち、着目発塵源１００の風下において無人航空機１０を水平に飛行させながら降下煤塵濃度を測定し、この水平飛行の高度を複数変更した条件とすることで、着目発塵源１００の風下に降下煤塵濃度分布の鉛直方向測定断面１０４を形成することである。
【０２２９】
さらに、測定時のこの着目発塵源１００から発塵したすべての降下煤塵の流れの拡散領域（降下煤塵プルームと呼称）の鉛直断面１３２（当該鉛直方向測定断面１０４を無限に延長した鉛直平面を想定）がこの鉛直方向測定断面１０４（こちらは有限の大きさ）内にすべて包含され、かつ、降下煤塵プルーム１００Ａのこの断面内に降下煤塵濃度の計測点１２８が十分な数で存在するように降下煤塵濃度の計測点１２８を設定することにより、この降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内での降下煤塵濃度分布を予測することができる。
【０２３０】
ここで、十分な計測点１２８の数とは、後述のように、前提とする降下煤塵量の評価方法によって異なる値である。本実施形態では、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に十分な数の計測点１２８が存在するように、飛行経路、飛行速度等を設定する。
【０２３１】
（本実施形態の第２の特徴）
本実施形態の第２の特徴は、このように把握された降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の濃度分布およびその測定時点での風向風速を前提として降下煤塵量の予測モデルを用いて、より下流での降下煤塵量分布を求めることができる。その手順として、まず、風下方向への降下煤塵プルーム１００Ａの水平流束を次の式で求めることができる。
【０２３２】
［降下煤塵プルームの水平流束］＝［降下煤塵濃度］×［風速］
【０２３３】
さらに、降下煤塵プルーム１００Ａの断面積を適切に与えることによって、降下煤塵プルーム１００Ａ中の降下煤塵がこの鉛直方向測定断面１０４を通過する通過流量を算出できる。
【０２３４】
［降下煤塵プルームの通過流量］＝［降下煤塵濃度］×［風速］×cos［鉛直方向測定断面の法線と風ベクトルのなす角］×［降下煤塵プルームの断面積］
【０２３５】
ここで、降下煤塵濃度と降下煤塵プルーム１００Ａの断面積は、降下煤塵プルーム１００Ａの断面積を各計測点１２８で代表される複数の鉛直断面１３２に分割して計算してもよい。
【０２３６】
上式での通過量は、あたかも降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２において発塵源を配置した際の発塵速度に対応するものである。降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２が着目発塵源１００と一対一に対応する場合、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２に仮想の発塵源を配置した場合の降下煤塵量影響は、着目発塵源１００から発塵する降下煤塵の降下煤塵量影響と一致する。
【０２３７】
［着目発塵源での発塵速度］＝［降下煤塵濃度］×［風速］×cos ［鉛直方向測定断面の法線と風ベクトルのなす角］×［降下煤塵プルームの断面積］
【０２３８】
このことは、例えば、降下煤塵プルーム１００Ａの数値シミュレーションを行う手順を考えれば説明できる。一般に粒子シミュレーションでは、発塵源と評価点１０２を含む大気の流れ場を数値解析で求め、この流れ場上に発塵を模擬した粒子（個々の降下煤塵に相当）をソフトウェア上で発生させてその落下位置を求める。
【０２３９】
そのうえで落下位置の確率分布が、降下煤塵量分布に対応づくものとして、降下煤塵量分布を算出する。この粒子シミュレーションの際、粒子の発生点を着目発塵源１００の位置に設定することと、その粒子飛散経路上の任意の点に設定することは、同一の結果となる（発生点ごとにそこでの粒子速度を初速として適切に与えれば）。
【０２４０】
降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２とは、この粒子飛散経路を特定の鉛直面（鉛直方向測定断面１０４）に限定し、かつ、この特定断面内を通過する粒子の水平流束分布に対応する粒子濃度分布を与えたものなので、粒子シミュレーションにおいて着目発塵源１００から発生してこの特定断面を通過する粒子の発生場所を、着目発塵源１００からこの特定断面通過場所に変更しても粒子落下地点分布（降下煤塵量分布）に影響しない。粒子シミュレーションにおけるこの特定断面での粒子の通過する平面上の密度分布が、この特定断面に仮想的に設定される発塵源での発塵速度（降下煤塵の水平流束）分布に対応する。
【０２４１】
また、降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２内に数多くの濃度の計測点１２８が存在する場合には、降下煤塵プルーム１００Ａを計測点１２８ごとに分割し、それぞれの計測点１２８ごとに仮想の発塵源を設定して下流評価点での降下煤塵量を算出する。そして、全ての計測点１２８での降下煤塵量を積算すれば、着目発塵源１００の評価点１０２での降下煤塵量影響をより正確に評価できる。
【０２４２】
［計測点における発塵速度］＝［計測点での降下煤塵濃度（算出値）］×［計測点が対応する鉛直断面積］×［風速（計測値）］×cos［鉛直方向測定面（鉛直方向測定断面）の法線と風ベクトルのなす角］
【０２４３】
