JP2007051876A

JP2007051876A - 拡散物質の拡散状況予測装置及びその方法並びにプログラム

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Publication number: JP2007051876A
Application number: JP2005235263A
Authority: JP
Inventors: Akinori Kawachi; 昭紀河内; Kazuki Okabayashi; 一木岡林; Tomohiro Hara; 智宏原; Ryoji Oba; 良二大場; Takeshi Adachi; 武司足立
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-08-15
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-08-15
Also published as: JP4402628B2

Abstract

【課題】事前に場所の特定ができないような事象に対しても、その事象発生場所周辺を中心とした緻密な気流場を効率よく予測を行うとともに、処理時間の短縮および装置の小型化を図ることのできる拡散物質の拡散状態予測装置及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】イベント発生源の入力を受け付けると、イベント発生源を含む評価領域を設定し、設定した評価領域の地形データを取得するとともに、該評価領域における気象データを取得する。そして、取得した気象データ及び地形データを用いて、評価領域における気流場を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、大気中に拡散する拡散物質の拡散状況を予測する装置及び方法並びにプログラムに関する。

従来、核物質を扱う施設から、事故により放射性物質が外部に放出された場合には、放射性物質の拡散範囲や拡散濃度を予測し、放射性物質による影響を受ける地域を予測する拡散状況予測システムが知られている。
この拡散状況予測システムにおいては、まず、気象ＧＰＶ（Grid Point Value）データやＡＭＥＤＡＳ等の気象観測データに基づいて、大気現象を解析する偏微分方程式を演算することにより、事故発生（例えば、放射性物質の外部放出）時点から所定時間先の時点までの演算期間に渡り、一定時間間隔で多数の評価地点の気流場（風向、風速等）を求め、この気流場に基づいて、事故源から放出された物質の拡散状況を予測している。

例えば、特開２００２−２０２３８３号公報（特許文献１）には、以下のような技術が提案されている。
まず、図７に示すように、原子力発電所などが設置されているなどして、その周辺における気流場を緻密に予測する必要がある場合、原子力発電所が設置されている地点（例えば、Ｘで示した地点）を含む所定の領域を特定領域Ａ３として設定する。そして、この特定領域Ａ３を含むとともに、その面積が段階的に拡大される複数の拡大領域Ａ２（Ａ２＞Ａ３であり、以下「中領域」という。）、Ａ１（Ａ１＞Ａ２であり、以下「大領域」という。）を設定する。例えば、大領域Ａ１は５００ｋｍ四方に、中領域Ａ２は、１００ｋｍ四方に、特定領域Ａ３は５０ｋｍ四方に設定される。

これら特定領域Ａ３、中領域Ａ２、及び大領域Ａ１には、それぞれ気流場を評価するための評価地点が設定されている。例えば、拡大領域Ａ１には、図８に示すように、東西方向及び南北方向に４ｋｍの距離間隔で、格子状に評価地点（図８における丸印及び四角印）が設定されている。同様に、中領域Ａ２には、東西方向及び南北方向に１ｋｍの距離間隔で、格子状に評価地点が設定され、特定領域Ａ３には、東西方向及び南北方向に２５０ｋｍの距離間隔で、格子状に評価地点が設定されている。

そして、上記大領域Ａ１、中領域Ａ２及び特定領域Ａ３において、気流場を予測する場合には、まず、最も広い領域である大領域Ａ１に設定された各評価地点における気流場を気象観測データに基づいて演算する。ここで、例えば、気象観測データとして気象ＧＰＶデータを用いる場合について、具体的に説明する。
まず、初期条件としてＧＰＶデータを空間内挿補間したデータを用い、境界条件としてＧＰＶデータを空間・時間内挿補間したデータを用いる。そして、これらデータを用いて気象に関する偏微分方程式を解くことにより、大領域Ａ１における各評価地点の気流場を演算する。
続いて、中領域Ａ２における評価地点の気象データを以下の処理手順により演算する。まず、初期条件としては、中領域Ａ２における評価地点のうち、大領域Ａ１に設定した評価地点と同じ位置にあるものは、大領域Ａ１の演算において既に求められているので、そのデータをそのまま流用し、その他の評価地点においては、流用したデータを内挿補間したデータを用いる。次に、境界条件としては、中領域Ａ２の境界上の評価地点のうち、大領域Ａ１に設定した評価地点と同じ位置にあるものは、大領域Ａ１のデータを流用し、その他の境界上の評価地点では、流用したデータを内挿補間したデータを用いる。そして、これら初期条件、境界条件を用いて、気象に関する偏微分方程式を解いて各評価地点の気流場を演算する。
同様に、特定領域Ａ３における評価地点における初期条件、境界条件を、上述した中領域Ａ２と同様の手順により求め、求めた初期条件、境界条件を用いて、気象に関する偏微分方程式を解くことにより、各評価地点の気流場を演算する。

