JP2010193768A - 鳥威嚇装置および風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高性能なコンピュータを使わなくても飛翔物の速度をリアルタイムで算出し、飛翔物が鳥であることを検出し、鳥に対して効果的な威嚇を行うことによってバードストライク回避の可能性を高める。
【解決手段】 鳥威嚇装置(13)は、所定の空間領域(11)を連続撮影する撮影装置(12)と、その撮影装置(12)が取得した複数の画像データ間のモード変化で画像内の飛翔体(30)の速度をオプティカルフロー方式で算出し、その算出した飛翔体(30)の速度が予め設定した設定速度以上であって当該速度が鳥による速度に相応しい場合に鳥(31)であると判断する鳥検出装置(46)と、その鳥検出装置(46)が鳥(31)であることを検出したときに前記所定の空間領域(11)に向けて威嚇出力を出力する威嚇装置(13)と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鳥威嚇装置および風力発電装置に関する。特に高性能なコンピュータを使わなくても飛翔物が鳥であることをリアルタイムに検出し、その都度、鳥に対して効果的な威嚇を行う鳥威嚇装置および風力発電装置に関する。

従来、風力発電装置に対するバードストライクを回避するための技術は、鳥などの飛翔物を検知する技術、および検知した情報に基づいて風力発電のプロペラを減速または停止させる技術を組み合わせたものが一般的である。

上記の技術としては、たとえば特許文献１に記載された技術を利用することが考えられる。この特許文献１は、移動物体の三次元軌跡を計測する技術であり、球技スポーツにおけるボールのように高速で移動する物体の移動軌跡を求める技術である。

これは、複数（たいてい２台）のカメラで飛翔物を含む画像データを取得し、同期させた複数の画像データ中において一致する粒子や画素を抽出する（ＰＴＶのステレオペアマッチング）。一致した粒子や画素について、三次元における速度の情報に変換し、三次元の軌跡を求めるものである。これにより、風力発電装置に近づいているか否か、等を判断して、風力発電装置の制御に用いる。

また、風力発電装置に対するバードストライクを防止するために、例えば工事現場などに見られるような人間を模した腕振り人形を使用し鳥を威嚇していた。
また、鳥を威嚇する方法としては、音、衝撃波などが試みられてきた。風力発電装置に対してではないが、空港周辺の空路域に対する鳥の威嚇技術として、例えば特許文献２に記載された技術がある。

特開２００７−１１５２３６号公報 特開平８−７０７５２号公報

さて、特許文献１に開示された技術をバードストライクの回避に用いるには、以下のような問題があった。
カメラで飛翔物を撮影する場合、認識した飛翔物を単位時間（例えば、３０分の１秒）ごとに追跡し、その撮影した画像における飛翔物の位置の変化量により飛翔物の速度を算出するので時間がかかってしまい、飛翔物のリアルタイム追跡および衝突判断が事実上間に合わない場合が生じてしまうという問題点があった。

腕振り人形の場合は、その人形が非常に高価であると共に、常時、動きっぱなしにするとしても飛行する鳥の視界に入っていない可能性もある。そのため、それによる威嚇の効果が十分に発揮されていない場合がありうる。

鳥を威嚇するための音については、風力発電装置の付近の住民に対して迷惑になるという問題点があった。また、衝撃波は、周囲にどのような影響を及ぼすか解析が不十分な場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、高性能なコンピュータを使わなくても鳥をリアルタイムに検出し、その都度、鳥に対して効果的な威嚇を行うことによってバードストライク回避の可能性を高める鳥威嚇技術を提供することを目的とする。

