JP2016205920A - 地震強度値算出システム及び地震強度値算出方法 - Google Patents

地震強度値算出システム及び地震強度値算出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】省メモリ且つ高速でSI値を算出するとともに定義に沿ったSI値を算出する。
【解決手段】振動検出器11と、当該検出器から出力された検出信号に基づき速度応答値を算出する積分回路261と、所定レベル以上の地震動の開始及び終了を検出する地震動開始検出手段及び地震動終了検出手段(CPU23、地震動開始検出プログラム271、地震動終了検出プログラム272)と、地震動の開始が検出されてから当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘り積分回路261により算出された速度応答値を最大速度応答値としてRAM24に記憶させる記憶制御手段(CPU23、記憶制御プログラム273)と、最大速度応答値に基づきSI値を算出する演算部26を備え、前記記憶制御手段は、積分回路261により算出された速度応答値がRAM24に記憶された最大速度応答値よりも大きいと判定された場合、当該速度応答値を最大速度応答値として更新する。
【選択図】図1

Description

本発明は、地震強度値算出システム及び地震強度値算出方法に関する。
従来、地震によって一般的な構造物にどの程度被害が生じるかを表す指標として、SI(Spectrum Intensity)値が用いられている。このSI値は、減衰定数が20%の構造物の地震時のゆれ速度の最大値(速度応答スペクトルSv)を、固有周期が0.1から2.5秒までで取得した値を平均した値であり、地震発生中、すなわち地震開始から終了までの区間で求めることと定義されている。
SI値を算出するアルゴリズムの一例としては、図5及び図6に示すように、地震開始から終了までの間、加速度データを順次メモリに記憶していき、その都度、蓄積された加速度データに基づき固有周期毎の速度応答値を算出し当該速度応答値に基づき速度応答スペクトルを算出し当該速度応答値に基づきSI値を算出する方法が知られている。
しかし、上述の方法では、一つの地震のSI値を算出するためには、地震発生期間の加速度データや速度応答データをすべてメモリに記憶させる必要があるため多量のメモリを必要とする。また、地震発生当初まで加速度データや速度応答データを遡りSI値の算出を行っているので、SI値の算出頻度を高くするにつれて演算処理の負担が大きくなるという問題がある。
そこで、上記問題点を解決する方法として、図7及び図8に示すように、地震時と平常時を区別せずに、所定の時間幅で区切られた加速度データ毎にSI値を算出する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許第3314912号公報
上記特許文献1に開示されている方法では、前述の方法に比べメモリ容量を削減でき、また、地震発生当初までデータを遡る必要が無いので、SI値の算出に用いられるデータ量を減らすことができ演算処理の負担を軽減することが可能となる。しかしながら、当該方法では、地震発生期間とは無関係に定められたデータに基づき演算が行われるので、一つの地震の強度を求めることを目的とした本来のSI値とは異なる結果が導出される虞があり、定義に沿ったSI値を算出することが出来ないという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、省メモリ且つ高速でSI値を算出するとともに、定義に沿ったSI値を算出する地震強度値算出システム及び地震強度値算出方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
振動を検出し、検出した振動を検出信号として出力する振動検出器と、
前記振動検出器により出力された検出信号を入力し、当該検出信号に基づいて速度応答値を算出する第1算出手段と、
所定レベル以上の地震動の開始を検出する地震動開始検出手段と、
前記地震動の終了を検出する地震動終了検出手段と、
前記地震動開始検出手段により前記地震動の開始が検出されてから前記地震動終了検出手段により当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘り、前記第1算出手段により算出された前記速度応答値を最大速度応答値として記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、
前記記憶手段に記憶された前記最大速度応答値に基づいて地震強度値を算出する第2算出手段と、
