JP2000194742A - 大気環境シミュレ―ションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、高度な知識や経験を必要とす
ることなく大気中に放出される大気汚染物質の拡散分布
状況を迅速に求めることができる大気環境シミュレーシ
ョンシステムを提供することにある。 【解決手段】本発明の特徴とするところは、大気汚染物
質の発生源から放出される汚染物質の拡散分布状況をシ
ミュレーションするシミュレーション条件データに基づ
きこのシミュレーションに適したシミュレーションモデ
ル、固定バラメータおよび解析条件を選定すると共に、
シミュレーション条件データにより拡散分布状況の数値
シミュレーションを行い類似している環境における実測
値（測定値）との誤差が小さくなるように調整バラメー
タを選定し、選定されたシミュレーションモデル、固定
パラメータ、解析条件および調整パラメータに基づいて
得られた数値計算データを用いて汚染物質の拡散分布状
況の数値シミュレーションを実行してその結果と地図を
表示装置に表示するようにしたことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大気汚染物質の発生
源による大気汚染物質の拡散分布状態を解析し、対策検
討のための情報を提供する大気環境シミュレーションシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保全の観点から環境アセ
スメント法の制定やISO14000シリーズの発行など、大気
環境の改善や大気汚染対策のため環境影響評価が重要に
なってきている。特に、大気環境に汚染物質を放出する
工場や発電所、燃焼施設では計画・立案段階は勿論のこ
と、運転稼働中も環境影響を定期的に把握する必要があ
る。

【０００３】従来、計画・立案時には、法令や指針に基
づいた手法で、解析者の経験に基づいて最適なモデル及
び入力パラメータを選定し、大気汚染予測計算を行い、
その結果を対象地域の地図上に解析者が記入するように
している。

【０００４】なお、騒音環境の変化をシミュレーション
して視覚的な資料を作成し騒音環境評価を行うシステム
としては、例えば特開平６−４５１２号公報に記載され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように手法を調査し、種々のデータを収集して最適なモ
デル及び入力パラメータを選定するのは高度な知識及び
経験を必要とし、また実際の現象を扱う場合に計算が複
雑になり短時間に多くの検討を行うことは困難であると
いう問題点を有する。

【０００６】また、実測した測定結果と解析結果が一致
するように入力パラメータを調整し、数値シミュレーシ
ョン条件を作成することは極めて難しいことである。

【０００７】本発明の目的は、高度な知識や経験を必要
とすることなく大気中に放出される大気汚染物質の拡散
分布状況を迅速に求めることができる大気環境シミュレ
ーションシステムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、 大気汚染物質の発生源から放出される汚
染物質の拡散分布状況をシミュレーションするシミュレ
ーション条件データに基づきこのシミュレーションに適
したシミュレーションモデル、固定バラメータおよび解
析条件を選定すると共に、シミュレーション条件データ
により拡散分布状況の数値シミュレーションを行い類似
している環境における実測値（測定値）との誤差が小さ
くなるように調整バラメータを選定し、選定されたシミ
ュレーションモデル、固定パラメータ、解析条件および
調整パラメータに基づいて得られた数値計算データを用
いて汚染物質の拡散分布状況の数値シミュレーションを
実行してその結果と地図を表示装置に表示するようにし
たことを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、汚染物質の種類や形状，
放出位置，放出条件，評価時点での大気状況，評価地点
の地形状況などのシミュレーション条件データ、過去の
計算事例を含む解析事例、法令・各種指針をまとめた法
令・指針、数値シミュレーションに使用するシミュレー
ションモデル、測定条件や測定結果をまとめた測定値を
データベース化し、シミュレーション条件データに適し
た法令・指針に基づくシミュレーションモデルや固定パ
ラメータ、調整パラメータ及び解析条件を選定するよう
にしている。その結果、解析者に高度な知識や経験がな
くても数値シミュレーションに必要なデータを設定する
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１１】図１に、本発明の一実施例に係る大気環境
シミュレーションシステムの構成図を示す。