（第一の発明）
本願の第一の発明は、鳥威嚇装置(13)に係る。
すなわち、 所定の空間領域(11)を連続撮影する撮影装置(12)と、 その撮影装置(12)が取得した複数の画像データ間のモード変化で画像内の飛翔体(30)の速度をオプティカルフロー方式で算出し、その算出した飛翔体(30)の速度が予め設定した設定速度以上であって当該速度が鳥による速度に相応しい場合に鳥であると判断する鳥検出装置(46)と、 その鳥検出装置(46)が鳥であることを検出したときに前記所定の空間領域(11)に向けて威嚇出力を出力する威嚇装置(13)と、を備えたことを特徴とする。
前記の鳥検出装置(46)は、前記撮影装置(12)によって撮影した飛翔体(30)の動きを画像処理して蓄積し、鳥であるか鳥でないかという判断を加えた情報として蓄積したデータベースを用いることによって、鳥の検出を実行することとしても良い。

（作用）
オプティカルフロー方式の鳥検出装置(46)が備えられているので、所定の空間領域(11)に侵入してくる飛翔体(30)の速度は、演算処理を実行するコンピュータのパフォーマンスがそれほど高くなくてもリアルタイムに算出可能である。オプティカルフロー方式の鳥検出装置(46)は、予め設定した設定速度以上の飛翔体(30)があってその速度が鳥に相応しいと判断する場合に、その飛翔体(30)が「鳥」であると検出する。この検出方式は、他の方式に比べて演算が容易なため、コンピュータの性能やメモリ容量が小さくて済むからである。これに伴い、消費電力も少なくて済む。
検出対象である飛翔体(30)が撮影装置(12)で撮影する方向において遠くても近くても、予め設定した設定速度以上の飛翔体(30)がある場合は、鳥検出装置(46)はそれを鳥であると判断して検出する。それに対して威嚇装置(13)から威嚇出力を出力する。

本願に係る鳥威嚇装置(10)の威嚇範囲として、風力発電装置(20)の周囲に予め所定の空間領域(11)を設定することで、その風力発電装置(20)におけるバードストライク回避の可能性を高めることができる。
また、鳥を威嚇するための音を発しない場合は、風力発電装置の付近の住民に対して迷惑になるという問題を回避できる。

（第一の発明のバリエーション１）
第一の発明に係る鳥威嚇装置(10)は、その威嚇装置(13)をＬＥＤストロボとして提供することができる。

（作用）
ＬＥＤストロボは、電荷チャージが不要であり、所定の信号を入力すれば即時に発光させることができる。また、消費電力も少なく、寿命も長いという利点がある。

（第一の発明のバリエーション２）
第一の発明に係る鳥威嚇装置(10)は、その威嚇装置(13)が複数の指向角度を有するとしてもよい。
ここで、「複数の指向角度を有する」とは、単独の指向角度である威嚇装置(13)を複数用意して、それぞれの指向角度を異ならせることとしても良いし、単独の威嚇装置(13)の中に複数の出力装置を備えることとしても良い。

（作用）
複数のＬＥＤストロボで複数の指向角度を持たせることで、鳥の様々な進行方向に対して適正な指向のストロボ発光を行うことができ、鳥に対して威嚇する効果を高めることができる。

（第一の発明のバリエーション３）
第一の発明に係る鳥威嚇装置(10)は、 太陽電池パネル(15)を備え、その太陽電池パネル(15)で発電した電力を前記鳥検出装置(46)および前記威嚇装置(13)に給電することを特徴とする。

（作用）
鳥威嚇装置(10)は、消費電力が少ないため、太陽電池パネル(15)による長時間稼働に適しており、山間部などのように容易に給電しにくい箇所での使用に適している。

（第二の発明）
本願の第二の発明は、 地上に立設させたタワー(21)と、そのタワー(21)に固定されたナセル(22)と、そのナセル(22)に対してハブ(23)を介して回転自在に固定された複数のブレード(25)を備えた風力発電装置(20)に係る。
すなわち、 その風力発電装置(20)の周囲に予め設定した所定の空間領域(11)を連続撮影すべく地上に設けた撮影装置(12)と、その撮影装置(12)が取得した複数の画像データ間のモード変化で画像内の飛翔体(30)の速度をオプティカルフロー方式で算出し、その算出した飛翔体(30)の速度が予め設定した設定速度以上であって当該速度が鳥による速度に相応しい場合に鳥(31)であると判断する鳥検出装置(46)を備え、 前記ナセル(22)に、その鳥検出装置(46)が鳥であることを検出したときに前記所定の空間領域(11)に向けて威嚇出力を出力する威嚇装置(13)を備える。

