「数学」が「まち」を守る!? 自然災害にデータで立ち向かう!

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「数学」が「まち」を守る!?
自然災害にデータで立ち向かう!

2020.05.01

提供:明治大学

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「数学」が「まち」を守る!?
自然災害にデータで立ち向かう!

「安心・安全・豊かなまちづくり」。毎年のように大規模な自然災害が相次ぐ近年、耳にする機会が増えた言葉です。その「まちづくり」に、「数学」が役に立つと言います。一見、結びつかないように思える二つですが、どのように関係しているのでしょうか?明治大学総合数理学部の中村和幸教授ゼミでの研究を見てみましょう。

この記事をまとめると

  • 数学や統計学からアプローチしたまちづくりの研究が進められている。
  • 統計学を用いた手法が、大雨予測や浸水地域の予測をより正確にする。
  • 多量のデータ蓄積により、統計学やデータサイエンスの手法がインフラ整備や防災に貢献。

自然災害が多い日本において、避けては通れない「防災」

街灯や防犯カメラの設置、バリアフリー化、地域の防犯パトロール、堤防の整備…。「安心・安全・豊かなまちづくり」と聞いて思い浮かぶものは、さまざまでしょう。なかでも、近年、相次ぐ自然災害の影響もあり、国民全体で防災への意識が高まっています。東日本大震災後に行われた調査(*1)で、考え方が変わったとする回答の上位二つが、防災意識の高まり(52.0%)、節電意識の高まり(43.8%)でした。地震や豪雨、台風など、自然災害が多い日本において、防災は避けては通れない課題なのです。その防災という観点において、数学や統計学からアプローチし、まちづくりにおけるさまざまな利便性を向上する研究が進められていると言います。

*1:平成24年国土交通省「国民意識調査」
http://www.mlit.go.jp/hakusyo/mlit/h23/hakusho/h24/html/n1120000.html

統計学を用いたデータ解析で、大雨や浸水地域を予測!

例えば、リアルタイムレーダー。レーダー技術の発展により、気象レーダーによる雨雲の様子を、誰でも簡単にリアルタイムで確認できるようになり、どの地域に大雨が降るかをある程度予測できるようになりました。中村和幸教授の研究室では、より正確に予測する手法について研究。統計的手法を用いることで、精緻かつ時間のかかるコンピュータでの計算をすることなく、精度の高い予測が可能になると考えています。
また、津波の高精度リアルタイム浸水域予測のための基礎研究も実施。東日本大震災時の実際の浸水データをもとに、土地利用によりどのくらい浸水が進みやすいかを検証しました。これにより、地震発生後、沖合いでの津波計測の情報を使い、短時間で浸水地域をある程度正確に予測できることが判明。さまざまな津波発生パターンに対する浸水地域の検証も可能になり、まちづくりや避難計画の策定などに役立てることができます。

多量のデータ蓄積が可能になった近年、数学が現実の問題を解決する手法に

防災だけでなく、防犯にも統計学は役立てられます。連続犯罪が起こった際の犯人の拠点を推定する「地理的プロファイリング」に、心理学を背景とした「ベイズ統計モデル」と位置推定に用いられる「粒子フィルタ」を組み合わせた手法を構築。従来よりも精度が高い拠点位置の推定ができるようになり、拠点存在確率や方向特性も与えられることを示しました。
これらの研究を可能にしているのが、多量のデータ。近年、データ通信と保存が容易になり、多量のデータが蓄積できるようになったことで、より高度な研究が進められています。インフラの整備や更新、防災の研究にも、統計学やデータサイエンスの手法が幅広く使われるようになっているのです。こうした背景のもと、中村研究室では、データから知識を見つける・予測するための研究を実施。防災をはじめ、現実のさまざまな問題に、数学という武器で挑む、新たな未来のつくり方を学んでみませんか?

【広告企画】提供 : 明治大学

この記事のテーマ
数学・物理・化学」を解説

私たちの生活基盤である自然界で生じるさまざまな事象や物質、それらが織りなす理論が研究対象です。宇宙や生物がどのようにして誕生し、どのような構造になっているのかという、究極的な知的探究心は人類ならでは。森羅万象の構造や性質、法則と変化を探求する物理や化学、その習得に必要な数学というように、これらの学問は互いに深く関連しています。未知の領域への研究を進めながら、さまざまな原理解明をしていく分野です。

「数学・物理・化学」について詳しく見る

この記事で取り上げた
「数学」
はこんな学問です

高校で学ぶ数学をさらに深く追究したり、異なる視点から考えたりする学問。主要な分野としては、方程式で数の関係の成り立ちを表す「代数学」、図形などの性質を研究する「幾何学」、微積分に代表される「解析学」がある。また、これらとは違う視点で、数学を活用してさまざまな現象を数理モデルで表そうとする「応用数学」もある。コンピュータ技術との関わりも深いため、ますます重要性が増している分野である。

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