JP2010032379A - 基準気流場データ作成装置、方法、プログラム、および物質拡散状況予測システム - Google Patents

Abstract

【課題】気流データベースを作成する時間を短縮することを目的とする。
【解決手段】注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置２０で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成装置１０であって、前記注目領域が入力されると、注目領域における地形データを抽出する地形データ抽出部１１と、注目領域における建造物の情報を抽出し、建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、近似結果を建物データとして出力する建物長方形近似抽出部１２と、地形データ抽出部１１によって抽出された地形データと、建物長方形近似抽出部１２によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する気流計算部１３とを備えることを特徴とする基準気流場データ作成装置１０を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気流データベースを作成する基準気流場データ作成装置、方法、プログラムおよび基準気流場データ作成装置により作成された気流場を用いた物質拡散状況予測システムに関するものである。

従来、原子力事故や化学工場の不慮の事故などにより大気汚染物質の拡散状況を把握する場合には、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要素（風向等）を求め、この気流要素を用いて拡散計算を行うことにより、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２００７−３０４０８０号公報には、この拡散計算を行う場合に用いる気流要素を、予めデータベースに格納しておく技術が開示されている。
特開２００７−３０４０８０号公報

しかしながら、上記特許文献１の発明では、気流要素を人間が計算し、その計算結果を手動で格納しておく必要があることから、気流要素を求める処理が煩雑で、算出された気流要素を格納する気流データベースを作成するのに時間がかかる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、気流要素を求める処理を容易にし、気流データベースを作成する時間を短縮することのできる基準気流場データ作成装置、方法、プログラム、及び基準気流部データ作成装置により作成された気流場を用いて物質拡散状況の予測を行う物質拡散状況予測システムを提供することである。

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、注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成装置であって、前記注目領域が入力されると、該注目領域における地形データを抽出する地形データ抽出手段と、前記注目領域における建造物の情報を抽出し、該建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、該近似結果を建物データとして出力する建物長方形近似抽出手段と、前記地形データ抽出手段によって抽出された地形データと、前記建物長方形近似抽出手段によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する気流計算手段とを備え、前記建物長方形近似抽出手段は、前記注目領域における建造物の情報から建造物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを取得し、該建物輪郭データの１つの輪郭線を基準輪郭線とする輪郭線設定手段と、該建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該基準輪郭線に平行な直線と、該基準輪郭線に直角に交わる直線と平行な直線とで構成される長方形を作成する長方形作成手段とを備えることを特徴とする基準気流場データ作成装置を提供する。

このような構成によれば、注目領域を含む地図から注目領域の地形データを抽出するとともに、注目領域の建物を長方形近似し、これらの情報に基づいて気流の計算を行うので、注目領域における地形及び建造物の形状等を考慮した上で、気流を算出することが可能となる。これにより、物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置によって予測される結果は、建物を考慮せずに気流を算出した場合の物質の拡散状況の予測と比較すると、現実に近い予測が可能となる。
また、本発明の建物長方形近似抽出手段では、建物輪郭データの１つの輪郭線又は輪郭線を延長した直線を長方形の１辺として長方形を作成するため、建物輪郭データを近似する長方形を容易に作成することができる。これにより、建物輪郭データを長方形に近似するための時間を短縮することが可能となり、気流場データ作成に要する時間を短縮することが可能となる。気流計算手段による領域大気モデルは、例えば、ＲＡＭＳ（Regional
Atmospheric Modeling System）である。

上記基準気流場データ作成装置において、前記輪郭線設定手段は、各前記輪郭線の中から、当該輪郭線を挟んで片側のみに他の輪郭線が存在する最も長い輪郭線を前記基準輪郭線として設定することとしてもよい。

このように基準輪郭線を設定することで、当該基準輪郭線またはこの基準輪郭線を延長させた直線を長方形の一辺として用いることが可能となる。これにより、他の頂点を包含する四角形を容易に作成することが可能となる。

上記基準気流場データ作成装置において、前記建物長方形近似抽出手段は、該地図上にＸＹ直交座標系を設定する座標系設定手段を備え、該輪郭線設定手段により設定された１つの輪郭線が、該ＸＹ直交座標系のＸ軸またはＹ軸と平行になるまで、該基準輪郭線の一端を中心として該建物輪郭データを所定角度回転させる建物回転手段と、該長方形作成手段によって作成された該長方形を、該基準輪郭線の一端を中心として前記所定角度だけ逆方向に再回転させることにより、元の位置に戻す建物再回転手段と、前記建物回転手段及び前記建物再回転手段は、回転行列を用いて、前記建物輪郭データを回転させることとしてもよい。

