(57)【要約】【課題】設置負担が少なく、省スペースであり、かつ、精度良く風況を測定することが可能な風況測定システム及び風況測定方法を提供する。【解決手段】風況測定システム１０は、バルーン１２と、バルーン１２と地表面とを接続する第１測定ロープ１４、第２測定ロープ１６及び第３測定ロープ１８と、これら測定ロープの張力を測定する圧力センサ２０と、第１測定ロープ１４の鉛直方向からの傾斜角を測定する傾斜角測定装置２２と、圧力センサ２０によって測定された第１〜第３の測定ロープのそれぞれに作用する張力と、傾斜角測定装置２２によって測定された傾斜角とに基づいて、バルーン１２に作用する風力を算出する算出装置２３とから構成される。【選択図】図１
2008170336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風況測定システムであって、
一端が地表面に固定され、他端に浮遊体が接続されて鉛直上方に伸張される第１の索体と、
一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１の索体と所定角度をなすように伸張されてその他端が地表面に固定される第２の索体と、
一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１及び第２の索体と同一平面に配置するように、前記第１の索体に対して前記第２の索体が設けられる側とは逆側に伸張されてその他端が地表面に固定される第３の索体と、
前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力を測定する張力測定装置と、
前記第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角を測定する傾斜角測定装置とを備えることを特徴とする風況測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の風況測定システムであって、
前記張力測定装置によって測定された前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力と、前記傾斜角測定装置によって測定された前記第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角とに基づいて、前記浮遊体に作用する風力を算出する算出装置を備えることを特徴とする風況測定システム。
【請求項３】
請求項２に記載の風況測定システムであって、
前記算出装置は、前記浮遊体の浮力Ｆｆと、前記浮遊体自身の重力ｍｇと、前記第１の索体と前記第２の索体とのなす角θ１と、前記第１の索体と前記第３の索体とのなす角θ２とを入力する既知パラメータ入力手段と、
前記張力測定手段によって測定される前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力Ｔ１〜Ｔ３と、前記傾斜角測定手段によって測定される前記傾斜角αとを入力する測定パラメータ入力手段と、
前記既知パラメータ入力手段及び前記測定パラメータ入力手段により入力されたＦｆ、ｍｇ、θ１、θ２、Ｔ１〜Ｔ３、αを記録するパラメータ記録手段と、
鉛直上向きをＺ軸方向とし、
前記Ｚ軸方向と直交し、前記第１及び第２の索体を含む平面と並行である方向をＸ軸方向とし、
前記Ｚ軸方向及び前記Ｙ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、
前記傾斜角測定手段によって測定される前記傾斜角αが、前記Ｙ軸の正方向に傾くときは正の角度とし、前記Ｙ軸の負方向に傾くときは負の角度とした場合に、
前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力Ｔ１〜Ｔ３のＸ〜Ｚ座標成分であるＴ１Ｘ、Ｔ２Ｘ、Ｔ３Ｘ、Ｔ１Ｙ、Ｔ２Ｙ、Ｔ３Ｙ、Ｔ１Ｚ、Ｔ２Ｚ、Ｔ３Ｚを、前記パラメータ記録手段に記録されたＴ１〜Ｔ３、θ１、θ２、αを用いて、
Ｔ１Ｘ＝０、Ｔ２Ｘ＝−｜Ｔ２｜ｓｉｎθ１、Ｔ３Ｘ＝｜Ｔ３｜ｓｉｎθ２、
Ｔ１Ｙ＝−｜Ｔ１｜ｓｉｎα、Ｔ２Ｙ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθ１ｓｉｎα、Ｔ３Ｙ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθ２ｓｉｎα、
Ｔ１Ｚ＝−｜Ｔ１｜ｃｏｓα、Ｔ２Ｚ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθ１ｃｏｓα、Ｔ３Ｚ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθ２ｃｏｓα、
により求める張力直交座標成分演算手段と、
前記浮遊体に作用する風力ＦＷの直交座標成分であるＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺを、前記張力直交座標成分演算手段により求められたＴ１Ｘ、Ｔ２Ｘ、Ｔ３Ｘ、Ｔ１Ｙ、Ｔ２Ｙ、Ｔ３Ｙ、Ｔ１Ｚ、Ｔ２Ｚ、Ｔ３Ｚと、前記パラメータ記録手段に記録されたＦｆ、ｍｇとを用いて、
ＦＷＸ＝−（Ｔ１Ｘ＋Ｔ２Ｘ＋Ｔ３Ｘ）、
ＦＷＹ＝−（Ｔ１Ｙ＋Ｔ２Ｙ＋Ｔ３Ｙ）、
ＦＷＺ＝−（Ｔ１Ｚ＋Ｔ２Ｚ＋Ｔ３Ｚ＋Ｆｆ−ｍｇ）、
により求める風力直交座標成分演算手段とを備えることを特徴とする風況測定システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の風況測定システムであって、
