JP6277018B2

JP6277018B2 - 洪水シミュレーション装置及び洪水シミュレーションプログラム

Info

Publication number: JP6277018B2
Application number: JP2014040767A
Authority: JP
Inventors: 克憲橘; 浩志多田
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: JP2015166907A

Description

本発明は、洪水シミュレーション装置及び洪水シミュレーションプログラムに関する。

昨今の異常気象に伴い、風水害による被害に対する対策が重要となってきている。特に台風やゲリラ豪雨などによる外水氾濫や内水氾濫（いわゆる「洪水」）は都市活動および企業活動に大きな被害を及ぼす。

このため、下記特許文献１では、衛星のセンサ、又は一つの衛星の異なるセンサから所定の地域をリモートセンシングシングすることにより得られたデジタル画像データを使用して水害シミュレーションを行う技術が開示されている。

本技術では、水害シミュレーションを行う対象地域について衛星のセンサによる測定が必要であり、相当程度の費用と時間が必要であるという問題がある。

そこで、下記特許文献２では、低廉で有用な簡易型洪水氾濫解析システムとして、数値地図メッシュデータから必要なメッシュ範囲を作成するメッシュデータ作成手段と、補正情報を基に数値地図メッシュの標高値データを補正する地盤高補正手段と、該地盤高補正手段のメッシュデータに地盤高値を付与する地盤高値付与手段と、メッシュ地盤高、境界条件、破堤地点、盛土構造物の指定、流入箇所、天端高、粗度係数などの氾濫原データ入力の効率化を行う入力支援手段と、氾濫解析プログラムを用いて氾濫解析を行う氾濫解析手段と、該氾濫解析手段の解析結果を取り込み表示するファイル表示手段と、ランク別浸水深図の作成を行う浸水深図作成表示手段との全て又は何れかを選択又は組み合わせてなる簡易型洪水氾濫解析システムが開示されている。

しかし、特許文献２に記載の発明においても、地盤高補正手段等にはモービルマッピングやレーザプロファイラなどによる測定データが必要であり、解析に時間と煩雑な多くの作業が必要になるという問題がある。

特開２００４−３４０７３号公報特開２００５−１２８８３８号公報

本発明の目的は、安易且つ短時間で、簡便に洪水シミュレーションを実施できる洪水シミュレーション装置及び洪水シミュレーションプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、洪水シミュレーション装置であって、地表面について、高さデータを持った不規則三角形網を作成し、地表面の高さデータの面情報を生成する第１面情報生成手段と、一定の範囲内にある複数の河川のラインまたはポリゴンに対して、前記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイして、河川のラインまたはポリゴンに高さデータを付与する高さデータ付与手段と、前記複数の河川のラインまたはポリゴンに対して付与した高さデータに基づき、前記複数の河川のラインまたはポリゴンの不規則三角形網を作成し、河川だけに着目した河川面の面情報を生成する第２面情報生成手段と、前記河川面の高さデータの面情報と前記地表面の高さデータの面情報とを重ね合せることにより、前記河川面よりも低い地表面を抽出する抽出手段と、を備えることを特徴とする。

上記高さデータ付与手段は、前記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイする代わりに、予め与えられた川底または平均水面の高さデータを付与してもよい。

また、上記平均水面は、公的に発表される雨量データに基づいて決定されるのが好適である。

また、上記洪水シミュレーション装置は、さらに前記河川面の高さデータを変化させて前記高さデータ付与手段に与え、前記第２面情報生成手段及び前記抽出手段の処理を再実行させて地表面の位置ごとに洪水の発生を予想する洪水予想手段を備えるのが好適である。

本発明の他の実施形態は、洪水シミュレーションプログラムであって、コンピュータを、地表面について、高さデータを持った不規則三角形網を作成し、地表面の高さデータの面情報を生成する第１面情報生成手段、一定の範囲内にある複数の河川のラインまたはポリゴンに対して、前記（河川以外の）地表面の面情報の高さデータをオーバーレイして、河川のラインまたはポリゴンに高さデータを付与する高さデータ付与手段、前記複数の河川のラインまたはポリゴンに対して付与した高さデータに基づき、前記複数の河川のラインまたはポリゴンの不規則三角形網を作成し、河川だけに着目した河川面の面情報を生成する第２面情報生成手段、前記河川面の高さデータの面情報と前記地表面の高さデータの面情報とを重ね合せることにより、前記河川面よりも低い地表面を抽出する抽出手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、安易且つ短時間で、簡便に洪水シミュレーションを実施することができる。