【００１２】図1において、大気環境シミュレーション
システム１０は、入力データ（シミュレーション条件デ
ータ）を入力する入力装置１と解析結果を表示，出力す
るディスプレイやプリンタ等の出力装置２と結合するも
ので、モデル選定部１１、データベース部１２、入力パ
ラメータチューニング部１３、入力作成部１４、数値計
算処理部１５、表示合成部１６、データ格納部１７、可
視化データ選定処理部１８、表示用処理部１９から構成
されている。

【００１３】モデル選定部１１には入力装置１から汚染
物質の種類や放出量、放出位置、大気条件などの入力条
件３が入力される。モデル選定部１１は入力された入力
条件３に基づき汚染物質の種類や形状，放出位置，放出
条件，評価時点での大気条件，評価地点の地形状況等の
観点から分類を行い、データベース部１２の中に格納さ
れている解析事例データベース１２１、法令・指針デー
タベース１２２およびシミュレーションデータベース１
２３を参照することによって、入力条件選定部（Ａ）４
において入力条件３に最適なシミュレーションモデル４
１と固定パラメータ４２と解析条件４３を選定する。

【００１４】入力条件選定部（Ｂ）５は入力条件３に基
づく解析結果の精度を向上させ、実測値（測定値）と近
づけるため、入力パラメータチューニング部１３でデー
タベース部１２の中に格納されている測定値データベー
ス１２４を参照して調整パラメータ５１を選定し、入力
作成部１４に与える。入力作成部１４は選定した条件を
元に、数値計算処理部１４のシミュレーション計算に必
要な数値計算入力データ６を作成する。

【００１５】数値計算処理部１５は、入力作成部１４で
作成された数値計算入力データを用い、内蔵した物理モ
デルから解析対象領域全範囲にわたる物理現象を並列計
算等の高速化手法を用いて数値解析を実施し、その対象
領域全範囲の高精度数値解析結果１５１を表示合成部１
６のデータ格納部１７にある解析結果データベース１７
２の中に分類整理して格納する。

【００１６】表示合成部１６は、可視化に必要なデータ
を格納しておくデータ格納部１７と可視化に必要なデー
タを選定する可視化データ選定処理部１８と表示用処理
部１９から構成される。データ格納部１７は解析結果を
格納する解析結果データベース１７２の他に解析結果表
示の際に背景データとして使用する地図データを格納し
た、地図データベース１７１を有する。地図データベー
ス１７１は解析対象領域全範囲に関する多種類の精度の
地図データが格納されている。

【００１７】可視化データ選定処理部１８は入力装置１
から入力された表示条件７に基づきデータ格納部１７の
データベース１７１、１７２を参照し、表示用処理部１
９へ表示条件に適した表示精度地図データ１９１と表示
精度可視化用物理量分布データ１９２を選定し指示す
る。表示用処理部１９は可視化データ選定処理部１８で
指示された表示精度地図データ１９１と表示精度可視化
用物理量分布データ１９２を可視化処理を行い、合成し
て出力装置２に描画する物理量分布可視化データ１９３
を作成する。

【００１８】このように、入力装置１から入力された入
力条件３をモデル選定部１１でデータベース部１２を参
照することによって入力条件選定を行い、解析条件に適
したモデルやパラメータを自動的に作成する。また、入
力パラメータチューニング部１３で測定値データベース
１２４を参照し調整パラメータ５１を選択することによ
り、実測値をより正確に再現するための数値計算に用い
る数値計算入力データを容易に作成することができる。

【００１９】さらに、表示条件７を可視化データ選定処
理部１８で、表示範囲に応じた表示精度可視化用物理量
分布データ１９２と表示精度地図データ１９１を合成し
て表示することができ、物理量分布の数値解析結果の可
視化データと地図データの情報量を、入力する表示範囲
に応じて変更して表示することもできる。

