JP2018081065A - 地震予報システム及び予報方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 VTECによる予測判定手法において地震予測の正確さを向上させること。【解決手段】 複数のGNSS衛星をからの電波を観測する複数のGNESS衛星の観測点からのTEC信号をTEC処理部により入力し、これらTEC信号を用いて地表を区分した範囲ごとにVTEC信号の時系列データを作成し、この時系列データと予め作成されて参照関数データベースに記録した前記区分領域におけるVTECの時系列変化の典型値を参照関数データベースから読みだして比較する変化相関解析処理部と、この変化相関解析処理部において、前記VTECの時系列変化の前記参照関数からの偏差に特徴があると判断されかつ、その近隣についても同様に判定された場合に地震の前兆の可能性が高いと判断して予報通知装置において、地震予測情報を発する。【選択図】 図１
Description
本発明は地震発生の兆候を検知することにより地震の発生を予報することに関するものである。
従来、地震の発生に先だってさまざまな兆候があったことが伝えられている。例えば、地震雲のような気象現象、ネズミやナマズのように生物の異常行動などである。これらについての研究も世界中の地震学者により行なわれている。一方で地震学者の間で地震予知が不可能であることは定説だとも言われている。地震の発生が予知できれば、地震により発生する人的、経済的損失を最小限にできる可能性があり、これは非常に望まれるものであることは確かである。
地震はここで説明するまでもなく、地殻に生じた歪み・応力が限界に達したときに開放されるエネルギーによって発生する。地震予知はこの歪み・応力が何時、どこで限界に達するかを予測することにほかならない。この地殻の歪み・応力により発生する電磁的現象を研究することも行われている。地震発生前の電磁現象が地球成層圏のさらに上空の電離層に影響を及ぼすという文献がある(下記非特許文献参照)。
また、関連して出願済の特許として、特願２０１６−１０２５９７がある。これら文献は、地震の前兆として電離層の電子密度が変化するという研究結果に基づくものであり、その電離層の電子変化をGPS(Global Positioning System)を利用して測定する。米国GPS衛星は現在さまざまな分野で利用されていて、また各国が同様の衛星を打ち上げてそれらも利用できるため、これらを総称してGNSS(Global Navigation Satellite System)と呼ばれる。GNSSでは複数のGNSS衛星からの電波信号を受信器で受けて、その電波信号により受信機のおかれた地球上での三次元的な位置を特定できる。
この技術については既に一般的なものとなっていて説明は省略する。上記の電離層の電子数の測定はTEC(Total Electron Content)と呼ばれていて、GNSS衛星の発する電波の伝搬速度が電離層の電子密度により変化することを利用して測定する。もともとTECはGNSSの位置情報に対して電離層による変化を補正のために使用しているが、地震の前兆としてのTECの変化も観測されているというのが上記文献である。
ところで、TECは変動要因がたくさんあり、またGNSS衛星の周回により時間的に観測点への角度が変化するため事前に地震の予兆となる変化を、監視対象、例えば日本の周辺海域を含む全体でくまなくとらえることがむずかしい。
このGNSS衛星の周回による変化の問題を解決するために、TECの垂直成分のみを取り出すVTECが上記文献で述べられている。しかしながら、一つの観測点でのVTECはGNSS衛星の動きにともなって、位置を変化させていく。図9はこれを示している。すなわち、時刻ti で観測点21-1がGNSS衛星1-1からの電波によりTEC(ti)を観測する。これからVTEC(ti)を算出する。このときのVTEC(ti)の位置はP(ti)とする。P(ti)は北緯と東経(Ni,Ei)で表される。次に時刻ti+1のときには、TEC(ti+1) のVTEC(ti+1)の位置はP(ti+1)となる。
GNSS衛星の周回周期は約12時間であり、あるポイントXにおけるVTECは１つの衛星と１つの観測点で１日に数回以下(周回方向と周回角度による)のデータを得る。ところで、地震の予兆データは地震の数時間から数十分前に現れるため、所定のポイントでの地震の予兆を判定しようとすると、データが一日に数回では役に立たない場合が多い。また、TECデータは地震以外で発生する様々な変動要因があることも問題となっている。
[非特許文献4]の京都大学 梅野教授は、複数の観測点でのTECデータの相関関係から地震前の異常を検出したとしている。このやり方でも、地震が発生した後のTECデータの解析から地震の兆候があったとしているのであり、実際に、いつ、どこで発生するか分からない地震を予測することは極めて困難である。
Kosuke Heki、「Ionospheric electron enhancement preceding the 2011 Tohoku-Oki earthquake」、Geophys. Res. Lett. 2011、38,L17312、DOI:10.1029/2011GL047908、
H. Akaike、「A new look at the statistical model identification」、IEEE Transactions on Automatic Control、Dec 1974、Volume 19・Issue 6、P.716-723、DOI:10.1109/TAC.1974.1100705
日置幸介, 菅原守, 大関優, 岡崎郁也、「GPS-TEC法による地球物理学」、測地学会誌、第56巻，第4号, pp125-134, 2010 解説・入門講座