を備え、
前記記憶制御手段は、
前記第1算出手段により算出された前記速度応答値が前記記憶手段に記憶されている前記最大速度応答値よりも大きいか否かを判定し、当該速度応答値が当該最大速度応答値よりも大きいと判定された場合、当該速度応答値を前記最大速度応答値として更新することを特徴とする地震強度値算出システムである。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の地震強度値算出システムにおいて、
前記記憶制御手段は、
前記地震動終了検出手段により前記地震動の終了が検出された場合、前記記憶手段に記憶されている前記最大速度応答値を初期化することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、
振動検出器により出力された振動に係る検出信号を入力し、当該検出信号に基づいて速度応答値を算出する第1算出工程と、
所定レベル以上の地震動の開始を検出する地震動開始検出工程と、
前記地震動の終了を検出する地震動終了検出工程と、
前記地震動開始検出工程で前記地震動の開始が検出されてから前記地震動終了検出工程で当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘り、前記第1算出工程で算出された前記速度応答値を最大速度応答値として記憶手段に記憶させる記憶制御工程と、
前記記憶手段に記憶された前記最大速度応答値に基づいて地震強度値を算出する第2算出工程と、
を含み、
前記記憶制御工程は、
前記第1算出工程で算出された前記速度応答値が前記記憶手段に記憶されている前記最大速度応答値よりも大きいか否かを判定し、当該速度応答値が当該最大速度応答値よりも大きいと判定された場合、当該速度応答値を前記最大速度応答値として更新することを特徴とする地震強度値算出方法である。
本発明によれば、省メモリ且つ高速でSI値を算出するとともに、定義に沿ったSI値を算出することができる。
本実施の形態に係る地震強度値算出システムの内部構成を示すブロック図である。 地震強度値算出システムによるSI値の算出処理を説明するための概念図である。 地震強度値算出システムによるSI値の算出処理を説明するための概念図である。 地震強度値算出システムによるSI値の算出処理を説明するためのフローチャートである。 従来のSI値算出アルゴリズムの一例を説明するための概念図である。 従来のSI値算出アルゴリズムの一例を説明するための概念図である。 従来のSI値算出アルゴリズムの一例を説明するための概念図である。 従来のSI値算出アルゴリズムの一例を説明するための概念図である。
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。
[地震強度値算出システムの構成]
先ず、図1〜図3を参照して、本実施の形態の地震強度値算出システム1の内部構成を説明する。
図1は、地震強度値算出システム1の内部構成を示すブロック図である。図2及び図3は、地震強度値算出システム1によるSI値の算出処理を説明するための概念図である。
図1に示すように、地震強度値算出システム1は、振動を検出する振動検出器11と、振動検出器11とアナログ結線を介して接続されたデータ処理装置20と、を備えている。
振動検出器11は、例えば、検出した加速度(振動)に比例した電気信号(アナログ信号)をデータ処理装置20に出力する加速度計であり、東西(X)方向、南北(Y)方向、上下(Z)方向の、3方向の振動の大きさを示す電気信号(アナログ信号)を検出し、検出した電気信号を、検出信号としてデータ処理装置20に出力する。
データ処理装置20は、振動検出器11の動作制御を行うと共に、振動検出器11により出力された検出信号に基づいて、アナログ信号である電気信号(加速度信号)から地震強度値としてのSI(Spectrum Intensity)値を算出する装置である。
ここで、SI値とは、地震によって一般的な構造物にどの程度被害が生じるかを表す指標である。
以下、振動検出器11によって検出されたアナログ信号を「加速度信号」と称し、当該加速度が、A/D変換器22によってデジタル信号に変換された後を「加速度データ」として説明に用いる。
データ処理装置20は、アンプフィルタモジュール21と、A/D変換器22と、CPU(Central Processing Unit)23と、RAM(Random Access Memory)24と、記憶部25と、演算部26と、ROM(Read Only Memory)27と、表示部28と、I/F部29と、を備えている。
