Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
泡倍率、還元時間)、泡のシェアストレスなど、様々なパラメーターが作用する。従って、非常に複雑な現象となるため、今回行った展開性も定性的に判断すべきと考えられるが、水成膜系の泡消火剤とたん白系の泡消火剤の展開性は大きく異なることが確認された。

### 3.2 各泡消火剤の火炎コントロール特性

図3に各泡供給率に対する燃焼時の90%コントロール時間を示す。90%コントロール時間とは、自由燃焼時の最大放射熱量に対し、90%制御したときの時間を示す。また丸で囲まれた記号は、90%コントロールはできるが、完全な消火には至らないことを示す。

SDは、泡供給率5.0Lpm/m²においても消火しておらず、また1.25、1.5Lpm/m²での消火試験も実施しているが、低い泡供給率の時は、90%のコントロールも出来ないことを示している。

また図2に示すように、Pは他の泡に比べ泡の展開性が悪く、90%コントロールまでの時間が長くなり、更に低い泡供給率では、消火性能が極めて悪化している。

またAFFF、AR-AFFFも、図2に追従したコントロール性能を有している。僅かであるが、AR-AFFFは、AFFFに比べコントロール性能が劣る。これは、水成膜泡に付与した粘性が、泡の油面展開能力に影響すると考えられる。これより泡の展開速度は、消火に対し重要な要素の一つであると考えられる。

またFPの90%コントロール時間は、Pと水成膜系の泡消火剤との間に位置する。FPは、AFFFに比べ耐熱性、耐油性にすぐれており $ ^{7} $ 、火炎や油からの消泡を防止できる。そのため泡の展開時間の長さを泡性能によりフォローできる可能性があり、また水成膜泡消火剤に比べ、泡供給率に対するコントロールの寄与効果が大きいことが図3の勾配から観察される。

### 3.3 各泡消火剤の消泡性

消泡性とは、耐熱性と耐油性を加味しており、今回の試験では、それぞれ個々の評価は出来ないが、耐熱、耐油性の両者を含めた消泡性について定性的であるが検討を行った。

図4は、消火時に泡が消泡した厚み（量）を泡供給率

図3 泡供給率に対する90%コントロール時間

に対しまとめている。図3に示すように、消火できない条件下での泡の厚み計測は、壁面での温度分布を参考にして概算した。

各消火剤の中で、SDがもっとも消泡しやすいことが分かる。またPもSDの次ぎに消泡しやすく、上述したように、油汚染による影響 $ ^{6} $ 、展開性の悪さによる火炎からの熱暴露に伴う消泡作用が多く寄与すると考えられる。

またAFFFも消泡量が多く、同じ水成膜系の泡消火剤であるAR-AFFFと比べ、5倍近く消泡量が大きくなる。90%コントロール時間を考えても展開は、たん白系の泡消火剤に比べ、2～3倍程度速く、また火炎に暴露される時間も短いと言える。このような条件下で消泡量が多いと言うことは、AFFFの耐熱性が低いと考えられる。特に低い泡供給率では、図2、3をみても、火炎からの暴露時間が長く消泡しやすくなることが予想される。消火性能を評価する上で、消泡量は、消火における最低泡供給率を決定する上で一つの重要な要素であると考えられる。

今回使用する泡消火剤の中で、AR-AFFFとFPがもっとも消泡しにくく、定性的であるが耐熱性および耐油性に優れた泡消火剤であると考えられる。

### 3.4 各泡消火剤の再燃特性

図5に各泡消火剤に対する再燃特性を示す。再燃とは、自由燃焼時の最大放射熱に対し、5％以上の放射熱に達する状態と定義する。

今回は紙面の関係上、泡供給率2.5Lpm/m²のみ掲載するが、泡供給率が高い状態、または低い状態でも現象的に類似傾向を示す。

表3へ示すように、火皿中心に置かれる再燃試験用ポットに着火し、12秒後AFFFの再燃強度は、全面燃焼時の6～7割に達する。泡放射条件（ジェントル、フォース

表 3 水成膜系泡消火剂の再燃特性

泡消火剂	再燃開始時間
[sec]	最大再燃強度
[kW/m²]	再燃繼続時間
[sec]
AFFF	12	6.5	32
AR-AFFF	133	2.8	85

図４ 泡供給率に対する消泡量
フル）によって再燃特性は変化するが、フォースフル方式の場合、AFFFは、泡が油を包含しやすいので、全面燃焼に近い状態で再燃するものと認識する必要がある（図6参照）。

また水成膜系の泡消火剤であるAR-AFFFの再燃強度は、全面燃焼の3割程度であるが、AFFF同様再燃が生じることを認識する必要がある。泡の粘性が高いため油を包含しやすく、放射方法（フォースフル）によっては全面燃焼に近い状態となり、また油汚染された泡からの可燃性蒸気が抑制され、AFFFに比べ再燃開始時間が増加したものと考えられる。

たん白系の泡は、水成膜系の泡とは異なり、再燃は生

図 5 各泡消火剤の再燃性

じない。しかしながら図7に示すように、自由燃焼時に対する最大放射熱の5％以下の火炎は、P、FPともに存在し、泡表面を伝播する火炎（フリッカー火炎）、または局所的に発生する輝炎（キャンドル炎）は、泡表面上にランダムに存在する。しかし、水成膜系の泡消火剤とは異なり、再燃試験開始直後に生じる、全面燃焼に近い再燃特性は、どの泡供給率においても見られなかった。

### 3.5 各泡消火剤の規模効果

規模効果による、油面への泡被覆時間、および90%コントロール性能は、火皿面積に対するフットプリント（泡落下領域）の面積率に影響すると考えられる。面積率が変化すれば、泡の油面展開長の変化に伴う油汚染の影響や被覆時間の変化により、消火性能に大きく影響することが予測される。

図8に、泡供給率2.5Lpm/m²で、火皿面積に対するフットプリント（泡落下領域）の面積率を示す。面積率は、AFFF、AR-AFFF、FPの順に高くなっており、これは表2に示す発泡倍率の大小に影響すると考えられる。また各泡消火剤における面積率は、1m²と2m²でほぼ同等の値を有し、4m²から6m²にかけて、急激に面積率が減少している。この様な傾向は、ノズルの放射特性、および各泡消火剤の発泡倍率に大きく依存すると考えられる。