本実施形態では、鉛直方向測定断面１０４に仮想の発塵源を設定し、ここにおける発塵速度を上式で与え、さらに、プルーム式等の降下煤塵予測モデルを用いることによって、着目発塵源１００の評価点１０２での降下煤塵量影響を予測することができる。本実施形態では、地上２４に据え置き式の降下煤塵計測装置を配置した場合などのように着目発塵源１００下流の他の発塵源の影響を考慮する必要がないので（下流の発塵源の発塵は、当該鉛直方向測定断面１０４での計測値に影響を一切与ええないので）、より正確に降下煤塵量を予測することができる。
【０２４４】
（本実施形態の第３の特徴）
本実施形態の第３の特徴は、無人航空機１０の前進方向Ｆに開口を有する煤塵採取口３４を設けた無人航空機１０を水平飛行させながら等速吸引を行う。これによって、降下煤塵の採取と降下煤塵の水平方向の分布の測定のための機体の移動を同時に行うことができることである。
【０２４５】
この方法は、定点にホバリングさせて煤塵の採取を行う従来のＳＰＭ等の煤塵採取方法に比べて、煤塵の空間分布を測定するうえで、測定位置変更のための移動だけを目的とした飛行経路を必要としないので（従来法：定点でホバリング＋煤塵採取→次の点まで飛行（この間、測定なし）の繰り返し）、測定時間の無駄が少なく、効率的に測定を行うことができる。
【０２４６】
そして、この水平飛行の際、煤塵採取口の下流端から吸引を行い、その大気吸引流量を次式で示す。
【０２４７】
［大気吸引流量］＝［煤塵採取口の開口断面積］×［無人航空機の飛行速度］
【０２４８】
これにより、前進方向Ｆの大気の風成分が十分に小さい場合でも、煤塵採取口３４にて等速吸引もしくは等速吸引的な効果を発揮することができ、掃引大気中の降下煤塵のほぼ全量を、そのまま煤塵採取口３４内に導入することができる。このため、大気のサンプリングに関する計測誤差を小さくすることができる。
【０２４９】
すなわち、降下煤塵の鉛直流束（地表への沈着速度）を測定する従来の降下煤塵の計測方法では（前記した特許文献１、２）、煤塵採取口３４は、大気に対して実質的な吸引を行わない。このため、大気中の降下煤塵濃度を直接に測定することはできない。また、沈着速度を大気中の濃度に換算することはできるが、粒子によって粒子落下速度が大きく異なるため、その精度は高くない。
【０２５０】
また、煤塵採取口３４に大気の風が自然に流入する構成の従来の降下煤塵の計測方法では（前記した特許文献３、４）、大気の積極的な吸引を行わない。このため、大気の風の風速が小さいときには降下煤塵を煤塵計測機に導入することができず、大気中の煤塵濃度を常に計測できるわけではない。
【０２５１】
これらに対して、本実施形態では、無人航空機１０の飛行によって大気を掃引する。このため、無風状態の大気であっても大気中の降下煤塵濃度を計測することができる。
【０２５２】
また、航空機の機体外面に煤塵の沈着面を設けて煤塵を捕集する方法では（前記した非特許文献２）、機体周囲の降下煤塵濃度と沈着面への沈着速度の関係が明確ではないため、大気中の降下煤塵濃度を高精度で測定することはできない。
【０２５３】
煤塵採取口３４の下流側で吸引を行わない方法では（非特許文献３）、煤塵採取口３４は、実質的に掃引領域で大気の多くを排除しながら前進するため、排除された大気に随伴して、掃引領域内の特に比較的小径の降下煤塵が煤塵採取口３４に流入しにくくなる。このため、大気のサンプリングに関する計測誤差が大きいという問題がある。
【０２５４】
また、市販の作業環境計測用の光散乱式煤塵濃度計を用いる場合、大気を単純に吸引する。このため、煤塵採取口３４から流入する降下煤塵量は、大気中の降下煤塵濃度と定量的で固定的な関係を示さず、大気のサンプリングに関する計測誤差が大きいという問題がある。
【０２５５】
このように、従来技術では、降下煤塵を高精度にサンプリングすることができなかったが、本実施形態では、降下煤塵を高精度にサンプリングすることができる。
【０２５６】
（本実施形態の第４の特徴）
本実施形態の第４の特徴は、煤塵採取時の水平飛行を同一の高さで機体の前進方向Ｆに絶対空間上で往復させることにより、降下煤塵濃度計測の精度を向上することがきることである。屋外大気には風速が存在するので、小型の無人航空機１０を一定速度で飛行させ、一定流量で吸引を行った場合、風速の飛行方向成分によって、向かい風、あるいは、追い風となるので、厳密な等速吸引条件での測定からは誤差を生じる。
【０２５７】
そこで、無人航空機１０を往復飛行させることで、往路１２２と復路１２４では風の影響が反対となり、等速吸引からの誤差は符号が逆転する。これを利用して、同じ空間上の計測点１２８での往路１２２と復路１２４での降下煤塵計測値を平均化して当該計測点１２８での降下煤塵濃度として算出することで、測定値を等速吸引時の条件に、より近づけることができる。
【０２５８】
（本実施形態の第５の特徴）
本実施形態では、煤塵採取口３４から吸引した大気を、煤塵濃縮器であるバーチャルインパクタ３８で高濃度空気４４と低濃度空気４６に分離し、高濃度空気４４をパーティクルカウンタ６０へ供給するとともに、低濃度空気４６をファン４２で外部へ排出する。これにより、所要の大流量の大気を処理する降下煤塵計測装置を小型の無人航空機１０に搭載可能なレベルまで小型軽量化することができる。
【０２５９】
典型的な大気中の降下煤塵の個数濃度は、エアロゾルに比べて極端に小さい。このため、局所での降下煤塵濃度の計測値が統計的に有意であるためには、より大量の大気を計測装置内に導入して所要数の降下煤塵を採取する必要がある。統計的に有意な煤塵個数とは、一つの濃度測定値に対して、平均的に、少なくとも１個以上の降下煤塵が採取される必要がある。