アンプフィルタモジュール21は、振動検出器11から常時送信される加速度信号を増幅し、A/D変換器22へ出力するアンプである。ここで、アンプフィルタモジュール21は、所定の周波数帯域の信号、例えば、地震波を濾波して、A/D変換器22へ出力する。この地震波の検出は、地震波の特徴である、周波数が低くかつ振幅の大きい振動波のみを濾波することによって実現する。また、振動検出器11からは、X方向、Y方向、Z方向の振動に係る加速度信号が送信されるが、それぞれの信号を増幅して出力する。
A/D変換器22は、アンプフィルタモジュール21によって増幅された、加速度に応じた加速度信号を、デジタル信号である加速度データに変換し、CPU23に出力する。
CPU23は、データ処理装置として、ROM27に格納されているIPL(Initial Program Loader)プログラム(図示省略)や各種プログラム等を実行して、処理データをRAM24内のワークメモリエリアに格納するとともに、処理データを表示部28に表示させる。
ここで、本実施形態における処理データとしては、例えば、加速度データに基づき算出した速度応答データ、速度応答スペクトルデータ、SI値データ等がある。
RAM24は、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から出力される加速度データを格納するバッファや、データ処理等の各種処理に係る各種データを格納するワークメモリエリアを形成しており、記憶手段として機能する。
本実施形態では、図3に示すように、各固有周期(0.1秒から2.5秒で0.1秒間隔)の速度応答値の算出に際してのみ、加速度データがRAM24に一時記憶されるようになっている。また、図2及び図3に示すように、RAM24に一時記憶されている加速度データに基づき算出された速度応答データの1サンプル分のみがRAM24に一時記憶されるようになっている。つまり、本実施形態では、地震発生時から逐一得られる複数の加速度データと各加速度データから算出された速度応答データをすべてRAM24に記憶するようには構成されていない。
また、本実施形態では、CPU23が後述する記憶制御プログラム273を実行することにより、各固有周期(0.1秒から2.5秒で0.1秒間隔)、つまり25個の速度応答スペクトルデータ241がRAM24に一時記憶される。なお、速度応答スペクトルデータ241は、後述する記憶部25に記憶するようにしても良い。
ここで、速度応答スペクトルデータ241とは、各固有周期の最大速度応答値に係るデータである。
記憶部25は、処理データを記憶するための記憶媒体(図示省略)を有している。具体的には、例えば、記憶媒体には、後述する演算部26において算出されたSI値(地震強度値)に関するSI値データが記憶される。
この記憶媒体は磁気的、光学的な記憶媒体、若しくは半導体メモリで構成されている。また、この記憶媒体は記憶部25に固定的に設けられたもの、若しくは着脱自在に装着されるものであり、ハードディスクドライブやメモリカード等の何れの媒体であってもよい。
演算部26は、振動検出器11よりアンプフィルタモジュール21等を介して出力された加速度データから取得した加速度に基づいて速度応答値を算出することによって、第1算出手段として機能する。演算部26は、具体的には、例えば、積分回路261を備える。
積分回路261は、図2及び図3に示すように、RAM24に格納された加速度データから取得した加速度に基づいて積分処理を行い、各固有周期(0.1秒から2.5秒で0.1秒間隔)、つまり25個分の速度応答値を算出する。演算部26において算出された各固有周期の速度応答値は、それぞれ速度応答データとしてRAM24に格納される。
また、演算部26は、速度応答スペクトルデータ251に基づいて地震強度値としてのSI値を算出することにより、第2算出手段として機能する。
具体的には、例えば、演算部26は、図2及び図3に示すように、後述する地震動開始検出プログラム271の実行により所定レベル以上の地震動の開始が検出されてから、後述する地震動終了検出プログラム272の実行により当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘って、RAM24に記憶されている速度応答スペクトルデータ241から各固有周期(0.1秒から2.5秒で0.1秒間隔)、つまり25個の最大速度応答値を取得し、当該最大速度応答値の平均値(SI値)を算出する。演算部26において算出されたSI値は、SI値データとして記憶部25に格納される。
ROM27は、CPU23によって起動時に実行されるIPLプログラム(図示省略)や、各種データ処理プログラムの他、IPLプログラムやデータ処理プログラムに係る各種初期設定値等を格納する。