前記索体は、アラミド系テクノーラ製のロープであることを特徴とする風況測定システム。
【請求項５】
風況測定方法であって、
一端が地表面に固定され、他端に浮遊体が接続されて鉛直上方に伸張される第１の索体と、
一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１の索体と所定角度をなすように伸張されてその他端が地表面に固定される第２の索体と、
一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１及び第２の索体と同一平面に配置するように、前記第１の索体に対して前記第２の索体が設けられる側とは逆側に伸張されてその他端が地表面に固定される第３の索体と、
を設け、
前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力、及び前記第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角を測定することにより風況を測定することを特徴とする風況測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風況測定システム及び風況測定方法に係り、特にバルーン等の浮遊体を用いたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電設備の建設に際しては、事前に建設予定地点の風況調査が行われる。非特許文献１には、このような風況調査に用いられる風況観測システムが開示されている。図１２に非特許文献１に開示されている風況調査の観測システムの構成を示している。同図において、（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図である。この観測システムでは、所望の高さ（図の例では２０ｍ）の観測ポール１０２を地表面に垂直に設置し、設置した観測ポール１０２に風速計１０４及び風向計１０６等の観測システム１００を据え付けて風速や風向を測定する。
【非特許文献１】新エネルギー・産業総合開発機構  新エネルギー導入促進部、「風況精査マニュアル（概要版）」、[online]、平成９年１２月、p.17-20、[平成１８年１１月２８日検索]、インターネットよりＰＤＦファイルをダウンロード<http://www.nedo.go.jp/database/newlist/best100_h16.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記観測システム１００では、強風時等における観測ポール１０２の転倒を防止するために複数本のワイヤー１０８を観測ポール１０２と地表面との間に設ける必要があり、設置に多大な負担を要し、また設置のために広い用地を確保する必要もある。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、設置負担が少なく、省スペースであり、かつ、精度良く風況を測定することが可能な風況測定システム及び風況測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】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、風況測定システムであって、
一端が地表面に固定され、他端に浮遊体が接続されて鉛直上方に伸張される第１の索体と、
一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１の索体と所定角度をなすように伸張されてその他端が地表面に固定される第２の索体と、
一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１及び第２の索体と同一平面に配置するように、前記第１の索体に対して前記第２の索体が設けられる側とは逆側に伸張されてその他端が地表面に固定される第３の索体と、
前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力を測定する張力測定装置と、
前記第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角を測定する傾斜角測定装置とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の風況測定システムによれば、図１２で示したような観測ポール１０２や、観測ポール１０２を固定するためのワイヤー１０８等を設置する必要がなく、安価なコストで風況観測が実施できる。また、構成が簡素であるため設置作業を簡便かつ容易にできる。これにより、設置と移動を繰り返しながら観測することが可能となり、例えば、測定領域内における発電設備建設の最適地を短期間で調査することもできる。
【０００７】
