JP2022104811A - 地震事象を検出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震事象を検出する方法、特に、地震予知のために前震を検出する方法、およびこの方法を実行するように適合された超音波水道メータを提供する。【解決手段】複数のセンサによって地震事象を検出するための方法、特に地震予知のために前震を検出するための方法であって、センサが配置されている水道管網の少なくとも一部が検出に使用され、前記地震事象は音響的に検出され、前記センサが音響センサであることを特徴とする、方法。【選択図】図２

Description

本発明は、地震事象を検出する方法、特に、地震予知のために前震を検出する方法、およびこの方法を実行するように適合された超音波水道メータに関する。

地震は、地球の岩石を通過する地震波により引き起こされる地面の突然の揺れである。このような地震波は、地殻に蓄えられたエネルギーが突然放出されたときに発生する。通常、互いに押し合っている大きな岩盤が突然ブレーキをかけ、滑るときに発生する。多くの場合、地震が発生する前に、時間と空間の両方に、関連する前震がある。これら地震及び前震は、スペクトル全体において、つまり、超低周波音、超音波、及び可聴域の音響信号を発生させる。地震を早めに警告できるようにするため、そのような地震を予測することが常に目標とされている。

ＡＵ２０１６１００６４４Ａ４は、地下超音波の監視と分析に基づく地震予知および警報システムを開示している。このシステムには、広いエリアに分散された多数の超音波センサが必要である。これらの超音波センサの信号を監視および評価する必要があるが、これには多大な技術的労力を要する。さらに、これらの超音波センサは、地中の適切な場所に、特に超音波を伝播するこができる硬い岩層、岩盤などに配置される必要があるという問題もある。

本発明の目的は、技術的労力を軽減することである。本発明のさらなる目的は、音響結合の問題なしに全エリアをカバーすることである。

本発明による解決策は、地震事象を検出するための方法、特に、地震予知のために前震を検出するための方法であり、この方法では、地震事象が複数のセンサによって検出される。本発明によれば、センサが配置されている水道管網の少なくとも一部が検出に使用される。

本発明の主なアイデアは、おそらく飲料水、家庭用水、または工業用水の給水のために世界の多くの地域に設置されている給水網を使用することである。このような給水網は、通常、圧力下で水を導く水道管網で構成されている。水道管は、硬質プラスチックまたは金属でできており、音波を伝達する。特に金属管は、地震事象によって地中に発生する機械的／音響的な波を伝達するのに最適である。これらの水道管網はどこにでもあるので、追加費用なしで利用することができる。もちろん、水道管網に設置されているセンサを使用できない場合には、検出用のセンサを水道管網に配置する必要がある。

好ましくは、これらの地震事象は音響的に検出される。なぜなら、それがそれらを検出する最も簡単な方法だからである。音響的に検出するためには、音響センサを使用する必要がある。

文明国には、飲料水または家庭用水を供給するための配管網がある。この水の供給は、消費量に応じて支払いがなされる必要がある。これが、これらの配管網に何千もの水道メータが設置されている理由である。以前は機械式水道メータが使用されていたが、現在では、水消費量に関する信号を無線でコンセントレータ（集中装置）に送信する電子水道メータがあり、コンセントレータでこれらのデータがさらに処理および評価される。これらの電子水道メータには、多くの場合、超音波センサが装備されている。このような水道メータは、超音波水道メータと呼ばれ、例えば配管内の２つの超音波センサを用いて消費量を測定する。これらの超音波水道メータが水道管網で使用されている場合、地震事象を検出するためにそれらの超音波センサを使用することは特に有利である。地震事象を検出するために使用できるセンサがたくさんあり、追加のコストはほとんどかからない。これらの超音波水道メータのハードウェアおよび／またはソフトウェアを変更するための追加のコストが発生する可能性がある。しかし、大きな利点は、すでにそこにあり、且つ漏水の検出および／または流量の測定に使用されているハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用することである。水道管網の漏れを検出するためのこのハードウェアおよび／またはソフトウェアは、超音速水道メータの付加機能であり、これは、かなり簡単に、地震事象を検出するように適合させることができる。

