JP3380871B1

JP3380871B1 - 土砂災害の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定方法とそのプログラム及びその発生限界線、避難基準線及び警戒基準線を用いた警戒避難支援システム

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Publication number: JP3380871B1
Application number: JP2001382949A
Authority: JP
Inventors: 浩平古川; 和正倉本
Original assignee: 有限会社山口ティー・エル・オー
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-02-24
Anticipated expiration: 2021-12-17
Also published as: JP2003184098A

Abstract

【要約】【課題】個々の斜面あるいは個々の渓流に対する土砂
災害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線
を精度よく且つ容易に設定可能な方法とそれを実行させ
るプログラム及び個々の斜面あるいは個々の渓流に対す
る土砂災害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒
基準線を用いた警戒避難支援システムを提供することを
目的とする。【解決手段】本発明は、土砂災害発生の潜在危険度を
演算する工程と、斜面あるいは渓流をグループに分類す
る工程と、この複数のグループの潜在危険度の平均値を
演算する工程と、分類されたグループ毎に土砂災害の発
生危険度を表す判別境界面についてニューラルネットワ
ークを用いて中間層と出力層の結線の重みを演算する工
程などを備えて個々の斜面あるいは個々の渓流の土砂災
害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線を
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土砂災害の発生限
界線、避難基準線、警戒基準線の設定方法に係わり、特
に、個々の斜面あるいは個々の渓流に対する土砂災害の
非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定
方法とそのプログラム及びその発生限界線、避難基準線
及び警戒基準線を用いた警戒避難支援システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自然現象の中でも土砂災害（土石流、が
け崩れ、地すべり）は、毎年、全国各地で発生してお
り、尊い人命が失われ、貴重な財産が破壊されている。
これは、我が国の国土の約７割が山地で地質的にも脆弱
な地域が多く、急峻な地形が多い等の地理的条件、都市
化の進展による山麓部の土砂災害危険地域への人口増加
等の社会的条件、更には土砂災害の誘因となる台風や梅
雨等の集中豪雨に見舞われ易いといった気象的条件によ
るものであり、土砂災害は、我が国における宿命的な自
然災害の一つとなっている。

【０００３】かかる土砂災害の危険地域（土石流危険渓
流、急傾斜地崩壊危険箇所、地すべり危険箇所）は、全
国で約18万箇所と多く、ハード対策による整備率は20％
台と低いのが現状であり、また、これだけ多くの危険箇
所全てにハード対策を実施するには、予算的、時間的な
制約もあることから、ソフト対策によりハ−ド対策の遅
れをカバーする必要性が認識されてきている。ソフト対
策の目的は、土砂災害から人命を守り、更には財産の破
壊を最小限に留めることにあり、ソフト対策には、警報
の発令や避難の指示、被害状況に応じた応急対応や二次
災害の防止対応の支援などを的確かつ迅速に行う機能が
必要であり、また、種々の防災情報の収集・整理・伝達
を如何に迅速に行うかが求められる。特に、的確な警報
の発令や避難の指示は重要であり、これらは、降雨要因
として一時間雨量と半減期を考慮した実効雨量を用いて
設定された警戒や避難の基準線（例えば、建設省河川局
砂防部砂防課：土石流災害に関する警報の発令と避難の
指示のための降雨量設定指針（案）、1989）に基づき行
われるが、地域全体で一つの基準線を用いている場合が
多く、また、直線で近似した基準線が殆どである。即
ち、従来の多くの基準線では、個別の斜面毎或いは渓流
毎に異なる土砂災害発生の潜在的な危険度（潜在危険
度）は考慮されず、また、複雑な自然現象を直線近似で
表現していることから、その精度については課題が残さ
れている。

【０００４】一方、本発明者らは、土砂災害による人的
被害の軽減を目的として警戒避難を支援する警戒避難支
援システムの構築を目指し、鋭意研究を重ねてきた。即
ち、例えば、降雨要因として一時間雨量と半減期を72時
間とした実効雨量を用い、渓流要因として最急渓床勾配
や降雨集中度など、土石流危険渓流毎の地形特性を考慮
した発生限界線、避難基準線及び警戒基準線を設定し
（高橋、他：地形特性を考慮した土石流警戒避難基準雨
量線の設定、新砂防、Vo.53, No.1, p.35-46, 2000）、
文字や数字、画像などを地図と結び付けてコンピュータ
上でさまざまな情報を検索、結合、分析することがで
き、その結果を地図に表現する機能を有する地理情報シ
ステム（GIS。例えば、前田：地理情報システム−入門
＆マスター−、山海堂、1994）を用い、渓流毎の土石流
発生危険度判定結果の色表示、スネーク曲線の表示、避
難場所情報の表示、被害想定の表示、被害情報の入力と
集計、予測雨量に対する予測土石流発生危険度判定結果
の表示の機能を有する土石流警戒避難支援システムを提
案した（瀬尾、他：GISを用いた土石流警戒避難支援シ
ステムの構築〜山口県大島郡におけるモデルの開発〜、
砂防学会誌、Vo.53, No.4, p.30-37, 2000）。また、個
々の斜面に対する線形のがけ崩れ発生限界線を設定する
方法を提案（倉本、他：急傾斜地における斜面要因を考
慮したがけ崩れ発生限界雨量線の設定手法に関する研
究、土木学会論文集、No.658/VI-48, pp.207-220, 200
0.9）し、更に、非線形判別に優れたRBFネットワークを
用い、その学習機能を利用して最適な中間層と出力層と
の結線の重みを決定することにより、地域毎の非線形が
け崩れ発生限界線を設定する方法を提案した（倉本、
他：RBFネットワークを用いた非線形がけ崩れ発生限界
雨量線の設定に関する研究、土木学会論文集、No.672/V
I-50, pp.117-132, 2001.3）。しかしながら、これらの
基準線は、複雑な自然現象を線形で表現した直線近似の
基準線、あるいは、斜面毎に異なる潜在危険度を考慮し
ない非線形の発生限界線であり、未だ、十分な精度を達
成できたとは言えない。

