JP2008191763A

JP2008191763A - データ処理方法

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Publication number: JP2008191763A
Application number: JP2007023038A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Hatanaka; 哲夫畑中; Shin Sato; 伸佐藤; Hirotoshi Mizumori; 寛敏水守; Makoto Izumikura; 誠泉倉
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】有限要素法解析ソフトに使用するデータの作成作業、入力作業を容易化する。
【解決手段】地図データ上における地下埋設管路を構成する複数の管体の位置を示すデータと前記各管体の種別を示すデータを含む管路データと、前記地図データ上における各位置の地盤特性を表す地層データと地震動の特性を表す地震動データを含む地盤データとを格納したマッピングシステムを用い、前記マッピングシステムの管路データ及び地盤データを、有限要素法解析ソフトにおいて利用できる状態に自動的にデータ変換し、その変換したデータを出力して、前記有限要素法解析ソフトを備えた解析システムに入力するデータ処理方法の構成を採用した。このようにすれば、有限要素法解析ソフトで使用するデータを作成、入力する作業が容易になるとともに、マッピングシステムにおける施設の管理データと、有限要素法解析ソフトにおけるデータの二重管理を防ぐことができる。
【選択図】図１１

Description

この発明は、マッピングシステムに入力された地下埋設管の管路データ及び地盤データを、有限要素法解析ソフトに用いるためのデータ処理方法に関するものである。

上下水道等の地下埋設管路を有するライフライン関連事業において、その施設の管理、運営上、マッピングシステムが利用される機会が増えている。

この種のマッピングシステムでは、例えば、本発明の実施形態の説明図である図１乃至図５等に基づいて説明すると、システムに入力された地図データ３０上に、施設の位置、内容を特定する「管路データ４０」と、その地図データ３０上の各位置における「地盤データ５０」とが格納されている。

前記「管路データ４０」は、地下埋設管路を構成するために連結された個々の管体ｐ、及びその管路ｐの途中に介在する弁装置ｐ’等の各種施設の位置を示す埋設位置情報が、３次元の座標データとして管体ｐ毎に入力されている。その各データには、管路の用途、あるいは管体の径や厚さ、長さ、材質等の管種別情報が、付加情報として識別可能な状態で入力されている。
また、前記「地盤データ５０」としては、地図データ３０上の各位置における地盤特性を表す地層データ等が入力されている。

例えば、図１は管路の敷設状態を示すために、道路境界線が記された地図データ３０上に、前記「管路データ４０」として格納された埋設位置情報（管、弁・栓装置毎の始終点を示す３次元座標データ）、管種別情報（用途、管種（材料種別）、口径、管厚、管の長さ、継手形式、敷設年度等）、弁・栓装置種別情報（種別、形式、口径、敷設年度等）から選択される必要な情報を選択的に表示したものである。例えば、ある３次元座標を有する地点を始点とする管体ｐの上記各「管路データ４０」が、地図データ３０上においてその始点を有する管体ｐの属性として管理される。

また、例えば、図２は地形分類を示すために、地図データ３０上に、「地盤データ５０」として格納された地形分類情報（三角州・旧河道、自然堤防、扇状地、台地、山地、その他情報）を表示した場合の画面を示す模式図である。なお、各地形分類毎に色を違えて表示することもできる。図中に示す格子状のライン（区画線）１５は、南北方向、東西方向にそれぞれ所定のピッチで設けたメッシュであり、その区画線により格納された前記各データが、矩形のメッシュ領域Ｍ毎に仕切られている。

図３は、各地の標高を示すために、地図データ３０上に、「地盤データ５０」として格納された標高情報を等高線５３として表示した場合の画面を示す模式図である。なお、一定の標高の範囲毎に色を違えて表示することもできる。
図４は、各地で既に取得されている地盤のボーリングデータ５１の位置を表示するために、地図データ３０上にその取得位置をドットで表示したものである。ボーリングデータ５１としては、地表からの各深さにおける地層区分を示す柱状図のデータ（地層情報）が格納される。
図５は、想定活断層の位置を表示するために、「地盤データ５０」として格納された想定活断層情報を、断層５４毎に表示した場合の画面を示す模式図である。なお、断層５４毎に色を違えて表示することもできる。

この種のマッピングシステムは、通常の施設の維持管理業務に対応したデータ管理を行う機能を備えるほか、前記「管路データ」及び「地盤データ」を用いて、地震時に予測される施設の損傷等の被害予測、及びその復旧計画等を算出する機能を備えたものもある。

