図面 (/)

技術 データ処理方法、データ処理装置、及びプログラム

出願人 国立大学法人鹿児島大学
発明者 眞木雅之
出願日 2015年9月28日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2015-189858
公開日 2017年4月6日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2017-067487
状態 特許登録済
技術分野 気象学 レーダ方式及びその細部
主要キーワード 仮想円錐 仮想断面 射影領域 予測分布 移流量 山火事 ドップラー速度 球座標
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

対象物が風で流される場合でも、対象物の3次元的な分布形状を把握できる技術を提供する。

解決手段

まず、火山灰電磁波を放射し、火山灰雲から戻ってくるエコーを受信する気象レーダ装置から、火山灰雲の密度を表す観測値と、エコーが生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられたエコー強度データを取得する(ステップS11)。次に、エコー強度データを用いて、仰角毎に、火山灰雲の電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する(ステップS12)。次に、仰角毎に、その仰角について算出した風向及び風速を用いて、火山灰雲の電磁波が入射した部分の移流軌跡上に、エコー強度データを内挿する(ステップS13)。

概要

背景

気象レーダ装置は、や霧等の対象物電磁波を放射し、対象物で反射又は散乱されて戻ってくる反射波又は散乱波を受信することにより、対象物を観測する。例えば、反射波又は散乱波の強度によって、電磁波が入射した位置での水蒸気等の対象物の密度を知ることができる。

特許文献1に示されるように、電磁波を、仰角を保って方位角方向回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を繰り返す気象レーダ装置が知られている。

概要

対象物が風で流される場合でも、対象物の3次元的な分布形状を把握できる技術を提供する。まず、火山灰雲に電磁波を放射し、火山灰雲から戻ってくるエコーを受信する気象レーダ装置から、火山灰雲の密度を表す観測値と、エコーが生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられたエコー強度データを取得する(ステップS11)。次に、エコー強度データを用いて、仰角毎に、火山灰雲の電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する(ステップS12)。次に、仰角毎に、その仰角について算出した風向及び風速を用いて、火山灰雲の電磁波が入射した部分の移流軌跡上に、エコー強度データを内挿する(ステップS13)。

目的

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、対象物が風で流される場合でも、対象物の3次元的な分布形状を把握できる技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

ビーム状の電磁波を、仰角を保って方位角方向回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を、仰角が周期的に変更されるよう繰り返す一方、対象物からの前記電磁波の反射波又は散乱波を受信することにより、反射又は散乱が生じた位置の前記対象物の密度を表す観測値と、該反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられた観測データを生成するレーダ装置から、コンピュータが、前記観測データを取得する取得ステップと、コンピュータが、前記観測データを用いて、前記仰角毎に、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた前記移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する風プロファイル算出ステップと、コンピュータが、前記仰角毎に、その仰角について前記風プロファイル算出ステップで算出した前記風向及び風速を用いて、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流軌跡上に、前記観測データを内挿する内挿ステップと、を有するデータ処理方法

請求項2

前記内挿ステップでは、前記仰角毎に前記観測データを内挿した後、コンピュータが、或る仰角における前記内挿によって生成した前記観測データと、その観測データと同じ時間帯を表す観測データであって、前記或る仰角とは異なる仰角における前記内挿によって生成した観測データと、を用い、それら仰角間で、前記レーダ装置から取得した前記観測データを内挿する請求項1に記載のデータ処理方法。

請求項3

前記内挿ステップの後に、コンピュータが、或る時間帯の前記対象物についての、前記レーダ装置から取得した前記観測データ及び前記内挿によって生成した前記観測データから求まる前記観測値の総和値と、前記或る時間帯とは異なる時間帯の前記対象物についての、前記レーダ装置から取得した前記観測データ及び前記内挿によって生成した前記観測データから求まる前記観測値の総和値と、の差に基づいて、前記対象物の地表への降下量を求める降下量算出ステップをさらに有する請求項1又は2に記載のデータ処理方法。

