東海 大学海洋研 究所報告書 第 35 号(2014) 35～ 41 頁
Bull Inst. Oceanic Res. & Develop. Tokai Univ. (2014), 35, 35-41

原著論文(Original Article)

開発された小型測定機器による環境データの観測－富士山測候所における試験観測－東郷翔帆 1)，須藤雄志 1)，織原義明 1), 2)，田中利佳 1)，中村真帆 1)，
藤原博伸 3)，稲崎弘次 4)，岩崎 洋 5)，川原庸照 5)，土器屋由紀子 5)，鴨川 仁 1), 5) *)Environmental Observation Using a Handmade Handy Data Logger- Test Observation at Mt. Fuji Weather Station Shoho Togo1), Yushi Suto1), Yoshiaki Orihara1), 2), Rika Tanaka1),
Maho Nakamura1), Hironobu Fujiwara3), Koji Inazaki4), Hiroshi Iwazaki5),
Nobuteru Kawahara5), Yukiko Dokiya5) and Masashi Kamogawa1), 5) *)Abstract
There are various data loggers to continuously measure physical quantity. However, most of data loggers
are hard for educational use because they are too sophisticated and expensive. We continuously observed
output voltage of solar panel, input voltage of battery and indoor temperature inside the weather station at the1)東京学芸大学
Department of Physics, Tokyo Gakugei University, 4-1-1 Nukuikitamachi, Koganei-shi, Tokyo 184-8501, Japan.
2)東海大学海洋研究所地震予知研究センター
Earthquake Prediction Research Center, Institute of Oceanic Research and Development, Tokai University,
3-20-1 Orido, Shimizu-ku, Shizuoka-shi, Shizuoka 424-8610, Japan.
3)私立女子聖学院高等学校
Joshiseigakuin High School, 3-12-2 Nakazato, Kita-ku, Tokyo 114-8574, Japan.
4)東山技研Higashiyama Technical Research, 222-2 Higashiyama, Sanda-shi, Hyogo, 669-1353 Japan.
5)NPO 富士山測候所を活用する会
NPO Valid Utilization of Mt. Fuji Weather Station, DIK Koujimachi Building#901, 1-6-9 Koujimachi,Chiyoda-ku, Tokyo, 102-0083 Japan.
*) Corresponding to Masashi Kamogawa.
(2014 年 2 月 22 日受付／ 2014 年 3 月 13 日受理)

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東郷翔帆・須藤雄志・織原義明・田中利佳・中村真帆・藤原博伸・稲崎弘次
・岩崎 洋・川原庸照・土器屋由紀子・鴨川 仁summit of Mt. Fuji during about one month by means of data loggers dedicated to our purpose. From theobservation, we confirmed the system worked properly. Moreover, from the data analysis, we found thedifference of temperature between under the direct sunlight and out of direct sunlight environments.

緒言

し た 小 型 観 測 機 器 は 鴨 川 ほ か （ 2012 ） によって試作器が開発された．また，この近年，様々な災害が多発し地球環境試作器（以下，開発ロガー）を用いて富の問題というのは人類における永年の課

士山山頂といった過酷な自然条件下で 2題である．そこで，学校教育の現場での日ほど温度および太陽光パネルの出力

それらの課題に対する教育は，最重要の観測を試験的に実施したところ，おお事項である．学生が意欲的に自らそれらむね良好なデータが得られた．そこで本を学ぶには，まず興味を引くことが大事

研究では，さらに長期的な観測の安定であり，そのためには観測などの実体験性を検証することを目的として，富士山が必須である．地球環境の計測は小学山頂で約 1 カ月間の観測を行った．

校で気温や湿度などを目視計測し，それをノートに記録するといった方法がとられているが，高等学校の科学クラブな観測場所

ど に な る と 気 温 や 湿 度 で も 24 時 間 連 続観測を行うためにデータロガーと呼ばれ

富士山測候所は山頂の剣ヶ峰に建設る自動デジタル記録計を用いることがあさ れ ， 標 高 3776 メ ー ト ル に 位 置 す る 日 本る．しかし，市販のデータロガーには機最高地点にある気象観測所であり，明治能がブラックボックス化されておりデータ時代から観測が始まった．しかし近年，処理がしづらく，さらに処理過程の複雑気象観測などは主に人工衛星で行われさゆえに消費電力があがるため屋外のるようになったことや，レーダー観測の長期観測には不向きなものもある．他に

