专利名称：泛滥模拟装置及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及成为水灾原因的泛滥现象的预测·解析装置。本发明特别涉及使用计算机模拟从河川向市区流入河水的过程、在显示器上显示作为模拟结果得到的空间信息的泛滥模拟系统。
背景技术：
近年来，为减轻自然灾害引起的人的、物的损害，人们广泛关注预测灾害现象，并根据该预测采取措施的尝试。为预测灾害现象，空间模拟是有效的。在空间模拟中，用计算格子中的预测变量表现实际空间中的灾害现象，通过根据物理法则使预测变量随时间变化来表现灾害现象的时间变化。作为空间模拟的例子，已知的有处理从河川溢出的水扩展到市区的泛滥现象的泛滥模拟。在泛滥模拟中，在市区配置计算格子，使用称为浅水方程式的物理法则，使表示计算格子上的流速和水深的变量变化。另外，在泛滥模拟中需要设定关于决堤处或者溢流处、溢水处等水流入的地方(流入处)的条件。下面，设想作为水从河川溢出的代表原因的决堤，把关于流入处的条件称为“决堤条件”。
例如，在特开2004-197554号公报中记载的“实时动态泛滥模拟系统”，公开了关于实现泛滥模拟的系统的发明。用户可以指定在该系统的显示器上显示的地图上的一点作为决堤点，对于在该点配置的计算格子设定决堤条件。该系统的决堤条件，是决堤宽度、决堤水位、决堤标高。此外，所谓决堤点是决口的堤防的代表点，所谓决堤宽度是决口的堤防的长度，所谓决堤水位是位于决堤点处的河川水位、所谓决堤标高是决堤点处的标高。
在现有技术的模拟系统中，如专利文献1所示，对于地图上的一点给出了决堤条件。
但是，在现有技术的模拟系统中产生以下的问题。
1.作为决堤条件之一的决堤宽度仅用数值表现，用户不能用视觉确认决堤宽度。因此，存在用户设定了非现实的决堤宽度的可能。
2.不能决定作为决堤条件之一的、决堤流量(通过流入处的流量)的方向。
3.不能输入决口的堤防横跨多个计算格子的决堤条件。
这些问题，其原因是以代表点和宽度近似了决口的堤防。在决堤宽度与计算格子尺寸相比十分小的场合，该近似误差小。一般，公知决堤宽度为50到200m左右。另外，在现有技术的泛滥模拟中，因为当减小计算格子尺寸时在现实的时间内不能结束计算，所以取计算格子尺寸做成了250m左右。
但是，在为进行精度更高的模拟要求减小计算格子、使决堤宽度与计算格子尺寸相比相同或者大的场合，就不能忽略近似的误差。
发明内容
本发明鉴于这些问题提出的，其目的在于提供一种模拟装置，它是对于用户以视觉方式提示决堤宽度，决定从决堤处流出来的河水的方向，而且决口的堤防横跨的计算格子是一个也好还是多个也好都能进行设定的模拟装置。
在本申请中公开的代表的发明的概要如下。
一种泛滥模拟程序及其装置，其显示地图，在上述地图上从用户接受对流入处的指定，从该输入指定决定表示该流入处的线段，进而从线段的方向计算流量矢量的方向，在上述地图上显示，执行使用流量矢量的泛滥模拟。
根据本发明，产生以下的效果1.因为用图形近似流入处，所以可在地图上表现。
2.通过利用关于流入处的形状和水流的流体的性质，可以推定决堤流量的方向。
3.通过利用图形、水流的方向、以及计算格子的几何学的配置，即使在流入处横跨单个或者多个计算格子的场合也能够设定流入处的条件。
图1A-图1E是表示泛滥模拟的计算过程的一例的概要图。
图2A-图2E是表示使用Dynamic DDM(动态DDM)的泛滥模拟的计算过程的一例的概要图。
图3是表示为实现第一实施例中的本发明的计算机系统的结构的一例的概略框图。
图4是表示泛滥模拟程序331的主要的GUI(Graphical User Interface(图形用户接口))的一例的图。
图5是关于决堤条件的设定处理的一例的PAD(Problem Analysis Diagram(问题分析图))图。
图6A-图6E是表示在用户进行决堤区间制作操作的状态下的GUI的一例的一部分的图。
图7是表示用于用户变更决堤流量的GUI的一例的图。
图8是表示第一实施例的决堤条件数据333的存储器上的结构的一例的图。
图9是表示本实施例的计算格子的一例的图。
图10是表示步骤510的一例的详情的PAD图。
图11是说明为把决堤区间离散化为计算格子空间的方法的图。
图12是表示从模拟处理开始经过数秒的状态下的GUI的一例的图。
图13是表示为实现第二实施例中的本发明的计算机系统的结构的一例的概略框图。
图14是表示泛滥模拟程序331的主要的GUI的一例的图。
图15是关于决堤条件的设定处理的一例的PAD图。
图16A-图16B是表示在用户进行决堤区间制作操作的状态下的GUI的一例的一部分的图。
图17是表示本实施例的决堤条件数据333的存储器上的结构的一例的图。
图18是表示从模拟处理开始经过数秒的状态下的GUI的一例的图。
具体实施例方式
