(57)【要約】【課題】日向率および日影率の少なくとも一方を、データ量が膨大にならないように生成または提供する。【解決手段】日照情報生成装置は、メッシュを生成するメッシュ生成部と、メッシュ内の各メッシュ位置ごとに太陽位置を計算する太陽位置計算部と、地物および道路の形状に関する三次元情報を記憶する地物道路形状記憶部と、複数の対象領域のそれぞれについて、各対象領域の周辺に位置する地物および道路の三次元情報を地物道路形状記憶部から取得する地物道路形状取得部と、太陽位置計算部で計算された各太陽位置からの太陽光が各対象領域にて地物道路形状取得部で取得された地物により遮られるか否かを検出して、当該太陽光が各対象領域の面積に対して各対象領域を照らす割合を示す日向率と、照らさない割合を示す日影率と、の少なくとも一方を計算する日照情報計算部と、複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と対応する日向率および日影率の少なくとも一方とを対応づけて記憶する日照情報記憶部と、を備える。【選択図】図１
2015179149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天球上の太陽の移動軌跡を二次元平面上の複数のメッシュ位置に投影したメッシュを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ内の各メッシュ位置ごとに、太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算する太陽位置計算部と、
地物および道路の形状に関する三次元情報を記憶する地物道路形状記憶部と、
複数の対象領域のそれぞれについて、各対象領域の周辺に位置する地物および道路の三次元情報を前記地物道路形状記憶部から取得する地物道路形状取得部と、
前記太陽位置計算部で計算された各太陽位置からの太陽光が各対象領域にて前記地物道路形状取得部で取得された地物により遮られるか否かを検出して、当該太陽光が各対象領域の面積に対して各対象領域を照らす割合を示す日向率と、照らさない割合を示す日影率と、の少なくとも一方を計算する日照情報計算部と、
前記複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方とを対応づけて記憶する日照情報記憶部と、を備える日照情報生成装置。
【請求項２】
前記地物道路形状記憶部に記憶された地物および道路の形状に関する三次元情報の中から前記複数の対象領域を抽出して記憶する対象領域記憶部を備え、
前記地物道路形状取得部は、前記対象領域記憶部に記憶された前記複数の対象領域のそれぞれの周辺に位置する地物および道路の三次元情報を前記地物道路形状記憶部から取得し、
前記日照情報計算部は、前記対象領域記憶部に記憶された前記複数の対象領域のそれぞれについて、前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を計算し、
前記日照情報記憶部は、前記対象領域記憶部に記憶された前記複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と、対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方とを対応づけて記憶する請求項１に記載の日照情報生成装置。
【請求項３】
前記メッシュ生成部で生成された各メッシュ位置を表す二次元座標を、天球上の時角および赤緯に変換する時角赤緯変換部を備え、
前記太陽位置計算部は、前記時角赤緯変換部で変換された前記時角および前記赤緯に基づいて、前記太陽高度および前記太陽方位で表される前記太陽位置を計算する請求項１または２に記載の日照情報生成装置。
【請求項４】
天球上の太陽位置の間隔を表す角度分解能を指定する角度分解能指定部を備え、
前記メッシュ生成部は、前記角度分解能指定部で指定された角度分解能に基づいて、隣接するメッシュ位置同士の間隔を設定する請求項１乃至３のいずれかに記載の日照情報生成装置。
【請求項５】
前記複数の対象領域のそれぞれは、幅および長さを有する面、幅を持たず所定の長さを持つ線分、幅および長さを持たない点の少なくとも一つである請求項１乃至４のいずれかに記載の日照情報生成装置。
【請求項６】
前記日照情報計算部は、前記対象領域が前記線分である場合、前記線分を構成する複数の点のそれぞれが日向または日影かを判別して数値化し、各点の数値の平均により前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を計算する請求項５に記載の日照情報生成装置。
【請求項７】
日照情報生成装置と、日照情報参照装置と、を備えた日照情報提供システムであって、
前記日照情報生成装置は、
天球上の太陽の移動軌跡を二次元平面上の複数のメッシュ位置に投影したメッシュを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ内の各メッシュ位置ごとに、太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算する第１太陽位置計算部と、
地物および道路の形状に関する三次元情報を記憶する地物道路形状記憶部と、
複数の対象領域のそれぞれについて、各対象領域の周辺に位置する地物および道路の三次元情報を前記地物道路形状記憶部から取得する地物道路形状取得部と、
