(57)【要約】      （修正有）【課題】粗い格子で得られるシミュレーション結果から詳細な浸水深分布を生成する方法。【解決手段】第１の格子による地形データを格納する記憶装置と、演算部を有する計算装置において氾濫シミュレーションを実行させる氾濫シミュレーションプログラムであって、氾濫シミュレーションで算出した粗い浸水深分布と粗い流速分布から、流れが射流の箇所は水深で補間し、常流の箇所は水位で補間し、最終的に細かい浸水深分布に変換する。【選択図】図９
2008084243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の格子による地形データを格納する記憶装置と、演算部とを有する計算装置において氾濫シミュレーションを実行させる氾濫シミュレーションプログラムであって、
前記演算部に、
前記記憶装置から読み出される地形データ用いて前記第１の格子と配置が異なる第２の格子による水理計算を行い、少なくとも該第２の格子による水深データと水位データとを出力する第１のステップと、
該第２の格子による水深データまたは水位データ、および前記第１の格子による地形データを用いて、前記第２の格子による水深データまたは水位データを空間補間して第１の格子による水深データまたは水位データによる浸水データとして出力する第２のステップとを実行させることを特徴とする氾濫シミュレーションプログラム。
【請求項２】
請求項１記載の氾濫シミュレーションプログラムであって、
前記第１のステップは、水理計算において各前記第２の格子毎に流れが射流であるか常流であるかを出力し、
前記第２のステップは、流れが射流である前記第２の格子においては水深データによる空間補間を行い、流れが常流である前記第２の格子においては水位データによる空間補間を行うことを特徴とする氾濫シミュレーションプログラム。
【請求項３】
請求項１記載の氾濫シミュレーションプログラムであって、
前記第１のステップは、前記第１の格子による地形データを前記第２の格子による地形データにリサンプリングする第３のステップを含むことを特徴とする氾濫シミュレーションプログラム。
【請求項４】
請求項２記載の氾濫シミュレーションプログラムであって、
前記第２のステップにおいて、流れが常流である前記第２の格子において水位データによる空間補間を行った前記第１の格子による水位データから、前記第１の格子による地形データに含まれる地盤の標高データを引いた値を該第１の格子による水深データとして出力することを特徴とする氾濫シミュレーションプログラム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の氾濫シミュレーションプログラムであって、
前記第２の格子は前記第１の格子よりも空間密度が低いことを特徴とする氾濫シミュレーションプログラム。
【請求項６】
少なくとも第１の格子による地形データを格納する記憶装置と、演算部とを有する計算装置における氾濫シミュレーション方法であって、
前記演算部において、前記記憶装置から読み出される地形データ用いて前記第１の格子と配置が異なる第２の格子による水理計算を行い、少なくとも該第２の格子による水深データと水位データとを出力する第１のステップと、
該第２の格子による水深データまたは水位データ、および前記第１の格子による地形データを用いて、前記第２の格子による水深データまたは水位データを空間補間して第１の格子による水深データまたは水位データによる浸水データとして出力する第２のステップとを有することを特徴とする氾濫シミュレーション方法。
【請求項７】
請求項６記載の氾濫シミュレーション方法であって、
前記第１のステップは、水理計算において各前記第２の格子毎に流れが射流であるか常流であるかを出力し、
前記第２のステップは、流れが射流である前記第２の格子においては水深データによる空間補間を行い、流れが常流である前記第２の格子においては水位データによる空間補間を行うことを特徴とする氾濫シミュレーション方法。
【請求項８】
請求項６記載の氾濫シミュレーション方法であって、
前記第１のステップは、前記第１の格子による地形データを前記第２の格子による地形データにリサンプリングする第３のステップを含むことを特徴とする氾濫シミュレーション方法。
【請求項９】
請求項７記載の氾濫シミュレーション方法であって、
前記第２のステップにおいて、流れが常流である前記第２の格子において水位データによる空間補間を行った前記第１の格子による水位データから、前記第１の格子による地形データに含まれる地盤の標高データを引いた値を該第１の格子による水深データとして出力することを特徴とする氾濫シミュレーション方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の氾濫シミュレーション方法であって、
