(57)【要約】【課題】レーザレーダを用いて、多数の被観測点のデータを自動的に効率よく取得できる風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を提供する。【解決手段】レーザレーダ１が設置されている位置Ｏより所定の距離だけ離れた地表面２上の高度データを得るステップと、この地表面上の複数の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、各被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された位置データを保存するステップと、保存された各被観測点の位置データを用いて各被観測点の風向および風速の計測が行えるようにレーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定されたレーザレーダの走査方法に従って、各被観測点の風向および風速の計測を自動的に行う。【選択図】　　　　図４
2004101265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
上記被観測点の位置を直交座標系で入力するステップと、
直交座標系で入力された上記被観測点の位置データを極座標系の位置データに座標変換するステップと、
極座標系に変換された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、
保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、
予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うことを特徴とする風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【請求項２】
被観測点は、海面上の所定位置に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【請求項３】
レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、
高度データが得られた上記地表面上の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、
保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、
予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うことを特徴とする風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【請求項４】
複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を自動的に計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【請求項５】
レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、
高度データが得られた上記地表面上の所定位置から上方に所望の高さだけ移動した点をそれぞれ被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを保存するステップと、
上記地表面上の上記所定位置上方に位置する複数の直接計測点の極座標系による位置データを保存するステップと、
上記レーザレーダを所定の複数の仰角に設定し、設定されたそれぞれの仰角で上記レーザレーダを水平走査し、上記複数の直接計測点の風向風速を順次計測して、計測結果を保存するステップとを有し、
保存された上記被観測点の位置データと保存された上記複数の直接計測点の位置データとから上記被観測点に近接する複数の直接計測点を選定し、選定された複数の直接計測点における風向風速測定データを用いて、当該被観測点の風向風速データを補間することを特徴とする風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【請求項６】
複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を補間により自動的に得ることを特徴とする請求項５に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【請求項７】
風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を取り付けた所定高さのポールを設置して風向風速を計測すると共に、上記風車型風向風速計の設置位置の近傍を被観測点として追加し、レーザレーダによりこの追加された被観測点の風向風速も計測することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電設備である風力発電用風車の建設場所を選定するための風況（風速および風向）を観測する方法に係わり、さらに詳しくは、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風速および風向を直接的に計測する風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題への関心が高まり、風力発電設備の設置量は、着実に増加してきている。
今後も、風力発電等の新エネルギーの普及促進を図るための関連法案の充実に伴い、風力発電設備の設置量は、飛躍的に増加するものと考えられる。
さらに、設置される場所としては、欧州等の事例から見ても、陸地のみならず、海上にも建設される可能がある。
しかしながら、風力発電は、そのエネルギー源を自然の風としているため、高い性能の発電設備を大量に設置したとしても、風況（風速および風向）条件の悪いところに設置すると、十分な発電電力が得られない。
【０００３】
