JP2013246554A - 津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】陸地において津波の発生を早期に検出でき、容易にメンテナンスすることができる津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラムを提供する。
【解決手段】津波警報システム１は、互いに離れた位置に設置され、津波により発生する超低周波音波を測定する複数の音波測定部１００と、複数の音波測定部１００のそれぞれに超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の音波測定部に超低周波音波が到達した一の時刻と他の音波測定部に超低周波音波が到達した他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の時間差に基づいて津波の発生地点を算出する発生地点算出部２００と、津波の速度、発生地点算出部が算出した発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、予め定められた地点に津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測部２０５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラムに関する。特に、本発明は、超低周波音波を利用する津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラムに関する。

日本列島を含む太平洋沿岸のアジア諸国は火山帯に属するだけでなく、複数のプレートの衝突領域であるので、多く地震や津波が発生する地域である。特に、海溝型の巨大地震が発生した場合には巨大津波が同時に発生することがあるので、社会的な見地からは発生した津波の規模や到達時間をいかに早く国民に知らせることができるかは非常に重要な課題である。

従来、ドップラー式多層流速計を用いて多層の流速値を計測し、流速分布を求め、その流速分布、又は流速分布と流速値の組合せを用いて津波であるか否かを判断する津波検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の津波検出装置によれば、津波か風波かの判断が迅速にでき、津波を早く検知し、津波の方向も検知できる。

特許第４５３４２００号

しかし、特許文献１に記載されている津波検出装置においては、表面波、水粒子速度、又は水圧波を測定することを要するので、津波の発生に関する警報を更に迅速にすることは困難である。また、特許文献１に記載されている津波検出装置においては、海象計を海に設置することを要するので、容易にメンテナンスできない。

したがって、本発明の目的は、陸地において津波の発生を早期に検出でき、容易にメンテナンスすることができる津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、互いに離れた位置に設置され、津波により発生する超低周波音波を測定する複数の音波測定部と、複数の音波測定部のそれぞれに超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の音波測定部に超低周波音波が到達した一の時刻と他の音波測定部に超低周波音波が到達した他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の時間差に基づいて津波の発生地点を算出する発生地点算出部と、津波の速度、発生地点算出部が算出した発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、予め定められた地点に津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測部とを備える津波警報システムが提供される。

また、上記津波警報システムにおいて、発生地点算出部が、一の音波測定部が超低周波音波を測定した第一の時刻と他の音波測定部が超低周波音波を測定した第二の時刻との時間差、及び第一の時刻又は第二の時刻と更に他の音波測定部が超低周波音波を測定した第三の時刻との時間差に基づいて津波の発生地点を算出することもできる。

また、上記津波警報システムにおいて、発生地点算出部が、一の音波測定部が設置されている第１の地点と他の音波測定部が設置されている第２の地点とを焦点とし、第一の時刻と第二の時刻との時間差が一定になる位置の仮想の第１の双曲線と、第１の地点又は第２の地点と更に他の音波測定部が設置されている第３の地点とを焦点とし、第一の時刻と第三の時刻との時間差が一定になる位置の仮想の第２の双曲線との交点を用いて津波の発生地点を算出することもできる。

また、上記津波警報システムにおいて、複数の音波測定部が測定した超低周波音波の振幅をそれぞれ取得する振幅取得部と、振幅取得部が取得した振幅それぞれの大きさを用いて津波の規模を推定する規模推定部とを更に備えることもできる。

また、上記津波警報システムにおいて、到達時刻予測部が予測した津波が到達する時刻を含み、津波の到達を警告する警告情報を生成する警告情報生成部を更に備えることもできる。

また、上記津波警報システムにおいて、複数の音波測定部が設置されている位置それぞれの磁場を測定する複数の磁場測定部と、現在時刻から予め定められた時間遡った時刻までに複数の磁場測定部のそれぞれが測定した磁場の平均値と、現在時刻における磁場の値との差に基づいて津波の発生の有無を判断する津波発生判断部とを更に備えることもできる。

また、本発明は、上記目的を達成するため、互いに離れた複数の位置のそれぞれにおいて、津波により発生する超低周波音波を測定する音波測定段階と、互いに離れた位置のそれぞれに超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の時刻と他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の時間差に基づいて津波の発生地点を算出する発生地点算出段階と、津波の速度、発生地点算出段階において算出された発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、予め定められた地点に津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測段階とを備える津波警報方法が提供される。

また、本発明は、上記目的を達成するため、津波警報を発する津波警報システム用のプログラムであって、津波警報システムに、互いに離れた複数の位置のそれぞれにおいて津波により発生する超低周波音波を測定する音波測定機能と、互いに離れた位置のそれぞれに超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の時刻と他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の時間差に基づいて津波の発生地点を算出する発生地点算出機能と、津波の速度、発生地点算出機能が算出した発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、予め定められた地点に津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測機能とを実現させる津波警報システム用のプログラムが提供される。

本発明に係る津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラムによれば、陸地において津波の発生を早期に検出でき、容易にメンテナンスすることができる津波警報システム、津波警報方法、及び津波警報システム用のプログラムを提供できる。

