(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167138
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】風速算出システム及び風速算出プログラム
(51)【国際特許分類】
G01P 5/24 20060101AFI20221027BHJP
【ＦＩ】
G01P5/24 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021072726
(22)【出願日】2021-04-22
(71)【出願人】
【識別番号】000243364
【氏名又は名称】本多電子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000534
【氏名又は名称】弁理士法人真明センチュリー
(72)【発明者】
【氏名】樋口 和樹
(57)【要約】
【課題】送信部と受信部との間が長距離であっても、送信部と受信部との間の風速を正確に算出することができる風速算出システム及び風速算出プログラムを提供すること。
【解決手段】ペアの音波送受信装置１で低周波かつ連続波による基準波ＢＷが作成され、音波振動子２からペアを形成する他の音波送受信装置１の音波振動子２に送信される。これにより、音波振動子２で受信した受信波ＲＷの減衰が抑制され、ペアの音波送受信装置１間が長距離でも、受信波ＲＷの伝搬時間を正確に算出できる。かかる伝搬時間が基準波ＢＷと受信波ＲＷとの位相差で算出されるので、基準波ＢＷと受信波ＲＷとが連続波であっても伝搬時間を算出できる。このように算出された伝搬時間からペアの音波送受信装置１間の風速が算出される。これにより、ペアの音波送受信装置１間が長距離であっても、風速を正確に算出できる。
【選択図】図２
【解決手段】ペアの音波送受信装置１で低周波かつ連続波による基準波ＢＷが作成され、音波振動子２からペアを形成する他の音波送受信装置１の音波振動子２に送信される。これにより、音波振動子２で受信した受信波ＲＷの減衰が抑制され、ペアの音波送受信装置１間が長距離でも、受信波ＲＷの伝搬時間を正確に算出できる。かかる伝搬時間が基準波ＢＷと受信波ＲＷとの位相差で算出されるので、基準波ＢＷと受信波ＲＷとが連続波であっても伝搬時間を算出できる。このように算出された伝搬時間からペアの音波送受信装置１間の風速が算出される。これにより、ペアの音波送受信装置１間が長距離であっても、風速を正確に算出できる。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音波を送信する送信部と、その送信部から送信された音波を受信する受信部とを備え、前記送信部で送信され前記受信部で受信した音波の伝搬時間に基づき、前記送信部と前記受信部との間の風速を算出する風速算出システムであって、
基準波を作成する基準波作成手段と、
その基準波作成手段で作成された基準波を前記送信部から送信する音波送信手段と、
前記送信部から送信された音波を前記受信部で受信する音波受信手段と、
その音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波とから前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、を備え、
前記基準波作成手段は、低周波かつ連続波の音波を基準波として作成するものであり、
前記伝搬時間算出手段は、前記音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波との位相差を算出し、その位相差から前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出するものであり、
前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出する風速算出手段を備えていることを特徴とする風速算出システム。
基準波を作成する基準波作成手段と、
その基準波作成手段で作成された基準波を前記送信部から送信する音波送信手段と、
前記送信部から送信された音波を前記受信部で受信する音波受信手段と、
その音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波とから前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、を備え、
前記基準波作成手段は、低周波かつ連続波の音波を基準波として作成するものであり、
前記伝搬時間算出手段は、前記音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波との位相差を算出し、その位相差から前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出するものであり、
前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出する風速算出手段を備えていることを特徴とする風速算出システム。
【請求項2】
音波を送信する送信部と、その送信部から送信された音波を受信する受信部とを備え、前記送信部で送信され前記受信部で受信した音波の伝搬時間に基づき、前記送信部と前記受信部との間の風速を算出する風速算出システムであって、
基準波を作成する基準波作成手段と、
その基準波作成手段で作成された基準波を前記送信部から送信する音波送信手段と、
前記送信部から送信された音波を前記受信部で受信する音波受信手段と、
その音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波とから前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、を備え、
前記基準波作成手段は、チャープ信号による音波を基準波として作成するものであり、
前記伝搬時間算出手段は、前記音波受信手段で受信した音波を、前記基準波作成手段で作成された基準波を用いてパルス圧縮することでピークを取得し、そのピークに基づいて前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出するものであり、
前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出する風速算出手段を備えていることを特徴とする風速算出システム。
基準波を作成する基準波作成手段と、
その基準波作成手段で作成された基準波を前記送信部から送信する音波送信手段と、
前記送信部から送信された音波を前記受信部で受信する音波受信手段と、
その音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波とから前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、を備え、
前記基準波作成手段は、チャープ信号による音波を基準波として作成するものであり、
前記伝搬時間算出手段は、前記音波受信手段で受信した音波を、前記基準波作成手段で作成された基準波を用いてパルス圧縮することでピークを取得し、そのピークに基づいて前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出するものであり、
前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出する風速算出手段を備えていることを特徴とする風速算出システム。
【請求項3】
前記送信部および前記受信部のそれぞれに設けられ、ＧＮＳＳ衛星からの情報を取得するＧＮＳＳ受信部を備え、
前記基準波作成手段は、前記送信部および前記受信部のそれぞれにおいて前記ＧＮＳＳ受信部で取得される情報のうちのタイミング信号に基づいて基準波を作成し、
前記伝搬時間算出手段は、前記基準波作成手段によって前記受信部で作成された基準波と前記音波受信手段によって前記受信部が受信した音波とから伝搬時間を算出するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の風速算出システム。
前記基準波作成手段は、前記送信部および前記受信部のそれぞれにおいて前記ＧＮＳＳ受信部で取得される情報のうちのタイミング信号に基づいて基準波を作成し、
前記伝搬時間算出手段は、前記基準波作成手段によって前記受信部で作成された基準波と前記音波受信手段によって前記受信部が受信した音波とから伝搬時間を算出するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の風速算出システム。
【請求項4】
前記送信部および前記受信部のそれぞれに設けられ、ＧＮＳＳ衛星からの情報を取得するＧＮＳＳ受信部と、
そのＧＮＳＳ受信部で取得された情報から前記送信部および前記受信部のそれぞれの現在位置を取得する現在位置取得手段を備え、
前記風速算出手段は、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とに基づき風速を算出するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風速算出システム。
そのＧＮＳＳ受信部で取得された情報から前記送信部および前記受信部のそれぞれの現在位置を取得する現在位置取得手段を備え、
前記風速算出手段は、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とに基づき風速を算出するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風速算出システム。
【請求項5】
前記ＧＮＳＳ受信部で受信した情報から前記送信部および前記受信部のそれぞれを設置した際の位置である初期位置を取得する初期位置取得手段と、
その初期位置取得手段で取得された初期位置を記憶する初期位置記憶手段とを備え、
前記風速算出手段は、前記初期位置記憶手段で記憶された初期位置と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とのずれ量が所定以下である場合に、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とに基づき風速を算出するものであることを特徴とする請求項４記載の風速算出システム。
その初期位置取得手段で取得された初期位置を記憶する初期位置記憶手段とを備え、
前記風速算出手段は、前記初期位置記憶手段で記憶された初期位置と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とのずれ量が所定以下である場合に、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とに基づき風速を算出するものであることを特徴とする請求項４記載の風速算出システム。
【請求項6】
