JP5813538B2

JP5813538B2 - 情報処理装置及び放出点推定方法

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Publication number: JP5813538B2
Application number: JP2012051926A
Authority: JP
Inventors: 北原　紀明; 紀明北原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2032-03-08
Also published as: JP2013185988A

Description

本発明の実施形態は、情報処理装置及び放出点推定方法に関する。

従来、化学(chemical)・生物(biological)・放射性物質(radiological)・核(nuclear)・爆発物(explosive)等のいわゆるＣＢＲＮＥ(シーバーン)と呼ばれる大気中に放出されて拡散する物質の放出点を、観測点で観測された濃度から推定するためのシミュレーションシステムがある。

特開２００３−２５５０５５号公報

上述した放出点の推定については，従来からあるシミュレーション方法では精度よく推定することが困難であり、推定精度の更なる向上が望まれていた。

実施形態の情報処理装置は、大気中に放出されて拡散する物質を観測する複数の観測点ごとに、当該観測点の位置、観測された物質の濃度、風向及び風速を示す観測情報を設定する観測情報設定手段と、前記設定された観測情報をもとに、１放出点からの放出と仮定して当該放出点からの風向に沿って物質が拡散する位置に対応した物質の計算上の濃度を算出する計算モデルに従って、前記複数の観測点における計算上の濃度分布を算出する濃度分布算出手段と、前記計算上の濃度分布と、前記観測点ごとに観測された物質の観測上の濃度をもとにした濃度分布とがマッチする場合の放出点の位置を算出する放出点算出手段と、前記算出された放出点の位置を表示する表示手段と、前記複数の観測点のうち物質の観測上の濃度が最大になる１つの観測点における物質の観測上の濃度と、前記算出された放出点をもとに前記計算モデルに従って算出した前記１つの観測点における物質の計算上の濃度とがマッチする場合の放出率を、前記放出点における放出率として算出する放出率算出手段と、を備える。前記表示手段は、前記算出された放出率を表示する。

図１は、実施形態にかかる情報処理装置の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態にかかる情報処理装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、表示画面の一例を示す概念図である。図４は、表示画面の一例を示す概念図である。

以下、添付図面を参照して実施形態にかかる情報処理装置及び放出点推定方法を詳細に説明する。図１は、実施形態にかかる情報処理装置１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、情報処理装置１は、液晶ディスプレイ等の表示部１１と、キーボードやポインティングデバイス等の操作部１２とを備えた機器であり、例えばＰＣ（Personal Computer）である。情報処理装置１では、データバス１３上に、入力制御部１４、記憶部１５、ＣＰＵ１６、表示制御部１７が接続される。

入力制御部１４は、操作部１２により入力された情報を取り込み、ＣＰＵ１６に通知する。記憶部１５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であり、ＣＰＵ１６が実行するプログラム１５１や、各種設定を記録した設定情報１５２及び算出結果を記録した算出結果情報１５３を記憶する。なお、設定情報１５２には、後述する放出点の算出に要する設定も含まれている。

ＣＰＵ１６は、プログラム１５１を読み出し、ＲＡＭ（Random Access Memory）の作業領域に展開して順次実行することで、情報処理装置１の動作を中央制御する。具体的には、ＣＰＵ１６は、プログラム１５１を実行することで、観測情報設定部１６１、濃度分布算出部１６２、放出点算出部１６３、放出率算出部１６４、算出結果表示部１６５としての機能を提供する。

観測情報設定部１６１は、大気中に放出されて拡散する物質を観測する観測点ごとに、観測点の位置、観測された物質の濃度、風向及び風速を示す観測情報を、操作部１２によるユーザ操作を受け付けて設定する。また、濃度分布算出部１６２は、後述する濃度分布の計算にかかる条件（計算条件）を操作部１２によるユーザ操作を受け付けて濃度分布を計算する。放出点算出部１６３は、後述する放出点の計算にかかる条件（計算条件）を、操作部１２によるユーザ操作を受け付けて放出点を算出する。

濃度分布算出部１６２は、観測情報設定部１６１により設定された観測情報をもとに、１放出点からの放出と仮定して、その放出点からの風向における位置に対応した濃度を算出する定常プルームモデル等の計算モデルに従って、放出率を任意として、濃度分布を算出する。この濃度分布算出部１６２による算出結果は、算出結果情報１５３へ保存される。なお、以下の説明では、１放出点からの放出と仮定してその放出点からの風向における位置に対応した濃度を算出する拡散物質の計算モデルとして、定常プルームモデルを例示する。しかしながら、定常プルームモデルは計算モデルの一例であり、各種のプルームモデル、パフモデル、ボックスモデル、数値解モデル、ＪＥＡモデルなどを適用してもよいことは言うまでもないことである。

