JP2005010041A - 地震動識別方法及びそのための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】関数フィッティング法に基づいて、解析対象となる地震動であるかノイズであるかを簡便に、かつ自動的に識別することができる地震動識別方法及びそのための装置を提供する。
【解決手段】地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、これによって得られた前記初動部分の形状パラメータＡ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定し、この設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて、地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別する。
【選択図】 図１
【解決手段】地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、これによって得られた前記初動部分の形状パラメータＡ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定し、この設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて、地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震動識別方法に係り、特に、地震のデータからそれが解析対象となる地震動であるか、ノイズであるかを自動的に識別する方法及びそのための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者は、既に、地震波の初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数でフィッティングしてその波形形状を定量化し、得られたパラメータから震央距離とマグニチュードを推定することができる、震央距離及びマグニチュード推定方法とそのための装置（下記特許文献１参照）を提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７７５５７号公報（第３−４頁 図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した特許文献１に示される関数フィッティング法に基づいて、解析対象となる地震動であるかノイズであるかを簡便に、かつ自動的に識別することができる地震動識別方法及びそのための装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕地震動識別方法において、（ａ）地震計から得られる時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、そこから、数秒間のデータに簡易な関数を当てはめ、関数形として、Ｖ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）を用い（ここで、Ｂは地震波形の初動振幅の時間変化に関するパラメータ、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、未知パラメータを線形化し、その形状パラメータを通常の最小二乗法を用いて算出し、前記初動部分の形状パラメータＡ，Ｂを求め、（ｂ）この初動部分の形状パラメータＡ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定し、（ｃ）この設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて、地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の地震動識別方法において、前記関数のパラメータが係数Ａであり、この係数Ａが閾値ＴＡ より小さい場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕記載の地震動識別方法において、前記関数のパラメータが係数Ｂであり、この係数Ｂが閾値ＴＢ より大きい場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕地震動識別方法において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、（ｂ）これによって得られた前記関数Ｙのフィッティング残差Ｚ
【０００９】
【数３】
【００１０】
を設定し、（ｃ）この設定されたフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕地震動識別方法において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、（ｂ）前記地震計による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕地震動識別方法において、（ａ）上記〔２〕記載の係数Ａが閾値ＴＡ より小さく、（ｂ）上記〔３〕記載の係数Ｂが閾値ＴＢ より大きく、（ｃ）上記〔４〕記載のフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さく、（ｄ）上記〔５〕の最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超えるときに地震動であると総合的に識別することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕地震動識別装置において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、（ｂ）前記初動部分の波形形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂを求める手段と、（ｃ）この初動部分の波形形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定する手段と、（ｄ）この設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別する手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