このように、最終的に緻密な気象データが必要となる小領域Ａ３にのみ、距離間隔が短い子格子点、つまり、最も細やかな評価地点を設定しているため、大領域Ａ１の全領域に詳細な評価地点を設定して演算する場合に比べて、処理時間を短くすることが可能となる。
更に、上記特許文献１には、演算開始時点から所定時間先までの演算期間に渡って、連続的に上述した大領域Ａ１、中領域Ａ２、及び特定領域Ａ３における気流場を予測する場合、上記演算期間を複数の分割演算期間に分割し、各分割演算期間の演算を複数の演算装置に振り分けて同時並行して進めることにより、演算時間の短縮を図る技術が開示されている。
特開２００２−２０２３８３号公報（第１図、第６図）

しかしながら、上記特許文献１に開示されている手法では、上述した大領域Ａ１、中領域Ａ２、小領域Ａ３は、予め設定されていなければならない。従って、テロや事故、火災などのように、事前に場所の特定ができないようなイベント（事象）が発生した場合には、その場所を上述の特定領域Ａ３として設定することができず、緻密な気流場を演算により求めることができないという問題があった。
更に、上記従来技術では、常に大領域において気象状況を算出している必要があり、処理負担が多く、装置の小型化を図れないという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、事前に場所の特定ができないような事象に対しても、その事象発生場所周辺を中心とした緻密な気流場を効率よく予測を行うとともに、処理時間の短縮および装置の小型化を図ることのできる拡散物質の拡散状態予測装置及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、イベント発生源の入力を受け付ける入力受付手段と、前記イベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定手段と、前記評価領域の地形データを取得する地形データ取得手段と、前記評価領域における気象データを取得する気象データ取得手段と、前記気象データ及び前記地形データを用いて、前記評価領域における気流場を算出する演算手段とを具備する拡散物質の拡散状況予測装置を提供する。

このような構成によれば、イベント発生源が入力された場合に、そのイベント発生源を含む評価領域が設定されるので、事前に場所の特定ができないような事象に対しても、その事象発生場所周辺を中心とした領域について気流場を演算することが可能となる。これにより、この気流場に基づいて、イベント発生源において放出された物質の拡散状況を解析することができる。
また、本発明によれば、入力受付手段により受け付けたイベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定手段を備えるので、評価領域を必要に応じて任意に設定することが可能となる。例えば、上記評価領域を狭い範囲（例えば、５ｋｍ四方乃至１００ｋｍ四方程度）に設定することにより、処理負担を大幅に軽減することが可能となる。このように、評価領域を狭く設定する場合には、ポータブルな装置とすることにより、利便性を高めることができる。
また、評価領域における気流場の算出においては、ポテンシャル流近似を用いることにより、処理負担の軽減を図ることができ、処理時間の短縮並びに装置の小型化を実現させることができる。

上記気象データ取得手段により取得される風向が、前記評価領域において一様であってもよい。
このような場合には、気流場の算出に用いられる風向が評価領域において一様に設定されているので、処理を簡便化することができ、処理負担を更に軽減させることができる。

上記拡散物質の拡散状況予測装置において、前記演算手段は、前記評価領域において、基準となる少なくとも２つの風向に対する基準気流場を算出し、算出された前記基準気流場を用いて、前記気象データ取得手段により取得された風向に対する気流場を算出すると良い。

このように、基準気流場を予め算出しておき、この基準気流場を用いて所望の風向、風速に対する気流場を算出することにより、処理を簡便化させることが可能となるので、処理時間の短縮を図ることが可能となる。

上記拡散物質の拡散状況予測装置において、オペレータが前記気象データを入力するための入力手段を備えることとしても良い。
オペレータが気象データを手入力設定できるので、訓練用などに任意に気象データを入力したい場合や、気象データを取得するのに時間が係るなどの不都合が生じたときにも対応することが可能となる。これにより、当該装置の利便性を更に高めることが可能となる。