請求項4

対象物が火山灰である請求項1から3のいずれか1項に記載のデータ処理方法。

請求項5

ビーム状の電磁波を、仰角を保って方位角方向に回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を、仰角が周期的に変更されるよう繰り返す一方、対象物からの前記電磁波の反射波又は散乱波を受信することにより、反射又は散乱が生じた位置の前記対象物の密度を表す観測値と、該反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられた観測データを生成するレーダ装置から、前記観測データを取得する取得手段と、前記観測データを用いて、前記仰角毎に、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた前記移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する風プロファイル算出手段と、前記仰角毎に、その仰角について前記風プロファイル算出手段によって算出された前記風向及び風速を用いて、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流の軌跡上に、前記観測データを内挿する内挿手段と、を備えるデータ処理装置

請求項6

コンピュータに、ビーム状の電磁波を、仰角を保って方位角方向に回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を、仰角が周期的に変更されるよう繰り返す一方、対象物からの前記電磁波の反射波又は散乱波を受信することにより、反射又は散乱が生じた位置の前記対象物の密度を表す観測値と、該反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられた観測データを生成するレーダ装置から、前記観測データを取得する取得機能と、前記観測データを用いて、前記仰角毎に、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた前記移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する風プロファイル算出機能と、前記仰角毎に、その仰角について前記風プロファイル算出機能によって算出された前記風向及び風速を用いて、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流の軌跡上に、前記観測データを内挿する内挿機能と、を実現させるプログラム

技術分野

0001

本発明は、データ処理方法データ処理装置、及びプログラムに関する。

背景技術

0002

気象レーダ装置は、や霧等の対象物電磁波を放射し、対象物で反射又は散乱されて戻ってくる反射波又は散乱波を受信することにより、対象物を観測する。例えば、反射波又は散乱波の強度によって、電磁波が入射した位置での水蒸気等の対象物の密度を知ることができる。

0003

特許文献1に示されるように、電磁波を、仰角を保って方位角方向回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を繰り返す気象レーダ装置が知られている。

先行技術

0004

特開平07−140227号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記気象レーダ装置から放射される電磁波はビーム状に絞られている。従って、対象物が風で流される場合、対象物全体にわたる電磁波の回転走査が、対象物の移流に対して遅すぎることとなる事態が生じうる。その場合、或る瞬間の対象物の3次元的な分布形状を把握できない。

0006

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、対象物が風で流される場合でも、対象物の3次元的な分布形状を把握できる技術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

0007

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点に係るデータ処理方法は、
ビーム状の電磁波を、仰角を保って方位角方向に回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を、仰角が周期的に変更されるよう繰り返す一方、対象物からの前記電磁波の反射波又は散乱波を受信することにより、反射又は散乱が生じた位置の前記対象物の密度を表す観測値と、該反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられた観測データを生成するレーダ装置から、コンピュータが、前記観測データを取得する取得ステップと、
コンピュータが、前記観測データを用いて、前記仰角毎に、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた前記移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する風プロファイル算出ステップと、
コンピュータが、前記仰角毎に、その仰角について前記風プロファイル算出ステップで算出した前記風向及び風速を用いて、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流の軌跡上に、前記観測データを内挿する内挿ステップと、
を有する。

0008

前記内挿ステップでは、前記仰角毎に前記観測データを内挿した後、
コンピュータが、
或る仰角における前記内挿によって生成した前記観測データと、
その観測データと同じ時間帯を表す観測データであって、前記或る仰角とは異なる仰角における前記内挿によって生成した観測データと、を用い、それら仰角間で、前記レーダ装置から取得した前記観測データを内挿してもよい。

0009

前記内挿ステップの後に、
コンピュータが、
或る時間帯の前記対象物についての、前記レーダ装置から取得した前記観測データ及び前記内挿によって生成した前記観測データから求まる前記観測値の総和値と、
前記或る時間帯とは異なる時間帯の前記対象物についての、前記レーダ装置から取得した前記観測データ及び前記内挿によって生成した前記観測データから求まる前記観測値の総和値と、の差に基づいて、前記対象物の地表への降下量を求める降下量算出ステップをさらに有してもよい。

0010

対象物が火山灰雲であってもよい。

0011

本発明の第2の観点に係るデータ処理装置は、
ビーム状の電磁波を、仰角を保って方位角方向に回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を、仰角が周期的に変更されるよう繰り返す一方、対象物からの前記電磁波の反射波又は散乱波を受信することにより、反射又は散乱が生じた位置の前記対象物の密度を表す観測値と、該反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられた観測データを生成するレーダ装置から、前記観測データを取得する取得手段と、
前記観測データを用いて、前記仰角毎に、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた前記移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する風プロファイル算出手段と、
前記仰角毎に、その仰角について前記風プロファイル算出手段によって算出された前記風向及び風速を用いて、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流の軌跡上に、前記観測データを内挿する内挿手段と、
を備える。