前記第１太陽位置計算部で計算された各太陽位置からの太陽光が各対象領域にて前記地物道路形状取得部で取得された地物により遮られるか否かを検出して、当該太陽光が各対象領域の面積に対して各対象領域を照らす割合を示す日向率と、照らさない割合を示す日影率と、の少なくとも一方を計算する日照情報計算部と、
前記複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方とを対応づけて記憶する日照情報記憶部と、を有し、
前記日照情報参照装置は、
前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を計算すべき対象領域を指定する対象領域指定部と、
参照日時を指定する参照日時指定部と、
前記参照日時指定部で指定された参照日時における太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算する第２太陽位置計算部と、
前記第２太陽位置計算部で計算された太陽位置を、前記二次元平面上の二次元座標に変換する座標変換部と、
前記座標変換部で変換された二次元座標に基づいて、前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を取得するべき前記メッシュ位置を選択するメッシュ位置選択部と、
前記メッシュ位置選択部で選択されたメッシュ位置に対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を前記日照情報記憶部から取得する日照情報取得部と、を有する日照情報提供システム。
【請求項８】
前記メッシュ位置選択部は、前記座標変換部で変換された二次元座標に最も近い前記メッシュ位置を選択する請求項７に記載の日照情報提供システム。
【請求項９】
前記メッシュ位置選択部は、前記座標変換部で変換された二次元座標から所定距離内の複数のメッシュ位置を選択し、
前記日照情報取得部は、前記メッシュ位置選択部で選択された前記複数のメッシュ位置のそれぞれで取得された前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を平均化する請求項７に記載の日照情報提供システム。
【請求項１０】
前記複数の対象領域は、第１の地点から第２の地点までの複数の道路区間を含んでおり、
前記日照情報取得部により出力された前記複数の道路区間のそれぞれに対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方に基づいて、前記第１の地点から前記第２の地点までの最適経路を探索する最適経路探索部を備える請求項９に記載の日照情報提供システム。
【請求項１１】
日照情報生成装置で生成した複数の対象領域のそれぞれについての日向率および日影率の少なくとも一方を、日照情報参照装置で取得する日照情報提供方法であって、
前記日照情報生成装置は、
天球上の太陽の移動軌跡を二次元平面上の複数のメッシュ位置に投影したメッシュを生成し、
前記複数のメッシュ位置のそれぞれごとに、太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算し、
複数の対象領域のそれぞれについて、地物および道路の形状に関する三次元情報を記憶する地物道路形状記憶部から、各対象領域の周辺に位置する地物および道路の三次元情報を取得し、
前記計算された各太陽位置からの太陽光が各対象領域にて前記取得された地物により遮られるか否かを検出して、当該太陽光が各対象領域の面積に対して各対象領域を照らす割合を示す日向率と、照らさない割合を示す日影率と、の少なくとも一方を計算し、
前記複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方とを対応づけて日照情報記憶部に記憶し、
前記日照情報参照装置は、
前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を計算すべき対象領域を指定し、
参照日時を指定し、
前記指定された参照日時における太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算し、
前記計算された太陽位置を、前記二次元平面上の二次元座標に変換し、
前記変換された二次元座標に基づいて、前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を取得するべき前記メッシュ位置を選択し、
前記選択されたメッシュ位置に対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を前記日照情報記憶部から取得し、
前記指定された対象領域に対応づけて、前記取得された前記日向率および前記日影率の少なくとも一方を出力する日照情報提供方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、日照情報生成装置、日照情報提供システムおよび日照情報提供方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市部などのある対象領域の日向部分の割合（以下、日向率）は、太陽光発電システムやビル電力需要予測、交通ナビゲーションを考える上で基本的な数値である。例えば、太陽電池表面やビル外壁の日向率を任意時刻で利用できれば、気象データと合わせて太陽光発電システムの発電量やビル電力需要を推定できる。また、道路の日向率を任意時刻で利用できれば、時間帯に応じて日向や日影の多い移動経路を選択でき、日焼け予防や熱中症予防などの新たな価値を持つ交通ナビゲーションを実現できる。
