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消防職員による火災シミュレータの 使用を支援するシステム

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消防職員による火災シミュレータの 使用を支援するシステム
消防技術安全所報 47号(平成22年)
消防職員による火災シミュレータの
使用を支援するシステムに係る検証
小川清ーペ山村重行*ぺ湯浅弘章**高間康史*
概 要
消防職員による火災シミュレータの使用を支援するシステムを提案する。支援システムは次の 2部
から構成される。
-パラメータ入力支援インターフェース
・カラーヒストグラムを用いた類似画像検索
この支援システムの有効性を評価するため、消防職員による使用実験を実施した。
分割し、可燃物や区画等を 3次元の座標を持たせて配置
を行う。そのため、すべてのマスが持つ温度、火災位置、
物体問の形態係数等が求められ、可燃物への入射熱量も
1
]。
直接計算することが可能である [
1 はじめに
本稿は、火災事例の再現映像作成を支援するオーサリ
ングシステムについて提案する o 消防職員による火災事
例の検証や防災啓発活動などのために、火災事例の再現
映像を活用することが期待されている。火災映像は火災
シミュレータにより生成可能であるが、その本来の用途
は事象の正確な再現であるのに対し、本稿では再現映像
の再生という、本来とは異なった用途に用いる。そのた
め、解決しなくてはならない問題がいくつか存在する。
例えば、シミュレータは専門家が利用する事を想定して
いるため、シミュレータに精通していない消火活動など
に従事する現場の消防職員ではパラメータ設定が困難
であることや、火災において発生する延焼拡大や開口部
の開閉などの状況変化の再現が困難であるという問題
がある。
本稿では、火災条件ごとに適切なパラメータを提示す
るパラメータ入力支援機能や、シミュレーションの複数
実行結果をつなぐ編集点候補を提示する機能を提供す
ることで、消防職員がシミュレータに関する特別な訓練
なしに火災事例の再現映像を作成可能なオーサリング
システムを提案する。
提案システムの有用性を示すため、消防職員による提
案システムの使用実験を行った。実験は火災調査に関す
る教本に記載されている火災事例の再現映像を作成さ
せ、再現映像作成にかかった時間や作成された映像の品
質、および実験後のアンケートにより、作成された映像
の妥当性を評価した。
Smoke
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FDSは計算エンジンであるため、解析結果を見るた
(
2
)
めには他のツールを使用して可視化する必要がある。
SmokeViewは FDS専用の可視化ソフトであり、 NIST
から FDSとともにオープン Yースとして公開されてい
る
。
SmokeViewでは各時間ステップの画像データを時系
列に生成し、保存可能であるため、 3節で提案するオー
サリングツーノレの入力データを作成するのに用いる。
(
3
) カラーヒストグラムを用いた類似画像検索
画像検索とは、キーワードや画像をクエリとして用い
ることであり、クエリに適合する画像を探し出す機能で
ある。現在、画像検索を行う手法は、画像の内容に基づ
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トに基づく T
がある。
本稿では、 3節で提案するシステムにおいて、複数の
シミュレーション結果をつなぎ合わせるための編集点
候補の抽出に利用する。この時、類似画像検索を画像の
持つ意味や画像内の対象物で・はなく、画像として類似す
BIRを採用する。
るものを検索することが目的のため、 C
類似度の判定には、色・形状・テクスチャなど様々な
特徴量を用いることが可能であり、用途や目的に応じて
様々な類似画像検索手法が研究されている。本稿では、
CBIRの代表的手法である、カラーヒストグラムを用い
3
1
0
た類似画像検索を使用する [
カラーヒストグラムとは、画像に現れるさまざまな色
が画像の中のいくつのピクセルに出てくるかを棒グラ
フで表したものであり、与えられた画像における各色の
2 関連研究
(
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) が開
発を行っている火災シミュレータである。提案システム
では、 FDSをシミュレータとして使用している。 FDS
は計算手法として数値流体力学 (
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ネ首都大学東京システムデザイン学部
**装備安全課
9
1
アプローチは計算コストの面で不利である。この点に関
して再現映像生成の用途では、事象の正確な再現はそれ
ほど要求されないため、空間の分割数を減らす事などに
より、 1回あたりのシミュレーション実行時間を短縮す
ることが可能である。予備実験により再現映像に十分な
品質の映像を維持しつつ、実行時間を削減する事が可能
であることを確認しており、詳細な検討は今後の課題で
ある。
頻度分布を示している。それぞれ n ビン(色数)で表さ
J,H2聞の類似度を求
れる 2つのカラーヒストグラム H
める場合、正規化した類似度 S討lH2は次式で求められる。
正規化した類似度はか lの範囲にあり .1により近い値
を取る画像が参照画像に一番近い画像となる。
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一司
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H
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(
2
) 提案システムの概要
本稿では、パラメータ入力支援機能や類似画像検索を
用いた編集点の発見機能を備えたオーサリングシステ