前記第２の格子は前記第１の格子よりも空間密度が低いことを特徴とする氾濫シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水害の原因となる氾濫現象の予測・解析装置に関する。本発明は特に、コンピュータを用いて河川から市街地に河川水が流入する過程をシミュレートし、その結果得られた浸水深をディスプレイに表示する、氾濫シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集中豪雨や台風などによる水害が頻発し、効果的な被害軽減策が求められている。被害軽減のためには、起こりうる水害をあらかじめ把握しておく必要がある。このような背景から「氾濫シミュレーション装置」が提案されている。その例として、特開2004-197554 (特許文献1)に開示されたリアルタイム動的氾濫シミュレーションシステム、特開2005-128838 (特許文献2)に開示された簡易型洪水氾濫解析システムが挙げられる。この装置に堤防が決壊する地点などを入力すると、浸水深分布が書かれた地図が出力される。この地図は、たとえば決壊時の避難対象地域を決定するための科学的根拠になる。したがって、氾濫シミュレーション装置は自治体等の行政機関の地域防災業務に、さらには損害保険会社の損害リスク評価業務に適用できると考えられている。
【０００３】
氾濫シミュレーション装置には、その用途の特性から詳細な(空間密度が高い)浸水深分布を出力することが求められる。そのためには、シミュレーションで細かい格子(grid)を用い、格子間隔を小さくすればよい。ところが、実際に細かい格子をシミュレーションで用いるためには2つの課題を解決する必要がある。第1の課題は地形の計測であり、第2の課題は計算資源の確保である。
【０００４】
第1の課題について、従来小さい格子間隔で地形を計測することは、コストの面から非現実的であった。近年、航空レーザ計測と呼ばれる技術が開発され、従来よりも1桁ないし2桁小さい格子間隔で地表面を計測できるようになった。第1の課題は解決しつつあるといえる。
【０００５】
ところが第2の課題についてはいまだに決定的な解決方法がない。細かい格子を用いた氾濫シミュレーションには莫大な計算資源が必要である。そのため、氾濫シミュレーションは計算資源を確保できるユーザ(たとえばシミュレーション結果を長時間待っていられる時間的余裕のあるユーザ、あるいはスーパーコンピュータを保有するユーザ)に限定されている。パーソナルコンピュータ(Personal Computer, PC)程度の計算資源しか持たず、しかもシミュレーション結果を待てるほど時間的余裕がないユーザは、いまだに粗い格子を用いてシミュレーションを行っている。
【０００６】
最近、新たに計測可能になった詳細な地形データを使って、粗い格子を用いたシミュレーション結果を詳細なデータに変換する技術が開発されるようになってきた。その例として、特開2005-172634号公報（特許文献3）に記載された「標高別地物占有率計測方法及びこれを用いた浸水深補正方法」が挙げられる。この文献では、都市部のような密集市街地において正確に氾濫流の挙動を把握するため、高密度標高データから地物占有率を算出する方法、およびその地物占有率からシミュレーション精度を向上させる方法を開示している。この方法ではまず、格子内の標高データを「地盤」と「地物」のどちらかに分離する。次に、ある標高hにおける地物占有率rをr(h)=n(h)/Nとして算出する。ここで、N: 格子内の標高データ点総数、n(h): ある標高hにおける「地物」の標高データ点数である。さらに、このr(h)を用いて氾濫シミュレーションで求めた水位hを補正する。この方法により地物が氾濫流に大きな影響を与える都市部において、シミュレーション結果の精度を向上できるとしている。
【０００７】
あるいは、シミュレーション結果を利用してリアルなコンピュータグラフィックスを生成する技術が開発されるようになってきた。その例として、特許第3748268号（特許文献4）に記載された「流体の3次元動画像作成方法及びそのプログラム」が挙げられる。この文献では、地盤に広がっていく流体の３次元空間画像を出力する方法が開示されている。この方法ではまず、シミュレーション結果を格納したテキストファイルを読み込む。次に、水深の変化のあった地点にフラグを立てる。最後に、このフラグが立っている地点の水深を時間変化させる。この方法により、シミュレーション結果を格納したテキストファイルから３次元動画像が作成できるとしている。
【０００８】
【特許文献１】特開2004-197554号
【特許文献２】特開2005-128838号
【特許文献３】特開2005-172634号
【特許文献４】特許第3748268号
【特許文献５】特願2006-81881号
【特許文献６】特願2005-212458号