首先公开为提高模拟的精度减小格子尺寸，同时为在现实的时间内结束计算的方法。以后，把该计算方法称为Dynamic DDM(Domain DecompositionMethod(域分解方法))。当使用Dynamic DDM时，计算格子尺寸例如可以设定为10到50m左右。
首先说明泛滥模拟的计算过程。图1是表示一般的泛滥模拟的计算过程的概要图。在模拟开始前设定对象区域，在该对象区域内配置计算格子(图1A)。当用户输入决堤处时，开始泛滥模拟(图1B)。开始后，解浅水方程式，把对象区域内的所有的计算格子中的预测变量更新为时间Δt后的值。把该一次的更新处理称为时间步。图1C表示从模拟开始重复了一次时间步的状态，亦即从模拟开始仅经过了时间t＝Δt的状态。同样，图1D表示从模拟开始重复了两次时间步的状态(t＝2Δt)，图1E表示重复了三次的状态(t＝3Δt)。这样，通过重复时间步计算任意时刻时的泛滥流的状态。
泛滥模拟中浸水的区域比作为模拟的对象的区域(对象区域)小。与作为对象区域考虑河流的流域全部区域(500km2)相对，日本国内的水灾浸水面积多为5km2左右。在这一场合，对象区域的1/100左右是浸水的区域。不浸水的剩余的区域水深为h＝0m、流速为(u，v)＝(0，0)m/s。在该区域中不需要解浅水方程式。在浸水的区域和不浸水的区域的双方中解浅水方程式的现有的方法，可以说包含很多不必要的计算。
接着，图2表示Dynamic DDM的处理的流程。图2是表示使用DynamicDDM的泛滥模拟的计算过程的概要图。在Dynamic DDM中，首先把对象区域分割为部分区域(图2A)。在各个部分区域的内部配置计算格子。当用户输入决堤处时开始泛滥模拟(图2B)。泛滥模拟开始后，首先判别在下一时间步有浸水可能性的部分区域。接着，仅对于有浸水可能性的部分区域解浅水方程式，更新预测变量(图2C，图2D，图2E)。
Dynamic DDM，仅在下一时间步有浸水可能性的部分区域内解浅水方程式。在假设浸水面积为5km2左右、对象区域500km2左右的场合，用DynamicDDM解浅水方程式的计算格子数，成为现有技术方法的约1/100。因此，通过Dynamic DDM可以大幅度削减计算量。
在本申请中，要解决上述课题，亦即伴随以代表地点和宽度近似通过像该Dynamic DDM那样使用更小的计算格子的场合变得显著的、流入处的课题。因此，准备具有以下单元的模拟泛滥现象的装置。
首先，进行把流入处作为折线、曲线等线段图形进行近似的处理。在以代表点和宽度近似流入处的现有的方法中，不能把流入处作为图形表现，但是在本申请的结构中，因为用图形表现流入处，所以可以在地图上表示流入处。
仅用图形表现流入处，在泛滥模拟中不能利用流入处的条件。因此，需要将图形、流入处、以及泛滥模拟关联起来。在本申请中，从线段图形计算流入处的流速的方向，执行向在模拟中使用流入处的条件的变量的输出的处理。在从线段图形计算流入处的水流的方向的处理中，利用关于流入处的形状和水流的方向的流体的性质。在越过堤防等线形构造物的水流中，公知和线形构造物正交的方向的成分卓越。例如，来自流入处的流和河川的流正交的成分卓越。当利用该性质时，可以推定从河川(堤外地)溢出的水流向近似决堤处的线段图形的市区(堤内地)侧法线方向。
在向在模拟中使用流入处的条件的变量的输出的处理中，利用线段图形、水流的方向、以及计算格子的几何学的配置。首先检测包含线段图形的计算格子，计算在该格子中包含的线段的长度。根据该长度，可以给计算格子分配标量。另外，计算水流的方向和计算格子的相对角度。根据该相对角度，可以给计算格子分配矢量。
以上，通过进行这三种处理，能够解决泛滥模拟中的上述课题。
下面根据
本发明的具有输入流入处的条件的接口的泛滥模拟装置的实施形态。
第一实施例图3是表示为实现第一实施例中的本发明的计算机系统的结构的概略框图。泛滥模拟装置的用户从在PC(Personal Computer(个人计算机))300上连接的键盘311或者鼠标312等的输入部输入命令，从显示器313等的输出部确认模拟的结果。在PC300的内部，根据在存储器330中展开的泛滥模拟程序331，CPU(Central Processing Unit(中央处理单元))执行命令。CPU340，在泛滥模拟程序331的执行中，根据需要读出在硬盘等外部存储装置320中存储的地理信息文件322。另外，把输入的决堤条件作为决堤条件数据333在存储器330中展开。进而，把泛滥模拟的结果作为模拟结果文件321在外部存储装置320中存储。此外，所谓地理信息，是由连结车站、地物名称等位置的值组成的数据。
