JP5279116B2 - 水害観測支援方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば河川の増水や洪水等の水害を監視する業務を支援する水害観測支援方法及び装置に関する。

国や自治体等では、河川の状況を監視して増水や洪水の予測に役立てる取り組みが種々行われている。最も一般的な手法は、河川の監視対象場所に水位計を設置してその検出信号をもとに水位を監視するものである。しかし、この手法では監視対象場所にそれぞれ水位計を設置しなければならないため、多数の監視対象場所を監視しようとすると高額な設置費やメンテナンス費用がかかると云う問題がある。また、河川の監視対象区間における流量と、当該河川の監視対象区間の河床構造をもとに、上記監視対象区間における水位を計算する方法も提案されている。このような方法によれば、多数の水位計を設置することなく河川の水位を監視することができる（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００７−１５５４８８号公報

ところが、台風や集中豪雨等を想定した場合、水害の予測は限られた河川についてのみ行えばよいわけではなく、中小河川を含む多数の河川流域や低地帯等についても行う必要がある。すなわち、洪水予測のための観測対象地域はきわめて広範囲となる。しかし、このように広範囲に渡る観測対象地域を同時に観測することは、大掛かりな設備と人手を必要とする。

また、観測対象の河川流域に対しその規模に応じて優先度を付け、危険度の高い河川流域から順に観測することも考えられる。しかし、危険度は必ずしも河川流域の規模により決まるわけではなく、集水域ごとの水収支や水の貯蔵量等によっても変化する。このため、集水域の水収支等の特性を考慮したより適切な観測支援方法の確立が望まれている。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、観測対象地域が広範囲の場合に個々の集水域の特性を考慮してより適切な観測支援情報を提供できるようにした水害観測支援方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一観点は、観測対象地域の標高データを記憶する標高データベースと、上記観測対象地域の土地利用種別を表す情報を記憶する土地利用種別データベースと、上記土地利用種別に対応付けて当該土地における水の流入及び流出特性をタンクにより表したタンクモデルの種類を記憶するタンクモデル対応テーブルとを用いて、観測支援装置が上記観測対象地域における水害観測支援を行う際に、上記観測対象地域を複数のセルに分割し、上記標高データベースから上記セルごとの標高データを読み出すと共に、上記土地利用種別データベースから上記セルごとの土地利用種別を表す情報を読み出す。さらに、この土地利用種別を表す情報に基づいて上記タンクモデル対応テーブルから上記セルごとの土地利用種別に対応するタンクモデルの種類を読み出し、上記セルごとに、この読み出されたタンクモデルにより表されるタンク容量の総和を算出して、この算出したタンク容量の総和を上記セルの重みとして設定する。そして、上記標高データベースから読み出された各セルの標高データをもとに、上記複数のセルを固有の集水域を構成する複数のセル群にグループ化し、上記セルごとに設定された重みに基づいて、上記複数のセル又はセル群に対し観測優先度を設定するものである。

したがって、観測対象地域を細分化したセルごとに、その土地における水の流入及び流出特性をタンクにより表したタンクモデルが設定され、このタンクモデルをもとに各セルに対し重みが設定される。そして、この設定された重みに基づいて、上記セルごと或いは固有の集水域を構成する複数のセル群ごとに観測優先度が設定される。このため、細分化されたセルごとにその土地の特性を考慮した高精度の解析が可能となり、これにより観測機関又は観測者に対し信頼性の高い観測優先度情報を提供することが可能となる。しかも、上記解析処理をタンクモデルを利用することで比較的簡単に実現できる利点がある。

この発明の一観点はさらに、以下のような特徴的構成要素を備えることを特徴とする。
第１の特徴的構成要素は、上記観測優先度を設定する際に、上記セルごとに設定された重みに基づいて、上記複数のセルに対し重みが小さい順に観測優先度を高く設定するものである。
この方法又は手段は、タンク容量が小さいセルは水の貯蓄量が少なく水が河川に流入しやすいことに着目したものであり、このようにすると降雨により急激な増水が発生しやすい地域を優先的に観測することが可能となる。

第２の特徴的構成要素は、上記観測優先度を設定する際に、上記セルごとに設定された重みに基づいて、上記複数のセル群ごとに水が流れる方向に配置されたセル間の重みの減少幅を算出し、上記複数のセル群に対し上記算出された重みの減少幅が大きい順に観測優先度を高く設定するものである。
この方法又は手段は、上流側のセルが備える貯水量に比べて下流側のセルが備える貯水量が著しく小さい場合には水が溢れやすいことに着目したもので、このようにすると水が溢れやすい地域を優先的に観測することが可能となる。

第３の特徴的構成要素は、上記観測優先度を設定する際に、上記セルごとに設定された重みに基づいて、上記複数のセル群ごとに当該セル群を構成する複数のセルの重みの総和を算出し、上記複数のセル群に対し上記算出された重みの総和が小さい順に観測優先度を高く設定するものである。
この方法又は手段は、貯蓄可能な水の総量が小さい集水域ほど河川の増水又は浸水が発生しやすいことに着目したもので、このようにすると河川の増水又は浸水が発生しやすい地域を優先的に観測することが可能となる。

すなわちこの発明によれば、観測対象地域が広範囲の場合に個々の集水域の特性を考慮してより適切な観測支援情報を提供できるようにした水害観測支援方法及び装置を提供することができる。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係わる水害観測支援方法を実施するシステムの概略構成図である。このシステムは、観測支援装置ＳＶを例えば自治体のサーバ装置ＧＶに対し通信ネットワークＮＷを介して接続したものである。

自治体サーバ装置ＧＶ２には、土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１と、複合タンクモデルデータベースＤＢ２と、標高データベースＤＢ３と、土地利用種別データベースＤＢ４と、観測支援情報データベースＤＢ５が設けられている。
標高データベースＤＢ３には、観測対象地域の標高データが記憶されている。この標高データは、例えば国土地理院の地図データベース又は測量データベースから読み込むことにより得られる。

