(57)【要約】【課題】ミラー現象が発生し得る安価な電磁波測定装置を用いて、雷の発生位置を推定しても、雷の発生位置を精度良く推定する。【解決手段】少なくとも２箇所を満たす３箇所に電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃを設置する。電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの各々で、設置位置の周辺に生じる電磁波の特性を測定する。測定データに基づき、電磁波強度が所定の閾値以上となる地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃを特定する。２つ以上を満たす３つの地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃが重なる重畳部分１２を、雷が発生した位置を含む地域と推定する。【選択図】            図４
2016006413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雷の発生位置を含む地域を推定する雷発生位置推定方法であって、
少なくとも２箇所に設置された電磁波測定装置で測定される、該電磁波測定装置の設置位置の周辺における電磁波のデータに基づいて、電磁波強度が所定の閾値以上となる地理的な範囲を２つ以上特定し、
２つ以上の地理的な範囲が重なる重畳部分を前記地域と推定することを特徴とする雷発生位置推定方法。
【請求項２】
雷発生位置表示システムであって、
少なくとも２箇所に設置され、設置位置の周辺における電磁波を測定する電磁波測定装置と、
該電磁波測定装置と通信可能な演算処理装置であって、前記電磁波測定装置からの測定データに基づき、電磁波強度が所定の閾値以上となる地理的な範囲を２つ以上特定し、２つ以上の地理的な範囲が重なる重畳部分を特定するように、前記測定データを演算処理する演算処理装置と、
該演算処理装置に接続され、地図上に前記重畳部分を表示する表示装置と、を有することを特徴とする雷発生位置表示システム。
【請求項３】
請求項２に記載の雷発生位置表示システムを用いて工場を運用する方法であって、
前記工場の位置が前記重畳部分に含まれている場合には、前記工場で稼働している装置を一時停止することを特徴とする工場の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２箇所以上に設置された電磁波測定装置からの電磁波の測定データに基づいて、雷が発生した位置を含む地域を推定する方法に関し、前記地域を表示する雷発生位置表示システムに関する。更には、本発明は、前記システムを用いた工場の運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場において、落雷によって供給されている電気が一時的にでも止まってしまうと、原料の使用量に対する製造品の比率である歩留まりが悪化してしまう。そこで、落雷の影響を受ける事業者は、アンテナなどの電磁波測定装置を設置し、設置位置の周辺における大気中の電磁波を測定し、雷の発生位置を含む地域を推定して、雷雲が工場に接近していると判断する場合には、工場での製造を一時停止するなどの措置を取る。
【０００３】
例えば、特許文献１には、複数箇所に設置された電磁波測定装置で、雷から放射された電磁波を測定し、その測定データから電磁波の仰角の経時変化を算出し、複数の電磁波測定装置から得られる仰角の経時変化が類似するか否かを判定し、類似している場合、測定データから雷の発生位置を推定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１８９５２２号公報
【特許文献２】米国特許第５５３７３１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、指向性を持つ直交ループアンテナを垂直方向と水平方向に配置し、垂直方向のループアンテナで電磁波の仰角を、水平方向のループアンテナで電磁波の方位角を測定することによって、雷が発生した方向を推定し、別の場所に設置したアンテナからの方向の情報が交差する点から雷が発生した位置を推定する。これにより、雷の発生及びその発生位置をある程度精度良く推定できる。しかしながら、仰角と方位角を測定可能な電磁波測定装置は高価となるので、経済性の観点から、例えば、特許文献１のような、仰角を用いて雷の発生位置を推定する方法・装置を採用して、雷の発生位置を推定する事業者は、電力会社や気象庁などの比較的大規模な事業者に限られていた。
