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JP5923716B2 - Meteorological observation apparatus with shadow band and meteorological observation method using the same - Google Patents
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Meteorological observation apparatus with shadow band and meteorological observation method using the same Download PDF

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Description

本発明は、気象観測装置に関し、特に、シャドウバンドを備えた気象観測装置及びこれを用いた気象観測方法に関する。   The present invention relates to a weather observation apparatus, and more particularly to a weather observation apparatus having a shadow band and a weather observation method using the same.

従来より、気象観測に関わる各種の日射量を測定する気象観測装置が提案されている。このような気象観測においては、主に、全天日射量、直達日射量及び散乱日射量が測定される。例えば、大気の混濁や太陽光パネルの発電効率を評価する上で、全天日射量や散乱日射量は重要な評価項目である。典型的な気象観測装置は、全天日射量及び散乱日射量を測定し、全天日射量から散乱日射量を引くことにより直達日射量を求めている。シャドウバンドを備えた気象観測装置は、それ単体で、これらの日射量を得ることができる。また、かかる気象観測装置は、1つのセンサーのみを用いることから、センサー間の個体上のばらつきが測定結果に影響されにくい。   Conventionally, a meteorological observation apparatus for measuring various solar radiation amounts related to meteorological observation has been proposed. In such meteorological observation, the total solar radiation amount, direct solar radiation amount and scattered solar radiation amount are mainly measured. For example, in evaluating atmospheric turbidity and power generation efficiency of a solar panel, the total solar radiation amount and the scattered solar radiation amount are important evaluation items. A typical meteorological observation apparatus determines the direct solar radiation amount by measuring the total solar radiation amount and the scattered solar radiation amount and subtracting the scattered solar radiation amount from the total solar radiation amount. A weather observation apparatus equipped with a shadow band can obtain these amounts of solar radiation alone. In addition, since such a meteorological observation apparatus uses only one sensor, the individual variation among sensors is not easily affected by the measurement result.

下記の特許文献1は、シャドウバンドを備えた気象観測装置による気象量の測定方法を開示する。かかる測定方法では、軸を南北方向に沿うように気象観測装置を設置した後、センサを全天日射・照度状態に晒す位置に、シャドウバンドを配置させて第1の気象量を測定した後、当該センサへの太陽からの直達光を遮蔽する位置に当該シャドウバンドを配置させて第2の気象量を測定し、そして、当該センサへの太陽からの直達光を遮蔽する位置を基準として、東西方向にそれぞれ所定の角度だけ回転させた位置に当該シャドウバンドを配置させて、第3及び第4の気象量を測定する。   The following Patent Document 1 discloses a method for measuring meteorological quantities using a weather observation apparatus having a shadow band. In such a measurement method, after installing the weather observation device so that the axis is along the north-south direction, after measuring the first meteorological amount by placing a shadow band at a position where the sensor is exposed to the global solar radiation / illumination state, The shadow band is arranged at a position where the direct light from the sun to the sensor is shielded, the second meteorological amount is measured, and the position where the direct light from the sun to the sensor is shielded is used as a reference. The third and fourth meteorological quantities are measured by placing the shadow band at positions rotated by a predetermined angle in the direction.

特開2008-3040号公報JP 2008-3040 A

従来のシャドウバンドを備えた気象観測装置は、設置される場所の緯度・経度を考慮して太陽の理論的な位置を算出し、これに対応するシャドウバンドの位置(回転角度)を算出する。しかしながら、その前提として、気象観測装置の軸を南北方向に正しく一致させなければ、日射量を測定するセンサとシャドウバンドとの間の位置的関係に誤差が含まれてしまい、精度良く気象データを測定することができない。   A conventional weather observation apparatus having a shadow band calculates the theoretical position of the sun in consideration of the latitude and longitude of the place where it is installed, and calculates the position (rotation angle) of the corresponding shadow band. However, as a premise, if the axis of the meteorological observation device is not correctly aligned in the north-south direction, an error is included in the positional relationship between the sensor for measuring the amount of solar radiation and the shadow band, and the weather data is accurately obtained It cannot be measured.

また、実際には、シャドウバンドを回転制御する際の位置決め精度は十分ではなく、結果として、精度の高い気象観測データを得ることができないという課題があった。これに対処するため、シャドウバンドの位置決め精度を、機械的精度を高めて向上させるというアプローチは、より高価な部品を用いる必要があり、気象観測装置のコストが高くなるという課題に直面する。   In practice, the positioning accuracy when the shadow band is rotationally controlled is not sufficient, and as a result, there is a problem that high-precision weather observation data cannot be obtained. In order to cope with this, the approach of improving the positioning accuracy of the shadow band by increasing the mechanical accuracy is faced with a problem that it is necessary to use more expensive parts and the cost of the weather observation apparatus is increased.

そこで、本発明は、高精度の気象データを得ることができる気象観測装置を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a weather observation apparatus that can obtain highly accurate weather data.

より具体的には、本発明の一つの目的は、日射センサに対する理論的な太陽の位置とシャドウバンドの位置とのずれ量を求め、該ずれ量を補正したシャドウバンドの位置で日射量(散乱日射量)を測定することにより、高精度の気象データを得ることができる気象観測装置を提供することである。   More specifically, one object of the present invention is to determine the amount of deviation between the theoretical sun position relative to the solar radiation sensor and the shadow band position, and to correct the amount of solar radiation (scattering) at the shadow band position. It is to provide a meteorological observation apparatus capable of obtaining highly accurate meteorological data by measuring (amount of solar radiation).

第1の観点に従う本発明は、日射量を測定するための主センサと、前記主センサの近傍に配置され、日射量を測定するための複数の副センサと、回転機構と、前記回転機構の軸に連結され、該軸の方向に延伸し、該軸を中心にして前記主センサ及び前記複数の副センサの頂上を経由して回転するように構成されたシャドウバンドと、前記軸の回転角度を制御するために、前記回転機構の駆動を制御する制御回路と、前記主センサによって測定される日射量に関するデータ及び前記軸の回転角度に関するデータに基づいて、所定の気象データを算出する演算装置と、を備える気象観測装置である。前記演算装置は、前記複数の副センサのうちの第1副センサ及び第2副センサのそれぞれによって測定される日射量に関するデータ及び前記回転角度に関するデータに基づいて、補正値を算出し、算出した前記補正値に基づいて、前記軸の回転角度を補正するように構成される。   The present invention according to the first aspect includes a main sensor for measuring the amount of solar radiation, a plurality of sub-sensors arranged in the vicinity of the main sensor for measuring the amount of solar radiation, a rotation mechanism, and the rotation mechanism. A shadow band coupled to a shaft, extending in the direction of the shaft and configured to rotate about the shaft via the tops of the main sensor and the plurality of sub-sensors; and a rotation angle of the shaft A control circuit for controlling the driving of the rotating mechanism, and a calculation device for calculating predetermined weather data based on the data on the amount of solar radiation measured by the main sensor and the data on the rotation angle of the shaft And a meteorological observation device. The arithmetic device calculates a correction value based on data on the amount of solar radiation measured by each of the first sub sensor and the second sub sensor of the plurality of sub sensors and data on the rotation angle. The rotation angle of the shaft is corrected based on the correction value.

また、前記演算装置は、前記回転角度に関するデータの変化に対する、前記第1副センサ及び前記第2副センサのそれぞれによって測定された日射量に関するデータの変化に基づいて、前記補正値を算出する。   Further, the arithmetic device calculates the correction value based on a change in data regarding the amount of solar radiation measured by each of the first sub sensor and the second sub sensor with respect to a change in data regarding the rotation angle.

