地震時緊急制御のための連続システムの最適分割に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09780424
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 能島 暢呂 岐阜大学, 工学部, 助教授 (20222200)
• Keywords: リアルタイム地震防災 / 緊急対応 / 大規模システム / ブロック化 / 動的計画法 / 遺伝的アルゴリズム / ベイズ意思決定方式 / 情報エントロピー

Research Abstract

空間的な広がりを持つシステムにおいては,被害の局限化と波及防止のため,連続的な構造物群をブロック化する対策が有効である.これを実施するには,緊急制御用の遮断装置を適切に配置しておくことと,緊急時に適切な意思決定を行うことが不可欠である.本研究はこの課題を「システムの最適分割」と「シャットオフの意思決定」という時空間的な数理的問題として定式化し,それぞれの解法を提案したものである.
まず線状構造物の一次元分割問題を考え,被害波及を最小化するための最適分割問題を定式化した.その解法として動的計画法を応用した手法を提案し,数値計算によって最適分割形状に関与する要因について考察した.次に二次元的な空間分割問題を考え,空間的なブロック構成の最適化にGA(遺伝的アルゴリズム)を応用した.「ブロック内では被害が波及するがブロック間では波及しない」というルールのもとで,被害波及が最小化となるブロック構成を求める問題を,組み合わせ最適化問題として定式化した.その解法としてGAを適用し,モンテカルロ法によるランダム,・サーチとの比較検討から,提案手法p有効性について考察した.
地震時にシャットオフ(ライフラインの場合はサービス遮断)を実施するか否かという意思決定は,被災情報が不十分な状況で行われるのが実状である.本研究では緊急対応の迅速化・正確化・合理化を支援するため,リアルタイム対応における意思決定プロセスの数理モデルを構築した.災害対応における「情報の価値」を情報エントロピーによって定量化し,ベイズ決定方式による期待被害最小化の妥当性を検証した.
上記のような対策において中心的な評価関数となるのは,機能的被害を含めた総期待被害であり,その定量的評価がきわめて重要である.本研究ではこれを踏まえて,緊急時に果たす役割が特に大きい道路ネットワークを対象として,地震時機能評価法を提案した.

Research Products

• [Publications] 能島暢呂・亀田弘行: "地震時リアルタイム制御のための大規模システムの最適分割" 土木学会論文集. No.598/I-44. 97-109 (1998)
• [Publications] 能島暢呂: "GAを用いたブロック分割による大規模システムの安全設計" 第10回日本地震工学シンポジウム論文集. 3217-3222 (1998)
• [Publications] 能島暢呂・山中敏裕: "道路ネットワークの地震時機能信頼性解析に基づく施設改善の重要度評価" 第10回日本地震工学シンポジウム論文集. 3205-3210 (1998)
• [Publications] 能島暢呂: "シャットオフの数理" 第1回リアルタイム地震防災シンポジウム. 105-110 (1999)
• [Publications] Nojima,N.: "Prioritization in Upgrading Seismic Performance of Road Network Based on System Reliability Analysis" Proc.of 3rd China-Japan-U.S.Trilateral Symposium on Lifeline Earthquake Engineering. 323-330 (1998)
• [Publications] 能島暢呂・杉戸真太: "地震時リアルタイム対応行動における意思決定プロセスのモデル化" 土木学会中部支部平成10年度研究発表会. 129-130 (1999)