極端氣候難掌握,三菱電機用光學技術偵測「風況」,守護城市與無人機安全

隨著地球暖化,突發性豪雨、強風、亂流等異常氣象越來越頻繁,加上超高樓建築、無人機利用等都市地區不斷向上發展的趨勢,為了確保城市安全,正確掌握風的強度、方向已是不可或缺。目前受到矚目的技術是「光學雷達(LiDAR)」,預估在2050年時,都市開發將普遍運用風況偵測資料。

都卜勒光學雷達偵測原理 圖/三菱電機
都卜勒光學雷達偵測原理 圖/三菱電機

光學雷達是用雷射光測量與物體間距離的技術,已廣泛運用在汽車等領域,而三菱電機一直以來研發作為氣象觀測用的裝置名為「都卜勒光學雷達」,是以雷射光照射大氣,接著捕捉碰撞到懸浮微粒「氣懸膠體(aerosol)」反射的光,再將隨氣懸膠體隨風移動而變化的反射光頻率(都卜勒效應)換算成風速與風向。

補足一般無線電雷達難以測量的晴天風況

一般風況偵測都是使用無線電雷達,但在沒有雨滴或雲的晴天便難以測量,而都卜勒光學雷達因為是利用氣懸膠體,所以可實現晴天時的高精度偵測,原本是作為飛機安全起降用的軍用品所研發,近年來也開始滲透民間使用。

預期可活用風況資訊之課題範例,風力發電量評估、無人機安全飛行、都市計畫、大樓管理、建築現場、飛天車、 圖/三菱電機
預期可活用風況資訊之課題範例,風力發電量評估、無人機安全飛行、都市計畫、大樓管理、建築現場、飛天車、 圖/三菱電機

日本羽田機場在2015年所引進的三菱電機都卜勒光學雷達是長寬高約2公尺的小屋大小,可測量約30公里遠處的風況,而在不斷地改良後,已推出了約50公分見方的小型化產品,可用於風力發電廠建設之發電量評估、高樓建築強風示警等。

與其他海外競爭商品相比,三菱電機的都卜勒光學雷達可測量距離較長,除了雷射輸出功率高外,在光增幅裝置中也採用獨家構造而能夠檢測微弱光線,並改良頻率解析所使用的軟體技術,即便是在雨後氣懸膠體較少的氣象條件下也能保持高精度。

風況偵測方案示意圖 圖/三菱電機
風況偵測方案示意圖 圖/三菱電機

隨著今後小型化與低成本化的推進,也將擴展運用情況,像是無人機或飛天車在高樓林立都市區使用時的風況偵測,或在城市配置複數都卜勒光學雷達,可確保較低高度之無人機安全飛行, 且預期將用來選定2025年大阪萬國博覽會所要展示之飛天車的航線與起降點。

現階段以建築現場導入為目標

現階段是以建築現場的導入為目標,高樓建築的塔式起重機常會因強風、突風而被迫中斷作業,工程用電梯也有電線被強風扯斷而使作業中斷或釀成事故的風險,因此精細地掌握現場上空風況,對於進一步提升工程作業現場安全性與生產性是一大課題。

三菱電機在2022年3月與竹中工務店等已透過實驗共同驗證在建築現場的有效性,預定將於2023年開始提供。

風況偵測方案 圖/三菱電機
風況偵測方案 圖/三菱電機

邁向用於城市開發的風況資訊提供

高樓林立都市地區在氣候變遷的影響下,風況的預測變得越來越難,在東京文化經濟中心的丸之內地區,為了確保高樓作業者的安全,與地區內活動參加者的舒適,三菱電機也在2022年8月與三菱地所合作,進行將丸之內地區風力可視化的實驗,希望藉由研發有助解決課題的數據分析方案,來提升地區管理與實現安全安心的舒適環境,相關數據服務預定將於2023年推出。

風況測量值與預測資料也預期可搭配地圖資訊,而活用於都市開發。在大廈風成為課題的倫敦已開始活用風力資訊來進行城市設計,隨著氣候變遷影響逐年顯著化,三菱電機業務創新總部信江一輝表示:「要打造高復原力的都市,風的掌握與預測是不可或缺的」。

都卜勒光學雷達特色
●採用不可見光的近紅外線,不傷眼
●以雷射光來測量,所以不會發出噪音,也不影響對周遭噪音的測量
●使用雷射光測量,使用上不需無線電執照

參考資料:日本經濟新聞三菱電機三菱電機

責任編輯:吳秀樺

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