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早期地震警報システム(そうきじしんけいほうシステム)とは、鉄道用の早期警戒型の地震警報システムである。[1][2][3][4][5][6][7]

目次

概要編集

新幹線用システム編集

P波(初期微動)地震計を日本の沿岸、鉄道沿線および主要内陸部に設置し、大きな地震となるべきP波を検知した場合に自動的に警報動作をし、鉄道の列車を停止させるシステムである。

コンセプトは国鉄鉄道技術研究所[注 1]時代に開発が始まったユレダス(早期地震検知警報システム、地震動早期検知警報システム、英語: Urgent Earthquake Detection and Alarm System)と同様であるが、種々の改良、高度化がなされている。(「ユレダス#略歴」も参照)

なお、新幹線用地震計の主要地震計の一部は、緊急地震速報の主要地震計と同様のものを使用している。緊急地震速報自体も、ユレダスシステムからヒントを得て高度化したものであり、ユレダスからの発展的統合と言える。

現在、日本国内の新在直通路線を除く新幹線路線全線において施行されている。

  • 早期地震検知システム・JR北海道
    • 沿線8、遠方9[8]
  • 早期地震検知システム (EQAS)・JR東日本
    • 沿線85、遠方50
  • 東海道新幹線地震警報システム (TERRA-S)・JR東海
    • 沿線50、遠方21
  • 早期地震検知警報システム・JR西日本
    • 沿線59、遠方14
  • 対震列車防護システム・JR九州
    • 沿線12、遠方6

(数字はそれぞれ、沿線=沿線地震計(後述)、遠方=沿岸・内陸地震計(後述)の設置数)

各社とも名称は異なるが、特に新幹線部分に関しては機能は概ね同様である。

在来線用システム編集

後述する(「#在来線地震警報システム」)。

地震検知の仕組み編集

地震諸元のリアルタイム推定編集

沿岸、沿線および主要内陸部に設置される早期警報用地震計は、P波を検知すると、最初の数秒間の地震波型により、震源までの距離、震源の方位[注 2]を求め、それからマグニチュードを数式的に計算する。これにより震央の位置と震源の深さを推定できる。ここまではユレダスのシステムとほぼ同様である。ユレダス自体が新幹線の地震防護を想定して開発されたものであり、もっとも初期型のものはP波検知後[注 3]3秒間で地震諸元を決定、警報を出していた。ユレダスは当初1989年に東海道新幹線で設置を開始、以降、阪神・淡路大震災などを受けて新幹線の他の路線への展開や、改良型コンパクトユレダスの採用などがされていった。

2006年 - 2007年にかけてシステムが更新され、単体のユレダス等から置き換えが進み、またP波検知後最短2秒間で地震諸元を決定できる地震計に順次置き換えられていった[1][9][10][11]

早期地震警報システムにおいては、この地震諸元推定アルゴリズムに改良を加えて、M8クラス以上の巨大地震において断層の破壊時間が長時間[注 4]掛かるためにマグニチュードの推定誤差が大きくなる(結果として被害判定に遅れが出る)問題を改善した新地震計を採用している。

この改良アルゴリズムは「B-⊿法」と呼ばれ、まず計測されたP波地震波形(時間変化t)の振幅包絡線と、次式関数による曲線とが最も近似する係数A、Bを算出する。

y(t)=Bt・exp(-At)

続いて次の式により震央までの距離⊿を算出する。[注 5]

log ⊿ = a・logB + b

これにより初動最大振幅Amaxから次式により、P波検出当初1-2秒程度の間に、マグニチュードMを推定することが可能となった。[注 6]

M = α・log(Amax) + β・logB + γ

地震諸元に基づく運転制御編集

地震諸元(震央の位置、マグニチュードなど)が求められると、それにより地震被害が発生する想定範囲を求める事が可能となり、直ちに列車を停止させるべき範囲を特定することができる。