土地利用種別データベースＤＢ４には、上記観測対象地域の土地利用種別データが記憶されている。この土地利用種別データは、自治体が衛星写真や航空写真等をもとに作成したもので、「水田」、「山地」、「市街地」、「畑地」からなる。
土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１には、上記土地利用種別データベースＤＢ４に記憶された土地利用種別に対応する複合タンクモデルの番号が記憶される。

複合タンクモデルデータベースＤＢ２には、上記複合タンクモデルの番号に対応付けて複合タンクモデルの構造を表す情報が記憶される。複合タンクモデルは、水収支解析のために開発された基本モデルであり、水質に関する種々の情報をもとにシステム管理者により経験的に構築される。例えば、土地利用種別が「畑地」の場合、日本や世界のすべての場所でタンクモデルは同一ではない。土質（粘土、火山灰土等）によりタンクモデルは異なるからである。このように設定した複合タンクモデルを用いることで、流域内の水循環構造を正確に表現することが可能となる。

図３に複合タンクモデルの一例を示す。水系全体は、用水の反復利用などの水循環特性を考慮していくつかのブロックに分割することが可能である。それぞれのブロックは、図３に示すように「山地」、「水田」、「畑地」、「市街地」の土地利用種別により細分され、それぞれの土地利用種別ごとの水流出特性は独立した２〜４段の直列タンクモデルで表される。

タンクモデルのパラメータは山地に関しては最適化手法によって決定され、また他のタンクはそれぞれの土地利用の流入流出特性及び水利用特性を考慮して決定される。タンクの例を図４に示す。図４に示したタンクＴは３個のオリフィスＡ，Ｂ，Ｃを備えたものである。土地利用の水収支、流入流出の遅延時間に適するように、タンクＴの容量、底面積、オリフィスＡ，Ｂ，Ｃの直径、オリフィスＡ，Ｂのタンク底面からの高さを調節する。オリフィスの数、設置する位置に制限はない。複合タンクモデルとは複数のタンクを組み合わせたものである。

タンクＴの底面積は水が貯蓄される速度に関係し、底面積が小さければタンクＴの水位の上昇する速度は大きくなる。タンク底面積の小さいモデルに相当する土地は水の流出が多いとみなすことができる。複合タンクモデルデータベースＤＢ２には、タンクＴごとにその底面積又は容量を表すデータが記憶されている。
なお、復号タンクモデルについては、「河川汚濁モデル解析」、pp.179〜180、國松孝男、村岡浩爾 編著 技法堂出版に詳しく記載されている。

観測支援情報データベースＤＢ５は、後述する観測支援装置ＳＶから送られる観測支援情報を保存するために使用される。
通信ネットワークＮＷは、例えばインターネットに代表されるＩＰ（Internet Protocol）網と、このＩＰ網にアクセスするためのアクセス網とから構成される。アクセス網としては、例えば有線公衆網、ＬＡＮ（Local Area Network）、移動通信網、ＣＡＴＶ（Cable Television）網が用いられる。

観測支援装置ＳＶは、例えばＷｅｂサーバからなる。図２はそのハードウエア及びソフトウエアの構成を示すブロック図である。
すなわち、観測支援装置ＳＶは、中央制御ユニット（Central Control Unit；ＣＰＵ）１１を備え、このＣＰＵ１１に対しバス１２を介してプログラムメモリ１３、データメモリ１４、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）１５及び入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）１６を接続したものである。

通信Ｉ／Ｆ１５は、ＣＰＵ１１の制御の下で、通信ネットワークＮＷにより規定される通信プロトコルに従い、自治体サーバ装置ＧＶとの間でデータ通信を行う。通信プロトコルとしては、例えばＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol／Internet Protocol）が使用される。

入出力Ｉ／Ｆ１６には、入力デバイス１７及び表示デバイス１８が接続される。入力デバイス１７は、例えばキーボード及びマウスにより構成される。表示デバイス１８は液晶ディスプレイからなる。入出力Ｉ／Ｆ１６は、上記入力デバイス１７による操作情報をＣＰＵ１１に伝えると共に、ＣＰＵ１１からの表示指示に従い表示情報を上記表示デバイス１８に表示させる。

プログラムメモリ１３には、この発明を実施するために必要なアプリケーション・プログラムとして、セル分割処理プログラム１３１と、標高及び土地利用種別の設定処理プログラム１３２と、タンクモデル設定処理プログラム１３３と、セル重み設定処理プログラム１３４と、集水域設定処理プログラム１３５と、観測支援情報生成プログラム１３６が格納されている。
なお、データメモリ１４は、上記各プログラム１３１〜１３６の実行過程又は実行処理後に生成されるデータや、通信Ｉ／Ｆ１５により送受信されるデータ等を保存するために用いられる。

セル分割処理プログラム１３１は、観測対象地域を表す地図データを複数のセルに細分化する処理を、上記ＣＰＵ１１に実行させる。各セルは矩形セルからなり、例えば１００メートル四方の正方形に設定される。なお、矩形セルの一辺の長さは１００メートルに限定されるものではなく、要求される観測精度に応じて任意に設定可能である。

標高及び土地利用種別の設定処理プログラム１３２は、通信Ｉ／Ｆ１５を介して自治体サーバ装置ＧＶに対しアクセスし、上記設定された各矩形セルの位置データ（緯度経度データ）をもとに標高データベースＤＢ３から各矩形セルの標高データを取得して、矩形セルごとの標高平均値を設定する。またそれと共に、土地利用種別データベースＤＢ４から各矩形セルの土地利用種別を表すデータを取得して、矩形セルごとの土地利用種別を設定する処理を、上記ＣＰＵ１１にそれぞれ実行させる。

