(57)【要約】【課題】観測点に配置されて気象及び水文に関連した１以上の観測項目ごとにその観測項目についての観測を行うセンサーを備える気象水文観測装置の較正を容易に行う。【解決手段】較正対象のセンサーとともに観測点に較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器を配置し、所定の期間にわたり、較正対象のセンサーと基準器とによって同時に観測を行って観測データを蓄積する。所定の期間の終了後、観測点から基準器を撤去し、所定の期間中において較正対象のセンサーから得た観測データを基準器から得た観測データと比較し、較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出する。【選択図】図１
2016217966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測点に配置されて気象及び水文に関連した１以上の観測項目ごとに当該観測項目についての観測を行うセンサーを備える気象水文観測装置の較正方法であって、
較正対象のセンサーとともに前記観測点に前記較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器を配置し、所定の期間にわたり、前記較正対象のセンサーと前記基準器とによって同時に観測を行って観測データを蓄積することと、
前記所定の期間の終了後、前記観測点から前記基準器を撤去し、前記所定の期間中において前記較正対象のセンサーから得た観測データを前記基準器から得た観測データと比較し、前記較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出することと、
を有する、較正方法。
【請求項２】
前記補正パラメータが算出された後、当該補正パラメータを前記気象水文観測装置に格納して、前記補正パラメータが算出されたセンサーからの観測データに対して前記補正パラメータを適用した値が観測値として前記気象水文観測装置から出力されるようにする、請求項１に記載の較正方法。
【請求項３】
前記所定の期間中における前記較正対象のセンサーの観測データと前記基準器の観測データを前記気象水文観測装置内のメモリに蓄積し、
前記気象水文観測装置に対し、計算機を接続して前記メモリから前記各観測データを前記計算機に読み込んで前記計算機において前記補正パラメータを算出する、請求項１または２に記載の較正方法。
【請求項４】
観測点ごとに配置されて気象及び水文に関連した１以上の観測項目について観測を行う気象水文観測装置と、前記気象水文観測装置の較正に使用される較正装置と、を備え、
前記気象水文観測装置は、前記観測項目ごとに当該観測項目の観測を行うセンサーと、前記センサーからの観測データを取得するとともに基準器が接続可能なデータロガーと、を有し、
前記較正装置は、較正対象のセンサーから得た観測データと前記較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器から得た観測データとから前記較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出するパラメータ算出部を備え、
前記気象水文観測装置に前記較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器を接続して、前記所定の期間にわたり、前記較正対象のセンサーと前記基準器とによって同時に観測を行って前記データロガーによって観測データを蓄積し、前記所定の期間の終了後、前記基準器の前記気象水文観測装置への接続を解除し、前記所定の期間中に蓄積した前記観測データを前記較正装置に転送して前記較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出する、気象水文観測システム。
【請求項５】
前記気象水文観測装置は、前記補正パラメータを格納する格納部と、前記パラメータ格納部に格納された前記補正パラメータに基づいて、前記補正パラメータが算出されたセンサーからの観測データに対して当該補正パラメータを適用した値を観測値として前記データロガーに供給する補正演算部と、をさらに備える、請求項４に記載の気象水文観測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観測点に配置され、当該観測点における気象及び水文に関連した少なくとも１つのデータを観測する気象水文観測装置に関し、特に、データの観測のために用いられるセンサの較正方法と、センサの較正機能を含めた気象水文観測システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