以下は早期地震警報システムのうち新幹線システムにおける制御方法について記載する。

可変範囲制御編集

推定マグニチュードMと、震央の位置からの距離⊿の関係は次式で表され、この⊿が震央からの被害想定範囲の限界距離となる。(「M-⊿法」)

log⊿ = 0.51M - 1.5

固定範囲制御編集

ここまではP波の波形により地震諸元をリアルタイム推定するものであったが、これとは独立した指標として、S波(地震主要動)のデータも制御に使用している。

新幹線システムの新地震計はすべて、P波のほかS波(地震主要動)検出機能も備えており、最大加速度(ガル)、SI値(スペクトル強度)、計測震度を測定可能である。

これらの主要地震動指標が規定値を超えた場合には、即時に検知点周辺の予め規定された沿線検知点(変電所)が制御対象となる。

システム編集

実際の制御とネットワーク化編集

新幹線システムにおいては、鉄道沿線の地震計(沿線検知点)が運転制御に主要な役割を果たす。沿線検知点は通常、沿線の変電所ごとに設置されており、沿線検知点が、可変範囲制御に基づき被害想定範囲に掛かると判断され、または固定範囲制御に基づきS波諸元の規定値超過から制御対象となる場合には、即時に該当変電所の電力供給を停止する。

さらに、沿岸、内陸にも新地震計(前述)を設置し、これらと沿線検知点とを通信回線および中継サーバーにより相互接続しているため、ある位置の地震計において計測された地震諸元およびS波規定値超過情報は、各地点への地震波(P波、S波)の到達を待たずに、即時に他の検知点に伝達され、制御に利用される。このような自律分散型制御により、実際の地震発生直後の高速な運転制御を可能としている。

制御対象の変電所の電力供給が遮断され、該当する饋電区間の饋電が停止すると、当該区間を走行中の全ての新幹線列車は、即時に非常ブレーキが掛かるようになっている[注 7]

なお、「ユレダス」利用時における運転制御においては、沿線検知点において「M-⊿法」により被害想定範囲(後述)に掛かると判断された場合には、即時に該当変電所の電力供給を停止していたと言う点においては、本システムと同様である。

緊急地震速報、在来線地震警報システム等との接続編集

この新幹線システムの運転制御ネットワークは、気象庁が発報する緊急地震速報との接続も行われている。緊急地震速報からの地震諸元情報を運転制御ネットワークに配信し、運転制御に利用している。

また、新幹線システムおよび緊急地震速報からの諸元情報は、JR東日本の在来線地震警報システム(PreDAS)にも配信されている(後述)。JR東日本における在来線システムの早期警報化(上位システムとの相互接続)は、2007年に首都圏、2009年度にJR東日本管内にて実施。早期警報化により「在来線早期地震警報システム」と称するようになった。JR東海においても東海道新幹線地震警報システム (TERRA-S)からの情報を活用し在来線運転士に警報を出すシステムを導入している[12]。(JR北海道、JR西日本の在来線システムについては不詳)

JR西日本の新幹線システム(山陽新幹線)は、2019年春に防災科研DONETと接続し検知時間短縮を図る予定(なお、緊急地震速報はDONETを含む津波・地震観測網と接続済)[13]

在来線地震警報システム編集

在来線地震警報システムは、JR旅客鉄道各社が設置する地震警戒システム。JR内部では「防災情報システム」の一部を構成する。[14]

この在来線システムにおいては、S波(主要動)地震計を、在来線地震計として域内に設置しており、地震発生により規定値を超えると、警報制御装置が自動的に警報対象範囲を判断、即時に対象エリアの列車無線を通して一斉に音声で地震発生、緊急停止の旨を発報する。発報を受けた運転士は非常ブレーキを掛けるようになっている。

ほか、東京メトロは地震検知型列車防護にFREQL(フレックル)を使用している。

その他編集

鉄道総合技術研究所により地震計のアルゴリズムが改良され、P波検知後、最短1秒間で地震諸元(震央の位置、マグニチュードなど)を決定できるシステムが開発、2018年度(平成30年度)より順次各新幹線路線の地震計に導入予定である[15]