【０２６０】
すなわち、一定流量で大気のサンプリングを行って一定時間ごとに採取された降下煤塵数のデータそれぞれを降下煤塵濃度に換算する際、各サンプリングで検出される降下煤塵個数の期待値が１未満であると仮定する。この場合、特定のサンプリングで降下煤塵が１個検出され、別のサンプリングで１個も検出されない場合、次の問題が生じる。
【０２６１】
降下煤塵が１個検出された場合と１個も検出されない場合とにおいて、対応する大気中の位置での降下煤塵濃度差によるものか、大気中の降下煤塵濃度は一様であるが大気中にランダムに存在する降下煤塵がたまたま検出されたのか判別できない。
【０２６２】
また、濃度測定値の代表性の観点から、一つの濃度測定値に対して、平均的に少なくとも１０個以上、好ましくは、３０個以上の降下煤塵が採取されることが好ましい。これにより、サンプルした降下煤塵数の平均値と、大気サンプル箇所に対応する位置での真の降下煤塵数濃度平均値との差の期待値を十分小さくする。
【０２６３】
粒子径が３０μｍの典型的な降下煤塵の場合、都市域での典型的な降下煤塵量である１ｔ／ｋｍ２の降下煤塵量の生じる場所での降下煤塵の大気中での数密度は、約１０００個／ｍ３である。１０個以上の降下煤塵を採取するためには、１０Ｌ以上の大気を計測機に導入する必要があることになる。
【０２６４】
数分〜数１０分の飛行時間で数１０〜１００ｍ程度の小規模な降下煤塵プルームを識別可能な空間分解能で計測をするため、１０個以上の降下煤塵を１０箇所／ｍｉｎの頻度（飛行速度５ｍ／ｓの場合、３０ｍの空間分解能に相当）で採取しようとする。この場合、計測機に導入すべき大気流量は、１００Ｌ／ｍｉｎ以上必要である。従って、大気の吸引流量は、１００Ｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。
【０２６５】
しかし、このような大流量の大気中の降下煤塵を直接、フィルタで捕集した場合、フィルタでの圧力損失が過大になってフィルタを破損する問題を生じる。また、フィルタの破損を回避するために、フィルタ面積を大きくするとフィルタ装置が巨大化して小型の無人航空機には搭載できなくなる。
【０２６６】
また、パーティクルカウンタ６０で１００Ｌ／ｍｉｎ以上の大気中の煤塵を直接検出しようとすると、大型のパーティクルカウンタ６０が必要となり、小型の無人航空機１０の許容重量（質量）を超えてしまう虞がある。市販のパーティクルカウンタ６０の重量（質量）を考慮すると、小型の無人航空機１０に搭載可能なものは、処理流量が数Ｌ／ｍｉｎ以下のものに限られる。
【０２６７】
そこで、本実施形態では、吸引した１００Ｌ／ｍｉｎレベルの大気を、バーチャルインパクタ３８で分離して濃縮し、数Ｌ／ｍｉｎレベルの高濃度空気４４として、煤塵検出部を構成するパーティクルカウンタ６０に供給することで、この問題を解決した。
【０２６８】
（本実施形態の第６の特徴）
煤塵濃縮器であるバーチャルインパクタ３８は小型軽量である。そして、このバーチャルインパクタ３８の低濃度空気流出路５０に吸引用のファン４２を設け、吸引装置を小型の無人航空機１０に搭載可能なレベルまで軽量化するとともに、所要の計測時間応答性（約数秒）を満足した。
【０２６９】
まず、軽量化の効果について説明する。ファン４２の特徴は、装置重量（質量）当たりの吸引流量がブロワや圧縮機に比べて一般に小さい。また、ファン４２は、揚程の能力がブロワや圧縮機に比べて著しく小さい。
【０２７０】
本実施形態では、ファン４２として単段の軸流ファン、特に、１００００ｒｐｍ以上の回転数のものを用いることによって所要流量を満足するための羽根の直径を小さくでき、一層、軽量化できる。但し、小型で単段の軸流ファンでは、構造上、所要流量（１００Ｌ／ｍｉｎ）を実現可能な揚程である約１００Ｐａを大きく超えることは困難である。
【０２７１】
従来の煤塵計測装置においては、大気の吸引を行う際に少なくとも１０００Ｐａ（１ｋＰ）以上の吸引装置が必要であった。例えば、小型の無人航空機１０に搭載可能な小型フィルタ（例：直径１００ｍｍ）を流路の途中に配置して粒子を捕集する方式の場合、１００Ｌ／ｍｉｎの流量をフィルタに通過させれば、通常、数ｋＰａの圧力損失が生じる。このため、これに対応する促進部４０であるブロワまたは圧縮機を用いることが必要である。
【０２７２】
また、バーチャルインパクタ３８を用いる場合であっても、従来、吸引装置にはブロワまたは圧縮機のみが用いられてきた。
【０２７３】
その理由は、第１に、従来の煤塵測定装置では低濃度側の流出口の下流に通常、フィルタを配置する構造であるため、低濃度空気流出路５０でも数ｋＰａ以上の圧力損失が生じる。
【０２７４】
第２に、低濃度空気流出路５０にフィルタを配置しない場合であっても、従来の据え置き式煤塵測定装置においては、装置構造を簡略化するために、一般に低濃度空気流出路５０の吸引装置を高濃度空気流出路４８の吸引装置と共用し流量制御が行われていた。このため、高濃度空気流出路４８における吸引装置の必要条件からブロワまたは圧縮機が用いられる。この場合、吸引装置の重量（質量）は増大するが、据え置き式の装置ではあまり問題視されてこなかった。
【０２７５】
第３に、仮に、低濃度空気流出路５０の吸引装置を高濃度空気流出路４８の吸引装置と別に設け、低濃度空気流出路５０にフィルタを設けないとしても、従来のバーチャルインパクタ３８は低濃度側の吸引装置に５００Ｐａ以上の揚程が必要である。このため、単段の軸流ファンを適用することはできない。