【０００６】
仰角を測定する機能を有しない電磁波測定装置は直交ループアンテナ（ダイポールアンテナ）が水平方向に１つで済むため安価となり、比較的小規模な事業者は、そのような安価な電磁波測定装置を採用して、雷の発生位置を推定する場合が多いというのが実情である。この電磁波測定装置では、雷の発生位置と該電磁波測定装置との距離が小さくなるほど、電磁波測定装置を中心とした、雷の真の発生位置とは点対称の位置で、電磁波が生じたとする信号を誤って発生させてしまう現象（以下、適宜「ミラー現象」と呼ぶ）が生じる可能性が高くなる。結果的に、安価な電磁波測定装置を用いて雷の発生位置を推定すると、その推定精度が悪化するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ミラー現象が発生し得る安価な電磁波測定装置を用いて、雷の発生位置を推定しても、精度良く雷の発生位置を推定する方法及びシステム並びに該システムを用いた工場の運用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）雷の発生位置を含む地域を推定する雷発生位置推定方法であって、少なくとも２箇所に設置された電磁波測定装置で測定される、該電磁波測定装置の設置位置の周辺における電磁波のデータに基づいて、電磁波強度が所定の閾値以上となる地理的な範囲を２つ以上特定し、２つ以上の地理的な範囲が重なる重畳部分を前記地域と推定することを特徴とする雷発生位置推定方法。
（２）雷発生位置表示システムであって、少なくとも２箇所に設置され、設置位置の周辺における電磁波を測定する電磁波測定装置と、該電磁波測定装置と通信可能な演算処理装置であって、前記電磁波測定装置からの測定データに基づき、電磁波強度が所定の閾値以上となる地理的な範囲を２つ以上特定し、２つ以上の地理的な範囲が重なる重畳部分を特定するように、前記測定データを演算処理する演算処理装置と、該演算処理装置に接続され、地図上に前記重畳部分を表示する表示装置と、を有することを特徴とする雷発生位置表示システム。
（３）上記（２）に記載の雷発生位置表示システムを用いて工場を運用する方法であって、前記工場の位置が前記重畳部分に含まれている場合には、前記工場で稼働している装置を一時停止することを特徴とする工場の運用方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ミラー現象が発生し得る安価な電磁波測定装置を用いて、雷の発生位置を推定しても、精度良く雷発生位置を推定することができる。加えて、雷発生位置表示システムを用いて工場を運用することで、工場で稼働している装置の損傷及び工場の生産性の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】雷の発生位置を推定するシステムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す電磁波測定装置の設置位置の一例を示す図である。
【図３】図２に示す電磁波測定装置からの測定データに基づき特定される地理的な範囲の一例を示す図である。
【図４】図３に示す地理的な範囲が重なる重畳部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の一例に係る雷の発生位置を推定するシステムの構成を図１に示す。雷発生位置推定システム１は、大気中の電磁波の特性を測定可能な電磁波測定装置２を３台有し、また、該電磁波測定装置２とネットワーク５を介して通信可能な演算処理装置３と、演算処理装置３に接続し、演算処理結果を表示する表示装置４と、を有する。図１では、３つの電磁波測定装置２を、符号２ａ，２ｂ，２ｃで表してある。
【００１２】
落雷の影響を受ける工場の周りに電磁波測定装置２を設置し、該電磁波測定装置２で、工場の周りに雷が発生したときに生じる電磁波を検出（測定）する。図１に示す電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃを設置した具体的な例を図２に示す。図２では、山陽地方の一地域を示す地図６を表している。工場１０が、少なくとも２つの電磁波測定装置２の電磁波の検出範囲に含まれるように、電磁波測定装置２を設置することが好ましい。
【００１３】
