JP2007071707A - リアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法および防災システム - Google Patents

Abstract

【課題】 リアルタイム地震情報に基づいて、従来よりも一層高い精度で当該想定位置における地震動強さを推定・評価することができるリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法および防災システムを提供する。
【解決手段】 過去に想定位置の地盤またはその近傍の地盤で得られた地震動強さに係る観測記録と、当該地震の震源位置およびマグニチュードに基づいて距離減衰式によって推定した上記想定位置における地震動強さとから、上記想定位置の地盤特性を反映した補正係数を算出し、地震発生時に震源位置およびマグニチュードを含むリアルタイム地震情報を得た際に、当該震源位置およびマグニチュードに基づいて上記距離減衰式によって推定した上記想定位置における地震動強さに、上記補正係数を乗じることにより、上記想定位置における地震動強さを予測することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リアルタイム地震情報に基づいて想定位置における地震動の強さを予測する方法およびこれを用いた防災システムに関するものである。

周知のように、地震波には伝播速度が速いP波（初期微動）と、伝播速度は遅いが大きな揺れを起こす振幅の大きいS波（主要動）がある。そして近年においては、気象庁の緊急地震速報や、防災科学技術研究所のリアルタイム地震情報活用システム（ＲＥＩＳ）等の、地震発生時に震源の近くで検知された上記Ｐ波によって当該地震に関するリアルタイム地震情報を即時的に得る各種のシステムが開発されている。

加えて、当該システムによって得られたリアルタイム地震情報を、インターネットや衛星通信によって配信するネットワークシステムも実用化しつつあり、上記リアルタイム地震情報を用いることにより、地震発生後数秒程度で、発生した地震のマグニチュードや震源位置等に関する情報を受け取ることができるようになっている。

一方、震源から数１０Ｋｍ以上離れた地点においては、Ｓ波に起因する地震動の主要動が到達するまでに数秒から数十秒の余裕がある。このため、上記余裕時間を利用して、上記リアルタイム地震情報により、地震被害の発生を防止する、いわゆるリアルタイム地震防災の研究が活発に行われている。

このような上記リアルタイム地震防災の一種として、上記リアルタイム地震情報で得られた震源位置（東経、北緯、深さ）およびマグニチュードから、距離減衰式によって想定位置における地震動の強さを推定する方法が広く知られている。
上記距離減衰式とは、日本全国の地震観測点で得られた多数の地震記録の回帰分析から求められた地震動強さの推定式であり、一般的には、下記（１）式でモデル化されるものである。

ｌｏｇＡ＝ａＭ−ｌｏｇ（Ｘ＋ｅ）−ｂＸ＋ｃ （１）
ｅ＝Ｃ₁・１０^C2M （２）
ここで、ａ、ｂ、ｃが全国の地震記録の統計解析によって評価される回帰係数である。また、Ａは地震動強さ、Ｍはマグニチュード、Ｘは震源からの距離である。さらに、ｅは震源の近傍で地震動強さを頭打ちさせる係数であり、（２）式で評価されることが多い。なお、（２）式中のＣ₁、Ｃ₂も、上記地震記録の回帰分析によって設定されるものである。

また、上記距離減衰式としては、上式の他に、（福島・田中 １９９０）による式、（安中他 １９８７）による式や、（司・翠川 １９９９）による式等が知られている。
さらに、上記（１）式は、地震動強さＡを、マグニチュードＭおよび震源からの距離Ｘをパラメータとして推定するものであるが、近年では震源深さなどの影響、地震タイプ（内陸地震、プレート境界地震、プレート内地震）などの影響もパラメータとして組み込まれることが多くなってきている。

いずれにしても、これまで提案されている上記距離減衰式は、全国で得られた地震記録の回帰分析から求められたものであるために、これらによって推定される地震動強さは全国の平均的な値となる。このため、上記平均的な地盤条件や地形特性とは異なる地域においては、評価精度が悪くなることも指摘されている。

また、地震記録は、震源特性、伝播経路特性、地盤特性等の影響を受けるため、同一地震における同じ距離で得られた地震記録においても地震動強さが異なることが知られている。この結果、図６に見られるように、図中丸印で示す実際に観測された地震動強さ（加速度応答スペクトルＳＡ）は、図中実線で示す平均値によって評価する距離減衰式により得られた想定値のまわりに、バラつきをもって分布することになる。さらに、上記（１）式等の距離減衰式によって予測される地震動強さの多くは、硬質な地盤における値に対応するものである。