タンクモデル設定処理プログラム１３３は、通信Ｉ／Ｆ１５を介して自治体サーバ装置ＧＶに対しアクセスし、上記標高及び土地利用種別の設定処理プログラム１３２により矩形セルごとに設定された土地利用種別をもとに、土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１から対応する複合タンクモデルの番号を取得し、この取得した複合タンクモデルの番号を矩形セルに対し設定する処理を、上記ＣＰＵ１１に実行させる。

セル重み設定処理プログラム１３４は、矩形セルごとに、上記タンクモデル設定処理プログラム１３３により設定された複合タンクモデルの番号をもとに複合タンクモデルデータベースＤＢ２から該当する複合タンクモデルの構造データを読み出す。そして、この読み出した構造データに含まれるタンク底面積をもとにその総和を算出し、この算出したタンク底面積の総和を重みCell[i].weightとして矩形セルに対し設定する処理を、上記ＣＰＵ１１に実行させる。

集水域設定処理プログラム１３５は、上記標高及び土地利用種別の設定処理プログラム１３２により矩形セルごとに設定された標高平均値をもとに、当該複数のセルを固有の集水域を構成する複数のセル群にグループ化し、さらにこのグループ化されたセル群ごとに当該セル群を構成する複数のセル間に水の流れに従い上流から下流に向かう有向枝を設定する処理を、上記ＣＰＵ１１に実行させる。

観測支援情報生成プログラム１３６は、上記セル重み設定処理プログラム１３４により矩形セルごとに設定された重みCell[i].weightに基づいて上記複数の矩形セル又はセル群に対し降水量の観測優先度を設定し、その設定結果を観測支援情報として通信Ｉ／Ｆ１５から自治体サーバ装置ＧＶへ送信する処理を、上記ＣＰＵ１１に実行させる。

観測優先度の設定プログラムとしては、（１）矩形セルに対しその重みCell[i].weightが小さい順に優先度を高く設定する第１の優先度設定プログラムと、（２）複数のセル群ごとにその上流セルと下流セルとの間の重みCell[i].weightの減少幅を算出し、上記複数のセル群に対し上記算出された重みCell[i].weightの減少幅が大きい順に観測優先度を高く設定する第２の優先度設定プログラムと、（３）上記複数のセル群ごとに当該セル群を構成する複数のセルの重みの総和を算出し、上記複数のセル群に対し上記算出された重みの総和が小さい順に観測優先度を高く設定する第３の優先度設定プログラムがあり、自治体の要求又は観測支援オペレータの指示に応じてこれらのプログラムが選択的に使用される。

次に、以上のように構成された観測支援装置ＳＶによる観測支援処理動作を説明する。図７はその全体の処理の流れを示すフローチャート（メインルーチン）、図６は処理内容の説明に用いるデータの構造を示す図である。
すなわち、ＣＰＵ１１は、先ずステップＳ１１においてセル分割処理プログラム１３１を起動して観測対象地域を複数の矩形セルに分割する処理を行い、続いてステップＳ１２において標高及び土地利用種別の設定処理プログラム１３２を起動して上記矩形セルごとに標高平均値及び土地利用種別を設定する。次にステップＳ１３においてタンクモデル設定処理プログラム１３３を起動して、上記矩形セルごとに上記設定された土地利用種別に対応するタンクモデルを土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１から読み出し、続いてステップＳ１４によりセル重み設定処理プログラム１３４を起動して、矩形セルごとに上記タンクモデルにより表されるタンク底面積の総和を算出してこの算出したタンク容量の総和を上記セルの重みとして設定する。そして、ステップＳ１５により集水域設定処理プログラム１３５を起動して、上記矩形セルごとの標高平均値データをもとに複数のセルを固有の集水域を構成する複数のセル群にグループ化すると共に、セル群ごとに当該セル群を構成する複数のセル間に水の流れに従い上流から下流に向かう有向枝を設定し、最後にステップＳ１６により観測支援情報生成プログラム１３６を起動して、上記矩形セルの重み及びセル間の有向枝をもとに上記複数のセル又はセル群に対し観測優先度を設定する。

以下、上記各処理を詳しく説明する。
（１）セル分割処理
図８は、セル分割処理の手順と内容を示すフローチャートである。
すなわちＣＰＵ１１は、先ずステップＳ２１により矩形セルの大きさを決定する。一例としては１００メートル四方の正方形を適用するのが好ましいが、大きさは任意に設定可能である。次にステップＳ２２において、上記大きさが設定された矩形セルのテンプレートを用いて観測対象地域を複数の矩形セルに分割する。そして、各矩形セルに対応付けてその位置データをデータメモリ１４に記憶する。位置データは例えば緯度経度により表される。最後にステップＳ２３において、上記分割処理により生成された矩形セルの総数Total_Cell_Numをデータメモリ１４に記憶する。
図１７は上記矩形分割処理により生成された各矩形セルの一例を示すものであり、この例では矩形セルの総数Total_Cell_Numとして「１４４」がデータメモリ１４に記憶される。

（２）標高、土地利用種別、タンクモデル及びセル重みの設定
図９は、標高、土地利用種別、タンクモデル及びセル重みの設定処理の手順と内容を示すフローチャートである。
すなわちＣＰＵ１１は、初期設定処理として、先ずステップＳ３１によりTotal_Cell_Numに矩形セルの総数を設定し、さらにステップＳ３２により矩形セルの個数回を繰り返すループのインデクスｉを初期化（ｉ＝１）する。

次にＣＰＵ１１は、ステップＳ３３により上記インデクスｉが矩形セルの総数Total_Cell_Numを超えたか否かを判定する。この判定の結果、インデクスｉが矩形セルの総数Total_Cell_Numを超えれば処理を終了するが、超えていなければステップＳ３４〜ステップＳ４３による処理を実行する。

