JP2008096203A - 情報受信装置及びそれを使用する無地震計情報受信装置若しくはそれを用いた情報受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】直下型地震に対応でき、かつ高精度で低コストの情報受信装置、及びそれを用いた情報受信システムを提供することを目的とする。
【解決手段】緊急地震速報を受信する機能を有する情報受信装置１において、情報受信装置１本体の内部に内部地震計２を備えたことを特徴とする。また、地震波と地震波以外のノイズとを分離する解析機能有するノイズ分離部２ｂ，５を備えたことを特徴とする
【選択図】図１

Description

本発明は、緊急地震速報や他の防災情報等を受信する情報受信装置及びそれを使用する無地震計情報受信装置若しくはそれを用いた情報受信システムに関する。

従来、複数地点で観測される地震波形に基づき震源位置、地震の大きさ、地震の発生時刻を求め、その震源位置に基づき特定地の震央距離、地震の大きさに基づき有感半径を求め、求められた地震の大きさと特定地の震央距離に基づき特定地に到達する地震波の予測演算を行い、特定地での予測強度及び到達予測時刻を求め、求められた特定地の震央距離が有感半径以内か否かにより報知の要否を判定し、求められた予測強度を下限強度以下か否かにより報知の要否を判定し、予測強度と到達予測時刻を報知する地震予測即時報知システムが記載されている（特許文献１参照）。
また、平成１９年３月頃、気象庁により、緊急地震速報の一般への配信が行われる予定であり、これに伴って緊急地震速報の受信装置が開発されている。これらは、緊急地震速報や、別の防災情報等を受信する機能を有しているが、地震計は組み込まれていない。
特許第３７５５１３１号公報

地震による大きな揺れが到着する前に、緊急地震速報を受信できれば、各種災害軽減のための対策を行うことができる。しかし、気象庁から配信される緊急地震速報は、震源から約30ｋｍ以内では、情報配信が、Ｓ波が到着するより後になるという課題がある。内陸地震の場合には、被害が集中するのは、30km以内の領域であることから、直下型地震にも対応できる緊急地震速報を受信できる機能を有するシステム（緊急地震速報以外の情報も受けられるシステムのこと）の開発は大変重要である。また、現緊急地震速報では、震度推定の誤差が大きいという課題もある。
現在の防災科学技術研究所、気象庁による地震観測網の平均的観測点間隔は、約30kmであるが、直下型地震に対応できるようにするためには、緊急地震速報のユーザが位置する地点より、震央に近い位置に地震計が設置されている必要がある。大きい地震の大部分は、5kmより深い所で発生することから、直下型地震に対応できるようにするには、地震観測点の間隔を5km程度にする必要がある。このためには、観測点を現在の数十倍に増やす必要があるが、コストの点で難しい。

本発明は、直下型地震に対応でき、かつ高精度で低コストの情報受信装置及びそれを使用する無地震計情報受信装置若しくはそれを用いた情報受信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の情報受信装置は、緊急地震速報を受信する機能を有する情報受信装置において、前記情報受信装置本体の内部に内部地震計を備えたことを特徴とする。

また、地震波と前記地震波以外のノイズとを分離する解析機能を有するノイズ分離部を備えたことを特徴とする。

また、前記ノイズ分離部は、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、周波数成分又は波形の違いを利用して、前記地震波と前記ノイズとに分離することを特徴とする。

また、前記ノイズ分離部は、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、別の地点に設置された複数の前記情報受信装置による地震観測データと比較して、前記地震波と前記ノイズとに分離することを特徴とする。

また、前記ノイズ分離部は、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、緊急地震速報データを利用して、前記地震波と前記ノイズとに分離することを特徴とする。
また、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、他の地震データと比較して、前記情報受信装置が設置されている場所での増幅特性を推定する増幅特性推定部を備えたことを特徴とする。
また、前記増幅特性推定部は、推定した前記増幅特性の値を学習し、更新する増幅特性学習部を有することを特徴とする。
また、外部に情報を通知又は表示する外部通知部を備えたことを特徴とする。
また、前記内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力されない場合、前記内部地震計のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする。
また、前記内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力された場合、前記内部地震計のデータ及び前記緊急地震速報のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする。
また、前記情報受信装置の設置された周辺に設置された他の情報受信装置の内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力されない場合、前記他の情報受信装置の内部地震計のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする。

