JP2004093291A - 雨量測定装置、雨量測定方法及び雨量測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】区間平均雨量を高時間分解能で高精度に測定をすることができる雨量測定装置、雨量測定方法及びこの雨量測定装置を有し、面雨量を高時間分解能で高精度に測定をすることができる雨量測定システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る雨量測定装置１は、所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機１０と、所定の区間の他端部に配置され、送信機１０により送信された電波を受信する受信機２０と、受信機２０により受信された電波の受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量を算出し、当該減衰量に基づいて係数α及びβを求め、減衰量と係数α及びβとを用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量を算出する雨量算出手段５０と、を備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雨量測定装置、雨量測定方法及び雨量測定システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、雨量を測定する雨量計としては、受水器に入った雨が転倒マスに注がれ、この転倒マスに注がれた雨の量が所定量に達するとマスが転倒し、その転倒回数を計数することにより雨量を測定する転倒マス型雨量計がある。また、電波を発信し、雨に反射して戻ってきた電波の強さと、戻ってくるまでの時間とから所定の平面領域における面雨量を測定する降雨レーダ等が知られている。さらに、特開平５−２２３９５１号公報には、電波ビームの減衰量より降雨量を測定する「区間降雨検出システム」が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、転倒マス型雨量計では、雨量計が設置されている地点のみの雨量しか測定できないため、雨量計の上空を降雨の中心が通過するか、降雨の端が通過するかで、雨量の測定値は大きく異なる。また、転倒マスに注がれた雨の量が所定量に達しないとマスが転倒しないことより降雨量によって時間分解能が変化し、さらに、降雨量が少ないときには時間分解能が低くなるという問題を有する。降雨レーダは、高時間分解能で所定の平面領域における面雨量の測定が可能であるが、測定精度が悪いという問題を有する。さらに、上記「区間降雨検出システム」については、高時間分解能で所定区間の区間平均雨量の測定が可能であるが測定精度が十分でないという問題を有する。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、区間平均雨量を高時間分解能で高精度に測定をすることができる雨量測定装置、雨量測定方法及びこの雨量測定装置を有し、面雨量を高時間分解能で高精度に測定をすることができる雨量測定システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る雨量測定装置は、（１）所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機と、（２）所定の区間の他端部に配置され、送信機により送信された電波を受信する受信機と、（３）受信機により受信された電波の受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量Ａを算出し、減衰量Ａと減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
【０００６】
【数５】

により所定の区間における雨量Ｒを算出する雨量算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る雨量測定方法は、（１）所定の区間の一端部に配置された送信機により電波を送信する送信ステップと、（２）送信機により送信された電波を所定の区間の他端部に配置された受信器により受信する受信ステップと、（３）受信機により受信された電波の受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量Ａを算出し、減衰量Ａと減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
【０００８】
【数６】

