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観測データと理論データの融合に基づくデータ駆動型強震動予測モデルの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H00292
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分25:社会システム工学、安全工学、防災工学およびその関連分野
研究機関国立研究開発法人防災科学技術研究所

研究代表者

藤原 広行  国立研究開発法人防災科学技術研究所, マルチハザードリスク評価研究部門, 総括主任研究員 (80414407)

研究分担者 上田 修功  国立研究開発法人理化学研究所, 革新知能統合研究センター, 副センター長 (60379568)
市村 強  東京大学, 地震研究所, 教授 (20333833)
八谷 大岳  和歌山大学, システム工学部, 講師 (00578908)
岡崎 智久  国立研究開発法人理化学研究所, 革新知能統合研究センター, 研究員 (80868422)
森川 信之  国立研究開発法人防災科学技術研究所, マルチハザードリスク評価研究部門, 主任研究員 (60414413)
前田 宜浩  国立研究開発法人防災科学技術研究所, マルチハザードリスク評価研究部門, 主任研究員 (00594160)
岩城 麻子  国立研究開発法人防災科学技術研究所, マルチハザードリスク評価研究部門, 主任研究員 (30770309)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2021年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
2020年度: 23,010千円 (直接経費: 17,700千円、間接経費: 5,310千円)
キーワード強震動 / 地震ハザード評価 / 地震動予測式 / 強震動データベース / 非線形地盤応答 / シミュレーション / 機械学習 / 地震ハザード / 観測記録 / ビッグデータ
研究開始時の研究の概要

日本では過去20年間以上にわたって強震観測データが蓄積され,観測記録の回帰分析等による強震動予測モデル(GMPE)が構築され地震ハザード評価の進展に貢献してきた.GMPEによる強震動評価の問題点として,超巨大地震などの稀で未経験な事象に対する予測能力が低い点がある.
一方,理論モデルに基づくシミュレーションによる強震動予測手法(PBS)も発展してきており,観測記録の時空間的な不足をPBSデータで補うことも可能となりつつある.
本研究では,1)観測データとPBSデータとを融合させて未経験の事象を含めた強震動ビッグデータの構築を試み,2)データベースを活用してデータ駆動型強震動予測モデルを構築する.

研究成果の概要

膨大な強震観測記録をデータベース化した「強震動データベース」を整備しその特徴を分析した。観測記録の不足を補うシミュレーションデータを高効率かつ高精度に作成するため、広帯域地震動波形合成手法および三次元地盤増幅シミュレーション手法の開発を行った。
強震動データベースをもとに、データの回帰分析による地震動予測モデル(Ground Motion Model; GMM)を複数のアプローチで開発し、利活用の観点に基づいてGMMの性能評価手法やばらつきの定量評価方法を検討した。さらに、GMMによる予測値を補間するため、多数の面的シミュレーションデータを訓練データとした予測地震動の空間補間方法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究はこれまでの数10年にわたる強震観測・強震動研究の成果や課題を踏まえて、得られている膨大な観測記録と知見を最大限活用した強震動予測手法の開発を目的として、1)強震動データベースの整備および地震動シミュレーション手法開発、および、2)データ駆動型解析による強震動予測モデルの開発を行った。
本研究の成果である強震動データベースや、高精度・高効率な広帯域地震動シミュレーション手法、およびデータ駆動型地震動予測モデルは、今後強震動研究の進展とその成果の活用による防災への貢献につながることが期待される。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (18件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [雑誌論文] Comment on ‘Geophysical inversion and optimal transport’ by M. Sambridge, A. Jackson and A. P. Valentine2023

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Tomohisa、Ueda Naonori
    • 雑誌名

      Geophysical Journal International

      巻: 233 号: 2 ページ: 1484-1487

    • DOI

      10.1093/gji/ggad001

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GPU Porting of Scalable Implicit Solver with Green’s Function-Based Neural Networks by OpenACC2022

    • 著者名/発表者名
      Fujita Kohei、Kikuchi Yuma、Ichimura Tsuyoshi、Hori Muneo、Maddegedara Lalith、Ueda Naonori
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: - ページ: 73-91

    • DOI

      10.1007/978-3-030-97759-7_4

    • ISBN
      9783030977580, 9783030977597
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] データ駆動型の地震動予測式―非エルゴード的予測式への展開―.2022

    • 著者名/発表者名
      岡﨑智久
    • 雑誌名

      月刊地球

      巻: 44(5) ページ: 289-293

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Ground-Motion Prediction Model Based on Neural Networks to Extract Site Properties from Observational Records2021

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Tomohisa、Morikawa Nobuyuki、Iwaki Asako、Fujiwara Hiroyuki、Iwata Tomoharu、Ueda Naonori
    • 雑誌名

      Bulletin of the Seismological Society of America

      巻: 111(4) 号: 4 ページ: 1740-1753

    • DOI

      10.1785/0120200339

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of broad-band ground motions with consistent long-period and short-period components using the Wasserstein interpolation of acceleration envelopes2021

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Tomohisa、Hachiya Hirotaka、Iwaki Asako、Maeda Takahiro、Fujiwara Hiroyuki、Ueda Naonori
    • 雑誌名

      Geophysical Journal International

      巻: 227 号: 1 ページ: 333-349

    • DOI

      10.1093/gji/ggab225

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Monotonic Neural Network for Ground-Motion Predictions to Avoid Overfitting to Recorded Sites2021

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Tomohisa、Morikawa Nobuyuki、Fujiwara Hiroyuki、Ueda Naonori
    • 雑誌名

      Seismological Research Letters

      巻: 92 号: 6 ページ: 3552-3564

    • DOI

      10.1785/0220210099

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large-Scale Stabilized Multi-physics Earthquake Simulation for Digital Twin2021

