科研費 - 飯塚 悟
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流域レジリエンスに向けた統合型グリーンインフラマネジメントDXの構築
研究課題/研究課題番号：23H01584 2023年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
高取 千佳, 森山 雅雄, 田代 喬, 飯塚 悟, 香坂 玲, ULLAH・S・M ASIK
担当区分：研究分担者
本研究は、流域レジリエンスの実現に向け、GIの戦略的保全と創出に向けた、意思決定のための基盤的DX技術を構築することである。様性回復に向けて関係主体が合意形成を図るためのDX技術が必要とされる。本研究では、流域レジリエンスの実現を目指し、(1)GI類型と小流域分類、(2)GI類型別の三次元構造と管理レベルの相関分析と管理放棄地の予測、(3)GI類型別・管理レベルごとの1雨水浸透・貯留機能、2生物多様性の評価、(4) 小流域を原単位とした流域全体のGI管理の将来代替シナリオの影響評価を行うことで、関係主体の協働を可能とする統合型グリーンインフラマネジメントDXを構築する。
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リアルタイム環境情報をデータ同化する火災進展予測システムの開発と現場実装
研究課題/研究課題番号：23H00207 2023年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(A)
飯塚 悟, 廣井 悠, 吉岡 英樹
担当区分：研究代表者
配分額：49010000円 （ 直接経費：37700000円 、 間接経費：11310000円 ）
巨大地震発生時に危惧される大規模火災が起きてしまった場合に、飛び火も含めて確度の高い予測情報が得られるならば、真に効果的な消火活動、真に安全な避難誘導が可能となり、飛び火の警戒区域の絞り込みも可能となる。本研究では、それらを実現するための確度の高い予測情報を提供しうる「火災進展予測システム」を開発する。これは、ドローン撮影やサーモグラフィカメラ・風速計により現場のリアルタイム環境情報を計測し、それらの情報を火災シミュレーションモデルに「データ同化」しながら火災進展予測を行うシステムである。なお、本予測システムは、現場関係者との緊密な協力体制の下で開発を進めるものであり、確実な現場実装を目指す。
本研究では、火災発生時にドローン撮影や携帯可能なサーモグラフィカメラ・風速計により現場のリアルタイム環境情報を計測し、それらの情報を火災シミュレーションモデル（火災延焼メカニズムのより正確な再現が可能となる計算流体力学ベースのシミュレーションモデル）にデータ同化しながら火災進展予測を行うシステムの開発を目的としている。2023年度は、データ同化手法としてナッジングを導入した場合の開発検討を行った。同化するデータ（環境情報）としては、名古屋市消防局主導で実施した屋外火災燃焼実験（木造プレハブ室の火災燃焼実験）の際に測定した火災発生室の外表面温度データ（1点）と周辺の風速データ（3点）を用いた。
本火災燃焼実験を対象とした火災シミュレーションにおいて、データ同化なし（Case 1）、温度のみデータ同化あり（Case 2）、風速のみデータ同化あり（Case 3）、温度＋風速のデータ同化あり（Case 4）のケーススタディを実施し、気温の鉛直断面分布を比較した結果、火災発生室に比較的近い場所では、温度と風速の両方をデータ同化したCase 4の標準偏差（鉛直断面内平均気温からのずれ）に対するCase 1からCase 3の標準偏差の変化の比率が－2%から+1%以内であったのに対し、火災発生室から比較的離れた場所になると、その変化の比率が－2%から+4%となり、やや拡大した。火災発生室に比較的近い場所では、データ同化なしのCase 1の標準偏差が最も小さく、温度と風速の両方をデータ同化したCase 4の標準偏差に対する変化の比率（－2%）が最も大きくなったが、火災発生室から比較的離れた場所になると、Case 1の標準偏差は風速のみをデータ同化したCase 3の標準偏差と同じとなった。限られた環境情報のデータ同化では、シミュレーション精度向上に対する効果が限定的になることが示唆された。
