(57)【要約】【課題】処理時間を短縮しつつ、精度よく拡散計算すること。【解決手段】注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定部２と、建物形状データベース１から計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、建物形状を境界条件に設定して、注目領域の拡散計算をする境界設定計算部３１と、建物形状データベース１から計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、低層用計算格子内の抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、注目領域の拡散計算をする抵抗体計算部３２とを具備する。【選択図】図２
2011090387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測装置であって、
前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定手段と、
注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状を境界条件に設定して、前記注目領域の拡散計算をする境界設定計算手段と、
注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算手段と、
を具備する拡散状況予測装置。
【請求項２】
注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測装置であって、
前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定手段と、
前記計算格子内において空間占有率に応じて決定される抵抗係数に基づいて、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算手段を具備し、
前記抵抗体計算手段は、注目領域の建物形状のうち、
前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をし、
前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする拡散状況予測装置。
【請求項３】
前記計算格子決定手段は、計算対象とする現象が要する分解能に基づいて前記計算格子の幅を決定する請求項１または請求項２に記載の拡散状況予測装置。
【請求項４】
気体状況の予測にかける時間の閾値を取得する情報取得手段を具備し、
前記計算格子決定手段は、
前記注目領域の大きさと、前記情報取得手段によって取得される前記閾値とに基づいて前記計算格子を決定する請求項１から請求項３のいずれかに記載の拡散状況予測装置。
【請求項５】
前記抵抗体計算手段は、前記計算格子内における前記建造物の占める割合を示す抵抗係数を用いて前記建物形状を近似する外力項を含む演算式を有し、
前記外力項は、前記低層建物を示す前記抵抗体群の値より、前記高層建物を示す前記抵抗体の値が大きく設定される請求項２から請求項４のいずれかに記載の拡散状況予測装置。
【請求項６】
前記注目領域における前記建造物が、前記計算格子の輪郭と一致しない形状を含む複雑形状である場合に、
前記複雑形状の前記建造物を内包する前記計算格子のうち、前記建造物内に完全に含まれる前記計算格子と、部分的に含まれる前記計算格子とを判定する計算格子判定手段と、
前記複雑形状の前記建造物を内包する前記計算格子のうち、部分的に含まれる前記計算格子であると判定された場合に、該計算格子における前記建造物の空間占有率に基づいて、前記複雑形状の建造物の抵抗係数を決定し、拡散計算を行う部分計算手段と、
を具備する請求項１から請求項５のいずれかに記載の拡散状況予測装置。
【請求項７】
注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測方法であって、
前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定過程と、
注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状を境界条件に設定して、前記注目領域の拡散計算をする境界設定計算過程と、
注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算過程と、
を有する拡散状況予測方法。
【請求項８】
注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測プログラムであって、
前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定処理と、
注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状を境界条件に設定して、前記注目領域の拡散計算をする境界設定計算処理と、
注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算処理と、
をコンピュータに実行させる拡散状況予測プログラム。
【請求項９】
注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測方法であって、
前記注目領域内の空間を格子状に分割し、計算格子の大きさを決定する計算格子決定過程と、