さらに、十分な量の風が吹いている場所であっても、風速や風向が頻繁に変わるような風況条件の場所に風力発電設備を設置すると、設備の寿命が短くなったり、最悪の場合は、設備の破損等の事故に至ることもある。
そのため、風力発電設備の設置を予定する場合には、例えば、図１０に示すように、風車型風向風速計（風向計および風速計）が取付けられた高さ３０Ｍまたは４０Ｍ程度の支柱（ポール）を風力発電用風車建設予定地に建て、この風車型風向風速計によって、風車設置場所選定のための風況（風速および風向）調査が行われる。
なお、３０Ｍポールの場合は地上高２０Ｍと３０Ｍの位置に、４０Ｍポールの場合は地上高３０Ｍと４０Ｍの位置に、それぞれ風向計および風速計が取付けられている。
【０００４】
即ち、高さ３０Ｍ〜４０Ｍ程度の支柱（ポール）を風力発電の風車設置予定位置に建設し、そのポールに取り付けられた風車型風向風速計を用いて定点観測を行い、その場所での風向風速を定期的（例えば、週毎、月毎、年毎）に計測し、そのデータを集計することによって風力発電用風車の建設予定場所の風況調査を行っていた。
この方法では、ポールを設置するための用地の確保が必要であり、また、風車型風向風速計が取り付けられたポールの設置工事に手間がかかるといった問題があった。
【０００５】
また、ポールが設置された固定点のみのデータしか取得できず、さらに、安全面および費用面から設置されるポールの高さにも制限があり、実際に必要とする高さの風向風速は得られない。
例えば、風力発電用の羽根の中心高さは、通常用いられている１０００ＫＷ級の設備で、地上高が６０Ｍ程度となる。
従って、図１０に示したような支柱（ポール）を用いて測定した風速値あるいは風向データは、測定の高さが実際の風力発電設備の風車中心とは異なり、そのままでは使えない。
従って、実際に測定した地上高３０Ｍ程度の風向・風速データより必要とする地上高の風向・風速データを推定していた。
【０００６】
なお、図１１は、上述した従来の方法（即ち、推定により必要な高度の風速・風向データ得る方法）によって風力発電用風車建設予定場所の風速データおよび風向データを得る様子を概念的に示す図である。
図において、５０はポール、５１は風車型風向風速計、５２は計測したデータを記録する記録器である。
ポールでの実際の風速測定値から必要とする地上高での風速値の推定（変換）は、次式の指数法則で求めるのが通例である。
Ｕ／Ｕ０＝（Ｚ／Ｚ０）（１／ｎ）
ここで、　Ｕ：地上高Ｚにおける風速
Ｕ０：地上高Ｚ０における風速
ｎ：指数法則のべき指数
【０００７】
ここで用いるｎ値（指数法則のべき指数）は、地面の粗度状態のほかに、大気安定度によっても変化する。
安定度が中立の場合、ｎ値はおおよそ以下の程度である。
（１）地面状態が「平坦な地形の草原」あるいは「海岸地方」の場合
ｎ：７〜１０（１／ｎ：０．１０〜０．１４）
（２）地面の状態が「田園」の場合
ｎ：４〜６（１／ｎ：０．１７〜０．２５）
（３）地面の状態が「市街地」の場合
ｎ：２〜４（１／ｎ：０．２５〜０．５０）
【０００８】
風速の鉛直分布について指数法則が成り立つのは平坦地の場合であって、山の山頂や斜面等は、このように単純ではない。
また、平坦地であっても、風速の値によりｎ値は異なることがある。
このように、指数法則を使う場合は、注意が必要である。
また、日本は、風況（風向風速）条件がよく、かつ、安定した平坦地が少ないため、風力発電の適地としては、地形の複雑な山地または海岸部が主流となる。このような場所は、気流が複雑となるため、位置によって風況（風向風速）条件は大きく異なることになる。従って、ポールを建てる位置は風力発電用風車が実際に設置される予定の位置とする必要がある。
【０００９】
このように、実際に風向風速計が取付けられたポールを建て、計測したデータから推定によって必要とする地上高の風向風速データを得る方法では、測定点が限定される（即ち、データ量が少ない）と共に、推定して得られるデータの質に問題があった。
【００１０】
風力発電用の風車建設予定場所の風速データおよび風向データを得るために、上述したような方法が行われているのが現状であるが、レーザレーダを用いて、予め定められた高度における風速や風向を直接測定する方法が、例えば、特許文献１に示されている。
なお、特許文献１に開示されている技術は、風向、風速、種々の高度における気温、透明度などの気象パラメータをレーザレーダを用いて測定する気象パラメータ測定装置に関するものであるが、レーザレーダを用いて風力発電用風車建設予定場所の風速データあるいは風向データを得ることについては一切記載されていない。
【００１１】
図１２は、この特許文献１に開示されている技術（即ち、レーザレーダにより気象パラメータを測定する技術）を用いて、風力発電用風車建設予定場所の風速および風向データを計測する場合の様子を概念的に示す図である。
図において、５３はレーザレーダである。
レーザレーダ５３を用いることにより、風向風速測定用のポールを風車建設予定地に実際に建てることなく、所望の高度の風速データおよび風向データを直接計測することが可能である。
しかしながら、風力発電用の風車建設予定場所の風況調査のためには、位置および高度の異なる多数の被観測点のデータの定期的な収集が必要である。
従って、特許文献１に示されているようなレーザレーダを用いた場合、それぞれの被観測点毎にレーザレーダの出射方向（方位角や仰角）や測定点まで距離を、その都度設定して測定しなければならならず、測定作業の効率が非常に悪くなり、多数の被観測点における風向風速データを得るのに多大な時間を要することになる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−３４２０８４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、風力発電用風車建設予定場所に風車型風向風速を取り付けたポールを実際に設置して、風向および風速を計測する従来の計測方法では、ポール設置のための用地の確保やポール設置工事が必要であると共に、ポール高さに制限された固定点のみのデータしか取得できず、取得できる計測データの量や計測データの質に問題があった。