また、前記演算装置は、前記第1副センサ及び前記第2副センサのそれぞれについての、前記日射量に関するデータの変化における少なくとも2つのピーク値を算出し、該少なくとも2つのピーク値に基づいて、前記補正値を算出する。   Further, the arithmetic device calculates at least two peak values in the change in the data regarding the solar radiation amount for each of the first sub sensor and the second sub sensor, and based on the at least two peak values, The correction value is calculated.

また、前記演算装置は、前記第1副センサについての前記日射量に関するデータの変化における正及び負のピーク値のそれぞれに対応する前記回転角度の第1の中間値及び前記第2副センサについての前記日射量に関するデータの変化における正及び負のピーク値のそれぞれに対応する前記回転角度の第2の中間値を算出し、該第1の中間値及び該第2の中間値から算出される中間値に基づいて、前記ずれ量を算出する。   In addition, the arithmetic unit is configured to detect the first intermediate value of the rotation angle and the second sub sensor corresponding to positive and negative peak values in a change in data regarding the amount of solar radiation for the first sub sensor, respectively. Calculating a second intermediate value of the rotation angle corresponding to each of positive and negative peak values in a change in the data relating to the amount of solar radiation, and calculating an intermediate value calculated from the first intermediate value and the second intermediate value; The deviation amount is calculated based on the value.

前記第1副センサ及び前記第2副センサは、前記主センサを点対称の中心として、前記軸の方向に沿ってそれぞれ配設されても良いし、前記第1副センサ及び前記第2副センサは、前記主センサを点対称の中心として、前記軸に対して直交する方向にそれぞれ配設されても良い。   The first sub sensor and the second sub sensor may be respectively disposed along the direction of the axis with the main sensor as a point-symmetrical center, or the first sub sensor and the second sub sensor. May be arranged in a direction perpendicular to the axis with the main sensor as a center of point symmetry.

また、前記主センサ及び前記複数の副センサは、基準面から所定の高さに位置するように配置されても良いし、前記主センサは、基準面から第1の高さに位置するように配置され、前記複数のセンサは、基準面から第2の高さに位置するように配置されても良い。   Further, the main sensor and the plurality of sub sensors may be disposed at a predetermined height from a reference plane, or the main sensor may be positioned at a first height from the reference plane. The plurality of sensors may be arranged so as to be positioned at a second height from a reference plane.

第2の観点に従う本発明は、回転機構の軸方向に延伸し、該軸を中心にして回転するシャドウバンドを備えた気象観測装置におけるデータ処理方法である。かかる方法は、日射量を測定するための主センサ、及び該主センサの近傍に配置された、光量を測定するための複数の副センサの頂上を経由するように、前記シャドウバンドを回転させるステップと、 前記軸の回転角度に併せて前記複数の副センサのそれぞれによって光量を測定するステップと、前記測定された光量に関するデータ及び前記軸の回転角度に関するデータに基づいて、補正値を算出するステップと、前記主センサにより散乱日射量を測定するためのシャドウバンドの回転角度を、前記算出された補正値に基づいて、補正するステップと、を含む。   The present invention according to the second aspect is a data processing method in a meteorological observation apparatus provided with a shadow band that extends in the axial direction of a rotating mechanism and rotates around the axis. In this method, the step of rotating the shadow band so as to pass through the tops of a main sensor for measuring the amount of solar radiation and a plurality of sub-sensors for measuring the amount of light disposed in the vicinity of the main sensor. A step of measuring a light amount by each of the plurality of sub-sensors in accordance with the rotation angle of the shaft, and a step of calculating a correction value based on the data regarding the measured light amount and the data regarding the rotation angle of the shaft And correcting the rotation angle of the shadow band for measuring the amount of scattered solar radiation by the main sensor based on the calculated correction value.

本発明によれば、日射量を測定するセンサとシャドウバンドとの間の位置的な誤差量を求めるので、該誤差量を補正したシャドウバンドの位置で日射量(散乱日射量)を測定することができ、従って、高精度の気象データを得ることができるようになる。特に、シャドウバンドを回転させる機構の機械的誤差や南北方向に対して軸がずれている場合であっても、シャドウバンドを正しい位置に補正するので、高精度の気象データを得ることができる。   According to the present invention, since the positional error amount between the sensor for measuring the solar radiation amount and the shadow band is obtained, the solar radiation amount (scattered solar radiation amount) is measured at the position of the shadow band in which the error amount is corrected. Therefore, highly accurate weather data can be obtained. In particular, even when the mechanical error of the mechanism for rotating the shadow band or the axis is shifted with respect to the north-south direction, the shadow band is corrected to the correct position, so highly accurate weather data can be obtained.

本発明の他の技術的特徴及び作用効果乃至は利点は、添付した図面を参照して説明される以下の実施形態により明らかにされる。   Other technical features and operational effects or advantages of the present invention will become apparent from the following embodiments described with reference to the accompanying drawings.

本発明の一実施形態に係る気象観測装置の外観の一例を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly an example of the appearance of the weather observation device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置の外観の一例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly an example of the external appearance of the weather observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置の機能的な構成の一例を示すブロックダイアグラムである。It is a block diagram which shows an example of a functional structure of the weather observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the weather observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置における補正値算出のための前処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the pre-processing for correction value calculation in the weather observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置における補正値算出処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the correction value calculation process in the weather observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置における気象データ観測処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the weather data observation process in the weather observation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る気象観測装置により測定された測定データの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement data measured by the weather observation device concerning one embodiment of the present invention. 図8に示したグラフにおける回転角度毎の傾きを示すグラフである。It is a graph which shows the inclination for every rotation angle in the graph shown in FIG. 図8及び図9に示したグラフを重畳させたグラフである。10 is a graph in which the graphs shown in FIGS. 8 and 9 are superimposed.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形(例えば、各実施形態を組み合わせる等)して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below are merely examples, and are not intended to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly shown. That is, the present invention can be implemented with various modifications (for example, by combining the embodiments) without departing from the spirit of the present invention. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The drawings are schematic and do not necessarily match actual dimensions and ratios. In some cases, the dimensional relationships and ratios may be different between the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置の外観の一例を概略的に示す斜視図である。また、図2は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置の外観の一例を概略的に示す平面図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the appearance of a weather observation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of the appearance of a weather observation apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、気象観測装置10は、筐体11と、筐体11の前面端部から延在するアーム12上に設けられたセンサユニット13と、該前面端部からアーム12と同方向に延在する軸14に取り付けられたシャドウバンド15と、を備える。図示されてはいないが、軸14は、筐体11内に設けられた回転機構32の軸と連結されている。回転機構32は、典型的には、モータ321を含み、演算処理装置34の制御の下、駆動回路33により駆動制御される(図3参照)。   As shown in FIG. 1, the meteorological observation device 10 includes a housing 11, a sensor unit 13 provided on an arm 12 extending from the front end of the housing 11, and the arm 12 from the front end. And a shadow band 15 attached to a shaft 14 extending in the direction. Although not shown, the shaft 14 is connected to the shaft of the rotation mechanism 32 provided in the housing 11. The rotation mechanism 32 typically includes a motor 321 and is driven and controlled by the drive circuit 33 under the control of the arithmetic processing unit 34 (see FIG. 3).