〔８〕地震動識別装置において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、（ｂ）これによって得られた前記関数Ｙのフィッティング残差Ｚ
【００１５】
【数４】
【００１６】
を設定する手段と、（ｃ）このフィッティング残差Ｚが、このフィッティング残差Ｚの閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別する手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
〔９〕地震動識別装置において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、（ｂ）前記地震計による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別する手段とを具備することを特徴とする。
【００１８】
〔１０〕地震動識別装置において、（ａ）上記〔７〕記載の係数に基づく地震動の識別情報と、（ｂ）上記〔８〕記載のフィッティング残差Ｚに基づく地震動の識別情報と、（ｃ）上記〔９〕記載の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ に基づく地震動の識別情報と、（ｄ）上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を論理和として地震動を判定する手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
地震波形の時系列データをｖ（ｔ）とする。更に、この時系列データｖ（ｔ）の絶対値をＶ（ｔ）とする。ここで、ｔは時間（秒）を表す。
【００２１】
まず、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、そこから、数秒間のデータに簡易な関数を当てはめる。関数形として、ここでは、次式（１）を用いる。なお、絶対値Ｖ（ｔ）の時間的な変動が大きい場合は、適当な方法で絶対値Ｖ（ｔ）を平滑化した後に関数の当てはめを行う。
【００２２】
Ｖ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ） …（１）
ここで、Ｂは地震波形の初動振幅の時間変化に関するパラメータ、Ａは初動部分の最大振幅に関するパラメータであり、以下、これらを形状パラメータと仮称する。上記（１）式の両辺の常用対数をとると、次式（２）のように未知パラメータが線形化されるので、その形状パラメータは通常の最小二乗法を用いて算出できる。
【００２３】
ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔ …（２）
上記の方法を用いて多くの地震波形データについて初動部の形状パラメータＡ，Ｂを求める。
【００２４】
図３は実際の地震波に簡易な関数をフィッティングした例を示す図であり、図３（ａ）は実際の初動波（Ｐ波）、図３（ｂ）はその簡易な関数のフィッティング例を示す図である。
【００２５】
このように、多くの地震データに対して、同様のフィッティングを行い、初動部分の形状パラメータを求め、このパラメータを用いて地震動識別処理を行う。
【００２６】
以下、その地震動識別処理の具体例を詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る地震動識別装置のブロック図、図２は本発明に係る地震動識別処理の概略フローチャートである。
【００２８】
これらの図において、１は地震計、２は通信回線、１０は制御処理装置、１１はアンチエイリアシングフィルタ（ローパスフィルタ）、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は波形収録部、１４はメモリ、１５はパラメータ演算部、１６は閾値設定部、１７は地震動識別部、１８は条件判定部、１９は情報文送出部、２０はＧＰＳ時計、２１は状態表示装置、２２はモデムである。
【００２９】
この地震動識別方法を、図２に示すフローを参照しながら説明する。
【００３０】
（１）地震計１からの情報を制御処理装置１０に取込み、ディジタル波形データとしてメモリ１４に取得する（ステップＳ１）。
【００３１】
（２）そこで、パラメータ演算部１５において、オフセットの除去を行い（ステップＳ２）、次に、データの絶対値を取得する。このとき絶対値がある基準値以下の場合には、強制的に最小基準値とする（ステップＳ３）。次に、スムージング（例えば、波形のエンベロープを取る）を行う（ステップＳ４）。次に、ｙ＝Ｂｔ・ｅ−Ａｔ とフィッティングを行い形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂを求める（ステップＳ５）。
【００３２】
（３）次いで、閾値設定部１６において、例えば、前記関数の形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定する（ステップＳ６）。