第１の実施の形態に係る津波警報システムの概要図である。 第１の実施の形態に係る津波警報システムの機能構成のブロック図である。 第１の実施の形態に係る発生地点算出部が津波の発生地点を算出する方法の模式図である。 第１の実施の形態に係る発生地点算出部が津波の発生地点を算出する方法の模式図である。 第１の実施の形態に係る推定ユニットが津波の規模を推定する方法の概要図である。 第１の実施の形態に係る津波警報システムが警告情報を出力する処理のフローチャートである。 第２の実施の形態に係る津波警報システムの機能構成のブロック図である。 第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る津波警報システムのハードウェア構成図である。 津波発生時の細倉（ＨＳＫ）の超低周波音波の測定結果と相馬市（Ｓｏｍａ）の水位計の相関図である。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る津波警報システムの概要を示す。

（津波警報システム１の概要）
本実施の形態に係る津波警報システム１は、震源７１０において発生した地震に伴って生じる津波５１０の発生を検知すると共に、沿岸部に津波５１０が到達する時刻を予測する。そして、津波警報システム１は、津波５１０が沿岸部に到達する時刻である到達時刻、及び津波５１０の規模を含む警報を発する。

具体的に、津波警報システム１は、地殻７００上に存在する海５００において発生した津波５１０によって発生する超低周波音波６００を利用する。まず、津波５１０が発生することに伴い、海面は急激に押し上げられるか又は引き下げられる。海面が急激に押し上げられるか又は引き下げられると、海面上の大気は急激に圧縮若しくは膨張する。大気が急激に圧縮若しくは膨張することにより、超低周波音波６００が発生する。

津波警報システム１は、この超低周波音波６００を地上に設置された複数の測定点で測定する。そして、津波警報システム１は、複数の測定点が超低周波音波６００を測定した時刻と複数の測定点の位置とに基づいて津波が発生した地点を算出する。また、津波警報システム１は、超低周波音波６００の振幅を用いて津波５１０の規模を推定する。続いて、津波警報システム１は、津波が発生した地点、地上の予め定められた地点の位置情報、及び津波の速度を用いて当該予め定められた地点に津波５１０が到達する時刻を予測する。津波警報システム１は、予測した時刻と津波５１０の規模の情報とを含み、津波の到達を警告する警告情報を発する。津波警報システム１は、防災無線、テレビ、ラジオ、インターネット、及び／又は各種の携帯電話網を介して警告情報を発する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る津波警報システムの機能構成の一例を示す。

津波警報システム１は、超低周波音波６００を測定する複数の測定ユニット１０と、複数の測定ユニット１０の測定結果に基づいて津波５１０の沿岸部への到達時刻を予測する予測ユニット２０と、複数の測定ユニット１０の測定結果に基づいて津波５１０の規模を推定する推定ユニット３０と、予測ユニット２０及び推定ユニット３０の結果に応じた警告内容を含む警告情報を生成する警告情報生成部４０と、警告情報生成部４０が生成した警告情報を出力する情報出力部５０とを備える。

なお、複数の測定ユニット１０と予測ユニット２０及び推定ユニット３０との間、並びに予測ユニット２０及び推定ユニット３０と警告情報生成部４０との間、そして警告情報生成部４０と情報出力部５０との間はそれぞれ、有線通信、無線通信、各種の携帯電話網、及び／又はインターネットを介して互いに情報の送受信がなされる構成になっている。

（測定ユニット１０）
測定ユニット１０は、超低周波音波を測定する音波測定部１００と、音波測定部１００が超低周波音波を測定した時刻を取得する時刻取得部１０５とを有する。ここで、津波警報システム１は、複数の測定ユニット（例えば、測定ユニット１０、測定ユニット１０ａ、測定ユニット１０ｂ、測定ユニット１０ｃ等）を備える。そして、複数の測定ユニットは陸上の互いに離れた位置に設置される。複数の測定ユニットはそれぞれ、津波の襲来を早期に認知させることが要求される沿岸部及び沿岸部近傍に設置されることが好ましい。複数の測定ユニットはそれぞれ同一の機能及び構成を有するので、以下、一の測定ユニット１０が有する音波測定部１００及び時刻取得部１０５についてのみ説明する。

（音波測定部１００）
音波測定部１００は、津波により発生する超低周波音波を測定する。音波測定部１００は、予め定められた周波数特性の音波を測定可能なマイクロホンを有し、マイクロホンを介して取得した音波を予め定められたサンプリング間隔で継続的に測定する。ここで、超低周波音波は、周波数が２０Ｈｚ以下の音波、好ましくは０．１Ｈｚ以下の音波である。例えば、音波測定部１００は、周波数が０．００２Ｈｚ以上０．０５Ｈｚ以下程度を主成分とする音波を測定する。音波測定部１００は、予測ユニット２０及び推定ユニット３０に測定結果を供給する。

なお、音波測定部１００は、当該音波測定部１００を有する測定ユニット１０が設置されている地点の位置情報を、例えばＧＰＳ装置を用いて取得できる。また、音波測定部１００は、当該音波測定部１００を有する測定ユニット１０が設置されている地点の位置情報を予めＧＰＳ装置等により取得し、当該位置情報を記憶することができる。そして、音波測定部１００は、取得した当該位置情報若しくは記憶している当該位置情報を測定結果に対応づけて予測ユニット２０及び推定ユニット３０に供給する。