多くの場合、水道管網は、長距離（１０ｋｍ以上）にわたっており、地震事象の発生場所を特定するには長すぎる。したがって、水道管網をエリアに分割し、超音波水道メータをそれらが配置されているエリアに割り当てることが有利であり得る。このようにして、超音波水道メータの超音波センサの信号を個々のエリアで評価して、地震事象の中心や方向を特定することができる。

超音波水道メータの超音波センサを検出に使用する場合、超音波水道メータのデータが連続的にではなく、特定の時間間隔で転送されるということが問題になる可能性がある。このようなことは、１６年以上持続するはずのバッテリのために、非常に制限されている電気エネルギーを節約するために行われる。このため、超音波センサの信号の事前評価が超音波水道メータにおいて実施され、超音波水道メータが事前評価されたデータをコンセントレータに送信すると便宜である。これは、超音波水道メータでの事前評価に必要な電気エネルギーが、これらのデータをコンセントレータに継続的に転送する電気エネルギーよりも少ない場合に有用である。これは、電気および電子部品の技術的条件が変わると、変わる可能性がある。

これらのコンセントレータは、例えば１０００個の超音波水道メータからデータを受信するように構成され、電力供給網に接続されている。これが、超音波水道メータから受信した信号の評価と相関をコンセントレータで有利に処理するべき理由である。

各エリアの超音波水道メータからのこれらの信号をさらに評価することは有用であり、エリアごとに地震に典型的な信号の推移が評価の基礎として使用される。これらの信号の推移は、それぞれのエリアの地理的な位置および／または時系列に適合させたものである必要がある。

それぞれが超音波水道メータのグループの信号を受信するコンセントレータのグループは、ヘッドエンドシステムにデータ接続されている。すべてのデータがヘッドエンドシステムに集まるため、このさらなる信号評価がヘッドエンドシステムで実行されると有利である。

このように、超音波水道メータ、コンセントレータ、およびヘッドエンドシステムに基づいたシステムを使用し、超音波水道メータ内でデータの事前評価を行い、コンセントレータでデータ評価を行い、ヘッドエンドシステムでさらなる信号評価を行うことが有用である。

地震予知のために前震を検出する場合、その予知が信頼できることが重要である。つまり、検出された地震事象のうち、前震として確実に判定できるものだけが、地震のアラームにつながるべきであるということである。このため、本発明によれば、前震を検出するために２段階の方法が使用され、第１段階で前震を特徴付ける信号パターンが検出され、第２段階で検出されたパターンが検証される。アラームは、両方の段階が適合した場合にのみトリガーされる（作動する）。第１段階での信号の評価には、この評価をサポートするニューラルネットワークを使用することが有利である。信号パターンが実際に検出された前震に対応するかどうかがはっきりしないことがよくあるが、ニューラルネットワークを使用することでこの判定がより確実に行われ得る。代替的または追加的に、検出されたパターンの検証は、超音波センサではないさらなるセンサからの信号と比較することによって行われ得る。これらのセンサは、超音波センサとは異なるセンサであるとよく、地震の前震では、通常超低周波音が発生するため、これらのセンサは超低周波音センサであることが有利である。これらのセンサは、例えば、加速度計であり得る。

本発明による所定の方法で地震事象を検出するために超音波水道メータが使用される場合、この方法を実行するように適合された超音波水道メータが使用される必要がある。これは、最も簡単な方法では、検出された信号の事前評価を行うため、メータ内のソフトウェアが適合されることを意味する。さらに、ハードウェアが適合される可能性もあり、おそらく内部のデジタル電子機器および／または内部の追加センサであり得る。これは、例えばマイクロホンである可能性がある。有利なことに、超音波水道メータには超低周波音センサが取り付けられているため、２種類のセンサがあることになり、前震の検出がより確実に行われ得る。

センサが配置されている水道管網の使用は、図に基づいて以下の既述で説明される。

簡略化された模式図での配水網の広がりと複雑さを示す図である。 水道管網を利用した地震検出システムを示す図である。 漏れおよび地震事象の検出機能を備えた超音波水道メータの構成を示す概略図である。 ３つのセンサを備えた超音波水道メータの概略断面図である。