また、前記情報受信装置の設置された周辺に設置された他の情報受信装置の内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力された場合、前記他の情報受信装置の内部地震計のデータ及び前記緊急地震速報のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の情報受信装置を使用する無地震計情報受信装置は、複数の地点に設置された前記情報受信装置の前記内部地震計のデータ又は前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを解析した解析データ、若しくは、前記内部地震計のデータ及び前記解析データの両者から揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を有することを特徴とする。
さらに、本発明の情報受信装置を用いた情報受信システムは、前記情報受信装置と、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータ、若しくは、前記内部地震計のデータ及び前記緊急地震速報のデータの両者を入力し解析するデータ解析装置と、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータ又は前記データ解析装置のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を有する無地震計情報受信装置を備えたことを特徴とする。
また、前記無地震計情報受信装置は、外部に情報を通知又は表示する外部通知部を備えたことを特徴とする。

このように、本発明によれば、地震計を情報受信装置の中に組み込み内部地震計とするので、データを長いケーブルや無線で伝送する必要がない。また、センサーをカバーで被う必要がなく、地震計の設置費が必要ない。このため、製造コストの大幅な削減が可能である。

また、緊急地震速報を受信する機能を有する情報受信装置は、インターネット等に接続され、地震情報を受信しているので、この情報受信装置に内部地震計が組み込まれると、緊急地震速報が間に合わない場合には、設置されている内部地震計で観測されるＰ波を用いて、地震警報を出力することが可能である。また、内部地震計を組み込んだ同様の情報受信装置が、多くのユーザにより設置されるならば、別の地域で観測される揺れを即時的に解析し、直下型地震に対応できる緊急地震速報を配信することも可能である。
一方、地震による揺れの強さは、地盤により大きく変わり、建物によっても変わる。従って、地盤や建物による揺れの増幅特性が正確に補正されるならば、揺れの予測が正確に行えるようになる。緊急地震速報を受信する機能を有する情報受信装置に内部地震計が組み込まれると、緊急地震速報により推定される揺れの予測値と、実際に観測される揺れとを比較することができ、その違いから、増幅特性を求めることができる。また、深井戸に設置された地震観測データと比較することによっても、増幅特性を推定することができる。
緊急地震速報を受信する機能を有する情報受信装置の内部に内部地震計を組み込む場合には、地震計を外部に設置し、その信号を同装置に接続させる場合に比べ、１）地震観測データを、有線や無線で、同装置に伝送する必要がない、２）地震計のカバーが必要ない、３）地震計を設置する費用が不要であり、設置費が大幅に低下する等の利点を有する。
一方、情報受信装置の内部に内部地震計が組み込まれている場合には、人工的なノイズとの干渉が考えられるが、地震波と、人工的ノイズが、周波数成分や、波形の形に大きな違いがあり、ソフト的に区別することが可能であり、また、地震の場合には、広い範囲で同時に揺れるが、人工的ノイズは特定の場所だけであることから、ネットワーク機能を用いて、観測データを比較することにより、ノイズと地震波とを区別することができる。
以上に示したように、本発明の情報受信装置のように緊急地震速報を受信する機能を有する装置に、低コストの地震計を設置することにより、直下型地震に対応でき、かつ高精度でコストを大幅に低下させることができる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本実施形態の緊急地震速報受信装置１のブロック図を示す。図中、１は情報受信装置の一例としての緊急地震速報受信装置、２は内部地震計、２ａは地震計A/D、２ｂは地震計ノイズ分離部、３は外部データ受信部、４はトリガ判定部、５は外部データノイズ分離部、６は揺れの強さ推定部、７は増幅特性推定・学習部、８は地震警報部、９は外部通知部である。
図１に示すように、緊急地震速報受信装置１は、緊急地震速報、あるいは、緊急地震速報とそれ以外の情報を受信する機能を有する装置であり、本体内部に、小型の地震計２が組み込まれた装置である。