そのマッピングシステムが有している機能に基づく被害予測、復旧計画算出の際、各位置において予測される地震動の特性を表す地震動データが必要となる。
この地震動データは、マッピングシステム内で想定地震動を設定（例えば、活断層を指定する等）し、対象地域となる特定のメッシュ領域（メッシュで仕切られた区画）までの距離、地形分類等から地盤加速度等を算出する。その算出した値をメッシュデータ（メッシュ領域の代表値）として、そのメッシュ領域内における施設の前記被害予測、復旧計画算出に用いている。
なお、そのメッシュデータとしての地震動データは、マッピングシステムのデータベースに格納することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３３１５５９号公報

ところで、地下埋設管路の施設の被害状況を、より局所的に且つ詳細に予測する手法として、有限要素法による数値解析が一般的である。
この有限要素法解析は、工学的に充分な実用レベルの解析手法として確立されており、例えば、構造解析、流体解析、熱伝導解析、及び電磁場解析等の様々な分野での研究、開発に利用されている。

地下埋設管路の被害状況に係わる解析手法としては、例えば、地中の管路を梁やパイプ要素でモデル化し、また、管路と管路のつなぎ目にある継手を非線形バネ要素で、地盤を継手の場合と同様に非線形バネ要素を用いてモデル化する手法が挙げられる。
このモデル化された管網と地盤の有限要素解析モデルに対して想定される地震動による地盤の歪みを強制変位とし、そのデータを地盤の前記非線形バネ要素に入力することにより、地震時における地中の管体の挙動を再現し、その影響を検討するものである。

前記マッピングシステムが備える被害予測、復旧計画算出等の機能は、任意の平面領域（例えば、一辺が２５０ｍの四角形のエリア）内での全般的な被害予測の評価を行うものであり、比較的広範な地域の被害状況を定性的に捉えようとするものであるといえる。
また、前記有限要素法解析による被害予測等の機能は、その評価対象となる管体（管網）そのものをモデル化して前記評価を行うものであり、比較的局所的な地域の被害状況を個々に定量的に捉えようとするものであるといえる。

したがって、より効率的に施設の被害予測を行うためには、前記マッピングシステムが備える被害予測等の機能により、比較的広範な地域の被害状況を予測し、仮に、その予測データ内に問題となる箇所があった場合には、その箇所について、前記有限要素法解析により、詳細な被害状況の予測を行うことが有効である。

しかし、特に大都市では施設の規模が大きいため、詳細な解析を必要とする箇所数も多くなる。このため、前記有限要素法解析に使用するデータの作成、及び入力には、多大な労力を必要とする場合が多い。
また、管網と地盤との有限要素解析モデルを作成するに際し必要なデータ、及び地盤の前記非線形バネ要素に入力すべき地震動による地盤の歪みは、該当するメッシュ内の各位置における前記「管路データ」及び「地盤データ」に基づいて、個々のモデル毎にきめ細かく算出しなければならない。このため、前記メッシュデータ（前記メッシュ領域の代表値）をそのまま用いることはできない。これらの点からも、有限要素法解析に使用するデータの作成、及び入力には、多大な労力を必要とする。

そこで、この発明は、有限要素法解析ソフトに使用するデータの作成作業、及びその入力作業を容易化することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、地図データ上における地下埋設管路を構成する複数の管体の位置を示す情報と前記各管体の種別を示す情報を含む管路データと、前記地図データ上における各位置の地層情報、標高情報及び活断層情報を含む地盤データとを格納し、前記地盤データに基づいて前記各位置における地震動データを形成可能な機能を備えたマッピングシステムを用い、前記管路データ、地盤データは、前記地図データ上における格子状の区間線で仕切られたメッシュ領域毎に区分され、そのメッシュ領域毎に前記地震動データを形成するとともに、前記管路データ、地盤データ及び地震動データを有限要素法解析ソフトにおいて利用できる状態に自動的にデータ変換し、その変換したデータを前記マッピングシステムから出力して、前記有限要素法解析ソフトを備えた有限要素法解析システムに入力することを特徴とするデータ処理方法の構成を採用した。

このようにすれば、マッピングシステムに格納されたデータが、有限要素法解析ソフトで利用できる状態に自動的に変換、出力されるので、有限要素法解析ソフトで使用する解析モデル用データを新たに作成、入力する作業が容易になる。
また、マッピングシステムにおける施設の管理データと、有限要素法解析ソフトにおける解析用データとによるデータの二重管理を防ぐことができるという効果も期待できる。

