JP2009122069A - 地震観測システム - Google Patents

Abstract

【課題】 インターネットなどのネットワーク回線があれば、どこにでも簡単に設置することができ、しかも簡単な機構で多数の振動観測装置の同期をとることができ、解析が容易で、安価で汎用性に優れた地震観測システムを提供する。
【解決手段】 トリガーセンサーによって検知された地震による振動が特定のレベルを超えていると判定されると、制御コンピュータがデータ収録の指示を出す。この指示は、ネットワーク回線を介して接続された多数の振動観測装置に個別に送信するのではなく、ネットワーク回線における信号の伝達を遮断することによって行う。各振動観測装置は、回線が遮断されると、それぞれ独立してデータの収録を開始する。その後、各振動観測装置は、独立してデータ収録を終了し、ネットワーク回線を復帰する。その後、制御コンピュータから各振動観測装置にアクセスし、収録データを蓄積して解析を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ネットワーク回線を利用した地震観測システムに関するものであり、主として構造物の耐震診断や、地震時の狭域、広域の地震被害の推定のための地震観測データの収録、データベース化等に利用される。

ビルなどの大型の建築物の設計においては、耐震性に関し、建築物の剛性や固有周期その他の振動特性が計算され、それに基づいて耐震設計が行われる。

しかしながら、実際に構築された建築物の真の剛性や固有周期を計算で求めることはできないため、計算データに基づき、シミュレーションが行われているに過ぎない。

これに対し、地震時の建築物の揺れを経時的に観測すれば、より現実に近い建築物の剛性やその振動特性を知ることができる。

このようなデータを地震の度に蓄積して行けば、建築物の劣化による剛性、振動特性の経時的変化を知ることができ、また、建築物が損傷を受けるような大地震の場合にはその前後における建築物の剛性、振動特性の変化から、建築物の損傷の程度を把握したり、その状態での建築物の安全性の評価が可能となる。

従来、このような耐震診断に関しては、図３に一括して示した集中型地震観測システムと、分散型地震観測システムがある。

集中型地震観測システムは、観測の対象となる建築物またはその近傍に制御コンピュータを設置し、建築物内の複数箇所に設置した振動センサーと専用回線で接続し、地震時に制御コンピュータで振動センサーを制御し、各振動センサーによって得られたデータをリアルタイムで利用できるようにしたものである。

集中型地震観測システムは、専用回線を壁に埋め込む必要があるなど高価であり、既存の建物には設置できず、維持管理も多額の費用が発生するため、それに見合う建築物でしか使えない。

また、集中型地震観測システムによる観測データは、通常、建物所有者が保有し、非公開であるため、第三者が利用することができないが、一般に公開されたものであれば、別途、インターネットなどを通じて入手可能な場合もある。

分散型地震観測システムは、観測の対象となる建築物内の複数箇所に設置した振動センサーが、地震時に独自に観測を行い、観測されたデータを、インターネットなどのネットワーク回線を通じて個々に利用できるようにしたものである。

分散型地震観測システムの場合、専用回線を必要とせず、安価であり、ネットワーク回線を利用して、どこからでもアクセスできる。また、通常、観測者がデータの所有者となるので、建物所有者とデータ所有者を分離できるというメリットがある。

しかし、従来の分散型地震観測システムは、分散配置された複数のセンサーに対し、観測スタートの信号を送る場合、管理コンピュータ側で、複数のセンサーに対し、順番に信号を生成し、各センサーのアドレスに信号を送信するプログラムが必要であり、わずかではあるが各センサーへの送信に時間的なずれが生じ、同期をとることができない。

そのため、個々のセンサーのデータ間の関係を解析する必要があり、複雑な振動特性を有する建物では、建物の剛性や振動特性を正確に求めることが困難である。

すなわち、分散配置された各センサー設置位置に地震が到達する時間にずれがあり、また各センサー位置で伝達される地震波の位相や波形が異なるため、建物の構造がシンプルであるなど条件が揃わなければ、解析の準備にかなりの手間を要し、解析結果も高い精度は得にくい。

特許文献１には、高価な集中型地震観測システムに対し、低コストの地震観測システムとして、分散型地震観測システムを構成する振動検出器にサーバーとしてのコンピュータを接続し、少なくとも１台のサーバーに時計装置を設け、各振動検出器の地震計を同期させることが記載されている。