実施形態にかかる洪水シミュレーション装置の機能ブロック図である。実施形態にかかる洪水シミュレーション装置の動作例の説明図である。実施形態にかかる洪水シミュレーション装置を構成する抽出部の抽出結果の例を示す図である。実施形態にかかる洪水シミュレーション装置の動作例のフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、実施形態にかかる洪水シミュレーション装置の機能ブロック図が示される。図１において、洪水シミュレーション装置は、データ取得部１０、第１面情報生成部１２、高さデータ付与部１４、第２面情報生成部１６、抽出部１８、洪水予想部２０、通信部２２及び記憶部２４を含んで構成されている。この洪水シミュレーション装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ、Ｉ／Ｏ、通信インターフェース等を備え、装置全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されており、上記各機能は、例えばＣＰＵ２６とＣＰＵ２６の処理動作を制御するプログラムとにより実現される。

データ取得部１０は、一般に公表されているデータであって、洪水シミュレーションに使用するデータを取得する。このようなデータとしては、例えば国土交通省が公表している国土数値情報の中の河川データ、標高・傾斜度５次メッシュデータ、あるいは国土地理院が公表している基盤地図情報の中の数値標高モデル（DEM：Digital Elevation Model）データ（５ｍ、１０ｍ、５０ｍメッシュ）等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、上記河川データには、河川法による１級直轄区間、２級河川区間、その他流路が含まれる。また、標高・傾斜度５次メッシュデータは、標高（平均、最高、最低）、最大傾斜角度・方角、最小傾斜角度・方角について５次メッシュ（２５０ｍメッシュ）毎に整備したものである。また、上記数値標高モデルは、例えば１０ｍメッシュの場合、地表を１０ｍ間隔で区切った方眼(メッシュ)中心点の標高データの集合（点群データ）である。

以上の各データは、例えばネットワーク、またはＤＶＤ，ＣＤ−ＲＯＭ等のディスクメディア、あるいはフラッシュメモリ（ＵＳＢメモリ）等から取得することができるが、これらに限定されない。取得した各データは、記憶部２４に記憶させる。

第１面情報生成部１２は、データ取得部１０が取得した数値標高モデルデータを記憶部２４から読み出し、この数値標高モデルデータのメッシュ中心点の標高データに基づいて、河川以外の地表面について高さデータを持った不規則三角形網（ＴＩＮ）を作成し、地表面の高さデータの面情報を生成する。ここで、ＴＩＮ（triangulated irregular network）とは、地理情報システム（ＧＩＳ）で利用するための、地表面を三角形の集合で表現するデジタルデータ構造であり、地表面または海底面の物理的形状を表現し、Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元情報を持った点と線が、重複のない三角形の集まりとして配列されたものである。この三角形の形状はまちまちである。ＴＩＮの作成は、例えばＴＩＮ生成プログラムを使用し、周知のＴＩＮモデルに基づいて数値標高モデルが有する点群データから三角形網を形成することにより実施することができる。第１面情報生成部１２が生成した地表面の面情報は、記憶部２４に記憶させる。なお、以上の例では、ＴＩＮの作成に数値標高モデルデータを使用したが、これには限定されず、例えば標高・傾斜度５次メッシュデータを使用してもよい。