上記拡散物質の拡散状況予測装置において、前記前記イベント発生源に取り付けられた発信機からの情報を取得することにより、前記イベント発生源を追跡する追跡手段を備え、前記入力受付手段は、前記追跡手段の追跡結果を前記イベント発生源として受け付けるようにしても良い。

イベント発生源が移動する場合であっても、そのイベント発生源を追跡できるので、移動体から放射される有害物質の拡散状況を予測することが可能となる。

上記拡散物質の拡散状況予測装置は、前記評価領域における前記気流場を対応する地形データ上に表示する表示手段を備えることが好ましい。
これにより、オペレータに対して気流場を把握しやすいように提示することが可能となる。

上記拡散物質の拡散状況予測装置において、前記イベント発生源を含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する拡大領域設定手段を備え、前記演算手段は、複数の前記拡大領域のうち、面積が大きい順に、前記拡大領域における前記基準気流場を算出し、更に、該拡大領域における前記基準気流場を反映させた前記評価領域の基準気流場を算出するようにしても良い。

このような構成によれば、最終的な気流場を算出する評価領域よりも大きい領域についても基準気流場を算出し、この基準気流場を反映させた評価領域の基準気流場を求めることが可能となる。これにより、地形が極端に変化しているような地域においても基準気流場を精度良く求めることが可能となる。

本発明は、イベント発生源の入力を受け付ける入力受付過程と、前記イベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定過程と、前記評価領域の地形データを取得する地形データ取得過程と、前記評価領域における気象データを取得する気象データ取得過程と、前記気象データ及び前記地形データを用いて、前記評価領域における気流場を算出する演算過程とを具備し、コンピュータにより処理を行う拡散物質の拡散状況予測方法を提供する。

この方法によれば、イベント発生源が入力された場合に、そのイベント発生源を含む評価領域が設定されるので、事前に場所の特定ができないような事象に対しても、その事象発生場所周辺を中心とした領域について気流場を演算することが可能となる。これにより、この気流場に基づいて、イベント発生源において放出された物質の拡散状況を解析することができる。
また、本発明によれば、受け付けたイベント発生源を含む評価領域を設定するので、評価領域を必要に応じて任意に設定することが可能となる。更に、評価領域における気流場の算出においては、ポテンシャル流近似を用いるので、処理負担の軽減を図ることができ、処理時間の短縮を実現させることが可能となる。

本発明は、イベント発生源の入力を受け付ける入力受付過程と、前記イベント発生源を含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する拡大領域設定過程と、複数の前記拡大領域のうち、面積が最も大きい最大拡大領域に対応する地形データを取得する地形データ取得過程と、前記最大拡大領域における気象データを取得する気象データ取得過程と、前記地形データ及び前記気象データを用いて、面積が大きい順に、前記拡大領域における気流場を算出する演算過程とを具備し、コンピュータにより処理を行う拡散物質の拡散状況予測方法を提供する。

本発明は、イベント発生源の入力を受け付ける入力受付処理と、前記イベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定処理と、前記評価領域の地形データを取得する地形データ取得処理と、前記評価領域における気象データを取得する気象データ取得処理と、前記気象データ及び前記地形データを用いて、前記評価領域における気流場を算出する演算処理とをコンピュータに実行させるための拡散物質の拡散状況予測プログラムを提供する。

このプログラムを実行することにより、イベント発生源が入力された場合には、そのイベント発生源を含む評価領域が設定されるので、事前に場所の特定ができないような事象に対しても、その事象発生場所周辺を中心とした領域について気流場を演算することが可能となる。これにより、この気流場に基づいて、イベント発生源において放出された物質の拡散状況を解析することができる。また、本発明によれば、受け付けたイベント発生源を含む評価領域を設定するので、評価領域を必要に応じて任意に設定することが可能となる。更に、評価領域における気流場の算出においては、ポテンシャル流近似を用いることにより、処理負担の軽減を図ることができ、処理時間の短縮を実現させることが可能となる。更に、当該プログラムをポータブルＰＣ等に搭載することにより、利便性を高めることができる。