【０２７６】
一方、バーチャルインパクタ３８には、次の欠点がある。第１に、粒子の分級装置として適用可能な流量範囲が比較的狭い（特に、大流量側の制約が大きい）。第２に、分級装置内での流路が他の方式よりも短いため、分級装置内でより強い慣性力を与える必要がある（即ち、同じ大きさの粒子を分級するためには分級装置内でより高速な気流を発生させることが必要である）。このため、工業的には、主として粒子の５０％分離直径が５〜７μｍ以下の粒子（例えばＳＰＭ用やＰＭ２．５用）の分級に適用されてきた。
【０２７７】
これより大きな５０％分離直径の場合、特に、２０μｍ以上の場合、バーチャルインパクタ３８と同様に乾式分級方式が可能なサイクロンセパレータ等の連続式分級装置が専ら適用されている。５０％分離直径が５〜７μｍ以下の分級ではサイクロンセパレータでは効率的に分級できないので、バーチャルインパクタ３８が適用され得る。
【０２７８】
バーチャルインパクタ３８では吸引粒子の慣性力を利用して粒子の分級を行うので、表面力に対して慣性力の影響が大きな流速を生じさせる必要がある。従来のバーチャルインパクタでは、いずれも５〜７μｍ以下の分級を行っていたので、２０ｍ／ｓを超える流速（約２４０Ｐａ以上の動圧）を発生させる必要があった。このため、バーチャルインパクタ装置内の形状抵抗等によって一般に５００Ｐａ以上の圧力損失が発生することが避けられなかった。
【０２７９】
本実施形態では、軽量化のために低濃度空気流出路５０の吸引装置として、１００Ｐａ程度までの揚程しか期待できない軽量ファンを用いることが必要である。このため、数ｍ／ｓの流速があれば本実施形態が対象とする分級性能である１０μｍ超の粒子を分離可能なサイクロンセパレータを適用することが考えられる。
【０２８０】
しかし、本発明者が実験したところサイクロンセパレータを用いる場合には吸引された降下煤塵が分級器内壁に付着して少なくともすぐには煤塵濃度計に粒子を供給できない粒子の割合の大きいことが判明した。この現象は、サイクロンセパレータ内での流速をファン４２の限界能力である約１２ｍ／ｓにしても改善しなかった。
【０２８１】
これは、サイクロンセパレータでの流路は広いので広範囲に降下煤塵が吸着するのに対し、サイクロンセパレータ内で高速化可能な領域はごく一部に限られ、一旦、壁面に付着した粒子は容易には再飛散できないからである。このことは、数秒〜数十秒程度の時間分解能での煤塵濃度計測が必要な本実施形態の所要性能からみて問題が生じ得る。
【０２８２】
そこで、本発明者らは、フィルタ等の大きな通気抵抗を排除した配管系をバーチャルインパクタの３８低濃度側流出口に接続し、限界流速である約１２ｍ／ｓといった従来のバーチャルインパクタ３８の設定流速に比べて極端に小さい流速で降下煤塵の分級を行った。その結果、５０％分離粒径として約１４μｍが得られ、かつ、１０μｍの粒子であっても約１０％の粒子を高濃度側に分離できる（即ち分級効率が１０％）ことが判明した。
【０２８３】
本実施形態が対象とする降下煤塵の定義は、直径１０μｍを超える粒子であり、直径１０μｍの粒子の判別は、例えばパーティクルカウンタ６０等の煤塵濃度計の検知しきい値を調整することで可能である。また、バーチャルインパクタ３８の分級効率は、流速一定の条件で実験などによって予め求めることができる。従って、ある粒径での煤塵濃度計による煤塵濃度測定値が得られれば、この値にバーチャルインパクタ３８の分級効率を補正することによって、直径１０μｍ超の粒子の濃度値を正確に求めることができる。
【０２８４】
次に、計測時間応答性の効果について説明する。本発明者らのバーチャルインパクタ３８を用いた分級試験では、煤塵採取口３４から流入した降下煤塵は少なくとも数秒以内、その大半は１秒以内に煤塵濃度計に到達することがわかった。
【０２８５】
これは、バーチャルインパクタ３８内での流路が短く、かつ、狭いため約１２ｍ／ｓ程度の流れを分級装置内で生じさせれば、分級装置内の少なくとも高濃度側流路内においては、至る所でこの流速に近い比較的高速な流れ場となる。このため、高濃度側流路内の煤塵が流路壁に付着したとしても容易に再飛散するからと考えられる。
【０２８６】
低濃度側流路では、構造上、流れが低速化するので、壁面に付着した粒子が直ちに再飛散するとは限らないが、本実施形態では低濃度側流路の煤塵の測定を行わないので問題ない。このように、本実施形態では所要の時間応答性で降下煤塵濃度を測定することができる。
【０２８７】
これに対して、同様の条件でバーチャルインパクタ３８の代わりにサイクロンセパレータを用いた場合、サイクロンセパレータ内に進入した降下煤塵粒子のうち、少なくとも３０％以上の粒子が壁面に付着した。また、降下煤塵の供給を止めた後にも吸引を続けた際には、供給停止後５分間にわたってサイクロンセパレータ内に付着した粒子の再飛散が生じて煤塵濃度計に到達した。
【０２８８】
このように、煤塵採取口３４から流入した降下煤塵が煤塵濃度計に至るまでの時間は、サイクロンセパレータにおいては不定であるため、サイクロンセパレータを用いた場合の計測時間応答性は、定義できないことがわかった。
【０２８９】
これらから、本実施形態にあっては、大流量の大気を処理可能であって計測時間応答性も高い管路系装置２８を軽量とすることで、管路系装置２８の小型の無人航空機１０への搭載可能となり、降下煤塵の空間濃度分布を正確に測定することができる。
【０２９０】
（本実施形態の第７の特徴）
