2022年度 河川技術に関するシンポジウム

VR技術を用いた河川水位予測情報の３次元表示に関する技術開発
諸岡良優1・土屋修一1 ・銭潮潮2 ・竹下哲也1
1国土技術政策総合研究所 河川研究部 水循環研究室
2(一財)河川情報センター 研究第３部

国土交通省背景

国総研

社会資本整備審議会答申 (2015)

2015年9月関東・東北豪雨「市町村や住民に災害発生に関する切迫度が上昇していく状況が効果的に伝わるよう、（中略）切迫度等を分かりやすく伝える仕組みを整備すること」
鬼怒川

逃げ遅れ等で、約4,300人が救助
国土交通省関東地方整備局HPより引用・加筆「氾濫の切迫度をリアルタイムで伝えることができるような水位情報提供システム等の開発を進めること」

社会資本整備審議会答申 (2018)「洪水予報の高度化」「洪水予測や水位情報の提供の強化」

国総研で開発水害リスクライン(2019~運用)【水位予測の高精度化のための導入技術】
・粒子フィルタ(予測モデルを観測値に同化させる技術）
・カスケード同化（計算量を縮減する技術）
・水位計算精度の良い河道モデルの導入

水位予測から左右岸別に洪水危険度を色分け表示
水位情報の表示2

国土交通省背景

国総研

水害リスクライン (開発中)
気象庁アンサンブル予測等を活用

予測情報の長時間化・高精度化のための技術開発を実施中

内閣府 令和3年7月からの一連の豪雨災害を踏まえた避難に関する検討会報告(2022)「災害の切迫感や臨場感の伝達不足」等から｢避難情報が発令されても、住民が適切に避難行動をとれていないのではないか｣
水害リスクラインも災害の切迫感や臨場感をより分かりやすく市町村や住民に伝えるための改善が必要
DX（デジタル・トランスフォーメーション）に伴う３次元地形データや５Gによる通信環境改善の動向を見据え、水害リスクラインの追加機能としてVR（仮想現実）技術を活用した河川水位予測の３次元表示の技術を開発
予備調査の実施

3河川水位予測情報の３次元表示に関する予備調査

国土交通省

国総研

①河川水位予測情報３次元表示の避難への有効性
既往研究

災害の切迫感・臨場感を防災デジタルに関する技術を活用して地域住民に伝える事例

柿本ら（2020）

町内の危険箇所にWebカメラを設置

・アンケート結果と災害時の不安度モデルの分析から、災害の切迫感・臨場感ある現場状況の視認が住民の不安感を増し、避難行動を促進したと推察
・住民の不安度が高まる時間帯は、被害が広まっており、安全に避難できる時間ではないことも指摘

藤村ら（2019）
海田町 ぼうさいこくたい2020 資料より引用・加筆

・「令和３年８月の大雨の際には、約１万件/月のアクセスがあり、災害に関する臨場感あふれる情報を多くの住民に伝達」
住民が危険箇所の映像を確認したいニーズがある

・VRを用いた避難実験により、率先避難者や増水の視認に避難誘導効果があることを確認

河川水位予測情報の３次元表示は・避難行動促進に繋がる・避難困難となる前に災害の危険性を切迫感・臨場感をもって住民に伝える利点がある
4

河川水位予測情報の３次元表示に関する予備調査②水防災分野でのVR技術の活用事例
浸水想定、地形等の3D表示

1

国土交通省

国総研

③３次元データの収集可能性

気象予測の3D表示

4

災害体験VR等(※AR、MRを含む)
25

国土交通省荒川下流河川事務所HPより引用

30事例の分類
国内外の水防災分野におけるVRを用いた避難行動促進を目的とした既往研究・事例の分類

３次元管内図の事例（荒川12KP付近）
https://www.youtube.com/watch?v=Mv
g0P6X632o

・予測情報を３次元表示する事例は、航空機の安全かつ効率的な運航の実現を目的としたもののみ

・全1級水系で３次元管内図が整備予定
・Project PLATEAUにより都市モデルが全国展開される予定

河川水位予測情報をVR技術で３次元表示する取組みは見られない

開発に必要な３次元データは今後整備が進む

5

国土交通省VR作成対象流域の概要
１級水系山国川

降雨量[mm/h]

水位予測シミュレーション事例（下唐原地点）

VR作成箇所

01020

30
40

6

観測水位
予測水位

5水位[m]

下唐原観測所付近
5.0~7.0KP

国総研

432

柿坂観測所付近
24.0~27.6KP

16時

9時

12時

15時

18時

21時

0時

3時

6時

6/24 6/24 6/24 6/24 6/24 6/24 6/25 6/25 6/25

河川水位について精度良く予測できている流域界
山国川水系流域図

３D管内図・3D都市モデルが未整備であるため、地上カメラ撮影とドローン撮影により写真画像を収集
ドローン撮影写真

地上カメラ撮影写真（山国川河川事務所HPより引用・加筆）

流域面積：540.0km2
幹川流路延長：56km

6国土交通省技術開発にあたっての留意点

国総研① 操作性（情報表示の迅速さ）② エフェクト（切迫感・臨場感を高める視覚上の効果）③ アクセシビリティ（様々な機器、OSに対応可能か）
オリジナルのLPデータから直接作成した
３次元地形メッシュ

