JP2023083806A - 地震動を検出するための検出装置及びその検出結果に基づいて地震動の強度を予測するための予測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 地震動検出予測システムにおけるP波検出装置は、複数の地震計と、P波の検出を判定するための判定値を算出する算出部と、判定値に基づいてP波が検出されたかどうかを判定する判定部と、判定部でP波が検出されたと判定されたときに、S波を予測するために用いられるP波データを外部に送信する通信部とを備える。地震動検出予測システムにおけるS波予測装置は、上述のP波検出装置から送信されたP波データを受信する通信部と、P波データに基づいて、到達するS波の強度を予測するS波予測部とを備える。
【選択図】 図4
Description
本発明は、初期微動を発生させるP波を迅速かつ高精度に検出するとともに、検出したP波に基づいて主要動を発生させるS波の強度を予測する地震動検出予測システムを提供する。地震動検出予測システムは、初期微動を発生させる地震動であるP波(Primary wave)を複数の地震計を用いて迅速かつ高精度に検出し、検出されたP波に基づいて、主要動を発生させる地震動であるS波(Secondary wave)を予測することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る地震動検出予測システムにおけるメインシステムの設置例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る地震動検出予測システム1は、3つの地震計が建物内や事業所の敷地内に設けられ、これらの3つの地震計からの計測データに基づいて、P波の検出判定などを実行する。本実施形態では、図1に示されるように第1地震計101、第2地震計102、第3地震計103からなる3つの地震計が設置される例を示しているが、これに限定されるものではなく、設置される地震計の数は複数であればよく、2つでも4つ以上でもよい。ただし、P波の検出について複数の地震計による多数決判定を行う場合には、地震計の数は奇数であることが好ましい。
次に、本発明に係る地震動検出予測システム1における処理について説明する。
地震動検出予測システム1は、地震動の計測、P波を検出したことの判定処理、及びP波データに基づくS波の強度予測処理を行うことができる。P波を検出したことの判定処理を行う際には、微小イベント及び/又は先行破壊による地震動を検出して、これらの地震動をP波と区別するための処理を行うこともできる。
図4(a)において、例えば震源地に最も近いメインシステム100Aで、P波の検出処理が開始される(S4a-1)。次に、S4a-2において、3つの地震計101、102、103の各々で地震動が計測される。地震動は、図5に示されるように、第1地震計101の波形はS1、第2地震計102の波形はS2、第3地震計103の波形はS3のように検出される。一般に、各地震計においては、例えばS1の波形に示されるように、通常はランダムノイズの波形が検出され、次に地震の発生に伴ってP波の波形が検出され、その後、S波が開始される。本発明においては、P波の発生を、より早い時点で高精度に検出し、P波データに基づいてS波の強度を推測することができる。各地震計101、102、103におけるデータS1、S2、S3のサンプリング周波数は、一般に100Hz又は200Hzとすることができるが、これに限定されるものではなく、本発明におけるP波の検出判定に用いることが可能な任意の周波数とすることができる。本明細書においては、任意の周波数でサンプリングされたそれぞれの計測データS1、S2、S3を「実時間計測データ」という。
P波の検出を判定するための一つの実施形態では、実時間計測データの標準偏差を判定の指標として用いる。図6は、標準偏差を指標として用いてP波の検出判定を行う処理のフローチャートである。この実施形態においては、P波の検出判定は、素区間における複数の実時間計測データの標準偏差σ[素区間]と第1のしきい値LT1との差として求められる判定値に基づいて、行うことができる。第1のしきい値LT1は、平常時に素区間ごとに求められた複数の実時間計測データの標準偏差を複数の素区間にわたって平均した平均値σ01に定数Kをかけて算出される。
LT1=K×σ01
とすることができる。定数Kは、過去の地震データから求められる経験値であり、例えば1.5~2.0の数値を採用することができるが、これに限定されるものではない。Kの値は、システム管理者が任意に決定することができる。
D1=σ[素区間]-LT1
を算出する(s6-2)。差データD1は、データ処理部110に設けられる判定部に送られる。
次に、P波の検出を判定するための別の実施形態では、実時間計測データの平均偏差を判定の指標として用いる。図7は、平均偏差を指標として用いてP波の検出判定を行う処理のフローチャートである。この実施形態においては、P波の検出判定は、素区間における複数の実時間計測データの平均値Z[素区間]と第2のしきい値LT2との差として求められる判定値に基づいて、行うことができる。第2のしきい値LT2は、平常時に素区間ごとに求められた複数の実時間計測データの平均値を複数の素区間にわたって平均した平均値Z0と、平常時に素区間ごとに求められた複数の実時間計測データの標準偏差σ02に定数Kをかけた値とを用いて、算出される。
