シンポジウム 震災とＩＣＴ

災害現場における通信確保
岩手県立大学ソフトウェア情報学部
教授 柴田義孝
2011年9月30日

東日本大震災規模
2011.07.25現在

東日本大震災

阪神・淡路大震災

死者

15,628

6,434

行方不明者

4,823

3

漁船

22,000隻以上

40隻

漁港

300以上

17

農地

23,600ha

213.6ha

被害額

16－25兆円

9.9兆円

20,7兆円（岩手、宮城、福島）

20,2兆円

震災前の県民経済計算

明治以降の大地震による犠牲者一覧
気象庁 過去の地震・津波被害
http://www.seisvol.kishou.go.jp/eq/higai/higai‐1995.html

年

地震名（震災名）

被害規模

1923

関東地震（関東大震災）

2011
1896

東北太平洋沖地震（東日本大 死 者 15,628 人 、 行 方 不 明 者
震災）6,434人
明治三陸地震
死者・行方不明者21,959人

1891

濃尾地震

1995
1948

兵庫県南部地震（阪神淡路大 死者・行方不明者6,437人
震災）
福井地震
死者・行方不明者3,769人

1933

昭和三陸地震

死者・行方不明者3,064人

1927

北丹後地震

死者2,925人

1945

三河地震

死者・行方不明者2,306人

死者・行方不明者105,385人

死者・行方不明者7,273人

東日本の地域別被害状況
各県ＨＰから東日本大震災時の情報通信手段の状況• ×固定電話• △携帯電話（docomo, AU, Softbank)• ×いわて情報ハイウェイ• ×庁内ＬＡＮ（各自治体）• △防災行政無線• ○無線LAN• ○Internet衛星通信（Internet)

災害の観点から見た既存ネットワークの特徴
１）有線網 (電話網、専用線、光ファイバー、LAN、CATV等)
・広く普及しているが、災害時の断線や輻輳に弱い
２） モバイル網
・災害に強い、断線が無い、・移動性や携帯性が良いが輻輳に弱い
３）無線LAN・災害に強い、断線が無い、故障が少ない
輻輳が回避できる、車に積めば移動も可能
双方向通信(実時間音声・映像）が可能
同報（マルチキャスト）通信可能
・通信範囲が数Km以内（複数の中継器によりカバー可能）
４）衛星網：
・災害時に強い、断線が無い・双方向通信が可能
・近年値段が安く、簡単に設置可能

岩手県立大学 通信障害状況
キャンパス

インターネット
上位回線
通信

学内通信

宮古

SV室停電

フロア
停電

有有なし

20分で復旧

断断断

アイーナ

維持

滝沢本校

維持

維持

維持

↑
マルチホームNWバックアップ⇒↑
発電機+CVCF↑
発電機

7

ネットワーク構成（通常時）
滝沢
キ
ャ
ン
パス

マルチホームＩｎｔｅｒｎｅｔ
SINET(TOPIC)

商用ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ(Thok net)

100Mbps

10Mbps

ＷｅｂＷｅｂetc

iwate‐pu.jp

Ｗｅｂ

APSolute Application Delivery

LinkProof
1 3 5 7

PWR

RESET

MODE

2 4 6 8

F1F2

F3F4F5F6F7F8SYS OKFWDNS(MultiHome Host)ＤＭＺ(Global)ＤＮＳ
MailＷｅｂ

8

学内ネットワークetc
Ｗｅｂ (Private)
・・・・

iwate‐pu.ac.jp
アイーナ
キャンパス
宮古キャンパスネットワーク構成（3.11 不通時）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ
商用ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ(Thok net)

SINET
(TOPIC)
100Mbps

10Mbps

ＷｅｂＷｅｂetc

iwate‐pu.jp

Ｗｅｂ

APSolute Application Delivery

LinkProof
1 3 5 7

PWR

RESET

MODE

2 4 6 8F1F2F3F4F5F6F7F8SYS OKFW

DNS(MultiHome Host)ＤＭＺ(Global)

ＤＮＳ
Mail
Ｗｅｂ

学内ネットワーク(Private)etc
Ｗｅｂ ・・・・

iwate‐pu.ac.jp
アイーナ
キャンパス
宮古キャンパス
停電・回線断9

商用回線トラフィック（3/11‐13）
3/11‐3/12

3/13

10

電源設備：発電機• 最大電源容量：２４００ＫＷ• 商用電源： ９００ＫＷ• ディーゼル発電機３台：１５００ＫＷ• 起動時間：４０秒• 稼働可能時間：６日（条件：発電機2台稼働、1000KW給電）• 常用＋非常用 の設備• 常用： 所要電力が一定値を超えたら起動• 非常用：商用電力が停電した場合• サーバ室：サーバ 約１２０台、スイッチ 約４０台
実測：３４KVA
11

電源設備：発電機3台(500Kwx3)

