定期的な水底地形実測を導入した
陸水域の流れと水底地形変動の予測手法の開発と実用化
赤穗良輔 1 ，渡辺雅二 2 ，神保秀司 3
1 岡山大学学術研究院環境生命自然科学学域准教授
2 岡山大学名誉教授，岡山大学特命教授（研究）3 岡山大学客員研究員

研究紹介

赤穗の研究例
2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

渡邊の研究例
研究成果発表会2

アウトライン
１．本研究の概要
２．研究の背景および動機
３．研究フィールド
４．計測方法５．水底地形データ作成の流れ
６．計測結果７．データ処理結果
８．まとめ
９．数値解析の概略
2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

3

1.本研究の概要
 本研究は陸水域の流れと地形変化に着目し，数値計算による流れと水底地形変化の解析と解析結果の検証に実測値を導入する手法の実用化を目標とする。
 GPS受信機あるいはGNSS受信機と超音波測深機を用いた測位－測深では受信機に接続されたアンテナと音波測深機送受波器は船体に固定される。
 一方，一般に船舶には ピッチ（縦揺れ）とロール（横揺れ）およびヨー（船首揺れ）を含む船体の動きによる動揺が発生し，測位・測深結果に発生する誤差の要因となる。本研究の実測に関する研究では，この誤差を補正するための手法に着目する。
2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

42.研究の背景及び動機
近年 豪雨災害
気候変動の影響を受け頻度の増加，規模の拡大
河川や貯水池の管理が重要
水底地形の維持・管理

流入量

流出量

土砂流入出量 に関するデータが水底の土砂堆積と洗堀状況

平面二次元モデルを用いた流動解析
・長期間における流況計算に有効・河川より流入する土砂流動を解析する

不足

定期的な水底地形の測量
・RTK-GPS及び音響測深機による測量
・測量データによる水底地形の作成技術実測を導入した陸水域の流れと水底地形変動に関する解析システムの開発と実用化
2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

5３.研究フィールド笹ヶ瀬川

岡山県児島湖

締切堤防

・笹ヶ瀬川，倉敷川からの流入・締切堤防の樋門操作
適切な樋門管理により湖内水位を管理

児島湾

児島湖

干拓地内の洪水・高潮による浸水被害の防止
倉敷川

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会6４.計測方法
ハードウェア・RTK-GPS (Real Time Kinematic GPS) 受信機
・RTK-GNSS(Real Time Kinematic GNSS)受信機
・音響測深機（200 kHz）
・AHRS IMUセンサー（３軸方向の回転角の計測）
・磁気方位計設置方法
・GPS受信機とGNSS受信機に接続されたアンテナおよびGNSS受信機本体とAHRS IMUセンサーは船体に固定された支柱に設置。
・音響測深機の送受波器は支柱の下端に取り付け、水中に設置。
2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

7

５.水底地形データ作成の流れ
GPS受信機・GNSS受信機

測位データ

音響測深機

測深データ

AHRS-IMUセンサー（慣性計測センサー）
磁気方位計
2023/11/24

補正

３次元水底地形データ(x,y,z)

船体の動揺に伴う誤差・ピッチ（縦揺れ）
・ロール（横揺れ）・ヨー（船首揺れ）（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

三角形メッシュデータ
水底地形の変化

研究成果発表会8

５.水底地形データ作成の流れ
z （鉛直）

補正方法①船体の動揺により移される
方向ベクトルN1③ P を半時計周りに90°回転させて得られる単位ベクトルN2N1アンテナの中心N2n1(1,0.0)② N1のxy平面へ投影したベクトルP

x （東）2023/11/24

P

N3y（北）④船体の動揺による誤差を補正するベクトル
N3 = －N1×N2（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会9

５.水底地形データ作成の流れ
三角形メッシュデータ

区分線形関数で近似

データ密度ρ
により分割

隣接する要素データ密度ρ
により分割

三角形メッシュ測定データ
四分割
2023/11/24

三分割（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

二分割

分割なし

研究成果発表会10６.計測結果

RTK－GNSS

RTK－GPS

GPS,GNSSの計測結果

水平データ
2023/11/24

水平データ(拡大)（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

鉛直データ（時間変化）
研究成果発表会11６.計測結果
音響測深機、慣性計測機の計測結果

音響測深データ（時間変化）
2023/11/24

AHRS-IMU データ（時間変化）（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会12

６.計測結果
水底地形データ

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

13

７.データ処理結果
三角形メッシュの作成

三角形メッシュ内の地形データ
より最小二乗法を用いた区分線形関数で近似
三角形メッシュ数：２

2023/11/24

三角形メッシュ数：8

三角形メッシュ数：32（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

三角形メッシュ数：102

研究成果発表会

14

７.データ処理結果
三角形メッシュを用いた水底地形曲面

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会15

７.データ処理結果
水底地形の変化

本手法の妥当性の検証
定期的な水底地形の計測

2022年９月－2023年11月の期間における地形変化
2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

実測を導入した陸水域の流れと水底地形変動に関する解析システ
ムの開発と実用化
研究成果発表会

16

８.まとめこれまでの考察と今後の課題
 一般に船舶にはピッチ（縦揺れ），ロール（横揺れ），ヨー（船首揺れ）が作用する。一方，GPS受信機に接続されたアンテナと音響測深機送受波器は船体に固定され，測位・測深結果には 船体の動揺による誤差が生じる。
この誤差は，風や波による影響を受けやすい小型船舶には，より顕著なものとなる。
 本考察ではGPS受信機，GNSS受信機，音響測深機，AHRS IMUセンサーのデータを用いた誤差の補正について解説した。
 今後はこの手法を含めた一連の手法の妥当性の検証し，また定期的な計測による地形変化の考察を行うことも目標とする。
（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

