(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、道路工事や面整備事業のときに使用する建設機械による粉塵や降下煤塵量を地形の影響を考慮して予測できる粉塵拡散シミュレーション装置及び方法を提供することにある。    【解決手段】  粉塵拡散シミュレーション装置１０は、入力装置１、記憶装置３、出力装置２、及び演算装置４を有する。演算装置４はデータ入力部６と、パラメータ設定部７と、降下煤塵量計算部８と、解析結果出力部９と、作業用データメモリ５によって構成されている。【選択図】  図１
2005128691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置、記憶装置、出力装置、及び演算装置を有する粉塵拡散シミュレーション装置において、前記演算装置はデータ入力部と、パラメータ設定部と、降下煤塵量計算部と、解析結果出力部と、作業用データメモリを備えて構成され、前記データ入力部は、入力装置から指示し入力した気象データ及び粉塵種類及び予測条件を前記作業用データメモリに登録し、前記パラメータ設定部は、前記気象データを基に拡散パラメータを設定する拡散パラメータ設定部と、前記粉塵種類を基に粒子径パラメータを設定する粒子径パラメータ設定部から構成され、前記降下煤塵量計算部は前記作業用メモリに登録した入力データを用いて経験式による降下煤塵量を計算する計算部と、前記作業用メモリに登録した入力データと前記パラメータ設定部で設定された拡散パラメータ及び粒子径パラメータを用いて詳細数値計算モデルによる降下煤塵量を計算する詳細数値計算部から構成され、前記解析結果出力部は、前記降下煤塵量計算部で計算した降下煤塵量を降下煤塵量事例解析結果として前記記憶装置に保存し降下煤塵量積算値及び空気中浮遊粉塵濃度分布結果を地形図あるいは地勢図と合成して前記出力装置に表示することを特徴とする粉塵拡散シミュレーション装置。
【請求項２】
粉塵拡散をシミュレーションするものであって、風向、風速、大気安定度の気象データ、予測範囲の基準点緯度経度、予測範囲長さ、予測メッシュ数、予測メッシュ幅などの予測条件データ、予測範囲の標高データに基づいて詳細数値計算モデルによる詳細な拡散計算を行い、経験式による1日の降下煤塵量と一致するように予測位置及び大気安定度ごとの拡散パラメータ及び粒子径パラメータをチューニングして、経験式による降下煤塵量評価に基づいて地形の影響を含む実粉塵拡散状況を模擬するようにしたことを特徴とする粉塵拡散シミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大気拡散シミュレーションに関する技術に係わり、特に道路工事や面整備事業の時に発生する粉塵や降下煤塵を予測する粉塵拡散シミュレーション装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路工事などで建設機械稼動によって発生する粉塵や降下煤塵などが家屋や洗濯物、衣類に付着し、衛生面や美点から問題が生じるために、工事に係る粉塵等の環境アセスメントが平成11年6月から実施されている。これに伴い道路工事や面整備事業のときには、建設機械による粉塵や降下煤塵の予測を行い、環境への影響を評価する必要がある。
【０００３】
降下煤塵量の予測については、工事に係る粉塵等の環境アセスメントの実施に伴い、道路環境アセスメントの技術として、「建設機械の稼動による降下ばいじん量予測手法」が提供されている。この技術は、事例解析結果に基づく経験式によって降下煤塵量の近似値を求めるものであって、これにより季節別の月平均降下煤塵量は予測することができる。
【０００４】
大気中のガス状物質や浮遊粒子状物質など軽い汚染物質についての大気拡散シミュレーションは下記の特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術は、長期間の平均的な降下煤塵量を予測できるが、短期的、過度的な予測を行えず、また、道路工事や面整備事業は山間部の地形の影響を無視できない地域で行われることが多いのに拘らず地形の影響を考慮できないという問題点を有する。
【０００７】