0012

本発明の第3の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
ビーム状の電磁波を、仰角を保って方位角方向に回転走査させた後、仰角を変更し、変更後の仰角を保って再び方位角方向に回転走査させる動作を、仰角が周期的に変更されるよう繰り返す一方、対象物からの前記電磁波の反射波又は散乱波を受信することにより、反射又は散乱が生じた位置の前記対象物の密度を表す観測値と、該反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻とが対応付けられた観測データを生成するレーダ装置から、前記観測データを取得する取得機能と、
前記観測データを用いて、前記仰角毎に、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流距離を求め、求めた前記移流距離に基づいて、風向及び風速を算出する風プロファイル算出機能と、
前記仰角毎に、その仰角について前記風プロファイル算出機能によって算出された前記風向及び風速を用いて、前記対象物の前記電磁波が入射した部分の移流の軌跡上に、前記観測データを内挿する内挿機能と、
を実現させる。

発明の効果

0013

本発明によれば、仰角毎に風向及び風速を算出し、算出された風向及び風速を用いて、対象物の移流の軌跡上に観測データを内挿するので、対象物が風で流される場合でも、対象物の3次元的な分布形状を把握できる。

図面の簡単な説明

0014

実施形態に係る降灰量予測システムブロック図である。
気象レーダ装置によるマイクロ波スキャン動作を説明する説明図である。
気象レーダ装置による火山灰雲の観測の様子を示す概念図である。
降灰量算出処理フローチャートである。
火山灰雲の断面位置を時間で内挿する様子を示す概念図である。
火山灰雲の断面位置を仰角間で内挿する様子を示す概念図である。
火山灰雲の形状の内挿結果を示す表示画面のスクリーンショットである。
降灰量分布予測結果を示す表示画面のスクリーンショットである。

実施例

0015

以下、電磁波を放射する対象物が火山灰雲である場合を例に挙げ、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図中、同一又は相当する部分に同一符号を付す。

0016

図1に示すように、本実施形態に係る降灰量予測システム100は、気象レーダ装置10と、データ処理装置としての降灰量予測装置20と、を備える。

0017

気象レーダ装置10は、送受信アンテナ11、制御部12、信号処理部13、及び通信部14を備える。

0018

送受信アンテナ11は、ビーム状に絞られた、電磁波としてのマイクロ波を、周囲に放射する一方、火山灰雲を構成する火山屑物から、マイクロ波の反射波又は散乱波としてのエコーを受信する。エコーの強度が大きい程、エコーが生じた位置の火山破屑物の密度が高いことを表す。

0019

制御部12は、送受信アンテナ11、信号処理部13、及び通信部14を制御する。特に、制御部12は、送受信アンテナ11の姿勢を変化させることにより、マイクロ波を放射する方向(エコーを受信する方向)を制御する。

0020

図2(A)に示すように、送受信アンテナ11の位置を原点とするrθφ球面座標系を定義する。図2(A)には、理解を容易にするために、xyz直交座標系も示す。送受信アンテナ11は、仰角θを一定に保ったまま、方位角φの方向に360°回転した後、仰角θを変化させ、その仰角θを一定に保ったまま再び方位角φの方向に360°回転する動作を、仰角θが予め決められた複数の値内で周期的に変更されるよう繰り返す。

0021

こうして、送受信アンテナ11は、複数の仮想円錐の各々の側面に沿って、マイクロ波を回転走査させる。図1の制御部12が、このような動作を実現させる。

0022

図2(B)に、仰角θが取り得る具体的な値θ1〜θ12を示す。仰角θ1でのマイクロ波の方位角φ方向の走査の開始から、順番に仰角θ12でのマイクロ波の方位角φ方向の走査を終えるまでに要する時間、即ち、マイクロ波の走査の周期は、約5分である。