センサユニット13は、気象観測に関する少なくとも1つ以上のセンサを含んで構成される。本例のセンサユニット13は、少なくとも1つの主センサ131と、少なくとも2つの副センサ132A及び132Bとを備える。本明細書では、主センサ131並びに副センサ132A及び132Bをまとめて「複数のセンサ130」ということもある。主センサ131は、例えば、熱電素子(サーモパイル)を用いた熱センサであり、日射による熱量を電気信号に変換し、これを測定データとして出力する。一方、副センサ132A及び132Bは、例えば、シリコンフォトダイオードを用いた光センサであり、光量を電気信号に変換し、これを測定データとして出力する。なお、主センサ131は、熱センサの代わりに、光センサや分光放射計であっても良く、また、副センサ132A及び132Bは、光センサの代わりに、熱センサであっても良い。複数のセンサ130は、日射量やスペクトルを測定するために用いることができるセンサであれば、これらに限られない。   The sensor unit 13 includes at least one sensor related to weather observation. The sensor unit 13 of this example includes at least one main sensor 131 and at least two sub sensors 132A and 132B. In the present specification, the main sensor 131 and the sub sensors 132A and 132B may be collectively referred to as “a plurality of sensors 130”. The main sensor 131 is, for example, a heat sensor using a thermoelectric element (thermopile), converts the amount of heat generated by solar radiation into an electrical signal, and outputs this as measurement data. On the other hand, the sub sensors 132A and 132B are optical sensors using, for example, silicon photodiodes, which convert the light amount into an electrical signal and output this as measurement data. The main sensor 131 may be an optical sensor or a spectroradiometer instead of the thermal sensor, and the sub sensors 132A and 132B may be thermal sensors instead of the optical sensor. The plurality of sensors 130 are not limited to these as long as they can be used for measuring the amount of solar radiation and the spectrum.

主センサ131は、気象観測装置10が所望の場所に設置されたときに概ね天頂を向くように設けられている。主センサ131は、筐体11がセンサ視野に入らないよう、典型的には、気象観測装置10底面を基準面として、該基準面から所定の高さに位置するようにアーム12上に設けられる。なお、水平線近くに位置する太陽による日射量を測定するため、水平方向に向く別の主センサ131が設けられても良い。   The main sensor 131 is provided so as to generally face the zenith when the weather observation apparatus 10 is installed at a desired location. The main sensor 131 is typically provided on the arm 12 so that the housing 11 does not enter the sensor field of view, and is typically positioned at a predetermined height from the reference surface with the bottom surface of the weather observation apparatus 10 as a reference surface. . In addition, in order to measure the solar radiation amount by the sun located near a horizon, the other main sensor 131 which faces in a horizontal direction may be provided.

副センサ132A及び132Bは、例えば、軸14の延伸方向に一致するように整列してアーム12上に設けられている。本例では、副センサ132A及び132Bは、主センサ131を点対称の中心として、軸14の軸線上に整列して設けられている。従って、気象観測装置10は、アーム12(及び軸14)の延伸方向が南北に一致するように、設置される。従って、気象観測装置10がこのように設置された場合、主センサ131と副センサ132A及び132Bとは南北方向に一列に並ぶことになる。他の例として、副センサ132A及び132Bは、主センサ131を点対称の中心として、軸方向に直交する方向に整列して設けられても良い。   The sub sensors 132A and 132B are provided on the arm 12 so as to align with the extending direction of the shaft 14, for example. In this example, the sub-sensors 132A and 132B are arranged in alignment on the axis of the shaft 14 with the main sensor 131 as the center of point symmetry. Therefore, the meteorological observation apparatus 10 is installed so that the extending direction of the arm 12 (and the shaft 14) coincides with the north and south. Therefore, when the weather observation apparatus 10 is installed in this way, the main sensor 131 and the sub sensors 132A and 132B are arranged in a line in the north-south direction. As another example, the sub sensors 132A and 132B may be provided in alignment in a direction orthogonal to the axial direction with the main sensor 131 as a center of point symmetry.

主センサ131と副センサ132A及び132Bとは、例えば、同一水平面に位置するように設けられる。即ち、主センサ131と副センサ132A及び132Bとは、基準面から同じ高さに位置するように設けられる。或いは、主センサ131は、基準面から第1の高さに位置するように設けられ、副センサ132A及び132Bは、当該第1の高さと異なる第2の高さに(例えば、第1の高さより低く又は高く)設けられても良い。   The main sensor 131 and the sub sensors 132A and 132B are provided, for example, so as to be located on the same horizontal plane. That is, the main sensor 131 and the sub sensors 132A and 132B are provided so as to be located at the same height from the reference plane. Alternatively, the main sensor 131 is provided so as to be positioned at the first height from the reference plane, and the sub sensors 132A and 132B are set at a second height different from the first height (for example, the first height). Lower or higher).

なお、本例では、センサユニット13は、主センサ131と副センサ132A及び132Bとを含む一体のデバイスとして構成されたが、これに限られず、それぞれ別体のセンサとして構成されても良い。   In this example, the sensor unit 13 is configured as an integrated device including the main sensor 131 and the sub sensors 132A and 132B. However, the sensor unit 13 is not limited to this, and may be configured as separate sensors.

シャドウバンド15は、複数のセンサ130に対する遮蔽部材であり、軸14に取り付けられている。シャドウバンド15は、同図から明らかなように、円弧状に所定の幅を持って形成され、軸14の回転に伴って複数のセンサ130の頂上を経由して回転するように構成される。言い換えれば、シャドウバンド15が描く軌跡は、主センサ131を中心とする仮想的な略半球面を形成する。シャドウバンド15の幅は、概して、複数のセンサ130の有効感度領域の大きさによって決定される。   The shadow band 15 is a shielding member for the plurality of sensors 130 and is attached to the shaft 14. As is clear from the figure, the shadow band 15 is formed in a circular arc shape with a predetermined width, and is configured to rotate via the tops of the plurality of sensors 130 as the shaft 14 rotates. In other words, the locus drawn by the shadow band 15 forms a virtual substantially hemispherical surface centered on the main sensor 131. The width of the shadow band 15 is generally determined by the size of the effective sensitivity region of the plurality of sensors 130.

図示されてはいないが、気象観測装置10は、その筐体11内部に、シャドウバンド15を軸回転させ、複数のセンサ130から出力される測定データを処理するための各種の機械的・電気的構成要素を含んで構成される。   Although not shown, the meteorological observation apparatus 10 has various mechanical and electrical components for processing the measurement data output from the plurality of sensors 130 by rotating the shadow band 15 in the housing 11. Consists of components.

図3は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置の機能的な構成要素の一例を示すブロックダイアグラムである。   FIG. 3 is a block diagram showing an example of functional components of the weather observation apparatus according to the embodiment of the present invention.

上述したように、主センサ131は、日射量を測定する熱センサであり、測定した日射量に応じた電気信号を出力する。一方、副センサ132A及び132Bは、光量を測定する光センサであり、測定した光量に応じた電気信号を出力する。これらの電気信号は、測定データとして、A/D変換器31に入力される。   As described above, the main sensor 131 is a thermal sensor that measures the amount of solar radiation, and outputs an electrical signal corresponding to the measured amount of solar radiation. On the other hand, the sub-sensors 132A and 132B are optical sensors that measure the amount of light, and output an electrical signal corresponding to the measured amount of light. These electric signals are input to the A / D converter 31 as measurement data.

A/D変換器31は、センサ130から送られるアナログの測定データを、デジタルの測定データに変換する。測定データは、例えば、16ビットのデータセットからなる。A/D変換器31によりデジタルに変換された測定データは、演算処理装置34に入力される。   The A / D converter 31 converts analog measurement data sent from the sensor 130 into digital measurement data. The measurement data is composed of, for example, a 16-bit data set. The measurement data converted to digital by the A / D converter 31 is input to the arithmetic processing unit 34.

