国内外の水理・水文解析ソフトウェアのフレームワーク開発動向について
解析事業部 解析情報部 環境情報課

笠崎 伸一郎１.

はじめに格の策定により GIS データの汎用性を高め、ユー

現在、日本国内には水理・水文現象を解析するザや開発者に様々な恩恵をもたらしている。本稿ための様々なソフトウェアが存在し、そのほとんど

では国内外での水理・水文解析ソフトウェアのフは特定の流域や特定の洪水に依存しており、汎用レームワーク開発動向についてソフトウェア開発の性に富んでいるとはいい難い状況である。ある一観点から概観してみる。

つの解析理論について様々なかたちで実装されたプログラムが存在し、入力データのフォーマット、解析理論における条件の与え方、解析処理における収束の打ち切り方法、出力データのフォーマットなどなど、開発者ごとに形式が異なり、解析結果も一般には完全に同一にはなりえない。解析
結果の信頼性を評価できないとともに、同一の解析理論に対して開発コストは重複して掛けられるととなり、ソフトウェアレガシーは開発者個別にしか蓄積されない状況となっている。

(CommonMP WEB サイトより転載)

一方、海外では観測データから解析処理にいた
２.

るまで、統合的にハンドリングするためのフレームフレームワークに必要なことワークが早くから存在し、ソフトウェアレガシーの蓄

水理・水文解析では雨量・流量・水位の観測積、解析結果の評価方法など、開発者とユーザにデータのハンドリングに始まり、これらのデータを基とって有益な仕組みを作り上げている。

として、現況再現や予測計算を行って様々な水文国内でも同様の取り組みがなされており、現在、現象の解析を行う。対象となるデータが「水」という国土技術政策総合研究所が中心となって非常に公共性の高いものであることから、この分野CommonMP(水理・水文・物質循環解析に関わるソの解析は公共の事業で実施されることが多い。しフトウェアの共通基盤)として推進されている。同様

たがって、計算の精度とその処理の過程の透明性な事例としては、昨今 GIS(地理情報システム)分野が強く求められる。透明性の確保のためには誰もにおいては国土地理院により JPGIS などの標準規が処理過程を入手できる環境が必要であり、でき7

ることなら誰もが開発に参加できる状態が望ましい。

Environment が主体となって開発している。

これらの条件を備えたフレームワーク開発の環境

フレームワークというよりは個別の解析プロはオープンソースの環境であるといえる。さらに、

グ ラ ム が 充 実 し て い る 。 ECO Lab 18,誰もが開発に参加できるという条件を満たすには、

MIKE BASIN 19, MIKE 11 20, MIKE

高価なコンパイラやデータベースエンジンを購入

FLOOD 22, FEFLOW 24, MIKE SHE 26,

しなくてもいいような無償の開発環境であることがMIKE GeoModel 28, MIKE 21C, 29MIKE

望ましい。などが著名である。

計算の精度
透明性

¾

ソースコード：非公開¾

ユーザモデルの追加方法：不明¾

使用費：有償誰もが開発に参加できるオープンソース開発環境が無償

３.

フレームワークの事例と特徴

国内外の代表的なフレームワークとして下記が(DHI WEB サイトより転載)挙げられる。
¾

DHI Water & Environment（MIKE）¾

OpenMI¾HEC

ヨーロッパで主に活用されている。

¾

MMS

純粋にデータインフェイスのみであり、¾CommonMP

解析プログラムそのものは含まない。

¾

OHyMoS

sourceforge.net を使用した開発管(2)

OpenMI (Open Modelling Interface)¾

本節では個々のフレームワークについて概要を理が行われている。

まとめた。内容は 2008/09/10 現在のものである。

(1)

概要：

¾

ソースコード：公開¾

ユーザモデルの追加方法：

DHI Water & Environment（MIKE）

OpenMI compliant に従った C# と¾

java 。

概要：¾

非営利の国際的なコンサルティング・調査 研 究 所 で あ る DHI Water &8

使用費：有償る。ほとんどのプログラムにはサンプ
ルデータとマニュアルが付属している。
対応 OS は、Windows が基本だが、一部 Solaris 版、Linux 版のプログラ
ムもある。
¾

ソースコード：非公開¾ユーザモデルの追加方法：不可。

¾

使用費：無償(The OpenMI Document Series Part A– Scope For the OpenMI (Version 1.4) より抜粋)(HEC- RAS による１次元不等流計算、不定流計算の様子。HEC WEB サイトより転(3)

HEC (The Hydrologic Engineering Center)¾載)

概要：
アメリカ合衆国陸軍工兵隊水文、工(4)MMS (Modular Modeling System)¾

学 セ ン タ ー (The United States

概要：

Army Corps of Engineers (USACE))

U.S. Geological Survey (USGS) がが主体となっている。民間と軍の共主体となって開発している。

同開発。

Precipitation

ソフトウェアを一般公開しているが、System (PRMS) という流域モデルソ

USACE 以外へのサポートはベンダ

フトウェアのためのフレームワーク。

からの対応となっている。1〜2 週間

Unix ベースの Motif と X で構成さのトレーニングコースも用意されていれていたが、現在 Windows ベース

9RunoffModeling

の java に移行中である。
¾

ソースコード：非公開¾

ユーザモデルの追加方法：不明¾

使用費： PRMS2008 beta が無償。

(「水・物質循環解析ソフトウェア共通プラットフォーム構築要求仕様書」より抜粋)(MMS の コ ン ポ ー ネ ン ト 概 念 図 。 MMS(6)

