衛星画像を基にしたリアルタイム火災延焼シミュレーションプログラムの開発について
遠国土技術政策総合研究所 岩

一般財団法人 消防防災科学センター

藤見達

真也

築研究所（以下、建築研究所という）と共同で、１．はじめに想定される南海トラフ地震のような大規模災害時大規模災害が発生した場合に、被害が甚大になに被害の予測等の情報を国や地方自治体等へ提供るほど情報が集まりにくくなり、情報の空白が生し、国民の生命や社会リスクを軽減し、国民の安じる。そのような場合では、「鳥の目」と「虫の目」

全と安心を確保することを目標に掲げた戦略的イで災害の状況を迅速に把握することが重要である

ノベーション創造プログラム（SIP）第２期の「国と言われている。

家レジリエンス（防災・減災）の強化」1) におい

その中で、「鳥の目」の一つとなる衛星から得

2)て「被災状況解析・共有システムの開発」（以下、られる情報は、広範囲な情報を一括して得ることNR2という）というテーマで2018年から５年の期が可能であり、大規模災害時の火災に関する情報間で研究開発を行っている。今年は、その最終年を収集する方法として効果的かつ効率的である。

度にあたり、その成果の一部について紹介する。

一般財団法人 消防防災科学センター（以下、NR2では図1-1のように、人工衛星が観測した当センターという）では、国立研究開発法人 建

データを活用し、被災状況を示す情報をいち早く

図１-1

衛星データ等即時共有システムと被災状況解析・予測技術の研究開発の全体像（点線枠：本研究の担当部分）№149 2022（夏季）－51－抽出し、そこから今後起こり得る事態を把握する

この一連の処理の中で「火災シミュレーションことで、災害対応に役立つ情報の創出を行うため広域被災予測技術開発」（以下、本研究という）のシステムの開発を目指している。

で衛星が撮影した画像を解析し、延焼範囲（広義では火点）を推定する部分を建築研究所が担当し、火災延焼シミュレーション部分を当センターが２．開発の経緯担当している。

大規模災害が起き、市街地の火災が複数同時多

図2-2に、地震発生前から応急対応期まで本研発的に発生した場合、必ずしも被災地の現有の消究が果たす役割を時系列に沿って整理し纏めた。

防力だけでは対処仕切れないことが想定される。

このタイムラインに沿って同時多発火災が発生その場合、消防力が劣勢となり、発生した火災がした場合、数時間以内に３日後までの延焼予測を拡大し数日間延焼し続ける可能性がある。

行い、その情報を必要とする機関に配信することそのような大規模災害時を想定して、阪神・淡を目標とした。

路大震災の教訓を踏まえ、人命救助活動等を効果解析した結果をフィードバックするための仕的かつ迅速に実施し得るよう、緊急消防援助隊（以組みとしては、SIP 第１期プロジェクトで開発3)された基盤的防災情報流通ネットワーク4)（以下、下、緊援隊という）が創設された 。
その運用に際して被災地への到着時間は、数時SIP4D という）という情報共有の仕組みや NR2の間以上かかっている。また、到着するまでは断片リモートセンシングデータ共有プラットフォーム的な情報しか取得することができず、状況の把握（以下、ワンストップシステムという）を利活用が困難となっている。活動の規模や消防戦術を立することで国、地方自治体、消防機関が情報を共てる際にも、火災の規模等を把握することが重要有することが可能となる。となってくる。そこで、市街地における延焼拡大を予想するために、火災延焼シミュレーションを用いる研究が様々行われている。
その情報を運用の各種調整を行う消防庁が全体を俯瞰して、事前計画上で予想できなかった想定外の事態を回避すること、応援側では派遣先の状況を予め把握することで、予測される事態への対応準備、受援側では地点防ぎょや避難等の事前計画の立案に役立てることを想定した（図2-1）。

図2-1

対応組織別延焼シミュレーションの活用

図2-2

－52－

地震火災発生のタイムライン

消防防災の科学３．衛星画像を用いた延焼範囲の検知
3.1

使用する衛星の概要

まず、衛星による延焼範囲の検知についてその可能性について検討した。
本研究で対象とした赤外センサを搭載する衛星の日本上空通過時刻等の主な諸元は表3-1のようになっている。これによると、１日当たり４回撮影のタイミングがあり、撮影の間隔は、２時間程

