JP2014219315A - Aftershock prediction apparatus, aftershock prediction method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、余震予測装置、余震予測方法、および、プログラムに関する。 The present invention relates to an aftershock prediction apparatus, an aftershock prediction method, and a program.
従来、地震の発生頻度等を表現する数理モデルが提案されている。 Conventionally, mathematical models that express the occurrence frequency of earthquakes have been proposed.
例えば、マグニチュードの大きさと、各マグニチュードの地震(余震)の発生頻度の対数との間には、比例関係があることを示す、グーデンベルク・リヒター則が発見されている。 For example, the Gudenberg-Richter rule has been discovered, which indicates that there is a proportional relationship between the magnitude of the magnitude and the logarithm of the occurrence frequency of each magnitude earthquake (aftershock).
また、1894年、大森房吉は、本震後の余震の回数が時間に関して双曲関数に従って減衰することを示す式(大森則)を発表しており、1957年には、宇津徳治が、これを改良し、一般にべき乗則に従って減衰することを示す大森・宇津則(改良大森公式)を発表している。 In 1894, Fumichi Omori published a formula (Nori Omori) indicating that the number of aftershocks after the main shock decays according to a hyperbolic function with respect to time, and in 1957 Tokuharu Utsu Announced Omori-Utsunori (Improved Omori formula), which shows that it is improved and generally attenuates according to the power law.
1989年、リーゼンベルクとジョーンズは、グーテンベルク・リヒター則と大森・宇津則を組み合わせて、将来の任意の時間、各マグニチュードにおける、余震の確率を予測する方法を発表した。 In 1989, Riesenberg and Jones announced a method for predicting the probability of aftershocks at any time in the future, combining the Gutenberg-Richter rule and the Omori-Utsu rule.
これら地震発生率モデルの各パラメータは、地震発生率モデルを地震観測データにフィッティングさせることにより求めることができるが、特に本震から1日以内では、複数の地震波が重なり合う影響で個々の余震を良く区別することができず、余震の検出率が低下するため、得られるデータは非常に不完全である。そのためフィッティングさせる際に検出率を加味する必要がある。 Each parameter of these earthquake occurrence models can be obtained by fitting the earthquake occurrence model to seismic observation data. Especially within one day from the main shock, individual aftershocks are well distinguished by the effect of multiple seismic waves overlapping. The resulting data is very incomplete because the aftershock detection rate is reduced. Therefore, it is necessary to consider the detection rate when fitting.
非特許文献1では、本震からの経過時間に従ってパラメトリックに変動する検出率の関数を導入し、地震観測データの不完全性を考慮に入れて余震確率を推定することが開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses that aftershock probability is estimated taking into account imperfections of seismic observation data by introducing a function of detection rate that varies parametrically according to the elapsed time from the mainshock.
しかしながら、非特許文献1等に記載の従来の方法では、本震直後の地震観測データを用いると、検出率関数をフィッティングさせることができずパラメータが発散してしまうことがあるという問題点を有していた。 However, the conventional method described in Non-Patent Document 1 or the like has a problem that if the earthquake observation data immediately after the mainshock is used, the detection rate function cannot be fitted and the parameters may diverge. It was.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本震直後の限られた地震観測データであってもリアルタイムに余震確率を推定することができる、余震予測装置、余震予測方法、および、プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an aftershock prediction apparatus, an aftershock prediction method, and a program capable of estimating the aftershock probability in real time even with limited earthquake observation data immediately after the mainshock The purpose is to provide.
このような目的を達成するため、本発明の余震予測装置は、記憶部と制御部を少なくとも備えた余震予測装置であって、上記記憶部は、少なくとも本震から任意の経過時間までの地震観測データを記憶し、上記制御部は、時間tにおける50%の検出率のマグニチュードを示すパラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく関数を、各学習期間における上記地震観測データに逐次フィッティングさせ、時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定手段と、上記パラメータ推定手段により推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測手段と、を備えた余震予測装置において、上記パラメータ推定手段は、上記μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定することを特徴とする。 In order to achieve such an object, the aftershock prediction apparatus of the present invention is an aftershock prediction apparatus including at least a storage unit and a control unit, and the storage unit stores earthquake observation data from at least the main shock to an arbitrary elapsed time. The control unit stores a function based on a product of a detection rate function including at least a parameter μ (t) indicating a magnitude of a detection rate of 50% at time t and Gutenberg-Richter rule in each learning period. A parameter estimation unit that sequentially fits observation data and estimates a parameter value including a parameter μ (t) that varies with time t, and an earthquake occurrence rate model that introduces the parameter value estimated by the parameter estimation unit Aftershock occurrence prediction means for predicting the aftershock occurrence rate using The estimation means estimates the time variation of the μ (t) non-parametrically based on a state space method.
また、本発明の余震予測装置は、上記記載の余震予測装置において、上記μ(t)の時間変動は、離散化した以下の式により表されることを特徴とする。
また、本発明の余震予測装置は、上記記載の余震予測装置において、上記μ(t)に対する事前分布として以下の式を導入し、上記μ(t)の時間変動に対してペナルティーを課すことを特徴とする。
また、本発明の余震予測方法は、記憶部と制御部を少なくとも備えたコンピュータにおいて実行される余震予測方法であって、上記記憶部は、少なくとも本震から任意の経過時間までの地震観測データを記憶し、上記制御部において実行される、時間tにおける50%の検出率のマグニチュードを示すパラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積による関数を、各学習期間における上記地震観測データに逐次フィッティングさせ、時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、上記パラメータ推定ステップにより推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測ステップと、を含む余震予測装置において、上記パラメータ推定ステップは、上記μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定することを特徴とする。 The aftershock prediction method of the present invention is an aftershock prediction method executed in a computer having at least a storage unit and a control unit, and the storage unit stores at least earthquake observation data from the mainshock to an arbitrary elapsed time. The function of the product of the detection rate function including at least the parameter μ (t) indicating the magnitude of the detection rate of 50% at time t and the Gutenberg-Richter rule, which is executed in the control unit, is the earthquake in each learning period. A parameter estimation step for sequentially fitting observation data and estimating a parameter value including a parameter μ (t) that fluctuates according to time t, and an earthquake occurrence rate model introducing the parameter value estimated by the parameter estimation step Aftershock occurrence prediction step for predicting the aftershock occurrence rate using In the measuring apparatus, the parameter estimation step estimates the time variation of the μ (t) non-parametrically based on a state space method.
また、本発明のプログラムは、少なくとも本震から任意の経過時間までの地震観測データを記憶する記憶部と制御部を少なくとも備えたコンピュータに実行させるためのプログラムであって、上記制御部において、時間tにおける50%の検出率のマグニチュードを示すパラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積による関数を、各学習期間における上記地震観測データに逐次フィッティングさせ、これによって時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、上記パラメータ推定ステップにより推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測ステップと、を実行させるためのプログラムであって、上記パラメータ推定ステップは、上記μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定することを特徴とする。 The program of the present invention is a program for causing a computer having at least a storage unit and a control unit to store earthquake observation data from the mainshock to an arbitrary elapsed time, and for executing the time t A function based on the product of the detection rate function at least including the parameter μ (t) indicating the magnitude of the detection rate of 50% and the Gutenberg-Richter rule is sequentially fitted to the seismic observation data in each learning period, and at time t The aftershock occurrence rate is predicted using a parameter estimation step that estimates the value of the parameter including the parameter μ (t) that varies in response, and an earthquake occurrence rate model that introduces the parameter value estimated by the parameter estimation step. Aftershock occurrence rate prediction step and a program for executing In the parameter estimation step, the time variation of the μ (t) is estimated non-parametrically based on the state space method.