（時刻取得部１０５）
時刻取得部１０５は、音波測定部１００が超低周波音波を測定した時刻を取得する。具体的に、時刻取得部１０５は、音波測定部１００が予め定められた振幅以上の超低周波音波を測定した場合、当該超低周波音波の測定時刻を取得する。例えば、時刻取得部１０５は、音波測定部１００が測定した予め定められた振幅以上の超低周波音波のうち、超低周波音波のピークの時刻を取得する。なお、時刻取得部１０５は、電波時計又はＧＰＳ時計を用いて時刻同期することで時刻の精度を保つことができる。時刻取得部１０５は、取得した時刻を音波測定部１００の測定結果に対応づけて予測ユニット２０及び推定ユニット３０に供給する。

（予測ユニット２０）
予測ユニット２０は、津波の発生地点を算出する発生地点算出部２００と、発生地点算出部２００が算出した発生地点の位置情報を用いて予め定められた地点に津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測部２０５と、複数の音波測定部１００によって測定された超低周波音波の位相差を算出する位相差算出部２１０とを有する。

（発生地点算出部２００）
発生地点算出部２００は、複数の音波測定部１００のそれぞれに超低周波音波（例えば、予め定められた振幅以上の超低周波音波であって、予め定められた振幅以上の超低周波音波のうちピークを示す超低周波音波）が到達した時刻をそれぞれ用い、一の時刻と他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出する。そして発生地点算出部２００は、複数の時間差に基づいて津波の発生地点をリアルタイムに算出する。

具体的に、発生地点算出部２００は、一の音波測定部１００が超低周波音波を測定した第一の時刻と他の音波測定部１００が超低周波音波を測定した第二の時刻との時間差を時刻取得部１０５から供給された時刻の情報を用いて算出する。また、発生地点算出部２００は、第一の時刻又は第二の時刻と更に他の音波測定部１００が超低周波音波を測定した第三の時刻との時間差を時刻取得部１０５から供給された時刻の情報を用いて算出する。

そして、発生地点算出部２００は、一の音波測定部１００が設置されている第１の地点と他の音波測定部１００が設置されている第２の地点とを焦点とし、第一の時刻と第二の時刻との時間差が一定になる位置の仮想の軌跡である第１の双曲線と、第１の地点又は第２の地点と更に他の音波測定部１００が設置されている第３の地点とを焦点とし、第一の時刻と第三の時刻との時間差が一定になる位置の仮想の軌跡である第２の双曲線との交点を算出する。発生地点算出部２００は、算出した交点を津波が発生した地点である発生地点と判断する。より具体的に、以下、図を用いて発生地点算出部２００の機能を説明する。

図３は、第１の実施の形態に係る発生地点算出部が津波の発生地点を算出する方法を模式的に示す。なお、図３において一点鎖線は海岸線を示す。

図３において、複数の地点に音波測定部が設置されている。例えば、音波測定部１００ａ、音波測定部１００ｂ、及び音波測定部１００ｃがそれぞれ互いに離間した陸上の地点に設置されている。ここで、ｘｙ座標図系で音波測定部１００ａの設置位置を（ｘ_１、ｙ_１）、音波測定部１００ｂの設置位置を（ｘ_２、ｙ_２）、音波測定部１００ｃの設置位置を（ｘ_３、ｙ_３）とする。また、津波の発生地点４００の位置を（ｘ_０、ｙ_０）とする。更に、津波の発生に伴う超低周波音波が音波測定部１００ａに到達した時刻をｔ_１、音波測定部１００ｂに到達した時刻をｔ_２、音波測定部１００ｃに到達した時刻をｔ_３とする。そして、超低周波音波の伝搬速度をｃとする。なお、複数の音波測定部１００の設置位置はそれぞれ、例えば、緯度経度を用いて規定できる。

まず、音波測定部１００ａと音波測定部１００ｂとに超低周波音波が到達する時刻の差である時間差、すなわち「ｔ_２−ｔ_１」から次の式が成り立つ。

（（ｘ_２−ｘ_０）＾２＋（ｙ_２−ｙ_０）＾２）＾（１／２）−（（ｘ_１−ｘ_０）＾２＋（ｙ_１−ｙ_０）＾２）＾（１／２）＝ｃ（ｔ_２−ｔ_１）…（式１）

同様に音波測定部１００ａと音波測定部１００ｃとに超低周波音波が到達する時刻の差である時間差、すなわち「ｔ_３−ｔ_１」から次の式が成り立つ。

（（ｘ_３−ｘ_０）＾２＋（ｙ_３−ｙ_０）＾２）＾（１／２）−（（ｘ_１−ｘ_０）＾２＋（ｙ_１−ｙ_０）＾２）＾（１／２）＝ｃ（ｔ_３−ｔ_１）…（式２）

発生地点算出部２００は、式１と式２との連立方程式を解くことで津波の発生地点（ｘ_０、ｙ_０）を算出する。すなわち、上記式１は、音波測定部１００ａと音波測定部１００ｂとを焦点とする双曲線８００及び双曲線８００ａを表す。そして、上記式２は、音波測定部１００ａと音波測定部１００ｃとを焦点とする双曲線８１０及び双曲線８１０ａを表す。発生地点算出部２００は、双曲線８００と双曲線８１０との交点を津波の発生地点４００であると判断する。