建物輪郭データを構成する複数の輪郭線の一つを基準輪郭線とし、この基準輪郭線の一端を中心として建物輪郭データをＸＹ直交座標系のＸ軸またはＹ軸と平行になる位置まで、回転行列を用いることにより回転させ、この状態で長方形近似を行うので、さまざまな形状の建物輪郭データを容易に回転させ、建物輪郭データの頂点を包含する長方形を容易に作成することが可能となる。

上記基準気流場データ作成装置において、前記長方形作成手段は、前記建物回転手段により回転させられた建物輪郭データの全ての頂点のＸＹ座標を算出し、これらＸＹ座標の中からＸ軸の最大値及び最小値並びにＹ軸の最大値及び最小値を有する４つのＸＹ座標を抽出し、抽出した４つのＸＹ座標をＸ軸に平行な直線及びＹ軸に平行な直線で結ぶことにより長方形を作成することとしてもよい。

このような構成によれば、回転後の建物輪郭データのうち、全ての頂点のＸＹ座標を求め、このＸＹ座標のうち、Ｘ座標の最小値、最大値及びＹ座標の最小値、最大値を含む４つの座標をそれぞれ特定し、この座標を結ぶことにより長方形を作成するので、複雑な輪郭を有する建物であっても、単純なアルゴリズムによって建物を長方形に近似することが可能となる。

上記基準気流場データ作成装置において、前記建物輪郭データが、該建物の高さデータを有することとしてもよい。

建物輪郭データが高さデータを有しているので、長方形作成手段によって作成された長方形を高さ方向にスイープさせることで、容易に３次元形状の単純化形状（直方体）を作成することが可能となる。これにより、建物の状況を更に詳細に再現することができる。

上記基準気流場データ作成装置において、該基準輪郭線とＸ軸またはＹ軸とが平行または重なるようにＸＹ直交座標系を設定する座標系設定手段と該座標系設定手段は、前記ＸＹ直交座標のうち、Ｘ軸を該基準輪郭線に平行にまたは重ねて設定した場合には、該建物輪郭データの全ての頂点の中からＸ座標値が最小または最大の頂点を特定し、該特定した頂点を通るようにＹ軸を設定し、前記ＸＹ直交座標のうち、Ｙ軸を該基準輪郭線に平行にまたは重ねて設定した場合には、該建物輪郭データの全ての頂点の中からＹ座標値が最小または最大の頂点を特定し、該特定した頂点を通るようにＸ軸を設定することとしてもよい。

このようにＸＹ直交座標を設定することで、ＸＹ直交座標系のＸ軸およびＹ軸をそのまま建物輪郭データを近似する長方形の辺として用いることができる。これにより、長方形を更に容易に作成することが可能となる。

上記基準気流場データ作成装置において、前記輪郭線設定手段は、前記建物輪郭データの頂点間の距離が最も長い輪郭線を前記基準輪郭線として設定することとしてもよい。

このような構成によれば、前記建物輪郭データの他の頂点を包含する四角形を容易に作成することが可能となる。

上記基準気流場データ作成装置において、前記建物長方形近似抽出手段によって作成された建物データは、前記気流計算手段においてそのまま処理できるデータ形式で出力されることとしてもよい。

前記建物長方形近似抽出手段によって作成された建物データは、前記気流計算手段に入力され、そのまま処理できるデータ形式で出力されるので、建物データを用いて、速やかに気流計算を実行することが可能となる。

上記基準気流場データ作成装置において、前記気流計算手段によって算出された所定の方位の風向における気流場が、指定された全ての方位に対して算出された場合には、物質の拡散状態を予測する有害物質拡散装置で使用されるデータベースに、前記気流データが出力されることとしてもよい。

このように、算出された気流データが自動的に外部の記憶装置に出力されるので、出力先の記憶装置からデータを読み出し、次の動作を開始する装置がある場合には、算出された気流データが出力された後、速やかに次の動作を実行させることが可能となる。

本発明は、注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置であって、気象データが入力された場合に、上記基準気流場データ作成装置において作成された基準気流場データの中から、入力された該気象条件に類似する基準気流場データを抽出し、該基準気流場データを用いて前記注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置を提供する。

上記類似する基準気流場データとは、気象条件から求められた風向を挟む２つの方位に関する基準気流場データである。

本発明は、上記基準気流場データ作成装置によって作成された基準気流場データを格納するデータベースと、上記記載の物質拡散状況予測装置とを具備する物質拡散状況予測システムを提供する。