により所定の区間における雨量Ｒを算出する雨量算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る雨量測定装置又は雨量測定方法によれば、所定の区間の一端部に配置された送信機により電波が送信され、送信機により送信された電波が所定の区間の他端部に配置された受信機により受信される。そして、受信機により受信された電波の受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量Ａが算出され、減衰量Ａと減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量Ｒが雨量算出手段により（雨量算出ステップで）算出される。よって、係数α及びβそれぞれを一定値とした場合と比較して雨量の測定精度が向上する。
【００１０】
本発明に係る雨量測定装置は、（１）所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機と、（２）所定の区間の他端部に配置され、送信機により送信された電波を受信する受信機と、（３）外気温度を測定する外気温度測定手段と、（４）外気温度測定手段により測定された外気温度に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する外気温度補正手段と、（５）外気温度補正手段により補正された受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量を算出し、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量を算出する雨量算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る雨量測定方法は、（１）所定の区間の一端部に配置された送信機により電波を送信する送信ステップと、（２）送信機により送信された電波を所定の区間の他端部に配置された受信器により受信する受信ステップと、（３）外気温度を測定する外気温度測定ステップと、（４）外気温度測定ステップで測定された外気温度に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する外気温度補正ステップと、（５）外気温度補正ステップで補正された受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量を算出し、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量を算出する雨量算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る雨量測定装置又は雨量測定方法によれば、所定の区間の一端部に配置された送信機により電波が送信され、送信機により送信された電波が所定の区間の他端部に配置された受信機により受信される。また、外気温度が外気温度測定手段により（外気温度測定ステップで）測定され、外気温度測定手段により（外気温度測定ステップで）測定された外気温度に基づいて受信機により受信された電波の受信電力が外気温度補正手段により（外気温度補正ステップで）補正される。そして、外気温度補正手段により（外気温度補正ステップで）補正された受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量が算出され、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量が雨量算出手段により（雨量算出ステップで）算出される。よって、外気温度の変化が生じても正確な雨量測定が可能となる。
【００１３】
本発明に係る雨量測定装置は、（１）所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機と、（２）所定の区間の他端部に配置され、送信機により送信された電波を受信する受信機と、（３）大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定手段と、（４）水蒸気量測定手段により測定された水蒸気量に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する水蒸気量補正手段と、（５）水蒸気量補正手段により補正された受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量を算出し、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量を算出する雨量算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る雨量測定方法は、（１）所定の区間の一端部に配置された送信機により電波を送信する送信ステップと、（２）送信機により送信された電波を所定の区間の他端部に配置された受信器により受信する受信ステップと、（３）大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定ステップと、（４）水蒸気量測定ステップで測定された水蒸気量に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する水蒸気量補正ステップと、（５）水蒸気量補正ステップで補正された受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量を算出し、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量を算出する雨量算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る雨量測定装置又は雨量測定方法によれば、所定の区間の一端部に配置された送信機により電波が送信され、送信機により送信された電波が所定の区間の他端部に配置された受信機により受信される。また、大気中の水蒸気量が水蒸気量測定手段により（水蒸気量測定ステップで）測定され、水蒸気量測定手段により（水蒸気量測定ステップで）測定された水蒸気量に基づいて受信機により受信された電波の受信電力が水蒸気量補正手段により（水蒸気量補正ステップで）補正される。そして、水蒸気量補正手段により（水蒸気量補正ステップで）補正された受信電力に基づいて所定の区間における電波の減衰量が算出され、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により所定の区間における雨量が雨量算出手段により（雨量算出ステップで）算出される。よって、大気中の水蒸気量の変化が生じても正確な雨量測定が可能となる。
【００１６】
本発明に係る雨量測定装置では、送信機の送信周波数及び受信機の受信周波数が、２０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ又は５０ＧＨｚ〜５２ＧＨｚである、ことが好適である。
【００１７】
この場合、２０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの周波数帯においては水蒸気の電波減衰係数が大きいので高精度に雨量の測定ができる。また、５０ＧＨｚ〜５２ＧＨｚの周波数帯においては５０ＧＨｚ帯簡易無線局を雨量測定装置用の送受信機として容易に利用することができる。
【００１８】
本発明に係る雨量測定システムは、（１）複数の所定の区間それぞれの一端部に配置され、電波を送信する複数の送信機と、（２）複数の所定の区間それぞれの他端部に配置され、複数の送信機それぞれにより送信された電波を受信する受信機と、（３）受信機により受信された電波の受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量Ａを算出し、減衰量Ａと減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
【００１９】
【数７】

により複数の所定の区間それぞれにおける雨量Ｒを算出し、雨量Ｒに基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る雨量測定方法は、（１）複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機それぞれにより電波を送信する送信ステップと、（２）複数の送信機それぞれにより送信された電波を複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信する受信ステップと、（３）受信機により受信された電波の受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量Ａを算出し、減衰量Ａと減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
【００２１】
【数８】