なお、前記マッピングシステムに入力されている元データを、前記解析モデル用データに自動的に変換、及び出力する手段としては、前記マッピングシステム内にその機能を備えさせても良いし、あるいは、そのマッピングシステムと有限要素法解析ソフトを備えたシステムとの間に、別途のデータコンバート用ソフトを備えたシステムを介在させてもよい。

また、前記地盤データは、特定の地点における表層及び地中の前記地層情報を有するボーリングデータと、前記地図データ上のエリア全体における表層の前記地層情報、前記標高情報及び活断層情報を有する地形分類データとからなり、一のメッシュ領域に対応する地震動データは、前記一のメッシュ領域内の前記地盤データに加えて又は代えて、前記一のメッシュ領域に近接する他のメッシュ領域内の前記地盤データに基づいて形成される構成を採用し得る。

地震動データを形成するに際し、その対象となるメッシュ領域の地盤データに加えて又は代えて、周囲のメッシュ領域の情報を用いることができれば、地震動データの形成がより正確なものとなるとともに、該当するメッシュ領域に利用できる情報が無い場合、あるいは情報があっても利用できない場合にも、周囲のメッシュ領域の地盤データに基づいて地震動データを形成することができる。

さらに、前記一のメッシュ領域に対応する地震動データは、前記一のメッシュ領域内に利用できる前記地盤データが無い場合に、利用できる前記地盤データを有する前記他のメッシュ領域を自動的に複数選択し、その選択された複数の前記他のメッシュ領域内の各地盤データを、前記一のメッシュ領域内の前記各管体の位置と、前記他のメッシュ領域の中心位置との距離に基づいて算術平均又は加重平均することにより形成される構成を採用し得る。
このようにすれば、周囲から選択された複数の他のメッシュ領域内の各地盤データを基に、より正確に地震動データを形成することができる。

この発明は、マッピングシステムに格納されたデータを、有限要素法解析ソフトで利用できる状態に変換し、出力できる構成を採用したので、有限要素法解析ソフトで使用する解析モデルデータの作成作業、及びその入力作業を容易化することができる。

一実施形態について、図面に基づいて説明する。この実施例のデータ処理方法は、地中に埋設された上水道管路に関する情報を格納した上水道管路マッピングシステムにおいて、そのマッピングシステムに入力されたデータを、有限要素法解析ソフトに使用できるように自動的に変換、出力し、そのデータを有限要素法解析ソフトを備えた解析システムに入力し、所定の解析処理を行うものである。

（ソフトウェアの構成）
上水道管路マッピングシステムは、地理情報システム「ＧＩＳ（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）」として「ＧｅｏＢａｓｅ（商品名）」を、データベースを構成するリレーショナルデータベースシステム「ＲＤＢＭＳ（ＲｅｌａｔｉｏｎａｌＤａｔａＢａｓｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）」として「Ｏｒａｃｌｅ（商品名）」を用いている。また、有限要素法解析ソフトは、「ＡＮＳＹＳ（商品名）」を用いている。また、上水道管路マッピングシステムに格納された「管路データ」「地盤データ」から、前記有限要素法解析ソフトにおける有限要素法解析に使用できるデータへの変換は、その上水道管路マッピングシステム自身がアプリケーションとして備えている機能（ビジュアルベーシック等による）を用いる。

（ハードウェアの構成）
前記上水道管路マッピングシステム１０、及び有限要素法解析ソフトを備えた解析システム２０の構成は、それぞれ、記憶手段１，２であるハードディスクを内蔵した処理装置１１，２１として汎用コンピュータ（ＰＣ）又はワークステーション（ＥＷＳ）を有している。
また、各汎用コンピュータ又はワークステーションは、表示装置としてＣＲＴ１２，２２を備え、データ入力用のキーボード１３，２３と、出力装置としてのプリンター１４，２４とが接続されている。そのシステム構成図を図１３に示す。

（マッピングシステムの機能）
前記上水道管路マッピングシステム１０を構成する処理装置１１内の記憶手段１には、スキャナ等により入力された上水道管路敷設地域の「地図データ３０」、及びその「地図データ３０」をベースとして作成された「管路データ４０」が格納されている。また、その上水道管路敷設地域の各位置における「地盤データ５０」も格納されている。

前記「管路データ４０」の具体的内容は、従来のマッピングシステムと同様、上水道管路Ｐを構成するために連結された個々の管体ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３・・・の始終点位置、及びその管路Ｐの途中に介在する弁装置等の各種施設の位置を示す３次元の座標データで管理される。
その埋設位置情報（管、弁・栓装置毎の始終点を示す３次元座標データ）に基づいて、各管体の管種別情報（用途、管種（材料種別）、口径、管厚、管の長さ、材質、継手形式、敷設年度、配水系統区分、管理者、管路付番等）、各弁・栓装置等の弁・栓装置種別情報（種別、形式、口径、敷設年度等）が管理される（図１参照）。