本発明は、イベント発生源の入力を受け付ける入力受付処理と、前記イベント発生源を含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する拡大領域設定処理と、複数の前記拡大領域のうち、面積が最も大きい最大拡大領域に対応する地形データを取得する地形データ取得処理と、前記最大拡大領域における気象データを取得する気象データ取得処理と、前記地形データ及び前記気象データを用いて、面積が大きい順に、前記拡大領域における気流場を算出する演算処理とをコンピュータに実行させるための拡散物質の拡散状況予測プログラムを提供する。

本発明によれば、事前に場所の特定ができないような事象に対しても、その事象発生場所周辺を中心とした緻密な気流場を効率よく予測を行うとともに、処理時間の短縮、及び装置の小型化を図ることができるという効果を奏する。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る拡散物質の拡散状況予測装置（以下、単に「拡散状況予測装置」という。）の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る拡散状況予測装置は、いわゆるコンピュータシステムであり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置２、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの補助記憶装置３、キーボードやマウスなどの入力装置（入力手段）４、及びディスプレイ、プリンタなどの出力装置（表示手段）５、外部の装置と通信を行う通信部６などを備えて構成されている。
上記補助記憶装置３のメモリエリアには、例えば、全国の地形データ（３次元地図データ等）が格納されている（以下、この地形データが格納されているメモリエリアを地域データ格納部３１という。）
上記通信部６は、ネットワーク上に設置されている気象データベース７に接続可能な機能を有している。気象データベース７には、過去の気象データ及び将来の予測気象データが蓄積されている。気象データの一例としては、ＧＰＶ（Grid Point Value）データや、ＡＭＥＤＡＳ等が挙げられる。

次に、上述のような構成を備える拡散状況予測装置により行われる拡散物質の拡散状況予測方法について、図２を参照して説明する。
なお、以下に示す拡散物質の拡散状況予測方法は、拡散状況予測装置が備えるＣＰＵ１が補助記憶装置３に格納されている拡散物質の拡散状況予測プログラムをＲＡＭなどに読み出し、実行することにより、実現されるものである。

まず、ある地点で、イベント（例えば、テロ、火災、事故など）が発生することにより拡散物質が放出された場合、オペレータにより入力装置４が操作されることにより、このイベント発生源Ｙ（例えば、緯度及び経度にて特定される）が入力される。このイベント発生源Ｙの情報は、入力装置４からＣＰＵ１へ転送される。ＣＰＵ１は当該イベント発生源Ｙの情報を受け付けると（図２のステップＳＡ１：入力受付処理）、このイベント発生源Ｙを含む一定領域（例えば、イベント発生源Ｙを含む５ｋｍ四方の領域）を評価領域として設定する（図２のステップＳＡ２：評価領域設定処理）。続いて、評価領域に対応する地形データを地形データ格納部３１から取得する（図２のステップＳＡ３：地形データ取得処理）。
続いて、取得した地形データにおいて、基準風速（例えば、１ｍ／ｓ）の直交する２つの基準風向（例えば、北風と東風）を設定し、この基準風向風速下における基準気流場をそれぞれ算出する（図２のステップＳＡ４：基準気流場算出処理）。なお、この基準気流場の算出手法の詳細については、後述する。算出された基準気流場の情報は、主記憶装置２等に一旦保存される。このとき、ポテンシャル流近似を用いて基準気流場を算出することにより、処理負担を軽減することが可能となる。

一方、上述した基準気流場の算出と並行して、ＣＰＵ１は、測定開始時から測定終了時までの評価期間における気象データを取得する（図２のステップＳＡ５：気象データ取得処理）。これは、通信部６を介して外部に設置されている気象データベース７にアクセスし、この気象データベース７から該当する気象データをダウンロードすることにより実現される。ここで、本実施形態に係る評価領域が５ｋｍ四方に設定されていた場合、ダウンロードされる気象データは、当該評価領域において一様となる。つまり、気象データとしてＧＰＶデータをダウンロードする場合、ＧＰＶデータの予測グリッドは、当該評価領域よりも広く設定されている。従って、評価領域内にＧＰＶデータが存在した場合には、そのＧＰＶデータをダウンロードし、評価領域内にＧＰＶデータが存在しない場合には、評価領域に最も近い地点のＧＰＶデータをダウンロードするものとする。