ムを提案する。図 1に、本稿で提案するオーサリングシ
ステムの構成と、再現映像作成の流れを示す。提案シス
テムは、シミュレーションデータ作成部、シミュレータ
部、映像編集部からなる。オプージェクトの延焼やドアの
開放など、条件変化をもたらす事象をイベントと呼び、
イベントの発生ごとに異なる設定でシミュレータを実
行し、その結果を統合することにより、火災事例の再現
映像を作成する。
シミュレーシ三ンデータ作成部において、図 l中 (
1
)
で火災空間のモデル構築を行い、 (
2
)で作成したモデル
に対応するパラメータを設定することで、シミュレ)シ
ョンデータを作成する。次に (
3
) で、作成したデータ
4
) で解
に関してシミュレータを実行し、映像編集部 (
析結果を画像シーケンスとして保存する。ここまでが 1
つのイベントの再現映像を作成する手順である。複数の
2
)"
'(
4
) の操作をイベン
イベントが発生する場合、 (
ト数分繰り返し行い、各イベントに対応する画像シーケ
ンスを作成する。最後に、 (
5
) で提示される編集点候補
を基に、複数の画像シーケンスをつなぐことで、再現映
像の作成が完了する。
3 再現映像作成を支援するオーサリングシステム
(
1
) FDSを用いた再現映像作成における問題点
火災シミュレータでは、材質を扱う物質特性や煙や水
滴を扱う粒子パラメータなど多数のパラメータが設定
可能となっている。設定する必要があるパラメータは火
災条件に応じて異なるため、シミュレータに精通してい
ないユーザにとって、必要なパラメータを選択し、適切
な値を設定することは困難な作業である。
消防職員にヒアリングを行ったところ、実際の火災事
例を再現するために必要な条件設定のバリエーション
はある程度限定されることがわかった。従って、火災事
例の検証作業を支援するためには、火災条件ごとに適切
な入力パラメータを提示するパラメータ入力支援機能
を提供することが望ましいと考える。
他の問題点として、後述する再現映像作成の火災条件
2
) )において、 FDSでは火元の位置や
設定(図 l中 (
空間の設定をシミュレーションの計算後に変更するこ
とができない。しかし、実際の火災においては、延焼や
ドア・窓の開放、壁や天井の燃え抜けなど、火災の進展
による条件変化は一般的であり、再現映像においてもこ
れらを考慮する必要がある。現状のシミュレータでは、
火災事例中に起こるこれらのイベントを忠実に再現す
ることができず、リアリティに欠けたシミュレーション
になることが予想される。
この問題を解決するためのアプローチとして、複数の
設定でシミュレーションを走らせ、得られた映像を適当
な場所でつなぎ合わせて再現映像を作成することが考
えられる。このアプローチにおける課題は、映像を自然
につなぎ合わせることのできる編集点をし、かに見つけ
るかという点であり、類似画像検索を用いた編集点の発
見機能などを備えたオーサリング、ツーノレが必要である
と考える。
また、シミュレータの計算時間は、条件次第でかなり
大きくなるため、シミュレータの計算を複数回実行する
4 評価実験
(
1
) 類似画像検索機能の評価
室内で起こりうる火災事例のシナリオを作成し、シナ
リオで発生するイベントごとのシミュレーション映像
を作成した。任意に選択した参照画像に対する類似画像
検索結果と、熱電対から得られる温度データの比較から、
検索結果として提示される画像は、イベントをつなぐた
シミュレ)ションデータ作成部
映像編集部
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保存
シミュレータ部
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ツール
図 1 提案するオーサリングシステムの構成図
92
めの編集点として妥当であるかを考察した。
図 2 に参照画像を、図 3に類似画像検索結果上位 1
位5位と最下位の画像をそれぞれ示す。参照画像と検
索結果上位の画像を比較すると、全体的な火の立ち上が
り方は酷似していることがわかる。また、空間内に設置
した火源上部の熱電対の測定値のグラフを図 4に示す。
図 3に示した最下位画像の測定値は 892度であり、図 4
に示す類似度上位の画像と参照画像との温度差は小さ
いと言える。さらに、検索結果が上位であるほど、参照
画像に対する、温度や時間の経過による温度の上昇度合
が酷似していることがわかる。以上より、類似画像検索
によって提示される類似度上位の画像は、編集点候補と
して妥当であり、その中でも、類似度 1位の画像が編集
点として最適の画像であると判断できる。類似画像検索
で使用する画像聞の違いは主に火と煙の量の違いであ
るため、カラーヒストグラムを特徴量として使用した類
似画像検索手法を用いることにより、適切な編集点候補
の画像を提示することが可能であったと考える。
司書照面像・姐似産上位 5位 ま で の 画 像 の 前 後 5コマにおける
温度データのグラフ
250
一
-・
・
ー白
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副
一一
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一一
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・
・
← 一一
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ー
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一
一
ー
ー-
(
2
) 提案システムの評価
提案システムの評価は、東京消防庁消防技術安全所に
、 B氏
、 C氏とする。 A
勤務する職員 3名(以下、 A氏
氏
、 B氏はともにシミュレータに閲する知識や操作経験
は皆無である。 C氏はシミュレータに関する知識を持つ
が、操作経験は少ない)に協力を依頼した。図 5で示し
た、火災調査書に記載されている火災事例の出火室立体