图4是表示泛滥模拟程序331的主要的GUI(Graphical User Interface)的图。用户能够使用该GUI设定决堤条件，以及确认模拟结果。在显示器313的规定的区域上显示窗口400，用户通过操作鼠标312使鼠标指针401运动，进而能够选择、操作窗口上的对象。所谓窗口上的对象，是可以选择“设定”、“执行”、“停止”、“复位”等的操作的选项条402、地图410。当用户从选项条402选择“设定”时开始决堤条件设定的处理。选择“执行”时开始模拟的处理。另外选择“停止”时停止模拟的处理。进而，选择“复位”时放弃设定的条件或者模拟的中途结果。另外，通过用户适宜的操作，能够放大·缩小地图410的比例尺，使显示范围向东西南北移动。在地图上显示从地理信息文件322读出的地图。地图只要是像航空照片、道路地图等能使用户辨认地理信息的均可。另外，在该地图上至少包含河川420，此外还可以表示地物411等。
图5是关于决堤条件的设定处理的一例的PAD(Problem AnalysisDiagram)图。该设定处理，通过用户从选项条402选择“设定”开始，通过选择“执行”或者“复位”结束。该处理大体由三步组成。首先制作决堤区间(步骤501)、接着决定决堤流量(步骤509)。最后把决堤条件离散化为计算格子空间(步骤510)。
步骤501由从步骤502到508组成。在这些步骤中，由用户接受决堤条件的指定，用直线或者曲线近似。在用户输入时，预先规定成以规定的顺序排列直线或者曲线的控制点(端点以及节点)。例如，在本实施例中，假定以折线近似决堤区间，并假定这样输入该折线的控制点从市区(堤内地)侧看河川(堤外地)侧从左向右顺序排列。以下把点r0、r1、…作为控制点的折线r表示为polyline(r0、r1、…)。这里假定rk折线r的第k个控制点，rn折线r的控制点的数目。折线r由从r0到rrn-1的点构成，rn为2以上的整数。以下参照图5以及图6说明步骤502到508。
在步骤502，从市区侧看河川使用户指定决堤区间的左端。把该点作为第0点(r0)。图6A是表示用户执行步骤502的状态下的GUI的一部分的图。在本实施例中，用户把鼠标指针401移动到地图410上的某地点，通过点击鼠标312的左键指定决堤区间的第0点。此外，如图6A所示，为提高用户的方便性希望在第0点(r0)的位置显示图标601等。
在步骤503，把1代入步骤504要输入的折线的控制点的下标k。在步骤504，使用户指定决堤区间的第k点(rk)。图6B是表示用户执行步骤504的状态下的GUI的一部分的图。和步骤502同样，在本实施例中用户把鼠标指针401移动到地图410上的某地点，通过点击或者双击鼠标312的左键指定决堤区间的第k点。此外，如后述，在本实施例中，在点击的场合，成为等待继续输入下一决堤区间的控制点的状态，在双击的场合，成为结束控制点的输入的状态。
在步骤505，制作连结第k-1点和第k点的线段。这里，所谓第k点(rk)是用户之前刚指定的点，所谓第k-1点(rk-1)是再在其前指定的点。此外，如图6B所示，为提高用户的方便性希望显示从第k-1点连结第k点的线段602。
在步骤506，如上述，以从市区(堤内地)侧看河川(堤外地)侧从左向右顺序输入点为前提，从第k-1点看第k点计算位于右侧的法线，把该法线作为流入方向。法线nk，通过式nk＝outer_product(vector(rk-1，rk)，ez)求。式中，outer_product(a，b)是返回矢量a以及b的向量积的函数，vector(p0，p1)是返回以p0作为始点、以p1作为终点的矢量的函数，ez是垂直向上的方向的单位矢量。公知从这样的流入处流入的水流可以以越过横越流堰(在河川的侧岸设置的越流堰)的水流近似。将该流称为横越流，尝试从堰的几何学形状推定流量。根据该研究，流量的方向大体与堰成正交的方向。因此，这里把法线nk作为流入方向。此外，如图6B所示，为提高用户的方便性，希望用箭头603等显示制作好的流量矢量的方向nk。这样做的话，用户能够推定决堤处的流入方向。另外，在鼠标指针401的附近出现工具框611，在其中也可以显示决堤宽度、亦即决堤区间的长度。决堤区间的长度，对于i取1到k的值的场合合计从第i-1点到第i点的线段vector(ri-1，ri)的长度length(vector(ri-1，ri))来求得。
在步骤507，判别是否有用户对于控制点输入的结束指示。在有结束指示的场合，结束步骤501，前进到步骤509，在没有的场合，在k上加1(步骤508)，再次返回步骤504。图6C是表示在步骤507用户进行结束指示的状态下的GUI的一部分的图。假定在本实施例中用户在步骤504点击鼠标312的左键的场合无结束指示，双击的场合有结束指示。此外，如图6C所示，为提高用户的方便性希望在最后输入的控制点(第rn-1)的位置显示图标604等。
此外，在本实施例中，以折线近似决堤区间，但是也可以用样条曲线等曲线近似。在那种场合，能够输入比直线更接近现实的决堤区间的形状。为用样条曲线近似决堤区间，可以变更步骤505，使制作把第k-2点、第k-1点、以及第k点作为控制点的曲线。进而，变更步骤506，使把从曲线的第k-1点看第k点位于右侧的法线nk的方向作为流入方向。但是，在k＜2的场合，因为不能制作样条曲线，所以用点或折线表现。
