特開 2024-5516 風向風速測定装置

(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】P2024005516

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】風向風速測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 13/00 20060101AFI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01P13/00 E

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105720

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】391016358

【氏名又は名称】東芝情報システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100156199

【弁理士】

【氏名又は名称】神崎 真

(74)【代理人】

【識別番号】100090169

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100074147

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 崇

(74)【代理人】

【識別番号】100124497

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】太田 和男

【テーマコード（参考）】

2F034

【Ｆターム（参考）】

2F034AA02

2F034DA04

2F034DB06

2F034DB14

(57)【要約】

【課題】風向風速を一つの手段によって取得可能な風向風速測定装置を提供する。
【解決手段】三次元空間の１点を中心として設けられ、前記中心を含む水平面より上方または下方の天空面の任意の位置へ向いた状態で、前記中心において任意の方向に可動に設置された可動部１１０と、前記可動部１１０と対向する前記天空側に配置され、測定時に前記可動部１１０が向いている前記天空面における位置の位置情報を取得するための固定部１５０と、前記可動部１１０に取り付けられ、受けた風に応じて前記可動部１１０を動かす風受部と、前記風受部により前記可動部１１０が動かされたときに前記可動部１１０または前記固定部１５０から前記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風速情報に変換する風向風速変換部２１０とを具備する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元空間の１点を中心として設けられ、前記中心を含む水平面より上方または下方の天空面の任意の位置へ向いた状態で、前記中心において任意の方向に可動に設置された可動部と、
前記可動部と対向する前記天空側に配置され、測定時に前記可動部が向いている前記天空面における位置の位置情報を取得するための固定部と、
前記可動部に取り付けられ、受けた風に応じて前記可動部を動かす風受部と、
前記風受部により前記可動部が動かされたときに前記可動部または前記固定部から前記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風力情報に変換する風向風力変換部と
を具備することを特徴とする風向風力測定装置。

【請求項2】

前記固定部は、前記天空面を区分して各区分を識別する区分識別情報が記載された構成を有し
前記可動部は、前記固定部に記載された前記区分識別情報を撮像し、この区分識別情報の画像を取得するカメラを有することを特徴とする請求項１に記載の風向風力測定装置。

【請求項3】

前記風向風力変換部は、前記カメラにより得られた区分識別情報の画像に対し文字認識を行う文字認識部を有することを特徴とする請求項２に記載の風向風力測定装置。

【請求項4】

前記区分識別情報は、数字であることを特徴とする請求項２に記載の風向風力測定装置。

【請求項5】

前記区分識別情報のそれぞれに風向情報と風力情報が対応付けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の風向風力測定装置。

【請求項6】

前記固定部は、光電変換部により構成されており、
前記可動部には、前記光電変換部へ向けて光を射出する光射出部が備えられており、
前記風向風力変換部は、前記複数の光電変換素子から得られる信号に基づき位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の風向風力測定装置。

【請求項7】

前記風向風力変換部は、前記複数の光電変換素子から得られる信号の強度が強い光電変換素子に応じて位置情報を取得することを特徴とする請求項６に記載の風向風力測定装置。

【請求項8】

前記光電変換部の表面は、平面に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の風向風力測定装置。

【請求項9】

前記光電変換部の表面は、曲面または段差面で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の風向風力測定装置。

【請求項10】

前記風向風力変換部は、光電変換素子が並べられて配列された光電変換部のそれぞれの光電変換素子に風向情報と風力情報が対応付けられたメモリテーブルを備えていることを特徴とする請求項５に記載の風向風力測定装置。

【請求項11】

前記メモリテーブルは、風向風速を様々に変化させて前記複数の光電変換素子から得られる信号に基づき位置情報を取得し、作成したものであることを特徴とする請求項１０に記載の風向風力測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、風向風力測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、風向風力測定装置としては、所謂飛行機型の装置が知られている。この飛行機型の風向風力測定装置は、プロペラにより風速を計測し、飛行機の尾翼により風向を計測するもので、計測が２系統となっている。また、風向風力測定装置としては、超音波やレーザー式による測定装置も知られている。しかしながら、これらの装置は複数のセンサを組み合わせて利用する構成を備えるものである。

【0003】

特許文献１には、簡易な装置構成により風向風速を精度よく測定する測定方法及び装置が示されている。この装置は、台板に一端が固定して取り付けられ、上記台板に垂直方向に延びる棒状材を備え、この棒状材の自由端を撮像する位置にカメラを配設している。そして、上記棒状材の曲げ変形による中立位置からの自由端の変位を上記カメラＣでの撮像により得られた画像の解析により求め、これから風向、風速を求めるものである。

【0004】

上記装置において、棒状材は１本の円柱状のものとし、先端に軸対称回転体形状の付加部材を取り付けてもよい。そして、薄板状の棒状材を水平台板上の２方向に沿って配置する形態としてもよく、また、直方体形状の台部の各直交する３つの面にそれぞれ棒状材を配置し３次元方向の風向風速を求めることができる。

【0005】

特許文献２には、風の垂直成分と水平成分の双方を測定でき、また、応答性、視認性に優れる風向計が示されている。この風向計は、円板状の基台と、該基台の中央から鉛直に立設された支柱と、該支柱の上端に連結された所定の長さの糸と、該糸の端部に連結された中空体を備える。上記中空体は、膜体と、この膜体の内部に充填された気体とから構成されている。また、中空体は細長状に形成され、風に追従して移動し易いように、上記中空体の長手方向の端部に糸が連結されている。

【0006】

上記において気体としては、空気よりも比重が小さいヘリウム等が用いられ、この気体による浮力と、糸と膜体の重量とがほぼ等しいように設定されている。気体を膜体に充填した後、糸と膜体の重量とほぼ等しい浮力が生じるように、膜体に粘着テープ等の重りが取着される。

【0007】

上記特許文献１の装置では、台板に取り付けられた棒の先端に球のようなものを取り付けた状態のものをカメラで撮影し、球が動いた方向と動いた距離によって風向風速を測定するものであるが、先端の球を画像解析で判別して位置を算出する必要がある。

【0008】

また、特許文献２の発明は、鉛直に立設された支柱の上端に連結された糸の端部に気体が内部に充填された膜体からなる細長状の中空体が連結されて構成された風向計であり、これは風に追随する中空体の移動により風向を判別するものであるが、視認による風向確認であり正確な方向を把握することは困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１６－１３３４３３号公報

【特許文献2】特開平１０－４８２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上記の如き従来の風向風速測定装置が有する問題点に鑑みなされたもので、その目的は、風向風速を一つの手段によって取得可能な風向風速測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施形態に係る風向風速測定装置は、三次元空間の１点を中心として設けられ、前記中心を含む水平面より上方または下方の天空面の任意の位置へ向いた状態で、前記中心において任意の方向に可動に設置された可動部と、前記可動部と対向する前記天空側に配置され、測定時に前記可動部が向いている前記天空面における位置の位置情報を取得するための固定部と、前記可動部に取り付けられ、受けた風に応じて前記可動部を動かす風受部と、前記風受部により前記可動部が動かされたときに前記可動部または前記固定部から前記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風力情報に変換する風向風力変換部とを具備することを特徴とする。

【0012】

本発明の実施形態に係る風向風速測定装置では、前記固定部は、前記天空面を区分して各区分を識別する区分識別情報が記載された構成を有し前記可動部は、前記固定部に記載された前記区分識別情報を撮像し、この区分識別情報の画像を取得するカメラを有することを特徴とする。

【0013】

本発明の実施形態に係る風向風速測定装置では、前記固定部は、光電変換部により構成されており、前記可動部には、前記光電変換部へ向けて光を射出する光射出部が備えられており、前記風向風力変換部は、前記複数の光電変換素子から得られる信号に基づき位置情報を取得することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態の正面図。

【図2】図１の要部正面図。

【図3】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態についての第１の変形例の正面図。

【図4】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態についての第２の変形例の正面図。

【図5】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態についての要部の第１例の正面図。

【図6】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態についての要部の第２例の正面図。

【図6A】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態についての要部の第３例の正面図。

【図7】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態についての要部である測定装置の構成図。

【図8】本発明における風向風力測定装置に係る実施形態についての要部である光電変換部の概略構成図。

【図9】図８の要部の拡大図。

【図10】図９の要部の拡大図。

【図11】本発明における風向風力測定装置に係る実施形態についての要部である変換テーブルの構成図。

【図12】本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図13】本発明における風向風力測定装置に係る第２の実施形態の要部正面図。