前記初期位置記憶手段で記憶された初期位置と前記現在位置取得手段で取得された現在位置とのずれ量が所定以上である場合に、当該初期位置とのずれ量が大きい旨を報知する位置ずれ報知手段を備えていることを特徴とする請求項５記載の風速算出システム。
【請求項7】
前記送信部および前記受信部に設けられ、それぞれの角度を取得する角度取得部と、
その角度取得部から前記送信部および前記受信部のそれぞれが設置された際の角度である初期角度を取得する初期角度取得手段と、
その初期角度取得手段で取得された初期角度を記憶する初期角度記憶手段と、
前記角度取得部から前記送信部および前記受信部のそれぞれの現在の角度である現在角度を取得する現在角度取得手段と、を備え
前記風速算出手段は、前記初期角度記憶手段で記憶された初期角度と、前記現在角度取得手段で取得された現在角度とのずれ量が所定以下である場合に、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の風速算出システム。
その角度取得部から前記送信部および前記受信部のそれぞれが設置された際の角度である初期角度を取得する初期角度取得手段と、
その初期角度取得手段で取得された初期角度を記憶する初期角度記憶手段と、
前記角度取得部から前記送信部および前記受信部のそれぞれの現在の角度である現在角度を取得する現在角度取得手段と、を備え
前記風速算出手段は、前記初期角度記憶手段で記憶された初期角度と、前記現在角度取得手段で取得された現在角度とのずれ量が所定以下である場合に、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出するものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の風速算出システム。
【請求項8】
前記初期角度記憶手段に記憶された初期角度と前記現在角度取得手段で取得された現在角度とのずれ量が所定以上である場合に、前記初期角度とのずれ量が大きい旨を報知する角度ずれ報知手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の風速算出システム。
【請求項9】
前記送信部と前記受信部との組み合わせである送受信ペアが複数配置され、
その送受信ペアが配置される方向を取得する方向取得手段と、
前記送受信ペア毎に、前記方向取得手段で取得された方向と前記風速算出手段で算出された風速とによる風速ベクトルを作成する風速ベクトル作成手段と、
複数の前記送受信ペアが配置される区域を複数のメッシュ領域に分割し、そのメッシュ領域毎に配置される前記送受信ペアの前記風速ベクトル作成手段で作成された風速ベクトルを合成することで、当該メッシュ領域における風向および風速を算出するメッシュ領域風速風向算出手段と、
そのメッシュ領域風向風速算出手段で算出された風向および風速を出力する風向風速出力手段と、を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の風速算出システム。
その送受信ペアが配置される方向を取得する方向取得手段と、
前記送受信ペア毎に、前記方向取得手段で取得された方向と前記風速算出手段で算出された風速とによる風速ベクトルを作成する風速ベクトル作成手段と、
複数の前記送受信ペアが配置される区域を複数のメッシュ領域に分割し、そのメッシュ領域毎に配置される前記送受信ペアの前記風速ベクトル作成手段で作成された風速ベクトルを合成することで、当該メッシュ領域における風向および風速を算出するメッシュ領域風速風向算出手段と、
そのメッシュ領域風向風速算出手段で算出された風向および風速を出力する風向風速出力手段と、を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の風速算出システム。
【請求項10】
コンピュータに風向および風速の算出処理を実行させる風速算出プログラムであって、
送信装置から送信され受信装置で受信した音波の伝搬時間を取得する伝搬時間取得ステップと、
その伝搬時間取得ステップで取得した伝搬時間に基づき前記送信装置と前記受信装置との間の風速を算出する風速算出ステップと、
前記送信装置と前記受信装置との組み合わせを送受信ペアとして、
その送受信ペアが配置される方向を取得する方向取得ステップと、
前記送受信ペア毎に、前記方向取得ステップで取得された方向と前記風速算出ステップで算出された風速とによる風速ベクトルを作成する風速ベクトル作成ステップと、
複数の前記送受信ペアが配置される区域を複数のメッシュ領域に分割し、そのメッシュ領域毎に配置される前記送受信ペアの前記風速ベクトル作成ステップで作成された風速ベクトルを合成することで、当該メッシュ領域における風向および風速を算出するメッシュ領域風速風向算出ステップと、
そのメッシュ領域風向風速算出ステップで算出された風向および風速を出力する風向風速出力ステップと、を備えていることを特徴とする風速算出プログラム。
送信装置から送信され受信装置で受信した音波の伝搬時間を取得する伝搬時間取得ステップと、
その伝搬時間取得ステップで取得した伝搬時間に基づき前記送信装置と前記受信装置との間の風速を算出する風速算出ステップと、
前記送信装置と前記受信装置との組み合わせを送受信ペアとして、
その送受信ペアが配置される方向を取得する方向取得ステップと、
前記送受信ペア毎に、前記方向取得ステップで取得された方向と前記風速算出ステップで算出された風速とによる風速ベクトルを作成する風速ベクトル作成ステップと、
複数の前記送受信ペアが配置される区域を複数のメッシュ領域に分割し、そのメッシュ領域毎に配置される前記送受信ペアの前記風速ベクトル作成ステップで作成された風速ベクトルを合成することで、当該メッシュ領域における風向および風速を算出するメッシュ領域風速風向算出ステップと、
そのメッシュ領域風向風速算出ステップで算出された風向および風速を出力する風向風速出力ステップと、を備えていることを特徴とする風速算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風速算出システム及び風速算出プログラムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、音波を用いた風向風速計が開示されている。その風向風速計には、超音波送受波器１１，１２が５０～１００ｍｍ隔てて対向配置され、超音波送受波器１１，１２から周波数が一定の高周波（例えば４０ｋＨｚ）のパルス波による音波が一定時間（例えば１ｍｓ）毎に送信される。そして、超音波送受波器１１から送信された音波が超音波送受波器１２で受信されるまでの伝搬時間と、超音波送受波器１２から送信された音波が超音波送受波器１１で受信されるまでの伝搬時間とに基づいて風速が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００９－０３１１３７号公報（例えば、段落００１３～００１８、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
昨今、災害予防やドローンの運行支援のため、電柱間あるいはビル間のような数十ｍ間隔における風速を測定することが求められている。しかしながら、上記の超音波送受波器１１，１２から送信される音波は、パルス波なので、パルスＯＦＦの時間が含まれる。よって、振幅にパルスＯＮの時間を乗算して算出される音波エネルギーが小さい。加えて、上記音波は高周波なので、超音波送受波器１１，１２間の距離が長い程、超音波送受波器１１，１２で受信される音波は減衰してしまう。
【0005】
これらによって、超音波送受波器１１，１２では音波を精度良く検出できず、伝搬時間が正確に算出できない。よって、数十ｍ間隔における風速を正確に算出できないという問題点があった。
【0006】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、送信部と受信部との間が長距離であっても、送信部と受信部との間の風速を正確に算出することができる風速算出システム及び風速算出プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この目的を達成するために本発明の風速算出システムは、音波を送信する送信部と、その送信部から送信された音波を受信する受信部とを備え、前記送信部で送信され前記受信部で受信した音波の伝搬時間に基づき、前記送信部と前記受信部との間の風速を算出するシステムであって、基準波を作成する基準波作成手段と、その基準波作成手段で作成された基準波を前記送信部から送信する音波送信手段と、前記送信部から送信された音波を前記受信部で受信する音波受信手段と、その音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波とから前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、を備え、前記基準波作成手段は、低周波かつ連続波の音波を基準波として作成するものであり、前記伝搬時間算出手段は、前記音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波との位相差を算出し、その位相差から前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出するものであり、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出する風速算出手段を備えている。
【0008】
本発明の別の風速算出システムは、音波を送信する送信部と、その送信部から送信された音波を受信する受信部とを備え、前記送信部で送信され前記受信部で受信した音波の伝搬時間に基づき、前記送信部と前記受信部との間の風速を算出するシステムであって、基準波を作成する基準波作成手段と、その基準波作成手段で作成された基準波を前記送信部から送信する音波送信手段と、前記送信部から送信された音波を前記受信部で受信する音波受信手段と、その音波受信手段で受信した音波と前記基準波作成手段で作成された基準波とから前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、を備え、前記基準波作成手段は、チャープ信号による音波を基準波として作成するものであり、前記伝搬時間算出手段は、前記音波受信手段で受信した音波を、前記基準波作成手段で作成された基準波を用いてパルス圧縮することでピークを取得し、そのピークに基づいて前記受信部で受信した音波の伝搬時間を算出するものであり、前記伝搬時間算出手段で算出された伝搬時間に基づき風速を算出する風速算出手段を備えている。
【0009】