Takuya Iwata, Ken Umeno、「Correlation Analysis for Pre-seismic Total Electron Content Anomalies around the 2011 Tohoku-Oki Earthquake」、Journal of Geophysical Research - Space Physics、September 2016、Volume 121・ Issue 9 、P.8969-8984、DOI：10.1002/2016JA023036
本発明は上述した地震の予兆を、地震により特徴的にあらわれる現象を観測する際に、地震以外で発生する現象を除去して地震予測の正確さを向上させることが第一の課題である。次に、地震を予測する場合、何時、何処で発生するかをVTECによる予測判定で特定することが第二の課題となる。
本発明は複数のTEC観測点にて、同時に複数のGNES衛星のTECデータを使用する。予測は、VTECの時間的な変化を観測して、あらかじめ設定されているVTEC参照関数との相関により地震発生による変化パターンを検出する。また、VTECデータのランダムな変動を数学的手法により除去して地震に起因する特徴を抽出する。同時に、地震を発生要因とする現象は発生地域に対して現れることを利用して空間的な相関も使用する。
すなわち、複数の観測点と複数のGNSS衛星データを同時に解析することで、時間的な特徴と空間的な特徴とを同時に抽出し、地震以外の要因での類似観測データを排除する。これにより地震の予兆を地震発生前に適切に把握することで地震予測を行う。
上記により地震の兆候を地震の発生前に判定して地震以外の要因での類似観測データを排除することにより適切な地震予測が可能となる。
［第１の実施形態］
（実施例１）（請求項１に対応）
請求項１に対応する本発明の実施例1について、図1により構成を説明する。
（実施例１）（請求項１に対応）
請求項１に対応する本発明の実施例1について、図1により構成を説明する。
複数のGNSS衛星1-1〜1-mの電波を観測する複数のGNSS衛星の観測点21-1〜21-nからのTEC信号22-1〜22-nをTEC処理部23により入力し、これらTEC信号22-1〜22-nを用いて地表を区分した範囲ごとにVTEC信号の時系列データ26を作成し、この時系列データと予め作成されて参照関数データベース25に記録した前記の区分領域におけるVTECの時系列変化の典型値を参照関数27として参照関数データベース25から読みだして比較する変化相関解析処理部28と、この変化相関解析処理部28において、前記VTECの時系列変化26の前記参照関数27からの偏差に特徴があると判断されて場合、かつその近隣についても同様に偏差に特徴があると判断された場合に地震の前兆の可能性が高いと判断して時系列変化大信号29を予報通知装置31に与え、予報通知装置31は地震予報33を発する。ここで、GNSS受信装置21-1〜21-mは既に様々な分野で使用されていて装置として市販もされているので、説明を省略する。また、GNSS受信装置21-1〜21-m の機能としてTEC信号22-1〜22-nについては、インターネット接続により各所に設置されたGNSS受信装置21-1〜21-mより取得することができようになっているので、この説明も省略する。
上記をさらに詳細に説明するために必要な事項として、監視対象の領域区分の概念を図2に示す。このように監視対象を網目状に分割して各区分域に番号を1,2,3,4,5・・・のように付ける。この番号が地表上でどの範囲かを図3のように定義する。例えば、区分番号1は、北西の端点は北緯46°と東経137°、この点の対角点である南東端点は北緯45°と東経137°となり、この二点を定義することで区分範囲を表現する。図4は上記のように定義した区分範囲の１つを取り出している。ここで、この範囲内で観測されたVTECは１つの点で代表した時間関数とする。この範囲で過去一日前に観測された一日周期のVTEC値の時間変化であり、これを時間的に移動平均して瞬時の変動を平滑化して参照関数Vi,j(t)とし、これが参照関数データベース25に図5のように区分点番号を縦方向、時刻を横方向に記録される。
時刻は前日から当日分までの少なくとも一日間が一分刻みで記録される。図6はTEC処理部23の構成と動作を示す。TEC処理部23は、時事刻々、複数衛星i=1〜mのTEC信号を複数の受信装置j=1〜nから受け取る(231)と、受信装置と衛星との関係から、VTECをその時の時刻tにおける緯度n、経度eを算定する(232)。このときの緯度n、経度eが区分範囲のどの番号に対応するかを判定する(233)。その番号をkとして、VTEC(t,k)を参照関数データベース25の当日データに時間的移動平均を計算しながら記録すると同時に、移動平均をしないVTEC(t,k)を次の変化相関解析処理部28に渡す(234)。衛星i=1〜mの判定(235)、受信装置j=1〜nの判定(236)で対象とするすべての衛星と受信装置を網羅させる。
図7は変化相関解析処理部28の構成、動作を示す。上記のTEC処理部23で求められた各区分範囲でのVTEC値と参照関数データベース25に於ける前日の同時刻との比較を区分範囲k=1(281)からkMAX(282)までのすべての点において行う。
このとき、比較は過去３時間前までの時刻について行う(283)。比較は各時刻での差のばらつき傾向で比較するために統計計算を行う(284)。何もない時のばらつき傾向(平均、標準偏差、分散の統計計算による)なら正常、そうでないときは異常とみなす(285)。異常と判定したk値を記憶する(286)。k=1からkMAXまでの全領域での比較後、次に異常ありと判断されて点において前回の時刻でも同様に異常と判定されている場合(287)、次にこの区分領域の隣の点でも異常と判定されているかを調べる(288)。継続する時間と、隣接する領域で同時に異常と判定された場合に地震の兆候ありと判定する(289)。
上記で地震の兆候ありと判定された場合に、予報通知装置31は登録された通知先に地震予報33を発生予想場所とともに通信回線4を利用して発報する。
［第２の実施形態］
［第２の実施形態］
請求項2に対応する本発明の実施例2について、図8により構成を説明する。ここで、
