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Proposal of risk assessment method for slope in heavy rain based on Cyber-physical system concept

Research Project

Project/Area Number 21K04595
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 25030:Disaster prevention engineering-related
Research InstitutionOsaka Sangyo University

Principal Investigator

小田 和広  大阪産業大学, 工学部, 教授 (00185597)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywordsデジタルツイン / 斜面災害 / 危険度 / 豪雨 / 現地計測 / 数値シミュレーション / データ同化 / サイバーフィジカルシステム / 体積含水率
Outline of Research at the Start

毎年,梅雨時や台風時には,ニュースで”土砂災害警戒情報が発令されています.土砂災害には十分に注意してください”という言葉を聴かないことはない.しかし,このような場合でも斜面災害が起こらない場合がほとんどだし,逆に,警報が出なくても斜面災害が起こる場合もある.もっと斜面災害の発生の予測精度を高めたい.この研究では,最新のICT技術を使って2~3時間前に斜面災害の発生の危険度を予測する方法を開発する

Outline of Annual Research Achievements

本研究は,集中豪雨による斜面崩壊に対し,サイバーシステム的発想に基づく4時間程度先の短時間先の危険度の評価手法を提案することを目的としている.ここで,サイバーシステム的発想とは,計測値(フィジカル空間)とシミュレーション(サイバー空間)をデータ同化によって密接に連携させたデジタルツインを指す.2022年度の成果は以下の通りである.
1)斜面の水の状態に関するデジタルツインの有効性について明らかにした.デジタルツインによって,①現地計測点以外の位置における土中の水の状態を高い精度で推定できる.②物理量として計測が出来ない有効飽和度などの空間的な分布を推定できる.③現地計測を行っていない地下水の発生や地下水位を推定できる.①から③は現地計測が行われる度に行われることにくわえ,水の状態を図化することによって,現在の水の状態を容易に理解できる.
2)デジタルツインによる斜面の水の状態の予測の可能性について考察した.デジタルツインによって同定されたモデルによって,4時間程度先の斜面の水の状態の予想が可能であることが示された.ただし,予測結果は計測値を完全にフォローしていないので,結果の解釈方法が課題となっている.また,雨量に関する気象予報はいくつかの種類があるため,それらの活用方法について検討する必要性が明らかとなった.
3)斜面の安定度を評価するための指標の導入を行った.筆者らが提案しているIQS指数やFS指数だけでなく,無限長斜面を仮定することにより,斜面の安定性をリアルタイムに評価できることを明らかにした.これらの指標に関しては,実運用を目指した活用方法の更なる検討が必要である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究計画に記したIQS指数に基づく斜面崩壊の危険度評価だけでなく,Fs指数や無限長斜面の安定度に斜面の安定度評価も導入を進めている.また,短時間予測の可能性について,デジタルツインによって同定されるモデルの妥当性は検証した.但し,昨年度は顕著な豪雨がなかったため,検証ができていない

Strategy for Future Research Activity

①斜面の安定度評価への土壌雨量指数の適用性の考察,②近未来予想のための降雨予報の適用性の検討,③各種指標やデジタルツインから得られる土の水の状態を活用したリアルタイムでの斜面の安定度評価方法の提案を行う.また,豪雨時の観測結果に対して,提案手法の実用性の検討を行う.
2023年度の成果に関しては,国内外学会での発表を予定している.

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Seepage analysis model based on field measurement data for estimation of posterior parameter distribution using merging particle filter2024

    • Author(s)
      Ito Shinichi、Oda Kazuhiro、Koizumi Keigo
    • Journal Title

      Soils and Foundations

      Volume: 64 Issue: 2 Pages: 101442-101442

    • DOI

      10.1016/j.sandf.2024.101442

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 豪雨時における盛土のり面の水分状態の推定に対するサイバーフィジカルシステムの有用性2022

    • Author(s)
      小田和広, 小泉圭吾, 伊藤真一
    • Journal Title

      斜面崩壊と雨の降り方の関係に関するシンポジウム北九州2022

      Volume: 1 Pages: 57-64

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reproduction of groundwater behaviour in road embankment with Digital Twin of field measurement of volumetric water contents2022

    • Author(s)
      Kazuhiro ODA, Keigo KOIZUMI, Shin-ichi ITO, Miki NISHIMURA
    • Journal Title

      Proceedings of the 11th international symposium on Field monitoring in Geomechanics

      Volume: -

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      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 土壌雨量指数とデータ同化によって再現された豪雨時の斜面内の水の状態との関連性2021