ダウンロードされた気象データは、ＣＰＵ１へ転送される。ＣＰＵ１は、この気象データを受け付けると、この気象データと先ほど保存した基準気流場とを用いて、上記評価領域において、気象データに基づく気流場を求める（図２のステップＳＡ６：気流場算出処理）。なお、ここでの気流場の算出手法の詳細についても後述する。

これにより、評価期間における評価領域の気流場が求められると、続いて、この気流場を用いた拡散計算を行う（図２のステップＳＡ７）。これにより、イベント発生源Ｙから放射された拡散物質の拡散状態が求められ、この拡散状況の様子が出力装置５に表示される（図２のステップＳＡ８）。このとき、表示画面に評価領域の地図データを表示し、その地図データ上に算出した拡散結果を表示すると良い。これにより、オペレータに対して拡散結果を把握しやすいように提示することが可能となる。なお、拡散結果に代わって、気流場の様子を表示するようにしても良い。

以上、説明してきたように、本発明の第１の実施形態に係る拡散状況予測装置によれば、イベントが発生した場合には、そのイベント発生源Ｙを含む評価領域を設定するので、この評価領域を必要最低限の範囲に設定することにより、処理負担の軽減を図ることが可能となる。この結果、処理時間を大幅に短縮することができる。更に、演算処理が簡便であるポテンシャル近似を用いて気流場の演算を行うことにより、処理時間を更に短縮させることが可能となる。このように、処理負担が大幅に軽減されることにより、装置を小型化することができる。例えば、上記拡散状況予測プログラムをポータブルＰＣ等にインストールすることにより、利便性を高めることができる。これにより、警察や関係機関担当者が現場（イベント発生源）に向かう車両の中でも予測を行うことが可能となるので、発災対応への機動力を向上させることが可能となる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述の第１の実施形態では、イベント発生源Ｙとして、テロや事件、火災が発生した地点、つまり固定の一地点を想定していた。これに対し、本実施形態では、有害物質を運ぶ大型トレーラなどをイベント発生源として想定し、これら移動物体から有害物質が放射された場合の拡散物質の拡散状況を予測する。このため、本実施形態に係る拡散状況予測装置は、上述した第１の実施形態に係る拡散状況予測装置が備える構成に加えて、時々刻々と位置が変化するイベント発生源を追跡するための追跡部を備えている。
この追跡部は、例えば、各大型トレーラに搭載された発信機からの情報を取得し、この情報と地図情報とを照合することにより、位置を特定する機能を備えている。
このように、本実施形態に係る拡散状況予測装置によれば、イベント発生源が移動する場合であっても、そのイベント発生源を追跡できるので、そこから放射される有害物質の拡散状況を予測することが可能となる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述した第１及び第２の実施形態においては、外部に設置されている気象データベース７から気象データをダウンロードする構成としていたが、本実施形態に係る装置は、第１の実施形態に係る装置構成に加えて、入力装置２より手動で気象データを入力設定できる構成とする。このように、気象データを手動で入力設定できるようにすることで、任意の地点における任意の風向及び風速下における物質の拡散状況等をシミュレーションすることが可能となる。

また、気象データのダウンロードに時間がかかる等の不都合が生じた場合には、大体の風向、風速を手入力にて設定するようにしても良い。この場合には、気象データをダウンロードする処理及びダウンロードした気象データに基づく気流場の算出処理と並行して、手入力された気象データに基づく気流場の算出処理を行い、その算出結果である気流場を用いて拡散計算を行って、その結果を出力装置５に表示するようにしても良い。