【０００５】なお、鉄道沿線の、切土のり面の崩壊形態
判別方法及び切土のり面の深層崩壊限界雨量の予測方法
（特開平09-158186）が開示され、深層崩壊限界雨量の
予測方法として、切土のり面の深層崩壊に対する基本点
と、切土のり面勾配、切土高さ、表層土厚さ、切土のり
面の貫入強度、基盤硬度、切土のり面上部の地形、及び
年平均雨量の各評価点を加算した総合評価点を求め、総
合評価点が、12時間以内の最大降雨量である時間雨量と
降雨開始からの累積降雨量である連続雨量との、それぞ
れのべき乗の積であるとして近似する方法が示されてい
る。しかしながら、この関数近似は限界雨量線の形状を
限定するものであり、多種多様な個々の斜面に対する限
界雨量線を精度よく設定するのは困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、土砂災害の
発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定方法に係
わる前述の状況に鑑み、個々の斜面あるいは個々の渓流
に対する土砂災害の非線形の発生限界線、避難基準線及
び警戒基準線の少なくともいずれかを、精度よく且つ容
易に設定可能な方法とそれを実行させるプログラム及び
その非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の
少なくともいずれかを用いた警戒避難支援システムを提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、個々の斜面ある
いは個々の渓流に対する土砂災害の非線形の発生限界
線、避難基準線及び警戒基準線を好適に設定できる方法
を見出したものであって、本発明の請求項１記載の方法
においては、個々の斜面に対しては斜面要因によりある
いは個々の渓流に対しては渓流要因により評価する土砂
災害発生の潜在危険度を演算する工程と、この演算によ
って得られた潜在危険度の数値の大小に基づき個々の斜
面あるいは個々の渓流を複数のグループに分類する工程
と、この複数のグループの各々に含まれる斜面あるいは
渓流の潜在危険度の平均値を演算する工程と、該分類さ
れたグループ毎に降雨要因をパラメータとした土砂災害
の発生危険度を表す判別境界面について入力層と中間層
と出力層を備えるニューラルネットワークを用いて中間
層と出力層の結線の重みを演算する工程と、この中間層
と出力層の結線の重みとグループ毎の潜在危険度の平均
値の関係を降雨要因をパラメータとして関数で近似する
工程と、該近似された関数の変数に前記個々の斜面ある
いは個々の渓流の潜在危険度を代入して個々の斜面ある
いは個々の渓流の重みを演算する工程と、この個々の斜
面あるいは個々の渓流の重みを使用して個々の斜面ある
いは個々の渓流の判別境界面を演算する工程と、該演算
された個々の斜面あるいは個々の渓流の判別境界面の所
定の等高線に対応する個々の斜面あるいは個々の渓流の
土砂災害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基
準線の少なくともいずれかを設定する工程とを有する。

【０００８】請求項２記載の設定プログラムは、請求項
１記載の個々の斜面あるいは個々の渓流の土砂災害の非
線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定方
法を、コンピュータを用いて実行させるプログラムであ
る。

【０００９】

【００１０】請求項１あるいは請求項２の発明は、前記
グループ毎の判別境界面の演算を、入力データを受け取
り出力を行う複数の入力素子からなる入力層と、各入力
素子からの出力を受け取り出力を行う複数の中間素子か
らなる中間層と、各中間素子の出力をそれぞれの重みを
掛けて受け取り出力を行う出力素子からなる出力層とを
備えるニューラルネットワークを用い、その学習機能を
利用して行うようにした土砂災害の発生限界線、避難基
準線及び警戒基準線の設定方法であり、またそのプログ
ラムである。

【００１１】請求項３の発明は、前記ニューラルネット
ワークにおける中間層と出力層の結線の重みと前記グル
ープ毎の潜在危険度の平均値の関係を降雨要因をパラメ
ータとして直線近似する方法であり、請求項４に記載の
発明は、前記潜在危険度に基づき分類するグループ数を
５グループとした土砂災害の発生限界線、避難基準線及
び警戒基準線の設定方法である。

【００１２】請求項５の発明は、前記ニューラルネット
ワークを、放射状基底関数（RBF）を用いたRBFネットワ
ークとした方法であり、請求項６の発明は、前記放射状
基底関数を、ガウス関数とした土砂災害の発生限界線、
避難基準線及び警戒基準線の設定方法である。

【００１３】請求項７の発明は、前記潜在危険度の評価
に係わる形態であり、前記潜在危険度は、点数制を用い
て評価した潜在危険度であって、斜面要因毎又は渓流要
因毎にカテゴリー別の土砂災害発生率を算出し、その発
生率を該カテゴリーの設定点数とし、斜面要因毎又は渓
流要因毎の点数を加算して得られる潜在危険度を用いた
個々の斜面あるいは個々の渓流に対する土砂災害の非線
形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の少なくと
もいずれかの設定方法であり、請求項８の発明は、前記
降雨要因に係わる形態であって、直近の一時間雨量と半
減期を72時間とした実効雨量とを前記降雨要因のパラメ
ータとして表した前記グループ毎の判別境界面と前記個
々の斜面あるいは個々の渓流の判別境界面を用いた土砂
災害の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定方
法である。

【００１４】請求項９の発明は、請求項１に記載された
方法で設定された個々の斜面あるいは個々の渓流の土砂
災害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線
の少なくともいずれかを用いたことを特徴とする警戒避
難支援システムである。