【００３３】
（４）次に、設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ に基づいて地震動識別部１７で地震動識別処理を行う（ステップＳ７）。
【００３４】
（５）次に、条件判定部１８において、地震動識別処理された情報に基づき地震動であるか否かの総合判定を行う（ステップＳ８）。
【００３５】
（６）ステップＳ８において、ＹＥＳの場合は、情報文送出部１９において、早期検知情報の送信を行う（ステップＳ９）。
〔具体的な地震動識別方法〕
上記したように、これまでに地震動初動部分（Ｐ波部分）に簡単な関数
Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ） （ｔ：時間）
をフィッティングすることによって、係数（形状パラメータ）Ａ，Ｂを決定し、地震のマグニチュードを地震検知から数秒間で推定する方法を開発している（上記特許文献１参照）。
【００３６】
本発明では、このフィッティングした際に得られる形状パラメータＡ，Ｂやフィッティング残差Ｚに閾値を設定することによって、自動的に地震動の識別を行う。
【００３７】
図４は本発明の第１実施例を示す地震動識別方法の説明図であり、横軸は時間（ｓ）、縦軸は加速度（絶対値）を示す図である。
【００３８】
ここでは、まず、初動部分の最大振幅に関するパラメータである係数Ａによるノイズ識別を行う。
【００３９】
図４において、実線ａとして示すように、係数Ａがある閾値（基準値）ＴＡ より大きい場合に、ノイズと識別する。
【００４０】
Ａ≧ＴＡ ⇒ ノイズ
一方、破線ｂとして示すように、係数Ａがある閾値（基準値）ＴＡ より小さい場合に、地震動と識別する。
【００４１】
Ａ＜ＴＡ ⇒ 地震動
図５に実際の地震計で観測されたノイズデータに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布〔〔図５（ａ）〕と地震動データに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布〔図５（ｂ）〕をそれぞれ示す。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、ノイズデータは、係数Ａが１．１をピークに持つ分布になるのに対して、図５（ｂ）に示すように、地震動データは、係数Ａが０．７をピークに持つ分布であり、ノイズデータと地震動データでは係数Ａの分布が異なる。この場合、係数Ａによるノイズ識別の閾値ＴＡ を１．０とすれば、ノイズデータの７１％をノイズと識別でき、地震動データの９５％を地震動と識別することができる。
【００４３】
図６は本発明の第２実施例を示す地震動識別方法の説明図であり、横軸は時間（ｓ）、縦軸は加速度（絶対値）を示す図である。
【００４４】
ここでは、係数Ｂによるノイズ識別を行う。
【００４５】
図６において、実線ａとして示すように、係数Ｂがある閾値（基準値）ＴＢ より小さい場合に、ノイズと識別する。
【００４６】
Ｂ≦ＴＢ ⇒ ノイズ
一方、破線ｂとして示すように、係数Ｂがある閾値（基準値）ＴＢ より大きい場合に、地震動と識別する。
【００４７】
Ｂ＞ＴＢ ⇒ 地震動
次いで、本発明の第３実施例を示すフィッティング残差Ｚによるノイズ識別について説明する。
【００４８】
フィッティング残差Ｚがある閾値（基準値）ＴＺ より大きい場合に、ノイズと識別する。
【００４９】
Ｚ≧ＴＺ ⇒ ノイズ
ただし、Ｚはフィッティングの残差二乗和の平均で、
【００５０】
【数５】
【００５１】
である。
【００５２】
次に、加速度エンベロープの振幅によるノイズの識別について説明する。
【００５３】
図７は本発明の第４実施例を示す地震動識別方法の説明図、図８は本発明の第４実施例を示すノイズ波の識別方法の説明図であり、横軸は時間、縦軸は加速度（絶対値）を示す図である。
【００５４】
図８に示すように、検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ （■）が閾値（基準値）Ｇ１ を超えない場合はノイズと識別する。なお、図７及び図８において、点線（◇）が加速度エンベロープを、実線（■）がその加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ を示している。すなわち、図７では、一定時間の半ばすぎほどで加速度エンベロープが閾値（基準値）Ｇ１ を超えているので、その最大振幅Ａｍａｘ もＧ１ を超えている。つまり、地震波と識別される。
【００５５】
一方、図８に示すような場合には、一定時間内で加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値（基準値）Ｇ１ を超えてはいないので、ノイズ波であると識別できる。
【００５６】
このように、地震計による検測時刻から一定時間内に最大振幅Ａｍａｘ （■）が閾値Ｇ１ を超える場合には、地震波であると識別する。
【００５７】
図９は本発明の実施例を示す総合的な高精度地震動識別フローチャートである。
【００５８】
（１）まず、パラメータ演算部１５において、関数ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）を地震波初動部分のデータにフィッティングし、係数Ａ，Ｂ、残差Ｚを求める（ステップＳ１１）。
【００５９】
（２）次に、閾値設定部１６において、係数Ａ，Ｂ、残差Ｚに閾値ＴＡ ，ＴＢ ，ＴＺ を設定する（ステップＳ１２）。
【００６０】
（３）地震動識別部１７で係数Ａによる地震動識別（Ａ＜ＴＡ ）を行う（ステップＳ１３）。Ａ≧ＴＡ の場合にはノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６１】