電磁波測定装置２は、大気中の電磁波の特性を測定可能な構成となっている。電磁波測定装置２としては、安価なものとして、ＳＴＯＲＭＳＣＯＰＥ（登録商標）アンテナや、高価なものとしては、ＬＬＰシステムが挙げられ、安価なアンテナとしての具体的な製品としては、Ｖａｌｅｎｔｉｎ−ａｖｉａｔｉｏｎ社製のものが挙げられる。
【００１４】
電磁波測定装置２によって、大気中に雷が発生したときに生じる電磁波の特性を測定し、電磁波の強度［ｎＴ］、電磁波の周波数、及び、方位角度を測定できる。例えば、前述の安価なアンテナによれば、モノポールアンテナは、電磁波の強度［ｎＴ］を検出（測定）することができ、ダイポールアンテナによって、電磁波の周波数及び方位角度を検出（測定）することができる。方位角度とは、設置位置を中心として、北の方角を０°としたときの電磁波の発生位置の方位角を表したものである。なお、概ね、安価なアンテナの電磁波の検出範囲は、設置位置から半径４０ｋｍ以内である。
【００１５】
電磁波測定装置２は上記構成に限定されることはなく、上記構成はあくまで一例であり、電磁波測定装置２は、電磁波の強度及びその位置を算出可能な特性を測定できるものであれば、特に限定されるものではない。前述のような安価なアンテナは、電磁波の仰角を測定する機能を有しないものの、直交ループアンテナ（ダイポールアンテナ）が水平方向に１つで済むため、構成を簡素化することが可能である。よって、比較的安価に作製できる利点を有し、米国においては自家用航空機に搭載する目的で普及している。
【００１６】
電磁波測定装置２はネットワーク５に接続し、電磁波を検出したときに測定データを演算処理装置３に送信する。電磁波測定装置２は、アナログ−デジタル変換機を備えており、測定した電磁波のアナログ信号をデジタル信号に変換することができる。また、電磁波測定装置２は、変換したデータデジタル信号をネットワーク５に送信可能な構成を有する。ネットワーク５には演算処理装置３も接続しており、該演算処理装置３は、ネットワーク５を介して電磁波の測定データを受信する。ネットワーク５としては、インターネットなどの広域通信網があるが、無線・有線を問わず、特に、インターネットに限定されるものではない。また、ネットワーク５の通信方式に適合するように、電磁波測定装置２及び演算処理装置３は構成されている。
【００１７】
演算処理装置３では、受信した電磁波の測定データに基づいて、電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの各設置位置を中心とした、電磁波の発生位置及びその強度を算出する。図２に示す電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃからの測定データに基づき特定される地理的な範囲の一例を図３に示す。但し、説明の都合上、図３では、図２で示す地図６上の地理情報を示してない。図３（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃからの測定データに基づいて、強度がある所定の閾値以上である電磁波の発生位置を「＋」マークとして表してある。電磁波は、発生位置から大気中を進むと高い周波数の電磁波ほど強度が減衰していく性質があり、この性質を利用することで、周波数と強度とによって、観測地点（設置位置）と発生位置との距離を算出することが可能であり、方位角度によって、観測地点からの発生位置の方角を特定することが可能である。前記距離や方角の算出方法には、様々な方法があるが、具体的な方法が、例えば特許文献２に記載されている。よって、演算処理装置３では、電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの各々から受信した測定データから、電磁波の発生位置及びその強度を算出できる。前記所定の閾値は、測定対象の雷（電磁波）の強度によって決めればよいが、例えば、５［ｎＴ］と設定でき、５［ｎＴ］を超えた強度を閾値としてもよい。
【００１８】
演算処理装置３では、電磁波の測定データを所定の時間中受信し続け、該所定の時間中での複数の発生位置及び強度を算出する。雷の電磁波は、強度が高くなるほど、ある程度の時間中に広範囲で発生し続ける傾向がある。よって、例えば１分の時間中に、電磁波の測定データを取得し続ければ、電磁波の発生位置及びその強度を複数算出できる。よって、図３（ａ）〜（ｃ）には、複数連なった「＋」マークからなる群が示されている。なお、所定時間は、測定日時の天候によって決めればよいが、所定時間としては、例えば５分間と設定でき、５分未満の適当な時間を設定してもよい。