【図14】本発明における風向風力測定装置に係る第２の実施形態に用いられるイメージセンサの受光面と風向風速を求めるための座標値との関係を示す平面図。

【図15】本発明における風向風力測定装置に係る第２の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図16】本発明における風向風力測定装置に係る第３の実施形態の要部正面図。

【図17】本発明における風向風力測定装置に係る第３の実施形態についての要部である区分識別情報記載面の構成図。

【図18】図１７の要部拡大図。

【図19】図１８の要部拡大図。

【図20】本発明における風向風力測定装置に係る第３の実施形態についての文字認識処理の動作を示す図。

【図21】本発明における風向風力測定装置に係る第２の実施形態についての要部である測定装置の構成図。

【図22】本発明における風向風力測定装置に係る第３の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図23】本発明における風向風力測定装置に係る第４の実施形態についての要部である測定装置の構成図。

【図24】本発明における風向風力測定装置に係る第４の実施形態についての要部である光電変換部の概略構成図。

【図25】本発明における風向風力測定装置に係る第４の実施形態についての要部である変換テーブルの構成図。

【図26】本発明における風向風力測定装置に係る第４の実施形態の動作を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下添付図面を参照して、本発明に係る風向風力測定装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１に本発明における風向風力測定装置に係る第１の実施形態の正面図を示し、図２にその要部正面図を示す。この風向風力測定装置は、球殻体１００に、その構成の殆どを備えている。球殻体１００は、樹脂や金属などによって構成される。球殻体１００は透明や半透明などであっても良く、ガラスであっても良い。これは、検出波長が可視光域の場合、光の強さが外乱光よりも強力な場合である。また、検出波長が非可視光(紫外線、赤外線)であれば可視光で透明でも、その波長域では不透明なものがある。すなわち、光の波長を変えることで実施可能となる。更に、ここでは、球殻体１００を用いたが、球に限らず、あらゆる形状の筐体を採用することができる。

【0016】

三次元空間の球殻体１００の中心部分には、可動部１１０が設けられている。即ち、球殻体１００の中心を通る平面には、支持板１２０が固定的に設けられている。支持板１２０は、円盤状であっても、また、両端が球殻に当接して固定される円弧の縁を有する板状のものであっても良い。支持板１２０の中央には、可動部１１０を任意の方向に可動（ここでは、回転可能）に保持するベアリング状の軸受部１３０が設けられている。即ち、可動部１１０中心部は円筒状であり、可動部１１０の先端１１０Ａは、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より上方または下方の天空球殻面の任意の位置と対向するように回転可能に設置されている。図１、図２に示した実施形態では、可動部１１０における上方側の先端１１０Ａは、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より上方の天空球殻面の任意の位置と対向するように回転可能に設置されている。これに対し、図３と図４に示す実施形態では、可動部１１０における下方側の先端１１０Ａが、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より下方の天空球殻面の任意の位置と対向するように回転可能に設置されている。

【0017】

可動部１１０には、受けた風に応じて上記可動部１１０を回転させる風受部１６０が取り付けられている。風受部１６０は、短冊状の紙や布などによって構成することができる。より詳細には、可動部１１０の後端部１１０Ｂには、例えばリング１１１が取り付けられており、このリング１１１には紐や細棒により構成される連結部１１２が取り付けられ、連結部１１２のリング１１１側とは逆の端部には、上記風受部１６０が取り付けられている。図３の例では、風受部１６０は、ゴム製などの球状のバルーンによって構成することが示されている。

【0018】

球殻体１００において、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より下方の天空球殻面側の球殻の一部が切欠されており、この切欠された部分には円形の開口部１７０が形成されている。連結部１１２と風受部１６０とは、開口部１７０を介して球殻体１００の外側に存在している。上記可動部１１０は、開口部１７０を介して球殻体１００の内側に存在している。

【0019】

以上の構成によって、図１に示すように、風による気流Ｆが風受部１６０に当り、風受部１６０がＤ方向へ移動すると、これに応じて連結部１１２の下部が移動する。連結部１１２は、可動部１１０を軸受部１３０の中心を回転中心として回転させる。風受部１６０がＤ方向へ移動すると、可動部１１０の先端部１１０Ａが上記回転中心を中心として回転し、移動方向はＤ方向とは逆方向となる。

【0020】

上記可動部１１０と対向する上記天空球殻面側には固定部１５０が配置されている。図２において、可動部１１０が円筒形や棒状であるとして、風を受けて可動部１１０が移動し、先端部１１０Ａから天空球殻面へ向かって延びる直線が固定部１５０とぶつかる点を点Ｅとする。風がないときの上記中心線が先端部１１０Ａから天空球殻面へ向かって延びる直線が固定部１５０とぶつかる点を点Ｓとする。可動部１１０の先端部１１０Ａが移動する向きと可動部１１０の後端部１１０Ｂが移動する向きとは、逆であり、点Ｓと点Ｅを結ぶ図示しない線分ＳＥの方向が風の方向であり、線分ＳＥの長さが風速に対応する。本実施形態の風向風力測定装置では、上記点Ｅの位置情報を上記可動部１１０または上記固定部１５０から取得する。本実施形態においては、固定部１５０は、球殻体１００における上記可動部１１０が対向している位置情報を取得するか与えるかするものである。

【0021】

固定部１５０は、図５に示すように、メッシュ状に複数の光電変換素子５１が並べられて配列された光電変換部５０により構成されている。この光電変換部５０の表面は、図５では平面に構成されているが、図６に示すように光電変換部５０の表面は、曲面または段差面で構成されていても良く、図６Ａに示すように、半球面に構成されていても良い。上記可動部１１０の先端部１１０Ａは、図５と図６と図６Ａに示すように、上記光電変換部５０へ向けて光を射出する光射出部３１となっている。光射出部３１は、例えば円筒状の本体内にＬＥＤなどの光源とバッテリなどの駆動源を含むもので、光射出部３１から射出された光は光電変換部５０の１つの光電変換素子５１の面に集光する光束となるように構成されている。集光のため、光射出部３１の本体内にレンズなどの光学機構を備えていても良い。

【0022】

支持板１２０には、風向風力変換部２１０などの測定装置２００が備えられている。測定装置２００の風向風力変換部２１０は、上記風受部１６０により上記可動部１１０が回転されたときに上記可動部１１０または上記固定部１５０から上記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風力情報に変換するものである。本実施形態では、上記固定部１５０から上記位置情報を取得する。

【0023】

図７には、風向風力変換部２１０を含む測定装置２００の構成例が示されている。即ち、測定装置２００は、ＣＰＵ１０を中心とするコンピュータの構成を有する。ＣＰＵ１０には、ＣＰＵ１０が用いるプログラム等が記憶される主メモリ１１が接続されている。また、ＣＰＵ１０には、バス１２を介して入力ポート１３と出力ポート１４、更に、外部記憶インタフェース１５が接続されている。

【0024】

入力ポート１３には、光電変換部５０が接続されている。これにより、ＣＰＵ１０は、上述の位置情報を取り込むことができる。出力ポート１４には、無線通信部１６が接続されている。ＣＰＵ１０は、上記位置情報を変換して得た風向情報と風力情報を出力ポート１４から無線通信部１６を介して送信することができる。

【0025】

本実施形態に係る風向風力測定装置には、無線通信部２１を備えた、ＬＥＤやＬＣＤによる表示装置２０が設けられている。この表示装置２０は、無線通信部１６から送られてくる風向情報と風力情報を自らの無線通信部２１において受信し、表示情報へ変換して風向と風速を表示する。

【0026】

上記外部記憶インタフェース１５には、外部記憶装置１７が接続されている。外部記憶装置１７には、ＣＰＵ１０が位置情報を風向情報と風力情報に変換するための変換テーブルが記憶されている。この変換テーブルの構成の前提である光電変換部５０と風向風速の関係を説明する。