実際、規模効果を考察する場合、火皿面積に対する、

【Ignition】

【After 10 sec.】

【After 20 sec.】

図6 AFFFの再燃の様子

【フリッカー炎】

【キャンドル炎】

図7 FPのフリッカー炎・キャンドル炎の様子
フットプリント（泡落下領域）の面積率を一定にし、消火性能を評価しなければならないが、今回は、面積率が変化するとき、被覆時間と90%コントロール性能に対し、どのような影響を与えるのか、定性的に図9，10へまとめている。

図9の油面被覆時間は、各泡消火剤に対し、火皿面積の増加に伴い長くなる。これは図8に示す、面積率の傾向と、各泡消火剤の展開性に影響される。油面展開性の優れた水成膜系泡消火剤の油面被覆時間は、火皿面積が増加しても、たん白泡系のFPに比べ早くなる。これは、図2に示したAFFF、AR-AFFFとFPの油面展開性に起因

(泡供給率 2.5Lpm/m²)

図８ 火Ⅲ面積に対する泡落下領域の面積率

(泡供給率 2.5Lpm/m²)

図9 火皿面積に対する泡の被覆時間

図10 火皿面積に対する90%コントロール時間

するものと考えられる。また、図8の面積率から見ても、面積率の低いFPは、油面被覆時間も増加しており、逆に面積率の高いAFFF、AR-AFFFは、短くなっている。しかしながら、AFFFに比べ面積率が小さいAR-AFFFが同等の被覆時間になる理由として、発泡倍率、25％還元時間からも、AR-AFFFの単位体積あたりの泡質量は、AFFFに比べ高くなり、油面展開時の高い運動量を確保するため、AFFFと同等な被覆時間になると考えられる。

更に、図10に示す火皿面積に対する90%コントロール時間の傾向も、図9の油面被覆時間とほぼ同じ傾向となる。すなわち、図3と同様、展開能力の差が90%コントロールに影響されることが分かる。

火皿面積に対する泡の油面被覆時間、および90%コントロール時間から、規模効果は存在し、油面展開性、および火皿面積に対する泡落下領域の面積率に大きく影響されることが分かった。

石油タンク火災（n-ヘプタン）に対する泡供給率を決める際、規模効果を考慮した上で、実消火時の泡供給率を決めるべきである。

### 4. まとめ

(1) 泡供給率を増加しても、SDでは消火困難である。

(2) Pは展開性が悪く、また低い泡供給率では極めて消火性能が悪化する。

(3) 90%コントロールのみ評価すれば、コントロール性能の優れた泡消火剤は、AFFF、AR-AFFF、FPの順となる。

(4) 石油タンク火災（n-ヘプタン）に対し、消火性能、再燃特性を考慮し総合的に評価すれば、推奨する泡消火剤はFP、AR-AFFF、AFFFの順になると考えられる。

(5) 火皿面積に対する泡の油面被覆時間、および90%コントロール時間から、規模効果は存在し、油面展開性、および火皿面積に対するフットプリント（泡落下領域）の面積率に大きく影響されることが分かった。石油タンク火災（n-ヘプタン）に対する泡供給率を決める際、規模効果を考慮した上で、実消火時の泡供給率を決めるべきである。

### 5. 今後の課題

油種の違いによる消火性能、予燃時間が消火性能に及ぼす影響、または泡の展開性、油汚染性等のより基礎的な実験を重ね、泡消火のモデルングのためのデータベース構築を行い、最終的には大規模石油タンク火災に対する泡消火のプロトコル作成が重要な課題となる。

## 謝辞

今回実験実施にあたり、第一化成産業株式会社の田中良樹氏、平塚保幸氏、眞仁田健二氏、中田稔氏、築地千
春氏、本多光浩氏、増田哲也氏、さらには、深田工業株式会社の木戸健二氏、佐澤潔氏、小川耕司氏には多大のご協力を頂いた。多くの方々のご協力により、本稿をまとめることができたものであることを記し、深く謝意を表する次第である。

## 参考文献

1）古積博：“ケミカルエンジニアリング7月号”，pp.48-53，(2004)

2) Dougal, Drysdale.: “An Introduction to FIRE DYNAMICS 2nd Edition”, pp.160-168, John Wiley&Sons Ltd. (1998)

3) NFPA11-Standard for Low-Medium, and High-Expansion Foam (2002 Edition), pp.64-69, National Fire Protection Association(2002)

4）沖山博通：“泡消火剤の組成”，石油コンビナート等防災体制検討会資料（2004）

5) ISO-7203-1.AnnexesE,-Fire extinguishing media-Foam concentrates-, P.12, International Standard(1995)

6）沖山博通：“泡消火剤一その⑭一”，東京法令月刊消防,pp.75-84,(1980)

7) Persson, B. etc.: “FOAMSPEX”, pp.12-15, SP Report 13(2001)
# Relation between Extinction Performance and Application Rate of Fire Fighting Foams for n-heptane Pool Fire

(Abstract)

Hiroyoshi Naito, Akio Takemoto, Hiromichi Okiyama, Yoshiyuki Matsubara

(Accepted November 25, 2005)

The extinction method by fire fighting foam is the most effective at the oil storage tank fires. However, combined extinction strategy including the fire fighting foam, the foam expansion mechanism, and the foam properties and the foam discharge method, etc. has not been established yet. An effective fire fighting foam was selected for the parameter of the foam application rate as the former stage to establish the extinction strategy of large storage tank fires.

Conclusions of this experiment are summarized as follows.

(1) Even though the foam application rate is increased, n-heptane pool fire cannot be extinguished with SD.

(2) The extinction performance of P at a low foam application rate deteriorates extremely due to slow foam spread rate.

(3) When evaluating the extinction performance at 90% control time of n-heptane pool fire, the recommended fire fighting foam becomes the order of AFF > AR-AFFF > FP.

(4) When the initial extinction performance and the burn back performance are considered, the recommended fire fighting foam becomes the order of FP > AR-AFFF > AFFF.