具体的には、ROM27は、地震動開始検出プログラム271、地震動終了検出プログラム272、及び記憶制御プログラム273等を格納する。
地震動開始検出プログラム271は、所定レベル以上の地震動の開始を検出するためのプログラムであって、CPU23は、地震動開始検出プログラム271を実行することにより地震動開始検出手段として機能する。
具体的には、CPU23は、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から出力される加速度データにより加速度を取得する。そして、CPU23は、この加速度が予め設定されている設定加速度以上であるか否かを判定し、この加速度が設定加速度以上であった場合、所定レベル以上の地震動が開始されたと判断する。
地震動終了検出プログラム272は、地震動の終了を検出するためのプログラムであって、CPU23は、地震動終了検出プログラム272を実行することにより地震動終了検出手段として機能する。
具体的には、CPU23は、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から出力される加速度データにより加速度を取得する。そして、CPU23は、地震動の発生後、加速度が設定加速度未満となる状態が所定時間(復帰時間)以上継続した場合、当該地震動が終了(収束)したと判断する。なお、地震動の終了を検出する際の判断基準となる設定加速度の値と、地震動の開始を検出する際の判断基準となる設定加速度の値は、それぞれ異なる値を設定可能であっても良い。
記憶制御プログラム273は、地震動開始検出プログラム271の実行により所定レベル以上の地震動の開始が検出されてから、地震動終了検出プログラム272の実行により当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘って、演算部26(積分回路261)により算出された速度応答値を最大速度応答値としてRAM24に記憶させるプログラムであって、CPU23は、記憶制御プログラム273を実行することにより記憶制御手段として機能する。
具体的には、CPU23は、図2及び図3に示すように、地震動開始検出プログラム271の実行により所定レベル以上の地震動の開始が検出されてから、地震動終了検出プログラム272の実行により当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘って、RAM24に各固有周期の速度応答データが格納される毎に、当該各固有周期の速度応答データから各速度応答値を取得するとともに、RAM24に記憶されている速度応答スペクトルデータ241から各固有周期の最大速度応答値を取得する。そして、CPU23は、各固有周期同士の速度応答値と最大速度応答値とを比較し、当該速度応答値が当該最大速度応答値よりも大きいと判定した場合、当該速度応答値を新たな最大速度応答値として更新し、当該最大速度応答値に係る速度応答スペクトルデータ241をRAM24に記憶する。また、CPU23は、地震動終了検出プログラム272の実行により所定レベル以上の地震動の終了が検出された場合、速度応答スペクトルデータ241の各固有周期の最大速度応答値を0に設定(初期化)する。
表示部28は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)やCRT(Cathode Ray Tube)等により構成され、CPU23によりデータ処理された処理データを表示する。
I/F部29は、振動検出器11との間で信号やデータを入出力するためのインターフェイスであり、例えば、USB(Universal Serial Bus)ポートや、イーサネット(登録商標)ポート、RS−485C端子をはじめとするシリアル入出力端子、パラレル入出力端子、接点出力端子、SCSIインターフェイス、IrDA(Infrared Data Association)規格に準じた赤外線通信装置等が備えられ、有線または無線通信手段により振動検出器11と接続することが可能である。
[SI値算出方法]
次に、図4に示すフローチャートを用いて、地震強度値算出システム1によるSI値算出処理について説明する。
SI値算出処理では、先ず、CPU23が、ROM27に格納された記憶制御プログラム273を読み出し実行することにより、RAM24に記憶された速度応答スペクトルデータ241の各固有周期の最大速度応答値(速度応答スペクトルSv)を0に設定(初期化)する(ステップS1)。