高さデータ付与部１４は、上記第１面情報生成部１２が生成した地表面の面情報を記憶部２４から読み出し、洪水シミュレーションの対象地域において一定の範囲内にある複数の河川のラインまたはポリゴンに対して、上記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイして（重ね合わせて）河川のラインまたはポリゴンに高さデータを付与する。高さデータの付与は、河川のラインまたはポリゴンのうち、高さデータが付与される地点に対応（一致）する地表面の点の高さデータを、上記地表面の面情報から取得し、上記高さデータが付与される地点の高さとして決定することにより実現できる。なお、高さデータを付与する処理の具体例を、後述の図２（ａ）に示す。高さデータが付与された河川のラインまたはポリゴンのデータも、記憶部２４に記憶させる。ここで、上記一定の範囲とは、洪水シミュレーションの対象地域内に任意に設定する領域であり、洪水シミュレーションの対象地域全部であっても、これを分割した分割領域であってもよい。一定の範囲の設定は、例えばディスプレイ装置に洪水シミュレーションの対象地域の地図を表示し、使用者が当該地図を参照しながらキーボード等の適宜な入力手段から任意の範囲（領域）を入力し、この情報を高さデータ付与部１４が受け付けることにより行うことができるが、これには限定されない。また、河川のラインまたはポリゴンのデータは、データ取得部１０が取得し、記憶部２４に記憶させた河川データを、高さデータ付与部１４が記憶部２４から読み出して使用する。河川のラインとは、幅を持たない線として表された河川データであり、河川のポリゴンとは、河川の平面形状を表すポリゴン（多角形状）で表された河川データである。

なお、高さデータ付与部１４は、上記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイする代わりに、予め与えられた河川の川底または平均水面の高さデータを付与してもよい。ここで、河川の平均水面の高さデータは、例えば公的に発表される雨量データに基づいて決定することができる。また、他の公的なデータの利用例としては、河川管理者（国や都道府県）が河川に沿って測量した地形データや管理用の資料に含まれる、河口からの距離ごとの高さデータが挙げられる。このような高さデータを結ぶことで、データがない区間を補間することもできる。この場合、ＴＩＮ生成時の基準点は、例えば所定間隔毎に発生させることになる。

第２面情報生成部１６は、複数の河川のラインまたはポリゴンに対して付与された高さデータを記憶部２４から読み出し、この高さデータに基づき、上記複数の河川のラインまたはポリゴンのＴＩＮを作成し、河川だけに着目した河川面の面情報を生成する。この場合、ＴＩＮの作成に使用する高さ情報を有した点群データは、上記高さデータ付与部１４により高さデータが付与された河川のラインまたはポリゴン上の地点の高さデータである。この点群データは、後述する図２（ａ）の説明で述べるように、第1面情報生成部１２が作成したＴＩＮの三角形形状の辺と、重ねた河川データ（ラインまたはポリゴン）との交点にあたる箇所の高さデータとすることができる。あるいは上記ＴＩＮにより得られる面情報の高さデータを、河川のラインまたはポリゴンの一定間隔で抜き出して使用してもよい。第２面情報生成部１６が生成した河川だけに着目した河川面の面情報も記憶部２４に記憶させる。

抽出部１８は、河川面の高さデータの面情報と河川以外の地表面の高さデータの面情報を記憶部２４から読み出し、これらのデータを重ね合せることにより、河川面よりも低い地表面を抽出する。河川面よりも低い地表面は、河川の増水時に洪水が発生する可能性が高い地域であり、この抽出処理により洪水の発生地域を予想することができる。抽出した結果は記憶部２４に記憶させる。

洪水予想部２０は、河川面の高さデータを変化させて上記高さデータ付与部１４に与え、上記第２面情報生成部１６及び上記抽出部１８の処理を再実行させて、河川の増水状況に応じた地表面の位置ごとの洪水の発生を予想する。洪水予想部２０が変化させた河川面の高さデータを上記高さデータ付与部１４に与える方法は、例えば洪水予想部２０が記憶部２４に河川面の高さデータを記憶させ、高さデータ付与部１４がこれを読み出すことにより実行することができるが、これには限定されない。また、河川面の高さデータの変化値は、変化させる際の刻み（１回に変化させる高さの値）を予め決定しておき、高さデータ付与部１４により最初に（洪水予想部２０による処理の開始前に）付与された高さデータに基づき洪水予想部２０が自動的に発生してもよいし、使用者がキーボード等の適宜な入力手段から入力した数値を受け付けて高さデータの変化値としてもよい。

通信部２２は、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ポート、ネットワークポートその他の適宜なインターフェースにより構成され、ＣＰＵ２６が外部の装置とデータをやり取りするために使用する。例えば、データ取得部１０が外部のサーバから各種データを取得する際に使用する。

