地震警報システム

緊急地震速報システム

地震警報システム（じしんけいほうシステム）とは、「地震が起こった後に、震源要素や地震動の分布を迅速に解析し、その情報をいろいろなユーザー（防災関係者、電気、ガス、水道、電話、交通、報道、個人）に伝えて防災に役立てること」であり、地震の際に警報を発して被害を最小限に抑えるための安全管理システムである。

構造物の耐震化や地震時対応の強化などの事前防災、発生前に地震を予測する地震予知と並ぶ地震対策の一つであり、1990年代以降大きく発達し普及が進んでいる。

仕組み

地震警報システムは、地震の初期微動を観測して、早い段階で対応をとることにより、被害を最小限に抑えようと開発されたシステムである。

地震が起こると、特性の異なる主に2種類の地震波が周囲に広がることにより振動が発生する。地震波のうちS波は大きな揺れ（主要動）で被害を引き起こす地震波で、毎秒約4km程度と比較的ゆっくり伝わる波である。対するP波は小さな揺れ（初期微動）のため被害を起こす地震波ではないものの、毎秒約7km程度とS波の約2倍の速さで伝わるため、このP波を観測して素早く情報を伝えることで、被害を未然に防ぐことができるというのが基本的な考え方である。

原理自体は極めて単純であり、19世紀後半から20世紀初頭にはこれに類似したアイディアが既に存在しており、初期のものとしてカリフォルニア州でしばしば発生するサンアンドレアス断層を震源とする地震に対するアイディアなどが知られる。しかし、通信、観測、処理（揺れが地震のものであるか否かの判断を要する）などに多くの知識・技術や資金を要したため、実験・実用に至ったのは1990年代以降である。

まず、激しい揺れ（主要動）の前に揺れの大きさを予測して揺れに備えることを目的とする早期警戒型（early, real-time）と、揺れに備えることを目的とせず揺れの大きさや地震の規模を予測して警報を出す直後型（immediately）の2種類に分けられる。直後型の中にも、激しい揺れの前に予測できるシステムがいくつか開発されている。早期警戒型はさらに、主に複数点観測により精度の高い警報を発する震源から数十km以上の近隣地域に適した広域型（地域型, regional）と、主に単独点観測によりスピードを重視して警報を発する震源周辺地域に適した現地型（on-site）の2種類に分けられる。

早期警戒型の中でも、広域型と現地型では手法が異なり、算出に用いる計算式や地震計が異なる場合がある。広域型は複数点の観測値を取り入れることで誤差や誤報を少なくし、多少の時間をかけてでも正確な警報を発する事に重きを置いている。これは広域型が、海溝型地震における沿岸部への速報など、ある程度離れた地域での大地震による揺れや津波の被害を軽減することを主な目的としているためであり、震源距離に比例して長くなる主要動までの猶予時間を利用して精度を上げている。一方、現地型は単独または少数の観測点の限られた観測値から地震の規模を割り出し、一刻も早く警報を発することに重きを置いている。現地型は内陸地殻内地震や陸域の浅い震源のプレート境界型地震における震央周辺への速報など、いわゆる直下型地震での揺れの被害を軽減することを目的としていて、過去の観測値を解析するなどして求めた理論により、できるだけ短い初期波形から震源要素や揺れの大きさを推定して、広域型に比べ精度が落ちるという犠牲を払ってでも警報を発する時間を早くしている。

直後型のシステムは、各地の揺れの大きさから被害の程度を推定し、救援や救助などの対策に応用するものである。実際の観測値により正確な値が得られるという特徴があり、観測網を密にすれば地盤特性や土地利用などにより異なる被害の違いを早期に予測できる。

一般公衆向けの主なシステム

一般公衆向けの地震警報システムは、日本のほか、アメリカ（西海岸）、イタリア、スイス、台湾、中国、トルコ、チリ、ニカラグア、ルーマニアなどで運用されている。

日本

緊急地震速報は日本全域を対象に気象庁が発表する地震動の警報・予報。予想震度5弱以上の場合に震度4以上の地域を発表する一般向けが2007年10月に開始。テレビ放送や携帯電話への通知などで広く周知される。主に陸上、一部は海底にも分布する、気象庁の約690か所および防災科学技術研究所の約1,000か所の地震計のデータを利用し、初動のP波から地震の震源や規模