0023

なお、図2(B)には、火山Vの位置も示す。マイクロ波を走査させる空間領域が、火山V上方の火山灰雲が存在しうる空間領域を内包している。

0024

図1に戻って、気象レーダ装置10の説明を続ける。信号処理部13は、送受信アンテナ11から、観測値としてのエコー強度を表す信号を取得し、取得したその信号に基づいて、観測データとしてのエコー強度データを生成する。エコー強度データは、エコーが生じた位置の火山破屑物の密度を表すエコー強度値と、そのエコーが生じた位置の座標(r、θi、φ)及び時刻tとが対応付けられたものである(但し、i=1〜12)。即ち、エコー強度データ群によれば、球面座標系で想定される格子の各点(r、θi、φ)における各時刻tのエコー強度値が分かる。なお、このようなエコー強度データは、PPI(Plan Position Indicator)データとも呼ばれる。

0025

通信部14は、信号処理部13で生成されたエコー強度データを、通信ネットワークNを介して、降灰量予測装置20に送信する。

0026

以下、気象レーダ装置10による火山灰雲の観測動作、及び降灰量予測装置20の動作の概要について説明する。

0027

図3に示すように、或る仰角θnでのマイクロ波の回転走査により、火山灰雲の、マイクロ波が沿う仮想円錐の側面と交差する断面D11についてのエコー強度データを得たとする。ここで断面とは、火山灰雲のうち回転走査されるマイクロ波が入射した部分を指す概念とする(以下、同様)。

0028

次に、仰角をθnからθn+1に変更し、仰角θn+1で回転走査をしたとき、火山灰雲の断面D22についてのエコー強度データを得る。次に、仰角をθn+1からθn+2に変更し、仰角θn+2で回転走査をしたとき、火山灰雲の断面D33についてのエコー強度データを得る。このようにして、火山灰雲の複数の断面についてのエコー強度データが得られる。

0029

しかし、それらエコー強度データは異なる時間帯に得られたものである。送受信アンテナ11の仰角θ等を変更する間に、火山灰雲の位置や形状が風によって時々刻々変化する。火山灰雲の移流量は、例えば、5分あたり5kmとなる場合もある。このため、異なる時間帯に得られたエコー強度データを寄せ集めても、或る瞬間での火山灰雲全体の3次元的な分布形状を把握することはできない。

0030

例えば、時刻τの瞬間での火山灰雲の分布形状を知るには、断面D12及びD13についてのエコー強度データも必要である。また、時刻τ+Δτの瞬間での火山灰雲の分布形状を知るには、断面D21及びD23についてのエコー強度データも必要である。また、時刻τ+2Δτの瞬間での火山灰雲の分布形状を知るには、断面D31及びD32についてのエコー強度データも必要である。

0031

そこで、降灰量予測装置20が、気象レーダ装置10で生成されたエコー強度データを用いて、断面D12、D13、D21、D23、D31、及びD32についてのエコー強度データを内挿により求める。これにより、任意の時刻での、火山灰雲全体の3次元的な分布形状を把握することができる。また、降灰量の予測も可能となる。

0032

図1に戻って、降灰量予測装置20の説明を続ける。降灰量予測装置20は、記憶部21、RAM(Random Access Memory)22、指示部23、表示部24、通信部25、及びCPU(Central Processing Unit)26が、バス27で接続された構成を備える。

0033

記憶部21は、HDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体を含んで構成される。記憶部21は、降灰量算出プログラム21aを記憶する。降灰量算出プログラム21aは、気象レーダ装置10で生成されたエコー強度データを内挿し、降灰量を算出するためのCPU26の動作を規定する。

0034

RAM22は、CPU26のメインメモリとして機能する。CPU26による降灰量算出プログラム21aの実行に際し、RAM22に、降灰量算出プログラム21aが展開され、気象レーダ装置10から取得されたエコー強度データ等が一時的に格納される。

0035

指示部23は、ユーザがCPU26に対して降灰量算出プログラム21aの実行の開始及び終了を指示するための装置である。具体的には、指示部23は、キーボードマウス等で構成される。