放出点算出部１６３は、観測情報設定部１６１により設定された観測情報、及び濃度分布算出部１６２で算出された濃度分布から、算出された複数の観測点による濃度分布と、実際に観測された複数の観測点による濃度分布とを比較し、実際に観測された濃度分布と一番マッチする場合の算出された濃度分布の放出点を、物質が放出されている可能性が一番高い点（エリア）として、放出点を算出する。この放出点算出部１６３による算出結果は、算出結果情報１５３へ保存される。ここで、マッチするとは、ある対象（例えば濃度分布）同士を比較した際に、対象同士が略一致する又は類似することを意味し、一番マッチする場合とは、ある対象（例えば観測された濃度分布）で複数の比較対象（例えば放出点を任意に順次変更して算出された濃度分布）を比較した際に、最も一致する又は類似する比較対象と比較している場合をいう。

放出率算出部１６４は、放出点算出部１６３により算出された、物質が放出されている可能性が一番高い点（エリア）が決まった後で、観測情報設定部１６１により設定された観測情報をもとにした観測濃度最大の点の濃度と、その観測濃度最大の点と同じ位置について、放出点算出部１６３により算出された放出点をもとに定常プルームモデル等の計算モデルに従って算出した濃度とが合うように、放出率を算出する。この放出率算出部１６４による算出結果は、算出結果情報１５３へ保存される。

算出結果表示部１６５は、濃度分布算出部１６２により算出された濃度分布と、放出点算出部１６３により算出された放出点の位置と、放出率算出部１６４により算出された放出率とを表示部１１に表示する。また、算出結果表示部１６５は、算出結果情報１５３から各種の算出結果情報も表示部１１に表示することができる。

ここで、観測情報設定部１６１、濃度分布算出部１６２、放出点算出部１６３、放出率算出部１６４、算出結果表示部１６５による情報処理装置１の動作の詳細を説明する。図２は、実施形態にかかる情報処理装置１の動作の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、処理が開始されると、観測情報設定部１６１は、観測点ごとの観測情報と放出点の計算にかかる計算条件との入力を行うための設定画像を表示部１１に表示し、操作部１２によるユーザ操作をもとに、観測点ごとの観測情報（観測位置、風向、風速、観測値（物質の濃度））と、放出点の計算にかかる計算条件（大気安定度、高さ、格子間隔）とを設定する（Ｓ１、Ｓ２）。

図３は、表示画面Ｇの一例を示す概念図である。図３に示すように、Ｓ１、Ｓ２において、表示部１１には、地図画像Ｇ１と、設定画像Ｇ２とを含む表示画面Ｇが表示される。設定画像Ｇ２は、観測位置設定領域Ｇ２１と、計算条件設定領域Ｇ２２とを含む。観測位置設定領域Ｇ２１は、操作部１２によるユーザ操作をもとに、緯度や経度による観測位置、風向、風速、観測値（物質の濃度）を入力する入力項目を有する。計算条件設定領域Ｇ２２は、放出点の計算にかかる大気安定度、高さ、平均風速、平均風向、格子間隔（計算開始時の開始時格子間隔と、絞り込んで終了する際の終了時格子間隔）等を入力する入力項目を有する。

ユーザは、操作部１２により、観測位置設定領域Ｇ２１、計算条件設定領域Ｇ２２における入力項目を選択して数値等を入力することで、観測情報や計算条件を設定する。観測情報や計算条件を設定した後、ユーザは、計算ボタンＧ２３を選択して計算を開始させる。地図画像Ｇ１には、観測位置設定領域Ｇ２１で設定された観測情報に対応した観測点Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３が表示される。この観測点Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３により、ユーザは、設定した観測位置を確認できる。なお、上記した観測位置設定領域Ｇ２１や計算条件設定領域Ｇ２２に数値等を入力する代わりに、地図画像Ｇ１上の観測位置に対応した所望のポイントを、操作部１２におけるタッチパネルやマウスなどで直接指定するようにしてもよい。この場合、最初に指定したポイントから風向に応じた向きと風速に対応する幅（ベクトル長さ、もしくは、ベクトル量）で他の観測位置が指定されるようにしてもよい。

