20200123_修論構想_小林

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1. （仮題目）マルチエージェントシミュレー ションを用いた津波避難行動の分析 Analysis of tsunami evacuation using multi-agent simulation 空間情報科学分野 M1 小林 飛文 2020年1月23日 3分野合同ゼミ 修論構想
2. 研究背景 今後30年以内に70～80％の確率で最大クラスM9の巨大地震が南海トラフで発生すると予測されてい る． （地震調査研究推進本部 2013） 『南海トラフの巨大地震による津波高・浸水域等（第二次報告）及び被害想定（第一次報告）について』 • 全国で約23万人，静岡県では約9万4千人が津波によって死亡する試算（冬・深夜，早期避難率 低） • 早期避難率迅速化と避難ビル有効活用によって死者数は5万2千人まで減少する試算（全国） （中央防災会議 2012） 『南海トラフ巨大地震について 最終報告』 • 「津波対策の目標は『命を守る』，住民一人ひとりが主体的に迅速に適切に避難」 • 「即座に安全な場所への避難がなされるよう地域毎にあらゆる手段を講じる」 （中央防災会議 2013） 2 →巨大津波被災リスク軽減のための取り組みが求められる
3. 従来の研究 －避難施設・避難行動－ • 佐藤ら（2017）はアンケート調査から東日本大震災後の2016年11月22日福島県沖の地震 津波発生時の住民の避難行動について分析．避難行動の有無が東日本大震災被災の経験 や訓練の参加によって規定されている事を示した． • 新家ら（2019）は宮城県気仙沼市の住民を対象にアンケート調査から津波に関する認知 についてどの要因が津波避難行動に最も強い影響を及ぼすかを検証し，津波のリスクを 強く認知していた住民の避難開始時間が比較的早くなることを示した． → 避難行動には個人の経験などに基づくリスクの認知が影響している． → シミュレーションによってリスクを示すことは早期避難率迅速化に繋がる． 3
4. 従来の研究 －シミュレーションモデル－ • Lu et al.(2015)はマルチエージェントシミュレーションを用いて火災時の避難者行動を分析．建物 内での避難では建物の構造と避難時の行動が避難の効率を決定する事を明示した． • 今村ら（2001）は，北海道奥尻島青苗地区において，1993年の北海道南西沖地震時の住民の避難 行動を再現した．避難者が標高のより高い方向へ向かうように設定しシミュレーションを実施．全 ての住民が車で避難した場合避難率が低下する事を示した． • 山田・岸本（2016）は宮城県仙台市，名取市，岩沼市を対象に東日本大震災の避難行動データを 用いて，徒歩と車による避難行動モデルを作成．高い精度での避難圏域の割り当てが可能であるこ とを示した． • 木村ら（2015）はGPSロガーを利用し，実際の避難訓練時の住民の移動データを取得，それらを 用いて住民の避難行動をシミュレーション上で再現した． • 川合・海津（2019）はUnity上で避難行動をシミュレーションし，津波の被害者が集中する場所を 明らかにした． 4
5. 従来の研究の課題 －シミュレーションモデル－ 5 • 複数の避難者が異なるタイミングで避難を開始した場合に発生しうる混雑の検討を行っ た研究は少ない． • 混雑が発生する避難パターンの検討を行う． • 津波避難タワー入口，階段などでの混雑を考慮する必要がある． • 事例：2019年に和歌山県で行われた津波避難訓練では避難先の高台までの階段で渋滞が発生 （『朝日新聞デジタル』2019年3月12日 https://www.asahi.com/articles/ASM3C3334M3CPXLB002.html） • 多くの研究においてAgentの経路選択が「最短経路探索」である． • 訪問者など土地の知識に乏しい人を考慮する必要があるのではないだろうか． • 避難先の避難所の収容可能数を超えていた場合他の避難所を目指す必要があるが，その際に 最短経路探索に近い動作を現実の人間が出来ない可能性．
6. 研究目的 • 避難者の意思決定および周辺環境が避難行動に与える影響を把握することを目的とする． 意思決定 • 避難者の意思決定がどのような結果を生む可能性が高いかを分析 周辺環境 • 階段や避難施設入り口などの狭窄部が避難者の移動速度等に与える影響 • 道路の形状が避難者の移動・意思決定に与える影響 • 地形が避難者の移動速度に与える影響 6 遭難者が多くなる避難者行動パターンの分析 遭難者が集中する地点の分析