すなわち、ＣＰＵ１１は先ずステップＳ３４においてｉ番目の矩形セルから流出する水が流れ込む下流セルの個数を代入するための変数を初期化する。つまり、Cell[i]. child_cell_counterに０を代入する。またそれと共にステップＳ３５において、ｉ番目の矩形セルに水が流れ込む上流セルの個数を代入するための変数を初期化する。つまり、Cell[i]. parent_cell_counterに０を代入する。

ＣＰＵ１１は、次にステップＳ３６により通信Ｉ／Ｆ１５を介して自治体サーバ装置ＧＶに対しアクセスし、標高データベースＤＢ３から上記ｉ番目の矩形セルに対応する標高データを読み込む。そして、ステップＳ３７において、上記読み込んだ標高データの中で矩形セル内の最低標高と最高標高の平均を計算して、この標高平均値を当該矩形セルの番号Cell[i].Altitudeに対応付けてデータメモリ１４に記憶させる。すなわち、ステップＳ３７においてＣＰＵ１１は、Cell[i].Altitudeに（ｉ番目の矩形セル内の最低標高＋最高標高）／２を代入する。

次にＣＰＵ１１は、ステップＳ３８により自治体サーバ装置ＧＶの土地利用種別データベースＤＢ４から上記ｉ番目の矩形セルに対応する土地利用種別データを読み込む。そして、この読み込んだ土地利用種別データを、ステップＳ３９により当該矩形セルの番号Cell[i].categoryに対応付けてデータメモリ１４に記憶させる。土地利用種別は、先に述べたように「水田」、「山地」、「市街地」、「畑地」の４種類からなる。

続いてＣＰＵ１１は、ステップＳ４０において自治体サーバ装置ＧＶから土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１を読み込み、ステップＳ４１により、この読み込んだ対応テーブルＤＢ１から上記土地利用種別に対応する複合タンクモデルの番号を検索してtank_model_numに入れる。例えば、いま土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１が図１０に示すように構成されていて、ｉ番目の矩形セルの土地利用種別が「水田」だったとすれば、複合タンクモデルの番号として「３」が検索され、tank_model_numに入れられる。

次にＣＰＵ１１は、ステップＳ４２において、上記複合タンクモデルの番号をキーとして自治体サーバ装置ＧＶの複合タンクモデルデータベースＤＢ２から対応する複合タンクモデルの構造データを読み出す。例えば、いま複合タンクモデルデータベースＤＢ２に図１１に示すような構造データが記憶されていて、複合タンクモデルの番号が「３」だったとすると、この番号「３」に対応する構造データtank_\model[3] が読み出される。

そしてＣＰＵ１１は、この読み出した構造データをもとに、ｉ番目の矩形セルの複合タンクモデルを構成する各タンクの底面積の総和を算出し、この算出したタンクの底面積の総和をCell[i].weightとして設定する。つまり、Cell[i].weightにtank_model[Cell[i].tank_model_No].bottom_areaを設定する。例えば、図５に示すようにｉ番目の矩形セルの複合タンクモデルを構成する各タンクの底面積がそれぞれ「２」、「３」であれば、その総和は「５」となり、この「５」が重みCell[i].weightとして設定される。

最後に、ＣＰＵ１１はステップＳ４３によりインデクスｉをインクリメントして、上記ステップＳ３３に戻る。そして、以後インデクスｉが矩形セルの総数Total_Cell_Numを超えるまで、つまり全矩形セルに対する処理が終了するまで、ステップＳ３４〜Ｓ４３による標高、土地利用種別、タンクモデル及びセル重みの設定処理を繰り返し実行する。
図１８は、上記標高設定処理の結果、各矩形セルに対応付けて記憶された標高平均値の一例を示すものである。また図２５は、上記重みの設定処理の結果、各矩形セルに設定された重みの一例を示すものである。

（３）集水域の設定
図１２及び図１３は、集水域の設定処理の手順と内容を示すフローチャートである。
すなわちＣＰＵ１１は、先ずステップＳ５１により集水域識別番号Cell[i].basin_Noを０に初期設定する。続いてＣＰＵ１１は、ステップＳ５２において、集水域識別番号Cell[i].basin_Noが定義されていない矩形セルが存在する（true）か否か（false）を判定する。この判定の結果、存在する（true）場合にはステップＳ５３に移行し、これに対し存在しない（false）場合にはステップＳ５７に移行する。

ステップＳ５３〜ステップＳ５６による処理は、ステップＳ５７〜ステップＳ６７による処理で発見できる集水域の識別番号をセルに付与する処理であり、ＣＰＵ１１はこの処理を以下のように実行する。すなわち、先ずステップＳ５３により、集水域識別番号Cell[i].basin_Noが定義されていない矩形セルの中で最低標高の矩形セルを選択する。次にステップＳ５４により、新たな集水域を探索するために集水域識別番号Cell[i].basin_Noをインクリメント（＋１）し、続いてステップＳ５５において、集水域の探索をスタートする矩形セルの識別番号を記憶する。つまり、start_cell_of_basin[集水域識別番号]に、上記ステップＳ５３により選択した最低標高の矩形セルの識別番号を代入する。次にステップＳ５６において、上記ステップＳ５３により選択した矩形セルCell[最低標高の矩形番号].basin.Noに集水域識別番号を代入する。

一方、ステップＳ５８〜ステップＳ６７による処理は、集水域を探索中のセルとその上下左右の４個の隣接セルが同じ集水域に属するか否かを調査する処理であり、ＣＰＵ１１はこの処理を以下のように実行する。すなわち、先ずステップＳ５８において、隣接セルを探索していないセルでCell[i].basin_Noが一時的な変数である集水域識別番号に等しいセルが存在する（true）か否か（false）を判定する。この判定の結果、存在する（true）場合には、ステップＳ５９に移行する。これに対し存在しない（false）場合には、ステップＳ５２に戻る。

