JP4512898B2

JP4512898B2 - 地震被害予測システム

Info

Publication number: JP4512898B2
Application number: JP2005077144A
Authority: JP
Inventors: 世紀夫南部; 郁夫高橋
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006258639A

Description

本発明は、リアルタイム地震情報に基づき、日本全国（又は一部）の特定地域に分布する建物の被害を予測する地震被害予測システムに関するものである。

大きな地震が発生すると、さまざまな被害が発生するが、通信インフラが被害を受けると被災地の被害の状況を把握するのが困難になる。このようなときに、被災地の被害を予測するシステムとして、内閣府のウェブサイトで公開されている地震被害想定支援ツールのように、震源情報（震央位置、深さ及びマグニチュード）を入力して被害を予測するシステムが開発されている。

しかし、実際に地震が発生すると、数分後に震央地名が発表されるものの、震央地の緯度・経度まではすぐに分からないことが多い。また、震源情報を公表する気象庁のウェブサイトは、アクセスが集中するため、地震発生直後はアクセスが困難となる。そのため、上記のような地震被害想定支援ツールは、地震発生直後の数分間から数十分間は使用が困難となる場合が多い。

他の従来の地震被害予測装置として、被害予測の対象とする建物が建てられている地盤の耐震性能を示す地盤耐震指標及び前記建物の基礎構造部の耐震性能を示す基礎構造部耐震指標の少なくとも一方を導出する地下部耐震指標導出手段と、前記建物の上部構造部の耐震性能を示す上部構造部耐震指標を導出する上部構造部耐震指標導出手段と、を備え、前記地下部耐震指標導出手段により導出された前記地盤耐震指標及び前記基礎構造部耐震指標の少なくとも一方と、前記上部構造部耐震指標と、に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測手段と、を備え、物理的被害や復旧費用をより詳細に算出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、地震が来る直前に地震に関する情報を得る地震予測即時報知システムとして、地震に関するリアルタイム情報に基づき、到来する地震波を予測し、報知する地震予測即時報知システムであって、地震に関するリアルタイム情報を受信する受信手段と、前記受信手段により受信したリアルタイム情報に基づき報知の要否を判定する第１の判定手段と、前記受信手段により受信したリアルタイム情報に基づき特定地に到達する地震波の予測演算を行う予測演算手段と、前記予測演算手段により予測演算された地震波の到達を報知する報知手段とを備え、地震発生の後、各種の観測網によって観測されたデータを用いて、主振動であるＳ波の到達前に利用者に、その居住場所での地震の予測強度や予測到達時刻（時間）を報知するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１４５６９６号公報特開２００３−０６６１５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の地震被害予測装置では、地震情報を入手しシステムに入力しないと結果が出ないので、地震直後に自動的かつ速やかに結果を入手することができない。また、個別の建物の評価しか行うことができず、一定地域内に分布する複数の施設の被害予測結果を一覧的に把握することができないという問題がある。

また、上記特許文献２に開示された従来の地震予知即時報知システムは、一定の広がりを持つ地域における地震の予測強度分布を地震直後に自動的かつ速やかにマッピングすることが可能であるが、その具体的方法については開示されていない。また、その地域内にある建物あるいは施設群の被害予測を行うことができないという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、自治体や企業の内部の、実働レベルの小規模な組織が地震の場所や被害の程度を予測段階で把握できるようにし、自治体や企業全体の地震防災の初動体制の確立を支援する地震被害予測システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の地震被害予測システムは、震源位置、震源深さ及びマグニチュードを含むリアルタイム地震情報を常時受信する受信部と、特定地域の位置データ、前記特定地域内にある建物位置データ及び建物属性データを保持するデータベース部と、前記受信部で受信した前記リアルタイム地震情報の震源位置、震源深さ及びマグニチュードと、前記データベース部の特定地域の位置データと、を入力し距離減衰式を用いて前記特定地域の予測地震強度分布を演算し、該演算した特定地域の予測地震強度分布と、前記データベース部の建物位置データ及び建物属性データと、を入力し、予測地震強度に応じて予め設定した建物属性別の地震強度・建物被害関数を用いて前記特定地域の建物毎の予測被害を演算し、演算した予測地震強度分布及び建物毎の予測被害を出力する被害予測部と、前記データベース部の建物位置データと、前記被害予測部が演算した予測地震強度分布及び建物毎の予測被害と、が配信され、該配信に応答して地理情報システムを起動し、ディスプレイ上に前記特定地域の地理情報、前記予測地震強度分布、前記建物分布及び前記建物毎の予測被害を重ねて表示する表示部と、を備え、前記受信部が前記リアルタイム地震情報を受信すると、前記被害予測部が自動的に前記特定地域の予測地震強度分布及び特定地域の建物毎の予測被害を演算し、前記表示部がディスプレイ上に前記特定地域の地理情報、前記予測地震強度分布、前記建物分布及び前記建物毎の予測被害を重ねて表示することを特徴とする。