屋外火災燃焼実験は年1回の計画であるが、2023年度は無事に実施され、データ同化のための環境情報計測も無事に完了し、データ同化して火災進展予測を行うシステムの開発検討を予定通りに行うことができた。
今後、年1回実施予定の屋外火災燃焼実験における環境情報の計測点数をさらに多くし、環境情報の計測点数の大小がデータ同化の成否に及ぼす影響をさらに詳細に検討したい。 -
流域レジリエンスに向けた統合型グリーンインフラマネジメントDXの構築
研究課題/研究課題番号：23K26278 2023年4月 - 2026年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
高取 千佳, 森山 雅雄, ULLAH・S・M ASIK, 田代 喬, 飯塚 悟, 香坂 玲
担当区分：研究分担者
本研究は以下の4段階を経て、最終成果として、国内外諸都市における汎用的技術として、流域レジリエンスに向けた統合型グリーンインフラマネジメントDXを構築する。
(1)GI類型と小流域分類・(2)GI類型別の三次元構造と管理レベルの相関分析と管理放棄地の予測・(3)GI類型別・管理レベルごとの1雨水浸透・貯留機能、2生物多様性の評価・(4) 小流域を原単位とした流域全体のGI管理の将来代替シナリオの影響評価
以上により、関係主体の協働を可能とする統合型グリーンインフラマネジメントDXを構築する。
(1)小流域の抽出と類型化
地形・地質・土壌に関する基盤データを整備した上で、地質構造と地形特性に基づき、流域分類を行い、流域スケールや人口規模が異なり、既に連携体制を構築している首都圏（鶴見川流域）・中部圏（櫛田川流域）・福岡都市圏（那珂川流域）を研究対象として選択した。次に、水文解析により計画原単位としての小流域を抽出し、環境省自然環境保全基礎調査による2万5千分の1植生データ、JAXA高解像度土地利用土地被覆データ（10m解像度）、筆ポリゴン、国土地理院基盤地図情報、各自治体による都市計画基礎調査や緑の実態調査を活用して、2500分の1スケールにおける詳細なGI類型（人工林・二次林・農地・ため池・水路・草地・裸地・芝地・市街地の緑地・公園・グラウンド等）を行った。
(2)GI類型別の管理レベルの推定と管理放棄地の予測技術構築
ESAの運用する衛星データ（Sentinel-1,2）とUAVによるLiDARデー タを活用し、対象流域における三次元土地被覆データ（年・季節別）を整備した。この衛星データは、2016年より全世界的にフリーで入手できる最も高い時空間分解能（10mメッシュ、12日間隔）を有し、国内外の汎用的技術となりうる。一方、対象流域におけるGI管理主体 （行政・企業・NPO・市民・地域住民・ボランティア等）を網羅的に把握・整理し、統計資料・ヒアリング調査を実施し、「管理作業密度＝対象とするGIに対し、年間で単位面積あたりに投下される管理作業時間(h/a)」（TLD）を活用して、GIの管理作業密度をGISデータに整備した。こうして構築したGI類型別の三次元構造と、管理作業密度の高低（管理レベル:高・中・粗放化・再自然化・用途転用/追加等）について、AI技術を活用した相関分析を行った上で、指標化を行った。
対象地の一つである櫛田川流域においては、森林・農地の管理作業量の把握に基づき、流域全体の投下可能な管理作業量の制約条件とし、氾濫抑制、生態系回復の価値創出に向け、管理配分を行う複数シナリオ（現状推移、氾濫抑制重視、生態系回復重視、脱炭素化重視、スマート化重視等）を設定した。さらに、氾濫シミュレーションモデルを活用し、将来代替シナリオに対して、ベネフィット（氾濫抑制・生態系回復）、コスト（管理作業量）の算出・可視化を行い、地域住民等の関係主体に提示し、ワークショップを開催することができた。また、鶴見川流域においても、GIの管理状態の類型化に対し、雨水浸透・流出の実測の検証や、関係自治体や国交省等の関係部局との情報交換を行うことができた。また、那珂川流域では、本研究での取り組みが発展し、流域上流部に位置する那珂川市と代表者の所属する九州大学芸術工学研究院との連携協力協定が2024年4月に締結され、脱炭素と生物多様性の回復・氾濫抑制とを両立する街づくりに向けた取り組みがスタートしている。下流域においても、公民学の連携プラットフォーム「那珂川みらい会議」の運営に中心に携わり、研究で得られたGIの視点を、社会実装へと応用を進めている。さらに、以上の成果は、査読付き国際論文・国内論文として出版を行った。