図４は、第１の実施の形態に係る発生地点算出部が津波の発生地点を算出する方法を模式的に示す。なお、図４において一点鎖線は海岸線を示す。

複数の音波測定部１００を陸上に設置する個数は上記の例で示した３か所に限られない。複数の音波測定部１００は、４か所以上に設置することができる。音波測定部１００の設置個数を増加させることにより、上述した双曲線の本数も増えるので、より正確に津波の発生地点４００を予測することができる。

図４は、音波測定部が４か所に設置されている例を示す。この場合、発生地点算出部２００は、音波測定部１００ｄと音波測定部１００ｃとを焦点とする双曲線８２０及び双曲線８２０ａを更に算出する。そして、発生地点算出部２００は、双曲線８００、双曲線８１０、及び双曲線８２０の交点を津波の発生地点４００であると判断する。

発生地点算出部２００は、算出した発生地点４００の位置情報を到達時刻予測部２０５に供給する。

（位相差算出部２１０）
位相差算出部２１０は、複数の音波測定部１００それぞれから受け取った超低周波音波の測定結果を用い、予め定められた周波数の音波を抽出する。そして、位相差算出部２１０は、抽出した複数の音波の位相差をそれぞれ算出する。位相差算出部２１０は、算出した複数の位相差を発生地点算出部２００に供給する。発生地点算出部２００は、位相差算出部２１０から受け取った複数の位相差に基づいて、津波の発生地点４００を算出する。これにより発生地点算出部２００は、複数の時間差を用いて津波の発生地点４００を算出すると共に、複数の位相差を用いて津波の発生地点４００を算出する方法を併用することができる。これにより、発生地点算出部２００は、より高精度に津波の発生地点４００を算出できる。

（到達時刻予測部２０５）
到達時刻予測部２０５は、津波の速度、発生地点算出部２００が算出した発生地点４００の位置情報、及び予め定められた地点の位置情報（例えば、予め定められた地点の緯度経度の情報）を用いて、予め定められた地点に津波が到達する時刻を算出する。具体的に到達時刻予測部２０５は、発生地点４００と予め定められた地点との間の距離及び津波の速度から津波が予め定められた地点に到達する時間を算出する。そして、到達時刻予測部２０５は、算出した時間と津波発生時刻（例えば、予め定められた地点に設置されている音波測定部１００が超低周波音波のピークを測定した時刻）とを用い、当該予め定められた地点に津波が到達する時刻を算出する。到達時刻予測部２０５は、算出した時刻を津波が到達すると予測された時刻であるとして、警告情報生成部４０に供給する。

なお、地震に伴って発生する津波の速度は、津波が発生する前に数値解析で予め算出した値を用いる。例えば、津波（例えば、表面波と重力長波とのうち、重力長波）の速度として、海の平均水深と重力加速度とを用いて算出される値（一例として、重力加速度に水深を乗じた値の平方根）を用いることができる。

（推定ユニット３０、振幅取得部３００、規模推定部３０５）
推定ユニット３０は、複数の音波測定部１００が測定した超低周波音波の振幅をそれぞれ取得する振幅取得部３００と、振幅取得部３００が取得した振幅それぞれのうち、少なくとも１つの振幅の大きさを用いて津波の規模を推定する規模推定部３０５とを有する。

図５は、第１の実施の形態に係る推定ユニットが津波の規模を推定する方法の概要を示す。

図５の上のグラフは横軸に時刻、縦軸に津波の高さ（単位は「ａ．ｕ．」）をとった場合の津波の高さの変化を模式的に示す。また、図５の下のグラフは横軸に時刻、縦軸に超低周波音波の大きさ（単位は「ａ．ｕ．」）をとった場合の超低周波音波の振幅の変化を模式的に示す。なお、図５中、「Ａ」は地震発生時刻、「Ｐ」は超低周波音波のピークである。

振幅取得部３００は、超低周波音波の振幅を継続的に取得する。振幅取得部３００は、複数の音波測定部１００のそれぞれから受け取る超低周波音波を表す情報を解析することで振幅を取得する。この場合において振幅取得部３００は、複数の音波測定部１００それぞれが設置されている地点の位置情報に対応づけて振幅をそれぞれ取得できる。そして、振幅取得部３００は、超低周波音波のピークの振幅をそれぞれ取得する。振幅取得部３００は、取得した複数のピークの振幅を示す情報を、当該ピークを測定した音波測定部１００が設置されている地点の位置情報と共に、規模推定部３０５に供給する。

規模推定部３０５は、振幅取得部３００から受け取った情報を用い、発生した津波の規模を推定する。例えば、規模推定部３０５は、過去に発生した津波の規模と当該津波が発生した時に音波測定部１００が測定した超低周波音波のピークの振幅とを対応づけたデータベースを含むことができる。当該データベースは、予め定められた地点に設置された音波測定部１００が測定した超低周波音波のピークの振幅、及び／又は複数の音波測定部１００が測定した超低周波音波のピークの振幅の平均値と、当該超低周波音波を発生させた津波の高さの実測値とを一意に対応づけてもよい。