前記計算格子内において空間占有率に応じて決定される抵抗係数に基づいて、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算過程を具備し、
前記抵抗体計算過程は、注目領域の建物形状のうち、
前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をし、
前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする拡散状況予測方法。
【請求項１０】
注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測プログラムであって、
前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定処理と、
前記計算格子内において空間占有率に応じて決定される抵抗係数に基づいて、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算処理を有し、
前記抵抗体計算処理は、注目領域の建物形状のうち、
前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をし、
前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をすることをコンピュータに実行させるための拡散状況予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散状況予測装置及び方法並びにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、事故や攻撃等により有害物質が放出された場合には、有害物質の拡散範囲や拡散濃度を予測し、有害物質による影響を受ける地域を予測する拡散状況予測システムが知られている。この拡散状況予測システムにおいては、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、核物質の外部放出）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体状況（風向、風速等）を求め、この気体状況に基づいて、事故源から放出された物質の拡散状況を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２３８３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】社団法人日本建築学会著  「市街地風環境予測のための流体数値解析ガイドブック」昭和情報プロセス株式会社出版、２００７年７月２０日、ｐ．４９−５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、上記特許文献１には、大きな領域の中から特に注目する領域の計算格子を細かく分け、その外側の領域は計算格子を大きく分けて計算を行う手法であるネスティング手法により数ｋｍ範囲の気流要素を求め、その後流体力学モデル（ＣＦＤモデル）を用いて、建造物周辺の気流要素を数ｍ刻みで算出する技術が開示されている。しかしながら、上記特許文献１の方法では、建造物周辺の気流要素を精度よく算出することができるが、計算格子数が増大するため、例えば、高速並列計算機を使用した場合であっても、拡散計算にかかる時間が数日間以上必要になる等、膨大な時間を要するという問題があった。
【０００６】
上記非特許文献１には、近年、計算格子内で固体と流体とが混在する状態と考え、固体を抵抗体として、建物形状を空気抵抗係数で近似することによって拡散計算する手法（キャノピーモデル）が開示されている。しかしながら、上記非特許文献１の方法では、厳密に建物形状を再現して拡散計算する場合と比較すると、計算にかかる時間は低減することができるが、複数の複雑な建物形状を考慮することができず、建造物周辺の渦や逆流現象等の影響を加味することが困難であり、精度よく拡散計算することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、処理時間を短縮しつつ、精度よく拡散計算することのできる気体状況予測装置、方法、プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下を採用する。
本発明は、注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測装置であって、前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定手段と、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状を境界条件に設定して、前記注目領域の拡散計算をする境界設定計算手段と、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算手段と、を具備する拡散状況予測装置を提供する。
【０００９】
このような構成によれば、注目領域の建物形状が、注目領域の空間を格子状に分割して決定される計算格子の一辺の長さよりも大きいか否かに応じて、注目領域の建造物が高層建物または低層建物と判定される。高層建物と判定された建造物の建物形状は、境界条件として設定されて、注目領域の拡散計算が行われる。また、複数の低層建物は抵抗体群とし、抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子から読み出された低層用計算格子内の抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数が決定され、注目領域の拡散計算が行われる。また、建造物とは、高層建物と低層建物とを含んでいる。