【００１５】請求項１０の発明は、請求項１に記載され
た方法で設定された個々の斜面あるいは個々の渓流の判
別境界面と、その判別境界面を用いて設定された非線形
の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の少なくとも
いずれかを有し、個々の斜面あるいは個々の渓流の土砂
災害発生危険度判定結果の色表示、スネーク曲線の表
示、避難場所情報の表示、被害想定の表示、被害情報の
入力と集計、予測雨量に対する予測土砂災害発生危険度
判定結果の表示の機能を有する警戒避難支援システムで
あり、請求項１１の発明は、地理情報システム（GIS）
を用いた前記の警戒避難支援システムである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、個々の斜面に対するがけ崩
れの非線形の発生限界線の設定を例として、本発明の実
施の形態を説明するが、本発明は、土石流などを含む土
砂災害に適用できるものであり、がけ崩れに限定される
ものではない。また、発生限界線の設定に限定されるも
のでもなく、避難基準線あるいは警戒基準線の設定にも
好適に適用できるものである。なお、以下では個々の斜
面に対するがけ崩れの非線形の発生限界線を‘個別非線
形がけ崩れ発生限界線’と称する。ただし、本発明でい
う‘個別’とは、潜在危険度で特定される個別であっ
て、必ずしも物理的な個別を意味するものではなく、例
えば、潜在危険度が同じ複数の斜面は、本発明でいう個
別斜面である。また、‘非線形’とは、直線でないとい
う意味である。

【００１７】最初に、本発明で構築する‘判別境界面’
について説明する。なお、以下ではグループ毎の判別境
界面を‘基本判別境界面’、個別斜面の判別境界面を
‘個別判別境界面’と称する。本発明でいう判別境界面
とは、斜面要因によりがけ崩れ発生の潜在的な危険度を
評価した潜在危険度に対応し、降雨要因、例えば、短期
指標としての時間雨量と長期指標としての実効雨量とを
パラメータとしたがけ崩れ発生の発生危険度を三次元平
面で表したものであって、その例を図１に示す。なお、
図１に示す如く、三次元平面と言っても、色を変え、或
いは濃淡を設けるなどによりこれを表現できることは言
うまでもない。がけ崩れ発生限界線は、所定の閾値を設
け、その閾値に相当する判別境界面の等高線を意味し、
通常、時間雨量と実効雨量とを直交軸とする二次元平面
状の線で表す。なお、本発明でいう基本判別境界面と
は、入力層と中間層と出力層を備えるニューラルネット
ワークを用いて実績データから学習等により直接的に構
築した判別境界面を意味し、本発明でいう個別判別境界
面は、基本判別境界面の構築により得られたこの中間層
と出力層の結線の重みと潜在危険度との関係を関数近似
した情報を用いて構築した判別境界面を意味する。即
ち、本発明でいう個別判別境界面は、降雨要因をパラメ
ータとして、実績データから学習等により直接的に構築
した判別境界面ではなく、‘近似’の判別境界面であ
り、近似するための情報を基本判別境界面から得て構築
したものである。

【００１８】斜面要因を考慮した個別非線形がけ崩れ発
生限界線は、原理的には、斜面毎にそれぞれ基本判別境
界面を構築しその基本判別境界面を用いて設定できる。
しかしながら、斜面毎にそれぞれ基本判別境界面を構築
して設定した場合、本発明者の研究によれば、同一斜面
で何度もがけ崩れが起こることは少ないため、潜在危険
度に差があっても判別境界面に大きな変化が表れず、精
度のよい個別非線形がけ崩れ発生限界線の設定はできな
いことが明らかになった。また、この場合、対象とする
斜面毎に学習等の試行計算を行う必要があり、膨大な時
間と労力が掛かるという問題もある。

【００１９】これに対し本発明の方法は、個別斜面を斜
面要因により評価した潜在危険度の大小に基づき複数の
グループに分類して、入力層と中間層と出力層を備える
ニューラルネットワークを用いてグループ毎に基本判別
境界面を構築し、降雨要因をパラメータとして、基本判
別境界面の構築により得られたこの中間層と出力層の結
線の重みと潜在危険度との関係を関数近似した情報を用
いて個別判別境界面を構築し、その個別判別境界面から
個別非線形がけ崩れ発生限界線を設定する設定方法であ
って、潜在危険度が類似した斜面を幾つかのグループに
分類しグループ毎に構築した基本判別境界面は、潜在危
険度の変化による判別境界面の形状の差異がより明確に
なり、潜在危険度の違いを個別非線形がけ崩れ発生限界
線に反映させることが可能となる。換言すれば、本発明
の方法は、潜在危険度の影響が有意に現れるようにグル
ープ分類し、そのグループ内のデータは、グループの平
均の潜在危険度を有する特定の擬似斜面でのデータであ
るとして扱い、潜在危険度の影響をグループ間の基本判
別境界面の相違から求めようとする方法である。即ち、
基本判別境界面は、グループの平均潜在危険度を有する
擬似斜面の判別境界面であり、基本判別境界面を構築す
る工程で得られた、この有意差のある情報を用いること
により、精度の高い個別非線形がけ崩れ発生限界線の設
定が可能となる。

【００２０】基本判別境界面を構築する工程で得られた
情報を用いる形態は、前述のように、グループ毎にその
平均潜在危険度をグループの潜在危険度とし、その潜在
危険度の関数として近似し、この近似した関数関係に基
づいて個別の潜在危険度を有する個別斜面の個別判別境
界面を構築し、この個別判別境界面の所定の等高線に対
応する特性線として個別非線形がけ崩れ発生限界線を設
定するものであり、かかる形態により、斜面毎の学習等
による試行計算を要せず、個別非線形がけ崩れ発生限界
線を容易に設定することができる。