7. 研究の意義 7 • 学術的意義： • 避難者が異なるタイミングで避難を開始した場合に発生しうる現象を把握できるように なる． • マルチエージェントシミュレーションを用いた「最短経路探索」に頼らない避難者行動 分析が可能になる． • 社会的意義： • 避難者がどのような意志決定をとった場合に被災リスクを最も低下させる事が出来るの かを把握できるようになる． • 津波被災リスクが高いエリアを示すことで津波避難タワー等の新規設置等の行政判断の 支援に繋がる．
8. 章構成 I. はじめに 1. 研究背景 2. 先行研究 3. 研究目的 4. 研究対象地域 5. 想定する災害 II. 研究方法 1. シミュレーションモデルの構築 1. 地理情報の3次元化 2. Agentの意思決定方法 III. 分析結果 1. 津波遭難者の分布 2. 津波遭難の要因分析 3. 地形・道路形状などが避難行動に与える影 響の分析 IV. 結果・考察 1. 津波避難時に発生するリスクの検証 2. リスク軽減の取り組みへの提言など 8
9. 想定する災害 • 南海トラフ巨大地震「ケース1（東海地方で大きな被害が想定されるケース）」 • 東日本大震災と同程度またはそれ以上の被害が想定されている為． • 研究対象地域を含む東海地方が大きな被害を受ける「ケース1」を想定． 想定される被害 • 津波による死者数 全国：約23万人 静岡県：約9万5千人 • 津波による全壊棟数 • 全国：約15万棟 静岡県：約3万棟 9 南海トラフの位置 （政府地震調査研究推進本部HPより引用）
10. 研究対象地域 静岡県駿河区沿岸地域東側 • 人口：約2万人 • 世帯：約8千500世帯 • 最大で12ｍが地震発生後最短3分で到達し，浸水 域のほとんどのエリアが15分以内に浸水する． （静岡県第4次被害想定） • 東日本大震災では平均避難開始時間が22分（国土 交通省 2013）であり，対象地域において同様の 避難行動を取った場合，多くの人が逃げ遅れる可 能性がある． → 迅速な避難行動が求められる地域 10 研究対象地域 （国土数値情報・地理院地図より作成）
11. 研究対象地域 • 人口の比較的多い西部では地域内ではバイパス高架部を避難施設と して活用するなど，津波避難施設が充実． • 中部から東部にかけては目下に山地があり，高所避難が可能である がほとんどの地域が地震発生から10分以内に浸水開始すると予測さ れており，避難完了前に津波が到達する可能性が高い． 11 バイパス高架部への避難階段（中島） （撮影：小林） 対象地域の津波浸水想定
12. 研究対象地域 12 研究対象地域内の津波避難施設の位置 （国土数値情報，基盤地図情報より作成）
13. 研究方法 ―シミュレーション― • 昼（12：00）と夜（20：00）についてシミュレーションを実施． • 昼間人口，夜間人口の情報を基にAgentに属性を割り当てる． • 1,000程度＊のAgentを発生させ後述のフローチャートに従って避難施設へ移動させる． • 狭い場所での人の渋滞の考慮．Lu et al.(2015)などを応用可能か． • 避難所の入り口や通路・階段での渋滞が発生するか否かを検討． • Agentの経路選択や意志決定をパラメータにより設定 • パラメータはAgentの属性（住民であるか，年齢等）によって変動させる． • 津波のリスク認知を数値化しパラメータとして設定．←避難開始時間 • 避難施設に到達前に津波に遭難したAgentの遭難位置や避難経路を分析する． 13 ＊先行研究ではアルゴリズムの改良によって10,000程度までAgentを発生させる事に成功している ＊＊（国土交通省 2013）の調査結果を参考に設定 パラメータ名 内容 最大移動速度 1.0m/s（健常者），0.4m/s（高齢者）＊＊ 避難開始時間 5～45m＊＊ 避難経路認知度 1～3（ルート選択に影響を与える．要検討） （移動手段） 徒歩，自転車，自動車
14. Agentの避難行動フローチャート（計画） 14