また、ポールに取り付けた風向風速計によって取得したデータから必要とする地上高のデータを推定しようとすると、ポール設置場所の種々の環境条件等によって正確な推定データを得るのは困難であった。
また、ポールを設置することなく、レーザレーダを用いて多数の被観測点の風向風速データを観測者が直接計測しようとすると、被観測点毎に、あるいは観測の度毎にレーザレーダの出射方向や測定距離を設定しなければならならず、計測作業の効率が非常に悪くなるという問題点がある。
【００１４】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、風力発電用風車建設予定地の風向および風速データの計測において、レーザレーダを用いることによって、実際に測定用のポールを建設予定地に設置することなく、直接的に、所望の被観測点の風向風速を効率よく測定することのできる風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を提供することを目的とする。
また、レーザレーダを用いることによって、実際に測定用のポールを建設予定地に設置することなく、直接的に、多数の被観測点のデータを自動的に効率よく取得することのできる風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
上記被観測点の位置を直交座標系で入力するステップと、直交座標系で入力された上記被観測点の位置データを極座標系の位置データに座標変換するステップと、極座標系に変換された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うものである。
【００１６】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の被観測点は、海面上の所定位置に設定されているものである。
【００１７】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた上記地表面上の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された上記被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された上記被観測点の上記位置データを用いて、上記被観測点の風向および風速の計測が行えるように上記レーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うものである。
【００１８】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を自動的に計測するものである。
【００１９】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた上記地表面上の所定位置から上方に所望の高さだけ移動した点をそれぞれ被観測点とし、上記被観測点の極座標系による位置データを保存するステップと、上記地表面上の上記所定位置上方に位置する複数の直接計測点の極座標系による位置データを保存するステップと、上記レーザレーダを所定の複数の仰角に設定し、設定されたそれぞれの仰角で上記レーザレーダを水平走査し、上記複数の直接計測点の風向風速を順次計測して、計測結果を保存するステップとを有し、保存された上記被観測点の位置データと保存された上記複数の直接計測点の位置データとから上記被観測点に近接する複数の直接計測点を選定し、選定された複数の直接計測点における風向風速測定データを用いて、当該被観測点の風向風速データを補間するものである。
【００２０】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を補間により自動的に得るものである。
【００２１】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を取り付けた所定高さのポールを設置して風向風速を計測すると共に、上記風車型風向風速計の設置位置の近傍を被観測点として追加し、レーザレーダによりこの追加された被観測点の風向風速も計測するものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。
なお、各図間において、同一符号は、同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態１．
風力発電設備である風車の建設予定場所における風向および風速データを得るための被観測点の位置は、通常は地図上の地点から選定されるので、被観測点の位置は図１に示すような緯度・経度を基準に持つ直交座標系で表される。
一方、レーザレーダは、その動作原理から、図２に示すような距離（ｒ）、方位角（θ）、仰角（φ）をパラメータとする極座標系を持っている。
【００２３】
従って、多数の被観測点の風向や風速をレーザレーダにより効率よく計測するためには、まず、地図上の直交座標系の各被観測点の位置をレーザレーダの設置場所（図２中のＯ点）を中心とする極座標系に変換し、レーザレーダでの測定距離（ｒ）、方位角（θ）、仰角（φ）を設定する必要がある。
その後、所定の手順に従って、極座標系で設定された各被観測点の風向および風速のデータをレーザレーダによって順次自動的に計測し、計測されたデータは記録されると共に、必要なデータ処理が施される。
【００２４】
図３は、実施の形態１による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
以下、図３に基づいて、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を説明する。
まず、風況（風向風速）調査をおこなう全ての被観測点（従来であればポールを設置したであろう地点も含む所望の被観測点）の位置を直交座標系により入力する。（ステップＳ１０１）
