検証や実証に用いた方法・データ・技術・機材

本プロジェクトでは、従来、インプットデータの作成や与条件設定に専門的な知識と多くの手作業が必要とされていた延焼シミュレーション（国総研市街地延焼シミュレーションプログラム）の利用を容易にするため、火災延焼シミュレーション周辺ツールの開発・改良を実施した。従来は、自治体によって建物データの整備状況が異なるといったデータ上の課題があったが、3D都市モデルが整備され、CityGMLという統一された形式で空間情報（高さ方向を含む座標情報や属性情報、建物構造）が保持されることにより、シミュレーション用のデータ変換を実現するツールの作成が可能になった。

本プロジェクトで開発・改良した延焼シミュレーションの周辺ツールは、①ファイル作成ツール、②条件設定支援ツール、③GISデータ変換ツールの3つから構成される。①ファイル作成ツールは、3D都市モデル（建築物モデル）から延焼シミュレーション用のファイルを作成する際の専門的知識の必要性や手作業の負荷軽減を実現するツールである。②条件設定支援ツールは、シミュレーションの実施範囲、出火点、風向・風速などの与条件を設定することを可能にするツールである。また、UI上からシミュレーションエンジンを呼び出し、シミュレーションを実行する機能も有している。③GISデータ変換ツールは、シミュレーションエンジンから出力された結果（時刻別の焼損棟数、延焼経路などを記述したテキストファイル）を、3Dで可視化できるよう汎用的なGISデータ（CZML形式など）に変換する機能を提供する。この変換により、時刻別着火状況や、延焼経路の表示が可能となり、結果を3Dビューアで視覚的に確認できるようになる。

本システムは、国総研市街地延焼シミュレーションプログラム（エンジン）の利用を前提とし、専門的知識の必要性や手作業の負荷軽減を図るために開発・改良された周辺ツールによって構成される。
※エンジンの詳細は「高度な画像処理による減災を目指した国土の監視技術の開発　総合報告書 (平成22年11月　国土交通省)」を参照

①ファイル作成ツールは、3D都市モデル（CityGML形式）を入力データとして受け取り、不足しているデータの補完を行い、シミュレーションエンジンが利用できる専用ファイルへの変換を行う。

専用ファイルへの変換は、主に3つのステップで実施される。まず、後続で利用するシミュレーションに必要な属性情報のうち不足分（防火構造等）を、3D都市モデルが有している情報を基に補完する。例えば、防火構造の補完の場合であれば、3D都市モデルの耐火構造区分の情報を利用するのが基本であるが、区分が「不明」な場合や、耐火構造区分情報を保持しない場合は、建物構造・面積等といった別の属性情報を用いて補完する。次に、標準的な3D都市モデル（建築物）に対して、シミュレーションに必要な属性情報（防火構造等）を追加定義することで拡張した3D都市モデル（CityGML形式）を生成する。最後に、この拡張3D都市モデルデータをエンジンに入力可能なテキストファイル（延焼シミュレーション独自形式）に変換する。拡張された3D都市モデルデータを用いて、条件設定支援ツールで地図上に表示するためのGeoJSON形式の建物データも合わせて出力する。

②条件設定支援ツールは、地図表示を含めたグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）を提供することで、シミュレーションの与条件設定とエンジン実行を支援する。地図表示には、Leafletを利用しており、XYZタイル（地理院タイル）形式の背景地図や、ファイル作成ツールで生成されたGeoJSON形式の建物データを画面上に表示する。地図上の建物をクリックして出火点の設定が可能である。また、風速・風向を時間で区切って設定することも可能である。ユーザーが設定した内容に基づき、シミュレーションエンジン用の各種入力ファイル（出火点ファイル、気象情報ファイルなど）を作成し、その情報をもとに国総研市街地延焼シミュレーションプログラムを活用して、シミュレーションを実行する。

③GISデータ変換ツールは、シミュレーションエンジンから出力された建物延焼情報を、PLATEAU ViewやCesium Viewerといった3Dビューア上で閲覧するため、三次元・時系列での視覚化に適したCZML形式のファイルとして出力する。シミュレーションエンジンが出力する座標値は平面直角座標系であるため、三次元可視化に適した緯度経度へ変換する。シミュレーション結果に含まれる標高値を、3Dビューアでの表示に必要となる楕円体高に変換する。これらの変換により、時刻別着火状況や延焼経路の三次元での表示が可能となる。