受信部がリアルタイム地震情報を受信し、被害予測部が自動的に特定地域の予測地震強度分布及び特定地域の建物毎の予測被害を演算し、表示部がディスプレイ上に特定地域の地理情報、予測地震強度分布、建物分布及び建物毎の予測被害を重ねて表示する。

本発明により、地震直後に自動的かつ速やかに、一定地域の予測地震強度分布及び建物毎の予測被害を一覧的に把握することができる地震被害予測システムが得られる。

以下に、本発明に係る地震被害予測システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に説明する実施例では、建物の構造的な被害を例にとるが、構造部材以外の要素（二次部材）や建物の設備の被害に関しても、実施例と同様な手法により被害予測が可能である。

図１は、本発明に係る地震被害予測システムの実施例を示すシステム構成図であり、図２は、地震強度指標の対応表（関数）であり、図３は、低層建物の属性別の地震強度・全壊率被害関数であり、図４は、低層建物の属性別の地震強度・全半壊率被害関数であり、図５は、低層建物の属性別の地震強度・罹災率被害関数であり、図６は、中高層建物の属性別の地震強度・全壊率被害関数であり、図７は、中高層建物の属性別の地震強度・全半壊率被害関数であり、図８は、中高層建物の属性別の地震強度・罹災率被害関数であり、図９は、中高層建物の耐震性能指標（Ｉｓ値：建物属性）別の震度階・建物被害関数であり、図１０は、地理情報・予測地震強度分布・建物分布・建物毎の予測被害を重ねて表示するディスプレイを示す図である。

図１に示すように、本システムは、リアルタイム地震情報を発信する発信部１０、企業の電算センター等に設置されリアルタイム地震情報を受信する受信部２０、企業の本社・支社のサーバ／マシン室等に設置される被害予測部３０及びデータベース部４０、各営業所等に設置される表示部５０と、これらを結ぶ専用回線、インターネット又はＬＡＮ等の通信手段６０から構成される。本システムの各部は、コンピュータ等のハードウエア及びこれに格納されたプログラムで構成されている。なお、各部は、システムの安全性の面から、複数をそれぞれ離れた地域に設置し、並列に接続したシステムとするのがよい。また、各部は、別々のハードウエアに分ける必要はなく、例えば、一つのコンピュータ上に受信部２０、被害予測部３０及びデータベース部４０等があってもよい。

ここで、リアルタイム地震情報について説明する。リアルタイム地震情報とは、地震観測ネットワークを利用し、地震が発生したときに、震源近傍の観測点で捉えたデータを基にして、震源位置、震源深さ、マグニチュード、国内の予想最大震度、代表地点での予想震度、主用動の予想到達時刻等の地震情報を計算して求め、即時的に周辺の地域にその地震情報を配信して防災に役立てる地震防災システムの総称であり、また、その地震情報自体を指すものである。気象庁や独立行政法人防災科学技術研究所は、所有する地震観測ネットワークを用いた「緊急地震速報（リアルタイム地震情報）」を配信している。

（受信部）
受信部２０は、地震発生直後数秒から数十秒後に発信されるリアルタイム地震情報（震源位置、震源深さ、気象庁マグニチュード、予測震度等）を専用回線により気象庁等の外部機関から常時受信できるようにしておく。または、自前で構築したリアルタイム地震情報の発信部１０から受信するようにしてもよい。受信部２０は、コード化されたリアルタイム地震情報を受信すると、これをデコードし、震源情報を取り出す。この震源情報が一定条件（例えば、最大震度５弱以上、マグニチュード６以上など）に合致すると、その震源情報を後述の被害予測部３０に出力し、本システムを起動させる。一定地震強度以上のときに本システムを起動させるようにして、地震被害が極めて軽微な地震に対して頻繁に情報を出すというような、無駄なシステム起動を抑えることができる。なお、受信部２０は、リアルタイム地震情報のメール配信、ブラウザ表示、警報機の作動等の一連の処理を行うようにするとよい。