【非特許文献１】栗城稔, 末次忠司, 海野仁, 田中義人, 小林裕明: 氾濫シミュレーション・マニュアル(案), 土木研究所資料第3400号, 1996.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献3の方法で得られる浸水深データの格子は、氾濫シミュレーションと同じ格子であるため粗い。また、特許文献4の方法でも、シミュレーションが粗い格子を用いている場合、粗い格子状に可視化される。
【００１０】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、粗い格子で得られるシミュレーション結果から詳細な浸水深分布を生成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
少なくとも第１の格子による地形データを格納する記憶装置と、演算部とを有する計算装置において氾濫シミュレーションを実行させる氾濫シミュレーションプログラムであって、
前記演算部に、
前記記憶装置から読み出される地形データ用いて前記第１の格子と配置が異なる第２の格子による水理計算を行い、少なくとも該第２の格子による水深データと水位データとを出力する第１のステップと、
該第２の格子による水深データまたは水位データ、および前記第１の格子による地形データを用いて、前記第２の格子による水深データまたは水位データを空間補間して第１の格子による水深データまたは水位データによる浸水データとして出力する第２のステップとを実行させることを特徴とする氾濫シミュレーションプログラム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、粗い格子を用いた氾濫シミュレーション結果から詳細な浸水深分布を生成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
前述したとおり、本発明の目的は粗い格子で得られるシミュレーション結果から詳細な浸水深分布を生成することである。まず発明者らは、近年実用化された空間密度の高い地形データの格子間隔に着目した。たとえば、国土地理院発行の「数値地図５mメッシュ標高」の格子間隔は5 mである。一方、氾濫シミュレーションの格子間隔は格子間隔250mから500mが一般的である。たとえば、全国107水系134河川における洪水氾濫危険区域図作成のために、65河川(45%)で格子間隔250 mの、68河川(48%)で格子間隔500 mの氾濫シミュレーションが採用されている(栗城稔, 末次忠司, 海野仁, 田中義人, 小林裕明: 氾濫シミュレーション・マニュアル(案), 土木研究所資料第3400号, 1996 (非特許文献1))。すなわち、近年実用化された空間密度の高い地形データの格子間隔は、一般的な氾濫シミュレーションの格子間隔よりも小さいといえる。そこで発明者らは、氾濫シミュレーションで算出した粗い浸水深分布を、細かい地形データを利用することで補間し、最終的に細かい浸水深分布に変換する方法を検討した。ところが、一般的な補間方法を用いると直感的に不自然な水面形状が生成された。さらにこの水面形状を用いて3次元CGを生成すると、直感的に不自然な景観が生成された。この原因は、水面の補間の際に物理法則が無視されているためと考えられる。
【００１４】
そこで発明者らは、物理法則に従う補間方法を検討した。発明者らは、水面形状を構成する要素には水位(water level)と水深(water depth)があり、両者が異なる物理法則に従うことに着目した。水位は水面の標高であり、水深は水面と地表面の間の距離である。水理学における比水頭(specific head)の理論から遅い流れ(常流、subcritical flow)の時は水深に比べ水位が、速い流れ(射流、supercritical flow)の時は水位に比べ水深が空間的に緩やかに変化する傾向があることがわかる。
【００１５】
この流れに関する物理法則と上述した地形データの性質とを同時に利用することで、上述した目的を達成する方法を発明者らは着想した。すなわち、氾濫シミュレーションで算出した粗い浸水深分布と粗い流速分布から、流れが射流の箇所は水深で補間し、常流の箇所は水位で補間し、最終的に細かい浸水深分布に変換する方法である。この方法により細かい浸水深分布が簡便に生成できる。この方法は、たとえば詳細な浸水被害の推定、あるいは浸水した都市景観の3次元CG生成に利用できる。
【００１６】