【0027】

図８に示すように、風向は、円を中心Ｏから２２．５度毎の線により区分し、右回りで、「北」、「北北東」、「北東」、「東北東」、「東」、「東南東」、「南東」、「南南東」、「南」、「南南西」、「南西」、「西南西」、「西」、「西北西」、「北西」、「北北西」の風向情報が割り当てられている。この図８の円形の部分が光電変換部５０となっており、メッシュ状に複数の光電変換素子５１が並べられて配列された構成されている。光電変換部５０は固定部１５０の全部または一部である。光電変換部５０について、例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を示すと、図９のようである。光電変換部５０について、例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を半径方向に５分割（５区分）して、最も中心から遠い円弧の部分を風速５０ｍとし、４／５の半径の位置を風速４０ｍ、３／５の半径の位置を風速３０ｍ、２／５の半径の位置を風速２０ｍ、１／５の半径の位置を風速１０ｍ、扇型の中心を風速０ｍとする。各１０ｍの区間を１０分割（１０区分）して、風速を１ｍづつ増加した位置とする。図１０に、図９に示した領域中の、風向が「北」であって風速３０ｍから風速４０ｍの領域を示す。この領域には、複数の光電変換素子５１がメッシュ状に並べられて存在している。図８に示した円形の光電変換部５０の全ての部分が、図１０に示した領域と同じ構成を有している。ここでは、半径方向の１ｍ毎に１個の光電変換素子５１が含まれ、円周方向に複数の光電変換素子５１が並ぶ構成となっているが、半径方向の１ｍ毎に１個の光電変換素子５１が含まれていればよい。
なお、本実施形態では風向は１６等分し、風速も所定間隔で区分することにより、近似的に風向風速を固定部１５０に割り当てるのではなく、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、得られた風向風速の変異に対応させて固定部１５０に割り当て、対応する風向情報と風速情報を引き出す変換テーブルを得て、外部記憶装置１７に記憶して、これを用いて風向情報と風速情報を得るようにしても良い。この場合に、試験に用いる風の風向を３６０度の角度表記やラジアン表記によるものとし、変換テーブルに角度表記やラジアン表記を用いて、測定結果を角度表記やラジアン表記で表示するようにしても良い。

【0028】

上記複数の光電変換素子５１のそれぞれには、位置情報に対応して異なるアドレスＡＡＡＡ～ＺＺＺＺが与えられており、２２．５度の扇型により特定される風向の領域に属する光電変換素子５１に同じ風向情報０１、０２、・・・、１６が与えられ、上記扇型の半径方向に１ｍ幅で属する光電変換素子５１に同じ風速情報００、０１、０２、・・・、５０が与えられている。外部記憶装置１７の変換テーブルは、図１１に示されるように、上記光電変換素子５１の位置情報に対応するアドレスに対し、風向情報０１、０２、・・・、１６と風力情報００、０１、０２、・・・、５０を連続させた４桁の数字が記憶されている。例えば、４桁の数字は、風向情報と風速情報を連続させたもので、風向が北で風速が３１ｍであれば「０１３１」となり、風向が西北西で風速が４ｍであれば「１４０４」となる。従って、位置情報であるアドレスから風向情報と風速情報を取り出すことができる。

【0029】

風向風速の測定処理はＣＰＵ１０が図１２のフローチャートの手順で行う。光電変換部５０の出力を得て、最高出力の光電変換素子を見つける（Ｓ１１）。この最高出力の光電変換素子が、いずれの風向風速の領域かを外部記憶装置１７の変換テーブルを用いて求める（Ｓ１２）。このとき、２つ以上の領域に属する光電変換素子が最高出力であるとき（同時に異なる風向風速となる光電変換素子の出力が得られた場合）には、検出結果をキャンセルする。このようにして風向風速情報を求めた測定時間が所定時間（例えば、５分）となると（Ｓ１３）、平均を求めて風向風速とし、出力ポート１４から出力する（Ｓ１４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【0030】

図１３に、第２の実施形態の風向風力測定装置の構成を示す。固定部１５０Ｂは、イメージセンサ５０Ｂであり、センサ面が例えば図１４に示すように、ｘｙ座標に対応しており、光射出部３１から射出された光はイメージセンサ５０Ｂの受光面の実質的に一点Ｐに集光するように構成されている。

【0031】

この第２の実施形態においては、測定装置２００は第１の実施形態の構成と同じく図７に示す通りである。無風の場合に、光射出部３１から射出された光がイメージセンサ５０Ｂの受光面の集光する点の座標値（この実施形態では、図１４に示されるように重心（１２８，１２８））が外部記憶装置１７に記憶されているものとする。ＣＰＵ１０は、測定時にイメージセンサ５０Ｂから取り込まれた信号に基づく集光点の座標値を得て、この座標値標と上記重心の座標値との相対関係により角度を得て、この角度を風向情報とする。風向情報は、例えば、３６０度のいずれの方向であるかを数値と「度」によって示しても良いし、ラジアンによる表現を行っても良い。また、本実施形態では、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、得られた座標値と上記重心の座標値間の距離を求め、この距離を試験に用いた既知の風速と対応付けて変換テーブルとして、外部記憶装置１７に記憶しておく。

【0032】

この第２の実施形態における風向風速の検出処理は図１５のフローチャートの手順で行う。ＣＰＵ１０は、イメージセンサ５０Ｂにより得られる信号に基づく集光点の座標値と受光面の重心の座標値とに基づく角度から風向情報を得る（Ｓ４１）と共に、集光点の座標値と受光面の重心の座標値とによる距離から変換テーブルを用いて風速情報を取得する（Ｓ４２）。次に、所定時間分のデータが得られたかを求め（Ｓ４３）、ＮＯとなると、このステップＳ４１とステップＳ４２においてデータを蓄積する。ステップＳ４３においてＹＥＳとなると、平均を求めて風向風速とし、出力する（Ｓ４４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【0033】

なお、上記第２の実施形態では、風向情報を角度により表したが、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行って風速情報を得ても良い。この場合、風向を上述の通り例えば１６方位により表したものとする。上記試験において得られた座標値と上記重心の座標値との相対関係により角度を得て、この角度と試験に用いた既知の風向と対応付けて変換テーブルとして、外部記憶装置１７に記憶しておき、この変換テーブルを用いて風向を１６方位により表すようにしても良い。

【0034】

次に、第３の実施形態の風向風力測定装置を説明する。本実施形態は、風受部１６０に風が当たって可動部１１０Ｘが移動したとき、可動部１１０Ｘを構成するカメラが映し出した画像である文字を認識して風向風速を得るものである。従って、可動部１１０Ｘを構成するカメラが向いた先の固定部１５０Ａには、そのときの風向風速を表す画像が的確に記載されている必要がある。例えば、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、このときカメラが映し出した固定部１５０Ａの位置に、試験に用いている風の風向風速情報を記載する。この作業を必要な風向風速を持つ風の全てを用いて行っておく。図１６を用いて、第３の実施形態の風向風力測定装置の構成を示す。固定部１５０Ａは、上記天空球殻面を、測定する風向の数に応じて扇型に区分して１つの扇型を風速に応じて半径方向を複数に区分し、各区分を識別する区分識別情報が記載され、この区分識別情報を位置情報として上記可動部１１０Ｘへ与える構成を有している。

【0035】

固定部１５０Ａは、上記天空球殻面を区分して各区分を識別する区分識別情報が記載された構成を有する。図１７に示す円形の部分が区分識別情報記載面５００となっており、区分識別情報記載面５００は固定部１５０Ａの全部または一部である。本実施形態においても、風向は、円を中心Ｏから２２．５度毎の線により区分し、右回りで「北」、「北北東」、「北東」、「東北東」、「東」、「東南東」、「南東」、「南南東」、「南」、「南南西」、「南西」、「西南西」、「西」、「西北西」、「北西」、「北北西」の風向情報が割り当てられている。例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を示すと、図１８のようである。区分識別情報記載面５００について、例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を半径方向に５分割（５区分）して、最も中心から遠い円弧の部分を風速５０ｍとし、４／５の半径の位置を風速４０ｍ、３／５の半径の位置を風速３０ｍ、２／５の半径の位置を風速２０ｍ、１／５の半径の位置を風速１０ｍ、扇型の中心を風速０ｍとする。図１７に示した領域中の、風向が「北」であって風速３０ｍから風速４０ｍの領域を図１８に示す。この領域には、１つの区分識別情報の記載領域がメッシュ状に並べられて存在している。図１７に示した円形の全ての部分が、図１８に示した領域と同じ構成を有している。
なお、本実施形態では、上記のように１６方位による風速の表現を用いたが、これに限定されない。例えば、３６０度のいずれの方向であるかを数値と「度」によって示しても良いし、ラジアンによる表現を行っても良い。