気象及び水文に関連したデータとしては、例えば、気圧、気温、湿度、雨量（降水量）、積雪深、風向、風速、水位、日射量、河川流量、水温、露点温度などがある。気象水文観測装置は、これらのデータのうちの少なくとも１つを観測するために観測点に設置されるものであって、観測項目とするデータに応じたセンサー（測器）を備えている。以下、気象水文観測装置のことを単に観測装置とも呼ぶ。
【０００３】
観測装置は、一定の観測周期（例えば、１０秒ごと、１分ごと、１時間ごとなど）で観測を行う。観測装置は単独で（スタンドアローンで）用いられることもあるが、一定の地理的範囲内に複数の観測装置を配置した上で、各観測装置で得た観測データを観測値として中央の監視センターに集めるような形態とすることが多い。各観測装置から監視センターへのデータの転送の形態としては、観測を行うたびにデータを通信ネットワークを介して観測装置から監視センターに送信する形態、観測装置のメモリーに観測データを集積し、定期的に巡回する保守管理者が観測装置からメモリーを回収して監視センターに輸送する形態、さらには、一定の送信間隔（例えば、１０分から１日）を定めるとともに観測装置のメモリーに観測データを集積し、送信時刻に至ったら前回の送信からの観測データを通信ネットワークを介して一括して監視センターに送信する形態などがある。
【０００４】
観測装置に設けられるセンサーは、一般に、観測対象とする量（例えば温度）に対応する電気信号を出力するものである。気象水文観測装置は、長期間にわたってデータ観測を続けるものであるから、定期的に点検を行う必要がある。特にセンサーについては、その出力特性における経年変化なども想定されることから、定期的（例えば数か月から数年ごと）に不良の発生の有無を確認するとともに測定精度を求めて所定の精度条件を満たしているかを判断し、精度が一定以上悪化していれば較正を行うことが必要となる。センサーの較正は、例えば、較正対象のセンサーによる測定値と基準器による測定値との差に基づいて補正パラメータ（較正係数などとも呼ぶ）を決定することにより行われる。ひとたび補正パラメータが決定されれば、次に較正を行うまでの期間中は、決定された補正パラメータをセンサーからの出力値に対して適用して得た値を観測装置での観測値とする。
【０００５】
多くの場合、観測装置のセンサーは、国家標準などの基準に対してトレーサビリティーを有していることも必要である。したがって、センサーの精度の決定や較正は、例えば国家検定を受けた基準器などを使用し、基準器の示す値と較正対象のセンサーが示す値とを比較することによって行われる。補正パラメータは、補正対象のセンサーが示す値を基準器の示した値に変換するためのパラメータとして計算される。
【０００６】
ところで基準器を用いてセンサーの較正を行う場合、例えばセンサーが気温を計測するための温度センサーである場合には、温度を変化させることができるチャンバーあるいは環境試験室内に基準器とセンサーとを持ち込み、チャンバー内でセンサーと基準器とで同時に観測を行ってセンサーが示した値と基準器が示した値とを比較することになる。同様に、風速計あるいは風向計であるセンサーの較正であれば、試験風洞内にセンサーと基準器とを持ち込むことになる。いずれにせよセンサーの較正のためには、そのセンサーを観測装置から取り外してチャンバーや風洞などの試験環境の設置場所までセンサーを運搬し、試験環境において較正を行い、それに基づいて補正パラメータを算出した後、再びセンサーを運搬して観測装置に取り付けることになる。このような較正方法では、センサーの取り外し・再取り付けや運搬の手間がかかるほか、較正を行っている期間中は観測装置においてそのセンサーによる観測項目の観測を行えない、という課題がある。気象水文観測装置は交通不便の場所に設けられることも多いから、センサーを観測装置の設置場所（すなわち観測点）と試験環境の設置場所との間で往復運搬することは、作業負担を著しく大きくする。
【０００７】
センサーの設置場所での較正を可能にする技術として、特許文献１には、湿度センサーに関するものであるが、少なくとも温度の異なる３点における湿度を計測し、それらの計測値により湿度算出直線を導出し、その湿度算出直線を用いて計測値を補正することによって湿度センサーを較正することが示されている。しかしながらこの方法は、特定の種類の湿度センサーにしか適用できない上に、国家標準や検定済み機器とのトレーサビリティーが確保されない、という問題点がある。
【０００８】