【００２５】
次に、ステップＳ１０１において直交座標系で入力された各被観測点の位置を極座標系へ変換する。（ステップＳ１０２）
この時、使用するレーザレーダ固有の分解能に応じた変化量で座標変換表を使用しても良い。
即ち、各被観測地点までの地図上の３次元位置を直交座標系で入力し、これらを極座標系に座標変換することによって、極座標系による各被観測地点の距離、方位、仰角が求まる。
【００２６】
そして、極座標に変換された被観測点の位置データ（被観測点の距離、方位、仰角）をレーザレーダの駆動制御部に設定（保存）する。（ステップＳ１０３）なお、レーザレーダの駆動制御部は、保存された被観測点の位置データに基づいてレーザビームの出射方向（方位、仰角）を制御する。
極座標系に変換された全ての被観測点の位置データ入力（即ち、レーザレーダの駆動制御部への保存）が未完了の場合は、ステップＳ１０１に戻る。（ステップＳ１０４）
【００２７】
次に、極座標に変換された全ての被観測点の位置データのレーザレーダの駆動制御部への保存が完了すると、定められた測定順序で順次各被観測点の風向データおよび風速データの測定（計測）を開始する。（ステップＳ１０５）
ステップ１０６からステップＳ１１０は、それぞれの被観測点における風向・風速の計測手順を示している。
即ち、Ｓ１０５において測定（計測）が開始すると、まず、最初の被観測点について測定方位（即ち、方位角）、仰角が設定され（ステップＳ１０６）、レーザが発射され（ステプＳ１０７）、所望の距離の信号が帰ってくるタイミングでデータを取得する。（ステップＳ１０８）。
【００２８】
レーザレーダの動作原理上、少なくとも２方向の測定データがなければ、風向風速は算出できない。
そこで、ステップＳ１０９に示すように、風向および風速を算出するのに必要なだけレーザビームを走査して、データを取得する必要がある。
即ち、ステップＳ１０９で方位角および仰角の差分を入力し、再びステップＳ１０６に戻り同様の処理を行う。
そして、必要なデータが取得できれば、そのデータから風向風速を算出する。（ステップＳ１１０）
全観測地点分について測定（計測）が終われば、終了である。観測地点の計測が残っておれば、ステップ１０６へ戻る。（ステップＳ１１１）
【００２９】
本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法では、上述したように、直交座標系で入力された各被観測点の位置を極座標系へ変換し、極座標に変換された被観測点の位置データ（距離、方位角、仰角）をレーザレーダの駆動制御部に保存し、該駆動制御部に保存された被観測点の位置データ（距離、方位角、仰角）を用いて、予め定められた測定手順に従って、順次各被観測点の風向および風速の測定（計測）を行うものである。
従って、一度、極座標系に変換された多数の被観測点の位置データを保存おくことにより、多数の被観測点の風向および風速データをレーザレーダにより自動的に計測することが可能となり、計測作業の大幅な削減が行える。
【００３０】
なお、上述した実施の形態１では、被観測点が多数（複数）ある場合を前提として説明しているが、被観測点は１つであってもよいことは言うまでもない。
また、被観測点の１つの近傍に実際に風車型風向風速計を取り付けたポールを設置し、ポール先端部の風車型風向風速計によっても風向風速データを得るようにしてもよい。
これにより、ポール先端部の風向風速計により計測されたデータとレーザレーダによって計測されたデータを比較することが可能となり、レーザレーダによる計測が正常に行われているかどうかを確認することができる。
また、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、被観測点が海上にある場合の風向風速にも非常に有効である。
【００３１】
実施の形態２．
風力発電所の発電量を事前に調査することを目的とした風況調査では、多数の風車設置予定位置における風車設置高度（通常は６０ｍ）を含む所望の地表高の風向風速を計測する必要がある。
本実施の形態では、風向風速計測用のレーザレーダを地形観測にも用いて、得られた地形データをもとに所定の等地上高の風向風速（風速ベクトル）を自動的に直接計測する方法について説明する。
図４は、実施の形態２による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す図であり、複数の等地上高面（例えば、等地上高線Ｉおよび等地上高線ＩＩ）の風向風速をレーザレーダ（ライダとも称す）１で計測する状況を模式的に表した図である。
【００３２】
実際の測定では地上高が一定となる２次元曲面上の風速を計測することになるが、図を簡単にするため、図４ではレーザレーダ１からある一定の距離（例えば、図中ＯＡの距離）の位置、即ち、図中の△印の列で結ばれる曲線上のみを取り出して図示している。
レーザレーダ１による地表面２の観測によって、地表面上の△印の位置が測定される。
この△印の位置から垂直方向に一定高度だけ上に移動した位置が、計測対象の点（即ち、等地上高線上の被観測点）である。
【００３３】
即ち、△印はレーザレーダから所定の距離（図中のＯＡ）にある地表面上の被観測点位置を示しており、△印の垂直方向上方の等地上高線Ｉあるいは等地上高線ＩＩの高さにある位置が被観測点である。
なお、レーザレーダ１から見た各被観測点の方位角および仰角は幾何学計算によって容易に算出することができる。
レーザレーダ１で風速ベクトルを計測する場合、有限の方位角幅でドップラー速度を計測し、その計測結果を合成する必要がある。
【００３４】
図４において、各△印上方の１つの矢印（←印または→印）の長さは１つの被観測点の風速ベクトルを得るための方位角区間を示しており、また、矢印の向きはレーザレーダの水平走査方向を示している。
図４の例では、まず、等地上高線Ｉ上の被観測点の風向風速を計測し、その後に等地上高線ＩＩ上の被観測点の風向風速を計測する様子を示している。