このため、想定位置における地震動強さの予測精度を高めるためには、上記距離減衰式で求められる地震動強さＡに、さらに各想定地点における地盤の影響α（揺れやすさ、揺れにくさ）を乗じて、当該想定位置の地表面位置における地震動強さＡ´を求める必要がある。

すなわち、（１）式より、
Ａ＝１０^{aM-log(X+e)-bX+c} （３）
より、想定位置における予測地震動強さＡ´は、
Ａ´＝α・Ａ （４）
になる。

そこで、従来の予測方法においては、上記想定地点における地盤の影響を示す係数αとして、通常地形分類（扇状地、山岳地、台地等）、標高、河川からの距離などを指標として、上記観測記録の回帰分析から得られた推定式によって設定されたものが用いられている。例えば、上記係数αは、下記（５）式および（６）式によって設定されている。

ｌｏｇＡＶＳ＝ｄ＋ｇｌｏｇＨ＋κｌｏｇＤ （５）
ｌｏｇα＝ｍ−ｎｌｏｇＡＶＳ （６）
ここで、（５）式中のＡＶＳは、想定地点における地表から３０ｍまでの平均Ｓ波速度、Ｈは標高，Ｄは主要河川からの距離、ｄ、ｇ、κは、それぞれ回帰係数を示すものである。また、（６）式中のｍおよびｎは、回帰係数を示すものである。

このような係数αを用いて、従来のリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法においては、図５に示すように、地震発生時に、当該地震の震源位置およびマグニチュードに関するリアルタイム地震情報を受信すると、先ず震源位置の情報に基づき想定位置と震源位置との距離Ｘを計算し、これとマグニチュードＭとから、上記（１）式等の距離減衰式を用いて揺れの大きさ等の地震動強さＡを推定する。次いで、得られたＡに対して、上記想定位置の地盤特性を反映した係数αを乗じることにより、想定位置における揺れの大きさ等の地震動強さの推定値αＡを得ている。

以上のように、上記従来の地震動強さの予測方法によれば、（１）式で示した距離減衰式等に、上記係数αを乗じることにより、単に距離減衰式を用いた場合よりも、一層想定位置における地盤特性等を考慮した地震動強さの予測を行うことが可能になる。

しかしながら、上記従来の地震動強さの予測方法にあっては、距離減衰式によって得られる硬質地盤における地震動強さＡや、これに乗じる係数αが、共に日本全国の地震観測点における多数の地震記録の統計解析によって得られた全国共通な平均値を用いたものであるために、依然として想定地点によっては推定値の誤差が大きくなる場合があり、その予測精度の向上が強く望まれている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、想定位置やその近傍の地震観測所等で得られた地震記録の詳細な分析結果に基づいて、想定位置毎に補正係数を設定することにより、従来のシステムと比較して、より一層高い精度で当該想定位置における地震動強さを推定・評価することができるリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法および防災システムを提供することを課題とするものである。

現在、日本全国には、地震観測所が公的なものだけでも約１０００箇所以上に設置されている。そして、これらの地震観測所においては、十年以上にわたって各地で発生した地震に対する観測記録が保存されるとともに、これらの地震観測記録は、広く一般にも公開されている。

そこで、上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明に係るリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法は、過去に想定位置の地盤またはその近傍の地盤で得られた地震動強さに係る観測記録と、当該地震の震源位置およびマグニチュードに基づいて距離減衰式によって推定した上記想定位置における地震動強さとから、上記想定位置の地盤特性を反映した補正係数を算出し、地震発生時に震源位置およびマグニチュードを含むリアルタイム地震情報を得た際に、当該震源位置およびマグニチュードに基づいて上記距離減衰式によって推定した上記想定位置における地震動強さに、上記補正係数を乗じることにより、上記想定位置における地震動強さを予測することを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、予め、上記想定位置の地盤における地震動強さを測定するセンサーを設置し、当該センサーによる地震動強さの観測記録によって、上記補正係数をさらに補正することを特徴とするものである。

次いで、請求項３に記載の本発明に係るリアルタイム地震情報を利用した防災システムは、請求項１または２に記載の予測方法において得られた上記補正係数を格納する記憶手段と、地震発生時に検知された震源位置およびマグニチュードの情報を含むリアルタイム地震情報を受信する受信手段と、上記受信手段によって受信した上記リアルタイム地震情報に基づいて上記距離減衰式により上記想定位置における地震動強さを算出するとともに、得られた上記地震動強さに上記記憶手段に格納されている当該想定位置の上記補正係数を乗じる演算を行うことにより上記想定位置における地震強さを推定する演算手段と、この演算手段によって得られた上記地震動強さの推定情報を外部に伝達する配信手段とを備えてなることを特徴とするものである。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記想定位置の地盤に設置されて当該地盤における地震動強さを測定するセンサーと、このセンサーからの検出信号を受信する第２の受信手段と、リアルタイム地震情報の受信前に上記第２の受信手段において受信された上記地震動強さが設定値を超えた場合に上記配信手段に警報を出力する警報発信手段とを備えることを特徴とするものである。

