CAE POWER 2011 セッション F 耐震 防災へのシミュレーション活用 鉄道における 地震防災システム開発の 現状と今後の展望 2011 年 10 月 4 日 ( 株 )ANET
本日の報告内容 1. 鉄道における早期地震防災システムの開発経緯 2. 鉄道における緊急地震速報の活用状況 3. 東北地方太平洋沖地震時の緊急地震速報 4. 緊急地震速報のさらなる活用促進に向けた展望
鉄道の地震防災 地震に対して乗客の安全を確保すること事前に 耐震性のチェック耐震設計 耐震補強 地震発生時に 列車運転制御 運転規制 地震警報システム 1995 年兵庫県南部地震による新幹線橋台の崩壊
鉄道の地震警報システムの研究開発経緯 1960 1970 1980 1990 2000 2010 1965~ 1982~ 1998~ 2004~ 制御用感震器 表示用地震計 コンパクトユレダス 早期警報用地震計 海岸線検知システム 1992~ ユレダス 2006~ 緊急地震速報 制御用感震器 変電所 対震ハット 早期警報用地震計
早期地震警報システムの開発経緯 年代 基礎研究 2000 2005 2010 鉄道総研 気象庁共同研究 (2000~2004) 早期地震諸元推定方法 早期警報用地震計 ( 新幹線システム ) 応用研究 実用化 ユレダス 緊急地震速報システム 補助金テーマ : 早期地震検知 警報システムの高度化に関する研究 (2006~2008) 早期地震警報システム実用化 2004 九州新幹線 2005 東海道新幹線 2007 山陽新幹線東北 上越 長野新幹線 2006 緊急地震速報配信開始緊急地震速報システム実用化 (JR 在来線 民鉄線等 )
P波検知単独観測点による早期地震警報の原理 P 波 2~3 秒 警報発信S 波 ( 主要動 ) 主要動到達前に警報 早期警報用地震計 マグニチュードに応じた影響範囲 震央距離 Δ 方位 θ マグニチュード M を推定 震央位置とマグニチュードから影響範囲を推定 Θ Δ 震央 M 鉄道 早期警報用地震計
緊急地震速報の概要 予測精度が逐次向上発生直後 約 5 秒後 20 秒程度 数 10 秒後 地震発生 S 波 P 波 S 波 P 波 S 波 P 波 S 波 P 波 気象庁 1 観測点による震源と規模の推定 2~3 点による震源と規模の推定予測震度 3~5 点による震源と規模の推定予測精度向上 多点による震源と規模の推定震度実況
緊急地震速報に用いられる地震観測網 : 気象庁 ( 約 200 点 ) : 防災科学技術研究所 ( 約 800 点 )
鉄道における緊急地震速報の利用イメージ 気象庁 配信事業者 衛星通信 受信装置 受信 警報判定システム 専用回線 IP-VPN など STOP! 地震 独自の早期地震検知システム 列車無線装置
鉄道における活用事例 1 配信会社 専用線 運輸司令所 列車無線 stop 緊急地震速報の受信装置 指令デスク 通常時 警報発令時 自動通報装置 警報発令時 自動通報装置 :ON 列車無線
緊急地震速報に関するアンケート調査 鉄道総研殿実施 時期 : 2008 年 5 月 対象 : 鉄道技術推進センタ第 1 種会員 (C 会員除く :167 社 ) 方法 : 郵送によるアンケート送付 回収 ( 有効回答 77%) 導入会社 : 地上回線利用 :22 社衛星通信利用 :6 社 未導入事業者の導入予定 導入に当たっての検討課題 いいえ 10.4% はい 21.9% 21.9% 初期導入コスト 初期導入コスト 維持管理コスト 維持管理コスト 分からない ( 検討中含む ) 67.7% 未導入事業者の約 90% が導入に関して検討 情報の信頼性 情報の信頼性 その他 その他 旅客への伝達旅客の動向セキュリティなど 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 割合 (%) 0 20 40 60 80 割合 (%)
鉄道事業者懇談会 (ANET 顧客 ) 実施月日 :2010 年 2 月 参加事業者 :22 社 実施内容 : 導入事例 緊急地震速報精度向上の研究事例等の紹介列車停止以外の鉄道での利活用に関する意見交換など アンケート調査 : 今後検討したい項目 ( 複数回答可 ) 発報条件の追加 変更 駅職員への伝達 検討中 検討予定 検討予定なし 4 6 19 導入済 検討中 予定 検討予定なし 8 7 14 駅構内利用客への伝達 導入済検討中 予定検討予定なし 2 9 18 導入済検討中 予定検討予定なし 駅関連設備の制御 ( エレヘ ータ等 ) 5 5 18
鉄道における利活用の現状 1. 2010 年末現在で鉄道事業者約 50 社が導入 JR 大手民鉄 準大手民鉄 公営鉄道は約 8 割が導入 2. 未導入事業者 ( 中小民鉄の約 8 割 ) へのアンケート調査実施 導入への課題は導入および維持コスト 3. システムの機能や信頼性はコストとトレードオフの関係 システムのコストパフォーマンスを見極めることが重要 4. 導入事業者のうちの約 4 割は 列車停止以外の活用を検討 優先順位は 駅職員へ伝達 > 駅利用客へ伝達 駅設備の制御 5. 誤報やシステム不具合などで 乗客などの緊急地震速報への信頼性が低下するのを危惧
東北地方太平洋沖地震の概況 発生 :2011 年 3 月 11 日 14:46 震源 : 牡鹿半島沖約 130km 震源深さ : 約 24km 規模 : マグニチュード 9.0 (Mw) 最大震度 :7( 宮城県栗原市 ) 震央 観測された震度気象庁 HP より