本発明は、注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成方法であって、前記注目領域が入力されると、該注目領域における地形データを抽出する過程と、前記注目領域における建造物の情報を抽出し、該建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、該近似結果を建物データとして出力する過程と、前記地形データを抽出する過程によって抽出された地形データと、前記建物輪郭データを長方形に近似する過程によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する過程とを備え、前記建物輪郭データを長方形に近似する過程は、前記注目領域における建造物の情報から建造物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを取得し、該建物輪郭データの１つの輪郭線を基準輪郭線とする過程と、該建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該基準輪郭線に平行な直線と、該基準輪郭線に直角に交わる直線と平行な直線とで構成される長方形を作成する過程とを有する基準気流場データ作成方法を提供する。

本発明は、注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成プログラムであって、前記注目領域が入力されると、該注目領域における地形データを抽出する処理と、前記注目領域における建造物の情報を抽出し、該建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、該近似結果を建物データとして出力する処理と、前記地形データを抽出する処理によって抽出された地形データと、前記建物データを長方形に近似する処理によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する処理とを備え、前記建物データを長方形に近似する処理は、前記注目領域における建造物の情報から建造物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを取得し、該建物輪郭データの１つの輪郭線を基準輪郭線とする処理と、該建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該基準輪郭線に平行な直線と、該基準輪郭線に直角に交わる直線と平行な直線とで構成される長方形を作成する処理と
をコンピュータに実行させる基準気流場データ作成プログラムを提供する。

本発明によれば、気流データベースの作成時間を短縮することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る基準気流場データ作成装置の実施形態について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕の順に図面を参照して説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態に係る物質拡散状況予測システム３０は、基準気流場データ作成装置１０と、物質拡散状況予測装置２０とを備えている（例えば、図２参照）。

物質拡散状況予測装置２０は、例えば、ユーザによって注目地点が入力された場合に、その注目地点における物質の拡散状況を予測する装置である。基準気流場データ作成装置１０は、該物質拡散状況予測装置２０において用いられる基準気流場データを作成する装置である。

この基準気流場データ作成装置１０及び物質拡散状況予測装置２０は、いわゆるコンピュータシステムであり、図１に示すように、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（記憶手段）３、キーボードやマウスなどの入力装置４、及びディスプレイ、プリンタなどの出力装置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。

図２は、本実施形態にかかる物質拡散状況予測システム３０の機能ブロック図である。
基準気流場データ作成装置１０は、注目領域を入力する入力部１００と、地図データが格納されている地図データベース（図示略）から入力された注目領域の地形データを抽出する地形データ抽出部（地形データ抽出手段）１１と、該地図データベースから注目領域における建物の輪郭データを抽出し、抽出した建物の輪郭データを長方形に近似し、気流計算に使用するデータを作成する建物長方形近似抽出部（建物長方形近似抽出手段）１２と、地形データ抽出部１１と建物長方形近似抽出部１２とから算出された値を用いて、気流場を求める気流計算部（気流計算手段）１３とを備えている。

物質拡散状況予測装置２０は、気象条件、注目地点、及び該注目地点を含む注目領域等の拡散予測に必要となる入力情報を入力するための入力部２００、１６方位の気流場データを格納するデータベース２０１、気流場を推定する気流場推定部２０２、推定した気流場から拡散の計算を実行する拡散計算部２０３、濃度場を推定する濃度場推定部２０４、被害者数を推定する被害者推定部２０５、物質の漏洩量及び場所の情報を入力する情報入力部２０６を備えている。
上記注目領域とは、注目地点の周辺領域であり、注目地点から放射された物質の拡散状況を予測する範囲を定めるものである。

基準気流場データ作成装置１０において、地形データ抽出部１１は、入力部１００から入力された注目領域に該当する地形データを、図示しない地図データベース（例えば、国土地理院の地形データベース）から抽出し、抽出した地形データから標高メッシュデータを作成し、これを気流計算部１３（詳細は後述）に出力する。

建物長方形近似抽出部１２は、建物長方形近似部１２１及びインプット用建物データ作成部１２２を備えている。建物長方形近似部１２１は、入力部１００により入力された注目領域における建物の輪郭データを図示しない地図データベースから抽出し、この建物輪郭データを長方形に近似して、インプット用建物データ作成部１２２に出力する。以下に、より具体的に建物長方形近似部１２１について説明する。