図１は、都市を包含するエリアに配置された典型的な水道管網の水道本管を示す。水流の方向は矢印で示されている。これらの水道本管のそれぞれは、それぞれ超音波センサタイプの水流計を備えた多くの家庭に水を供給している。これらの超音波水道メータはよく知られており、一般的である。例えば、Ｋａｍｓｔｒｕｐ Ｍｕｌｔｉｃａｌタイプのものである。この水道メータには、流量を測定するための２つの超音波センサが内蔵されている。アイデアは、地震事象を検出するために流量計内にあるこれらの超音波センサを使用することである。

地震事象の発生場所を特定できるようにするために、これらの超音波水道メータ１０は各エリアにグループ化されている。概略的に図２から見ることができるように、第１の検出エリア１、第２の検出エリア２、および第３の検出エリア３が存在する。それらのすべては、図１に見られるように、水道管網５の水道管４に接続されている。これらのエリアは、最大で１０００個以上の超音波水道メータ１０を含むことがあり、それぞれが時間間隔でそれらのデータをコンセントレータ６に送信し、そこで受信データが処理および評価され、次いで１つまたは複数のヘッドエンドシステム７に送信され、そこで地震予知および任意のアラームが実行される。地震事象、例えば典型的な前震は、図２において符号８で表されている。この事象８は、水道管網および水道管網５のエリア１、２、３に広がる音波９を発生させる。このような音波９は、中心までの距離に応じて強くなったり、弱くなったりする。

各超音波水道メータ１０において、これらの音波９は、それらが配置されているエリア１、２、３の距離に応じた強度で検出される。超音波水道メータ１０の超音波センサＴ１、Ｔ２によって生成された信号１４は、漏水の検出および／または流量の測定に使用されるのと同じ電子部品Ｃ１、Ｃ２を用いて水道メータ内で事前評価される。ソフトウェアはそれに応じて適合されている。これらの事前評価されたデータは、超音波水道メータ１０から、メータ１０のグループに割り当てられたコンセントレータ６に送信される。この実施形態において、各エリア１、２、３は、自身のコンセントレータ６を有する。ここでは説明を単純化するためにだけに配置されており、異なる場合があり得る。これらのコンセントレータ６は、水道メータ１０の事前評価された信号１２、１３、１４を受信し、これらの信号を処理および評価する。これらのコンセントレータ６では、第１レベルのパターン認識が行われる。

コンセントレータ６は、それらの信号を１つまたは複数のヘッドエンドシステム７に送信し、そこでレベル２の信号検出が行われる。このヘッドエンドシステム７では、すべてのコンセントレータ６の信号が評価され、さらに、これらの検出された地震事象が地震の前震であるかどうかが評価される。後者が確認されると、アラームを発生させる。ヘッドエンドシステム７におけるこの第２のレベルの検出は、すべてのコンセントレータ６の信号を相関させ、例えば、妥当性チェックを手配する。さらに、アレイ１、２、３の信号強度に応じて、前震８の中心の位置や少なくともそれが発生した方向が計算され得る。

さらに、検出信号１４が、外乱ではなく、地震事象のタイプであることであることを確認するために、超低周波音センサＴ３を備えた超音波水道メータ１０の少なくともいくつか存在し得る。

図３には、超音波メータ１０の構造が示されている。超音波メータ１０は、流れ方向１１を有する水道管４に組み込まれている。水道管４の一部は、超音波水道メータ１０に一体化した部分である。この壁部には、第１の超音波センサＴ１と、距離を置いた第２の超音波センサＴ２とが配置されている。さらに、第１の超音波センサＴ１に割り当てられた第１のリフレクタＲ１と、第２の超音波センサＴ２に割り当てられた第２のリフレクタＲ２とが存在する。超音波センサＴ１およびＴ２は、流量を測定するための評価電子機器Ｃ１と、漏水および地震事象を判定するための評価電子機器Ｃ２とに接続されている。電子機器Ｃ１は、流量に対応する信号１２を送信し、電子機器Ｃ２は、信号１３および１４を送信する。信号１３は漏水検出信号、信号１４は地震事象検出信号である。さらに処理され得るこれらの信号１２、１３、１４は、無線でコンセントレータ６に送信され、そこでそれらはさらに処理されて、ヘッドエンドシステム７に送信される。