（４）次に、係数Ｂによる地震動識別（Ｂ＞ＴＢ ）を行う（ステップＳ１４）。Ｂ≦ＴＢ の場合にはノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６２】
（５）次に、フィッティング残差Ｚによる地震動識別（Ｚ＜ＴＺ ）を行う（ステップＳ１５）。Ｚ≧ＴＺ の場合にはノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６３】
（６）次に、検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ に基づいて、地震動識別（Ａｍａｘ ＞Ｇ１ ）を行う（ステップＳ１６）。Ａｍａｘ ≦Ｇ１ の場合には、ノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６４】
（７）ステップＳ１６においてＹＥＳの場合には、条件判定部１８で地震動であると判断する（ステップＳ１７）。そして、地震動であると判別されると、情報文送出部１９において、早期検知情報の送信を行い、それに対応して措置を講じることができる。
【００６５】
このように、地震動であるかの判定処理を図９に示す処理フローに沿って行うことによって、精度の高い総合的な地震の自動識別処理を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６８】
（Ａ）関数フィッティング法に基づいて、解析対象となる地震動であるかノイズであるかを簡便に、かつ自動的に識別することができる。
【００６９】
（Ｂ）関数フィッティング法による係数Ａが閾値ＴＡ より小さい場合に地震動であると識別することができる。
【００７０】
（Ｃ）関数フィッティング法による係数Ｂが閾値ＴＢ より大きい場合に地震動であると識別することができる。
【００７１】
（Ｄ）関数フィッティング法によるフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別することができる。
【００７２】
（Ｅ）関数フィッティング法による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別することができる。
【００７３】
（Ｆ）上記（Ｂ）から（Ｅ）をＡＮＤ条件とした場合に、総合的な高精度の地震動の識別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地震動識別装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る地震動識別処理の概略フローチャートである。
【図３】本発明にかかる簡易な関数のフィッティングの例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す地震動識別方法の説明図である。
【図５】（ａ）は実際の地震計で観測されたノイズデータに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布を示す図、（ｂ）は地震動データに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す地震動識別方法の説明図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す地震動識別方法の説明図である。
【図８】本発明の第４実施例を示すノイズ波の識別方法の説明図である。
【図９】本発明の実施例を示す総合的な高精度地震動識別フローチャートである。
【符号の説明】
１ 地震計
２ 通信回線
１０ 制御処理装置
１１ アンチエイリアシングフィルタ（ローパスフィルタ）
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 波形収録部
１４ メモリ
１５ パラメータ演算部
１６ 閾値設定部
１７ 地震動識別部
１８ 条件判定部
１９ 情報文送出部
２０ ＧＰＳ時計
２１ 状態表示装置
２２ モデム
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震動識別方法に係り、特に、地震のデータからそれが解析対象となる地震動であるか、ノイズであるかを自動的に識別する方法及びそのための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者は、既に、地震波の初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数でフィッティングしてその波形形状を定量化し、得られたパラメータから震央距離とマグニチュードを推定することができる、震央距離及びマグニチュード推定方法とそのための装置（下記特許文献１参照）を提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７７５５７号公報（第３−４頁 