により複数の所定の区間それぞれにおける雨量Ｒを算出し、雨量Ｒに基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る雨量測定システム又は雨量測定方法によれば、複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機により電波が送信され、複数の送信機それぞれにより送信された電波が複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信される。そして、受信機により受信された電波の受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量Ａが算出され、減衰量Ａと減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量Ｒが算出され、雨量Ｒに基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量が雨量算出手段により（雨量算出ステップで）算出される。よって、係数α及びβそれぞれを一定値とした場合と比較して雨量の測定精度が向上する。
【００２３】
本発明に係る雨量測定システムは、（１）複数の所定の区間それぞれの一端部に配置され、電波を送信する複数の送信機と、（２）複数の所定の区間それぞれの他端部に配置され、複数の送信機それぞれにより送信された電波を受信する受信機と、（３）外気温度を測定する外気温度測定手段と、（４）外気温度測定手段により測定された外気温度に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する外気温度補正手段と、（５）外気温度補正手段により補正された受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量を算出し、減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、当該雨量に基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る雨量測定方法は、（１）複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機それぞれにより電波を送信する送信ステップと、（２）複数の送信機それぞれにより送信された電波を複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信する受信ステップと、（３）外気温度を測定する外気温度測定ステップと、（４）外気温度測定ステップで測定された外気温度に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する外気温度補正ステップと、（５）外気温度補正ステップで補正された受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量を算出し、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、当該雨量に基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る雨量測定システム又は雨量測定方法によれば、複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機により電波が送信され、複数の送信機それぞれにより送信された電波が複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信される。また、外気温度が外気温度測定手段により（外気温度測定ステップで）測定され、外気温度測定手段により（外気温度測定ステップで）測定された外気温度に基づいて受信機により受信された電波の受信電力が外気温度補正手段により（外気温度補正ステップで）補正される。そして、外気温度補正手段により（外気温度補正ステップで）補正された受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量が算出され、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量が算出され、当該雨量に基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量が雨量算出手段により（雨量算出ステップで）算出される。よって、外気温度の変化が生じても正確な雨量測定が可能となる。
【００２６】
本発明に係る雨量測定システムは、（１）複数の所定の区間それぞれの一端部に配置され、電波を送信する複数の送信機と、（２）複数の所定の区間それぞれの他端部に配置され、複数の送信機それぞれにより送信された電波を受信する受信機と、（３）大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定手段と、（４）水蒸気量測定手段により測定された水蒸気量に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する水蒸気量補正手段と、（５）水蒸気量補正手段により補正された受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量を算出し、減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、当該雨量に基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る雨量測定方法は、（１）複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機それぞれにより電波を送信する送信ステップと、（２）複数の送信機それぞれの送信した電波を複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信する受信ステップと、（３）大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定ステップと、（４）水蒸気量測定ステップで測定された水蒸気量に基づいて受信機により受信された電波の受信電力を補正する水蒸気量補正ステップと、（５）水蒸気量補正ステップで補正された受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量を算出し、当該記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、当該雨量に基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出ステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００２８】