また、本発明は記録媒体に関するものであり、上記記載のプログラムを記録したことを特徴とする。 The present invention also relates to a recording medium, wherein the program described above is recorded.
この発明によれば、本震直後の限られた地震観測データであってもリアルタイムに余震確率を推定することができるという効果を奏する。より具体的には、先行技術で提案された検出率のパラメトリック関数は、地震の検出率がなだらかに上昇するパラメトリックな関数を想定していたため、大きな本震が発生してから1日以内の地震観測データにおいて、検出率に揺らぎがある場合、柔軟にフィッティングさせることができずパラメータが発散してしまうことがあるという問題があったが、本発明によれば、検出率の時間変動を、非パラメトリックに推定するので、本震直後の不均質な地震観測データであっても、最適にフィッティングさせることが可能になる。 According to the present invention, there is an effect that the aftershock probability can be estimated in real time even with limited earthquake observation data immediately after the mainshock. More specifically, the parametric function of the detection rate proposed in the prior art was assumed to be a parametric function in which the detection rate of earthquakes gradually increased, so that earthquake observations within one day after the occurrence of a large mainshock occurred When there is fluctuation in the detection rate in the data, there is a problem that the fitting may not be performed flexibly and the parameter may diverge. However, according to the present invention, the time variation of the detection rate is reduced by non-parametric. Therefore, even inhomogeneous seismic observation data immediately after the main shock can be optimally fitted.
また、本発明によれば、時間を変数とする検出率の関数を離散化させ、それを状態空間法で推定することにより、特定の関数形を仮定することなくデータに対して適応的な推定が可能になるという効果を奏する。 In addition, according to the present invention, the detection rate function with time as a variable is discretized and estimated by the state space method, so that adaptive estimation can be performed on data without assuming a specific function form. There is an effect that becomes possible.
以下に、本発明にかかる余震予測装置、余震予測方法、および、プログラムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an aftershock prediction apparatus, an aftershock prediction method, and a program according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
以下、本発明の実施の形態の概要について説明し、その後、本実施の形態の構成および処理等の詳細について説明する。 Hereinafter, the outline of the embodiment of the present invention will be described, and then the details of the configuration and processing of the present embodiment will be described.
[本発明の実施の形態の概要]
本発明の実施の形態の概要として、以下に、本実施の形態が開発された背景、先行技術例、本発明の実施の形態の概要について順に説明する。
[Outline of Embodiment of the Present Invention]
As an outline of the embodiment of the present invention, the background of the development of the present embodiment, prior art examples, and the outline of the embodiment of the present invention will be described in order below.
[背景]
大きな地震の後にはおびただしい数の余震が起こる。特に本震後一日間には、追加の被害を引き起こしうる大きな余震が起こる確率が高く、すべての大きな余震のうち約半数がこの期間に起こる。そのため本震後できるだけ早く、余震の予測を行うことが望ましい。
[background]
Numerous aftershocks occur after a major earthquake. In particular, during the day after the main shock, there is a high probability of a large aftershock that can cause additional damage, and about half of all large aftershocks occur during this period. Therefore, it is desirable to predict aftershocks as soon as possible after the mainshock.
その一方で、本震の直後に正確な予測を立てることは非常に難しく、実際、気象庁は本震後一日以上たってから予測を行っている。これは、本震とその後の多くの余震の地震波が重なることにより、それぞれの地震の発生場所、時間、マグニチュードを決めることが難しく、実際に起こった地震のうちごく一部の地震しか観測できないからである。 On the other hand, it is very difficult to make an accurate prediction immediately after the mainshock. In fact, the Japan Meteorological Agency makes a prediction one day after the mainshock. This is because it is difficult to determine the location, time, and magnitude of the occurrence of each earthquake due to the overlap of the main shock and many aftershocks, and only a small portion of the actual earthquakes can be observed. is there.
この困難を克服するために、観測からもれた余震も含め実際に起こった余震の活動を、余震の検出率を考慮して推定・予測することが提案されている(非特許文献1)。 In order to overcome this difficulty, it has been proposed to estimate and predict aftershock activity that actually occurred, including aftershocks from observations, taking into account the detection rate of aftershocks (Non-patent Document 1).
この先行技術例(非特許文献1)では、まず余震の検出率を推定し、それと既存の予測モデルが組み合わされることにより、本震の直後から精度の高い予測が可能であることが2003年の宮城県沖地震の余震活動を例にして示されている。以下に、非特許文献1の先行技術例について説明し、その後、本実施の形態による改良方法について説明する。 In this prior art example (Non-Patent Document 1), Miyagi in 2003 was able to estimate the aftershock detection rate first and combine it with an existing prediction model to make highly accurate predictions immediately after the mainshock. It is shown as an example of aftershock activity of the Ken-Oki earthquake. Below, the prior art example of a nonpatent literature 1 is demonstrated, and the improvement method by this Embodiment is demonstrated after that.
[先行技術例]
先行技術例(非特許文献1)では、実際に起こった余震のモデルとしてReasenberg−Jonesのモデル(Science 1989,Vol.243,no.4895,pp.1173−1176)を用いている。このモデルでは、本震からの経過時間tにおけるマグニチュードMの余震の発生率が、以下の式で与えられる。
In the prior art example (Non-Patent Document 1), a model of Reasenberg-Jones (Science 1989, Vol. 243, no. 4895, pp. 1173-1176) is used as a model of an aftershock that actually occurred. In this model, the aftershock rate of magnitude M at the elapsed time t from the mainshock is given by the following equation.
図1に示すように、グーテンベルグ・リヒター則は、マグニチュード(M)の大きさと、各マグニチュードの発生頻度(n(M))の対数との間には、比例関係があることを示し、logn(M)=a−bMで表される(以下の式(5)参照)。すなわち、図1のグラフの傾きは−bであり、縦軸の切片はaである。 As shown in FIG. 1, the Gutenberg-Richter rule indicates that there is a proportional relationship between the magnitude of magnitude (M) and the logarithm of the occurrence frequency of each magnitude (n (M)). M) = a−bM (see the following formula (5)). That is, the slope of the graph of FIG. 1 is −b, and the intercept of the vertical axis is a.
式(1)のモデルからマグニチュードMf以上の余震の発生率は、以下の式で与えられる。
実際に起こった余震のモデル(1)のパラメータを、観測された余震のデータから推定するために地震の検出率を導入する。余震の検出率は、マグニチュードが小さいほど低く、マグニチュードが大きいほど高いというようにマグニチュードに依存し、その関係は、以下の正規分布の累積分布関数でモデル化される。
図2に示すように、μは、検出率0.5(50%)のときのマグニチュード(この例ではμ=4程度)である。 As shown in FIG. 2, μ is a magnitude (in this example, about μ = 4) when the detection rate is 0.5 (50%).
なお、余震の検出率には、このマグニチュードへの依存性に加えて、時間への依存性も存在する。すなわち、検出率は本震後に非常に低く、時間が経つにつれて通常値に戻っていくという時間への依存性がある。それを表現するために、パラメータμが時間の関数μ(t)であるとする。 In addition to the dependency on magnitude, the aftershock detection rate also has a dependency on time. In other words, the detection rate is very low after the mainshock, and has a time dependence that returns to the normal value over time. To express it, let the parameter μ be a function of time μ (t).