必 要 性 も な く な っ た こ と か ら 2004 年 に はパソコンを用いた記録計は，グラフ化な無人の観測所となった．現在では，研究どを合わせて行えるという点があり有用者の学術横断的な組織である「高山高だ が ， OS 自 体 が 不 安 定 な 動 作 を す る 場

所科学研究会」の研究者らが中心となり合もあるので長期無人観測は不向きで設立された「富士山測候所を活用するあり，消費電力も大きい．また，教育現会」が，気象庁から測候所施設を借用し場において観測用にパソコン 1 台を保研究活動が行われている．そこでは自有するということは，経費の面を考慮し然放射線や大気電気などの研究のためても不向きである．したがって，教育現に最先端の科学計測がなされているだ

場では（１）小型軽量で操作が容易であけでなく，教育実習プログラムも行われり，（２）様 々な観測に汎用性があり，て い る （ 土 器 屋 ・ 佐 々 木 ， 2012 ； 須 藤 ほ（３）長期観測が可能であり，（４）安価であることに加え，（５）山地や海上（船か ， 2014 ） ．
富士山山頂は厳しい気象環境であり，上）といった過酷な自然条件でも安定し落雷を避けるために開発ロガーは測候た観測が行える，といった 5 つの条件を

所 3 号 庁 舎 内 に 設 置 す る こ と と し た （ Fig.

満たすような観測機器が望ましい．
このような条件を満たすことを目的と

1 ）．この庁舎は西向きにしか窓がないため，太陽光パネルは窓に面して設置

小型測定機器による環境データの観測37した．使用した太陽光パネルは，軟らかて お り ， 窓 の 大 き さ は 縦 46. 8 cm ， 横 58.7

く軽量な米グローバル・ソーラー・エナジ

cm ， 対 角 線 71. 5 cm で あ る ． 部 屋 は 室 内

ー 社 の PowerFLEX で ， 本 研 究 で は Fig. 1の保温性を高めるために，窓のある側面(b) の 写 真 奥 の 中 段 に あ る 1 枚 を 使 用 し以外は天井も含めアルミ製のシートで覆た ． ま た ， そ の 大 き さ は 106. 7 cm × 36. 8 cmった．なお，窓から太陽光パネルまでのである．窓は透明ガラスで二重窓になっ距離はおよそ 2m である．

Fig. 1. Configuration of the system.
(a) Equipment installation of overview diagram,(b) Solar panels.

2 GB ま で の 記 録 が で き る ． 1 分 サ ン プ リ

観測方法

ン グ の 場 合 で あ る と 1 日 4 0 kB 程 度 で あ
2 は今回使用した開発ロガーのシり ， 2 GB の 容 量 の SD カ ー ド で あ れ ば ， 1ステムブロック図である．この開発ロガー

Fig.

年間の記録は十二分に行うことができは お よ そ 縦 2 5 cm ， 横 1 6 cm ， 高 さ 1 0 cm

る．データの記録は，日時と 4 チャンネ

で あ る ． そ の 外 観 お よ び 本 体 内 部 を Fig.

ル分の電圧値が記録され，テキストデー

3 に示す．現段階での設計では， 4 チャタとして書き込まれる．サンプリングレー

ンネル分の測定ができ，測定したデータ

ト は 10 分 ， 1 分 の 切 り 替 え が で き る よ うSD カ ー ド に 記 録 さ れ る （ 稲 崎 ，な設計になっており消費電力は運用時2010 ） ． SD カ ー ド は SDHC フ ォ ー マ ッ ト

0. 4 W で あ る ． 書 き 込 ま れ る 日 時 の 時 刻 管

FAT1 6 (File理 は ， 実 装 し て い る RTC （ リ ア ル タ イ ム ク

はに は 対 応 し て い な い が ，Allocation Table) と い わ れ る フ ォ ー マ ッ ト で ，ロック）により行う．

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東郷翔帆・須藤雄志・織原義明・田中利佳・中村真帆・藤原博伸・稲崎弘次
・岩崎 洋・川原庸照・土器屋由紀子・鴨川 仁

Fig. 2

System diagram of the data logger.