0036

表示部24は、CPU26による火山灰雲の3次元的な分布形状の算出結果(図7参照)や、降灰量の算出結果(図8参照)等を表示出力するディスプレイで構成される。

0037

通信部25は、通信ネットワークNを介して気象レーダ装置10からエコー強度データを取得する。

0038

CPU26は、記憶部21に記憶された降灰量算出プログラム21aを実行することにより、降灰量算出処理を実現する。

0039

以下、図4図7を参照し、降灰量算出処理について具体的に説明する。

0040

図4は、降灰量算出処理のフローチャートである。本処理は、ユーザが火山の噴火を目視確認する等し、指示部23で処理開始の指示を与えることにより開始する。

0041

CPU26は、指示部23による処理開始の指示を検出すると、気象レーダ装置10からエコー強度データの取得を開始する(ステップS11)。このようにしてCPU26は、エコー強度データを取得する取得手段として機能する。なお、エコー強度データは、3次元球面座標系での各格子点(r、θi、φ)における各時刻tのエコー強度を表す。

0042

以降、CPU26は、気象レーダ装置10から順次新たなエコー強度データをリアルタイムに取得しながら、既に取得したエコー強度データを用いて、ステップS12〜S17の処理を行う。

0043

まず、CPU26は、気象レーダ装置10から取得したエコー強度データを用いて、仰角θi毎に、風向及び風速を求める(ステップS12)。以下、図5を参照し、具体例を挙げて、風向及び風速の求め方を説明する。

0044

図5(A)に示すように、時刻taに、或る仰角θk(但し、kは1〜12の任意の整数とする。)での回転走査で火山灰雲の断面Daについてのエコー強度データを取得した後、時刻ta+Tに、同じ仰角θkでの回転走査で火山灰雲の断面Dbについてのエコー強度データを取得した場合を考える。ここでTは、仰角を図2(B)のθ1〜θ12の間で周期的に変化させる場合の1周期を表し、既述のようにT=約5分である。

0045

図5(B)は、火山灰雲の断面Da、Dbをそれぞれ鉛直下方の仮想水平面に投影した領域Ra、Rbを示す。

0046

まず、CPU26は、領域RaとRbの各々の重心を求める。ここで領域の重心とは、火山灰雲の断面内の各格子点におけるエコー強度値を質量と見立て、その各格子点に対応する領域内の各点にその質量の質点が存在すると考えた場合の重心を指す。

0047

次に、CPU26は、重心GaとGbをつなぐ変位ベクトルPを求める。重心GaとGbの座標が求まっているので、変位ベクトルPの向きを表す方位角φkと長さ|P|とが分かる。変位ベクトルPの長さ|P|は、火山灰雲の移流距離を表し、変位ベクトルPの向きを表す方位角φkは風向を表す。また、変位ベクトルPの長さ|P|を周期Tで割れば、風速が求まる。

0048

次に、CPU26は、風速に移流の前後での平均火山灰量を重み付けした物理量としての風力を求める。ここで平均火山灰量とは、断面Da内でのエコー強度値の総和値Maと、断面Db内でのエコー強度値の総和値Mbとの平均値(Ma+Mb)/2である。具体的には、風力は、Wk=(|P|/T)・(Ma+Mb)/2で与えられる。

0049

以上で、仰角θkについて、風向φkと風力Wkが求まった。以下、時刻taからta+Tの間、高さz=ra・sinθk〜rb・sinθkの範囲では、方向φkに強さWkの風が吹いていたとみなす。ここで、raは、断面Da内における重心Gaに対応する点の、球面座標系における原点からの距離を表す。rbは、断面Db内における重心Gbに対応する点の、球面座標系における原点からの距離を表す。

0050

以上のように、観測対象の火山灰雲そのものをトレーサ(tracer;追跡子)として利用することで、CPU26が、仰角θk毎に、変位ベクトルPを求め、変位ベクトルPに基づき風向、風速、及び風力を算出することができる。

0051

CPU26は、上述の要領で、仰角毎に風向、風速、及び風力を求めることによって、風プロファイル算出手段として機能する。仰角と標高は対応しているので、仰角θ毎に風のプロファイルを求めることは、標高毎に風のプロファイルを求めることに相当する。

0052

次に、CPU26は、ステップS12で求めた風力及び風向を用いて、エコー強度データを仰角内で内挿する(図4のステップS13)。

0053

図5を再び参照し、仰角θk内でのエコー強度データの内挿を例に挙げて、具体的に説明する。上で求めた風向φk及び風力Wkをもつ風によって、火山灰雲が断面Daの位置から断面Dbの位置まで移流されたと考える。その移流の軌跡上に、エコー強度データを内挿する。