これにより、ダウンロードした気象データに基づく気流場の算出、また、その気流場を用いた拡散結果が出るまでの期間において、手入力された大体の風向、風速に基づく気流場及びその気流場を用いた拡散結果が出力装置５に表示されることとなるので、拡散状況の大まかな予測結果を暫定的にオペレータに提示することが可能となる。これにより、オペレータは、速やかに対応することが可能となる。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る拡散状況予測装置によれば、入力装置４から気象データを手入力設定できる構成を有するので、訓練用などに任意に気象データを入力したい場合や、気象データを取得するのに時間がかかるなどの不都合が生じたときにも対応することが可能となる。これにより、当該装置の利便性を更に高めることが可能となる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
本実施形態に係る拡散状況予測装置は、イベント発生源が入力された場合の評価領域の設定手法が上述の第１の実施形態に係る拡散状況予測装置とは異なる。
以下、本実施形態に係る拡散状況予測装置について具体的に説明する。
まず、イベント発生源Ｙを受け付けると（図３のステップＳＢ１）、この地点Ｙを含む評価領域を設定し（図３のステップＳＢ２）、更に、地域Ｙを含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する（図３のステップＳＢ３）。例えば、図４に示すように、イベント発生源Ｙを含む評価領域Ｒ３を設定し、さらに、この評価領域Ｒ３を含み、評価領域Ｒ３よりも面積の大きい拡大領域（以下、「中領域Ｒ２」という。）、中領域Ｒ２を含み、中領域Ｒ２よりも面積の大きい拡大領域（以下、「大領域Ｒ１」という。）を設定する。例えば、評価領域Ｒ３は５乃至１０ｋｍ四方程度、中領域Ｒ２は２０乃至４０ｋｍ四方程度、大領域Ｒ１は１００乃至１５０ｋｍ四方程度の大きさで設定される。

このようにして大領域Ｒ１、中領域Ｒ２、評価領域Ｒ３が設定されると、各領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３における地形データ（例えば、標高データ）を取得し（図４のステップＳＢ４）、この地形データを用いた基準気流場の算出を、面積の大きい領域から順番に行う（図４のステップＳＢ５）。このとき、大領域Ｒ１において求められた基準気流場の結果は、中領域Ｒ２の算出に反映され、同様に、中領域Ｒ２において求められた基準気流場の結果は、評価領域Ｒ３の基準気流場の算出に反映される。

このように、大きい面積における基準気流場の情報が小さい面積の基準気流場に反映されることにより、基準気流場の算出精度を向上させることが可能となる。例えば、評価領域Ｒ３の外側であって、中領域Ｒ２との境界付近に地形が極端に変化している箇所がある場合、この地形の変化が評価領域Ｒ３の気流場に大きく影響を与えることとなる。しかしながら、評価領域Ｒ３の地形データのみを用いて気流場を算出してしまうと、この極端に変化している地形が考慮されないため、算出結果に大きな誤差が含まれてしまうこととなる。よって、上述のように、拡大領域に係る基準気流場を考慮することにより、誤差の少ない基準気流場を得ることができる。

なお、上記基準気流場の算出手法については、上述の第１の実施形態に係る手順と同様である。なお、本実施形態では、後段で行われる気象データに基づく気流場の算出処理（図４のステップＳＢ６）、並びにその気流場を用いた拡散計算（図３のステップＳＢ７に相当）は、評価領域Ｒ３についてのみ行うため、評価領域Ｒ３についての基準気流場のみ主記憶装置２等に保存されることとなる。
一方、上述の基準気流場が演算されるのと並行して、気象データのダウンロードが行われ（図３のステップＳＢ６）、この気象データがＣＰＵ１へ転送されると、この気象データに基づく気流場の算出が行われる（図３のステップＳＢ７）。そして、この気流場を用いた拡散計算が行われることにより、イベント発生源Ｙにて放射された拡散物質の拡散状況が算出され（図３のステップＳＢ８）、その結果が出力装置５に表示される（図３のステップＳＢ９）。

以上、説明したように本実施形態に係る拡散状態予測装置によれば、周辺領域における基準気流場を反映させて、評価領域Ｒ３の基準気流場を求めるので、基準気流場の算出精度を向上させることが可能となる。これにより、拡散物質の拡散予測の信頼性を向上させることができる。

〔ポテンシャル流近似の手法について〕
次に、上述した基準気流場がどのように算出されるのかを具体的に説明する。
まず、基準気流場を求める領域に係る地形データをメッシュ状に分割することにより、地表面を表す四角形の複数のパネルＰを設定する（図５（ａ）、（ｂ）参照）。ここで、例えば、上述した第４の実施形態のように、拡大領域を設定した場合には、拡大領域の面積が小さいほど、細かいメッシュにより領域を分割する。換言すると、領域が小さい程、パネル面積が小さく設定され、地形がより詳細に表現される。例えば、上記第４の実施形態に係る大領域Ｒ１が１００ｋｍ四方に設定された場合には、１辺が１ｋｍとなるようにパネルＰが設定される。また、中領域Ｒ２が２０ｋｍ四方に設定された場合には、１辺が２５０ｍとなるようにパネルＰが設定される。更に、評価領域Ｒ３が５ｋｍ四方に設定された場合には、１辺が５０ｍになるようにパネルＰが設定される。なお、上述の第１乃至第３の実施形態においては、拡大領域Ｒ１、Ｒ２が設定されないため、評価領域Ｒ３のみにパネルＰが設定されることとなる。