この「管路データ４０」のうち、座標データを有する前記埋設位置情報は図形データ４１として管理され、属性データ４２のように位置で管理できない情報は、埋設位置情報の各データに関連付けされた状態で、それぞれ記憶手段１内のリレーショナルデータベースシステムに格納される。
例えば、図６に示すように、各管体ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３・・・毎に、管種（材料種別含む）、径（口径）、厚さ（管厚）、長さ（管長）、継手形式、敷設年度、配水系統区分、管理者、管路付番等の種別が、その各管体ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３・・・の属性データ４２として入力されている。

これらの属性データ４２が、前記３次元の座標データ及び「地図データ３０」とともに視覚的に識別できるよう、その属性データ４２の分類毎に前記図形データ４１を各管路情報レイヤａ，ｂ，ｃ・・・に表示できるようになっている。また、各レイヤａ，ｂ，ｃ・・・の情報を重ねて表示することも可能である。

「地盤データ５０」の具体的内容は、従来のマッピングシステムと同様、表層の地層情報（三角州・旧河道、自然堤防、扇状地、台地、山地、その他情報）、標高情報及び活断層情報を含む地形分類データ５２、地中の地層情報を有するボーリングデータ５１である（例えば、図２乃至図５参照）。

地形分類データ５２の表層の地層情報、標高情報、活断層情報（この実施形態では、想定活断層情報）は、東西方向、南北方向にそれぞれ任意の間隔で設定可能な格子状の区画線１５により、矩形のメッシュ領域Ｍで仕切ることができるように作成されており、また、ボーリングデータ５１は、柱状図に基づく表層地盤、各地層の厚さ及び深さを示す柱状図データと、その柱状図データを取得した地点情報（位置を示す座標）とからなる。
想定活断層情報は、位置、長さ、幅、傾きで決定される。周知の活断層は、既存情報として入力されており、新しく発見された活断層は、対象位置に長さ、幅、傾き等を新たに入力することで設定可能である。
なお、「地盤データ５０」を構成する前記各情報は、「地図データ３０」をベースに地盤情報レイヤＡ，Ｂ，Ｃ・・・毎に格納される。

また、前記管路情報レイヤａ，ｂ，ｃ・・・、及び前記地盤情報レイヤＡ，Ｂ，Ｃ・・・は、それぞれ前記区画線１５によりメッシュ領域Ｍが設定可能である。

上記「地盤データ５０」に基づいて、マッピングシステム１０が備える地震動データ作成手段３により、「地震動データ６０」が算出される。「地震動データ６０」は、震源メッシュ領域内の主たる地形分類等から算出される地盤加速度、地震動増幅係数等で構成される。

「地震動データ６０」算出の過程は、前記地震動データ作成手段３により、前記想定活断層情報に基づいて震源となる活断層を指定し、その活断層に基づいて想定地震動を設定する。
また、その震源である活断層から対象地域となる特定のメッシュ領域中心までの距離、その想定地震動の地震動エネルギーとで基盤加速度を算出する。ここで、基盤加速度とは、その地点直下における耐震設計上の基盤面（工学的基盤面）の加速度である。
さらに、管路が埋設されている地表面の揺れ（地表面加速度）は、その地表面と基盤との間の表層地質の影響係数（前記地震動増幅係数）と前記基盤加速度から算出される。
なお、地震動エネルギーは活断層のずれが原因の場合、活断層の長さ、幅より算出され、海洋で起こる地震については震源地を点源として計算する。

（メッシュ領域Ｍ内の被害予測）
その地震動データ作成手段３が算出した「地震動データ６０」の各値をメッシュデータ（メッシュ領域Ｍの代表値）として、そのマッピングシステム１０が備える被害予測手段４、復旧計画算出手段５により、メッシュ領域Ｍ内における施設の前記被害予測、復旧計画算出を行う。
図７は、その「地震動データ６０」に基づいて、マッピングシステム１０の有する被害予測手段を用いて、あるメッシュ領域Ｍ内の施設の損傷等の被害予測を行ったものである。図７中の左上に示すように、メッシュ領域Ｍ内の施設の被害件数、被害率等が、それぞれ数値で算出される。
これらの算出された予測値に基づいて、マッピングシステム１０が備えるメッシュ選択手段６により、有限要素法解析による詳細な検討が必要なメッシュ領域を自動的に選択する。この選択は、被害件数、被害率等が予め決められた所定の数値を上回ったメッシュが対象となるように設定されている（図８参照）。