【0036】

図１９に、風向が「北」であって風速３０ｍから風速３９ｍの区分識別情報の記載領域５５を示す。この区分識別情報の記載領域５５には、風向風速に応じて区分識別情報として文字（数字）が記載されている。区分識別情報として文字（数字）は、１文字または複数文字で１セットとなっており、いずれの記載領域５５においても、文字の大きさは同じで、従って１セット分の文字の領域の大きさもおなじとなっている。２２．５度の扇型により特定される風向の領域に同じ風向情報０１、０２、・・・、１６の内の１つが区分識別情報の一部として与えられ、上記扇型の半径方向に１ｍ幅の領域に同じ風速情報００、０１、０２、・・・、５０が区分識別情報の一部として与えられている。従って、１つの区分識別情報は、風向情報と風速情報をセットとしたもので、風向が北で風速が３１ｍであれば「０１－３１」となり、風向が西北西で風速が４ｍであれば「１４－０４」となる。

【0037】

図１６に示すように、第３の実施形態の風向風力測定装置の可動部１１０Ｘには、風向を示す区分識別情報を読み取るためのカメラ６０が備えられている。カメラ６０は、例えば円筒状の本体内にイメージセンサなどの撮像素子と画像読出しのための機構を含むもので、図２０に示すように、カメラ６０の撮像範囲Ｙは、数セット分の文字の領域であり、カメラ６０は数セット分の文字のエリアを撮像可能なようにレンズなどの光学機構を備えていても良い。ここで、数セットとは、少なくとも２セットとし、１撮像範囲Ｙのいくつかのセットの文字を接合して１セット分の文字を得られるようにする。本実施形態では風向風力変換部２１０が後述する文字認識部９０を有し、文字認識部９０は文字認識機能として、例えば、図２０（ａ）のように１撮像範囲Ｙにおいて１セットの文字が分割されている場合には、図２０（ｂ）のような１セットの文字を作成して、文字認識結果「０１－３３」を得る機能を有する。

【0038】

この第３の実施形態においては、測定装置２００Ａは第１の実施形態の構成に加えて、図２１に示すように、バス１２に処理部インタフェース１８が接続されており、処理部インタフェース１８には、文字認識部９０が接続されている。文字認識部９０は、画像認識により文字認識を行うコンピュータ部である。文字認識部９０は、カメラ６０により得られた画像の文字認識を行い、結果をＣＰＵ１０へ送る。この場合、文字認識部９０は、図２０において説明したように１セットの文字を作り出す処理を含んで文字認識を行う。ＣＰＵ１０は、文字認識結果を受け取り、文字を風向風速に変換する。

【0039】

第３の実施形態における風向風速の検出処理は図２２のフローチャートの手順で行う。カメラ６０により得られる画像の文字認識により区分識別情報を取得する（Ｓ２１）。このステップＳ２１においては、カメラ６０の撮像範囲が隣接の２以上の領域となるなどして、１セット分の文字認識ができなければ、結果をキャンセルする。次に文字認識結果の区分識別情報に基づき風向風速情報を求める（Ｓ２２）。

【0040】

具体的には、区分識別情報である文字を例えば風向と風速で一定の規則で成り立たせておくことができる。即ち、「北」を「０１」、「北北東」を「０２」、「北東」を「０３」、「東北東」を「０４」、「東」を「０５」、「東南東」を「０６」、「南東」を「０７」、「南南東」を「０８」、「南」を「０９」、「南南西」を「１０」、「南西」を「１１」、「西南西」を「１２」、「西」を「１３」、「西北西」を「１４」、「北西」を「１５」、「北北西」を「１６」に置き換える。また、風速を０から５０の値とする。

【0041】

以上の規則により、「北の風」で風速が「１５ｍ／ｍ」であれば「０１－１５」となり、「南南西の風」で風速が「３ｍ／ｍ」であれば「１０－０３」となる。このようにして風向風速情報を求めた時間が所定時間（例えば、５分）となると（Ｓ２３）、平均を求めて風向風速とし、出力する（Ｓ２４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【0042】

次に第４の実施形態を説明する。本実施形態における風向風力測定装置に係る第４の実施形態についての要部である測定装置の構成図は、基本的に第１の実施形態と同じであり、図７に示すようであるが、固定部１５０として光電変換部５０Ａを備えている。

【0043】

光電変換部５０Ａは、光射出部３１から射出される光を受けて、図２３に示すように「北」、「北北東」、「北東」、「東北東」、「東」、「東南東」、「南東」、「南南東」、「南」、「南南西」、「南西」、「西南西」、「西」、「西北西」、「北西」、「北北西」の風向情報と風速情報を取得することができる。風速情報を取得するために、光電変換部５０Ａは、例えば正方形の領域に４個の同じ光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを、図２３のように並べた構成を採用することができる。光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、光射出部３１から射出される光Ｒ（図２４）を受けて、受けた光の量に比例する電流を発生する。

【0044】

位置情報を取得する構成を図２４に示す。光電変換素子５２Ａ、５２Ｄの出力を減算器６１に入力し、光電変換素子５２Ｂ、５２Ｃの出力を減算器６２に入力し、減算器６１の出力と減算器６２の出力を減算器６３及び加算器６４に入力する。減算器６３の出力が図２４のＸ方向の位置情報を表し、加算器６４の出力が図２４のＹ方向の位置情報を表す。

【0045】

即ち、光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの出力を、それぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、減算器６１の出力は（Ａ－Ｄ）となり、減算器６２の出力は（Ｂ－Ｃ）となる。減算器６３は、（Ａ－Ｄ）－（Ｂ－Ｃ）を計算し（Ａ＋Ｃ）－（Ｂ＋Ｄ）というＸ方向の変異に対応する信号を出力する。加算器６４は、（Ａ－Ｄ）＋（Ｂ－Ｃ）を計算し（Ａ＋Ｂ）－（Ｃ＋Ｄ）というＹ方向の変異に対応する信号を出力とする。ＣＰＵ１０は、入力ポート１３を介してＸ方向及びＹ方向の変異に対応する信号を位置情報として取り込み、風向風力測定の処理に用いる。

【0046】

本実施形態では、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、得られたＸＹ方向の変異に対応する信号をＸＹ位置情報とし、対応する風向情報と風速情報を引き出す図２５に示すような変換テーブルを得て、外部記憶装置１７に記憶しておく。上記では、風向情報を１６方位により示し、上記ＸＹ位置情報を１６方位のいずれかに割り当てるようにしているが、図２３に示した光電変換部５０Ａの中心からＸ軸の正方向を０度の線分とし、図２３に示した光電変換部５０Ａの中心と得られる光Ｒの中心に該当するＸＹ位置情報の点とを結ぶ線分が成す角度をそのまま風向として用いても良い。また、角度をラジアンで表したものを風向として用いても良い。

【0047】

本実施形態において、風向風速の測定処理はＣＰＵ１０が図２６のフローチャートの手順で行う。光電変換部５０Ａの出力に基づく位置情報入力ポートから取り込み、位置情報を得る（Ｓ３１）。この位置情報が、いずれの風向風速に対応しているのかを外部記憶装置１７の変換テーブルを用いて求める（Ｓ３２）。このようにして風向風速情報を求めた測定時間が所定時間（例えば、５分）となると（Ｓ３３）、平均を求めて風向風速とし、出力ポート１４から出力する（Ｓ３４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【符号の説明】

【0048】

１０ ＣＰＵ １１ 主メモリ
１２ バス １３ 入力ポート
１４ 出力ポート １５ 外部記憶インタフェース
１６ 無線通信部 １７ 外部記憶装置
１８ 処理部インタフェース ２０ 表示装置
２１ 無線通信部 ３１ 光射出部
５０、５０Ａ 光電変換部 ５１ 光電変換素子
５５ 記載領域 ６０ カメラ
９０ 文字認識部 １００ 球殻体
１１０ 可動部 １１０Ａ 先端部
１１０Ｂ 後端部 １１０Ｘ 可動部
１１１ リング １１２ 連結部
１２０ 支持板 １３０ 軸受部
１５０ 固定部 １５０Ａ 固定部
１６０ 風受部 １７０ 開口部
２００ 測定装置 ２００Ａ 測定装置
２１０ 風向風力変換部 ５００ 区分識別情報記載面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図6A】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【手続補正書】