続いて、各パネルＰにおいて以下の手順により、基準気流場が求められる。なお、上述の第４の実施形態においては、大領域Ｒ１において後述する基準気流場を求め、その後、中領域Ｒ２の基準気流場を大領域Ｒ１の基準気流場を反映することにより求め、最後に、評価領域Ｒ３の基準気流場を中領域Ｒ２の基準気流場を反映することにより求める。

まず、各パネルＰの法線ｎを設定し、その法線ｎのｘ方向における余弦ｌ_ｉ、ｙ方向における余弦ｍ_ｉを算出する。更に、各パネルＰに一定の強さの単位噴出し（流体用語では湧き出し）を設定し、一のパネル（例えば、パネルＰｉ）のある地点（ｘ，ｙ，ｚ）に対して、他のパネル（例えば、パネルＰｊ）の単位噴出しが誘起させる気流の法線速度Ａ_ｉｊをそれぞれのパネルにおいて算出する。

次に、上記パラメータｌ_ｉ、ｍ_ｉ、Ａ_ｉｊを用いて、以下の（１）式を解くことにより、各パネルＰにおいて、２つの基準風向風速下（ここでは、東風１ｍ／ｓと北風１ｍ／ｓに設定している）における噴出し強さ成分σ^ｕ、σ^ｖを求める。

これにより、各パネルＰｉにおいて、基準風向風速下における噴出し強さ成分σ^ｕ、σ^ｖを得ると、この集合体を基準気流場として保存する。

次に、図２のステップＳＡ６、又は、図２のステップＳＢ７において行われる、気象データに基づく気流場の算出手法について説明する。
まず、取得した気象データに基づいて、無限遠方の一様流速（Ｕ_∞，Ｖ_∞）を設定する。なお、この一様流速（Ｕ_∞，Ｖ_∞）の算出手法の一例について後述する。続いて、この一様流速（Ｕ_∞，Ｖ_∞）に応じて、先ほど保存した各パネルの基準風向風速下における各噴出し強さ成分σ^ｕ、σ^ｖを線形結合することにより、気象データに対応する噴出し強さσ_ｊを算出する。この噴出し強さσ_ｊは、以下の（２）式にて与えられる。

更に、上記（２）式にて得た各パネルにおける噴出し強さσ_ｊを以下の（３）式に与えることにより、気象データに基づく気流場が算出される。

そして、この気流場を用いて拡散計算が行われることにより、イベント発生源Ｙにて放射された拡散物質の拡散状態を時間経過とともに予測することが可能となる。

なお、上述した各パネルにおける噴出し強さσ_ｊは、以下の（４）式によって、直接的に求めることも可能である。

しかしながら、上記（４）式においては、右辺の要素として、一様風速（Ｕ_∞，Ｖ_∞）が含まれているため、時々刻々と変化する風向、風速を考慮して噴出し強さσ_ｊを算出しなければならず、処理負担が増大し、演算期間も長くなるという欠点がある。これに対し、本発明のように、まずは、基本気流場を求め、この基本気流場を気象データに応じて線形結合することにより、噴出し強さσ_ｊを算出することにより、処理負担の大幅な軽減を図ることが可能となる。

次に、上述の一様流速（Ｕ_∞，Ｖ_∞）の算出手法の一例について説明する。
この一様流速（Ｕ_∞，Ｖ_∞）は、以下の（５）式にて算出される。

ここで、上記（５）の導出過程について説明すると、まず、上記（２）式を（３）式に代入して（Ｕσ^ｕ，Ｕσ^ｖ，Ｖσ^ｕ，Ｖσ^ｖ）を得る。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した第４の実施形態において、拡大領域は、中領域Ｒ２、大領域Ｒ１の２つ設定されたが、この例に限定されることなく、拡大領域の設定数は、適宜変更することが可能であるものとする。また、各拡大領域の範囲及び上記気流場を求めるときのパネルの大きさについても適宜設定、変更が可能なものとする。