ステップＳ５９に移行するとＣＰＵ１１は、上記ステップＳ５８の判定において存在すると判定された当該矩形セルの識別番号を記憶する。つまり、一時的な変数kernelに当該矩形セルの識別番号を代入する。続いてステップＳ６０において隣接矩形セルを選択し、一時的な変数irにこの選択した隣接矩形セルの識別番号を代入する。次にステップＳ６１において、上記一時的変数kernelに番号が記憶された矩形セルの標高平均値と、隣接矩形セルの標高平均値とを比較する。この比較の結果、隣接矩形セルの標高平均値Cell[ir].Altitudeがkernelに番号が記憶された矩形セルの標高平均値Cell[kernel].Altitudeよりも高ければ（true）ステップＳ６２に移行し、そうでなければ（false）ステップＳ５８に戻る。

ステップＳ６２においてＣＰＵ１１は、隣接セルがkernelに番号が記憶された矩形セルと同じ集水域であるとみなし、Cell[ir].basin_Noに一時的な変数である集水域識別番号を入力する。次にステップＳ６３により隣接セルから水が流れる方向、つまり下流側に存在するセルの数を隣接セルに代入する。すなわち、Cell[ir].child_cell_counterをインクリメント（＋１）する。続いてステップＳ６４において、隣接セルから水が流れる方向に存在する下流側の矩形セルの識別番号を隣接セルに代入する。つまり、Cell[ir].child_Cell_No[child_cell_counter]にkernelに記憶された矩形セルの識別番号を代入する。

次にステップＳ６５においてＣＰＵ１１は、kernelに番号が記憶された矩形セルに水を流し込む上流側に存在する隣接セルの数をkernelに代入する。すなわち、Cell[ir].parent_cell_counterをインクリメント（＋１）する。続いてステップＳ６６において、kernelに番号が記憶された矩形セルに水を流し込む上流側の隣接セルの識別番号をkernelに代入する。つまり、Cell[kernel].parent_Cell_No[parent_cell_counter]に隣接セルの識別番号を代入する。

次にステップＳ６７においてＣＰＵ１１は、Kernelに番号が記憶された矩形セルの中に、irに番号が記憶された隣接矩形セル以外の隣接セルが存在する（true）か否か（false）を判定する。この判定の結果、存在する（true）場合にはステップＳ６０に戻り、一方存在しない（false）場合にはステップＳ５８に戻る。
ステップＳ５７においてＣＰＵ１１は、集水域の総数を記憶する。すなわち、データ項目Total_Basin_Numに一時的な変数である集水域識別番号を代入する。そして、この処理が終了するとＣＰＵ１１は集水域の設定処理を終了する。

以上述べた集水域の設定処理結果の一例を以下に示す。いま例えば、図１８に示すように標高平均値が設定された各矩形セルについて集水域を設定しようとしたとする。この場合、標高平均値が０に設定された矩形セル「８」，「２０」，「３２」，…，「９９」，「１００」については、図１９に示すように河川域Ｋに設定される。これに対し、矩形セル群「９」，「１０」，「１１」，「１２」、矩形セル群「１０９」，「１１０」，「１１１」，…，「１３３」，「１３４」及び矩形セル群「６１」，「６２」，「６３」，…，「８７」，「８８」については、それぞれ図２０の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように集水域Ｅ１，Ｅ４，Ｅ５に設定される。また、矩形セル群「１」，「２」，「３」，…，「５４」，「５５」、矩形セル群「２１」，「２２」，「２３」，…，「９６」，「１０８」及び矩形セル群「７８」，「７９」，「８０」，…，「１４３」，「１４４」については、それぞれ図２１、図２２及び図２３に示すように集水域Ｅ６，Ｅ２，Ｅ３に設定される。

また、上記集水域の設定処理過程において、各集水域Ｅ１〜Ｅ６を構成する矩形セル間には、図２０、図２１、図２２及び図２３に示すように水が流れる方向を表す有向枝が設定される。さらに、上記集水域Ｅ１〜Ｅ６と河川域Ｋとの間には、図２４に示すように水が流れる方向を表す有向枝が設定される。

（５）セル又は集水域に対する観測優先度の設定
（５−１）矩形セルに対しその重みCell[i].weightが小さい順に優先度を高く設定する場合
図１４は、観測支援装置ＳＶのＣＰＵ１１によるその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
観測支援装置ＳＶのＣＰＵ１１は、先ずステップＳ７１において全矩形セルをその重みの値が小さい順に並べ替える。つまり、1≦i≦Total_Cell_NumをCell[i].weightの値が小さい順に並べ替える。次にステップＳ７２において、上記ステップＳ７１により並べ替えられた順番に従いセル識別番号を並べ替える。そして、このCell[i].weightの値が小さい順に並べ替えられた矩形セルの情報、つまりCell[i].weightの値が小さい順に優先度が高くなるように設定された矩形セルの情報を、観測支援情報として通信Ｉ／Ｆ１５から自治体サーバ装置ＧＶへ送信させ、観測支援情報データベースＤＢ５に記憶させる。
自治体は、台風や集中豪雨の場合に、観測支援情報として提供された上記矩形セルの観測優先度に従い、Cell[i].weightの値が小さい矩形セルから順に雨量を観測する。したがって、土地の貯水量が小さく水が溢れやすい矩形セル地区から優先的に雨量の観測を行うことが可能となる。

