CN103782197B - 震级估计设备、震级估计方法和计算机可读记录介质 - Google Patents
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Abstract
一种震级估计设备（10），其设置有：同心圆设置单元（11），其在地震发生时，基于所测量的震度来将各个地点的震度计（20）分组，并且对于各个组设置相互处于同心关系的圆，以使得包括在同一组中的震度计位于同一圆上；以及震级估计单元（12），其将震度计（20）的地点和圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从该等式导出的震度和通过震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于所指定的值来估计地震的震级。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于估计地震震级特别是初动的震级的震级估计设备和震级估计方法，以及存储用于实现所述设备和方法的程序的计算机可读记录介质。
背景技术
传统地，当地震发生时，计算地震的位置和震级，并且基于被计算的震级来计算海啸的预测高度。然后经由各种媒介广泛地传输被计算的震级和海啸的预测高度。
通常，存有多种震级，并且这些震级通过不同计算方法来被计算出。即，每次地震具有多个震级。同时，同一地震的震级每次大致具有相同值，虽然因为这些震级分别具有不同特性从而这些值有可能不同。
例如，非专利文献1公开了一种用于计算通过日本气象厅（下文称为“气象厅震级”）报告的震级的方法。基于具有整个震波的5至6秒的周期的峰值，计算气象厅震级。
另一方面，由于在震级的值超过5或6的情形下时气象厅震级趋向于被计算得比实际值小，所以也会利用其中考虑了震源断层的面积的矩震级。基于具有多于数十秒的长时间段的地震波和波的形式可以计算矩震级，并且当该震级具有8或更多的值时尤为有效。
同时，为了缩短计算震级所花的时间量而不降低计算精确性，专利文献1提出了一种用于计算震级的新方法。具体而言，专利文献1公开了一种涉及地震波的初动波形与具有多个参数的简单函数符合以量化该波形，并且根据被获得的这些参数计算震中距和震级的方法。
引用列表
专利文献
专利文献1:JP2002-277557A
非专利文献
非专利文献1:“Overview of earthquake early warning and technicalreference material relating to processing techniques”（“地震早期预警和涉及处理技术的技术参考资料的概述”），气象厅，地震和火山学部，2008年7月29日，第3-15页。
发明内容
本发明所解决的问题
在报告地震发生期间，海啸预报和公告就保护人命而言是重要的。同时，在发布海啸警报和公告期间，海啸的震级和预测高度尽可能精确也是重要的。
然而，基于安装在观察点的地震仪的数据，可以计算气象厅震级。因此，在利用气象厅震级的情形下，难以在地震的初动阶段计算精确的震级，在该点存在极少数据并且振幅小。计算的震级小于实际值将导致计算海啸的预测高度也小于实际值，有可能导致由于放大的地震而产生的危害。
同时，基于具有长时间段的地震波计算矩震级，并且在地震的初动阶段计算矩震级是不可能的。
另一方面，在专利文献1中所公开的计算方法目的是计算在地震初动阶段的精确震级，但是由于仅使用初动的波形计算该震级，所以在其中震动逐渐变得更强并且持续很长时间的地震的情形下，不能精确地计算震级。
本发明具有解决上述问题的示例性目的，提供能够提高初动阶段所估计的震级的精确性的震级估计设备、震级估计方法和计算机可读记录介质，而不受其中地震的震动发生的方式影响。
解决问题的手段
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面的震级估计设备包括：同心圆设置单元，所述同心圆设置单元被配置成，当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度，将各个地点的所述震度计分组，并且对于所述各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及震级估计单元，所述震级估计单元被配置成，将每个震度计的所述地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据所述离震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的所述震度和通过所述各个震度计所测量的所述震度之间的差为最小处的所述震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