なお、請求項１〜４に記載の発明における地震動強さとは、震度、最大速度または最大加速度等、地震による揺れの大きさを示す指標を包括的に指すものである。

請求項１または２に記載のリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法においては、過去に想定位置の地盤またはその近傍の地盤で得られた地震動強さに係る観測記録に基づいて、当該想定位置の地盤特性を反映した独自の補正係数を算出しているので、地震発生時にリアルタイム地震情報によって得られた震源位置とマグニチュードを用いて、先ず距離減衰式により想定位置における地震動強さを仮推定し、これに上記補正係数を乗じることにより、従来のシステムと比較して、より一層高い精度で当該想定位置における地震動強さを推定・評価することができる。

この際に、過去に想定位置における観測記録が多数存在する場合には、上記補正係数によって極めて高い精度の地震動予測を行うことが可能であるが、これまで個々の一般的な想定位置には、地震計等のセンサーが設置されていない場合が多い。このため、通常は、上記想定位置に最も近い既存の地震観測所、または上記直近の地震観測所を含めた想定位置の周囲に点在する複数の既存の地震観測所における過去の観測記録から、上記補正係数を算出することになる。

そこで、請求項２に記載の発明においては、現在上記センサーが設置されていない想定位置についても、予めその地盤における地震動強さを測定するセンサーを設置しておき、以降経時的に上記センサーによって測定される地震動強さの観測記録によって、上記補正係数をさらに補正することようにすれば、当該補正係数を更新してその精度を徐々に高めることができる。

したがって、上記補正係数を用いる請求項３または４に記載の防災システムによれば、受信手段によってリアルタイム地震情報を受信した際に、演算手段において従来の距離減衰式と記憶手段に格納されている上記想定位置の補正係数とによって、地震到達前に、配信手段により当該想定位置へ予想される地震動強さを伝達することができる。この際に、予め複数の想定位置について、各々の補正係数を算出して記憶手段に格納しておけば、地震発生時にそれぞれの想定位置において予想される地震動強さを推定して、同時に各々の想定位置に向けて配信することができる。

また、リアルタイム地震情報の受信不良等により、あるいは特定の想定位置によっては、リアルタイム地震情報を受信する前に、Ｓ波による地震動が到達する事態が発生し得る。
このような場合に、請求項４に記載の防災システムによれば、上記想定位置の地盤に設置された地震動強さを測定するセンサーが、リアルタイム地震情報の受信前に設定値を超える地震動強さを観測すると、警報発信手段によって当該想定位置に警報を発信することができるために、いわゆるフェールセーフ機能を発揮することができる。

先ず、図１および図２に基づいて、本発明に係るリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法の最良の実施形態について説明する。
この予測方法においては、先ずステップ１において、想定位置に地震計等の地震動強さを測定するセンサーが設置されている場合には、当該センサーによって測定された過去の想定位置の地盤における地震動強さの観測記録と、当該観測記録の元となった地震の震源位置およびマグニチュードの記録を収集する。

また、想定位置に上記センサーが設置されていない場合は、当該想定位置の近傍にある既存の地震観測所等で得られた当該箇所の地盤における地震動強さの観測記録と、当該観測記録の元となった地震の震源位置およびマグニチュードの記録を収集する。
なお、想定位置にセンサーがある場合においても、その観測記録数が少ない場合には、上記近傍の地盤における観測記録も併用する。

一方、ステップ２においては、収集された過去の地震の震源位置およびマグニチュードから、例えば上記（１）式に示す距離減衰式を用いて、上記想定位置における推定地震動強さを算出する。

次いで、ステップ３において、ステップ１で得られた想定位置における地震動強さの観測記録Ｂ_iと、ステップ２で距離減衰式から得られた地震動強さＡ_iとの差分β_iを算出し、これらの平均値から新たな補正係数α_newを得ておく。
そして、地震発生時に、リアルタイム地震情報によって得られた震源位置（東経、北緯、深さ）から、想定位置と震源位置との距離Ｘを計算し、これとマグニチュードＭとに基づいて上記距離減衰式によって上記想定位置における地震動強さを仮推定する。次いで、この仮推定値に、上記補正係数α_newを乗じることにより、上記想定位置における地震動強さを予測する。