【０００３】
対象領域の日向率は、対象領域、日照障害物の形状および太陽位置の幾何学的な関係から決まる量であるが、計算に時間がかかるため、予め計算して数表化しておくのが望ましい。ところが、日向率は、対象領域の場所や時刻により著しく変化するため、日向率を数表化して精度（例えば５％以内）を維持するには、できるだけ狭い時刻間隔（例えば１０分おき）で数表化する必要がある。例えば、１０分おきに１年分（朝６時から夕方６時まで）を数表化すると、道路区間ごとに２６２８０点のデータ量となり、これらのデータを複数の道路区間について維持管理するのはデータ量から考えて容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５８１０７号公報
【特許文献２】特開２０１３−５４５４５号公報
【特許文献３】特開２０１２−７３０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、日向率および日影率の少なくとも一方を、データ量が膨大にならないように生成または提供することが可能な日照情報生成装置、日照情報提供システムおよび日照情報提供方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態によれば、天球上の太陽の移動軌跡を二次元平面上の複数のメッシュ位置に投影したメッシュを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ内の各メッシュ位置ごとに、太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算する太陽位置計算部と、
地物および道路の形状に関する三次元情報を記憶する地物道路形状記憶部と、
複数の対象領域のそれぞれについて、各対象領域の周辺に位置する地物および道路の三次元情報を前記地物道路形状記憶部から取得する地物道路形状取得部と、
前記太陽位置計算部で計算された各太陽位置からの太陽光が前記地物道路形状取得部で取得された地物により遮られるか否かを検出して、当該太陽光が前記複数の対象領域のそれぞれを照らす割合を示す日向率と、照らさない割合を示す日影率と、の少なくとも一方を計算する日照情報計算部と、
前記複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と対応する前記日向率および前記日影率の少なくとも一方とを対応づけて記憶する日照情報記憶部と、を備える日照情報生成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態による日照情報提供システム１の概略構成を示すブロック図。
【図２】天球上の太陽位置の変化を示す図。
【図３】メッシュ生成部１１が生成する二次元平面上の複数のメッシュ位置３１からなるメッシュを示す図。
【図４】都市部の道路区間ごとの日向率の時間変化の一例を示すグラフ。
【図５】図１の日照情報生成装置２が行う処理手順の一例を示すフローチャート。
【図６】図５のステップＳ６の詳細な処理手順の一例を示すフローチャート。
【図７】地上の日影の範囲を示す画像データの一例を示す図。
【図８】図１の日照情報参照装置３が行う処理手順の一例を示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態による日照情報提供システム１の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、日照情報提供システム内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、日照情報提供システムには以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。ただし、これらの省略した構成および動作も本実施形態の範囲に含まれるものである。
【０００９】
図１は一実施形態による日照情報提供システム１の概略構成を示すブロック図である。図１の日照情報提供システム１は、日照情報生成装置２と日照情報参照装置３とを備えている。これら日照情報生成装置２と日照情報参照装置３は、それぞれ別個のハードウェアで構成されていてもよいし、一つのハードウェア（例えば、コンピュータ）に実装することも可能である。また、日照情報生成装置２と日照情報参照装置３の少なくとも一方は、ソフトウェアで実装してもよい。さらに、日照情報生成装置２と日照情報参照装置３との間の情報の送受は、有線で行ってもよいし、無線で行ってもよい。さらに、日照情報生成装置２と日照情報参照装置３とがインターネット等の何らかのネットワークを介して情報の送受を行ってもよい。
【００１０】
図１の日照情報生成装置２は、必須の構成として、メッシュ生成部１１と、太陽位置計算部（第１太陽位置計算部）１２と、地物道路形状記憶部１３と、地物道路形状取得部１４と、日照情報計算部１５と、日照情報記憶部１６とを備えている。
【００１１】
メッシュ生成部１１は、天球上の太陽の移動軌跡を、二次元平面上の複数のメッシュ位置に投影したメッシュを生成する。天球、メッシュおよび二次元平面については、後述する。
【００１２】
太陽位置計算部１２は、メッシュ生成部１１で生成された各メッシュ位置ごとに、太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を計算する。