この新改良版アルゴリズムでは、震央距離計算のために、従来の「B-⊿法」y(t)=Bt・exp(-At) に替えて、 y(t)=Ct のアルゴリズム採用により振幅包絡線の近似処理を行う。また震央方位推定、マグニチュード推定の計算手法にも改良を加え、総合的にP波検知後、最短1秒での警報判定を可能としている。さらにこれら新アルゴリズムの採用により震央距離、震央方位およびマグニチュードの推定精度も向上している[15]

この新改良版アルゴリズムの採用により、地震後に確定する気象庁発表震源と、個々の地震計が警報制御に用いる推定震源との間の誤差(正解率、空振り率と呼称)が縮小されるとしている[15]

注釈編集

  1. ^ (後の財団法人鉄道総合技術研究所
  2. ^ 入射角を含む。地震計は通常3次元センサである
  3. ^ 地震発生後ではない。あくまでも地震計にP波が到達してからでないと計測できないため。全システムにおける共通事項。
  4. ^ 例として、2003年十勝沖地震(Mw=8.0)において約60秒
  5. ^ ここでa,bは統計的に求められる係数
  6. ^ ここでα、β、γは統計的に求められる係数
  7. ^ 実際には、饋電停止(電圧降下開始)から非常ブレーキが効き始めるまで4秒程空走する。これを停電検知装置の設置により3秒に短縮したものが、JR東日本系車両などに採用されている。
  8. ^ TERRA-Sからの連動型
  9. ^ 京阪神近郊の在来線を中心としているが、詳細不詳

出典編集

  1. ^ a b JR東日本における新幹線早期地震検知システムの現状と課題”. 地震調査研究推進本部. 2018年9月8日閲覧。
  2. ^ 新幹線脱線対策の進捗状況”. 国土交通省. 2018年9月8日閲覧。
  3. ^ 鉄道における早期地震警報システムの変遷”. 鉄道総合技術研究所. 2018年9月8日閲覧。
  4. ^ “新幹線を素早く止める 地震検知、0.5秒で停止判断へ” (日本語). 日本経済新聞 電子版. https://www.nikkei.com/article/DGXNASFK2600Q_W4A320C1000000/ 2018年9月8日閲覧。 
  5. ^ 新幹線地震防災システムの開発”. 三菱スペース・ソフトウェア株式会社. 2018年9月8日閲覧。
  6. ^ 在来線早期地震警報システムの全線区導入について”. 東日本旅客鉄道株式会社. 2018年9月8日閲覧。
  7. ^ “鉄道トリビア(350) 新幹線は地震発生から約3.6秒で非常ブレーキを作動させる” (日本語). マイナビニュース. http://news.mynavi.jp/series/trivia/350/ 2018年9月8日閲覧。 
  8. ^ 新函館北斗 - 新青森開業時点。北海道新幹線の項目参照
  9. ^ (社)日本技術士会/防災支援委員会 防災Q&A
  10. ^ 佐藤新二、宮武洋之、貝瀬弘樹、北野陽堂「九州新幹線地震防災システムの構築」『土木学会年次学術講演会講演概要集第1部』第59巻、2004年9月。
  11. ^ 芦谷公稔、佐藤新二、岩田直泰、是永将宏、中村洋光「鉄道の地震警報システムにおける緊急地震速報の活用」『物理探査』第60巻第5号、物理探査学会、2007年10月1日、 387-397頁、 doi:10.3124/segj.60.387NAID 10020129022
  12. ^ a b 安全対策の実施状況” (日本語). JR東海. 2018年9月8日閲覧。
  13. ^ a b 海底地震計情報の活用等による早期地震検知体制の強化について”. 西日本旅客鉄道株式会社. 2018年9月8日閲覧。
  14. ^ 防災情報システム | 納入実績 | 株式会社星光社”. www.ksks.co.jp. 2018年9月8日閲覧。
  15. ^ a b c 新しい新幹線用早期地震検知・警報アルゴリズムによる警報時間の短縮と推定精度の向上”. 鉄道総合技術研究所. 2019年2月20日閲覧。

関連項目編集