また、本発明の風況測定システムによれば、第１〜第３の索体の地表面の固定位置が一直線上に位置することにより、図１２で示したような観測ポール１０２を複数のワイヤー１０８で固定するための広い用地を確保する必要はなく、測定に必要な用地領域を省スペース化できる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の風況測定システムであって、前記張力測定装置によって測定された前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力と、前記傾斜角測定装置によって測定された前記第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角とに基づいて、前記浮遊体に作用する風力を算出する算出装置を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の風況測定システムであって、前記算出装置は、前記浮遊体の浮力Ｆｆと、前記浮遊体自身の重力ｍｇと、前記第１の索体と前記第２の索体とのなす角θ１と、前記第１の索体と前記第３の索体とのなす角θ２とを入力する既知パラメータ入力手段と、前記張力測定手段によって測定される前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力Ｔ１〜Ｔ３と、前記傾斜角測定手段によって測定される前記傾斜角αとを入力する測定パラメータ入力手段と、前記既知パラメータ入力手段及び前記測定パラメータ入力手段により入力されたＦｆ、ｍｇ、θ１、θ２、Ｔ１〜Ｔ３、αを記録するパラメータ記録手段と、鉛直上向きをＺ軸方向とし、前記Ｚ軸方向と直交し、前記第１及び第２の索体を含む平面と並行である方向をＸ軸方向とし、前記Ｚ軸方向及び前記Ｙ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とし、前記傾斜角測定手段によって測定される前記傾斜角αが、前記Ｙ軸の正方向に傾くときは正の角度とし、前記Ｙ軸の負方向に傾くときは負の角度とした場合に、前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力Ｔ１〜Ｔ３のＸ〜Ｚ座標成分であるＴ１Ｘ、Ｔ２Ｘ、Ｔ３Ｘ、Ｔ１Ｙ、Ｔ２Ｙ、Ｔ３Ｙ、Ｔ１Ｚ、Ｔ２Ｚ、Ｔ３Ｚを、前記パラメータ記録手段に記録されたＴ１〜Ｔ３、θ１、θ２、αを用いて、
Ｔ１Ｘ＝０、Ｔ２Ｘ＝−｜Ｔ２｜ｓｉｎθ１、Ｔ３Ｘ＝｜Ｔ３｜ｓｉｎθ２、
Ｔ１Ｙ＝−｜Ｔ１｜ｓｉｎα、Ｔ２Ｙ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθ１ｓｉｎα、Ｔ３Ｙ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθ２ｓｉｎα、
Ｔ１Ｚ＝−｜Ｔ１｜ｃｏｓα、Ｔ２Ｚ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθ１ｃｏｓα、Ｔ３Ｚ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθ２ｃｏｓα、
により求める張力直交座標成分演算手段と、前記浮遊体に作用する風力ＦＷの直交座標成分であるＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺを、前記張力直交座標成分演算手段により求められたＴ１Ｘ、Ｔ２Ｘ、Ｔ３Ｘ、Ｔ１Ｙ、Ｔ２Ｙ、Ｔ３Ｙ、Ｔ１Ｚ、Ｔ２Ｚ、Ｔ３Ｚと、前記パラメータ記録手段に記録されたＦｆ、ｍｇとを用いて、
ＦＷＸ＝−（Ｔ１Ｘ＋Ｔ２Ｘ＋Ｔ３Ｘ）、
ＦＷＹ＝−（Ｔ１Ｙ＋Ｔ２Ｙ＋Ｔ３Ｙ）、
ＦＷＺ＝−（Ｔ１Ｚ＋Ｔ２Ｚ＋Ｔ３Ｚ＋Ｆｆ−ｍｇ）、
により求める風力直交座標成分演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の風況測定システムによれば、第１〜第３の索体のそれぞれに作用する張力と、第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角αとを測定することにより、浮遊体に作用する風力、又は風速・風向を精度良く算出することができる。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の風況測定システムであって、前記索体は、アラミド系テクノーラ製のロープであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の風況測定システムによれば、アラミド系繊維テクノーラは、強度を有するとともに伸縮しにくい性質を有し、これを索体の素材として用いることにより、索体に作用する張力を正確に張力測定手段に伝達することができるので、測定精度を向上することができる。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、風況測定方法であって、一端が地表面に固定され、他端に浮遊体が接続されて鉛直上方に伸張される第１の索体と、一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１の索体と所定角度をなすように伸張されてその他端が地表面に固定される第２の索体と、一端が前記第１の索体の上部近傍に接続され、前記第１及び第２の索体と同一平面に配置するように、前記第１の索体に対して前記第２の索体が設けられる側とは逆側に伸張されてその他端が地表面に固定される第３の索体とを設け、前記第１乃至第３の索体のそれぞれに作用する張力、及び前記第１の索体の鉛直方向に対する傾斜角を測定することにより風況を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、設置負担が少なく、省スペースであり、かつ、精度良く風況を測定することが可能な風況測定システム及び風況測定方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面に基づき詳細に説明する。  