回転機構32は、シャドウバンド15を回転させるためのモータ321を含む。本例では、モータ321は、減速機つきのステッピングモータであるが、これに限られるものではない。モータ321の軸は軸14に連結されている。回転機構32はまた、エンコーダ322を含むこともできる。エンコーダ322は、軸14の回転角度の変化量を非接触で検出し、これを演算処理装置34に出力する。エンコーダ322は、例えば、回転角度0.4度の分解能を有する。   The rotation mechanism 32 includes a motor 321 for rotating the shadow band 15. In this example, the motor 321 is a stepping motor with a speed reducer, but is not limited thereto. The shaft of the motor 321 is connected to the shaft 14. The rotation mechanism 32 can also include an encoder 322. The encoder 322 detects the amount of change in the rotation angle of the shaft 14 in a non-contact manner, and outputs this to the arithmetic processing unit 34. For example, the encoder 322 has a resolution of a rotation angle of 0.4 degrees.

駆動回路33は、モータ321を駆動制御するための回路であり、演算処理装置34の制御の下、例えばパルス状の駆動信号をモータ321に出力する。駆動回路33は、例えば、シャドウバンド15を東側水平面以下(例えば天頂から−100度)から西側水平面以下(例えば天頂から+100度)までの範囲の任意の角度に移動させる。   The drive circuit 33 is a circuit for controlling the drive of the motor 321, and outputs, for example, a pulsed drive signal to the motor 321 under the control of the arithmetic processing unit 34. For example, the drive circuit 33 moves the shadow band 15 to an arbitrary angle in a range from the east side horizontal plane or less (for example, −100 degrees from the zenith) to the west side horizontal plane (for example, +100 degrees from the zenith).

演算処理装置34は、気象観測装置10の動作を統括的に制御して、気象観測装置10に所望の気象データを測定させ、算出させるように構成された回路である。演算処理装置34は、典型的には、プロセッサ341と、プログラムメモリ342と、データメモリ343とを含み、これらは内部バス344を介して相互に接続されている。なお、同図には示されていないが、演算処理装置34は、プロセッサ341の利用に供されるキャッシュメモリや主メモリを含む。これらは、プロセッサ341の一部として構成されても良い。   The arithmetic processing unit 34 is a circuit configured to comprehensively control the operation of the weather observation apparatus 10 to cause the weather observation apparatus 10 to measure and calculate desired weather data. The arithmetic processing unit 34 typically includes a processor 341, a program memory 342, and a data memory 343, which are connected to each other via an internal bus 344. Although not shown in the figure, the arithmetic processing unit 34 includes a cache memory and a main memory provided for use by the processor 341. These may be configured as part of the processor 341.

具体的には、演算処理装置34は、プロセッサ341がプログラムメモリ342に記憶された制御プログラム(図示せず)を実行することにより、駆動回路33を制御してシャドウバンド15を回転させながら、複数のセンサ130のそれぞれから送られる測定データを、A/D変換器31を介して、受け付ける。制御プログラムは、補正値を算出するために、副センサ132A及び132Bを用いた測定動作を行うためのシーケンス(補正値算出のための前処理シーケンス)と、気象データを測定するために、主センサ131を用いた測定動作を行うためのシーケンス(気象データ測定処理シーケンス)とを含む。気象データは、例えば、全天日射量データ及び散乱日射量データである。プログラムメモリ342はまた、太陽位置情報を記憶している。太陽位置情報は、気象観測装置10が設置された場所(緯度・経度)及び測定日時に対応する太陽の理論的な位置を示す情報(例えば、方位及び仰角等)である。太陽位置情報は緯度・経度・時刻をもとに制御プログラムによって求められも良い。制御プログラムは、該太陽位置情報を用いて、シャドウバンド15の位置(回転角度)を制御する。演算処理装置34は、プロセッサ341の制御の下、受け付けた測定データをデータメモリに記憶し、必要な処理を行う。   Specifically, the arithmetic processing unit 34 controls the drive circuit 33 and rotates the shadow band 15 by causing the processor 341 to execute a control program (not shown) stored in the program memory 342. Measurement data sent from each of the sensors 130 is received via the A / D converter 31. The control program calculates a correction value, a sequence for performing a measurement operation using the sub-sensors 132A and 132B (a pre-processing sequence for calculating the correction value), and a main sensor for measuring weather data. And a sequence for performing a measurement operation using 131 (meteorological data measurement processing sequence). The weather data is, for example, global solar radiation data and scattered solar radiation data. The program memory 342 also stores sun position information. The solar position information is information (for example, azimuth and elevation angle) indicating the theoretical position of the sun corresponding to the location (latitude / longitude) where the weather observation apparatus 10 is installed and the measurement date and time. The solar position information may be obtained by a control program based on latitude, longitude, and time. The control program controls the position (rotation angle) of the shadow band 15 using the sun position information. The arithmetic processing unit 34 stores the received measurement data in a data memory under the control of the processor 341 and performs necessary processing.

プログラムメモリ342及びデータメモリ343は、例えば、フラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリにより構成されるが、これに限られるものではない。本例では、プログラムメモリ342及びデータメモリ343は別体のメモリとして表されているが、これに限られるものでなく、一体的に構成されたものであっても良い。   The program memory 342 and the data memory 343 are composed of, for example, a rewritable nonvolatile memory such as a flash memory, but are not limited thereto. In this example, the program memory 342 and the data memory 343 are represented as separate memories, but the present invention is not limited to this, and may be configured integrally.

また、気象観測装置10は、外部のコンピュータデバイスと通信するための外部インターフェース345を備えても良い。外部インターフェース345は、例えば、有線/無線LANの規格に準拠した回路を含み、外部デバイスと所定のプロトコルで通信を行うことができるように構成される。これにより、例えば、ユーザは、パーソナルコンピュータ上のWebブラウザから気象観測装置10にリモートアクセスし、種々の設定等を行うための操作をすることができるようになる。また、外部インターフェース345は、例えば、カードメモリのような外部記録媒体とのアクセスを可能にするスロットを含んでいても良い。   In addition, the weather observation apparatus 10 may include an external interface 345 for communicating with an external computer device. The external interface 345 includes, for example, a circuit conforming to a wired / wireless LAN standard, and is configured to be able to communicate with an external device using a predetermined protocol. Thus, for example, the user can remotely access the weather observation apparatus 10 from a Web browser on a personal computer and perform operations for performing various settings. The external interface 345 may include a slot that allows access to an external recording medium such as a card memory.

本例では、演算処理装置34は、気象観測装置10の筐体11内部に設けられているものとして説明されているが、これに限られるものではない。他の例として、演算処理34装置は、気象観測装置10とは独立に構成されても良く、例えば、外部インターフェース345を介して接続されたパーソナルコンピュータにより実現されてもよい。   In this example, the arithmetic processing device 34 is described as being provided inside the housing 11 of the weather observation device 10, but is not limited thereto. As another example, the arithmetic processing device 34 may be configured independently of the weather observation device 10, and may be realized by, for example, a personal computer connected via the external interface 345.

また、図示されていないが、気象観測装置10は、時計機構を含んで構成される。時計機構は、例えば、演算処理装置34の機能の一部として組み込まれていても良い。演算処理装置34は、時計機構によって得られる日時情報を気象データの測定に用いる。   Moreover, although not shown in figure, the weather observation apparatus 10 is comprised including a timepiece mechanism. The clock mechanism may be incorporated as part of the function of the arithmetic processing unit 34, for example. The arithmetic processing unit 34 uses the date / time information obtained by the clock mechanism to measure meteorological data.

図4は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置の動作の一例を示すフローチャートである。気象観測装置10のかかる動作は、例えば、演算処理装置34のプロセッサ341がプログラムメモリ342に記憶された制御プログラムを実行することにより、実現される。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of the operation of the weather observation apparatus according to the embodiment of the present invention. Such an operation of the weather observation apparatus 10 is realized, for example, when the processor 341 of the arithmetic processing unit 34 executes a control program stored in the program memory 342.