また、観測位置については、１直線上に並ばない３点以上であるものとし、高度については制限しないものとする。また、平均風速、平均風向については、複数の観測点における平均値から推定したもの、もしくは平均値を設定する。また、大気安定度（Ａ〜Ｆ）は、大変不安定な大気状態を示す大気安定度Ａから安定した大気状態を示す大気安定度Ｆまでを段階的に記述したものである。ユーザは、大気の状態をみて、対応する大気安定度を入力する。また、高さについては、妥当と思われる仮定値（例えば２メートル等）としたものを設定する。また、観測値（濃度）については、大気中に放出されて拡散する物質に対応した単位とし、本実施形態では、核物質として［Ｂｑ／ｍ＾３］（ベクレルパー平方メートル）等を用いるものとする。

次いで、濃度分布算出部１６２は、Ｓ１、Ｓ２において設定された観測情報や計算条件をもとに、１放出点からの放出と仮定して、その放出点からの風向における位置に対応した濃度を算出する定常プルームモデル等の計算モデルに従って、設定された観測点において観測された濃度及び濃度分布を算出する（Ｓ３）。

ここで、濃度分布の算出方法について、詳細に説明する。まず、濃度分布の算出に用いられる定常プルームモデルは、次の式（１）のとおりである。

ここで、式（１）が示す定常プルームモデルにおける算出式では、放出点が原点、ｘ方向が風向き、ｘ、ｙ、ｚ、が観測位置［ｍ］、χ（ｘ、ｙ、ｚ）が観測点（ｘ、ｙ、ｚ）での濃度、Ｑが放出率、Ｕがｘ方向平均風速、Ｈが放出高さである。

ここで、いわゆるｙ、ｚ方向の物質の拡がりを表す拡散パラメタである、Ｐａｓｑｕｉｌｌ−Ｇｉｆｆｏｒｄパラメタにおける定数値は、大気安定度と風下距離による次の表から求められる。なお、この表については、設定情報１５２に予め記録されている。

濃度分布算出部１６２は、Ｓ１で設定された観測点をマッピングした地図上にＳ２で設定された開始時格子間隔の格子を設定する。次いで、濃度分布算出部１６２は、設定された格子上の格子点ごとに、その格子点を放出点と仮定した場合の、定常プルームモデルによる各地点の濃度の算出を行う。

観測点で観測された濃度及び算出値による濃度をもとにした濃度分布の算出は次のとおりである。先ず、基準の分布、すなわち、観測点で観測された濃度の濃度分布は次の式（２）で与えられる。

また、比較する分布、すなわち、算出値の濃度分布は次の式（３）で与えられる。ここで、式（２）、（３）におけるｎは観測点数である。

次に、放出点算出部１６３は、放出点と仮定した格子点の中で、定常プルームモデル等の計算モデルに従って算出された算出値（観測点の濃度値）の濃度分布と、観測点で観測された濃度の濃度分布とを比較し、観測点で観測された濃度分布と一番マッチする算出値の格子点を放出点とする（Ｓ４）。情報処理装置１では、上述した定常プルームモデルを用いた濃度分布の算出を行うことで、濃度分布及び放出点の位置を高精度で推定することができる。

なお、上述した比較において、観測点で観測された濃度の濃度分布とマッチする算出値の濃度分布については、定常プルームモデル等の計算モデルに従って算出された算出値をもとにした濃度分布と、観測点ごとに観測された濃度をもとにした濃度分布とを比較して、その濃度分布同士の差異を小さくする格子点を放出点とする。この濃度分布の比較には、分布の距離を測るＫｕｌｌｂａｃｋ−ＬｅｉｂｌｅｒＤｉｖｅｒｇｅｎｃｅ（カルバック・ライブラー情報量：以下、ＫＬ距離と呼ぶ）を用いる。

ＫＬ距離をもとにした濃度分布の比較は次のとおりである。本実施形態では、観測点における観測値（濃度）がｐ（ｉ）であり、ｐ（１）…ｐ（ｎ）が濃度分布に相当する。また、ある格子点を放出点として定常プルームモデルの算出式である式（１）で計算されたｑ（ｉ）が観測点に対応して計算された濃度であり、ｑ（１）…ｑ（ｎ）が計算された濃度分布に相当する。

ｐ（ｉ）からｑ（ｉ）へのＫＬ距離（Ｄ_ＫＬ）は次の式（４）のとおりである。

式（４）から判るように、ＫＬ距離はｐとｑについて対称ではない。また、Ｄ_ＫＬ≧０であり、０になるのはｑ＝ｐの時だけである。したがって、Ｄ_ＫＬをより小さくするｑを探すことで、濃度分布同士の差異を小さくする格子点を得ることができる。

