JP2005121474A - 大気物質指標分布解析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 迅速、簡易かつ正確に、局所的な大気物質の拡散指標分布を予測する。
【解決手段】 予め定められている複数の風向データに対して、風速データ及び乱れの条件を所与として、３次元の移流拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における気流の流れを求める気流解析部４１と、前記所定の風向データに対応している、前記気流データ格納手段１８ａから抽出された気流の流れ条件の下で、拡散指標の拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を求める拡散指標演算手段（濃度拡散演算部４５）を備える、大気物質拡散指標分布解析装置（大気物質濃度分布解析装置１）とした。
【選択図】 図１
【解決手段】 予め定められている複数の風向データに対して、風速データ及び乱れの条件を所与として、３次元の移流拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における気流の流れを求める気流解析部４１と、前記所定の風向データに対応している、前記気流データ格納手段１８ａから抽出された気流の流れ条件の下で、拡散指標の拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を求める拡散指標演算手段（濃度拡散演算部４５）を備える、大気物質拡散指標分布解析装置（大気物質濃度分布解析装置１）とした。
【選択図】 図１
Description
本発明は、予測対象物質の大気中の各種指標分布（濃度分布、温度分布等）を模擬的に解析するための大気物質指標分布解析装置に関する。
近年、地球環境保全の観点から大気環境の改善が求められており、大気中に汚染物質を放出する大規模工場、或いは道路等の各種施設の建設を行う場合には、計画・立案段階は勿論のこと、施設の運転稼働中も当該汚染物質の周辺地域への移流及び拡散状況等に関して定量に把握し、問題が発生する恐れがある場合には対策を講じる必要がある。
従来、このような大気中に放出される汚染物質（以下「大気汚染物質」という）の予測を行うためには、経験則的な数式を組み合わせて対象とする大気汚染物質の拡散分布を予測する方法が用いられていたが、正確かつ詳細な予測ができなかったことから、電子計算機を使用した大気環境のシミュレーションシステム９０が提案されている（図７）。
このシミュレーションシステム９０は、シミュレーション条件データの入力手段９１と、解析事例、法令・指針、シミュレーションモデル及び測定値のそれぞれのデータを有するデータベース９２と、シミュレーションモデル、その固定パラメータ及び解析条件を前記データベース９２から選定するモデル選定手段９３と、汚染物質の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９２の測定値との誤差が小さくなるように調整パラメータを選定するパラメータチューニング手段９４と、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９５と、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９６と、前記数値計算処理手段９５による計算結果と前記地図データによる地図を表示手段９７に表示する表示処理手段９８とを有する装置として構成されている（特許文献１参照）。
特開２０００−１９７４２号公報（［０００７］―［００３６］，図１）
しかし、前記シミュレーションシステム９０は、都道府県或いは市町村レベルの地域規模（数ｋｍ四方〜数１００ｋｍ四方）での大気物質の予測を行うことを目的として作成されたものであり、数ｋｍ四方より狭い領域（例えば、市街地等）において、個々の構造物等の形状や高さ等を考慮して、局所的な大気物質の濃度を解析することができないという問題点を有している。
本発明は、前記問題点を解決することを目的とするものであり、迅速、簡易かつ正確に、局所的な大気物質の各種指標分布を解析及び予測することが可能となる大気物質指標分布解析装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明（第１発明）の大気物質指標分布解析装置は、構造物及び排出源に関する平面形状データを含む２次元地図データが格納されている地図データベースと、前記構造物及び前記排出源に関する高さデータが、前記２次元地図データと関連づけられて格納されている構造物データベースと、大気物質を排出する排出源に関する稼動特性データ、煙突高さデータ、排出される大気物質名データ、排出強度データ及び排出物質温度データを含む排出源データが、前記２次元地図データと関連づけられて格納されている排出源データベースと、前記２次元地図データの所定領域ごとに、気温データ、風向データ、風速データ、日射量データ及び雲量データの各気象データが格納されている気象情報データベースと、前記地図データベースから解析対象地域を抽出する解析対象地域抽出手段と、前記解析対象地域の前記２次元地図データにおける前記構造物及び排出源の平面形状データに、前記構造物データベースにおける対応する前記構造物の高さデータを結合することにより、３次元地図データを作成するための３次元データ化手段と、前記解析対象地域の３次元地図データに、前記各排出源に関する前記各排出源データを結合するための排出源データ作成手段と、前記気象情報データベースから前記解析対象地域に対応する前記各気象データを抽出するための気象データ作成手段と、前記解析対象地域を所定寸法である複数の微小分割領域に分割するための分割領域データ作成手段と、予め定められている複数の風向データに対して、風速データ及び乱れの条件を所与として、３次元の移流拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における気流の流れを求める気流解析手段と、前記風向データと、前記気流解析手段で求められた前記各微小分割領域における気流の流れデータとを関連づけて格納する気流データ格納手段と、所定の条件下で、前記各気象データ及び前記各排出源データを所与とした場合において、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を算出するための拡散指標演算手段とを備え、前記拡散指標演算手段は、前記所定の風向データに対応している、前記気流データ格納手段から抽出された気流の流れ条件の下で、前記拡散指標の拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を求めること、を特徴としている。
ここで、予測対象とする大気物質は、任意の物質を選択可能であり、例えば、窒素酸化物（ＮＯx）、硫黄酸化物（ＳＯx）、一酸化炭素（ＣＯ）、浮遊粒子状物質（ＳＰＭ）、ダイオキシン類、臭気等の大気汚染物質を対象とすることができる。
また、大気物質の拡散指標とは、拡散支配方程式により解析可能な指標であればよく、代表的な指標は、大気物質濃度、大気物質温度等である。
予測対象物質の発生源とは、当該予測対象物質により異なるが、例えば、大気汚染物質の場合には、大規模工場、建設現場（建設機械）等の面煙源、移動排出源である車両等が走行する道路等の線煙源及び発電所、焼却施設、駐車場等の点煙源等が該当する。
また、大気物質の拡散指標とは、拡散支配方程式により解析可能な指標であればよく、代表的な指標は、大気物質濃度、大気物質温度等である。
予測対象物質の発生源とは、当該予測対象物質により異なるが、例えば、大気汚染物質の場合には、大規模工場、建設現場（建設機械）等の面煙源、移動排出源である車両等が走行する道路等の線煙源及び発電所、焼却施設、駐車場等の点煙源等が該当する。
また、本発明（第２発明）の大気物質指標分布解析装置は、構造物及び排出源に関する、平面形状データ及び高さデータを含む３次元地図データが格納されている地図データベースと、大気物質を排出する排出源に関する稼動特性データ、煙突高さデータ、排出される大気物質名データ、排出強度データ及び排出物質温度データを含む排出源データが、前記２次元地図データと関連づけられて格納されている排出源データベースと、前記３次元地図データの所定領域ごとに、気温データ、風向データ、風速データ、日射量データ及び雲量データの各気象データが格納されている気象情報データベースと、前記地図データベースから解析対象地域を抽出する解析対象地域抽出手段と、前記各排出源データを、前記解析対象地域の３次元地図データに、前記各排出源に関する前記各排出源データを結合するための排出源データ作成手段と、前記気象情報データベースから前記解析対象地域に対応する前記各気象データを抽出するための気象データ作成手段と、前記解析対象地域を所定寸法である複数の微小分割領域に分割するための分割領域データ作成手段と、予め定められている複数の風向データに対して、風速データ及び乱れの条件を所与とした場合において、３次元の移流拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における気流の流れを求める気流解析手段と、前記風向データと、前記気流解析手段で求められた前記各微小分割領域における気流の流れデータとを関連づけて格納する気流データ格納手段と、所定の条件下で、前記各気象データ及び前記各排出源データを所与とした場合において、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を算出するための拡散指標演算手段とを備え、前記拡散指標演算手段は、前記所定の風向データに対応している、前記気流データ格納手段から抽出された気流の流れ条件の下で、前記拡散指標の拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を求めること、を特徴としている。