【００２０】次にデータベース部１２に格納されている
データについて説明する。

【００２１】図２に法令・指針データベース１２２に格
納されているデータの一例を示す。

【００２２】図２（ａ）は法令・指針データベース１２
２の例を示す。法令・指針データベース１２２には、法
令・指針名１２２１と環境項目１２２２、解析対象分野
１２２３、地域１２２４、モデル１２２５に分類された
情報があり、これらの関係を示す対応表１２２６から構
成される。対応表１２２６には、それぞれの情報の関係
だけでなくその重要性も数値化して持っている。この事
例では重要性を二重丸、丸、三角の記号で表している。

【００２３】図２（ｂ）は解析事例データベース１２１
の一例を示す。解析事例データベース１２１には、排出
源情報１２１１、モデル１２１２、拡散パラメータ１２
１３、有効煙突高さ１２１４などの解析に用いた各種条
件を分類した情報と、これらの関係を示す対応表１２１
５から構成される。

【００２４】大気環境シミュレーションシステム１０の
モデル選定部１１はこれらデータベース１２１〜１２３
を用いることによって、入力条件３に応じた環境項目や
解析対象から、参考とする法令・指針やモデルの選定を
行い、過去の計算事例から有効煙突高さや、拡散パラメ
ータなどの値を選定する。

【００２５】さて、次に入力パラメータチューニング部
１３の処理動作をモデル選定部１１とデータベース部１
２と関連付けて図３のフロー図を用いて説明する。

【００２６】入力装置１から入力された入力条件３はモ
デル選定部１１に与えられ、入力条件Ａが選定される
（ステップＳ１）。選定された入力条件Ａは入力パラメ
ータチューニング部１３へ加えられる。入力パラメータ
チューニング部１３はこの条件Ａに基づく数値シミュレ
ーションの準備を行ない（ステップＳ２）、入力データ
作成から数値シミュレーションまでの処理を入力作成部
１４と数値計算処理部１５へ必要な情報を伝達して実施
する（処理１３１）。

【００２７】この処理１３１を図３では入力データ作
成、数値シミュレーション処理と称している。

【００２８】この処理１３１の詳細を図４のフロー図を
用いて説明する。

【００２９】入力データ作成、数値シミュレーション部
１３１は選定した入力条件Ａを入力作成部１４に指示し
（ステップＳ３）、数値シミュレーション用のデータを
作成する（ステップＳ４）。この数値シミュレーション
用データは、分析者が入力した入力条件３とは異なり、
数値シミュレーションで扱える物理データ、例えば大気
状態は大気安定度という気象状況を表す指標から水平方
向と鉛直方向の拡散パラメータに変換されたものであ
る。次に数値計算処理部１５へその入力データを指示し
（ステップＳ５）、シミュレーション計算を行い（ステ
ップＳ６）、シミュレーション結果を選定した入力条件
結果１３２としてこ出力する。

【００３０】さて、図３に戻り入力データチューニング
部１３の動作を説明する。

【００３１】図４で説明したように入力データ作成、数
値シミュレーション処理部１３１の処理結果として、入
力条件Aシミュレーション解析結果１３２がえら選られ
る。また、入力パラメータチューニング部１３には入力
条件３加えられ、データベース部１２の測定値データベ
ース１２４を検索して入力条件Ａに応じた測定値、測定
条件を検索し（ステップＳ８）、測定値および測定条件
１３３のデータを作成する。

【００３２】次に、入力パラメータチューニング部１３
では先に求めた入力条件Aシミュレーション解析結果１
３２と測定値、測定条件１３３より、解析結果と測定値
との比較を行い（ステップＳ９）、感度解析のためのパ
ラメータを選定の上チューニングする（ステップＳ１
０）。感度解析のパラメータには、例えば水平方向拡散
パラメータσｙや鉛直方向拡散パラメータσｚ及び修正
係数などがある。