本発明に係る雨量測定システム又は雨量測定方法によれば、複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機により電波が送信され、複数の送信機それぞれにより送信された電波が複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信される。また、大気中の水蒸気量が水蒸気量測定手段により（水蒸気量測定ステップで）測定され、水蒸気量測定手段により（水蒸気量測定ステップで）測定された水蒸気量に基づいて受信機により受信された電波の受信電力が水蒸気量補正手段により（水蒸気量補正ステップで）補正される。そして、水蒸気量補正手段により（水蒸気量補正ステップで）補正された受信電力に基づいて複数の所定の区間それぞれにおける電波の減衰量が算出され、当該減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により複数の所定の区間それぞれにおける雨量が算出され、当該雨量に基づいて複数の所定の区間を含む領域における雨量が雨量算出手段により（雨量算出ステップで）算出される。よって、大気中の水蒸気量の変化が生じても正確な雨量測定が可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３０】
まず、本実施形態に係る雨量測定装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る雨量測定装置１の全体構成を示すブロック図である。雨量測定装置１は、送信機１０、受信機２０、外気温補正部３０（外気温度補正手段）、外気温センサ３１（外気温度測定手段）、水蒸気量補正部４０（水蒸気量補正手段）、湿度センサ４１（水蒸気量測定手段）、雨量算出部５０（雨量算出手段）を備えている。
【００３１】
送信機１０は、所定の区間において受信機２０に対して一定の出力（０．０３Ｗ）で電波を送信する。送信機１０には、例えば、５０ＧＨｚ帯簡易無線システムである日本電気株式会社製のＰＡＳＯＬＩＮＫ５０を用いる。ここで、電波の周波数が１０ＧＨｚを超えると、電波の伝搬路上に存在する降雨中の雨滴の直径が電波の波長と同じ程度のものとなるため雨滴による電波の吸収及び散乱が生じる。これにより電波は減衰し、その減衰量は降雨量と非常に良い相関がある。従って、この電波の減衰量を測定することにより電波の伝搬区間の平均雨量を測定することができる。
【００３２】
図２は、電波の周波数と減衰係数との関係を示す図である。高精度な雨量測定を行うためには、酸素による電波の減衰が小さく、水蒸気による電波の減衰が大きい周波数帯を使用することが望ましい。よって、使用する電波の周波数は、２０〜４０ＧＨｚが好適であり、特に水蒸気の減衰係数のピークが存在する２２ＧＨｚが好適である。また、５０ＧＨｚ帯簡易無線局を雨量測定装置用の送受信機として容易に利用することができる点から、使用する周波数は５０ＧＨｚ〜５２ＧＨｚが好適である。
【００３３】
受信機２０は、送信機１０の発信した電波を受信し、その受信電力を検出する。送信機１０と受信機２０との区間距離は、例えば、本実施形態においては８５０ｍに設定している。この区間距離は、２Ｋｍ以内が好適である。
【００３４】
外気温センサ３１は、外気の温度を測定するものであり、温度計が好適に用いられる。また、取得された外気温度は、ディジタル値に変換されて外気温補正部３０及び水蒸気量補正部４０それぞれへ出力される。
【００３５】
外気温補正部３０は、受信機２０により受信された電波の受信電力を外気温センサ３１により取得された外気温度に応じて補正する。受信電力は、外気温度の変化に依存して変動する。このため、外気温度補正を行い外気温度の変化の受信電力に対する影響を取り除くことにより高精度な雨量測定ができる。具体的には後述する。
【００３６】
湿度センサ４１は、大気中の湿度を測定するものであり、湿度計が好適に用いられる。また、取得された湿度は、ディジタル値に変換されて水蒸気量補正部４０へ出力される。
【００３７】
水蒸気量補正部４０は、外気温センサ３１により取得された外気温度及び湿度センサ４１により取得された湿度に基づいて大気中の水蒸気量を算出し、この水蒸気量に応じて受信機２０により受信された電波の受信電力を補正する。受信電力は、大気中の水蒸気量の変化に依存して変動する。このため、水蒸気量補正を行い水蒸気量の変化の受信電力に対する影響を取り除くことにより高精度な雨量測定ができる。具体的には後述する。
【００３８】
雨量算出部５０は、減衰量算出部５１、係数α、係数β算出部５２及び区間平均雨量算出部５３を備え、外気温度補正及び水蒸気量補正後の受信電力と晴天時における受信電力値である基準電力値との差から電波の減衰量を算出し、当該減衰量から所定の区間における平均雨量を算出する。
【００３９】
外気温補正部３０、水蒸気量補正部４０及び雨量算出部５０には、コンピュータユニット６０が好適に用いられる。
【００４０】
減衰量算出部５１は、補正後の受信電力と基準電力値との差から電波の減衰量を算出する。
【００４１】
係数α、係数β算出部５２は、減衰量算出部５１により算出された電波の減衰量に基づいて、電波の減衰量と雨量との関係式
【００４２】
【数９】