    • 著者名/発表者名
      Kusakabe Ryota、Ichimura Tsuyoshi、Fujita Kohei、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 2021 ページ: 3-15

    • DOI

      10.1007/978-3-030-77964-1_1

    • ISBN
      9783030779634, 9783030779641
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of regional simulation of seismic ground‐motion and induced liquefaction enhanced by GPU computing2020

    • 著者名/発表者名
      Kusakabe Ryota、Fujita Kohei、Ichimura Tsuyoshi、Yamaguchi Takuma、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • 雑誌名

      Earthquake Engineering & Structural Dynamics

      巻: 50 号: 1 ページ: 197-213

    • DOI

      10.1002/eqe.3369

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Fast Scalable Iterative Implicit Solver with Green’s function-based Neural Networks2020

    • 著者名/発表者名
      Ichimura Tsuyoshi、Fujita Kohei、Hori Muneo、Maddegedara Lalith、Ueda Naonori、Kikuchi Yuma
    • 雑誌名

      2020 IEEE/ACM 11th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA)

      巻: 1 ページ: 61-68

    • DOI

      10.1109/scala51936.2020.00013

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 地震ハザード評価のための基盤情報整備と性能評価手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      森川信之・藤原広行・岩城麻子・前田宜浩・友澤裕介・加藤研一・元木健太郎・鈴木文乃
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会,SSS10-11,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強震動観測記録データベースの性能評価手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      友澤裕介・藤原広行・森川信之・岩城麻子・前田宜浩・加藤研一・元木健太郎・鈴木文乃
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会,SSS10-12,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強震動データベースにおけるシミュレーションデータの妥当性評価手法の検討2022

    • 著者名/発表者名
      岩城麻子・藤原広行・前田宜浩・森川信之・鈴木文乃・友澤裕介・加藤研一・元木健太郎
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会,SSS10-13,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強震動統一データベースに基づく地震動パラメータ間の関係に関する基礎的検討2022

    • 著者名/発表者名
      司宏俊・岩城麻子・森川信之・藤原広行
    • 学会等名
      日本地震学会2022年度秋季大会,S15-15,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強震動データベースに基づく強震動予測モデルの比較2022

    • 著者名/発表者名
      岩城麻子・森川信之・藤原広行・岡崎智久・久保久彦・司宏俊・小穴温子・石井透・友澤裕介・引田智樹
    • 学会等名
      日本地震学会2022年度秋季大会,S15-16,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強震動観測記録と地震動予測モデルによる予測値との残差データの分析2022

    • 著者名/発表者名
      森川信之・藤原広行・岩城麻子・前田宜浩
    • 学会等名
      日本地震学会2022年度秋季大会,S15-22,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 地震動観測記録と地震動予測モデルによる予測値との残差の予備的分析-強震動統一データベース試作版を用いた検討-2022

    • 著者名/発表者名
      森川信之・藤原広行・岩城麻子・前田宜浩
    • 学会等名
      日本地震工学会第17回年次大会梗概集,TS_20220177,2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] データ駆動型強震動予測モデルの開発と共通基盤データベースの整備2021

    • 著者名/発表者名
      藤原広行・森川信之・岩城麻子・前田宜浩・秋山伸一・加藤研一・佐藤俊明・林孝幸
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会,SSS11-07,2021.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 強震動観測記録データベースに基づく地震ハザード評価における不確実さ考慮2021

    • 著者名/発表者名
      森川信之・藤原広行・岩城麻子・前田宜浩
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会,SSS11-08,2021.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] データ駆動型強震動予測モデルにおける地震動シミュレーションデータの活用の可能性2021

    • 著者名/発表者名
      岩城麻子・藤原広行・森川信之・前田宜浩
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会,SSS11-09,2021.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 地震動予測式のサイト汎化性能:単調ニューラル・ネットワークの適用2021

    • 著者名/発表者名
      岡崎智久・森川信之・藤原広行・上田修功
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2021年大会,SCG52-05,2021.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 強震動データベース試作版に基づく地震動予測式の拡張2021

    • 著者名/発表者名
      森川信之・藤原広行・岩城麻子・前田宜浩
    • 学会等名
      日本地震学会2021年度秋季大会,S15-02,2021.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 強震動データベース試作版と地震動予測式に基づくサイト係数導出2021

    • 著者名/発表者名
      森川信之・藤原広行・岩城麻子・前田宜浩
    • 学会等名
      日本地震工学会第16回大会梗概集,T2021-045,2021.
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 強震動データベース試作版に基づく地震動予測式に対する残差データの作成と分析2020

    • 著者名/発表者名
      森川信之, 岩城麻子, 前田宜浩, 藤原広行
    • 学会等名
      日本地震学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Neural Network-Based Ground Motion Model Learning Site Property from Data2020

    • 著者名/発表者名
      岡崎智久, 岩田具治, 岩城麻子, 藤原広行, 上田修功
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 伝播経路を特定した地震動予測ニューラル・ネットワーク2020

    • 著者名/発表者名
      岡崎智久, 森川信之, 岩城麻子, 藤原広行, 上田修功
    • 学会等名
      日本地震学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 観測点特性を地震観測記録から学習する地震動予測ニューラル・ネットワーク2020

    • 著者名/発表者名
      岡崎智久, 森川信之, 岩城麻子, 藤原広行, 岩田具治, 上田修功
    • 学会等名
      第23回情報論的学習理論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Deep Inpaintingと空間分布マッチングの組み合わせによる地震動データの空間補完2020

    • 著者名/発表者名
      永吉耕太郎, 八谷大岳, 藤原広行, 上田修功, 岩城麻子, 前田宜浩
    • 学会等名
      第23回情報論的学習理論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Japan-Taiwan Kickoff Workshop for PSHA around Ryukyu Trench2023

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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