実施例1の構成(図1)との違いは、太陽活動監視装置30を備え、太陽の電離層への影響が活発になっていると判断されるときに地震予報中止信号33を予報通知装置31に与えて
地震予報の発報を中止する。太陽活動監視装置30は、国内外の電離層研究機関から時事刻々と通知される情報を利用して太陽活動の判定を行ことができる。これにより、地震以外での異常発生については地震予測情報を発しないようにする。
実施例1の構成(図1)との違いは、太陽活動監視装置30を備え、太陽の電離層への影響が活発になっていると判断されるときに地震予報中止信号33を予報通知装置31に与えて
地震予報の発報を中止する。太陽活動監視装置30は、国内外の電離層研究機関から時事刻々と通知される情報を利用して太陽活動の判定を行ことができる。これにより、地震以外での異常発生については地震予測情報を発しないようにする。
これら、本発明の実施例によれば、TECの地震による前兆変化を監視すべき全領域の特定範囲でとらえることができ、そのため震源の場所を推定することができる。従って、何時、何処で地震の発生が予測されるかを示すことができるので、地震被害の大きいと予想される地域を特定して地震への対策を実施できる。
また、TECの太陽活動が起因する変化を除外することで誤報を出す可能性を下げることができる。
1-1 〜 1-m…衛星
2…-本発明の地震予報システム 4…通信回線
21-1〜 21-n…受信装置 22-1〜 22-n…TEC信号
23…TEC処理部 24…平均化VTEC
25…参照関数データベース 26…VTEC
27…前日のVTEC 28…変化相関解析処理部
29…地震予報 30…太陽活動監視装置
31…予報通知装置 32…太陽活動データ
33…地震予報
231…TEC取込み部 232…VTEC計算部
233…区分範囲判定部 234…移動平均計算部
235…衛星数判定部 236…受信装置数判定部
237…衛星数更新部 238…受信装置数更新部
281…区分範囲初期部 282…区分範囲最大判定部
283…偏差計算部 284…統計計算部
285…偏差判定部 286…異常点記憶部
287…時間的判定部 288…空間的判定部
289…異常判定出力部
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289…異常判定出力部
Claims (2)
- 複数のGNSS衛星をからの電波を観測する複数のGNESS衛星の観測点からのTEC信号をTEC処理部により入力し、これらTEC信号を用いて地表を区分した範囲ごとにVTEC信号の時系列データを作成し、この時系列データと予め作成されて参照関数データベースに記録した前記区分領域におけるVTECの時系列変化の典型値を参照関数データベースから読みだして比較する変化相関解析処理部と、この変化相関解析処理部において、前記VTECの時系列変化の前記参照関数からの偏差に特徴があると判断されかつ、その近隣についても同様に判定された場合に地震の前兆の可能性が高いと判断して予報通知装置において、地震予測情報を発する地震予報システム。
- 請求項１において、予報通知装置は太陽活動監視装置からの太陽活動活発化情報を得た場合に地震予報中止信号を発して、地震予測情報の発報を中止する地震予報システム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016225586A JP2018081065A (ja) | 2016-11-20 | 2016-11-20 | 地震予報システム及び予報方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018081065A true JP2018081065A (ja) | 2018-05-24 |
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|---|---|---|---|
| JP2016225586A Pending JP2018081065A (ja) | 2016-11-20 | 2016-11-20 | 地震予報システム及び予報方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN109507724A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-03-22 | 中国石油大学(华东) | 一种基于非震动态背景场的地震tec异常信息提取方法 |
| CN113325469A (zh) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种地震电离层tec关联分析方法 |
| CN113361476A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-07 | 中国地震局地震预测研究所 | 一种基于人工智能技术的张衡一号震前异常信号识别方法 |
| CN117536691A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 枣庄矿业集团新安煤业有限公司 | 一种综采工作面设备参数监控方法及系统 |
-
2016
- 2016-11-20 JP JP2016225586A patent/JP2018081065A/ja active Pending
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| CN109507724B (zh) * | 2018-11-01 | 2019-10-11 | 中国石油大学(华东) | 一种基于非震动态背景场的地震tec异常信息提取方法 |
| CN113325469A (zh) * | 2020-02-28 | 2021-08-31 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种地震电离层tec关联分析方法 |
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