における係数α及びβそれぞれを算出する。具体的には後述する。
【００４３】
区間平均雨量算出部５３は、減衰量算出部５１により算出された電波の減衰量並びに係数α、係数β算出部５２により算出された係数α及びβにより、電波の減衰量と雨量との上記関係式（９）に基づいて区間の平均雨量を算出する。
【００４４】
次に、本実施形態に係る雨量測定装置の動作及び雨量測定方法について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る雨量測定方法の全体処理を示す流れ図である。
【００４５】
ステップＳ１００では、外気温センサ３１により外気温度が測定され、測定された外気温度がディジタル値に変換されて外気温補正部３０及び水蒸気量補正部４０それぞれへ入力される。
【００４６】
ステップＳ１１０では、湿度センサ４１により大気中の湿度が測定され、測定された湿度がディジタル値に変換されて水蒸気量補正部４０へ入力される。ここで、測定された大気中の湿度が所定値（５０％）以下である場合には、降雨は無いと判定し、ステップＳ１２０〜ステップＳ１８０の処理を行わないこととしても良い。
【００４７】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１００で入力された外気温度に基づいて、その外気温度で凝結が生じないで存在できる最大量の水蒸気量が求められ、ステップＳ１１０で入力された湿度（実際に含まれている水蒸気量／最大量の水蒸気量）にこの最大量の水蒸気量が積算されることにより大気中の水蒸気量が水蒸気量補正部４０により算出される。
【００４８】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１００で受信機２０により受信した電波の受信電力が外気温補正部３０に入力される。受信電力のサンプリングは１００ｍｓ．周期で行われ、さらに、１００ｍｓ．周期でサンプリングされた受信電力が平均化処理されることにより１ｓ．周期で雨量算出に用いられる受信電力が取得される。これにより、約１ｓ．の時間分解能で雨量を測定することが可能となる。
【００４９】
ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０で取得された受信電力がステップＳ１００で入力された外気温度に基づいて補正される。
【００５０】
図４は、本実施形態に係る雨量測定方法における外気温度と受信電力の補正量との関係を示す図である。図４に示されている通り、外気温度が所定値（２０℃）の時に受信電力の補正量は０であり、外気温度が所定値よりも低い場合には受信電力を増加させ、外気温度が所定値よりも高い場合には受信電力を減少させるように補正がされる。この外気温度補正により、外気温度が高くなると受信電力が増大し、外気温度が低くなると受信電力が低下するという、外気温度の変化による受信電力の変動を解消することができる。従って、外気温度の変化が生じても正確な雨量測定が可能である。
【００５１】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１２０で算出された水蒸気量に応じて、ステップＳ１３０で取得された受信電力が補正される。
【００５２】
図５は、本実施形態に係る雨量測定方法における大気中の水蒸気量と受信電力の補正量との関係を示す図である。図５に示されている通り、大気中の水蒸気量が０（ｇ／ｍ^３）のときには受信電力の補正量は０であり、大気中の水蒸気量が増加するに従って受信電力の補正量も線形に増加する。この水蒸気量補正により、大気中の水蒸気量が多くなると受信電力が低下するという、水蒸気量の変化による受信電力の変動を解消することができる。従って、大気中の水蒸気量の変化が生じても正確な雨量測定が可能である。
【００５３】
ここで、図６に晴天時の外気温及び水蒸気量の経時変化を示し、この場合における受信電力の外気温度補正及び水蒸気量補正の補正結果を図７に示す。図７に示される通り、外気温度補正により外気温度の変化による受信電力の変動が減少した。また、水蒸気量補正により水蒸気量の変化による受信電力の変動が減少した。
【００５４】
ステップＳ１６０では、ステップＳ１４０及びステップＳ１５０で補正された受信電力と基準電力値との差から電波の減衰量が減衰量算出部５１により算出される。
【００５５】
ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で減衰量算出部５１により算出された電波の減衰量に基づいて、電波の減衰量と雨量との上記関係式（９）における係数α及びβそれぞれが係数α、係数β算出部５２により算出される。
【００５６】
図８は、本実施形態に係る雨量測定方法における電波の減衰量と係数αとの関係を示す図である。係数αは、雨滴の粒径により値が変化するため、係数αを雨滴の粒径によらず一定値とした場合には正確な雨量の測定が行えない。ここで、雨滴の粒径と雨量との間には良い相関が見られることより、雨量と良い相関関係を有する電波の減衰量に応じて係数αを設定することとした。
【００５７】
まず、電波の減衰量に応じて区分された３領域それぞれにおいて係数αの値が設定され、次に、この電波の減衰量と係数αとの関係式が対数近似されることにより雨量の算出に用いる電波の減衰量と係数αとの関係式が決定される。そして、この関係式により電波の減衰量に基づいて係数αが算出される。このように、電波の減衰量に基づいて係数αが算出されることによって、係数αを一定値とした場合と比較して雨量の測定精度が向上する。
【００５８】
図９は、本実施形態に係る雨量測定方法における減衰量と係数βとの関係を示す図である。係数βは、雨滴の粒径により値が変化するため、係数βを雨滴の粒径によらず一定値とした場合には正確な雨量の測定が行えない。ここで、雨滴の粒径と雨量との間には良い相関が見られることより、雨量と良い相関関係を有する電波の減衰量に応じて係数βを設定することとした。
【００５９】