(1)管理主体別管理作業量の算出
GI管理に関する標準的な管理主体1人当たりの「管理作業 量＝年間で対象とするGIに対し投下可能な管理作業時間(h)」（PLA）の算出を行う。さらに、機械やスマート技術による管理作業量の削減効果についても算出を行う。この結果を基に、管理放棄地の予測技術の構築を行う。また、「将来の流域レジリエンスに向けたGIマネジメントDXの構築」においてもその予測技術を活用する。
(2)GI類型別・管理レベルごとの①雨水浸透・貯留機能、②生物多様性評価
指標化を行ったGI類型別・管理レベルごとに、 ①雨水浸透・貯留機能、②生物多様性の実測調査を行う。具体的には、GI類型別・管理レベルの典型的調査対象地を選定し、実測装置の設置・実測を行い、①異なる降雨強度に対する 雨水浸透・貯留機能の網羅的データ、②指標種となる生物種の発見種数データを整備する。次に、GI類型別・管理レベルごとの雨水浸透・貯留機能の実測値を反映した氾濫シミュレー ションを行う。具体的には、内外水複合氾濫モデルのベースモデルとして、MVH Soft社が開発した「InfoWorksICM」を採用し、確率降雨を入力データとして、実測調査により明らかとした最終浸透能を用いてホートン式により地中へ貯留・浸透させる量（雨水貯留・浸透量）と浸透できない余剰降雨として地表面上に流出し下水管に流れ込む量（地表面流出量）の算定を行う。さらに、得られたシミュレーション結果と、過去の氾濫実績との比較によるシミュレーションの精度検証を行う。また、以上の機能に適した立地条件の特定を行う。 -
健康都市計画手法の開発と2つの深刻な温暖化に直面する成長国都市への応用
研究課題/研究課題番号：20KK0098 2020年10月 - 2024年3月
科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
飯塚 悟, 玄 英麗, 久保田 徹, 村山 顕人, 高取 千佳
担当区分：研究代表者
配分額：18720000円 （ 直接経費：14400000円 、 間接経費：4320000円 ）
本国際共同研究では、将来の気候変動下の成長国都市（経済成長も人口増加も続くインドネシアの4～5都市を対象）において、すなわち、地球温暖化と都市温暖化の2つの深刻な温暖化に直面し、今後ますます厳しい暑熱環境になることが想定される成長国都市において、住民の健康被害を極力防ぎ、健康的な暮らしを可能とする「健康都市計画手法」を開発する。本計画手法に基づき、対象都市で策定されている都市計画マスタープランに対して各種暑熱対策の導入がもたらす健康被害改善効果を定量的に比較・検討し、最終的に「健康都市」を標榜するプランへの改良を図る。
本研究では、成長著しい新興国（成長国）の都市の1つで、地球温暖化と都市温暖化（ヒートアイランド）の2つの深刻な温暖化に直面するインドネシア・ジャカルタを対象として、地球スケールから大陸・国スケール、地域スケール、都市スケールに至るまでの気候・気象予測を一気通貫に行う温暖化ダウンスケーリングシミュレーションにより、将来（2030年代および2050年代）気候・気象予測を実施し、将来の厳しい暑熱環境下において住民の健康被害を極力防ぎ、健康的な暮らしを可能とする「健康都市計画手法」の開発検討を行った。
本研究で実施した温暖化ダウンスケーリングシミュレーションによる「健康都市計画手法」の手法論は、対象都市の将来都市像（それぞれの都市に対して提案されている都市計画マスタープランなど）の入手または作成、さらに土地利用データとしての再整備が必要となるが、成長国都市を始めとして、世界各国の様々な都市への展開が容易に可能であり、幅広い社会・国際貢献を果たすことが期待できる。また、本研究は建築・都市環境工学分野と都市計画分野の専門家の協働で実施したものであり、学際的研究の進展に寄与するものとして学術的意義が高い。 -
飛び火延焼モデルの開発と木造密集市街地の火災延焼予測・消防水利更新計画への応用
研究課題/研究課題番号：20H02310 2020年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
飯塚 悟, 廣井 悠, 吉岡 英樹
担当区分：研究代表者
配分額：17550000円 （ 直接経費：13500000円 、 間接経費：4050000円 ）
