総合防災・減災研究チーム

研究概要

主な研究成果

大規模シミュレーションに基づく次世代ハザードマップの作成

当研究チームでは、大規模数値シミュレーションに基づき、兵庫県内の4 都市の南海トラフ地震に対する次世代ハザードマップを作成しました。従来のハザードマップは、想定される南海トラフの地震動に対して得られる震度などから単純な数値シミュレーション手法と経験式を用いて計算されます。しかし、次世代ハザードマップは、地震動が地盤を通過する際の伝搬および増幅過程を取り込み、また、都市を構成する建物の応答過程を経験的ではなく物理的に解くことによってつくられています。すなわち、従来は計算対象外であった地震波の伝搬や応答といった素過程を詳細に取り込んでいるので、地震の規模に対応して被害の規模を予測するフラジリティ曲線（fragility curve）そのものを陽に計算していることになります。
次世代ハザードマップのもととなっている数値シミュレーションには二つの特筆すべき科学的進捗が含まれています。一つは、スーパーコンピュータ「富岳」だからこそ可能になる大規模な都市まるごとの数値シミュレーションです。「京」では100km2 の都市の地盤や構造を一体的に解きました。この成果によって、高性能計算の権威であるゴードン・ベル賞のファイナリストに選ばれました。スーパーコンピュータ「富岳」では、地震・津波だけでなく、河川災害・土砂災害さらにはその結果生じる交通障害と経済への波及をも計算しようとしています。もう一つは、実在の建物を数値シミュレーションに取り込むために数値化・数式化する手法です。GIS データや行政データは数値シミュレーションに必要な形態をもっているわけではないので、詳細な数値シミュレーションに必要な建物の柱の数や壁や床の厚さといった情報を生成する手法であるデータ処理プラットフォームを開発しています。

数値都市構造モデル

主要論文

• Yokoya, N., Yamanoi K., He, W., Baier, G., Adriano, B., Miura, H., Oishi, S.:
  “Breaking the Limits of Remote Sensing by Simulation and Deep Learning for Flood and Debris Flow Mapping”
  in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol.60, pp. 1-15, (2022).
• Takeyama, T., O-tani, H., Oishi, S., Hori, M., Iizuka, A.:
  “Automatic construction of three-dimensional ground model by data processing” in IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol.26, no.6, 2881-2887, (2021).
  
• Yamanoi, K., Oishi, S., Kawaike, K., Nakagawa, H.:
  “Predictive Simulation of Concurrent Debris Flow: How Slope Failure Locations Affect Predicted Damage”
  Journal of Flood Risk Management, (2021).
• Chen J., Takeyama, T., O-tani, H., Yamanoi, K., Oishi, S., Hori, M.:
  “Code verification of soil dynamics simulations: A case study using the method of numerically manufactured solutions”
  Computers and Geotechnics, Vol.117, (2019), (https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2019.103258).
• Chen J., O-tani, H., Takeyama, T., Oishi, S., Hori, M.:
  “Toward a numerical-simulation-based liquefaction hazard assessment for urban regions using high-performance computing”
  Engineering Geology, Vol.258, (2019), (https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.105153).
• Chen J., Takeyama, T., O-tani, Fujita, K., Motoyama, H., Hori, M.:
  “Using High Performance Computing for Liquefaction Hazard Assessment with Statistical Soil Models”
  International Journal of Computational Methods, Vol. 16, p.1840005(1-21), (2019), (https://doi.org/10.1142/S0219876218400054).
• Maddegedara, L., Gill, A., Poledna, S., Hori, M., Inoue H., Noda T., Toda K., and Ichimura T.:
  “Distributed Memory Parallel Implementation of Agent Based Economic Models”
  Lecture Notes in Computer Science, (2019).
• Fujita, K., Horikoshi, M., Ichimura, T., Meadows, L., Nakajima, K., Hori, M., Maddegedara, L.:
  “Development of Element-by-Element Kernel Algorithms in Unstructured Implicit Low-Order Finite-Element Earthquake Simulation for Many-Core Wide-SIMD CPUs.”
  Computational Science - ICCS 2019, Lecture Notes in Computer Science, vol 11536, (2019).
• Hori, M., Ichimura, T., Wijerathne, L., Ohtani, H., Chen, J., Fujita, K., Motoyama, H.:
  “Application of High Performance Computing to Earthquake Hazard and Disaster Estimation in Urban Area”
  Front. Built Environ., (2018).
• O-tani, H., Hori, M., Wijerathne, L.:
  “Automated Model Construction for Seismic Disaster Assessment of Pipeline Network in Wide Urban Area”
  Earthquakes, Intech, (2018).

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