    • Author(s)
      小田和広, 小泉圭吾, 伊藤真一, 堤浩志
    • Journal Title

      Kansai Geo-Symposium 2021発表論文集

      Volume: 9 Pages: 58-63

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  • [Presentation] 綾部市安国寺の裏山斜面における体積含水率の現地計測結果に対する デジタルツイン的発想に基づく土壌水分特性の経時変化2023

    • Author(s)
      小田和広,太田洸稀,前田栞汰,小泉圭吾,伊藤真一
    • Organizer
      Kansai Geo-symposium 2023
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  • [Presentation] デジタルツインへの適用を見据えた降水短時間予報を用いた土中の水の状態の予測の妥当性2023

    • Author(s)
      小田 和広,財田 周,山本 大介,小泉 圭吾,伊藤 真一
    • Organizer
      令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会
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  • [Presentation] 解釈の難しい計測事例に対するデジタルツインおける融合粒子フィルタの有効性2023

    • Author(s)
      太田 洸稀,小田 和広,前田 栞汰,小泉 圭吾,伊藤 真一
    • Organizer
      令和5年度土木学会全国大会第78回年次学術講演会
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  • [Presentation] Estimation of soil moisture states in cut slope in heavy rains with digital twin2023

    • Author(s)
      Kazuhiro ODA,Keigo Koizumi,Shinichi Ito
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      4th International Symposiumon Machine Learning &Big Data in Geoscience
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 豪雨時における斜面の水の状態の短期予測に関するデジタルツインの適用性に関する考察2023

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      小田 和広,小泉 圭吾,伊藤 真一
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      第58回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 無降雨期間の体積含水率の計測値によって同定されたシミュレーションモデルの豪雨時の土中の水の状態の推定に対する適用性2023

    • Author(s)
      太田 洸稀,小田 和広,小泉 圭吾,伊藤 真一,前田 栞汰
    • Organizer
      第58回地盤工学研究発表会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] デジタルツインによる豪雨時における斜面の水の状態に対するリアルタイム評価の有用性2023

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      小田 和広,小泉 圭吾,伊藤 真一
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  • [Presentation] 豪雨時の斜面への雨水浸透の予測に対するデータ同化間隔の意味に関する考察2022

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      小田和広, 亀井佑真, 小泉圭吾, 伊藤真一
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  • [Presentation] 体積含水率の現地計測に対するデータ同化に基づく地下水位挙動の推定2022

    • Author(s)
      小田和広, 小泉圭吾, 伊藤真一,藤原優,深田詳
    • Organizer
      第57回地盤工学研究発表会
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  • [Presentation] 平成30年7月豪雨時における道路のり面の変状事 例に対する土壌雨量指数による解釈2022

    • Author(s)
      深田 詳、小田 和広、小泉 圭吾、伊藤 真一、藤原 優
    • Organizer
      令和4年度土木学会全国大会年次学術講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 綾部市安国寺の裏山斜面における現地計測に対す るデータ同化によって同定された土壌水分特性パ ラメータに関する考察2022

    • Author(s)
      亀井 佑真、小田 和広、小泉 圭吾、伊藤 真一
    • Organizer
      令和4年度土木学会全国大会年次学術講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 現地計測に基づくデータ同化によって推定された 浸透解析モデルを用いた地下水位変動図の降雨指 標に関する考察2022

    • Author(s)
      水島 隆志、伊藤 真一、酒匂 一成、小泉 圭吾、小田 和広
    • Organizer
      令和4年度土木学会全国大会年次学術講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Reproduction of groundwater behaviour in road embankment with Digital Twin of field measurement of volumetric water contents2022

    • Author(s)
      Kazuhiro Oda, Keigo Koizumi, Shin-Ichi Ito, Miki Nishimura
    • Organizer
      11th International Symposium on Field Monitoring in Geomechanics (ISFMG2022)
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 体積含水率の現地計測から地下水位の推定におけるサイバーフィジカルシステムの有用性2022

    • Author(s)
      小田 和広、小泉 圭吾、伊藤 真一
    • Organizer
      令和4年度砂防学研究発表会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 体積含水率の現地計測から地下水位の推定におけるサイバーフィジカルシステムの有用性2022

    • Author(s)
      小田和広, 小泉圭吾, 伊藤真一
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      令和4年度砂防学会研究発表会
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  • [Presentation] 平成30年7月豪雨時における道路のり面の変状事例に対する土壌雨量指数による解釈2022

    • Author(s)
      小田和広, 小泉圭吾, 伊藤真一,藤原優,深田詳
    • Organizer
      令和4年度土木学会全国大会年次学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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