図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した特許文献１に示される関数フィッティング法に基づいて、解析対象となる地震動であるかノイズであるかを簡便に、かつ自動的に識別することができる地震動識別方法及びそのための装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕地震動識別方法において、（ａ）地震計から得られる時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、そこから、数秒間のデータに簡易な関数を当てはめ、関数形として、Ｖ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）を用い（ここで、Ｂは地震波形の初動振幅の時間変化に関するパラメータ、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、未知パラメータを線形化し、その形状パラメータを通常の最小二乗法を用いて算出し、前記初動部分の形状パラメータＡ，Ｂを求め、（ｂ）この初動部分の形状パラメータＡ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定し、（ｃ）この設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて、地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の地震動識別方法において、前記関数のパラメータが係数Ａであり、この係数Ａが閾値ＴＡ より小さい場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔１〕記載の地震動識別方法において、前記関数のパラメータが係数Ｂであり、この係数Ｂが閾値ＴＢ より大きい場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕地震動識別方法において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、（ｂ）これによって得られた前記関数Ｙのフィッティング残差Ｚ
【０００９】
【数３】
を設定し、（ｃ）この設定されたフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕地震動識別方法において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、（ｂ）前記地震計による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕地震動識別方法において、（ａ）上記〔２〕記載の係数Ａが閾値ＴＡ より小さく、（ｂ）上記〔３〕記載の係数Ｂが閾値ＴＢ より大きく、（ｃ）上記〔４〕記載のフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さく、（ｄ）上記〔５〕の最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超えるときに地震動であると総合的に識別することを特徴とする。
【００１３】
〔７〕地震動識別装置において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、（ｂ）前記初動部分の波形形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂを求める手段と、（ｃ）この初動部分の波形形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定する手段と、（ｄ）この設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別する手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
〔８〕地震動識別装置において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、（ｂ）これによって得られた前記関数Ｙのフィッティング残差Ｚ
【００１５】
【数４】
を設定する手段と、（ｃ）このフィッティング残差Ｚが、このフィッティング残差Ｚの閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別する手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
〔９〕地震動識別装置において、（ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、（ｂ）前記地震計による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別する手段とを具備することを特徴とする。
【００１８】
〔１０〕地震動識別装置において、（ａ）上記〔７〕記載の係数に基づく地震動の識別情報と、（ｂ）上記〔８〕記載のフィッティング残差Ｚに基づく地震動の識別情報と、（ｃ）上記〔９〕記載の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ に基づく地震動の識別情報と、（ｄ）上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を論理和として地震動を判定する手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
地震波形の時系列データをｖ（ｔ）とする。更に、この時系列データｖ（ｔ）の絶対値をＶ（ｔ）とする。ここで、ｔは時間（秒）を表す。
【００２１】
まず、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、そこから、数秒間のデータに簡易な関数を当てはめる。関数形として、ここでは、次式（１）を用いる。なお、絶対値Ｖ（ｔ）の時間的な変動が大きい場合は、適当な方法で絶対値Ｖ（ｔ）を平滑化した後に関数の当てはめを行う。
【００２２】
Ｖ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ） …（１）