0054

まず、CPU26は、どの時刻にエコー強度データを内挿するのか、その時刻を指定する。理解を容易にするために、図5(A)には、時刻ta〜ta+Tを3等分し、時刻ta+(T/3)、時刻ta+(2T/3)に、それぞれ仮想断面Dab−1内のエコー強度データ、仮想断面Dab−2内のエコー強度データを内挿した様子を示す。

0055

次に、CPU26は、内挿しようとする仮想断面Dab−1、Dab−2に対応する射影領域の重心Gab−1、Gab−2を求める。上述のように、風力Wk及び風向φkは、時刻ta〜ta+Tの間一定とみなすが、火山灰雲を構成する火山破屑物の総量は時々刻々変化する。このため、時間的に均等に内挿しても、重心Gab−1とGab−2が必ずしも変位ベクトルPを3等分する訳ではない。

0056

以下、重心Gab−1の求め方を説明する。重心Gab−2も同様にして求めることができる。

0057

まず、CPU26は、仰角θkにおける火山灰雲の重量変化率αを求める。重量変化率αは、断面Da内でのエコー強度値の総和値Maと、断面Db内でのエコー強度値の総和値Mbとの差を時間Tで割った値、α=(Mb−Ma)/Tで与えられる。

0058

次に、CPU26は、重量変化率αを用いて、時刻taから、内挿する時刻ta+(T/3)までの間の、火山灰雲の平均重量Mmを求める。具体的には、この平均重量Mmは、Mm=(Ma+Ma・(1−α)・(T/3))/2で与えられる。

0059

次に、CPU26は、風力Wkを平均重量Mmで割った値に時間T/3をかけて得られる移動距離L=(Wk/Mm)・(T/3)を求める。変位ベクトルPに沿って点Gaから距離L隔てた点が、求めようとしている重心Gab−1の位置である。Gab−1は、重心位置がGaで総重量がMmの火山灰群が、風力Wkの風を風向φkの方向に時間T/3の間受け続けた結果の重心位置を表す。同様に、CPU26は、重心Gab−2の位置も求める。

0060

次に、CPU26は、重心Gab−1及びGab−2に配置されるエコー強度値の分布を、公知のモーフィング法により求める。モーフィング法は、コンピュータグラフィックスの分野において、2つの画像データがある場合に、一方の画像データを他方の画像データへ滑らかに変化させる手法としてしばしば用いられている。例えば、或る顔の画像データを別の顔の画像データに連続的に変化させることができる。

0061

エコー強度データも、画像データと同様、座標毎に値(エコー強度値)をもつ。従って、CPU26は、公知のモーフィング法を用いて、領域Raのエコー強度値の分布から、領域Rbのエコー強度値の分布へと滑らかに変化していくように、重心Gab−1、Gab−2の位置に、エコー強度値の分布を内挿することができる。

0062

重心Gab−1、Gab−2におけるエコー強度値の分布が求まれば、対応する仮想断面Dab−1、Dab−2におけるエコー強度値の分布も求まる。以上のようにして、CPU26は、仰角内で火山灰雲の断面を表すエコー強度データを内挿する。なお、内挿の時間間隔(上述したT/3に相当する値)は、例えば、30秒である。

0063

図3を再び参照する。以上までの処理で、断面D12、D13、D21、D23、D31、及びD32についてのエコー強度データが内挿により求まる。これにより、同じ時刻における火山灰雲の複数の断面についてのエコー強度データが得られたので、任意の時刻、即ち図3の例では、時刻τ、τ+Δτ、τ+2Δτのそれぞれにおける火山灰雲全体の3次元的な分布形状を把握しうる。但し、火山灰雲全体の分布形状をより詳細に把握するには、各時刻における火山灰雲の、より多くの断面についてのエコー強度データが望まれる。

0064

そこで、CPU26は、次に、仰角間でのエコー強度データの内挿を行う(図4のステップS14)。以下、図6を参照し、具体的に説明する。

0065

図6には、既にエコー強度データが得られている、同じ時刻の火山灰雲の断面Dkと断面Dk+1とが示されている。断面Dkは、仰角θkに対応する仮想円錐の側面で切り取られ、断面Dk+1は、仰角θk+1に対応する仮想円錐の側面で切り取られる。断面Dkについてのエコー強度データは、気象レーダ装置10から取得したか、又はステップS13で内挿したものである。断面Dk+1についてのエコー強度データは、ステップS13で内挿したものとする。