本発明の目的は、道路工事や面整備事業のときに使用する建設機械による粉塵や降下煤塵量を地形の影響を考慮して予測できる粉塵拡散シミュレーション装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の粉塵拡散シミュレーション装置は、入力装置、記憶装置、出力装置、及び演算装置を有し、演算装置はデータ入力部と、パラメータ設定部と、降下煤塵量計算部と、解析結果出力部と、作業用データメモリを備えて構成され、データ入力部は、入力装置から指示し入力した気象データ及び粉塵種類及び予測条件を作業用データメモリに登録し、パラメータ設定部は、気象データを基に拡散パラメータを設定する拡散パラメータ設定部と、粉塵種類を基に粒子径パラメータを設定する粒子径パラメータ設定部から構成され、降下煤塵量計算部は作業用メモリに登録した入力データを用いて経験式による降下煤塵量を計算する計算部と、作業用メモリに登録した入力データとパラメータ設定部で設定された拡散パラメータ及び粒子径パラメータを用いて詳細数値計算モデルによる降下煤塵量を計算する詳細数値計算部から構成され、解析結果出力部は、降下煤塵量計算部で計算した降下煤塵量を降下煤塵量事例解析結果として記憶装置に保存し降下煤塵量積算値及び空気中浮遊粉塵濃度分布結果を地形図または地勢図と合成して出力装置に表示することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の粉塵拡散シミュレーション方法は、気象データ、予測条件データ、標高データをもとに詳細数値計算モデルによる詳細な拡散計算を行い、経験式による1日の降下煤塵量と一致するようにパラメータをチューニングすることによって、大気拡散の知識がなくても容易に、かつ迅速に、地形の影響を考慮した短期的、過度的な粉塵拡散シミュレーション方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の粉塵拡散シミュレーション装置は、地形の影響を考慮した短期的、過度的な詳細数値計算シミュレーションによって、実際の現象を模擬した粉塵や降下煤塵の拡散を予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
粉塵拡散シミュレーション装置は、入力装置、記憶装置、出力装置、及び演算装置を有している。演算装置はデータ入力部と、パラメータ設定部と、降下煤塵量計算部と、解析結果出力部と、作業用データメモリを備えて構成される。データ入力部は、入力装置から指示し入力した気象データ及び粉塵種類及び予測条件を作業用データメモリに登録し、パラメータ設定部は、気象データを基に拡散パラメータを設定する拡散パラメータ設定部と、粉塵種類を基に粒子径パラメータを設定する粒子径パラメータ設定部から構成される。降下煤塵量計算部は作業用メモリに登録した入力データを用いて経験式による降下煤塵量を計算する計算部と、作業用メモリに登録した入力データとパラメータ設定部で設定された拡散パラメータ及び粒子径パラメータを用いて詳細数値計算モデルによる降下煤塵量を計算する詳細数値計算部から構成される。解析結果出力部は、降下煤塵量計算部で計算した降下煤塵量を降下煤塵量事例解析結果として記憶装置に保存し降下煤塵量積算値及び空気中浮遊粉塵濃度分布結果を地形図または地勢図と合成して出力装置に表示する。
【実施例】
【００１２】
図１は本発明による粉塵拡散シミュレーション装置の一実施例を示したものである。
【００１３】
図１において、粉塵拡散シミュレーション装置１０は、入力装置1、出力装置２、記憶装置３及び演算装置４を有し、演算装置４はデータ入力部６と、パラメータ設定部７、降下煤塵量計算部８、作業用データメモリ５と、解析結果出力部９を備えている。
【００１４】
パラメータ設定部７は拡散パラメータ設定部７ａと粒子径パラメータ設定部７ｂを有し、降下煤塵量計算部８は経験式による計算部８ａと詳細数値計算部８ｂを有する。データ入力部６は、入力装置1から指示し読み込んだ気象データ、予測条件、及び標高データを作業用データメモリ5に登録する。
【００１５】
パラメータ設定部７を構成する拡散パラメータ設定部７ａは、気象データより経験式による１日の降下煤塵量を再現するように拡散パラメータを選定し作業用データメモリ５に登録する。粒子径パラメータ建物形状作成部７ｂは、予測条件を基づき予測対象の工事種類や土質に応じ、かつ経験式の結果による降下煤塵量を再現するように粒子径パラメータを設定し作業用データメモリ５に登録する。
【００１６】
降下煤塵量計算部８において、経験式による計算部８ａは気象データを用いて経験式による１日の降下煤塵量を求め作業用データメモリ５に登録する。詳細数値計算部８ｂは、気象データ、予測条件、標高データ、拡散パラメータ、及び粒子径パラメータを用いて詳細数値計算モデル（ランダムウオークモデル）を用いた地形を考慮した短期的、過度的拡散計算を行い１日の降下煤塵量、空気中浮遊粉塵濃度分布及び降下煤塵量積算値を求め作業用データメモリ５に登録する。
【００１７】
解析結果出力部９は、降下煤塵量計算部８で求めた、１日の降下煤塵量、空気中浮遊粉塵濃度分布及び降下煤塵量積算値を入力条件と共に整理して記憶装置３に保存し、入力装置１で入力した標高データと合成表示して出力装置２に出力する。
【００１８】
図２は粉塵拡散シミュレーション装置１０の処理フローで、図３は図２におけるステップＳ５〜Ｓ８の詳細フローであり、処理手順については後述する。
【００１９】
まず、本発明の理解を容易にするために、建設工事に伴う粉塵等の予測について説明する。