【００２１】なお、構築した基本判別境界面は、それが
自然現象と矛盾していないかその妥当性を評価すること
が望ましい。例えば、潜在危険度が高い斜面では、相対
的に少ない降雨でもがけ崩れが発生し易いのが自然であ
り、潜在危険度の増加に伴って安全領域が狭まっていれ
ば‘自然現象に矛盾しない’ことを意味し、逆に、潜在
危険度の増加に伴って安全領域が広がるような場合は、
‘自然現象に矛盾している’ことになる。自然現象に矛
盾している場合は，潜在危険度の算出方法や分類するグ
ループ数などを見直し、再度、基本判別境界面の構築か
らやり直す必要がある。同様に、構築した個別判別境界
面に関しても、それが自然現象と矛盾していないかその
妥当性を評価する工程を設けるのが望ましい。

【００２２】基本判別境界面の構築は、本発明の好まし
い実施の形態として、入力層と中間層と出力層とを備え
るニューラルネットワークの学習機能を利用して行うこ
とができる。ニューラルネットワークは、脳や神経回路
網のモデルに基づいた計算技術の分類であり、これらの
ニューラルネットワークは、計算問題の解法を学習する
ために、内部の重みを外部出力に適用することに特徴づ
けられる。中間層を構成する中間素子は、基底関数とも
呼ばれ、任意の関数が使用でき、例えば、放射状基底関
数（RBF）が好適に使用できる。放射状基底関数の特徴
は、関数の応答が中心点からの距離に応じて単調に減少
（又は増加）することにあり、放射状基底関数の中心、
距離目盛り及び正確な形状は、モデルのパラメータであ
り、放射状基底関数の例としては、ガウス関数などがあ
る。

【００２３】RBFネットワークを用いた判別境界面の構
築及びそれに基づく非線形がけ崩れ発生限界線の設定方
法は、例えば、上述の本発明者らの論文（倉本、他：RB
Fネットワークを用いた非線形がけ崩れ発生限界雨量線
の設定に関する研究、土木学会論文集、No.672/VI-50,
pp.117-132, 2001.3）に詳細に示されているモデルなど
が好適に使用でき、特に本発明を限定するものではない
ため、その詳細な説明を省略するが、本発明者らが提案
したモデルでは、ｎ個の入力素子とｍ個の基底関数と１
個の出力素子を有するRBFネットワークを用いた学習と
して、(1)式を最小化するようにして、各基底関数と出
力素子との結線の重みを決定する。

【００２４】

【数１】

【００２５】(1)式において、ｐは学習データ数であ
り、ｘ_iは学習データ、ｙ_iは教師データ、o(x_i)は出力
素子の出力値、ｗ_iは重み、λ_iは重みｗ_iの抑制パラメ
ータである。

【００２６】ニューラルネットワークを用いて基本判別
境界面を構築する工程で得られた情報を近似する関数形
状としては、特に本発明を限定するものではないが、簡
易かつ実績データ（学習データ）のバラツキを平均化で
きる直線近似が好適である。近似した関数関係に基づ
き、斜面毎の潜在危険度に対応する重みを容易に算出で
きるため、その重みを用いて個別判別境界面の構築と個
別非線形がけ崩れ発生限界線の設定を容易に行うことが
できる。なお、この関数近似化は、グループ間のバラツ
キを平均化するため、結果として平均化され汎用性の高
い、近似したグループ毎の判別境界面（以下、「近似判
別境界面」という）や斜面毎の個別判別境界面の構築を
可能にする効果もある。

【００２７】潜在危険度に基づき分類するグループ数
は、本発明を限定するものではなく、また、上述のよう
に、構築した基本判別境界面が自然現象に矛盾した場合
などには、変更して試行するパラメータの１つである
が、本発明者の研究によれば、５グループに分類するの
が好ましい。一般的な傾向としては、余り少なくする
と、重みの関数近似が煩雑、或いは困難になる危険性が
あり、余り多くし過ぎると、基本判別境界面間に有意な
差が表れなくなり、これも関数近似を困難にする。

【００２８】次に、潜在危険度の評価に係わる実施の形
態について説明する。公知の如く、斜面要因は、大きな
区分として、地形要因、地質・土質要因、環境要因、或
いは地震要因などに区分でき、さらにそれぞれの区分毎
に、例えば、地形要因としては、傾斜度、斜面高さ、斜
面方位、斜面形状、横断形状、遷急線などに細分され、
潜在危険度は、これらの斜面要因による評価として求め
られる。具体的なその評価方法は、例えば、公知の多変
量解析、ファジイ理論、或いは点数制などが使用でき、
本発明を特に限定するものではなく、また、上述のよう
に、構築した基本判別境界面が自然現象に矛盾した場合
などには、変更して試行するパラメータの１つである
が、本発明者の研究によれば、点数制を用いた評価が好
ましい。例えば、斜面要因毎にカテゴリー別のがけ崩れ
発生率を算出し、その発生率を当該斜面要因・当該カテ
ゴリーの設定点数とし、このようにして設定した斜面要
因毎の得点を加算することにより個別斜面の潜在危険度
を評価するのが好ましい。この方法は、非常に簡易であ
り、経験的な判断を必要とせず、更に斜面要因間のウェ
イトを自動的に調整できるものであり、実際の崩壊現象
（潜在危険度との関係においての、崩壊確率、或いは崩
壊傾向）を非常に良く再現できるものである。