【００１３】
地物道路形状記憶部１３は、地物および道路の形状に関する三次元情報を記憶する。地物とは、建物や山林などの立体物である。道路には、幅を持った道路情報と、幅のない線分からなる道路情報とが含まれる。
【００１４】
地物道路形状取得部１４は、複数の対象領域のそれぞれについて、各対象領域の周辺に位置する地物および道路の三次元情報を地物道路形状記憶部１３から取得する。ここで、周辺に位置する地物および道路とは、各対象領域に届くはずの太陽光を妨げる可能性のある範囲に位置する地物や道路を指す。
【００１５】
日照情報計算部１５は、太陽位置計算部１２で計算された各太陽位置からの太陽光が各対象領域にて地物道路形状取得部１４で取得された地物により遮られるか否かを検出して、太陽光が各対象領域の面積に対して各対象領域を照らす割合を示す日向率と、照らさない割合を示す日影率との少なくとも一方を計算する。
【００１６】
日照情報記憶部１６は、複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置と、対応する日向率および前記日影率の少なくとも一方とを対応づけて記憶する。なお、本明細書では、日向率と日影率を総称して日照情報と呼ぶ。
【００１７】
この他、図１の日照情報生成装置２は、任意の構成として、対象領域記憶部１７と、角度分解能指定部１８との少なくとも一方を備えていてもよい。
【００１８】
対象領域記憶部１７は、地物道路形状記憶部１３に記憶された地物および道路の形状に関する三次元情報の中から複数の対象領域を抽出して記憶する。また、対象領域記憶部１７は、地物道路形状記憶部１３には記憶されていない対象領域を記憶することもありえる。例えば、地物道路形状記憶部１３に記憶されていない道路網に関する折れ線データを対象領域とすることもありえる。ここで、対象領域とは、日向率や日影率を計算する対象となる面、線分および点の少なくとも一つである。面とは、幅および長さを有する領域であり、必ずしも平面には限定されず、起伏があってもよい。線分とは、幅は持たずに長さを有する領域であり、複数の点からなる点列も含む概念である。点とは、幅および長さを持たない領域である。対象領域の一例は、地物道路形状記憶部１３に記憶されている建物の特定の向きの一壁面である。また、対象領域の他の一例は、道路を、交差点ごとに区切った各道路区間である。この場合の各道路区間は、幅を持ったものでもよいし、幅のない線分でもよいし、複数の点からなる点列でもよい。
【００１９】
角度分解能指定部１８は、天球上の太陽位置の間隔を表す角度分解能を指定する。角度分解能指定部１８で指定される角度分解能により、メッシュ位置の間隔を任意に変更することができる。すなわち、角度分解能が細かいほど、メッシュ位置の間隔も狭くなり、太陽のより詳細な動きを検出できる。
【００２０】
図２は天球上の太陽位置の変化を示す図である。図２に示すように、太陽は、毎日、東から昇り、西に沈み、季節に応じて高さが変化する。図２は、太陽の１年における天球上の移動の軌跡を破線で示している。天球上での太陽の位置は、時角と赤緯で表すことができる。時角は、太陽が真南に位置するときを基準方向として、個々の太陽位置の方向の角度である。時角は、春分と秋分時に０度から±９０度まで変化し、春分と秋分以外では、０度から±９０度未満の範囲で変化する。赤緯は、春分と秋分を基準方向として、天球上で上下に±２３．４度以内の範囲で変化する。夏至のときの赤緯は２３．４度であり、冬至のときの赤緯は−２３．４度である。
【００２１】
図３はメッシュ生成部１１が生成する二次元平面上の複数のメッシュ位置３１からなるメッシュを示す図である。図３の各メッシュ位置３１が太陽位置を表しており、枠線３２が太陽の動く範囲を示している。この枠線３２のＸ軸との交点は±９０度であり、Ｙ軸との交点は±２３．４度である。二次元平面のＸ軸は時角に対応し、Ｙ軸は赤緯に対応している。季節によって、太陽が取り得る時角は異なるため、枠線３２のＸ軸方向の両端線はＹ軸を基準とする線対称な曲線を描いている。例えば、右側の端線の曲線３２ａは、Ｘ＝９０度×ｃｏｓ(Ｙ)で表される曲線である。
【００２２】
日照情報記憶部１６は、図３の枠線３２内の各メッシュ位置３１について、日向率および日影率の少なくとも一方を記憶する。すなわち、図３の枠線３２外のメッシュ位置３１については、日向率や日影率の計算には利用しない。
【００２３】
図３の枠線３２内の各メッシュ位置３１の間隔は、角度分解能指定部１８にて任意に調整可能である。角度分解能指定部１８での分解能を高くするほど、枠線３２内のメッシュ位置３１の数が増大し、より詳細に太陽の位置を検出可能となる。
【００２４】
図３の枠線３２内の面積Ｓは、以下の（１）式で求められる。
【００２５】
面積Ｓ＝２×１８０２×ｓｉｎ(２３．４)／π≒８１９１．７［度２］    …（１）
【００２６】
角度分解能Δθを、１０分刻みに対応するΔθ＝２．５度とすると、図３の枠線３２内の格子点数Ｎは、以下の（２）式で求められる。
【００２７】
格子点数Ｎ＝Ｓ／(Δθ)２＝１３１０個    …（２）
【００２８】
図４は都市部の道路区間ごとの日向率の時間変化の一例を示すグラフである。図４には、午前６時から午後６時における道路区間１〜１０での日向率の変化を示している。図４の横軸は時間、縦軸は日向率である。図示のように、日向率は時間帯によって大きく変化し、道路区間によっても大きく変化する。よって、各道路区間の日向率を見積もるには、各道路区間ごとに短い時間間隔で日向率を計測してデータベース化するのが望ましい。