(用語説明)
「風力発電装置(20)の周囲」とは、風力発電装置(20)を覆うほどの大きさの空間領域(11)を意味する場合や、風力発電装置(20)の外側に隣接する空間領域(11)を意味する場合がある。

（作用）
風力発電装置(20)は、オプティカルフロー方式の鳥検出装置(46)が備えられているので、所定の空間領域(11)に侵入してくる飛翔体(30)の速度がリアルタイムに算出され、その飛翔体(30)が撮影装置(12)で撮影する方向で遠くても近くても、予め設定した設定速度以上であってその速度が鳥に相応しいと判断する場合は、それを鳥であると判断して検出する。それに対してナセル(22)に設けた威嚇装置(13)から威嚇出力を出力するので、ブレードの回転に直交する方向で前方に対するバードストライクを回避することができる。さらに加えて威嚇出力がナセル(22)の後方へ向けて指向する威嚇装置(13)を設けるならば、ブレードの回転に直交する方向で後方に対するバードストライクを回避することができる。他は前述した鳥威嚇装置(10)と同様の効果を奏する。

請求項１から請求項４に記載の発明によれば、高性能なコンピュータを使わなくても飛翔物の速度をリアルタイムで算出し、飛翔物が鳥であることを検出し、その都度、鳥に対して効果的な威嚇を行うことによってバードストライク回避の可能性を高める鳥威嚇装置(10)を提供することができた。
また、請求項５に記載の発明によれば、高性能なコンピュータを使わなくても飛翔物の速度をリアルタイムで算出し、飛翔物が鳥であることを検出し、その都度、鳥に対して効果的な威嚇を行うことによってバードストライク回避の可能性を高める風力発電装置(20)を提供することができた。

本実施形態の鳥威嚇装置を示す概略的な斜視図である。 図１の鳥威嚇装置の正面図である。 本発明の他の実施形態の鳥威嚇装置を示す正面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１および図２を参照して説明する。この実施の形態に係る鳥威嚇装置１０は、風力発電装置２０の周囲に、所定の空間領域１１が設定される。この所定の空間領域１１は、その領域に鳥３１などの飛翔体３０が進入してきた場合に風力発電装置２０に衝突するおそれがあるために、鳥３１の進入を許容しない領域である。

「飛翔体３０」とは、鳥３１などの生物の他に、風で飛ばされてくる物体も含む。
「風力発電装置２０の周囲」とは、風力発電装置２０を覆うほどの大きさの空間領域１１を意味する場合や、風力発電装置２０の外側に隣接する空間領域１１を意味する場合がある。

風力発電装置２０は、例えば図２に示されているように、地上に立設したタワー２１と、そのタワー２１に固定されたナセル２２と、そのナセル２２に対してハブ２３を介して回転自在に設けたロータ２４に固定された複数のブレード２５と、回転停止ポジションを含めたブレード２５の角度変更を制御するブレード角度制御装置を含む風力発電運転制御装置２６を備えている。

「回転停止ポジション」とは、ブレード２５が風を受けても回転しないポジションをいい、代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード２５の回転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレード２５の回転を停止させる場合も含むものである。

回転の減速制御手段としては、ブレード２５の全体のピッチ角を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード２５の形状とピッチ角とを選択させるとともに、停止時にはブレード２５の先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とがある。
なお、風力発電装置２０はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落とすようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしまうと運転再開に時間がかかるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロスを減らすことができるからである。

