暴雨预测方法、暴雨预测装置、应用暴雨预测装置的系统以及暴雨预测程序与流程

关联申请的引用

本申请以2016年9月15日提出了申请的在先的日本国专利申请第2016－180880号的优先权的利益为基础，并且要求该利益，在先申请的内容整体通过引用包含于本申请。

这里说明的多种形式的实施方式总地涉及暴雨预测方法、暴雨预测装置、应用暴雨预测装置的系统以及暴雨预测程序。

背景技术：

近年，开发出了能够在短时间内对引起局部暴雨等异常气象现象的积雨云等雨云进行三维扫描的相控阵气象雷达(phasedarrayweatherradar：pawr)。

通过pawr观测到的雨云有关的数据(以下，称为“气象数据”。)，被利用于对河川等的泵站的管理人员、消防人员的指导人员等那样的从事防灾的用户(以下，简称为“用户”。)实时地观察雨云的样子并进行各种各样的判断进行辅助的系统中。

但是，这样的用户不是与气象现象有关的专家，因此存在不能容易地解释气象数据的问题。

因此，要求即使是这样的用户也能够容易地解释使用pawr获得的气象数据，并容易地利用气象数据，以预测局部暴雨等。

技术实现要素：

本发明的实施方式，提供能够实现能够容易地利用气象数据的暴雨预测方法、暴雨预测装置、应用暴雨预测装置的系统以及暴雨预测程序。

实施方式的暴雨预测装置，是用于预测暴雨的暴雨预测装置，具备：检测单元，基于通过气象雷达每隔一定时间观测的雨云的气象数据，检测雨云的中心；取得单元，基于检测单元的中心的检测的结果，取得所检测到的中心的位置信息；判断单元，基于所取得的位置信息，判断中心的移动方向；以及计算单元，计算与中心的移动方向对应的地面的区域，作为预测为会产生暴雨的区域。

根据上述的构成，能够实现能够容易地利用气象数据。

附图说明

图1是表示实施方式的暴雨预测系统的构成例的框图。

图2是表示实施方式的暴雨预测装置的构成例的框图。

图3是表示实施方式的暴雨预测装置的功能性的构成例的框图。

图4是用于说明一般的中心的生成过程的图。

图5是用于说明通过实施方式的暴雨预测装置执行的暴雨预测处理中被考虑的中心的移动方向的一例的图。

图6是用于说明通过实施方式的暴雨预测装置执行的暴雨预测处理中的暴雨预测区域的显示图像的一例的图。

图7是表示通过实施方式的暴雨预测装置执行的暴雨预测处理中的中心信息的一例的数据库结构。

图8是表示通过实施方式的暴雨预测装置执行的暴雨预测处理步骤的一例的流程图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。在附图中，同一符号表示相同或类似部分。

图1是表示本实施方式的暴雨预测系统1的构成例的框图。暴雨预测系统1具备：雷达8、气象数据存储器9、暴雨预测装置10、中心信息存储器12以及用户计算机15。

暴雨预测系统1为，通过网络应用程序等将由雷达8取得的气象数据a可视化，实时地对用户提示积雨云等的产生局部暴雨的雨云的气象现象(以下，称为“异常气象现象”。)的样子，并对与暴雨有关的用户的判断进行辅助所用的系统。异常气象现象例如是雨云的状态在时间上急剧地变化的现象。

雷达8为，以短时间例如一般的雨云的发展时间例如30分钟、每隔更短的周期例如30秒高速地扫描产生异常气象现象的雨云的整体，并能够三维地观测异常气象现象的、单极化或双极化的pawr等的气象雷达。另外，雷达8取得异常气象现象的三维数据等作为气象数据a，并将所取得的气象数据a发送至气象数据存储器9。

本实施方式中的雨云，例如只要是如积雨云那样的雨滴的密度高的云即可，因此也可以是积雨云以外的云。密度高的云是指，例如雨滴的水分量多的云或雨滴的尺寸大的云。

气象数据存储器9将从雷达8发送的气象数据a储存例如比30秒短的期间即规定期间。并且，将所储存的气象数据a例如在规定期间储存的多个气象数据a作为气象数据b，发送至暴雨预测装置10。