また、本発明の大気物質指標分布解析装置において、前記気流解析手段は、前記気流の速度及び前記気流の方向の各運動要素を変数とするナビエストークス式及び連続の式から構成される前記移流拡散支配方程式について、 前記微小分割領域ごと、かつ、微小時間ごとに差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、所定の平衡状態となった場合における、前記各分割領域における気流の速度及び気流の方向の値を決定することができるように構成すれば好適である。
また、本発明の大気物質指標分布解析装置において、前記拡散指標演算手段は、前記対象とする大気物質の拡散指標の拡散支配方程式について、 前記微小分割領域ごと、かつ、微小時間ごとに差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、所定の平衡状態となった場合における、前記各分割領域における大気物質の拡散指標の値を決定することができるように構成すれば好適である。
なお、本発明の大気物質指標分布解析装置において、前記２次元地図データ（又は、３次元地図データ、以下「２次元地図データ等」という場合がある）として記録されていない、仮想構造物及び仮想排出源の位置と高さデータを、当該２次元地図データ等に結合する役割を果たす構造物条件設定手段を備えていてもよい。
また、仮想排出源の種別及び排出源条件等の排出源データを決定し、当該排出源の２次元地図データに結合する役割を果たす排出源データ作成手段を備えていてもよい。
また、仮想排出源の種別及び排出源条件等の排出源データを決定し、当該排出源の２次元地図データに結合する役割を果たす排出源データ作成手段を備えていてもよい。
このようにすれば、仮想構造物又は仮想排出源を設定、変更して、大気物質指標分布を解析することができるため、解析対象地域における各種開発計画等の計画立案段階において、事前に大気物質指標分布の予測を行うことが可能となる。従って、その結果を踏まえて、事前に適切な対策を講じることが可能となるとともに、必要に応じて、計画変更を行うこと等も可能となる。
さらに、本発明の大気物質指標分布解析装置において、前記解析演算部により算出された前記大気物質指標分布の算出結果を表示する解析結果表示手段を備えることとすれば、当該算出結果を出力手段上で視認して、容易にその判断等を行うことが可能となるため、非常に好適である。
また、本発明の大気物質指標分布解析装置において、前記気流解析手段は、風向きを任意の角度に分割する風向補正手段を備えることとすれば、より精度の高い解析を行うことができる。
また、本発明の大気物質指標分布解析装置において、前記気流解析手段は、風向きを任意の角度に分割する風向補正手段を備えることとすれば、より精度の高い解析を行うことができる。
本発明（第１発明及び第２発明）によれば、最小限の必要な操作を行うだけで、迅速、簡易かつ正確に、局所的な大気物質の各種指標分布を予測することができる。
また、第１発明における、構造物及び排出源に関する平面形状データを含む２次元地図データが格納されている地図データベースと、前記構造物及び前記排出源に関する高さデータが前記２次元地図データと関連づけられて格納されている構造物データベースと、前記解析対象地域の前記２次元地図データにおける前記構造物及び排出源の平面形状データに、前記構造物データベースにおける対応する前記構造物の高さデータを結合することにより、３次元地図データを作成するための３次元データ化手段とにかえて、構造物及び排出源に関する、平面形状データ及び高さデータを含む３次元地図データが格納されている地図データベースを備える構成とした第２発明においても、前記第１発明と同様の効果を奏することができる。
本発明を実施するための最良の一形態（以下「実施形態」という）について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、本実施形態では、解析を行う大気物質の指標として大気物質濃度を用いることとし、そのための大気物質指標分布解析装置として、大気物質濃度分布解析装置１を例示してその説明を行う。
なお、本実施形態では、解析を行う大気物質の指標として大気物質濃度を用いることとし、そのための大気物質指標分布解析装置として、大気物質濃度分布解析装置１を例示してその説明を行う。
＜大気物質濃度分布解析装置＞
図１に示すように、本発明の大気物質濃度分布解析装置１（以下「本装置」という）は、コンピュータから構成されている装置本体２と、入力手段３と、出力手段４とを主要部として構成されている。
図１に示すように、本発明の大気物質濃度分布解析装置１（以下「本装置」という）は、コンピュータから構成されている装置本体２と、入力手段３と、出力手段４とを主要部として構成されている。
入力手段３は、装置本体２における入力要求部２０から要求される各種操作に対する指示情報を入力する役割を果たす手段であり、キーボード３ａ、マウス３ｂ及び記録媒体読込装置３ｃ等を備えている。
また、出力手段４は、各種解析結果やデータ等を出力させるための役割を果たす手段であり、ディスプレィ４ａ、プリンタ４ｂ及び記録媒体書込装置４ｃ等を備えている。
また、出力手段４は、各種解析結果やデータ等を出力させるための役割を果たす手段であり、ディスプレィ４ａ、プリンタ４ｂ及び記録媒体書込装置４ｃ等を備えている。
前記装置本体２は、記憶部１０と、入力要求部２０と、解析データ作成部３０と、解析演算部４０と、解析結果表示部５０と、制御部６０と、を主要部としている。
（１）記憶部
記憶部１０は、各種データ等を格納する役割を果たす要素であり、データベース１１と、解析結果等格納手段１８ｂとを備えている。
記憶部１０は、各種データ等を格納する役割を果たす要素であり、データベース１１と、解析結果等格納手段１８ｂとを備えている。
◎データベース
データベース１１は、地図データベース１２、構造物データベース１３、排出源データベース１４、気象関連データベース１５、大気汚染濃度実測値データベース１６、解析モデルデータベース１７を備えている。
データベース１１は、地図データベース１２、構造物データベース１３、排出源データベース１４、気象関連データベース１５、大気汚染濃度実測値データベース１６、解析モデルデータベース１７を備えている。
［地図データベース］
地図データベース１２は、いわゆる電子住宅地図データが格納されており、広域地域（全国）における各種構造物及び排出源の位置座標データ及びその平面形状データがデジタル地図データ（２次元地図データ）として格納されているとともに、各種構造物の名称及び階数（構造物が階数の属性を有する場合）のデータが２次元位置座標データに関連づけられて格納（記憶）されている。
なお、構造物には、オフィスビル、商業ビル、マンション、家屋、公共施設、交通施設、道路、鉄道軌道等の施設となる各種施設が含まれる。
地図データベース１２は、いわゆる電子住宅地図データが格納されており、広域地域（全国）における各種構造物及び排出源の位置座標データ及びその平面形状データがデジタル地図データ（２次元地図データ）として格納されているとともに、各種構造物の名称及び階数（構造物が階数の属性を有する場合）のデータが２次元位置座標データに関連づけられて格納（記憶）されている。
なお、構造物には、オフィスビル、商業ビル、マンション、家屋、公共施設、交通施設、道路、鉄道軌道等の施設となる各種施設が含まれる。
［構造物データベース］
構造物データベース１３には、各地域の構造物及び排出源の名称データ、種別データ（オフィスビル、商業ビル、マンション、家屋、公共施設、交通施設、道路、鉄道軌道等）、階数データ及び高さデータ等に関する構造物特性値データ群が、前記デジタル地図データにおける２次元位置座標データに関連づけられた状態で格納されている。
構造物データベース１３には、各地域の構造物及び排出源の名称データ、種別データ（オフィスビル、商業ビル、マンション、家屋、公共施設、交通施設、道路、鉄道軌道等）、階数データ及び高さデータ等に関する構造物特性値データ群が、前記デジタル地図データにおける２次元位置座標データに関連づけられた状態で格納されている。
［排出源データベース］
排出源データベース１４には、主要な排出源の名称データ、排出源の種別データ（面煙源、線煙源及び点煙源等）、実際の煙突高さデータ（以下「実煙突高さデータ」という）、排出源の３次元位置座標データ、排出される大気汚染物質の物質名データ、排出強度（排出量）データ、排出源の稼動特性データ、排出される大気汚染物質の温度データ等に関する排出源特性値データ群が、前記デジタル地図データにおける排出源の２次元位置座標データに関連づけられて格納されている。