(5) The influence on the scale effect exists depending on the covering time of the foam and 90% control time. When the foam application rate to oil tank fires is decided, the scale effect becomes important.
技術報告

# 応急対応需要量推計システムの開発・評価・検証

胡 哲新、遠藤 真、座間 信作、関沢 愛

(平成17年12月1日受理)

### 1. はじめに

地震被害想定は、合理的な地震防災対策のための基礎的な資料を提供するものとして欠くことのできないものである。しかしながら、地盤情報や建物情報などの収集・整理に極めて多大な労力、時間及び経費を要し、ともすれば想定そのものが自己目的化している感がある。また、応急対応計画との連結性が希薄である $ ^{1} $ と指摘されている。そこで、必要な精度を確保しながら、同時に迅速簡便性を追求し、任意の地震に対して誰でも簡単な操作で即時的に結果を得ることができる簡易型地震被害想定システムを構築してきた $ ^{2,3} $ 。しかし、減災への行動は被害量を提示するだけでは大きな推進力にはならず、直接的に応急対応等を進めるために必要な情報を与える必要がある。

兵庫県のフェニックス防災システムでは、被害想定に基づいた人員、物資、資機材等の需要量予測が行われているが、そこで用いられる各種推定式のパラメータは兵庫県の地域性を反映しており、全国レベルで推定できないという問題が挙げられる。そこで、これまで開発されている簡易型システムを活かしつつ、迅速な予測が可能な需要量推計システムを構築した。本稿は、このシステムの開発、評価及び検証結果を併せて報告するものである。

### 2. システム開発

### 2.1 開発方針及びコンセプト

本システムは、地方自治体の災害対策本部の防災担当者をユーザとし、特殊なデータセットや高額な情報機器を必要としない、スタンドアローションステムとして稼動し、全国のどこでも使用可能なシステムとすることを、基本方針とする。また、図1に示す「被害予測→応急対策需要量→受援需要量」の関係に基づき、発災時の応援要請などの意思決定を支援することを開発コンセプトとする。具体的には、

(1) 災害時の利用については、

①発災直後では想定被害数に基づき応急対応需要量が推計される。

②事前に入力された各自治体の備蓄等を対応可能量として、受援需要量が即時的に提示され、迅速な応援要請を行うための判断材料を提供できる。

③時間の経過とともに入ってくる実情報を取り入れることにより、受援需要量がリアルタイムに更新され、部隊の編成、物資の配分などの判断材料として活用できる。

(2) 平常時の利用については、

①様々な被害シナリオのもとで想定される応急対策需

図1 システムの開発方針及びコンセプト
要量を用いて、地域内における防災資源の備蓄や、応援協定の締結等の参考資料とすることができる。

②公的な対応力で応急対策需要を供給するには限界があるため、需給のバランスを考えるだけでなく、公的機関に求められる対応量を減らしていくために、住民レベルで被害軽減や日常的備蓄の促進、さらに初動対応における自主防災組織、地域住民の力を強化していく対策を講じる際の基礎資料とすることもできる。

### 2.2 基本的機能

上述の開発方針及びコンセプトに基づき、以下の機能を持たせた。

(1) 簡易型地震被害想定システムをベースとして、全体の被害予測及びその面的分布を初期画面に表示できる(図2参照)。

(2) 被害予測結果に基づき、都道府県、市町村別の被害量、需要量及びそれらの合計結果を推計できる（図3参照）。

(3) 自治体ごとの対応可能量を予め入力することにより、応急対策別の受援需要量を推計できる（図4参照）。

(4) 指定した市町村において、被害量に基づく需要量の推計アルゴリズムを視覚的に提示できる（図5参照）。ここで、自治体独自のパラメータや初期値を入れることにより、地域特性を反映した推計結果が得られる。また公的機関による対応量を軽減する要因（例えば、「初期消火率」の向上や、平常時の備蓄等による対応可能量の充実等）を理解するためのツールとすることも可能である。

(5) 実被害の入力により、実情報に基づくリアルタイム推計を行える（図6参照）。

### 2.3 今回のシステム構築手法

## (1) データベース

1 km メッシュ単位で全国的に整備されている「国土数値情報」、「国勢調査（平成12年）」を基本データベースとした。

## (2) 推計項目及びアルゴリズム

過去の大規模震災事例で共通して必要となった応急対策事項を、「救助救出」、「救急医療」、「消火活動」、「遺体処理」、「ガレキ処理」、「被災者救援」といった6項目に絞って抽出した。それぞれの事項に関する需要量項目の詳細並びに推計に必要となる被害項目の一覧を表1に示す。また、システム開発を行うための推計アルゴリズムについては、過去の研究成果を踏まえて、1kmメッシュ単位で計算できるように整理した需要量推計資料 $ ^{4)} $ を用いた。

図２ 初期画面及び推定結果の面的分布画面

図 3 需要量推計画面（都道府県、市町村別及び合計結果）
債券項目	月日	2005/3/22 20:01	山口市	予測
需要量	封証
可能量	受損
需要量
マグニチュード	8:0
減大	10	km	メタルクア・傾
性疾患者対応	精神科スタッフ
損害科	精神科スタッフ
損害科	需要量
算出日時	2005/3/4 14:03
市町村名	山口市	遺体処理	死者数
市町村コーポ	35203	必要指数
最大速度	8.52	cm/s	ドライアス
損害科	需要量
最大計准順度	+116	損害科	需要量
家庭被害数	-	棟	がかれ量
火災件鈴	0	件	一時保管場所必要面積
死者鈴	0	人	閣室対象価値留所
負債者数	0	人	危険所調査室
進頻者数	0	人	損害科	損害科	需要量
予測
需要量	対応
可能量	受損
需要量	危険所調査室
需要量	可能量	需要量	危険所調査室
出火件数	件	避難者数
必要火針路数	隊	避難者数
必要間先	口	避難所間設(生活確保)
必要水量	t	担架
必要ポンプ率款	台	运撃セット
大破攕数	棟	発電機
中破攕数	棟	投光器
起撃散出面所数	儲所	火災装置
救助部隊数	隊	爆水機
資源材を小損	セ小	砧水槽
必要人員	人	テント
重撃数	台	腸易トイレ
重傷者	人	防水シート