（有限要素法解析システムへのデータコンバート）
マッピングシステム１０に格納された前記「管路データ４０」「地盤データ５０」「地震動データ６０」を基に、そのマッピングシステム１０にアプリケーションとして搭載されたデータ変換手段７によってデータ変換が行われる。データ変換手段７は、ビジュアルベーシック等により構成されている。
そのデータ変換手段７によって作成されたデータは、出力手段９によりマッピングシステム１０から出力することができ、適宜、記憶手段１に保存される。出力されたデータは、データ転送手段８によりマッピングシステム１０から有限要素法解析システム２０に転送され、自動的にその有限要素法解析システム２０に入力されて、図９に示す有限要素法解析モデルが作成可能となる。

具体的には、「管路データ４０」から有限要素法解析のモデル化に必要な「管路要素７１」「継手ばね要素７２」「地盤ばね要素７３」が作成される。これらは、ポイント（管路要素７１を構成する各節点）の座標値及びラインの構成情報（管路要素７１の始終点位置にある節点情報）並びに継手位置座標データに基づいて決定される。

また、選択された管体ｐnの管種から管物性値が一義的に決定されるので、「管種−管物性値テーブル」によって、モデル化に必要な「ヤング率７４」「ポアソン比７５」が決定される。さらに、選択された管体ｐnの口径から、モデル化に必要な「口径７６」の情報がそのまま移行される。

また、継手形式、及びその継手形式から一義的に決定される継手特性値（曲げ抵抗、引き抜き抵抗等）を基に、「継手種−継手特性値変換テーブル」によって、モデル化に必要な「継手ばね定数７７」が決定される。「継手ばね定数７７」は、「伸縮ばね７７ａ」、「せん断ばね７７ｂ」、「回転ばね７７ｃ」とからなり、それぞれ実験値から設定される。すなわち、継手位置には、伸縮特性、せん断特性、及び回転特性を再現した３種類の非線形ばね要素を、それぞれ実験から求めた継手固有の特性値をばね定数として持たせ、モデルが構築される。

また、選択された管体ｐnの管厚から、モデル化に必要な「管厚７８」の情報がそのまま移行される。

また、有限要素法解析に必要なデータとして、「地盤ばね定数」が挙げられる。この地盤ばね定数は、表層地盤を含む各地層の種類及びその分布深さ、厚さ等から算出される。
具体的には、各地盤ばねが受け持つ管路延長Ｌｉを、後述の「地盤剛性係数（管軸方向）Ｋ_Ｇ１」、「地盤剛性係数（管軸直角方向）Ｋ_Ｇ２」に乗じて算出する。基本的に１つの「管路要素７１」は１ｍとし、ただし、分岐部、弁・栓装置の近傍ではその限りではない。また、地盤ばねは、管軸方向、管軸直角水平方向、管軸直角鉛直方向の合計３方向に構築する。

さらに、有限要素法解析に必要なデータとして、外力、すなわち任意地点における地震動による変位として入力される強制変位が挙げられる。この外力は、地表面最大加速度から地盤歪を算出し、その最大変位量をもって決定している。なお、地震動は、正弦波状に変位が変化すると仮定する応答変位法を採用することができる。

以上のデータ変換の要素及びデータ変換（データコンバート）の流れを、以下の表１に示す。

なお、せん断波速度算出式を下記に示す。ただし、「Ｖｓ」はせん断波速度、「Ｎ」は標準貫入試験Ｎ値、「α」「β」は土質に依存する定数を示す。

地盤固有周期算出式を下記に示す。ただし、「Ｔ_Ｇ」は地盤固有周期、「Ｈi」はｉ層の層厚、「Ｖｓｉ」はｉ層のせん断波速度を示す。

地盤波長算出式を下記に示す。ただし、「Ｌ」は地盤波長、「Ｖ_ＤＳ」は表層地盤の平均せん断波速度、「Ｖ_ＢＳ」は基盤せん断波速度を示す。

地盤剛性係数算出式を下記に示す。ただし、「Ｋ_Ｇ１」は地盤剛性係数（管軸方向）、「Ｋ_Ｇ２」は地盤剛性係数（管軸直角方向）、「γ_t」は土の単位体積重量、「g」は重力加速度を示す。

地表面最大振幅を下記に示す。ただし、「Ｕ_ｈ」は地表面最大振幅、「Ａ_ｍａｘ」は地表面最大加速度を示す。

なお、上記データ変換の過程において、ポイントデータとして存在する「ボーリングデータ５１」と、メッシュデータとして存在する「地形分類データ５２」とは、相互補完して用いられる。