【００１０】
これにより、気流に対する影響が大きい高層建物については、建物形状を境界条件として設定するので、大気拡散現象を厳密に数値計算することができる。また、高層建物と比較して気流に対する影響が小さい低層建物については、低層用計算格子において、抵抗体の集合物として近似して拡散計算するので、建物形状を境界条件として与える場合と比較して、低層建物を含む領域の拡散計算にかかる時間を低減することができる。また、計算格子毎に抵抗体の集合物として近似する方法は、例えば、Ｃａｎｏｐｙ（キャノピー）モデルである。
【００１１】
本発明は、注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測装置であって、前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定手段と、前記計算格子内において空間占有率に応じて決定される抵抗係数に基づいて、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算手段を具備し、前記抵抗体計算手段は、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をし、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする拡散状況予測装置を提供する。
【００１２】
このような構成によれば、注目領域の空間を格子状に分割して決定される計算格子の一辺の長さよりも大きいか否かに応じて、建造物が高層建物または低層建物と判定される。高層建物と判定された建造物は、建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして決定した抵抗係数に基づいて注目領域の拡散計算がされる。低層建物と判定された建造物は低層用計算格子内の抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数が決定され、拡散計算がされる。このように、計算格子の高さに応じて建造物を高層建物と低層建物とに区別し、高層及び低層のそれぞれの抵抗係数によって拡散計算を行うので、高層建物と低層建物とに応じて抵抗の度合いを調整して拡散計算することができる。
【００１３】
また、高層建物の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定して拡散計算する場合には、建物形状を境界条件として設定して拡散計算する場合と比較すると、計算格子を大きくすることができるので、計算にかかる時間を低減することができる。例えば、計算格子が５０メートル程度である場合には、計算格子が数メートル程度である場合と比較して計算時間が２０分の１程度にすることができる。高層建物の建物形状内または低層建物を抵抗体として近似する方法は、例えば、Ｃａｎｏｐｙ（キャノピー）モデルである。
【００１４】
上記拡散状況予測装置の前記計算格子決定手段は、計算対象とする現象が要する分解能に基づいて前記計算格子の高さを決定することとしてもよい。
計算対象とする現象（例えば、風速分布、ガス濃度分布等）の解析に必要とされる計算格子の高さを用途に応じて決定する。例えば、１０メートルの計算格子（メッシュ）の濃度分布が必要な場合には、計算格子を１０メートルと設定し、１０メートルより大きい建造物を高層建物とし、それ以下の建造物を低層建物として拡散計算する。このように計算格子を設定することによって、計算対象とする現象に応じて拡散計算にかかる時間を変更することができ、計算にかかる時間を低減することができる。また、例えば、計算格子の大きさは、最小の計算格子の高さとしてもよいし、最小の計算格子の高さの２倍、或いは３倍等にしてもよい。
【００１５】
上記拡散状況予測装置において、気体状況の予測にかける時間の閾値を取得する情報取得手段を具備し、前記計算格子決定手段は、前記注目領域の大きさと、前記情報取得手段によって取得される前記閾値とに基づいて前記計算格子を決定することとしてもよい。
これにより、設定された制限時間に応じて計算格子が決定されるので、気体状況の予測を制限時間内に完了することができる。
【００１６】
上記拡散状況予測装置の前記抵抗体計算手段は、前記計算格子内における前記建造物の占める割合を示す抵抗係数を用いて前記建物形状を近似する外力項を含む演算式を有し、
前記外力項は、前記低層建物を示す前記抵抗体群の値より、前記高層建物を示す前記抵抗体の値が大きく設定されることとしてもよい。
このように、演算式の外力項を変化させることによって、高層建物と低層建物との抵抗体の大きさを容易に変えることができる。
【００１７】
上記拡散状況予測装置の前記注目領域における前記建造物が、前記計算格子の輪郭と一致しない形状を含む複雑形状である場合に、前記複雑形状の前記建造物を内包する前記計算格子のうち、前記建造物内に完全に含まれる前記計算格子と、部分的に含まれる前記計算格子とを判定する計算格子判定手段と、前記複雑形状の前記建造物を内包する前記計算格子のうち、部分的に含まれる前記計算格子であると判定された場合に、該計算格子における前記建造物の空間占有率に基づいて、前記複雑形状の建造物の抵抗係数を決定し、拡散計算を行うこととしてもよい。
このように、複雑な建物形状であっても簡便に建物を近似的に算出することができる。
【００１８】