また、特許文献２にも、同様の構成において、サーバーの内部時計の時刻データを利用して観測データを解析可能なデータに変換処理する方法が記載されている。

特開２０００−２１４２６７号公報 特開２００６−１８４１０２号公報

上述のように、集中型地震観測システムは、コストや得られるデータの有効利用の面で課題が多く、広く普及させることは、実質的に不可能である。

また、分散型地震観測システムは、各センサーの同期をとることができないため、従来は時刻歴とシミュレーション結果から時刻合わせをするなどして対処していたが、必ずしも正確ではなく、建物の構造などによっては時刻合わせが困難であり、また広域の地震観測には適用できない。

特許文献１、２記載の発明では、振動検出器に接続されたサーバーを利用して、時間遅れをできるだけ小さくしたり、波形のフィルター処理により、各振動検出器間のデータの同期をとろうとしたものであるが、これらも、構成上、完全な同期をとることができるものではなく、精度が不十分である。

本発明は、上述のような背景のもとに発明されたものであり、インターネットなどのネットワーク回線があれば、どこにでも簡単に設置することができ、しかも簡単な機構で多数の振動観測装置の同期をとることができ、解析が容易で、安価で汎用性に優れた地震観測システムを提供することを目的としている。

本願の請求項１に係る地震観測システムは、分散配置された複数の振動観測装置と制御コンピュータとを、ネットワーク回線で接続し、地震が発生したときに前記ネットワーク回線における信号の伝達を一旦遮断し、その信号遮断時を基準に前記複数の振動観測装置の観測時刻を同期させるようにしたことを特徴とするものである。

振動観測装置は、一般的な振動センサーに記録手段、通信手段等を付加したものでよく、インターネット等のネットワーク回線に接続することで、制御コンピュータと通信することができる。また、ネットワーク回線を利用するので、必要に応じ他のコンピュータ等との通信も可能である。

本願で用いる制御コンピュータとして不可欠な機能は、振動観測装置との通信機能とその通信における信号伝達の遮断機能である。後述するデータベース化、耐震診断や、地震時の狭域、広域の地震被害の推定については、制御コンピュータにその機能を持たせてもよいし、他のコンピュータで行なうようにしてもよい。

本願発明では、従来の分散型地震観測システムのように、個々の振動観測装置に、順次、同期の指令を与えるのと異なり、通信の遮断が同期の指令になるため、分散配置された非常に多くの振動観測装置が接続されている場合でも、同期の指令が実質上同時に伝わることになる。

また、新しい振動観測装置を接続する場合、あるいは既存の振動観測装置を他所に移設する場合等でも、ネットワーク回線につなぐだけでよく、システムの変更は特に必要としない。

各振動観測装置は、一般的には、常時、振動の測定および記録を行なっており、そのデータは任意の時刻にネットワーク回線を通じて取り出すことができる。ただし、アクセス権の問題は別である。

その状態で、特定レベルを超える地震の情報が制御コンピュータに伝わると、制御コンピュータがネットワーク回線における信号の伝達を遮断する。この通信の遮断は前述のように全て振動観測装置に、実質上同時に伝わり、それを合図として同期が行なわれる。

ネットワーク回線の復帰は、例えば、地震が収まったと考えられる振動があるレベル以下となった時点、あるいは特定時間経過後、制御コンピュータが遮断状態を解除すること等によって行われる。あるいは、各振動観測装置が個別にネットワーク回線を復帰する方式でもよい。

その時点から、分散配置されている各振動観測装置が記録したデータを、順次、ネットワーク回線を通じて取り出すことができ、そのデータをもとに、設計計算では分らない建築物の真の剛性や固有周期を求めたり、建築物の損傷、広域の被害状況などを知ることができる。

また、このようなデータをデータベース化し、長期にわたって蓄積していけば、建築物の劣化による剛性、振動特性の経時的変化や、地震の前後における建築物の剛性、振動特性の変化から、建築物の損傷の程度を把握したり、その状態での建築物の安全性の評価が可能となる。