図３は、建物長方形近似部１２１が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図３に示されるように、建物長方形近似部１２１は、輪郭線設定部（輪郭線設定手段）１２３、座標系設定部（座標系設定手段）１２４、建物回転部（建物回転手段）１２５、長方形作成部（長方形作成手段）１２６、及び建物再回転部（建物再回転手段）１２７を備えている。
また、建物長方形近似部１２１は、建物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを有する地図が格納されている地図データベース（図示略）と接続可能に構成されており、この地図データベースから所望のエリアにおける建物輪郭データを取得できるようになっている。
具体的には、地図データベースには、所望のエリアにおける建物輪郭データが付加された地図情報が格納されており、建物長方形近似部１２１は、上記地図データベースから所望のエリアに対応する建物輪郭データ付き地図情報を取得できるような構成とされている。ここで、建物輪郭データとは、例えば、建物の水平断面形状データをいう。

建物長方形近似部１２１において、輪郭線設定部１２３は、上記地図データベースから所望のエリアに対応する建物輪郭データ付き地図情報を取得し、この地図内における各建物輪郭データにおいて、基準輪郭線をそれぞれ設定する。具体的には、各建物輪郭データにおいて、その建物輪郭データを構成する複数の輪郭線の中から直線で描かれた１つの輪郭線を基準輪郭線として設定する。より好ましくは、輪郭線設定部１２３は、建物輪郭データを構成する複数の輪郭線のうち、最も距離の長い輪郭線を基準輪郭線として設定する。

座標系設定部１２４は、輪郭線設定部１２３が取得した地図上に、ＸＹ直交座標系を設定する。例えば、東西南北のうちの一方角をＸ軸、それに直交する方角をＹ軸として設定する。このＸＹ直交座標系は、各建物輪郭データに対してそれぞれ個別に設定されてもよいし、全ての建物輪郭データに対して共通のものとして設定されてもよい。
各建物輪郭データに対応して個別のＸＹ直交座標系を設定する場合、座標系設定部１２４は、図５に示すように、基準輪郭線の一端に接するようにＸ軸を設定することが好ましい。このようにＸＹ直交座標系を設定することで、後段の回転処理、長方形作成処理を更に簡便に行うことが可能となる。

建物回転部１２５は、輪郭線設定部により設定された基準輪郭線がＸＹ直交座標系のＸ軸と平行になるまで、基準輪郭線の一端を中心として所定角度だけ建物輪郭データを回転させる。例えば、建物輪郭データとＸＹ直交座標とが図５に示すような関係にあった場合、基準輪郭線とＸ軸とが成す角度θを求め、ＸＹ直交座標系に設定された建物輪郭データの全ての頂点の座標を基準輪郭線の一端Ａを中心として角度θ移動させる。これにより、建物輪郭データとＸＹ直交座標との関係は、図６に示すようになる。
上記座標の回転については、例えば、回転行列を用いることが可能である。例えば、図４に示すように、点Ｐの座標（ｘ，ｙ）を角度θ回転させる場合、移動後の点Ｑの座標（Ｘ，Ｙ）は、公知の数式である回転行列（１）式により得ることができる。

長方形作成部１２６は、回転後における建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該Ｘ軸と平行な直線及び該Ｙ軸と平行な直線とで構成される長方形を作成する。具体的には、長方形作成部１２６は、上記（１）式により変換された全ての頂点の各座標から、Ｘ座標の最大値及び最小値、並びにＹ座標の最大値及び最小値を抽出し、抽出された最大値または最小値を持つ頂点の座標４点を抽出する。さらに、抽出した４点を頂点とし、かつ、Ｘ軸と平行な直線及びＹ軸と平行な直線とで構成される長方形を作成する。これにより、例えば、図７に示すような長方形が作成される。

建物再回転部１２７は、長方形作成部１２６によって作成された長方形を、基準輪郭線の一端を中心として所定角度だけ逆方向に再回転させる。具体的には、長方形作成部１２６が作成した長方形を、基準輪郭線の一端Ａを中心として、建物回転部１２５において回転させた方向とは逆の方向に角度θ回転させる。これにより、図７に示した長方形は、図８に示すような元の位置まで回転させられる。

インプット用建物データ作成部１２２は、建物長方形近似部１２１により長方形に近似された建物データを、気流場の算出が行えるようなファイル形式にし、気流計算部１３に出力する。気流場の算出が行えるようなファイル形式の建物データとは、例えばテキスト形式のファイルであり、ＲＡＭＳ用のデータファイルの場合には、１行目及び２行目にヘッダ情報が入り、３行目以降に明細情報が記録される。より具体的には、１行目のヘッダ情報には固定値として「９９９９９９（半角の空白５桁）１」が入力され、２行目のヘッダ情報には、建物の数（データ数）が入力され、３行目以降の明細情報には、各行に対する通し番号、建物データの中心点の緯度及び経度、建物の横幅（長方形に近似された図形の横幅）、建物の縦幅（長方形に近似された図形の縦幅）、建物の高さ（元の属性値より）、建物の傾き（東から北方向への角度）を最右端からの角度として算出した角度が入力される。