以下、本発明の氾濫シミュレーションプログラムの実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図1は、本実施例における本発明を実現するためのコンピュータシステムの構成を示す概略ブロック図である。氾濫シミュレーション装置のユーザはＰＣ（Personal Computer）100に接続されたキーボード111やマウス112等の入力部から命令を入力し、ディスプレイ113等の出力部から命令の実行結果を確認する。ＰＣ100の内部では、メモリ130に展開された氾濫シミュレーションプログラム131および地理情報管理プログラム132に基づいてＣＰＵ (Central Processing Unit)140が命令を実行する。氾濫シミュレーションプログラム131は必要に応じて、ハードディスク等の外部記憶装置120に格納されたシナリオファイル121を読み出し、浸水深ファイル123を書き込む。地理情報管理プログラム132は必要に応じて、外部記憶装置120に格納された地形ファイル122、浸水深ファイル123および地理情報ファイル124を読み出す。なお、地理情報とは、駅、地物名称など空間に結びつけられた値からなるデータである。
【００１８】
図2は、地理情報管理プログラム132の主たるGUI(Graphical User Interface)を示す図である。GUIはディスプレイ113の所定の領域に表示されるウィンドウ200から構成される。ウィンドウ200には地図210が表示され、ユーザがキーボード111あるいはマウス112を適宜操作することにより地図210の縮尺を拡大・縮小させること、あるいは表示範囲を東西南北に移動させることができる。この地図はユーザに現実空間の位置を視覚的に示すため内容であればよい。具体例として3次元CG (computer graphics)を表示した場合を地図210に示した。この3次元CGには、地形ファイル122から生成した地表面、高解像度衛星画像から生成したテクスチャ、3次元CAD (computer-aided design)データから生成した駅舎211等の3次元形状、地物名データから生成した地物名212等のテキスト、ベクトル地図データから生成した線路、河道法線213等のポリラインを配置した。なお、これら衛星画像等の地理情報は、地理情報ファイル124として外部記憶媒体120にあらかじめ格納しておく。
【００１９】
ウィンドウ200は、キーボード111およびマウス112からの入力を受け付けるメニューバー202を有する。メニューバー202を通じユーザはまず「設定」を選択しシナリオを設定し、続いて「実行」を選択しシミュレーションを開始させる。シナリオとはシミュレーションの境界条件であり、たとえば堤防決壊位置とその位置からの流入量時系列である。これらの情報は外部記憶媒体120にあらかじめ格納してあるシナリオファイル121から読み込んでもよいし、ユーザに作成させてもよい。後者の場合、マウス112と連動して動くマウスポインタ201により、ユーザに地図210の一点を堤防決壊位置として選択させればよい。あるいは特願2006-81881（特許文献5）に記載された「氾濫シミュレーション装置及びプログラム」に関する技術を利用してもよい。この際、ユーザの利便性のために地図210に堤防決壊位置を示すアイコン221を示すことが望ましい。シナリオ設定後にユーザがメニューバー202から「実行」を選択するとシミュレーションが開始する。具体的には、地理情報管理プログラム132が氾濫シミュレーションプログラム131に開始を要求する。開始要求を受け取った氾濫シミュレーションプログラム131は、地理情報管理プログラム132からシミュレーションに必要な情報を取得し、あらかじめ決めたタイミングで地理情報管理プログラム132にシミュレーション結果を渡す。結果を受け取った地理情報管理プログラム132は、その情報を地図210に浸水域222として表示する。浸水域222は、格子ごとに浸水深に応じた色が表示されるポリゴンからなる。また、必要に応じて浸水深ファイル123として外部記憶媒体120に格納する。
【００２０】
ウィンドウ200のステータスバー204には本発明の補間機能が有効な場合に「補間on」、無効な場合に「補間off」と表示される。この補間機能は、ユーザが適宜操作することにより有効・無効が切り替わるようにしてある。図2は補間機能が無効の状態を示している。この場合、地図210として表示された3次元CG、および浸水域222は計算格子と同じ格子で表現される。
【００２１】
図3は補間機能が有効な場合のGUIを示す図である。補間機能が有効な場合、地図210として表示された3次元CG、および浸水域はあらかじめ決めた格子で表現される。たとえば、浸水域222は計算格子と同じ格子で表現されていたのに対し、浸水域322はより空間密度の高い表示用の格子(以下、表示格子という)で表現されている。
【００２２】
図4は、補間機能が無効な場合の水位断面表示ウィンドウを示す図である。ウィンドウ200の地図210上でユーザがマウスポインタ201を適宜操作することにより直線203を作成すると、その直線203に沿った水位断面図を表すウィンドウ400がディスプレイ113の所定の領域に表示される。411は水面、412は地表面、413は計算格子を表す。水面411および地表面412が、計算格子413と同一の格子で表現されている。地表面412の表示には、より細かい格子で管理されている地形データを加工して計算格子にあわせたもの、または予め準備される計算格子にあわせた地形データを用いればよい。