【提出日】2022-07-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、風向風速測定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、風向風速測定装置としては、所謂飛行機型の装置が知られている。この飛行機型の風向風速測定装置は、プロペラにより風速を計測し、飛行機の尾翼により風向を計測するもので、計測が２系統となっている。また、風向風速測定装置としては、超音波やレーザー式による測定装置も知られている。しかしながら、これらの装置は複数のセンサを組み合わせて利用する構成を備えるものである。

【0003】

特許文献１には、簡易な装置構成により風向風速を精度よく測定する測定方法及び装置が示されている。この装置は、台板に一端が固定して取り付けられ、上記台板に垂直方向に延びる棒状材を備え、この棒状材の自由端を撮像する位置にカメラを配設している。そして、上記棒状材の曲げ変形による中立位置からの自由端の変位を上記カメラＣでの撮像により得られた画像の解析により求め、これから風向、風速を求めるものである。

【0004】

上記装置において、棒状材は１本の円柱状のものとし、先端に軸対称回転体形状の付加部材を取り付けてもよい。そして、薄板状の棒状材を水平台板上の２方向に沿って配置する形態としてもよく、また、直方体形状の台部の各直交する３つの面にそれぞれ棒状材を配置し３次元方向の風向風速を求めることができる。

【0005】

特許文献２には、風の垂直成分と水平成分の双方を測定でき、また、応答性、視認性に優れる風向計が示されている。この風向計は、円板状の基台と、該基台の中央から鉛直に立設された支柱と、該支柱の上端に連結された所定の長さの糸と、該糸の端部に連結された中空体を備える。上記中空体は、膜体と、この膜体の内部に充填された気体とから構成されている。また、中空体は細長状に形成され、風に追従して移動し易いように、上記中空体の長手方向の端部に糸が連結されている。

【0006】

上記において気体としては、空気よりも比重が小さいヘリウム等が用いられ、この気体による浮力と、糸と膜体の重量とがほぼ等しいように設定されている。気体を膜体に充填した後、糸と膜体の重量とほぼ等しい浮力が生じるように、膜体に粘着テープ等の重りが取着される。

【0007】

上記特許文献１の装置では、台板に取り付けられた棒の先端に球のようなものを取り付けた状態のものをカメラで撮影し、球が動いた方向と動いた距離によって風向風速を測定するものであるが、先端の球を画像解析で判別して位置を算出する必要がある。

【0008】

また、特許文献２の発明は、鉛直に立設された支柱の上端に連結された糸の端部に気体が内部に充填された膜体からなる細長状の中空体が連結されて構成された風向計であり、これは風に追随する中空体の移動により風向を判別するものであるが、視認による風向確認であり正確な方向を把握することは困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１６－１３３４３３号公報

【特許文献2】特開平１０－４８２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上記の如き従来の風向風速測定装置が有する問題点に鑑みなされたもので、その目的は、風向風速を一つの手段によって取得可能な風向風速測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施形態に係る風向風速測定装置は、三次元空間の１点を中心として設けられ、前記中心を含む水平面より上方または下方の天空面の任意の位置へ向いた状態で、前記中心において任意の方向に可動に設置された可動部と、前記可動部と対向する前記天空側に配置され、測定時に前記可動部が向いている前記天空面における位置の位置情報を取得するための固定部と、前記可動部に取り付けられ、受けた風に応じて前記可動部を動かす風受部と、前記風受部により前記可動部が動かされたときに前記可動部または前記固定部から前記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風速情報に変換する風向風速変換部とを具備することを特徴とする。

【0012】

本発明の実施形態に係る風向風速測定装置では、前記固定部は、前記天空面を区分して各区分を識別する区分識別情報が記載された構成を有し前記可動部は、前記固定部に記載された前記区分識別情報を撮像し、この区分識別情報の画像を取得するカメラを有することを特徴とする。

【0013】

本発明の実施形態に係る風向風速測定装置では、前記固定部は、光電変換部により構成されており、前記可動部には、前記光電変換部へ向けて光を射出する光射出部が備えられており、前記風向風速変換部は、前記複数の光電変換素子から得られる信号に基づき位置情報を取得することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態の正面図。

【図2】図１の要部正面図。

【図3】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態についての第１の変形例の正面図。

【図4】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態についての第２の変形例の正面図。

【図5】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態についての要部の第１例の正面図。

【図6】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態についての要部の第２例の正面図。

【図6A】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態についての要部の第３例の正面図。

【図7】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態についての要部である測定装置の構成図。

【図8】本発明における風向風速測定装置に係る実施形態についての要部である光電変換部の概略構成図。

【図9】図８の要部の拡大図。

【図10】図９の要部の拡大図。

【図11】本発明における風向風速測定装置に係る実施形態についての要部である変換テーブルの構成図。

【図12】本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図13】本発明における風向風速測定装置に係る第２の実施形態の要部正面図。

【図14】本発明における風向風速測定装置に係る第２の実施形態に用いられるイメージセンサの受光面と風向風速を求めるための座標値との関係を示す平面図。

【図15】本発明における風向風速測定装置に係る第２の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図16】本発明における風向風速測定装置に係る第３の実施形態の要部正面図。

【図17】本発明における風向風速測定装置に係る第３の実施形態についての要部である区分識別情報記載面の構成図。

【図18】図１７の要部拡大図。

【図19】図１８の要部拡大図。

【図20】本発明における風向風速測定装置に係る第３の実施形態についての文字認識処理の動作を示す図。

【図21】本発明における風向風速測定装置に係る第２の実施形態についての要部である測定装置の構成図。

【図22】本発明における風向風速測定装置に係る第３の実施形態の動作を示すフローチャート。

【図23】本発明における風向風速測定装置に係る第４の実施形態についての要部である測定装置の構成図。

【図24】本発明における風向風速測定装置に係る第４の実施形態についての要部である光電変換部の概略構成図。

【図25】本発明における風向風速測定装置に係る第４の実施形態についての要部である変換テーブルの構成図。

【図26】本発明における風向風速測定装置に係る第４の実施形態の動作を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下添付図面を参照して、本発明に係る風向風速測定装置の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１に本発明における風向風速測定装置に係る第１の実施形態の正面図を示し、図２にその要部正面図を示す。この風向風速測定装置は、球殻体１００に、その構成の殆どを備えている。球殻体１００は、樹脂や金属などによって構成される。球殻体１００は透明や半透明などであっても良く、ガラスであっても良い。これは、検出波長が可視光域の場合、光の強さが外乱光よりも強力な場合である。また、検出波長が非可視光(紫外線、赤外線)であれば可視光で透明でも、その波長域では不透明なものがある。すなわち、光の波長を変えることで実施可能となる。更に、ここでは、球殻体１００を用いたが、球に限らず、あらゆる形状の筐体を採用することができる。

【0016】

三次元空間の球殻体１００の中心部分には、可動部１１０が設けられている。即ち、球殻体１００の中心を通る平面には、支持板１２０が固定的に設けられている。支持板１２０は、円盤状であっても、また、両端が球殻に当接して固定される円弧の縁を有する板状のものであっても良い。支持板１２０の中央には、可動部１１０を任意の方向に可動（ここでは、回転可能）に保持するベアリング状の軸受部１３０が設けられている。即ち、可動部１１０の中心部は円筒状であり、可動部１１０の先端１１０Ａは、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より上方または下方の天空球殻面の任意の位置と対向するように回転可能に設置されている。図１、図２に示した実施形態では、可動部１１０における上方側の先端１１０Ａは、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より上方の天空球殻面の任意の位置と対向するように回転可能に設置されている。これに対し、図３と図４に示す実施形態では、可動部１１０における下方側の先端１１０Ａが、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より下方の天空球殻面の任意の位置と対向するように回転可能に設置されている。