図に示すように、地形に起伏があるので、方位角によって観測する仰角が変化している。（即ち、ある方位角における地表面の高度が高いほど、その地点上の被観測点の仰角は大きくなる。）
図４は一つの距離における等高度線上の風向風速観測の状況を表しているが、距離を変えて（即ち、図中の０Ａの長さを変えて）、同様の観測を複数回繰り返すことにより、等地上高面上の風速ベクトルが得られる。
【００３５】
図５は、図４に示した風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の変形例を模式的に表す図である。
図５は図４とほぼ同様であるが、図５は図４に示した等地上高線Ｉおよび等地上高線ＩＩ上の被観測点における風向風速の計測に加え、風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を先端部に取り付けたポール１０を実際に設置し、設置されたポール１０の先端部の位置における風向風速を風車型風向風速計とレーザレーダ（ライダ）１とで同時に観測する場合の観測状況を示したものである。
【００３６】
この方法によれば、ポール１０の先端部に取り付けた風車型風向風速計で計測される風向風速とレーザレーダ１で計測される同じ点の風向風速を比較することが可能となるので、レーザレーダ１が正常に運用されているかどうか（即ち、レーザレーダによる計測が正常か否か）を確認することができる。
なお、図５の例では、ポール１０上の２つの高度に風車型風向風速計が取り付けられているとして、ポール位置の２つの高度における風向風速を計測するようにしている。
ポール位置の２つの高度における風向風速を計測した後、図４と同様に等地上高線Ｉおよび等地上高線ＩＩ上の被観測点における風向風速の計測を行う。
【００３７】
図６は、実施の形態２による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートであり、図５で示した場合の観測方法の手順をフローチャートにしたものである。
以下、図６に基づいて、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を説明する。
まず、ステップＳ２０１における「地形観測」のステップについて説明する。ステップＳ２０１では、地形データを得るための３次元領域レーザレーダ観測を行う。
地表面の存在する方向をレーザレーダ観測（ライダ観測）したときに得られる典型的な受信波形を図７に示す。
【００３８】
図７の横軸はレーザレーダが送信波を送信した瞬間から反射波を受信するまでの遅延時間である。
受信信号には、地表面で反射されたエコー以外に大気で反射されたエコーも含まれる。
しかし、一般的に、大気エコーに比べて地表面エコーは十分に高い受信強度を持つ。
そこで、予め設定したしきい値を超える受信強度を持つエコーを検出し、そのピーク位置の遅延時間を抽出する。
この遅延時間を距離に換算することにより、レーザレーダから地表面上の反射点までの距離を得る。
【００３９】
次に、ステップＳ２０２における「地形マッピング処理」のステップについて説明する。
ステップＳ２０１で得られた「レーザレーダから地表面上の反射点までの距離」に観測時の方位角と仰角の値を付加することにより、極座標表現による反射点の位置が定まる。
複数のビーム方向で観測された反射点位置のデータをまとめることにより、地表面上の各点の高度を表す地図が得られる。（即ち、地形マッピング処理が施される。）
【００４０】
次に、ステップＳ２０３における「被観測点の設定」のステップについて説明する。
ステップＳ２０２で得られた地表面位置から上方に観測対象地上高だけ移動した点について、距離、方位角、仰角を幾何学計算によって算出し、これを被観測点の極座標系による位置データとして、レーザレーダの駆動制御部に保存する。次に、ステップ２０４における「走査方法の設定」のステップでは、ステップ２０３で得られた全ての被観測点に対して風速ベクトルを計測するためのレーザレーダの走査方法を設定する。
【００４１】
ある１つの被観測点の風速ベクトルを観測するには、その被観測点を含み、ある幅を持つ方位角区間の水平走査（仰角を変えずに方位角のみを変える走査）を行う必要がある。そして、この水平走査を被観測点分だけ行う。
なお、「ある幅を持つ方位区間」とは、図４あるいは図５に示した１つの矢印（←印または→印）の区間のことである。
図４あるいは図５では、同じ地上高の被観測点を連続的に方位角順または逆順に走査するような走査方法としている。
【００４２】
例えば、図４では、まず、等地上高線Ｉ上の図中右端の被観測点に対して左方向への所定幅の水平走査を行い、順次、等地上高線Ｉ上の左側の被観測点に対して所定幅の水平走査を行って行く。
そして、左端の被観測点に対する水平走査が終わると、次に、等地上高線ＩＩ上の左端の被観測点に移動して右方向への所定幅の水平走査を行い、順次、等地上高線ＩＩの右側の観測点に対して右方向への所定幅の水平走査を行う走査方法を示している。
【００４３】
また、図５では、先ず、実際に建設予定地に設置されたポールの先端部に取り付けられた２つの風車型風向風速計の位置（即ち、被観測点）に対して所定幅の水平走査を行い、その後、等地上高線Ｉ上の図中右端の被観測点に移動して所定幅の水平走査を行う。
以降は、上述した図４と同様の水平走査を行う走査方法を示している。
【００４４】
次に、ステップＳ２０５における「ポール位置のレーザレーダ（ライダ）観測」のステップについて説明する。
まず、ポール先端部に設置された２つの風車型風向風速計の設置点を含む範囲でレーザレーダによる風速観測を行う。
この時、次のステップＳ２０６で風速ベクトルを算出できるようにするため、２つの風車型風向風速計の設置点を含む方位角区間を水平走査で観測することになる。
そして、ステップＳ２０５で得られたドップラー速度から、ポール上に設置された風向風速計と同じ位置における風速ベクトルを算出する。
【００４５】
