2017 Fiscal Year Research-status Report
超巨大地震時の人的被害予測に向けた人間の地震応答解析モデルの構築
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16K21011
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
肥田 剛典 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60598598)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 人体 / 地震 / 人的被害 / 振動台実験 / 立位姿勢保持 / システム同定 / フィードバック制御 / 倒立振子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、前年度に引き続き振動台搭乗実験を実施し、地震時における人間の挙動に関するデータを収集した。実験に際しては、2007年新潟県中越沖地震時に柏崎刈羽原子力発電所内で観測された強震記録（以降、柏崎波）と、2011年東北地方太平洋沖地震時に福島第一原子力発電所内で観測された強震記録（以降、福島波）を入力波として用いた。実験の被験者の身体各部位にマーカーを貼付し、3次元モーションキャプチャーにより各部位の挙動を抽出し、揺れの最中における人体の重心の変位と角度を求めた。また、被験者の床反力のデータを得るため、フォースプレートを作成して振動台に設置し、床反力中心の変位の時刻歴波形データも得た。
次に、フィードバック制御器を導入した倒立振子で人体をモデル化した。振動台搭乗実験の福島波入力時におけるデータから求めた、振動台加速度と人間の床反力中心および重心角度との伝達関数と、上記の人間の地震応答解析モデルの理論伝達関数が対応するように、フィードバック制御器のパラメータをカーブフィット法により同定した。これにより、人間の地震応答解析モデルを構築した。
次に、構築した地震応答解析モデルに柏崎波を入力して、人体モデルの重心位置の速度波形を算出した。これと振動台搭乗実験における被験者の重心の速度波形を比較したところ、両者は概ね良好に対応した。システム同定に用いたデータの入力波とは異なる地震動を入力した際の人間挙動も再現できたことから、構築した人間の地震応答解析モデルの妥当性が検証された。このことは、本モデルを用いることで、様々な状況下での振動に対する人間の応答をシミュレートすることが可能であることを意味している。本研究の成果により、超巨大地震等の災害や、乗り物搭乗時の事故発生時等、あらゆる状況における人的被害の推定に関する重要な知見を得ることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初は、人間の転倒時に頭部に生じる加速度を計測するため、ダミー人形の転倒実験を行う予定としていた。しかし、平成28年度に実施した地震体験実験での検討から、ダミー人形の地震時応答が人間と大きく異なることが分かった。そのためダミー人形は用いないこととし、人間転倒時の頭部加速度は既往の研究を参照することとする。
また、人間の地震応答解析モデルを構築するにあたり、非線形システムの挙動の再現が可能なニューラルネットワークの導入も検討する予定としていた。しかし、フィードバック制御を導入した線形の倒立振子モデルで人間の地震時挙動を概ね再現できることや、ニューラルネットワークは外挿の評価結果の信頼性が低いこと等が分かったため、ニューラルネットワークは用いないこととした。
その他計画していた人間の地震応答解析モデルの構築と、負傷可能性のフラジリティ―カーブの作成に関する検討は、本年度までで達成している。以上から、本研究はおおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度には、平成29年度までに構築された人間の地震応答解析モデルとフラジリティ―カーブを用い、さらに既往の研究において提案されている家具の転倒率評価手法を導入し、人間と家具を含めた室内の状況をコンピュータ内で再現した巨大地震時の状況をシミュレートするシステムを構築する。構築されたシステムに対し、様々な地震動を入力する。入力波にはこれまで経験していない超巨大地震の波形も用いることとし、想定を超えた揺れを経験した際の人間の地震時挙動と負傷可能性を検討する。
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