図3-1

度と８時間程度である。この間隔内で延焼拡大が火災画像解析システムの WebGIS 画面（観測シーンリストの例）

街区を越えて広がっていた場合、検知する可能性が十分ある。の 結 果 を SIP4D や ワ ン ス ト ッ プ シ ス テ ム、 そして４章に示す火災延焼シミュレーションに

表3-1

衛星名

本研究で対象とした衛星の主な諸元

センサ

JSON(GeoJSON) 形式のデータとして登録する。

火災検出の
日本上空
解像度
通過時刻
（衛星直下）（±30分程度）

GCOM-C5)
SGLI（しきさい）
Terra、MODIS
Aqua 6)
Suomi-NPP、VIIRSNOAA-207)250m

10:30，22:30

1000m

10:30，22:30
1:30，13:30

375m

1:30，13:30

3.3

火災画像解析システムの検証

近年、数日間延焼するような家屋火災は発生していないため、実火災での検証はできていない。
また、大規模な火災の事例としては、2016年12月22日に発生した糸魚川市大規模火災（以下、糸魚川市大規模火災という）があったが、当日雲がかかって検知できなかった。そのため、毎年のよう

3.2

火災画像解析システムの開発に発生している林野火災での検出を試みて精度向

地震発生直後に、その地震の震度分布と世帯分上に努めている。

布から出火危険地域を抽出し、当該地域を観測可

2021年２月21日に栃木県足利市で発生した林野

能な衛星を軌道情報から求めて、画像を取得する。

火災を対象として衛星画像から解析した結果を図

そのデータを解析し、火災の延焼範囲を検知する。

3-2に示す。報告書8) の延焼状況を基に時系列でこれらの一連の処理は、自動的に実行され結果を延焼範囲をトレースして重ねた。この結果から炎共有することが可能である。

上中の火面を大まかに捉えられているといえる。
この状況が木造密集地で発生していれば、この

図3-1は、地震発生時の火災検知をシミュレー結果を延焼範囲として火災延焼シミュレーションションした画面である。
ダウンロードした画像を自動的に解析し、火災を実行することは可能である。の可能性がある範囲を特定する。常時火災と同レ

ただし、前記の例でもあったように、衛星が通ベルの赤外光を放つ地点等をマスクするなど独自過するタイミングや雲の状況により赤外線が遮らのアルゴリズムで延焼範囲を同定する。この処理れた場合、捉えられない可能性もあるが、今後利には、画像の取得から解析、結果の登録まで30分用可能な観測衛星の数も増え撮影頻度が上がり、程度を目標として開発を行った。

また高精細になれば、延焼範囲を捉えることがで火災の可能性が高いと判定された場合は、そ№149 2022（夏季）きる可能性が高くなると考える。

－53－

図3-2

2021/2/21 足利市林野火災の時系列延焼範囲と解析結果、延焼動態8)際の情報として提供する。

４．火災延焼シミュレーション

なお、本シミュレーション技術の核となる計算

これまでも述べたように地震発生時の火災の予エンジンは、総務省消防庁消防大学校消防研究セ測を行い今後の推移を知ることは、その後の人命ンター（以下、消防研究センターという）が研究

救助や避難をする場合でも重要である。延焼シ開発した延焼シミュレーションエンジン9) を使用

ミュレーション技術を用いて火災が、今後どのよしている。

うに拡大するかを図4-1のように３日後まで予測することで、被災自治体や消防機関における意思4.1決定をするための基礎情報として提供することを目標としている。

火災延焼シミュレーションの特徴

本研究で新たに開発した項目は以下のようである。

家屋の形状、構造から延焼経路ネットワークを⑴

風向・風速情報による延焼予測

予め構築し、風向・風速を考慮して火点からの延風向や風速により延焼拡大の方向や速度が大き焼動態をシミュレーションする。拡大する延焼状く変わる。そのことを考慮して、全国全ての地点況から一時間単位の火面を生成し、延焼等時線（以を１km メッシュ単位で提供している気象情報配下、等時線という）として作成し、その等時線を信サービスを利用して、３日後までの予測情報おカバーする消防隊数（筒先数）を集計する。これよび過去の情報を取得する。