ここで、Ｂは地震波形の初動振幅の時間変化に関するパラメータ、Ａは初動部分の最大振幅に関するパラメータであり、以下、これらを形状パラメータと仮称する。上記（１）式の両辺の常用対数をとると、次式（２）のように未知パラメータが線形化されるので、その形状パラメータは通常の最小二乗法を用いて算出できる。
【００２３】
ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔ …（２）
上記の方法を用いて多くの地震波形データについて初動部の形状パラメータＡ，Ｂを求める。
【００２４】
図３は実際の地震波に簡易な関数をフィッティングした例を示す図であり、図３（ａ）は実際の初動波（Ｐ波）、図３（ｂ）はその簡易な関数のフィッティング例を示す図である。
【００２５】
このように、多くの地震データに対して、同様のフィッティングを行い、初動部分の形状パラメータを求め、このパラメータを用いて地震動識別処理を行う。
【００２６】
以下、その地震動識別処理の具体例を詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る地震動識別装置のブロック図、図２は本発明に係る地震動識別処理の概略フローチャートである。
【００２８】
これらの図において、１は地震計、２は通信回線、１０は制御処理装置、１１はアンチエイリアシングフィルタ（ローパスフィルタ）、１２はＡ／Ｄ変換器、１３は波形収録部、１４はメモリ、１５はパラメータ演算部、１６は閾値設定部、１７は地震動識別部、１８は条件判定部、１９は情報文送出部、２０はＧＰＳ時計、２１は状態表示装置、２２はモデムである。
【００２９】
この地震動識別方法を、図２に示すフローを参照しながら説明する。
【００３０】
（１）地震計１からの情報を制御処理装置１０に取込み、ディジタル波形データとしてメモリ１４に取得する（ステップＳ１）。
【００３１】
（２）そこで、パラメータ演算部１５において、オフセットの除去を行い（ステップＳ２）、次に、データの絶対値を取得する。このとき絶対値がある基準値以下の場合には、強制的に最小基準値とする（ステップＳ３）。次に、スムージング（例えば、波形のエンベロープを取る）を行う（ステップＳ４）。次に、ｙ＝Ｂｔ・ｅ−Ａｔ とフィッティングを行い形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂを求める（ステップＳ５）。
【００３２】
（３）次いで、閾値設定部１６において、例えば、前記関数の形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定する（ステップＳ６）。
【００３３】
（４）次に、設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ に基づいて地震動識別部１７で地震動識別処理を行う（ステップＳ７）。
【００３４】
（５）次に、条件判定部１８において、地震動識別処理された情報に基づき地震動であるか否かの総合判定を行う（ステップＳ８）。
【００３５】
（６）ステップＳ８において、ＹＥＳの場合は、情報文送出部１９において、早期検知情報の送信を行う（ステップＳ９）。
〔具体的な地震動識別方法〕
上記したように、これまでに地震動初動部分（Ｐ波部分）に簡単な関数
Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ） （ｔ：時間）
をフィッティングすることによって、係数（形状パラメータ）Ａ，Ｂを決定し、地震のマグニチュードを地震検知から数秒間で推定する方法を開発している（上記特許文献１参照）。
【００３６】
本発明では、このフィッティングした際に得られる形状パラメータＡ，Ｂやフィッティング残差Ｚに閾値を設定することによって、自動的に地震動の識別を行う。
【００３７】
図４は本発明の第１実施例を示す地震動識別方法の説明図であり、横軸は時間（ｓ）、縦軸は加速度（絶対値）を示す図である。
【００３８】
ここでは、まず、初動部分の最大振幅に関するパラメータである係数Ａによるノイズ識別を行う。
【００３９】
図４において、実線ａとして示すように、係数Ａがある閾値（基準値）ＴＡ より大きい場合に、ノイズと識別する。
【００４０】
Ａ≧ＴＡ ⇒ ノイズ
一方、破線ｂとして示すように、係数Ａがある閾値（基準値）ＴＡ より小さい場合に、地震動と識別する。
【００４１】
Ａ＜ＴＡ ⇒ 地震動
図５に実際の地震計で観測されたノイズデータに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布〔〔図５（ａ）〕と地震動データに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布〔図５（ｂ）〕をそれぞれ示す。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、ノイズデータは、係数Ａが１．１をピークに持つ分布になるのに対して、図５（ｂ）に示すように、地震動データは、係数Ａが０．７をピークに持つ分布であり、ノイズデータと地震動データでは係数Ａの分布が異なる。この場合、係数Ａによるノイズ識別の閾値ＴＡ を１．０とすれば、ノイズデータの７１％をノイズと識別でき、地震動データの９５％を地震動と識別することができる。
【００４３】
図６は本発明の第２実施例を示す地震動識別方法の説明図であり、横軸は時間（ｓ）、縦軸は加速度（絶対値）を示す図である。
【００４４】
ここでは、係数Ｂによるノイズ識別を行う。
【００４５】
図６において、実線ａとして示すように、係数Ｂがある閾値（基準値）ＴＢ より小さい場合に、ノイズと識別する。
【００４６】
Ｂ≦ＴＢ ⇒ ノイズ
一方、破線ｂとして示すように、係数Ｂがある閾値（基準値）ＴＢ より大きい場合に、地震動と識別する。
【００４７】
Ｂ＞ＴＢ ⇒ 地震動