【００２９】本発明で好適に使用し得る降雨要因として
は、本発明者らの精力的な研究によれば、短期指標とし
て直近の一時間雨量と、長期指標として直近の半減期を
72時間とした実効雨量との組み合わせが特に好ましい。

【００３０】次に、本発明の警戒避難支援システムにつ
いて説明する。本発明の警戒避難支援システムは、本発
明の方法を用いて設定した個々の斜面あるいは個々の渓
流に対する土砂災害の非線形の発生限界線、避難基準線
及び警戒基準線（以下、それぞれ個別非線形発生限界
線、個別非線形避難基準線、個別非線形警戒基準線と称
する）の少なくともいずれかを用いたことを特徴とする
警戒避難支援システムであって、その詳細な構成は、本
発明を限定するものではなく、例えば、前述の本発明者
らが提案した土石流警戒避難支援システム（瀬尾、他：
GISを用いた土石流警戒避難支援システムの構築〜山口
県大島郡におけるモデルの開発〜、砂防学会誌、Vo.53,
No.4, p.30-37, 2000）と同様な構成において、本発明
を実施できることは明らかである。

【００３１】例えば、GISを用い、本発明の方法で構築
した個別判別境界面と、その判別境界面を用いて設定さ
れた非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の
少なくともいずれかを有し、個々の斜面あるいは個々の
渓流の土砂災害発生危険度判定結果の色表示、スネーク
曲線の表示、避難場所情報の表示、被害想定の表示、被
害情報の入力と集計、予測雨量に対する予測土砂災害発
生危険度判定結果の表示の機能を有する警戒避難支援シ
ステムとして実施できる。なお、個別非線形避難基準線
と個別非線形警戒基準線は、個別非線形発生限界線と同
様に、構築した個別判別境界面を用い、その閾値を変え
て設定することができる。

【００３２】また、本発明の方法を実行させるプログラ
ムを含み、例えば、RBFネットワークの追加学習・忘却
機能を利用し、ハード対策等の最新情報を反映させた個
別非線形発生限界線、個別非線形避難基準線及び個別非
線形警戒基準線の少なくともいずれかの更新を行い、そ
の信頼性を保持、あるいは向上させることができる。

【００３３】以上のような実施の形態により、本発明
は、斜面要因あるいは渓流要因を考慮した個々の斜面あ
るいは個々の渓流に対する土砂災害の非線形の発生限界
線、避難基準線及び警戒基準線の少なくともいずれか
を、精度よく且つ容易に設定可能な方法とそれをコンピ
ュータにおいて実行させるプログラム及びその高精度な
発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の少なくともい
ずれかを用いた信頼性の高い警戒避難支援システムを提
供することができる。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明がこれらの実施例に限定されるものではな
いことは言うまでもない。

【００３５】先ず、以下で説明するがけ崩れの個別非線
形発生限界線の設定法に係わる実施例において、解析に
用いた対象データについて説明する。対象地域は山口県
下関市南部であり、対象とする斜面は、対象地域内で危
険箇所に指定された自然斜面（239斜面）である。発生
斜面は、対象期間内（1975〜1998年）にがけ崩れの発生
が確認されている斜面（59斜面）であり、非発生斜面
は、対象期間内に一度もがけ崩れが発生しておらず、且
つ現状でも未対策の斜面（180斜面）である。対象降雨
データは、対象期間中に下関気象台で観測されたアメダ
スデータを用いた。発生降雨は、がけ崩れ発生推定時刻
を含む一連降雨とし、解析に用いた発生降雨要因は、発
生推定時刻から３時間以内の最大時間雨量と、その時刻
における実効雨量（半減期72hr）である。一方、非発生
降雨は、対象降雨から発生降雨を除いた全ての降雨要因
（約20万個）である。

【００３６】図２は、本実施例の解析過程の概要を示し
た、フロー図であって、以下、このフローに従って本実
施例を説明する。

【００３７】先ず、斜面の潜在的な崩壊危険度（以下、
「崩壊危険度」と略称する）の算出と、その崩壊危険度に
基づくグループ化について説明する。本実施例の崩壊危
険度は、点数制を用いて算出したものであり、斜面要因
毎にカテゴリー別のがけ崩れ発生率を算出し、その発生
率を当該斜面要因・当該カテゴリーの設定点数とし、こ
の評価表により得られた各要因の点数を合計したもので
ある。表１は、本実施例で用いた斜面要因の一覧であ
り、平成９年に山口県が行った急傾斜地崩壊危険箇所点
検で調査された地形要因、地質・土質要因、環境要因、
地震要因（全29要因）の中から、がけ崩れ発生に及ぼす
影響度が不明瞭な上位地形の方向（地形要因）など５要
因と、ハード対策に係わる対策工（環境要因）など２要
因を除外した、22要因を選択したものである。

【００３８】

【表１】

【００３９】図３は、カテゴリー別の設定点数を求めた
例であって、(a)は地形要因に属する傾斜度に関し、(b)
は環境要因に属する隣接斜面（状況）に関するものであ
り、図中、黒□、白□は各カテゴリーに属する発生斜
面、非発生斜面をそれぞれ表し、折れ線は各カテゴリー
における発生率（発生斜面数／全斜面数）、即ち設定点
数を示している。(a)は、傾斜度が70°以上では発生率
が急上昇、即ち、傾斜度はがけ崩れの発生に大きな影響
を及ぼすことを示している。一方、(b)は、「斜面全部の
崩壊」を除く全てのカテゴリーで20％程度を示し、隣接
斜面（状況）はがけ崩れの発生に殆ど影響しないことを
示している。なお、「斜面全部の崩壊」が0％となったの
は、これに属する斜面が一ヶ所のみで、有効な発生率を
算出するデータが不足した結果である。