ここで、点煙源の場合には、排出中心の３次元位置座標データが格納されている（例えば、地下駐車場の場合には、排気口位置、地上駐車場の場合には、駐車位置、焼却施設、及び立体駐車場等の場合には、煙突・ガラリ等が排出中心に相当する）。
排出源データベース１４には、主要な排出源の名称データ、排出源の種別データ（面煙源、線煙源及び点煙源等）、実際の煙突高さデータ（以下「実煙突高さデータ」という）、排出源の３次元位置座標データ、排出される大気汚染物質の物質名データ、排出強度（排出量）データ、排出源の稼動特性データ、排出される大気汚染物質の温度データ等に関する排出源特性値データ群が、前記デジタル地図データにおける排出源の２次元位置座標データに関連づけられて格納されている。
ここで、点煙源の場合には、排出中心の３次元位置座標データが格納されている（例えば、地下駐車場の場合には、排気口位置、地上駐車場の場合には、駐車位置、焼却施設、及び立体駐車場等の場合には、煙突・ガラリ等が排出中心に相当する）。
なお、各排出源は、種別毎及び規模毎等に応じて、排出する大気汚染物質の種類及び排出量が異なっていることは勿論、３６５日別、時間帯別（１時間毎）においても異なる稼動特性を有していることから、各排出源に対応して、３６５日別時間帯別の稼動特性が稼働率データとして格納されている。
［気象関連データベース］
気象関連データベース１５には、気象情報データベース１５ａと、大気安定度データベース１５ｂと、拡散係数データベース１５ｃと、が含まれている。
気象関連データベース１５には、気象情報データベース１５ａと、大気安定度データベース１５ｂと、拡散係数データベース１５ｃと、が含まれている。
◎気象情報データベース
気象情報データベース１５ａには、前記地図データベース１２における２次元地図データの所定領域ごとに、気温データ、風向データ、風速データ、日射量データ、雲量データに関する基本気象データ群が、所定時間毎のデータとして格納されている。
なお、本実施形態では、風向は１６方位データ（北、北北東、北東等）とし、風向及び風速の各データは１０分間の平均風向データ及び風速データが格納されている。
気象情報データベース１５ａには、前記地図データベース１２における２次元地図データの所定領域ごとに、気温データ、風向データ、風速データ、日射量データ、雲量データに関する基本気象データ群が、所定時間毎のデータとして格納されている。
なお、本実施形態では、風向は１６方位データ（北、北北東、北東等）とし、風向及び風速の各データは１０分間の平均風向データ及び風速データが格納されている。
◎大気安定度データベース
大気安定度データベース１５ｂには、大気の状態を示す指標である大気安定度を判別するために、パスキル大気安定度階級分類表（日本式，１９５９）の内容を示すデータ群が格納されている。
このパスキル大気安定度階級分類表は、地上１０ｍ高の風速の区分（所定値の範囲となるように区分されたカテゴリー）と、日射量の区分及び雲量の区分によって、Ａ，Ａ−Ｂ，Ｂ，Ｂ−Ｃ，Ｃ，Ｃ−Ｄ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの１０段階に分類されている（表１）。
大気安定度データベース１５ｂには、大気の状態を示す指標である大気安定度を判別するために、パスキル大気安定度階級分類表（日本式，１９５９）の内容を示すデータ群が格納されている。
このパスキル大気安定度階級分類表は、地上１０ｍ高の風速の区分（所定値の範囲となるように区分されたカテゴリー）と、日射量の区分及び雲量の区分によって、Ａ，Ａ−Ｂ，Ｂ，Ｂ−Ｃ，Ｃ，Ｃ−Ｄ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの１０段階に分類されている（表１）。
◎拡散係数データベース
拡散係数データベース１５ｃには、大気汚染物質が拡散する度合いを示す拡散係数（水平方向拡散係数と鉛直方向拡散係数）データが格納されている。この拡散係数は、大気安定度及び風速に依存して定められるため、前記大気安定度の区分及び温熱風風洞実験により求められた所定の風速の区分に応じた値として、格納されている。
拡散係数データベース１５ｃには、大気汚染物質が拡散する度合いを示す拡散係数（水平方向拡散係数と鉛直方向拡散係数）データが格納されている。この拡散係数は、大気安定度及び風速に依存して定められるため、前記大気安定度の区分及び温熱風風洞実験により求められた所定の風速の区分に応じた値として、格納されている。
［大気汚染濃度実測値データベース］
大気汚染濃度実測値データベース１６は、予め設定されている常時監視測定局における所定の大気汚染物質（例えば、ＮＯx，ＳＯx，ＣＯ，ＣＯ2，ＳＰＭ等）の濃度の実測値データ（以下「濃度実測値データ」ということがある）が、大気汚染物質別、３６５日別時間帯別（１０分値）に、２次元地図データにおける常時監視測定局の２次元位置座標データに関連づけられて格納されている。
大気汚染濃度実測値データベース１６は、予め設定されている常時監視測定局における所定の大気汚染物質（例えば、ＮＯx，ＳＯx，ＣＯ，ＣＯ2，ＳＰＭ等）の濃度の実測値データ（以下「濃度実測値データ」ということがある）が、大気汚染物質別、３６５日別時間帯別（１０分値）に、２次元地図データにおける常時監視測定局の２次元位置座標データに関連づけられて格納されている。
［解析モデルデータベース］
解析モデルデータベース１７には、後記解析演算部４０で使用されるモデル式群、当該モデル式群で使用される各種パラメータ群、及び、解析データ作成部３０により作成された各種データ群が格納されている。
解析モデルデータベース１７には、後記解析演算部４０で使用されるモデル式群、当該モデル式群で使用される各種パラメータ群、及び、解析データ作成部３０により作成された各種データ群が格納されている。
◎気流データ格納手段及び解析結果等格納手段
気流データ格納手段１８ａは、後記気流解析部４１で算出された予測風速データ及び予測風向データが格納可能となっている。
解析結果等格納手段１８ｂは、後記解析演算部４０によって算出された各種解析結果等が格納可能となっている。
気流データ格納手段１８ａは、後記気流解析部４１で算出された予測風速データ及び予測風向データが格納可能となっている。
解析結果等格納手段１８ｂは、後記解析演算部４０によって算出された各種解析結果等が格納可能となっている。
なお、前記記憶部１０に格納されている各種データ群等は、格納データ管理手段１９を介して抽出することや、所定の操作を実行させることができるようになっているとともに、記憶部１０の適切な箇所に格納できるようになっている。
また、記憶部１０は、プログラム記憶部（図示せず）を有しており、全体システムを駆動し、各種操作を実行するための各プログラムが格納されている。
また、記憶部１０は、プログラム記憶部（図示せず）を有しており、全体システムを駆動し、各種操作を実行するための各プログラムが格納されている。
（２）入力要求部
入力要求部２０は、操作者に対して各種の入力操作を要求する役割を果たす要素であり、解析対象地域入力要求手段２１と、構造物条件入力要求手段２２と、排出源条件入力要求手段２３と、解析条件入力要求手段２４と、操作入力要求手段２５とを備えている。
入力要求部２０は、操作者に対して各種の入力操作を要求する役割を果たす要素であり、解析対象地域入力要求手段２１と、構造物条件入力要求手段２２と、排出源条件入力要求手段２３と、解析条件入力要求手段２４と、操作入力要求手段２５とを備えている。
［解析対象地域入力要求手段］
解析対象地域入力要求手段２１は、操作者に対し、解析対象地域Ｒの２次元地図データを地図データベース１２から選択させるための入力を要求するための手段である。
この解析対象地域入力要求手段２１は、所定の縮尺で広域の２次元地図データが表示されているディスプレィ４ａ上において、操作者に対し、解析を希望するエリアの入力を要求する動作を行うことになる。その要求に応じて、操作者が入力手段３を用いて画面上の位置を指示する（図２）と、後記解析対象地域抽出手段３２を介して、解析対象地域Ｒが決定されて当該画面上に表示されることになる（図３）。
解析対象地域入力要求手段２１は、操作者に対し、解析対象地域Ｒの２次元地図データを地図データベース１２から選択させるための入力を要求するための手段である。
この解析対象地域入力要求手段２１は、所定の縮尺で広域の２次元地図データが表示されているディスプレィ４ａ上において、操作者に対し、解析を希望するエリアの入力を要求する動作を行うことになる。その要求に応じて、操作者が入力手段３を用いて画面上の位置を指示する（図２）と、後記解析対象地域抽出手段３２を介して、解析対象地域Ｒが決定されて当該画面上に表示されることになる（図３）。
［構造物条件入力要求手段］
構造物条件入力要求手段２２は、操作者に対し、構造物の高さ寸法についての修正に関する入力を要求するとともに、必要に応じて、仮想構造物に関する構造物特性値データの入力を要求する手段である。
構造物条件入力要求手段２２は、操作者に対し、構造物の高さ寸法についての修正に関する入力を要求するとともに、必要に応じて、仮想構造物に関する構造物特性値データの入力を要求する手段である。
例えば、この構造物条件入力要求手段２２は、ディスプレィ４ａに表示された解析対象地域Ｒ上において、操作者に対して、対象とする構造物を指示させることにより、構造物データベース１３に格納されている該当する構造物特性値データを画面上に表示し、必要なデータを入力又は選択させ、或いは、その値を修正させることを要求可能となっている。