本発明は、注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測方法であって、前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定過程と、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状を境界条件に設定して、前記注目領域の拡散計算をする境界設定計算過程と、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算過程と、を有する拡散状況予測方法を提供する。
【００１９】
本発明は、注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測プログラムであって、前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定処理と、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状を境界条件に設定して、前記注目領域の拡散計算をする境界設定計算処理と、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算処理と、をコンピュータに実行させる拡散状況予測プログラムを提供する。
【００２０】
本発明は、注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測方法であって、前記注目領域内の空間を格子状に分割し、計算格子の大きさを決定する計算格子決定過程と、前記計算格子内において空間占有率に応じて決定される抵抗係数に基づいて、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算過程を具備し、前記抵抗体計算過程は、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をし、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をする拡散状況予測方法を提供する。
【００２１】
本発明は、注目地点を含む注目領域の気体状況を予測する拡散状況予測プログラムであって、前記注目領域内の空間を分割する計算格子の大きさを決定する計算格子決定処理と、前記計算格子内において空間占有率に応じて決定される抵抗係数に基づいて、前記注目領域の拡散計算をする抵抗体計算処理を有し、前記抵抗体計算処理は、注目領域の建物形状のうち、前記計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の前記計算格子を低層用計算格子として読み出し、前記低層用計算格子内の前記抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をし、前記計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、該建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、前記注目領域の拡散計算をすることをコンピュータに実行させるための拡散状況予測プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、処理時間を短縮しつつ、精度よく拡散計算することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る拡散状況予測装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る拡散状況予測装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る拡散状況予測装置の動作フローである。
【図４】建物Ａ，Ｂ及び抵抗体群Ｃを垂直方向断面で見た場合の図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る拡散状況予測装置の機能ブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る気流拡散計算部の計算方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る気流拡散計算部の計算方法の説明の続きの図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る気流拡散計算部の計算方法の説明の続きの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る拡散状況予測装置及び方法並びにプログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態に係る拡散状況予測装置の概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る拡散状況予測装置は、原子力発電所などが設置されている注目地点を含む所定の領域である注目領域の気体状況を予測し、予測した気体状況を用いて注目地点から放出された拡散物質の拡散状況を予測する装置である。
図１に示すように、本実施形態に係る拡散状況予測装置は、コンピュータシステム（計算機システム）であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置１２、補助記憶装置１３、キーボードやマウスなどの入力装置１４、及びディスプレイやプリンタなどの出力装置１５、外部の機器と通信を行うことにより情報の授受を行う通信装置１６などで構成されている。