図１は、本発明の第一の実施形態に係る風況測定システム１０の各構成部を示す斜視図である。なお、風況測定システム１０が設置される地表面は水平であり、同図には、風況測定システム１０の各構成部の立体的配置等を説明するために、Ｘ、Ｙ及びＺ軸による直交座標を記載しており、その直交座標系の原点Ｏは風況測定地点における地表面に位置する。方位と座標軸方向は、北がＹ軸の正方向、東がＸ軸の正方向、南がＹ軸の負方向、西がＸ軸の負方向となっている。また、本発明において風況とは、具体的にバルーン１２に作用する風力、又はその風力に基づいて求められる風向・風速のことをいう。
【００１６】
図１に示すように、風況測定システム１０は、バルーン１２と、バルーン１２と地表面とを接続する第１測定ロープ１４、第２測定ロープ１６及び第３測定ロープ１８と、これら測定ロープのそれぞれに作用する張力を測定する圧力センサ２０と、第１測定ロープ１４の鉛直方向からの傾斜角を測定する傾斜角測定装置２２と、圧力センサ２０によって測定された第１〜第３の測定ロープのそれぞれに作用する張力と、傾斜角測定装置２２によって測定された傾斜角とに基づいて、風況を算出する算出装置２３とから構成される。
【００１７】
バルーン１２は、例えば、ヘリウムや水素などの空気よりも軽いガスが封入されたもので、風が生じても第１〜第３の測定ロープ１４〜１８の全てを伸張させることが可能な浮力を有している。
【００１８】
第１測定ロープ１４には、測定する高さと同程度の長さのものが用いられ、その一端は原点Ｏで固定され、他端はバルーン１２に接続される。  
第２測定ロープ１６は、一端が第１測定ロープ１４の上部近傍に接続され、第１測定ロープ１４と角度θをなすように伸張されて、その他端が地表面のＸ軸上の点Ｗに固定される。  
第３測定ロープ１８は、一端が第１測定ロープ１４の上部近傍に接続され、第１測定ロープ１４及び第２測定ロープ１６と同一平面であるＸＺ平面に配置するように、第１測定ロープ１４に対して第２測定ロープ１６が設けられる側とは逆側に、第１測定ロープ１４と角度θをなすように伸張されて、その他端が地表面の点Ｅに固定される。したがって、点Ｅも点Ｗと同様にＸ軸上に配置する。
【００１９】
第１〜第３の測定ロープ１４〜１８をこのように配置することによって、例えば、西又は東から風が吹いた場合でも、バルーン１２が東又は西方向へ移動するのを阻止するように第１〜第３の測定ロープ１４〜１８が作用することになる。一方、北又は南から風が吹いた場合には、バルーン１２は原点Ｏを中心とし、ＹＺ平面上を、半径を第１測定ロープ１４の長さとする半円弧状の範囲で移動することができる。すなわち、バルーン１２の移動はＹＺ平面上の円弧状範囲内に制約されることになる。
【００２０】
なお、第２測定ロープ１６及び第３測定ロープ１８の長さは、観測する高さ（第１測定ロープ１４の長さ）に応じて適宜調整する。これら第１〜第３の測定ロープ１４〜１８には、アラミド系テクノーラ製の繊維等を使用することが好ましい。
【００２１】
圧力センサ２０には、圧電効果を利用した半導体式圧力センサ等が用いられ、例えば、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８と地表面との間にそれぞれ設置され、これら３本の測定ロープに作用する張力をそれぞれ測定する。これら圧力センサ２０で測定された張力は、例えば電気信号で算出装置２３に送信され、風況を算出するための入力データとして処理される。
【００２２】
傾斜角測定装置２２は、第１測定ロープ１４の鉛直方向に対する傾斜角を測定するための装置である。
【００２３】
図２は、図１の傾斜角測定装置２２を拡大したものであり、同図（ａ）は西から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は平面図である。
【００２４】
図２に示すように、傾斜角測定装置２２は、例えば、金属棒３０と、半円弧状に形成された金属ガイド部品３２と、金属ガイド部品３２と同じ形状に形成され、金属ガイド部品３２との間で金属棒３０を挟むように設置される絶縁ガイド部品３４と、電源３６と、電流計３８とから構成される。
【００２５】
金属棒３０は、一端を原点Ｏに固定され、固定された一端を中心として他端が自由端として半円弧状の範囲を移動可能となるように設けられている。他端には第１測定ロープ１４が接続され、第１測定ロープ１４が傾くとそれに応じて、金属棒３０は金属ガイド部品３２と接触しながら一緒に傾くようになっている。
【００２６】
傾斜角測定装置２２では、金属棒３０の地表面側の端Ｏと、金属ガイド部品３２の一端Ｐと間に電源３６を接続して電圧Ｖを印加し、その時の金属棒３０及び金属ガイド部品３２の一部に流れる電流Ｉを電流計３８により測定することによって、図中に示すような第１測定ロープ１４と地表面とのなす角度βを求める。すなわち、電圧Ｖと電流Ｉとの間で次式（１）のようなオームの法則が成立する。  
Ｖ＝Ｉ（Ｚ１＋Ｚ２β）  ・・・（１）
ただし、Ｚ１は金属棒３０のインピーダンス（Ω）、Ｚ２は金属ガイド部品３２の角度あたりのインピーダンス（Ω／度）である。  
式（１）を変形することで角度βは、次式（２）で示される。  
β＝（１／Ｚ２）×（Ｖ／Ｉ−Ｚ１）  ・・・（２）
ここで、電圧Ｖ、インピーダンスＺ１、角度あたりのインピーダンスＺ２は既知パラメータであるので、電流Ｉを電流計３８により測定すれば角度βは求まる。  
そして、角度βを次式（３）に代入することにより、第１測定ロープ１４の鉛直方向に対する傾斜角αが求められる。  
α＝β−９０°  ・・・（３）
ただし、傾斜角αは、第１測定ロープ１４が北側に傾いた場合は正の角度、南側に傾いた場合は負の角度を示す。
【００２７】