即ち、同図に示すように、気象観測装置10は、稼働中、予め決められた測定時刻になったか否かを監視している(STEP401)。一例として、測定時刻は、日の出から日の入りまでの間の毎時0分と設定される。或いは、測定時刻は、10分おき、15分おき、30分おき、又はそれ以上の間隔というように設定される。気象観測装置10は、予め決められた測定時刻になったと判断した場合(STEP401のYes)、補正値を算出するための前処理を行う(STEP402)。補正値算出のための前処理の詳細は、図5及び図6を参照して説明される。補正値算出のための前処理の後、気象観測装置10は、気象データを測定するための処理を行う(STEP403)。気象データ測定処理は、全天日射量の測定と散乱日射量の測定を含む。気象データ測定処理の詳細は、図7を参照して説明される。気象観測装置10は、当該測定時刻での気象データ測定処理の後、次の測定時刻まで待機することとなる。   That is, as shown in the figure, the weather observation apparatus 10 monitors whether or not a predetermined measurement time has been reached during operation (STEP 401). As an example, the measurement time is set to 0 minutes per hour between sunrise and sunset. Alternatively, the measurement time is set every 10 minutes, every 15 minutes, every 30 minutes, or more. If the weather observation apparatus 10 determines that the predetermined measurement time has come (YES in STEP 401), it performs preprocessing for calculating a correction value (STEP 402). Details of the preprocessing for calculating the correction value will be described with reference to FIGS. After the preprocessing for calculating the correction value, the weather observation apparatus 10 performs processing for measuring weather data (STEP 403). The meteorological data measurement process includes measurement of global solar radiation and measurement of scattered solar radiation. Details of the meteorological data measurement process will be described with reference to FIG. The weather observation apparatus 10 waits until the next measurement time after the meteorological data measurement process at the measurement time.

上記の例においては、補正値算出のための前処理は、気象データ測定処理の前に必ず実行されるように構成されているが、これにこだわるものではない。例えば、測定時刻の間隔が比較的短い場合には、数回の気象データ観測処理の前に1回の割合で補正値算出のための前処理が実行されるように構成されても良い(例えば、気象データ測定処理が10分おきに設定されている場合、1時間おきに補正値算出のための前処理が実行される。)。かかる構成によれば、補正値算出のための前処理の回数が省略されるため、真の測定処理である気象データ測定処理が終了するまでの時間を短縮することができるようになる。   In the above example, the pre-process for calculating the correction value is configured to be executed before the weather data measurement process, but this is not particular. For example, when the measurement time interval is relatively short, the pre-processing for calculating the correction value may be executed at a rate of once before several weather data observation processes (for example, When the weather data measurement process is set every 10 minutes, a pre-process for calculating a correction value is executed every hour.) According to such a configuration, since the number of times of preprocessing for calculating the correction value is omitted, it is possible to shorten the time until the meteorological data measurement process, which is a true measurement process, is completed.

図5は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置における補正値算出のための前処理の一例を示すフローチャートである。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of preprocessing for calculating a correction value in the weather observation apparatus according to the embodiment of the present invention.

同図に示すように、気象観測装置10は、まず、シャドウバンド15を回転させて、所定の開始位置まで移動させる(STEP501)。開始位置は、例えば、シャドウバンド15の回転範囲限界の一方端の位置(即ち、−100度)である。次に、気象観測装置10は、シャドウバンド15を回転させながら、副センサ132A及び132Bから出力される測定データをサンプリングし(STEP502)、サンプリングされた測定データをシャドウバンド15の回転角度と関連付けてデータメモリ343に記録する(STEP503)。   As shown in the figure, the weather observation apparatus 10 first rotates the shadow band 15 and moves it to a predetermined start position (STEP 501). The start position is, for example, the position of one end of the rotation range limit of the shadow band 15 (that is, −100 degrees). Next, the weather observation apparatus 10 samples the measurement data output from the sub-sensors 132A and 132B while rotating the shadow band 15 (STEP 502), and associates the sampled measurement data with the rotation angle of the shadow band 15. The data is recorded in the data memory 343 (STEP 503).

即ち、気象観測装置10は、シャドウバンド15を所定の回転角度の位置で停止させ、副センサ132A及び132Bから出力される測定データを収集し、所定の時間経過した後、次の位置までシャドウバンド15を段階的に回転(例えば0.4度)、停止させ、同様に、測定データを収集するという処理を繰り返す。所定の時間内に収集された測定データは、回転角度毎の日射量(光量)の大きさを示すことになる。シャドウバンド15の回転速度は、副センサ132A及び132Bの出力動作が追随できる速度であれば良い。従って、一般に、副センサ132A及び132Bに応答速度の速い光センサが用いられた場合、比較的早い回転速度でシャドウバンド15を連続的に回転させることができる。   That is, the meteorological observation device 10 stops the shadow band 15 at a position of a predetermined rotation angle, collects measurement data output from the sub sensors 132A and 132B, and after a predetermined time has elapsed, the shadow band 15 is moved to the next position. 15 is rotated stepwise (for example, 0.4 degrees), stopped, and similarly, the process of collecting measurement data is repeated. Measurement data collected within a predetermined time indicates the magnitude of the amount of solar radiation (light quantity) for each rotation angle. The rotational speed of the shadow band 15 may be a speed that allows the output operations of the sub sensors 132A and 132B to follow. Therefore, generally, when an optical sensor having a high response speed is used for the sub-sensors 132A and 132B, the shadow band 15 can be continuously rotated at a relatively high rotational speed.

このようにして、気象観測装置10は、シャドウバンド15が終了位置(回転範囲限界の他方端の位置(即ち、+100度)に到達するまで、測定データをサンプリングし、記録する(STEP504のNo)。気象観測装置10は、シャドウバンド15の掃引による測定データの収集が終了すると(STEP504のYes)、(回転角度と関連付けられた)測定データに基づいて補正値を算出する(STEP505)。   Thus, the meteorological observation apparatus 10 samples and records the measurement data until the shadow band 15 reaches the end position (the position at the other end of the rotation range limit (ie, +100 degrees)) (No in STEP 504). When the meteorological observation device 10 finishes collecting measurement data by sweeping the shadow band 15 (STEP 504: Yes), the meteorological observation device 10 calculates a correction value based on the measurement data (associated with the rotation angle) (STEP 505).

本例では、シャドウバンド15の開始位置及び終了位置をそれぞれ、回転範囲限界の両端位置としたが、これに限られるものではない。他の例として、気象観測装置10は、太陽位置情報に基づく測定時刻の太陽の位置を中心に東西方向にそれぞれ例えば20度の範囲内で測定データをサンプリング、記録するようにしても良い。これにより、太陽の位置から大きく外れた、補正値算出に実質的に影響を及ぼさないような位置にシャドウバンド15を移動させる必要がなく、測定データの収集時間を短縮することができ、また、補正値の算出時間を短縮することができる。   In this example, the start position and the end position of the shadow band 15 are both end positions of the rotation range limit. However, the present invention is not limited to this. As another example, the meteorological observation device 10 may sample and record measurement data within a range of, for example, 20 degrees in the east-west direction around the position of the sun at the measurement time based on the solar position information. As a result, it is not necessary to move the shadow band 15 to a position that greatly deviates from the position of the sun and does not substantially affect the calculation of the correction value, the measurement data collection time can be shortened, Correction time calculation time can be shortened.

図6は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置における補正値算出処理の一例を示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing an example of correction value calculation processing in the weather observation apparatus according to the embodiment of the present invention.