このように、上記地震動強さの予測方法によれば、過去に想定位置の地盤またはその近傍の地盤で得られた地震動強さに係る観測記録に基づいて、上記想定位置の地盤特性を反映した独自の補正係数を算出しているので、全国の観測記録から統計解析によって得られた標準の係数を用いる従来のシステムと比較して、より一層高い精度で当該想定位置における地震動強さを推定・評価することができる。

ちなみに、図７は、宮城県内にある既存の地震観測箇所で過去に得られている地震記録と、当該地震記録を用いて距離減衰式により得られた結果に、従来の（１）式〜（７）式に示した係数αを乗じることによって推定した地震動強さとの関係を示すものである。図７によれば、実際の観測震度に比べて、予測震度が過小評価になっていることが判る。

これに対して、図８は、上記地震記録と、上記地震記録を用いて距離減衰式により得られた結果に、実施形態に示す補正係数α_newを乗じて推定した地震動強さとの関係を示すものである。図８によれば、両者の一致度が高くなり、よって従来の方法と比較して、推定精度がより向上していることが判る。

なお、上記ステップ３において得られた補正係数α_newは、以下のようにしてより精度の高い補正係数α´_newへと更新することができる。
すなわち、現在上記センサーが設置されていない想定位置に、その地盤における地震動強さを測定するセンサーを設置しておく。そして、ステップ４において、上記センサーの設置以降に、このセンサーによって測定された地震動強さの観測記録Ｂを得る。他方、ステップ５においては、上記観測記録Ｂの元となった地震の震源位置およびマグニチュードの情報に基づいて、距離減衰式を用いて上記想定位置における推定地震動強さＡを算出する。

次いで、ステップ６において、これら観測記録Ｂおよび推定地震動強さＡとの差分βを算出する。そして、この差分βが、上記補正係数α_newを求めた際の上記差分β_iに対する標準偏差値±２σ以内である場合には、ステップ７において、補正係数α_newを、この差分βにより観測記録数ｎの重み付けをして更新することにより、新たな補正係数α´_newを得る。また、上記差分βが、標準偏差値±２σ以内で無い場合には、特異な観測記録と判断して除外する。

そして、上記センサーが地震を観測する都度、このような補正を繰り返すことにより、経時的に上記センサーを設置した想定位置における補正係数α_newの精度を、徐々に高めることができる。

次に、図３および図４に基づいて、以上の予測方法を用いた本発明に係るリアルタイム地震情報を利用した防災システムの一実施形態について説明する。
図３に示すように、この防災システムは、防災センターＣに設置されて、任意の場所で地震が発生した際に、予め設定されている複数の想定位置１〜４に対して、当該地震の到達前にこれら想定位置１〜４において想定される地震動強さを配信するためのものである。

そして、図４に示すように、この防災センターＣには、防災科学技術研究所のＲＥＩＳ等から発せられたリアルタイム地震情報を、衛星通信を介して受信するためのアンテナ（受信手段）１およびインターネットを介して受信するためのインターネット通信回線（受信手段）２が設けられている。また、上記受信手段１、２からのリアルタイム地震情報を常時取り込み可能に設定されているとともに、取り込まれたリアルタイム地震情報から各々の各想定位置１〜４における地震動の揺れの大きさを推定する汎用のコンピュータ（演算手段）３が設置されている。

また、このコンピュータ３は、補正係数α_new１、α_new２、α_new３、α_new４を格納したデータベース（記憶手段）４が接続されている。ここで、上記補正係数α_new１〜α_new４は、各々の想定位置１〜４の地盤またはその近傍にある既存の地震観測所等で得られた当該箇所の地盤における過去の地震動強さの観測記録を用いて、上述した予測方法の図１に示したステップ１〜３により設定されたものである。

そして、コンピュータ３には、受信手段１、２からリアルタイム地震情報が取り込まれた際に、得られた震源位置（東経、北緯、深さ）から、各々の想定位置１〜４と震源位置との距離Ｘを計算し、これとマグニチュードＭとに基づいて上記距離減衰式によって上記想定位置における地震動強さを算出し、さらにこの算出結果に、データベースか４から読み込んだ各想定位置１〜４における補正係数α_new１〜α_new４を乗じることにより、各想定位置１〜４における地震動強さを算出して出力する演算プログラムが組み込まれている。