精度は月差約 1 分であり，動作温度範した．また，校正用に市販の電圧ロガー

囲 は で あ る ． ま た ， GPS と 組 み 合 わ せ 時（ HIOKI ， SN 120706506 ） と 温 度 ロ ガ ー

刻同期を行うことにより，精度向上を図（ HIOKI ， SN 120811558 ） も 同 時 に 設 置 しることができる．

た （ Fig. 1 ） ． な お ， そ れ ら の サ ン プ リ ン グ

本研究では，出力チャンネル（以下，CH. ） 4 つ の う ち 3 つ を 使 用 し ， CH.1 に 太

レ ー ト は 開 発 ロ ガ ー と は 異 な り 15 分 で ある．

陽 光 パ ネ ル ， CH.2 に 開 発 ロ ガ ー の バ ッ
テ リ ー ， CH.3 に は 温 度 計 を 接 続 し （ Fig.
1 ） ， サ ン プ リ ン グ レ ー ト は 10 分 に 設 定 し結果と考察た．なお，開発ロガーは床に設置し，温度 計 は Fig. 1.(b) の 写 真 に あ る 奥 側 の 太 陽

Fig.

4 は 2012 年 9 月 3 日 か ら 9 月 30

光パネル上段と中段の間に設置した．

日 ま で の 28 日 間 の 太 陽 光 パ ネ ル 電 圧 ，バッテリーにはサイクル寿命の長いニッ

開発ロガーのバッテリー電圧および温度

ケ ル 水 素 電 池 （ 単 2 型 1.2 V, 4000 mAh ）を表している．すべての記録において日を 4 本使用したことにより，電源電圧値変化が記録されていることが分かる．まは 4.8 V と な る ． こ の 開 発 ロ ガ ー を ， 富 士

た ， Fig. 5 は 9 月 4 日 ， 9 月 15 日 お よ び

山 山 頂 測 候 所 に 2012 年 9 月 2 日 に 設 置

9 月 29 日 の そ れ ぞ れ 1 日 分 の 記 録 を 表

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小型測定機器による環境データの観測

(a)

(b)
Fig. 4The variations from 3 to 30
September, 2012 (JST).
(a) Output voltage from the solarpanel,(b) input voltage of battery,(c) indoor temperature inside theweather station.

はすべて富士山山頂における日照時間と相関があると考えられる．その理由は日の出とともに電圧が上がり，日の入りとともに電圧が下がり，また 9 月 4 日より
も 9 月 29 日 の 方 が 電 圧 の 下 降 す る 時 刻が早まっているからである．観測場所で
あ る 3 号 庁 舎 で は こ の 時 期 ， 17 時 頃 かFig. 3(a) Overview of the data logger,(b) the circuit of the data logger.

ら 18 時 頃 の 間 ， 西 向 き の 窓 か ら 直 射 日光が差し込むと考えられる． 9 月 4 日と 9
月 15 日 を み る と ， 3 つ の デ ー タ い ず れ も
17 ～ 18 時 に そ の 値 が 上 昇 し て い る ． こしている．これをみると，温度，バッテリの時間帯は西向きの窓から直射日光がーおよび太陽光パネルの 3 つのデータ差し込む時間と一致している．

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東郷翔帆・須藤雄志・織原義明・田中利佳・中村真帆・藤原博伸・稲崎弘次
・岩崎 洋・川原庸照・土器屋由紀子・鴨川 仁

昇と下降がみられると考えられる．しかし，開発ロガーで測定した温度はそのような変動にはなっていない．その理由として，富士山測候所 3 号庁舎の特別な環境が影響していると考えられる．二重窓 の 間 に 設 置 し た 温 度 計 は 24 時 間 で30 ℃ ～ 40 ℃ の 幅 で 変 化 し て い る ． 一
方，直射日光が当たらない室内に設置された温度計では， 1 ℃～ 2 ℃ほどである．本研究で観測が行われた 3 号庁舎
は，直射日光の当たらない場所では 1日の気温変化がほとんどないが，直射日光が当たる西側の窓では大きな変化を示すといった特徴がある．実際，開発ロガーに接続された温度計の設置場所は，西側の窓からおよそ 2 メートル離れている．このことから，直射日光が温度計に当たるまでは室内の安定した気温変化を反映し，直射日光が当たってからはその影響を受けると考えれば，この温度変化の説明ができる．
バッテリーの値は，夜間時には電源Fig. 5

Daily variations of output voltage
from the solar panel (red line),
input voltage of battery (blue line)
and indoor temperature inside theweather station (green line):(a) 4 September, 2012.
(b) 15 September, 2012.
(c) 29 September, 2012.