尾形・桂による先行技術例(非特許文献1)では、以下のように、μ0,μ1,α,γというパラメータをもつパラメトリックな時間依存性の検出率関数μ(t)のモデルが提案されている。
検出率関数のパラメータは、観測された余震のマグニチュードのデータからフィッティングにより推定可能である。モデル(1)では、実際に起こっている地震のマグニチュードの分布は、以下のグーテンベルグ・リヒター則に従っていると仮定されている。
検出される地震のマグニチュードの確率分布は、実際に起こった地震のマグニチュードの分布(5)と検出率(3)の積に比例し、以下の式で与えられる。
以上の手続きにより、検出率関数にて時間変動する検出率が推定できる。 With the above procedure, the detection rate that varies with time can be estimated using the detection rate function.
次に推定された検出率を用いて、予測モデル(1)の残りのパラメータK,p,cの推定を行う。検出された地震の発生率は、実際に起こっている地震の確率強度(1)と検出率関数(3)の積である以下の式で表される。
ここから、大森・宇津則のK,p,cに対する対数尤度が以下の式で表され、これを最大化することによって、先行技術例ではパラメータ値を得ている。
[本実施の形態による方法]
上述した先行技術例(非特許文献1)では、時間変動する余震の検出率を推定するために、式(4)にて示したように、パラメトリックな統計モデルが用いられている。しかしながら、このモデルのパラメータを短い余震時系列から推定しようとするとき、特に本震直後の限られた時間の地震観測データしか得られていない場合に、パラメータが発散してしまい最適なパラメータ値が得られないことがあった。
[Method according to this embodiment]
In the above-described prior art example (Non-Patent Document 1), a parametric statistical model is used as shown in Equation (4) in order to estimate the detection rate of aftershocks that fluctuate over time. However, when trying to estimate the parameters of this model from a short aftershock time series, especially when only the seismic observation data for a limited time immediately after the main shock is available, the parameters diverge and the optimal parameter values are obtained. I couldn't.
本願発明者らは、鋭意検討の結果、安定した検出率の推定を行うために、パラメトリックな統計モデルが用いることなく、状態空間法に基づく検出率の推定手法を導入することが適切であると想起するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that it is appropriate to introduce a detection rate estimation method based on the state space method without using a parametric statistical model in order to estimate a stable detection rate. I came to recall.
本実施の形態では、安定して検出率関数を推定するために状態空間法を用いて、μ(t)を推定する。状態空間法を用いることにより、特定の関数形を仮定することなく地震観測データに対して適応的な推定が可能になる。 In the present embodiment, μ (t) is estimated using the state space method in order to stably estimate the detection rate function. By using the state space method, adaptive estimation can be performed on seismic observation data without assuming a specific function form.
本実施の形態では、解析を単純にするために時間連続関数であるμ(t)を次式のように離散化する。ここで、tiはi番目に検出された余震の発生時刻である。
これにより、μ(t)の推定問題は、有限個のパラメータμ=[μ1,μ2,...,μN]Tを推定する問題になる。 Thus, the estimation problem of μ (t) is a finite number of parameters μ = [μ 1 , μ 2 ,. . . , Μ N ] T becomes a problem to estimate.
状態空間法では、μ(t)の変動に対してペナルティーを課して推定を行う。このために、μ(t)に対する事前分布を次式のように導入する。
ここで、初期分布はP(μ1,μ2)=const(一定)である。これによりμ(t)の変動が制限され、予測に最適なスムーズな関数の推定が可能になる。変動の度合いはパラメータVによって決まる。そして与えられたμからマグニチュード系列M=[M1,M2,...,MN]Tが発生する確率は、式(6)から、次式で与えられる。
このとき推定の目標はパラメータV,β,σの最適な推定のもとで、マグニチュード系列Mから、パラメータμの事後確率Pβ,σ,V(μ|M)を最大化するμ=μ*を見つけることである。事後確率は、ベイズの公式から次式で与えられる。
事後分布を最大にするには、μ*をNewton法等により見つける。ただし、これらの推定はパラメータV,β,σの推定に大きく依存する。これらのパラメータの事後確率P(V,β,σ│M)もベイズの公式から次式で与えられる。
事前分布P(V,β,σ)は、過去のデータから決めておいてもよい。一例として、P(V,β,σ)は、βの正規分布であるとする。P(V,β,σ│M)を最大にするV,β,σは、EM法(期待値最大化法)等を用いてフィッティングさせることにより求められる。 The prior distribution P (V, β, σ) may be determined from past data. As an example, it is assumed that P (V, β, σ) is a normal distribution of β. V, β, and σ that maximize P (V, β, σ | M) are obtained by fitting using the EM method (expected value maximization method) or the like.
以上が本実施の形態の概要である。なお、以上は、本発明が具現化される一形態を、本実施の形態の概要として記載したものであり、本発明は、上述または後述する実施の形態に限定されるものではない。以下の実施の形態においては、上述した本実施の形態をハードウェアとソフトウェアの協働により実現させるため、本実施の形態の構成および処理等の詳細について説明する。 The above is the outline of the present embodiment. In the above, one embodiment in which the present invention is embodied is described as an outline of the present embodiment, and the present invention is not limited to the embodiment described above or described later. In the following embodiment, in order to realize the above-described embodiment by cooperation of hardware and software, details of the configuration and processing of the embodiment will be described.
[余震予測装置の構成]
次に、本実施の形態の余震予測装置の構成について図3を参照して説明する。図3は、本実施の形態が適用される余震予測装置100の一例を示すブロック図であり、該構成のうち本実施の形態に関係する部分を概念的に示している。
[Configuration of aftershock prediction device]
Next, the structure of the aftershock prediction apparatus of this Embodiment is demonstrated with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an example of an aftershock prediction apparatus 100 to which the present embodiment is applied, and conceptually shows a part related to the present embodiment in the configuration.
図3に示すように、本実施の形態における余震予測装置100は、概略的に、制御部102と記憶部106を少なくとも備え、本実施の形態において、更に、入出力制御インターフェース部108と通信制御インターフェース部104を備える。ここで、制御部102は、余震予測装置100の全体を統括的に制御するCPU等である。また、通信制御インターフェース部104は、通信回線等に接続されるルータ等の通信装置(図示せず)に接続されるインターフェースであり、入出力制御インターフェース部108は、入力装置112や出力装置114に接続されるインターフェースである。また、記憶部106は、各種のデータベースやテーブルなどを格納する装置である。これら余震予測装置100の各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。更に、この余震予測装置100は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワーク300に通信可能に接続されている。 As shown in FIG. 3, the aftershock prediction apparatus 100 according to the present embodiment generally includes at least a control unit 102 and a storage unit 106, and in the present embodiment, further includes an input / output control interface unit 108 and communication control. An interface unit 104 is provided. Here, the control unit 102 is a CPU or the like that comprehensively controls the entire aftershock prediction apparatus 100. The communication control interface unit 104 is an interface connected to a communication device (not shown) such as a router connected to a communication line or the like, and the input / output control interface unit 108 is connected to the input device 112 or the output device 114. The interface to be connected. The storage unit 106 is a device that stores various databases and tables. Each part of these aftershock prediction apparatus 100 is connected so that communication is possible via arbitrary communication paths. Further, the aftershock prediction apparatus 100 is communicably connected to the network 300 via a communication device such as a router and a wired or wireless communication line such as a dedicated line.