次いで、CPU23が、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から出力される加速度データ(加速度a(t))をRAM24に読み込む(ステップS2)。
次いで、CPU23が、RAM24に読み込まれた加速度データを演算部26の積分回路261に入力することにより、積分回路261が、当該加速度データに積分処理を施して速度応答データ(速度応答V(t))を算出する(ステップS3)。算出された速度応答データはRAM24に一時記憶されることとなる。
次いで、CPU23が、地震が発生しているか否かを判定する(ステップS4)。具体的には、CPU23が、ROM27に格納された地震動開始検出プログラム271を読み出し実行することにより、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から加速度データを取得し、この加速度データの加速度が予め設定されている設定加速度以上であるか否かを判定する。そして、この加速度が設定加速度以上であった場合、所定レベル以上の地震動が発生したと判定する。
ステップS4において、所定レベル以上の地震動が発生していないと判定された場合(ステップS4;NO)は、ステップS2に戻り、それ以降の処理を実行する。
一方、ステップS4において、所定レベル以上の地震動が発生していると判定された場合(ステップS4;YES)は、CPU23が、ROM27に格納されている記憶制御プログラム273を読み出し実行することにより、RAM24に格納された各固有周期の速度応答データから各速度応答値V(t)を取得するとともに、RAM24に記憶されている速度応答スペクトルデータ241から各固有周期の最大速度応答値Svを取得し、各固有周期同士の速度応答値V(t)と最大速度応答値Svとを比較して、当該速度応答値V(t)が当該最大速度応答値Svよりも大きいか否かを判定する(ステップS5)。
ステップS5において、当該速度応答値V(t)が当該最大速度応答値Svよりも大きいと判定された場合(ステップS5;YES)は、CPU23が、当該速度応答値V(t)を新たな最大速度応答値SvとしてRAM24に記憶させる(ステップS6)。
一方、ステップS5において、当該速度応答値V(t)が当該最大速度応答値Svよりも大きくないと判定された場合(ステップS5;NO)は、ステップS6をスキップして、ステップS7へ移行する。
次いで、CPU23が、RAM24に記憶されている速度応答スペクトルデータ241を演算部26に入力することにより、演算部26が、速度応答スペクトルデータ241から各固有周期(0.1秒から2.5秒で0.1秒間隔)、つまり25個の最大速度応答値Svを取得し、当該最大速度応答値Svの平均値(SI値)を算出する(ステップS7)。
次いで、CPU23が、地震が終了したか否かを判定する(ステップS8)。具体的には、CPU23が、ROM27に格納された地震動終了検出プログラム272を読み出し実行することにより、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から加速度データを取得し、この加速度データの加速度が予め設定されている設定加速度以上であるか否かを判定する。そして、この加速度が設定加速度未満となる状態が所定時間(復帰時間)以上継続した場合、地震が終了したと判定する。
ステップS8において、地震が終了していないと判定された場合(ステップS8;NO)は、ステップS2に戻り、それ以降の処理を実行する。
一方、ステップS8において、地震が終了したと判定された場合(ステップS8;YES)は、ステップS1に戻り、それ以降の処理を実行する。
以上のように、本実施形態に係る地震強度値算出システム1によれば、アンプフィルタモジュール21等を介して振動検出器11から常時出力される加速度データのうち、最新の加速度データと当該最新の加速度データに基づき算出された速度応答データをRAM24に一時記憶してさえいれば、速度応答スペクトルデータ241の更新を行うことが可能となり、その都度SI値の算出を行うことができる。
従って、従来のSI値算出アルゴリズムよりもSI値の算出に必要とするRAM24の容量を削減することができ、SI値の算出を高速で実行することができるようになる。
また、本実施形態に係る地震強度値算出システム1によれば、演算部26は、RAM24に記憶された速度応答スペクトルデータ241の最大速度応答値(速度応答スペクトル)に基づいてSI値を算出することとなる。つまり、RAM24に速度応答スペクトルデータ241が記憶される地震動発生期間に限りSI値を算出することとなるので、一つの地震の強度を示すというSI値の定義に合致した値を算出することができる。また、地震動発生期間以外は、SI値の算出処理を実行しないようにしたので、当該システムの消費電力を低減することができる。