（被害予測部）
被害予測部３０は、受信部２０から入力された震源情報を基に、予め定めた特定地域の予測地震強度分布及び企業（又は組織）が管理又は使用しているその地域の建物毎の予測被害などの演算を行う。地震強度指標としては、計測震度、震度階、地表最大速度、地表最大加速度及びＳＩ値（スペクトル強度）等を用いることができる。建物被害の予測に当たっては、予測地震強度指標に応じた建物被害関数により演算を行う。図２に、地震強度指標としての計測震度・震度階・地表最大速度・地表最大加速度・ＳＩ値間の対応表を示す。

また、地震強度指標としての地表最大速度から計測震度を求めるには、一例として、翠川三郎・藤本一雄・村松郁栄（１９９９）計測震度と旧気象庁震度および地震動強さの指標との関係、「地域安全学会論文集」、１、５１−５６．による下記の関数（１）により演算することができる。
Ｉ_INSTR＝２．６８＋１．７２・logＶ・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｉ_INSTR：計測震度
Ｖ：地表最大速度[ｃｍ／ｓ]

特定地域の予測地震強度としての地表最大速度Ｖを求めるため、まず、受信した気象庁マグニチュードから、モーメントマグニチュードを求める。陸域の浅い地震とそれ以外の地震とに分けて求める。陸域の浅い地震については、武村雅之（１９９０）日本列島およびその周辺地域に起こる浅発地震のマグニチュードと地震モーメントの関係、「地震」、２、４３、２５７−２６５．によって、気象庁マグニチュードから、地震モーメントを介して、下記の関数（２）によってモーメントマグニチュードを求め、それ以外の地震については、気象庁マグニチュードとモーメントマグニチュードは等しいとする。

logＭ₀＝１．１７・Ｍ_J＋１０．７２
logＭ₀＝１．５・Ｍ_W＋９．１
Ｍ_W＝０．７８・Ｍ_J＋１．０８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ここで、Ｍ₀：地震モーメント
Ｍ_J：気象庁マグニチュード
Ｍ_W：モーメントマグニチュード

特定地域の地表最大速度Ｖを求めるため、例えば、司宏俊・翠川三郎（１９９９）断層タイプ及び地盤条件を考慮した最大加速度・最大速度の距離減衰式、「日本建築学会構造系論文報告集」、５２３、pp.63-70.により、下記の距離減衰式（３）で硬質地盤上の最大速度を求める。

ｌｏｇＰＧＶ_b600＝０．５８・Ｍｗ＋０．００３８・Ｄ＋ｄ−１．２９
−ｌｏｇ（Ｘ＋０．００２８・１０^0.50Mw）−０．００２Ｘ
・・・・・・・・（３）
ここで、ＰＧＶ_b600：Ｓ波速度６００ｍ／ｓ相当の硬質地盤の最大速度（ｃｍ／ｓ）
Ｍｗ：モーメントマグニチュード
Ｄ：震源深さ（ｋｍ）
Ｘ：断層最短距離（ｋｍ）
ｄ：地震タイプ別係数（地殻内地震：０、プレート間地震：−０．０２、
プレート内地震：０．１２）

ただし、地震タイプの別を震源の経度・緯度・深さなどから判別するのは容易でないので、本システムでは仮に、陸域の深さ２５ｋｍ未満の地震を地殻内地震、海域の深さ４５ｋｍ未満の地震をプレート間地震、それ以外をプレート内地震としている。

関数（３）の基準地盤はＳ波速度６００ｍ／ｓ相当の硬質地盤なので、基準地盤（Ｓ波速度６００ｍ／ｓ相当層）から工学的基盤（Ｓ波速度４００ｍ／ｓ相当層）までの最大速度の増幅度を、松岡・翠川（１９９４）による下記の表層地盤の速度増幅度関数（４）から求める。

logＡＲＶ＝１．８３−０．６６・logＡＶＳ・・・・・・・・・・・・・・（４）
（１００＜ＡＶＳ＜１５００）
ここで、ＡＲＶ：地下３０ｍから地表までの速度増幅度
ＡＶＳ：地下３０ｍから地表までの平均Ｓ波速度（ｍ／ｓ）

具体的には、速度増幅度関数（４）より、基準地盤から工学的基盤までの最大速度の増幅度が１．３１となるので、関数（３）から求められた最大速度ＰＧＶ_b600に１．３１を乗じたものを工学的基盤の最大速度ＰＧＶ_b400とする。地表最大速度Ｖは、工学的基盤での最大速度値ＰＧＶ_b400に対して、別途算定されている工学的基盤から地表までの地盤増幅率を乗じることにより得られる。