【００２９】
例えば、各道路区間について、１０分おきに１年分（朝６時から夕方６時まで）の日向率を数表化した場合、各道路区間ごとのデータ数は２６２８０個となる。
【００３０】
したがって、図３のような枠線３２内のメッシュ位置３１でのみ日向率を数表化して日照情報記憶部１６に記憶することによるデータ量の圧縮率は、１３１０／２６２８０≒１／２０となり、大幅にデータ量を削減できることがわかる。これにより、本実施形態によれば、日向率の精度を落とさずに、日照情報記憶部１６のデータ量を大幅に削減できる。日照情報記憶部１６に記憶される日向率や日影率の生成は、日照情報生成装置２にて行われる。
【００３１】
図５は図１の日照情報生成装置２が行う処理手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、対象領域を道路区間として、複数の道路区間の日向率を日照情報記憶部１６に記憶する例を説明する。なお、日向率の代わりに、あるいは日向率とともに日影率を記憶する場合も、同様の処理手順で行うことが可能である。
【００３２】
まず、角度分解能指定部１８は、角度分解能Δθ＝ｄを指定する（ステップＳ１）。このステップＳ１の処理は省略可能であり、予め定めた角度分解能ｄを指定してもよい。
【００３３】
次に、メッシュ生成部１１は、指定されたあるいは予め定めた角度分解能ｄに応じた間隔で、二次元平面上にメッシュを生成する（ステップＳ２）。
【００３４】
道路区間の日向率を計算する時間範囲を−Ｔ〜＋Ｔとすると、図３の枠線３２内のメッシュのＸ軸方向の最大メッシュ位置Ｍと、Ｙ軸方向の最大メッシュ位置Ｎは、それぞれ以下の（３）式および（４）式で表される。
【００３５】
Ｍ＝［(Ｔ／２４)×(３６０／ｄ)］    …（３）
Ｎ＝［Δ／ｄ］    …（４）
【００３６】
上述した（３）式と（４）式で、［ｘ］は、ｘの小数点以下を切り捨てて整数化することを示している。Δは２３．４度、Ｔは時間範囲、ｄは角度分解能である。
【００３７】
図３の枠線３２内の任意のメッシュ位置座標を（ｍ，ｎ）とすると、ｍ，ｎの可変範囲と道路区間ｋの可変範囲は、以下のようになる。
【００３８】
ｍ＝−Ｍ，…，Ｍ  （計２Ｍ＋１個）
ｎ＝−Ｎ，…，Ｎ  （計２Ｍ＋１個）
ｋ＝１，…，Ｋ  （計Ｋ個）
【００３９】
メッシュ生成部１１は、メッシュ位置座標（ｍ，ｎ）を以下の（５）および（６）式に基づいて、（ｘ，ｙ）座標に変換する（ステップＳ３）。
【００４０】
ｘ＝ｍ×ｄ    …（５）
ｙ＝ｎ×ｄ    …（６）
【００４１】
次に、太陽位置計算部１２は、以下の（７）式に基づいて、メッシュ位置３１の（ｘ，ｙ）座標から、太陽高度αおよび太陽方位βで表される太陽位置を計算する（ステップＳ４、Ｓ５）。
【００４２】
（α，β）＝（Ｈ×Ｇ）（ｘ，ｙ）    …（７）
【００４３】
（７）式は、より詳細には、以下の（８）〜（１３）式により導出される。
まず、以下の（８）式に基づいて、（ｘ，ｙ）座標を（赤緯δ，時角θ）の座標系に変換する（ステップＳ４）。このステップＳ４は時角赤緯変換部に該当する。
【００４４】
（δ，θ）＝Ｇ（ｘ，ｙ）    …（８）
【００４５】
この（８）式の関数Ｇ（ｘ，ｙ）は、より詳細には、以下の（９）式および（１０）式で表される。
【００４６】
δ＝ｙ    …（９）
θ＝ｘ／ｃｏｓ(ｙ)    …（１０）
【００４７】
次に、以下の（１１）式に基づいて、（赤緯δ，時角θ）から（太陽高度α，太陽方位β）の座標系に変換する（ステップＳ５）。
【００４８】
（α，β）＝Ｈ（δ，θ）    …（１１）
【００４９】
この（１１）式の関数Ｈ（δ，θ）は、より詳細には、以下の（１２）式および（１３）式で表される。ただし、以下において道路区間の緯度をλとする。
【００５０】
ｓｉｎα＝ｓｉｎ(λ)ｓｉｎ(δ)＋ｃｏｓ(λ)ｃｏｓ(δ)ｃｏｓ(θ)    …（１２）
ｔａｎβ＝ｃｏｓ(λ)ｃｏｓ(δ)ｓｉｎ(θ)／｛ｓｉｎ(λ)ｓｉｎ(α)−ｓｉｎ(δ)｝
…（１３）
【００５１】
図５のステップＳ５で太陽位置が計算されると、次に、日照情報計算部１５は、地物道路形状記憶部１３を参照して、道路区間ｋの日向率Ｓ(ｋ)を計算する（ステップＳ６）。このステップＳ６の詳細については、後述する。
【００５２】
次に、日照情報計算部１５は、計算した日向率Ｓ(ｋ)を、メッシュ位置３１（ｘ，ｙ）に対応づけて日照情報記憶部１６に記憶する（ステップＳ７）。
【００５３】
次に、ある道路区間ｋでの全メッシュ位置３１での日向率の記憶処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ８）、まだ終了していなければ、新たなメッシュ位置３１（ｘ，ｙ）を選択して、ステップＳ３に戻る。
【００５４】
一方、ステップＳ８で終了したと判定されると、すべての道路区間についての日向率の計算処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ９）、まだ終了していなければ、道路区間ｋを更新して、ステップＳ３に戻る。ステップＳ９で終了したと判定されると、図５の処理を終了する。
【００５５】