また、本手段は、仮想構造物の位置及び構造物特性値データの入力を要求し、操作者が入力手段３を用いて設置位置を指示するとその位置が決定され、後記構造物条件設定手段３３を介して、その２次元位置座標データ等が認識されるように構成されている。
また、本手段は、仮想構造物の位置及び構造物特性値データの入力を要求し、操作者が入力手段３を用いて設置位置を指示するとその位置が決定され、後記構造物条件設定手段３３を介して、その２次元位置座標データ等が認識されるように構成されている。
［排出源条件入力要求手段］
排出源条件入力要求手段２３は、操作者に対し、排出源に関する各種条件についての入力及び修正を要求するとともに、必要に応じて、仮想排出源に関する排出源特定値データの入力を要求する手段である。
排出源条件入力要求手段２３は、操作者に対し、排出源に関する各種条件についての入力及び修正を要求するとともに、必要に応じて、仮想排出源に関する排出源特定値データの入力を要求する手段である。
例えば、この排出源条件入力要求手段２３は、ディスプレィ４ａに表示された画面上において、排出源データベース１４に格納されている各種排出源データを画面上に表示し、操作者に対して、必要なデータを入力又は選択させ、或いは、その値を修正させることを要求可能となっている。
また、本手段は、ディスプレィ４ａに表示された解析対象地域Ｒ上において、操作者に対し、仮想排出源の位置及び排出源特定値データの入力を要求することになる。その要求に応じて、操作者が入力手段３を用いて画面上に示されている排出源の位置を指示するとその位置及び排出源特定値データが決定され、後記排出源データ作成手段３５を介して、その３次元位置座標データ等が認識されることになる。
また、本手段は、ディスプレィ４ａに表示された解析対象地域Ｒ上において、操作者に対し、仮想排出源の位置及び排出源特定値データの入力を要求することになる。その要求に応じて、操作者が入力手段３を用いて画面上に示されている排出源の位置を指示するとその位置及び排出源特定値データが決定され、後記排出源データ作成手段３５を介して、その３次元位置座標データ等が認識されることになる。
［解析条件入力要求手段］
解析条件入力要求手段２４は、操作者に対し、解析演算部４０により解析を行うために必要となる各種の解析条件の入力を要求する手段である。
本手段は、ディスプレィ４ａに表示された画面上において、後記微小分割領域（セル）の総数、有限差分法解析を実施する際の初期条件及び境界条件等の入力を要求することになり、操作者は、入力手段３を用いて所定のデータ等を指示することができるようになっている。
解析条件入力要求手段２４は、操作者に対し、解析演算部４０により解析を行うために必要となる各種の解析条件の入力を要求する手段である。
本手段は、ディスプレィ４ａに表示された画面上において、後記微小分割領域（セル）の総数、有限差分法解析を実施する際の初期条件及び境界条件等の入力を要求することになり、操作者は、入力手段３を用いて所定のデータ等を指示することができるようになっている。
［操作入力要求手段］
操作入力要求手段２５は、操作者に対し、前記以外のシステム全体の各種操作を要求する役割を果たすための要素である。
操作入力要求手段２５は、操作者に対し、前記以外のシステム全体の各種操作を要求する役割を果たすための要素である。
（３）解析データ作成部
解析データ作成部３０は、解析演算部４０で使用する各種のデータ群を作成するための要素であり、対象地域データ作成手段３１と、排出源データ作成手段３５と、気象データ作成手段３６と、分割領域データ作成手段３７と、解析条件データ作成手段３８と、を備えており、当該各手段により作成されたデータ群は、解析モデルデータベース１７に格納されることになる。
解析データ作成部３０は、解析演算部４０で使用する各種のデータ群を作成するための要素であり、対象地域データ作成手段３１と、排出源データ作成手段３５と、気象データ作成手段３６と、分割領域データ作成手段３７と、解析条件データ作成手段３８と、を備えており、当該各手段により作成されたデータ群は、解析モデルデータベース１７に格納されることになる。
◎対象地域データ作成手段
対象地域データ作成手段３１は、解析対象地域Ｒの全域において、解析を行うための基準となる解析対象地域データ群を作成するための手段であり、解析対象地域抽出手段３２と、構造物条件設定手段３３と３次元データ化手段３４と、を備えている。
対象地域データ作成手段３１は、解析対象地域Ｒの全域において、解析を行うための基準となる解析対象地域データ群を作成するための手段であり、解析対象地域抽出手段３２と、構造物条件設定手段３３と３次元データ化手段３４と、を備えている。
［解析対象地域抽出手段］
解析対象地域抽出手段３２は、解析対象地域入力要求手段２１の要求により入力された解析対象地域Ｒを、地図データベース１２から抽出して解析対象地域Ｒの２次元地図データとして確定し、解析モデルデータベース１７に格納させる手段である。
解析対象地域抽出手段３２は、解析対象地域入力要求手段２１の要求により入力された解析対象地域Ｒを、地図データベース１２から抽出して解析対象地域Ｒの２次元地図データとして確定し、解析モデルデータベース１７に格納させる手段である。
［構造物条件設定手段］
構造物条件設定手段３３は、構造物条件入力要求手段２２の要求により入力された、構造物の条件（仮想的に入力された仮想構造物の条件を含む）及び仮想的に入力された仮想構造物の２次元位置座標データを、前記２次元地図データの位置座標データに対応する形式のデータとして認識させるとともに、構造物データベース１３に格納されている各構造物の構造物特性値データを抽出し、２次元地図データにおける構造物の２次元位置座標データと構造物特性値データとを関連づけて、当該２次元地図データに結合する役割を果たす要素である。
構造物条件設定手段３３は、構造物条件入力要求手段２２の要求により入力された、構造物の条件（仮想的に入力された仮想構造物の条件を含む）及び仮想的に入力された仮想構造物の２次元位置座標データを、前記２次元地図データの位置座標データに対応する形式のデータとして認識させるとともに、構造物データベース１３に格納されている各構造物の構造物特性値データを抽出し、２次元地図データにおける構造物の２次元位置座標データと構造物特性値データとを関連づけて、当該２次元地図データに結合する役割を果たす要素である。
［３次元データ化手段］
３次元データ化手段３４は、解析対象地域Ｒにおける２次元地図データに、解析条件に合致するように解析高さデータ（解析空間の高さデータ）を結合して、３次元空間の解析空間を設定する手段である。また、解析対象地域Ｒに含まれる構造物の名称と構造物データベース１３に格納されている構造物特性値データにおける構造物の高さデータを統合することにより、２次元地図データに構造物の高さデータを結合して３次元地図データ（以下「解析対象地域データ」という）を作成し、解析モデルデータベース１７に格納させる手段である。
３次元データ化手段３４は、解析対象地域Ｒにおける２次元地図データに、解析条件に合致するように解析高さデータ（解析空間の高さデータ）を結合して、３次元空間の解析空間を設定する手段である。また、解析対象地域Ｒに含まれる構造物の名称と構造物データベース１３に格納されている構造物特性値データにおける構造物の高さデータを統合することにより、２次元地図データに構造物の高さデータを結合して３次元地図データ（以下「解析対象地域データ」という）を作成し、解析モデルデータベース１７に格納させる手段である。
◎排出源データ作成手段
排出源データ作成手段３５は、解析対象地域Ｒに含まれる排出源について、排出源データベース１４に格納されている対応する排出源の排出源特性値データを抽出し、２次元地図データに対応づけられている排出源の３次元位置座標データと前記排出源特性値データとを関連づけて、解析対象地域データに結合する役割を果たす手段である。
なお、本実施形態では、線排出源の３次元位置座標データは、演算処理の便宜上、所定間隔の点排出源の集合として取り扱われることになる。
排出源データ作成手段３５は、解析対象地域Ｒに含まれる排出源について、排出源データベース１４に格納されている対応する排出源の排出源特性値データを抽出し、２次元地図データに対応づけられている排出源の３次元位置座標データと前記排出源特性値データとを関連づけて、解析対象地域データに結合する役割を果たす手段である。
なお、本実施形態では、線排出源の３次元位置座標データは、演算処理の便宜上、所定間隔の点排出源の集合として取り扱われることになる。
また、前記排出源データ作成手段３５は、有効煙突高さ設定手段３５ａを備えており、当該手段によって算出された有効煙突高さデータは、排出源特性値データ群に結合されることになる。
この有効煙突高さ設定手段３５ａは、排出源における実煙突高さデータ（Ｈ0）に、浮力による上昇分（Ｈt）と突出力により上昇分（Ｈm）を加えることにより、有効煙突高さデータ（Ｈe）を算出するための手段である（式３−１）。
Ｈe＝Ｈ0＋Ｈt ＋Ｈm （３−１）
この有効煙突高さデータは、公知の式を用いて算出することができるが、風速及び煙源の規模により異なることが一般的に知られており、例えば、Ｍｏｓｅｓ・Ｃａｒｓｏｎの式（有風時、大規模煙源の場合）、ＣＯＮＣＡＷＥの式（有風時、中規模煙源の場合）、無風時にはＢｒｉｇｇｓ式等を用いることができる。