本実施形態の緊急地震速報受信装置１は、内部地震計２のデータＡ、他地点に設置された複数の緊急地震速報受信装置１の揺れデータＢ及び緊急地震速報データＣの３つの入力データＡ，Ｂ，Ｃを入力することができる。これらの入力データＡ，Ｂ，Ｃは、トリガ判定部４に入力され、各々の組み合わせで後述するように場合分けされる。
次に、地震波と人工的ノイズとの分離について説明する。地震波とそれ以外の人工ノイズの分離方法としては、図２に示すように３つの方法がある。まず、図２（ａ）に示すように、地震計ノイズ分離部２ｂで緊急地震速報受信装置１の内部地震計２のデータＡを周波数成分又は波形の違いを利用して分離する方法、図２（ｂ）に示すように、外部データノイズ分離部５で、緊急地震速報受信装置１が設置されている地点の周辺に設置された複数の同様の緊急地震速報受信装置１による地震観測データＢを利用し、ほぼ同じ時刻に、揺れが観測されているか、揺れが開始した時刻が、別の観測点のそれと調和的であるか等をチェックし、地震波とノイズとの判定を行う方法、又は、図２（ｃ）に示すように、外部データノイズ分離部５で、緊急地震速報データＣを利用し、緊急地震速報から想定される到着時刻と、観測された揺れの開始時刻とが調和的であるか、および、マグニチュードから想定される揺れが、観測と調和的であるかのチェックを行い、地震波とノイズとの判定を行う方法である。実際には、利用できる情報がさまざまな組み合わせで入力されるため、その組み合わせに応じて、各方法を組み合わせて利用し、ノイズ分離を行う。
次に、ノイズ分離されたデータは、揺れの強さ推定部６に入力される。揺れの強さ推定部６では、内部地震計２のデータＡ、他地点に設置された複数の緊急地震速報受信装置１の揺れデータＢ及び緊急地震速報データＣを各々組み合わせて利用し、揺れの強さの推定情報を出力する。
増幅特性推定・学習部７は、増幅特性を自動的に補正する機能を持つ。防災科学技術研究所の高感度地震観測網（Hi-net）、基盤強震観測網 （KiK-net）の地震観測網は、100mより深い井戸に外部地震計１０が設置されており、数10ｍまでの地盤の影響を無視することもできる。そこで、図３に示すように、この装置が設置されている近傍に位置するHi-net、あるいは、KiK-net観測点Gによる波形データのスペクトルと、緊急地震速報受信装置１の設置された観測点Hの波形データのスペクトルを比較し、増幅特性を推定する。Hi-net, KiK-netのデータが使えない場合には、緊急地震速報で推定される揺れの大きさと、この緊急地震速報受信装置で観測される揺れの大きさとを比較することにより行う。有感地震を経験するたびに増幅特性は学習、更新されるため、次の地震時には、更新された増幅特性を用いて揺れの推定が行われる。また、緊急地震速報で予測される揺れの大きさと、観測された揺れの大きさを比較して、推定することにより行われる場合もある。

地震警報部８は、地震の有無や揺れの強さ等を表示又は音声等で外部に知らせるものである。また、外部通知部９は揺れの強さ等のデータをインターネット接続等で外部に伝送することにより実施する。ここで、外部とは、図４に示すように、離れた場所に設置されている同様の緊急地震速報受信装置１、内部に地震計を組み込まない無地震計情報受信装置の一例としての無地震計緊急地震速報受信装置１１若しくは緊急地震速報受信装置１及び無地震計緊急地震速報受信装置１１を管理しデータを解析するデータ解析装置の一例としてのデータセンター１２等である。これらは情報受信システムの一例としての緊急地震速報受信システム１０として相互にデータ伝送可能な構造となっている。

次に、３つの入力データＡ，Ｂ，Ｃの組み合わせパターンによる緊急地震速報受信装置１の処理について説明する。
まず、パターン１として、トリガ判定部４で、内部地震計２のデータＡのみを入力とした場合（Ｐ１）には、入力データＡは、内部地震計２のノイズ分離部２ｂでノイズの分離を実行され、外部データノイズ分離部５では処理されず、揺れの強さ推定部６に入力される。そして、図５に示すように、揺れの強さ推定部６で、Ｐ波とＳ波の揺れの平均的振幅比を考慮して、観測された大きなＰ波からこの装置が設置されている場所でのＳ波の揺れの大きさを推定し、その情報を外部に出力する。すなわち、直下型地震に対応する機能である。
次に、パターン２として、トリガ判定部４で、内部地震計２のデータＡと緊急地震速報データＣとを入力とした場合（Ｐ２）には、まず入力データＡを内部地震計２のノイズ分離部２ｂでノイズ分離し、入力データＢを外部データノイズ分離部５でノイズ分離する。そして、図６に示すように、揺れの強さ推定部６で、P波が観測された場合、緊急地震速報データＣから震源距離を計算し、震源距離に依存したP波とS波の揺れの振幅比を考慮して、この装置が設置されている場所でのS波の揺れの大きさを推定し、その情報を外部に出力する。
次に、パターン３として、トリガ判定部４で、データセンター１２を経由した他地点に設置された複数の緊急地震速報受信装置１の揺れデータＢを入力とし、緊急地震速報データＣを入力としない場合（Ｐ３）には、まず入力データＢを外部データノイズ分離部５でノイズ分離する。そして、図７に示すように、周辺に置かれた他の同様の緊急地震速報受信装置１一台で、大きな揺れが検出された場合には、その地点での揺れの大きさと、その地点までの距離を考慮して、同様の緊急地震速報受信装置１が置かれている場所での揺れの大きさを推定し、その情報を外部に出力する。周辺に置かれた複数の同様の緊急地震速報受信装置１により、揺れが観測された場合には、揺れの分布を利用して、同様の緊急地震速報受信装置１が置かれている場所での揺れの大きさを推定し、その情報を外部に出力する。すなわち、直下型地震対応機能についてのものである。なお、この場合、内部地震計２のデータＡは入力として判定されてもされなくてもよい。また、他地点に設置された複数の緊急地震速報受信装置１の揺れデータＢは、データセンター１２を経由せず、直接入力してもよい。
次に、パターン４として、トリガ判定部４で、データセンター１２を経由した他地点に設置された複数の緊急地震速報受信装置１の揺れデータＢ及び緊急地震速報データＣを入力とする場合（Ｐ４）には、まず入力データＢ及びＣを外部データノイズ分離部５でノイズ分離する。そして、図８に示すように、この緊急地震速報受信装置１の周辺に置かれた同様の緊急地震速報受信装置１で、P波あるいはS波が観測された場合、緊急地震速報による揺れの推定値（距離減衰式を利用したもの）と観測値との残差の分布、あるいは観測値の分布を求め、それらの結果を利用して、同様の緊急地震速報受信装置１が設置されている場所での、緊急地震速報による揺れの強さの推定値を補正し、補正後の情報を外部に出力する。なお、この場合、内部地震計２のデータＡは入力として判定されてもされなくてもよい。また、他地点に設置された複数の緊急地震速報受信装置１の揺れデータＢは、データセンター１２を経由せず、直接入力してもよい。