気流計算部１３は、地形データ抽出部１１及び建物長方形近似抽出部１２により算出されたそれぞれの値に基づいて、所定の方位の風向における気流場を計算する。気流場を計算する風向を指定するための入力ファイルは、気流境界条件設定部１５によって自動的に作成され、気流計算部１３はこの入力ファイルに基づいて、指定された風向の気流場の算出を行う。

気流データ格納部１４は、気流計算部１３により算出された気流場データを一時的に格納する。気流境界条件設定部１５は、指定された全ての風向に対して気流場の算出が完了した場合に、全ての気流場の情報を物質拡散状況予測装置の１６方位気流データベースに自動的に格納する。一方、全ての風向に対する気流場の算出が完了していない場合には、気流境界条件設定部１５によって新たな風向を指定する入力ファイルが自動的に作成され、その入力ファイルが気流計算部１３に出力され、新たな気流場の算出がスタートする。

次に、物質拡散状況予測装置２０について、図２を用いて説明する。
まず、１６方位気流データベース２０１には、上述した基準気流場データ作成装置１０により算出された気流場データが格納されている。
気流場推定部２０２は、気象条件、注目地点、注目領域等の情報が入力部２００により入力されると、１６方位気流データベース２０１に格納されている基準気流場データの中から、入力部２００から入力された気象条件に近い基準気流場データを抽出し、この基準気流場データを用いて気流場を推定する。

具体的には、気流場推定部２０２は、入力された気象条件から平均風向を求め、１６方位のうち、この平均風向を挟む２つの方位を選定する。例えば、図９に示すように、平均風向ｊが北北東と北東との間に位置していた場合には、平均風向ｊを挟む２つの風向として北北東と北東とを選定する。そして、選定した２つの風向（上記例では、北北東と北東）と上記平均安定度とで特定される２つの基準気流場データを１６方位気流データベース２０１から抽出する。そして、気流場推定部２０２は、抽出した２つの基準気流場データを補間することにより、気流場を推定する。

拡散計算部２０３は、気流場推定部２０２によって推定された気流場の情報と、漏洩量及び場所の入力情報２０６に基づいて拡散計算を実行する。さらに、濃度場推定部２０４において濃度場を推定し、被害者数推定部２０５において被害者の数を推定する。この処理については、特開２００７−３０４０８０号公報（特許文献１）及び特開２００８−８９４１８号公報に開示されている公知の技術を用いることが可能であり、本実施形態では詳細な説明を省略する。

次に、本実施形態に係る物質拡散状況予測システムの作用について説明する。
例えば、物質拡散状況予測装置２０において、注目地点Ｘにおいて拡散物質が放出し、オペレータにより注目地点Ｘや、注目する範囲等、拡散予測に必要となる初期条件が入力部２００から入力されると、この入力情報は、気流場推定部２０２に入力されるとともに、基準気流場データ作成装置１０の入力部１００を介して地形データ抽出部１１及び建物長方形近似抽出部１２に入力される。

地形データ抽出部１１では、注目領域に関する標高データ等の地形データが図示しない地形データベースから抽出され、この地形データに基づいて標高メッシュデータが作成され、この標高メッシュデータが気流計算部１３に出力される。

一方、建物長方形近似抽出部１２の建物長方形近似部１２１では、注目領域の建物データが図示しない地図データベースから抽出され、抽出された建物データからさらに建物の輪郭データが抽出される。

具体的には、輪郭線設定部１２３では、入力部１００から注目領域の情報が入力されると、この注目領域に関する建物輪郭データが地図データベースから抽出され、この建物輪郭データから直線で描かれた１つの輪郭線が基準輪郭線として設定される。座標系設定部１２４では、輪郭線設定部１２３によって抽出された建物輪郭データに対し、ＸＹ直交座標系が設定され、建物輪郭データの全ての頂点にＸＹ直交座標系の座標が与えられる。建物回転部１２５では、図５のように基準輪郭線とＸ軸とが成す角度θが求められ、建物輪郭データの各頂点座標が基準輪郭線の一端を中心としてθ度回転させられる。