【0017】

可動部１１０には、受けた風に応じて上記可動部１１０を回転させる風受部１６０が取り付けられている。風受部１６０は、短冊状の紙や布などによって構成することができる。より詳細には、可動部１１０の後端部１１０Ｂには、例えばリング１１１が取り付けられており、このリング１１１には紐や細棒により構成される連結部１１２が取り付けられ、連結部１１２のリング１１１側とは逆の端部には、上記風受部１６０が取り付けられている。図３の例では、風受部１６０は、ゴム製などの球状のバルーンによって構成することが示されている。

【0018】

球殻体１００において、球殻体１００に設けられた支持板１２０を含む円形水平面より下方の天空球殻面側の球殻の一部が切欠されており、この切欠された部分には円形の開口部１７０が形成されている。連結部１１２と風受部１６０とは、開口部１７０を介して球殻体１００の外側に存在している。上記可動部１１０は、開口部１７０を介して球殻体１００の内側に存在している。

【0019】

以上の構成によって、図１に示すように、風による気流が風受部１６０に当り、風受部１６０がＤ方向へ移動すると、これに応じて連結部１１２の下部が移動する。連結部１１２は、可動部１１０を軸受部１３０の中心を回転中心として回転させる。風受部１６０がＤ方向へ移動すると、可動部１１０の先端部１１０Ａが上記回転中心を中心として回転し、移動方向はＤ方向とは逆方向となる。

【0020】

上記可動部１１０と対向する上記天空球殻面側には固定部１５０が配置されている。図２において、可動部１１０が円筒形や棒状であるとして、風を受けて可動部１１０が移動し、先端部１１０Ａから天空球殻面へ向かって延びる直線が固定部１５０とぶつかる点を点Ｅとする。風がないときの上記中心線が先端部１１０Ａから天空球殻面へ向かって延びる直線が固定部１５０とぶつかる点を点Ｓとする。可動部１１０の先端部１１０Ａが移動する向きと可動部１１０の後端部１１０Ｂが移動する向きとは、逆であり、点Ｓと点Ｅを結ぶ図示しない線分ＳＥの方向が風の方向であり、線分ＳＥの長さが風速に対応する。本実施形態の風向風速測定装置では、上記点Ｅの位置情報を上記可動部１１０または上記固定部１５０から取得する。本実施形態においては、固定部１５０は、球殻体１００における上記可動部１１０が対向している位置情報を取得するか与えるかするものである。

【0021】

固定部１５０は、図５に示すように、メッシュ状に複数の光電変換素子５１が並べられて配列された光電変換部５０により構成されている。この光電変換部５０の表面は、図５では平面に構成されているが、図６に示すように光電変換部５０の表面は、曲面または段差面で構成されていても良く、図６Ａに示すように、半球面に構成されていても良い。上記可動部１１０の先端部１１０Ａは、図５と図６と図６Ａに示すように、上記光電変換部５０へ向けて光を射出する光射出部３１となっている。光射出部３１は、例えば円筒状の本体内にＬＥＤなどの光源とバッテリなどの駆動源を含むもので、光射出部３１から射出された光は光電変換部５０の１つの光電変換素子５１の面に集光する光束となるように構成されている。集光のため、光射出部３１の本体内にレンズなどの光学機構を備えていても良い。

【0022】

支持板１２０には、風向風速変換部２１０などの測定装置２００が備えられている。測定装置２００の風向風速変換部２１０は、上記風受部１６０により上記可動部１１０が回転されたときに上記可動部１１０または上記固定部１５０から上記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風速情報に変換するものである。本実施形態では、上記固定部１５０から上記位置情報を取得する。

【0023】

図７には、風向風速変換部２１０を含む測定装置２００の構成例が示されている。即ち、測定装置２００は、ＣＰＵ１０を中心とするコンピュータの構成を有する。ＣＰＵ１０
には、ＣＰＵ１０が用いるプログラム等が記憶される主メモリ１１が接続されている。また、ＣＰＵ１０には、バス１２を介して入力ポート１３と出力ポート１４、更に、外部記憶インタフェース１５が接続されている。

【0024】

入力ポート１３には、光電変換部５０が接続されている。これにより、ＣＰＵ１０は、上述の位置情報を取り込むことができる。出力ポート１４には、無線通信部１６が接続されている。ＣＰＵ１０は、上記位置情報を変換して得た風向情報と風速情報を出力ポート１４から無線通信部１６を介して送信することができる。

【0025】

本実施形態に係る風向風速測定装置には、無線通信部２１を備えた、ＬＥＤやＬＣＤによる表示装置２０が設けられている。この表示装置２０は、無線通信部１６から送られてくる風向情報と風速情報を自らの無線通信部２１において受信し、表示情報へ変換して風向と風速を表示する。

【0026】

上記外部記憶インタフェース１５には、外部記憶装置１７が接続されている。外部記憶装置１７には、ＣＰＵ１０が位置情報を風向情報と風速情報に変換するための変換テーブルが記憶されている。この変換テーブルの構成の前提である光電変換部５０と風向風速の関係を説明する。

【0027】

図８に示すように、風向は、円を中心Ｏから２２．５度毎の線により区分し、右回りで、「北」、「北北東」、「北東」、「東北東」、「東」、「東南東」、「南東」、「南南東」、「南」、「南南西」、「南西」、「西南西」、「西」、「西北西」、「北西」、「北北西」の風向情報が割り当てられている。この図８の円形の部分が光電変換部５０となっており、メッシュ状に複数の光電変換素子５１が並べられて配列された構成されている。光電変換部５０は固定部１５０の全部または一部である。光電変換部５０について、例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を示すと、図９のようである。光電変換部５０について、例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を半径方向に５分割（５区分）して、最も中心から遠い円弧の部分を風速５０ｍとし、４／５の半径の位置を風速４０ｍ、３／５の半径の位置を風速３０ｍ、２／５の半径の位置を風速２０ｍ、１／５の半径の位置を風速１０ｍ、扇型の中心を風速０ｍとする。各１０ｍの区間を１０分割（１０区分）して、風速を１ｍづつ増加した位置とする。図１０に、図９に示した領域中の、風向が「北」であって風速３０ｍから風速４０ｍの領域を示す。この領域には、複数の光電変換素子５１がメッシュ状に並べられて存在している。図８に示した円形の光電変換部５０の全ての部分が、図１０に示した領域と同じ構成を有している。ここでは、半径方向の１ｍ毎に１個の光電変換素子５１が含まれ、円周方向に複数の光電変換素子５１が並ぶ構成となっているが、半径方向の１ｍ毎に１個の光電変換素子５１が含まれていればよい。
なお、本実施形態では風向は１６等分し、風速も所定間隔で区分することにより、近似的に風向風速を固定部１５０に割り当てるのではなく、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、得られた風向風速の変異に対応させて固定部１５０に割り当て、対応する風向情報と風速情報を引き出す変換テーブルを得て、外部記憶装置１７に記憶して、これを用いて風向情報と風速情報を得るようにしても良い。この場合に、試験に用いる風の風向を３６０度の角度表記やラジアン表記によるものとし、変換テーブルに角度表記やラジアン表記を用いて、測定結果を角度表記やラジアン表記で表示するようにしても良い。

【0028】

上記複数の光電変換素子５１のそれぞれには、位置情報に対応して異なるアドレスＡＡＡＡ～ＺＺＺＺが与えられており、２２．５度の扇型により特定される風向の領域に属する光電変換素子５１に同じ風向情報０１、０２、・・・、１６が与えられ、上記扇型の半径方向に１ｍ幅で属する光電変換素子５１に同じ風速情報００、０１、０２、・・・、５
０が与えられている。外部記憶装置１７の変換テーブルは、図１１に示されるように、上記光電変換素子５１の位置情報に対応するアドレスに対し、風向情報０１、０２、・・・、１６と風速情報００、０１、０２、・・・、５０を連続させた４桁の数字が記憶されている。例えば、４桁の数字は、風向情報と風速情報を連続させたもので、風向が北で風速が３１ｍであれば「０１３１」となり、風向が西北西で風速が４ｍであれば「１４０４」となる。従って、位置情報であるアドレスから風向情報と風速情報を取り出すことができる。