リトポロジーを行った
３次元地形メッシュ

1つ右側の距離標へ移動
ポリゴン数を約30km2あたり約1,000万から約3万に抑えた

約200m

リトポロジー：形状に合わせた面の張り直し作業（複雑な形状の箇所はポリゴン数を多く、形状変化の少ない箇所はポリゴン数を少なくする工夫）
データ量（Byte）が1/500程度となり、データ伝送効率と表示効率の両方が向上し、１画面あたりの描画にかかる時間は約1分から約0.1秒に短縮

約400m

距離標間で重複するデータ(赤点)は画面切替え時に再度読み込まない工夫
画面切替時の表示負荷の軽減
7国土交通省技術開発にあたっての留意点

国総研① 操作性（情報表示の迅速さ）② エフェクト（切迫感・臨場感を高める視覚上の効果）③ アクセシビリティ（様々な機器、OSに対応可能か）エフェクト追加前

エフェクト追加後

藤村ら（2019）のVR避難実験結果：「河川の濁りが顕著」に視認できる時間帯で避難率が上昇

臨場感に関するエフェクト
・水面の濁り（水位に応じて変化）・水面の揺動（流速、水しぶき）・曇天
・降雨（実測・予測雨量に応じて変化）拡大
氾濫危険水位
避難判断水位

切迫感に関するエフェクト8

国土交通省技術開発にあたっての留意点

国総研① 操作性（情報表示の迅速さ）② エフェクト（切迫感・臨場感を高める視覚上の効果）③ アクセシビリティ（様々な機器、OSに対応可能か）
ドローン撮影写真

背景写真

LPデータ3D水面モデル
水害リスクラインの出力結果から作成

入力

出力

マルチプラットフォーム対応のゲームエンジン「Unity」でVR環境を開発

WebGL形式で出力（PC・スマートフォンから操作可能）9河川水位予測情報の３次元表示技術の開発
ボタンクリックで左右岸の切替え

国土交通省

国総研

ボタンクリックで表示地点の上流/下流の距離標へ移動

マウスドラッグで視点の変更
マウスホイールでズームイン/アウト

スライダ操作で表示時刻(現況、○時間先)の切替え

スライダ操作で距離標の移動

10河川水位予測情報の３次元表示技術の開発

国土交通省

国総研

解説付動画（国総研Youtubeチャンネル）へのリンク
https://www.youtube.com/watch?v=wB7lScn_Ex4
11河川水位予測情報の３次元表示の利点と課題

国土交通省

国総研

①災害の切迫感・臨場感伝達以外の利点
CCTVカメラ（橋梁より下流位置）

３次元表示（橋梁より上流位置）

夜間同時刻での比較（2022/3/21 20:50 山国川26.8KP付近）

・夜間や風雨等により、河川巡視やCCTVカメラによる現地状況の確認が困難な場
合でも、３次元表示では河川水位の状況が視認可能
・CCTVカメラは現況のみの確認であるが、３次元表示では６時間先までの予測を表示可能
・CCTVカメラの画角が固定されている場合でも、３次元表示は自由に画角やズーム変更、CCTVカメラ未設置箇所への切替表示が可能
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河川水位予測情報の３次元表示の利点と課題

国土交通省

国総研

②エフェクトに関する課題
・３次元表示では、平常時においても水面の濁りや荒天の映像が表示される
平常時用のエフェクト（晴天、水しぶきなし等）を作成し、平常時と洪水時でエフェクトを切り替えるといった工夫が必要
・これらエフェクトが災害の切迫感・臨場感に及ぼす効果の測定・評価する必要がある
河川事務所の協力を得て、住民避難に関係する自治体の担当者や水防団員等から意見を収集する予定③河川水位予測精度や災害時の情報伝達上の課題
・予測情報が実態と大きく乖離した場合における住民への影響に関する懸念
水位観測所等の一定の水位予測精度が確認できる区間に３次元表示を限定する等の検討
・災害時のアクセス集中によるサーバーダウン等の障害の懸念
３次元表示対象箇所の限定や、データ量・映像時間を限定した切り抜き動画の出力機能の追加等の検討
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まとめ

国土交通省

国総研

水害リスクラインの追加機能として、VR技術を活用した河川水位予測の３次元表示の技術を開発した。
・河川水位予測情報の３次元表示は前例がない一方、DXにより同表示に必要な３次元の地形・画像データが入手可能となる環境が整備される。
・開発にあたっては、操作性を高めるために３次元地形データ量を1/500程度に抑える情報処理の工夫や、災害の切迫感・臨場感を高めるための各種エフェクトの設定を行った。
・動作確認等を行った結果、CCTVカメラによる視認が困難な夜間等においても水位情報の確認が可能となる利点があることが分かった。
・一方で、平常時でも洪水時のようなエフェクトが視認されることや、予測と実態乖離した場合の住民への影響、アクセス集中によるサーバダウンの懸念があること等の課題があることが分かった。
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