検証で得られたデータ・結果・課題

本システムの操作性及び有用性を検証するため、3D都市モデルを整備済み又は2025年度整備予定であり、延焼シミュレーションの活用に前向きであった埼玉県、所沢市、寄居町の職員（都市計画部局、消防部局）を対象としたシステム操作体験を開催し、ヒアリング・アンケートを通してシステムに関するフィードバックを得た。システム操作体験に先立って、事前打ち合わせを実施し、システムの全体像についての解説、システムの操作イメージの共有、ヒアリング、質疑応答による意見交換をおこない、可能な範囲でシステムへのフィードバックを実施した。

システムの操作体験会は、運営者によるシステムの機能・操作説明に沿って、防火構造を設定したうえでの専用ファイルの出力、風向・風速等の与条件設定、シミュレーション実行、シミュレーション結果のCesium Viewerでの閲覧、という本ツールの一連の操作を被験者にシステムを操作してもらう形で実施する時間と、被験者が操作マニュアルを見ながら与条件の設定からシミュレーション実行、ビューアでの確認といった操作を自由に行う時間を設けた。操作体験後にヒアリング・質疑応答を実施するとともに、アンケートにより操作性等を5段階評価で確認した。

検証の結果、自治体職員が自ら火災延焼予測を実施するには操作性に一定の障壁が残るものの、類似のシミュレーションと比較して、実業務に耐えうる有用性と操作性を担保していることが明らかになった。具体的には、「関係ステークホルダーとの合意形成」や「政策への活用」などの業務の効率化・高度化に向けて有益なツールであることが確認された。

「関係ステークホルダーとの合意形成の円滑化」については、組織内部、関係機関、住民など対象ごとにレベルの違いはあるものの、総じて有用であるとの意見が挙がった。本延焼シミュレーションが利用できない状況では、消防・防災に関する情報の可視化や共有が十分でなく、合意形成や住民説明に多くの時間を要していた点が大きな業務課題となっていたが、延焼シミュレーションを活用することで、高精度な予測と情報の可視化が可能となり、こうした課題の解消に資するものとして評価されたものと考えられる。

「政策への活用」についても、延焼シミュレーション自体が、計画策定や住民の防災意識向上に有用である上で、今回のツール開発により高精度な延焼シミュレーションが容易に使用できるようになることは更なる業務向上につながることが示唆された。計画策定については、都市計画の防火地域指定の検討、都市計画道路や公園整備による延焼拡大阻止効果の掲示などに役立つとの意見を受領した。住民の防災意識向上については、延焼状況を3D可視化することが住民の防災意識向上につながる等の意見を受領した。このことから、検証精度の高さや3Dでのビジュアル化が、特に本ツールによる提供価値となると考えられる。こうした評価を得られたのは、本ツールの活用により、国総研市街地延焼シミュレーションプログラムを職員自ら利用できるようになったことによるものであり、今回開発した周辺ツールが、当初目的である「専門的な知識や手作業が必要であるが故の、地方公共団体におけるシステムの導入・運用上の障壁の取り崩し」に寄与していると考え得る。

一方で、今後の課題として、操作の難しさや活用用途を踏まえると機能が不十分であるといった点が明らかになった。操作性については、5段階評価のアンケートにおいて、システムの操作性・マニュアルの分かりやすさについて、ほとんどの操作で「分かりやすい」又は「やや分かりやすい」の割合が8割以上を占めることが確認された。一方で、ファイルの入出力関連の操作について、「入力フォルダ・ファイル選択」は「分かりやすい」又は「やや分かりやすい」の割合が7割、「出力先フォルダ選択」では６割と、ファイルやフォルダ関連のPC操作に慣れていないユーザーは難しさを感じていることが確認された。具体的には、「シミュレーションの実行後、ビューアへ切り替えるのが手間」などの意見を受領した。機能面については、「飛び火・延焼阻止線、独自データの追加など、組織に応じたニーズに対応した機能が必要」といった意見があがった。これらの意見は、飛び火・延焼阻止線の設定や消火栓等の消防水利情報の参照といった個別の機能追加・改善にとどまらず、延焼予測システムを現場判断や関連業務と一体的に活用したい意図とも読み取れる。関連する情報を同一環境で扱える利便性の向上や、周辺作業の連携・手作業の更なる削減を図ることで、業務プロセスの中でより円滑に活用可能と考えられる。したがって、今後の普及には、操作が難しいと感じる部分についてのマニュアルの改善、独自ビューアの開発による操作性向上、さらには活用余地の収集・精査が必要であることが示唆された。