0066

以下、理解を容易にするために、仰角θk〜仰角θk+1の間の仰角θx及びθyについて、エコー強度データを内挿する具体例について説明する。

0067

まず、CPU26は、断面Dk内の重心Gkと、断面Dk+1内の重心Gk+1とを結ぶ直線Qを求める。次に、CPU26は、仰角θx、θyのそれぞれに対応する仮想円錐の側面と直線Qとが交差する点Gx、Gyを求める。

0068

次に、CPU26は、点Gxを重心とするエコー強度値の分布、及び点Gyを重心とするエコー強度値の分布を、それぞれモーフィング法により求める。即ち、CPU26は、断面Dkのエコー強度値の分布から、断面Dk+1のエコー強度値の分布へと仰角方向に滑らかに変化していくように、仮想断面Dx及びDyの位置に、エコー強度値の分布を内挿する。このようにして、CPU26は、仰角間でエコー強度データを内挿する。内挿の仰角間隔は、例えば、0.5°である。

0069

以上のように、CPU26は、エコー強度データを内挿する内挿手段として機能する。

0070

次に、CPU26は、気象レーダ装置10から取得したエコー強度値データ、及びステップS13及びS14で内挿して得られた内挿データに対して、rθφ球面座標系から、xyz直交座標系への座標変換を行う(ステップS15)。具体的には、両座標系間には、x=r・(sinθ)・(cosφ)、y=r・(sinθ)・(sinφ)、z=r・(cosθ)なる関係がある。

0071

また、CPU26は、得られた直交座標系の元データを、直交座標系のメッシュに当てはめてもよい。メッシュの格子点に対応する元データが存在しない場合は、その格子点に最も近い点の元データをその格子点のデータとみなしてもよい。

0072

なお、ステップ15の座標変換は、後に立体画像を表示するために行われる。rθφ球座標データ形式立体画像表示を行うことができる場合は、ステップ15の座標変換は必ずしも必要でない。

0073

以上により、或る時間間隔、例えば1分ごとの、火山灰雲全体の3次元形状分布を知ることができる。そこで、CPU26は、火山灰雲の3次元形状の時間変化模様を表示部24に表示出力させることができる。

0074

図7に、火山灰雲の3次元形状の時間変化の表示画面のスクリーンショットを示す。左から順に、降灰量算出処理の開始から2分後、10分後、及び20分後の火山灰雲の3次元形状を示す。

0075

次に、CPU26は、地上降灰量分布を算出する(図4のステップS16)。以下、具体的に説明する。或る時間帯の火山灰雲についてのエコー強度データ及び内挿データから求まるエコー強度値の総和値をA1とする。また、それより後の時間帯の火山灰雲についてのエコー強度データ及び内挿データから求まるエコー強度値の総和値をA2とする。

0076

このとき、全体の火山灰量は保存するから、差A1−A2で表される減少量は、地上に降った火山灰の量を表すと考えられる。各時間帯の火山灰雲の空間的位置は分かるので、火山灰が地上のどの領域に降ったかも特定することができる。

0077

そこで、CPU26は、差A1−A2で表される降灰量を算出すると共に、火山灰が地上のどの領域に降ったかを地図と併せて表示部24に表示出力させることができる。

0078

図8に、降灰量分布の予測結果を示す表示画面のスクリーンショットを示す。このように、CPU26は、地図上に濃淡で降灰量を表現した予測分布を示す。

0079

次に、CPU26は、降灰量予測処理を終了するか否か判定する(図4のステップS17)。CPU26は、処理を継続する場合は(図4のステップS17;NO)、ステップS12〜S16を繰り返し、指示部23における処理終了の指示を検出すると(図4のステップS17;YES)、本処理を終了する。

0080

以上説明したように、本実施形態によれば、仰角毎に風向及び風速を算出し、算出された風向及び風速を用いて、火山灰雲の移流の軌跡上にエコー強度データを内挿するので、火山灰雲が風で流される場合でも、火山灰雲の3次元的な分布形状を把握できる。

0081

また、風向及び風速の算出と、エコー強度データの内挿とを、仰角毎に行うので、風のプロファイルが高さ方向に変化している場合でも、火山灰雲の3次元的な分布形状を適切に把握できる。