このように、日照情報記憶部１６には、複数の対象領域のそれぞれについて、複数の太陽位置に対応する複数のメッシュ位置３１と、各メッシュ位置３１での日向率とが対応づけて記憶される。日照情報記憶部１６に記憶される日向率は、時間に基づくデータではなく、太陽位置に基づくデータであるため、上述した（２）式に示したように、各単位時間ごとに日向率を記憶する場合と比較して、大幅にデータ量を削減することができる。
【００５６】
以下に、図５のステップＳ６の処理の詳細について説明する。図６は図５のステップＳ６の詳細な処理手順の一例を示すフローチャートである。例えば、カーナビゲーションで最適ルートを計算する場合、道路区間ごとにスカラー量を与えてコストを評価する。一例として、日向または日影の多い経路を最適経路として選択する場合、道路区間ごとに日向率または日影率が分かれば十分である。そこで、以下では、与えられた道路区間に対して、移動時刻ごとの日向率を評価する例を説明する。
【００５７】
ここでは、道路の形状データは、折れ線データとして与えられるものとする。折れ線データは、複数の点からなる点列であり、折れ線データを構成する各点は日向か日影かを示す２値データを有する。図６のフローチャートでは、地上の日影の範囲を示す画像データと、道路の位置を示す折れ線データとを入力データとし、道路上の日向率を画素のサンプリング計算により求める処理を行う。図７は地上の日影の範囲を示す画像データの一例を示す図である。この画像データは、公知のシャドウマップ法で生成したものであるが、この画像データの生成にあたっては、図５のステップＳ５で求めた太陽位置と、図１の地物道路形状記憶部１３に記憶されている地物と道路の形状に関する三次元情報とが利用される。すなわち、図５のステップＳ５で求めた太陽位置からの太陽光が地物で遮られる範囲を計算し、その計算結果に基づいて道路を含めた地面上に日影の画像を生成する。図６のフローチャートでは、図７のような日影情報を含む画像データを事前に生成しておくものとする。
【００５８】
図６のフローチャートでは、まず、前処理として、折れ線データLineStrの端点から各点への距離LineDistを計算して、変数Ｖをゼロクリアする（ステップＳ１１）。より具体的には、LineStr＝［Ｐ１，…，Ｐｎ］、LineDist＝［Ｄ１，…，Ｄｎ］、Ｖ←０とする。なお、Ｐｉは、折れ線データを構成するｉ番目の点を指し、Ｄｉは端点からＰｉまでの距離である。
【００５９】
次に、折れ線データLineStr上のサンプリング位置ｄを決定する（ステップＳ１２）。サンプリング位置ｄは、一様乱数で決定してもよいが、等間隔に設定してもよい。次に、折れ線データLineStrのサンプリング位置ｄを含む小区間ｉを選択する（ステップＳ１３）。より具体的には、Ｄ(ｉ)≦ｄ＜Ｄ(ｉ＋１)である。ｎの初期値は１である。
【００６０】
次に、サンプリング位置ｄに対応する折れ線データ上の点Ｐの座標を計算する（ステップＳ１４）。点Ｐの座標は、以下の（１４）式および（１５）式で求められる。
【００６１】
ｗ＝(ｄ−Ｄ(ｉ))／(Ｄ(ｉ＋１)−Ｄ(ｉ))    …（１４）
Ｐ←ｗ×Ｐ(ｉ)＋(１−ｗ)×Ｐ(ｉ＋１)    …（１５）
【００６２】
次に、（１６）式に示すように、図７の画像データを参照して、画像データ中のサンプリング点Ｐの値ｖ(Ｐ)を変数Ｖに累積加算する（ステップＳ１５）。なお、ｖ(Ｐ)は、例えば日向であれば１、日影であれば０である。
【００６３】
Ｖ←Ｖ＋ｖ(Ｐ)    …（１６）
【００６４】
次に、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理をｎ回繰り返したか否かを判定する（ステップＳ１６）。すなわち、ループ回数の変数ｎ＝Ｎにまだ達していなければ、ｎ←ｎ＋１として（ステップＳ１７）、ステップＳ２に戻り、所定回数Ｎに達していれば、変数ＶをＮで割った平均値を出力して終了する（ステップＳ１８）。この平均値が日向率となる。日影率も同様の手順で求めることができる。
【００６５】
なお、図６に示したサンプリング手順は、区間番号の検索を多用するため、予め端点から各点への距離配列LineDistを準備した上で、二分探索法を用いるのが望ましい。
【００６６】
図５および図６の処理手順で日照情報記憶部１６に記憶された日向率や日影率は、図１の日照情報参照装置３が任意に参照することができる。
【００６７】
図１の日照情報参照装置３は、対象領域指定部２１と、参照日時指定部２２と、太陽位置計算部（第２太陽位置計算部）２３と、座標変換部２４と、メッシュ位置選択部２５と、日照情報取得部２６とを有する。
【００６８】
対象領域指定部２１は、日向率および日影率の少なくとも一方を計算すべき対象領域を指定する。参照日時指定部２２は、参照日時を指定する。太陽位置計算部２３は、参照日時の太陽位置を表す太陽高度および太陽方位を計算する。
【００６９】
座標変換部２４は、太陽位置計算部２３で計算された太陽高度および太陽方位で表される太陽位置を、二次元平面上の二次元座標に変換する。メッシュ位置選択部２５は、座標変換部２４で変換された二次元座標に基づいて、日向率および日影率の少なくとも一方を取得するべきメッシュ位置３１を選択する。
【００７０】
日照情報取得部２６は、メッシュ位置選択部２５で選択されたメッシュ位置３１に対応する日向率および日影率の少なくとも一方を日照情報記憶部１６から取得する。
【００７１】
図８は図１の日照情報参照装置３が行う処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、対象領域指定部２１は道路区間ｅを指定し、参照日時指定部２２は参照日時ｄｔを指定する（ステップＳ２１）。