図４ 市町村別の受援需要量推計画面

図 5 被害量に基づく応急対応需要量の推計関連図

図6 実情報（左：被害情報、右：対応可能量）の入力画面

表1 システムの取り扱う被害予測・需要量推計の項目

被害項目	需要量項目
救助救出	救急医療	消火活動	遺体処理	ガレキ	被災者救援
建物被害数
火災件数
死者数
負傷者数
避難者数
要救出箇所数
ガレキ発生量	部隊数
資機材数
重機数
人員数	救急隊数
救急車数
^リコブタ数
医師数	部隊数
筒先数
水量
ポソブ車数	棺数
ドライイス	一時保管場所面積	避難所数
非常食
飲料水
毛布
仮設トル
災害弱者用品
### 3. システム評価

このようなシステムは、実際に現場で活用されてはじめて意味をなすものであることから、実際に地震災害を経験した地域（兵庫県、神戸市）、東海・東南海・南海大地震による被害が懸念されている地域（三重県）、地震災害の少ない地域（鹿児島、山口）などの自治体防災担当者を対象に、調査票の記入及びヒアリングによるシステム評価を行った。

具体的には、需要量推計システムの実演を通して、「災害イメージの把握」、「情報空白期における使用」及び「防災訓練での使用」における有用性に関する五段階評価を記入してもらうとともに、意見聴取を行った。その結果、概ね肯定的評価を得た。図7に評価結果の集計を示す。「情報空白期の使用」について、「どちらともいえない」という意見が多いようにみられるが、これは被害及び需要量の推計精度に対する疑問を反映したものと考えられる。また、システムの実用化に向けて、表2に掲げるいくつかの課題、要望が挙げられた。今後、これらを踏まえて継続的開発及び改良を行っていく予定である。

### 4. 推計精度の検証

2004年10月23日午後5時56分に発生した新潟県中越地震は、1995年兵庫県南部地震以降で最大の被害をもたらした地震となった。その被害の内訳（2005年7月1日現在）は、死者48人、重傷者635人、軽傷者4169人、住家被害は全壊3,181棟、半壊13,531棟、一部破損104,467棟、建物火災9件、避難者数は最大103,178人であった $ ^{5)} $ 。また地震による直接被害は3兆円と推定されている。ここでは、この地震による被害及び応急対応需要量を用いて、

図７ 需要量推計システムの評価（計：12名）

(静岡県：4名、四日市市：4名、山口県：2名、鹿児島市：2名)

表 2 地方自治体の防災担当者によるシステム評価

有用性	災害時	• 予測される被害量、発生傾向地域及び需要量は初動態勢の参考になる
平常時	• 防災訓練に活用が可能、応急対策の具体化及び実践性を図ることにつながる
問題点	開発コセプト	• より頻発な風水害等にも対応するようにアレンジすべき• 標準化したものにするとともに、地域性を踏まえて、提供機能及び情報要素は可能な限りカスタマイズできるようにすべき
運用体制	• 既存システム（被害集計システム等）との連携を考慮すべき• システムを取り扱う人員確保が必要• 情報共有化を図る必要がある
災害時機能	• 実情報に基づいて動くので、システムにどこまで任せられるかが不明• 想定できないことに対してどうするかが不明
平常時機能	• 研修に使える機能をより充実させる必要がある
ユーザーインタス	• 簡素・直感的操作画面が必要である。例えば、メニュー（ボタン）を大きく、スクロールを使わず、操作手順を示す、画面転換を少なく、大区分、中区分、小区分ごとの情報提示等
精度	• システムにどれほど寄与できるのかが不明
システムの精度の検証を行った。

### 4.1 被害予測精度の検証

発災時の「応援要請」及び「救援物資・人員の有効かつ合理的利用」を支援するという観点から、本稿では、「県全域の予測値」と「市町村別の予測値及び相対序列（いわゆるオーダー）」について、精度の検証を行った。図8～図14は新潟県中越地震による被害の実際 $ ^{5)} $ と本システムで得られた被害予測値を比較したものである。これらの結果から、以下のことがわかる。

(1) 死者の予測数は新潟県計65名であり、実際の48名とほぼ一致したといえる。一方、図8により市町村ごとの死者数の分布には若干ずれが見られるが、これは今回の地震では、震災関連死が死者数の大半を占めたことが影響していると考えられる。一方、オーダー的に見た場合に、死者の発生傾向地域は概ね一致した結果がみられる。

(2) 負傷者の予測数は新潟県計重傷890名、軽傷3,761であり、実際は重傷634名、軽傷4,160名あった。凡そー致した結果となっている。また市町村ごとの負傷者の予測値と実数の比較を図9、図10に示す。開発したシステムにおいては、重篤・重症・中等症・軽症という指標 $ ^{4)} $ を用いているが、消防庁の被害報告は重傷・軽傷という指標 $ ^{8)} $ が用いられている。表4から、“重篤者数十重症者数＝重傷者数”、“中等症者数十軽症者数＝軽傷者数”はほぼ成立すると見なすことにした。図910から、市町村別の負傷者（重傷・軽傷）予測については、絶対値的にも、全体のオーダー的に（相関係数は0.86以上）見た場合とも概ね一致した結果がみられた。

(3) 建物被害の予測数は新潟県計大破2,252棟、中破4,824棟であり、実際は全壊3,181棟、半壊13,531棟であった。また市町村ごとの建物被害の予測値と実数の比較を図9、図10に示す。建物被害予測においてそもそも問題になる点の一つに、災害程度の表現がある。各自治体により「全壊・半壊」や「大破・中破」など様々な指標が採用されており、同じ指標であっても自治体によって被災程度もまちまちである $ ^{6} $ 。開発したシステムにおいては大破・中破という指標 $ ^{7} $ を用いて建物被害予測を行っている。一方、実被害とされる消防庁の被害報告では全壊・半壊という指標 $ ^{8} $ が用いられている。しかし、表3を見る限りほぼ同じ記述であり、ここでは同一の判定基準と見なすことにした。県全体の予測値においても、図9、図10に示される市町村別の予測値においても、大破・中破のいずれも実際より小さく、特に中破は過小評価となっている。一方、オーダー的に見た場合に、相関係数は高くないものの、建物被害の発生傾向地域は概ね実際を反映している結果がみられる。

(4) 火災の予測件数は2件（長岡市）であり、実際の9件（長岡市5件、小千谷市、十日町、越路町、川口町1件ずつ）と同じオーダーと見なすことができよう。(図13参照)