15. 研究方法 ―地理情報のデータ化― • 川合・海津（2019）の手法を参考に地形，道路，建物などに関する地理情報をシミュ レーション上で利用できる形式に変換する． 1. 各地理情報をQGISのプラグイン（Qgis2Threejs）を用いてSTL形式に変換． 2. STLデータをBlender（3DCGソフトウェア）にて編集しFBX形式に変換． 3. FBXデータをUnityに取り込み，道路ポリゴンをNavmesh（Agentの通り道）に変換す る等の編集を行う． 4. 津波避難タワーの3Dモデル等を作成する． 15
16. データ作成のフローチャート（計画） 16
17. 使用データ データ名 内容 形式 提供元 道路データ Shape 国土地理院，基盤地図情報， Open Street Map等 DEM（5m） 地形情報 xml 基盤地図情報 建物縁データ 建物情報 Shape 基盤地図情報 避難施設データ 避難ビル・タワーの情報（収容可 能人数等） Shpae 国土数値情報 静岡市防災情報マップ 平成27年国勢調査 「人口等基本集計に関する事項」（5次メッ シュ） 性別，年齢，高齢単身の一般世帯 Shape e-Stat 2014年 経済センサス-基礎調査（4次メッシュ） 従業者数 Shape e-Stat 昼間人口（5次メッシュ） Shape 国勢調査と経済センサスより推計 津波データ 既存のデータまたは作成する 避難方法（個人） 避難経路データ Shape 復興支援調査アーカイブ 国土交通省都市局 17
18. シミュレーション結果の出力イメージ 18 出力結果のイメージ図
19. 結果の分析 • Agentの移動経路や津波に遭難した地点をGIS上で可視化． • Agentが経路選択を誤った地点や津波遭難者が集中する場所を分析． • Agentがその地点にたどり着くまでにした意志決定を分析． Agentの属性や意志決定，周辺の状況が津波リスクにどのように影響を与え るかを明らかにする． 19
20. 今後の予定 • 従来の研究手法（避難圏域を用いた研究など）に対する本研究の優位性・独自性の検討． • 研究対象地域選定の妥当性の検討，他地域についての調査． • 現地調査（避難案内看板の確認，避難施設の確認等） • 津波データの取得・作成 • 環境データの取得・整備 • Agentが避難に用いる移動手段の検討（自転車・車など） 20
21. 参考文献 今村文彦・鈴木 介・谷口将彦 2001．津波避難数値シミュレーション法の開発と北海道奥尻青苗地区への適用．自然災害科学 20：183-195． 川合康央・海津ゆりえ 2019．ゲームエンジンを用いた津波ハザードマップ．エンタテインメントコンピューティングシンポジウム論文集 2019：258- 288 木村圭祐・小林健一郎 2015．マルチエージェントシミュレーションによる西宮広域避難訓練の再現と考察．土木学会論文集b1 71：1375-1380. 国土交通省 2013．『津波避難を想定した避難路、避難施設の配置及び避難誘導について（第3版）』 佐藤翔輔・今村文彦・相澤和宏・横山健太・佐藤勝治・岩崎雅宏・皆川満洋・戸川直希 2017．宮城県石巻市における2016年11月22日福島県沖の地震 津波による避難行動実態．土木学会論文集B2（海岸工学） 73：I_1603-I_1608． 地震調査研究推進本部 2013．『南海トラフの地震活動の長期評価（第二版）』 中央防災会議 防災対策推進検討会議 南海トラフ巨大地震対策検討ワーキンググループ 2012．『南海トラフの巨大地震による津波高・浸水域等（第 二次報告）及び 被害想定（第一次報告）について』 中央防災会議 防災対策推進検討会議 南海トラフ巨大地震対策検討ワーキンググループ 2013．『南海トラフ巨大地震対策について（最終報告）』 新家杏奈・佐藤翔輔・今村文彦 2019．東日本大震災の津波避難行動へ影響を与えた要因に関する分析―宮城県気仙沼市の事例検討―．地域安全学会論 文 集 3 4 ： 1 - 1 0 ． 山田崇史・岸本達也 2016．避難施設を核とした災害に強いまちづくりの研究―津波避難者の避難先選択行動モデル化と避難施設 の最適配置計画―．住総研研究論文集 43：161-172． Lu Tan, Mingyuan Hu and Hui Lin. 2015. Agent-based simulation of building evacuation: Combining human behavior with predictable spatial accessibility in a fire emergency. Information Sciences 295: 53-66. 21