0082

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下の変形が可能である。

0083

(1)上記実施形態では、ステップS12で、火山灰雲の移流距離を求めるために、移流の前後での断面の重心を求め、いわゆる重心追跡法に則って変位ベクトルP(図5参照)を求めた。火山灰雲の断面の移流距離を求めるに際し、必ずしも重心を算出する必要はない。例えば、断面内の任意の点を重心の代わりに用いてもよい。

0084

(2)また、図5で、仰角θkに対応する仮想円錐の側面上において、時刻taと時刻tbの少なくとも一方において、火山灰雲の複数の断面が観測される場合もありうる。その場合は、時刻taで観測された断面と、時刻tbで観測された断面との組み合わせのうち、エコー強度値の分布が最もマッチングする、即ち近似する組み合わせの断面間で、移流距離を求めればよい。

0085

(3)上記実施形態では、ユーザが火山の噴火を目視確認し、指示部23にて、降灰量予測処理の開始を指示するようにした。降灰量予測装置20が、気象レーダ装置10から常時にエコー強度データを取得していて、CPU26が、火山灰雲の存在を表すエコー強度値を検出した場合に、図4のステップS12以降の処理を自ら開始してもよい。また、図4のステップS17では、処理終了の契機をユーザが与えたが、火山灰雲を表すエコー強度値が検出されなくなった場合に、CPU26が、自ら処理を終了してもよい。

0086

(4)上記実施形態では、CPU26が、最終的に、火山灰雲を構成する火山破屑物の地表への降下量を求めた。CPU26は、エコー強度データの内挿によって、火山灰雲の3次元的な分布形状を把握できるので、降下量の算出に限らず、例えば、噴煙の高度、噴出率、噴出速度等を算出することも可能である。

0087

(5)上記実施形態では、対象物の密度を表す観測値が、電磁波の反射又は散乱が生じた位置の座標及び時刻と対応付けられた観測データとして、エコー強度データを挙げて説明した。観測データに含まれる観測値としては、エコー強度以外にも、ドップラー速度反射因子差、比偏波間位相差等の偏波パラメータ等が挙げられる。これらの観測値によれば、降灰粒子の数密度や形状の判別の他、雨と降灰粒子の判別等も可能となる。

0088

(6)上記実施形態では、レーダ装置が電磁波を照射する対象物を火山灰雲としたが、例えば、山火事等の火災による噴煙、黄砂、霧、雨雲等を対象物とすることもできる。

0089

(7)上記実施形態では、電磁波としてマイクロ波を用いたが、例えば、ミリ波を用いてもよい。対象物に応じた波長の電磁波を用いることができる。

0090

(8)上記実施形態では、降灰量予測装置20を、通信ネットワークNを介して気象レーダ装置10から離れた位置に配置したが、通信ネットワークNを介さずに、気象レーダ装置10が設置される設備に降灰量予測装置20を配置してもよい。

0091

(9)図4の降灰量予測処理は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータを用いて実現できる。例えば、降灰量算出プログラム21aをコンピュータにインストールすることで、降灰量予測装置20を実現できる。降灰量算出プログラム21aは、例えば、CD−ROM(Compact Disk Read-Only Memory)、DVD−ROM(Digital Versatile Disk Read-Only Memory)、MO(Magneto Optical Disk)等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納し配布することもできる。また、インターネット等の通信ネットワーク上のサーバが有する記憶装置に降灰量算出プログラム21aを格納しておき、通信ネットワークを通じて他のコンピュータが降灰量算出プログラム21aをダウンロード等してもよい。搬送波に降灰量算出プログラム21aを重畳し、配信することもできる。通信ネットワーク上の掲示板(BBS, Bulletin Board System)に降灰量算出プログラム21aを掲示し、ネットワークを介して配信してもよい。降灰量予測装置20の機能を、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションプログラム分担又は協働で実現する場合は、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

0092

本発明は、その広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされる。上記実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

0093

10…気象レーダ装置(レーダ装置)、11…送受信アンテナ、12…制御部、13…信号処理部、14…通信部、20…降灰量予測装置(データ処理装置)、21…記憶部、21a…降灰量算出プログラム(プログラム)、22…RAM、23…指示部、24…表示部、25…通信部、26…CPU(取得手段、風プロファイル算出手段、内挿手段)、27…バス、100…降灰量予測システム、N…通信ネットワーク。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