また、本実施形態の鳥威嚇装置１０には、上記の所定の空間領域１１を連続撮影するカメラ１２を備えた撮影装置が設けられており、その撮影装置により、本実施形態では１秒間に５０回の連続撮影が行われる。
カメラ１２はＣ−ＭＯＳセンサを用いたカメラである。そのＣ−ＭＯＳセンサを備えたカメラを用いているのは、ＣＣＤ素子よりも露光時間の制御が容易であり、飛行速度の速い鳥類の画像を捉えるのに適しており、また曇天などにおいても撮影が容易でレーザ光の照射などの設備が不要となるからである。

本実施形態の鳥威嚇装置１０には、上記の所定の空間領域１１に向けて威嚇出力を出力する威嚇装置１３が、図１および図２に示されているように、本実施形態では地上に配置されている。その威嚇装置１３としては、例えば、光、音、超音波、衝撃波などがあるが、本実施形態ではＬＥＤのストロボが用いられている。ストロボは光線の点滅であり、威嚇方法として光は鳥３１に対して視覚的効果があり、音、衝撃波などに比べて最も使い勝手が良いと考えられる。事実、ストロボを照射することによる鳥３１への威嚇については所定の効果が報告されている。

一般的なカメラ用フラッシュと同等の構成からなるストロボの場合、電気をコンデンサにチャージさせてから一気に発光させるものであり、常に電気をチャージさせておく必要がある。また、次の発光までに時間がかかるといった問題がある。すなわち、待機電力が無駄になることが多く、ランニングコストが多額になる。また、連続発光が困難である上、ストロボの消耗、寿命といったランニングコストも掛かる。
一方、ＬＥＤのストロボは、電荷チャージが不要であり、所定の低周波の信号で即時に発光させることができる。また、消費電力が少ない。さらに、指向角度が狭いので光が遠くまで届くために狙い通り所定の空間領域１１に向けて照射することができる。

上記のカメラ１２は、図１に示されているように、画像処理装置１６を経て制御装置４０に接続されている。その画像処理装置１６ではカメラ１２で撮像した画像に基づいて飛翔体３０の二次元像の位置座標を追跡し測定するものである。

図１では説明のために座標面１４を図示しているが、その座標面１４の二次元像を追跡する方法にはオプティカルフロー方式を用いることができる。そのオプティカルフロー方式とは、通常、時間的に連続するデジタル画像などの視覚表現の中で物体の動きをベクトルで表したものである。
より具体的に説明する。画像内を例えば、縦２０かける横３０などに分割し、その６００に分けた一つの小領域毎に速度を算出する。そして、その速度が設定値以上のときに鳥に起因して生じた速度（飛行する鳥に相応しい速度）と判断することにより、画像中を動く飛翔体が「鳥である」と、検出する。

本実施形態では、オプティカルフロー方式は、例えば二枚の画像データ間の明度・輝度や彩度といったピクセル毎のモード変化により、飛翔体３０を含む画像内の領域全体について速度を算出するものである。背景の物体や鳥３１が動いても、それを計算式に当てはめて計算し、特定の飛翔体３０を含む画像内の領域全体について算出する方式である。この速度計算は、制御装置４０にて実行される。

制御装置４０には、中央処理装置であるＣＰＵ４１に、種々のデータを入力するための入力装置４２と画像やデータ等を表示するための表示装置４３、並びに各データを記憶するメモリ４４が接続されている。さらに、ＣＰＵ４１には、前記画像処理装置１６で測定した画像データに基づいて、連続する二枚の画像データ間のモード変化で画像内の物体の速度をオプティカルフロー方式で算出する演算装置４５と、その演算装置４５で算出した飛翔体３０を含む領域全体についての速度のうち、ある小領域の速度が予め設定した設定速度以上であるときにその速度が鳥に起因した速度であることにより鳥を検出すると判断する鳥検出装置４６（比較判断装置）と、その鳥検出装置４６が鳥３１であることを検出したときに威嚇装置１３に威嚇出力を出力する指令を与える指令部４７が接続されている。