(5) 最大避難者数の予測数は新潟県計87,676名であり、実際は103,178名であった。また市町村ごとの最大避難

表 3 建物被害程度の定義

システムにおける用語	被害報告における用語
大破	中破	全壊	半壊
そのままでは使用 できない状態	そのままでは使用 できるが、かなりの 修復が必要	居住のための基本 的機能を喪失した もの	居住のための基本的機能の一 部を喪失したものの、補修す れば元通りに再使用できる。

表 4 負傷程度の定義

システムにおける用語	被害報告における用語
重篤	重症	中等症	軽症	重傷	軽傷
設備の整った病院で本格な治療を受けないと命に関わる程度のげが	1ヶ月以上の入院加療を必要とするけが	1ヶ月未満の入院加療及び専門医の施療を必要とする負傷	専門医による施療を必要としない軽度の負傷	医師の治療を受け、1月以上の治療を要する見込みのものとする	医師の治療を受け、1月未満で治療できる見込みのものとする
図8 予測死者数と実数の比較

図9 負傷者の予測値と実数の比較（1）

図10 負傷者の予測値と実数の比較（2）
者数の予測と実数の比較を図14に示す。絶対値的に見た場合に、若干誤差があるものの、オーダー的（相関係数約0.75）には概ね一致した結果がみられた。

### 4.2 需要量推計精度の検証

新潟県中越地震により実際の応急対応需要量に関するデータを得るために、被害が比較的大きかった「長岡市」、「小千谷市」、「十日町市」、「魚沼町」の市役所に問い合わせてみたが、大規模災害時にそのような記録ができないことや、記録があったとしても収集、整理ができていない等の理由から、小千谷市のデータのみ集めることができた。ここでは、小千谷市で得られたいくつかの応急対応需要量とシステムの推計結果の比較を行うことにした。図15にその比較を示す。集計結果からは、全体的に需要量の推計値は過小評価となっており、誤差も大きいようにみられる。その原因の一つとしては、被害予測による誤差がそのまま需要量予測に受け継がれていると考えられるため、被害予測誤差の影響を除き、単位被害量に対する需要量（以後「原単位」と呼ぶ）を求め、需要量推計精度の検証を行うことにした。検証結果をまとめると以下のようになる。

(1) 避難所数の需要量に関して、システムでは平均500人あたり1箇所の開設としているが、今回の地震では、避難場所の規模は様々であり、最大2500人、最小6人の収容人数となっており、小千谷市全体の平均では、1箇所約2400人を収容した。今後、各地域の指定避難場所の資料に基づいて、必要な避難所数を推計していくことが合理的であろう。

(2) 非常食の需要に関しては、今回の地震では最多5食/人日、最少2食/人日、平均として3食/人日の供給となっており、システムでの3食/人日の設定は適切であったといえる。

(3) 応急危険度判定を必要とする実際の建物棟数は、全壊及び半壊建物棟数の2.5倍であった。これはシステムで大破及び中破棟数の3倍で推計した結果とほぼ一致している。また、危険度判定を行う調査職員の必要人数についても、システムでは1名あたり1日9棟と設定してお

図11 建物被害の予測値と実数の比較(1)

図12 建物被害の予測値と実数の比較(2)
図13 火災件数の予測値と実数の比較

図14 最大避難者数の予測値と実数の比較

図15 応急対策需要量の予測値と実数の比較
り、実際の8棟/人日との結果とほぼ同じであった。

(4) 仮設トイレの需要量については、システムでは60人／基としているが、小千谷市においては30人／基の結果となっている。しかし、他の調査資料 $ ^{9)} $ によれば、60人／基の設置が適切であったとの報告もある。

以上の結果から、需要量予測の誤差の多くは被害想定によるものであり、原単位でみた場合に、ほぼ一致していたことがわかる。

### 5. まとめ

災害時の応急対応を情報面において支援するためのツールとして、「応急対策需要量推計システム」を開発した。ユーザとしての防災担当者により概ね肯定的評価が得られた。また2004年新潟県中越地震の被害データ及び小千谷市における応急対応需要量データを用いて検証を行った。全国的に使用できるようにしたシステムは、計算精度を犠牲にしている面は否めないが、大規模地震が発生した際に、行政がどの地域にどの程度の応急対応需要が発生して、地震対策をどのように考えるかについての大まかな目安になればと考えている。

被害予測については、実際の被害と概ね一致した結果となった。今後、震度情報を用いて、距離減衰式や増幅度等を考慮した面的分布の補正手法の開発や、地震動と被害との関係の更なる検討等々を図っていくとともに、より多くの震災事例を用いて継続的に検証し、精度の向上に向けて進めていく予定である。需要量推計については、得られたデータに限ったものではあるが、原単位でみた場合には、概ね一致した結果が得られた。今後他の応急対策項目について、またより多くの震災事例において検証を行っていく必要がある。

これまで得られた防災担当者の意見をシステムに取り入れ、改良を重ねていくとともに、本研究の成果物であるソフト（システム）は、全国の自治体に無償配布する予定である。なお，本研究は振興調整費「大都市大震災軽減化特別プロジェクト」によったものである。

## 参考文献

1）吉井博明：シナリオ型地震被害想定、地震と情報、東京都立大学・都市研究センター、pp.105-117（1993）

2）座間信作、細川直史：簡易型地震被害想定システムの開発、消防研究所報告、No82、pp.26-33（1996）

3）座間信作、遠藤 真、細川直史、畑山 健、簡易型地震被害想定システムの改良、消防研究所報告、90、1-10（2000）

4）胡哲新、遠藤真、座間信作、畑山健、関沢愛、新井場公徳、鄭炳表、久保田勝明、高梨健一、細川直史：震災時の応急対応需要量を推定するためのアルゴリズム、経験則に関する資料－応急対応支援システムの開発に向けて－、消防研究所研究報告書（2004）

5）総務省消防庁ホームページより：平成16年（2004年）

新潟県中越地震（第67報）http://www.fdma.go.jp/detail/527.html

6）损害保险料率算定会：地震被害想定資料集、pp3-43(1998)

7）藤原賢也、佐伯琢磨、坪川博彰、岩橋平和、小栗秀果：建物被災度判定基準にもとづく地震被害予測手法の組み合わせ、地域安全学会論文集、pp210、No.3(2001)

