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

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K04954
• 研究機関: 日本大学
• 研究代表者: 小田 憲一 日本大学, 理工学部, 准教授 (70632298)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 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

研究実績の概要

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，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。また，これらの評価は，昨年度同様にリサージュ曲線に着目することで明確化する可能性を見出した。
一方で，これまで用いていたマイクロ波ドップラーセンサのタイプは対象の接近と離反に反応した信号のみを検出できるものであり，直接的にセンサーと対象までの距離を計測することが難しい機器であるため，雪崩を対象とした移動物体内部に土砂などの鉱物が含まれている際，その位置を正確に把握することが困難であることが判明した。そこで今後はセンサタイプを変更し，距離を計測可能なセンサで検討を行っていく必要がある。また，実実スケール雪崩への拡張については，野外観測用の計測システム構築を調整している段階であり，今後の課題となっている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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や氷を対象とした計測を追加し，マイクロ波ドップラーセンサの特性を整理し，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おり，複数台での同時計測システムも順調に観測環境を構築できている。
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。

今後の研究の推進方策

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，今年度と同様に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。

次年度使用額が生じた理由

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。