次に、パターン５として、トリガ判定部４で、緊急地震速報データＣのみを入力とする場合（Ｐ５）には、まず入力データＣを外部データノイズ分離部５でノイズ分離する。そして、ノイズ分離したデータＣにより揺れの強さを推定する。

図９は、データセンター１２又は別の地点に設置された複数の内部地震計２を備えた緊急地震速報受信装置１による地震観測データ、解析データ、あるいは、両者を利用し、任意の地点での揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を有し内部地震計２を備えていない無地震計緊急地震速報受信装置１１及び緊急地震速報受信装置１、無地震計緊急地震速報受信装置１１及びデータセンター１２を備えた緊急地震速報受信システム１０を示す。
従来の内部地震計２を備えていない緊急地震速報受信装置は、震源の位置とマグニチュードに距離減衰式を適用して揺れの強さを推定している。地球内部は不均質で、表層の構造は、地域的に大きく変わっており、これらが、揺れの推定の大きな誤差要因になっている。
そこで、ユーザが位置する近傍での揺れの分布が測定され、それを利用できれば、地球内部の不均質性や、表層地盤構造の不均質性に起因する誤差を小さくすることができる。
ここでは、内部地震計２を備えていない無地震計緊急地震速報受信装置１１が緊急地震速報のデータＣが利用できる場合には、震源情報と、ユーザ近傍の揺れの強さ分布を、利用できない場合には、周辺の緊急地震速報受信装置１による揺れの強さ分布のみを利用して、揺れの大きさを推定する。そして、内部地震計２を備えていない無地震計緊急地震速報受信装置１１は、揺れの強さに関する情報を外部に出力できるようにしてもよい。

このように、緊急地震速報を受信する機能を有する緊急地震速報受信装置１は、インターネット等に接続され、地震情報を受信しているので、この緊急地震速報受信装置１に内部地震計２が組み込まれると、緊急地震速報が間に合わない場合には、設置されている内部地震計２で観測されるＰ波を用いて、地震警報を出力することが可能である。また、内部地震計２を組み込んだ同様の緊急地震速報受信装置１が、多くのユーザにより設置されるならば、別の地域で観測される揺れを即時的に解析し、直下型地震に対応できる緊急地震速報を配信することも可能である。
一方、地震による揺れの強さは、地盤により大きく変わり、建物によっても変わる。従って、地盤や建物による揺れの増幅特性が正確に補正されるならば、揺れの予測が正確に行えるようになる。緊急地震速報を受信する機能を有する緊急地震速報受信装置１に内部地震計２が組み込まれると、緊急地震速報により推定される揺れの予測値と、実際に観測される揺れとを比較することができ、その違いから、増幅特性を求めることができる。また、深井戸に設置された地震観測データと比較することによっても、増幅特性を推定することができる。
緊急地震速報を受信する機能を有する緊急地震速報受信装置１の内部に内部地震計２を組み込む場合には、地震計を外部に設置し、その信号を同装置に接続させる場合に比べ、１）地震観測データを、有線や無線で、同装置に伝送する必要がない、２）地震計のカバーが必要ない、３）地震計を設置する費用が不要であり、設置費が大幅に低下する等の利点を有する。
一方、緊急地震速報受信装置１の内部に内部地震計２が組み込まれている場合には、人工的なノイズとの干渉が考えられるが、地震波と、人工的ノイズが、周波数成分や、波形の形に大きな違いがあり、ソフト的に区別することが可能であり、また、地震の場合には、広い範囲で同時に揺れるが、人工的ノイズは特定の場所だけであることから、ネットワーク機能を用いて、観測データを比較することにより、ノイズと地震波とを区別することができる。
以上に示したように、本実施形態の緊急地震速報受信装置１のように緊急地震速報を受信する機能を有する装置に、低コストの地震計を設置することにより、直下型地震に対応でき、かつ高精度でコストを大幅に低下させることができる。