すなわち、任意の「管路要素７１」に対して利用できる「ボーリングデータ５１」がその選択された「管路要素７１」の近傍に有るか無いかが、その「管路要素７１」の位置と「ボーリングデータ５１」の取得位置との距離に基づいて、予め定められた一定の距離以下であるか、あるいはそれ以上であるかによって自動的に判断される。

図１０に示す流れ図において、符号８１は、ボーリングデータ５１の集合であり、符号８２の工程において管路要素７１を決めた後、符号８３の工程においてその管路要素７１が位置するメッシュ領域Ｍ内にボーリングデータ５１が存在するかどうかが判断される。

メッシュ領域Ｍ内にボーリングデータ５１が存在する場合において、そのボーリングデータ５１が利用できる場合は、符号８５の工程において、その「ボーリングデータ５１」が複数箇所あるかどうかが判断される。「ボーリングデータ５１」が１箇所である場合はそのデータから、また、複数箇所ある場合は、符号８９の工程において、その複数箇所のデータから平均値を算出することにより上記「せん断波速度Ｖｓ」が算出される（符号８６の工程）。「せん断波速度Ｖｓ」を基に「地盤固有周期Ｔ_Ｇ」が算出（符号８７の工程）されれば、「地盤波長Ｌ」、「地盤剛性係数Ｋ_Ｇ」、「地表面最大振幅Ｕ_ｈ」も決定（符号８８の工程）される。

また、メッシュ領域Ｍ内に「ボーリングデータ５１」が無い場合、あるいはデータが存在しても利用できる「ボーリングデータ５１」でない場合は、データの取得の対象は、「地形分類データ５２」へ移行する（符号９０の工程）。

「地形分類データ５２」の中から、該当するメッシュ領域の地盤種（地形種）を選択すれば、その地盤種に対応した定数の「地盤固有周期Ｔ_Ｇ」が設定される（符号９１の工程）。このとき、選択した「管路要素７１」が存在するメッシュ領域に利用可能な「地盤データ５０」が無い場合、周囲に位置する他のメッシュ領域の「地盤データ５０」が利用可能であるかどうかが、そのメッシュ領域の中心位置と「管路要素７１」の位置との距離に基づいて自動的に判断される（符号９２の工程）。

周囲に位置する他のメッシュ領域のデータが利用可能である場合には、「基盤せん断波速度Ｖ_ＢＳ」は、Ｎ値＝５０とした工学上の一定値（３００ｍ／ｓ）を用いる。「表層地盤の平均せん断波速度Ｖ_ＤＳ」は、周囲のメッシュ領域のデータから補完される（符号９３の工程）。
これらの数値から、「地盤波長Ｌ」、「地盤剛性係数Ｋ_Ｇ」、「地表面最大振幅Ｕ_ｈ」が決定される。

その「表層地盤の平均せん断波速度Ｖ_ＤＳ」の補完方法は、例えば、図１１（ａ）に示すように、中央に位置する白地のメッシュ領域Ｍｃに、利用可能な「地盤データ５０」が無いものとし、周囲に斜線で示す各メッシュ領域Ｍｄに利用可能な「地盤データ５０」があるものとする。
選択された中央の白地のメッシュ領域Ｍｃでの「管路要素７１」の有限要素法解析に必要な「地盤データ５０（前記表層地盤の平均せん断波速度Ｖ_ＤＳ）」の情報として、隣り合う他のメッシュ領域Ｍｄの「地盤データ５０」の全ての数値を算術平均（相加平均）した数値を採用することができる。また、隣り合う他のメッシュ領域Ｍｄのうち、手動で選択した複数のメッシュ領域Ｍｄの「地盤データ５０」の数値を算術平均してもよい。

また、選択された中央の白地のメッシュ領域Ｍｃに近接する他のメッシュ領域Ｍｄの情報が、図１１（ｂ）に示すように、不規則な状態で分布している場合、そのメッシュ領域Ｍｃ内の「管路要素７１」の位置（平面方向の位置）を示す座標値に基づいて、利用できるデータを有する近接する複数のメッシュ領域Ｍｄの「地盤データ５０」の各数値を、その「管路要素７１」の位置（平面方向の位置）と各メッシュ領域Ｍｄの中心位置との距離に基づいて加重平均する手法も採用し得る。例えば、最小二乗法を採用してもよい。