【００４０】表２は、以上のようにして評価した崩壊危
険度に基づき５グループに分類した、各グループの諸元
を示し、図４は、各グループにおける発生率を示したも
のである。図４より、発生率は、算出した崩壊危険度の
増加に伴い上昇し、本実施例における崩壊危険度の評価
法が妥当であることを示している。この崩壊危険度の評
価法は、非常に簡易な方法であると共に、経験的な判断
を必要とせず、客観的に決定する方法であり、更に、要
因間のウェイト付けを自動的に調整できる好ましい方法
である。

【００４１】

【表２】

【００４２】次に、各グループの基本判別境界面の構築
について説明する。本実施例では、判別境界面の構築
を、上述の本発明者らが開発したRBFネットワーク（倉
本、他：RBFネットワークを用いた非線形がけ崩れ発生
限界雨量線の設定に関する研究、土木学会論文集、No.6
72/VI-50, pp.117-132, 2001.3）を用い、学習データ
を、抽出した時間雨量、実効雨量の２要因とし、発生、
非発生の教師値を、それぞれ０、１として行った。な
お、本実施例では、突出したデータに対する過剰な反応
を抑制し、再現性の高い形状を有する基本判別境界面を
構築できるようにするため、このモデルのパラメータの
一つである、非発生降雨要因に関するλ_max（(1)式の抑
制パラメータの最大値）を、10から100に変更して用い
た。RBFネットワークは、非線形判別に優れ、本発明の
判別境界面を構築するに好適である。

【００４３】図５は、構築した各グループの基本判別境
界面であり、白色、灰色の領域はそれぞれ安全、危険領
域を示し、白から灰色領域に近づくと共に、徐々にがけ
崩れの発生危険度が増すことを示している。図６は、構
築した基本判別境界面に基づく各グループの非線形がけ
崩れ発生限界線（閾値0.8の等高線、以下、「基本非線形
発生限界線」という）を比較した図である。なお、図６
には、後述する重みの関数近似の例として示す格子点
（基底関数に対応）の位置を併せて示している。

【００４４】図５と図６は共に、崩壊危険度の増加に伴
い、がけ崩れ発生の危険性が低い安全領域が減少するこ
とを示し、構築した基本判別境界面が自然現象と矛盾せ
ず、妥当なものであることを示している。

【００４５】次に、グループ毎の基本判別境界面の構築
により得られた情報の、関数近似について説明する。本
実施例では、全ての基底関数の重みをグループ毎に抽出
し、その重みを、各グループの平均崩壊危険度を崩壊危
険度として、降雨要因をパラメータに直線近似した。図
７は、その結果の例として、図６に示した格子点に対応
する３点について示したものであって、図中の直線が回
帰分析によって求めた近似直線である。これら３つの格
子点は、実効雨量と時間雨量の異なる組合せを示してお
り、これらの組合せが降雨要因のパラメータとして直線
近似に影響を与えている。具体的には、図７は、安全度
の高い領域にある格子点(1)では、重みは崩壊危険度の
影響を殆ど受けず、一方、崩壊危険度により基本判別境
界面が大きく変化する領域にある格子点(2)、(3)では、
崩壊危険度の増加に伴い重みが減少することを示してお
り、崩壊危険度と安全領域との妥当な関係を説明するも
のである。かかる関数化を行うことにより、任意の崩壊
危険度を有する斜面に対して、得られた関数に崩壊危険
度を代入するだけで基底関数の重みを容易に算出するこ
とができ、個々の斜面に対するRBFネットワークでの学
習を要さず、個別非線形のがけ崩れ発生限界線を設定で
きる。

【００４６】次に、以上のようにして求めた直線近似の
妥当性を確認するために行った、近似による重みを用い
て構築した各グループの近似判別境界面について説明す
る。各グループの近似判別境界面は、上記の近似関数に
各グループの平均崩壊危険度を代入することで得られる
重みを用いて構築し、それに基づく各グループの非線形
がけ崩れ発生限界線（閾値0.8の等高線、以下、「近似非
線形発生限界線」という）を設定した。図８は、その構
築した近似判別境界面を示し、図９は、その設定した近
似非線形発生限界線を示した図である。近似判別境界面
（図８）及び近似非線形発生限界線（図９）は共に、基
本判別境界面（図５）及び基本非線形発生限界線（図
６）とほぼ同様な形状となっており、直線近似すること
による大きな問題は生じていないことを示している。逆
に、図６の基本非線形発生限界線では、一部データの分
布に対して過剰に反応し、異常と考えられる局所的な形
状変化が見られる（格子点(3)近傍）が、図９の近似非
線形発生限界線では、その傾向は弱まり、平均化された
汎用性の高い形状になっている。即ち、多少のバラツキ
のあるデータの分布を関数近似することにより、判別境
界面の平均化を行うことができると共に、局所的な過剰
反応を軽減させ汎用性の高い判別境界面を構築すること
ができる。

【００４７】次に、以上のようにして求めた崩壊危険度
と重みとの関数関係を用いて設定した、斜面毎の個別非
線形がけ崩れ発生限界線の予測精度について説明する。
表３は、発生及び非発生に対する正判別率を、本発明者
らが開発した斜面毎の線形がけ崩れ発生限界線（倉本、
他：急傾斜地における斜面要因を考慮したがけ崩れ発生
限界雨量線の設定手法に関する研究、土木学会論文集、
No.658/VI-48, pp.207-220, 2000.9）、及び地域毎の非
線形がけ崩れ発生限界線（倉本、他：RBFネットワーク
を用いた非線形がけ崩れ発生限界雨量線の設定に関する
研究、土木学会論文集、No.672/VI-50, pp.117-132, 20
01.3）と比較して示した、各がけ崩れ発生限界線の正判
別率一覧表である。

