Proposal of risk assessment method for slope in heavy rain based on Cyber-physical system concept

基于信息物理系统概念的暴雨边坡风险评估方法提出

• 批准号: 21K04595
• 负责人: 小田 和広
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Sangyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04595/
• 关键词: デジタルツイン; 斜面災害; 危険度; 豪雨; 現地計測; 数値シミュレーション; データ同化; サイバーフィジカルシステム; 体積含水率

本研究は，集中豪雨による斜面崩壊に対し，サイバーシステム的発想に基づく４時間程度先の短時間先の危険度の評価手法を提案することを目的としている．ここで，サイバーシステム的発想とは，計測値（フィジカル空間）とシミュレーション（サイバー空間）をデータ同化によって密接に連携させたデジタルツインを指す．2022年度の成果は以下の通りである．１）斜面の水の状態に関するデジタルツインの有効性について明らかにした．デジタルツインによって，①現地計測点以外の位置における土中の水の状態を高い精度で推定できる．②物理量として計測が出来ない有効飽和度などの空間的な分布を推定できる．③現地計測を行っていない地下水の発生や地下水位を推定できる．①から③は現地計測が行われる度に行われることにくわえ，水の状態を図化することによって，現在の水の状態を容易に理解できる．２）デジタルツインによる斜面の水の状態の予測の可能性について考察した．デジタルツインによって同定されたモデルによって，４時間程度先の斜面の水の状態の予想が可能であることが示された．ただし，予測結果は計測値を完全にフォローしていないので，結果の解釈方法が課題となっている．また，雨量に関する気象予報はいくつかの種類があるため，それらの活用方法について検討する必要性が明らかとなった．３）斜面の安定度を評価するための指標の導入を行った．筆者らが提案しているIQS指数やFS指数だけでなく，無限長斜面を仮定することにより，斜面の安定性をリアルタイムに評価できることを明らかにした．これらの指標に関しては，実運用を目指した活用方法の更なる検討が必要である．

本研究的目的是提出一种基于网络系统概念的评估短时间（约4小时）暴雨引起的斜坡失稳风险的方法。这里，网络系统概念是指通过数据同化将测量值（物理空间）和模拟（网络空间）紧密联系起来的数字孪生。 2022 年的结果如下。 1) 我们阐明了数字孪生对于斜坡水况的有效性。通过数字孪生，可以高精度地估计（1）现场测量点以外的土壤中的水的状态。 ② 可以估计有效饱和度的空间分布，而有效饱和度不能作为物理量来测量。 ③ 可以估算现场未测量的地下水产生量和地下水位。除了每次进行实地测量时执行①至③外，通过绘制水体状况图，还可以轻松了解当前的水体状况。 2）我们考虑了使用数字孪生预测斜坡上的水状况的可能性。数字孪生识别的模型被证明能够提前大约四个小时预测斜坡上的水状况。然而，由于预测结果并不完全遵循测量值，因此如何解释结果是一个问题。此外，由于有关降雨的天气预报有多种类型，因此显然有必要考虑如何利用它们。 3)引入了边坡稳定性评价指标。除了作者提出的 IQS 指数和 FS 指数之外，我们还表明可以通过假设无限斜率来实时评估边坡稳定性。对于这些指标，如何运用到实际操作中还需要进一步思考。

项目成果

体積含水率の現地計測に対するデータ同化に基づく地下水位挙動の推定

基于体积含水量现场测量数据同化的地下水位行为估计

• 发表时间: 2022
• 作者: 小田和広;小泉圭吾;伊藤真一，藤原優，深田詳
• 通讯作者: 伊藤真一，藤原優，深田詳

土壌雨量指数とデータ同化によって再現された豪雨時の斜面内の水の状態との関連性

通过数据同化再现暴雨期间土壤降雨指数与坡面水状况的关系

• 发表时间: 2021
• 期刊: Kansai Geo-Symposium 2021発表論文集
• 作者: 小田和広;小泉圭吾;伊藤真一;堤浩志
• 通讯作者: 堤浩志

綾部市安国寺の裏山斜面における現地計測に対す るデータ同化によって同定された土壌水分特性パ ラメータに関する考察

考虑通过对绫部市安国寺后山坡的实地测量数据同化确定的土壤水分特征参数

• 发表时间: 2022
• 作者: 亀井 佑真;小田 和広;小泉 圭吾;伊藤 真一
• 通讯作者: 伊藤 真一

体積含水率の現地計測から地下水位の推定におけるサイバーフィジカルシステムの有用性

网络物理系统在通过体积含水量现场测量估算地下水位方面的有用性

• 发表时间: 2022
• 作者: 小田 和広;小泉 圭吾;伊藤 真一
• 通讯作者: 伊藤 真一

Reproduction of groundwater behaviour in road embankment with Digital Twin of field measurement of volumetric water contents

利用体积含水量现场测量数字孪生再现路基地下水动态

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the 11th international symposium on Field monitoring in Geomechanics
• 作者: Kazuhiro ODA;Keigo KOIZUMI;Shin-ichi ITO;Miki NISHIMURA
• 通讯作者: Miki NISHIMURA