【００２３】
図5は、補間機能が有効な場合の水位断面表示ウィンドウを示す図である。図4と同様に水面511および地表面512が格子状に表現されているが、図4と図5では格子の細かさが異なる。図4では、計算格子413で表現されていた水面および地表面が、図5では表示格子513で表示されている。
【００２４】
以後、これら図2から図5に示した浸水深の情報を生成する処理について説明する。具体的には、ユーザがメニューバー202から「実行」を選択してから、ウィンドウ200または400に浸水深の情報が表示されるまでになされる処理について説明する。前述したように、シナリオ設定後にユーザが「実行」メニューを選択すると、地理情報管理プログラム132が氾濫シミュレーションプログラム131に開始を要求する。開始要求を受け取った氾濫シミュレーションプログラム131は、地理情報管理プログラム132からシミュレーションに必要な情報を取得し、あらかじめ決めたタイミングで地理情報管理プログラム132にシミュレーション結果を渡す。
【００２５】
図6は、氾濫シミュレーションプログラム131の氾濫シミュレーション処理に関するPAD (Problem Analysis Diagram)図である。
【００２６】
ステップ601では、地形データを取得する。具体的には、氾濫シミュレーションプログラム131は地理情報管理プログラム132に地形データを要求する。要求を受け取った地理情報管理プログラム132は、地形データファイル122として格納された地形データを読み込み、氾濫シミュレーションプログラム131に渡す。渡した時点で、地形データは格子状にリサンプリング(resampling)されているとする。以後本実施例では簡単のために、地形データの格子、計算格子、表示格子の3種類の格子とも原点が同じでx軸正方向が東、y軸正方向が北を向いており、格子形状は正方形であると仮定して説明する。地形データの格子間隔はdxdata、計算格子間隔はdxsim、表示格子間隔はdxvisとする。ただし、本発明は正方格子に限定されるわけではなく、構造格子(structured grid)、非構造格子(unstructured grid)のいずれに対しても適用でき、さらには適合格子(adaptive mesh)のようにシミュレーション実行中に変化する格子に対しても適用できることは、以後の説明から明らかである。
【００２７】
ステップ602では、地形データをダウンサンプリング(downsampling)する。ダウンサンプリングとは、データのサンプリング間隔(sapling interval)を増大させる、すなわちサンプリングレート(sampling rate)を減少させる処理であり、音声処理や画像処理等では一般的にローパスフィルタ(lowpass filter)により実現している。ここでも同様の処理によりダウンサンプリングを実現する。具体的には、地形データの格子間隔dxdata が計算格子間隔dxsimより遙かに小さい(dxdata << dxsim)場合、地形データをサイズdxsim / dxdataで2次元平滑化し、最近傍法(Nearest Neighbor method)でリサンプリングする。dxdata がdxsimと同程度(dxdata〜dxsim)の場合、平滑化せずに最近傍法によりリサンプリングする。なお、ここではダウンサンプリングを行ったが、水理計算用に計算格子の密度の地形データを予め用意しておく方法も本発明の範疇である。
【００２８】
ステップ603では、水理計算を行う。水理計算の具体的方法については、栗城稔, 末次忠司, 海野仁, 田中義人, 小林裕明: 氾濫シミュレーション・マニュアル(案), 土木研究所資料第3400号, 1996.（非特許文献1）を参照して実装すればよい。あるいは特願2005-212458（特許文献6）に記載された「空間シミュレーション方法及び装置」に関する技術を利用してもよい。以後、本実施例では水理計算としてスタッガードグリッド(staggered grid)により差分化された浅水方程式(shallow water equations)を解く場合について述べる。
【００２９】
図7は本実施例の計算格子と変数の配置を示す図である。前述したように、格子は東をx軸正方向、北をy軸正方向とし1辺dxsimの正方形からなる。ここで、Dw: 水深、Lw: 水位(Lw = Dw + Lg, Lg: 地表面の標高)、q: 横流入量、u,v: それぞれx軸,y軸方向の流速、M,N: 単位幅流量(M = u * Dw, N = v * Dw)である。スタッガードグリッドのため変数Mi,j, ui,jの位置702はDwi,j, Lwi,j, qi,jの位置701に対しそれぞれ-dxsim/2ずれて配置される。同様に、Ni,j, vi,jの位置703は位置701に対しそれぞれ-dxsim/2ずれて配置される。ステップ603における水理計算の結果、これらの変数の値が求まる。