8）防災行政研究會、10訂版火災報告取損要領、pp375、(1991)

9）山下亨：災害時のトイレ権－阪神淡路大震災のトイレ大混乱を省みてー、近代消防、Vol. 527、pp99(2005)
# Development, Evaluation and Verification of the Demand-Supply-Resource Estimation System

(Abstract)

Zhexin Hu, Makoto Endo, Shinsaku Zama, and Ai Sekizawa

(Accepted December.1, 2005)

In order to support initial responses after large earthquakes, we developed a system that can estimate the amount of necessary response labors, time and supplies for initial responses in municipalities level. Evaluations by people who are in charge of disaster response were conducted and results showed that the system will be valid just after a large earthquake. Verifications of estimation accuracy of the system were executed and results show that the system gave good estimation with the value that had been obtained from the Mid Niigata Prefecture Earthquake in 2004. This paper reports the outline of the development and the results of evaluations and verifications.
技術報告

# 消防活動支援ネットワーク構築を目的とした 有線リンクと無線リンクの混在するネットワークの AODVによる制御手法に関する実験的検討

高梨 健一、加藤 聰彥 $ ^{*} $ 、伊藤 秀一 $ ^{*} $

菅田 明則 $ ^{**} $ 、児島 史秀 $ ^{**} $ 、藤瀬 雅行 $ ^{**} $

(平成17年12月5日受理)

### 1. はじめに

近年、ある場所に集まった端末が、端末間で無線通信を行って動的にネットワークを構築するアドホックネットワーク技術に関する研究開発が活発に行われている。アドホックネットワークでは、ネットワークに属する端末は中継機能を持っており、ある二つの端末間で、直接通信を行うことができない場合には、それらの中間に存在する端末が中継を行うことにより、通信を可能としている。

消防隊の用いる携帯無線機や車載型無線機等の通信機器をアドホックネットワーク技術に対応させ、消防活動支援ネットワークを構築した場合には、図1のように災害現場毎にアドホックネットワークが構成されるため、同一の管轄内に複数のアドホックネットワークが構築されると考えられる。このとき、同一アドホックネットワークに属する機器間での通信はもちろんのこと、消防署を経由して異なるアドホックネットワークに属する機器間での通信や、消防本部等に設置されている指令台やサーバなどの固定機器との間での通信が可能でなければならず、さらには、活動中に防火扉等によって無線通信が阻害された場合に有線通信に切り替えることも可能でなければならない。

しかしながら、従来行われてきた検討では、アドホックネットワークに属する機器は無線インターフェイスを有する事を前提としており、これまでにもアドホックネットワークを消防活動支援に適用した例が報告されてはいるものの¹、有線リンクの利用は行われてきていない。また、アドホックネットワークを通常のIPネットワークに接続する手法についても、IETF（The Internet Engineering Task Force）のMANET（Mobile Ad-hoc Networks）ワーキンググループ²において標準化されているオンデマンド型のAODV（Ad hoc On-demand Distance Vector）ルーチング³）を対象として開発されたAODV-UU⁴）をはじめとして盛んに研究が行われているものの、消防活動支援ネットワークを構築するために必要な機能を持たないため、消防活動支援ネットワークの構築に用いることは難しい。

このような背景から、筆者らは、消防活動支援ネットワークを構築するために、有線リンクと無線リンクが混在するアドホックネットワークを構成する手法について検討を行ってきた $ ^{5} $ 。

本稿では、その手順の詳細とAODV-UU上に提案する方式を実装した結果について述べる。以下、2節においてAODVの概要を説明し、3節において設計方針を示す。更に4節において、ネットワークを構成するために必要となるAODV対応ルータの機能およびルート検出手続きについて示し、5節において、AODV対応ルータの実装とその動作の検証について示す。最後に6節において、まとめと今後の課題について述べる。

図1 アドホックネットワークを活用した消防活動支援ネットワークのイメージ
### 2. AODVの概要

アドホックネットワークは、中継機能および経路制御機能を持つ端末により構成されるネットワークであり、直接通信を行うことのできない端末間で通信を行う場合には、その中間にある端末がパケットを転送することにより通信を行う。

AODVは、アドホックネットワークを構成するために用いられるアドホックルーチングプロトコルの一種であり、既に述べたようにIETFにおいて標準化がなされている。

AODVはオンデマンド型もしくはリアクティブ型と呼ばれる種類に分類されるプロトコルであり、通信経路が必要となって初めて経路検出手続きが実行される。本節では、AODVの経路検出手続きについて概説する。

### 2.1 RREQ（Route Request）メッセージによる逆方向のパス（リバースパス）の形成

アドホックネットワークに属するあるノードが、他のノードへ向けてIPパケットを送信しようとするとき、発信元ノードは、最初に自分自身のルーチングテーブルを検索する。もし、ルーチングテーブル中に対応する経路がない場合には、RREQメッセージを生成し、ブロードキャストする。RREQメッセージのフォーマットは図2のように定められており、このとき、発信元ノードは、RREQメッセージのDestination IP AddressにDのIPアドレスを、Originator IP Addressに自分自身のIPアドレスを、ホップカウントに0をそれぞれセットするとともに、RREQ IDをセットする。RREQ IDは各ノードで管理された整数であり、RREQにセットされる前にそれまでの数字から1増やされる。

各ノードは、RREQメッセージを送信する際にRREQ IDとOriginator IP Addressの組を記憶する。このことにより、自分自身が送信したRREQメッセージを隣接ノードから受信した場合や、既に受信したRREQメッセージを再度受信した場合に、受信したRREQメッセージを無視することができる。

RREQメッセージを受信したノードは、まず、リバースパスを設定するために、Originator IP Addressフィールドに含まれるIPアドレスに対応するルーチングエントリが、ルーチングテーブル中に存在するか否かをチェック

Type	J	R	G	D	U	Reserved	Hop Count
RREQ ID
Destination IP Address
Destination Sequence Number
Originator IP Address
Originator Sequence Number

図2 RREQメッセージのフォーマット

する。もしルーチングテーブル中に存在しない場合にはエントリを作成してリバースパスをセットし、そのホップカウントは受信したRREQにセットされたホップカウントの値に1を加えたものが用いられる。