記憶部106に格納される各種のデータベースやテーブル(リアルタイム観測ファイル106a、パラメータファイル106b、予測結果ファイル106c等)は、固定ディスク装置等のストレージ手段である。例えば、記憶部106は、各種処理に用いる各種のプログラム、テーブル、ファイル、データベース、および、ウェブページ等を格納する。 Various databases and tables (such as the real-time observation file 106a, the parameter file 106b, and the prediction result file 106c) stored in the storage unit 106 are storage means such as a fixed disk device. For example, the storage unit 106 stores various programs, tables, files, databases, web pages, and the like used for various processes.
これら記憶部106の各構成要素のうち、リアルタイム観測ファイル106aは、地震観測データを記憶する地震観測データ記憶手段である。リアルタイム観測ファイル106aは、少なくとも本震から任意の経過時間までのデータを記憶し、好適には、本震からの経過時間に応じてリアルタイムに地震観測データが更新される。例えば、余震予測装置100の制御部102が、ネットワーク300を介して、気象庁等の外部システム200から、随時更新される地震観測データ(気象庁カタログデータ、気象庁一元化震源データ等)をダウンロードすることにより、リアルタイム観測ファイル106aに記憶された地震観測データを更新してもよい。また、余震予測装置100の制御部102が、地震計等の入力装置112から、あるいは、地震観測網を構成する地震計等の外部システム200から、リアルタイムに地震波形データを取得して、発震時刻と震源地の決定とマグニチュードの算出を行うことにより地震観測データを取得して、リアルタイム観測ファイル106aの地震観測データを更新してもよい。
また、パラメータファイル106bは、各種パラメータ(係数値等)を記憶するパラメータ記憶手段である。例えば、パラメータファイル106bは、グーテンベルグ・リヒター則のパラメータ(例えば、式(5)のβ(=bln10)等)、離散化されたμ(t)のパラメータ(例えば、式(9)のインデックスiと経過時間tの関連付けデータ、μi(i=1,2,...,N))、余震の減衰に関するパラメータ(例えば、式(1)中の大森・宇津則に関するパラメータK,p,c)、マグニチュードに関する検出率関数(正規分布の累積分布関数等)のパラメータ(例えば、式(3)のσ)、ガウス分布に関するパラメータ(例えば、式(10)のP(μ1,μ2),V)等の各種パラメータの値(初期値、更新値等)を記憶してもよい。 The parameter file 106b is parameter storage means for storing various parameters (coefficient values and the like). For example, the parameter file 106b includes Gutenberg-Richter rule parameters (for example, β (= bln10) in the equation (5)), discretized μ (t) parameters (for example, the index i in the equation (9)) Association data of elapsed time t, μ i (i = 1, 2,..., N)), parameters relating to aftershock attenuation (for example, parameters K, p, c relating to Omori-Utsu rule in equation (1)) , Parameters of the detection rate function relating to magnitude (cumulative distribution function of normal distribution, etc.) (for example, σ in equation (3)), parameters relating to Gaussian distribution (for example, P (μ 1 , μ 2 ) in equation (10), V ) And the like (initial values, update values, etc.) may be stored.
また、予測結果ファイル106cは、余震発生率予測部102bによる余震発生率の予測結果を記憶する予測結果記憶手段である。例えば、予測結果ファイル106cは、パラメータの値が導入された地震発生率モデル(大森・宇津則)、Reasenberg−Jonesのモデル等)に基づく計算結果(例えば、3日以内にマグニチュード5以上の余震が発生する確率○○%など)を記憶してもよい。 The prediction result file 106c is a prediction result storage unit that stores the prediction result of the aftershock occurrence rate by the aftershock occurrence rate prediction unit 102b. For example, the prediction result file 106c may include an aftershock with a magnitude of 5 or more within 3 days based on a calculation result (for example, a model of the earthquake occurrence rate (Omori / Utsunori), Reasenberg-Jones model, etc.) in which parameter values are introduced. The probability of occurrence (such as XX%) may be stored.
入出力制御インターフェース部108は、入力装置112や出力装置114の制御を行う。ここで、出力装置114としては、モニタ(家庭用テレビを含む)の他、スピーカを用いることができる(なお、以下においては出力装置114をモニタとして記載する場合がある)。また、入力装置112としては、キーボード、マウス、およびマイク等のほか、地震計や3軸加速度センサーなど地震の動きを計測する手段であってもよい。なお、複数台の入力装置112が余震予測装置100に接続されてもよい。 The input / output control interface unit 108 controls the input device 112 and the output device 114. Here, as the output device 114, in addition to a monitor (including a home TV), a speaker can be used (hereinafter, the output device 114 may be described as a monitor). In addition to the keyboard, mouse, microphone, and the like, the input device 112 may be a means for measuring earthquake motion such as a seismometer or a three-axis acceleration sensor. A plurality of input devices 112 may be connected to the aftershock prediction device 100.
また、図3において、制御部102は、OS(Operating System)等の制御プログラムや、各種の処理手順等を規定したプログラム、および、所要データを格納するための内部メモリを有する。そして、制御部102は、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部102は、機能概念的に、パラメータ推定部102a、および、余震発生率予測部102bを備える。概略的に、パラメータ推定部102aは、数理モデルを実測値(現在までの地震観測データ)にあてはめてパラメータの値を推定するのに対し、余震発生率予測部102bは、推定されたパラメータの値を導入した数理モデルを用いて、将来の余震発生率を予測する機能を有する。 In FIG. 3, the control unit 102 includes an internal memory for storing a control program such as an OS (Operating System), a program defining various processing procedures, and necessary data. And the control part 102 performs the information processing for performing various processes by these programs. The control unit 102 includes a parameter estimation unit 102a and an aftershock occurrence rate prediction unit 102b in terms of functional concept. Schematically, the parameter estimation unit 102a estimates a parameter value by applying a mathematical model to an actual measurement value (earthquake observation data up to the present), whereas the aftershock occurrence rate prediction unit 102b estimates an estimated parameter value. It has a function to predict the rate of future aftershocks using a mathematical model that introduces.
すなわち、パラメータ推定部102aは、パラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく関数を、各学習期間における地震観測データに逐次フィッティングさせ、時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定手段である。なお、パラメータ推定部102aは、推定したパラメータの値や、新たに取得された地震観測データに基づいて更新されたパラメータの値を、パラメータファイル106bに格納する。 That is, the parameter estimation unit 102a sequentially fits a function based on the product of the detection rate function including at least the parameter μ (t) and the Gutenberg-Richter rule to the seismic observation data in each learning period, and varies according to the time t. Parameter estimation means for estimating the value of the parameter including the parameter μ (t). The parameter estimation unit 102a stores the estimated parameter value and the parameter value updated based on the newly acquired earthquake observation data in the parameter file 106b.
