株式会社スペースデータは、宇宙AIプラットフォーム「SpaceBrain」において、雪崩の発生から流下、停止・堆積までを一つの物理モデルで計算する雪崩シミュレーションを開発したと発表しました。国土地理院の5m間隔の標高データで再現した実在の山岳地形上で、架空の表層雪崩をMPM（物質点法）を用いて計算します。
開発の背景と課題
冬の山岳域では、登山やバックカントリースキーなどで人が雪崩の通り道に入る場面があります。雪崩の到達距離や流下速度、堆積の規模を見積もることは、通行の判断や警戒を検討するための基礎情報となります。
雪崩は、斜面に積もった雪の中の弱い層が破壊され、上部の雪板が割れて滑り出し、沢を流れ下って停止する過程で雪の性質が大きく変化します。従来の簡易な計算手法では発生域の雪を一斉に流す形式が多く、発生過程の破断現象を扱えないほか、その挙動差を数値や3D表示で比較して伝えることが容易ではない課題がありました。
Mr.ガジェット雪崩は途中で雪の性質が大きく変化するため、従来の簡易計算では発生の破壊過程まで捉えきれなかったという課題が示されています。
Ms.ガジェット通り道に入る登山などの安全判断に使う情報だからこそ、途中の変化まで追える仕組みへの関心が高まりますね。
MPMを用いた雪崩シミュレーションの手法と計算例
本シミュレーションの計算手法には、積もった雪を多数の粒子で表現するMPM（物質点法）を採用しています。粒子が雪の重さや変形を担い、力学的相互作用を格子上で解く仕組みです。地形まで粒子化する方式と異なり雪のみを計算対象とするため計算量を抑えられ、雪板の破壊から流下、停止に至る雪の性質変化を一つの物理モデルで処理できます。計算時間はGPU1台でおよそ23分を要し、計算結果は時間経過に沿って画面上に表示されます。
公開された計算例では、山頂付近の斜面（約4.2ヘクタール）に厚さ1mの雪板とその下に弱い層が存在すると仮定し、雪庇の崩落による衝撃で弱い層が壊れる条件を設定しています。雪庇の崩落から約20秒で弱い層の破断が発生域全体へ広がり、雪板が割れて滑り出します。雪は沢筋に集まって流れ下り、約40秒後には流動中の雪の上位1%の速度が最大値となる秒速38mに達し、約78秒後に走路に沿って1,439m先で停止しました。堆積した雪の厚さは最大9.7mを記録し、夏の登山道のうち216mが厚さ0.3m以上の雪に覆われる結果となりました。なお、この積雪状態や破断のきっかけは仮定であり、実在する特定の雪崩の再現や危険度評価を目的としたものではありません。
Mr.ガジェットGPU1台で約23分という計算時間で、雪庇の崩落から弱い層の破断、流下して止まるまでを一貫して解いています。
Ms.ガジェット崩落のきっかけから約78秒で1,439m先まで止まる過程が、具体的な数値として示される点に注目してしまいます。
表示機能と簡易計算モデルとの比較検証
シミュレーション画面では、雪の粒子の表示形式を実写風、速さ別、状態別に切り替えられます。発生域や破断のきっかけ、弱い層の破壊の広がり、流れの最大厚、堆積厚、走路および距離の重ね合わせ表示に対応しています。時間経過に沿って先端位置や速度、流動中の雪の量、弱い層の破断面積を確認できる構成です。
実務で用いられる深さ平均モデル（簡易な計算）との比較も行われています。簡易計算は発生域に均一な厚さの雪を配置して一斉に流す手法で、弱い層の破壊過程は考慮されません。MPMの地面摩擦を簡易計算（摩擦係数0.25）の到達距離に合わせて設定した比較では、以下の違いが示されました。
| 項目 | MPM（物質点法） | 簡易な計算（深さ平均モデル） |
|---|---|---|
| 到達距離 | 1,439m | 1,280m |
| 最大の速さ | 秒速38m | 秒速14.2m |
| 弱い層の破断過程 | 計算に含む | 扱わない（一斉流下） |
画面上では、簡易計算による到達範囲をMPMの結果に重ねて可視化できます。また、計算の検証として公開されている独立したMPMコードを用い、発生域の雪を一斉に流す同条件で計算したところ、到達距離の差は約6.5%にとどまり、最大の速さと停止までの時間はほぼ一致したとしています。
宇宙AIプラットフォーム「SpaceBrain」の展開
SpaceBrainは、人工衛星、スペースデブリ、小惑星、宇宙天気などの観測データを統合し、デジタルツインと物理シミュレーションによる分析を支援する基盤です。公式プロダクトサイトでは宇宙、安全保障、レジリエンスの3領域に関するプロトタイプを公開しており、雪氷災害分野として「豪雪・雪崩シミュレーション」を掲載しています。
同社は今後、雪崩を含め地形によって広がり方が変化する自然災害の物理計算と3D可視化の適用範囲を広げ、山岳地域の安全対策や防災検討の支援につなげる方針を示しています。
Ms.ガジェット宇宙データのプラットフォームが山岳の雪氷災害シミュレーションに活用されている展開は、今後の防災検討の広がりとしても気になります。
- 本記事で使用している画像は、メディアユーザーとしてPR TIMESより提供されたプレスリリース素材を利用しています。
一斉に流す簡易計算と比べたときに、最大の速さが秒速14.2mから秒速38mへと大きく違って表れる結果が印象的です。