により、どの火災にいつ、どれくらいの消防力が必要であるかを予め予測して、緊援隊等の運用の⑵衛星からの延焼範囲取得

本研究の成果である建築研究所による衛星画像解析結果を JSON 形式で取得する。
衛星からの延焼範囲情報だけでなく、他の機関からでも仕様に則った JSON 形式の情報であれば、トリガーとして使用可能である。

⑶

延焼範囲情報の更新・補正機能

延焼範囲情報を複数別々に取得し、取得時間を時系列に並べ、延焼シミュレーションを再帰的に実行し、実情報を入力し随時補正することが可能
図4-1

３日後でも延焼中の事例（黒色：延焼家屋）

である。

－54－

消防防災の科学

⑷SIP4D とワンストップシステムでの情報共監視し、新しい情報があればその情報をダウン有

ロードし、気象情報配信サービスから風向・風自動計算の結果を SIP4D とワンストップシス速を取得する。

テムで閲覧可能とする。SIP4D に予め作成した仕⑵覚知時刻から３日後までの延焼シミュレーションを実行する。

様で時系列に沿った延焼範囲や必要消防力を登録し、GIS ソフトを用いて表示が可能となる。これ⑶

シミュレーションの結果から延焼範囲を抽出し、必要消防力を算出する。

により、他の情報とのマッシュアップを可能とす⑷る。登録される情報は、以下の通りである。

シミュレーションの結果を配信サーバに登録する。

・火点、延焼範囲（覚知時刻）
・延焼等時エリア（正時ごとの予測情報）
・延焼等時線（必要消防力情報を含む）⑸

高機能クライアントソフト

災害発生時に衛星からの延焼範囲取得による自動実行機能だけでなく、専用端末ソフトを用いて任意の火点を入力して延焼シミュレーションを実行する機能を有する（図4-2）。また、ユーザ権限機能を設けて組織を越えた情報共有を容易にする。
より専門的な情報を参照可能であり、消防機関での使用を想定している。

図4-2

⑹

図4-3

高機能クライアントソフトの操作画面

図上訓練等への展開

延焼シミュレーションの動作フロー

以上の操作を１つのサイクルとして、新しい情災害発生時だけでなく平時の図上訓練への活用報が追加されると、それまでのシミュレーションや住民に対して地震発生時に発生する火災の状況

結果に追加された時刻から更に３日後まで延焼シやリスクについての醸成に活用する。

ミュレーションを繰り返す。
登録した情報は、ワンストップシステムで閲覧

4.2

延焼シミュレーションの流れするか、SIP4D 用サーバからデータをダウンロー

延焼シミュレーションの動作フローを図4-3にドし汎用の GIS ソフト等で表示することが可能で示す。

ある。また、前節 ⑹ の高機能クライアントソフ⑴

トで WebGIS にアクセスすることにより、より詳

火災画像解析システムの延焼範囲情報を随時№149 2022（夏季）

－55－

表4-1

細な利用が可能となる。

検証用シナリオ

撮影時刻

4.3

衛星-

延焼シミュレーションの検証-

1日目 10：30

延焼シミュレーションのエンジンそのものの検時刻 イベント

5：30 地震発生発災

GCOM-C

11：30 トリガー

1日目 13：30

VIIRS

14：30 トリガー

証は、消防研究センターが行っているが、近年で1日目 22：30

GCOM-C

23：30 トリガー

は、糸魚川市大規模火災の際の延焼状況を実証し2日目 1：30

VIIRS

2：30 トリガーている10）。
ただし、前章でも述べたが、システムの開発以こととした。延焼範囲の覚知時間は撮影時刻であ降に衛星画像をトリガーとして実行するような大り、トリガー時刻以降から必要消防力の集計を規模火災は起きていない。そのため、本システム行った。次のトリガー取得で、その撮影時刻までの動作検証は、時系列で延焼範囲を設定したシナ

遡り新たな延焼範囲を加えて延焼シミュレーショリオ（表4-1）を作成し、そのシナリオに沿ってンを行った。

延焼シミュレーションを実行できることについて検証を行った。

シミュレーションの結果を時系列で図4-4に示す。このように、自動的に計算した結果は、衛星で撮影した画像の伝送、解析に１時間かかると想定し、１時間後にトリガーとして認識する