ここで、本実施の形態において、パラメータ推定部102aは、μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定する。より具体的には、パラメータ推定部102aは、時間を変数とするμ(t)の関数を、状態空間法に基づいて以下の式により離散化させてもよい。例えば、パラメータ推定部102aは、地震観測データから得られる有限個(N)のマグニチュード系列M=[M1,M2,...,MN]Tに基づいて、対応する有限個(N)のパラメータμ=[μ1,μ2,...,μN]Tを推定する。
なお、パラメータ推定部102aは、ここで、μ(t)に対する事前分布として以下の式を導入してもよい。これにより、μの時間変動に対して適切なペナルティーを課して推定することができる。
ここで、パラメータ推定部102aは、各種のパラメータを推定するために、2段階でフィッティングを行ってもよい。すなわち、第1段階では、パラメータ推定部102aは、マグニチュードに依存する関数(パラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づくマグニチュード分布を表す式(6)等)を、各学習期間における地震観測データにフィッティングさせることにより、学習期間ごとに、マグニチュードに依存する関数のパラメータを推定してもよい。なお、この第1段階では、μ(t)は定数として扱われる。 Here, the parameter estimation unit 102a may perform fitting in two stages in order to estimate various parameters. That is, in the first stage, the parameter estimation unit 102a calculates a function that depends on the magnitude (formula (6) or the like representing the magnitude distribution based on the product of the detection rate function including at least the parameter μ (t) and the Gutenberg-Richter rule). The parameters of the function depending on the magnitude may be estimated for each learning period by fitting to the seismic observation data in each learning period. In this first stage, μ (t) is treated as a constant.
そして、第2段階では、パラメータ推定部102aは、時間に依存する関数(時間に依存する検出率に応じた、余震の発生確率の減衰に関する関数等)を、本震発生から現在得られている経過時間までの地震観測データにフィッティングさせることにより、時間に依存する関数に関するパラメータを推定してもよい。例えば、パラメータ推定部102aは、過去の地震観測データから定めた事前分布P(V,β,σ)から、事後分布P(V,β,σ│M)が最大になるV,β,σを、EM法(期待値最大化法)等を用いてフィッティングさせることにより求めてもよい。 Then, in the second stage, the parameter estimation unit 102a has obtained a time-dependent function (such as a function relating to the decay of the aftershock occurrence probability according to the time-dependent detection rate) from the occurrence of the mainshock. By fitting the seismic observation data up to the time, a parameter related to the time-dependent function may be estimated. For example, the parameter estimation unit 102a calculates V, β, σ that maximizes the posterior distribution P (V, β, σ | M) from the prior distribution P (V, β, σ) determined from past earthquake observation data. Alternatively, it may be obtained by fitting using the EM method (expected value maximization method) or the like.
また、余震発生率予測部102bは、パラメータ推定部102aにより推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測手段である。例えば、余震発生率予測部102bは、推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデル(大森・宇津則、Reasenberg−Jonesのモデル等)をグラフ化して将来の余震発生率をグラフに表してもよく、3日以内にマグニチュード5以上の余震発生率を積分等により算出してもよい。なお、余震発生率予測部102bは、予測結果データを、予測結果ファイル106cに格納してもよく、モニタ等の出力装置114に出力(表示等)させてもよく、外部システム200(利用者端末等)に送信してもよい。 The aftershock occurrence rate predicting unit 102b is an aftershock occurrence rate predicting unit that predicts the aftershock occurrence rate using an earthquake occurrence rate model in which the parameter values estimated by the parameter estimating unit 102a are introduced. For example, the aftershock occurrence predicting unit 102b graphs an earthquake occurrence rate model (Omori / Utsunori, Reaseenberg-Jones model, etc.) that introduces the estimated parameter values, and graphs the future aftershock occurrence rate. Alternatively, an aftershock occurrence rate of magnitude 5 or more may be calculated by integration or the like within 3 days. Note that the aftershock occurrence rate prediction unit 102b may store the prediction result data in the prediction result file 106c, or may output (display or the like) the output result to an output device 114 such as a monitor. Etc.).
以上が、本実施の形態における余震予測装置100の構成の一例である。なお、余震予測装置100は、ネットワーク300を介して外部システム200に接続されてもよい。この場合、通信制御インターフェース部104は、余震予測装置100とネットワーク300(またはルータ等の通信装置)との間における通信制御を行う。すなわち、通信制御インターフェース部104は、他の端末と通信回線を介してデータを通信する機能を有する。また、ネットワーク300は、余震予測装置100と外部システム200とを相互に接続する機能を有し、例えば、インターネット等である。 The above is an example of the structure of the aftershock prediction apparatus 100 in this Embodiment. Note that the aftershock prediction apparatus 100 may be connected to the external system 200 via the network 300. In this case, the communication control interface unit 104 performs communication control between the aftershock prediction device 100 and the network 300 (or a communication device such as a router). That is, the communication control interface unit 104 has a function of communicating data with other terminals via a communication line. The network 300 has a function of connecting the aftershock prediction apparatus 100 and the external system 200 to each other, and is, for example, the Internet.
また、外部システム200は、ネットワーク300を介して、余震予測装置100と相互に接続され、各種パラメータに関する外部データベースや、接続された情報処理装置に余震予測方法を実行させるためのプログラム等を提供する機能を有する。 The external system 200 is connected to the aftershock prediction apparatus 100 via the network 300 and provides an external database regarding various parameters, a program for causing the connected information processing apparatus to execute the aftershock prediction method, and the like. It has a function.
ここで、外部システム200は、WEBサーバやASPサーバ等として構成していてもよい。また、外部システム200のハードウェア構成は、一般に市販されるワークステーション、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置およびその付属装置により構成していてもよい。また、外部システム200の各機能は、外部システム200のハードウェア構成中のCPU、ディスク装置、メモリ装置、入力装置、出力装置、通信制御装置等およびそれらを制御するプログラム等により実現される。 Here, the external system 200 may be configured as a WEB server, an ASP server, or the like. Further, the hardware configuration of the external system 200 may be configured by an information processing apparatus such as a commercially available workstation or a personal computer and its attached devices. Each function of the external system 200 is realized by a CPU, a disk device, a memory device, an input device, an output device, a communication control device, and the like in the hardware configuration of the external system 200 and a program for controlling them.
以上で、本実施の形態の構成の説明を終える。 This is the end of the description of the configuration of the present embodiment.
[余震予測装置100の処理]
次に、このように構成された本実施の形態における余震予測装置100の処理の一例について、以下に図4を参照して詳細に説明する。図4は、本実施の形態における余震予測装置100の処理の一例を示すフローチャートである。
[Process of aftershock prediction apparatus 100]
Next, an example of processing of the aftershock prediction apparatus 100 according to the present embodiment configured as described above will be described in detail below with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing of the aftershock prediction apparatus 100 in the present embodiment.