このようにして求められた傾斜角αの値は、例えば傾斜角測定装置２２の内部に備える演算装置にて計算され、電気信号に変換されて算出装置２３に送信され、風況を算出するための入力データとして処理される。
【００２８】
また、強風によってバルーン１２が流されて、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８が傾き過ぎて周辺物体と接触するおそれがある場合には、例えば、リール式補助ロープ収納器２４を設置する（図１参照）。
【００２９】
リール式補助ロープ収納器２４は、所定の長さの補助ロープ２６と、補助ロープ２６の出し入れを行うリール２８とからなり、例えば、原点Ｏを中心とするＹ軸上の対称位置（例えば、地表面位置Ｎ及びＳ）にそれぞれ設けられる。
【００３０】
図３は、図１を西から眺めた時の立面図である。  
図３に示すように、例えば、バルーン１２の移動範囲を範囲Ｇ−Ｇ’内になるように制限する場合、地表面位置Ｎ及びＳに設置されるリール式補助ロープ収納器２４の補助ロープ２６の長さをそれぞれ長さＧ’Ｎ及び長さＧＳに設定して、それぞれの補助ロープ２６の一端を第１測定ロープ１４の上部近傍に接続する。これにより、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８がＧ−Ｇ’の範囲外に傾こうとすると、補助ロープ２６が延長されなくなって、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８がそれ以上傾くのを制止することになるので、周辺物体との接触から回避する。なお、リール式補助ロープ収納器２４は、バルーン１２の移動に影響を与えず、かつ補助ロープ２６を弛ませない程度にロープの出し入れを行う。
【００３１】
次に、このような風況測定システム１０で風況観測を実施する場合における、風向と各測定ロープに作用する張力との関係、又は風向と測定ロープの傾きとの関係について説明する。
【００３２】
図４は、風向分類を示す平面図である。  
図４に示すように、風況測定システム１０の各測定ロープに作用する張力、又は第１測定ロープ１４の傾きは、北風、東風、南風、西風、領域１〜４の風向によって分類される。
【００３３】
図５は、風向と第１〜第３の測定ロープ１４〜１８に作用する張力との関係を説明するための図表であり、同図（ａ）は各測定ロープに作用する張力、同図（ｂ）は図４の分類による風向と各測定ロープに作用する張力との関係を示す表である。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、第１測定ロープ１４、第２測定ロープ１６、第３測定ロープ１８に作用する張力をそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３とした場合、同図（ｂ）に示すように、無風、北風又は南風の場合には、張力は第２測定ロープ１６及び第３測定ロープ１８には作用しないで第１測定ロープ１４のみに作用し、領域１、領域２の風又は東風の場合には、張力は第１測定ロープ１４及び第３測定ロープ１８に作用して第２測定ロープ１６には作用しない、また、領域３、領域４の風又は西風の場合には、張力は第１測定ロープ１４及び第２測定ロープ１６に作用して第３測定ロープ１８には作用しない。
【００３５】
図６は、図４の分類による風向と第１測定ロープ１４の傾くポジションとの関係を説明するための図表を示し、同図（ａ）は第１測定ロープ１４のポジションの分類、同図（ｂ）は図４の分類による風向とポジションとの関係を示す表である。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、第１測定ロープ１４が鉛直方向にある状態をポジションＡ、鉛直方向から南側に傾いた状態をポジションＢ、鉛直方向から北側に傾いた状態をポジションＣとした場合、同図（ｂ）に示すように、第１測定ロープ１４は、無風、東風又は西風の場合にはポジションＡ、領域１、領域の風４又は北風の場合にはポジションＢ、領域２、領域の風３又は南風の場合にはポジションＣとなる。
【００３７】
次に、算出装置２３による風況（バルーン１２に作用する風力、及び風速・風向）の算出手順について説明する。
【００３８】
図７は、風が吹いた時のバルーン１２に作用する力のつりあいの関係を示し、同図（ａ）は南から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は西から眺めた時の立面図である。なお、傾斜角測定装置２２及びリール式補助ロープ収納器２４の記載は省略している。
【００３９】
図７に示すように、バルーン１２に作用する力は、風力（以下、風力ベクトルという）ＦＷと、バルーン１２内のヘリウムによる浮力Ｆｆと、バルーン１２自身の重力ｍｇと、３本の測定ロープによる張力Ｔ１〜Ｔ３とによってつりあっている。ただし、ｍはバルーン１２の質量、ｇは重力加速度である。
【００４０】
図８は、算出装置２３の構成図である。図８に示すように、算出装置２３は、既知パラメータ入力部５０と、測定パラメータ入力部５２と、メモリ５４と、中央演算部５６と、出力部５８とを備え、例えば、記憶されたプログラムを読み出して実行するコンピュータである。
【００４１】
既知パラメータ入力部５０には、バルーン１２の浮力Ｆｆと、バルーン１２自体の重力ｍｇと、第１測定ロープ１４と第２測定ロープ１６とのなす角、又は第１測定ロープ１４と第３測定ロープ１８とのなす角であるθと、定数Ｄとが入力される。ただし、定数Ｄは、風力ベクトルＦＷの大きさ｜ＦＷ｜の１／２乗と風速との比例定数である。