（５−２）連続する上下流のセル間の容量の減少幅に応じて集水域に観測優先度を設定する場合
図１５は、観測支援装置ＳＶのＣＰＵ１１によるその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
観測支援装置ＳＶのＣＰＵ１１は、先ずステップＳ８１において連続する上下流の矩形セル間の容量差が最大となるときの当該上流側の矩形セルの識別番号を表すkeepiに初期値として１を設定し、またkeepkernelにも１を初期設定する。続いてステップＳ８２により、連続する上下流の矩形セル間の容量の差を表すkeepvalueに初期値として０を設定する。さらにステップＳ８３において、上下流の矩形セル間の容量の差が最大になる集水域の識別番号を表すKeepbasin_Noに初期値としてCell[1].basin_Noを設定する。

次にＣＰＵ１１は、ステップＳ８４によりループ処理のインデクス変数ｉに初期値として１を設定する。そしてステップＳ８５において、下流に位置する矩形セルについてステップＳ８６〜ステップＳ９５による処理が終了（false）か、否（true）かを判定する。この判定の結果、i≦Total_Cell_Numが成立（true）したならば、下流に位置する矩形セルについてまだ処理が終了していないと判断してステップＳ８６に移行する。これに対しi≦Total_Cell_Numが成立（false）した場合には、下流に位置する矩形セルに対する処理が終了したと判断してステップＳ９６に移行する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ８６〜ステップＳ９５において以下のような処理を実行する。すなわち、先ずステップＳ８６により下流側に位置するセルの重みを記憶する。つまり、weight_kernelにCell[i].weightを設定する。続いてステップＳ８７において、ステップＳ８８〜ステップＳ９４によるループ処理のインデクス変数ｊに初期値として１を設定する。次にステップＳ８８により、上流側に位置するセルについてステップＳ８９〜ステップＳ９４による処理が終了（false）したか、否（true）かを判定する。この判定の結果、処理が終了したならば、つまりj≦Cell[i]. parent_cell_counterが成立しなければステップＳ９５に移行する。このステップＳ９５では下流側の矩形セルについて調べるため、ｉをインクリメント（＋１）する。これに対し処理が終了していれば、つまりj≦Cell[i]. parent_cell_counterが成立した場合にはステップＳ８９に移行する。

ＣＰＵ１１は、ステップＳ８９〜ステップＳ９４において以下のような処理を実行する。すなわち、先ずステップＳ８９により上流側に位置する矩形セルの重みを記録する。つまり、weight_parentにCell[Cell[i].parent_cell_No[j]].weightを代入する。続いてステップＳ９０において、１回前のループ処理で記憶されたkeepvalueとweight_parent-weight_kernelの値の大きさを比較する。この比較の結果、weight_parent-weight_kernelのほうが大きい場合（True）にはステップＳ９１に移行し、そうでない場合（False）にはステップＳ９４に移行する。

ステップＳ９１においてＣＰＵ１１は、上下流の矩形セルの容量の差をkeepvalueに記憶する。つまり、Keepvalueにweight_parent-weight_kernelを代入する。続いてステップＳ９２において、上流側の矩形セルの識別番号を記憶する。つまり、Keepiに Cell[i]. parent_cell_No[j]を代入する。次にステップＳ９３により集水域番号を記録する。つまり、Keepvasin_NoにCell[i].basin_Noを記録する。続いてステップＳ９４により、上流側の矩形セルを調べるため、インデクスｊをインクリメント（＋１）する。

一方、ステップＳ９６に移行するとＣＰＵ１１はkeepvalueを雨量を最初に観測するセルの面積に設定し、続いてステップＳ９７によりkeepiを雨量を最初に観測する上流側に位置する矩形セルの番号に設定すると共に、keepkernelを下流側に位置する矩形セルの番号に設定する。次にステップＳ９８において、Keepbasin_Noを雨量を最初に観測する集水域識別番号に設定する。

最後にＣＰＵ１１は、上記ステップＳ９６〜Ｓ９８により設定された値、つまり雨量を最初に観測するセルの面積と、雨量を最初に観測する上流側及び下流側の矩形セルの番号と、雨量を最初に観測する集水域識別番号を、観測支援情報として通信Ｉ／Ｆ１５から自治体サーバ装置ＧＶに向け送信させ、この送信処理を終了すると集水域に対する観測優先度の設定処理とその処理結果の送信処理を終了する。

自治体は、台風や集中豪雨の場合に、観測支援情報として提供された上記観測優先度に従い、連続する上下流のセル間の容量の減少幅が最大となる矩形セルを含む集水域から優先的に雨量を観測する。したがって、下流側の矩形セルの貯水量がその上流側のセルの貯水量に比べて小さく、上流からの大規模の出水を吸収しにくい集水域から優先的に雨量の観測を行うことが可能となる。

（５−３）容量の総和に応じて集水域に観測優先度を設定する場合
図１６は、観測支援装置ＳＶのＣＰＵ１１によるその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
観測支援装置ＳＶのＣＰＵ１１は、先ずステップＳ１０１において、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４によるループ処理のインデクス変数ｊに初期値として１を設定する。続いてステップＳ１０２において、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４による処理が集水域の総数Tota_basin_Num回実行されたか（false）、否か（true）を判定する。この判定の結果、j≦Total_basin_Numが成立するならば（true）、つまりまだ処理が行われていない集水域が残っていれば、ステップＳ１０３に移行してTotal_Basin_weight[j]に初期値０を設定する。そして、ステップＳ１０４により上記インデクス変数ｊをインクリメント（＋１）したのち、ステップＳ１０２に戻る。これに対し、j≦Total_basin_Numが成立しなければ（false）、つまり処理対象の集水域が残っていなければ、ステップＳ１０５に移行しインデクス変数ｉに初期値として１を設定したのち、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２による処理に移行する。

ステップＳ１０６〜ステップＳ１１２は集水域のセルの重さの総合計を計算するステップであり、ＣＰＵ１１はその処理を以下のように実行する。すなわち、ＣＰＵ１１は先ずステップＳ１０６において、全ての矩形セルの重みの調査を実行したか（false）、否か（true）を判定する。この判定の結果、i≦Total_Cell_Numが成立する（true）ならばステップＳ１０７に移行し、成立しない（false）ならばステップＳ１１３に移行する。

