表面波モードに着目した鉄道既設の漏洩同軸ケーブルによる降雨量検知のための研究

本研究は新幹線軌道沿線などに並列に設置されている移動体通信用アンテナである漏洩同軸ケーブル(LCX)にパルス波を送受信し,LCX各点での受信信号のゆらぎから豪雨を高密度に線状モニタリングすることを提案し,その有効性をより実証するものである.LCX極近傍に電磁エネルギーが集中する「表面波モード」に着目し,LCX表面に付着した水滴によるアシテナゲインの変化に伴う信号のゆらぎを捉えることを試みた.外部からの電磁波が遮蔽される室内型人工降雨装置(京都大学防災研究所「雨水流出実験装置」)においてさまざまな降雨強度,LCX間隔の条件で降雨実験を行い,降雨強度と信号のゆらぎとの間には高い線形相関があることを確認した.本成果により信号のゆらぎから豪雨をリアルタイムに検知できることを実験的に示した.次に屋外で実降雨実験を行った.受信信号には高レベルの高周波雑音が重畳されていたため,まず,離散ウェーブレット変換により高周波成分を除去し,低周波領域に残った豪雨由来の不連続点を抽出した.ただし,雑音由来の不連続点も同時に抽出されたため,「信号のゆらぎの大きさの閾値判定による大きな衝撃性雑音の検出」,「Lipschitz-Holder指数による連続性雑音のエッジの検出」,「パーセンタイルを用いた外れ値判定による小さな衝撃性雑音の検出」の3段階で構成される不要不連続点排除アルゴリズムを構築した.アルゴリズムを信号に適用した結果,1分間降雨強度約30mm/h以上の豪雨をリアルタイムに検知できることを示した.以上の成果より,漏洩同軸ケーブルを用いた豪雨検知技術の基礎を確立できたと考えられる.

本研究は新幹線軌道沿線などに並列に設置されている移動体通信用アンテナである漏洩同軸ケーブル(LCX)にパルス波を送受信し,LCX各点での受信信号のゆらぎから豪雨を高密度に線状モニタリングすることを提案し,その有効性をより実証するものである.LCX極近傍に電磁エネルギーが集中する「表面波モード」に着目し,LCX表面に付着した水滴によるアシテナゲインの変化に伴う信号のゆらぎを捉えることを試みた.外部からの電磁波が遮蔽される室内型人工降雨装置(京都大学防災研究所「雨水流出実験装置」)においてさまざまな降雨強度,LCX間隔の条件で降雨実験を行い,降雨強度と信号のゆらぎとの間には高い線形相関があることを確認した.本成果により信号のゆらぎから豪雨をリアルタイムに検知できることを実験的に示した.次に屋外で実降雨実験を行った.受信信号には高レベルの高周波雑音が重畳されていたため,まず,離散ウェーブレット変換により高周波成分を除去し,低周波領域に残った豪雨由来の不連続点を抽出した.ただし,雑音由来の不連続点も同時に抽出されたため,「信号のゆらぎの大きさの閾値判定による大きな衝撃性雑音の検出」,「Lipschitz-Holder指数による連続性雑音のエッジの検出」,「パーセンタイルを用いた外れ値判定による小さな衝撃性雑音の検出」の3段階で構成される不要不連続点排除アルゴリズムを構築した.アルゴリズムを信号に適用した結果,1分間降雨強度約30mm/h以上の豪雨をリアルタイムに検知できることを示した.以上の成果より,漏洩同軸ケーブルを用いた豪雨検知技術の基礎を確立できたと考えられる.