さらに、周囲に位置する他のメッシュ領域のデータが利用可能でない場合には、「地盤剛性係数（管軸方向）Ｋ_Ｇ１」及び「地盤剛性係数（管軸直角方向）Ｋ_Ｇ２」は、管体ｐｎの埋め戻し施工の際の土壌が有する数値（経験値）を用い、「基盤せん断波速度Ｖ_ＢＳ」は、Ｎ値＝５０とした工学上の一定値（３００ｍ／ｓ）を用い（符号９４参照）、「表層地盤の平均せん断波速度Ｖ_ＤＳ」は、「地盤剛性係数Ｋ_Ｇ」からの逆算により算出して、「地盤波長Ｌ」、「地表面最大振幅Ｕ_ｈ」が決定される（符号９５の工程）。

このようにデータ変換手段７によって作成された変換データは、自動的にＡＰＤＬ（ＡＮＳＹＳＰａｒａｍｅｔｉｃＤｅｓｉｇｎＬａｎｇｕａｇｅ）に基づいて記述されたテキストデータに書き換えられ、そのテキストデータが、データ転送手段８により有限要素法解析システム２０に転送される。その転送されるテキストデータの例を、以下に示す。

図１２に、マッピングシステム１０によるデータ変換、及びその変換データの有限要素法解析システム２０への転送、有限要素法解析の実行に至るフロー図を示す。

（有限要素法解析の実行）
有限要素法解析システム２０では上記テキストデータに基づき、地中の管路を梁やパイプ要素でモデル化し、また、管路と管路のつなぎ目にある継手を非線形バネ要素で、地盤を継手の場合と同様に非線形バネ要素を用いてモデル化する。
そのモデル化された管網と地盤の有限要素解析モデルに対して、想定される地震動による地盤の歪みを強制変位とし、そのデータを地盤の前記非線形バネ要素に入力することにより、地震時における地中の管体の挙動を再現し、その影響を検討することになる。

以下に、マッピングシステム１０から有限要素法解析システム２０への具体的なデータの変換例と、その有限要素法解析システム２０における有限要素法解析例を示す。図１４は、管と地盤のモデル化の概略図を、また、図１５は継手モデルの概略図を示す。図中の符号Ｓ１は管軸方向バネを示し、符号Ｓ２は管軸直交垂直方向バネを、符号Ｓ３は管軸直交水平方向バネを示す。また、符号Ｓ４は管軸方向バネ（引き抜き抵抗）を、符号Ｓ５は管軸直交方向バネ（せん断抵抗）を、符号Ｓ６は回転バネ（曲げ剛性）を示す各モデルである。

図１６に示すメッシュ領域Ｍｃは、マッピングシステム１０が備える前記被害予測手段４により、各メッシュ領域内の施設の損傷等の被害予測を行い、その予測値に基づいて、前記メッシュ選択手段６により選択されたものである。

このメッシュ領域Ｍｃにおいて、全ての「管路要素７１」の中から地震時にある程度の伸縮、屈曲が許容される「耐震管」と、伸縮、屈曲の性能が低い「一般管」であるかを自動判定し、そのうち「一般管」のみを自動的に抽出する。この抽出の際に、画面の表示に基づいて、特定の「管路要素７１」をマウス等の操作によりクリックアンドドラッグする手動判定を行うこともできる。

なお、有限要素法解析をさらに正確に行うため、図１６に示すように、メッシュ領域Ｍｃ内の各管体ｐ（管路要素７１）の中から連続性のない管体ｐｉを自動的に又は手動操作により削除することができる。また、逆に、メッシュ領域Ｍｃ外の必要な管体ｐｏを自動的に又は手動操作により追加することもできる。マッピングシステム１０のデータ変換手段７は、このような入力情報の修正機能を有している。

図１７は、選択されたメッシュ領域Ｍｃ内に含まれる「管路要素７１」の情報を示す。また、図１８は、選択されたメッシュ領域Ｍｃにおいて、データ変換に使用する「管路要素７１」の出力例を示す。図１９は、データ変換手段７を用いる際の設定条件の入力画面を示す。すべての入力を完了し、有限要素法解析システム２０を起動させれば、その有限要素法解析システム２０が備える解析手段２５によって処理が行われ、図２０に示すように、モデル化されたデータが出力される。