まず、電波の減衰量に応じて区分された３領域それぞれにおいて係数βの値が設定され、次に、この電波の減衰量と係数βとの関係式が対数近似されることにより雨量の算出に用いる電波の減衰量と係数βとの関係式が決定される。そして、この関係式により電波の減衰量に基づいて係数βが算出される。このように電波の減衰量に基づいて係数βが算出されることによって、係数βを一定値とした場合と比較して雨量の測定精度が向上する。
【００６０】
ステップＳ１８０では、ステップＳ１６０で減衰量算出部５１により算出された電波の減衰量並びにステップＳ１７０で係数α、係数β算出部５２により算出された係数α及びβに基づいて区間平均雨量算出部５３により区間の平均雨量が算出される。
【００６１】
以上、詳細に説明した通り、本実施形態に係る雨量測定装置及び雨量測定方法によれば、約１ｓ．周期で受信電力に対する外気温補正及び水蒸気量補正を行うことにより、また、電波の減衰量と雨量との関係式における係数α及びβを電波の減衰量の関数とすることにより、電波の伝搬区間の平均雨量を高精度にかつ高時間分解能で測定をすることができる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る雨量測定システム２の構成について説明する。図１０は、本実施形態に係る雨量測定システム２の全体構成を示すブロック図である。雨量測定システム２は、４台の送信機１０と、４本の受信用空中線２０１、２０２、２０３及び２０４を有する受信機２０、外気温サンサ３１、外気温補正部３０、湿度センサ４１、水蒸気量補正部４０並びに雨量算出部５０を備えている。ここで、一の送信機及びそれに対応した空中線を有する受信機２０、外気温サンサ３１、外気温補正部３０、湿度センサ４１、水蒸気量補正部４０並びに雨量算出部５０は、上記雨量測定装置１と同一の構成である。
【００６３】
次に、本実施形態に係る雨量測定システムの動作について詳細に説明する。図１０に示す通り、受信用空中線２０１、２０２、２０３及び２０４を、方位角を９０度ずつ変えて雨量測定システムの中心に設置し、中心から所定の半径を持った円周上に受信用空中線２０１、２０２、２０３及び２０４それぞれに対して電波ビームの方向を合わせて送信用空中線１０１、１０２、１０３及び１０４を設置する。
【００６４】
ここで、送信用空中線１０１は受信用空中線２０１に、送信用空中線１０２は受信用空中線２０２に、送信用空中線１０３は受信用空中線２０３に、送信用空中線１０４は受信用空中線２０４に、それぞれ対向して設置されており、送信用空中線１０１から発信された電波は受信用空中線２０１により、送信用空中線１０２から発信された電波は受信用空中線２０２により、送信用空中線１０３から発信された電波は受信用空中線２０３により、送信用空中線１０４から発信された電波は受信用空中線２０４により、それぞれ受信される。
【００６５】
受信用空中線２０１、２０２、２０３及び２０４それぞれにより受信された電波は、所定の時間間隔（１秒）で空中線の入力回路が切り替えられることにより所定の時間間隔でそれぞれ受信機２０に入力される。
【００６６】
次に、所定の時間間隔ごとに送信用空中線１０１と受信用空中線２０１との区間、送信用空中線１０２と受信用空中線２０２との区間、送信用空中線１０３と受信用空中線２０３との区間及び送信用空中線１０４と受信用空中線２０４との区間それぞれにおける電波の減衰量に基づいて複数の区間それぞれの雨量が算出される。ここで、複数の区間それぞれの雨量の算出方法は、上述した通りである。そして、算出された複数の区間それぞれの雨量を補間計算することにより、所定区間の距離を半径とした円における面雨量を高精度に測定することができる。
【００６７】
以上、詳細に説明した通り、本実施形態に係る雨量測定システムによれば、一対の送受信空中線で一区間の平均雨量を求め、この空中線の対を複数に増やすことにより複数の区間の平均雨量を取得し、それらの区間平均雨量それぞれを補間処理することにより、複数の区間を含む面の面雨量を高精度に測定することができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。また、雨量測定システムに含まれる送信用空中線及び受信用空中線それぞれの本数は４本に限定されるものではない。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、外気温度補正手段、水蒸気量補正手段及び雨量算出手段を備える構成により、区間平均雨量を高時間分解能で高精度に測定をすることができる雨量測定装置、雨量測定方法及びこの雨量測定装置を有し、面雨量を高時間分解能で高精度に測定をすることができる雨量測定システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る雨量測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】電波の周波数と減衰係数との関係を示す図である。
【図３】本実施形態に係る雨量測定方法の全体処理を示す流れ図である。
【図４】本実施形態に係る雨量測定方法における外気温と受信電力の補正量との関係を示す図である。
【図５】本実施形態に係る雨量測定方法における大気中の水蒸気量と受信電力の補正量との関係を示す図である。
【図６】外気温及び水蒸気量の経時変化を示す図である。
【図７】本実施形態に係る雨量測定方法における受信電力の外気温補正及び水蒸気量補正それぞれの補正結果を示す図である。
【図８】本実施形態に係る雨量測定方法における電波の減衰量と係数αとの関係を示す図である。
【図９】本実施形態に係る雨量測定方法における電波の減衰量と係数βとの関係を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る雨量測定システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…雨量測定装置、２…雨量測定システム、１０…送信機、２０…受信機、３０…外気温補正部、３１…外気温センサ、４０…水蒸気量補正部、４１…湿度センサ、５０…雨量算出部、５１…減衰量算出部、５２…係数α、係数β算出部、５３…区間平均雨量算出部、６０…コンピュータユニット。