本実施形態では、煤塵濃縮器を構成するバーチャルインパクタ３８からの高濃度空気流出路４８にパーティクルカウンタ６０からなる連続計測手段を設けることで、降下煤塵の空中濃度をリアルタイムで測定することができる。
【０２９１】
パーティクルカウンタ６０自体は特定の粒径範囲の粒子について計測機を通過する時間当たり個数を計測するものであるが、粒子の代表径から粒子体積を算出し、これに時間当たり通過個数を乗じれば、実質的に降下煤塵の体積流量を測定したことになる。
【０２９２】
また、大気の吸引流量は、ほぼファン４２の吸引流量に等しく、この流量変化は小さいので、単位時間当たりの降下煤塵流量をファン４２の吸引流量で除すれば、実質的に、吸引した大気中の降下煤塵濃度を計測することができる。
【０２９３】
ここで、連続計測手段であるパーティクルカウンタ６０は、高濃度空気流出路４８に設けられており、パーティクルカウンタ６０を通過する高濃度空気４４は、降下煤塵濃度が著しく高い。このため、下流側の促進部４０を構成するブロワや圧縮機が高濃度の煤塵によって作動不良を生じないように、パーティクルカウンタ６０とブロワまたは圧縮機からなる促進部４０の間に煤塵除去用のフィルタ６２を設けることが望ましい。
【０２９４】
通気抵抗体であるフィルタ６２を用いることによる圧力損失に対応するため、高濃度空気流出路４８には、揚程が少なくとも数ｋＰａ以上のブロワまたは圧縮機を設ける。この際、本実施形態では、バーチャルインパクタ３８によって低濃度空気４６が分離されており、フィルタ６２の通過流量を低減することができる。このため、ブロワまたは圧縮機に小容量で軽量のものを用いることができる。
【０２９５】
（作用・効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【０２９６】
本実施形態では、無人航空機（本実施形態では小型無人航空機（ＵＡＶ、即ち、通称、ドローン）を使用）１０を用いて空中の降下煤塵の煤塵量を測定するので、据置型の降下煤塵計測装置を高位置に設置する場合と比較して、低コスト化を図ることができる。また、レーザ光を用いて粒径の大きな降下煤塵を測定する場合や、飛行速度が速い航空機である有人固定翼機を用いる場合や、有人回転翼機を用いる場合と比較して空中の降下煤塵の煤塵量を精度よく測定することができる。
【０２９７】
また、無人航空機１０の飛行速度が［吸引装置の吸引流量］／［煤塵採取口の開口面積］となるように、無人航空機１０を風向と交差する水平飛行経路１３０に沿って水平飛行させる。このため、無人航空機１０と共に前進方向Ｆへ移動する煤塵採取口３４からの大気を等速吸引に近づけることができる。これにより、煤塵量を精度よく測定することができる。
【０２９８】
連続計測装置であるパーティクルカウンタ６０で測定した煤塵量、測定した時刻、及び測定した位置に基づいて、水平飛行経路１３０上に複数設定した計測点１２８毎に降下煤塵濃度を算出するので、降下煤塵の分布を把握することができる。
【０２９９】
そして、各計測点１２８での降下煤塵濃度及び風向きを用いるとともに降下煤塵量予測モデルに基づいて各計測点１２８より風下での地上における降下煤塵量を推定することができる。
【０３００】
したがって、地上２４における降下煤塵量の推定精度を犠牲にすることなく、任意点での降下煤塵の量を推定することができる。
【０３０１】
また、水平飛行経路１３０は、無人航空機１０の前進方向Ｆが互いに異なる往路１２２及び復路１２４を含む。これにより、大気の吸込方向に起因した測定誤差を抑制することができる。
【０３０２】
さらに、水平飛行経路１３０を複数の異なる高度に設定し、鉛直方向Ｖに並ぶ各計測点１２８と水平方向Ｈに並ぶ各計測点１２８とを通過する鉛直方向測定断面１０４を想定する。そして、水平飛行経路１３０の風上に存在する発塵源からの降下煤塵の流れの拡散領域を示す降下煤塵プルーム１００Ａの鉛直断面１３２の全域が鉛直方向測定断面１０４内に含まれるように水平飛行経路１３０を設定した。
ここで、全域とは、降下煤塵プルーム１００Ａを形成する降下煤塵の９０％以上を含む領域とする。
【０３０３】
これにより、降下煤塵プルーム１００Ａの分布を、広がりをもって測定することができる。
【０３０４】
また、降下煤塵量予測モデルが発塵速度を用いるものであり、発塵速度を、［発塵速度］＝［計測点での降下煤塵濃度算出値］×［計測点に対応する鉛直断面積］×［風速計測値］×ｃｏｓ［鉛直方向測定断面の法線と風ベクトルのなす角］なる式で算出する。
【０３０５】
これにより、推定精度の向上が図られる。
【０３０６】
さらに、公知のプルーム式を用いることで、降下煤塵量予測モデルとすることができる。
【０３０７】
そして、煤塵採取口３４と連続計測装置であるパーティクルカウンタ６０との間に、煤塵採取口３４からの空気を降下煤塵濃度の高い高濃度空気４４及び降下煤塵濃度の低い低濃度空気４６に分離して流出するバーチャルインパクタ３８を設ける。これにより、高濃度空気４４を吸引するブロワ又は圧縮機からなる促進部４０の負担を軽減することができる。
【０３０８】
これにより、重量（質量）が嵩み勝ちな促進部４０を軽量化することができるので、積載重量（質量）が限られた小型の無人航空機１０への搭載が容易となる。
【０３０９】
そして、大気中の降下煤塵を計測する連続計測装置がパーティクルカウンタ６０なので、フィルタ６２で採取した降下煤塵を計測する場合と比較して、降下煤塵量のリアルタイム計測が可能となる。
【０３１０】
＜第二実施形態＞