また、本発明の風速算出プログラムは、コンピュータに風向および風速の算出処理を実行させるプログラムであって、送信装置から送信され受信装置で受信した音波の伝搬時間を取得する伝搬時間取得ステップと、その伝搬時間取得ステップで取得した伝搬時間に基づき前記送信装置と前記受信装置との間の風速を算出する風速算出ステップと、前記送信装置と前記受信装置との組み合わせを送受信ペアとして、その送受信ペアが配置される方向を取得する方向取得ステップと、前記送受信ペア毎に、前記方向取得ステップで取得された方向と前記風速算出ステップで算出された風速とによる風速ベクトルを作成する風速ベクトル作成ステップと、複数の前記送受信ペアが配置される区域を複数のメッシュ領域に分割し、そのメッシュ領域毎に配置される前記送受信ペアの前記風速ベクトル作成ステップで作成された風速ベクトルを合成することで、当該メッシュ領域における風向および風速を算出するメッシュ領域風速風向算出ステップと、そのメッシュ領域風向風速算出ステップで算出された風向および風速を出力する風向風速出力ステップと、を備えている。
【発明の効果】
【0010】
請求項１記載の風速算出システムによれば、基準波作成手段によって低周波かつ連続波による音波が基準波として作成される。基準波を連続波とすることで音波の継続時間を長くできるので、音波の振幅に継続時間を乗じることで算出される音波のエネルギーを確保できる。これに加えて、低周波は長距離を伝搬させた場合の減衰が小さいという性質を持つ。従って、基準波を低周波かつ連続波とすることで、送信部と受信部との間が長距離であっても受信部で受信する音波の減衰を抑制することができ、音波の伝搬時間を正確に算出できるという効果がある。
【0011】
その基準波と受信部で受信した音波との位相差から伝搬時間が算出される。ここで連続波はその波形に切れ目がなく、例えばパルス波におけるパルスＯＮ時の立上がりやパルスＯＦＦ時の立下りのような、波形においてタイミングを検出する明確な「手掛かり」を有していない。そこで連続波による基準波と受信部で受信した音波との伝搬時間を、位相差から算出することで、基準波と受信部で受信した音波とが切れ目のない連続波であっても、音波の伝搬時間を算出できるという効果がある。
【0012】
更に該音波は低周波なので、その周期や波長が長くなる。これにより、該音波の１周期において位相差を検出できる時間が長くなるので、位相差を精度良く検出できる。この位相差から算出された伝搬時間に基づき風速が算出される。これにより、送信部と受信部とが長距離（例えば数十ｍ間隔）であっても風速を正確に算出できるという効果もある。
【0013】
請求項２記載の風速算出システムによれば、基準波生成手段によってチャープ信号による音波が基準波として作成され、その基準波が送信部から送信される。送信される音波をチャープ信号とすることで、音波が正弦波の場合と比較して、基準波を用いてパルス圧縮した場合のピークの幅を小さくでき、ピークの形状が鋭くなる。これにより、ピークを精度良く取得できるので、取得されたピークに基づき伝搬時間を精度良く算出できるという効果がある。
【0014】
また、チャープ信号による音波は、パルス圧縮した場合のピークの幅を小さくできるので、音波の継続時間を長く（即ちパルス波の幅を大きく）し、且つ音波の送信間隔を短くしてもピークの検出が可能となる。音波の継続時間を長くすることで音波のエネルギーを確保できる。これにより、送信部と受信部との間が長距離であっても受信部で受信する音波の減衰を抑制することができ、音波の伝搬時間を正確に算出できる。この伝搬時間に基づき風速が算出される。これにより、送信部と受信部とが長距離であっても風速を正確に算出できるという効果もある。
【0015】
請求項３記載の風速算出システムによれば、請求項１又は２に記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。ＧＮＳＳ衛星からのタイミング信号に基づいて、送信部および受信部のそれぞれで基準波を作成することで、基準波を送信部および受信部のそれぞれにおいて正確に同期させることができる。そして、送信部からかかる基準波による音波が送信され、受信部ではその音波が受信され、受信した音波と受信部で作成した基準波とから伝搬時間が算出される。
【0016】
受信部で受信した音波は、送信部で作成され、受信部で作成した基準波とタイミングが同期した音波である。従って、受信部で受信した音波と受信部で作成した基準波との時間的なずれはそのまま送信部と受信部との間の音波の伝搬時間に相当する。このように、送信部および受信部においてＧＮＳＳ衛星からのタイミング信号によって同期した基準波を作成し、かかる基準波を用いることで伝搬時間を正確に算出できるという効果がある。
【0017】
また、ＧＮＳＳ受信部からタイミング信号を取得することで、送信部と受信部とを直接接続し、タイミング信号を送受信する別途のケーブルが不要となる。これにより、送信部と受信部との距離を長くできると共に、送信部および受信部の製造コスト及び設置コストを低減できるという効果もある。
【0018】
請求項４記載の風速算出システムによれば、請求項１から３のいずれかに記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。送信部および受信部それぞれの現在位置がＧＮＳＳ衛星から取得され、その現在位置を用いて風速の算出が行われる。送信部および受信部の現在位置をＧＮＳＳ衛星から取得することで、その位置を正確に把握でき、風速を正確に算出できるという効果がある。また、作業員が送信部および受信部の現在位置を本システムに設定することなく風速を算出できるので、作業員の作業負荷を軽減できるという効果もある。
【0019】
請求項５記載の風速算出システムによれば、請求項４記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。送信部および受信部を設置した際の初期位置がＧＮＳＳ衛星から取得され、記憶される。その初期位置と現在位置とのずれ量が所定以下である場合に伝搬時間および風速が算出される。初期位置と現在位置とのずれ量が所定以下の軽微である場合は、現在位置に基づき伝搬時間および風速が算出されるので、作業員が送信部および受信部の位置を点検したり、送信部および受信部の位置を改めて本システムに設定することなく、風速を算出できるという効果がある。
【0020】
請求項６記載の風速算出システムによれば、請求項５記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。初期位置と現在位置とのずれ量が所定以上である場合に、初期位置とのずれ量が大きい旨が報知される。これにより、作業員が実際に送信部および受信部を目視することなく初期位置からの所定以上のずれを把握できるので、該ずれを補正するための作業員の点検・保守等を迅速に行うことができるという効果がある。
【0021】
請求項７記載の風速算出システムによれば、請求項１から６のいずれかに記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。送信部および受信部を設置した際の初期角度と、送信部および受信部の現在角度とのずれ量が所定以下場合に、風速が算出される。初期角度と現在角度とのずれ量が所定以下の軽微である場合は、作業員が実際に送信部および受信部の向きを点検・保守等をすることなく、風速の算出できるという効果がある。
【0022】
請求項８記載の風速算出システムによれば、請求項７記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。現在角度と初期角度とのずれ量が所定以上である場合に、初期角度と現在角度とのずれ量が大きい旨が報知される。これにより、作業員が実際に送信部および受信部を目視することなく、送信部および受信部の初期角度からのずれを把握できるので、送信部および受信部のずれを補正するための作業員の点検・保守等を迅速に行うことができるという効果がある。
【0023】
請求項９記載の風速算出システムによれば、請求項１から８のいずれかに記載の風速算出システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。送信部と受信部との組み合わせである送受信ペア毎に、送受信ペアが配置される方向と、送受信ペア間の風速とに基づく風速ベクトルが作成される。そして、複数の送受信ペアが配置される区域が複数のメッシュ領域に分割され、そのメッシュ領域毎に配置される送受信ペアの風速ベクトルを合成することで当該メッシュ領域における風向および風速が算出され、その風向および風速が出力される。かかる出力によって、ユーザはメッシュ領域内を風がどのように抜けていくのかを把握できるという効果がある。
【0024】
請求項１０記載の風速算出プログラムによれば、請求項９記載の風速算出システムと同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】風向算出システムの概略図である。
【図2】基準波および受信波を説明する図である。
【図3】（ａ）は、計測点および計測点における風速および風向の算出を説明するための模式図であり、（ｂ）は、区域内における計測点を説明するための模式図である。
【図4】（ａ）は、区域に設定されたメッシュを説明するための模式図であり、（ｂ）は、風向および風速の分布図を表す図である。
【図5】風速算出システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図6】（ａ）は、ペア情報テーブルを模式的に表す図であり、（ｂ）は、メッシュ情報テーブルを模式的に表す図である。
【図7】音波送受信装置のメイン処理のフローチャートである。
【図8】音波送受信装置の計測データ処理のフローチャートである。
【図9】風向風速算出サーバのメイン処理のフローチャートである。
【図10】風向風速算出サーバのペア間風速算出処理のフローチャートである。
【図11】風向風速算出サーバのメッシュ風向風速算出処理のフローチャートである。
【図12】（ａ）は、第２実施形態における基準波を表す図であり、（ｂ）は、第２実施形態において基準波と受信波とを相互相関処理をした結果の波形を表す図である。
【図13】第２実施形態における音波送受信装置の計測データ処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、風速算出システムＳの概略図である。風速算出システムＳは、複数の音波送受信装置１と、風向風速算出サーバ２０とから構成され、音波送受信装置１間で送受信される音波Ｗの伝搬時間から風速を算出し、その結果を表示するシステムである。
【0027】
風速算出システムＳにおいては、対向する１対の音波送受信装置１によって「ペア」が形成され、ペアの音波送受信装置１間の風速が算出される。風速算出システムＳには、このようなペアの音波送受信装置１が複数設けられ、ペア毎に算出された風速に基づいて風速および風向の分布図Ｒｇ（図４参照）が作成される。
【0028】
音波送受信装置１は、建物３０に設けられ、ペアを形成する他の音波送受信装置１と音波Ｗを送受信することで、ペアの音波送受信装置１間における音波Ｗの伝搬時間を算出する装置である。建物３０は、１０～５０ｍ隔てて設けられた電柱やビル等が例示され、音波送受信装置１はその建物３０の上部に設置される。
【0029】
音波送受信装置１には、音波振動子２と、ＧＮＳＳ受信装置３と、角度センサ４とが設けられる。音波振動子２は、音波Ｗを他の音波送受信装置１に送信し、他の音波送受信装置１から送信された音波Ｗを受信する装置である。