続いて、RREQメッセージのDestination IP Addressに対して、次の条件のいずれかが該当するかチェックする。

· RREQ メッセージのDestination IP Addressが自分自身のIPアドレスと等しい。

・ RREQ メッセージのDestination IP Addressに対するルーティングエントリを持っている。

もし、これらの条件のいずれかに当てはまる場合には、そのノードはRREPメッセージに関する処理を開始する。もし、そうでない場合には、RREQメッセージのホップカウントを1増やして、再度ブロードキャストする。

RREQメッセージによってリバースパスが形成される場合の例を図3に示す。図中で経路探索を開始するノードをS、経路探索の対象ノードをDとする。また、図中の円はメッセージの到達範囲を示す。更に矢印と数字は、各ノードでのパスとホップカウントを示す。

まず、Sが、Destination IP Address、Originator IP Address、ホップカウントを、それぞれ、D、S、0に設定したRREQメッセージを送信する（図3中(1)）。それを受信した6台のノードは、Sに対するリバースパスを設定し、そのホップカウントを1に設定する（図3中(2)）。

続いて、6台のノードは、自分自身がRREQの宛先ではないため、RREQメッセージのホップカウントを1増やして再度ブロードキャストする（図3中(3)）。このパケットを受信した9台のノードは、Sへ向けてパケットを送信するには、自分自身が受信したRREQメッセージを中継したノードへ送らなければならないことを認識する。そのため、これら9台のノードは、Sに対するパスのネクストホップとして、受けとったRREQメッセージを中継したノードを設定し、そのホップカウントを2に設定する（図3中(4)）。なお、これらのメッセージは、当然Sによっても受信されるが、記憶したRREQ IDとOriginator IP Addressの組の情報からSはこれらのメッセージを無視する。

このような再転送とリバースパスの設定が繰り返される事により（図3中(5)—(9)）、最終的にRREQメッセージが宛先であるDに到達すると、DからSへのリバースパスが完成する（図3中(10)）。

なお、AODVでは、ネットワークへの負荷を減らすために、RREQメッセージを運ぶIPパケットのTTL（IPパケットのヘッダに含まれるフィールドの1つであり、Time To Live（生存時間）の略。元々は秒単位の生存時間を示していたが、現在では転送回数を意味している。ルータはIPパケットを転送する際にTTLを1減らすこととされており、TTLが0になったパケットは転送されない。）を少しずつ大きくすることにより、探索範囲を次第に拡大
(1) RREQ の送信

(2) (1)の結果構成されるリバースパス

(6) (5)の結果構成されるリバースパス

(9) RREQ の転送(4 回目)

(8)

(10)

(9)の結果構成されるリバースパス

図3 RREQによるリバースパス形成の様子
していく手法を採用している。この手法は、拡大リング探索と呼ばれている。

### 2.2 RREP（Route Reply）メッセージによる順方向パス（フォワードパス）の形成

RREQ メッセージを受信したノードのIPアドレスがそのRREQ メッセージのDestination IP Addressに等しい場合、そのノードがRREP メッセージを用いてRREQ メッセージに応答することにより、発信元ノードから宛先ノードへの順方向のパスが形成される。RREP メッセージのフォーマットを図4に示す。

まず、そのノードは、REEPメッセージのDestination IP Addressを宛先ノード（すなわち自分自身）のIPアドレスに、Originator IP AddressをそのRREPメッセージを送信するきっかけとなったRREQメッセージの発信元ノードのIPアドレスに、ホップカウントを0にそれぞれセットする。

RREPメッセージを受信したノードは、Destination IP AddressフィールドのIPアドレスに対応するルーチングエントリが、ルーチングテーブル中に存在するか否かをチェックする。もしルーチングテーブル中に存在しない場合にはエントリを作成して、そのホップカウントは受信したRREPに含まれている値に1を加えたものが設定される。

続いて、RREPメッセージのOriginator IP Addressフィ

Type	R	A	Reserved	Hop Count
Destination IP Address
Destination Sequence Number
Originator IP Address
Lifetime

図4 RREPメッセージのフォーマット

図5 宛先ノードがRREPを返す場合のフォワードパスの形成例

ールドのIPアドレスが、自分自身のアドレスに等しいか否かがチェックされ、もし等しくなければ、RREPメッセージのホップカウントが1増やされた後、RREPメッセージのOriginator IP Addressへ向けて転送される。

たとえば、図3(10)の状態においてDがRREQメッセージに応答する時、Dは形成されたリバースパスを用いてSへ向けてRREPメッセージを送信する。このとき、RREPメッセージのDestination IP AddressにはDが、Originator IP AddressにはSがそれぞれセットされ、ホップカウントには0が、それぞれセットされる。このメッセージは3台の中間ノードにおいてホップカウントが1ずつ増やされながらリバースパスに沿って転送され、Sに到達した時点でフォワードパスが完成する。図5に、完成したパスとホップカウントを示す。図中において、中抜きの矢印はRREPメッセージにより設定されるフォワードパスを示し、付随する数字はそのパスに対応するホップカウントである。

### 2.3 中間ノードによるRREPメッセージの生成

AODVでは、発信元から宛先へ至るパスの中間に存在するノードが宛先へのパスを知っている場合に、そのノードがRREPメッセージを生成することを許している。

図6に、中間ノードが宛先へのパスを知っている場合の例を示す。なお、図中、中抜きの矢印は既に確立されたパスを示している。図6(1)のように、中間ノードNが宛先ノードDへのパスを知っていると仮定した時、発信元ノードSがルート検出手続きを開始すると、図3の場合と同様に、RREQメッセージの再ブロードキャストが繰り返され、細い矢印で示すようなNまでのリバースパスが形成される（図6(2)）。中間ノードNは、宛先Dへのパスを知っているため、Dの代わりにSに対してRREPメッセージを送信する。この時、送信されるRREPのフィールドは、Destination IP AddressがDに、Originator IP AddressがSに、ホップカウントがNからDへのホップカウントにそれぞれセットされる。このRREPメッセージが転送されSに到達することにより、図6(3)の縦縞の矢印で示すようなDへ向けたパスが設定され、SからNまでの双方向のパスが完成する。