図4に示すように、まず、パラメータ推定部102aは、最新の地震観測データを取得する(ステップSA−1)。例えば、パラメータ推定部102aは、ネットワーク300を介して、気象庁等の外部システム200から、随時更新される地震観測データ(気象庁カタログデータ、気象庁一元化震源データ等)をダウンロードすることにより、リアルタイム観測ファイル106aに最新の地震観測データを格納してもよい。また、パラメータ推定部102aは、地震観測網を構成する、地震計等の入力装置112や外部システム200から、リアルタイムに地震波形データを取得して、発震時刻と震源地の決定とマグニチュードの算出を行うことにより地震を特定して地震観測データを取得してもよい。
そして、図3のパラメータ推定部102aは、数理モデルを地震観測データにフィッティングさせる処理を行う(ステップSA−2)。例えば、パラメータ推定部102aは、パラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく以下の式(6)を、各学習期間における地震観測データであるマグニチュード系列M=[M1,M2,...,MN]Tに、逐次フィッティングさせることにより、各パラメータμ=[μ1,μ2,...,μN]Tを推定する。
なお、このとき、パラメータ推定部102aは、μ(t)の変動を、ガウス分布に従うように制限する。すなわち、パラメータ推定部102aは、μ(t)の変動に対してペナルティーを課しながら推定を行う。μ(t)に対する事前分布は、次式で表現される。
与えられたμからマグニチュード系列M=[M1,M2,...,MN]Tが発生する確率は、次式で表現される。
パラメータ推定部102aは、パラメータV,β,σの推定を最適化し、マグニチュード系列Mから、パラメータμの事後確率Pβ,σ,V(μ|M)を最大化するμ=μ*を求めるため、ベイズ法を用いてもよい。事後確率は、ベイズの公式から次式で表現される。
パラメータ推定部102aは、事後分布を最大にするために、μ*をNewton法等により求めてもよい。一方で、パラメータV,β,σの推定を最適化するため、パラメータ推定部102aは、ベイズ法による次式の事後確率P(V,β,σ│M)を最大にするV,β,σを、EM法(期待値最大化法)等を用いてフィッティングさせることにより求める。ここで、P(V,β,σ)は、βの正規分布であるとする。
再び図4に戻り、図3のパラメータ推定部102aは、ステップSA−2において新たに得られたパラメータの値を、パラメータファイル106bに格納することにより更新する(ステップSA−3)。 Returning to FIG. 4 again, the parameter estimation unit 102a in FIG. 3 updates the parameter value newly obtained in step SA-2 by storing it in the parameter file 106b (step SA-3).
そして、余震発生率予測部102bは、パラメータファイル106bから更新されたパラメータ値を地震発生率モデルに代入し、この地震発生率モデルに基づいて余震発生率を予測する(ステップSA−4)。例えば、余震発生率予測部102bは、推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデル(大森・宇津則、Reasenberg−Jonesのモデル等)をグラフ化して、本震から現在を経て将来までの余震発生率をグラフに表してもよい。また、余震発生率予測部102bは、推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルから、3日以内にマグニチュード5以上の余震が発生する確率を、積分等により算出してもよい。なお、余震発生率予測部102bは、予測結果データを、予測結果ファイル106cに格納してもよく、モニタ等の出力装置114に出力(表示等)させてもよく、外部システム200(利用者端末等)に送信してもよい。 Then, the aftershock occurrence rate prediction unit 102b substitutes the parameter value updated from the parameter file 106b for the earthquake occurrence rate model, and predicts the aftershock occurrence rate based on the earthquake occurrence rate model (step SA-4). For example, the aftershock occurrence prediction unit 102b graphs an earthquake occurrence rate model (Omori / Utsunori, Reasenberg-Jones model, etc.) that introduces estimated parameter values, and aftershocks from the main shock to the future The occurrence rate may be represented on a graph. Further, the aftershock occurrence rate prediction unit 102b may calculate the probability that an aftershock of magnitude 5 or more will occur within 3 days by integration or the like from the earthquake occurrence rate model in which the estimated parameter values are introduced. Note that the aftershock occurrence rate prediction unit 102b may store the prediction result data in the prediction result file 106c, or may output (display or the like) the output result to an output device 114 such as a monitor. Etc.).
そして、余震予測装置100の制御部102は、処理を終えるか否かを判定する(ステップSA−5)。例えば、余震予測装置100の制御部102は、本震から一定期間経過した場合に処理を終えると判定してもよく、利用者により入力部112を介して処理の終了が指示された場合に、処理を終了してもよい。 And the control part 102 of the aftershock prediction apparatus 100 determines whether a process is complete | finished (step SA-5). For example, the control unit 102 of the aftershock prediction apparatus 100 may determine that the process is finished when a certain period of time has passed since the mainshock, and the process is performed when the end of the process is instructed by the user via the input unit 112 May be terminated.
処理を終了しないと判定された場合(ステップSA−5,No)、余震予測装置100の制御部102は、上述したステップSA−1〜SA−5の処理を繰返す。一方、処理を終了すると判定された場合(ステップSA−5,Yes)、余震予測装置100の制御部102は、処理を終了する。 When it determines with not complete | finishing a process (step SA-5, No), the control part 102 of the aftershock prediction apparatus 100 repeats the process of step SA-1-SA-5 mentioned above. On the other hand, when it determines with complete | finishing a process (step SA-5, Yes), the control part 102 of the aftershock prediction apparatus 100 complete | finishes a process.
以上が、本実施形態における余震予測装置100の処理の一例である。 The above is an example of the process of the aftershock prediction apparatus 100 in this embodiment.
[実施例]
つづいて、上述した実施の形態を、2011年の東北地方太平洋沖地震(M9.0)の余震データに適用した実施例について、以下に図5〜図13を参照して説明する。
[Example]
Next, an embodiment in which the above-described embodiment is applied to aftershocks data of the 2011 Tohoku-Pacific Ocean Earthquake (M9.0) will be described below with reference to FIGS.
ここで、図5は、東北地方太平洋沖地震前後の震源地分布を示す図である。なお、本震の震源地は星印で表されている。また、図6は、東北地方太平洋沖地震前後のマグニチュードの時系列データを示す図である。横軸は、本震の発生時点を0とする時刻であり、縦軸はマグニチュードを示す。これら地震観測データは、PDE/NEICのカタログデータから取得した。 Here, FIG. 5 is a diagram showing the epicenter distribution before and after the Tohoku-Pacific Ocean Earthquake. The epicenter of the mainshock is represented by an asterisk. FIG. 6 is a diagram showing magnitude time-series data before and after the Tohoku-Pacific Ocean Earthquake. The horizontal axis is the time when the occurrence time of the mainshock is 0, and the vertical axis indicates the magnitude. These seismic observation data were obtained from PDE / NEIC catalog data.
図7は東北地方太平洋沖地震の前の地震データ化に対して、検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく式(6)を、μ(t)が一定として、フィッティングさせたもののグラフである。横軸はマグニチュードであり、縦軸は発生頻度である。実線は、検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく式を表し、黒丸は、マグニチュードの頻度を表す。モデルと観測が良く一致していることから検出率関数(3)の妥当性がわかる。 Fig. 7 is a graph of fitting the equation (6) based on the product of the detection rate function and the Gutenberg-Richter rule to μ (t) constant for the earthquake data before the Tohoku-Pacific Ocean Earthquake. is there. The horizontal axis is magnitude, and the vertical axis is frequency of occurrence. The solid line represents an expression based on the product of the detection rate function and the Gutenberg-Richter rule, and the black circle represents the magnitude frequency. Since the model and the observation are in good agreement, the validity of the detection rate function (3) is known.
図8は、各学習期間(本震から3時間、6時間、12時間、24時間)の地震観測データに対して、状態空間法で推定されたμ(t)の値を示すグラフである。黒点は観測された各地震を表す。図8の点線は学習期間3時間、一点鎖線は6時間、二点鎖線は12時間、実線は24時間で得られたμ(t)の値の推移を示す。灰色の丸は、検出された各地震を表している。図8に示すように、本震直後の検出率の変動に揺らぎがある場合でも、適切に検出率を推定できることが分かった。 FIG. 8 is a graph showing the value of μ (t) estimated by the state space method for earthquake observation data in each learning period (3 hours, 6 hours, 12 hours, and 24 hours from the main shock). Black spots represent each observed earthquake. The dotted line in FIG. 8 shows the transition of the value of μ (t) obtained in the learning period of 3 hours, the alternate long and short dashed line is 6 hours, the alternate long and two short dashes line is 12 hours, and the solid line is 24 hours. Gray circles represent each detected earthquake. As shown in FIG. 8, it was found that the detection rate can be estimated appropriately even when the fluctuation of the detection rate immediately after the mainshock fluctuates.