【0030】
ペアの音波送受信装置１は、それぞれの音波振動子２が対向するように、これらの位置や高さ、角度を調整した上で建物３０に設置される。このように、ペアの音波送受信装置１において対向した１の音波送受信装置１の音波振動子２と、他の音波送受信装置１の音波振動子２との組み合わせが「送受信ペア」とされる。
【0031】
ＧＮＳＳ受信装置３は、ＧＮＳＳ（衛星測位システム）衛星４０からの情報を受信する装置である。ＧＮＳＳ衛星４０としては、ＧＰＳ、ガリレオ、グロナス、準天頂衛星等が例示される。本実施形態では、ＧＮＳＳ受信装置３で受信したＧＮＳＳ衛星４０からの情報のうち、位置情報である緯度経度および高度と、タイミング信号である１ＰＰＳとが用いられる。詳細は後述するが、ＧＮＳＳ受信装置３で受信した位置情報が音波送受信装置１の位置とされ、更に１ＰＰＳによるタイミング信号に基づき送受信ペアで送受信される音波Ｗが同期される。
【0032】
角度センサ４は、音波送受信装置１のロール角、ピッチ角およびヨー角のそれぞれの角度を検知する装置（センサ）である。本実施形態において、音波振動子２の音波Ｗを送受信する面が水平を向いている場合のロール角およびピッチ角がそれぞれ「０°」と定義されるが、音波振動子２の向きをこれら以外の角度で定義しても良い。角度センサ４で検知された角度を監視することで、ペアの音波送受信装置１の音波振動子２が設置された状態からのずれが監視される。
【0033】
ペアの音波送受信装置１では、それぞれの送受信ペアにおいて音波Ｗを送受信することで、音波Ｗの伝搬時間が算出される。そして、算出された伝搬時間と、ＧＮＳＳ受信装置３及び角度センサ４で検知された音波送受信装置１の位置および角度とが風向風速算出サーバ２０に送信され、風向風速算出サーバ２０で風速が算出される。
【0034】
ここで図２を参照して、送受信ペアで送受信される音波Ｗを説明する。図２は、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷを説明する図である。本実施形態では、ペアの音波送受信装置１のそれぞれにおいて同期した音波である基準波ＢＷが作成され、作成された基準波ＢＷを音波振動子２に入力することで音波Ｗが送信される。
【0035】
本実施形態では基準波ＢＷとして、波形が時間的に連続する連続波が用いられ、その基準波ＢＷの波形として正弦波が用いられる。また１つの基準波ＢＷの開始から終了までの時間的な長さは５秒間に設定される。基準波ＢＷを連続波とすることで、音波振動子２から送信開始から送信終了まで音波Ｗが切れ目なく送信される。
【0036】
これによって、基準波ＢＷをパルスＯＮ（出力）とパルスＯＦＦ（停止）とが繰り返されるパルス波とする場合と比較して、音波振動子２から送信される音波Ｗの継続時間を長くすることができる。これにより、連続波による基準波ＢＷは振幅に継続時間を乗算したエネルギーを大きくすることができるので、送信される音波Ｗを長距離に亘って伝搬させることができる。
【0037】
更に本実施形態の基準波ＢＷは低周波とされ、その周波数は１０Ｈｚとされる。低周波は、長距離を伝搬させた場合でも減衰が抑制されるという性質を持つので、低周波の基準波ＢＷをペアの音波送受信装置１間に伝搬させた際に音波振動子２で受信する音波Ｗの、基準波ＢＷからの減衰を抑制できる。
【0038】
基準波ＢＷを連続波かつ低周波とすることで、ペアの音波送受信装置１間の距離、即ちペアの音波送受信装置１が設置される建物３０間の距離が１０～５０ｍであっても、基準波ＢＷに基づき音波振動子２から送信される音波Ｗを他の音波送受信装置１の音波振動子２に伝搬させることができると共に、音波振動子２で受信した音波Ｗが基準波ＢＷから減衰するのを抑制できる。これによって、１０～５０ｍ隔てた建物３０間の風速を算出することができる。
【0039】
このように基準波ＢＷに基づき音波振動子２から送信された音波Ｗが、他の音波送受信装置１の音波振動子２で受信波ＲＷとして受信される。そして、ペアの音波送受信装置１のそれぞれで基準波ＢＷ及び受信波ＲＷから、他の音波送受信装置１から送信された音波Ｗの伝搬時間が算出される。具体的には、基準波ＢＷと受信波ＲＷとを相互相関処理を行い、これらにおける位相差Ｑを算出する。
【0040】
また、基準波ＢＷを作成し、送信を開始するタイミングは、上記したＧＮＳＳ受信装置３で受信した１ＰＰＳによるタイミング信号に基づいて設定される。これにより、ペアの音波送受信装置１間における基準波ＢＷの位相が正確に同期される。従って、基準波ＢＷと受信波ＲＷとの位相差Ｑは、他の音波送受信装置１の音波振動子２から送信された音波Ｗ（即ち受信波ＲＷ）の伝搬時間に相当する。よって、該位相差Ｑを時間に換算することで、他の音波送受信装置１から送信された音波Ｗの伝搬時間を算出できる。
【0041】
かかる位相差Ｑの検出について、具体的には、まず、ペアの音波送受信装置１間が無風であると仮定とした場合において、ペアの音波送受信装置１のうちの１の音波送受信装置１の音波振動子２から送信された音波Ｗが他の音波送受信装置１の音波振動子２で受信するまでの時間である「基準伝搬時間」が算出される。例えば、ペアの音波送受信装置１がそれぞれ設けられる建物３０間の距離が５０ｍ、音速が３４０ｍ／ｓの場合、基準伝搬時間は、５０（ｍ）÷３４０（ｍ／ｓ）＝０．１４７（秒）とされる。
【0042】
そして、基準波ＢＷと、上記の１ＰＰＳによるタイミング信号に基づいた基準波ＢＷの送信を開始するタイミングから基準伝搬時間後を基準に音波振動子２で受信した受信波ＲＷとに基づいて相互相関処理を行い、これらにおける位相差Ｑが算出される。
【0043】
この際、算出された位相差Ｑにおいて有効な範囲は「±π」とされる。ここでπは、正弦波による基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの半波長分の位相なので、計測可能な風速の範囲は、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの「±半波長」分に相当する範囲の風速とされる。例えば、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの周波数が１０Ｈｚの場合、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの波長は３４０（ｍ／ｓ）÷１０（Ｈｚ）＝３４（ｍ）となるので、風速が計測可能な範囲は「±１７ｍ／ｓ」とされ、追い風・向かい風の存在下において「±１７ｍ／ｓ」の範囲での風速が計測可能とされる。
【0044】
このように位相差Ｑにおいて有効な範囲が「±π」であるのは、πを超えた位相差Ｑや－πを下回った位相差Ｑが算出された場合に、基準波ＢＷの位相に対する受信波ＲＷの位相が遅れているのか、又は該位相が進んでいるのかが区別できないからである。
【0045】
また、ＧＮＳＳ受信装置３で受信した１ＰＰＳに基づくことで、ペアの音波送受信装置１間を接続し、タイミング信号を送受信する別途の通信ケーブルが不要となる。これにより、ペアの音波送受信装置１間の距離を長くできると共に、ペアの音波送受信装置１の製造コスト及び設置コストを低減できる。
【0046】
ここで基準波ＢＷ及び受信波ＲＷを形成する連続波は、その波形に切れ目がなく、例えばパルス波におけるパルスＯＮ時の立上がりやパルスＯＦＦ時の立下りのような、波形においてタイミングを検出する明確な「手掛かり」を有していない。そこで伝搬時間を、基準波ＢＷと受信波ＲＷとの位相差Ｑから算出することで、これらが連続波であっても伝搬時間を算出できる。更に基準波ＢＷ及び受信波ＲＷは低周波なので、その周期Ｐが長くなる。これにより、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの１周期において位相差Ｑを検出できる時間が長くなるので、位相差Ｑを精度良く検出できる。
【0047】
また、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷを低周波とすることで、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの波長も長くなり、上記の風速が計測可能な範囲である、基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの「±半波長」も長くなる。これにより、計測可能な風速の範囲をより拡大することができる。
【0048】
なお、基準波ＢＷの波形は正弦波に限られず、矩形波や三角波等の他の形状の波形でも良い。また基準波ＢＷの長さは５秒間に限られず、５秒以下でも５秒以上でも良いし、音波送受信装置１の電源オンから電源オフまで基準波ＢＷを送信し続けても良い。更に基準波ＢＷの周波数は１０Ｈｚに限られず、１０Ｈｚ以上でも１０Ｈｚ以下でも良いが、１～１５Ｈｚの間の周波数に設定されるのが好ましい。
【0049】
図１に戻る。風向風速算出サーバ２０は、ペアの音波送受信装置１から送信された伝搬時間、位置および角度から、ペアの音波送受信装置１間の風速を算出する情報処理装置（コンピュータ）である。風向風速算出サーバ２０には、算出された風速等を表示するＬＣＤ２８が設けられる。
【0050】
風向風速算出サーバ２０では、ペアの音波送受信装置１から受信した伝搬時間、位置および角度からペアの音波送受信装置１間の風速が算出される。また、ペアの音波送受信装置１は複数配置され、複数のペア毎の風速に基づいて風向が算出され、算出された風向および風速がＬＣＤ２８に表示される。
【0051】
次に、図３，４を参照して、風向および風速の算出を説明する。図３（ａ）は、計測点ＭＰ及び計測点ＭＰにおける風速および風向の算出を説明するための模式図である。図３（ａ）では、建物３０が４つ配置され、これら４つの建物３０におけるそれぞれの対角側に音波送受信装置１が設置される。
【0052】
それぞれの音波送受信装置１は、自身が設置される建物３０の対角側の建物３０に設置された音波送受信装置１と対向するように設置される。このように設置された音波送受信装置１のうち、対向する音波送受信装置１同士でペアが形成される。図３（ａ）においては、対向する音波送受信装置１によるペアＰ１，Ｐ２が形成される。
【0053】
ペアＰ１，Ｐ２のそれぞれで算出された伝搬時間と、ペアＰ１，Ｐ２のそれぞれの位置および角度とが風向風速算出サーバ２０に送信され、風向風速算出サーバ２０では送信された伝搬時間、位置および角度からペアＰ１，Ｐ２の風速がそれぞれ算出される。そして、ペアＰ１，Ｐ２が配置される方向と算出されたそれぞれの風速とに基づくベクトルである風速ベクトルがそれぞれ算出される。
【0054】