なお観測装置における障害の検出に関し、特許文献２には、農場などに多数の観測装置が分散配置されている場合に、各観測装置の設置場所の属性に基づいて各観測装置からの観測値を分類し、同一分類の観測装置からの観測値を比較して異常値を検出し、異常値を示した観測装置のセンサーに異常が発生していると判断することが開示されている。特許文献２の方法は、巡回点検を頻繁に行なわなくても観測装置における異常を早期に発見することを可能にするが、センサーのトレーサビリティーを保障するものではなく、センサーの較正を別途行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−６２１９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６４１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
遠隔地や交通不便な場所に配置されることが多い気象水文観測装置において、センサー（測器）の較正を容易に行えるようにすることは、上述したように大きな課題である。
【００１１】
本発明の目的は、観測に用いるセンサーの較正を容易に行うことができる気象水文観測装置の較正方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、１または複数の気象水文観測装置を備えて、気象水文観測装置のセンサーの較正を容易に行うことができる気象水文観測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の気象水文観測装置の較正方法は、観測点に配置されて気象及び水文に関連した１以上の観測項目ごとにその観測項目についての観測を行うセンサーを備える気象水文観測装置の較正方法であって、較正対象のセンサーとともに観測点に較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器を配置し、所定の期間にわたり、較正対象のセンサーと基準器とによって同時に観測を行って観測データを蓄積することと、所定の期間の終了後、観測点から基準器を撤去し、所定の期間中において較正対象のセンサーから得た観測データを基準器から得た観測データと比較し、較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出することと、を有する。
【００１４】
本発明の気象水文観測システムは、観測点ごとに配置されて気象及び水文に関連した１以上の観測項目について観測を行う気象水文観測装置と、気象水文観測装置の較正に使用される較正装置と、を備え、気象水文観測装置は、観測項目ごとにその観測項目の観測を行うセンサーと、センサーからの観測データを取得するとともに基準器が接続可能なデータロガーと、を有し、較正装置は、較正対象のセンサーから得た観測データと較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器から得た観測データとから較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出する演算部を備え、気象水文観測装置に較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器を接続して、所定の期間にわたり、較正対象のセンサーと基準器とによって同時に観測を行ってデータロガーによって観測データを蓄積し、所定の期間の終了後、基準器の気象水文観測装置への接続を解除し、所定の期間中に蓄積した観測データを較正装置に転送して較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出する。
【００１５】
気象水文観測装置が設置される観測点では、ある期間（例えば数日〜数週間）を考えると、その期間中で気温や湿度などの各観測項目について、それらの値は大きく変動しているものと考えられる。そこで本発明では、観測点において較正対象のセンサーと基準器とによって一定の期間にわたって同時観測を行い、観測データを蓄積する。基準器によって得られた値を真の値とし、この値に対して較正対象のセンサーで得た値を比較し、例えば回帰分析などを行えば、較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出することができる。本発明では、このようにして較正対象のセンサーの補正パラメータを算出することにより、較正対象のセンサーの較正を実行する。したがって本発明では、センサー（測器）をチャンバーや風洞などの試験環境の設置場所まで往復運搬する必要がなくなるとともに、較正中にその観測項目についての観測を行えなくなることもない。本発明の較正方法では、基準器の設置と撤去とが発生するが、一定の地理的範囲内に複数の観測装置が設置されている場合には、ある観測装置での較正が終わったら、その際に用いた基準器を次の観測装置の較正に使用するなど、基準器を観測装置間で順繰りに使用することができるようになり、センサーと基準器の運搬の観点からすれば、全体として作業効率が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、気象水文観測装置において観測に用いるセンサーの較正を容易に行うことができるようになるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の一形態の気象水文観測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】気温センサーに対する較正の一例を示す図である。