此外，在本实施例中，把近似决堤区间的折线的控制点，从市区侧看堤防的场合的左端输入，但是也可以从右端输入。在那种场合，可以把步骤506中的法线的方向从向右变更为向左。
此外，在本实施例中把决堤区间的法线方向假定为决堤流量的流入方向。可以认为该假定在决堤区间的上游端和下游端的河川水位的差可以忽略的场合以相当好的精度成立。但是在河道的急坡部、弯曲部等处的决堤处有可能不能忽略水位差。因此，进而也可以构成为接受关于上述法线方向的由用户的修正变更。
另外，在步骤506制成的流入方向有可能和用户打算的方向相反。这是因为从市区侧看用户能最初输入河川决堤区间的右端的地点的缘故。因此为用户的方便性，希望通过简单的操作能够反转流量矢量的方向。因此在本实施例中，具有用户在步骤501结束后为反转流入方向的用户接口。图6D是表示该接口的图。当用户在步骤501结束后，在表示决堤区间的折线605的附近点击鼠标312的右键时出现环境(context)菜单620，在用户想反转流量矢量的方向的场合，可以选择“反转方向”621。
接着在图5以及图6之外再参照图7说明步骤509。在步骤509，决定从决堤区间流入的流量(决堤流量)的时间序列Qtotal(t)。在本实施例中，对于制成的决堤区间自动给予预先确定的适当的决堤流量，通过用户的指示可以变更流量。作为该最初提示的决堤流量，在本实施例中使用预先登录的过去观察的决堤流量。图7是表示用户为变更决堤流量的GUI的图。用户使环境菜单620出现，当选择“特性”622时在显示器313的规定的位置出现窗口700。用户通过窗口700，可以在编辑框711以及712中确认自己制成的决堤区间的第0点以及第rn-1点的纬度·经度，在编辑框713中确认决堤宽度。进而，在图表720中用折线721显示从决堤区间来的流量的时间序列变化。图表720的横轴是经过时间，纵轴是流量。用户操作鼠标312，追加、删除、移动折线的控制点，变更流量的时间序列。通过在变更后按下OK按钮701反映变更，通过按下取消按钮702放弃变更。此外，在本实施例中把流量作为正值，但是流量也可以是0或者负值。在负值的场合，可以表现从决堤区间水逆流进河川的现象。
另外，该步骤509，也可以通过使用户决定在决堤区间决堤后的堤防上端(顶端)计量的河川的水深hlevee实现。图6E是表示用户输入河川的水深Δhlevee的状态下的GUI的一部分的图。当用户向3维地图410的垂直上方拖动表示最初输入的点的图标601或者表示最后输入的点的图标604时，图标601以及604向地图上的垂直上方移动。同时，出现连结图标601以及604的折线606、以及连结折线605和606的线段607，折线具有对应用户的输入的宽度(用线段607表示的距离)。折线605表示堤防上端(顶端)，折线606表示水面，线段607的长度与水深成比例。另外，在工具框611中除决堤宽度外还显示水深。用户通过一边参照工具框611一边拖动操作，可以输入希望的水深的值。通过这样准备在地图上输入水深的GUI，用户能够将水深和周围的地物进行比较。此外，因为一般与决堤宽度相比水深的值小，所以为强调水深可以使地图的垂直方向的比例尺放大。为从用户输入的水深Δhlevee求决堤流量Qtotal，使用以下的公式。
Qtotal＝C*LENGTH(r0，rrn-1)*(Δhlevee)1.5(1)式中，C溢流系数(在本实施例中取C＝1.55)，LENGTH(r0，rrn-1)折线r的全长，亦即LENGTH(r0，rrn-1)＝length(vector(r0，r1))+…+length(vector(rrn-2，rrn-1))，通常Δhlevee＞0。此外，在这样实现步骤509的场合，Qtotal成为不依赖时间的常数。在需要使时间变化时，可以使用图7所示的GUI。
以上，在步骤501以及步骤509制成了决堤条件。制成的决堤条件在存储器330中作为决堤条件数据333展开。图8是表示本实施例的决堤条件数据333的存储器上的结构的图。决堤条件数据，由决堤区间区域810以及流量时间系列区域820构成。在决堤区间区域810中存储折线的控制点r0、r1、…。另外，在流量的时间序列区域820中存储在图表720中表示的控制点的经过时间t0、t1、…以及位于其时的流量Qtotal(t0)、Qtotal(t1)、…。在Qtotal是不依赖时间的常数的场合，在流量的时间序列区域820中，作为t0可以输入预先决定的表示没有时间变化的值。此外，经过时间以及流量，也可以是适当插补的在经过时间时的值。另外，也可以在外部存储装置320中作为文件保存决堤条件数据333。