有限要素法解析システム２０による処理の内容は、周知のものであるので説明を省略するが、その流れの概略は、図１２に示す通りとなる。
符号１０１の工程で、管路データ４０に基いてＦＥＭモデル「管路ジオメトリー構築」が成され、符号１０２の工程でＦＥＭモデル「管路物性値の設定」が成される。続いて、符号１０３の工程でＦＥＭモデル「地盤バネジオメトリー構築」が成され、地盤データ５０に基づいて符号１０４の工程で「各種地震動特性値の計算」が成される。その計算によって形成された地震動データ６０を導入し、符号１０５の工程でＦＥＭモデル「地盤バネ物性値の設定」が成される。
つぎに、符号１０６の工程において、前記地震動データ６０に基づくＦＥＭモデル「強制変位の設定」が成され、工程１０７でＦＥＭモデル「その他解析条件の設定」の後、工程１０８において「ＦＥＭ解析が実行」される。これらの解析に使用されたデータ及び解析されたデータは、適宜記憶手段２に保存されるとともに、出力手段２６によって適宜の形式で出力可能である。

一実施形態を示し、地図データ上に管路データを表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、地図データ上に地盤データとしての地形分類情報を表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、地図データ上に地盤データとしての標高情報を表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、地図データ上に地盤データとしてのボーリングデータを表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、地図データ上に地盤データとしての想定活断層情報を表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、地図データ上に管路データの属性を表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、メッシュ領域内の被害予測を表示した状態を示す表示画面図同実施形態を示し、特定のメッシュ領域が選択された状態を示す表示画面図同実施形態を示し、有限要素法解析モデルの一例を表示した状態を示す表示画面図有限要素法解析に必要なデータを作成する際の地盤データ取得の流れ図（ａ）（ｂ）は、解析対象となるメッシュ領域の周囲のメッシュ領域からのデータの補完方法を示す説明図有限要素法解析の実行の流れ図システム構成を示す模式図有限要素法解析における管と地盤のモデル化の一例を示す模式図有限要素法解析における継手モデルの一例を示す模式図メッシュ領域内から特定の管体を除外する場合の一例を示す説明図選択されたメッシュ領域内に含まれる管路要素の情報を示す表示画面図選択されたメッシュ領域において、データ変換に使用する管路要素の出力例を示す画面図データ変換手段を用いる際の設定条件の入力画面を示す表示画面図有限要素法解析においてモデル化されたデータを示す表示画面図

符号の説明

１，２記憶手段
３地震動データ作成手段
４被害予測手段
５復旧計画算出手段
６メッシュ選択手段
７データ変換手段
８データ転送手段
１０マッピングシステム
１１，２１処理装置
１２，２２ＣＲＴ
１３，２３キーボード
１４，２４プリンター
２０有限要素法解析システム
３０地図データ
４０管路データ
５０地盤データ
６０地震動データ

Claims

地図データ３０上における地下埋設管路を構成する複数の管体ｐの位置を示す情報と前記各管体ｐの種別を示す情報を含む管路データ４０と、前記地図データ３０上における各位置の地層情報、標高情報及び活断層情報を含む地盤データ５０とを格納し、前記地盤データ５０に基づいて前記各位置における地震動データ６０を形成可能な機能を備えたマッピングシステム１０を用い、前記管路データ４０、地盤データ５０は、前記地図データ３０上における格子状の区間線で仕切られたメッシュ領域毎に区分され、そのメッシュ領域毎に前記地震動データ６０を形成するとともに、前記管路データ４０、地盤データ５０及び地震動データ６０を有限要素法解析ソフトにおいて利用できる状態に自動的にデータ変換し、その変換したデータを前記マッピングシステム１０から出力して、前記有限要素法解析ソフトを備えた有限要素法解析システム２０に入力することを特徴とするデータ処理方法。
前記地盤データ５０は、特定の地点における表層及び地中の前記地層情報を有するボーリングデータ５１と、前記地図データ３０上のエリア全体における表層の前記地層情報、前記標高情報及び活断層情報を有する地形分類データ５２とからなり、一のメッシュ領域Ｍｃに対応する地震動データ６０は、前記一のメッシュ領域Ｍｃ内の前記地盤データ５０に加えて又は代えて、前記一のメッシュ領域Ｍｃに近接する他のメッシュ領域Ｍｄ内の前記地盤データ５０に基づいて形成されることを特徴とする請求項１に記載のデータ処理方法。
前記一のメッシュ領域Ｍｃに対応する地震動データ６０は、前記一のメッシュ領域Ｍｃ内に利用できる前記地盤データ５０が無い場合に、利用できる前記地盤データ５０を有する前記他のメッシュ領域Ｍｄを自動的に複数選択し、その選択された複数の前記他のメッシュ領域Ｍｄ内の各地盤データ５０を、前記一のメッシュ領域Ｍｃ内の前記各管体ｐの位置と、前記他のメッシュ領域Ｍｄの中心位置との距離に基づいて算術平均又は加重平均することにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のデータ処理方法。