【００４２】
これらＦｆ、ｍｇ、θ、Ｄの値は、既知であるので測定前に予め既知パラメータ入力部５０から入力しておく。入力は、例えばコンピュータに備えるキーボード等から行う。入力された既知パラメータは、中央演算部５６を介してメモリ５４に記録される。
【００４３】
測定パラメータ入力部５２には、圧力センサ２０によって測定された第１〜第３の測定ロープ１４〜１８のそれぞれに作用する張力Ｆ１〜Ｆ３と、傾斜角測定装置２２によって測定された傾斜角αとが、観測中おいて随時入力される。入力された測定パラメータは、所定時間毎に中央演算部５６を介してメモリ５４に記録される。
【００４４】
ここで、圧力センサ２０によって測定する張力Ｆ１〜Ｆ３は、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８のバルーン１２側に作用する張力Ｔ１〜Ｔ３と、次式（４）に示すとおり、作用反作用の法則によりその大きさが同じである（図７参照）。  
Ｔ１＝−Ｆ１、Ｔ２＝−Ｆ２、Ｔ３＝−Ｆ３  ・・・（４）
したがって、圧力センサ２０によって測定される張力Ｆ１〜Ｆ３は常に正の値なので、バルーン１２側に作用する張力の絶対値｜Ｔ１｜、｜Ｔ２｜、｜Ｔ３｜としてメモリ５４に記録される。  
このように、風力ベクトルＦＷを算出時には、メモリ５４にはＦｆ、ｍｇ、θ、Ｄ、｜Ｔ１｜〜｜Ｔ３｜、αが記録されていることになる。
【００４５】
図９は、算出装置２３による風力ベクトルＦＷ及び風速・風向の算出手順を示すフローチャートである。  
図９に示すように、算出装置２３による算出手順は、風力ベクトルＦＷを求めるステップＳ１０及びＳ２０と、風向・風速を求めるステップＳ３０とからなる。
【００４６】
ステップＳ１０では、先ず、メモリ５４に記録されたパラメータのうち、｜Ｔ１｜〜｜Ｔ３｜、θ、αを、中央演算部５６に読み出して、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８に作用する張力Ｔ１〜Ｔ３のＸ成分、Ｙ成分、Ｚ成分であるＴ１Ｘ、Ｔ２Ｘ、Ｔ３Ｘ、Ｔ１Ｙ、Ｔ２Ｙ、Ｔ３Ｙ、Ｔ１Ｚ、Ｔ２Ｚ、Ｔ３Ｚ（以下、張力直交成分パラメータという）を求める。
【００４７】
ここで、張力直交成分パラメータは、次式（５）〜（７）のようにして求められる。  
Ｔ１Ｘ＝０、Ｔ２Ｘ＝−｜Ｔ２｜ｓｉｎθ、Ｔ３Ｘ＝｜Ｔ３｜ｓｉｎθ  ・・・（５）
Ｔ１Ｙ＝−｜Ｔ１｜ｓｉｎα、Ｔ２Ｙ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθｓｉｎα、Ｔ３Ｙ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθｓｉｎα  ・・・（６）
Ｔ１Ｚ＝−｜Ｔ１｜ｃｏｓα、Ｔ２Ｚ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθｃｏｓα、Ｔ３Ｚ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθｃｏｓα  ・・・（７）
こうして求められた張力直交成分パラメータはメモリ５４に記録される（図８参照）。
【００４８】
ステップＳ２０では、メモリ５４に記録された張力直交成分パラメータと、先に既知パラメータとして記録されたＦｆ、ｍｇとを、中央演算部５６に読み出して、風力ベクトルＦＷのＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の成分であるＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺを求める。
【００４９】
ここで、図７に示したバルーン１２に作用する力のつりあいの関係を、ＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺを用いてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の成分毎に整理すると次式（８）〜（１０）にように示される。  
Ｔ１Ｘ＋Ｔ２Ｘ＋Ｔ３Ｘ＋ＦＷＸ＝０  ・・・（８）
Ｔ１Ｙ＋Ｔ２Ｙ＋Ｔ３Ｙ＋ＦＷＹ＝０  ・・・（９）
Ｔ１Ｚ＋Ｔ２Ｚ＋Ｔ３Ｚ＋ＦＷＺ＋Ｆｆ−ｍｇ＝０  ・・・（１０）
したがって、ＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺは、式（８）〜（１０）を変形することにより次式（１１）〜（１３）にようにして求められる。  
ＦＷＸ＝−（Ｔ１Ｘ＋Ｔ２Ｘ＋Ｔ３Ｘ）  ・・・（１１）
ＦＷＹ＝−（Ｔ１Ｙ＋Ｔ２Ｙ＋Ｔ３Ｙ）  ・・・（１２）
ＦＷＺ＝−（Ｔ１Ｚ＋Ｔ２Ｚ＋Ｔ３Ｚ＋Ｆｆ−ｍｇ）  ・・・（１３）
こうして求められたＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺはメモリ５４に記録される（図８参照）。
【００５０】
ステップＳ３０では、求められた風力ベクトルＦＷ（ＦＷＸ、ＦＷＹ、ＦＷＺ）に基づいて風速と風向を求める。  
具体的には、メモリ５４に記録されたＦＷＸ、ＦＷＸ、ＦＷＸと、先に既知パラメータとして記録された定数Ｄとを、メモリ５４から中央演算部５６に読み出し、次式（１４）にようにして風速ＦＬを求める。  
ＦＬ＝Ｄ｜ＦＷ｜１／２＝Ｄ（ＦＷＸ２＋ＦＷＹ２＋ＦＷＺ２）１／４  ・・・（１４）
また、風向は、風力ベクトルＦＷの方向に相当する。
【００５１】
このようにして風力、風速及び風向は、所定時間毎に記録される測定パラメータに対応して算出され、それら算出結果はメモリ５４に記憶されるとともに、出力部５８に渡され、その値が出力される（図８参照）。