さらに、コンピュータ３の出力側には、これによって算出されて出力された各想定位置１〜４における地震動強さ等の推定情報を表示するモニタ等の出力手段５と、上記推定情報をインターネット通信回線２あるいは有線または無線の電話網等を介して各々の想定位置１〜４に伝達する配信手段６とが接続されている。

また、想定位置１〜４には、それぞれの地盤における地震動強さを測定するセンサーが設置されている。他方、防災センターＣには、これらセンサーからの検出信号を受信する受信手段（第２の受信手段）が設けられており、この受信手段からの検出信号がコンピュータ３に入力されるようになっている。そして、このコンピュータ３には、リアルタイム地震情報の受信前に上記センサーのよって検出された想定位置１〜４における地震動強さが予め設定された値を超えた場合に、上記配信手段に警報を出力して当該想定位置１〜４に伝達するプログラムが組み込まれている。

以上の構成からなる防災システムによれば、受信手段１、２によってリアルタイム地震情報を受信した際に、コンピュータ３において、従来の距離減衰式とデータベース４に格納されている想定位置１〜４の補正係数α_new１〜α_new４とによって、地震到達前に、想定位置１〜４に向けて配信手段６により各々の想定位置１〜４において予想される地震動強さを伝達することができる。この際に、各想定位置１〜４について、それぞれの地盤特性を反映した独自の補正係数α_new１〜α_new４を用いているので、想定位置１〜４ごとに、高い精度で地震動強さを推定することができる。

また、リアルタイム地震情報の受信不良等により、リアルタイム地震情報を受信する前に、特定の想定位置１〜４にＳ波による地震動が到達してしまった場合にも、これを検出したセンサーからの信号によって、防災センターＣから当該想定位置に警報を発信することができる。

さらに、上記センサーによって検出された想定位置１〜４における地震記録により、図４に示したステップ４〜７を実行することにより、その想定位置における補正係数α_newの精度を、一段と高めることもできる。

本発明の地震動強さの予測方法の一実施形態を示すフロー図である。 本発明の地震動強さの予測方法の他の実施形態を示すフロー図である。 本発明の防災システムの一実施形態を示す防災センターと想定位置との配置図である。 図３の防災センターにおける概略構成図である。 従来の距離減衰式を用いた地震動強さの予測方法を示すフロー図である。 従来の予測方法における距離減衰式による予測値と観測値とを比較したグラフである。 過去の観測記録と、これを用いた従来の予測方法による予測値との関係を示すグラフである。 過去の観測記録と、これを用いた本発明に係る予測方法による予測値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ アンテナ（受信手段）
２ インターネット通信回線（受信手段）
３ コンピュータ（演算手段）
４ データベース（記憶手段）
５ 出力手段
６ 配信手段

Claims (4)

1. 過去に想定位置の地盤またはその近傍の地盤で得られた地震動強さに係る観測記録と、当該地震の震源位置およびマグニチュードに基づいて距離減衰式によって推定した上記想定位置における地震動強さとから、上記想定位置の地盤特性を反映した補正係数を算出し、地震発生時に震源位置およびマグニチュードを含むリアルタイム地震情報を得た際に、当該震源位置およびマグニチュードに基づいて上記距離減衰式によって推定した上記想定位置における地震動強さに、上記補正係数を乗じることにより、上記想定位置における地震動強さを予測することを特徴とするリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法。
2. 予め、上記想定位置の地盤における地震動強さを測定するセンサーを設置し、当該センサーによる地震動強さの観測記録によって、上記補正係数をさらに補正することを特徴とする請求項１に記載のリアルタイム地震情報を利用した地震動強さの予測方法。
3. 請求項１または２に記載の予測方法において得られた上記補正係数を格納する記憶手段と、地震発生時に検知された震源位置およびマグニチュードの情報を含むリアルタイム地震情報を受信する受信手段と、上記受信手段によって受信した上記リアルタイム地震情報に基づいて上記距離減衰式により上記想定位置における地震動強さを算出するとともに、得られた上記地震動強さに上記記憶手段に格納されている当該想定位置の上記補正係数を乗じる演算を行うことにより上記想定位置における地震強さを推定する演算手段と、この演算手段によって得られた上記地震動強さの推定情報を外部に伝達する配信手段とを備えてなることを特徴とするリアルタイム地震情報を利用した防災システム。
4. 上記想定位置の地盤に設置されて当該地盤における地震動強さを測定するセンサーと、このセンサーからの検出信号を受信する第２の受信手段と、リアルタイム地震情報の受信前に上記第２の受信手段において受信された上記地震動強さが設定値を超えた場合に上記配信手段に警報を出力する警報発信手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載のリアルタイム地震情報を利用した防災システム。

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