本実施形態のブロック図である。 本実施形態の地震波とノイズを示す図である。 本実施形態の増幅特性を示す図である。 本実施形態のシステムを示す図である。 本実施形態のパターン１を示す図である。 本実施形態のパターン２を示す図である。 本実施形態のパターン３を示す図である。 本実施形態のパターン４を示す図である。 本実施形態のシステムを示す図である。

符号の説明

１…緊急地震速報受信装置（情報受信装置）、２…内部地震計、２ａ…地震計A/D、２ｂ…地震計ノイズ分離部、３…外部データ受信部、４…トリガ判定部、５…外部データノイズ分離部、６…揺れの強さ推定部、７…増幅特性推定・学習部、８…地震警報部、９…外部通知部、１０…緊急地震速報受信システム（情報受信システム）、１１…無地震計緊急地震速報受信装置（無地震計情報受信装置）、１２…データセンター

Claims (15)

1. 緊急地震速報を受信する機能を有する情報受信装置において、前記情報受信装置本体の内部に内部地震計を備えたことを特徴とする情報受信装置。
2. 地震波と前記地震波以外のノイズとを分離する解析機能を有するノイズ分離部を備えたことを特徴とする請求項１に記載された情報受信装置。
3. 前記ノイズ分離部は、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、周波数成分又は波形の違いを利用して、前記地震波と前記ノイズとに分離することを特徴とする請求項２に記載された情報受信装置。
4. 前記ノイズ分離部は、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、別の地点に設置された複数の前記情報受信装置による地震観測データと比較して、前記地震波と前記ノイズとに分離することを特徴とする請求項２に記載された情報受信装置。
5. 前記ノイズ分離部は、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、緊急地震速報データを利用して、前記地震波と前記ノイズとに分離することを特徴とする請求項２に記載された情報受信装置。
6. 前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを、他の地震データと比較して、前記情報受信装置が設置されている場所での増幅特性を推定する増幅特性推定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された情報受信装置。
7. 前記増幅特性推定部は、推定した前記増幅特性の値を学習し、更新する増幅特性学習部を有することを特徴とする請求項６に記載された情報受信装置。
8. 外部に情報を通知又は表示する外部通知部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された情報受信装置。
9. 前記内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力されない場合、前記内部地震計のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載された情報受信装置。
10. 前記内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力された場合、前記内部地震計のデータ及び前記緊急地震速報のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載された情報受信装置。
11. 前記情報受信装置の設置された周辺に設置された他の情報受信装置の内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力されない場合、前記他の情報受信装置の内部地震計のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載された情報受信装置。
12. 前記情報受信装置の設置された周辺に設置された他の情報受信装置の内部地震計で揺れを観測し、且つ、前記緊急地震速報のデータが入力された場合、前記他の情報受信装置の内部地震計のデータ及び前記緊急地震速報のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載された情報受信装置。
13. 複数の地点に設置された前記情報受信装置の前記内部地震計のデータ又は前記情報受信装置の前記内部地震計のデータを解析した解析データ、若しくは、前記内部地震計のデータ及び前記解析データの両者から揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載された情報受信装置を使用する無地震計情報受信装置。
14. 外部に情報を通知又は表示する外部通知部を備えたことを特徴とする請求項１３に記載された無地震計情報受信装置。
15. 前記情報受信装置と、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータ、若しくは、前記内部地震計のデータ及び前記緊急地震速報のデータの両者を入力し解析するデータ解析装置と、前記情報受信装置の前記内部地震計のデータ又は前記データ解析装置のデータから揺れの強さを推定する揺れの強さ推定部を有する無地震計情報受信装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載された情報受信装置を用いた情報受信システム。

Images