次に、距離ループの開始（ステップＳ２０７）、高度ループの開始（ステップＳ２０８）を行い、ステップＳ２０４で設定した走査方法に従って、方位角を順次変えながら等地上高線上のレーザレーダ観測（ライダ観測）を行い、ドップラー速度を算出し、得られたドップラー速度から等地上高線上の各被観測点の風速ベクトルを算出する。（ステップＳ２０９）
ステップＳ２０７からステップＳ２１１おいては、ステップＳ２０３で予め設定されている被観測点の位置データおよびＳ２０４で予め設定されている走査方法に基づいて、観測対象となる全ての被観測点の位置（距離、方位角、仰角）における風向風速データを自動的に計測する。
【００４６】
よって、図６に示したフローチャートでは、これらの処理は距離ループと高度ループの二重ループの中に入れられている。
また、ステップＳ２０５からステップＳ２１１の手順は観測完了が指示されるまで繰り返される。
なお、図４あるいは図５では、同じ地上高の被観測点を連続に方位角順または逆順に走査するような走査方法としているが、同じ方位角で異なる地上高の被観測点の観測を高度順または逆順に走査し、これを方位角を変えて繰り返すようにしても良い。
【００４７】
なお、図５では、まず、最初にポール先端部の風車型風向風速計の位置に対して所定幅の水平走査を行い、その後、各被観測点に対して所定幅の水平走査を行う場合を示しているが、これにこだわるものではなく、ポール先端部の風車型風向風速計の位置に対する所定幅の水平走査は、被観測点の最後あるいは途中であってもよい。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態２においては、まず、レーザレーダにより風力発電設備が設置される予定の地形観測を行い、レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた位置での地表面上の高度データを得、得られた地表面上の所定の位置から上方に観測対象地上高だけ移動した点について、距離、方位角、仰角を幾何学計算によって算出し、これを被観測点の座標（位置データ）としてレーザレーダの駆動制御部に保存（設定）する。（即ち、全ての被観測点の位置を極座標系で設定して保存する。）
次に、全ての被観測点の風向風速データが得られるように、各被観測点の観測順序を含むレーザレーダの走査方法を設定し、レーザレーダの駆動制御部に保存されている被観測点の位置データおよびこの設定された走査方法に従って自動的にレーザレーダを走査し、全ての被観測点における風向風速を順次計測する。
【００４９】
従って、一度、所望の等高度線上の極座標系で設定された多数の被観測点の位置データをレーザレーダの駆動制御部に保存しておくことにより、所望の等高度線上の多数の被観測点の風向および風速データを自動的に計測することが可能となり、風力発電設備建設予定地の正確な風況観測（風向風速の計測）が自動的に容易に行える。
また、先端部に風車型風向風速計を取り付けたポールを風力発電設備建設予定地に設置して、該風車型風向風速計の計測データを得ると共に、ポール先端部の風車型風向風速計の位置もレーザレーダによる被観測点とすることにより、風車型風向風速計による計測データとレーザレーダによる計測データを比較することが可能となり、レーザレーダによる計測が正常か否かを確認することができる。なお、上述した実施の形態２では、被観測点が多数（複数）ある場合を前提として説明しているが、被観測点は１つであってもよいことは言うまでもない。
【００５０】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す図であり、一定の仰角でレーザレーダ（ライダ）を水平走査することによって計測した風向風速データを用いて補間し、等地上高線上の被観測点における風向風速データを得る状況を模式的に表す図である。
図４あるいは図５と同様に、図８ではレーザレーダ１からある一定の等距離の位置のみを表示している。
レーザレーダを用いた地形観測により△印で示した地表面上の位置を計測し、被観測点を設定することまでは、上述の実施の形態２の方法と同じである。
しかし、レーザレーダによる風速計測を行う際のビーム走査の方法が実施の形態２の方法と異なっている。
【００５１】
実施の形態２（図４あるいは図５）では被観測点毎にその点を含む一定方位区間の水平走査観測を行ったが、本実施の形態では、図８に示すように、被観測点によらず、まず、一定仰角の走査（即ち、水平走査）を複数の仰角で行う。
即ち、風向および風速データを取得したい被観測点は、各△印上の等地上高線Ｉおよび等地上高線ＩＩ上の位置であるが、本実施の形態では、まず、所定の仰角を一定に維持しながらレーザレーダを水平走査して、各△印上方の複数の位置（図中の◇印）における風向風速を計測する。
そして、ある仰角での計測が終わると、仰角を所定値だけ変え、変更された仰角を維持しながら、レーザレーダを水平走査して、各△印上の位置（図中の◇印）における風向風速を計測する。
このように、仰角を順次変えながら、一定仰角による水平走査によって各△印上の位置（図中の◇印）における風向風速を計測する。
【００５２】
この場合、被観測点そのものにおける風速ベクトル（風向風速）は直接計測されない。
そこで、一定仰角の水平走査で直接計測した点（図中の◇印）のうち、被観測点（●印）に近接する（例えば、上下方向で隣接する）２点あるいは２点以上の計測値を補間することにより、被観測点での風速ベクトルを得る。
なお、図中の◇印は、直接観測点と称することとする。
【００５３】
本実施の形態による方法では、まず、予め設定した一定の仰角でレーザレーダを水平走査し、各△印の垂直方向上方の位置（即ち、図中の◇印で示される直接計測点）における風向風速を計測する。
また、仰角の設定は観測距離によらずに設定し、複数距離の直接計測点の計測データを同時に得るようにしている。
したがって、観測対象とする被観測点の数が多い場合に、前述した実施の形態２の計測方法に比べて、観測仰角を減らすことができ、その結果として計測時間を短縮することができる。