【００５２】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。下記に示す説明において、第一実施形態と同様の構成を用いたものと対応する部分は、その説明を省略する。
【００５３】
第二の実施形態は、風況測定システム１０の設置する場所を斜面とする場合である。  
図１０は、第二の実施形態に係る、風況測定システム１０を斜面に設置した場合における各測定ロープの配置を示し、同図（ａ）は南から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は西から眺めた時の立面図である。なお、第二の実施形態における斜面は、第一の実施形態における地表面の東側を斜度γとして上方へ傾けたものである。また、バルーン１２、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８、及び圧力センサ２０以外の各構成部は、その記載を省略する。
【００５４】
この場合おける第１〜第３の測定ロープ１４〜１８の配置は以下のようになる。  
第１測定ロープ１４は、第一の実施形態と同様に、測定する高さと同程度の長さのものを用い、その一端は原点Ｏで固定される。他端も同様にバルーン１２に接続される。  
第２測定ロープ１６は、一端が第１測定ロープ１４の上部近傍に接続され、第１測定ロープ１４と角度θをなすように伸張されて、その他端が地表面のＸ’軸上の点Ｗ’に固定される。  
第３測定ロープ１８は、一端が第１測定ロープ１４の上部近傍に接続され、第１測定ロープ１４及び第２測定ロープ１６と同一平面であるＸ’Ｚ平面（ＸＺ平面と同様）に配置するように、第１測定ロープ１４に対して第２測定ロープ１６が設けられる側とは逆側に、第１測定ロープ１４と角度θをなすように伸張されて、その他端が地表面の点Ｅ’に固定される。したがって、点Ｅ’も点Ｗ’と同様にＸ’軸上に配置する。
【００５５】
このように各測定ロープを配置すると、第一の実施形態と同様にバルーン１２の移動範囲はＹＺ平面内に制限されるようになる。この場合、第一の実施形態のような平地に設置する場合と比べて、第２測定ロープ１６と第３測定ロープ１８とが同じ長さではなくなるが、バルーン１２に作用する第１〜第３の測定ロープ１４〜１８の張力Ｔ１〜Ｔ３の直交成分パラメータの値は変わらない。したがって、算出装置２３で計算される風力ベクトルＦＷ及び風速・風向を求めるための式（５）〜（７）、式（１１）〜（１４）は、そのまま変更することなく用いることができる。
【００５６】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。下記に示す説明において、第一実施形態と同様の構成を用いたものと対応する部分は、その説明を省略する。  
第三の実施形態は、水平地表面への風況測定システム１０の設置に関し、第２測定ロープ１６と第１測定ロープ１４とのなす角と、第３測定ロープ１８と第１測定ロープ１４とのなす角とが、異なる角度になるように配置した場合である。
【００５７】
図１１は、第三の実施形態に係る、風況測定システム１０の設置図であり、同図（ａ）は南から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は西から眺めた時の立面図である。なお、バルーン１２、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８、及び圧力センサ２０以外の各構成部はその記載を省略する。
【００５８】
この場合おける第１〜第３の測定ロープ１４〜１８の配置は以下のようになる。  
第１測定ロープ１４は、第一の実施形態と同様に、測定する高さと同程度の長さのものを用い、その一端は原点Ｏで固定される。他端も同様にバルーン１２に接続される。  
第２測定ロープ１６は、一端が第１測定ロープ１４の上部近傍に接続され、第１測定ロープ１４と角度θ１をなすように伸張されて、その他端が地表面のＸ軸上の点Ｗ’’に固定される。  
第３測定ロープ１８は、一端が第１測定ロープ１４の上部近傍に接続され、第１測定ロープ１４及び第２測定ロープ１６と同一平面であるＸＺ平面に配置するように、第１測定ロープ１４に対して第２測定ロープ１６が設けられる側とは逆側に、第１測定ロープ１４と角度θ２をなすように伸張されて、その他端が地表面の点Ｅ’’に固定される。したがって、点Ｅ’’も点Ｗ’’と同様にＸ軸上に配置する。
【００５９】
この場合においても、第一の実施形態の場合と同様にバルーン１２の移動範囲はＹＺ平面内に制限されるようになる。一方、バルーン１２に作用する第１〜第３のロープ１４〜１８の張力Ｔ１〜Ｔ３の直交成分パラメータは、第一の実施形態と異なる。この場合における算出装置２３にて風力ベクトルＦＷ及び風速・風向を算出するために張力直交成分パラメータを求めるための式は、式（５）〜（７）から次式（１５）〜（１７）に変更する。  
Ｔ１Ｘ＝０、Ｔ２Ｘ＝−｜Ｔ２｜ｓｉｎθ１、Ｔ３Ｘ＝｜Ｔ３｜ｓｉｎθ２  ・・・（１５）
Ｔ１Ｙ＝−｜Ｔ１｜ｓｉｎα、Ｔ２Ｙ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθ１ｓｉｎα、Ｔ３Ｙ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθ２ｓｉｎα  ・・・（１６）
Ｔ１Ｚ＝−｜Ｔ１｜ｃｏｓα、Ｔ２Ｚ＝−｜Ｔ２｜ｃｏｓθ１ｃｏｓα、Ｔ３Ｚ＝−｜Ｔ３｜ｃｏｓθ２ｃｏｓα  ・・・（１７）