ここで、図9は、各期間(3−6h,6−12h,12−24h)において、観測されたマグニチュードの正規化ヒストグラムと、各地震が起きた時刻における推定された瞬間マグニチュード分布の関係を示す図である。横軸はマグニチュードであり、縦軸は確率密度を表す。黒丸は、観測された各地震のマグニチュードの正規化ヒストグラムを示し、灰色の曲線は、各地震が起きた瞬間のマグニチュード分布を示し、黒い曲線は、その平均曲線である。このように、各地震が起きた瞬間の推定値も実測値とよく一致していることが確かめられた。 Here, FIG. 9 shows the relationship between the normalized histogram of the observed magnitude and the estimated instantaneous magnitude distribution at the time when each earthquake occurred in each period (3-6h, 6-12h, 12-24h). FIG. The horizontal axis represents magnitude, and the vertical axis represents probability density. The black circle shows the normalized histogram of the magnitude of each observed earthquake, the gray curve shows the magnitude distribution at the moment when each earthquake occurred, and the black curve is the average curve. In this way, it was confirmed that the estimated value at the moment when each earthquake occurred was in good agreement with the measured value.
次に推定された検出率を用いて、予測モデル(式(1))のパラメータの推定を行い、予測実験を行った。図10および図11は、本震後1日までの学習期間で推定されたパラメータを用いて、1日後から30日までの期間、マグニチュード5以上、および、6以上の余震の頻度を、それぞれ予測した結果を示す図である。実線は、本実施の形態により推定された検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく関数をもとに、大森・宇津則をフィッティングさせ、そこから予測された余震の頻度を示し、破線は、検出率を考慮せず大森・宇津則を直接フィッティングさせた曲線を示す。 Next, using the estimated detection rate, parameters of the prediction model (Equation (1)) were estimated and a prediction experiment was performed. FIG. 10 and FIG. 11 predicted the frequency of aftershocks of magnitude 5 or more and magnitude 6 or more, respectively, from 1 day to 30 days, using the parameters estimated in the learning period until 1 day after the main shock. It is a figure which shows a result. The solid line is the function based on the product of the detection rate function estimated by this embodiment and the Gutenberg-Richter rule. The curve obtained by fitting Omori and Utsunori directly without considering the detection rate is shown.
また、図12および図13は、更に短い学習期間において推定されたパラメータを用いて、その後の期間、マグニチュード5以上、および、6以上の余震の頻度を、それぞれ予測した結果を示す図である。一点線は学習期間3時間、破線は6時間、二点鎖線は12時間、実線は24時間の学習期間で得られた予測結果を示す。その結果、本実施の形態による予測と、実際の観測がよく一致していることが確かめられた。 FIG. 12 and FIG. 13 are diagrams showing the results of predicting the subsequent period, the magnitude of magnitude 5 or more, and the frequency of aftershocks of 6 or more, respectively, using parameters estimated in a shorter learning period. The one-dot line indicates the prediction result obtained in the learning period of 3 hours, the broken line indicates 6 hours, the two-dot chain line indicates 12 hours, and the solid line indicates the learning period of 24 hours. As a result, it was confirmed that the prediction according to the present embodiment and the actual observation were in good agreement.
[他の実施の形態]
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
[Other embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be applied to various different embodiments within the scope of the technical idea described in the claims. It may be implemented.
例えば、余震予測装置100がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、余震予測装置100は、クライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するようにしてもよい。 For example, although the case where the aftershock prediction apparatus 100 performs processing in a stand-alone form has been described as an example, the aftershock prediction apparatus 100 performs processing in response to a request from the client terminal, and returns the processing result to the client terminal. You may make it do.
また、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。 In addition, among the processes described in the embodiment, all or part of the processes described as being automatically performed can be performed manually, or the processes described as being performed manually can be performed. All or a part can be automatically performed by a known method.
このほか、上記文献中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。 In addition, unless otherwise specified, the processing procedures, control procedures, specific names, information including registration data for each processing, parameters such as search conditions, screen examples, and database configurations shown in the above documents and drawings Can be changed arbitrarily.
また、余震予測装置100に関して、図示の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。 In addition, regarding the aftershock prediction apparatus 100, each illustrated component is functionally conceptual and does not necessarily need to be physically configured as illustrated.
例えば、余震予測装置100の各装置が備える処理機能、特に制御部102にて行われる各処理機能については、その全部または任意の一部を、CPU(Central Processing Unit)および当該CPUにて解釈実行されるプログラムにて実現してもよく、また、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現してもよい。なお、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて余震予測装置100に機械的に読み取られる。すなわち、ROMまたはHDなどの記憶部106などには、OS(Operating System)として協働してCPUに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、RAMにロードされることによって実行され、CPUと協働して制御部を構成する。 For example, the processing functions provided in each device of the aftershock prediction device 100, in particular, the processing functions performed by the control unit 102, all or any part thereof are interpreted and executed by a CPU (Central Processing Unit) and the CPU. It may be realized by a program to be executed, or may be realized as hardware by wired logic. The program is recorded on a recording medium to be described later, and is mechanically read by the aftershock prediction apparatus 100 as necessary. That is, in the storage unit 106 such as a ROM or an HD, a computer program for performing various processes by giving instructions to the CPU in cooperation with an OS (Operating System) is recorded. This computer program is executed by being loaded into the RAM, and constitutes a control unit in cooperation with the CPU.
また、このコンピュータプログラムは、余震予測装置100に対して任意のネットワーク300を介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記憶されていてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。 The computer program may be stored in an application program server connected to the aftershock prediction apparatus 100 via an arbitrary network 300, and may be downloaded in whole or in part as necessary. It is.
また、本発明に係るプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよく、また、プログラム製品として構成することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、メモリーカード、USBメモリ、SDカード、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、EPROM、EEPROM、CD−ROM、MO、DVD、および、Blu−ray(登録商標) Disc等の任意の「可搬用の物理媒体」を含むものとする。 In addition, the program according to the present invention may be stored in a computer-readable recording medium, and may be configured as a program product. Here, the “recording medium” means a memory card, USB memory, SD card, flexible disk, magneto-optical disk, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM, MO, DVD, and Blu-ray (registered trademark). It includes any “portable physical medium” such as Disc.
また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、OS(Operating System)に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。 The “program” is a data processing method described in an arbitrary language or description method, and may be in any format such as source code or binary code. The “program” is not necessarily limited to a single configuration, but is distributed in the form of a plurality of modules and libraries, or in cooperation with a separate program represented by an OS (Operating System). Including those that achieve the function. Note that a well-known configuration and procedure can be used for a specific configuration for reading a recording medium, a reading procedure, an installation procedure after reading, and the like in each device described in the embodiment.