【００７２】
次に、太陽位置計算部２３は、参照日時ｄｔに基づいて、以下の手順で、赤緯δと均時差Ｅｑを計算する（ステップＳ２２）。元旦からの日数ｄｎ（元旦はｄｎ＝１）で定義される角度θｏ＝２π×(ｄｎ−１)／３６５を用いると、太陽の赤緯δと均時差Ｅｑは、以下の（１７）式および（１８）式からなる経験式で求められる。
【００７３】
赤緯δ＝０．００６９１８−０．３９９９１２＊ｃｏｓ（θｏ）
＋０．０７０２５７＊ｓｉｎ（θｏ）−０．００６７５８＊ｃｏｓ（２θｏ）
＋０．０００９０７＊ｓｉｎ（２θｏ）−０．００２６９７＊ｃｏｓ（３θｏ）
＋０．００１４８０＊ｓｉｎ（３θｏ）                    …（１７）
【００７４】
均時差Ｅｑ＝０．００００７５＋０．００１８６８＊ｃｏｓ（θｏ）
−０．０３２０７７＊ｓｉｎ（θｏ）−０．０１４６１５＊ｃｏｓ（２θｏ）
−０．０４０８４９＊ｓｉｎ（２θｏ）                  …（１８）
【００７５】
ここで、均時差とは、視太陽と平均太陽との位置の差を時間に換算した数値である。視太陽とは、実際に視認される太陽であり、平均太陽とは、天球上を等速で移動すると仮定した仮想の太陽である。均時差が生じるのは、地球が太陽の周りを回転する公転経路が楕円であることと、地球の地軸が約２３度傾いていることによる。
【００７６】
太陽方位θは、均時差Ｅｑと道路区間の経度φを用いると、以下の（１９）式で求められる。
【００７７】
θ＝(ｈｎ−１２)／１２×π＋(φ−１３５)／１８０×π＋Ｅｑ    …（１９）
【００７８】
次に、座標変換部２４は、以下の（２０）式に基づいて、（赤緯δ，時角θ）から二次元座標（ｘ，ｙ）に変換する（ステップＳ２３）。
【００７９】
(ｘ，ｙ)＝ＧＩ(δ，θ)    …（２０）
【００８０】
この（２０）式の関数ＧＩ(δ，θ)は、より詳細には、以下の（２１）式と（２２）式で表される。
【００８１】
ｙ＝δ    …（２１）
ｘ＝cos(δ)×θ    …（２２）
【００８２】
次に、メッシュ位置選択部２５は、ステップＳ２３で変換した（ｘ，ｙ）座標に基づいて、図３の枠線３２内の一つのメッシュ位置３１を選択する（ステップＳ２４）。例えば、メッシュ位置選択部２５は、座標(ｘ，ｙ)に近接した位置にあるメッシュ位置３１を選択する。この場合の選択したメッシュ位置座標(ｍ，ｎ)は、以下の（２３）式と（２４）式で表される。
【００８３】
ｍ＝［ｘ／ｄ］    …（２３）
ｎ＝［ｙ／ｄ］    …（２４）
【００８４】
上述したように、（２３）式と（２４）式の［ｘ］は、ｘの小数点以下を切り捨てて整数化することを示している。小数点以下を切り捨てて整数化する代わりに、四捨五入して最近接のメッシュ位置３１を選択してもよい。
【００８５】
次に、日照情報取得部２６は、日照情報生成装置２内の日照情報記憶部１６から、ステップＳ２４で選択したメッシュ位置座標（ｍ，ｎ）に対応する日向率を取得し（ステップＳ２５）、取得した日向率を出力する（ステップＳ２６）。
【００８６】
上述したステップＳ２４〜Ｓ２６において、ステップＳ２３で変換した（ｘ，ｙ）座標の周囲にある複数のメッシュ位置３１のそれぞれについてステップＳ２５で日向率を取得し、取得した複数の日向率を平均化して、最終的な日向率をステップＳ２６で出力してもよい。
【００８７】
図８では、日照情報参照装置３が日向率を取得して出力する例を示したが、日照情報記憶部１６内に日影率が記憶されている場合には、同様の手順で日影率を取得して出力することも可能である。
【００８８】
このように、第１の実施形態の日照情報生成装置２は、天球上の太陽の移動軌跡を図３に示す枠線３２内の各メッシュ位置３１に投影したメッシュを生成し、複数の対象領域のそれぞれについて、各メッシュ位置３１に対応する太陽位置からの太陽光が各対象領域を照らす割合を示す日向率を計算し、日向率と対象領域とを対応づけて日照情報記憶部１６に記憶しておく。日照情報記憶部１６内の日向率は時間に基づくデータではなく、太陽位置に基づくデータであるため、単位時間ごとに日向率を記憶する場合と比べて、日照情報記憶部１６内のデータ量を大幅に削減できる。
【００８９】
また、日照情報参照装置３は、日向率を取得したい特定の対象領域と参照日時を指定するだけで、日照情報記憶部１６から対応する日向率を取得できる。これにより、任意の対象領域における任意の参照日時の日向率を容易に取得でき、日向率を用いて種々の情報処理を短時間に行うことができる。
【００９０】
（第２の実施形態）
第１の実施形態による日照情報参照装置３が取得した日向率と日影率の少なくとも一方は、種々の応用分野で用いられることができる。以下では、一例として、上述した日照情報参照装置３が取得した日向率と日影率を利用して、消費エネルギーが最小の最適ルートを探索するナビゲーション装置の処理手順を説明する。
【００９１】
図９は第２の実施形態による日照情報提供システム１の概略構成を示すブロック図である。図９の日照情報提供システム１は、図１の構成に加えて、ナビゲーション装置４を備えている。
【００９２】
以下、図９のナビゲーション装置４の処理動作について詳述する。前提として、道路網を表す関数Ｇ＝（Ｖ，Ｅ）が与えられたとする。変数Ｖは各道路区間の端点、Ｅは各道路区間の辺である。本実施形態によるナビゲーション装置４は、消費エネルギーの総量であるコストが最小の経路を選択する。コスト計算に関しては、公知のダイクストラ法などを利用できる。また、以下では、電力回生が可能なＥＶ（Electric Vehicle）車またはＨＶ（Hybrid Vehicle）車を前提としている。