請求項２に係る地震観測システムは、分散配置された複数の振動観測装置と、前記複数の振動観測装置とネットワーク回線で接続された制御コンピュータと、地震発生を検知したときに検知信号を前記制御コンピュータに送信するトリガーセンサーと、前記トリガーセンサーからの検知信号を受信したときに、前記制御コンピュータと前記複数の振動観測装置との間のネットワーク回線における信号の伝達を一旦遮断する信号遮断手段とを備え、前記信号遮断手段による信号の遮断により前記複数の振動観測装置の観測時刻を同期させるよう構成したことを特徴とするものである。

請求項１では制御コンピュータへの地震発生の伝達手段を特に限定していないのに対し、請求項２ではトリガーセンサーの検知信号の受信により、振動観測装置との通信を遮断する構成としている。

トリガーセンサーは普通の振動センサーでよく、制御コンピュータの近くに設置したものでもよいし、広域に分散配置されたものでもよい。また、制御コンピュータとネットワーク回線で接続されている振動観測装置のセンサーをトリガーセンサーの一つとして利用することも可能である。

信号遮断手段は、機械的なものである必要はなく、制御コンピュータのプログラムとしてその機能を持たせたものでもよい。各振動観測装置は制御コンピュータとの通信が遮断された時刻がデータとして記録され、それにより地震観測データの同期がなされる。

請求項３は、請求項１または２に係る地震観測システムにおいて、前記振動観測装置は、振動センサーと、前記振動センサーが検出したデータをＡＤ変換するためのＡＤ変換器と、ネットワーク回線に接続するための手段を備えたものであることを特徴とするものである。

振動センサーは市販のものでよく、好ましくはＸ，Ｙ，Ｚの互いに直交する３方向について測定できるよう構成する。

振動観測装置は、基本的には、振動の測定および記録、ネットワーク回線による制御コンピュータとの通信の機能があればよく、振動センサー、ＡＤ変換器、モデムやルーター等の通信機器程度で、コンパクトに構成することができるが、機能の一部をパソコン等に受け持たせることもできる。

請求項４は、請求項１、２または３に係る地震観測システムにおいて、観測時刻を同期させた前記複数の振動観測装置の収録データをデータベース化し、ネットワーク回線を通じて供用できるようにしたことを特徴とするものである。

前述したように、分散配置されている各振動観測装置が記録したデータをデータベース化し、長期にわたって蓄積していけば、建築物の劣化による剛性、振動特性の経時的変化や、地震の前後における建築物の剛性、振動特性の変化から、建築物の損傷の程度を把握したり、その状態での建築物の安全性の評価が可能となる。

ネットワーク回線を通じて供用に関しては、必要に応じアクセス制限を加えることも可能である。

具体的な利用形態としては、例えば、東京都内で数百あるいは数千の建物のデータベースを作り、主要な建物の減衰率（例えば、５％）や周期（例えば、４秒）を事前に調べておきたいという場合等において、大地震がくる前に中小の地震が来たときに、それを確認することができる。

また、大地震の際、その建物の固有周期が、地震前４．２秒だったのが地震後４．５秒になったという場合に、目視の地震被害と対比して評価を行うことができる。

本願発明の地震観測システムは、インターネットなどのネットワーク回線を利用するため、既にネットワーク回線がある場所あるいはネットワーク回線を敷設可能な場所であれば、どこにでも簡単に、安価に設置することができる。

振動センサーを備えた振動観測装置自体は、ネットワーク回線への接続機能、およびデータの送受信機能があればよく、小型の安価な装置で済み、設置にも場所をとらない。

本願発明では、分散配置された各振動観測装置による地震観測の開始を、ネットワーク回線で接続された制御コンピュータと振動観測装置間の信号の遮断によって行うため、実質上、各振動観測装置間で時間的遅れが生じず、完全に同期をとったデータが得られる。

そのため、従来の分散型地震観測システムにおける同期されない、または不完全な同期による観測データに基づく解析に比べ、より単純に、より正確に解析を行うことができる。

また、従来の集中型地震観測システムに比べると、設置が比較にならないほど容易であり、コストもかからないため、観測データの開放などによる共有資産化における障害もほとんどなく、多数の建築物についてデータベース化することで、社会的貢献度が高まる。

図１は、本願発明の一実施形態をフロー図として概念的に示したものである。

システムの主要な構成は、制御コンピュータと、振動観測装置と、ネットワーク回線（インターネット回線）であり、振動観測装置には建築物の振動を検知するセンサーが含まれる。