特定地域の地表最大速度Ｖを求めるため、特定地域の地盤増幅率（地下の堅固な地盤から地表面に地震動が到達するまでに振幅が増大する率）が必要であるので、データベース部４０から特定地域の地盤増幅率データを取得する。特定地域の予測地震強度分布の演算結果は、地域区分ごとの予測地震強度指標値（例えば、地表最大速度Ｖから演算して求めた震度階）、又はその予測地震強度指標値で地域区分を色分けした画像データとして後述のデータベース部４０のファイルに出力する。

建物被害指標としては、無被害、軽微、中破、大破、倒壊等の被害指標や被害指標の発生割合等を用いる。予測手法としては、過去の地震被害情報の統計的処理による建物属性別の地震強度・建物被害関数による手法、及び即時的な応答解析による手法等がある。建物被害関数を用いる手法としては、例えば、宮腰淳一・林康裕・渡辺宏一・田村和夫（１９９７）１９９５年兵庫県南部地震の建物被害に基づく建物の耐震性能評価、「構造工学論文集」、４３Ｂ、pp.269-276.がある。

宮腰等の手法によれば、木造建物の予測被害は、下記の地表最大速度Ｖと木造建物の被害関数（震害率Ｐ_d）（５）により求めることができる。
Ｐ_d＝０．４７７・Ｖ−１６．３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
ここで、震害率：Ｐ_d＝Ｐ_c＋Ｐ_M／２
全壊率：Ｐｃ＝（倒壊・大破棟数）／（全棟数）
半壊率：ＰＭ＝（中破棟数）／（全棟数）

また、宮腰等の手法として、図３〜図８に、用途・階層（建物属性）別の地表最大速度（地震強度）・建物被害関数（演算テーブル）を示す。この関数による演算結果から、最大割合の被害指標（全壊、半壊、軽微）を選ぶ、あるいは、累積割合の一定値に対応する被害指標を選ぶ等の方法により、代表的な被害指標を一つ選び出すことができる。

他の実施例として、図９に、耐震性能指標（Ｉｓ値：建物属性）別の震度階（地震強度）・建物被害関数（演算テーブル）を示す。この関数によっても、代表的な被害指標を一つ選び出すことができる。

特定地域の建物の予測被害の演算結果は、建物毎の被害指標割合、あるいは、代表的被害指標として後述のデータベース部４０のファイルに出力する。

（データベース部）
データベース部４０は、前記距離減衰式（３）の断層最短距離Ｘを求めるのに必要となる特定地域の地域区分毎の緯度・経度等の位置データ、特定地域の地震強度分布の予測に必要となる地域区分毎の地盤増幅率データ、特定地域の建物位置データ、建物毎の被害予測に必要となる建物属性データとしての構造（木造、ＲＣ造、ＳＲＣ造、Ｓ造等）・階高・建築年代（１９７１年以前、１９７１〜１９８１年、１９８１年以降）・耐震性能指標（Ｉｓ値）等、建物詳細情報（名称、住所等）、計算結果を表示するのに必要な地理情報データ、被害予測部による特定地域の予測地震強度分布の演算結果及び建物の予測被害の演算結果を保持し、被害予測部や表示部からの要求に応じて情報を提供する。

地盤増幅率のデータは、対象とする地域を一定単位（１ｋｍ四方あるいは５００ｍ四方など）によるメッシュ状に区分して保持するか、または、地形区分や表層地質のまとまり毎のポリゴン（多角形）による区分でもよい。地理情報データとしては、海岸線、行政界、道路、河川、鉄道などのデータを保持する。なお、データベース部４０は、特定地域の予測地震強度分布の演算結果及び建物の予測被害の演算結果については、被害予測部３０からの配信を受けると直ちに後述の表示部５０に配信する。

（表示部）
表示部５０は、データベース部４０から特定地域の予測地震強度分布の演算結果及び建物毎の予測被害の演算結果のファイルの配信を受けると、自動的に地理情報システムを起動し、表示に必要な地理情報データ及び建物位置データ等をデータベース部から取得し、海岸線、行政界、道路、河川、鉄道等の地理情報とともに、予測地震強度分布及び建物毎の予測被害を、図１０に示すように一つのディスプレイ上に重ねて表示する。なお、表示を高速化するためには、地理情報データは表示部５０側で保持するようにしたほうがよい。ここまでの処理は、地震による停電や回線断の前に終了することが期待できる。