【００６０】
以上説明したように、第一〜第三の実施形態による風況測定システム１０によれば、バルーン１２、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８、圧力センサ２０、及び傾斜角測定装置２２からなる簡素な構成であることにより、図１２で示した通常の風況観測を実施する際に設置される観測ポール１０２や、観測ポール１０２を固定するためのワイヤー１０８等が必要なく、安価なコストで実施できる。また、その構成が簡素であるため設置作業を簡便かつ容易にできる。これにより、設置と移動を繰り返しながら観測することが可能となり、例えば、測定領域内における発電設備建設の最適地を短期間で調査することもできる。
【００６１】
また、第一〜第三の実施形態による風況測定システム１０によれば、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８の地表面の固定位置は一直線上に位置することにより、図１２で示したような観測ポール１０２を複数のワイヤー１０８で固定するための広い用地を確保する必要はなく、測定に必要な用地領域を省スペース化できる。
【００６２】
また、第一〜第三の実施形態による風況測定システム１０によれば、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８に作用する張力と、第１測定ロープ１４の鉛直方向に対する傾斜角αとを測定することにより、バルーン１２に作用する風力、又は風速・風向を精度良く算出することができる。
【００６３】
また、第一〜第三の実施形態による風況測定システム１０によれば、第１〜第３の測定ロープ１４〜１８にアラミド系テクノーラ製の繊維等を使用することにより、各測定ロープにかかる張力を正確に圧力センサ２０に伝達することができるので、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第一の実施形態に係る、風況測定システム１０の各構成部を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態に係る、図１の傾斜角測定装置２２を拡大したものであり、同図（ａ）は西から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は平面図である。
【図３】第一の実施形態に係る、図１を西から眺めた時の立面図である。
【図４】第一の実施形態に係る、風向分類を示す平面図である。
【図５】第一の実施形態に係る、風向と第１〜第３の測定ロープ１４〜１８に作用する張力との関係を説明するための図表であり、同図（ａ）は各測定ロープに作用する張力、同図（ｂ）は図４の分類による風向と各測定ロープに作用する張力との関係を示す表である。
【図６】第一の実施形態に係る、図４の分類による風向と第１測定ロープ１４の傾くポジションとの関係を説明するための図表を示し、同図（ａ）は第１測定ロープ１４のポジションの分類、同図（ｂ）は図４の分類による風向とポジションとの関係を示す表である。
【図７】第一の実施形態に係る、風が吹いた時のバルーン１２に作用する力のつりあいの関係を示し、同図（ａ）は南から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は西から眺めた時の立面図である。
【図８】第一の実施形態に係る、算出装置２３の構成図である。
【図９】第一の実施形態に係る、算出装置２３による風力ベクトルＦＷ及び風速・風向の算出手順を示すフローチャートである。
【図１０】第二の実施形態に係る、風況測定システム１０を斜面に設置した場合における各測定ロープの配置を示し、同図（ａ）は南から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は西から眺めた時の立面図である。
【図１１】第三の実施形態に係る、風況測定システム１０の設置図であり、同図（ａ）は南から眺めた時の立面図、同図（ｂ）は西から眺めた時の立面図である。
【図１２】非特許文献１に開示されている風況調査の観測システムの構成を示し、同図において、（ａ）は立面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  風況測定システム
１２  バルーン
１４  第１測定ロープ
１６  第２測定ロープ
１８  第３測定ロープ
２０  圧力センサ
２２  傾斜角測定装置
２３  算出装置
５０  既知パラメータ入力部
５２  測定パラメータ入力部
５４  メモリ
５６  中央演算部
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３  張力
Ｆｆ  浮力
ＦＷ  風力ベクトル
【図１】
2008170336.tif 000003
【図２】
2008170336.tif 000004
【図３】
2008170336.tif 000005
【図４】
2008170336.tif 000006
【図５】
2008170336.tif 000007
【図６】
2008170336.tif 000008
【図７】
2008170336.tif 000009
【図８】
2008170336.tif 000010
【図９】
2008170336.tif 000011
【図１０】
2008170336.tif 000012
【図１１】
2008170336.tif 000013
【図１２】
2008170336.tif 000014