【００３０】
ステップ604では、射流フラグを算出する。ここで、水理学の概念である射流について説明する。図8は常流と射流における水面形状の違いを説明するための図である。水の流れは大きく、常流(subcritical flow)と限界流(critical flow)あるいは射流(supercritical flow)に分類できることが知られている。地表面の傾斜が緩やかな箇所803では水の流れはおおむね常流であり、このときは水深に比べ水位が空間的に緩やかに変化する。一方、地表面の傾斜が急な箇所801では水の流れは限界流あるいは射流であり、このときは水位に比べ水深が空間的に緩やかに変化する。物理量の空間的な変化が緩やかなほど、精度のよい補間が期待できる。そこで、格子ごとに常流・射流の別を射流フラグfxi,j , fyi,jとして記憶しておき、補間の際にこのフラグに基づいて補間を行う。射流のときはフラグをtrueに、常流のときはfalseにする。
【００３１】
水理学の理論では、常流、限界流、射流は以下の式で判別することができる。
U < c: 常流
U = c: 限界流
U > c: 射流
ただし、U: 流れの速さ、c: 重力波速(c=sqrt(grav*Dw), sqrt(): 平方根を返す関数, grav: 重力加速度=9.81 m/sec2)である。この理論を応用し、たとえばスタッガードグリッドの場合は、以下の式で常流・射流を判別すればよい。
fxi,j = abs(ui,j) > sqrt(grav * (Dwi-1,j + Dwi,j)/2)
fyi,j = abs(vi,j) > sqrt(grav * (Dwi,j-1 + Dwi,j)/2)
ただし、A>B: A>Bのときtrue, そうでないときfalseを返す演算子、abs(): 絶対値を返す関数である。なお、射流から常流に変化する箇所802では跳水(hydraulic jump)と呼ばれる乱流現象が卓越する。いくつかの水理計算手法は、この跳水における流れの複雑さを避けるために水位のみから常流・射流を判別し、射流の場合は流速を重力波速cで近似する方法を採っている。この場合常流・射流はたとえば以下の式で判別すればよい。
fxi,j = ((Lwi-1,j > Lwi,j) and (Dwi-1,j > 0) and (Lgi-1,j > Lwi,j)) 
or ((Lwi,j > Lwi-1,j) and (Dwi,j  > 0) and (Lgi,j > Lwi-1,j))
fyi,j = ((Lwi,j-1 > Lwi,j) and (Dwi,j-1 > 0) and (Lgi,j-1 > Lwi,j)) 
or ((Lwi,j > Lwi,j-1) and (Dwi,j  > 0) and (Lgi,j > Lwi,j-1))
ただし、A and B: AかつBがtrueのときtrue, そうでないときfalseを返す演算子、A or B: AまたはBがtrueのときtrue, そうでないときfalseを返す演算子である。
【００３２】
再び図6に戻って説明する。補間機能が有効な場合、水理計算で得られた水深および／あるいは水位を用いた補間計算をステップ605で行う。前述したように、補間機能はユーザが適宜操作することにより有効・無効が切り替わるようにしてあり、補間機能の有効・無効の別は、ウィンドウ200のステータスバー204に記載されている。ステップ605では、浸水深のアップサンプリング(upsampling)を行う。アップサンプリングとは、データのサンプリング間隔を縮小させる、すなわちサンプリングレートを増大させる処理であり、音声処理や画像処理では一般的に補間処理がなされている。ここでは水理学を応用した補間処理を行う。
【００３３】
ステップ605の処理の詳細を図9に示す。図9は水理学を応用した補間処理に関するPAD図である。ステップ901では、全ての表示格子についてステップ902からステップ906の処理を繰り返す。
【００３４】
ステップ902では表示格子を計算格子に変換する。これは通常の2次元の座標変換を用いればよい。この座標変換により、表示格子(P, Q)は計算格子(p, q)になる。ただしP,Qは整数値、p,qは実数値をとる。
【００３５】
ステップ903では射流フラグfxi,j , fyi,jを用いて格子(p, q)で流れの状態を判別する。これは格子(p, q)の最近傍の射流フラグを参照すればよい。
【００３６】
ステップ903がfalseの場合、すなわち常流の場合はステップ904およびステップ905を実行する。ステップ904では、点(p,q)における水位値を補間により求める。補間にはバイリニア補間(bilinear interpolation)などを用いればよい。ステップ905では水位値を水深値に変換する。これには水深Dwと水位Lwの関係式(Dw = Lw - Lg)を用いる。ただし点(p, q)の地表面の標高Lgは、地形データファイル122に格子(P, Q)における地表面の標高として格納されている値を使用すればよい。