同図に示すように、気象観測装置10は、まず、データメモリ343に記録された測定データに基づいて、副センサ132A及び132Bのそれぞれについての回転角度毎の傾きを算出する(STEP601)。本例では、回転角度を段階的に等角度で増分させているので、傾きは次の簡易な式を用いることができる。即ち、回転角度A(x-2)、A(x-1),A(x),A(x+1)及びA(x+2)のそれぞれにおける測定データをa(x-2),a(x-1),a(x),a(x+1)及びa(x+2)とした場合、回転角度A(x)における傾きD(x)は、
傾きD(x)=−{(a(x-2)+a(x-1))−(a(x+1)+a(x+2))} … 式1
として定義される。
As shown in the figure, the weather observation apparatus 10 first calculates the inclination for each rotation angle for each of the sub sensors 132A and 132B based on the measurement data recorded in the data memory 343 (STEP 601). In this example, since the rotation angle is incremented by an equal angle in steps, the following simple formula can be used for the inclination. That is, the measurement data at each of the rotation angles A (x-2), A (x-1), A (x), A (x + 1), and A (x + 2) are a (x-2), a When (x-1), a (x), a (x + 1), and a (x + 2), the slope D (x) at the rotation angle A (x) is
Inclination D (x) =-{(a (x-2) + a (x-1))-(a (x + 1) + a (x + 2))}
Is defined as

次に、気象観測装置10は、算出された傾きD(x)に基づいて、正負のピーク値(極大値及び極小値)を特定する(STEP602)。ここで、極大値及び極小値は、副センサ132A及び132Bのそれぞれについて特定される正負のピーク値であることに留意されたい。   Next, the meteorological observation device 10 identifies positive and negative peak values (maximum value and minimum value) based on the calculated slope D (x) (STEP 602). Here, it should be noted that the maximum value and the minimum value are positive and negative peak values specified for the sub sensors 132A and 132B, respectively.

続いて、気象観測装置10は、特定した極大値及び極小値がシャドウバンド15を用いた測定により現れたものか否かを判断する。即ち、予期しない遮蔽物(例えば、人、鳥、雲等)が副センサ132A及び132Bの上方を遮った場合であっても、測定データは傾きを含み、意図しない極大値及び極小値が特定される可能性があるからである。本例では、次の2つの条件によって判断される。   Subsequently, the meteorological observation device 10 determines whether or not the specified maximum value and minimum value appear by measurement using the shadow band 15. That is, even when an unexpected shielding object (for example, a person, a bird, or a cloud) blocks the upper side of the sub-sensors 132A and 132B, the measurement data includes an inclination, and unintended maximum and minimum values are specified. This is because there is a possibility. In this example, the determination is made based on the following two conditions.

第1に、気象観測装置10は、極大値及び極小値を特定するために用いた測定データについて、所定のしきい値を超えているか否かを判断する(STEP603)。本例では、気象観測装置10は、個々の測定データと所定のしきい値とを比較し、所定のしきい値を超えている個々の測定データの数が所定の数以上である場合に、所定のしきい値を超えていると判断している。第2に、気象観測装置10は、特定した極大値及び極小値が太陽の理論位置から所定の範囲内にあるか否かを判断する(STEP604)。気象観測装置10は、STEP603または604のいずれかで、条件を満たさないと判断する場合には、例えば収集した測定データをリセットする等のエラー処理を行う(STEP607)。   First, the meteorological observation apparatus 10 determines whether or not the measurement data used for specifying the maximum value and the minimum value exceeds a predetermined threshold (STEP 603). In this example, the meteorological observation device 10 compares the individual measurement data with a predetermined threshold value, and when the number of individual measurement data exceeding the predetermined threshold value is equal to or greater than the predetermined number, It is determined that a predetermined threshold is exceeded. Secondly, the weather observation apparatus 10 determines whether or not the specified maximum value and minimum value are within a predetermined range from the theoretical position of the sun (STEP 604). If the meteorological observation device 10 determines in either STEP 603 or 604 that the condition is not satisfied, for example, the meteorological observation device 10 performs error processing such as resetting the collected measurement data (STEP 607).

なお、本例では、極大値及び極小値を特定した後に、それらが意図したものであるか否かの判断を行ったが、これに限られるものでない。例えば、測定データが得られた時点で、その測定データの特徴(例えば、光量の減少量及びその減少期間)に基づいて、正しい測定データが収集されたか否かを判断するように構成しても良い。   In this example, after specifying the maximum value and the minimum value, it is determined whether or not they are intended. However, the present invention is not limited to this. For example, when the measurement data is obtained, it may be configured to determine whether or not the correct measurement data is collected based on the characteristics of the measurement data (for example, the amount of decrease in light amount and the reduction period). good.

気象観測装置10は、上記条件を満たすと判断する場合(STEP604のYes)、続いて、極大値及び極小値のそれぞれを示す回転角度間の差分値を算出し、さらに、該差分値に基づいて中間値(個別中間値)を算出する(STEP605)。例えば、ある副センサ132について、極大値を示す回転角度が1.4度であり、極小値を示す回転角度が12.2度であれば、その個別中間値は5.4度となる。副センサ132A及び132Bのそれぞれについて個別中間値を算出すると、気象観測装置10は、これらの個別中間値間のさらなる中間値(共通中間値)を算出する(STEP606)。例えば、副センサ132Aについての個別中間値が5.4度であり、副センサ132Bについての個別中間値が5.1度であるとすると、共通中間値は5.25度となる。共通中間値は、補正値として、気象データ測定処理におけるシャドウバンド15の位置を補正するために用いられる。気象観測データ10は、算出された補正値をデータメモリ343の所定の領域に記憶する。   When the meteorological observation device 10 determines that the above condition is satisfied (STEP 604: Yes), the meteorological observation device 10 calculates a difference value between the rotation angles indicating the maximum value and the minimum value, and further, based on the difference value. An intermediate value (individual intermediate value) is calculated (STEP 605). For example, if the rotation angle indicating the maximum value is 1.4 degrees and the rotation angle indicating the minimum value is 12.2 degrees for a certain sub-sensor 132, the individual intermediate value is 5.4 degrees. When the individual intermediate value is calculated for each of the sub sensors 132A and 132B, the meteorological observation device 10 calculates a further intermediate value (common intermediate value) between these individual intermediate values (STEP 606). For example, if the individual intermediate value for the sub sensor 132A is 5.4 degrees and the individual intermediate value for the sub sensor 132B is 5.1 degrees, the common intermediate value is 5.25 degrees. The common intermediate value is used as a correction value to correct the position of the shadow band 15 in the weather data measurement process. The weather observation data 10 stores the calculated correction value in a predetermined area of the data memory 343.

上記の補正値算出処理は、次の考え方に基づくものである。即ち、副センサ132Aによって得られた測定データに基づく傾きのピーク値は、最も急峻な変化点を示しており、ここがシャドウバンド15の影のエッジということができる。従って、正及び負のピーク値はそれぞれ影に入るエッジ及び影から出るエッジを示し、これらピーク値の中心位置が当該副センサ132Aに対する影の中心位置と考えることができる。同様に、副センサ132Bに対する正負のピーク値の中心位置は当該副センサ132Aに対する影の中心位置となる。そして、主センサ131は、これら副センサ132A及び132Bの中心に配置されているため、副センサ132A及び132Bの影の中心位置どうしの中心位置は、主センサ131に対して正確な影を作るシャドウバンド15の位置としてみなすことができる。   The correction value calculation process described above is based on the following concept. That is, the peak value of the inclination based on the measurement data obtained by the sub sensor 132A indicates the steepest change point, and this can be said to be the shadow edge of the shadow band 15. Accordingly, the positive and negative peak values indicate the edge entering the shadow and the edge exiting from the shadow, respectively, and the center position of these peak values can be considered as the center position of the shadow with respect to the sub sensor 132A. Similarly, the center position of the positive and negative peak values for the sub sensor 132B is the shadow center position for the sub sensor 132A. Since the main sensor 131 is arranged at the center of the sub-sensors 132A and 132B, the center position of the shadows of the sub-sensors 132A and 132B is a shadow that makes an accurate shadow with respect to the main sensor 131. It can be regarded as the position of the band 15.