12

柴田研究室、NPO GFJ
災害情報インフラ仮復旧の対応• 3/18宮古市振興局内ネットワークとＰＣ• 3/18岩泉町役場内ＩｎｔｅｒｎｅｔとＰＣ• 3/23田老総合事務所内ＩｎｔｅｒｎｅｔとＰＣ• 3/23グリーンピア田老内LAN、ＩｎｔｅｒｎｅｔとＰＣ• 3/30宮古市市役所内ＩｎｔｅｒｎｅｔとＰＣ• 3/30田老漁協内InternetとＰＣ• 4/10大槌町災害対策本部内LAN,ＩｎｔｅｒｎｅｔとＰＣ

３．２３ 宮古市田老大震災から仮復旧に役だったＮＷ• 衛星ＩＰ通信システム(IPstar)は多くの被災地をInternet環境を迅速に復旧させた• 携帯Tel., エリアは徐々に回復• 3G+無線ルータは簡易的に避難所で利用された• 無線ＬＡＮは機動的にエリアカバー• 衛星電話（各自治体２台程度）はフル活動だった• コグニティブ無線(NiCT)は役に立った• Twitter,ブログなどのSNSはrealtimeな情報伝達と共有に役にたった必要とされる
災害時に有効な情報通信システム

無線をベースとした中山間地域向け
自律型情報通信ネットワーク
衛星通信①太陽発電と風力発電により完全自律供給の複合無線中
継基地局③異種無線LANと全方位映像カメラ搭載
した気球ワイヤレスネットワーク

中継基地局

村役場
中山間部集落

移動中継車

研究目的•中山間地域住民の災害時の安心・安全のためのインフラ確保•無線をベースとした頑強で迅速に復旧可能なネットワークの実現•災害時の迅速な避難・安否・被災情報の収集と情報伝達•災害時における住民、避難所、役場間での双方向通信手段の実現•平常時から災害時までシームレスに利用できる情報環境

消防署②異機種無線LANのアンテナ指向性制御機
能付移動中継車•研究の概要•太陽発電と風力発電の組み合わせによる自律供給可能な中継基地局の開発•コグニティブ無線をベースとした自律型複合無線ネットワークシステムの開発•アンテナ指向性を最適に制御できる車載モバイル型アドホックネットワークの開発•上空で無線通信および映像監視可能な気球搭載型アドホックネットワークの開発•モバイル環境や無線環境で利用可能なMobile‐WIDISおよび双方向音声映像通信可能なMobile‐Midifieldの開発

コグニティブ無線とは• 「コグニティブ無線」とは、端末や基地局などが周囲の電波状況をチェックし、その状況に応じて、利用者に気づかせないま
ま、周波数や方式を変えて通信するという技術• 電波の周波数解放により、一般利用者でも異なる複数の無線が同時に使えるようになった• また包括認定による高速無線LAN (IEEE802.11j)や無線アクセス(18,31GHz帯）も出現した• これにより、一般利用者が異種の無線を組み合わせ、これらを通信環境（通信距離、地形、アンテナ、メディア等）に合わせ、電波強度、スループット、パケットロス率、遅延時間を計測しながら、最適値を決定し、周波数や無線方式を動的に切り替えて通信することが可能となる自律型複合無線ネットワークシステム（基地局、中継局）•太陽光、風力発電、バッテリーの組み合わせによる自律供給電源•異種無線LAN、衛星通信、アマチュア無線の組み合わせによるコグニティブ無線の実現•通信環境に応じて動的に通信方式、周波数を切り替えて最適な通信経路を確保－中継基地局<‐>中継基地局－中継基地局<‐>移動中継車、気球ネットワーク•集落住民に対しては、従来の無線LANにて通信•遠隔より電源ON,OFF、および状態監視•常時設置および災害時に可搬にて仮設置も可能

コグニティブ無線ルータ

⾃⽴給電基地局の電⼒制御• 太陽光+⾵⼒発電+バッテリーの組合せによる無線基地局の開発• 無線AP、ネットワーク制御カメラへの24時間給電• 残量バッテリーエネルギーを常に最⼩化するめのCharge
Controllerの遠隔制御
B(k)= min{ max [B(k‐1) + Esource (k‐1) – L(k), Boutage ], Bmax }B(k) :残量バッテリーエネルーギ量Boutage :最大許容消費エネルビー量
Bmax: トータルバッテリー容量
Esource (k): 太陽光および風力発電によるそうエネルギー量
L(k): [k‐1,K]間における電力消費量
Solar PanelWind
turbineChargeController

Battery

Power Generating
Monitor PC

Remote Monitor

Inverter

AC100VTo Wireless
LAN20

プロトタイプの構成
機器

仕様

無線LAN AP

アイコム製 SE-3000EA
IEEE 802.11a/b/g対応無線LAN AP
消費電⼒ 8.5〜8.8W

無線LAN アンテナ

アイコム製 AH-150S
⼋⽊型指向性アンテナ
利得12dBi, 8エレメント

⾵⼒発電機

ゼファー製 Z-501
定格出⼒: 400W (12.5m/s時)

太陽光発電機薄膜太陽電池 SM-100
出⼒: 120W (60W × 2)

バッテリ

Concord社製 GPL-27
定格容量: 27Ah, 定格電圧: 12V

IP PTZカメラ

パナソニック製 BB-HCE481
640 x 480 12fps / 320 x 240 30fps
消費電⼒ 8.8W / 10.7W(PTZユニット稼働時)