【００４８】

【表３】

【００４９】表３に示すように、各がけ崩れ発生限界線
ともに発生に関する正判別率は100％である。従って、
予測精度は、非発生の正判別率を比較することになる
が、従来の斜面毎の線形がけ崩れ発生限界線と地域毎の
非線形がけ崩れ発生限界線とは、それぞれ77.6％と77.0
％であるのに対し、本発明の個別非線形がけ崩れ発生限
界線は、85.0％であり、高精度の予測が可能なことを示
している。以上、本発明の実施例を説明したが、特許請
求の範囲で規定された本発明の精神と範囲から逸脱する
ことなく、その形態や細部に種々の変更がなされても良
いことは明らかである。

【００５０】例えば、実施例では、潜在危険度を点数制
で評価しているが、公知の多変量解析やファジイ理論な
どを用いて評価しても良く、本発明を限定するものでは
なく、点数制を用いるに際しても、実施例で採用した斜
面要因は一例であって、地域の特性等を考慮し、これに
追加、或いは削除して実施できることは言うまでもな
い。また、実施例では、重みを発生危険度の直線として
近似する例を説明したが、直線近似に限定されるもので
はなく、例えば、二次関数近似などとしても実施でき
る。これは、例えば、図７の如く、基底関数の重みと各
グループの平均崩壊危険度との関係を総合的に判断して
近似する関数形状を決定できる。

【００５１】また、実施例では、個別非線形発生限界線
を閾値0.8として設定しているが、これは判別境界面を
構築する際の発生危険度に係わり、更には、正判別率を
最大にする如くして決定すべきものであり、本発明を何
ら限定するものではない。さらに又、基本判別境界面を
構築し潜在危険度の影響を抽出するに際し、必ずしも全
ての対象斜面又は対象渓流を含める必要はなく、潜在危
険度の影響を明確、且つ高精度に反映できる基本判別境
界面が構築できればよく、例えば、10グループに分類
し、その分類の中から、統計上意味のあるデータ数を含
むなど適当と判断されるグループを選抜して潜在危険度
の影響を抽出することもできる。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上、詳細に説明したよう
に、個々の斜面あるいは個々の渓流の潜在危険度の違い
を明確に個々の斜面あるいは個々の渓流に対する土砂災
害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線に
反映させることが可能であり、また、個々の斜面毎ある
いは個々の渓流毎の学習による判別境界面の構築を要さ
ず、斜面要因あるいは渓流要因を考慮した個々の斜面あ
るいは個々の渓流に対する土砂災害の非線形の発生限界
線、避難基準線及び警戒基準線の少なくともいずれか
を、精度よく且つ容易に設定可能な方法とそれをコンピ
ュータにおいて実行させるプログラムを提供する効果が
ある。また、その高精度な個々の斜面あるいは個々の渓
流の土砂災害の非線形の発生限界線、避難基準線及び警
戒基準線の少なくともいずれかを用いた信頼性の高い警
戒避難支援システムを提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】短期指標としての時間雨量と長期指標としての
実効雨量とをパラメータとしたがけ崩れ発生の発生危険
度を三次元平面で表した判別境界面の一例であって、本
発明で言う判別境界面を説明するための概念図である。

【図２】がけ崩れの個別非線形発生限界線の設定法に係
わる実施例であって、本実施例の解析過程の概要を示し
たフロー図である。

【図３】実施例の崩壊危険度の算出に係わり、カテゴリ
ー別の設定点数を求めた例であって、(a)は地形要因に
属する傾斜度に関し、(b)は環境要因に属する隣接斜面
（状況）に関するものであり、図中、黒□、白□は各カ
テゴリーに属する発生斜面、非発生斜面をそれぞれ表
し、折れ線は各カテゴリーにおける発生率（発生斜面数
／全斜面数）、即ち設定点数を示している。

【図４】実施例において、対象斜面を点数性で評価した
崩壊危険度に基づき分類した、５グループの発生率を示
した図である。

【図５】実施例において構築した各グループの基本判別
境界面であり、白色、灰色の領域はそれぞれ安全、危険
領域を示し、白から灰色領域に近づくと共に、徐々にが
け崩れの発生危険度を増すことを示している。