在步骤510，把决堤条件数据333离散化为计算格子空间，代入到预测变量中。这里，首先说明计算格子空间。所谓计算格子空间是用在模拟中使用的计算格子表现的空间，空间中的位置用仅取整数值的变量i、j表现坐标(i，j)。可以把该计算格子变换为表示现实空间的坐标(x，y)。图9是表示本实施例的计算格子的图。x轴901以及y轴902分别表示把东以及北作为正方向的离开原点的距离。x轴901和i轴911、y轴902和j轴912的变换，为i＝floor(x/dx)、j＝floor(y/dy)。式中，dx、dy分别是x，y轴方向的计算格子的大小，floor(a)是返回舍弃自变量a的小数点以下的整数值的函数。在该计算格子内配置预测变量h、q、u、v、M、N。其中，h水深，q流入量，u、v分别是x轴、y轴方向的流速，M、N是流量通量(M＝u*h，N＝v*h)。以后把计算格子坐标(i，j)处的预测变量Var作为Vari，j表现。在本实施例中，因为使用交错的格子(staggered grid)所以预测变量ui，j以及Mi，j的位置922，对于hi，j以及qi，j的位置921分别偏离-dx/2配置。同样，ui，j以及Mi，j的位置923对于hi，j以及qi，j的位置921分别偏离-dy/2配置。
接着说明把决堤条件变换为预测变量的方法。作为把决堤条件变换为预测变量的方法，可以考虑几种方法。在本实施例中为提供适合情况的变换方法，用户可以选择以下的3种方法的任何一种，1)从决堤流量Qtotal计算决堤区间附近的流量通量M、N，2)从决堤流量Qtotal计算决堤区间附近的流入量q，3)从决堤流量Qtotal计算决堤区间附近的水深h。在1)的表现方法中容易保存决堤流量的运动量。在2)的表现方法中容易保存决堤流量的质量。在3)的表现方法中模拟难于变得不稳定。用户可以预先选择任何一种方法。
图10是表示步骤510的详情的PAD图。步骤510由步骤1001到1006组成。
在步骤1001，把决堤区间离散化为计算格子空间。图11是说明用于把决堤区间离散化为计算格子空间的图。为离散化，首先求折线polyline(r0，r1，…)和i轴以及j轴的交点。在图中，用点1102、点1106表示折线和i轴的交点，用点1103、点1105、点1107表示折线和j轴的交点。重新制作把求得的交点和原来的折线的控制点r0，r1，…作为控制点的折线polyline(s0，s1，…)，设该折线的控制点的数目为sn。
在步骤1002，初始化包含决堤区间的计算格子的预测变量。作为用预测变量表现决堤条件的方法，在本实施例中可以选择上述三种表现方法的任何一种。现在，假定在计算格子i、j中包含Vector(sk，sk+1)，说明各自的初始化。在使用把决堤流量变换为流量通量M、N的方法1)的场合进行以下的初始化。
Mi+1，j＝0 (2-1)Mi，j＝0(2-2)Ni，j+1＝0 (3-1)Ni，j＝0(3-2)在使用把决堤流量变换为流入量q的方法2)的场合，进行以下的初始化。
qi，j＝0(4-1)在使用把决堤流量变换为水深h的方法3)的场合，进行以下的初始化。
hi，j＝0(5-1)在步骤1003，使从步骤1004到1005中处理的控制点的下标k，从0到sn-2每次加1。
在步骤1004，计算决堤流量的方向nk和i轴成的角q。图11中表示Vector(s2，s3)中的决堤流量Q2(1112)的方向n2和i轴成的角q(1111)。决堤流量的方向nk已经在步骤506算出。它和i轴的角度q可以用q＝acos(innter_product(nk，ei)/length(nk))计算。式中，innter_product(a，b)是返回矢量a以及b的内积的函数，acos()是返回反余弦的函数，ei是i轴方向的单位矢量。
在步骤1005，计算对应矢量vector(sk，sk+1)的长度的流量的大小Qk(t)。Qk(t)的计算，可以使用Qk(t)＝Qtotal(t)*length(vector(sk，sk+1))/LENGTH(s0，ssn-1)进行。
在步骤1006，把决堤条件变换为预测变量代入。作为用预测变量表现决堤条件的方法，在本实施例中可以选择上述三种表现方法的任何一种。现在假定在计算格子i、j中包含(sk，sk+1)，说明各自的变换方法。把决堤流量Qk(t)变换为M、N的方法1)使用以下的公式。
如果cos(θ)≥0，则Mi+1，j+＝(Qk/dx)*cos(θ) (2-3)
如果cos(θ)＜0，则Mi，j+＝(Qk/dx)*cos(θ)(2-4)如果sin(θ)≥0，则Ni，j+1+＝(Qk/dy)*sin(θ) (3-3)如果sin(θ)＜0，则Ni，j+＝(Qk/dy)*sin(θ)(3-4)式中，运算符+＝表示相加左边的变量的现在的值和右边的值、将其值代入左边的变量的运算。通过该运算，例如像包含控制点s3(1104)的格子，可以对应在格子内流量方向变化的情况。把决堤流量Qk(t)变换为流入量q的方法2)使用以下的公式。
qi，j+＝Qk(4-2)把决堤流量Qk(t)变换为水深h的方法3)使用以下的公式。