規模推定部３０５は、振幅取得部３００から受け取った振幅を示す情報と当該データベースに格納されている情報とを比較する。そして、規模推定部３０５は、複数の音波測定部１００が設置されている地点のそれぞれについて発生した津波の規模（例えば、津波の高さ）を推定する。規模推定部３０５は推定した結果を示す情報を警告情報生成部４０に供給する。

（警告情報生成部４０）
警告情報生成部４０は、予め定められた地点に津波が到達する時刻、及び当該津波の規模を示す情報を含む警告情報を生成する。具体的に警告情報生成部４０は、到達時刻予測部２０５が予測した津波が到達する時刻を含み、津波の到達を警告する警告情報を生成する。また、警告情報生成部４０は、当該警告情報を生成する場合に、規模推定部３０５から受け取った津波の規模を示す情報を当該警告情報に含める。警告情報生成部４０は、生成した警告情報を情報出力部５０に供給する。

（情報出力部５０）
情報出力部５０は、警告情報生成部４０から受け取った警告情報をテキストデータ、音声、画像等の形態で緊急警報として出力する。例えば、情報出力部５０は、警報音と共に津波の到達時刻、及び津波の規模を示す情報、並びに速やかに避難することを指示する情報を、スピーカー、モニター等の出力装置に出力させる。

（津波警報方法及び津波警報システム用のプログラムの概要）
図６は、第１の実施の形態に係る津波警報システムが警告情報を出力する処理のフローチャートの一例を示す。

まず、音波測定部１００が、津波により発生した超低周波音波を測定する（ステップ１０。以下、ステップを「Ｓ」と表す）。音波測定部１００は、測定した情報を予測ユニット２０及び推定ユニット３０に供給する。また、時刻取得部１０５は、音波測定部１００が測定した超低周波音波のピークの時刻を取得する。本実施の形態では、複数の音波測定部１００のそれぞれに対応して設けられる複数の時刻取得部１０５がそれぞれ、超低周波音波のピークの時刻を取得する（Ｓ２０）。複数の時刻取得部１０５は、複数の時刻取得部１０５のそれぞれに対応する音波測定部１００が測定した超低周波音波に関する情報と共に、予測ユニット２０及び推定ユニット３０に取得した時刻を示す情報を供給する。

予測ユニット２０の発生地点算出部２００は、複数の音波測定部１００それぞれに超低周波音波が到達した時刻のそれぞれの差を時間差として算出する（Ｓ３０）。そして、発生地点算出部２００は、少なくとも２つの時間差と、少なくとも３つの音波測定部１００が設置されている地点の位置情報（すなわち、測定地点の位置情報）とを用い、複数の仮想の双曲線を形成する（Ｓ４０）。そして、発生地点算出部２００は、複数の双曲線の交点を算出する（Ｓ５０）。発生地点算出部２００は、当該交点を津波の発生地点であると判断する。発生地点算出部２００は、津波の発生地点の位置情報を到達時刻予測部２０５に供給する。

到達時刻予測部２０５は、津波の発生地点の位置情報と、津波の速度と、予め定められた地点の位置情報（例えば、複数の音波測定部１００が設置されているそれぞれの位置情報）とを用い、津波が当該予め定められた地点に到達する時刻である到達時刻を算出する（Ｓ６０）。到達時刻予測部２０５は、予め定められた地点が複数存在する場合、複数の地点ごとに津波の到達時刻を算出する。到達時刻予測部２０５は、算出した到達時刻を示す情報を当該予め定められた地点の位置情報に対応づけて警告情報生成部４０に供給する。

一方、推定ユニット３０の振幅取得部３００は、複数の音波測定部１００から受け取った超低周波音波に関する情報から超低周波音波のピーク時の振幅を取得する（Ｓ２５）。振幅取得部３００は、取得した振幅を示す情報を規模推定部３０５に供給する。規模推定部３０５は、振幅取得部３００から受け取った振幅を示す情報に基づいて、発生した津波の規模を推定する（Ｓ６５）。規模推定部３０５は、推定結果を示す情報を警告情報生成部４０に供給する。

警告情報生成部４０は、到達時刻予測部２０５から受け取った情報、及び規模推定部３０５から受け取った推定結果を示す情報用いて警告情報を生成する。そして、警告情報生成部４０は情報出力部５０に働きかけて、警告情報を外部に出力させる（Ｓ７０）。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る津波警報システム１は、津波の発生に伴って生じ、津波（水波）よりも伝搬速度が速い超低周波音波を津波の発生検知、及び津波の到達時刻の予測に利用するので、津波の発生を略リアルタイムで検知できると共に、津波が沿岸部に到達する時刻よりも数１０分程度早期に巨大津波に対する緊急津波警報を発令することができる。

また、津波警報システム１は、減衰しにくい超低周波数音波を津波の発生検知、及び津波の到達時刻の予測に利用するので、複数の音波測定部１００を地上に設置することができる。これにより、津波警報システム１の構成部材を洋上に設置することを要さないので、メンテナンスが容易になる。