これらの風速ベクトルを合成することで、ペアＰ１で形成される領域とペアＰ２で形成される領域とが交差する位置である計測点ＭＰにおける風向風速ベクトルＶｍが算出される。かかる風向風速ベクトルＶｍの向きが計測点ＭＰにおける風向とされ、風向風速ベクトルＶｍの大きさが計測点ＭＰにおける風速とされる。このような複数のペアの音波送受信装置１による計測点ＭＰが、所定の区域Ａｒに複数箇所に設けられ、各計測点ＭＰで算出された風向および風速の分布が風向風速算出サーバ２０のＬＣＤ２８に表示される。図３（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）を参照して風向および風速の分布を説明する。
【0055】
図３（ｂ）は、区域Ａｒ内における計測点ＭＰを説明するための模式図である。図３（ｂ）において区域Ａｒには道路Ｒが２本設けられ、その道路Ｒの左右には、電柱である建物３０が複数設けられる。その建物３０に音波送受信装置１が設けられる。なお、図３（ｂ）では、音波送受信装置１の図示を省略している。このように建物３０に設けられた音波送受信装置１によるペアが形成され、図３（ａ）で上記した通り、ペアによって形成される領域同士が交差する位置に、計測点ＭＰが設けられる。これによって、区域Ａｒには複数の計測点ＭＰが設けられる。
【0056】
本実施形態では、区域Ａｒが縦横に等間隔の「メッシュ」と呼ばれる領域に分割され、メッシュ毎の風速が算出され、その分布が風向風速算出サーバ２０のＬＣＤ２８に表示される。次に図４（ａ）を参照して、区域Ａｒに設定されるメッシュ及びメッシュにおける風速について説明する。
【0057】
図４（ａ）は、区域Ａｒに設定されたメッシュを説明するための模式図である。図４（ａ）に示す通り、区域Ａｒが複数のメッシュに分割される。メッシュは縦横に等間隔の矩形状の領域であり、本実施形態において、メッシュの縦方向の長さ及び横方向の長さはそれぞれ「５ｍ」に設定される。区域Ａｒにおける左上のメッシュから順に、メッシュＭ１，メッシュＭ２，・・・，メッシュＭ４２という。また、メッシュＭ１，メッシュＭ２，・・・，メッシュＭ４２を特に区別しない場合は「メッシュＭｎ」という。
【0058】
なお、メッシュＭｎの縦方向の長さ及び横方向の長さはそれぞれ５ｍに限られず、５ｍ以下でも、５ｍ以上でも良い。また、メッシュＭｎの縦方向の長さを横方向の長さよりも長くしても良いし、横方向の長さを縦方向の長さよりも長くしても良い。更にメッシュＭｎは矩形状の領域に限られず、三角形や五角形等の他の形状でも良い。
【0059】
このように設定されたメッシュＭｎの領域内に含まれる計測点ＭＰの風向および風速に基づいて、メッシュＭｎにおける風向および風速が算出される。図４（ａ）においては、メッシュＭ１０，Ｍ１３，Ｍ１７，Ｍ１９，Ｍ３１及びＭ３３には、計測点ＭＰが含まれる。これらのメッシュＭｎにおいては、含まれる計測点ＭＰにおける風向および風向がそのメッシュＭｎの風向および風向とされる。
【0060】
ここで、メッシュＭ１７においては、計測点ＭＰが２つ配置される。このように１つのメッシュＭｎにおいて複数の計測点ＭＰが存在する場合は、メッシュＭｎにおける中心位置と、計測点ＭＰとの距離の反比例に応じた加重平均によって、メッシュＭｎに含まれる複数の計測点ＭＰの風向および風速が合成される。これにより、メッシュＭｎの中心位置により近い計測点ＭＰの風向および風速を、メッシュＭｎの中心位置から離れた計測点ＭＰの風向および風速よりも、そのメッシュＭｎの風向および風速に色濃く反映できる。
【0061】
なお、メッシュＭｎに含まれる複数の計測点ＭＰの風向および風速を合成する手法は、加重平均に限られず、例えば、メッシュＭｎに含まれる計測点ＭＰの風向および風速の平均値や中央値を、そのメッシュＭｎの風向および風速としても良いし、メッシュＭｎに含まれる計測点ＭＰのうち、最大または最小の風速を取る計測点ＭＰの風向および風速をそのメッシュＭｎの風向および風速としても良い。
【0062】
また、計測点ＭＰが含まれないメッシュＭｎでは、周囲の計測点ＭＰが含まれるメッシュＭｎで算出された風速を補間することで、当該メッシュＭｎの風速が算出される。本実施形態では、計測点ＭＰが含まれるメッシュＭｎにおいてはその計測点ＭＰに基づく風向および風速が算出される。一方で、計測点ＭＰが含まれないメッシュＭｎにおいては、計測点ＭＰが含まれる周囲のメッシュＭｎの風速を補間した風速のみが算出される。
【0063】
このように算出されたメッシュＭｎ毎に算出された風向および風速から、風向および風速の分布図Ｒｇが作成され、風向風速算出サーバ２０のＬＣＤ２８に表示される。図４（ｂ）を参照して、風向および風速の分布図Ｒｇについて説明する。
【0064】
図４（ｂ）は、風向および風速の分布図Ｒｇを表す図である。図４（ｂ）に示す通り、分布図Ｒｇには、区域Ａｒを表す地図と、その地図上に図４（ａ）で上記したメッシュＭｎの境界線とが重ねて表示される。更に各メッシュＭｎには、算出された風速に応じたハッチング（斜線）が重ねて表示される。風速に応じたハッチングとしては、風速が８ｍ以上である等高表示Ｌ１（例えばメッシュＭ１０）と、風速が３～８ｍである等高表示Ｌ２（例えばメッシュＭ１７）とが設けられる。なお、ハッチングが付されていないメッシュＭｎは、風速が３ｍ以下の領域とされる。
【0065】
分布図Ｒｇにおいて、計測点ＭＰが含まれるメッシュＭｎには更に、風向を表す矢印による風向表示Ｄが重ねて表示される。一方で計測点ＭＰが含まれるメッシュＭｎにおいて、音波送受信装置１が故障する等してメッシュＭｎ内の風向および風速が算出できなかった場合は、風向表示Ｄの代わりに「×」印による計測不可ＮＳ（例えばメッシュＭ３３）が表示される。
【0066】
このような分布図Ｒｇを見たユーザは、風向表示Ｄによって風がどのように抜けていくのかを把握することができる。また、各メッシュＭｎに付された等高表示Ｌ１，Ｌ２によってユーザは区域Ａｒ内の比較的広範囲の風速の強弱の分布を一目で把握できる。
【0067】
なお、分布図Ｒｇに風向による風向表示Ｄと風速による等高表示Ｌ１，Ｌ２との両方を表示するものに限られず、風向表示Ｄのみを表示しても良いし、等高表示Ｌ１，Ｌ２のみを表示しても良い。また風速の区分は、等高表示Ｌ１，Ｌ２及びハッチングなしの３つに限られず、区分は３つ以下でも良いし、３つ以上でも良い。
【0068】
また、計測点ＭＰが含まれないメッシュＭｎにおいては、風速を計測点ＭＰが含まれる周囲のメッシュＭｎの風速を補間することで算出する一方で、風向の算出を省略したが、これに限られない。計測点ＭＰが含まれないメッシュＭｎにおいても風向を算出し、その結果を風向表示Ｄで表しても良い。この場合、計測点ＭＰが含まれないメッシュＭｎの風向は、風速と同様に周囲の計測点ＭＰが含まれるメッシュＭｎで算出された風向を補間することで算出しても良いし、他の手法で算出しても良い。このように全てのメッシュＭｎで風向が算出された場合、全てのメッシュＭｎに風向表示Ｄを表示しても良いし、作業員によって指定されたメッシュＭｎに風向表示Ｄを表示しても良い。
【0069】
更に等高表示Ｌ１，Ｌ２及びハッチングなしのそれぞれが属する風速の範囲は、上記に限られず、適宜設定しても良い。また等高表示Ｌ１，Ｌ２の代わりに、分布図Ｒｇに表示される風向表示Ｄの長さや太さ、形状を上記した風速の範囲に応じて変化させたものを、風速の大きさを表すものとしても良い。
【0070】
【0071】
音波送受信装置１は、ＣＰＵ１０と、フラッシュＲＯＭ１１と、ＲＡＭ１２とを有し、これらはバスライン１３を介して入出力ポート１４にそれぞれ接続されている。入出力ポート１４には、更に、上記した音波振動子２、ＧＮＳＳ受信装置３及び角度センサ４と、ユーザからの指示や各種情報を入力する入力装置１５と、風向風速算出サーバ２０等と無線通信するための無線通信装置１６とが接続されている。
【0072】
ＣＰＵ１０は、バスライン１３により接続された各部を制御する演算装置である。フラッシュＲＯＭ１１は、ＣＰＵ１０により実行されるプログラムや固定値データ等を格納した書き換え可能な不揮発性のメモリであり、制御プログラム１１ａと、ペア待機時間データ１１ｂとが記憶される。ＣＰＵ１０によって制御プログラム１１ａが実行されると、図７のメイン処理が実行される。
【0073】
ペア待機時間データ１１ｂには、ＧＮＳＳ受信装置３から１ＰＰＳを受信してから、基準波ＢＷを音波振動子２で送信するまでの時間が記憶される。具体的に、ペアを形成する音波送受信装置１のペア待機時間データ１１ｂには同一の時間が記憶され、なおかつ、他のペアの音波送受信装置１とは異なる時間が記憶される（例えば、上記した図３（ａ）のペアＰ１には１秒、ペアＰ２には２秒等）。
【0074】
これにより、ペアの音波送受信装置１で作成される基準波ＢＷをペアにおいて同期できると共に、複数のペアの音波送受信装置１が隣接して設けられた場合でも、複数のペアの音波送受信装置１の音波振動子２から音波Ｗが同時に送信することが抑制されるので、音波Ｗの干渉や混信を抑制できる。
【0075】
ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１０が制御プログラム１１ａの実行時に各種のワークデータやフラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリであり、基準波ＢＷが記憶される基準波メモリ１２ａと、受信波ＲＷが記憶される受信波メモリ１２ｂと、伝搬時間が記憶される伝搬時間メモリ１２ｃとが設けられる。
【0076】
次に、風向風速算出サーバ２０の電気的構成を説明する。風向風速算出サーバ２０は、ＣＰＵ２１と、ハードディスク・ドライブ２２（以下「ＨＤＤ２２」と略す）と、ＣＰＵ２０のプログラムの実行時に各種のワークデータやフラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリであるＲＡＭ２３とを有し、これらはバスライン２４を介して入出力ポート２５にそれぞれ接続されている。入出力ポート２５には、更に、音波送受信装置１等と無線通信するための無線通信装置２６と、ユーザからの指示や各種情報を入力する入力装置２７とが接続されている。
【0077】
ＣＰＵ２１は、バスライン２４により接続された各部を制御する演算装置である。ＨＤＤ２２は、ＣＰＵ２１により実行されるプログラムや固定値データ等を格納した書き換え可能な不揮発性の記憶装置であり、風速算出プログラム２２ａと、ペア情報テーブル２２ｂと、メッシュ情報テーブル２２ｃとが記憶される。ＣＰＵ２１によって風速算出プログラム２２ａが実行されると、図９のメイン処理が実行される。図６を参照して、ペア情報テーブル２２ｂ及びメッシュ情報テーブル２２ｃを説明する。
【0078】
まず、ペア情報テーブル２２ｂを説明する。図６（ａ）は、ペア情報テーブル２２ｂを模式的に表す図である。ペア情報テーブル２２ｂには、ペアの音波送受信装置１（図中は音波送受信装置Ａ，Ｂと表現）毎に音波送受信装置１が設置された際の位置である初期位置と、音波送受信装置１が設置された際の角度である初期角度と、音波送受信装置１の現在の位置である現在位置と、音波送受信装置１の現在の角度である現在角度と、ペアの音波送受信装置１の伝搬時間に基づいて算出された風速であるペア間風速とが、そのペアの音波送受信装置１を表す名称であるペア名に対応付けられて記憶される。
【0079】