hi，j+＝Qk/(C*length(sk，sk+1))2/3(5-2)式中，C溢流系数，在本实施例中取C＝1.55。在方法2)以及3)中，有可能在从决堤区间朝向市区(堤内地)侧和河川(堤外地)侧双方发生流速。为防止这点可以使用下面的公式。
如果cos(θ)≥0，则Mi，j＝0(6-1)如果cos(θ)＜0，则Mi+1，j＝0 (6-2)如果sin(θ)≥0，则Ni，j＝0(7-1)如果sin(θ)＜0，则Ni，j+1＝0 (7-2)以上，从步骤501到步骤510的决堤条件的设定结束。用户此后从选项条402中选择“执行”，开始模拟的处理。图12是表示从模拟处理开始经过数秒的状态下的GUI的图。在地图410上重叠显示的多边形462的形状表示浸水的地域，多边形462的颜色表示浸水深度。另外，为用户的方便性，希望使在鼠标指针401的附近出现工具框463，在内部显示鼠标指针的位置处的浸水深度。
在本模拟中，通过使用上述GUI进行条件设定的效果如下。1.因为流入处成为图形，所以可以在地图上表现流入处。由此，用户能够正确地输入流入处的位置和形状。2.可以推定决堤流量的方向。由此，作为边界条件能够自动地设定流入通量。3.即使在流入处横跨单个或者多个计算格子的场合也可以设定流入处的条件。由此用户能够不意识到计算格子尺寸输入流入处的条件。
第二实施例图13是表示为实现第二实施例中的本发明的计算机系统的结构的概略框图。该图在第一实施例中所示的图3中追加以下的框。河川信息文件323、气象信息文件324、河川模拟程序332、网络接口351、因特网352、河川信息服务器353、气象信息服务器354。在河川信息文件323中，记录堤防形状、河川现状图、横断形状、纵断形状、距离标示(从河口等基准点到现在地沿河川的距离)等。因为堤防形状以折线等近似，所以系统能够识别堤防的位置和形状。在气象信息文件324中记录过去的降雨量时间序列等。河川模拟程序332使用在河川信息文件323中存储的数据计算河川的水位或流速。PC300经由网络接口351、因特网352连接河川信息服务器353、气象信息服务器354。河川信息服务器353，分发河川水位的最新的观察值以及预测值。气象信息服务器354分发降水量的最新的观察值以及预测值。
图14是表示泛滥模拟程序331的主要的GUI的图。在窗口1400的地图410内，除从地理信息文件322读出的地物411之外，还显示河川的信息(从421到427)、时刻的信息(431以及432)、气象以及河川的信息(从440到443)、堤防的信息(451以及452)、泛滥模拟的信息(461)。
为给用户提供推定决堤危险地方的材料，可以在地图410上显示河道法线421。这点基于，积累经验的用户能够从河道法线读取浅潭和深渊亦即水深小流速大的地方和水深大流速小的地方，推定河道内的水流，进而推定水对于堤防的影响。另外，在指定应该重点监视的地方(重要防水地方)的场合，可以在该处显示图标422以及管理号码423。另外，也可以在河川上以一定的间隔重复横断线424，显示距离标示425。也可以显示河川向下流的方向426或堤防法线427。这些信息，可以从在外部存储装置320中存储的河流信息文件323或者河流信息服务器353取得。这样一来，对于熟悉以和河道的相对位置或者距离标示管理河川周围的地理信息的用户来说，能够容易地掌握显示决堤区间的位置。再有，通过显示重要防水地方，用户能够容易地掌握担心决堤的地方。
作为时刻的信息，可以显示决堤时刻431以及预测时刻432。在决堤时刻431栏内，可以显示决堤开始的时刻，另外在预测时刻432栏内，可以显示模拟中的时刻。这样一来，除决堤开始的时刻以及模拟中的时刻之外，用户还能够容易地掌握两者的时间差。
作为气象以及河川的信息，可以显示河川水位·降雨量图表440。在图表440中，可以以棒图441表示用户用鼠标指针401选择的地点附近每单位时间的降雨量，用折线图442表示河川水位时间序列。另外，可以用横线表示计划高水位。这些信息可以从在外部存储装置320中存储的河川信息文件323以及气象信息文件324、或者从河川信息服务器353以及气象信息354取得。或者可以从记录河川模拟程序的332的信息的模拟结果文件321中取得。
作为堤防的信息可以在地图上的堤防的位置452中用颜色显示水面和堤防上端(顶端)的距离。另外，可以显示其凡例451。这些信息可以从在外部存储装置320中存储的河川信息文件323、或者河川信息服务器353取得。或者可以从记录河川模拟程序的332的信息的模拟结果文件321中取得。
作为泛滥模拟的信息，可以用颜色显示浸水深度。另外，可以显示其凡例461。这些信息可以从记录泛滥模拟程序331的信息的模拟结果文件321中取得。
用户可以使用图14所示的GUI设定泛滥条件。图15是关于决堤条件的设定处理的PAD图。