同时，为了达到上述目的，根据本发明的另一方面的震级估计方法包括这些步骤：（a）当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及（b）将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离所述震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
此外，为了达到上述目的，根据本发明的另一方面的计算机可读记录介质存储有包括用于使得计算机执行以下步骤的指令的程序：（a）当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及（b）将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离所述震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
有益效果
如上所述，本发明使得在初动阶段所估计的震级的精确性提高，而不受其中地震的震动发生的方式影响。
附图说明
图1是根据本发明的实施例示出震级估计设备的配置的框图。
图2是根据本发明的实施例用于示出通过震级估计设备执行的处理的图。
图3是根据本发明的实施例示出震级估计设备的操作的流程图。
图4是根据本发明的实施例示出实现震级估计设备的计算机的示例的框图。
具体实施方式
实施例
在下文将参考图1至图4描述根据本发明的实施例的震级估计设备、震级估计方法和程序。
设备配置
首先，将使用图1描述根据本发明的震级估计设备10的配置。图1是示出根据本发明的实施例的震级估计设备的配置的框图。
如图1中所示，经由网络30将震级估计设备10连接到分别安装在不同地点的多个震度计20。当检测到地震时，震度计20每个输出指定震度（下文称为“震度信息”）的信息。
同时，地震现象观测系统40被连接到网络30。地震现象观测系统40由日本气象厅维护，并且用作指定当地震发生时的震源位置和计算气象厅震级。同时，地震现象观测系统40基于被计算的气象厅震级，预测海啸高度。此外，地震现象观测系统40将被计算的气象厅震级和预测的海啸高度，分发给各种媒介作为地震预警。
然而，在本实施例中，地震现象观测系统40使用通过震级估计设备10而非气象厅震级所估计的震级，能够预测海啸高度。因此实现海啸高度的预测精确度的提高，如下文所述。
如图1中所示，震级估计设备10设有同心圆设置单元11和震级估计单元12。同心圆设置单元11基于通过每个震度计20所测量的震度，首先分组各个地点的震度计20。同心圆设置单元11随后为各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上。
即，当地震发生时，同心圆设置单元11设置同心圆，其中每个圆与一组相对应（参见下文所述的图2）。因为对于每个震度设置组，所以这些同心圆代表震度的分布。应该注意的是，“属于同一组的震度计位于同一圆上”不仅限于其中震度计的坐标完全满足代表该圆的等式的情形，也包括其中震度计的坐标接近于该圆的情形。
震级估计单元12将每个震度计的地点和圆的中心之间的距离作为离震源的距离，代入用于根据离震源的距离和震级值导出震度的等式。应该注意的是，将在下文给出该等式的特定示例。
随后震级估计单元12指定在从上述等式得出的震度和通过各个震度计所测量的震度之间的差（下文称为“震度差”）为最小时的震级值，并且基于该被指定的值估计地震的震级。
以该种方式，在本发明中，基于实际震度的分布可以得出分布的中心。随后，因为分布的曲率半径增加而地震的断层破坏更大，导致被设置的分布的中心进一步远离实际震源，基于该中心所估计的震级大于在地震发生早期以低值处估计的震级。因此，根据本发明，可以实现在第一运动阶段所估计的震级的精确度的提高，而不受其中地震的震动发生的方式的影响。
此处，将使用图2和图1更加具体地描述根据本发明的震级估计设备10的配置。图2是用于示出根据本发明的实施例的震级估计设备所执行的处理的图。
在本实施例中，如图1中所示，震级估计设备10设有信息通信单元13、和同心圆设置单元11和震级估计单元12。
信息通信单元13经由网络30可以进行每个震度计20和地震现象观测系统40之间的通信。应该注意的是，在本实施例中，震级估计设备10可以构成地震现象观测系统40的一部分。
同时，在本实施例中，如图2中所示，同心圆设置单元11将各个地点的震度计分组，以使得其测量的震度相同或在设置范围内的震度计处于同一组中。在图2的示例中，其测量的震度相同的震度计被分组到同一组中。
此外，在本实施例中，震级估计单元12使用圆的中心位置和用于得出震度的上述等式，为安装在各个地点的每一个震度计20指定震级值。随后震级估计单元12通过比较在震级值被指定时所获得的上述震度差，能够在震度计中选择具有最小震度差的震度计。在该情形下，震级估计单元12估计被选择的震度计的被指定的震级值，作为地震发生的震级。