Claims (13)

1. 所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機と、
   前記所定の区間の他端部に配置され、前記送信機により送信された前記電波を受信する受信機と、
   前記受信機により受信された前記電波の受信電力に基づいて前記所定の区間における前記電波の減衰量Ａを算出し、前記減衰量Ａと前記減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
   

   

   により前記所定の区間における雨量Ｒを算出する雨量算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定装置。
2. 所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機と、
   前記所定の区間の他端部に配置され、前記送信機により送信された前記電波を受信する受信機と、
   外気温度を測定する外気温度測定手段と、
   前記外気温度測定手段により測定された前記外気温度に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する外気温度補正手段と、
   前記外気温度補正手段により補正された前記受信電力に基づいて前記所定の区間における前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記所定の区間における雨量を算出する雨量算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定装置。
3. 所定の区間の一端部に配置され、電波を送信する送信機と、
   前記所定の区間の他端部に配置され、前記送信機により送信された前記電波を受信する受信機と、
   大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定手段と、
   前記水蒸気量測定手段により測定された前記水蒸気量に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する水蒸気量補正手段と、
   前記水蒸気量補正手段により補正された前記受信電力に基づいて前記所定の区間における前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記所定の区間における雨量を算出する雨量算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定装置。
4. 前記送信機の送信周波数及び前記受信機の受信周波数は、２０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ又は５０ＧＨｚ〜５２ＧＨｚである、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の雨量測定装置。
5. 複数の所定の区間それぞれの一端部に配置され、電波を送信する複数の送信機と、
   前記複数の所定の区間それぞれの他端部に配置され、前記複数の送信機それぞれにより送信された前記電波を受信する受信機と、
   前記受信機により受信された前記電波の受信電力に基づいて前記複数の所定の区間それぞれにおける前記電波の減衰量Ａを算出し、前記減衰量Ａと前記減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
   

   