次いで、本発明の第３実施例を示すフィッティング残差Ｚによるノイズ識別について説明する。
【００４８】
フィッティング残差Ｚがある閾値（基準値）ＴＺ より大きい場合に、ノイズと識別する。
【００４９】
Ｚ≧ＴＺ ⇒ ノイズ
ただし、Ｚはフィッティングの残差二乗和の平均で、
【００５０】
【数５】
である。
【００５２】
次に、加速度エンベロープの振幅によるノイズの識別について説明する。
【００５３】
図７は本発明の第４実施例を示す地震動識別方法の説明図、図８は本発明の第４実施例を示すノイズ波の識別方法の説明図であり、横軸は時間、縦軸は加速度（絶対値）を示す図である。
【００５４】
図８に示すように、検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ （■）が閾値（基準値）Ｇ１ を超えない場合はノイズと識別する。なお、図７及び図８において、点線（◇）が加速度エンベロープを、実線（■）がその加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ を示している。すなわち、図７では、一定時間の半ばすぎほどで加速度エンベロープが閾値（基準値）Ｇ１ を超えているので、その最大振幅Ａｍａｘ もＧ１ を超えている。つまり、地震波と識別される。
【００５５】
一方、図８に示すような場合には、一定時間内で加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値（基準値）Ｇ１ を超えてはいないので、ノイズ波であると識別できる。
【００５６】
このように、地震計による検測時刻から一定時間内に最大振幅Ａｍａｘ （■）が閾値Ｇ１ を超える場合には、地震波であると識別する。
【００５７】
図９は本発明の実施例を示す総合的な高精度地震動識別フローチャートである。
【００５８】
（１）まず、パラメータ演算部１５において、関数ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）を地震波初動部分のデータにフィッティングし、係数Ａ，Ｂ、残差Ｚを求める（ステップＳ１１）。
【００５９】
（２）次に、閾値設定部１６において、係数Ａ，Ｂ、残差Ｚに閾値ＴＡ ，ＴＢ ，ＴＺ を設定する（ステップＳ１２）。
【００６０】
（３）地震動識別部１７で係数Ａによる地震動識別（Ａ＜ＴＡ ）を行う（ステップＳ１３）。Ａ≧ＴＡ の場合にはノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６１】
（４）次に、係数Ｂによる地震動識別（Ｂ＞ＴＢ ）を行う（ステップＳ１４）。Ｂ≦ＴＢ の場合にはノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６２】
（５）次に、フィッティング残差Ｚによる地震動識別（Ｚ＜ＴＺ ）を行う（ステップＳ１５）。Ｚ≧ＴＺ の場合にはノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６３】
（６）次に、検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ に基づいて、地震動識別（Ａｍａｘ ＞Ｇ１ ）を行う（ステップＳ１６）。Ａｍａｘ ≦Ｇ１ の場合には、ノイズと識別する（ステップＳ１８）。
【００６４】
（７）ステップＳ１６においてＹＥＳの場合には、条件判定部１８で地震動であると判断する（ステップＳ１７）。そして、地震動であると判別されると、情報文送出部１９において、早期検知情報の送信を行い、それに対応して措置を講じることができる。
【００６５】
このように、地震動であるかの判定処理を図９に示す処理フローに沿って行うことによって、精度の高い総合的な地震の自動識別処理を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６８】
（Ａ）関数フィッティング法に基づいて、解析対象となる地震動であるかノイズであるかを簡便に、かつ自動的に識別することができる。
【００６９】
（Ｂ）関数フィッティング法による係数Ａが閾値ＴＡ より小さい場合に地震動であると識別することができる。
【００７０】
（Ｃ）関数フィッティング法による係数Ｂが閾値ＴＢ より大きい場合に地震動であると識別することができる。
【００７１】
（Ｄ）関数フィッティング法によるフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別することができる。
【００７２】
（Ｅ）関数フィッティング法による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別することができる。
【００７３】
（Ｆ）上記（Ｂ）から（Ｅ）をＡＮＤ条件とした場合に、総合的な高精度の地震動の識別を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地震動識別装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る地震動識別処理の概略フローチャートである。
【図３】本発明にかかる簡易な関数のフィッティングの例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す地震動識別方法の説明図である。
【図５】（ａ）は実際の地震計で観測されたノイズデータに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布を示す図、（ｂ）は地震動データに関数をフィッティングして得た係数Ａの頻度分布を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す地震動識別方法の説明図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す地震動識別方法の説明図である。