図１３から図１５は、第二実施形態を示す図であり、第一実施形態と同一又は同等部分については、同符号を付して説明を割愛するとともに、異なる部分についてのみ説明する。
【０３１１】
すなわち、本実施形態では、鉛直方向測定断面の風上ＷＵに着目発塵源１００以外に他の発塵源１５０が存在する。この場合、第一実施形態での降下煤塵量影響を算出すると、着目発塵源１００のその降下煤塵量影響への寄与度は、必ずしも明確ではない。
【０３１２】
そこで、本実施形態では、着目発塵源１００を境として、風上ＷＵ側に風上鉛直方向測定断面１０４Ａを設定するとともに、風下ＷＤ側に風下鉛直方向測定断面１０４Ｂを設定する。
【０３１３】
これら二つ鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂの間には、着目発塵源１００以外の発塵源が存在しないことが好ましく、そのためには、それぞれの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂを着目発塵源１００に十分近く配置すればよい。例えば、二つの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂを互いに平行に１０ｍ以上１０００ｍ以下の距離をなすように配置することができる。飛行ルート設定上の便宜等の理由があれば、二つの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂは、互いに平行でなくてもよい。
【０３１４】
このような測定を行うことによって、着目発塵源１００の風上に他の発塵源１５０が存在する場合であっても着目発塵源１００が下流での降下煤塵量に与える影響を定量的に求めることができる。その手順は、次のとおりである。
【０３１５】
まず、二つの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂ上でそれぞれ小型の無人航空機１０を用い、風下での降下煤塵量計算を行う。それぞれの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂにおける無人航空機１０の運用方法および風下での降下煤塵量計算方法は、第一実施形態のものと同一とする。
【０３１６】
それぞれの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂでの飛行は、瞬時の降下煤塵量影響を評価する場合には、十分短い間隔（風向変動や発塵速度変動の時間スケールに比べて）で実施される必要がある。複数回の測定を実施して平均的な降下煤塵量影響を評価する場合には、二つの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂでの飛行は、時間間隔が上記のものより長くてもかまわない。
【０３１７】
風下鉛直方向測定断面１０４Ｂの範囲（広さ）は、第一実施形態での方法と同一でもよい。また、着目発塵源１００の風上に存在する他の発塵源１５０からの降下煤塵プルーム１５０Ａのうち、風下の評価点１０２に影響を与え得る範囲の降下煤塵プルーム１５０Ａ部分が風下鉛直方向測定断面１０４Ｂを通過するように風下鉛直方向測定断面１０４Ｂを設定することが好ましい。
【０３１８】
風上の他の発塵源１５０からの降下煤塵プルーム１５０Ａの特定部位が評価点１０２に降下煤塵を降下させ得るかどうかは、風向風速、粒子径、粒子比重、降下煤塵プルーム１５０Ａの位置等のデータを入力したプルーム式等によって判定することができる。
【０３１９】
この際、風上の他の発塵源１５０からの降下煤塵プルーム１５０Ａの部位の高さが不明である場合には、測定時の代表風速および範囲を用いて、次の式から風下鉛直方向測定断面１０４Ｂの高さを定めてもよい。
【０３２０】
［風下鉛直方向測定断面の高さ］＝（［降下煤塵の落下速度］×［評価点−風上発塵源間距離］／［風速］＋２×［評価点における風上発塵源からの降下煤塵プルーム幅（鉛直方向）］）
【０３２１】
この式を用いれば、いかなる遠方の風上発塵源からの評価点１０２への影響を評価する際であっても、風下鉛直方向測定断面１０４Ｂの高さを有限にすることができる。降下煤塵の落下速度には検討対象とする降下煤塵の粒径および比重を用いてストークス式等を用いて算出することができる。風速には、測定時の代表風速を用いることができる。
【０３２２】
評価点１０２における風上の他の発塵源１５０からの降下煤塵プルーム１５０Ａの幅には、パスキル−ギフォード式等を用いて算出することができる。プルーム幅を二倍するのは、プルーム幅の定義が通常、濃度の標準偏差値を用いて表現されるからである。この例では中心から２σの濃度範囲を実質的にプルーム範囲として採用したことによるものであり、２．５σや３σをプルーム範囲に用いても一向にかまわない。
【０３２３】
パーティクルカウンタ６０を用いて降下煤塵の量を測定する本実施形態では、同時に粒子径も測定できるので、降下煤塵の量の測定値のうち検討対象の粒径範囲のみのデータを抽出して降下煤塵量の解析に用いればよい。
【０３２４】
風上鉛直方向測定断面１０４Ａの範囲は、風下鉛直方向測定断面１０４Ｂと同一、または、これ以下でよい。なぜならば、風下鉛直方向測定断面１０４Ｂは、風上の他の発塵源１５０から評価点１０２に到達しうる降下煤塵プルーム１５０Ａ部分をすべて包含するように設定されている。かつ、風上鉛直方向測定断面１０４Ａを通過した降下煤塵プルーム１５０Ａは風下鉛直方向測定断面１０４Ｂに至るまでの間に必ず径が拡大するからである。
【０３２５】