電 圧 値 で あ る 約 4.8 V と 充 電 さ れ た 状 態で安定し，太陽光パネルへの日照とともに電圧が発生するとその値を超え，日照のある時間帯は太陽光パネルからバッテリーに電力が供給される状態となっていることが確認できた．この開発ロガーの 消 費 電 力 は 0.4 W で あ り ， 4.8 V の バ ッ
テ リ ー で は 単 純 計 算 で 約 16 日 間 の 連 続観測が可能である．今回は太陽光パネ

また，二重窓の間に設置された校正用の温度ロガーでも同時間帯で温度上ル に よ る 充 電 で 約 28 日 間 の 連 続 観 測 を行い，充電の有効性が確認できた．

昇が確認できることから，この上昇は直太陽光パネルの記録については，同射日光によるものと考えられる．一方， 9じ太陽光パネルに接続した校正用電圧

月 29 日 は こ の よ う な 変 化 は 見 ら れ な い

ロガーのデータと比較した．開発ロガーのは，この日の富士山山頂の天気が雨の サ ン プ リ ン グ レ ー ト が 10 分 で あ っ た のであったからである．また，温度の日変に 対 し ， 校 正 用 電 圧 ロ ガ ー が 15 分 の た化を詳細にみると，日の出とともに温度め，細かな変化を比較すると，校正用電は上昇するが，その後，夕方の直射日

圧ロガーの変動は開発ロガーのデータ

光による急上昇までほぼ一定の値を示に一種のローパスフィルタをかけた形状している．通常，温度上昇は室内であっを示していると考えられる．しかし，電圧ても太陽の運行とともに，ゆるやかな上が上昇または下降する時間やゆるやか41

小型測定機器による環境データの観測な変動は一致しており，開発ロガーは良（株）テクニカ社の多大なる協力を頂い好なデータを取得していたといえる．

た．記して感謝申し上げる．

まとめ
本研究では前年度に開発されたシンプルかつ汎用性のある小型測定機器を用い，温度，電源バッテリーおよび太陽光 パ ネ ル の 3 種 に つ い て ， 2012 年 9 月 3
日 か ら 9 月 30 日 ま で の 28 日 間 の 連 続 観

引用文献
土 器 屋 由 紀 子 ・ 佐 々 木 一 哉 (編 著 )( 2012 ) ： よ み が え る 富 士 山 測 候 所
2005-2011 ． 成 山 堂 ， 192pp ．
稲 崎 弘 次 ( 2010 ) ： PIC を 使 っ た デ ー タ ロ

測を行った．その結果， 3 種すべてにおガ ー の 制 作 ． CQ 出 版 社 ， 112pp ．

いて良好なデータが取得できていたこと

鴨 川 仁 ,・ 藤 原 博 伸 ・ 稲 崎 弘 次 ・ 織 原 義が確認された．また，温度計の記録から

明・岩崎洋・川原庸照・鈴木優子・大は富士山山頂測候所の温度環境には特洞 行 星 ・ 土 器 屋 由 紀 子 ( 2012 ) ： 小 型 化

有なものがあることが推測された．さらした環境データ記録システムの製作．に，電源バッテリーおよび太陽光パネル

東京学芸大学環境教育研究センターの記録から，太陽光パネルによる充電の研究報告有効性が確認された．今回は富士山山

3-10 ．

頂測候所内においての夏季観測であっ環 境 教 育 学 研 究 ， 22 ，

須藤雄志・東郷翔帆・田中利佳・中村真

たが，今後はより過酷な自然条件となる

帆・藤原博伸・稲崎弘次・岩崎洋・川原

越冬観測を行うためにバッテリーの特性

庸 照 ・ 土 器 屋 由 紀 子 ・ 鴨 川 仁 ( 2014 ) ：なども加味して外部バッテリーの容量を2013-2014に 行 う 富 士 山 山 頂 越 冬 デ ー

検討する必要がある．

タ 取 得 シ ス テ ム の 概 要 ． 第 7 回 NPO成 果 報 告 会 予 稿 集 ， 46-51 ．

謝辞
本研究は文部科学省科学研究費挑戦萌芽研究「教育現場での即応を目指した現職教員用放射線研修カリキュラムの開発」，一般財団法人新技術振興渡辺 記 念 会 に よ る 平 成 24 年 度 科 学 技 術 調査研究助成（上期）「富士山体を利用した福島原発起源の放射線核種の輸送に関する調査研究」および公益財団法人
東京応化科学技術振興財団「科学教育の普及・啓発助成」にて行った．また，
本 研 究 は NPO 法 人 「 富 士 山 測 候 所 を 活用する会」が富士山頂の測候所施設の一部を気象庁から借用管理運営している期間に行なわれた．ロガー製作では