【００２６】
補助記憶装置１３は、コンピュータ読取可能な記録媒体であり、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。この補助記憶装置１３には、各種プログラム（例えば、拡散状況予測プログラム）が格納されており、ＣＰＵ１１が補助記憶装置１３から主記憶装置１２にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
【００２７】
図２は、拡散状況予測装置１０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２に示されるように、拡散状況予測装置１０は、建物形状データベース１、計算格子決定部（計算格子決定手段）２、気流拡散計算部３を備えている。
次に、上述した拡散状況予測装置１０が備える各部において実行される処理内容について図２を参照して説明する。なお、図２に示した各部により実現される後述の各種処理は、ＣＰＵ１１が補助記憶装置１３に記憶されている拡散状況予測プログラムを主記憶装置１２に読み出して実行することにより実現されるものである。
【００２８】
建物形状データベース１は、建造物の形状、建造物の高さデータ等の建造物の詳細である建物情報を有する地図が格納されており、この建物形状データベース１から所望の領域における建物情報が提供されるようになっている。
なお、本実施形態においては、建物形状データベース１は、拡散状況予測装置１０内に含まれることとして説明していたが、これに限定されない。例えば、拡散状況予測装置１０と通信可能に接続されたネットワークを介して外部のデータベース等に建物形状を格納しておき、その外部のデータベース等から建物形状を取得することとしてもよい。
【００２９】
計算格子決定部２は、注目領域内の空間を分割する計算格子の一辺の長さを決定する。また、計算格子決定部２は、計算対象とする現象が要する分解能に基づいて計算格子の一辺の長さ（大きさ）を決定する。計算対象とする現象とは、例えば、風速分布、ガス濃度分布等である。また、例えば、１０メートルの計算格子（計算メッシュ）の濃度分布が必要な場合には、計算格子の大きさを１０メートルと決定する。このように、計算対象とする現象に応じて計算格子の大きさを設定することによって、拡散計算にかかる時間を適宜変更することができるので、計算にかかる時間の無駄を低減することができる。
【００３０】
より具体的には、計算格子決定部２は、情報取得部（情報取得手段）２１を有する。情報取得部２１は、気体状況の予測にかける評価時間の閾値及び注目領域の大きさを取得する。具体的には、情報取得部２１は、図１の入力装置１４を介して拡散状況予測にかける評価時間の閾値とする情報、及び注目地点を含む注目領域となる領域情報を取得する。
【００３１】
また、計算格子決定部２は、情報取得部２１が取得した注目領域の大きさと、評価時間の閾値とに基づいて最小の計算格子（最小の計算メッシュ）の大きさを決定し、さらに、計算格子の大きさを決定する。本実施形態においては、計算格子の大きさは最小の計算格子を用いることとして説明するが、これに限定されない。例えば、最小の計算格子の２倍、或いは３倍等であってもよいこととする。
【００３２】
気流拡散計算部３は、計算格子決定部２によって決定された計算格子に基づいて、気流計算及び拡散計算を行う。具体的には、気流拡散計算部３は、境界設定計算部（境界設定計算手段）３１、及び抵抗体計算部（抵抗体計算手段）３２を備えている。
【００３３】
境界設定計算部３１は、建物形状データベース１から、計算格子の一辺の長さよりも高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、建物形状を境界条件に設定して、注目領域の拡散計算をする。具体的には、境界設定計算部３１は、気流に対する影響が大きい高層建物について、大気拡散現象を厳密に数値計算する流体力学的手法（ＣＦＤモデル）に基づいて建物形状をできるだけ正確に再現し、注目領域の拡散計算をする。
【００３４】
抵抗体計算部３２は、建物形状データベース１から、計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である複数の低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の計算格子を低層用計算格子として読み出し、この低層用計算格子内の抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、注目領域の拡散計算をする。具体的には、抵抗体計算部３２は、気流に対する影響が高層建物と比較して小さい低層建物について、抵抗体群として近似的に建物を再現する手法（Canopy Model：キャノピーモデル）によって、注目領域の拡散計算をする。
【００３５】
キャノピーモデルでは、物体の抵抗によって流体が受ける力を表す外力項を付加することで演算式を生成することが知られている（特許文献１参照）。例えば、外力項Ｆｉを以下の（１）式に示す。ここで、Ｃｄは物体の形状や面積密度、体積密度に対応する抵抗係数、ｕｉは風速である。
【００３６】
【数１】
2011090387.tif 000003
【００３７】
本実施形態においては、この抵抗係数Ｃｄは、例えば、低層用計算格子における抵抗体群（複数の低層建物）の占める割合（空間占有率）に応じて変化させる係数である。具体的には、抵抗体計算部３２は、低層建物を再現した風洞実験の風速測定値（例えば、風速の分布）に整合するように、数値計算における物体（例えば、建造物）後方の流速分布等を用いて、低層建物の抵抗係数Ｃｄの値を複数与え、その結果から適正値を選定する。