図４には、超音波センサＴ１およびＴ２と、評価電子機器Ｃ１およびＣ２とによって地震事象を検出するように適合しているだけでなく、超低周波音センサである追加のセンサＴ３を備えた超音波水道メータ１０が示されている。このセンサＴ３は、水道管４の壁部に配置することができるが、代わりに、超音波水道メータ１０のハウジングの壁部に配置することもできる。この超低周波音センサＴ３を用いて、超音波水道メータ１０の超音波センサＴ１およびＴ２によって検出された地震事象を評価することができる。

１ 第１の検出エリア
２ 第２の検出エリア
３ 第３の検出エリア
４ 水道管
５ 水道管網
６ コンセントレータ
７ ヘッドエンドシステム
８ 前震
９ 波
１０ 超音波水道メータ
１１ 流れ方向
１２ 流量信号
１３ 漏水検出信号
１４ 地震事象信号
Ｔ１ 第１の超音波センサ
Ｔ２ 第２の超音波センサ
Ｔ３ 超低周波音センサ
Ｒ１ 第１のリフレクタ
Ｒ２ 第２のリフレクタ
Ｃ１ 流量を測定するための電子機器
Ｃ２ 漏水と地震事象を判定するための電子機器

Claims (15)

1. 複数のセンサによって地震事象を検出するための方法、特に地震予知のために前震を検出するための方法であって、センサ（Ｔ１、Ｔ２）が配置されている水道管網（５）の少なくとも一部が検出に使用されることを特徴とする、方法。
2. 前記地震事象が音響的に検出され、前記センサ（Ｔ１、Ｔ２）が音響センサであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記センサ（Ｔ１、Ｔ２）が超音波センサであり、超音波水道メータ（１０）内の超音波センサ（Ｔ１、Ｔ２）が地震事象検出用の超音波センサとして使用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 既存のハードウェア（Ｃ１、Ｃ２）及び／又は変更されたソフトウェアが前記地震事象の検出に使用され、前記ハードウェア及び／又はソフトウェアが超音波水道メータ（１０）による漏水の検出及び／又は流量の測定にも使用されることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
5. 前記水道管網が複数のエリア（１、２、３）に分割され、超音波水道メータ（１０）がそれらの配置されているエリアに割り当てられることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
6. 前記センサの信号の事前評価が、超音波水道メータ（１０）において実施され、超音波水道メータ（１０）が、事前評価されたデータをコンセントレータ（６）に送信することを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
7. 超音波水道メータ（１０）から受信された信号の評価及び相関がコンセントレータ（６）で評価されることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
8. さらなる信号評価がエリアごとに実行され、それぞれのエリアの地理的な位置及び／又は時系列に適合したエリアごとの地震に典型的な信号の推移が前記評価の基礎として使用されることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
9. 前記さらなる信号評価が、コンセントレータ（６）のグループにデータ接続されたヘッドエンドシステム（７）で実行されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前震の検出に２段階の方法が使用され、第１段階で前震を特徴付ける信号パターンが検出され、第２段階で前記検出されたパターンが検証された後、アラームがトリガーされることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
11. 前記検出の方法の前記第１段階がニューラルネットワークを使用して実行されることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
12. 前記検証が非超音波センサ（Ｔ１、Ｔ２）からのさらなる信号によって実行されることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
13. 前記検証が超低周波音センサ（Ｔ３）からのさらなる信号を用いて実行されることを特徴とする、先行する請求項の一つに記載の方法。
14. 先行する請求項の一つに記載の方法を実行するように適合された超音波水道メータ。
15. マイクロホン、好ましくは超低周波音センサ（Ｔ３）が、前記水道メータ（１０）内にまたは前記水道メータ（１０）に配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の超音波水道メータ。

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