WEB サイトより転載)

水 文 モ デ ル 構 築 シ ス テ ム OHyMoS(Object-oriented Hydrological ModelingSystem）(5)

CommonMP (Common Modeling Platform¾

概要：

for Water-related Software)

京都大学大学院工学研究科都市環¾

概要：

境工学専攻水文・水資源工学研究

国土技術政策総合研究所が中心と室（椎葉研）ならびに 京都大学防災なって進めている。水・物質循環を研究所社会防災研究部門防災技術解析する共通プラットフォーム。GUI

政策研究分野で開発・保守されていを備える予定。現在開発中である。

る水文モデル構築システム。

ソースコード： 公開/非公開は不対応 OS は Linux。

¾¾

明。 .Net Framework (詳細は未公¾

ソースコード：公開。C++, java 。

表)¾

ユーザモデルの追加方法：ユーザモデルの追加方法：追加可

C++ 。

能としているが、詳細仕様は未定。
¾¾

使用費：無償使用費：ライセンスを設定予定。

(“OHyMoS ドキュメント” より抜粋)

10

４.

フレームワークに期待することした場合、両者の解析結果を比較することは容ソフトウェア開発の世界では様々な分野でフ易ではない。開発者ごとに入力データ・計算条レームワーク、あるいは、プラットフォームと呼ばれ件の解釈の仕方が違ったり、結果データの表現るものが構築されており、数々のプログラムで共通方法が個々に違ったりして、機械的な比較がでに必要となる基盤としての機能を開発者間で共有きないからである。フレームワークの存在により化することがしばしば行われている。このことにより、データの入出力形式が統一化され、誰もが同じ開発者は個々のプログラム独自の機能の開発に状態で入出力データを見ることができ、評価す専念することができ、開発効率を向上させることでることができるようになるため、統一的な評価方きる。開発効率が向上することにより、これまで解法が醸成される基礎を作ることになる。

析処理そのものに掛けられていたコストが別の面

たとえば、情報処理の世界では機械翻訳のの性能向上に振り向けられるようになると予想され開発が各国で競われている。機械翻訳の結果る。加えて、オープンソースであることにより生じるを評価する方法については、大量の翻訳結果をメリットについても大いに期待ができる。

自動的に評価するアルゴリズムが提案されており、人間による主観を排除した、低コストで、一貫4.1 計算の信頼性向上性のある評価ができるように工夫がなされ、開発ソースコードが公開されることにより、結果的にと評価を短いサイクルで繰り返し実施できる環境多くの技術者に目にさらされ、チェックを受けることを作り出している。となるため計算の精度や信頼性が向上することとなる。
また、解析プログラムは開発者が少人数または単独で作成されることが多く、独りよがりになりがちであるが、多くの目にさらされることにより、客観性のある汎用的なプログラムが作成されることが期待

評価
開発できる。

評価

精度

開発
評価
開発

信頼性

客観性
4.3 テストケースの充実

4.2 解析処理の評価基準

テストケースの充実も期待される。解析プログラ

フレームワークの無い状態では、ある解析理ムの信頼性を確保する要素としては人間による論に基づいたプログラムを別々の開発者が作成チェックは不可欠であるが、多くのテストケースを11実施することも重要となる。システム開発の手法として近年、テストファーストという手法が存在する。

<参考文献>
1)

CommonMP(水理・水文・物質循環解析に関テストファーストではプログラムを作成する前に、テ

わ る ソ フ ト ウ ェ ア の 共 通 基 盤 ),ストデータとそれに対する結果データのペアで構

http://framework.nilim.go.jp/index.html

成されたテストケースをいくつも用意しておき、全

2)てのテストケースで正しい結果が得られるようにプ

DHI Water & Environment,
http://www.dhigroup.com/

ログラムの実装を進めて行く。この手法では様々な

3)

OpenMI, http://www.openmi.org/reloaded/

テストケースを増やすほど、プログラムは信頼性の4)

HEC, http://www.hec.usace.army.mil/高いものとなっていく。このように、テストファースト

5)

PRMS, MMS,

ではテストを繰り返し行うため、その名の通りプログ

http://wwwbrr.cr.usgs.gov/projects/SW̲Mo

ラムの実装を行うよりも前に、自動テストを行う環境

WS/software/oui̲and̲mms̲s/prms.shtmlを整備するという点が特徴となっている。

6)

フレームワークの登場により開発者間でテスト

http://hywr.kuciv.kyoto-

ケースを交換し合い、開発者全体で相補的に信頼u.ac.jp/ohymos.html

性を研磨していくことが期待できる。

テストデータD1

テストデータD2

解析プログラム
P1

テストデータD3解析プログラム
P2

D1 に対するP1 の結果

D2 に対するP1 の結果

D3 に対する
P1 の結果D1 に対するP2 の結果

D2 に対するP2 の結果

D3 に対する
P2 の結果

比較・評価
D1 に対する正の結果 R1

D2 に対する正の結果 R2

水文モデル構築システム OHyMoS,

D3 に対する正の結果 R312