2021 Fiscal Year Annual Research Report

Practical study on rainfall water infiltration and slope failure mechanism in natural stratified slopes based on distributed sensor observations

Research Project

Project/Area Number	21H01584
Research Institution	Gunma University
Principal Investigator	若井明彦群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (90292622)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	佐藤剛帝京平成大学, 現代ライフ学部, 教授 (00468406) 木村誇愛媛大学, 農学研究科, 助教 (90758559) 蜂屋孝太郎帝京平成大学, 現代ライフ学部, 准教授 (40540381) 高橋啓福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (70595280)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	斜面 / 降雨 / 崩壊 / 地下水位 / 観測
Outline of Annual Research Achievements	今年度においては，まず研究の中核となる観測対象の斜面地を選定するとともに，斜面での観測計画を立案した。当初の候補地であった檜原村（東京都西多摩郡）では，観測に対して必ずしも適切な斜面が見つからなかった。次善の策として，観測の比較的容易な火山灰で覆われた牧草地の斜面を熊本県阿蘇市において選定し，その中で観測に適した斜面を選定した。次いで，研究対象となった阿蘇市内の斜面地において，地形・地質的特徴の精査および植生を把握するための現地調査の準備を行い，観測計画を立てた。ばらまき型センサーによる全斜面的監視システムを斜面にインストールするには，事前に高精度の地形図を作成する必要がある。また，断続的に地表形状を計測することによって，地中に埋め込まれたセンサーから得られる斜面変動データとの関係を検討する必要がある。そこで本研究ではレーザー測量機能を搭載したドローンを用いて地形計測を試みている。また，斜面の地中水分を多点計測するための，ばらまき型センサ・システムの設計と試作を行った。市販の土壌水分センサーを６つ接続することができる複数のセンサーノードと，斜面画像とセンサーデータをクラウド・サーバに送信する伝送ノードから構成した。クラウド・サーバ上のデータはノイズが含まれるため，このノイズについてexponential smoother で除去を行った。この際に，smoothing parameter や次数についてAICを用いてモデル選択をしたところ，結果として一番シンプルなモデルが得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究ではレーザー測量機能を搭載したドローンを用いて地形計測を試みているが，まずはパイロット調査として愛媛県内のサイトで実際に観測を行った。その結果，数10 cm精度のDigital Surface Modelを作成できるデータの入手が順調に完了した。また，既存の航空レーザー測量データを用いて植生高分布の解析手法を検討した。Pit-free法と呼ばれる手法を用いて測量データの高度分布から樹木の個体識別を行い，樹木のサイズや密度を推定する解析手順を整理した。これによって，次年度に観測対象斜面で行うUAV測量データにこの手法を適用して樹冠被覆による雨水の遮断効果や根系による表土層の緊縛効果を定量的に評価する見通しが立った。ばらまき型センサ・システムの設計と試作，観測データのノイズ除去とモデル化など，それぞれの研究項目がいずれもおおむね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	引き続き，具体的な観測項目および豪雨時に発生する可能性のある斜面変状事象を整理する。また，観測斜面は民間所有地であるため，地権者に対して研究趣旨の説明と用地使用の許可をいただく必要がある。地権者と協議の上，観測に伴って生じうる種々の事象を想定した安全管理についても徹底する。レーザー測量機能を搭載したドローンを用いて地形計測を行う。樹冠被覆による雨水の遮断効果や根系による表土層の緊縛効果を定量的に評価することを試みる。できれば次年度の雨期より前に観測機器を斜面に設置し，観測データを伝送することを含め，試行的に観測を開始する。観測データに基づいて，早期警戒を実現するための具体的な手法について検討を行う。また，実際に観測しながら発見される観測センサーならびにデータ処理上の課題について分析を進め，必要に応じてそれらを改良しながら，観測を継続する。年度末にこれらの成果を取りまとめ，最終年度に向けた研究計画を立案する。なお，コロナ禍の状況によっては予定を中止ないし延期するなどし，柔軟な研究計画の調整を行う。