本研究では、愛知県名古屋市内の木造密集市街地を対象とし、新たに開発する「飛び火延焼モデル」を組み込んだCFDベースのシミュレーションモデルによる「火災延焼予測」を行う。飛び火延焼モデルは、飛び火の建物内部侵入の着火過程を確率モデルとして取り扱い、建物内部延焼に関して本研究で行う火災実験や既往の火災実験の結果を基にモデル化して開発する。火災延焼予測では、様々な気象状況を想定し、火元位置や火の粉の発生条件を系統的に変化させたケーススタディを実施する。さらに、名古屋市消防局と協働し、火災延焼予測結果に基づく必要消火水量の推定を行い、大規模火災に対応可能な「消防水利更新計画」を検討・提案する。
本研究では、火災延焼拡大の要因となる「飛び火延焼」を模擬する新しいモデルの開発を行い、開発モデルを組み込んだCFD（Computational Fluid Dynamics：計算流体力学）ベースの火災延焼シミュレーションモデルにより、国土交通省公表の「地震時等に著しく危険な密集市街地」に指定されている愛知県名古屋市内の木造密集市街地を対象とした火災延焼予測のケーススタディを実施した。また、過去の木造建物火災の焼損面積と必要消火水量の関係式を導き出し、その関係式と火災延焼予測結果から消防水利更新計画の簡易な検討に取り組んだ。
本研究チームが知る限り、木造密集市街地火災を対象としたCFDベースの火災延焼シミュレーションモデルの開発（飛び火延焼モデルの開発を含む）と応用は国内外で例がなく、本研究成果は学術的新規性が高いとともに、迅速な消火活動や適切な消防水利の事前検討に資するより正確な火災延焼予測が可能となり得る点で社会的意義も高い。 -
流域レジリエンスに向けた雨水浸透・貯留・流出抑制型緑地管理システムの構築
研究課題/研究課題番号：20H02332 2020年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
高取 千佳, 森山 雅雄, 田代 喬, 飯塚 悟
担当区分：研究分担者 資金種別：競争的資金
配分額：3640000円 （ 直接経費：2800000円 、 間接経費：840000円 ）
本研究では、名古屋・福岡都市圏を対象とし、流域レジリエンスに向けた雨水浸透・貯留・流出抑制型緑地管理システムの構築を目的とする。具体的には、(1)流域―緑地類型を行い、(2)緑地類型別の三次元構造と管理レベルの相関を分析し、(3)緑地類型別・管理レベルごとの雨水浸透・貯留・流出抑制機能を評価し(4)将来の流域レジリエンスに向けた緑地管理システムを構築する。
近年全国各地において、集中豪雨や台風等の水害の激甚化に対し、流域単位でグリーンインフラとしての緑地の雨水浸透・貯留・流出抑制機能を活かしながら、居住・生産空間のレジリエンスを向上させることは、21世紀の根幹的課題である。本研究では、近年甚大な氾濫被害のあった福岡・名古屋都市圏を対象とし、流域レジリエンスに向けた雨水浸透・貯留・流出抑制型緑地管理システムの構築に向け、(1)流域―緑地類型を行い、(2)緑地類型別の三次元構造と管理レベルの相関を分析し、(3)緑地類型別・管理レベルごとの雨水浸透・貯留・流出抑制機能を評価し(4)流域レジリエンスに向けた緑地管理システムの構築の基礎的知見を整理した。
本研究は、汎用技術としての将来の流域レジリエンスに向けた緑地管理システムの構築を行うものである。得られた成果は、流域単位での人口減少下において投下可能な管理作業量を算出し、緑地類型別・管理レベルの予測評価を行うとともに、将来の豪雨時の脆弱性評価を行うことで、地域での議論の土台となる。得られた成果を関係主体とも議論し、今後さらなる地域での議論を展開、実装へつなげる予定である。 -
ZEBを実現するための現在と近未来の設計用過酷気象データの開発
研究課題/研究課題番号：19H02299 2019年4月 - 2023年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
二宮 秀與, 飯塚 悟
担当区分：研究分担者 資金種別：競争的資金
配分額：5239000円 （ 直接経費：4030000円 、 間接経費：1209000円 ）