気象庁の資料をもとに各地点の地震動や到達時刻を計算して付加価値を付けたり、独自に開発した端末を利用したりする「地震動の予報業務」は気象業務法が規制する許可事業であり、要件を満たした許可事業者にのみ認めている。ただし、気象庁や許可事業者の提供情報（時刻・震源・規模）をそのまま配信するものはその対象外。なお一定の質を保つためにガイドラインが定められており、任意加入の緊急地震速報利用者協議会も組織されている。

メキシコ

メキシコのSASの端末

メキシコ地震警報システム (SASMEX)：メキシコ中部と南部の一部を対象に、公衆向けに地震動の警報を行う。テレビ・ラジオ放送、小学校などに設置された専用受信機のほか、首都メキシコシティでは街灯のスピーカーによるアラーム発信が行われている。

チリ

2020年から北部で地震警報システムが運用されており、テレビ放送も行われている。2010年から試験運用と観測網拡大が行われていた。

アメリカ

ShakeAlert：アメリカ地質調査所（USGS）と大学・民間組織が共同でカリフォルニア州を対象に開発を行っている。カリフォルニア統合地震観測網（California Integrated Seismic Network, CISN）は2012年から実証実験を行っている。2021年3月11日にはオレゴン州でも運用が始まり、同年5月にはワシントン州でも運用が開始される予定で、アメリカ西海岸三州をカバーすることとなる。マグニチュード5以上の地震で携帯電話に通知され、アプリをダウンロードすればマグニチュード4.5以上でも通知される。

台湾

緊急地震速報 (台湾)：台湾の中央気象局が、台湾全域を対象に2014年より運用を開始。

中国

• ICL地震早期警報技術システム：中国の地震早期警戒システムで、成都ハイテク防災研究所によって開発された。2012年より順次運用を開始し、2016年時点で人口の90%をカバーしている。
• 全国地震強度速報と早期警報プロジェクト：全土での早期警報システムの構築を目指して開発が進められている、中華人民共和国の国家プロジェクト。ICL地震早期警報技術システムも利用されている。

その他

• 地震早期警報：大韓民国気象庁が全土を対象に提供する早期警報システム。携帯電話への通知が行われる。朝鮮半島での地震のほかに、距離が近い日本の九州地方で発生した大規模な地震に対しても警報を行う。
• トルコでは、イスタンブールで地震検知の警報を受けてガス供給や海底鉄道トンネルマルマライの運行が制御される（2018年時点）。
• REWS (Rapid Earthquake Early Warning) - ルーマニアの地震早期警報システム。2013年に運用開始。首都ブカレスト周辺が対象で、原子力施設や橋の交通制限に連動するほか、情報は配信を行う企業を経由して市民にも提供されている（2018年時点）。
• TRUAA - イスラエルの地震早期警報システム。2014年に試験運用、2022年に本運用開始。
• イタリアでは、南部ナポリ周辺で試験運用が行われている（2018年時点）。
• スイスでは、全土に展開した高精度地震計を利用して試験運用が行われている（2018年時点）。
• エルサルバドル、グアテマラ、コスタリカ、ニカラグアでは、データを相互に活用するためATTACという共通システムに統合し試験運用が行われている。ニカラグアでは2021年に部分的に市民向け提供が開始。また4か国では日本の協力により緊急警報放送を現地仕様に合わせたEWBSのテレビ放送への導入が試行され、その中で地震早期警報も伝達される計画。
• インドでは、北部ウッタラーカンド州でインド工科大学により断層周辺に観測網が展開され警報を提供している（2018年時点）。