ステップＳ１０７においてＣＰＵ１１は、ステップＳ１０８〜Ｓ１１１によるループ処理のインデクス変数ｊ、つまり集水域の識別番号に初期値として１を設定する。続いてステップＳ１０８により、すべての集水域の調査を実行したか（false）、否か（true）を判定する。この判定の結果、j≦Total_basin_Numが成立する（true）ならばステップＳ１０９に移行し、Cell[i].basin_No が集水域識別番号ｊと等しいか（true）否か（false）を判定する。この判定の結果、等しい場合（true）にはステップＳ１１０に移行し、等しくない場合（false）にはステップＳ１１１に移行する。

ステップＳ１１０においてＣＰＵ１１は、集水域のセルの重みの和を計算する。すなわち、Total_Basin_weight[j]にTotal_Basin_weight[j ]+Cell[i].weightを代入する。そしてこの計算を終了すると、ステップＳ１１１により集水域の識別番号ｊをインクリメント（＋１）すると共に、ステップＳ１１２によりセルの識別番号ｉをインクリメント（＋１）する。

ステップＳ１１３においてＣＰＵ１１は、集水域のセルの重みTotal_Basin_weight[j]、1≦j≦Total_basinl_Numを値の小さな順番にソートする。そして、ステップＳ１１４において集水域のセルの重みTotal_Basin_weight[j]の小さな順に集水域の識別番号を格納する。最後に、ＣＰＵ１１は、上記ソートされた集水域の番号と、最初に観測すべきセルのタンク底面積を表す情報を、観測支援情報として通信Ｉ／Ｆ１５から自治体サーバ装置ＧＶに向け送信させ、観測支援情報データベースＤＢ５に記憶させる。

自治体は、台風や集中豪雨の場合に、観測支援情報として提供された上記観測優先度に従い、容量の総和が最大となる集水域から優先的に雨量を観測する。したがって、貯水量が小さく、大雨が降った場合にその雨量を吸収しきれずに浸水や洪水を起こしやすい集水域から優先的に雨量の観測を行うことが可能となる。

以上述べたようにこの実施形態では、先ずセル分割処理プログラム１３１に従い観測対象地域を複数の矩形セルに分割し、続いて標高及び土地利用種別の設定処理プログラム１３２を起動して上記矩形セルごとに標高平均値及び土地利用種別を設定すると共に、タンクモデル設定処理プログラム１３３により上記矩形セルごとに上記設定された土地利用種別に対応するタンクモデルを土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１から読み出し、セル重み設定処理プログラム１３４により矩形セルごとに上記タンクモデルにより表されるタンク底面積の総和を算出してこの算出したタンク容量の総和を上記セルの重みとして設定する。そして、水域設定処理プログラム１３５を起動して、上記矩形セルごとの標高平均値データをもとに複数のセルを固有の集水域を構成する複数のセル群にグループ化すると共に、セル群ごとに当該セル群を構成する複数のセル間に水の流れに従い上流から下流に向かう有向枝を設定し、最後に観測支援情報生成プログラム１３６を起動して、上記矩形セルの重み及びセル間の有向枝をもとに上記複数のセル又はセル群に対し観測優先度を設定するようにしている。

したがって、細分化されたセルごとにその土地の特性を考慮した高精度の解析が可能となり、これにより観測機関又は観測者に対し信頼性の高い観測優先度情報を提供することが可能となる。しかも、上記解析処理をタンクモデルを利用することで比較的簡単に実現することができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１と、複合タンクモデルデータベースＤＢ２と、標高データベースＤＢ３と、土地利用種別データベースＤＢ４と、観測支援情報データベースＤＢ５を何れも自治体のサーバ装置ＧＶに設け、観測支援装置ＳＶはこれらのデータベースから必要な情報を通信ネットワークＮＷを介して取得して観測支援のための処理を実行するようにしたが、上記土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルＤＢ１と、複合タンクモデルデータベースＤＢ２と、標高データベースＤＢ３と、土地利用種別データベースＤＢ４と、観測支援情報データベースＤＢ５のうちの少なくとも１つは観測支援装置ＳＶに設けるようにしてもよい。

その他、観測支援装置の構成や観測支援のための処理手順及び処理内容、矩形セルの大きさや数、通信ネットワークの種類などについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の一実施形態に係わる水害観測支援方法を実施するシステムの概略構成図である。 この発明の一実施形態に係わる観測支援装置のハードウエア及びソフトウエアの構成を示すブロック図である。 複合タンクモデルの一例を示す図である。 タンクの構成の一例を示す図である。 セルに対する重みの設定例を示す図である。 図２に示した観測支援装置による観測支援処理内容の説明に用いるデータ構造を示す図である。 図２に示した観測支援装置による観測支援処理手順を示すフローチャート（メインルーチン）である。 図２に示した観測支援装置によるセル分割処理の手順と内容を示すフローチャートである。 図２に示した観測支援装置による標高、土地利用種別、タンクモデル及びセル重みの設定処理の手順と内容を示すフローチャートである。 土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブルの一例を示す図である。 複合タンクモデルデータベースの一例を示す図である。 図２に示した観測支援装置による集水域の設定処理の手順と内容の前半部分を示すフローチャートである。 図２に示した観測支援装置による集水域の設定処理の手順と内容の後半部分を示すフローチャートである。 図２に示した観測支援装置による容量最小セルの探索処理手順と処理内容を示すフローチャートである。 図２に示した観測支援装置による、連続した上下流セルの容量差が最大となる集水域の探索処理手順と処理内容を示すフローチャートである。 図２に示した観測支援装置による、容量の総和が最小となる集水域の探索処理手順と処理内容を示すフローチャートである。 図８に示したセル分割処理により分割された矩形セルの一例を示す図である。 分割された矩形セルに対する標高値の設定結果の一例を示す図である。 図１２及び図１３に示した集水域設定処理の一例を説明するための図である。 図１２及び図１３に示した集水域設定処理の一例を説明するための図である。 図１２及び図１３に示した集水域設定処理の一例を説明するための図である。 図１２及び図１３に示した集水域設定処理の一例を説明するための図である。 図１２及び図１３に示した集水域設定処理の一例を説明するための図である。 図１２及び図１３に示した集水域設定処理による、有向枝の設定結果の一例を示す図である。 各矩形セルに設定された重みの一例を示す図である。