［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る津波警報システムの機能構成の一例を示す。

第２の実施の形態に係る津波警報システム１ａは、津波発生判断部６０を更に備え、測定ユニット１１が磁場測定部１１０を更に有する点を除き、第１の実施の形態に係る津波警報システム１と略同一の構成及び機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

津波警報システム１ａは、第１の実施の形態に係る津波警報システム１と同様に津波の発生により生じる超低周波音波を利用して津波の到達時刻及び津波の規模を推定することができると共に、導電性を有する海水の塊の流体運動により発生する地球磁場の微小な変動を計測することで津波の発生を早期に検知できる。

すなわち、津波警報システム１ａは、津波警報システム１が備える各構成に加え、複数の音波測定部１００が設置されている位置、若しくは複数の音波測定部１００が設置されている位置から所定の距離離れた位置それぞれの磁場を測定する複数の磁場測定部１１０と、現在時刻から予め定められた時間遡った時刻までに複数の磁場測定部１１０のそれぞれが測定した磁場の平均値（Ｍ）と、現在時刻における磁場の値との差に基づいて津波の発生の有無を判断する津波発生判断部６０とを更に備える。

（磁場測定部１１０）
具体的に、複数の磁場測定部１１０は、複数の磁場測定部１１０（すなわち、複数の測定ユニット１１ａ、測定ユニット１１ｂ、測定ユニット１１ｃ等）が設置されている地点において、当該地点における磁場の変化を予め定められたサンプリング間隔で継続的に測定する。なお、このサンプリング間隔は、音波測定部１００のサンプリング間隔と同一であってもよいし、異なっていてもよい。複数の磁場測定部１１０はそれぞれ、測定結果を示す情報を津波発生判断部６０にリアルタイムに供給する。

なお、磁場測定部１１０は、例えば、一対のフラックスゲート磁力計を用いることができる。例えば、一方のフラックスゲート磁力計を地下（例えば、地下７０ｍの坑道内）に設置し、他方のフラックスゲート磁力計を地表に近い位置（例えば、地表の下１ｍ）に設置し、双方のフラックスゲート磁力計をＧＰＳ電波により時刻同期させる。また、磁場測定部１１０が測定する磁場は、互いに直交する磁場の３成分のうちの少なくとも１成分の磁場である。例えば、磁場測定部１１０は、磁場の３成分のうちの１成分（例えば、垂直磁力成分（Ｚ成分））のみを測定することや、磁場の３成分のうちの２成分（例えば、Ｚ成分と２つの水平成分のうちの１つの成分）を測定すること、あるいは磁場の３成分のすべてを測定することができる。

（津波発生判断部６０）
津波発生判断部６０は、一の磁場測定部１１０が設置されている地点における磁場と、他の磁場測定部１１０が設置されている地点における磁場との差を算出する。そして、津波発生判断部６０は、算出した差に基づいて磁場が変動していると判断する。例えば、津波発生判断部６０は、複数の磁場測定部１１０が設置されているそれぞれの地点において、現在時刻から予め定められた時間遡った時刻までの磁場の平均値（Ｍ）を算出する。そして、津波発生判断部６０は、算出した磁場の平均値（Ｍ）と現在時刻における磁場の値との差を算出する。

そして、津波発生判断部６０は、算出した差が示す値が予め定められた閾値を超えた場合、津波が発生したと判断する。例えば、予め定められた時間遡った時刻から現在時刻までの磁場の平均値と現在時刻における磁場の値との差の標準偏差を「σ」とした場合、津波発生判断部６０は、現在時刻における磁場の値が「Ｍ±２σ」を超えた場合に津波が発生したと判断する。

津波発生判断部６０は、津波が発生したと判断した場合、津波の発生を示す情報を警告情報生成部４０に供給する。警告情報生成部４０は、津波発生判断部６０から受け取った津波の発生を示す情報を含む警告情報を生成する。そして、警告情報生成部４０は、情報出力部５０に働きかけて、生成した警告情報を出力させる。

また、津波警報システム１ａは、一の磁場測定部１１０が設置されている地点において測定された磁場変化と、他の磁場測定部１１０が設置されている地点において測定された磁場変化との差分信号を利用することもできる。

すなわち、時刻ｔにおける差分信号をＤ（ｔ）とし、所定の時刻から現在時刻までの差分信号Ｄ（ｔ）の平均値をＭａとすると、Ｍａは以下のようにして算出される。ただし、Ｔはサンプリング間隔である。

Ｍａ＝（Ｄ（ｔ−ｎＴ）＋Ｄ（ｔ−（ｎ−１）Ｔ）＋・・・＋Ｄ（ｔ−Ｔ））／ｎ…（式３）

また、標準偏差σは以下のようにして算出される。

σ^２＝（（Ｄ（ｔ−ｎＴ）−Ｍａ）^２＋・・・＋（Ｄ（ｔ−Ｔ）−Ｍａ）^２）／ｎ…（式４）

そして、津波発生判断部６０は、（Ｄ（ｔ）−Ｍａ）の絶対値を「Ｅ」とした場合、以下の不等式のいずれかが満たされる時刻「ｔ」において、津波が発生したと判断する。ただし、ｋは任意の定数（例えば、２以上４以下の定数）である。