国際

先行する緊急地震速報システムに採用されている高感度の地震計は高価であり、地震リスクが高い低所得国では普及に課題がある。そのため、精度は下がるものの低価格のセンサの設置を進めて観測網を展開する試みや、すでに普及しているスマートフォンのセンサなどを利用する試みがいくつか行われている。

• 地震ネットワーク：スマートフォンの加速度センサーを利用して地球規模での地震警報を行う、クラウドソーシングによる研究プロジェクト。イタリアのベルガモ大学のFrancesco Finazziが主導し、2013年より運用を開始。
• OpenEEW - オープンソースのソフトウェアで構成される地震警報システムで、Linux FoundationやIBMの支援を受けてソフトウェア企業Grilloが行う。低価格センサと機械学習を利用したシステムで、メキシコやチリで運用されているほか、ハイチ南部では2022年にセンサ網構築を終える計画。
• Android Earthquake Alerts System - GoogleがAndroid搭載スマートフォンのセンサを利用して地震を検出し警報を通知するシステムで、いくつかの国で構築を開始。2021年にニュージーランド、ギリシャ、トルコ、フィリピン、カザフスタン、キルギス、タジキスタン、トルクメニスタン、ウズベキスタンで、2022年にパキスタンで開始されている。

2015年に採択された仙台防災枠組は災害の早期警報システムの可用性とアクセス性を高める目標を掲げており、ユネスコは緊急地震速報に関する国際プラットフォーム (IP-EEWS)を設立、先行的取り組みを行う各国の研究機関が参加して科学的な協力を支援している。

業務向けの主なシステム

以下は一般公衆向けのいわゆる「警報」とは性格が異なるが、開発史が一部重なり技術的にも関連する。

日本の鉄道事業では、すべての新幹線路線のほか主なJR在来線や一部私鉄で、開発事業者と協力して各自で地震計網を構築し、沿線の地震動の監視と遠方の地震予測を組み合わせて列車の自動停止などを行うシステムを採用している（早期地震警報システム）。例として、東海道新幹線ではTERRA-S、JR東日本の在来線ではPreDAS、東京メトロではFREQLなど。緊急地震速報を利用している事業者もある。

インフラ事業者の中には被害を早期に推定して対応に生かすシステムを運用するものがある。例として東京ガスは自前の地震計網を有しSIGNAL（シグナル）とSUPREME（シュープリーム）により被害推定、機器制御を行う。

政府・行政が災害応急対策のために運用するものがある。日本の内閣府は地震後の被害推定を行う地震被害早期評価システム(EES)を構築している。自治体の例では、横浜市は自前の地震計150か所のデータから揺れ・液状化・建物倒壊率の推計を算出して対応に生かすシステムを1998年に導入した。専門機関の防災科学技術研究所は地震計データから震度分布と遭遇人口などを算出するJ-RISQ地震速報を公表している。アメリカでは地質調査所がPAGER (Prompt Assessment of Global Earthquakes for Response)を運用しており、発生から30分以内に、死者数・被害額と災害の深刻度レベルを算出する。これは全世界の地震が対象。

日本では都市ガス・プロパンガスともに、各家庭のガスメーターは一定以上の揺れを検知すると自動で遮断する機能が標準となっている。エレベーターでは地震を感知して最寄り階に停止する機能が設置時の標準となっている。産業分野においては、原子力発電所では地下の地震計で強い揺れを検知すると制御棒を挿入して自動停止する。他にも感震計を用いた制御の例は多岐に亘る。

開発の歴史

考案

地震波の速度に限りがあるという性質は19世紀後半の地震学では既に知られていて、低速の地震波と高速の電気信号の速度差を利用した警報システムのアイデアは既に存在していた。例えば、アメリカのクーパー（J.D.Cooper）は1868年にこのアイデアを発表している。しかし、実用化に必要な地震波の解析技術や伝達技術がまだ無かった。

そのしばらく後、日本でも同種のアイデアが見出されるようになった。1972年、伯野元彦らは海底の地震計から波形を収集して都市に警報を発する「10秒前大地震警報システム」を考案している。こうしたアイデアは20世紀終盤に入り、情報通信技術の発達と地震研究の進展を背景にしてシステムの開発が行われることになる。