図7は、本発明の一実施形態に係る気象観測装置における気象データ観測処理の一例を示すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing an example of weather data observation processing in the weather observation apparatus according to the embodiment of the present invention.

即ち、同図に示すように、気象観測装置10は、まず、主センサ131が全天日射の状態となる位置にシャドウバンド15を移動させる(STEP701)。即ち、主センサ131がシャドウバンド15による影の影響を受けないように、気象観測装置10は、シャドウバンド15を、例えば、回転範囲限界の一方端に移動させる。この状態で、気象観測装置10は、所定の時間、主センサ131から出力される測定データ(即ち、全天日射量データ)を収集し、データメモリ134に記録する(STEP702)。   That is, as shown in the figure, the weather observation apparatus 10 first moves the shadow band 15 to a position where the main sensor 131 is in the state of global solar radiation (STEP 701). That is, the weather observation apparatus 10 moves the shadow band 15 to, for example, one end of the rotation range limit so that the main sensor 131 is not affected by the shadow of the shadow band 15. In this state, the meteorological observation apparatus 10 collects measurement data (that is, global solar radiation data) output from the main sensor 131 for a predetermined time and records it in the data memory 134 (STEP 702).

次に、気象観測装置10は、太陽位置情報に基づいて、太陽の理論的な位置に対応するシャドウバンド15の回転角度を算出する(STEP703)。太陽の理論的な位置とは、気象観測装置10が設置された場所の緯度・経度及び測定日時に基づいて算出された、主センサ131から見た太陽の位置であり、例えば、方位及び仰角で特定される。続いて、気象観測装置10は、該理論的な位置に対応する回転角度を補正値で示される回転角度で置換し、該補正値で示される回転角度の位置にシャドウバンド15を移動させる(STEP704)。これにより、太陽光はシャドウバンド15で遮られ、主センサ131上に影が形成されることになる。そして、気象観測装置10は、主センサ131から出力される測定データ(散乱日射量データ)を収集し、記録する(STEP705)。   Next, the weather observation apparatus 10 calculates the rotation angle of the shadow band 15 corresponding to the theoretical position of the sun based on the solar position information (STEP 703). The theoretical position of the sun is the position of the sun as seen from the main sensor 131 calculated based on the latitude / longitude of the place where the weather observation apparatus 10 is installed and the measurement date / time. Identified. Subsequently, the meteorological observation device 10 replaces the rotation angle corresponding to the theoretical position with the rotation angle indicated by the correction value, and moves the shadow band 15 to the position of the rotation angle indicated by the correction value (STEP 704). ). As a result, sunlight is blocked by the shadow band 15 and a shadow is formed on the main sensor 131. The weather observation apparatus 10 collects and records measurement data (scattered solar radiation amount data) output from the main sensor 131 (STEP 705).

図示されていないが、気象観測装置10は、得られた全天日射量データ及び散乱日射量データに基づいて、直達日射量を算出することができる。他の例としては、気象観測装置10は、得られた全天日射量データ及び散乱日射量データを外部のコンピュータに出力し、外部のコンピュータが、直達日射量を算出するようにしても良い。   Although not shown, the weather observation apparatus 10 can calculate the direct solar radiation amount based on the obtained global solar radiation amount data and the scattered solar radiation amount data. As another example, the weather observation apparatus 10 may output the obtained global solar radiation amount data and scattered solar radiation amount data to an external computer, and the external computer may calculate the direct solar radiation amount.

図5に示したように、気象観測装置10は、シャドウバンド15を開始位置から終了位置まで掃引させながら、副センサ132A及び132Bから出力される測定データをサンプリングし、該サンプリングされた測定データをシャドウバンド15の回転角度と関連付けてデータメモリ343に記録する。このようにして収集された、ある測定場所及び測定時刻における測定データと回転角度との関係をグラフに示すと図8のようになる。本例では、シャドウバンド15の回転範囲は、−100度から+100度、回転角度0.4毎で、測定データは501個である。同図において、縦軸は副センサ132によって測定された光量の大きさを示し、横軸はシャドウバンド15の回転角度を示す。同図では、回転角度約+0〜20度付近において、2個の副センサ132A及び132Bの光量が大きく減少変化した特徴が示されている。   As shown in FIG. 5, the meteorological observation device 10 samples the measurement data output from the sub-sensors 132A and 132B while sweeping the shadow band 15 from the start position to the end position, and uses the sampled measurement data. The data is recorded in the data memory 343 in association with the rotation angle of the shadow band 15. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the measurement data and the rotation angle collected at a certain measurement location and measurement time. In this example, the shadow band 15 has a rotation range of −100 degrees to +100 degrees, a rotation angle of 0.4, and 501 measurement data. In the figure, the vertical axis indicates the amount of light measured by the sub sensor 132, and the horizontal axis indicates the rotation angle of the shadow band 15. In the figure, there is shown a feature in which the light amounts of the two sub sensors 132A and 132B are greatly decreased and changed around a rotation angle of about +0 to 20 degrees.

気象観測装置10は、データメモリ343に記録された、図8に示すような特徴を有する測定データに基づいて、副センサ132A及び132Bのそれぞれについての回転角度毎の傾きを算出する(STEP601)。上述したように、ここでは式1を用いる。式1を用いて、図8に示したグラフにおける回転角度毎の傾きを示すと図9のようになる。同図では、副センサ132A及び132Bのそれぞれについて、正負のピーク値が示されている。即ち、正負のピーク値は、傾きの急峻な変化点を示しており、シャドウバンド15の影のエッジに対応する。従って、正及び負のピーク値はそれぞれ影に入るエッジ及び影から出るエッジを示している。   The weather observation apparatus 10 calculates the inclination for each rotation angle for each of the sub sensors 132A and 132B based on the measurement data having the characteristics shown in FIG. 8 recorded in the data memory 343 (STEP 601). As described above, Equation 1 is used here. FIG. 9 shows the inclination for each rotation angle in the graph shown in FIG. In the figure, positive and negative peak values are shown for each of the sub sensors 132A and 132B. That is, the positive and negative peak values indicate a sharp change point of the slope and correspond to the shadow edge of the shadow band 15. Accordingly, the positive and negative peak values indicate the edge entering the shadow and the edge exiting from the shadow, respectively.

図10は、上述した図8及び図9に示したグラフを1つにして拡大したグラフである。気象観測装置10は、副センサ132A及び132Bのそれぞれについて、特定された正負のピーク値に対応する回転角度の差分値d1及びd2を算出し、その中間値(個別中間値)i1及びi2を算出する。そして、気象観測装置10は、個別中間値i1とi2との間の中間値(共通中間値)Cを算出する。この共通中間値Cが、補正値として、気象データ測定処理におけるシャドウバンド15の位置を補正するために用いられる。つまり、正負ピーク値の中心位置が当該副センサ132に対する影の中心位置と考えることができる。主センサ131は、これら副センサ132A及び132Bの中心に配置されているため、副センサ132A及び132Bの影の中心位置どうしの中心位置は、主センサ131に対して正確な影を作るシャドウバンド15の位置としてみなすことができる。   FIG. 10 is a graph obtained by enlarging the graphs shown in FIGS. 8 and 9 described above into one. The weather observation apparatus 10 calculates the rotation angle difference values d1 and d2 corresponding to the specified positive and negative peak values for each of the sub sensors 132A and 132B, and calculates intermediate values (individual intermediate values) i1 and i2 thereof. To do. Then, the weather observation apparatus 10 calculates an intermediate value (common intermediate value) C between the individual intermediate values i1 and i2. This common intermediate value C is used as a correction value to correct the position of the shadow band 15 in the weather data measurement process. That is, the center position of the positive / negative peak value can be considered as the shadow center position with respect to the sub sensor 132. Since the main sensor 131 is arranged at the center of the sub-sensors 132A and 132B, the center position of the shadows of the sub-sensors 132A and 132B is the shadow band 15 that creates an accurate shadow with respect to the main sensor 131. Can be regarded as the position of

本発明は、日射量を測定するための、シャドウバンドを備えた気象観測装置及びこれを用いた気象観測方法に広く適用することができる。   The present invention can be widely applied to a weather observation apparatus having a shadow band and a weather observation method using the same for measuring the amount of solar radiation.