図示した例では、建築物あるいは地面の振動を測定しているトリガーセンサーからの振動データが、常時、制御コンピュータに送信されており、地震以外の振動をフィルターにかけ、地震による振動が特定のレベルを超えていると判定されると、制御コンピュータがデータ収録の指示を出す。なお、判定はトリガーセンサー側に設けられた別のコンピュータなどの判定手段で行ってもよい。

この指示は、インターネットなどのネットワーク回線を介して接続された多数の振動観測装置に個別に送信するのではなく、ネットワーク回線における信号の伝達を遮断することによって行う。

各振動観測装置は、回線が遮断されると、それぞれ独立してデータの収録を開始する。あるいは、データ上に同期のための基準時を設定する。

その後、各振動観測装置は、独立してデータ収録を終了し、ネットワーク回線を復帰する。あるいはネットワーク回線を復帰は制御コンピュータが行うようにしてもよい。また、各振動観測装置は収録の前後においても、継続的に振動を観測し、記録することができる。

続いて、制御コンピュータから各振動観測装置にアクセスして、収録データを転送し、データを蓄積して解析を行う。

図２は、本願発明を高層ビルに適用する場合の概念図である。図は簡略化して示しているが、実際には例えば５０階の超高層ビルに適用した場合において、多数の振動観測装置２を任意の位置に配置することができる。

すなわち、前述のように、振動観測装置２は、振動センサー、ＡＤ変換器、モデムやルーター等の通信機器程度で、コンパクトに構成することができるので、インターネットなどのネットワーク回線に接続できさえすれば、特に設置スペースを必要とせず、増設、移設も容易である。

制御概念は、図２のように特定の建物を対象とする場合や例えば大学内の複数の建物を対象とする場合、広域の数百、数千の建物を対象とする場合でも特に異なる点はなく、例えば、図１に示したフローで制御を行うことができる。

図２では制御コンピュータ１と振動観測装置２が、インターネット回線で接続されており、特定レベルを超える地震が発生すると、制御コンピュータ１がインターネット回線の信号の伝達を遮断する。回線が遮断されることが同期のタイミングとなり、複数の振動観測装置２は同期された状態でそれぞれの設置位置における建物の振動データを収録する。

図２では、説明上、１つの高層ビルに適用する場合を示したが、本願発明は狭域の場合に限らず、広域の多数の建築物についても一括して適用することができ、収録したデータは個々の建築物の状況を知るためだけでなく、地震時の広域の被害状況の推定などにも利用することができる。

本願発明によれば、例えば地震時の建築物の応答を基に、その建築物の設計と異なる現実の剛性や地震応答特性を求めることができ、さらに建築物の経時的劣化の程度、大地震により建築物が損傷を受けた場合の損傷の程度を推定したり、その状態での安全性の評価に利用することができる。

本願発明の一実施形態を概念的に示したフロー図である。 本願発明を高層ビルに適用する場合の概念図である。 従来から知られている集中型地震観測システムと分散型地震観測システムの概念図である。

符号の説明

１…制御コンピュータ、２…振動観測装置

Claims (4)

1. 分散配置された複数の振動観測装置と制御コンピュータとを、ネットワーク回線で接続し、地震が発生したときに前記ネットワーク回線における信号の伝達を一旦遮断し、その信号遮断時を基準に前記複数の振動観測装置の観測時刻を同期させるようにしたことを特徴とする地震観測システム。
2. 分散配置された複数の振動観測装置と、前記複数の振動観測装置とネットワーク回線で接続された制御コンピュータと、地震発生を検知したときに検知信号を前記制御コンピュータに送信するトリガーセンサーと、前記トリガーセンサーからの検知信号を受信したときに、前記制御コンピュータと前記複数の振動観測装置との間のネットワーク回線における信号の伝達を一旦遮断する信号遮断手段とを備え、前記信号遮断手段による信号の遮断により前記複数の振動観測装置の観測時刻を同期させるよう構成したことを特徴とする地震観測システム。
3. 前記振動観測装置は、振動センサーと、前記振動センサーが検出したデータをＡＤ変換するためのＡＤ変換器と、ネットワーク回線に接続するための手段を備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の地震観測システム。
4. 観測時刻を同期させた前記複数の振動観測装置の収録データをデータベース化し、ネットワーク回線を通じて供用できるようにしたことを特徴とする請求項１、２または３記載の地震観測システム。

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