Ｅ＞３σ または Ｅ＞ｋσ

式３及び式４における「ｎ」は、１０分から３０分の離散時間である。例えば、サンプリング間隔Ｔが１秒である場合、ｎは６００から１８００になる。また、サンプリング間隔が２秒である場合、ｎは３００から９００になる。なお、サンプリング間隔は０．５秒以上２秒以下程度に設定する。そして、津波発生判断部６０は、ｋσが「Ｅ」を予め定められた時間（例えば、３０秒）、継続して超過した場合、津波が発生したと判断する。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係る津波警報システム１ａは、津波の発生により生じる磁場の変化をリアルタイムに観測することで津波の発生を検知するので、より早期に津波の発生を検知できる。すなわち、津波の発生地点において生じた磁場の変化は電離層を介して測定地点（つまり、測定ユニット１１が設置されている地点）に到達するので、予め定められた当該測定地点と津波の発生地点とが所定の距離以上離れている場合、超低周波音波より早く測定地点において磁場の変化が観測される。したがって、津波警報システム１ａは、磁場の変化を利用した津波の発生の有無の判断と、超低周波音波を利用した津波の発生地点の算出及び津波の到達時刻の予測とを併せて用いることができるので、津波検知の信頼性を向上させることができる。よって、津波警報システム１ａは、津波の発生を更に早期に検知できると共に、津波の沿岸部への到達時刻を素早く算出することができる。

また、津波警報システム１ａは、複数の測定ユニット１１を備えているので、陸地の複数個所において磁場の変化を測定できる。これにより、第２の実施の形態に係る津波警報システムは、地磁気の乱れ等の外乱の影響を低減させた状態で津波の発生を検知できる。

図８は、本発明の第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る津波警報システムのハードウェア構成の一例を示す。

第１の実施の形態に係る津波警報システム１及び第２の実施の形態に係る津波警報システム１ａは、ＣＰＵ１５００と、グラフィックコントローラ１５２０と、ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）、Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）及び／又はフラッシュＲＯＭ等のメモリ１５３０と、データを記憶する記憶装置１５４０と、記録媒体からデータを読み込み及び／又は記録媒体にデータを書き込む読込み／書込み装置１５４５と、データを入力する入力装置１５６０と、外部の通信機器とデータを送受信する通信インターフェース１５５０と、ＣＰＵ１５００とグラフィックコントローラ１５２０とメモリ１５３０と記憶装置１５４０と読込み／書込み装置１５４５と入力装置１５６０と通信インターフェース１５５０とを互いに通信可能に接続するチップセット１５１０とを備える。

チップセット１５１０は、メモリ１５３０と、メモリ１５３０にアクセスして所定の処理を実行するＣＰＵ１５００と、外部の表示装置の表示を制御するグラフィックコントローラ１５２０とを相互に接続することにより、各構成要素間のデータの受渡しを実行する。ＣＰＵ１５００は、メモリ１５３０に格納されたプログラムに基づいて動作して、各構成要素を制御する。グラフィックコントローラ１５２０は、メモリ１５３０内に設けられたバッファ上に一時的に蓄えられた画像データに基づいて、画像を所定の表示装置に表示させる。

また、チップセット１５１０は、記憶装置１５４０と、読込み／書込み装置１５４５と、通信インターフェース１５５０とを接続する。記憶装置１５４０は、津波警報システムのＣＰＵ１５００が使用するプログラムとデータとを格納する。記憶装置１５４０は、例えば、フラッシュメモリである。読込み／書込み装置１５４５は、プログラム及び／又はデータを記憶している記憶媒体からプログラム及び／又はデータを読み取って、読み取ったプログラム及び／又はデータを記憶装置１５４０に格納する。読込み／書込み装置１５４５は、例えば、通信インターフェース１５５０を介し、インターネット上のサーバから所定のプログラムを取得して、取得したプログラムを記憶装置１５４０に格納する。

通信インターフェース１５５０は、通信ネットワークを介して外部の装置とデータの送受信を実行する。また、通信インターフェース１５５０は、通信ネットワークが不通の場合、通信ネットワークを介さずに外部の装置とデータの送受信を実行することもできる。そして、タブレット、マイク等の入力装置１５６０は、所定のインターフェースを介してチップセット１５１０と接続する。

記憶装置１５４０に格納される津波警報システム用のプログラムは、インターネット等の通信ネットワーク、又は磁気記録媒体、光学記録媒体等の記録媒体を介して記憶装置１５４０に提供される。そして、記憶装置１５４０に格納された津波警報システム用のプログラムは、ＣＰＵ１５００により実行される。

第１の実施の形態に係る津波警報システム１及び第２の実施の形態に係る津波警報システム１ａにより実行される津波警報システム用のプログラムは、ＣＰＵ１５００に働きかけて、津波警報システム１及び第２の実施の形態に係る津波警報システムを、図１から図７にかけて説明した音波測定部１００、時刻取得部１０５、磁場測定部１１０、発生地点算出部２００、到達時刻予測部２０５、位相差算出部２１０、振幅取得部３００、規模推定部３０５、警告情報生成部４０、情報出力部５０、及び津波発生判断部６０として機能させる。