【００３３】次にそのパラメータを変更して入力データ
作成、数値シミュレーション（処理１３１）を行い、そ
の結果から誤差を求め（ステップＳ１１）、誤差が最小
かどうか最小２乗法などを用いて判定する（ステップＳ
１２）。その結果、最小でない場合は、パラメータの値
をチューニングし（ステップＳ１０）同様にステップＳ
１０からステップＳ１２までの処理を繰り返し実行す
る。誤差が最小になった場合は、そのパラメータを入力
条件選定部（B）５の処理結果として入力データ作成部
に与える。（ステップＳ１３）。

【００３４】このようにして入力パラメータチューニン
グ部１３で類似している環境における実測値と一致する
ように調整パラメータを選定することができ、より精度
の高い数値シミュレーションを行うことができる。

【００３５】次に、大気環境シミュレーションシステム
１０の全体の処理動作を図５のフロー図を用いて説明す
る。

【００３６】始めに入力装置１から入力条件３及び表示
条件７が入力される。入力条件３はモデル選定部１１と
入力パラメータチューニング部１３に与えられ、また表
示条件７は表示合成部１６に与えられる。モデル選定部
１１では入力条件３から、データベース部１２の解析事
例データベース１２１、法令・指針データベース１２２
およびシミュレーションモデルデータベース１２３を参
照して入力条件に必要な情報を検索し（ステップＳ１
４）、その結果から入力条件Aを作成する（ステップＳ
１５）。

【００３７】入力パラメータチューニング部１３は入力
条件３に基づきデータベース部１２の測定値データベー
ス１２４を参照し、入力条件３に応じた測定値、測定条
件を検索する（ステップＳ１６）し、この測定値、測定
条件を選定する（ステップＳ１７）。それから感度解析
を行いパラメータを選定してチューニングを行い（ステ
ップＳ１８）、入力条件選定Bを作成する（ステップＳ
１９）。なお、この処理は図３と図４を用いた説明で詳
細に述べている。

【００３８】このようにして作成された入力条件Aと入
力条件Bは入力作成部１４に与えられる（ステップＳ２
０）。入力作成部１４は入力データを作成し（ステップ
Ｓ２１）、数値計算処理部１５にあたえる。この入力デ
ータは数値計算処理部１５に内蔵された数値計算シミュ
レーションプログラムの入力データとなる。

【００３９】数値計算処理部１５は入力データを取り込
み（ステップＳ２２）、この入力データに基づき図示し
ない物理モデルによって解析対象領域全範囲にわたる物
理現象のシミュレーション計算を実施し（ステップＳ２
３）、その対象領域全範囲の高精度な数値解析結果１５
１を表示合成部１６のデータ格納部１７にある解析結果
データベース１７２に格納する。

【００４０】表示合成部１６は入力装置１から入力され
た表示条件７を可視化データ選定処理部１８に取り込
み、そこで背景データとして使用する表示範囲に応じた
地図データ、解析データを指示し（ステップＳ２４）、
表示処理部１９へ与える。

【００４１】データ格納部１７には次のようなデータが
格納されている。

【００４２】図６は地図データベース１７１に格納され
ているデータの一例を示す。

【００４３】図６を用いて地図の表示範囲、表示精度に
よる内容の違いを説明する。

【００４４】実際のデータは地図を表示するための位置
情報や、シンボルの並びに過ぎないが、理解を容易にす
るために、表示したＸ，Ｙの２次元地図イメージで表し
ている。また、データベース１７１には表示範囲に応じ
た地図データが複数格納されている。これらの地図デー
タは物理量分布可視化データ１９３を作る時の背景デー
タとして使用される。

【００４５】図６（ａ）はＸ方向表示範囲ＸＡ２３、Ｙ
方向表示範囲ＹＡ２４の広域地図２１を示し、図６
（ｂ）はＸ方向表示範囲ＸＢ２５、Ｙ方向表示範囲ＹＢ
２６の狭域地図２２を示している。