これにより、図５に示した建物輪郭データは、図６に示すような状態となる。続いて、長方形作成部１２６において、回転後の建物輪郭データの各頂点の座標値の中から、Ｘ座標値の最大値及び最小値、並びにＹ座標値の最大値及び最小値が抽出され、抽出された４つのＸＹ座標をＸ軸に平行な直線及びＹ軸に平行な直線で結ぶことにより長方形が作成される。これにより、図７に示すような、建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該Ｘ軸と平行な直線及び該Ｙ軸と平行な直線とで構成される長方形が作成される。そして、この長方形が建物再回転部１２７において再回転されて元の状態に戻される。このようにして長方形に近似された結果は、長方形近似抽出部１２のインプット用建物データ作成部１２２に出力される。

インプット用建物データ作成部１２２では、気流場の計算を行えるような形式で建物データが出力される。気流計算部１３では、地形データ抽出部１１及び建物長方形近似抽出部１２から取得した情報に基づいて、所定の方位の風向の気流場が算出され、気流場の算出結果が気流データ格納部１４に出力される。気流データ格納部１４では、一時的に気流場データが格納される。気流境界条件設定部１５において、指定された全ての方位の風向における気流場の算出が完了している場合には、この気流場データが基準気流場データとして、物質拡散状況予測装置の１６方位気流データベースに格納される。

続いて、１６方位気流データベース２０１に格納されている上記基準気流場データの中から、気象条件から求められた平均風向を挟む２つの方位に関する基準気流場データが気流場推定部２０２によって抽出され、この基準気流場データに基づいて平均風向における気流場が推定される。推定された気流場が拡散計算部２０３に出力されると、拡散計算部２０３では、入力された気流場と漏洩量及び場所情報等を用いて拡散計算が行われ、濃度場推定部２０４では濃度場の推定、被害者数推定２０５では被害者数の推定が行われる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る基準気流場データ作成装置によれば、地図上の注目領域から地形データを抽出するとともに、この注目領域の建造物の情報から、建物を長方形に近似する。これらの抽出された地形データと建物長方形近似データとを用いて気流場の計算を行うことで、注目領域における地形及び建造物の形状等を考慮した上で、気流を算出することが可能となる。これにより、基準気流場データ作成装置によって算出された気流場データを用いて物質拡散状況予測装置によって予測される拡散状況の結果は、建物を考慮せずに気流を算出した場合の物質の拡散状況の予測と比較すると、現実に近い予測が可能となる。
また、気流場の算出に関して専門的な知識を持っていない場合であっても、注目領域の情報を入力することにより気流場が自動的に算出されるので、容易に気流場を求めることが可能であり、手動で気流場を計算するよりも短い時間で気流場を算出することが可能となる。
更に、物質拡散状況予測システムとして使用する場合には、基準気流場データ作成装置と物質拡散状況予測装置とを組み合わせ、基準気流場データ作成装置から算出された気流場データを、物質拡散状況予測装置に出力することで、気流場データベースが作成される時間が短縮できることから、物質拡散状況予測システムの全体の処理にかかる時間を短縮させることが可能となる。

なお、本実施形態では、入力部２００と入力部１００とが連携しており、入力部２００から入力された入力条件に基づいて、基準気流場データがリアルタイムで作成され、この基準気流場データを用いて気流場推定等が行われる場合について述べたが、この態様に代えて、例えば、基準気流場データ作成装置１０では、事前に様々な注目地点、注目領域等に対応する基準気流場データを作成しておき、これらのデータを１６方位気流データベースに予め格納しておくこととしてもよい。このように、予め様々な注目領域における基準気流場データを１６方位気流データベース２０１に格納しておくことで、実際の物質拡散状況予測の際には、１６方位気流データベース２０１に格納されている基準気流場データの中から注目領域に該当する適切な方位の基準気流場データを読み出すだけで、迅速に拡散予測を行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、気象モデルの計算手法は、ＲＡＭＳを例に挙げたが、これに限られない。例えば、ＭＭ５、ＷＲＦ、ＡＲＰＳ等を用いてもよいこととする。

なお、本実施形態では、地図データベースに格納されている地図情報には、建物の水平断面データである建物輪郭データが付加されている場合について述べたが、これに加えて、建物輪郭データに更にその建物の高さ情報が付加されていてもよい。このように、高さ情報についても登録されていることにより、上述の方法によって作成された長方形を高さ方向にスイープさせることで、建物を直方体として表すことが可能となる。これにより、３次元シミュレーションを実施することが可能となり、より詳細なシミュレーション結果を得ることが可能となる。

なお、本実施形態では、気流場を求める方位は１６方位としていたが、これに限定されない。例えば、東西南北の４方位であってもよいし、東西南北をさらに半分にした８方位とすることとしてもよい。