【００３８】
次に、本実施形態に係る拡散状況予測装置１０の作用について図３及び図４を用いて説明する。図４は、ある注目領域において、建物Ａ，Ｂ及び抵抗体群Ｃを垂直方向断面で見た場合の図を示している。
まず、注目地点において拡散物質が放出された場合に、入力装置１４を介して、注目地点を含む注目領域とする領域情報と、拡散計算する評価時間の閾値情報とが入力され、計算格子決定部２の情報取得部２１に取得される（図３のステップＳＡ１）。情報取得部２１が取得した領域情報と評価時間の閾値情報とに基づいて、計算格子決定部２によって最小の計算格子の大きさ（例えば、１０メートル）が決定され（図３のステップＳＡ２）、さらに、最小の計算格子の大きさに基づいて、計算格子（例えば、最小の計算格子の大きさの１倍の１０メートル）が決定される（図３のステップＳＡ３）。
【００３９】
決定された計算格子と建物形状データベース１に格納されている建物情報とが比較される（図３のステップＳＡ４）。比較の結果、計算格子の高さよりも高い高層建物（例えば、建物Ａ，Ｂ）はその建物形状が建物形状データベース１から読み出され、境界設定計算部３１に入力されると、高層建物の建物形状が境界条件とされ、建物内の風速をゼロとして気流拡散計算される（図３のステップＳＡ５）。また、比較の結果、計算格子の高さ以下の低い低層建物が、低層用計算格子内の抵抗体群（例えば、抵抗体群Ｃ）とされ、この抵抗体群Ｃを包囲する低層用計算格子が読み出されると、低層用計算格子内の抵抗体群Ｃの空間占有率に基づいて決定された抵抗係数に基づいて気流拡散計算される（図３のステップＳＡ６）。
【００４０】
境界設定計算部３１及び抵抗体計算部３２によって算出された気流拡散計算の算出結果は、出力装置１５を介して、ユーザに提供される（図３のステップＳＡ７）。
このように高層建物Ａ，Ｂについては建物形状をできるだけ再現し、大気拡散現象を数値計算するので、高層建物Ａ，Ｂの後方の渦等が再現され、厳密に数値計算される。低層建物は抵抗体群Ｃとして抵抗体の集合物として近似的に再現して数値計算される。これにより、従来、数メートル程度の計算格子で計算していた場合と比較して、低層建物を抵抗体群として扱うため計算格子を大きくすることができるので、計算にかかる時間を低減することができる。
【００４１】
以上説明してきたように、本発明に係る拡散状況予測装置１０及び方法並びにプログラムによれば、注目領域の空間を格子状に分割して決定される計算格子の一辺の長さよりも大きいか否かに応じて、建物形状データベース１の建造物が高層建物または低層建物と判定され、高層建物と判定された場合には、境界設定計算部３１において高層建物の建物形状を境界条件として設定して注目領域の拡散計算が行われる。また、抵抗体計算部３２において複数の低層建物は抵抗体群とされ、抵抗体群を包囲する計算格子から読み出された低層用計算格子内の抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数が決定され、抵抗係数に基づいて注目領域の拡散計算が行われる。このように、気流に対する影響が大きい高層建物については、大気拡散現象を厳密に数値計算し、高層建物と比較して気流に対する影響が小さい低層建物については、低層用計算格子内における抵抗体の集合物として近似して拡散計算する。これにより、低層建物を含む領域の拡散計算にかかる時間を、建物形状を境界条件として与える場合と比較して、低減することができる。また、注目領域の大きさと計算時間の閾値とに基づいて計算格子の大きさを決定するので、所定領域の拡散計算を制限時間内に行うことができる。
【００４２】
なお、本実施形態の場合は風速分布を算出する場合を例に挙げて説明していたが、計算はこれに限定されない。例えば、濃度分布の算出に使用してもよいこととする。また、濃度の場合には、建物の内外において、濃度勾配を与えないような条件とする。
【００４３】
また、本実施形態においては、境界設定計算部３１による高層建物の周囲の拡散計算と、抵抗体計算部３２による低層建物の周囲の拡散計算とは、同時に行うこととして説明していたが、計算の方法はこれに限定されない。例えば、どちらか一方を先に計算し、その後に残りの他方を計算することとしてもよいし、先に計算した一方の結果を流用して他方を計算することとしてもよい。
【００４４】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態の拡散状況予測装置が第１の実施形態と異なる点は、抵抗体計算部３２が、第１抵抗体計算部（図示略）及び第２抵抗体計算部（図示略）を備えている点である。以下、本実施形態の拡散状況予測装置について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４５】
抵抗体計算部３２は、計算格子内において空間占有率により決定される抵抗係数に基づいて注目領域の拡散計算をする。具体的には、抵抗体計算部３２は、第１抵抗体計算部（図示略）及び第２抵抗体計算部（図示略）を備えている。
第１抵抗体計算部は、建物形状データベース１から計算格子の一辺の長さ以下の低い建造物である低層建物を抵抗体群とし、この抵抗体群を包囲する一または複数の計算格子を低層用計算格子として読み出し、低層用計算格子内の抵抗体群の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、注目領域を拡散計算する。