【図６】実施例において構築した基本判別境界面に基づ
く各グループの基本非線形発生限界線（閾値0.8の等高
線）を比較して示した図である。

【図７】実施例において、基底関数の重みを各グループ
の平均崩壊危険度を崩壊危険度として直線近似した結果
の例である。

【図８】実施例において、崩壊危険度の関数として直線
近似した重みを用いて構築した各グループの近似判別境
界面を示した図である。

【図９】実施例において、崩壊危険度の関数として直線
近似した重みを用いて構築した各グループの近似非線形
発生限界線（閾値0.8）を比較して示した図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−158186（ＪＰ，Ａ) 倉本和正他５名，地域特性を考慮した非線形がけ崩れ発生限界雨量線に対するＲＢＦネットワークの適用，計算工学講演会論文集，日本，計算工学会，2001 年５月，Ｖｏｌ．６，ｐ685−688 倉本和正他４名，山口県の急傾斜におけるがけ崩れ発生の現状，土木学会年次学術講演会講演概要集第６部，日本，土木学会，1999年９月，Ｖｏｌ．54 ｔｈ，ｐ278−279 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 17/20 106 G01D 21/00 G01W 1/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】個々の斜面に対しては斜面要因によりあ
るいは個々の渓流に対しては渓流要因により評価する土
砂災害発生の潜在危険度を演算する工程と、この演算に
よって得られた潜在危険度の数値の大小に基づき前記個
々の斜面あるいは個々の渓流を複数のグループに分類す
る工程と、この複数のグループの各々に含まれる斜面あ
るいは渓流の潜在危険度の平均値を演算する工程と、該
分類されたグループ毎に降雨要因をパラメータとした土
砂災害の発生危険度を表す判別境界面について入力層と
中間層と出力層を備えるニューラルネットワークを用い
て前記中間層と出力層の結線の重みを演算する工程と、
この中間層と出力層の結線の重みと前記グループ毎の潜
在危険度の平均値の関係を降雨要因をパラメータとして
関数で近似する工程と、該近似された関数の変数に前記
個々の斜面あるいは個々の渓流の潜在危険度を代入して
個々の斜面あるいは個々の渓流の重みを演算する工程
と、この個々の斜面あるいは個々の渓流の重みを使用し
て個々の斜面あるいは個々の渓流の判別境界面を演算す
る工程と、該演算された個々の斜面あるいは個々の渓流
の判別境界面の所定の等高線に対応する個々の斜面ある
いは個々の渓流の土砂災害の非線形の発生限界線、避難
基準線及び警戒基準線の少なくともいずれかを設定する
工程とを有することを特徴とする土砂災害の発生限界
線、避難基準線及び警戒基準線の設定方法。
【請求項２】コンピュータに個々の斜面に対しては斜
面要因によりあるいは個々の渓流に対しては渓流要因に
より評価する土砂災害発生の潜在危険度を演算する工程
と、この演算によって得られた潜在危険度の数値の大小
に基づき前記個々の斜面あるいは個々の渓流を複数のグ
ループに分類する工程と、この複数のグループの各々に
含まれる斜面あるいは渓流の潜在危険度の平均値を演算
する工程と、該分類されたグループ毎に降雨要因をパラ
メータとした土砂災害の発生危険度を表す判別境界面に
ついて入力層と中間層と出力層を備えるニューラルネッ
トワークを用いて前記中間層と出力層の結線の重みを演
算する工程と、この中間層と出力層の結線の重みと前記
グループ毎の潜在危険度の平均値の関係を降雨要因をパ
ラメータとして関数で近似する工程と、該近似された関
数の変数に前記個々の斜面あるいは個々の渓流の潜在危
険度を代入して個々の斜面あるいは個々の渓流の重みを
演算する工程と、この個々の斜面あるいは個々の渓流の
重みを使用して個々の斜面あるいは個々の渓流の判別境
界面を演算する工程と、該演算された個々の斜面あるい
は個々の渓流の判別境界面の所定の等高線に対応する個
々の斜面あるいは個々の渓流の土砂災害の非線形の発生
限界線、避難基準線及び警戒基準線の少なくともいずれ
かを設定する工程とを実行させることを特徴とする土砂
災害の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定プ
ログラム。
【請求項３】前記ニューラルネットワークにおける中
間層と出力層の結線の重みと前記グループ毎の潜在危険
度の平均値の関係を降雨要因をパラメータとして関数で
近似する工程における該関数近似は、直線近似であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の土砂災害の発生限界
線、避難基準線及び警戒基準線の設定方法。
【請求項４】前記潜在危険度に基づき分類するグルー
プ数は、５グループであることを特徴とする請求項１又
は請求項３に記載の土砂災害の発生限界線、避難基準線
及び警戒基準線の設定方法。
【請求項５】前記ニューラルネットワークは、放射状
基底関数（RBF）を用いるRBFネットワークであることを
特徴とする請求項１、請求項３又は請求項４に記載の土
砂災害の発生限界線、避難基準線及び警戒基準線の設定
方法。
【請求項６】前記放射状基底関数は、ガウス関数であ
ることを特徴とする請求項５に記載の土砂災害の発生限
界線、避難基準線及び警戒基準線の設定方法。
【請求項７】前記潜在危険度は、点数制を用いて評価
した潜在危険度であって、斜面要因毎あるいは渓流要因
毎にカテゴリー別の土砂災害発生率を算出し、その発生
率を該カテゴリーの設定点数とし、斜面要因毎あるいは
渓流要因毎の点数を加算した潜在危険度であることを特
徴とする請求項１、請求項３乃至請求項６のいずれかに
記載の土砂災害の発生限界線、避難基準線及び警戒基準
線の設定方法。
【請求項８】前記グループ毎の判別境界面と前記個々
の斜面あるいは個々の渓流の判別境界面は、直近の一時
間雨量と半減期を72時間とした実効雨量とを前記降雨要
因のパラメータとして表した判別境界面であることを特
徴とする請求項１、請求項３乃至請求項７のいずれかに
記載の土砂災害の発生限界線、避難基準線及び警戒基準
線の設定方法。
【請求項９】請求項１に記載された方法で設定された
個々の斜面あるいは個々の渓流の土砂災害の非線形の発
生限界線、避難基準線及び警戒基準線の少なくともいず
れかを用いたことを特徴とする警戒避難支援システム。
【請求項１０】請求項１に記載された方法で設定され
た個々の斜面あるいは個々の渓流の判別境界面と、その
判別境界面を用いて設定された非線形の発生限界線、避
難基準線及び警戒基準線の少なくともいずれかを有し、
個々の斜面あるいは個々の渓流の土砂災害発生危険度判
定結果の色表示、スネーク曲線の表示、避難場所情報の
表示、被害想定の表示、被害情報の入力と集計、予測雨
量に対する予測土砂災害発生危険度判定結果の表示の機
能を有することを特徴とする請求項９に記載の警戒避難
支援システム。
【請求項１１】地理情報システム（GIS）を用いたこ
とを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の警戒避
難支援システム。