步骤1501由步骤1502到1505组成。在这些步骤中，和第一实施例同样，以具有0点以上的节点的折线近似决堤区间，进而使构成该折线的点从市区看堤防从左向右顺序排列。但是，通过利用在河川信息文件323中存储的关于堤防的信息，可以比第一实施例削减要求用户输入的信息。以下，参照图15以及图16说明制作决堤区间的步骤。
在步骤1502，使用户指定始点候补以及终点候补。图16A是表示用户在进行步骤1502的状态下的GUI的一部分的图。在本实施例中，用户通过点击、拖动地图410的一点制作任意的选择用图形，根据该图形和堤防的位置关系指定始点·终点候补。在图中，把点击的位置631和现在的鼠标指针的位置632作为对角线，把在显示器313的水平方向以及垂直方向上具有边的矩形633作为选择用图形，把和选择用图形交叉的堤防作为始点·终点候补选择。对于习惯于使用矩形选择的用户来说，该选择方法直感上容易理解。此外，选择用图形也可以不是矩形，例如也可以是以点击的位置为中心、以点击的位置和现在的鼠标指针的位置间的距离为半径的圆。在大范围决堤的场合，用圆选择的方法便利。
在步骤1503，决定始点·终点，把始点·终点间的堤防作为决堤区间。从在步骤1502制成的选择用图形和堤防的位置关系，检索决堤区间的始点以及终点。在本实施例中，把选择用图形和堤防的交点作为始点或者终点。这里，在选择用图形和堤防的交点中，把距离标示的值最小的点作为始点，最大的点作为终点。堤防的位置可以通过河川信息文件323取得。接着，在堤防的控制点中，从河川信息文件323中选择始点的距离标示以上的、而且终点的距离标示以下的控制点。在没有选择的控制点的场合制作以始点和终点为端点的折线。另外，在有选择的控制点的场合，制作以距离标示的值升序连接始点、终点、选择的控制点的折线。以后把该折线称为决堤区间。此外，如图16A所示，为提高用户的方便性希望通过折线605显示在步骤1503制成的决堤区间。
在步骤1504，把朝向决堤区间的市区(堤内地)的法线作为流入方向，从在步骤1503制成的决堤区间和通过河川信息文件323取得的河道位置的相对关系可以判别朝向决堤区间的市区的法线位于折线的左侧还是右侧。折线的右侧的法线的计算方法如第一实施例所示，同样，也可以计算折线左侧的法线。此外，如图16(a)所示，为提高用户的方便性，希望通过箭头603显示在步骤1504制成的流入方向。另外，希望使在鼠标指针的附近出现工具框613，其中显示始点·终点的距离标示、决堤区间代表点的水位hrep、决堤宽度B。始点·终点的距离表示可以从河川信息文件323取得。另外，决堤区间代表点的水位hrep，可以取得最接近决堤区间的河川水位计的最新的观察值。或者可以在通过河川模拟程序323得到的水位中取得最接近决堤区间的地点的值。决堤宽度B的计算方法如第一实施例所示。
此外，也可以使箭头603的长度与决堤区间代表点处的每单位宽度的流量成比例。如果这样做则箭头603可以同时表现决堤处的流量Qtotal的大小和方向。箭头的长度Larrow，可以使用决堤区间代表点的水位hrep用下式计算。
Larrow＝LQ*qrep(8-1)qrep＝C*(hrep-zrep)1.5(8-2)
式中，LQ与单位流量对应的像素数，qrep决堤区间代表点处的每单位宽度的流量，C溢流系数(在本实施例中取C＝1.55)，zrep决堤区间代表点处的顶端高(标高)，通常hrep≥zrep。zrep可以从河川信息文件323取得，也可以让用户适当指定。
或者，也可以使箭头603的长度与决堤区间代表点处的流速成比例。箭头的长度Larrow可以使用决堤区间代表点的水位hrep用下式计算。
Larrow＝LU*Urep(9-1)Urep＝C*(hrep-zrep)0.5(9-2)式中，LU与单位流速对应的像素数，Urep决堤区间代表点处的流速。
或者，也可以把箭头的长度Larrow作为水流每单位时间前进的距离。在这一场合，可以用下式求式(9-1)的系数LU，使用该系数用上述的式(9-1)、(9-2)求箭头的长度Larrow。
LU＝Tunit*scale*resol(10)式中，Tunit单位时间，scale地图401的比例尺，resol显示器313的分辨率。例如，在72dpi(resol＝2.8*103pixel/m)的显示器中使用比例尺1/25000(scale＝4.0*10-5)的地图，希望通过箭头的长度Larrow表现决堤处以最大流速在10分钟间(Tunit＝600sec)前进的距离时，有LU＝68pixel*sec/m。
在步骤1505，判别是否有用户的结束指示。在有结束指示的场合，结束步骤1501，前进到步骤1506，在没有的场合再次返回步骤1502。图6B是表示在步骤1505用户进行结束指示的状态下的GUI的一部分的图。在本实施例中，设为在用户继续拖动鼠标312的场合没有结束指示，在放开鼠标312的左键的场合有结束指示。此外，如图6B所示，为提高用户的方便性希望在始点以及终点分别显示图标601、604等。