第２抵抗体計算部は、建物形状データベース１から計算格子の一辺の長さより高い建造物である高層建物の建物形状を読み出し、読み出した建物形状内の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、その抵抗係数に基づいて注目領域を拡散計算する。
【００４６】
また、前述したように、建造物を抵抗体として近似的に再現する手法（キャノピーモデル）においては、上記（１）式に示されるような外力項を付加した演算式によって拡散計算する。本実施形態においては、計算格子に応じて建造物を低層と高層とに区別し、それぞれに与える外力項を異ならせることによって、低層建物の場合と高層建物の場合とに応じて建造物が受ける力を異ならせた状態で拡散計算する。
なお、第２抵抗体計算部に設定する外力項は、第１抵抗体計算部に設定する外力項より大きくする。換言すると、第１抵抗体計算部において与える抵抗係数Ｃｄ１より、第２抵抗体計算部において与える抵抗係数Ｃｄ２を大きくする。これは、気流に対する影響が低層建物より高層建物の方が大きいためであり、高層建物を完全な抵抗体とするためである。本実施形態では、第２抵抗体計算部の抵抗係数は、空間占有率を１００パーセントとして算出することにより、第１抵抗体計算部の抵抗係数より大きく設定する。
【００４７】
以上説明してきたように、本実施形態に係る拡散状況予測装置及び方法並びにプログラムによれば、高層建物を抵抗体として再現し、低層建物を計算格子毎に抵抗体群として再現して拡散計算する。これにより、高層建物を境界条件としてＣＦＤモデルによって拡散計算する場合と比較して、拡散計算にかかる時間を低減することができる。また、高層建物の建物形状を読み出し、高層建物をそれぞれ１つの抵抗体として拡散計算するので、高層建物の後方の渦や逆流を再現することができ、高層低層を区別しないような全層キャノピーモデルで拡散計算する場合と比較して、精度よく拡散計算結果を得ることができる。
【００４８】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について、図５から図８を用いて説明する。
本実施形態の拡散状況予測装置１０´´が第１、第２の実施形態と異なる点は、建物形状が計算格子の輪郭と一致しない形状を含む複雑形状である場合に、計算格子が建造物内に完全に含まれる計算格子と部分的に含まれる計算格子とを判定し、その判定結果に応じて抵抗係数を決定して拡散計算を行う気流拡散計算部３´´を設ける点である。以下、本実施形態の拡散状況予測装置について、第１、第２の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００４９】
具体的には、図５に示されるように、気流拡散計算部３´´は、計算格子判定部３３、部分計算部３４、及び完全計算部３５を備える。
計算格子判定部３３は、複雑形状の建造物を内包する計算格子のうち、建造物内に完全に含まれる計算格子と部分的に含まれる計算格子とを判定し、建造物内に完全に含まれる計算格子の情報を完全計算部３５に出力し、部分的に含まれる計算格子の情報を部分計算部３４に出力する。
【００５０】
部分計算部３４は、複雑形状の建造物を内包する計算格子のうち、部分的に含まれる計算格子であると判定された計算格子内の建造物の空間占有率に基づいて抵抗係数を決定し、注目領域の拡散計算を行う。
完全計算部３５は、複雑形状の建造物を内包する計算格子のうち、建造物内に完全に含まれる計算格子内の建造物の空間占有率を１００パーセントとして抵抗係数を決定し、拡散計算を行う。また、上述した（１）式で示される完全計算部３５の外力項を、部分計算部３４で設定される外力項より大きくする。換言すると、完全計算部３５は、部分計算部３４で設定する抵抗係数より大きな抵抗係数を設定する。
【００５１】
例えば、図６に示されるような複雑形状がある場合に、この複雑形状と各計算格子とが計算格子判定部３３によって比較され、建造物内に完全に含まれる計算格子と部分的に含まれる計算格子とに判定される。判定の結果、図７に示されるように、計算格子のうち、複雑形状の内側に含まれる計算格子（図７の濃い灰色の計算格子）については、完全計算部３５に出力され、完全計算部３５において拡散計算される。また、判定の結果、建造物を部分的に含む計算格子である場合（図８の薄い灰色（斜線で示す領域）の計算格子）（複雑形状の内側と外側とが含まれる場合）には、部分計算部３４に出力され、部分計算部３４において拡散計算される。
以上説明してきたように、本実施形態に係る拡散状況予測装置１０´´及び方法並びにプログラムによれば、計算格子が建造物内に完全に含まれるか部分的に含まれるかに応じて抵抗係数を変えて注目領域の拡散計算する。これにより、複雑な建物形状部分の拡散計算をすることができ、かつ、拡散計算にかかる時間を低減させることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  建物形状データベース
２  計算格子決定部
３、３´´  気流拡散計算部
１０、１０´´  拡散状況予測装置
２１  情報取得部
３１  境界設定計算部
３２  抵抗体計算部
３３  計算格子判定部
３４  部分計算部
３５  完全計算部
【図１】
2011090387.tif 000004
【図２】
2011090387.tif 000005
【図３】
2011090387.tif 000006
【図４】
2011090387.tif 000007
【図５】
2011090387.tif 000008
【図６】
2011090387.tif 000009
【図７】
2011090387.tif 000010
【図８】
2011090387.tif 000011