【図３】複数の気象水文観測装置を有する気象水文観測システムの構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態の気象水文観測装置を示している。
【００１９】
図１に示す気象水文観測装置１０は、観測点に配置されて、その観測点における気象及び水文に関連した１以上の観測項目について観測を行うものである。ここでは一例として、風向、風速、気温（温度）、湿度及び気圧を測定するものとして、これらに対応して、気象水文観測装置１０には、風向風速センサー１１、温度センサー１２、湿度センサー１３及び気圧センサー１４が設けられている。もちろん、観測装置１０における観測項目はこれらに限定されるものではなく、例えば雨量や河川流量、積雪深などであってもよく、その場合には、その観測項目に対応したセンサーが観測装置１０に設けられる。観測装置１０には、さらに、観測装置１０に設けられる各センサー（図示したものでは風向風速センサー１１、温度センサー１２、湿度センサー１３及び気圧センサー１４）から予め定められた観測周期（例えば、１秒ごと、１分ごと、１０分ごと、１時間ごとなど）で観測データを取得するデータロガー２１と、データロガー２１で取得した観測データや観測値を格納するデータメモリ２２と、インタフェース２３と、センサーごとの補正パラメータを格納するパラメータ格納部２４と、パラメータ格納部２４に格納されたセンサーごとの補正パラメータに基づいて、センサーから得られた観測データに対して補正を行い、補正後の値を観測値としてデータロガー２１に引き渡す補正演算部２５と、が設けられている。ここで観測データとは、センサーが示したままの値のことであり、観測値とは、較正によって得られた補正パラメータを観測データに適用した値であって、較正によりセンサーのトレーサビリティが確保されていれば、国家標準等の基準に対する誤差が所定値以内であることことが保証されている値のことである。気象水文観測装置１０に通常の用途では、観測項目に対して得られた値として観測値を使用することになる。
【００２０】
インタフェース２３は、無線または有線のネットワークを介して外部の機器やシステムに対して観測値を出力する機能を有するものであり、加えて後述する較正装置５０や監視センターとの接続にも用いられる。観測点において観測装置１０による観測値を必要とする場合には、インタフェース２３には観測値の表示機能なども設けることが好ましい。
【００２１】
データロガー２１は、観測装置１０に設けられるセンサーに対応した基準器が接続可能に構成されている。ここでは、センサーとして風向風速センサー１１、温度センサー１２、湿度センサー１３及び気圧センサー１４が設けられているので、基準風向風速計３１、基準温度計３２、基準湿度計３３及び基準気圧計３４が基準器としてデータロガー２１に対して接続可能である。これらの基準器は、例えば国家検定を受けたものであって、国家標準その他の基準に対してトレーサビリティを有するものである。
【００２２】
次に、観測装置１０の較正に使用される較正装置５０について説明する。較正装置５０は、観測装置１０にインタフェース２３に対して直接または間接的に接続可能なものであって、観測装置１０での較正対象のセンサーから得た観測データとこの較正対象のセンサーの観測項目に対応した基準器から得た観測データとを、観測装置１０のデータメモリ２２からデータロガー２１及びインタフェース２３を介して受け取るものである。較正装置５０は、受け取った観測データを一時的に格納するデータメモリ５１と、データメモリ５１にアクセスし、基準器の観測データが真の値であるとして較正対象のセンサーからの観測データが基準器の観測データに一致するような補正パラメータを算出するパラメータ算出部５２と、を備えている。算出された補正パラメータは、観測装置１０に転送されてパラメータ格納部２４に格納されるようになっている。
【００２３】
このような較正装置５０は、例えば、パーソナルコンピュータを使用して構成することができる。観測装置１０のデータメモリ２２としてメモリカードなどの取り外し可能な記録媒体が用いられる場合には、この記録媒体を較正装置５０に装着することによって、観測装置１０のインタフェース２３を介することなく観測装置１０から観測データを較正装置５０に吸い上げるようにすることもできる。
