2018 Fiscal Year Annual Research Report
連続スケール間で一貫した最適化を実現する事前落石対策事業スキームの創出
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18J20339
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
菅野 蓮華 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 落石対策工 / 落石シミュレーション / 最適化問題 / リスク評価 / 道路防災 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、地域の落石防災を異なる規模の空間スケールに分けて考えながら、全ての空間スケールで一貫した評価基準に基づき、落石リスク評価ならびに防災施設を用いた対策計画の最適化を実現する落石対策スキームの創出を目的としている。現状として実務者の経験による裁量に依存的な落石対策工の設計に関して、誰もが扱える定量的リスク指標を提供することで、防災水準の上昇が期待できる。また、地域全体の対策計画を最適化問題としてコンピュータで解ける形に定式化することで、より効率的な防災事業が実現できる。
本年度は、構想内における3つの空間スケールの中で、交通路線を対象とした落石防災の研究を集中的に行った。第一に、落石現象の複雑性を考慮に入れた高度なリスク指標を提案した。この指標を用いて、予想される発生落石の大きさのばらつきと、その発生頻度分布をリスク評価に反映した。また、対策工の設置の有無によるリスクの変動を定量的に示した。第二に、落石リスクが高いとされる実際の路線周辺の地形モデルを作成して、数値解析ソフトを用いた3次元落石シミュレーションを実施し、先述のリスク指標に基づいた落石対策計画の最適化問題を解いて示した。この最適化問題では、路線に設置可能な対策工のクオリティおよび設置数が経済的制約によって制限されるという条件に従って、所与の経済的制約内で路線のリスク総和を最小化する対策工の設計条件を柔軟に求められることが確認できた。さらに、得られた最適化結果を地形上でジオラマ化して分析を行うため、Pythonを用いたビジュアライゼーションを実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の到達目標であった、路線スケールにおける落石リスク評価および対策工の設計最適化のための枠組みを構築した。本枠組みは、地形情報を用いた落石発生源の選定、落石の大きさに関する発生頻度分布の推定、3次元の落石軌道シミュレーションに基づく路線上の落石リスクの定量化、路線全体のリスク総和を最小化する落石対策工の設計最適化まで扱うことが可能である。また、実際の路線に対して本枠組みを適用し、様々な経済的制約を与えて最適化結果の可視化を行った。他方、これらの研究成果に関して実務者とのディスカッションを交わす中で、落石発生源の選定プロセスの高度化（地形だけでなく地質の情報や点検記録等を反映させること）や、より実際的な対策工の工法選定アルゴリズムの構築といった新たな課題が上がった。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一に、本年度の実路線への適用で得られたフィードバックを活用し、路線スケールの落石対策フレームワークを高度化する。具体的には、地質条件、地方自治体の防災点検記録、実際の対策事例等をデータ化し、これまでの力学ベースのリスク評価に一部反映させることで、より高度な対策計画のアウトプットが期待される。また、実務的に行われている対策工法選定フローをアルゴリズム化し、提案手法に実装する。
第二に、落石リスク落石対策工の設計条件の最適化問題に関して、ある交通路線全体（路線スケール）における対策工のマクロな配置と、局所的な単一斜面（斜面スケール）における対策工のより詳細な設計条件とを、スケール間で齟齬が発生しないように、一貫した合理性のもとで最適化するための理論的枠組みを構築する。
第三に、交通路線上の落石リスクの空間分布や、最適化問題の解に基づく対策工の設計イメージを重ね合わせ、複数の空間スケールを跨ぐ最適対策計画の包括的なビジュアライゼーションを目指す。
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