次いで、上述した演算で放出点とする格子点が定まった場合、濃度分布算出部１６２は、定まった格子点を中心として更に計算条件設定領域Ｇ２２の縮小率の値に応じて格子間隔を狭めた格子（例えば格子間隔を９０％にする）を設定し、狭めた格子点の中で濃度分布の算出を行う。放出点算出部１６３は、濃度分布算出部１６２における算出値の濃度分布が観測点ごとに観測された濃度の濃度分布とマッチする格子点を放出点とする絞り込みを行う。放出点の算出では、この絞り込みを終了時格子間隔になるまで濃度分布算出部１６２の計算と放出点算出部１６３の計算とを繰り返して行う。このように、粗い格子点から放出点を絞り込む演算を行うことで、放出点を限定する際の総演算量を低減できる。

Ｓ４に次いで、放出率算出部１６４は、放出点算出部１６３により算出された放出点をもとに、その放出点における放出率は、定常プルームモデル等の計算モデルに従って観測点において算出する濃度が実際に観測点で観測された最大の濃度とがマッチする場合の放出率を、放出点における放出率として算出する（Ｓ５）。ここで、放出率算出部１６４は、観測された複数の観測点の中で濃度が最大の観測点（若しくは濃度が最小の観測点を除外）について、放出率を算出する。観測された濃度が小さい（低い）場合は、濃度の検出限界に近い場合があることから、観測された濃度が一番大きな（高い）観測点を算出対象とすることで、放出率の算出精度を高めることができる。

次いで、算出結果表示部１６５は、濃度分布算出部１６２と、放出点算出部１６３と、放出率算出部１６４との算出結果、すなわち濃度分布算出部１６２により算出された濃度分布と放出点算出部１６３により算出された放出点の位置と、放出率算出部１６４により算出された放出率とを表示部１１に表示する（Ｓ６）。

図４は、表示画面Ｇの一例を示す概念図である。より具体的には、表示画面Ｇにおいて、算出された濃度分布と、算出された放出点の位置と、算出された放出率とを表示する場合を例示した概念図である。

図４に示すように、算出結果表示部１６５は、放出点算出部１６３により算出された放出点の位置をもとに、地図画像Ｇ１上に放出点Ｇ１４ａを表示する。なお、放出点Ｇ１４ａについては、緯度、経度を示す数値を表示してもよい。また、算出結果表示部１６５は、放出率算出部１６４により算出された放出率をもとに、表示画面Ｇ上に放出率Ｇ１４ｂを表示する。

また、図４に示すように、算出結果表示部１６５は、放出点Ｇ１４ａに対して、放出率に対応し、濃度分布算出部１６２により算出された各地点の濃度を色や網目で示した濃度画像Ｇ１５を地図画像Ｇ１に表示する。具体的には、算出結果表示部１６５は、算出された放出点の位置と、算出された放出率とをもとに、定常プルームモデル等の計算モデルに従って各地点の濃度を算出（表示）する。次いで、算出結果表示部１６５は、算出した各地点の濃度に応じた色や網目と、濃度が等値の地点を結んだ等値線Ｇ１５ａ、Ｇ１５、Ｇ１５ｃを濃度画像Ｇ１５として地図画像Ｇ１上に重畳して表示する。これにより、ユーザは、放出点Ｇ１４ａからの放出状況を容易に確認できる。

なお、本実施形態では大気中に放出されて拡散する物質として放射性物質を例示したが、拡散する物質は、化学、生物等の他の物質であってもよいことはいうまでもないことである。

また、本実施形態の情報処理装置１で実行されるプログラム１５１は、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。また、本実施形態の情報処理装置１で実行されるプログラム１５１は、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の情報処理装置１で実行されるプログラム１５１を、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の情報処理装置１で実行されるプログラム１５１をインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施形態の情報処理装置１で実行されるプログラム１５１は、上述した各部（観測情報設定部１６１、濃度分布算出部１６２、放出点算出部１６３、放出率算出部１６４、算出結果表示部１６５）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラム１５１を読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、主記憶装置上に生成されるようになっている。