また、本実施形態に係る地震強度値算出システム1によれば、地震動の終了が検出された場合、RAM24に記憶されている速度応答スペクトルデータ241の最大速度応答値を初期化することとなるので、次の地震動が発生したときにも適切にSI値を算出することができるようになる。
以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、データ処理装置20に振動検出器11を一つ接続するようにしたが、複数の振動検出器11をデータ処理装置20に接続するようにしても良い。これにより、例えば、別個の地点に振動検出器11を設置することで各々の地点におけるSI値を算出することが可能となる。
また、上記実施形態では、加速度データの積分処理を、積分回路261を用いて行うこととしたが、これに限られることなく、例えば、CPU23が所定のプログラムを実行することにより、積分処理を施し速度応答値を算出するようにしても良い。また、SI値の算出を処理、演算部26を用いて行うこととしたが、これに限られることなく、例えば、CPU23が所定のプログラムを実行することにより、SI値の算出処理を施すようにしても良い。
1 地震強度値算出システム
11 振動検出器
20 データ処理装置
23 CPU(地震動開始検出手段、地震動終了検出手段、記憶制御手段)
24 RAM(記憶手段)
241 速度応答スペクトルデータ
25 記憶部
26 演算部(第2算出手段)
261 積分回路(第1算出手段)
27 ROM
271 地震動開始検出プログラム(地震動開始検出手段)
272 地震動終了検出プログラム(地震動終了検出手段)
273 記憶制御プログラム(記憶制御手段)

Claims (3)

  1. 振動を検出し、検出した振動を検出信号として出力する振動検出器と、
    前記振動検出器により出力された検出信号を入力し、当該検出信号に基づいて速度応答値を算出する第1算出手段と、
    所定レベル以上の地震動の開始を検出する地震動開始検出手段と、
    前記地震動の終了を検出する地震動終了検出手段と、
    前記地震動開始検出手段により前記地震動の開始が検出されてから前記地震動終了検出手段により当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘り、前記第1算出手段により算出された前記速度応答値を最大速度応答値として記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、
    前記記憶手段に記憶された前記最大速度応答値に基づいて地震強度値を算出する第2算出手段と、
    を備え、
    前記記憶制御手段は、
    前記第1算出手段により算出された前記速度応答値が前記記憶手段に記憶されている前記最大速度応答値よりも大きいか否かを判定し、当該速度応答値が当該最大速度応答値よりも大きいと判定された場合、当該速度応答値を前記最大速度応答値として更新することを特徴とする地震強度値算出システム。
  2. 前記記憶制御手段は、
    前記地震動終了検出手段により前記地震動の終了が検出された場合、前記記憶手段に記憶されている前記最大速度応答値を初期化することを特徴とする請求項1に記載の地震強度値算出システム。
  3. 振動検出器により出力された振動に係る検出信号を入力し、当該検出信号に基づいて速度応答値を算出する第1算出工程と、
    所定レベル以上の地震動の開始を検出する地震動開始検出工程と、
    前記地震動の終了を検出する地震動終了検出工程と、
    前記地震動開始検出工程で前記地震動の開始が検出されてから前記地震動終了検出工程で当該地震動の終了が検出されるまでの期間に亘り、前記第1算出工程で算出された前記速度応答値を最大速度応答値として記憶手段に記憶させる記憶制御工程と、
    前記記憶手段に記憶された前記最大速度応答値に基づいて地震強度値を算出する第2算出工程と、
    を含み、
    前記記憶制御工程は、
    前記第1算出工程で算出された前記速度応答値が前記記憶手段に記憶されている前記最大速度応答値よりも大きいか否かを判定し、当該速度応答値が当該最大速度応答値よりも大きいと判定された場合、当該速度応答値を前記最大速度応答値として更新することを特徴とする地震強度値算出方法。
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