本実施形態の鳥威嚇装置１０には、太陽電池パネル１５が備えられており、その太陽電池パネル１５で発電した電力が前記鳥検出装置４６、すなわち制御装置４０および前記威嚇装置１３に給電される構成である。

上記構成により、本実施形態の鳥威嚇装置１０は、オプティカルフロー方式の鳥検出装置４６が備えられているので、所定の空間領域１１に侵入してくる飛翔体３０の速度が演算装置４５でリアルタイムに算出される。当該飛翔体３０がカメラ１２で撮影する方向で遠くても近くても、その算出した飛翔体３０の速度が予め設定した設定速度以上であって当該速度が鳥による速度に相応しい場合に、鳥３１であると判断する。
たとえその飛翔体３０が鳥３１でなく、例えば風で飛ばされた何かの物体である場合、それに対して威嚇装置１３から威嚇出力を出力することになるが、少なくとも鳥３１に対しては確実に威嚇出力を出力することができるので、その目的は達成し、風力発電装置２０におけるバードストライクを回避する可能性を高めている。尚、風力発電装置２０は必ずしも画像内に入っている必要はない。

なお、前記の鳥検出装置４６は、前記撮影装置１２によって撮影した飛翔体３０の動きを画像処理して蓄積し、鳥であるか鳥でないかという判断を加えた情報として蓄積したデータベースを用いることによって、鳥の検出を実行することも可能である。このような場合、飛翔体３０が鳥３１でなく、例えば風で飛ばされた何かの物体である場合、鳥とは異なる動きをするので、それに対して威嚇装置１３から威嚇出力を出力しない。
また、鳥検出装置４６における「鳥」の判断基準となる速度の設定値は、「所定速度以上」という下限設定だけでなく、あわせて「所定速度以下」という上限設定をすることも可能ある（すなわち、時速Ａキロメートル以上時速Ｂキロメートル以下を「鳥」と判断する、という設定も可能である）。
更に、画像内において、風力発電装置２０のブレードが入っている場合は、ブレードによる速度が大きい場合があるので、鳥がブレードほど速い速度で移動しないことを考慮すれば、上限値を設定することにより、鳥検出の精度を高めることができる。

オプティカルフロー方式の鳥検出装置４６は、他の方式に比べて演算が単純なため、コンピュータの性能やメモリ容量が小さくて済む。これに伴い、コストを抑えることができ、消費電力も少なくて済むという効果もある。
また、威嚇装置１３はＬＥＤストロボを採用しており、前述したように電荷チャージが不要であり、所定の信号を入力すれば即時に発光させることができる。また、消費電力も少ない。
これらのことから、オプティカルフロー方式の鳥検出装置４６と、ＬＥＤストロボの威嚇装置１３を組み合わせた鳥威嚇装置１０は、消費電力が少ないため、太陽電池パネル１５やバッテリーによる長時間稼働に適しており、山間部などのように容易に給電しにくい箇所での使用に適している。

前述した実施形態では撮影装置として一台のカメラ１２が用いられ、威嚇装置１３として一つのＬＥＤストロボが用いられているが、二台以上のカメラ１２と二つ以上の例えばＬＥＤストロボを設けることができる。これにより、風力発電装置２０の周囲にいくつかの所定の空間領域１１を設定して各空間領域１１を撮影し、対応する空間領域１１に侵入する鳥３１に対して威嚇出力を出力することができるので、より一層確実にバードストライクを回避することができる。

また、威嚇装置１３は、一つの空間領域１１に対して複数のＬＥＤストロボを配置することができる。これにより複数の指向角度を持たせることができるので、ＬＥＤストロボの発光が鳥３１の視界に入り易くなる。つまり、鳥３１の進行方向はいろいろと変化するので、ある指向角度の発光では鳥３１がそれを視覚することができない可能性があるが、複数のＬＥＤストロボで複数の指向角度を持たせることにより、鳥３１の様々な進行方向に対して適正な指向のストロボ発光を行うことができ、鳥３１に対して威嚇する効果を高めることができる。