10…気象観測装置
11…筐体
12…アーム
13…センサユニット
131…主センサ
132…副センサ
14…軸
15…シャドウバンド
31…A/D変換器
32…回転機構
321…モータ
322…エンコーダ
33…駆動回路
34…演算処理回路
341…プロセッサ
342…プログラムメモリ
343…データメモリ
344…バス
345…外部インターフェース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Weather observation apparatus 11 ... Housing 12 ... Arm 13 ... Sensor unit 131 ... Main sensor 132 ... Sub sensor 14 ... Shaft 15 ... Shadow band 31 ... A / D converter 32 ... Rotating mechanism 321 ... Motor 322 ... Encoder 33 ... Drive circuit 34 ... arithmetic processing circuit 341 ... processor 342 ... program memory 343 ... data memory 344 ... bus 345 ... external interface

Claims (9)

日射量を測定するための主センサと、
前記主センサの近傍に配置され、日射量を測定するための複数の副センサと、
回転機構と、
前記回転機構の軸に連結され、該軸の方向に延伸し、該軸を中心にして前記主センサ及び前記複数の副センサの頂上を経由して回転するように構成されたシャドウバンドと、
前記軸の回転角度を制御するために、前記回転機構の駆動を制御する制御回路と、
前記主センサによって測定される日射量に関するデータ及び前記軸の回転角度に関するデータに基づいて、所定の気象データを算出する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
前記複数の副センサのうちの第1副センサ及び第2副センサのそれぞれによって測定される日射量に関するデータ及び前記回転角度に関するデータに基づいて、補正値を算出し、
算出した前記補正値に基づいて、前記軸の回転角度を補正する、
気象観測装置。
A main sensor for measuring solar radiation,
A plurality of sub-sensors arranged in the vicinity of the main sensor for measuring the amount of solar radiation;
A rotation mechanism;
A shadow band coupled to an axis of the rotation mechanism, extending in the direction of the axis, and configured to rotate about the axis via the tops of the main sensor and the plurality of sub sensors;
A control circuit for controlling the driving of the rotation mechanism in order to control the rotation angle of the shaft;
An arithmetic unit that calculates predetermined weather data based on data on the amount of solar radiation measured by the main sensor and data on the rotation angle of the shaft,
The arithmetic unit is:
A correction value is calculated based on data on the amount of solar radiation measured by each of the first sub sensor and the second sub sensor of the plurality of sub sensors and data on the rotation angle,
Correcting the rotation angle of the shaft based on the calculated correction value;
Meteorological observation equipment.
前記演算装置は、
前記回転角度に関するデータの変化に対する、前記第1副センサ及び前記第2副センサのそれぞれによって測定された日射量に関するデータの変化に基づいて、前記補正値を算出する、請求項1に記載の気象観測装置。
The arithmetic unit is:
The weather according to claim 1, wherein the correction value is calculated based on a change in data regarding the amount of solar radiation measured by each of the first sub sensor and the second sub sensor with respect to a change in data regarding the rotation angle. Observation device.
前記演算装置は、
前記第1副センサ及び前記第2副センサのそれぞれについての、前記日射量に関するデータの変化における少なくとも2つのピーク値を算出し、該少なくとも2つのピーク値に基づいて、前記補正値を算出する、請求項2に記載の気象観測装置。
The arithmetic unit is:
For each of the first sub sensor and the second sub sensor, calculate at least two peak values in a change in data relating to the amount of solar radiation, and calculate the correction value based on the at least two peak values. The meteorological observation apparatus according to claim 2.
前記演算装置は、
前記第1副センサについての前記日射量に関するデータの変化における正及び負のピーク値のそれぞれに対応する前記回転角度の第1の中間値及び前記第2副センサについての前記日射量に関するデータの変化における正及び負のピーク値のそれぞれに対応する前記回転角度の第2の中間値を算出し、該第1の中間値及び該第2の中間値から算出される中間値に基づいて、前記ずれ量を算出する、請求項3に記載の気象観測装置。
The arithmetic unit is:
The first intermediate value of the rotation angle corresponding to each of positive and negative peak values in the change in data relating to the solar radiation amount for the first sub sensor and the change in data relating to the solar radiation amount for the second sub sensor. Calculating a second intermediate value of the rotation angle corresponding to each of the positive and negative peak values at, and based on the first intermediate value and the intermediate value calculated from the second intermediate value, the deviation The meteorological observation device according to claim 3 which computes quantity.
前記第1副センサ及び前記第2副センサは、前記主センサを点対称の中心として、前記軸の方向に沿ってそれぞれ配設される、請求項1に記載の気象観測装置。   2. The meteorological observation device according to claim 1, wherein the first sub sensor and the second sub sensor are respectively disposed along the direction of the axis with the main sensor as a center of point symmetry. 前記第1副センサ及び前記第2副センサは、前記主センサを点対称の中心として、前記軸に対して直交する方向にそれぞれ配設される、請求項1に記載の気象観測装置。   The meteorological observation apparatus according to claim 1, wherein the first sub sensor and the second sub sensor are respectively arranged in a direction perpendicular to the axis with the main sensor as a point-symmetrical center. 前記主センサ及び前記複数の副センサは、基準面から所定の高さに位置するように配置される、請求項1に記載の気象観測装置。   The meteorological observation apparatus according to claim 1, wherein the main sensor and the plurality of sub sensors are arranged to be positioned at a predetermined height from a reference plane. 前記主センサは、基準面から第1の高さに位置するように配置され、前記複数のセンサは、基準面から第2の高さに位置するように配置される、請求項1に記載の気象観測装置。   The said main sensor is arrange | positioned so that it may be located in 1st height from a reference plane, and these sensors are arrange | positioned so that it may be located in 2nd height from a reference plane. Meteorological observation equipment. 回転機構の軸方向に延伸し、該軸を中心にして回転するシャドウバンドを備えた気象観測装置におけるデータ処理方法であって、
日射量を測定するための主センサ、及び該主センサの近傍に配置された、光量を測定するための複数の副センサの頂上を経由するように、前記シャドウバンドを回転させるステップと、
前記軸の回転角度に併せて前記複数の副センサのそれぞれによって光量を測定するステップと、
前記測定された光量に関するデータ及び前記軸の回転角度に関するデータに基づいて、補正値を算出するステップと、
前記主センサにより散乱日射量を測定するためのシャドウバンドの回転角度を、前記算出された補正値に基づいて、補正するステップと、
を含む、データ処理方法。
A data processing method in a weather observation apparatus provided with a shadow band that extends in the axial direction of a rotating mechanism and rotates around the axis,
Rotating the shadow band so as to pass through the top of a main sensor for measuring the amount of solar radiation and a plurality of sub-sensors for measuring the amount of light disposed in the vicinity of the main sensor;
Measuring the amount of light by each of the plurality of sub-sensors in accordance with the rotation angle of the shaft;
Calculating a correction value based on the data on the measured light quantity and the data on the rotation angle of the shaft;
Correcting the rotation angle of the shadow band for measuring the amount of scattered solar radiation by the main sensor, based on the calculated correction value;
Including a data processing method.
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