【0029】

風向風速の測定処理はＣＰＵ１０が図１２のフローチャートの手順で行う。光電変換部５０の出力を得て、最高出力の光電変換素子を見つける（Ｓ１１）。この最高出力の光電変換素子が、いずれの風向風速の領域かを外部記憶装置１７の変換テーブルを用いて求める（Ｓ１２）。このとき、２つ以上の領域に属する光電変換素子が最高出力であるとき（同時に異なる風向風速となる光電変換素子の出力が得られた場合）には、検出結果をキャンセルする。このようにして風向風速情報を求めた測定時間が所定時間（例えば、５分）となると（Ｓ１３）、平均を求めて風向風速とし、出力ポート１４から出力する（Ｓ１４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【0030】

図１３に、第２の実施形態の風向風速測定装置の構成を示す。固定部１５０Ｂは、イメージセンサ５０Ｂであり、センサ面が例えば図１４に示すように、ｘｙ座標に対応しており、光射出部３１から射出された光はイメージセンサ５０Ｂの受光面の実質的に一点Ｐに集光するように構成されている。

【0031】

この第２の実施形態においては、測定装置２００は第１の実施形態の構成と同じく図７に示す通りである。無風の場合に、光射出部３１から射出された光がイメージセンサ５０Ｂの受光面の集光する点の座標値（この実施形態では、図１４に示されるように重心（１２８，１２８））が外部記憶装置１７に記憶されているものとする。ＣＰＵ１０は、測定時にイメージセンサ５０Ｂから取り込まれた信号に基づく集光点の座標値を得て、この座標値標と上記重心の座標値との相対関係により角度を得て、この角度を風向情報とする。風向情報は、例えば、３６０度のいずれの方向であるかを数値と「度」によって示しても良いし、ラジアンによる表現を行っても良い。また、本実施形態では、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、得られた座標値と上記重心の座標値間の距離を求め、この距離を試験に用いた既知の風速と対応付けて変換テーブルとして、外部記憶装置１７に記憶しておく。

【0032】

この第２の実施形態における風向風速の検出処理は図１５のフローチャートの手順で行う。ＣＰＵ１０は、イメージセンサ５０Ｂにより得られる信号に基づく集光点の座標値と受光面の重心の座標値とに基づく角度から風向情報を得る（Ｓ４１）と共に、集光点の座標値と受光面の重心の座標値とによる距離から変換テーブルを用いて風速情報を取得する（Ｓ４２）。次に、所定時間分のデータが得られたかを求め（Ｓ４３）、ＮＯとなると、このステップＳ４１とステップＳ４２においてデータを蓄積する。ステップＳ４３においてＹＥＳとなると、平均を求めて風向風速とし、出力する（Ｓ４４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【0033】

なお、上記第２の実施形態では、風向情報を角度により表したが、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行って風速情報を得ても良い。この場合、風向を上述の通り例えば１６方位により表したものとする。上記試験において得
られた座標値と上記重心の座標値との相対関係により角度を得て、この角度と試験に用いた既知の風向と対応付けて変換テーブルとして、外部記憶装置１７に記憶しておき、この変換テーブルを用いて風向を１６方位により表すようにしても良い。

【0034】

次に、第３の実施形態の風向風速測定装置を説明する。本実施形態は、風受部１６０に風が当たって可動部１１０Ｘが移動したとき、可動部１１０Ｘを構成するカメラが映し出した画像である文字を認識して風向風速を得るものである。従って、可動部１１０Ｘを構成するカメラが向いた先の固定部１５０Ａには、そのときの風向風速を表す画像が的確に記載されている必要がある。例えば、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、このときカメラが映し出した固定部１５０Ａの位置に、試験に用いている風の風向風速情報を記載する。この作業を必要な風向風速を持つ風の全てを用いて行っておく。図１６を用いて、第３の実施形態の風向風速測定装置の構成を示す。固定部１５０Ａは、上記天空球殻面を、測定する風向の数に応じて扇型に区分して１つの扇型を風速に応じて半径方向を複数に区分し、各区分を識別する区分識別情報が記載され、この区分識別情報を位置情報として上記可動部１１０Ｘへ与える構成を有している。

【0035】

固定部１５０Ａは、上記天空球殻面を区分して各区分を識別する区分識別情報が記載された構成を有する。図１７に示す円形の部分が区分識別情報記載面５００となっており、区分識別情報記載面５００は固定部１５０Ａの全部または一部である。本実施形態においても、風向は、円を中心Ｏから２２．５度毎の線により区分し、右回りで「北」、「北北東」、「北東」、「東北東」、「東」、「東南東」、「南東」、「南南東」、「南」、「南南西」、「南西」、「西南西」、「西」、「西北西」、「北西」、「北北西」の風向情報が割り当てられている。例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を示すと、図１８のようである。区分識別情報記載面５００について、例えば、「北」を中心とした２２．５度の扇型の領域を半径方向に５分割（５区分）して、最も中心から遠い円弧の部分を風速５０ｍとし、４／５の半径の位置を風速４０ｍ、３／５の半径の位置を風速３０ｍ、２／５の半径の位置を風速２０ｍ、１／５の半径の位置を風速１０ｍ、扇型の中心を風速０ｍとする。図１７に示した領域中の、風向が「北」であって風速３０ｍから風速４０ｍの領域を図１８に示す。この領域には、１つの区分識別情報の記載領域がメッシュ状に並べられて存在している。図１７に示した円形の全ての部分が、図１８に示した領域と同じ構成を有している。
なお、本実施形態では、上記のように１６方位による風速の表現を用いたが、これに限定されない。例えば、３６０度のいずれの方向であるかを数値と「度」によって示しても良いし、ラジアンによる表現を行っても良い。

【0036】

図１９に、風向が「北」であって風速３０ｍから風速３９ｍの区分識別情報の記載領域５５を示す。この区分識別情報の記載領域５５には、風向風速に応じて区分識別情報として文字（数字）が記載されている。区分識別情報として文字（数字）は、１文字または複数文字で１セットとなっており、いずれの記載領域５５においても、文字の大きさは同じで、従って１セット分の文字の領域の大きさもおなじとなっている。２２．５度の扇型により特定される風向の領域に同じ風向情報０１、０２、・・・、１６の内の１つが区分識別情報の一部として与えられ、上記扇型の半径方向に１ｍ幅の領域に同じ風速情報００、０１、０２、・・・、５０が区分識別情報の一部として与えられている。従って、１つの区分識別情報は、風向情報と風速情報をセットとしたもので、風向が北で風速が３１ｍであれば「０１－３１」となり、風向が西北西で風速が４ｍであれば「１４－０４」となる。

【0037】

図１６に示すように、第３の実施形態の風向風速測定装置の可動部１１０Ｘには、風向を示す区分識別情報を読み取るためのカメラ６０が備えられている。カメラ６０は、例えば円筒状の本体内にイメージセンサなどの撮像素子と画像読出しのための機構を含むもので、図２０に示すように、カメラ６０の撮像範囲Ｙは、数セット分の文字の領域であり、カメラ６０は数セット分の文字のエリアを撮像可能なようにレンズなどの光学機構を備えていても良い。ここで、数セットとは、少なくとも２セットとし、１撮像範囲Ｙのいくつかのセットの文字を接合して１セット分の文字を得られるようにする。本実施形態では風向風速変換部２１０が後述する文字認識部９０を有し、文字認識部９０は文字認識機能として、例えば、図２０（ａ）のように１撮像範囲Ｙにおいて１セットの文字が分割されている場合には、図２０（ｂ）のような１セットの文字を作成して、文字認識結果「０１－３３」を得る機能を有する。

【0038】

この第３の実施形態においては、測定装置２００Ａは第１の実施形態の構成に加えて、図２１に示すように、バス１２に処理部インタフェース１８が接続されており、処理部インタフェース１８には、文字認識部９０が接続されている。文字認識部９０は、画像認識により文字認識を行うコンピュータ部である。文字認識部９０は、カメラ６０により得られた画像の文字認識を行い、結果をＣＰＵ１０へ送る。この場合、文字認識部９０は、図２０において説明したように１セットの文字を作り出す処理を含んで文字認識を行う。ＣＰＵ１０は、文字認識結果を受け取り、文字を風向風速に変換する。

【0039】

第３の実施形態における風向風速の検出処理は図２２のフローチャートの手順で行う。カメラ６０により得られる画像の文字認識により区分識別情報を取得する（Ｓ２１）。このステップＳ２１においては、カメラ６０の撮像範囲が隣接の２以上の領域となるなどして、１セット分の文字認識ができなければ、結果をキャンセルする。次に文字認識結果の区分識別情報に基づき風向風速情報を求める（Ｓ２２）。