記憶部２４は、ハードディスク装置、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の不揮発性メモリで構成される記憶装置に、上記データ取得部１０が取得したデータ、第１面情報生成部１２が生成した地表面の面情報、高さデータ付与部１４により高さデータが付与された河川のラインまたはポリゴンのデータ、第２面情報生成部１６が生成した河川だけに着目した河川面の面情報、抽出部１８が抽出した結果、洪水予想部２０による、河川の増水状況に応じた地表面の位置ごとの洪水の発生の予想結果等、及びＣＰＵ２６の動作プログラム等の、洪水シミュレーション装置が行う各処理に必要な情報を記憶させる。なお、記憶部２４としては、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープ、電気的消去および書き換え可能な読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ等を使用してもよい。また、記憶部２４には、主としてＣＰＵ２６の作業領域として機能するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及びＢＩＯＳ等の制御プログラムその他のＣＰＵ２６が使用するデータが格納される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含めるのが好適である。

図２（ａ）、（ｂ）には、実施形態にかかる洪水シミュレーション装置の動作例の説明図が示される。図２（ａ）、（ｂ）には、それぞれ３つの河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の一部が描かれているが、本実施形態の洪水シミュレーション装置は、対象とする河川の数に限定があるわけではない。また、図２（ａ）、（ｂ）では、河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が川幅を有するポリゴンとして表現されているが、ラインであってもよい。

図２（ａ）は、第１面情報生成部１２が生成したＴＩＮの一部の例である。上述したように、第１面情報生成部１２は、データ取得部１０が取得した数値標高モデルデータを使用し、各メッシュの中心点の標高データからＴＩＮを作成する。ＴＩＮでは、各三角形の平面における任意の点の高さデータが決定されている。従って、高さデータ付与部１４は、図２（ａ）に示されるように、河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のラインまたはポリゴンが重なっている三角形（面情報）の高さデータを使用し、河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のラインまたはポリゴン上の所定の点に高さデータを付与する処理を実行する。この処理が、上述した、地表面の面情報の高さデータをオーバーレイして高さデータを付与するとの処理に相当する。河川Ｒ１は三角形Ｔ１〜Ｔ４と重なり、河川Ｒ２は三角形Ｔ５〜Ｔ１０と重なり、河川Ｒ３は三角形Ｔ１１〜Ｔ１６と重なっているので、高さデータ付与部１４はこれらの三角形の高さデータを使用してそれぞれの河川に高さデータを付与する。なお、高さデータが付与される河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のラインまたはポリゴン上の所定の点の決定は、例えば図２（ａ）に示されたＴＩＮ（三角形）の各辺と河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のデータ（ラインまたはポリゴン）との交点箇所とすることができる。あるいは、河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３のデータ上に所定間隔で発生させてもよい。

図２（ｂ）は、第２面情報生成部１６が生成したＴＩＮの一部の例である。第２面情報生成部１６は、高さデータ付与部１４が河川Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に付与した高さデータから河川だけに着目したＴＩＮを作成する。ここで作成されたＴＩＮにおいても、各三角形の平面における任意の点の高さデータが決定されている。そこで、抽出部１８は、河川だけに着目したＴＩＮの各三角形（面情報）の高さデータと、河川だけに着目した三角形に位置が重なる河川以外の地表面についてのＴＩＮの各三角形（面情報）の高さデータとを比較して、河川面よりも低い地表面を抽出する。

図３には、抽出部１８の抽出結果の例が示される。図３において、縦軸が高さ（標高）を示し、横軸が線Ｌ上の任意の始点からの距離を示す。図３では、図２（ｂ）に示された線Ｌにおける地表面の高さデータ（地表面データ）と線Ｌの位置における河川だけに着目したＴＩＮの各三角形の高さデータ（河川部表面データ）とが示されている。

図３において、河川部表面データより地表面データの方が高さが低い地域は、河川の増水時に洪水が発生する可能性が高い地域である。図３では、このような地域が浸水範囲推定地域として示されている。