在步骤1506，由河川模拟程序332计算决堤流量。在本实施例中，在通过河川模拟程序332得到的水位中，把最接近决堤区间的值作为决堤区间处的河川水位取得，从该河川水位计算决堤流量。为从河川水位H求决堤流量Qtotal，可以使用下式。
Qtotal＝C*B*(hrep-zrep)1.5(11)以上，用步骤1501以及步骤1506制成了决堤条件。制成的决堤条件在存储器330中作为决堤条件数据展开。图17是表示本实施例的决堤条件数据333的存储器上的结构的图。决堤条件数据由决堤区间区域1710构成。在决堤区间区域1710中存储决堤开始时刻t0、在该时刻的决堤区间的始点r0(t0)、终点r1(t0)、决堤区间中的决堤后的顶端高度zrep(t0)。以后，重复存储决堤开始时刻t0和决堤结束时刻t1之间的任意的时刻t的r0(t)、r1(t)、zrep(t)。此外，也可以把决堤条件数据333在外部存储装置320中作为文件保存。
在步骤1507，把决堤条件离散化为计算格子空间。该方法如已在第一实施例中所示。
以上，通过步骤1501到步骤1507结束决堤条件的设定。用户此后从选项条402选择“执行”，开始模拟处理。图18是表示从模拟处理开始经过数秒的状态下的GUI的图。地图410中重叠显示的多边形462的形状表示浸水的地域，多边形462的颜色表示浸水深度。另外，为用户的方便性，希望使在鼠标指针401的附近出现工具框463，在内部显示鼠标指针位置处的浸水深度。
此外，在本实施例中作为泛滥现象的原因举出河川的决堤(破堤)进行了说明。而在从和决堤同样从线形构造物水溢出的现象中，在决堤以外也有河川的过水、溢水、高潮、海啸等。从实施例可以明了，对于这些现象成为原因的泛滥模拟也可以适用本发明。
如上所述，根据本发明，能够简便地设定泛滥模拟，能够适用于浸水灾害的推定。
权利要求
1.一种泛滥模拟程序，其特征在于，在显示部上显示地图，在上述地图上从用户接受流入处的指定，根据上述输入指定决定表示该流入处的线段，根据上述线段的方向计算流量矢量的方向，并在上述地图上和该流入处一起显示，执行使用了上述流量矢量的泛滥模拟。
2.根据权利要求1所述的泛滥模拟程序，其特征在于，上述流入处的指定是2个以上的控制点的输入，通过用直线或者曲线插补该控制点决定上述线段。
3.根据权利要求2所述的泛滥模拟程序，其特征在于，上述流量矢量的方向从上述输入的控制点朝向下次输入的控制点，并且和预定的朝向左右某一个的方向的该线段的法线平行。
4.根据权利要求1所述的泛滥模拟程序，其特征在于，上述地图将河川位置和其地图上的位置信息一起进行管理，上述控制点的指定是基于任意的线段或者图形的输入，计算上述线段或者图形和上述河川形状的交点，通过连结该交点决定上述线段。
5.根据权利要求1所述的泛滥模拟程序，其特征在于，接受上述流入处的流量的时间序列的输入。
6.根据权利要求1所述的泛滥模拟程序，其特征在于，把上述流入处的水深作为上述线段的宽度来接受输入，根据该宽度的大小计算该流入处的流量。
7.根据权利要求5所述的泛滥模拟程序，其特征在于，对于作为执行上述模拟的单位的每一个格子，求出位于该格子上的上述线段的长度，基于上述长度根据上述输入的流量计算上述每一格子的上述流量矢量的大小，通过对于上述每一个格子执行使用了上述流量矢量的模拟来进行上述泛滥模拟。
8.根据权利要求5所述的泛滥模拟程序，其特征在于，对于作为执行上述模拟的单位的每一个格子，对位于该格子上的上述线段的部分求出上述法线方向，通过对于上述每一个格子执行使用了上述法线方向的模拟来进行上述泛滥模拟。
9.根据权利要求1所述的泛滥模拟程序，其特征在于，上述地图是把堤防形状作为地物管理，作为来自上述用户的流入处的指定接受流入的区间的两端的输入，把该流入的区间中的上述堤防形状决定为表示该流入处的线段。
10.一种泛滥模拟装置，其特征在于，具有显示地图的显示装置；在上述地图上从用户接受流入处的指定的输入装置；和根据上述输入指定决定表示该流入处的线段、根据上述线段的方向计算流量矢量的方向的处理部；上述显示装置将上述流量矢量的方向和上述流入处一起显示在上述地图上，上述处理部执行使用了上述流量矢量的泛滥模拟。
11.根据权利要求10所述的泛滥模拟装置，其特征在于，上述处理部把从上述输入的控制点朝向下次输入的控制点的、对于预先决定的该线段朝向左右某一个方向的该线段的法线方向作为上述流量矢量的方向。
全文摘要
显示地图，让用户在地图上输入决堤区间的始点以及终点，以连结始点以及终点的线段向用户明示地图上的决堤处。进而，通过计算输入的决堤处的堤内地侧法线计算决堤时的流量方向，离散化为泛滥模拟的计算格子。
文档编号G08B31/00GK101042658SQ200710089468
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月24日
发明者山口悟史, 岩村一昭, 池田务 申请人:株式会社日立工程·并且·服务