17

９.数値解析の概略
計算領域

地盤高(T.P.m)
下流端境界

上流端境界

計算格子

締切堤防

湾側

・格子サイズ
児島湾:30m
締切堤防:24m
児島湖:20m
湖側
2023/11/24

児島湖の土砂流動特性について基礎的な検討を行う
流入量 流出量
水底の土砂堆積と洗堀状況（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会18

８.数値解析の概略

笹ケ瀬川からの移流特性（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

倉敷川からの移流特性
研究成果発表会19謝辞
本研究は，令和２年度および令和３年度（公財）ウエ
スコ学術振興財団研究活動費助成事業と（公財）八雲環境科学振興財団令和４年度環境研究助成および（一財）日本国土開発未来研究財団2022年度，2023年度学術研究助成による支援を受けた。これらの支援に対し深く感謝する。

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会20

参考文献[1] 平成３０年７月豪雨災害の概要と被害の特徴，資料２－１， 国土交通省
https://www.mlit.go.jp/river/shinngikai_blog/hazard_risk/dai01kai/dai01kai_siryou21.pdf[2] 令和元年台風第 19 号等に係る被害状況等について，令和２年 ４月１０日９時００分現在，内閣府
www.bousai.go.jp/ updates/r1typhoon19/pdf/r1typhoon19_45.pdf[3] 令和２年７月豪雨による被害状況等について，令和３年１月 ７日１４：００分現在，内閣府
http://www.bousai.go.jp/updates/r2_07ooame/pdf/r20703_ooame_40.pdf[4] 国土交通省，令和 3 年 7 月 1 日からの大雨による被害状況等 について
（第 25 報），災害情報 令和 3 年 12 月 2 日 17：00 現 在https://www.mlit.go.jp/saigai/saigai_210703.html 18 / 2[5] リビア洪水で8000人死亡 いったい何が？なぜ被害拡大？，NHK国際ニュースナビ
https://www3.nhk.or.jp/news/special/international_news_navi/articles/qa/2023/09/15/3
4502.html[6] 緯度経度地図, https://fukuno.jig.jp/app/map/latlng/

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会21

参考文献[7] 気候変動に関する政府間パネル (IPCC) 第６字評価報告書，第 １作業部会報告書（自然科学的根拠），政策決定者向けようや く (SPM) の概要（ヘッドライン・ステートメント）
https://www.meti.go.jp/press/2021/08/20210809001/ 20210809001-1.pdf[8] 国土地理院，平面直角座標への変換
https://vldb.gsi.go.jp/sokuchi/surveycalc/surveycalc/index.html[9] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, NumericalTechniques for Underwater Topographic Measurement with GPS and Echo Sounder,
International Journal of Information Science & Technology, Vol. 3, No. 1, (2019), pp.8185.
http://ijistech.org/ijistech/index.php/ ijistech/article/view/37[10] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide Sanada, Michiaki Mohri, YoshitakaIwakami, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Study of underwater topography change withmeasurement and analysis, International Conference on Advanced Information ScientificDevelopment (ICAISD), Journal of Physics: Conference Series, 1641 (2020) 012003,
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1641/1/012003/pdf

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会22

参考文献[11] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide Sanada, Michiaki Mohri, YoshitakaIwakami, Naoki Okayamoto, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Study on Change ofTopography in Water Area with Field Measurement, Journal of Geoscience andEnvironmental Protection, Vol. 9 No. 4, April 2021.
https://www..scirp.org/journal/paperinformation. aspx?paperid=109431[12] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide Sanada, Michiaki Mohri, YoshitakaIwakami, Naoki Okamoto, Ryousuke Asou, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Mathematicalmodeling and computational analysis of underwater topography with global positioning andecho sounder data, Journal of Applied Mathematics and Physics, Vol. 9 No. 5, May 2021.
https://www.scirp.org/journal/paperinformation. aspx?paperid=109663[13]岩上 聡, 爲賀 雅彦, 真田 将英, 毛利 道明, 岩上 義隆, 岡本 尚己, 光井 英視, 神保 秀司, 渡辺 雅
二,水面下の地形の形状推定に伴う問題点と計測結果の解析手法の提案, インダストリアルマテリアルズ，応用数理，第３３巻・第１号，32 – 39，2023年3月（依頼執筆）

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

23参考文献[14] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka
Iwakami, Naoki Okamoto, Ryousuke Asou, Shuji Jimbo, Masaji Watanabe, Numerical studyof underwater topography with measurement data, AIP Conference Proceedings 2714,030014 (2023) https://pubs.aip.org/aip/acp/issue/2714/1[15] Satoshi Iwakami, Masahiko Tamega, Masahide Sanada, Michiaki Mohri, Yoshitaka
Iwakami, Naoki Okamoto, Eishi Mitsui, Hidetaka Chikamori, Ryosuke Akoh, Shuji Jimbo,
Masaji Watanabe, Measurement and Computational Study of Underwateer Topography,
Journal of Geoscience and Environmental Protection, Vol. 11 No. 4, April 2023.
DOI: 10.4236/gep.2023.114012
https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=124959

2023/11/24（一財）日本国土開発未来研究財団 学術助成事業

研究成果発表会

24