另外，气象数据存储器9也可以将例如包括与气象数据a建立关联的观测对象的雨云的位置的地图信息与气象数据a一起存储。

暴雨预测装置10是用于预测暴雨的装置，与气象数据存储器9以及中心信息存储器12连接，基于气象数据b以及后述的中心信息存储器12中保存的中心信息c，参照图3执行如后所述那样的、用于预测暴雨的处理(以下，称为“暴雨预测处理”。)、检测雨云的中心的处理(以下，称为“中心检测处理”。)以及雨云的三维显示处理(以下，称为“显示处理”。)。在本实施方式中，着眼于该中心，进行暴雨预测处理。关于中心，参照图4等在后面叙述。

另外，暴雨预测装置10，参照图2并通过如后述那样的计算机以及软件构成，被实现为能够经由因特网等网络14与用户计算机15连接的服务器。暴雨预测装置10例如也是云式的图像处理服务器。

暴雨预测装置10，例如根据来自用户计算机15的请求e，对用户计算机15发送显示信息d作为豪雨预测处理的结果，该显示信息d用于将后述的暴雨预测区域、雨云的三维图像以及二维图像以及中心的图像显示在用户计算机15具备的显示器16上。

暴雨预测装置10将包括显示信息d等的暴雨预测处理的结果例如从暴雨预测装置10流式传输至用户计算机15。例如，作为显示信息d，流式传输图像信息或与被预测暴雨的区域关联的位置信息。

来自用户计算机15的请求e中，可以包括例如针对与雨云的位置或与该雨云的位置建立关联的时间有关的信息的请求。另外，暴雨预测装置10也可以具备气象数据存储器9或中心信息存储器12。

中心信息存储器12保存在通过暴雨预测装置10执行的中心检测处理中计算的中心信息c。中心检测处理例如是使用气象数据a的三维数据来检测中心的处理。中心信息c例如包括与中心的位置或尺寸有关的信息。另外，关于中心信息c的详细，参照图7在后面叙述。

用户计算机15经由网络14与暴雨预测装置10连接，针对暴雨预测装置10进行请求e，基于从暴雨预测装置10取得的显示信息d，在显示器16上显示暴雨预测处理的结果。用户计算机15例如是装入了用于显示暴雨预测处理的结果的应用程序的、个人计算机或智能手机等便携电话，在此情况下，主要进行用于将例如预测的区域作为显示处理中的暴雨预测处理的结果显示于显示器16的处理。

接着，参照图2的框图，对暴雨预测装置10的构成例进行说明。暴雨预测装置10具备显示器16a、扬声器18、中央处理装置(cpu)101、电桥电路102、主内存103、图形控制器(gpu)105、声音控制器106、bios－rom107、固体硬盘(ssd)109、usb连接器110、无线lan控制器112、嵌入式控制器(ec)113、电源电路121、ac适配器123、视频存储器(vram)300等。

cpu101是对暴雨预测装置10内的各部的动作进行控制的处理器。cpu101执行从ssd109安装到主内存103中的操作系统(os)201以及各种应用程序。这些应用程序中包括暴雨预测程序202。暴雨预测程序202能够记录(保存)在主内存103等记录介质中。

另外，cpu101也执行保存在bios－rom107中的bios(basicinput/outputsystem)。bios是硬件控制所用的程序。

暴雨预测程序202是用于执行暴雨预测处理、中心检测处理以及显示处理等的程序，例如是用于执行这些处理的应用程序。

电桥电路102，是将cpu101的局部总线与pci(peripheralcomponentinterconnect)总线上的各器件及lpc(lowpincount)总线上的各器件之间连接的桥接器件。另外，内置有用于控制ssd109的ide(integrateddriveelectronics)控制器等。并且，还具有执行与声音控制器106的通信的功能。或者，还具有经由pciexpress标准的串行总线等执行与gpu105的通信的功能。

gpu105对显示器16a送出影像信号。

声音控制器106是音源器件，将再现对象的音频数据输出至扬声器18。扬声器18例如参照图3通过后述的通知部39a发出警报声。

usb连接器110连接usb设备等。例如，也可以经由usb设备，将暴雨预测程序202安装到暴雨预测装置10中。

无线lan控制器112是执行例如ieee802.11标准的无线通信的无线通信器件。暴雨预测装置10例如使用无线lan控制器112与网络14连接。

ec113是功率管理所用的嵌入式控制器。ec113例如具有根据用户的操作对暴雨预测装置10进行电源接通/电源断开的功能。

视频存储器(vram)300与gpu105连接，例如，存储与显示于显示器16a的画面图像对应的画面图像数据。

在本实施方式中，参照图1如上述那样，基于显示信息d，将暴雨预测处理的结果显示于显示器16，但例如也可以不经由网络14，而将暴雨预测处理的结果显示于暴雨预测装置10的显示器16a。此情况相当于例如用户计算机15具备暴雨预测装置10的功能那样的情况。