（測定事例）
本発明者が実際に測定した超低周波音波について説明する。本発明者が細倉鉱山に設置した音波測定部は、２０１１年３月１１日に発生した東北地方太平洋沖地震（東日本大震災）において生じた巨大津波に伴う超低周波音波を観測した。すなわち、本発明者が超低周波音波の連続観測のために用いている野外観測システム（宮城県栗原市細倉）は、東日本大震災津波によって発生した超低周波音波を観測した。超低周波数の音波は減衰しにくく、また津波（水波）の速度よりも速度が速いため、津波の到達よりも数１０分程度早く津波の発生を検知することが可能である（図９参照）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せのすべてが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。

１、１ａ 津波警報システム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 測定ユニット
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 測定ユニット
２０ 予測ユニット
３０ 推定ユニット
４０ 警告情報生成部
５０ 情報出力部
６０ 津波発生判断部
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ 音波測定部
１０５ 時刻取得部
１１０ 磁場測定部
２００ 発生地点算出部
２０５ 到達時刻予測部
２１０ 位相差算出部
３００ 振幅取得部
３０５ 規模推定部
４００ 発生地点
５００ 海
５１０ 津波
６００ 超低周波音波
７００ 地殻
７１０ 震源
８００、８００ａ、８１０、８１０ａ、８２０、８２０ａ 双曲線
１５００ ＣＰＵ
１５１０ チップセット
１５２０ グラフィックコントローラ
１５３０ メモリ
１５４０ 記憶装置
１５４５ 読込み／書込み装置
１５５０ 通信インターフェース
１５６０ 入力装置

Claims (8)

1. 互いに離れた位置に設置され、津波により発生する超低周波音波を測定する複数の音波測定部と、
   前記複数の音波測定部のそれぞれに前記超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の音波測定部に前記超低周波音波が到達した一の時刻と他の音波測定部に前記超低周波音波が到達した他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の前記時間差に基づいて前記津波の発生地点を算出する発生地点算出部と、
   前記津波の速度、前記発生地点算出部が算出した前記発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、前記予め定められた地点に前記津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測部と
   を備える津波警報システム。
2. 前記発生地点算出部が、一の音波測定部が前記超低周波音波を測定した第一の時刻と他の音波測定部が前記超低周波音波を測定した第二の時刻との時間差、及び前記第一の時刻又は前記第二の時刻と更に他の音波測定部が前記超低周波音波を測定した第三の時刻との時間差に基づいて前記津波の発生地点を算出する請求項１に記載の津波警報システム。
3. 前記発生地点算出部が、前記一の音波測定部が設置されている第１の地点と前記他の音波測定部が設置されている第２の地点とを焦点とし、前記第一の時刻と前記第二の時刻との時間差が一定になる位置の仮想の第１の双曲線と、前記第１の地点又は前記第２の地点と前記更に他の音波測定部が設置されている第３の地点とを焦点とし、前記第一の時刻と前記第三の時刻との時間差が一定になる位置の仮想の第２の双曲線との交点を用いて前記津波の発生地点を算出する請求項２に記載の津波警報システム。
4. 前記複数の音波測定部が測定した前記超低周波音波の振幅をそれぞれ取得する振幅取得部と、
   前記振幅取得部が取得した振幅それぞれの大きさを用いて前記津波の規模を推定する規模推定部と
   を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の津波警報システム。
5. 前記到達時刻予測部が予測した前記津波が到達する前記時刻を含み、前記津波の到達を警告する警告情報を生成する警告情報生成部を更に備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の津波警報システム。
6. 前記複数の音波測定部が設置されている位置それぞれの磁場を測定する複数の磁場測定部と、
   現在時刻から予め定められた時間遡った時刻までに前記複数の磁場測定部のそれぞれが測定した前記磁場の平均値と、前記現在時刻における前記磁場の値との差に基づいて前記津波の発生の有無を判断する津波発生判断部と
   を更に備える請求項５に記載の津波警報システム。
7. 互いに離れた複数の位置のそれぞれにおいて、津波により発生する超低周波音波を測定する音波測定段階と、
   前記互いに離れた位置のそれぞれに前記超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の時刻と他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の前記時間差に基づいて前記津波の発生地点を算出する発生地点算出段階と、
   前記津波の速度、前記発生地点算出段階において算出された前記発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、前記予め定められた地点に前記津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測段階と
   を備える津波警報方法。
8. 津波警報を発する津波警報システム用のプログラムであって、
   前記津波警報システムに、
   互いに離れた複数の位置のそれぞれにおいて津波により発生する超低周波音波を測定する音波測定機能と、
   前記互いに離れた位置のそれぞれに前記超低周波音波が到達した時刻をそれぞれ用い、一の時刻と他の時刻との差を時間差としてそれぞれ算出し、複数の前記時間差に基づいて前記津波の発生地点を算出する発生地点算出機能と、
   前記津波の速度、前記発生地点算出機能が算出した前記発生地点、及び予め定められた地点の位置情報を用いて、前記予め定められた地点に前記津波が到達する時刻を予測する到達時刻予測機能と
   を実現させる津波警報システム用のプログラム。

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