最大発電電力量：５２０W
消費電力量：１７．６W

カメラ・無線LAN AP部

気球ワイヤレスネットワークの利用形態
山間部での災害時最寄の自治体ビル

被災地（平地）での利用

最寄の自治体ビル

ＩＰ電話
モバイルＰＣ

モバイルＰＣ

災害地域21

気球搭載全方位映像監視システム

改良型気球ワイヤレスアドホックネットワーク
高気密性材料による楕円型気球
フィルム型太陽光発電
軽量無線LANカメラ
軽量高解像度全方位・楕円型気球により風の影響を軽減
・フィルム型太陽光発電により自律的供給電源
・6角形アンテナと高速無線の組み合わせ
802.11jにより水平方向にマルチホップ
・802.11b,gにより垂直方向にホットスポット
・小型軽量全方位映像カメラによる上空からの映像監視（地上からパン・チルト・ズーム操作可能）

災害時に求められる情報
災害発生時において求められる情報は時々刻々変化する

災害発生前後においてに必要な情報を必要なときに提供できる環境を提供する[2] 渡部和雄, 大石貴弘他: "被災者・行政支援情報システムの研究開発", 日本災害情報学会第２回研究発表大会予稿集, pp.163-172 (2000.11)

大規模災害情報共有システム• LaDIPS（Large Disaster Information Portal Site)– 災害情報を電子地図上に集約して表示する• 自治体の垣根を超えた情報共有が可能になる– 地理的背景と災害情報を同時に俯瞰可能– シームレスな時系列表示制御が可能登録された災害情報の表示例２• 原発避難区域• 津波浸水区域

被災地情報共有システム

地図上のアイコンを選択すると画面右側に詳細を表示する

時系列表示機能
災害発生時刻現在時刻

災害発生から１ヶ月以内の情報を表示

災害発生から現在までに登録された全ての情報を表示
災害発生から２ヶ月以降の情報を表示

普代村 ALL Wireless Network Infrastrucure
・普代村役場を起点に「基幹無線システム, FWA」
（ 5GHz, 90Mbps or 25GHz, 150Mbps)と「無線アクセスシステム, IEEE802.11j, 」(5GHz, 54Mbps)を活用し、メッシュネットワークを構成
・オール無線のエリアを展開

住民宅無線アクセス
・屋根上（UHFアンテナポール共架も可）、壁面、ベランダ、窓枠等に設置したアンテナからエアコン用ダクト等引き込み、屋内加入者装置に接続・受信状況に応じて、敷地内に専用のアンテナポールを設定

光ファイバ

屋根設置

壁面設置

窓枠設置
ベランダ設置

ベランダ設置
加入者装置（CPE）

無線ネットワークシステムアプリケーション
安否確認
独居世帯支援緊急通報

公共施設の監視

機器類の監視河川や道路の監視

地域公共ネットワーク（光ファイバケーブル）

独居世帯支援遠隔医療システム

緊急広報・防災活動

地域ＩＰ電話端末・高速
インターネットサービス

役場
各種行政電子サービスシステムパトロール活動・
移動通信システム

行政情報ハイウェイ
32（光ファイバーケーブル）

地域ＩＰ電話端末
音声インターネット

インターネット緊急情報同報告知システム
庁舎

端末管理
サーバー
告知元端末

呼制御サーバー

定時放送
サーバー

一斉同報サーバー

ページングマイク電話機

5GHｚ帯無線
IPネットワーク

公民館等

住民宅

ページングマイク

住民宅

スピーカ

告知元端末
告知端末

告知端末
電話機

電話機

電話機

33

緊急音声同報告知システム
防災センター○○川が増水しています・・・○○川が増水しています・・・
屋外スピーカ住民宅○○川が増水しています・・・
屋外スピーカ
告知端末

5GHｚ帯
IPネットワーク

水位センサー

住民宅

屋外スピーカ

告知端末告知端末

監視カメラ

34

○○川が増水しています・・・

災害時に有効な通信システム• 自律型電源供給システム• ＩＰ衛星通信ネットワーク• 3G＋Wi‐Fi無線ネットワーク• 気球ワイヤレスネットワーク• コグニティブ無線ネットワーク• 大規模災害情報共有ネットワーク• 全方位映像通信システム• Twitter, ブログ、SNS• 災害クラウドシステム

大震災からの教訓• 車はガソリンで走る。情報通信機器は電源で動く• No news is bad news
• 昨日の学生は、今日の戦友• 金の切れ目が、縁の切れ目。金の切れ目からが真の友• Never give up, never die network!
• 災害は忘れる間もなくやってくる!

謝辞• 静岡県立大学の湯瀬先生• 岩手ＪＳＴサテライトの皆さん• KDDI仙台の皆さん• GFJの大橋さん• コアテック(IPstar)の大場さん• ドライバーの拙家一彦さん• 地域振興室の平野課長• 岩手県立大学ヘルプデスク（アイシーエス）の皆さん• 宮古市役所の吉水さん、山崎さん• 自衛隊の皆さん• 県大学生支援本部のスタッフの皆さん