なお、排出源が道路の場合には、実煙突高さデータには道路高さデータが用いられる。
Ｈe＝Ｈ0＋Ｈt ＋Ｈm （３−１）
この有効煙突高さデータは、公知の式を用いて算出することができるが、風速及び煙源の規模により異なることが一般的に知られており、例えば、Ｍｏｓｅｓ・Ｃａｒｓｏｎの式（有風時、大規模煙源の場合）、ＣＯＮＣＡＷＥの式（有風時、中規模煙源の場合）、無風時にはＢｒｉｇｇｓ式等を用いることができる。
なお、排出源が道路の場合には、実煙突高さデータには道路高さデータが用いられる。
◎気象データ作成手段
気象データ作成手段３６は、気象情報データベース１５ａから解析対象地域Ｒに対応する３６５日時間帯別の風向データ、風速データ、日射量データ、雲量データの各データ（以下「解析対象地域気象データ」という場合がある）を抽出する手段である。
気象データ作成手段３６は、気象情報データベース１５ａから解析対象地域Ｒに対応する３６５日時間帯別の風向データ、風速データ、日射量データ、雲量データの各データ（以下「解析対象地域気象データ」という場合がある）を抽出する手段である。
◎分割領域データ作成手段
分割領域データ作成手段３７は、前記３次元の解析空間について、複数の微小分割領域（セル）を作成するための手段である。
この分割領域データ作成手段３７は、予め定められている寸法（若しくは、分割総数）となるように、解析空間における構造物以外のシミュレーション空間を平面方向及び高さ方向について、３次元である網目状の微小分割領域に分割し、各微小分割領域の格子点の３次元位置座標データを設定して、解析モデルデータベース１７に格納させることができるように構成されている。
なお、この微小分割領域は、解析演算部４０で有限差分法解析を行うための解析単位であり、解析に適した任意の寸法で設定することができる。
分割領域データ作成手段３７は、前記３次元の解析空間について、複数の微小分割領域（セル）を作成するための手段である。
この分割領域データ作成手段３７は、予め定められている寸法（若しくは、分割総数）となるように、解析空間における構造物以外のシミュレーション空間を平面方向及び高さ方向について、３次元である網目状の微小分割領域に分割し、各微小分割領域の格子点の３次元位置座標データを設定して、解析モデルデータベース１７に格納させることができるように構成されている。
なお、この微小分割領域は、解析演算部４０で有限差分法解析を行うための解析単位であり、解析に適した任意の寸法で設定することができる。
◎解析条件データ作成手段
解析条件データ作成手段３８は、解析演算部４０により解析を行う解析条件（初期条件、境界条件等）を設定するための手段であり、解析条件入力要求手段２４の要求により、入力手段３を介してディスプレィ４ａ上で入力された解析条件を解析可能なデータに変換させて認識させ、解析モデルデータベース１７に格納させることができるように構成されている。
入力される解析条件は、気流解析部４１で使用される定数、境界条件（シミュレーション空間における風上側側面の風速分布、風向、乱れの鉛直分布、シミュレーション空間における地表面及び風上以外の側面と上空の風速、乱れの条件等の各データ）及び初期条件（シミュレーション空間における風上側側面の風速分布、風向、乱れの鉛直分布の各データ）と、濃度算出手段４７で使用される境界条件及び初期条件等（気流解析手段で算出された微小分割領域の各格子点における風速及び風向、各汚染源の排出強度等の各データ）である。
解析条件データ作成手段３８は、解析演算部４０により解析を行う解析条件（初期条件、境界条件等）を設定するための手段であり、解析条件入力要求手段２４の要求により、入力手段３を介してディスプレィ４ａ上で入力された解析条件を解析可能なデータに変換させて認識させ、解析モデルデータベース１７に格納させることができるように構成されている。
入力される解析条件は、気流解析部４１で使用される定数、境界条件（シミュレーション空間における風上側側面の風速分布、風向、乱れの鉛直分布、シミュレーション空間における地表面及び風上以外の側面と上空の風速、乱れの条件等の各データ）及び初期条件（シミュレーション空間における風上側側面の風速分布、風向、乱れの鉛直分布の各データ）と、濃度算出手段４７で使用される境界条件及び初期条件等（気流解析手段で算出された微小分割領域の各格子点における風速及び風向、各汚染源の排出強度等の各データ）である。
（４）解析演算部
解析演算部４０は、解析データ作成部３０により作成されたデータを用いて、気流解析部４１により、３次元の移流拡散支配方程式を有限差分法（または有限要素法等）により数値的に解くことにより気流の速度、前記気流の方向、および、前記気流の圧力（風速、風向、風圧）を求めること、及び、濃度拡散演算部４５（拡散指標演算手段）により、３次元の濃度拡散支配方程式を離散化して、有限差分法（または有限要素法等）により数値的に解くことにより、大気汚染物質濃度の分布（以下「濃度分布」という場合がある）を求めるための要素である。
解析演算部４０は、解析データ作成部３０により作成されたデータを用いて、気流解析部４１により、３次元の移流拡散支配方程式を有限差分法（または有限要素法等）により数値的に解くことにより気流の速度、前記気流の方向、および、前記気流の圧力（風速、風向、風圧）を求めること、及び、濃度拡散演算部４５（拡散指標演算手段）により、３次元の濃度拡散支配方程式を離散化して、有限差分法（または有限要素法等）により数値的に解くことにより、大気汚染物質濃度の分布（以下「濃度分布」という場合がある）を求めるための要素である。
なお、本装置１は、演算対象期間を設定することができるようになっており、所定の１時点における濃度計算を行うことは勿論、所定時間幅で、所望期間（１年間）にわたって、連続して濃度計算を行い、後記濃度重合手段４８によって、その平均濃度を求めることができるようになっている。
◎気流解析部
気流解析部４１は、風向補正手段４２と、気流算出手段４３とを備えている。
気流解析部４１は、風向補正手段４２と、気流算出手段４３とを備えている。
［風向補正手段］
通常、気象情報データベース１５ａに格納されている風向データは、気象台で観測されている１６方位データ（北、北北東、北東等の２２．５度間隔）が使用されている。しかし、局所的な大気汚染物質の移流を解析するためには、より詳細な風向を求める必要がある。この風向補正手段４２は、１６方位の風向データ（以下「１６方位風向データ」という）を、風向の出現確率を考慮して、より詳細な方位（本実施形態では、３２方位（１１．２５度間隔））の詳細風向データ（３２方位風向データ）に変換する手段である。
本実施形態では、１６方位風向の一方向で与えられる風向データ（図４（ａ））を、当該１６方位風向を中心として、隣接する両側の３２方位風向がそれぞれ１／３の等頻度で出現するように、風向データを３２方位風向で表される三方向に変換することができるようになっている（図４（ｂ））。
なお、１６方位の風向データを詳細風向データに補正する場合には、１６の正数倍の方位であればその分割の間隔は任意に定めることができる。
通常、気象情報データベース１５ａに格納されている風向データは、気象台で観測されている１６方位データ（北、北北東、北東等の２２．５度間隔）が使用されている。しかし、局所的な大気汚染物質の移流を解析するためには、より詳細な風向を求める必要がある。この風向補正手段４２は、１６方位の風向データ（以下「１６方位風向データ」という）を、風向の出現確率を考慮して、より詳細な方位（本実施形態では、３２方位（１１．２５度間隔））の詳細風向データ（３２方位風向データ）に変換する手段である。
本実施形態では、１６方位風向の一方向で与えられる風向データ（図４（ａ））を、当該１６方位風向を中心として、隣接する両側の３２方位風向がそれぞれ１／３の等頻度で出現するように、風向データを３２方位風向で表される三方向に変換することができるようになっている（図４（ｂ））。
なお、１６方位の風向データを詳細風向データに補正する場合には、１６の正数倍の方位であればその分割の間隔は任意に定めることができる。
［気流算出手段］
気流算出手段４３は、シミュレーション空間において、３次元の移流拡散支配方程式を有限差分法により離散化して数値的に解くことにより気流の速度及び気流の方向（風速、風向）（以下「気流状態」ということがある）を求める手段である。
気流算出手段４３は、シミュレーション空間において、３次元の移流拡散支配方程式を有限差分法により離散化して数値的に解くことにより気流の速度及び気流の方向（風速、風向）（以下「気流状態」ということがある）を求める手段である。
すなわち、気流算出手段４３は、気流の速度及び方向、及び、圧力の各運動要素を変数とするナビエストークス式に基づくκ−ε乱流モデル（運動量の輸送方程式（４−１）、乱流エネルギの輸送方程式（４−２）、乱流消散率の輸送方程式（４−３）から構成される）及び連続の式（４−４）から構成される前記移流拡散支配方程式について、各微小分割領域の隣接する格子点間で、微小時間ごとに有限差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、前記各格子点間の風速、風向及び風圧が所定の平衡状態となった場合において、その値をもって前記各格子点の予測風速データ及び予測風向データとして決定することができるように構成されている。