近年、建築分野では世界的にZEBが指向されており、全ての新築建物のZEB化は国の目標でもある。ZEBの設計ではシミュレーションが活用されるが、その際に用いる気象データはどのような特徴を持つものが適しているか検討されていない。建物の設計用の気象データとしては、世界的に標準年が使用されているが、ZEBの計画に際しては、平均的な気象条件ではなく、むしろ過酷な気象条件での評価が重要になると考えられる。本研究では、真のZEB社会の実現を目指して、ZEBやZEHの評価に適した現在と近未来の設計用苛酷気象データの作成方法を検討し、国内および東南アジアの年間気象データを整理・公開することを目標とする。
本研究ではZEBの評価に用いる1分値気象データを整理した。1分値の観測値に含まれる欠測の補充方法について検討し、ホットデック法を用いることで実用的な精度で欠測を補充できることを示した。またインドネシアで日射量を観測し、熱帯地域での日射の直散分離と合成方法について検証した。その結果Perzモデルを熱帯地域にも適用できることを明らかにした。また衛星データを用いた大気放射量の推定方法について検討し、実用的な精度で時別の大気放射量を推定できることを示した。さらに名古屋地域の将来の過酷気象データを整理し、建物の運用期間全体を見据えたエネルギー性能評価を行う際の有用性を明らかにした。
高度なシミュレーションを可能とする1分値気象データを整理する際に課題となる欠測の処理方法を提案した。1分値気象データはZEB設計への適用が期待される。また熱帯地域での日射の直散分離、および斜面日射量の合成に関して、インドネシアでの観測値に基づきPerzモデルが適用できることを明らかにした。これまで熱帯地域での検証例が少なかったので大きな成果と言える。また気象衛星データを用いた大気放射量の推定は、熱帯を含む広い範囲に適用できるので、設計用の気象データを整理する際に有効な手段となる。将来の過酷気象データについては、その有用性を建物のエネルギー性能評価の観点から明らかにした点に学術的な意義がある。 -
都市環境防災のための高解像度気象情報予測プラットフォームの構築
2012年5月 - 2017年3月
科学研究費補助金 基盤研究(S)
大岡 龍三
担当区分：研究分担者
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住居内環境の日変化・年変化に伴う居住者の場所選択行動とその設計への応用
2012年4月 - 2015年3月
科学研究費補助金 基盤研究(A)
久野 覚
担当区分：研究分担者
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日本の温暖化率の算定に関わる都市バイアスの評価と微気候的影響の解明
2010年4月 - 2013年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
藤部 文昭
担当区分：研究分担者
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複雑地形地におけるフラックス観測の代表性と広域化に関する研究
2009年4月 - 2012年3月
科学研究費補助金 基盤研究(A)
近藤 裕昭
担当区分：研究分担者
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非定常・非対称温熱環境における物理・生理・心理統合モデルの構築
2008年4月 - 2011年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
久野 覚
担当区分：研究分担者
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CFDを用いた大気環境影響評価手法の標準化に関する研究
2007年4月 - 2009年3月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
北林 興二
担当区分：研究分担者
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次世代汎用CFDのための安定成層SGSモデル・植生キャノピーモデルの開発
2007年4月 - 2009年3月
科学研究費補助金 若手研究(B)
飯塚 悟
担当区分：研究代表者
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ラドンを用いた複雑地形を含む安定大気境界層中の物質輸送の研究
2005年4月 - 2009年3月
科学研究費補助金 基盤研究(A)
近藤 裕昭
担当区分：研究分担者