【００１９】
図３（ａ）〜（ｃ）の各々に示されるように、複数の「＋」マークからなる群のうち、最も外側の「＋」マークを結ぶ線の内側を、電磁波強度が所定の閾値以上となる地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃと特定でき、該地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、雷が発生した位置を含む地域と推定できる。例えば、図３（ｂ）によれば、地理的な範囲１１ｂが、電磁波測定装置２ｂからの測定データからわかる雷（電磁波）の発生位置と推定できる。
【００２０】
しかしながら、電磁波測定装置２の性能や発生位置によっては、測定データ自体が誤りである可能性があり、１台の電磁波測定装置２の測定データに基づいて、雷の発生位置を含む地域を推定すると、総じてその精度は劣ってしまう。電磁波測定装置２として、特に、電磁波の仰角を測定する機能を有しない安価なアンテナを採用すると、前述の通り、電磁波の発生位置と電磁波測定装置との距離が小さくなるほど、電磁波測定装置を中心とした、雷の発生位置とは点対称の位置に電磁波が生じたとする誤った信号が発生してしまう可能性が高くなるからである。例えば、図３（ａ）及び（ｃ）に示すように、電磁波の発生位置を表す「＋」マークからなる地理的な範囲１１ａ，１１ｃが、電磁波測定装置２ａ及び２ｃを中心とした点対称となる２箇所の位置に示されている。図３（ｂ）のように、地理的な範囲１１ａが１箇所の位置に示される場合はあるものの、１台の電磁波測定装置２から受信した測定データから、雷（電磁波）の発生位置を推定しようとしても、前述の「＋」マークの群からなる地理的な範囲が２つ得られる場合、いずれが、電磁波が真に発生した位置を示すか明確とならない。
【００２１】
そこで、電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃから受信した測定データに基づき特定される地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、少なくとも２つ以上の地理的な範囲が重なる重畳部分を、雷の発生位置を含む地域と推定する。なぜならば、前記重畳部分は、ミラー現象による誤った信号から算出された発生位置を含まない可能性が高く、図３（ａ）及び（ｃ）に示すような、重畳部分以外の地理的な範囲１１ａ，１１ｃは、誤信号に基づくものと想定でき、該重畳部分を、雷の発生位置を含む地域と推定し得る。
【００２２】
演算処理装置３で重畳部分を特定する演算処理を行った後に、演算処理装置３に接続されている表示装置４に地図６上に重畳部分を表示する。図３（ａ）〜（ｃ）に示される地理的な領域１１ａ，１１ｂ，１１ｃが重なる重畳部分１２を図４に示す。この例では、３つの地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃの全ての一部が重なっており、重畳部分１２は工場１０の位置を含んでいる。通常、工場１０に、演算処理装置３及び表示装置４が設けられており、該表示装置４を観察するオペレータは、重畳部分１２の地域が、雷の発生位置を含むと推定可能となる。オペレータは、必要に応じて警報などを発して、工場の一時停電などの意思決定を行うことが可能となる。工場で稼働している装置として、例えば、圧延を行うロールがある。圧延ロールは、鋼材を噛み込んだまま停電してしまうと、鋼材温度が下がることによって反力が上昇し損傷してしまうが、一時停止すれば、鋼材を噛み込んだまま停止することがないので、ロールの損傷を回避することができる。また、雷発生位置推定システム１の推定精度が高いほど、装置をむやみに一時停止する必要がなく、稼働時間が増加し、ひいては、生産性の悪化を防止できる。
【００２３】
演算処理装置３としては、パーソナルコンピュータやプロセスコンピュータを用いることができ、上述の演算処理を行うことができるプログラムを予め作成し実行しておけば、上述の通り、測定データの受信及び演算処理を実行することができる。また、演算処理装置３に接続される表示装置４としては、ディスプレイを用いることができ、演算結果が視認可能となる。
【００２４】