参加ユーザーからのコメント

【合意形成の円滑化に関するコメント】
・住民説明会などで、現況と政策実施後の被害減少イメージを具体的に見せることで、住民の合意形成を得やすくできそうだ。
・課内のみならず、庁内における合意形成にも役立つ可能性があると考える（庁内幹部職員等への説明材料としての活用）。
・本システムが役に立つか正直不安に思っていたが、操作をしてみて役にたつように感じた。特に防火・準防火地域の指定について、部署内での合意形成や住民説明会に使用できる。

【政策への活用に関するコメント】
・今回の3Dシミュレーションで立体的に火災の広がる様子が見えれば、住民の危機感を高め、防災意識向上に役立つ可能性がある。
・住民説明以外に、計画への具体的な取り込みの可能性も検討できる。
・今回のシステムには、特に木造密集地域での延焼拡大状況の検証や、出動消防隊の災害対策計画立案への活用を期待している。
・都市計画道路や公園の整備が延焼拡大を阻止する効果があることを、二次元の図面ではなく、3D都市モデルを活用したシミュレーションで示すことで、整備の必要性をより説得力を持って伝えたい。
・都市計画策定時の防火地域指定の適切性向上、政策におけるエビデンスとしての活用、住民説明資料として利用可能と想定される。
・消防だと、予防課が都市計画系の部署と一体となって防火に関する計画を進めている。本システムは予防課の計画策定にも活用可能かもしれない。

今後の展望

本プロジェクトで整備した周辺ツールを用いて構築した火災延焼シミュレーションシステムは、実証実験参加者から総じて高い評価を得られ、業務遂行にあたって「組織内部、関係機関、住民との情報共有・合意形成の円滑化」に有用であることを確認することができた。「三次元でのビジュアル化による住民への意識啓発」、「木造密集地域での延焼拡大状況の検証」や、「出動消防隊の災害対策計画立案への活用」、「政策におけるエビデンスとしての活用」といった政策への活用も期待されることが確認できた。

機能面の課題としては、計画策定に関するもの、消防業務に関するもの、両者に共通するもの、の大きく区分して３つがあがった。計画策定にあたっては、防火構造を容易に編集する機能にニーズがあることが分かった。具体的には、「現状の市街地のシミュレーションのみならず、将来（建て替えが進んだ後）の建物で延焼シミュレーションを実施し、結果を比較したい」とのコメントを受領した。これは、建て替えを進めて防火構造が変化した場合に火災延焼にどのような影響が出るのかを検討するのに使用したい、という意図があると推察される。次に、消防現場での活用にあたっては、飛び火・延焼阻止線の設定機能へのニーズが存在していることが分かった。具体的には、「飛び火や延焼阻止線といった条件を考慮したい」とのコメントを受領した。これは、消防現場で活用するにあたってはより現場の再現度を高めたシミュレーションを実施したい、消防現場の作戦の立案に活用したいという意図があると推察される。最後に、計画策定・消防の両者に共通のニーズとして、他GISデータの重畳表示機能、専用ビューアの構築があることが確認された。具体的には、「市が独自に保有したデータを合わせて閲覧したい」、「延焼シミュレーション結果を表示するための専用のビューアがあれば、より使いやすい」といった要望が挙げられた。重畳表示については、延焼クラスタといった他のシミュレーション結果との比較、消防水利といった情報を合わせて確認することにより、総合的に延焼リスクを確認したいものと推察される。専用ビューアについては、本プロジェクトでは開発対象外となっているが、ファイルの入出力作業の手間を省き、延焼面積や棟数などの数値を合わせて確認したいという意図が推察される。

今後は、上記のニーズについて、汎用的かつ業務高度化や効率化への貢献度が高い機能を精査するとともに、組織や立場ごとに異なるニーズに対応できるよう機能を拡充した上で、必要機能のみ組み合わせ活用できる仕様とすることが望ましい。また、上記の要望を実現するためには、延焼の予測計算を行うエンジンの修正が必要となる可能性もある。そのような場合に向けてエンジンも合わせてOSS化を進めることが望ましい。エンジンのOSS化のためには、現行のエンジンが有する非推奨関数の置き換え、収束演算の改良、バグ抽出、演算の高速化といった対応を実現する必要がある。将来的には、3D都市モデルを整備した自治体が自らの手で必要な機能の取捨選択を行った上で、延焼シミュレーションを実施可能となることが望ましい。