【００２０】
粉塵は浮遊粉塵と降下煤塵に分類される。これらは建設機械の稼動によって大気中に放出される。浮遊粉塵は直接住民が目にすることによる不快感、降下煤塵は建物や衣類、洗濯物に付着することによる衛生面での問題、といった環境への影響を及ぼす。上述したように、工事に係る粉塵等の環境アセスメントが実施され、このような粉塵等の環境影響を評価することが必要となり、道路環境アセスメントの「建設機械の稼動による降下ばいじん量予測手法」が提供されている。
【００２１】
この予測手法は、大気拡散に一般的に使用されるガス状物質のプルーム式を基に、浮遊粉塵の降下量（降下煤塵量）を求める事例解析を実施し、事例解析結果を建設機械の組み合わせ（ユニット）毎に纏め降下煤塵の拡散を表す係数を経験的に求め、１日の降下煤塵量の経験式を提供している。
【００２２】
実際の降下煤塵の発生、拡散に関しては、工事の内容、土地の土質、建設機械の種類や稼動状況、粉塵の性質、気象、地形の影響などが複雑に関係しており、建設機械の稼動時間帯の1時間平均値を求める短期的、過度的な解析の必要がある。これらを考慮した詳細な解析を実施することは困難であるため、この手法では地形の影響や気象の短期的影響を考慮せず、ユニット毎の降下煤塵の拡散を表す係数と気象を使用することによって、1日の降下煤塵量及び稼動日数を考慮した四季別平均値を求めて、環境アセスメントの評価に用いている。
【００２３】
一方、住民の被害感からは降下煤塵量は1日や四季の平均ではなく短期的、過度的な1時間値で評価し、地形の影響や気象条件を考慮した詳細な数値計算モデルを用いた評価が求められる。一般に、流体解析シミュレーションを使った詳細な解析を行うことは可能であるが、そのモデル化は困難であり、計算時間を多く要し、計算に大型コンピュータが必要になるため、そのような解析を行うのは現実的で無いのが実情である。
【００２４】
このような実情のため建設工事に伴う粉塵等の予測は経験式に基づく1日の降下煤塵量及び稼動日数を考慮した四季別平均値で行っている。
【００２５】
次に、本発明による粉塵拡散シミュレーション装置１０の処理を図２、図３を参照して説明する。
【００２６】
データ入力部６はステップＳ１において入力装置１から気象データ（風速）を入力し、ステップＳ２において気象データ（大気安定度）をＤ（中立）に設定し作業用データメモリ５に登録する。ステップＳ３では入力装置１から粉塵拡散シミュレーションを行う予測範囲として基準点の緯度，経度及びＸ方向予測範囲，Ｙ方向予測範囲及びＸ方向予測メッシュ数，Ｙ方向予測メッシュ数、そして建設機械の種類や工事種類に応じて分類したユニットの降下煤塵の拡散を表す係数のデータを入力し作業用データメモリ５に登録する。
【００２７】
降下煤塵量計算部８の経験式による計算部８ａではステップＳ４において作業用データメモリ５に登録した入力データをもとに、経験式による1日の降下煤塵量を計算し作業用データメモリ５に登録する。
【００２８】
パラメータ設定部７の拡散パラメータ設定部７ａ及び粒子径パラメータ設定部７ｂではステップＳ５において作業用データメモリ５に登録した入力データをもとに拡散パラメータ及び粒子径パラメータを設定し作業用データメモリ５に登録する。
【００２９】
降下煤塵量計算部８の詳細数値計算部８ｂでは、ステップＳ６において作業用データメモリ５に登録した入力データ、拡散パラメータ及び粒子径パラメータを基に詳細数値計算モデル（ランダムウオークモデル）による粉塵拡散計算を行い、１日の降下煤塵量を計算し作業用データメモリ５に登録する。
【００３０】
ステップＳ５からステップＳ８の詳細処理について図３を用いて説明する。
【００３１】
ステップＳ１０１で拡散パラメータの初期値としてステップＳ２で設定した大気安定度Ｄ（中立）の水平方向拡散パラメータσｙ及び鉛直方向拡散パラメータσｚを設定する。ステップＳ１０２で粒子径パラメータの初期値を工事内容で分類したユニットを基に記憶装置５の降下煤塵事例解析結果から設定する。図６は降下煤塵事例解析のうち工事の種類及び土質ごとに粒子径を分類し格納した結果の一例である。これにより予測条件に応じた工事の種類土質に応じた粒子径を初期値として設定する。
【００３２】
ステップＳ１０３では粒子径から沈降速度を求め、ステップＳ１０４で詳細数値計算モデル（ランダムウオークモデル）による粉塵拡散解析を行い、1日の降下煤塵量を計算し、作業用メモリ５に登録する。
【００３３】
ステップＳ１０４ではステップＳ４で求めて作業用メモリ５に登録した経験式による1日の降下煤塵量とステップＳ１０３で求めた詳細数値計算モデル（ランダムウオークモデル）による1日の降下煤塵量の差を求め、ステップＳ１０６で予め設定した判定基準値と比較する。降下煤塵量の差が判定基準値より大きい場合はステップＳ１０７で拡散パラメータを降下煤塵量の差から補正する。
【００３４】