そして、算出された各格子点における予測風速データ及び予測風向データ（以下「予測気流データ」という場合がある」は、初期条件でシミュレーション空間に与えられた風向データと関連づけられた状態で、気流データ格納手段１８ａに格納される。
そして、算出された各格子点における予測風速データ及び予測風向データ（以下「予測気流データ」という場合がある」は、初期条件でシミュレーション空間に与えられた風向データと関連づけられた状態で、気流データ格納手段１８ａに格納される。
また、本実施形態では、風向補正手段４２により、１６方位風向の一方向で与えられる風向データを、３２方位風向で表される三方向の詳細風向に補正した場合において、各三方向の詳細風向で予測気流データを計算し、その風向の出現確率（本実施形態の場合は等しい出現確率）で重み付けした修正予測気流データ（本実施形態の場合は単純平均）を求めて、気流データ格納手段１８ａに格納することができるようになっている。
なお、実際の解析に当たっては、予め３２方位（１６の倍数の方位、以下同様）の風向ごとに、予測気流データを算出して、気流データ格納手段１８ａに記憶させておき、濃度拡散演算部４５により、濃度分布を求める場合には、初期条件で与えられるシミュレーション空間の風向に対応する予測気流データを当該気流データ格納手段１８ａから抽出して、境界条件として与えることになる。
［連続の式］
∂Ｕi／∂Ｘi＝０ （４−４）
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃt：定数
Ｕi：気流の瞬時風速ベクトルの各成分
Ｐ：気流の圧力（風圧）
ρ：空気の密度
ν：動粘性係数
νt：渦粘性係数
ｋ：乱流エネルギー
ε：乱流消散率
∂Ｕi／∂Ｘi＝０ （４−４）
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3，Ｃt：定数
Ｕi：気流の瞬時風速ベクトルの各成分
Ｐ：気流の圧力（風圧）
ρ：空気の密度
ν：動粘性係数
νt：渦粘性係数
ｋ：乱流エネルギー
ε：乱流消散率
◎濃度拡散演算部
濃度拡散演算部４５は、３次元の濃度拡散支配方程式を有限差分法により離散化して数値的に解くことにより、濃度分布を求めるための要素であり、気流解析部４１により算出された気流状態、かつ、所定の初期濃度条件の下で、排出源から排出された大気汚染物質の濃度拡散を考慮して、微小分割領域の格子点での濃度として求めるものである。
この濃度拡散演算部４５は、パラメータ設定手段４６と濃度算出手段４７と濃度重合手段４８とを備えている。
濃度拡散演算部４５は、３次元の濃度拡散支配方程式を有限差分法により離散化して数値的に解くことにより、濃度分布を求めるための要素であり、気流解析部４１により算出された気流状態、かつ、所定の初期濃度条件の下で、排出源から排出された大気汚染物質の濃度拡散を考慮して、微小分割領域の格子点での濃度として求めるものである。
この濃度拡散演算部４５は、パラメータ設定手段４６と濃度算出手段４７と濃度重合手段４８とを備えている。
［パラメータ設定手段］
パラメータ設定手段４６は、解析対象地域Ｒにおける解析条件に基づき、濃度計算を行うための各種条件及びパラメータを設定するための役割を果たす手段であり、大気安定度設定手段４６ａと、拡散係数設定手段４６ｂとを備えている。
パラメータ設定手段４６は、解析対象地域Ｒにおける解析条件に基づき、濃度計算を行うための各種条件及びパラメータを設定するための役割を果たす手段であり、大気安定度設定手段４６ａと、拡散係数設定手段４６ｂとを備えている。
大気安定度設定手段４６ａは、解析対象地域Ｒにおける風速データと、日中と夜間の別、日中の場合の日射量又は雲量、夜間の場合の雲量に対応する大気安定度データを、大気安定度データベース１５ｂに記憶されているパスキル大気安定度階級分類表に基づいて決定するための手段である。
また、拡散係数設定手段４６ｂは、大気安定度設定手段４６ａで設定された大気安定度と、解析条件で設定されている解析対象地域Ｒにおける風速に対応する拡散係数データを拡散係数データベース１５ｃから抽出して決定するための手段である。
なお、大気安定度設定手段４６ａで決定された大気安定度データと、拡散係数設定手段４６ｂで決定された拡散係数データは、解析モデルデータベース１７に格納される。
なお、大気安定度設定手段４６ａで決定された大気安定度データと、拡散係数設定手段４６ｂで決定された拡散係数データは、解析モデルデータベース１７に格納される。
［濃度算出手段］
濃度算出手段４７は、シミュレーション空間において、対象とする大気汚染物質に関し、３次元の濃度拡散支配方程式を有限差分法により離散化して数値的に解くことにより、濃度分布を求める手段である。
すなわち、濃度算出手段４７は、算出された微小分割領域における各格子点での気流状態を所与としたときに、大気汚染物質（拡散物質）の輸送方程式（４−５）から構成される濃度拡散支配方程式について、各微小分割領域の隣接する格子点間で、微小時間ごとに有限差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、前記各格子点間の大気汚染物質濃度が平衡状態となった場合において、その値をもって前記各格子点の予測大気汚染物質濃度データとして決定することができるように構成されている。
そして、算出された各格子点における予測大気汚染物質濃度データは、解析結果等格納手段１８ｂに格納されることになる。
濃度算出手段４７は、シミュレーション空間において、対象とする大気汚染物質に関し、３次元の濃度拡散支配方程式を有限差分法により離散化して数値的に解くことにより、濃度分布を求める手段である。
すなわち、濃度算出手段４７は、算出された微小分割領域における各格子点での気流状態を所与としたときに、大気汚染物質（拡散物質）の輸送方程式（４−５）から構成される濃度拡散支配方程式について、各微小分割領域の隣接する格子点間で、微小時間ごとに有限差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、前記各格子点間の大気汚染物質濃度が平衡状態となった場合において、その値をもって前記各格子点の予測大気汚染物質濃度データとして決定することができるように構成されている。
そして、算出された各格子点における予測大気汚染物質濃度データは、解析結果等格納手段１８ｂに格納されることになる。
この濃度算出手段４７での濃度算出は、排出源データ作成手段３５により作成された各排出源の稼働率データに基づき、各排出源から所定量の大気汚染物質が発生することを初期条件として行うことができるため、現実に即した予測を行うことができることになる。
［濃度重合手段］
濃度重合手段４８は、複数の条件（例えば、風向の違い、時間等の違い）で行われた各格子点の予測大気汚染物質濃度データを解析結果等格納手段１８ｂから抽出して、同一の各格子点における予測大気汚染物質濃度データを足し合わせる（以下足し合わせた予測大気汚染物質濃度データを「予測重合濃度データ」という）とともに、必要に応じて平均値算出手段（図示せず）により、平均値（以下「予測平均濃度データ」という）を算出するための手段である。
本手段を用いることにより、各時点の予測大気汚染物質濃度データを所定期間にわたって足し合わせて、平均値を算出することにより、時間、日又は年予測平均濃度データを算出することができることになる。
濃度重合手段４８は、複数の条件（例えば、風向の違い、時間等の違い）で行われた各格子点の予測大気汚染物質濃度データを解析結果等格納手段１８ｂから抽出して、同一の各格子点における予測大気汚染物質濃度データを足し合わせる（以下足し合わせた予測大気汚染物質濃度データを「予測重合濃度データ」という）とともに、必要に応じて平均値算出手段（図示せず）により、平均値（以下「予測平均濃度データ」という）を算出するための手段である。
本手段を用いることにより、各時点の予測大気汚染物質濃度データを所定期間にわたって足し合わせて、平均値を算出することにより、時間、日又は年予測平均濃度データを算出することができることになる。
さらに、この濃度重合手段４８は、大気汚染濃度実測値データベース１６に記憶されている、常時監視測定局における所定の大気汚染物質の濃度の実測値データ（又は、当該実測値データ等から作成された、当該地点における各時点での平均的な濃度データ）（以下「バックグラウンド濃度データ」という）を、予測大気汚染物質濃度データに足し合わせることができるようになっている。
なお、算出された各格子点における予測重合濃度データ及び予測平均濃度データは、解析結果等格納手段１８ｂに格納されることになる。
（５）解析結果表示部
解析結果表示部５０は、解析演算部４０により算出された風向データ、風速データ、風圧データ、大気汚染物質濃度データ等の解析結果を、解析対象地域Ｒを示す３次元の出力原図上にその位置関係に対応づけて、各種データを表示させることができるとともに、当該出力原図の所望の切断面方向から各種データを表示させることもできるようになっている。さらに、大気汚染物質に関し同一濃度分布の領域を表示させたコンター図や、大気汚染物質の流線をベクトル表示することができるようになっている。