【0040】

具体的には、区分識別情報である文字を例えば風向と風速で一定の規則で成り立たせておくことができる。即ち、「北」を「０１」、「北北東」を「０２」、「北東」を「０３」、「東北東」を「０４」、「東」を「０５」、「東南東」を「０６」、「南東」を「０７」、「南南東」を「０８」、「南」を「０９」、「南南西」を「１０」、「南西」を「１１」、「西南西」を「１２」、「西」を「１３」、「西北西」を「１４」、「北西」を「１５」、「北北西」を「１６」に置き換える。また、風速を０から５０の値とする。

【0041】

以上の規則により、「北の風」で風速が「１５ｍ／ｓ」であれば「０１－１５」となり、「南南西の風」で風速が「３ｍ／ｓ」であれば「１０－０３」となる。このようにして風向風速情報を求めた時間が所定時間（例えば、５分）となると（Ｓ２３）、平均を求めて風向風速とし、出力する（Ｓ２４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【0042】

次に第４の実施形態を説明する。本実施形態における風向風速測定装置に係る第４の実施形態についての要部である測定装置の構成図は、基本的に第１の実施形態と同じであり、図７に示すようであるが、固定部１５０として光電変換部５０Ａを備えている。

【0043】

光電変換部５０Ａは、光射出部３１から射出される光を受けて、図２３に示すように「北」、「北北東」、「北東」、「東北東」、「東」、「東南東」、「南東」、「南南東」、「南」、「南南西」、「南西」、「西南西」、「西」、「西北西」、「北西」、「北北西」の風向情報と風速情報を取得することができる。風速情報を取得するために、光電変換部５０Ａは、例えば正方形の領域に４個の同じ光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを、図２３のように並べた構成を採用することができる。光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、光射出部３１から射出される光Ｒ（図２４）を受けて、受けた光の量に比例する電流を発生する。

【0044】

位置情報を取得する構成を図２４に示す。光電変換素子５２Ａ、５２Ｄの出力を減算器６１に入力し、光電変換素子５２Ｂ、５２Ｃの出力を減算器６２に入力し、減算器６１の出力と減算器６２の出力を減算器６３及び加算器６４に入力する。減算器６３の出力が図２４のＸ方向の位置情報を表し、加算器６４の出力が図２４のＹ方向の位置情報を表す。

【0045】

即ち、光電変換素子５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの出力を、それぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、減算器６１の出力は（Ａ－Ｄ）となり、減算器６２の出力は（Ｂ－Ｃ）となる。減算器６３は、（Ａ－Ｄ）－（Ｂ－Ｃ）を計算し（Ａ＋Ｃ）－（Ｂ＋Ｄ）というＸ方向の変異に対応する信号を出力する。加算器６４は、（Ａ－Ｄ）＋（Ｂ－Ｃ）を計算し（Ａ＋Ｂ）－（Ｃ＋Ｄ）というＹ方向の変異に対応する信号を出力とする。ＣＰＵ１０は、入力ポート１３を介してＸ方向及びＹ方向の変異に対応する信号を位置情報として取り込み、風向風速測定の処理に用いる。

【0046】

本実施形態では、既知の必要なすべての値を持つ風向風速の風を風受部１６０に当てて試験を行い、得られたＸＹ方向の変異に対応する信号をＸＹ位置情報とし、対応する風向情報と風速情報を引き出す図２５に示すような変換テーブルを得て、外部記憶装置１７に記憶しておく。上記では、風向情報を１６方位により示し、上記ＸＹ位置情報を１６方位のいずれかに割り当てるようにしているが、図２３に示した光電変換部５０Ａの中心からＸ軸の正方向を０度の線分とし、図２３に示した光電変換部５０Ａの中心と得られる光Ｒの中心に該当するＸＹ位置情報の点とを結ぶ線分が成す角度をそのまま風向として用いても良い。また、角度をラジアンで表したものを風向として用いても良い。

【0047】

本実施形態において、風向風速の測定処理はＣＰＵ１０が図２６のフローチャートの手順で行う。光電変換部５０Ａの出力に基づく位置情報入力ポートから取り込み、位置情報を得る（Ｓ３１）。この位置情報が、いずれの風向風速に対応しているのかを外部記憶装置１７の変換テーブルを用いて求める（Ｓ３２）。このようにして風向風速情報を求めた測定時間が所定時間（例えば、５分）となると（Ｓ３３）、平均を求めて風向風速とし、出力ポート１４から出力する（Ｓ３４）。これにより表示装置２０には、風向風速が表示される。上記では、所定時間の経過を待って平均した風向風速を表示したが、特に角度表記やラジアン表記を用いる場合には、測定して得られた風向風速をリアルタイムでそのまま表示するようにしても良い。

【符号の説明】

【0048】

１０ ＣＰＵ １１ 主メモリ
１２ バス １３ 入力ポート
１４ 出力ポート １５ 外部記憶インタフェース
１６ 無線通信部 １７ 外部記憶装置
１８ 処理部インタフェース ２０ 表示装置
２１ 無線通信部 ３１ 光射出部
５０、５０Ａ 光電変換部 ５１ 光電変換素子
５５ 記載領域 ６０ カメラ
９０ 文字認識部 １００ 球殻体
１１０ 可動部 １１０Ａ 先端部
１１０Ｂ 後端部 １１０Ｘ 可動部
１１１ リング １１２ 連結部
１２０ 支持板 １３０ 軸受部
１５０ 固定部 １５０Ａ 固定部
１６０ 風受部 １７０ 開口部
２００ 測定装置 ２００Ａ 測定装置
２１０ 風向風速変換部 ５００ 区分識別情報記載面

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元空間の１点を中心として設けられ、前記中心を含む水平面より上方または下方の天空面の任意の位置へ向いた状態で、前記中心において任意の方向に可動に設置された可動部と、
前記可動部と対向する前記天空側に配置され、測定時に前記可動部が向いている前記天空面における位置の位置情報を取得するための固定部と、
前記可動部に取り付けられ、受けた風に応じて前記可動部を動かす風受部と、
前記風受部により前記可動部が動かされたときに前記可動部または前記固定部から前記位置情報を取得してこの位置情報を風向情報と風速情報に変換する風向風速変換部と
を具備することを特徴とする風向風速測定装置。

【請求項2】

前記固定部は、前記天空面を区分して各区分を識別する区分識別情報が記載された構成を有し
前記可動部は、前記固定部に記載された前記区分識別情報を撮像し、この区分識別情報の画像を取得するカメラを有することを特徴とする請求項１に記載の風向風速測定装置。

【請求項3】

前記風向風速変換部は、前記カメラにより得られた区分識別情報の画像に対し文字認識を行う文字認識部を有することを特徴とする請求項２に記載の風向風速測定装置。

【請求項4】

前記区分識別情報は、数字であることを特徴とする請求項２に記載の風向風速測定装置。

【請求項5】

前記区分識別情報のそれぞれに風向情報と風速情報が対応付けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の風向風速測定装置。

【請求項6】

前記固定部は、光電変換部により構成されており、
前記可動部には、前記光電変換部へ向けて光を射出する光射出部が備えられており、
前記風向風速変換部は、前記複数の光電変換素子から得られる信号に基づき位置情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の風向風速測定装置。

【請求項7】

前記風向風速変換部は、前記複数の光電変換素子から得られる信号の強度が強い光電変換素子に応じて位置情報を取得することを特徴とする請求項６に記載の風向風速測定装置。

【請求項8】

前記光電変換部の表面は、平面に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の風向風速測定装置。

【請求項9】

前記光電変換部の表面は、曲面または段差面で構成されていることを特徴とする請求項６に記載の風向風速測定装置。

【請求項10】

前記風向風速変換部は、光電変換素子が並べられて配列された光電変換部のそれぞれの光電変換素子に風向情報と風速情報が対応付けられたメモリテーブルを備えていることを特徴とする請求項５に記載の風向風速測定装置。

【請求項11】

前記メモリテーブルは、風向風速を様々に変化させて前記複数の光電変換素子から得られる信号に基づき位置情報を取得し、作成したものであることを特徴とする請求項１０に記載の風向風速測定装置。