前述した実施形態の鳥威嚇装置１０は、威嚇装置１３が地上に設置されているが、図３に示されているように、風力発電装置２０のナセル２２に、威嚇装置１３としての例えばＬＥＤストロボを設置することができる。

図３では、ＬＥＤストロボの発光の指向方向が複数のブレード２５の回転に直交する前方（図３において右方向）へ向くように配置している。これにより、ＬＥＤストロボの発光は回転する複数のブレード２５の間から前方へ発光することになるので、風力発電装置２０の前方側から飛んでくる鳥３１に対してＬＥＤストロボの発光で威嚇することができる。
また、これに加えて、もう一つのＬＥＤストロボをブレード２５の回転に直交する後方（図３において左方向）へ向けて発光するようにナセル２２に配置することができる。これにより、風力発電装置２０の後方側から飛んでくる鳥３１に対してＬＥＤストロボの発光で威嚇することができる。

本願発明は、農作物などを荒らす野生動物の忌避装置としても応用可能である。前述の鳥検出装置４６の代わりに、特定の動物（例えば鹿、熊、猿）を検出する装置とし、その装置で動物を検出したらＬＥＤストロボにて発光威嚇する前述の威嚇装置１３を備えるのである。

本願発明は、風力発電装置の製造業、風力発電装置のメンテナンス業、鳥威嚇装置の製造業などにおいて利用可能性を有する。

１０ 鳥威嚇装置 １１ 空間領域
１２ カメラ（撮影装置） １３ 威嚇装置
１４ 座標面 １５ 太陽電池パネル
１６ 画像処理装置
２０ 風力発電装置 ２１ タワー
２２ ナセル ２３ ハブ
２４ ロータ ２５ ブレード
２６ 風力発電運転制御装置
３０ 飛翔体 ３１ 鳥
４０ 制御装置 ４１ ＣＰＵ
４２ 入力装置 ４３ 表示装置
４４ メモリ ４５ 演算装置
４６ 鳥検出装置 ４７ 指令部

Claims (5)

1. 所定の空間領域を連続撮影する撮影装置と、その撮影装置が取得した複数の画像データ間のモード変化で画像内の飛翔体の速度をオプティカルフロー方式で算出し、その算出した飛翔体の速度が予め設定した設定速度以上であって当該速度が鳥による速度に相応しい場合に鳥であると判断する鳥検出装置と、その鳥検出装置が鳥であることを検出したときに前記所定の空間領域に向けて威嚇出力を出力する威嚇装置と、を備えた鳥威嚇装置。
2. 前記威嚇装置は、ＬＥＤストロボとした請求項１記載の鳥威嚇装置。
3. 前記威嚇装置は、複数の指向角度を有する請求項１または請求項２のいずれかに記載の鳥威嚇装置。
4. 太陽電池パネルを備え、その太陽電池パネルで発電した電力を前記鳥検出装置および前記威嚇装置に給電することとした請求項１から請求項３のいずれかに記載の鳥威嚇装置。
5. 地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードを備えた風力発電装置であって、
   その風力発電装置の周囲に予め設定した所定の空間領域を連続撮影すべく地上に設けた撮影装置と、その撮影装置が取得した複数の画像データ間のモード変化で画像内の飛翔体の速度をオプティカルフロー方式で算出し、その算出した飛翔体の速度が予め設定した設定速度以上であって当該速度が鳥による速度に相応しい場合に鳥であると判断する鳥検出装置を備え、
   前記ナセルに、その鳥検出装置が鳥であることを検出したときに前記所定の空間領域に向けて威嚇出力を出力する威嚇装置を備えた風力発電装置。

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