記憶部106に格納される各種のデータベース等(リアルタイム観測ファイル106a、パラメータファイル106b、予測結果ファイル106c等)は、RAM、ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、および、光ディスク等のストレージ手段であり、各種処理やウェブサイト提供に用いる各種のプログラム、テーブル、データベース、および、ウェブページ用ファイル等を格納する。 Various databases and the like (real-time observation file 106a, parameter file 106b, prediction result file 106c, etc.) stored in the storage unit 106 are memory devices such as RAM and ROM, fixed disk devices such as hard disks, flexible disks, and optical disks. And stores various programs, tables, databases, web page files, and the like used for various processes and website provision.
また、余震予測装置100は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置として構成してもよく、また、該情報処理装置に任意の周辺装置を接続して構成してもよい。また、余震予測装置100は、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア(プログラム、データ等を含む)を実装することにより実現してもよい。 The aftershock prediction apparatus 100 may be configured as an information processing apparatus such as a known personal computer or workstation, or may be configured by connecting any peripheral device to the information processing apparatus. Further, the aftershock prediction apparatus 100 may be realized by installing software (including programs, data, and the like) that causes the information processing apparatus to realize the method of the present invention.
更に、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じて、または、機能負荷に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。すなわち、上述した実施形態を任意に組み合わせて実施してもよく、実施形態を選択的に実施してもよい。 Furthermore, the specific form of distribution / integration of the devices is not limited to that shown in the figure, and all or a part of them may be functional or physical in arbitrary units according to various additions or according to functional loads. Can be distributed and integrated. That is, the above-described embodiments may be arbitrarily combined and may be selectively implemented.
以上詳述に説明したように、本発明によれば、本震直後の限られた地震観測データであってもリアルタイムに余震確率を推定することができる、余震予測装置、余震予測方法、および、プログラムを提供することができ、気象庁等による余震予測の公表や、民間企業による災害情報の予測を有料で配信するサービスなど、防災や地震予知などの様々な分野において極めて有用である。 As described above in detail, according to the present invention, an aftershock prediction device, an aftershock prediction method, and a program capable of estimating the aftershock probability in real time even with limited earthquake observation data immediately after the mainshock It is extremely useful in various fields such as disaster prevention and earthquake prediction, such as the announcement of aftershock predictions by the Japan Meteorological Agency, etc., and the service of distributing disaster information predictions by private companies for a fee.
100 余震予測装置
102 制御部
102a パラメータ推定部
102b 余震発生率予測部
104 通信制御インターフェース部
106 記憶部
106a リアルタイム観測ファイル
106b パラメータファイル
106c 予測結果ファイル
108 入出力制御インターフェース部
112 入力装置
114 出力装置
200 外部システム
300 ネットワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Aftershock prediction apparatus 102 Control part 102a Parameter estimation part 102b Aftershock incidence prediction part 104 Communication control interface part 106 Storage part 106a Real time observation file 106b Parameter file 106c Prediction result file 108 Input / output control interface part 112 Input device 114 Output device 200 External System 300 network
Claims (5)
上記記憶部は、
少なくとも本震から任意の経過時間までの地震観測データを記憶し、
上記制御部は、
時間tにおける50%の検出率のマグニチュードを示すパラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積に基づく関数を、各学習期間における上記地震観測データに逐次フィッティングさせ、時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定手段と、
上記パラメータ推定手段により推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測手段と、
を備えた余震予測装置において、
上記パラメータ推定手段は、
上記μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定すること
を特徴とする余震予測装置。 An aftershock prediction device having at least a storage unit and a control unit,
The storage unit
Store at least earthquake observation data from the mainshock to any elapsed time,
The control unit
A function based on the product of the detection rate function at least including the parameter μ (t) indicating the magnitude of the detection rate of 50% at time t and the Gutenberg-Richter rule is sequentially fitted to the seismic observation data in each learning period, and time t Parameter estimation means for estimating the value of a parameter including a parameter μ (t) that varies according to
An aftershock occurrence predicting means for predicting an aftershock occurrence rate using an earthquake occurrence rate model in which the value of the parameter estimated by the parameter estimation means is introduced;
Aftershock prediction device with
The parameter estimation means includes
An aftershock prediction apparatus characterized by estimating the time fluctuation of the μ (t) non-parametrically based on a state space method.
上記μ(t)の時間変動は、
上記状態空間法に基づいて離散化した以下の式により表されること
The time variation of μ (t) is
Represented by the following equation, which is discretized based on the state space method
上記μ(t)に対する事前分布として以下の式を導入し、上記μ(t)の時間変動に対してペナルティーを課すこと
を特徴とする余震予測装置。 In the aftershock prediction device according to claim 2,
The following formula is introduced as a prior distribution for the μ (t), and a penalty is imposed on the time variation of the μ (t).
Aftershock prediction device characterized by.
上記記憶部は、
少なくとも本震から任意の経過時間までの地震観測データを記憶し、
上記制御部において実行される、
時間tにおける50%の検出率のマグニチュードを示すパラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積による関数を、各学習期間における上記地震観測データに逐次フィッティングさせ、時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、
上記パラメータ推定ステップにより推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測ステップと、
を含む余震予測装置において、
上記パラメータ推定ステップは、
上記μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定すること
を特徴とする余震予測方法。 An aftershock prediction method executed in a computer having at least a storage unit and a control unit,
The storage unit
Store at least earthquake observation data from the mainshock to any elapsed time,
Executed in the control unit,
A function based on the product of the detection rate function including at least the parameter μ (t) indicating the magnitude of the detection rate of 50% at time t and the Gutenberg-Richter rule is sequentially fitted to the seismic observation data in each learning period, and at time t A parameter estimation step for estimating a value of a parameter including a parameter μ (t) that varies in response;
An aftershock occurrence rate predicting step for predicting an aftershock occurrence rate using an earthquake occurrence rate model in which the value of the parameter estimated in the parameter estimation step is introduced;
In aftershock prediction equipment including
The parameter estimation step includes
A method for predicting aftershocks, wherein the time variation of μ (t) is estimated non-parametrically based on a state space method.
上記制御部において、
時間tにおける50%の検出率のマグニチュードを示すパラメータμ(t)を少なくとも含む検出率関数とグーテンベルグ・リヒター則の積による関数を、各学習期間における上記地震観測データに逐次フィッティングさせ、時間tに応じて変動するパラメータμ(t)を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、
上記パラメータ推定ステップにより推定されたパラメータの値を導入した地震発生率モデルを用いて、余震発生率を予測する余震発生率予測ステップと、
を実行させるためのプログラムであって、
上記パラメータ推定ステップは、
上記μ(t)の時間変動を、状態空間法に基づいて非パラメトリックに推定すること
を特徴とするプログラム。 A program for causing a computer having at least a storage unit and a control unit to store earthquake observation data from at least a main shock to an arbitrary elapsed time,
In the control unit,
A function based on the product of the detection rate function including at least the parameter μ (t) indicating the magnitude of the detection rate of 50% at time t and the Gutenberg-Richter rule is sequentially fitted to the seismic observation data in each learning period, and at time t A parameter estimation step for estimating a value of a parameter including a parameter μ (t) that varies in response;
An aftershock occurrence rate predicting step for predicting an aftershock occurrence rate using an earthquake occurrence rate model in which the value of the parameter estimated in the parameter estimation step is introduced;
A program for executing
The parameter estimation step includes
A non-parametric estimation of the time variation of μ (t) based on a state space method.
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CN116187786A (en) * | 2023-05-08 | 2023-05-30 | 北京建筑大学 | Building structure aftershock toughness assessment method considering main shock damage result |
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