さらに、NからDへ向けて、Gratuitous RREPと呼ばれるRREPが送信される。このGratuitous RREPは、そのDestination IP AddressにS、Originator IP AddressにD、ホップカウントにNからSまでのホップカウントを挿入して送信される。このGratuitous RREPは、DがS宛の経路検出を行ったときにSからDへ送られるはずのRREPと同じ内容を持っていることとなり、あたかもDがS宛の経路検出を行ったかのように処理される。このRREPがDに到達することによって、図6(4)に示す太く黒い矢印のようなSへ向けたパスが設定され、S-D間全体で双方向パスが形成される。
(1) 初期状態

(2) 中間ノード N まで RREQ が到達した時点で

(3) N の送出する RREP による S-N 間の双方向パスの形成

(4) N の送出する Gratuitous RREP による全体での双方向パスの形成

図6 中間ノードがRREPを返す場合のパスの形成例

このような手法が用いられる事によって、ネットワークに流れるメッセージの数を削減することが可能となる。

### 2.4 リンクの切断に関する処理

AODVでは、アクティブなルートを持つノードは、一定間隔（Hello_Interval）毎にHelloメッセージを送信することができる。このHelloメッセージは隣接ノードとの接続性を確認するために用いられており、連続してAllowed_Hello_Loss回Helloメッセージを受信することができなかった場合に、隣接ノードとの無線リンクが破損したと見なされる。

Precursorリストは、隣接ノードへの無線リンクを使って通信を行っているノードのリストである。リンクが破損した時、破損したリンクの両端のノードは、そのリンクに対応するPrecursorリストに含まれるノードに対してRERR（Route Error）メッセージを用いて通知する。このことにより、通信中のノードはリンクの破損を知り、経路検出手続きを再度実行することが可能となる。

RERRメッセージのフォーマットを図7に示す。

### 3. 設計方針

本稿では、前節で概説したAODVを用いて有線リンクと無線リンクの混在するネットワークを制御するために、下記の方針をとることとした。

(1) 本稿で想定するネットワークは、図8に示すように、移動ノードが主に無線リンクを介して通信する「移動

図7 RERRメッセージのフォーマット
ノードネットワーク部」と、IPルーチングを行う既存ネットワークを含む「既存IPネットワーク部」から構成されるものとする。

(2) 想定するネットワークは、独自の範囲のIPアドレスが割り当てられており、さらに移動ノードネットワーク部と、既存IPネットワーク部の区別についても、IPアドレスにより可能であることとする。

(3) 移動ノードネットワーク部では、ノードはすべて通常のAODVに対応することを想定する。また、必要に応じて有線リンクを使用することとする。

(4) 既存IPネットワーク部は、既存のIPルータ・ノードのほかに、AODVに対応するルータ（AODV対応ルータ）と、移動ノードからの通信を収容するアクセスポイントを含む。

(5) AODV対応ルータおよびアクセスポイントは、移動ノードネットワーク部へのパケットに対しては、AODVに従ったルーチングを行い、外部ネットワークまたは既存IPネットワーク部へのパケットに対しては、通常のIPルーチングを行う。

(6) AODV対応ルータの間に非対応ルータが存在する場合には、AODV対応ルータ間にIPトンネル（ネットワーク層のパケットを、IPパケットのペイロード部に格納して送信することにより、直接交信できない機器間に構築される仮想的なリンク。送信側では送信したいパケットの前にIPヘッダを付加してIPパケットとして送信し、受信側では付加されたIPヘッダを取り除いたものを、再度、本来のパケットが届いたものとして処理することになる。）を確立し、AODVの制御メッセージの転送およびAODVによるパケットフォワーディングをAODV対応ルータ間で行う。

(7) またAODV対応ルータがAODVルーチングを行う場合は、既存IPネットワーク部内のホップカウントを1として扱う。

(8) 一方、AODV非対応のルータまたはノードからデフオルトの経路を用いて送信されるパケットは、そのたどる経路上において、必ず一度はAODV対応ルータを

図８ 想定するネットワークの例

経由するものとする。

### 4. 詳細設計

我々は、3節で述べた設計方針を実現するために、AODV対応ルータの機能について検討を行うとともに、AODVのルート検出手続きにも修正を加えることとした。本節では、その内容について述べる。

### 4.1 AODV対応ルータの機能

AODV対応ルータは以下の機能を持つこととした。

3節の設計方針に従い、AODV対応ルータはルーチングテーブル中にAODVによって設定されるルーチングエントリ（以下、「AODVエントリ」という）と、手動または通常のIPルーチングのためのエントリ（以下、「通常のエントリ」という）の双方を持つ。

· IPパケットを受信したときには、AODV対応ルータは次の手順でIPパケットを処理する。

(1) IPパケットの宛先が自分自身であるか否かをチェックする。自分自身宛のパケットならば、通常のIPパケットの処理を行う。

(2) IPパケットの宛先が自分自身以外の場合には、ルーチングテーブル中に、そのIPパケットの宛先に対応するエントリがあるかをチェックする。

(a) デフォルトのエントリ以外に対応するエントリが存在した場合には、そのエントリに従ってパケットをフォワーディングする。

(b) ルーチングテーブル中に、デフォルト以外に対応するエントリがなかった場合には、IPパケットの宛先アドレスがAODVによってルーチングされる移動ノードネットワーク部のIPアドレスか否かをチェックする。そうならば、4.2節に述べるルート検出手続きを開始する。

(c) IPパケットの宛先がAODVによってルーチングされる範囲に含まれておらず、デフォルトのエントリがあれば、そのエントリに従ってフォワーディングする。

(d) デフォルトのエントリがなければICMP到達不能エラーをIPパケットの発信元へ返す。

### 4.2 ルート検出手続き

AODV対応ルータは、そのルーチングテーブルに、AODVエントリのほか、手動または既存のIPルーチングにより作成された通常のエントリを持つ。それら通常のエントリを用いて通信を行う場合には、実際のホップカウントが判らないなどの理由から、既存のAODVのルート検出手続きを一部修正する必要がある。修正したルート検出手続きを以下に示す。

#### 4.2.1 RREQメッセージの処理

(1) ルート検出を開始するAODV対応ルータは、RREQメッセージをブロードキャスト可能なインターフェイス