当用于估计震级的震度计的数目太大时，震级花费太多时间来估计，并且不能利用作为地震预警。因此，可采用这样的配置，其中，震级估计单元12仅使用这样的震度计，该震度计离地震发生的震源的距离小于或等于预先设置的阈值，或者仅使用这样的震度计，相对于该震度计，在对于由发生了地震的S波所导致的震度进行测量之后已经消逝了设定时间段。在该情形下，对于被使用的每个震度计20，震级估计单元12使用圆的中心位置和用于得出震度的上述等式指定震级值。
设备操作
接下来，将使用图3描述根据本发明的实施例的震级估计设备10的操作。图3是根据本发明的实施例示出震级估计设备的操作的流程图。在下文描述中，将视情况参考图1和图2。同时，在本实施例中，通过操作震级估计设备10实现震级估计方法。因此，根据本实施例的震级估计方法的描述将取代震级估计设备10的操作的以下描述。
震度信息获取步骤
最初，如图3中所示，信息通信单元13经由网络30从每个震度计20获取震度信息（步骤A1）。在本实施例中，在步骤A1中，信息通信单元13也获取指定每个震度计的坐标的信息（下文称为“坐标信息”）以及震度信息。将指定震度计的安装位置的经纬度的信息给出为示例性坐标信息。
分组步骤
接下来，同心圆设置单元11基于步骤A1处获得的震度信息通过震度，将震度计划分成多个组（步骤A2）。在步骤A2，例如同心圆设置单元11将使用震度信息指定的震度四舍五入到最近单位，并且基于获得的整数值执行分组。
同心圆设置步骤
接下来，同心圆设置单元11为各个组设置处于同心关系（同心圆）的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上，并且指定这些圆的中心坐标（步骤A3）。
具体而言，在执行步骤A2之后，同心圆设置单元11对于每组通过将属于该组的震度计的坐标（xn,yn）代入下列等式1中可以创建联立方程，并且通过每一集坐标得出圆的中心坐标（Xm,Ym）。应该注意的是，n是给予组内的震度计的识别号，并且m是给予每组的识别号。Rm是组m中的震度计到圆中心的距离（圆的半径）。
等式1
(Xm-xn)2+(Ym-yn)2＝Rm 2
例如，假定在步骤A2中，组1至5（与震度相对应的数值）被设置成与作为1至5的地点的震度一致。在该情形下，得出五个圆的中心坐标。这些圆的中心坐标分别被给出为(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)和(X5,Y5)。
同心圆设置单元11将得出的这些圆的中心坐标代入下列等式2，以得出平均坐标(XAV,YAV)，并且将得出的平均坐标设置为同心圆的中心坐标。同时，因为组成中心圆的圆的半径是R1至Rm，所以同心圆被设置作为结果。
等式2
震级估计步骤
接下来，震级估计单元12将每个震度计的坐标和同心圆的中心坐标之间的距离Rm作为离震源的距离，代入用于根据离震源的距离和震级的值导出震度的等式，并且基于获得的结果估计发生的地震的震级（步骤A4）。同时，震级估计单元12将估计的震级输出到信息通信单元13。
具体而言，在本实施例中，震级估计单元12使用下列等式3至5，作为用于根据离震源的距离和震级M的值得出震度I的等式（参见上文非专利文献）。
应该注意的是，在下文等式3中，PGV600是在参考基础（600m/s的S波速）的最大速度[m/s]，M是震级，并且D是震源的深度（如果震源的深度是10km或更少，则=0）。同时，在下列等式4和5中，PGV是在每个地点处地球表面的最大速度[m/s]。在下列等式4中，ARVi是在每个地点处的地球表面的速度放大因子。
等式3
log(PGV600)=0.58M+0.0038D-1.29-log(Rm+0.0028*100.50M)＝0.002Rm
等式4
PGV＝ARVi×0.90×PGV600
等式5
I＝2.68+1.72log(PGV)±0.21
对于每个震度计，随后震级估计单元12在M的值变化时，得出被测量的震度和通过等式3至5所获得的震度I之间的震度差，并且指定最小震度差和在那时的M的值。
接下来，对于所有目标震度计已经指定最小震度差和M的值的震级估计单元12，选择其最小震度差是最小的震度计。随后，震级估计单元12将震度差在被选择的震度计中被最小化所处的M值，估计为地震发生的震级。
输出步骤
此后，信息通信单元13将在步骤A4处估计的震级，传输到地震现象观测系统40（步骤A5）。
当已经执行步骤A5时，地震现象观测系统40执行海啸高度预测。具体而言，地震现象观测系统40基于地震的被估计的震级，首先搜索存储事先计算的海啸的形为的定量海啸数据库（在图1中未示出）。
接下来，地震现象观测系统40根据搜索结果获得与地震的被估计的震级匹配的行为，并且基于被获得的行为计算被预测的海啸高度和到达时间（参见http://wwwsoc.nii.ac.jp/msj/kyoikuhukyu/resume/Hayashi.pdf）。应该注意的是，现有数据库被用作定量海啸数据库。