【００３７】
ステップ903がtrueの場合、すなわち射流の場合はステップ906を実行する。ステップ906では点(p,q)における水深値を補間により求める。補間にはステップ904と同様に、バイリニア補間(bilinear interpolation)などを用いればよい。
【００３８】
再び図6に戻って説明する。ステップ606で、氾濫シミュレーションプログラム131は地理情報管理プログラム132に浸水深分布を渡す。地理情報管理プログラム132はこの浸水深分布をウィンドウ200あるいはウィンドウ400に表示する。さらに、必要に応じて浸水深データファイル123として外部記憶装置120に格納する。以上、図6に示した一連の処理により、図2から図5に示した浸水深分布が生成される。
【００３９】
なお、本実施例は1台のコンピュータからなる装置として説明したが、複数台のコンピュータからなる装置として実現してもよい。図10は2台のコンピュータからなる、本発明を実現するためのコンピュータシステムの構成を示す概略ブロック図である。これは地理情報管理プログラム132と氾濫シミュレーションプログラム131とをそれぞれ別のPC(100、1000)で動作させる構成である。地理情報管理プログラム132および氾濫シミュレーションプログラム131単体で行う処理、およびGUIは上述したとおりである。以下、これらのプログラムがインターネット1050経由で通信する順番と内容について説明する。地理情報管理プログラム132は氾濫シミュレーションプログラム131に対してシミュレーション開始要求を送信する。氾濫シミュレーションプログラム131は地理情報管理プログラム132に対してシナリオデータ要求、および地形データ要求を送信する。氾濫シミュレーションが終了すると、氾濫シミュレーションプログラム131は地理情報管理プログラム132に対して終了通知を行い、浸水深データを送信する。地理情報管理プログラム132は受信した浸水深データをウィンドウ200あるいはウィンドウ400に表示し、必要に応じて浸水深ファイル123として外部記憶装置120に格納する。以上のようにすれば、地理情報管理プログラム132と氾濫シミュレーションプログラム131とを別のコンピュータで動作させることができる。1台のPCで地理情報管理プログラム132と氾濫シミュレーションプログラム131とを実行させた場合、計算負荷が重すぎるために処理遅延が生じることがある。図10に示した構成では、この問題を回避できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上、本発明によれば粗い格子を用いたシミュレーション結果から詳細な水深分布を生成することが可能になる。これにより、避難対象地域、あるいは浸水被害を詳細に見積もることが可能になる。さらに本発明によれば、直感的に自然な水面を生成することが可能になる。したがって、シミュレーション結果から浸水した都市景観などのリアルな3次元CGを生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施例における本発明を実現するためのコンピュータシステムの構成を示す概略ブロック図。
【図２】補間機能が無効な場合の地理情報管理プログラム132の主たるGUIを示す図。
【図３】補間機能が有効な場合の地理情報管理プログラム132の主たるGUIを示す図。
【図４】補間機能が無効な場合の水位断面表示ウィンドウを示す図。
【図５】補間機能が有効な場合の水位断面表示ウィンドウを示す図。
【図６】氾濫シミュレーションプログラム131の氾濫シミュレーション処理に関するPAD図。
【図７】本実施例の計算格子と変数の配置を示す図。
【図８】常流と射流における水面形状の違いを説明するための図。
【図９】ステップ605で行う、水理学を応用した補間処理に関するPAD図。
【図１０】2台のコンピュータからなる、本発明を実現するためのコンピュータシステムの構成を示す概略ブロック図。
【符号の説明】
【００４２】
100   PC、122   地形データファイル、131   氾濫シミュレーションプログラム、132   地理情報管理プログラム、201   マウスポインタ、210   地図、222   補間機能が無効な場合の浸水域、322   補間機能が有効な場合の浸水域、411   補間機能が無効な場合の水位断面、511   補間機能が有効な場合の水位断面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図７】
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