なお、本実施形態では、建物輪郭データを有する地図は地図データベースが保有していたが、これに限定されることではない。たとえば、当該建物長方形近似部１２１自体が建物輪郭データを有する地図を保有していることとしてもよい。

なお、本実施形態では、建物回転部１２５は、Ｘ軸と平行になるように建物輪郭データを回転させたが、これに限られることではない。例えば、Ｙ軸と平行になるまで回転させることとしてもよいし、Ｘ軸やＹ軸と重なるように回転させることとしてもよい。

なお、建物再回転部１２７が建物を再回転させる場合、建物回転部１２５において回転させた方向と同じ方向に、角度（３６０°−θ）回転させることとしてもよい。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る長方形近似システムについて説明する。
本実施形態においては、図３の建物長方形近似部１２１が、建物輪郭データの基準輪郭線に沿うようにＸ軸又はＹ軸を設定する点で上記第１の実施形態と異なる。
具体的には、本実施形態においては、ＸＹ直交座標系を地図上に設定する場合に、ＸＹ直交座標系の一方の座標軸が基準輪郭線と重なるよう、或いは、平行となるように、ＸＹ座標系を設定する。これにより、上述した第１の実施形態のように、建物輪郭データを回転、再回転させる処理を省略している。
このように、本実施形態に係る長方形近似システムによれば、ＸＹ直交座標系を設定する際に、基準輪郭線に重なるよう、または、平行となるようにＸ軸またはＹ軸を設定するので、ＸＹ直交座標系のＸ軸またはＹ軸を、建物輪郭データを近似する長方形の辺としてそのまま用いることができる。これにより、長方形を更に容易に作成することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る基準気流場データ作成装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る物質拡散状況予測システムの機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る建物長方形近似部の機能を展開して示したブロック図である。 ＸＹ直交座標系のＰ点の座標を角度θ移動したときの、Ｑ点の座標を示した図である。 基準輪郭線とＸ軸との成す角度がθ度であることを説明するための図である。 基準輪郭線がＸ軸と平行になるように、Ａ点を中心に回転することを説明するための図である。 建物輪郭データを長方形に近似することを説明するための図である。 作成した長方形を元の位置に角度θ回転することを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る物質拡散状況予測システムの気流場推定部の機能について説明するための図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ 主記憶装置
３ 補助記憶装置
４ 入力装置
５ 出力装置
６ 通信部
７ 気流データベース
１０ 基準気流場データ作成装置
１１ 地形データ抽出部
１２ 建物長方形近似抽出部
１３ 気流計算部
１４ 気流データ格納部
１５ 気流境界条件設定部
２０ 物質拡散状況予測装置
３０ 物質拡散状況予測システム
１２１ 建物長方形近似部
１２２ インプット用建物データ作成部
１２３ 輪郭線設定部
１２４ 座標系設定部
１２５ 建物回転部
１２６ 長方形作成部
１２７ 建物再回転部
２００ 入力部
２０１ １６方位気流データベース

Claims (13)