図に基づきモデル構築を行い、火災概要から以下の 2
つのイベントが存在する再現映像を作成してもらった。
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7・ Oec~O 2
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イベント①:ガスコンロにあるフライパンから出火
イベント②:油が床のマットに飛散し、マットが焼損
再現映像にかかった時間や作成された映像の品質、およ
び実験後のアンケートにより、提案システムの有用性や,
作成された映像の妥当性について考察した。
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図 2 本実験で使用した参照画像
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日
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図 3 類似画像検索結果
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図 5 実験で使用した火災事例の出火室立体図
9
3
表 1に、作業内容ごとの実験時間を示す。本実験では、
3氏が作成した再現映像を図 6にそれぞれ示す。 C氏
は業務の都合上、再現映像の作成完了まで至らなかった
ため、シミュレーションデータを著者が引き継いで完成
させた再現映像を利用する。
$問。1:0\' 1制, S.~.IO
A氏
・ B氏に対してシミュレータ操作に長けている者が
サポートをしたが、 10時間程度で再現映像を作成した。
再現映像としての妥当性は、 A 氏は妥当ではない、 B
氏は妥当であると評価した .A氏の評価の理由は、火や
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品 3
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申0
9
煙の立ち上がり方が小さいことを挙げており、作成した
モデルに問題があるわけではないことから、再現映像と
してある程度の評価ができると考える.火や煙の大きさ
は、容易に変更可能であるため、 A 氏の要件を満たす再
現映像は容易に作成可能である。 B氏は、他の職員に火
災状況を説明する材料として十分なので妥当だと判断
していた。しかし、再現映像における 1つ目のイベント
の表示時聞が想定よりも早かったため、映像の品質にお
いては改善する必要があると考える。以上より、作成し
た再現映像は両者とも品質において向上の余地はある
が、両者とも火災空間のモデノレ自体は満足していること、
品質向上した再現映像を容易に作成可能であることか
ら、提案システムは有用であるといえる。
FDS を業務で使用した経験を持つ他の消防職員に提
案システムを試用させたところ、提案システムを活用す
れば、より短時間で火災映像を作成できるとしづ感娼が
得られた。
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自 制 隊 相川 古 訪 問 ・ J胡 拘
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5 おわりに
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本稿では、消防職員による火災事例の再現映像作成
を支援することを目的とし、シミュレーションデータの
入力支援や、シミュレーション結果の編集支援機能を備
えたオーサリングシステムを提案した。東京消防庁消防
技術安全所と共同で行った実証実験により、作業に要し
た時間や、作成された映像の品質を検討することで、提
案システムの有用性を示した。
提案システムを使用することで、消防職員が気軽に
火災事例の再現映像を作成することができ、結果として
様々な火災状況を動的に把握する事が可能となるため、
火災状況に対する議論が活発に行われることが期待で
きる。結果として、より高度な防災啓発活動の取り組み
を行うことが可能になると考える。
二二コ
ロ
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[参考文献]
1
) 水上点晴:火災モデルに閲する研究(煙流動予測から火
源予測へ)、日本建築学会大会学術講演梗概集.A
2、
割問
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) 山本英典、岩佐英彦、竹村治雄、横矢直和:色情報の空
間分布を考慮した類似画像検索、映像情報メディア学会
技術報告、 V
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図 6 3氏の作成した再現映像
、 B氏
、 C 氏)
(よから A 氏
表 1 作業内容ごとの所要時間
A氏
B氏
(
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)
(
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)
オブジェク卜作成
2
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5
3
.
5
火災条件設定
1
2
イベント①
火災条件設定
2
0
.
5
イベント②
画像シーケンス作成・
2
2
.
5
動画生成
作業時間合計
6
1
0
作業内容
C 氏
(
h
)
2
3
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5
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5
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