次に、着目発塵源１００および二つの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂの下流での評価点１０２での二種類の降下煤塵量算出値（風上鉛直方向測定断面１０４Ａでの算出値：風上降下煤塵量、風下鉛直方向測定断面１０４Ｂでの算出値：風下降下煤塵量）を用いて、着目発塵源１００から当該評価点１０２への降下煤塵量影響を、次の式で求める。
【０３２６】
［着目発塵源から当該地点への降下煤塵量影響］＝［風下降下煤塵量］−［風上降下煤塵量］
【０３２７】
もし、風上鉛直方向測定断面１０４Ａと風下鉛直方向測定断面１０４Ｂの間に発塵源がなければ、風上降下煤塵量と風下降下煤塵量は、誤差（計測誤差、計算手法の誤差）の範囲内で一致するはずである。このとき、上式での着目発塵源１００から当該評価点１０２への降下煤塵量影響も「０」になる。なぜならば、風上鉛直方向測定断面１０４Ａを通過し、評価点１０２に降下する降下煤塵は、全て風下鉛直方向測定断面１０４Ｂを通過するように二つの鉛直方向測定断面１０４Ａ、１０４Ｂが配置されているからである。
【０３２８】
また、風下鉛直方向測定断面１０４Ｂは、着目発塵源１００からの降下煤塵プルーム１００Ａをすべて包含するように設定されている。従って、風上鉛直方向測定断面１０４Ａと風下鉛直方向測定断面１０４Ｂとの間に着目発塵源１００しか存在せず、着目発塵源１００からの発塵量が「０」でない場合、上式の値が着目発塵源１００から評価点１０２に与える降下煤塵量になる。
【０３２９】
本実施形態の方法によって、着目発塵源１００の風上ＷＵに他の発塵源１５０が存在する場合であっても、評価点１０２での降下煤塵量影響のうち、着目発塵源１００の影響代を定量的に算出することができる。これにより、例えば、着目発塵源１００を対策した際の評価点１０２に与える影響を予測することができる。
【０３３０】
（本実施形の特徴）
本実施形態の特徴は、着目発塵源１００の風上ＷＵに他の発塵源１５０が存在する場合に、上記の無人航空機１０による降下煤塵濃度分布測定およびこれから算出される降下煤塵量を着目発塵源１００の風上ＷＵおよび風下ＷＤでそれぞれにおいて求める（降下煤塵量（風上測定）および降下煤塵量（風下測定））ことにより、着目発塵源１００のみの降下煤塵量への影響を「降下煤塵量（風下測定）」−「降下煤塵量（風上測定）」の値として求めることができる。
【０３３１】
これは、風下ＷＤでの計測点１２８と風上ＷＵでの計測点１２８間の距離を着目発塵源１００から評価点１０２までの距離に比べて十分小さく（例：２０％以下）設定することにより、風上計測点−風下計測点間での降下煤塵量の影響を十分に小さくする。その結果、風下鉛直方向測定断面１０４Ｂでの降下煤塵通過量が風上鉛直方向測定断面１０４Ａでの降下煤塵通過量に着目発塵源１００から発塵した降下煤塵の風下鉛直方向測定断面１０４Ｂでの通過量を重ね合わせたものに実質的に相当することを利用するものである。
【０３３２】
（作用・効果）
本実施形態においても、第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０３３３】
また、本実施形態では、着目発塵源１００の風上ＷＵに他の発塵源１５０が存在する場合であっても、着目発塵源１００に起因する評価点１０２での降下煤塵量を推定することができる。
【０３３４】
これにより、例えば、着目発塵源１００に施す対策によって評価点１０２での降下煤塵の減少量を予測することができ、効果的な対応策の検討が容易となる。
【実施例１】
【０３３５】
本実施例では、前述した無人航空機１０を用いて、上空での降下煤塵のサンプリングを行った。装置条件は、以下のとおりである。
【０３３６】
（無人航空機本体）
機体形式：  マルチロータ式無人航空機（６ロータ）
寸法：  直径１ｍ
機体重量（質量）：  ５ｋｇ
フライトコントローラ：  PIXHAWK（登録商標）
操縦：  無線機を用いた手動操縦および自動操縦（オートパイロット機能）
【０３３７】
（搭載機）
搭載機１４は、第一実施形態で説明した構成である。
重量（質量）：  ２．５ｋｇ
寸法：  ３００ｍｍ×３００ｍｍ×２００ｍｍ
煤塵採取口：  無人航空機の前進方向Ｆに延在する直径２０ｍｍの円管
煤塵濃縮器：  バーチャルインパクタ
流入流速：  １２ｍ／ｓ
フィルタ：  直径２５ｍｍのメンブランフィルタ（捕集径５μｍ、市販品）
圧縮機：  市販品。４Ｌ／ｍｉｎ（最大）、揚程４０ｋＰａ（最大）。２Ｌ／ｍｉｎおよび１０ｋＰａの条件で運転した。
ファン：  市販品。軸流単段式。最大１６０００ｒｐｍ。流量５００Ｌ／ｍｉｎ（最大）、揚程３００Ｐａ（最大）、１００Ｌ／ｍｉｎおよび揚程１５０Ｐａの条件で運転した。
パーティクルカウンタ：  １０μｍ以上の粒子の総数と大きさの分布を常時測定し、１０ｓ周期で出力（市販品）
【０３３８】
位置検出：  ＧＮＳＳ受信機。１ｓ周期で位置情報を出力（市販品）
計算機：  マイクロコンピュータ（市販品）。時刻計測（内蔵時計を使用）、パーティクルカウンタ測定値、ＧＮＳＳ測定値を有線で受信し、内蔵ハードディスクに保存。
電池：  リチウムポリマバッテリ（市販品）
電源装置：  各装置に必要な電圧を、市販の電圧変換器を用いて供給した。
【０３３９】
（着目発塵源）
植生のない裸地、表面は、砂。幅１５０ｍ×奥行１００ｍ
【０３４０】
裸地表面での風によって降下煤塵が発塵する。
【０３４１】
この着目発塵源１００の風上方向に他の発塵源は存在しない。風下方向には同様の裸地が複数存在する。