【００４６】狭域地図２２の範囲は広域地図２１の内部
の点線で四方を囲まれた部分に相当する。すなわち、狭
域地図２２は広域地図２１の一部を拡大した地図に相当
するが、さらに細かな表示情報（例えば学校、交番など
の地図記号）を付加している。このように広域地図２１
を単に拡大する代わりに、表示範囲や条件に応じて狭域
地図２２を用いることにより、表示する地図情報の詳細
化を図ることができる。

【００４７】図６（ｃ）に出力装置２から出力される解
析結果のイメージ２７を示す。図６（ｃ）では表示精度
地図データ１９１と表示精度可視化用物理量分布データ
１９２を合成して等高線図として表現している。なお、
表示精度可視化用物理量分布データをベクトル図や等数
値面図，ワイヤーフレーム図などで表すこともできる
る。

【００４８】表示処理部１９は可視化データ選定処理部
１８で選定された表示精度可視化用物理量分布データ１
９２と表示精度地図データ１９１を合成し、可視化処理
を行い（ステップＳ２５）、図６（ｃ）に示したような
出力イメージの物理量分布可視化データ１９３を作成
し、出力装置２から出力する。表示処理部１９で表示す
るデータはすべてデータ格納部１７に表示範囲、詳細さ
を網羅して格納されている。このため、表示処理部１９
は既存のデータから内外挿などによって表示したいデー
タを作成する必要がなく、表示範囲に応じて可視化デー
タの詳細の程度を変更を高速に行うことが可能になる。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、解
析条件に適したモデルやパラメータを自動的に設定する
ことができ、解析者に高度な知識や経験がなくても数値
シミュレーションに必要なデータを実測値と一致するよ
うにパラメータを調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】データベースの形式を示す一例である。

【図３】入力パラメータチューニング部の動作フロー図
である。

【図４】入力データ作成、数値シミュレーション処理の
動作フロー図である。

【図５】大気環境シミュレーションシステムの動作フロ
ー図である。

【図６】地図データベースの形式を表す一例である。

【符号の説明】

１…入力装置、２…出力装置、３…入力条件、４…入力
条件選定結果Ａ、５…入力条件選定結果Ｂ、６…数値計
算入力データ、７…表示条件 １０…大気環境シミュレーションシステム、１１…モデ
ル選定部、１２…データベース部、１２１…解析事例デ
ータベース、１２２…法令・指針データベース、１２３
…シミュレーションモデルデータベース、１２４…測定
値データベース、１３…入力パラメータチューニング
部、１４…入力作成部、１５…数値計算処理部、１５１
…対象領域全範囲の数値解析結果 １６…表示合成部、１７…データ格納部、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大気汚染物質の発生源から放出される汚染
   物質の拡散分布状況をシミュレーションするシミュレー
   ション条件データを入力する入力手段と、解析事例、法
   令・指針、シミュレーションモデルおよび測定値のそれ
   ぞれのデータを有するデータベースと、前記シミュレー
   ション条件データを入力してこのシミュレーションに適
   したシミュレーションモデル、固定バラメータおよび解
   析条件を前記データベースから選定するモデル選定手段
   と、前記シミュレーション条件データを入力して拡散分
   布状況の数値シミュレーションを行い、類似している環
   境における実測値を格納している前記データベースの測
   定値との誤差が小さくなるように調整バラメータを選定
   するパラメータチューニング手段と、前記モデル選定手
   段により選定されたシミュレーションモデル、固定パラ
   メータ、解析条件と前記パラメータチューニング手段に
   より選定された調整パラメータに基づいて得られた数値
   計算データを用いて前記汚染物質の拡散分布状況の数値
   シミュレーションを実行する数値計算処理手段と、前記
   数値計算手段による解析結果データ及び地図データを格
   納するデータ格納手段と、前記数値計算処理手段による
   計算結果と前記地図データによる地図を表示装置に表示
   する表示処理手段とを具備したことを特徴とする大気環
   境シミュレーションシステム。
2. 【請求項２】請求項１において、前記表示処理手段は前
   記汚染物質の拡散分布状況を等高線図として前記表示装
   置に表示するようにしたことを特徴とする大気環境シミ
   ュレーションシステム。