被预测的海啸高度随后接近实际值，考虑到在步骤A5处传输的震级值大于在地震初期通过地震现象观测系统40通常使用的气象厅震级的值。因此，根据本发明，可以更可靠地执行人命的保护。
程序
根据本发明的程序被配置成，使得计算机执行图3中示出的步骤A1至A5。通过在计算机上安装该程序和执行被安装的程序，可以实现根据本实施例的震级估计设备10和震级估计方法。在该情形下，计算机的CPU（中央处理单元）执行处理，同时用作同心圆设置单元11、震级估计单元12、以及信息通信单元13。
此外，在其上安装根据本发明的程序的计算机可以是构成现有地震现象观测系统40的计算机。在该情形下，本发明的震级估计设备10将建立为地震现象观测系统40的一部分。
此处，将使用图4描述通过执行根据本实施例的程序来实现震级估计设备10的计算机。图4是根据本发明的实施例示出实现震级估计设备的计算机的示例的框图。
如图4中所示，计算机110设有CPU111、主存储器112、存储设备113、输入接口114、显示控制器115、数据读取器/写入器116、以及通信接口117。这些单元经由总线121以启用数据通信的方式彼此连接。
CPU111通过扩展根据存储在主存储器112中的存储设备113中的根据本实施例的程序（代码）和以预定顺序执行这些代码来执行各种类型的操作。典型地，主存储器112是诸如DRAM（动态随机存取存储器）的易失性存储设备。同时，在被存储在计算机可读记录介质120的状态中，提供根据本实施例的程序。应该注意的是，根据本实施例的程序可以分布在经由通信接口117所连接的互联网。
除了硬盘之外，诸如闪存储器等的半导体存储设备被给出，作为存储设备113的特定示例。输入接口114在CPU111和诸如键盘和鼠标的输入设备118之间调解数据通信。显示控制器115被连接到显示设备119，并且控制在显示设备119上的显示。数据读取器/写入器116调解CPU111和记录介质120之间的数据通信，并且执行从记录介质120的读取程序和将计算机110的处理结果写入记录介质120。通信接口117调解CPU111和另一计算机之间的数据通信。
同时，诸如CF（紧凑型闪存卡（注册商标））或SD（安全数字）的通用半导体存储设备、诸如软盘的磁存储器介质、或者诸如CD-ROM（压缩磁盘只读存储器）的光存储介质被给出作为记录介质120的特定示例。
上述实施例通过以下描述的注释1至15完全或部分地代表，但是不限于以下描述。
注释1
一种震级估计设备，其包括：同心圆设置单元，所述同心圆设置单元被配置成，当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的所述震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及震级估计单元，所述震级估计单元被配置成，将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据所述离震源的所述距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
注释2
在根据注释1的震级估计设备中，所述震级估计单元被配置成，对于每个震度计指定震级值，通过比较当指定了所述震级值时所获得的所述各个震度计的所述差来选择该差为最小处的所述震度计，并且将被选择的所述震度计的被指定的震级值估计成所述地震的震级。
注释3
在根据注释2的震级估计设备中，所述震级估计单元被配置成，在所述震度计中，使用离所述地震的震源的距离小于或等于预先设置的阈值的震度计，来对于每个震度计指定所述震级值。
注释4
在根据2的震级估计设备中，所述震级估计单元被配置成，在所述震度计中，使用在对所述地震的S波所导致的震度进行测量之后已经消逝了设置时间段的震度计，来对于每个震度计指定所述震级值。
注释5
在根据注释1至4中的任何一项的震级估计设备中，同心圆设置单元被配置成，将所述各个地点的震度计分组，以使得其测量的震度为相同或是在设置范围内的震度计在同一组中。
注释6
一种震级估计方法，其包括以下各步骤：（a）当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及（b）将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离所述震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
注释7
在根据注释6的震级估计方法中，(b)步骤涉及：对于每个震度计指定震级值，通过比较将当指定了震级值时所获得的各个震度计的所述差来选择该差是最小处的震度计，并且将被选择的震度计的指定震级值估计为地震的震级。
注释8
在根据注释7的震级估计方法中，（b）步骤涉及：在所述震度计中，使用离地震的震源的距离小于或等于预先设置的阈值的震度计，来对于每个震度计指定震级值。
注释9
在根据注释7的震级估计方法中，（b）步骤涉及：在所述震度计中，使用在对所述地震的S波所导致的震度进行测量之后已经消逝了设置时间段的震度计，来对于每个震度计指定所述震级值。