   により前記複数の所定の区間それぞれにおける雨量Ｒを算出し、前記雨量Ｒに基づいて前記複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定システム。
6. 複数の所定の区間それぞれの一端部に配置され、電波を送信する複数の送信機と、
   前記複数の所定の区間それぞれの他端部に配置され、前記複数の送信機それぞれにより送信された前記電波を受信する受信機と、
   外気温度を測定する外気温度測定手段と、
   前記外気温度測定手段により測定された前記外気温度に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する外気温度補正手段と、
   前記外気温度補正手段により補正された前記受信電力に基づいて前記複数の所定の区間それぞれにおける前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、前記雨量に基づいて前記複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定システム。
7. 複数の所定の区間それぞれの一端部に配置され、電波を送信する複数の送信機と、
   前記複数の所定の区間それぞれの他端部に配置され、前記複数の送信機それぞれにより送信された前記電波を受信する受信機と、
   大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定手段と、
   前記水蒸気量測定手段により測定された前記水蒸気量に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する水蒸気量補正手段と、
   前記水蒸気量補正手段により補正された前記受信電力に基づいて前記複数の所定の区間それぞれにおける前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、前記雨量に基づいて前記複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定システム。
8. 所定の区間の一端部に配置された送信機により電波を送信する送信ステップと、
   前記送信機により送信された前記電波を前記所定の区間の他端部に配置された受信器により受信する受信ステップと、
   前記受信機により受信された前記電波の受信電力に基づいて前記所定の区間における前記電波の減衰量Ａを算出し、前記減衰量Ａと前記減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
   

   

   により前記所定の区間における雨量Ｒを算出する雨量算出ステップと、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定方法。
9. 所定の区間の一端部に配置された送信機により電波を送信する送信ステップと、
   前記送信機により送信された前記電波を前記所定の区間の他端部に配置された受信器により受信する受信ステップと、
   外気温度を測定する外気温度測定ステップと、
   前記外気温度測定ステップで測定された前記外気温度に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する外気温度補正ステップと、
   前記外気温度補正ステップで補正された前記受信電力に基づいて前記所定の区間における前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記所定の区間における雨量を算出する雨量算出ステップと、
   を備える、
   ことを特徴とする雨量測定方法。
10. 所定の区間の一端部に配置された送信機により電波を送信する送信ステップと、
    前記送信機により送信された前記電波を前記所定の区間の他端部に配置された受信器により受信する受信ステップと、
    大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定ステップと、
    前記水蒸気量測定ステップで測定された前記水蒸気量に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する水蒸気量補正ステップと、
    前記水蒸気量補正ステップで補正された前記受信電力に基づいて前記所定の区間における前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記所定の区間における雨量を算出する雨量算出ステップと、
    を備える、
    ことを特徴とする雨量測定方法。
11. 複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機それぞれにより電波を送信する送信ステップと、
    前記複数の送信機それぞれにより送信された前記電波を前記複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信する受信ステップと、
    前記受信機により受信された前記電波の受信電力に基づいて前記複数の所定の区間それぞれにおける前記電波の減衰量Ａを算出し、前記減衰量Ａと前記減衰量Ａに依存して定められる係数α及び係数βとを用いて
    

    

    により前記複数の所定の区間それぞれにおける雨量Ｒを算出し、前記雨量Ｒに基づいて前記複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出ステップと、
    を備える、
    ことを特徴とする雨量測定方法。
12. 複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機それぞれにより電波を送信する送信ステップと、
    前記複数の送信機それぞれにより送信された前記電波を前記複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信する受信ステップと、
    外気温度を測定する外気温度測定ステップと、
    前記外気温度測定ステップで測定された前記外気温度に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する外気温度補正ステップと、
    前記外気温度補正ステップで補正された前記受信電力に基づいて前記複数の所定の区間それぞれにおける前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、前記雨量に基づいて前記複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出ステップと、
    を備える、
    ことを特徴とする雨量測定方法。
13. 複数の所定の区間それぞれの一端部に配置された複数の送信機それぞれにより電波を送信する送信ステップと、
    前記複数の送信機それぞれの送信した前記電波を前記複数の所定の区間それぞれの他端部に配置された受信機により受信する受信ステップと、
    大気中の水蒸気量を測定する水蒸気量測定ステップと、
    前記水蒸気量測定ステップで測定された前記水蒸気量に基づいて前記受信機により受信された前記電波の受信電力を補正する水蒸気量補正ステップと、
    前記水蒸気量補正ステップで補正された前記受信電力に基づいて前記複数の所定の区間それぞれにおける前記電波の減衰量を算出し、前記減衰量を用いて電波の減衰量と雨量との関係式により前記複数の所定の区間それぞれにおける雨量を算出し、前記雨量に基づいて前記複数の所定の区間を含む領域における雨量を算出する雨量算出ステップと、
    を備える、
    ことを特徴とする雨量測定方法。

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