接着，参照图3的框图，对暴雨预测装置10的功能性的构成例进行说明。暴雨预测装置10具备中心检测部30、中心位置信息取得部32、方向判断部34、区域计算部36、显示信息生成部38以及提示部39。另外，这些中心检测部30、中心位置信息取得部32、方向判断部34、区域计算部36、显示信息生成部38以及提示部39例如作为上述的暴雨预测程序202的功能而实现。

中心检测部30，基于气象数据b执行中心检测处理，检测中心，并将中心检测结果b1作为中心检测处理的结果发送至中心位置信息取得部32。中心检测处理为，例如解析雨云的三维数据，判断是否存在具有预先确定的尺寸等的中心，由此检测中心的处理。另外，中心检测处理也是从中心信息存储器12取得包括进行与中心有关的周知的主成分分析处理而计算的中心检测数据的中心信息c的处理。

这里，参照图4，对中心50的生成过程进行说明。图4示出了雨云40中生成中心50的过程，横轴表示时间(分钟)，纵轴表示高度(km)。

例如，在时刻t1，雨云40－1中还未产生中心50，但在时刻t2，中心50－2产生。

之后，在时刻t2～t4，中心50如雨云40－2的中心50－2、雨云40－3的中心50－3以及雨云40－4的中心50－4那样、在高度上升的方向(以下，称为“上升方向”。)上移动。

之后，在时刻t4～t6，中心50如雨云40－4的中心50－4、雨云40－5的中心50－5以及雨云40－6的中心50－6那样、在高度下降的方向(以下，称为“下降方向”。)上移动。

这样，伴随着雨云40的发展，中心50产生，中心50的高度即中心50的位置也变化。

中心50的尺寸如图4所示那样，伴随着时间的经过，在各个方向上扩大或缩小。

返回到图3，中心位置信息取得部32，基于中心检测结果b1等，取得中心50的位置信息b2。例如，在基于中心检测结果b1检测到中心50的情况下，计算所检测到的中心50在三维空间中的xyz坐标，作为中心50的位置信息b2。并且，将所计算出的中心50的位置信息b2－1以及中心信息c中包括的时间上在刚刚之前的中心50的位置信息b2－2，发送至方向判断部34。

中心位置信息取得部32例如在通过中心检测部30检测中心50之前、基于中心信息存储器12中保存的时间上在刚刚之前的中心50的位置信息而预先预测出中心50的位置这样的情况下，也可以计算该预先预测出的中心50的位置作为中心50的位置信息b2。由此，也能够高速地进行暴雨预测处理。

方向判断部34基于中心50的位置信息b2，判断中心50的移动方向。例如，对通过中心位置信息取得部32取得的多个位置信息b所表示的位置进行比较，判断中心50是否正在下降。例如，使用中心50的位置信息b2－1所表示的位置矢量与中心50的位置信息b2－2所表示的位置矢量的差分，计算中心50的移动方向。并且，判断所计算出的中心50的移动方向是否是下降方向。并且，在例如判断为所计算出的中心50的移动方向是下降方向的情况下，将中心50的移动方向的判断的结果b3发送至区域计算部36。

参照图5，对中心50的移动方向的一例进行说明。图5表示在用户计算机15的显示器16上显示的暴雨预测处理的结果有关的三维显示图像80的一例。在图5中，将三维显示图像80的时间上的推移的一例按三维显示图像80a、80b、80c的顺序示出。例如，关于中心50-1，按中心50a－1、50b－1、50c－1的顺序在时间上推移。

在三维显示图像80a中示出了，雨云40a具有中心50a－1、50a－2，中心50a－1相对于三维空间中的与地面相当的二维平面60向上升方向移动、即中心50a－1的移动方向a是上升方向。另外，在图5中，中心50a－2以及后述的中心50b－2、50c－2几乎不移动，因此这些中心50的移动方向的箭头并未显示。

中心50具有椭球体那样的规定的三维空间区域，方向判断部34基于中心50的中心位置等的规定的位置的变化、如例如三维显示图像80a所示那样从位置81向位置82的变化，计算移动方向a。

