流下中の土砂を含む雪崩を対象とした内部構造の観測と運動メカニズムの把握

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04954
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 小田 憲一 日本大学, 理工学部, 准教授 (70632298)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小林 義和 日本大学, 理工学部, 教授 (20339253) ; 上石 勲 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 雪氷防災研究部門, 主幹研究員 (60455251) ; 中村 勝哉 日本大学, 理工学部, 助手 (70843548)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 人工雪崩 / 移動物体 / 形状抽出 / マイクロ波ドップラーセンサ / 雪と土砂

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，土砂を含む雪崩の流動過程を物理的かつ定量的に把握することが可能な観測技術の確立を目指し，これまでに申請者が行ってきた小規模な人工雪崩のノウハウを活用し，流下中の雪崩を観測時に撮影した動画像から画像解析によって3次元的に復元させつつ，雪崩内部で土砂がどの位置に分布しているかを最新の非破壊検査技術によって追跡することで，土砂を含む雪崩のダイナミクスについて力学的な視点からメカニズムの解明を進めている。
当該年度の目標であった，実スケールへの適用は，マイクロ波ドップラーセンサで雪崩内部の土砂がどの位置に分布しているかを正確に抽出する方法に検討事項が残っているため，実行は次年度に予定することとなった。
また，昨年度はマイクロ波ドップラーセンサで得られる信号について，雪崩を模擬した雪や氷を対象とした計測を行い，雪や氷を対象とした際に得られる信号と土砂を含んだ場合で得られる信号の差異を確認することができたが，今年度は実際の天然雪を採取し，室内実験環境下で雪を使用した計測を行い，氷を用いた際と同様の傾向が得られることを確認できた。
一方で，距離検出が可能なセンサを用いた計測を実行したが，室内環境で用いた供試体スケールの範囲に合わない，大規模な供試体に反応するタイプであったため，距離検出が可能なセンサの有用性を確認することはできていない。
次年度は最終年度となるため，実スケールへの適用と，距離検出可能なセンサを用いた計測システムの構築を並行で進める予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度に引き続き，移動物体を発生させる装置や形状観測用のアクションカメラ等，観測環境の整備強化を進めた。
マイクロ波ドップラーセンサを用いた物体内部の把握についても，今年度は雪崩を模擬した雪を対象とした計測を再度行い，マイクロ波ドップラーセンサの特性を改めて整理し，対象とする物体の位置を大まかに把握することができている。
残る課題は，より正確な対象物内部の位置情報を得ることや，実スケールへの拡張であるが，それについても引き続き準備を進めている段階である。
以上のことより，本研究はおおむね順調に進展していると考える。

Strategy for Future Research Activity

現在までに，流下中に物体の形状が変化しない場合を対象とした3次元形状の抽出が可能となっている。一方で移動物体の3次元形状を抽出する際，移動物体の位置情報を正確に捉えるための特徴点はあらかじめ把握できていることが望ましいが，雪崩のような移動に伴って形状が変形する現象に対して一定の特徴点を定めることは容易ではない。本研究でも同様の課題解決が残っており，引き続き形状が変化する物体に対しての特徴点設定について検討を進める。
また，物体内部の構造を把握する目的で用いたマイクロ波ドップラーセンサに関し，土砂を含んだ雪内部の土砂位置を把握する際には，複数の視点からマイクロ波を照射することを想定していたが，センサの指向性に配慮しなければ目的としている正確な位置を把握できない可能性が考えられるため，各センサにホーンアンテナを設置した検討を進めるとともに，模型斜面での小規模な疑似雪崩を対象とした計測を進めていく。また，センサ自体も距離計測を直接検出できるタイプへの変更を行う。
加えて，これらを実スケールへ拡張するために，野外観測用のシステム構築を進める。

Causes of Carryover

当該年度に研究発表等の旅費支出を想定していたが，オンライン開催への変更があったため，次年度使用額が生じることとなった。研究計画を改めて整理し，引き続きこまめな成果報告を行い，その際の旅費として使用する予定である。