東北地方太平洋沖地震本震の震度予測精度 緊急地震速報による予測震度分布 実測震度分布 45 45 筑波大 八木准教授による断層域 40 40 Mj 8.1 Mw 9.0 35 予測震度 3~4 35 実測震度 3~6 強 130 135 140 145 Intensity 0 1 2 3 4 5 6 7 130 135 140 145
本震の地震動波形に見られるフェーズの特徴 100 秒加速度波形 ( 東西動 ) 青森県 大きな断層破壊が宮城県沖で発生 東北日本全体に地震波が到達 1 2 岩手県 約 50 秒後に 再び宮城県沖で大きな断層破壊が発生 3 宮城県福島県茨城県千葉県 2 つの破壊に引き続き 3 つ目の断層破壊が茨城県沖で発生 茨城県から福島県に大きな地震波が到達 3 つ目の破壊で関東でも大きな揺れを観測
震源モデルによる本震の震度予測精度 震源モデルによる震度予測分布 実測震度分布 45 京大 ( 釜江 川辺 ) モデル 5 つのアスペリティ ( 主破壊 ) 45 40 35 40 1Mw 7.9 2Mw 8.2 3Mw 7.4 4Mw 7.5 5Mw 7.5 予測震度 3~6 強 35 Mw 9.0 130 135 140 145 Intensity 0 1 2 3 4 5 6 7 130 135 140 145 超巨大地震の複雑な断層破壊現象のリアルタイムな識別が課題
緊急地震速報による不的確な予報 警報 本震後の余震や誘発地震に対して 震源位置や予測震度が不的確な緊急地震速報を配信 不的確な予報 警報の原因は主に以下の 2 つ 停電や通信回線途絶のため使用可能な地震計が減少 同時に発生した地震を分離処理できず 1 つの地震と判断 地震 B 中部 M5.8 最大震度 4( 一部地域 ) 地震計 2 データ 2 同一地震として処理地震 A を地震計 2 が検知と誤認震源距離 200Km, 地震動 : 大 不的確な緊急地震速報 県沖 M7.5 最大震度 5 強 ( 広範囲で震度 4 以上 ) 気象庁 データ 1 地震計 1 地震 A 県沖 M5.0 最大震度 3
緊急地震速報による不的確な予報 警報 本震後の余震や誘発地震に対して 震源位置や予測震度が不的確な緊急地震速報を配信 不的確な予報 警報の原因は主に以下の 2 つ 停電や通信回線途絶のため使用可能な地震計が減少 同時に発生した地震を分離処理できず 1 つの地震と判断 平成 23 年 3 月 11 日 ~4 月 24 日緊急地震速報 ( 警報 ) 70 回不的確な警報 44 回 ( 同時発生 :32 回, 停電等 :12 回 ) 気象庁発表資料による
東北地方太平洋沖地震緊急地震速報の課題 技術的課題の克服 1. 連動型巨大地震の震度予測精度の向上 点震源を仮定した震度予測の限界 2. 同時多発余震 誘発地震の的確な分離 ほぼ同時発生の複数震源の自動識別 分離の限界 震源推定精度低下による震度予測精度の低下 不的確な予報 警報を配信 3. 通信ネットワークの強化 地震計や通信インフラの被災 余震の予報 警報が一部配信不能
緊急地震さらなる活用促進に向けた展望 1. 高信頼性 2. 付加価値 3. 低コスト
さらなる活用促進に向けた展望 1. 高信頼性 受信端末 配信の信頼性の維持 向上 気象庁ガイドラインの遵守 緊急地震速報を適切に利用するために必要な受信端末の機能及び配信能力に関するガイドライン (2011 年 3 月 ) 震源情報の推定および地震動の予測精度の向上 運転規制判断に用いる地震動指標の予測精度向上 学協会における即時地震情報研究の維持 向上 緊急地震速報の特徴や限界等の正しい理解のための啓蒙 鉄道事業者 ( 乗客含む ) が正しく理解 過剰な期待 失望の軽減 東方地方太平洋沖地震における課題への対応 技術的課題の克服
さらなる活用促進に向けて 2. 付加価値 常時も利用可能な情報や機能 緊急地震速報と気象情報 ( 注意報 警報 ) をセットで配信 EQ+ 気象庁 気象業務支援センタ 電文 2 次配信会社 インターネット PC にポップアップ 地区に大雨警報震度 4 24 秒後 LAN 現場事務所 接点スイッチ 大雨警報発令! 地震注意! 作業現場 被害推定 ~ 地震後の運転再開まで支援する機能 地震防災に関する総合コンサルティング
さらなる活用促進に向けた展望 3. 低コスト 受信端末 配信コストの低廉化 信頼性とのコストパフォーマンスを考慮して今後とも各社検討 開発 高出力 低周波数の衛星通信 放送の活用 S バンド衛星放送撤退 設備は公共で ( 民間では維持管理困難 ) 高機能携帯端末の活用 移動体通信手段として機能検討中 リースを活用した初期導入コストの低減 クラウドコンピューティングを活用した事業者システムの簡素化
クラウドコンピューティングの利用イメージ A 鉄道 運輸司令所 監視端末 情報の受信 監視のみで装置簡素化 鉄道地震防災情報センタ ( 仮 ) 気象庁気象業務支援センタ 緊急地震速報 クラウドコンピューティング 社内通信回線 各鉄道間で情報の共有 有効利用 列車無線基地局 B 鉄道 A 鉄道 列車停止運転再開 駅設備制御など 沿線地震計 鉄道沿線地震計の情報集約緊急地震速報受信鉄道沿線の警報判定 通報地震後の点検範囲を通報地震情報データベース沿線地震計の維持管理