初期位置および現在位置として緯度経度および高度が記憶され、それぞれ（緯度（ｘ），経度（ｙ），高さ（ｚ））の形式で表記される。なお、初期位置および現在位置として、緯度経度および高度が記憶されるものに限られず、例えば、特定の位置を原点（０，０，０）とした場合の初期位置および現在位置のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を記憶しても良い。また、初期角度および現在角度として、ロール角、ピッチ角およびヨー角が記憶され、それぞれ（ロール角（α），ピッチ角（β），ヨー角（γ））の形式で表記される。
【0080】
また、ペアにおいて現在位置が初期位置から大きくずれる等して風速が正確に算出されなかった場合、該当するペアのペア間風速には、風速に代えて「エラー」が記憶される。
【0081】
次に、メッシュ情報テーブル２２ｃを説明する。図６（ｂ）は、メッシュ情報テーブル２２ｃを模式的に表す図である。メッシュ情報テーブル２２ｃには、メッシュＭｎ毎に、メッシュＭｎに含まれる計測点ＭＰを形成するペアの音波送受信装置１のペア名と、そのメッシュＭｎで算出された風向および風速とが記憶される。メッシュＭｎにおいて計測点ＭＰ、即ちペアの音波送受信装置１が含まれない場合は、風向には「－」が設定される。
【0082】
また、ペア間風速が算出できず、上記したペア情報テーブル２２ｂのペア間風速に「エラー」が記憶されたペアが含まれるメッシュＭｎにおける風速および風向には、「エラー」が記憶される。このように、メッシュ情報テーブル２２ｃの風速および風向に「エラー」が記憶されたメッシュＭｎには、図４（ｂ）の分布図Ｒｇにおいて、計測不可ＮＳ（「×」印）が表示される。
【0083】
次に図７～８を参照して、音波送受信装置１のＣＰＵ１０で実行される処理を説明する。図７は、音波送受信装置１のメイン処理のフローチャートである。音波送受信装置１のメイン処理は、音波送受信装置１の電源投入後に実行される処理である。
【0084】
音波送受信装置１のメイン処理はまず、入力装置１５から設置完了通知が入力されたかを確認する（Ｓ１）。設置完了通知は、音波送受信装置１の建物３０への設置が完了した場合に、作業員から音波送受信装置１の入力装置１５を介して入力される通知である。この設置完了通知と共に、音波送受信装置１のペア名も作業員から入力装置１５を介して入力される。
【0085】
Ｓ１の処理において、設置完了通知が入力された場合は（Ｓ１：Ｙｅｓ）、入力されたペア名と、ＧＮＳＳ受信装置３から取得した位置、即ち初期位置と、角度センサ４から取得した角度、即ち初期角度と、設置完了通知とを、無線通信装置１６を介して風向風速算出サーバ２０へ送信する（Ｓ２）。一方でＳ１の処理において、設置完了通知が入力されなかった場合は（Ｓ１：Ｎｏ）、Ｓ２の処理をスキップする。
【0086】
Ｓ１，Ｓ２の処理の後、ＧＮＳＳ受信装置３で１ＰＰＳを受信したかを確認する（Ｓ３）。Ｓ３の処理において、ＧＮＳＳ受信装置３で１ＰＰＳを受信した場合は（Ｓ３：Ｙｅｓ）、ペア待機時間データ１１ｂに記憶されている時間分ウェイト処理を行う（Ｓ４）。Ｓ５の処理の後、基準波メモリ１２ａ及び受信波メモリ１２ｂの内容をそれぞれクリアした上で（Ｓ５）、基準波ＢＷ（図２参照）を作成し、基準波メモリ１２ａへ保存する（Ｓ６）。
【0087】
Ｓ６の処理の後、基準波メモリ１２ａの基準波ＢＷを音波振動子２から送信する（Ｓ７）と同時に、音波振動子２で受信した音波Ｗを受信波メモリ１２ｂに保存する（Ｓ８）。Ｓ７の処理においては、基準波ＢＷを位相が０°の状態から送信を開始する。これによって、ペアの音波送受信装置１のそれぞれにおいて基準波ＢＷがＳ３，Ｓ４の処理によって同期されたタイミングで、同一の位相から送信される。なお、Ｓ７の処理において、基準波ＢＷを位相が０°の状態から送信を開始するものに限られず、４５°や９０°等の他の位相から送信を開始しても良い。
【0088】
Ｓ７，Ｓ８の処理の後、即ちＳ７の処理で基準波メモリ１２ａの基準波ＢＷを全て送信し終わり、なおかつＳ８の処理で音波Ｗを受信しなくなった場合は、計測データ処理（Ｓ９）を実行し、その後Ｓ１以下の処理を繰り返す。
【0089】
ここで、図８を参照して計測データ処理を説明する。図８は、音波送受信装置１の計測データ処理のフローチャートである。計測データ処理はまず、図２で上記した基準波メモリ１２ａの基準波ＢＷと、受信波メモリ１２ｂの受信波ＲＷとの相互相関処理を行う（Ｓ２０）。なお、相互相関処理は既知の手法にて行われるので、詳細な説明は省略する。
【0090】
Ｓ２０の処理の後、Ｓ２０における相互相関処理の結果から、基準波ＢＷと受信波ＲＷとの位相差Ｑ（図２参照）を取得し（Ｓ２１）、その位相差Ｑを基準波ＢＷ及び受信波ＲＷの周波数に基づいて時間に換算する。図２で上記した通り、位相差Ｑを時間に換算したものは、他の音波送受信装置１から送信された音波Ｗの伝搬時間なので、換算した時間を
伝搬時間として伝搬時間メモリ１２ｃに保存する（Ｓ２２）。
伝搬時間として伝搬時間メモリ１２ｃに保存する（Ｓ２２）。
【0091】
Ｓ２２の処理の後、ＧＮＳＳ受信装置３から位置、即ち現在位置を取得し（Ｓ２３）、Ｓ２３の処理の後、角度センサ４から角度、即ち現在角度を取得する（Ｓ２４）。Ｓ２４の処理の後、伝搬時間メモリ１２ｃの伝搬時間と、Ｓ２２，Ｓ２３の処理で取得した現在位置および現在角度とを無線通信装置１６を介して風向風速算出サーバ２０へ送信し（Ｓ２５）、計測データ処理を終了する。
【0092】
次に、図９～１１を参照して、風向風速算出サーバ２０のＣＰＵ２１で実行される処理を説明する。図９は、風向風速算出サーバ２０のメイン処理のフローチャートである。風向風速算出サーバ２０のメイン処理は、風向風速算出サーバ２０の電源投入後に実行される処理である。
【0093】
風向風速算出サーバ２０のメイン処理はまず、無線通信装置２６を介して音波送受信装置１から設置完了指示を受信したかを確認する（Ｓ５０）。即ち音波送受信装置１のメイン処理（図７参照）のＳ２の処理によって送信された設置完了指示が風向風速算出サーバ２０で受信されたかが確認される。
【0094】
Ｓ５０の処理において、設置完了指示を受信した場合は（Ｓ５０：Ｙｅｓ）、設置完了指示と共に受信したペア名、初期位置および初期角度をペア情報テーブル２２ｂ（図６（ａ）参照）に追加する（Ｓ５１）。この際、受信した初期位置および初期角度は、ペア情報テーブル２２ｂの現在位置および現在角度にも記憶される。これによって、音波送受信装置１が設置された際の初期状態の音波送受信装置１の位置および角度がペア情報テーブル２２ｂに登録される。
【0095】
なお、Ｓ５１の処理によって、ペアの音波送受信装置１の一方から既にペア名、位置および角度が受信されてペア情報テーブル２２ｂに記憶されている状態で、Ｓ５１の処理で同一のペア名、位置および角度が受信された場合は、ペア情報テーブル２２ｂの該当するペア名において位置および角度が記憶されていない側の領域に、受信した位置および角度が記憶される。
【0096】
Ｓ５０の処理において、設置完了指示を受信していない場合は（Ｓ５０：Ｎｏ）、Ｓ５１の処理をスキップする。
【0097】
Ｓ５０，Ｓ５１の処理の後、入力装置２７からメッシュの更新指示があったかを確認する（Ｓ５２）。具体的に、メッシュ情報テーブル２２ｃ（図６（ｂ）参照）に新たなメッシュＭｎを追加する場合や、既にメッシュ情報テーブル２２ｃに記憶されているメッシュＭｎに含まれるペアの音波送受信装置１を追加または削除する場合に、作業員から入力装置２７を介してメッシュＭｎの情報の更新指示が入力される。
【0098】
Ｓ５２の処理において、メッシュ情報の更新指示があった場合は（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、作業員から入力装置２７を介して入力された情報に基づいて、メッシュ情報テーブル２２ｃを更新する（Ｓ５３）。一方で、メッシュ情報の更新指示がなかった場合は（Ｓ５２：Ｎｏ）、Ｓ５３の処理をスキップする。
【0099】
Ｓ５２，Ｓ５３の処理の後、ペアの音波送受信装置１から無線通信装置２６を介して現在位置、現在角度および伝搬時間を受信したかを確認する（Ｓ５４）。即ちペアを形成する音波送受信装置１のそれぞれから、計測データ処理（図８参照）のＳ２５の処理によって送信された現在位置、現在角度及び伝搬時間が受信されたかが確認される。
【0100】
Ｓ５４の処理において、ペアの音波送受信装置１から現在位置、現在角度および伝搬時間を受信した場合は（Ｓ５４：Ｙｅｓ）、受信した現在位置および現在角度をペア情報テーブル２２ｂの該当するペア（以下「該当ペア」という）における現在位置および現在角度へ保存する（Ｓ５５）。Ｓ５５の処理の後、ペア間風速算出処理（Ｓ５６）を実行し、その後、メッシュ風向風速算出処理（Ｓ５７）を実行する。図１０，１１を参照してペア間風速算出処理およびメッシュ風向風速算出処理を説明する。
【0101】
図１０は、風向風速算出サーバ２０のペア間風速算出処理のフローチャートである。ペア間風速算出処理はまず、該当ペアの現在位置および現在角度と、該当ペアの初期位置および初期角度とが所定の範囲内であるかを確認する（Ｓ７０）。
【0102】
具体的に、該当ペアの音波送受信装置１（即ち図６（ａ）における該当ペアの音波送受信装置Ａ，Ｂ）のそれぞれの現在位置および現在角度と、対応する初期位置および初期角度とが比較され、現在位置における緯度、経度および高さと、対応する初期位置における緯度、経度および高さとの差がそれぞれ±１０００ｍｍ以内であり、なおかつ現在角度におけるロール角、ピッチ角およびヨー角と、対応する初期角度におけるロール角、ピッチ角およびヨー角とのそれぞれの角度の差が±１０°以内であるかどうかが確認される。なお、比較される位置の差は±１０００ｍｍに限られず、±１０００ｍｍ以上でも±１０００ｍｍ以下でも良い。また、比較される角度の差も±１０°以内に限られず、±１０°以上でも±１０°以下でも良い。
【0103】
Ｓ７０の処理において、該当ペアの現在位置および現在角度と該当ペアの初期位置および初期角度とが所定の範囲内である場合は（Ｓ７０：Ｙｅｓ）、該当ペアの伝搬時間が共に所定の時間内であるかを確認する（Ｓ７１）。具体的には、該当ペアの伝搬時間の絶対値が共に基準波ＢＷの周期（基準波ＢＷの周波数が１０Ｈｚの場合は、周期は０．１秒）の絶対値以下かどうかが比較される。なお、受信した伝搬時間と比較される時間は、基準波ＢＷの周期に限られず、例えば「０．０５秒」等の固定の時間でも良い。
【0104】
Ｓ７１の処理において、該当ペアの伝搬時間が共に所定の時間内の場合は（Ｓ７１：Ｙｅｓ）、該当ペアの現在位置および現在角度から、該当ペアを形成する音波送受信装置１同士を結ぶ直線を算出し、その直線の長さから該当ペア間の距離であるペア間距離を算出する（Ｓ７２）。この際、該当ペアの現在角度を用いて現在位置を補正することで、音波振動子２の角度のずれによる距離の変化をペア間距離に反映できる。
【0105】