なお、この解析結果表示部５０は、記憶部１０に格納されている各種データ等を所望の形式で出力手段４に表示させることもできるようになっている。
解析結果表示部５０は、解析演算部４０により算出された風向データ、風速データ、風圧データ、大気汚染物質濃度データ等の解析結果を、解析対象地域Ｒを示す３次元の出力原図上にその位置関係に対応づけて、各種データを表示させることができるとともに、当該出力原図の所望の切断面方向から各種データを表示させることもできるようになっている。さらに、大気汚染物質に関し同一濃度分布の領域を表示させたコンター図や、大気汚染物質の流線をベクトル表示することができるようになっている。
なお、この解析結果表示部５０は、記憶部１０に格納されている各種データ等を所望の形式で出力手段４に表示させることもできるようになっている。
（６）その他
装置本体２は、本装置１を作動させるにあたり、各手段（入力手段３及び出力手段４も含む）を制御するための制御部６０を備えている。
装置本体２は、本装置１を作動させるにあたり、各手段（入力手段３及び出力手段４も含む）を制御するための制御部６０を備えている。
［大気汚染物質濃度分布の予測方法］
本装置１を使用した濃度分布の予測方法について、図５を参照して説明する。
なお、本装置１では、各種の濃度分布を所望の時点において解析することが可能であるが、以下は、ＮＯxの濃度分布を１時点で再現的に予測解析する場合について説明を行う。
本装置１を使用した濃度分布の予測方法について、図５を参照して説明する。
なお、本装置１では、各種の濃度分布を所望の時点において解析することが可能であるが、以下は、ＮＯxの濃度分布を１時点で再現的に予測解析する場合について説明を行う。
（１）本装置１を作動させると、所定エリアの２次元地図データがディスプレィ４ａに表示される（図２）とともに、操作者に対して、解析対象地域入力要求手段２１が解析対象地域Ｒの入力を要求する（Ｓ１）。操作者は、ディスプレィ４ａ上において、入力手段３により所望の位置を指示する作業を行うと、解析対象地域抽出手段３２により解析対象地域Ｒが決定されてそのエリアが表示される（Ｓ２）。
そして、３次元データ化手段３４により、解析対象地域Ｒにおける構造物の名称と構造物データベース１３に格納されている構造物の高さデータを統合することにより、２次元地図データに構造物の高さデータが結合されて、解析モデルデータベース１７に解析対象地域データとして格納される（Ｓ３）とともに、ディスプレィ４ａ上に３次元化された解析空間が表示される（図３）。
なお、必要に応じて、構造物条件設定手段３３により、構造物の高さデータを修正することもできる。また、新たな仮想構造物を解析対象地域Ｒ上に追加するときには、構造物条件入力要求手段２２の指示に応じて、ディスプレィ４ａ上で、その位置、平面形状及び高さを入力することにより、構造物条件設定手段３３を介して、それらのデータを解析対象地域データ群に結合することもできる。
（２）排出源データ作成手段３５により、解析対象地域Ｒに存在する排出源（本実施形態では、図２及び図３における高架道路及び陸橋）が抽出され、排出源データベース１４に格納されている排出源特性値データ群が抽出されるとともに、有効煙突高さ設定手段３５ａにより排出源の有効煙突高さデータが算出されて、それらの各データが解析対象地域データ群として解析モデルデータベース１７に格納される（Ｓ４）。
なお、新たな仮想排出源を解析対象地域Ｒ上に追加するときには、排出源条件入力要求手段２３の指示に応じて、ディスプレィ４ａ上で、その位置、排出源特性地データを入力することにより、排出源データ作成手段３５を介して、それらのデータが解析対象地域データ群に結合される。
そして、分割領域データ作成手段３７により、解析対象地域Ｒの構造物以外のシミュレーション空間が、所定数の微小分割領域に分割され、格子点が設定される（Ｓ５）。
（３）解析条件入力要求手段２４が、予測対象汚染物質（ＮＯx）、予測時点（〇年〇月〇日〇時〇分）、微小分割領域の設定条件、気流解析及び濃度解析のための初期条件、境界条件等の入力を要求する。操作者は、ディスプレィ４ａ上の入力画面に従って、マウス３ｂ等の入力手段３により入力を行うと、解析条件データ作成手段３８により、解析条件データが作成されて、解析モデルデータベース１７に格納される（Ｓ６）。
（４）気象データ作成手段３６により、気象情報データベース１５ａに格納されている予測時点における解析対象地域気象データが抽出される（Ｓ７）。
また、格子点が設定された解析対象地域Ｒにおいて、気流解析部４１で、予め３２方位の総ての風向ごとに、予測気流データが算出され、気流データ格納手段１８ａに格納される（Ｓ８）。
また、格子点が設定された解析対象地域Ｒにおいて、気流解析部４１で、予め３２方位の総ての風向ごとに、予測気流データが算出され、気流データ格納手段１８ａに格納される（Ｓ８）。
（５）解析対象地域Ｒにおいて初期条件として与えられる１６方位風向に対応した風向データ（図４（ａ））が、当該１６方位風向を中心として、隣接する両側の３２方位風向にそれぞれ１／３の等頻度で出現するように、風向補正手段４２によって補正される（Ｓ９）。そして、分解された三方向の風向データに対応する予測気流データが、気流データ格納手段１８ａから抽出され、それらを各風向の出現率で重み付けして重ね合わせることにより、補正予測気流データが算出され、気流データ格納手段１８ａに格納される（Ｓ１０）。
（６）排出源データベース１４から、入力された排出源に対応する稼働率データが抽出されて、解析モデルデータベース１７に格納される（Ｓ１１）。
（７）大気安定度設定手段４６ａにより、気象データ作成手段３６により抽出された解析対象地域Ｒにおける風速データと、日中と夜間の別、日中の場合の日射量又は雲量、夜間の場合の雲量に対応する大気安定度データが、大気安定度データベース１５ｂに記憶されているパスキル大気安定度階級分類表に基づいて抽出されて、解析モデルデータベース１７に格納される。
そして、拡散係数設定手段４６ｂにより、大気安定度設定手段４６ａで設定された大気安定度データと、解析条件で設定されている解析対象地域Ｒにおける風速に対応する拡散係数が拡散係数データベース１５ｃから抽出されて、解析モデルデータベース１７に格納される（Ｓ１２）。
そして、拡散係数設定手段４６ｂにより、大気安定度設定手段４６ａで設定された大気安定度データと、解析条件で設定されている解析対象地域Ｒにおける風速に対応する拡散係数が拡散係数データベース１５ｃから抽出されて、解析モデルデータベース１７に格納される（Ｓ１２）。
（８）濃度拡散演算部４５によって、予測大気汚染物質濃度データが算出される。本実施形態では、初期条件として１６方位風向の風向データが初期条件として与えられた場合における予測大気汚染物質濃度データを予測して、それらの平均値を算出することにより、予測値を算出することとしている。
具体的には、初期条件で与えられるシミュレーション空間の風向データに対応する補正予測気流データが、記憶データ管理手段１９により気流データ格納手段１８ａから抽出され、当該気流条件下で、濃度算出手段４７により、各格子点の予測大気汚染物質濃度データが算出されて、解析結果等格納手段１８ｂに格納される（Ｓ１３）。
そして、予測時点に対応したシミュレーション空間における所定のバックグラウンド濃度データが、記憶データ管理手段１９によって大気汚染濃度実測値データベース１６から抽出され、濃度重合手段４８により、予測平均濃度データに加算されて、最終予測濃度データとして、解析演算結果等格納手段１８ｂに格納される（Ｓ１４）。
（９）その後、記憶データ管理手段１９により算出された最終予測濃度データを抽出して、図６に示すように、解析結果表示部５０により、ディスプレィ４ａにその結果を出力させることができる（Ｓ１５）。また、必要に応じて、大気汚染物質に関し同一濃度分布を表示させたコンター図や、大気汚染物質の流線をベクトル表示させることもできる。
なお、前記では、１時点における大気汚染濃度分布の算出を行ったが、前記解析演算部４０における解析を所定時間間隔（例えば、１０分毎）で連続的な期間（例えば、１時間、１日、３０日、３６５日）にわたって繰り返して行い、時系列的な大気汚染濃度の変化を求めることができる。
そして、濃度重合手段４８を用いることにより、各期間における予測大気汚染物質濃度の平均値（１時間平均値、日平均値、月平均値、年間平均値）を算出することもできる（Ｓ１６）。
また、同様の考えにより、平日及び休日毎の大気汚染濃度分布の算出を行うこともできる。
そして、濃度重合手段４８を用いることにより、各期間における予測大気汚染物質濃度の平均値（１時間平均値、日平均値、月平均値、年間平均値）を算出することもできる（Ｓ１６）。
また、同様の考えにより、平日及び休日毎の大気汚染濃度分布の算出を行うこともできる。
［効果］
本発明によれば、最小限の必要な操作を行うだけで、迅速、簡易かつ正確に、局所的な濃度分布を予測することができる。
本発明によれば、最小限の必要な操作を行うだけで、迅速、簡易かつ正確に、局所的な濃度分布を予測することができる。
また、構造物条件入力要求手段２２及び構造物条件設定手段３３、排出源条件入力要求手段２３及び排出源データ作成手段３５により、仮想構造部或いは仮想排出源を構築した場合の各種のデータを設定して解析を実行することにより、濃度分布を事前に解析することができるため、計画・立案段階において、濃度分布状況に応じた、適切な対策を講じることが可能となるとともに、精度の高い予測結果によって，各段階で計画変更を行うこと等も可能となる。従って、解析対象地域における各種開発計画の決定の支援に際し、非常に有益となる。