1. 注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成装置であって、
   前記注目領域が入力されると、該注目領域における地形データを抽出する地形データ抽出手段と、
   前記注目領域における建造物の情報を抽出し、該建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、該近似結果を建物データとして出力する建物長方形近似抽出手段と、
   前記地形データ抽出手段によって抽出された地形データと、前記建物長方形近似抽出手段によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する気流計算手段とを備え、
   前記建物長方形近似抽出手段は、
   前記注目領域における建造物の情報から建造物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを取得し、該建物輪郭データの１つの輪郭線を基準輪郭線とする輪郭線設定手段と、
   該建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該基準輪郭線に平行な直線と、該基準輪郭線に直角に交わる直線と平行な直線とで構成される長方形を作成する長方形作成手段と
   を備えることを特徴とする基準気流場データ作成装置。
2. 前記輪郭線設定手段は、各前記輪郭線の中から、当該輪郭線を挟んで片側のみに他の輪郭線が存在する最も長い輪郭線を前記基準輪郭線として設定することを特徴とする請求項１に記載の基準気流場データ作成装置。
3. 前記建物長方形近似抽出手段は、該地図上にＸＹ直交座標系を設定する座標系設定手段を備え、
   該輪郭線設定手段により設定された１つの輪郭線が、該ＸＹ直交座標系のＸ軸またはＹ軸と平行になるまで、該基準輪郭線の一端を中心として該建物輪郭データを所定角度回転させる建物回転手段と、
   該長方形作成手段によって作成された該長方形を、該基準輪郭線の一端を中心として前記所定角度だけ逆方向に再回転させることにより、元の位置に戻す建物再回転手段と、
   前記建物回転手段及び前記建物再回転手段は、回転行列を用いて、前記建物輪郭データを回転させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基準気流場データ作成装置。
4. 前記長方形作成手段は、前記建物回転手段により回転させられた建物輪郭データの全ての頂点のＸＹ座標を算出し、これらＸＹ座標の中からＸ軸の最大値及び最小値並びにＹ軸の最大値及び最小値を有する４つのＸＹ座標を抽出し、抽出した４つのＸＹ座標をＸ軸に平行な直線及びＹ軸に平行な直線で結ぶことにより長方形を作成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の基準気流場データ作成装置。
5. 前記建物輪郭データが、該建物の高さデータを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の基準気流場データ作成装置。
6. 該基準輪郭線とＸ軸またはＹ軸とが平行または重なるようにＸＹ直交座標系を設定する座標系設定手段と
   該座標系設定手段は、
   前記ＸＹ直交座標のうち、Ｘ軸を該基準輪郭線に平行にまたは重ねて設定した場合には、該建物輪郭データの全ての頂点の中からＸ座標値が最小または最大の頂点を特定し、該特定した頂点を通るようにＹ軸を設定し、
   前記ＸＹ直交座標のうち、Ｙ軸を該基準輪郭線に平行にまたは重ねて設定した場合には、該建物輪郭データの全ての頂点の中からＹ座標値が最小または最大の頂点を特定し、該特定した頂点を通るようにＸ軸を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基準気流場データ作成装置。
7. 前記輪郭線設定手段は、前記建物輪郭データの頂点間の距離が最も長い輪郭線を前記基準輪郭線として設定することを特徴とする請求項６に記載の基準気流場データ作成装置。
8. 前記建物長方形近似抽出手段によって作成された建物データは、前記気流計算手段においてそのまま処理できるデータ形式で出力されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の基準気流場データ作成装置。
9. 前記気流計算手段によって算出された所定の方位の風向における気流場が、指定された全ての方位に対して算出された場合には、物質の拡散状態を予測する有害物質拡散装置で使用されるデータベースに、前記気流データが出力されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の基準気流場データ作成装置。
10. 注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置であって、
    気象データが入力された場合に、請求項１から請求項９のいずれかに記載の基準気流場データ作成装置により作成された基準気流場データの中から、入力された該気象条件に類似する基準気流場データを抽出し、該基準気流場データを用いて前記注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置。
11. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の基準気流場データ作成装置によって作成された基準気流場データを格納するデータベースと、
    請求項１０に記載の物質拡散状況予測装置と
    を具備する物質拡散状況予測システム。
12. 注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成方法であって、
    前記注目領域が入力されると、該注目領域における地形データを抽出する過程と、
    前記注目領域における建造物の情報を抽出し、該建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、該近似結果を建物データとして出力する過程と、
    前記地形データを抽出する過程によって抽出された地形データと、前記建物輪郭データを長方形に近似する過程によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する過程とを備え、
    前記建物輪郭データを長方形に近似する過程は、
    前記注目領域における建造物の情報から建造物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを取得し、該建物輪郭データの１つの輪郭線を基準輪郭線とする過程と、
    該建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該基準輪郭線に平行な直線と、該基準輪郭線に直角に交わる直線と平行な直線とで構成される長方形を作成する過程と
    を有する基準気流場データ作成方法。
13. 注目地点を含む注目領域における物質の拡散状況を予測する物質拡散状況予測装置で用いられる基準気流場データを作成する基準気流場データ作成プログラムであって、
    前記注目領域が入力されると、該注目領域における地形データを抽出する処理と、
    前記注目領域における建造物の情報を抽出し、該建造物の輪郭である建物輪郭データを長方形に近似し、該近似結果を建物データとして出力する処理と、
    前記地形データを抽出する処理によって抽出された地形データと、前記建物データを長方形に近似する処理によって出力された建物データとに基づいて所定の方位の風向における気流場を計算する処理とを備え、
    前記建物データを長方形に近似する処理は、
    前記注目領域における建造物の情報から建造物の水平断面形状の輪郭である建物輪郭データを取得し、該建物輪郭データの１つの輪郭線を基準輪郭線とする処理と、
    該建物輪郭データの全ての頂点を包含し、各辺が該建物輪郭データの少なくとも１つの頂点に接しており、かつ該基準輪郭線に平行な直線と、該基準輪郭線に直角に交わる直線と平行な直線とで構成される長方形を作成する処理と
    をコンピュータに実行させる基準気流場データ作成プログラム。
    
    

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