なお、本発明は、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することができる。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わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…情報処理装置、１１…表示部、１２…操作部、１３…データバス、１４…入力制御部、１５…記憶部、１６…ＣＰＵ、１７…表示制御部、１５１…プログラム、１５２…設定情報、１６１…観測情報設定部、１６２…濃度分布算出部、１６３…放出点算出部、１６４…放出率算出部、１６５…算出結果表示部、Ｇ…表示画面、Ｇ１…地図画像、Ｇ２…設定画像、Ｇ１１〜Ｇ１３…観測点、Ｇ１４ａ…放出点、Ｇ１４ｂ…放出率、Ｇ１５…濃度画像、Ｇ１５ａ、Ｇ１５ｂ、Ｇ１５ｃ…等値線、Ｇ２１…観測位置設定領域、Ｇ２２…計算条件設定領域、Ｇ２３…計算ボタン

Claims

大気中に放出されて拡散する物質を観測する複数の観測点ごとに、当該観測点の位置、観測された物質の濃度、風向及び風速を示す観測情報を設定する観測情報設定手段と、
前記設定された観測情報をもとに、１放出点からの放出と仮定して当該放出点からの風向に沿って物質が拡散する位置に対応した物質の計算上の濃度を算出する計算モデルに従って、前記複数の観測点における計算上の濃度分布を算出する濃度分布算出手段と、
前記計算上の濃度分布と、前記観測点ごとに観測された物質の観測上の濃度をもとにした前記複数の観測点における観測上の濃度分布とがマッチする場合の放出点の位置を算出する放出点算出手段と、
前記算出された放出点の位置を表示する表示手段と、
前記複数の観測点のうち物質の観測上の濃度が最大になる１つの観測点における物質の観測上の濃度と、前記算出された放出点をもとに前記計算モデルに従って算出した前記１つの観測点における物質の計算上の濃度とがマッチする場合の放出率を、前記放出点における放出率として算出する放出率算出手段と、
を備え、
前記表示手段は、前記算出された放出率を表示する、
情報処理装置。
前記濃度分布算出手段は、前記観測点をマッピングした地図上に所定幅の格子を設定し、設定された格子上の格子点ごとに当該格子点を前記放出点と仮定し、前記放出点と仮定した格子点で前記計算モデルに従って濃度分布を算出し、
前記放出点算出手段は、前記格子点の中で、前記算出された濃度分布が前記観測点ごとに観測された物質の濃度をもとにした濃度分布とマッチする格子点を放出点とする、
請求項１に記載の情報処理装置。
前記放出点算出手段は、前記放出点とする格子点が定まった場合、当該定まった格子点を中心として前記所定幅よりも幅を狭めた格子を設定し、当該幅を狭めた格子点の中で、前記算出された濃度分布が前記観測点ごとに観測された物質の濃度をもとにした濃度分布とマッチする格子点を放出点として絞り込む、
請求項２に記載の情報処理装置。
前記放出点算出手段は、前記計算モデルに従って算出された濃度分布と、前記観測点ごとに観測された物質の濃度をもとにした濃度分布とを比較して、当該濃度分布同士の差異を小さくする格子点を放出点とする、
請求項２又は３に記載の情報処理装置。
前記表示手段は、前記算出された放出点の位置を地図上に表示する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の情報処理装置。
前記表示手段は、前記算出された放出点の位置に対する、前記算出された放出率に対応した濃度分布画像を地図上に表示する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の情報処理装置。
前記計算モデルは定常プルームモデルである、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の情報処理装置。
情報処理装置による、大気中に放出されて拡散する物質の放出点推定方法であって、
前記物質を観測する複数の観測点ごとに、当該観測点の位置、観測された物質の濃度、風向及び風速を示す観測情報を設定する観測情報設定工程と、
前記設定された観測情報をもとに、１放出点からの放出と仮定して当該放出点からの風向に沿って物質が拡散する位置に対応した物質の計算上の濃度を算出する計算モデルに従って、前記複数の観測点における計算上の濃度分布を算出する濃度分布算出工程と、
前記計算上の濃度分布と、前記観測点ごとに観測された物質の観測上の濃度をもとにした前記複数の観測点における観測上の濃度分布とがマッチする場合の放出点の位置を算出する放出点算出工程と、
前記算出された放出点の位置を表示する表示工程と、
前記複数の観測点のうち観測された物質の濃度が最大になる１つの観測点における物質の濃度と、前記算出された放出点をもとに前記計算モデルに従って算出した前記１つの観測点における物質の濃度とがマッチする場合の放出率を、前記放出点における放出率として算出する放出率算出工程と、
を含み、
前記表示工程において、前記算出された放出率を表示する、
放出点推定方法。