Ｓ７２の処理の後、算出されたペア間距離と、該当ペアのそれぞれの伝搬時間から、ペア間の風速であるペア間風速を算出し、ペア情報テーブル２２ｂの該当ペアのペア間風速に保存する（Ｓ７３）。該当ペアにおける「音波送受信装置Ａ」（図６（ａ）参照）の伝搬時間をＴａ、「音波送受信装置Ｂ」の伝搬時間をＴｂ、ペア間距離をＬｐとすると、ペア間風速Ｖｐは、以下の数式１で算出される。
【0106】
【数1】
【0107】
数式１で算出されたペア間風速Ｖｐが、該当ペアのペア間風速としてペア情報テーブル２２ｂに記憶される。かかるペア間距離は、ペアの音波送受信装置１のＧＮＳＳ受信装置３から受信した位置に基づいて算出されるので、ペアの音波送受信装置１間の正確な距離とできる。これによって、ペア間風速も正確に算出することできる。
【0108】
Ｓ７０の処理において、該当ペアの現在位置または現在角度と該当ペアの初期位置または初期角度とが所定の範囲外である場合は（Ｓ７０：Ｎｏ）、該当ペアの現在位置または現在角度が、初期位置または初期角度から大きくずれた場合なので、ＬＣＤ２８に該当ペアがずれている旨のエラーメッセージを表示する（Ｓ７４）。
【0109】
エラーメッセージとしては、現在位置または現在角度が初期位置または初期角度から大きくずれ、ペアの音波送受信装置１が対向しなくなった場合に「ペアを形成する音波振動子２が対向していないため、音波Ｗを受信できません」と表示し、また、現在位置が初期位置からずれ、現在位置によるペア間距離が初期位置によるものから大きく離れた場合に「ペアを形成する音波振動子２の距離が離れたため、風速が正確に算出できません」と表示するものが例示される。
【0110】
Ｓ７４の処理の後、該当ペアの現在角度のロール角またはピッチ角が±４５°を超えたかを確認する（Ｓ７５）。具体的には、該当ペアの現在角度のロール角またはピッチ角が４５°より大きいか又は－４５°より小さいかが確認される。Ｓ７５の処理において、該当ペアの現在角度のロール角またはピッチ角が±４５°を超えている場合は（Ｓ７５：Ｙｅｓ）、該当ペアの音波送受信装置１が大きく傾いている状態であり、これは設置されている建物３０が倒壊していると推定される場合である。かかる場合に、ＬＣＤ２８に該当ペアの音波送受信装置１が設置されている建物３０が倒壊している旨を表示する（Ｓ７６）。
【0111】
一方で、Ｓ７５の処理において該当ペアの現在角度のロール角およびピッチ角が±４５°を超えていない場合は（Ｓ７５：Ｎｏ）、Ｓ７６の処理をスキップする。なお、Ｓ７５の処理で建物３０が倒壊しているかを判断する角度は±４５°に限られず、±４５°以上でも±４５°以下でも良い。
【0112】
Ｓ７１の処理において、該当ペアのいずれかの伝搬時間が所定の時間以上である場合は（Ｓ７１：Ｎｏ）、音波送受信装置１の音波振動子２が故障したことにより、音波Ｗを送信するタイミングが遅延した場合や、音波振動子２が故障または汚染したり、音波振動子２が水平方向に回転したことにより、ペアを形成する音波振動子２が対向しなくなる等して音波Ｗが正確に受信できず、伝搬時間が正確に算出されなかった場合である。かかる場合に、ＬＣＤ２８に該当ペアの伝搬時間が異常である旨のエラーメッセージを表示する（Ｓ７７）。
【0113】
Ｓ７５，Ｓ７６，Ｓ７７の処理の後、即ち上記のＳ７３の処理でペア間風速が算出されなかった場合は、ペア情報テーブル２２ｂの該当ペアのペア間風速に「エラー」保存する（Ｓ７８）。Ｓ７３，Ｓ７８の処理の後、ペア間風速算出処理を終了する。
【0114】
以上説明した通り、ペア間風速算出処理では、ペア情報テーブル２２ｂに記憶される該当ペアの現在位置および現在角度が、対応する初期位置および初期角度と所定の範囲内であり（Ｓ７０：Ｙｅｓ）、なおかつ該当ペアの伝搬時間が共に所定の時間内である場合は、該当ペアの現在位置、現在角度および伝搬時間を用いてペア間風速が算出される。これにより、該当ペアの現在位置および現在角度と、対応する初期位置および初期角度とのずれ量が所定の範囲内の軽微な場合は、作業員が該当ペアの現在位置や現在角度を目視する等して確認（点検）し、風向風速算出サーバ２０に該当ペアの現在位置や現在角度を再設定することなく、ペア間風速を算出できる。これにより、作業員の作業負荷を軽減することができる。
【0115】
一方で、該当ペアの現在位置または現在角度が、対応する初期位置または初期角度の所定の範囲外である場合は、該当ペアが対向していない旨のエラーメッセージが表示される。これにより、作業員が定期的に巡回して該当ペアの音波送受信装置１を目視することなく、該当ペアの現在位置や現在角度がずれてこれらが対向していないことを把握できるので、作業員の作業負荷を軽減できると共に、該当ペアのずれを補正するための作業員の点検・保守等を迅速に行うことができる。
【0116】
同様に、該当ペアの伝搬時間が所定の時間以上である場合に（Ｓ７１：Ｎｏ）、伝搬時間が異常である旨のエラーメッセージが表示される。これにより、作業員は音波振動子２が故障や汚染する等して、音波Ｗが正確に送受信できない状態を把握できるので、その状態を解消するための点検・保守等を迅速に行うことができる。
【0117】
次に図１１を参照して、メッシュ風向風速算出処理を説明する。メッシュ風向風速算出処理はまず、メッシュ情報テーブル２２ｃに記憶されているメッシュＭｎの番号（位置）を表すカウンタ変数Ｎに１を設定する（Ｓ９０）。
【0118】
Ｓ９０の処理の後、メッシュ情報テーブル２２ｃのＮ番目に記憶されているメッシュＭｎの対象ペアの情報を取得する（Ｓ９１）。Ｓ９１の処理の後、Ｓ９１の処理によって対象ペアの情報が取得されたかを確認する（Ｓ９２）。Ｓ９２の処理において、対象ペアの情報が取得された場合は（Ｓ９２：Ｙｅｓ）、取得した対象ペアにおけるペア間風速が「エラー」であるかを確認する（Ｓ９３）。
【0119】
Ｓ９３の処理において、取得した対象ペアにおけるペア間風速が「エラー」ではない場合は（Ｓ９３：Ｎｏ）、取得した対象ペアのそれぞれ現在位置およびペア間風速に基づいて図３（ａ）で上記した風速ベクトルを作成する（Ｓ９４）。具体的には、対象ペアのそれぞれにおいて、ペアの音波送受信装置１の現在位置の間を結ぶ直線を「方向」とし、そのペアで算出されたペア間風速を「大きさ」とした風速ベクトルが作成される。
【0120】
Ｓ９４の処理の後、Ｓ９４の処理で算出された対象ペアの風速ベクトルを合成することで、上記図３（ａ）で説明した風向風速ベクトルＶｍを作成し、その風向風速ベクトルＶｍの向きから風向を、風向風速ベクトルＶｍの大きさから風速を取得し、それぞれメッシュ情報テーブル２２ｃのＮ番目の風向および風速に保存する（Ｓ９５）。
【0121】
この際、対象ペアに基づく計測点ＭＰが複数ある場合は、図４（ａ）で上記した通り、メッシュＭｎにおける中心位置と、計測点ＭＰとの距離の反比例に応じた加重平均によって、メッシュＭｎに含まれる複数の計測点ＭＰの風向および風速が合成され、その結果がメッシュ情報テーブル２２ｃのＮ番目の風向および風速に保存される。
【0122】
一方で、Ｓ９３の処理において、取得した対象ペアにおけるペア間風速が「エラー」である場合は（Ｓ９３：Ｙｅｓ）、メッシュ情報テーブル２２ｃのＮ番目の風向および風速に「エラー」を保存する（Ｓ９６）。また、Ｓ９２の処理において、対象ペアの情報が取得されなかった場合は（Ｓ９２：Ｎｏ）、Ｓ９３～Ｓ９５の処理をスキップする。
【0123】
Ｓ９２，Ｓ９５，Ｓ９６の処理の後、カウンタ変数Ｎに１を加算し（Ｓ９７）、そのカウンタ変数Ｎがメッシュ情報テーブル２２ｃに記憶されている全てのメッシュＭｎの数よりも大きいかを確認する（Ｓ９８）。Ｓ９８の処理において、カウンタ変数Ｎがメッシュ情報テーブル２２ｃの全てのメッシュＭｎの数以下の場合は（Ｓ９８：Ｎｏ）、Ｓ９１以下の処理を繰り返す。
【0124】
一方で、カウンタ変数Ｎがメッシュ情報テーブル２２ｃの全てのメッシュＭｎの数より大きい場合は（Ｓ９８：Ｙｅｓ）、メッシュ情報テーブル２２ｃにおける対象ペアなしのメッシュＭｎの風速を、その周囲の対象ペアありのメッシュＭｎの風速に基づいて補間することで推定し、メッシュ情報テーブル２２ｃの該当するメッシュＭｎの風速に保存する（Ｓ９９）。Ｓ９９の処理の後、メッシュ風向風速算出処理を終了する。
【0125】
図９に戻る。Ｓ５４の処理において、ペアの音波送受信装置１から現在位置、現在角度および伝搬時間を受信していない場合は（Ｓ５４：Ｎｏ）、Ｓ５５～Ｓ５７の処理をスキップする。Ｓ５４，Ｓ５７の処理の後、ユーザから入力装置２７を介して風向風速の表示要求が入力されたかを確認する（Ｓ５８）。
【0126】
Ｓ５８の処理において、風向風速の表示要求が入力された場合は（Ｓ５８：Ｙｅｓ）、メッシュ情報テーブル２２ｃに記憶される各メッシュＭｎの風向および風速に基づいて、図４（ｂ）で上記した分布図Ｒｇを作成し、ＬＣＤ２８に表示する（Ｓ５９）。
【0127】
Ｓ５８の処理において、風向風速の表示要求が入力されなかった場合（Ｓ５８：Ｙｅｓ）又はＳ５９の処理の後、Ｓ５０以下の処理を繰り返す。
【0128】
次に、図１２，１３を参照して第２実施形態を説明する。上記した第１実施形態では、基準波ＢＷとして低周波かつ連続波を用い、基準波ＢＷと音波振動子２で受信した受信波ＲＷとを相互相関処理することでこれらの位相差を算出し、その位相差に基づいて伝搬時間を算出した。これに対して第２実施形態では、チャープ信号による音波を基準波ＢＷとし、そのチャープ信号による基準波ＢＷと受信波ＲＷとを相互相関処理することで得られるピークＰｋを取る時間から伝搬時間を算出する。第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0129】
図１２（ａ）は、第２実施形態における基準波ＢＷを表す図である。第２実施形態では基準波ＢＷとして、図１２（ａ）に示すようなチャープ信号が用いられる。チャープ信号は、時間経過と共に周波数が変化するものであり、第２実施形態の基準波ＢＷとして、周波数を２０ｋＨｚから４０ｋＨｚに１秒間かけて線形に変化させたチャープ信号が用いられる。
【0130】
かかるチャープ信号に基づく基準波ＢＷと音波振動子２で受信した受信波ＲＷとによる伝搬時間の算出について、図１２（ｂ）を参照して説明する。図１２（ｂ）は、第２実施形態において基準波ＢＷと受信波ＲＷとを相互相関処理をした結果の波形を表す図である。第２実施形態においても、基準波ＢＷと受信波ＲＷとを相互相関処理をした結果に基づいて、伝搬時間が算出される。
【0131】
チャープ信号による基準波ＢＷと受信波ＲＷとを相互相関処理を行うと、図１２（ｂ）に示すような、ピークＰｋを取る波形である結果波形ＰＷが出力される。ピークＰｋは、基準波ＢＷと受信波ＲＷとのずれに応じて生じるものであるので、ピークＰｋを検出する時間と、基準波ＢＷが音波振動子２から送信された時間とに基づくことで、受信波ＲＷの伝搬時間を算出することができる。
【0132】
また、ピークＰｋにおける振幅（即ち高さ）は、チャープ信号の継続時間（第２実施形態では１秒）とチャープ信号において変化させる周波数の差（第２実施形態では２０ｋＨｚ）との積に比例する大きさとされ、ピークＰｋの時間幅は、上記の周波数の差に比例するとされる。
【0133】