【００９３】
道路区間の日向率Ｓ＝ｗ１が与えられると、長さＬの道路区間を速度ｖで走行したときの消費エネルギーＣｏｓｔ(ｖ，Ｌ，Ｎ，Ｓ)は、Ｎを道路区間当たりの走行または停止回数とすると、以下の（２５）式で表される。
【００９４】
Ｃｏｓｔ(ｖ，Ｌ，Ｎ，Ｓ)＝ＣｏｓｔＤＶ(ｖ，Ｌ，Ｎ)＋ＣｏｓｔＡＣ(ｖ，Ｌ，Ｓ)
…（２５）
【００９５】
右辺第１項のＣｏｓｔＤＶ(ｖ，Ｌ，Ｎ)は、車両の駆動による消費エネルギーであり、より具体的には、以下の（２６）式で表される。
【００９６】
ＣｏｓｔＤＶ(ｖ，Ｌ，Ｎ)＝Ｒ(ｖ)×Ｌ＋(１−α)×Ｋ(ｖ)×Ｎ    …（２６）
【００９７】
（２６）式において、Ｒ(ｖ)は走行抵抗、αは回生率、Ｋ(ｖ)は運動エネルギーであり、それぞれ、以下の（２７）〜（２９）式で表される。ただしｋは空気抵抗係数、ｍは車両重量、ｇは重力加速度、μは転がり抵抗係数、θは道路勾配の意味とする。
【００９８】
Ｒ(ｖ)＝ｋ×ｖ×ｖ＋ｍ×ｇ×(μ＋sinθ)    …（２７）
α≒０．２５    …（２８）
Ｋ(ｖ)＝ｍ×ｖ×ｖ／２    …（２９）
【００９９】
（２６）式の両辺をＬで割ると、以下の（３０）式からなるコスト関数ＣｏｓｔＤＶ／Ｌが得られる。
【０１００】
ＣｏｓｔＤＶ／Ｌ＝Ｒ(ｖ)＋(１−α)×Ｋ(ｖ)×ｎ    …（３０）
【０１０１】
ｎは単位距離当たりの停止回数であり、ｎ≒５回／ｋｍである。
（２５）式の右辺第２項のＣｏｓｔＡＣ(ｖ，Ｌ，Ｓ)は、車両の空調装置による消費エネルギーであり、より具体的には、以下の（３１）式で表される。
【０１０２】
ＣｏｓｔＡＣ(ｖ，Ｌ，Ｓ)＝Ｐ０×(Ｌ０／ｖ)＋Ｐ１×(Ｌ１／ｖ)    …（３１）
【０１０３】
（３１）式において、Ｌ０は道路区間内の日影区間、Ｌ１は道路区間内の日向区間であり、道路区間Ｌ＝Ｌ０＋Ｌ１である。日影率ｗ０はＬ０／Ｌで表され、日向率ｗ１はＬ１／Ｌで表されることから、第１の実施形態による日照情報参照装置３が取得した日向率と日影率を用いて、Ｌ０とＬ１を容易に計算できる。なお、Ｌ０＋Ｌ１＝Ｌであるため、日照情報参照装置３では、日向率と日影率のいずれか一方を取得すれば、Ｌ０とＬ１の双方を計算可能である。
【０１０４】
また、（３１）式において、Ｐ０は日影走行時の空調装置の消費電力、Ｐ１は日向走行時の空調装置の消費電力である。
【０１０５】
上述した（３１）式の両辺をＬで割ることにより、以下の（３２）式に示すコスト関数ＣｏｓｔＡＣ／Ｌが得られる。
【０１０６】
ＣｏｓｔＡＣ／Ｌ＝(ｗ０×Ｐ０＋ｗ１×Ｐ１)／ｖ    …（３２）
【０１０７】
ナビゲーション装置４は、上述した（３１）式と（３２）式の和が最小になる経路を、消費エネルギーが最小となる最適経路として選択する。
【０１０８】
なお、ナビゲーション装置４は、日照情報記憶部１６に記憶されている日向率を、消費エネルギーが最小となる経路を探索するために利用するとは限らない。例えば、夏場の車内の温度上昇をできるだけ抑制するために、各道路区間ごとの日向率を利用して、出発地から目的地まで日影の割合が最も多い経路を最適経路として選択してもよい。また、例えば車両が太陽電池パネルを搭載している場合には、太陽電池パネルでの発電量を最大にするために、出発地から目的地まで日向の割合が最も多い経路を最適経路として選択してもよい。
【０１０９】
このように、第２の実施形態では、日照情報記憶部１６を利用することで、各道路区間の日向率を簡易に取得できるため、取得した日向率に基づいて各道路区間のコストを容易に把握でき、出発地から目的地までの最適経路を短時間で検出できる。
【０１１０】
上述した実施形態で説明した日照情報提供システム１の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、日照情報提供システム１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【０１１１】
また、日照情報提供システム１の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【０１１２】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  日照情報提供システム、２  日照情報生成装置、３  日照情報参照装置、４  ナビゲーション装置、１１  メッシュ生成部、１２  太陽位置計算部、１３  地物道路形状記憶部、１４  地物道路形状取得部、１５  日照情報計算部、１６  日照情報記憶部、１７  対象領域記憶部、１８  角度分解能指定部、２１  対象領域指定部、２２  参照日時指定部、２３  太陽位置計算部、２４  座標変換部、２５  メッシュ位置選択部、２６  日照情報取得部、３１  メッシュ位置、３２  枠線
【図１】
2015179149.tif 000003
【図２】
2015179149.tif 000004
【図３】
2015179149.tif 000005
【図４】
2015179149.tif 000006
【図５】
2015179149.tif 000007
【図６】
2015179149.tif 000008
【図８】
2015179149.tif 000009
【図９】
2015179149.tif 000010
【図７】
2015179149.tif 000011