図４には、実施形態にかかる洪水シミュレーション装置の動作例のフロー図が示される。図４において、データ取得部１０がネットワーク等を介して、河川データ、数値標高モデル等の洪水シミュレーションに使用するデータを取得し、記憶部２４に記憶する（Ｓ１）。

次に、第１面情報生成部１２が、数値標高モデルデータを記憶部２４から読み出し、この数値標高モデルデータのメッシュ中心点の標高データに基づいて、河川以外の地表面について高さデータを持った不規則三角形網（ＴＩＮ）を作成し、地表面の高さデータの面情報を生成する（Ｓ２）。上記生成した面情報は記憶部２４に記憶する。

上記第１面情報生成部１２が生成した面情報を高さデータ付与部１４が記憶部２４から読み出し、洪水シミュレーションの対象地域において一定の範囲内にある複数の河川のラインまたはポリゴンに対して、上記地表面の面情報の高さデータを付与し、記憶部２４に記憶する（Ｓ３）。第２面情報生成部１６は、複数の河川のラインまたはポリゴンに対して付与された高さデータを記憶部２４から読み出し、この高さデータに基づき、上記複数の河川のラインまたはポリゴンのＴＩＮを作成し、河川だけに着目した河川面の面情報を生成する（Ｓ４）。生成した面情報は、記憶部２４に記憶する。

次に、抽出部１８は、河川面の高さデータの面情報と河川以外の地表面の高さデータの面情報を記憶部２４から読み出し、これらのデータを重ね合せることにより、河川面よりも低い地表面を抽出する（Ｓ５）。抽出結果は記憶部２４に記憶する。

上述した、図３の各ステップを実行するためのプログラムは、記録媒体に格納することも可能であり、また、そのプログラムを通信手段によって提供しても良い。その場合、例えば、上記説明したプログラムについて、「プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体」の発明または「データ信号」の発明として捉えても良い。

１０データ取得部、１２第１面情報生成部、１４高さデータ付与部、１６第２面情報生成部、１８抽出部、２０洪水予想部、２２通信部、２４記憶部、２６ＣＰＵ。

Claims

地表面について、高さデータを持った不規則三角形網を作成し、地表面の高さデータの面情報を生成する第１面情報生成手段と、
一定の範囲内にある複数の河川のラインまたはポリゴンに対して、前記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイして、河川のラインまたはポリゴンに高さデータを付与する高さデータ付与手段と、
前記複数の河川のラインまたはポリゴンに対して付与した高さデータに基づき、前記複数の河川のラインまたはポリゴンの不規則三角形網を作成し、河川だけに着目した河川面の面情報を生成する第２面情報生成手段と、
前記河川面の高さデータの面情報と前記地表面の高さデータの面情報とを重ね合せることにより、前記河川面よりも低い地表面を抽出する抽出手段と、
を備える洪水シミュレーション装置。
前記高さデータ付与手段は、前記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイする代わりに、予め与えられた川底または平均水面の高さデータを付与する請求項１に記載の洪水シミュレーション装置。
前記平均水面は、公的に発表される雨量データに基づいて決定される請求項２に記載の洪水シミュレーション装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項記載の洪水シミュレーション装置が、さらに前記河川面の高さデータを変化させて前記高さデータ付与手段に与え、前記第２面情報生成手段及び前記抽出手段の処理を再実行させて地表面の位置ごとに洪水の発生を予想する洪水予想手段を備える洪水シミュレーション装置。
コンピュータを、
地表面について、高さデータを持った不規則三角形網を作成し、地表面の高さデータの面情報を生成する第１面情報生成手段、
一定の範囲内にある複数の河川のラインまたはポリゴンに対して、前記地表面の面情報の高さデータをオーバーレイして、河川のラインまたはポリゴンに高さデータを付与する高さデータ付与手段、
前記複数の河川のラインまたはポリゴンに対して付与した高さデータに基づき、前記複数の河川のラインまたはポリゴンの不規則三角形網を作成し、河川だけに着目した河川面の面情報を生成する第２面情報生成手段、
前記河川面の高さデータの面情報と前記地表面の高さデータの面情報とを重ね合せることにより、前記河川面よりも低い地表面を抽出する抽出手段、
として機能させる洪水シミュレーションプログラム。