なお基準波ＢＷとして、周波数を２０ｋＨｚから４０ｋＨｚに１秒間かけて線形に変化（増加）させたチャープ信号を用いたが、これに限られない。基準波ＢＷは、周波数を４０ｋＨｚから２０ｋＨｚに１秒間かけて線形に変化（減少）させたチャープ信号でも良い。また、変化させる周波数帯は２０ｋＨｚ～４０ｋＨｚに限られず、変化させる周波数帯の下限が２０ｋＨｚ以下でも良いし、変化させる周波数帯の上限が４０ｋＨｚ以上でも良い。また、チャープ信号を変化させる時間は１秒間に限られず、１秒以上でも良いし、１秒以下でも良い。また、基準波ＢＷはチャープ信号によるもの限られず、他の波形、例えば、符号変調（例えば、ＣＤＭＡ方式）によるものでも良い。
【0134】
【0135】
第２実施形態における計測データ処理は、Ｓ２０の処理によってチャープ信号による基準波メモリ１２ａの基準波ＢＷと受信波メモリ１２ｂの受信波ＲＷとの相互相関処理の後、その相互相関処理した結果の結果波形ＰＷ（図１２（ｂ）参照）からピークＰｋを取得する（Ｓ２００）。
【0136】
Ｓ２００の処理の後、検出したピークＰｋを取る時間から伝搬時間を算出し、伝搬時間メモリ１２ｃへ保存する（Ｓ２０１）。具体的に、伝搬時間を算出する手法は、予め、基準波ＢＷの送信を開始した時間とピークＰｋを取る時間との時間差と、伝搬時間との関係を較正（校正、キャリブレーション）により取得し、図７のＳ７の処理による基準波ＢＷの送信を開始した時間とＳ２００の処理で取得されたピークＰｋを取る時間との時間差から伝搬時間が算出される。Ｓ２０１の処理の後、Ｓ２３以下の処理を行う。
【0137】
以上説明した通り、第２実施形態の音波送受信装置１００では基準波ＢＷとしてチャープ信号が用いられる。チャープ信号は正弦波と比較して、パルス圧縮した場合のピークＰｋの幅を小さくでき、ピークＰｋの形状が鋭くなる。これにより、チャープ信号による基準波ＢＷと音波振動子２で受信した音波ＷとによるピークＰｋを精度良く取得できるので、取得されたピークＰｋに基づき伝搬時間を精度良く算出できる。
【0138】
また、ピークＰｋの振幅の高さは基準波ＢＷの継続時間に比例して高くなる。よって、基準波ＢＷの継続時間を長くする程ピークＰｋの検出が容易になると共に、該継続時間を長くすることで基準波ＢＷに基づいて音波振動子２から送信される音波Ｗのエネルギーが確保される。これにより、ペアの音波送受信装置１００間が長距離であっても、ペアのうちの１の音波送受信装置１で送信され、他の音波送受信装置１００で受信した音波Ｗの減衰を抑制できるので、音波Ｗの伝搬時間を正確に算出できる。
【0139】
風向風速算出サーバ２０において、このようにペアの音波送受信装置１００で算出された伝搬時間とペアの音波送受信装置１００間の距離Ｌとから、ペアの音波送受信装置１００間の風速が算出される。これにより、ペアの音波送受信装置１００間が長距離であっても、ペアの音波送受信装置１００間の風速を正確に算出できる。
【0140】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。
【0141】
上記実施形態では、風速算出システムＳにおける音波送受信装置１で伝搬時間を算出し、風向風速算出サーバ２０で風速を算出したが、これに限られない。例えば、風向風速算出サーバ２０で伝搬時間および風速を算出しても良い。この場合、基準波ＢＷ及び音波振動子２で受信した受信波ＲＷを風向風速算出サーバ２０に送信し、風向風速算出サーバ２０において受信した基準波ＢＷ及び受信波ＲＷを相互相関処理し、その結果から伝搬時間を算出すれば良い。また、風速算出システムＳから風向風速算出サーバ２０を省略し、風速算出システムＳにおける特定の音波送受信装置１に風向風速算出サーバ２０と同等の処理を実行させても良い。
【0142】
上記実施形態では、基準波ＢＷを作成および送信する際のタイミング信号として、ＧＮＳＳ受信装置３で受信した１ＰＰＳを用いたが、これに限られない。例えば、ＧＮＳＳ衛星４０から送信され、ＧＮＳＳ受信装置３で受信した時刻に基づいて基準波ＢＷを作成および送信しても良いし、その他のＧＮＳＳ衛星４０からの情報に基づいて基準波ＢＷを作成および送信しても良い。また、風向風速算出サーバ２０で作成して送信したタイミング信号をペアの音波送受信装置１で受信し、受信したタイミング信号に基づいて基準波ＢＷを作成および送信しても良い。
【0143】
上記実施形態では、音波Ｗを送受信する送信部および受信部として、１の音波振動子２を音波送受信装置１に設ける例を示したが、これに限られず、音波送受信装置１に２以上の音波振動子２を設け、それぞれの音波振動子２で別々の送受信ペアを形成しても良い。また、音波送受信装置１から音波振動子２を省略し、その代わりに送信部と受信部とを別々の装置で構成しても良い。例えば、音波送受信装置１に送信部としてスピーカを、受信部としてマイクロホンをそれぞれ設け、スピーカから音波Ｗを他の音波送受信装置１に送信し、スピーカで他の音波送受信装置１からの音波Ｗを受信すれば良い。
【0144】
第１実施形態では基準波ＢＷとして連続波かつ低周波のみを用い、第２実施形態では、基準波ＢＷとしてチャープ信号のみを用いた。しかし、これに限られず、基準波ＢＷとして連続波かつ低周波とチャープ信号とを適宜切り替えて作成し、音波振動子２から送信しても良い。例えば、基準波ＢＷとして連続波かつ低周波とチャープ信号とを交互に作成して音波振動子２から送信しても良いし、ペアの音波送受信装置１間の環境（湿度や二酸化炭素濃度等）に応じて、連続波かつ低周波とチャープ信号とのいずれかを基準波ＢＷとしても良い。
【0145】
第１実施形態では、全ての音波送受信装置１で基準波ＢＷの周波数を１０Ｈｚとしたがこれに限られない。例えば、１のペアの音波送受信装置１同士では同一の周波数を用い、その周波数を他のペアの音波送受信装置１で用いられるものと異なった周波数としても良い（例えば、図３（ａ）のペアＰ１同士の基準波ＢＷの周波数を１０Ｈｚとし、ペアＰ２同士の基準波ＢＷの周波数を１５Ｈｚとする等）。
【0146】
上記実施形態では、ペア待機時間データ１１ｂには、異なるペアにおいて、異なった時間を記憶した。しかし、これに限られず、例えば、ペアに依らず同一の時間をペア待機時間データ１１ｂに記憶しても良いし、同一のメッシュＭｎに含まれるペアにおいては、それぞれ異なった時間をペア待機時間データ１１ｂに記憶しても良い。
【0147】
上記実施形態において、分布図ＲｇをＬＣＤ２８に表示したが、これに限られない。例えば、風向風速算出サーバ２０にプリンタを接続し、分布図Ｒｇをプリンタで印刷して出力しても良いし、無線通信装置２６及びインターネット等を介して、他のコンピュータに分布図Ｒｇを電子メールやＳＭＳ、ＳＮＳ等で送信しても良い。また、風向風速算出サーバ２０にスピーカを接続し、スピーカから分布図Ｒｇの各メッシュＭｎの風向および風速を音声で出力しても良い。
【0148】
また、図１０のペア間風速算出処理のＳ７６，Ｓ７７の処理においてエラーメッセージを風向風速算出サーバ２０のＬＣＤ２８に表示したが、これに限られない。例えば、風向風速算出サーバ２０にスピーカを設け、スピーカからＳ７６，Ｓ７７の処理におけるエラーメッセージを音声で出力しても良いし、Ｓ７６，Ｓ７７の処理におけるエラーメッセージを無線通信装置２６及びインターネットを介して作業員に電子メールやＳＭＳ、ＳＮＳ等で送信しても良い。
【0149】
上記実施形態では、ペア情報テーブル２２ｂの現在位置や現在角度に基づいて伝搬時間や風速ベクトル等を算出したが、これに限られず、ペア情報テーブル２２ｂの初期位置や初期角度に基づいて伝搬時間や風速ベクトル等を算出しても良い。
【0150】
更に音波送受信装置１にＧＮＳＳ受信装置３と角度センサ４とを設けたが、これに限られない。音波送受信装置１からＧＮＳＳ受信装置３を省略しても良いし、角度センサ４を省略しても良い。ＧＮＳＳ受信装置３又は角度センサ４を省略した場合には、ペア情報テーブル２２ｂの位置または角度のうち、省略したＧＮＳＳ受信装置３又は角度センサ４に該当する情報を作業員が入力装置２７を介して入力し、ペア情報テーブル２２ｂの初期位置又は初期角度に記憶し、記憶された初期位置や初期角度に基づいて伝搬時間や風速ベクトル等を算出しても良い。
【0151】
上記実施形態では、音波送受信装置１と風向風速算出サーバ２０とを無線通信装置１６及び無線通信装置２６を介した無線通信によって情報を送受信したが、これに限られず、音波送受信装置１と風向風速算出サーバ２０とを通信ケーブルで接続し、その通信ケーブルを介した有線通信によって情報を送受信しても良い。
【0152】
上記実施形態では、風速算出プログラム２２ａを実行するコンピュータとして風向風速算出サーバ２０を例示したが、これに限られず、風速算出プログラム２２ａをタブレット端末やスマートフォン等の他のコンピュータで実行しても良い。また、風速算出プログラム２２ａをＲＯＭ等に記憶し、風速算出プログラム２２ａのみを実行する専用装置に、本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【0153】
Ｓ 風速算出システム
２０ 風向風速算出サーバ（コンピュータ）
２２ａ 風速算出プログラム
Ｗ 音波
２ 音波振動子（送信部、受信部）
３ ＧＮＳＳ受信装置（ＧＮＳＳ受信部）
４ 角度センサ（角度取得部）
ＢＷ 基準波
Ｑ 位相差
Ｓ２ 初期位置取得手段、初期角度取得手段
Ｓ６ 基準波作成手段
Ｓ７ 音波送信手段
Ｓ８ 音波受信手段
Ｓ２２，Ｓ２０１ 伝搬時間算出手段
Ｓ２３ 現在位置取得手段
Ｓ２４ 現在角度取得手段
Ｓ５４ 伝搬時間取得ステップ
Ｓ５９ 風向風速出力手段、風向風速出力ステップ
Ｓ７３ 風速算出手段、風速算出ステップ
Ｓ７４ 位置ずれ報知手段、角度ずれ報知手段
Ｓ９４ 方向取得手段、風速ベクトル作成手段、方向取得ステップ、風速ベクトル作成ステップ
Ｓ９５ メッシュ領域風速風向算出手段、メッシュ領域風速風向算出ステップ
２２ｂ ペア情報テーブル（初期位置記憶手段、初期角度記憶手段）
Ｍ１～Ｍ４２，Ｍｎ メッシュ（メッシュ領域）
２０ 風向風速算出サーバ（コンピュータ）
２２ａ 風速算出プログラム
Ｗ 音波
２ 音波振動子（送信部、受信部）
３ ＧＮＳＳ受信装置（ＧＮＳＳ受信部）
４ 角度センサ（角度取得部）
ＢＷ 基準波
Ｑ 位相差
Ｓ２ 初期位置取得手段、初期角度取得手段
Ｓ６ 基準波作成手段
Ｓ７ 音波送信手段
Ｓ８ 音波受信手段
Ｓ２２，Ｓ２０１ 伝搬時間算出手段
Ｓ２３ 現在位置取得手段
Ｓ２４ 現在角度取得手段
Ｓ５４ 伝搬時間取得ステップ
Ｓ５９ 風向風速出力手段、風向風速出力ステップ
Ｓ７３ 風速算出手段、風速算出ステップ
Ｓ７４ 位置ずれ報知手段、角度ずれ報知手段
Ｓ９４ 方向取得手段、風速ベクトル作成手段、方向取得ステップ、風速ベクトル作成ステップ
Ｓ９５ メッシュ領域風速風向算出手段、メッシュ領域風速風向算出ステップ
２２ｂ ペア情報テーブル（初期位置記憶手段、初期角度記憶手段）
Ｍ１～Ｍ４２，Ｍｎ メッシュ（メッシュ領域）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】