【０３４２】
（鉛直方向測定断面）
上記裸地の奥行方向風下側端に幅方向２００ｍ、高さ５０ｍの鉛直方向測定断面を設定した。計測点は、１５、２５、３５、４５ｍの高度でそれぞれ幅方向に五等分し、その中点を計測点とした（４（高度）×５（幅方向）＝２０個の計測点）。
【０３４３】
（測定方法）
オートパイロット機能を用いて、上記鉛直方向測定断面上に、上記計測点を形成できるように飛行経路を次のように設定した。
【０３４４】
飛行経路：  離陸して１５ｍまで上昇し、鉛直方向測定断面上に到達させた。以下、この面内で飛行を行った。まず、高度１５ｍで幅方向に往復水平飛行した後、高度水平距離２５ｍまで上昇し、以下、２５ｍ、３５ｍ、４５ｍにそれぞれ飛行高度を変更した後、それぞれの高度で水平往復飛行を実施した。最後に離陸地点まで飛行して着陸した。
【０３４５】
飛行速度：  鉛直方向測定断面内での水平飛行区間（片道）２００ｍを五分割するため、１０ｓ周期で計測値を出力するパーティクルカウンタの出力周期を考慮して飛行速度は、前進方向に４ｍ／ｓとした。
飛行中の無人航空機の向き：  鉛直方向測定断面内での水平飛行中には前進方向Ｆに機首（煤塵採取口３４）を向けて飛行した。
飛行中は、時刻、位置、煤塵量を連続測定し、搭載機１４のマイクロコンピュータ上に、マイクロコンピュータ上の時刻とともに各測定値をそれぞれ記録した。
飛行回数：  計５０フライトを実施した。
【０３４６】
（降下煤塵濃度の算出）
無人航空機１０の着陸後にマイクロコンピュータ上のデータを取り出し、第一実施形態の方法に従ってデータを処理して空間位置上の降下煤塵濃度分布を、粒径区分ごとに算出した。このうち、鉛直方向測定断面１０４での水平飛行中のデータを最終的な降下煤塵濃度計測値として採用した（記録された位置情報から各測定データが鉛直方向測定断面１０４での水平飛行中のものであるかを判別した）。粒径３０μmの区分での濃度分布の結果の一例を図１６に示す。
【０３４７】
第一実施形態の方法に従って、この着目発塵源１００の風下方向（測定期間の主風向を基準としたもの）の降下煤塵量分布を算出した（パスキルギフォード式、ストークス式を用いたプルーム式を適用した）。５０フライト分でこのようにして求めた降下煤塵量の分布の平均値を図１７に示す。このように、従来は、評価が困難であった特定の地表面からの風による風下での降下煤塵量影響を、本実施例では定量的に評価することができた。
【実施例２】
【０３４８】
（着目発塵源）
実施例１での着目発塵源の主風向の風下方向２００ｍに位置する他の裸地を本実施例での着目発塵源とした。
【０３４９】
植生のない裸地、表面は、砂。幅１５０ｍ×奥行１００ｍ
【０３５０】
この着目発塵源と実施例１での着目発塵源との間には他の発塵源は存在しない。風下方向には同様の裸地が複数存在する。
【０３５１】
（鉛直方向測定断面）
風上鉛直方向測定断面には実施例１での鉛直方向測定断面を用いた。風下鉛直方向測定断面は、本実施例での着目発塵源の風下端部に風上鉛直方向測定断面と同様のものを、風上鉛直方向測定断面と平行に設定した。鉛直方向測定断面の寸法および計測点配置は、実施例１と同様である。
【０３５２】
（測定方法・降下煤塵量影響の算出）
風上鉛直方向測定断面での測定値および降下煤塵量影響は、実施例１でのものを流用した。
【０３５３】
風下鉛直方向測定断面での測定は、風上鉛直方向測定断面での測定と並行して実施した。測定方法および降下煤塵量影響は、実施例１と同様の方法を用いた。
【０３５４】
本実施例での着目発塵源による風下での降下煤塵量影響を、前述した式を用いて算出した。その結果の一例として、着目発塵源から風下約２ｋｍに存在する評価点での本実施例での着目発塵源の影響代は、以下のとおりである。
【０３５５】
風上鉛直方向測定断面の評価点に対する降下煤塵影響代：１．６  ｔ／ｋｍ２Ｍ
風下鉛直方向測定断面の評価点に対する降下煤塵影響代：１．９  ｔ／ｋｍ２Ｍ
本実施例での着目発塵源による評価点に対する降下煤塵影響代：０．３  ｔ／ｋｍ２Ｍ
【０３５６】
このように、本実施例では、着目発塵源の風上、風下に他の発塵源が存在する場合であっても、着目発塵源の評価点に対する降下煤塵量影響を定量的に算出することができる。
【符号の説明】
【０３５７】
１０   無人航空機
１４   搭載機
３４   煤塵採取口
３６   採取部
３８   バーチャルインパクタ
４０   促進部
４２   ファン
４４   高濃度空気
４６   低濃度空気
４８   高濃度空気流出路
５０   低濃度空気流出路
６０   パーティクルカウンタ
６２   フィルタ
６４   時刻計測手段
６６   位置計測手段
６８   データ記録手段
７０   計算機
１００ 着目発塵源
１００Ａ      降下煤塵プルーム
１００Ｋ      仮想発塵源
１０２ 評価点
１０４ 鉛直方向測定断面
１０４Ａ      風上鉛直方向測定断面
１０４Ｂ      風下鉛直方向測定断面
１０６ 検討対象風向
１２２ 往路
１２４ 復路
１２８ 計測点
１３０ 水平飛行経路
１３２ 鉛直断面
１４０Ｋ      仮想発塵源
１５０ 発塵源
１５０Ａ      降下煤塵プルーム
Ｆ     前進方向
Ｈ     水平方向
Ｖ     鉛直方向
ＷＤ   風下
ＷＵ   風上
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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