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

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00292
• 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, 上席研究員 (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
• キーワード: 強震動 / 機械学習 / 地震ハザード / シミュレーション

研究実績の概要

(1)強震観測記録の地震動強さ指標・震源情報・サイト情報をデータベース化した「強震動データベース」の回帰による地震動予測式(GMM)構築のため、今年度は以下の検討を行った。
・強震動データベースのメタデータを整備したフラットファイルおよびデータ分析・抽出ツールを整備した。
・強震動データベースに基づく複数のGMMについて、予測値と観測記録の比較を行うとともに、GMM間の特徴比較の方法を検討した。
・観測記録が不足している近距離データをシミュレーションによって生成し、観測記録の不足を補うための精度や分布に関する条件を検討した。
(2) 深層inpaintingを応用して予測地点を特定したGMMによる"点の予測"から"面の予測"に展開する手法を開発した。位置ごとに異なる補間処理を適用するための位置特性マップの学習において、地震動の増幅に直接的に影響する地盤構造データを活用することにより、解釈可能な位置依存の補間方法を提案した。南海トラフ地震を想定した地震動シミュレーションデータを用いた実験を通して、提案法の有効性を示した。
(3)強震動データベースを補うシミュレーションデータ生成の高精度化のため、様々な解析条件下で多数の数値シミュレーションを実施する必要があるが、不整形3次元地盤モデルを用いた高詳細な3次元非線形地震波伝播シミュレーションの解析コストはいまだ膨大であるため，その軽減策を検討する必要がある。本年度は，波動方程式の性質を数値シミュレーションにより分析し、GPU計算に適する三次元波動場の人工知能構築を構築するとともに、これを用いたシミュレーションの解析コスト軽減策についても検討を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Comment on ‘Geophysical inversion and optimal transport’ by M. Sambridge, A. Jackson and A. P. Valentine (2023)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Tomohisa、Ueda Naonori
  • 雑誌名: Geophysical Journal International 巻: 233 ページ: 1484～1487
  • DOI: 10.1093/gji/ggad001
  • 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 OpenACC (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujita Kohei、Kikuchi Yuma、Ichimura Tsuyoshi、Hori Muneo、Maddegedara Lalith、Ueda Naonori
  • 雑誌名: Accelerator Programming Using Directives. WACCPD 2021. Lecture Notes in Computer Science 巻: 13194 ページ: 73～91
  • DOI: 10.1007/978-3-030-97759-7_4
  • 査読あり
• [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
• [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．
• [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．
• [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．
• [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．
• [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．
• [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．
• [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．
• [学会・シンポジウム開催] Japan-Taiwan Kickoff Workshop for PSHA around Ryukyu Trench (2023)