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。特に、本発明では、入力すべき各データを予め記憶部１０に格納させておき、解析演算部４０による解析を行わせてもよい。
また、前記実施形態では、大気物質濃度分布を解析する場合について説明したが、その他の拡散指標（例えば、大気物質の温度分布）を求める場合には、濃度拡散演算部における濃度拡散支配方程式の濃度変数を熱量変数に読み変え、当該熱量変数をデータ化して、同様の方法により解析することにより対応することができる。
また、前記実施形態では、大気物質濃度分布を解析する場合について説明したが、その他の拡散指標（例えば、大気物質の温度分布）を求める場合には、濃度拡散演算部における濃度拡散支配方程式の濃度変数を熱量変数に読み変え、当該熱量変数をデータ化して、同様の方法により解析することにより対応することができる。
１ 大気物質濃度分布解析装置（本装置）
２ 装置本体
１０ 記憶部
１１ データベース
１２ 地図データベース
１３ 構造物データベース
１４ 排出源データベース
１５ 気象関連データベース
１５ａ 気象情報データベース
１５ｂ 大気安定度データベース
１５ｃ 拡散係数データベース
１８ａ 気流データ格納手段
２０ 入力要求部
２１ 解析対象地域入力要求手段
２２ 構造物条件入力要求手段
２３ 排出源条件入力要求手段
３０ 解析データ作成部
３１ 対象地域データ作成手段
３２ 解析対象地域抽出手段
３３ 構造物条件設定手段
３４ ３次元データ化手段
３５ 排出源データ作成手段
３６ 気象データ作成手段
３７ 分割領域データ作成手段
４０ 解析演算部
４１ 気流解析部
４２ 風向補正手段
４３ 気流算出手段
４５ 濃度拡散演算部（拡散指標演算手段）
４６ パラメータ設定手段
４６ａ 大気安定度設定手段
４６ｂ 拡散係数設定手段
４７ 濃度算出手段
４８ 濃度重合手段
２ 装置本体
１０ 記憶部
１１ データベース
１２ 地図データベース
１３ 構造物データベース
１４ 排出源データベース
１５ 気象関連データベース
１５ａ 気象情報データベース
１５ｂ 大気安定度データベース
１５ｃ 拡散係数データベース
１８ａ 気流データ格納手段
２０ 入力要求部
２１ 解析対象地域入力要求手段
２２ 構造物条件入力要求手段
２３ 排出源条件入力要求手段
３０ 解析データ作成部
３１ 対象地域データ作成手段
３２ 解析対象地域抽出手段
３３ 構造物条件設定手段
３４ ３次元データ化手段
３５ 排出源データ作成手段
３６ 気象データ作成手段
３７ 分割領域データ作成手段
４０ 解析演算部
４１ 気流解析部
４２ 風向補正手段
４３ 気流算出手段
４５ 濃度拡散演算部（拡散指標演算手段）
４６ パラメータ設定手段
４６ａ 大気安定度設定手段
４６ｂ 拡散係数設定手段
４７ 濃度算出手段
４８ 濃度重合手段
Claims (4)
- 構造物及び排出源に関する平面形状データを含む２次元地図データが格納されている地図データベースと、
前記構造物及び前記排出源に関する高さデータが、前記２次元地図データと関連づけられて格納されている構造物データベースと、
大気物質を排出する排出源に関する稼動特性データ、煙突高さデータ、排出される大気物質名データ、排出強度データ及び排出物質温度データを含む排出源データが、前記２次元地図データと関連づけられて格納されている排出源データベースと、
前記２次元地図データの所定領域ごとに、気温データ、風向データ、風速データ、日射量データ及び雲量データの各気象データが格納されている気象情報データベースと、
前記地図データベースから解析対象地域を抽出する解析対象地域抽出手段と、
前記解析対象地域の前記２次元地図データにおける前記構造物及び排出源の平面形状データに、前記構造物データベースにおける対応する前記構造物の高さデータを結合することにより、３次元地図データを作成するための３次元データ化手段と、
前記解析対象地域の３次元地図データに、前記各排出源に関する前記各排出源データを結合するための排出源データ作成手段と、
前記気象情報データベースから前記解析対象地域に対応する前記各気象データを抽出するための気象データ作成手段と、
前記解析対象地域を所定寸法である複数の微小分割領域に分割するための分割領域データ作成手段と、
予め定められている複数の風向データに対して、風速データ及び乱れの条件を所与として、３次元の移流拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における気流の流れを求める気流解析手段と、
前記風向データと、前記気流解析手段で求められた前記各微小分割領域における気流の流れデータとを関連づけて格納する気流データ格納手段と、
所定の条件下で、前記各気象データ及び前記各排出源データを所与とした場合において、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を算出するための拡散指標演算手段とを備え、
前記拡散指標演算手段は、
前記所定の風向データに対応している、前記気流データ格納手段から抽出された気流の流れ条件の下で、前記拡散指標の拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を求めること、を特徴とする大気物質指標分布解析装置。 - 構造物及び排出源に関する、平面形状データ及び高さデータを含む３次元地図データが格納されている地図データベースと、
大気物質を排出する排出源に関する稼動特性データ、煙突高さデータ、排出される大気物質名データ、排出強度データ及び排出物質温度データを含む排出源データが、前記２次元地図データと関連づけられて格納されている排出源データベースと、
前記３次元地図データの所定領域ごとに、気温データ、風向データ、風速データ、日射量データ及び雲量データの各気象データが格納されている気象情報データベースと、
前記地図データベースから解析対象地域を抽出する解析対象地域抽出手段と、
前記各排出源データを、前記解析対象地域の３次元地図データに、前記各排出源に関する前記各排出源データを結合するための排出源データ作成手段と、
前記気象情報データベースから前記解析対象地域に対応する前記各気象データを抽出するための気象データ作成手段と、
前記解析対象地域を所定寸法である複数の微小分割領域に分割するための分割領域データ作成手段と、
予め定められている複数の風向データに対して、風速データ及び乱れの条件を所与とした場合において、３次元の移流拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における気流の流れを求める気流解析手段と、
前記風向データと、前記気流解析手段で求められた前記各微小分割領域における気流の流れデータとを関連づけて格納する気流データ格納手段と、
所定の条件下で、前記各気象データ及び前記各排出源データを所与とした場合において、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を算出するための拡散指標演算手段とを備え、
前記拡散指標演算手段は、
前記所定の風向データに対応している、前記気流データ格納手段から抽出された気流の流れ条件の下で、前記拡散指標の拡散支配方程式を数値的に解くことにより、前記各微小分割領域における大気物質の拡散指標を求めること、を特徴とする大気物質指標分布解析装置。 - 前記気流解析手段は、
前記気流の速度及び前記気流の方向の各運動要素を変数とするナビエストークス式及び連続の式から構成される前記移流拡散支配方程式について、 前記微小分割領域ごと、かつ、微小時間ごとに差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、
所定の平衡状態となった場合における、前記各分割領域における気流の速度及び気流の方向の値を決定することができるように構成されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載に大気物質指標分布解析装置。 - 前記拡散指標演算手段は、
前記対象とする大気物質の拡散指標の拡散支配方程式について、 前記微小分割領域ごと、かつ、微小時間ごとに差分法による数値解析を用いて繰り返し計算を行い、
所定の平衡状態となった場合における、前記各分割領域における大気物質の拡散指標の値を決定することができるように構成されていること、を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の大気物質指標分布解析装置。
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-
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- 2003-10-16 JP JP2003356386A patent/JP4206024B2/ja not_active Expired - Fee Related
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