【図８】本発明の第４実施例を示すノイズ波の識別方法の説明図である。
【図９】本発明の実施例を示す総合的な高精度地震動識別フローチャートである。
【符号の説明】
１ 地震計
２ 通信回線
１０ 制御処理装置
１１ アンチエイリアシングフィルタ（ローパスフィルタ）
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 波形収録部
１４ メモリ
１５ パラメータ演算部
１６ 閾値設定部
１７ 地震動識別部
１８ 条件判定部
１９ 情報文送出部
２０ ＧＰＳ時計
２１ 状態表示装置
２２ モデム
Claims (10)
- （ａ）地震計から得られる時系列データの絶対値をＶ（ｔ）となし〔ここで、ｔは時間（秒）〕、地震を検知した時刻を時間原点（ｔ＝０）として、そこから、数秒間のデータに簡易な関数を当てはめ、関数形として、Ｖ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）を用い（ここで、Ｂは地震波形の初動振幅の時間変化に関するパラメータ、Ａは初動部分の最大振幅に関係するパラメータ）、上記式の両辺の常用対数をとって、ｌｏｇ〔Ｖ（ｔ）／ｔ〕＝ｌｏｇＢ−Ａ・ｌｏｇｅ・ｔを得て、未知パラメータを線形化し、その形状パラメータを通常の最小二乗法を用いて算出し、前記初動部分の形状パラメータＡ，Ｂを求め、
（ｂ）該初動部分の形状パラメータＡ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定し、
（ｃ）該設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて、地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別することを特徴とする地震動識別方法。 - 請求項１記載の地震動識別方法において、前記関数のパラメータが係数Ａであり、該係数Ａが閾値ＴＡ より小さい場合に地震動であると識別することを特徴とする地震動識別方法。
- 請求項１記載の地震動識別方法において、前記関数のパラメータが係数Ｂであり、該係数Ｂが閾値ＴＢ より大きい場合に地震動であると識別することを特徴とする地震動識別方法。
- （ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、
（ｂ）これによって得られた前記関数Ｙのフィッティング残差Ｚ
（ｃ）該設定されたフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別することを特徴とする地震動識別方法。 - （ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化し、
（ｂ）前記地震計による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別することを特徴とする地震動識別方法。 - （ａ）上記請求項２記載の係数Ａが閾値ＴＡ より小さく、
（ｂ）上記請求項３記載の係数Ｂが閾値ＴＢ より大きく、
（ｃ）上記請求項４記載のフィッティング残差Ｚが閾値ＴＺ より小さく、
（ｄ）上記請求項５記載の最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超えるときに地震動であると総合的に識別することを特徴とする地震動識別方法。 - （ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、
（ｂ）前記初動部分の波形形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂを求める手段と、
（ｃ）該初動部分の波形形状パラメータ（係数）Ａ，Ｂに閾値ＴＡ ，ＴＢ を設定する手段と、
（ｄ）該設定された閾値ＴＡ ，ＴＢ を有するフィッティングしたデータに基づいて地震動であるか、それ以外のノイズであるかを自動的に識別する手段とを具備することを特徴とする地震動識別装置。 - （ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、
（ｂ）これによって得られた前記関数Ｙのフィッティング残差Ｚ
（ｃ）該フィッティング残差Ｚが、該フィッティング残差Ｚの閾値ＴＺ より小さい場合に地震動であると識別する手段とを具備することを特徴とする地震動識別装置。 - （ａ）地震計から得られる地震波初動部分の波形形状をパラメータが数個の簡易な関数Ｙ（ｔ）＝Ｂ・ｔ×ｅｘｐ（−Ａ・ｔ）でフィッティングすることで定量化する手段と、
（ｂ）前記地震計による検測時刻から一定時間内の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ が閾値Ｇ１ を超える場合に地震動であると識別する手段とを具備することを特徴とする地震動識別装置。 - （ａ）上記請求項７記載の係数に基づく地震動の識別情報と、
（ｂ）上記請求項８記載のフィッティング残差Ｚに基づく地震動の識別情報と、
（ｃ）上記請求項９記載の加速度エンベロープの最大振幅Ａｍａｘ に基づく地震動の識別情報と、
（ｄ）上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を論理和として地震動を判定する手段とを具備することを特徴とする地震動識別装置。
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-
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