本発明の第１の実施形態に係る拡散物質の拡散状況予測装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る拡散物質の拡散状況予測装置により実行される拡散状況予測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係る拡散物質の拡散状況予測装置により実行される拡散状況予測プログラムの処理手順を示すフローチャートである。評価領域及び拡大領域の一例を示した図である。基準気流場等の演算手法を説明するための説明図である。基準気流場の線形結合の一例を示した図である。従来の気流場予測装置についての説明図である。従来の評価地点の配列の一例について示した図である。

符号の説明

１ＣＰＵ
２主記装置
３補助記憶装置
４入力装置
５出力装置
６通信部
７気象データベース

Claims

イベント発生源の入力を受け付ける入力受付手段と、
前記イベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定手段と、
前記評価領域の地形データを取得する地形データ取得手段と、
前記評価領域における気象データを取得する気象データ取得手段と、
前記気象データ及び前記地形データを用いて、前記評価領域における気流場を算出する演算手段と
を具備する拡散物質の拡散状況予測装置。
前記気象データ取得手段により取得される風向は、前記評価領域において一様である請求項１に記載の拡散物質の拡散状況予測装置。
前記演算手段は、前記評価領域において、基準となる少なくとも２つの風向に対する基準気流場を算出し、算出された前記基準気流場を用いて、前記気象データ取得手段により取得された風向に対する気流場を算出する請求項１又は請求項２に記載の拡散物質の拡散状況予測装置。
オペレータが前記気象データを入力するための入力手段を備える請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の拡散物質の拡散状況予測装置。
前記イベント発生源に取り付けられた発信機からの情報を取得することにより、前記イベント発生源を追跡する追跡手段を備え、
前記入力受付手段は、前記追跡手段の追跡結果を前記イベント発生源として受け付ける請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の拡散物質の拡散状況予測装置。
前記評価領域における前記気流場を対応する地形データ上に表示する表示手段を備える請求項１から請求項５のいずれかの項に記載の拡散物質の拡散状況予測装置。
前記イベント発生源を含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する拡大領域設定手段を備え、
前記演算手段は、複数の前記拡大領域のうち、面積が大きい順に、前記拡大領域における前記基準気流場を算出し、更に、該拡大領域における前記基準気流場を反映させた前記評価領域の基準気流場を算出する請求項１から請求項６のいずれかの項に記載の拡散物質の拡散状況予測装置。
イベント発生源の入力を受け付ける入力受付過程と、
前記イベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定過程と、
前記評価領域の地形データを取得する地形データ取得過程と、
前記評価領域における気象データを取得する気象データ取得過程と、
前記気象データ及び前記地形データを用いて、前記評価領域における気流場を算出する演算過程と
を具備し、コンピュータにより処理を行う拡散物質の拡散状況予測方法。
イベント発生源の入力を受け付ける入力受付過程と、
前記イベント発生源を含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する拡大領域設定過程と、
複数の前記拡大領域のうち、面積が最も大きい最大拡大領域に対応する地形データを取得する地形データ取得過程と、
前記最大拡大領域における気象データを取得する気象データ取得過程と、
前記地形データ及び前記気象データを用いて、面積が大きい順に、前記拡大領域における気流場を算出する演算過程と
を具備し、コンピュータにより処理を行う拡散物質の拡散状況予測方法。
イベント発生源の入力を受け付ける入力受付処理と、
前記イベント発生源を含む評価領域を設定する評価領域設定処理と、
前記評価領域の地形データを取得する地形データ取得処理と、
前記評価領域における気象データを取得する気象データ取得処理と、
前記気象データ及び前記地形データを用いて、前記評価領域における気流場を算出する演算処理と
をコンピュータに実行させるための拡散物質の拡散状況予測プログラム。
イベント発生源の入力を受け付ける入力受付処理と、
前記イベント発生源を含むとともに、その面積を段階的に拡大させた複数の拡大領域を設定する拡大領域設定処理と、
複数の前記拡大領域のうち、面積が最も大きい最大拡大領域に対応する地形データを取得する地形データ取得処理と、
前記最大拡大領域における気象データを取得する気象データ取得処理と、
前記地形データ及び前記気象データを用いて、面積が大きい順に、前記拡大領域における気流場を算出する演算処理と
をコンピュータに実行させるための拡散物質の拡散状況予測プログラム。