注释10
在根据注释6至9的任何一项的震级估计方法，(a)步骤涉及：将各个地点的震度计分组，以使得被测量出的震度为相同或是在设置范围内的震度计在同一组中。
注释11
一种存储程序的计算机可读记录介质，该程序包括使得计算机执行以下步骤的执行，所述步骤为：（a）当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及（b）将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离所述震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
注释12
在根据注释11的计算机可读记录介质中，(b)步骤涉及：对于每个震度计指定震级值，通过比较当指定了所述震级值时所获得的所述各个震度计的所述差来选择该差为最小处的所述震度计，并且将被选择的所述震度计的被指定的震级值估计成所述地震的震级。
注释13
在根据注释12的计算机可读记录介质中，(b)步骤涉及：在所述震度计中，使用离地震的震源的距离小于或等于预先设置的阈值的震度计，来对于每个震度计指定震级值。
注释14
在根据注释12的计算机可读记录介质中，(b)步骤涉及：在所述震度计中，使用在对所述地震的S波所导致的震度进行测量之后已经消逝了设置时间段的震度计，来对于每个震度计指定所述震级值。
注释15
在根据注释11至14中的任何一项的计算机可读记录介质中，(a)步骤涉及：将各个地点的震度计分组，以使得被测量出的震度为相同或是在设置范围内的震度计在同一组中。
虽然上文参考实施例已经描述本发明，但是本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情形下，可以对本发明的配置和细节进行各种修改。
本申请基于并且要求于2011年8月19日提交的日本专利申请No.2011-179675的优先权，其整个内容通过引用被包含在此。
工业实用性
本发明使得在初动阶段估计震级的精确度提高，而不受其中地震的震动发生的方式的影响。本发明在当地震发生时需要其尽快分发涉及地震的信息的系统中是有用的。
参考符号的描述
10 震级估计设备
11 同心圆设置单元
12 震级估计单元
13 信息通信单元
20 震度计
30 网络
40 地震现象观测系统
110 计算机
111 CPU
112 主存储器
113 存储设备
114 输入接口
115 显示控制器
116 数据读取器/写入器
117 通信接口
118 输入设备
119 显示设备
120 记录介质
121 总线
Claims (6)
1.一种震级估计设备，包括：
同心圆设置单元，所述同心圆设置单元被配置成，当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的所述震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及
震级估计单元，所述震级估计单元被配置成，将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离震源的所述距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
2.根据权利要求1所述的震级估计设备，
其中，所述震级估计单元被配置成，对于每个震度计指定震级值，通过比较当指定了所述震级值时所获得的所述各个震度计的所述差来选择该差为最小处的所述震度计，并且将被选择的所述震度计的被指定的震级值估计成所述地震的震级。
3.根据权利要求2所述的震级估计设备，
其中，所述震级估计单元被配置成，在所述震度计中，使用离所述地震的震源的距离小于或等于预先设置的阈值的震度计，来对于每个震度计指定所述震级值。
4.根据权利要求2所述的震级估计设备，
其中，所述震级估计单元被配置成，在所述震度计中，使用在对所述地震的S波所导致的震度进行测量之后已经消逝了设置时间段的震度计，来对于每个震度计指定所述震级值。
5.根据权利要求1所述的震级估计设备，
其中，所述同心圆设置单元被配置成，将各个地点的震度计分组，以使得被测量出的震度为相同或是在设置范围内的震度计在同一组中。
6.一种震级估计方法，包括下述步骤：
(a)当地震发生时，基于通过各个震度计所测量的震度来将各个地点的震度计分组，并且对于各个组设置处于同心关系的圆，以使得属于同一组的震度计位于同一圆上；以及
(b)将每个震度计的地点和所述圆的中心之间的距离作为离震源的距离以代入用于根据离所述震源的距离和震级值来导出震度的等式，指定在从所述等式导出的震度和通过所述各个震度计所测量的震度之间的差为最小处的震级值，并且基于被指定的值来估计所述地震的震级。
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