SIP4D 等で最新の状態を取得できることを確認した。

：10:30
10:30
10:30,13:30,23:30
10:30,13:30,23:30

160

10:30,13:3010:30,13:30
10:30,13:30,23:30,01:30
10:30,13:30,23:30,01:30

必要部隊数(隊)
必要部隊数(隊)：1407012060
100508040603040
20

：

20
10003366

1299
121515経過時間（ｈ）
経過時間（ｈ）

1818

2121

24 24

：
：

：
：

：

図4-4

シナリオの実行結果（右上：必要消防力の時間的推移）－56－

消防防災の科学集し、シミュレーションを実行することで、より５．おわりに正確な情報を提供し、迅速な対応に繋げることがSIP で最も重要視されている命題は、単に技術開発を実施するだけでなく、実際に運用され災害期待される。
※希望する消防機関に研究の成果を体験してもら対応に活用できる仕組みを作っていくことである。

えるように整備中です。詳しい内容については、社会実装、すなわち研究で終わるのではなく開当センターまで問合せをお願いします。

発した技術を社会に還元することを求められている。

謝辞

このことを踏まえて、本研究終了後に繋がるた本文の作成にあたり、共同研究者である国立研

めに整理した社会実装のイメージを図5-1に示す。

究開発法人建築研究所 成瀬友宏氏ならびに当セ

具体的には、開発した延焼シミュレーションを常ンター 一町田一二氏には多大なご協力を賜りま時起動状態にすることで、大規模災害が発生したしたこと、深く感謝いたします。

際に自動的にシミュレーションを実行し、必要消本研究の一部は、内閣府総合科学技術・イノ

防力を集計し、SIP4D へ自動で登録されることで、ベーション会議の戦略的イノベーション創造プロ

必要とする機関が、必要な情報を共有することにグラム（SIP）「国家レジリエンス（防災・減災）ある。の強化」（管理法人：防災科研）によって実施さ

ただし、3.3節でも述べたように、雲の状態にれました。

より検知できない場合や時間帯によって観測までに時間を要する場合があるため、本研究は万能ではない。そこで、衛星からの情報収集だけでなく、ヘリテレやドローンからの情報および実際の現場【参考】
1) 戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）第２期，https://www8.cao.go.jp/cstp/gaiyo/sip/sip2pd.
html (2022/6/21参照）

からの情報など様々なリソースから火点情報を収

図5-1№149 2022（夏季）目標とする社会実装のイメージ－57－2) NR2被災状況解析・共有システムの開発，https://www.bosai.go.jp/nr/nr2.html (2022/6/21参照 )3) 全 国 各 地 か ら 駆 け 付 け る「 緊 急 消 防 援 助 隊 」，
https://www.fdma.go.jp/mission/prepare/rescue/(2022/6/21参照）
4) 基盤的防災情報流通ネットワーク SIP4D, https://www.sip4d.jp/ (2022/6/21参照）
5) 気象変動観測衛星 (GCOM-C),https://suzaku.eorc.
jaxa.jp/GCOM_C/index_j.html (2022/6/21参照）
6) Terra/Aqua(MODIS)「テラ衛星およびアクア衛星」
モ デ ィ ス の 概 要・ 諸 元，https://www.sed.co.jp/
sug/contents/satellite/satellite_modis.html (2022/6/21参照）

7) 衛星情報データベース（衛星総覧）Suomi NPP，
https://www.restec.or.jp/satellite/suomi-npp(2022/6/21参照）
8) 消防庁「より効果的な印や火災の消火に関する検討 会 」 資 料，https://www.fdma.go.jp/singi_kento/kento/post-88.htm (2022/6/21参照）
9) 高梨健一、細川直史，(4) 大規模地震災害時等の同時多発火災対応に関する研究，消研輯報72（平成30年度），pp.24-35，2018年
10）第２回糸魚川市大規模火災を踏まえた今後の消防のあり方に関する検討会 資料２，https://www.
fdma.go.jp/singi_kento/kento/items/kento187_33_
shiryo2.pdf（2022/6/21参照）－58－

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