【００２４】
次に、本実施形態の気象水文観測装置１０の較正の手順について説明する。観測装置１０が観測点に既に設置されて運用されているとして、観測装置１０のいずれかのセンサーの較正を行う場合には、まず、較正対象のセンサーのセンサーの観測項目に対応した基準器を用意してこの基準器を観測点に持ち込み、データロガー２１に接続する。そして、データロガー２１により、所定の期間にわたり、同時刻に較正対象のセンサーと基準器とで観測を行ってそれらの観測データをデータメモリ２２に蓄積する。所定の期間は例えば数日から数週間程度であり、この期間中は無人で観測装置１０を運用することができる。所定の期間の終了後、データロガー２１から基準器を取り外し、観測装置１０に較正装置５０を接続して、所定の期間中において較正対象のセンサーから得た観測データと基準器から得た観測データを較正装置５０に取り込む。較正装置５０では、取り込んだ観測データに基づいて、パラメータ算出部５２が、較正対象のセンサーに対する補正パラメータを算出する。このとき較正装置５０は、較正対象のセンサーの観測データに、基準器の観測データに比べて特に異常なデータが含まれるときは、そのセンサーに障害が発生したと判定することもできる。障害が発生した不良なセンサーは、正常なセンサーと交換されることになる。
【００２５】
図２は、較正対象のセンサーが気温測定用の温度センサーである場合の、観測時刻ごとに得たこのセンサーからの観測データと基準器からの観測データを示す散布図である。横軸は基準器からの観測データが示す温度値を表し、縦軸は温度センサーからの観測データが示す温度値を表している。ここでは、約１２０時間（５日間）にわたって１０分ごとに気温を観測し、７１８対の観測データを得ている。誤差管理基準を±１℃とすれば、図示１対の一点鎖線の範囲内に観測データ対が含まれて入れば合格である。このような観測データに対して例えば１次の回帰分析を行えば、較正対象の温度センサーに対する補正パラメータが算出される。補正パラメータが算出されたらこの補正パラメータを観測装置１０のパラメータ格納部２４に格納される。これによって、これ以降は、較正対象とされたセンサーからの観測データに対してこの補正パラメータが適用され、その結果、最新の較正結果に基づく観測値が観測装置１０から得られるようになる。なお、補正パラメータの算出及び格納が終われば、較正装置５０も観測装置１０から切り離され、基準器及び較正装置５０を次の観測装置の較正のために使用できるようになる。
【００２６】
上述した本実施形態の気象水文観測装置１０と較正装置５０とを組み合わせることにより、観測点においてセンサーの較正を行うことができる気象水文観測システムが構築されることになる。このとき、気象水文観測システムでは、基準器及び較正装置５０を観測装置１０間で順繰りに使用することにより、複数の観測装置１０を単一の較正装置５０と観測項目ごとに単一の基準器で較正できることになる。さらに、それぞれ異なる観測値に配置された複数の観測装置１０をネットワークを介して監視センターに接続する場合には、ネットワークを介して観測データを監視センターに集約することによって、較正装置５０を監視センター側に設けることができる。図３は、そのような気象水文観測ステムの一例を示しており、複数の観測装置１０が無線ネットワークを介して監視センター６０に接続し、較正装置５０が監視センター６０に接続している。較正装置５０で算出された補正パラメータは、無線ネットワークを介して対応する観測装置１０に格納される。各観測装置１０の設置場所では正確な観測値を必要としない場合などには、各観測装置１０には補正パラメータを格納せず、通常時においても各観測装置１０から補正なしの観測データのみを監視センター６０に送信させ、監視センター６０で補正を行って観測値を求めるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０    気象水文観測装置
１１    風向風速センサー
１２    温度センサー
１３    湿度センサー
１４    気圧センサー
２１    データロガー
２２，５１    データメモリ
２３    インタフェース
２４    パラメータ格納部
２５    補正演算部
３１    基準風向風速計
３２    基準温度計
３３    基準湿度計
３４    基準気圧計
５０    較正装置
５２    パラメータ算出部
６０    監視センター
【図１】
2016217966.tif 000003
【図２】
2016217966.tif 000004
【図３】
2016217966.tif 000005