また、雷発生位置推定システム１を用いて雷発生位置推定方法を実施するに際し、該実施者と、電磁波測定装置２の測定者と、は相違してもよい。工場１０の事業者が雷の発生位置を推定する際、演算処理装置３で測定データを演算し表示装置４を観察することになるので、これらの装置を実際に運用する者は事業者となる。一方で、電磁波測定装置２は、事業者以外の第三者が使用して、測定データを事業者に提供するようにしても、雷発生位置推定システム１は正常に実施可能である。
【００２５】
本実施形態では、演算処理装置３で、電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃから送信される測定データを演算し、地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃをそれぞれ特定することとしているが、本発明は必ずしもこの形態に限られるものではない。電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃの各々に演算処理手段を設け、該演算処理手段で測定データを演算して、地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃを特定してもよい。その場合、電磁波測定装置２ａ，２ｂ，２ｃは、地理的な範囲１１ａ，１１ｂ，１１ｃをそれぞれ演算処理装置３に送信することになり、演算処理装置３は、受信（測定）データに基づき、重畳部分を特定する演算処理を行うことになる。
【００２６】
本実施形態の雷発生位置推定システム１は、電磁波測定装置２を３台有するが、本発明の雷発生位置推定システムにおいて、電磁波測定装置２の台数はこの実施形態に限定されるものではなく、２台以上であればよい。相異なる２箇所以上に設置される電磁波測定装置２があれば、該２箇所の周辺に生じた電磁波に関するデータを２つ以上演算処理装置３に送信して、該データを演算処理することによって、地理的な範囲を２つ以上特定し、重畳部分を特定して雷の発生位置の推定精度を高めることができる。
【００２７】
電磁波測定装置２を３台有する雷発生位置推定システム１による雷の発生位置を含む地域を推定する方法と、電磁波測定装置２ａのみからの測定データに基づいて、雷の発生位置を含む地域を推定する方法と、を２ヶ月間実施して、工場１０に近い位置に、雷の発生位置を含む地域が推定され、そこで、実際に雷が発生していたかを検証した。雷発生位置推定システム１では、工場１０に近い位置で重畳部分１２が実際に得られ、雷の発生位置を含む地域を推定した回数は１４０回となり、その推定した地域で雷が実際に発生していた回数は１２０回で、推定精度約８６％であった。一方、電磁波測定装置２ａのみからの測定データに基づいた推定方法では、電磁波の強度が前述の閾値を超えたとする測定データが得られた回数は２５０回となり、そのうち、工場１０に近い位置で、雷の発生位置を含む地域を推定した回数は１４０回となったが、その推定した地域で雷が実際に発生していた回数は６７回となり、推定精度約４８％であった。この推定精度からも、１台の電磁波測定装置２のみで雷の発生位置を含む地域を推定する場合よりも、雷発生位置推定システム１を運用する方が、重畳部分１２を得る演算処理を行う分、電磁波測定装置２からの誤った測定データに基づかず、雷の発生位置を含む地域を正確に推定できることがわかる。
【００２８】
以上のように、本発明では、ミラー現象が発生し得る安価な電磁波測定装置を用いて、雷の発生位置を推定しても、精度良く雷発生位置を推定することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１      雷発生位置推定システム
２      電磁波測定装置
２ａ    電磁波測定装置
２ｂ    電磁波測定装置
２ｃ    電磁波測定装置
３      演算処理装置
４      表示装置
５      ネットワーク
６      地図
１０    工場
１１    地理的な範囲
１１ａ  地理的な範囲（電磁波測定装置２ａでの測定データに基づく）
１１ｂ  地理的な範囲（電磁波測定装置２ｂでの測定データに基づく）
１１ｃ  地理的な範囲（電磁波測定装置２ｃでの測定データに基づく）
１２    重畳部分
【図１】
2016006413.tif 000003
【図２】
2016006413.tif 000004
【図３】
2016006413.tif 000005
【図４】
2016006413.tif 000006