【００５４】
図９は、実施の形態３による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートであり、図８で示した観測方法の手順をフローチャートにしたものである。
以下、図９に基づいて、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を説明する。
ステップＳ３０１の「地形観測」からステップＳ３０３の「被観測点の設定」までの処理手順は、図６（実施の形態２）のフローチャートに示したテップＳ２０１の「地形観測」からステップＳ２０３の「被観測点の設定」までの同じ流れであり、詳細説明は省略する。
【００５５】
本実施の形態による風向風速計測方法では、仰角を一定に固定して方位角を変化させながらレーザレーダを水平走査し、図８の各△印上方の位置（図中の◇印）において観測を行う。
そして、この観測は予め設定した仰角数だけ繰り返される。（ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６）
次に、ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６で得られたドップラー速度のうち、まず、ポール上に設置された風向風速計の位置に対して上方に近接して水平走査された仰角のデータを用いて、上方近接点の風速ベクトルを算出する。
また、風向風速計の位置に対して下方に近接して水平走査された仰角のデータを用いて、下方近接点の風速ベクトルを算出する。
この２つの高度の風速ベクトルを内挿（即ち、データ補間）することにより、ポール位置の風速ベクトルを得る。（ステップＳ３０７）
【００５６】
次に、ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６において、一定仰角の水平走査で得られ多数の直接計測点（図８中の◇印で示した位置）のドップラー速度のうち、被観測点（即ち、図８中の△印上方の等地上高線Ｉあるいは等地上高線ＩＩ上の位置）に対して上方に近接して走査された仰角のデータを用いて、上方近接点の風速ベクトルを算出する。
また、同様に、被観測点に対して下方に近接して走査された仰角のデータを用いて、下方近接点の風速ベクトルを算出する。
この２つの高度の風速ベクトルを内挿（補間）することにより、所望の被観測点の風速ベクトルを得る。（ステップＳ３０８）
以上の処理は全ての被観測点に対して行われ、また、Ｓ３０４〜ステップＳ３０８の手順は観測完了が指示されるまで繰り返される。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態３においては、実施の形態２の場合と同様に、まず、レーザレーダにより風力発電用風車が設置される予定の地形観測を行い、レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた複数の地表面上の高度データを得、得られた地表面上の複数の所定の位置から上方に観測対象地上高だけ移動した点について、距離、方位角、仰角を幾何学計算によって算出し、これを被観測点の座標（位置データ）としてレーザレーダの駆動制御部に保存する。（即ち、全ての被観測点の位置を極座標系で設定して保存する。）
【００５８】
次に、レーザレーダを所定の仰角に設定して水平走査し、地表面上の被観測点位置（△印）上方の直接計測点（◇印）の風向風速を順次計測して、計測結果をレーザレーダの駆動制御部に保存する。
この際、距離の異なる直接計測点における風向風速も計測し、計測結果を保存する。
さらに、レーザレーダの仰角を順次変更し、変更された仰角を一定に維持しながらレーザレーダを水平走査し、同様の計測処理を行い、計測結果を保存する。また、同時にこれら直接計測点（◇印）の位置データ（距離、方位角、仰角）も保存される。
【００５９】
次に、レーザレーダの駆動制御部に保存された被観測点の位置データと直接計測点（◇印）の位置データとから所望の被観測点（●印）に近接する２つあるいは２つ以上の直接計測点を選定し、選定された２つあるいは２つ以上の直接計測点における計測データを用いて補間し、補間されたデータを当該被観測点における風向風速データとする。
従って、本実施の形態による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法によれば、レーザレーダは一定仰角による水平走査のみであるので、レーザレーダの走査方法の設定が容易であり、また、被観測点の距離毎に走査方法を設定する必要もないので、多数の被観測点における風向風速の計測を効率的に行える。
なお、上述した実施の形態３では、被観測点が多数（複数）ある場合を前提として説明しているが、実施の形態１あるいは２の場合と同様に、被観測点は１つであってもよいことは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
被観測点の位置を直交座標系で入力するステップと、直交座標系で入力された被観測点の位置データを極座標系の位置データに座標変換するステップと、極座標系に変換された被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された被観測点の上記位置データを用いて、被観測点の風向および風速の計測が行えるようにレーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定されたレーザレーダの走査方法に従って、上記被観測点の風向および風速の計測を行うので、レーザレーダを用いて、被観測点の風向および風速を直接的に計測することが可能となり、計測作業の大幅な削減が行える。
【００６１】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の被観測点は、海面上の所定位置に設定されているので、風力発電用風車建設予定地が海上の場合でも、レーザレーダにより海面上の所望位置の被観測点の風向風速を直接的に計測することが可能である。