符号の説明

ＳＶ…観測支援装置、ＧＶ…自治体サーバ装置、ＮＷ…通信ネットワーク、ＤＢ１…土地利用種別・複合タンクモデル番号対応テーブル、ＤＢ２…複合タンクモデルデータベース、ＤＢ３…標高データベース、ＤＢ４…土地利用種別データベース、ＤＢ５…観測支援情報データベース、１１…ＣＰＵ、１２…バス、１３…プログラムメモリ、１４…データメモリ、１５…通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）、１６…入出力インタフェース（入出力Ｉ／Ｆ）、１７…入力デバイス、１８…表示デバイス、１３１…セル分割処理プログラム、１３２…標高及び土地利用種別の設定処理プログラム、１３３…タンクモデル設定処理プログラム、１３４…セル重み設定処理プログラム、１３５…集水域設定処理プログラム、１３６…観測支援情報生成プログラム。

Claims (8)

1. 観測対象地域の標高データを記憶する標高データベースと、前記観測対象地域の土地利用種別を表す情報を記憶する土地利用種別データベースと、前記土地利用種別に対応付けて当該土地における水の流入及び流出特性をタンクにより表したタンクモデルの種類を記憶するタンクモデル対応テーブルとを用いて、観測支援装置が前記観測対象地域における水害観測支援を行う際に、
   前記観測対象地域を複数のセルに分割する過程と、
   前記標高データベースから前記セルごとの標高データを読み出す過程と、
   前記土地利用種別データベースから前記セルごとの土地利用種別を表す情報を読み出す過程と、
   前記土地利用種別データベースから読み出された土地利用種別を表す情報に基づいて、前記タンクモデル対応テーブルから前記セルごとの土地利用種別に対応するタンクモデルの種類を読み出す過程と、
   前記セルごとに、前記読み出されたタンクモデルにより表されるタンク容量の総和を算出して、この算出したタンク容量の総和を前記セルの重みとして設定する過程と、
   前記標高データベースから読み出された各セルの標高データをもとに、前記複数のセルを固有の集水域を構成する複数のセル群にグループ化する過程と、
   前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセル又はセル群に対し観測優先度を設定する過程と
   を具備することを特徴とする水害観測支援方法。
2. 前記観測優先度を設定する過程は、前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセルに対し重みが小さい順に観測優先度を高く設定することを特徴とする請求項１記載の水害観測支援方法。
3. 前記観測優先度を設定する過程は、前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセル群ごとに水が流れる方向に配置されたセル間の重みの減少幅を算出し、前記複数のセル群に対し前記算出された重みの減少幅が大きい順に観測優先度を高く設定することを特徴とする請求項１記載の水害観測支援方法。
4. 前記観測優先度を設定する過程は、前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセル群ごとに当該セル群を構成する複数のセルの重みの総和を算出し、前記複数のセル群に対し前記算出された重みの総和が小さい順に観測優先度を高く設定することを特徴とする請求項１記載の水害観測支援方法。
5. 観測対象地域の標高データを記憶する標高データベースと、前記観測対象地域の土地利用種別を表す情報を記憶する土地利用種別データベースと、前記土地利用種別に対応付けて当該土地における水の流入及び流出特性をタンクにより表したタンクモデルの種類を記憶するタンクモデル対応テーブルに対し接続可能で、前記観測対象地域における水害観測を支援するための処理を行う水害観測支援装置であって、
   前記観測対象地域を複数のセルに分割する手段と、
   前記標高データベースから前記セルごとの標高データを読み出す手段と、
   前記土地利用種別データベースから前記セルごとの土地利用種別を表す情報を読み出す手段と、
   前記土地利用種別データベースから読み出された土地利用種別を表す情報に基づいて、前記タンクモデル対応テーブルから前記セルごとの土地利用種別に対応するタンクモデルの種類を読み出す手段と、
   前記セルごとに、前記読み出されたタンクモデルにより表されるタンク容量の総和を算出して、この算出したタンク容量の総和を前記セルの重みとして設定する手段と、
   前記標高データベースから読み出された各セルの標高データをもとに、前記複数のセルを固有の集水域を構成する複数のセル群にグループ化する手段と、
   前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセル又はセル群に対し観測優先度を設定する手段と
   を具備することを特徴とする水害観測支援装置。
6. 前記観測優先度を設定する手段は、前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセルに対し重みが小さい順に観測優先度を高く設定することを特徴とする請求項５記載の水害観測支援装置。
7. 前記観測優先度を設定する手段は、前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセル群ごとに水が流れる方向に配置されたセル間の重みの減少幅を算出し、前記複数のセル群に対し前記算出された重みの減少幅が大きい順に観測優先度を高く設定することを特徴とする請求項５記載の水害観測支援装置。
8. 前記観測優先度を設定する手段は、前記セルごとに設定された重みに基づいて、前記複数のセル群ごとに当該セル群を構成する複数のセルの重みの総和を算出し、前記複数のセル群に対し前記算出された重みの総和が小さい順に観測優先度を高く設定することを特徴とする請求項５記載の水害観測支援装置。

Images