在三维显示图像80b中示出了，雨云40b具有中心50b－1、50b－2，中心50b－1相对于二维平面60向上升方向移动、即中心50b－1的移动方向b是上升方向。在图5中示出了，移动方向b与移动方向a相比，相对于地面的上升方向的角度更小的情况。

在三维显示图像80c中示出了，雨云40c具有中心50c－1、50c－2，中心50c－1相对于二维平面60向下降方向移动、即中心50c－1的移动方向c是下降方向。

另外，在三维显示图像80c中，中心50c－1的移动方向c是下降方向，因此对于中心50c－1，显示出与移动方向c对应的二维平面60中的平面区域70。关于平面区域70，参照图6在后面叙述。

这样，中心50的移动方向，伴随着时间的经过，从上升方向变为下降方向。

返回到图3，区域计算部36基于中心50的移动方向的判断的结果b3，计算与中心50的移动方向对应的平面区域70，作为预测为会产生暴雨的区域。例如，在通过方向判断部34判断为中心50的移动方向是下降方向的情况下，计算平面区域70。并且，将与平面区域70有关的计算结果b4发送至显示信息生成部38。计算结果b4例如是与平面区域70有关的xy坐标。计算结果b4也可以包含与中心50的尺寸有关的信息。在此情况下，与平面区域70有关的xy坐标，相当于将中心50的外周向中心50的移动方向投影而得到的椭圆的方程式。另外，平面区域70例如是三维空间中表示移动方向的矢量与二维平面60相交的区域。

区域计算部36基于判断的结果b3，计算中心50开始下降的时刻，作为与预测的区域有关的信息。

区域计算部36，在三维空间中，将中心50的规定的三维空间区域在移动方向上投影到与地面相当的二维平面60上，并计算投影到二维平面60上的平面区域70，作为预测的区域。

另外，区域计算部36，根据中心50的规定的三维空间区域的时间性变化的尺寸，计算预测的区域的尺寸。

显示信息生成部38基于计算结果b4，进行显示处理，并生成包括将预测的区域三维显示或二维显示所需要的显示数据b5的显示信息，作为与预测的区域有关的信息。显示数据b5例如是与三维显示图像80或如图6所示那样的二维显示图像90有关的数据。

显示信息生成部38，例如通过将预先存储在中心信息存储器12中的雨云40、二维平面60、中心50以及平面区域70的三维或二维图像数据配置在计算结果b4所表示的xyz坐标或xy坐标，从而生成三维显示图像80或二维显示图像90。例如，使用体绘制，生成三维显示图像80。

参照图6，对平面区域70的显示图像的一例进行说明。图6表示三维显示图像80c以及与三维显示图像80c对应的二维显示图像90。

区域计算部36例如，在如三维显示图像80c那样的虚拟的三维空间中，将椭球体的中心50的三维空间区域在移动方向c上投影于二维平面60，并计算投影于二维平面60的平面区域70。

然后，显示信息生成部38生成包含所计算出的平面区域70的三维显示图像80、或包含与平面区域70相当的区域92的二维显示图像90。

图6的右侧所示的二维显示图像90，是相对于二维平面60从上空观看三维显示图像80c的情况下的图。

在图6的二维显示图像90中，在与二维平面60相当的地面61上示出了与平面区域70对应的区域92以及与雨云40c的位置相当的区域91。这样，从上空观看的情况下，被预测暴雨的区域，即区域92，有时与雨云40c的位置即区域91不同。

返回到图3，提示部39具备通知部39a以及显示部39b，基于显示数据b5，将与预测的区域有关的信息例如与平面区域70有关的显示信息d，以通知或显示的方式提示给用户。

通知部39a，对与显示数据b5包括的平面区域70相当的地域的用户，通知显示信息d。例如，通过电子邮件，向用户通知正在产生暴雨。另外，例如，也可以使用用户计算机15的扬声器18，将正在产生暴雨的情况作为警报声通知给与平面区域70关联的用户。也可以通过在显示器16上显示正在产生暴雨，通知该情况。正在产生暴雨的情况，例如是用户在距被预测暴雨的区域近的区域的情况，也可以以被预测暴雨的区域为中心阶梯性地改变警报等级进行通知。

显示部39b，进行用于将显示信息d显示于用户利用的终端即用户计算机15的显示器16等的处理。

这里，参照图7的数据库结构，对中心信息c的一例进行说明。中心信息数据库500，具有中心编号信息项目500a、中心位置信息项目500b以及中心尺寸信息项目500c。