【００６２】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた地表面上の所定の位置から上方に所望の高さだけ移動した点を被観測点とし、被観測点の極座標系による位置データを算出し、算出された被観測点の上記位置データを保存するステップと、保存された上記被観測点の位置データを用いて、被観測点の風向および風速の計測が行えるようにレーザレーダの走査方法を予め設定するステップとを有し、予め設定された上記レーザレーダの走査方法に従って、被観測点の風向および風速の計測を行うので、所望の等高度線上の被観測点の風向および風速データを直接的に計測することが可能となり、風力発電用風車建設予定地の正確な風況観測（風向風速の計測）が容易に行える。
【００６３】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を自動的に計測するので、多数の被観測点の風向風速を直接的、且つ、自動的に計測することが可能であり、より正確な風力発電用風車建設予定地の風向風速データを容易に得ることができる。
【００６４】
また、この発明に係る風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、レーザレーダを用いて、風力発電用風車建設予定地における被観測点の風向風速を計測する方法であって、
レーザレーダが設置されている位置より所定の距離だけ離れた地表面上の高度データを得るステップと、高度データが得られた地表面上の所定位置から上方に所望の高さだけ移動した点をそれぞれ被観測点とし、被観測点の極座標系による位置データを保存するステップと、地表面上の所定位置上方に位置する複数の直接計測点の極座標系による位置データを保存するステップと、レーザレーダを所定の複数の仰角に設定し、設定されたそれぞれの仰角でレーザレーダを水平走査し、複数の直接計測点の風向風速を順次計測して、計測結果を保存するステップとを有し、保存された上記被観測点の位置データと保存された上記複数の直接計測点の位置データとから上記被観測点に近接する複数の直接計測点を選定し、選定された複数の直接計測点における風向風速測定データを用いて、当該被観測点の風向風速データを補間するので、レーザレーダの走査方法の設定が容易であり、また、被観測点の距離毎に走査方法を設定する必要もなく、被観測点の風向風速データを補間により容易、且つ、効率的に得ることができる。
【００６５】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、複数の被観測点を設定し、予め定めた順序で複数の被観測点における風向風速を補間により自動的に得るので、レーザレーダの走査方法の設定が容易であり、また、被観測点の距離毎に走査方法を設定する必要もなく、さらに、多数の被観測点の風向風速データを補間により容易に得ることができる。
【００６６】
また、この発明による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法は、風力発電用風車建設予定地に風車型風向風速計を取り付けた所定高さのポールを設置して風向風速を計測すると共に、上記風車型風向風速計の設置位置の近傍を被観測点として追加し、レーザレーダによりこの追加された被観測点の風向風速も計測するので、風車型風向風速計による計測データとレーザレーダを用いて計測したデータを比較することが可能となり、レーザレーダによる計測が正常か否かを確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直交座標系を説明するための図である。
【図２】極座標系を説明するための図である。
【図３】実施の形態１による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態２による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す模式図である。
【図５】実施の形態２による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法の変形例を概念的に示す模式図である。
【図６】実施の形態２による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
【図７】地表面をレーザレーダ観測したときに得られる受信波形の例を示す図である。
【図８】実施の形態３による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を概念的に示す模式図である。
【図９】実施の形態３による風力発電用風車建設予定地の風向風速計測方法を示すフローチャートである。
【図１０】先端部に風車型風向風速計を取り付けた従来のポールの構造を示す図である。
【図１１】ポールの先端部に取り付けた風車型風向風速計により所望高度の風向風速を推定する様子を概念的に示す図である。
【図１２】気象パラメータ観測用のレーザレーダを用いて所定高度の風向風速を測定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１　レーザレーダ（ライダ）
２　地表面
１０　ポール
【図１】
2004101265.tif 000003
【図２】
2004101265.tif 000004
【図３】
2004101265.tif 000005
【図４】
2004101265.tif 000006
【図５】
2004101265.tif 000007
【図６】
2004101265.tif 000008
【図７】
2004101265.tif 000009
【図８】
2004101265.tif 000010
【図９】
2004101265.tif 000011
【図１０】
2004101265.tif 000012
【図１１】
2004101265.tif 000013
【図１２】
2004101265.tif 000014