図４は降下煤塵事例解析結果のうち1日における降下煤塵量の差によって拡散パラメータσｙ及びσｚの値を分類し記憶装置５に格納した一例を示す。これにより拡散パラメータを補正して新しい拡散パラメータの値を設定し、作業用メモリ５に登録する。次にステップＳ１０８では粒子径パラメータを降下煤塵量の差から補正する。図５は降下煤塵事例解析結果のうち1日の降下煤塵量の差によって粒子径及び沈降速度の値を分類し記憶装置５に格納した一例を示す。これにより粒子径を補正して新しい粒子径パラメータの値を設定し作業用メモリ５に登録する。次にステップＳ１０３に戻りステップＳ１０６までの手順を1日の降下煤塵量の差が判定基準値以下になるまで繰り返し実行する。
【００３５】
1日の降下煤塵量の差が判定基準値以下となった場合はステップＳ１０９により、ステップＳ１０３からＳ１０８で求めた拡散パラメータ及び粒子径パラメータを経験式による1日の降下煤塵量を再現する拡散パラメータ及び粒子径パラメータに設定し、作業用データメモリ５に登録する。また、ステップＳ１０３からＳ１０８で求めた1日の降下煤塵量の差と拡散パラメータ及び粒子径、沈降速度のデータを図４及び図５のように分類整理して、記憶装置３の降下煤塵量事例解析結果に保存する。
【００３６】
図２に戻り、データ入力部６で入力装置１よりステップＳ９で予測範囲の標高データを、ステップＳ１０で実際の気象データを入力し作業用データメモリ５に登録する。図７に標高データの一例を示す。予測範囲をメッシュ上に分割し、そのメッシュの平均標高を市販されている標高データのそのメッシュ周囲値から内挿することによって求め、入力として使用することにより、地形影響を考慮した予測が可能となる。
【００３７】
図８に実際の気象データの一例を示す。実際の気象データとして1時間毎の風向、風速、大気安定度を入力して使用することにより、気象の短期的影響を考慮した予測が可能となる。
【００３８】
降下煤塵量計算部８の詳細数値計算部８ｂでステップＳ１１において入力した標高データ、実際の気象データ、及びステップＳ５からＳ８で設定した拡散パラメータ、粒子径パラメータを用いて、経験式による１日の降下煤塵量と一致する計算条件で実際の気象データ、標高を考慮した詳細数値計算モデル（ランダムウオークモデル）による粉塵拡散計算を行い、ステップＳ１２及びステップＳ１３でその結果として得られた空気中浮遊粉塵濃度分布、降下煤塵量積算値を作業用データメモリ５に登録する。
【００３９】
解析結果出力部９は、作業用データメモリ５に登録された空気中浮遊粉塵濃度分布及び降下煤塵量積算値を標高データと合成表示して出力装置２でそれらの２次元または３次元コンター図を出力する。また、風向、風速、大気安定度などの気象条件、標高データ、建設機械の種類や工事種類を分類したユニットと関連付けた粉塵拡散シミュレーション結果を記憶装置３の降下煤塵量事例解析結果として格納する。
【００４０】
このようにして、経験式による１日の降下煤塵量を再現する、地形の影響を考慮した短期的、過度的な詳細数値計算シミュレーションを行うことができ、それによって実際の現象を模擬した粉塵や降下煤塵の拡散を予測することができる。
【００４１】
本発明を用いて浮遊粉塵及び降下煤塵量を予測した結果を濃度分布図に編集した例を図９に示す。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作を説明するための処理フロー図である。
【図３】本発明の動作を説明するための処理フロー図である。
【図４】本発明を説明するための図である。
【図５】本発明を説明するための図である。
【図６】本発明を説明するための図である。
【図７】本発明を説明するための標高データの一例図である。
【図８】本発明を説明するための気象データの一例図である。
【図９】本発明による予測結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  …入力装置
２  …出力装置
３  …記憶装置（降下煤塵量事例解析結果）
４  …演算処理装置
５  …作業用データメモリ
６  …データ入力部
７  …パラメータ設定部
７a …拡散パラメータ設定部
７b …粒子径パラメータ設定部
８  …降下ばいじん量計算部
８a …経験式による計算部
８b …詳細数値計算部
９  …解析結果出力部
１０  …粉塵拡散シミュレーション装置
【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７】
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【図８】
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【図９】
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