中心编号信息项目500a，表示用于识别中心50的信息，例如是与气象数据b中包含的雨云40的三维数据有关的时间上连续的帧。例如，在连续的帧中的第n个帧(以下，称为“帧n”。)与中心编号“#2”对应的情况下，紧前的帧n－1与中心编号“#1”对应，紧后的帧n+1与中心编号“#3”对应。另外，各帧n例如相当于雷达8的1次的扫描获得的数据。

中心位置信息项目500b示出了中心50的位置、例如xyz坐标有关的信息，例如，与中心编号“#2”对应的中心50的位置，是(x，y，z)＝(－100，+80，+50)。

中心尺寸信息项目500c表示与中心50的尺寸有关的信息，例如，与中心编号“#2”对应的中心50的尺寸是(长径，短径)＝(80，10)。

另外，中心编号信息项目500a、中心位置信息项目500b以及中心尺寸信息项目500c，分别1对1地对应。例如，伴随着中心50的编号增加、即伴随着时间的经过，与中心50的高度相当的z坐标，在增加后减少。另外，在图7中示出了，伴随着中心50的编号增加，中心50的尺寸扩大。

在请求的范围中，基于通过气象雷达每隔一定时间观测的雨云的气象数据，检测雨云的中心的检测单元例如与中心检测部30对应。基于检测单元的中心的检测的结果，取得所检测到的中心的位置信息的取得单元，例如与中心位置信息取得部32对应。基于所取得的位置信息，判断中心的移动方向的判断单元，例如与方向判断部34对应。计算中心的与移动方向对应的地面的区域，作为预测为会产生暴雨的区域的计算单元，例如与区域计算部36对应。

接着，参照图8的流程图，对通过暴雨预测装置10执行的暴雨预测处理步骤的一例进行说明。从气象数据存储器9取得气象数据b(步骤s80)。例如，取得帧n。并且，取得与所取得的帧n有关的中心50的位置信息。

接着，对与在步骤s80中所取得的帧n有关的中心50的位置信息所表示的中心50的位置、和与已经取得的帧n―1有关的中心50的位置信息所表示的中心50的位置，进行比较(步骤s82)。

并且，基于步骤s82的比较处理的结果，例如基于中心50的位置的差分，计算中心50的移动方向(步骤s84)。也可以不是对各帧n的位置进行比较，而基于例如相对于三维空间中的规定的位置的帧n的变动等，计算中心50的移动方向。

接着，判断在步骤s84中所计算出的中心50的移动方向是否是下降方向(步骤s86)。由此，判断中心50是否相对于地面向下方进行了移动。

在判断为中心50的移动方向不是下降方向的情况下(步骤s86中为否)，开始与下一帧n+1有关的处理(步骤s100)。

另一方面，在判断为中心50的移动方向是下降方向的情况下(步骤s86中为是)，中心50在移动方向上被投影于地面(步骤s88)。

然后，作为步骤s88中的投影的结果，投影出的与中心50对应的平面区域70，被显示于显示器16等(步骤s90)。图8所示的上述各步骤通过暴雨预测程序202来执行。

如以上那样，根据本实施方式，能够实现容易地利用气象数据。由此，用户容易解释气象数据a，能够对防灾等的用户的判断进行辅助。例如，作为河川的管理人员的用户，能够实时地知晓局部暴雨的产生，能够事前调整泵站的泵。

具体而言，不需要复杂的气象数据a的处理，能够检测积雨云等的雨云40的中心50，能够将被预测暴雨的区域与雨云40的整体以及中心50的三维显示以及二维显示一起显示。

另外，能够最大限地活用能够以30秒左右的短时间捕捉以30分钟左右的短时间发展的雨云40的三维构造的pawr的能力，也能够实时且有效地将下起局部暴雨等的区域视觉化。即，本实施方式的暴雨预测处理，能够以30秒左右的短时间检测中心50，并预测中心50落在的区域，由此能够预测暴雨。

通过使暴雨预测处理成为简单的处理，不仅能够容易地利用气象数据a，能够以短时间高速地而且实时地完成暴雨预测处理，而且即使在例如使用了处理能力低的暴雨预测装置10的情况下，也能够进行暴雨预测处理。

另外，在用户计算机15的显示器16上，将雨云40的整体的形状三维显示，从而能够视觉化，并且例如将中心50的位置、中心50的尺寸同时显示，从而用户把握这些信息。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，没有限定发明的范围的意图。这些新的实施方式，能够以其他各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形，包含于发明的范围及主旨，并且包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围中。