その後は、地理情報システム（ＧＩＳ）の基本的な機能により、拡大／縮小、レイヤの表示／非表示、建物の詳細情報の表示等を行なうことができる。図１０に示すように、予測地震強度分布は、震度階を色分けで示し、ピンマーク等のポイントマーク７０の位置で建物の位置を示し、ポイントマーク７０の色で建物の予測被害状況を示す。建物の予測被害状況は、ポイントマーク７０の形状を変えることによって表示してもよい。ポイントマーク７０により、自己が管理する建物の被害状況を即座に把握することができる。また、図１０右下の小さなウインドウに、建物詳細情報（名称、住所等）を表示する。停電時の表示部の動作は自家発電によって行うことができる。

表示部５０は、この他に、以前に発生した地震時の予測結果をデータベース部４０から取得して表示する機能や、利用者が任意の震源情報を入力するとその震源情報を被害予測部３０に送り、データベース部４０経由で予測結果を得て表示する機能を持っていて、操作の練習、震災対応の事前検討、訓練等を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる地震被害予測システムは、自治体や企業の内部の、実働レベルの小規模な組織が、地震の場所や被害の程度を予測段階で把握するシステムとして有用である。

本発明に係る地震被害予測システムの実施例を示すシステム構成図である。地震強度指標の対応（関数）を示す図表である。低層建物の属性別の地震強度・全壊率被害関数を示す図表である。低層建物の属性別の地震強度・全半壊率被害関数を示す図表である。低層建物の属性別の地震強度・罹災率被害関数を示す図表である。中高層建物の属性別の地震強度・全壊率被害関数を示す図表である。中高層建物の属性別の地震強度・全半壊率被害関数を示す図表である。中高層建物の属性別の地震強度・罹災率被害関数を示す図表である。中高層建物の耐震性能指標別の震度階・建物被害関数を示す図表である。表示部のディスプレイを示す図である。

符号の説明

１０発信部
２０受信部
３０被害予測部
４０データベース部
５０表示部
６０通信手段
７０ポイントマーク

Claims

震源位置、震源深さ及びマグニチュードを含むリアルタイム地震情報を常時受信する受信部と、
特定地域の位置データ、前記特定地域内にある建物位置データ及び建物属性データを保持するデータベース部と、
前記受信部で受信した前記リアルタイム地震情報の震源位置、震源深さ及びマグニチュードと、前記データベース部の特定地域の位置データと、を入力し距離減衰式を用いて前記特定地域の予測地震強度分布を演算し、該演算した特定地域の予測地震強度分布と、前記データベース部の建物位置データ及び建物属性データと、を入力し、予測地震強度に応じて予め設定した建物属性別の地震強度・建物被害関数を用いて前記特定地域の建物毎の予測被害を演算し、演算した予測地震強度分布及び建物毎の予測被害を出力する被害予測部と、
前記データベース部の建物位置データと、前記被害予測部が演算した予測地震強度分布及び建物毎の予測被害と、が配信され、該配信に応答して地理情報システムを起動し、ディスプレイ上に前記特定地域の地理情報、前記予測地震強度分布、前記建物分布及び前記建物毎の予測被害を重ねて表示する表示部と、
を備え、
前記受信部が前記リアルタイム地震情報を受信すると、前記被害予測部が自動的に前記特定地域の予測地震強度分布及び特定地域の建物毎の予測被害を演算し、前記表示部がディスプレイ上に前記特定地域の地理情報、前記予測地震強度分布、前記建物分布及び前記建物毎の予測被害を重ねて表示することを特徴とする地震被害予測システム。
前記データベース部が、前記特定地域の予測地震強度分布を演算するための前記特定地域の地盤増幅率データを保持することを特徴とする請求項１に記載の地震被害予測システム。
前記表示部が、前記地理情報システムにより、前記特定地域の予測地震強度分布、前記建物分布及び前記建物毎の予測被害を重ねて表示するための前記特定地域の地理情報データを保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の地震被害予測システム。
前記特定地域の建物分布及び前記建物毎の予測被害が、ディスプレイ上にポイントマークで表示され、該ポイントマークの位置が前記建物の位置を、該ポイントマークの色又は形状が建物の予測被害を示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の地震被害予測システム。
前記リアルタイム地震情報に含まれる震源情報が予め定めた条件に合致したとき、前記受信部が、前記震源情報を前記被害予測部に出力して、前記地震被害予測システムを起動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の地震被害予測システム。