S波警報

まず実用化されたのがS波（主要動）を検知する方式である。1965年に日本の国鉄が東海道新幹線全線に導入した対震列車防護装置は、世界で最初に地震の検知を自動的に制御に結び付けるシステムとなった。この方式は検知から大きな揺れまでの猶予時間が短く改良の余地があった。

S波検知は各国で開発が行われている。アメリカでは、金森博雄が充実した観測網による検知で地震被害を早期把握し即応的な緊急事態管理に役立てるリアルタイム地震学を提唱。カリフォルニア州において、金森が所属するカリフォルニア工科大学 (Caltech)やアメリカ地質調査所 (USGS)が中心となって、高精度デジタル地震計網を利用して数分以内に震源要素（震源、時刻、規模など）を算出するCUBEシステムの開発を1990年に開始。当初の提供先はインフラ事業者数者だったが、順次拡大された。1993年にはその地震情報をカリフォルニア中部に広く速報するREDIが開発され、1994年には2つが統合され対象地域をカリフォルニア全域に広げる。更に震度分布図を即時に作成するShakeMapの提供が始まる。

一方、メキシコでは1985年メキシコ地震の教訓から中央アメリカ海溝で発生した海溝型の大地震を常時観測して内陸の首都メキシコシティに警報を発するシステムが研究され、1993年には一般公衆向けとしては世界初となる地震警報システム (SAS)の運用が開始される（現在のSASMEX）。

P波警報

一方、猶予時間が伸びるP波（初期微動）検知を目指した開発が行われる。鉄道技術研究所（現・鉄道総合技術研究所）は東北新幹線（1982年開業）向けに開発を行っていたが間に合わず、1991年に東海道新幹線の一部区間に導入（1992年に全線導入）したユレダスにより実用化された。

主に被害範囲が広い海溝型地震に対応して開発されたのがユレダスである一方、1995年に起きた兵庫県南部地震（阪神・淡路大震災）は日本の直下型地震対策の見直しの大きな契機となった。高感度地震観測網 (Hi-net)の高感度地震計の設置が始まり、防災科学技術研究所はこれを利用した「リアルタイム地震情報」、それとは別に気象庁も「ナウキャスト地震情報」の研究を開始。両プロジェクトは統合され、一般公衆向けにP波検知を実用化した「緊急地震速報」となり、2004年に試験運用を開始、2007年10月には全国で正式運用を開始した。国内全域を対象とするシステムとしては世界初となった。

実用例

• 新潟県中越地震（2004年）の際の新幹線停止（上越新幹線脱線事故）。
  • P波が検出された後、1秒で警報を出し、200km/hで進行中の新幹線に緊急ブレーキをかけた。結果的に脱線をしてしまったが、早期警報システムは計画通りに動いた。

• 東日本大震災（2011年）の際の新幹線停止。
  • 東北新幹線では架線が倒壊するなどの大きな被害を受け1ヶ月以上運休することとなったが、地震警報システムにより営業列車の脱線は1両も起こらず、死者・負傷者は出なかった。JR東日本は、当時270km/h前後に達していた5本を含む計18本が営業運転中だったが、最初の揺れが到達する約10秒前、最も強い揺れが到達する約70秒前には緊急警報が発せられ、揺れが来る前には30〜170km/h程度減速し、安全に停車できたとしている。

研究中の技術

地震波より早く伝わる、地震発生時の地殻密度の変化に伴う重力変化を検知するシステムを東京大学の宇宙物理学と地震学の研究者が開発中である。日本列島の沿岸部に75キロメートル間隔で設置して、沖合100キロメートルでマグニチュード6以上の地震が発生した場合、重力変化のわずかな時間差から震源を推定して、地震波による現状より10秒早く警報できる可能性があるという。

関連項目

• 全国瞬時警報システム
• 地震計
• 地震波
• 初期微動
• 断層
• 地震観測網
• 減災

外部リンク

• 緊急地震速報について - 気象庁