LT2=Z0+K×σ02
とすることができる。なお、定数Kについては上述のとおりである。
D2=Z[素区間]-LT2
を算出する(s7-2)。差データD2は、データ処理部110に設けられる判定部に送られる。
P波の検出を判定するためのさらに別の実施形態では、複数の地震計間における所定時間間隔の複数の実時間計測データについての相関関数を指標として用いる。この実施形態においては、P波の検出判定は、地震計101、102、103間で求められた素区間における複数の実時間計測データの相関係数r12、r23、r31と、第3のしきい値LT3との差として求められる判定値に基づいて、行うことができる。第3のしきい値LT3は、地震計101、102、103間で求められた平常時の複数の実時間時計測データの相関係数C012、C023、C031に基づいて、定められる。しきい値LT3は、例えば0.5~1.0の数値を採用することができるが、これに限定されるものではなく、過去の地震データや経験値等に基づいてシステム管理者が任意に決定することができる。図8は、相関係数を指標として用いてP波の検出判定を行う処理のフローチャートである。
D12=r12-LT3
D23=r23-LT3
D31=r31-LT3
を算出する(s8-2)。差データD12、D23、D31は、データ処理部110に設けられる判定部に送られる。
地震の発生の際には、地震発生の直前に地殻に小さな破壊(先行破壊)が発生することがわかっている。この先行破壊に起因する地震動は、本震と関連するものであるが、P波の検出及び判定の観点からは障害となる可能性がある。具体的には、こうした先行破壊が発生した場合、先行破壊による地震動を真のP波と見誤ったり、P波の大きさを真の大きさより過小に評価し、結果としてS波の過小評価に繋がったりするおそれがある。そこで、地震動検出予測システム1は、先行破壊に伴って生じる地震動である先行破壊地震動をP波と区別して、除去するための先行破壊フィルタを含むことが好ましい。
大きな地震においては、地震発生前にその地震とは独立の微小地震が付随することが多い。特に、震央がP波の検出判定を行う地点に近い、いわゆる直下型地震の場合には、地震の前に大きさが数ガル、継続時間が数秒の小さな地震が発生し、この地震動がP波の検出及び判定の障害となる可能性がある。具体的には、こうした微小地震が発生した場合、微小地震による地震動を真のP波と見誤ったり、P波の大きさを真の大きさより過小に評価し、結果としてS波の過小評価に繋がったりするおそれがある。そこで、地震動検出予測システム1は、この微小地震による地震動である微小イベント地震動をP波と区別して除去するための微小イベントフィルタを含むことが好ましい。
D4=Z10-ST
が算出される(s10-4)。微小イベントしきい値STは、予め定めた数値を地震動検出予測システム1に与えておいてもよく、必要に応じて管理者が任意に変更することができるようにしておいてもよい。
図11には、上述の各方法を組み合わせた典型的なP波検出判定処理のフローチャートを示す。この例では、0.01秒単位で測定された実時間計測データを用いている。ある素空間における実時間計測データの有無を確認後、実時間計測データの素区間平均を算出する。この例では素空間のサイズは0.1秒である。
次に、P波を検出したメインシステム100以外のメインシステム100で行われるS波強度の予測に関する処理について説明する。図4(b)は、上述のように、P波を検出したメインシステム100A(ここでは、メインシステム100Aは、P波検出装置として機能している)からのP波データに基づいてS波の強度予測を行うメインシステム100(メインシステム100B、100C、・・・、100X)が実行する処理のフローチャートである。これらの100B、100C、・・・、100Xは、S波の予測を行うS波予測装置として機能する。以下、メインシステム100BがS波の予測を行うS波予測装置であるものとして説明する。
本発明に係る地震動検出予測システム1においては、さらに、S波予測装置を移動体に搭載して移動体型S波予測装置とすることによって、地震発生時の被害をより効果的に減少させることができるようになる。例えばラッシュアワーに大きな揺れ(S波)に突然襲われた場合、特に大都市においては甚大な被害が予測され、電車の高架や高速道路に震度6や震度7の地震が到来したときには、電車の脱線転覆、電車や車両の高架からの落下、車両の多重衝突などといった被害が想定される。S波予測装置を移動体に搭載し、地震情報を速報することによって、被災を軽減することができる。ここで、移動体には、電車や自動車だけでなく、例えば、スマートフォン、タブレット、スマートウォッチなどの携帯電子機器も含まれる。
T=L/4-L/7-a
ここで、P波の伝達速度は7km/s、S波の伝達速度は4km/sであり、aは、P波検出装置においてP波を検出するのに要する時間である。移動体型S波予測装置200は、予測されたS波の強度と猶予時間とを含む警報を報知部131で発報する。
Claims (12)
- 初期微動を発生させるP波を検出するとともに、検出したP波に基づいて主要動を発生させるS波を予測する地震動検出予測システムにおいて、P波を検出するためにP波の観測点に配置されるP波検出装置であって、
観測点において所定の範囲内に設けられる複数の地震計と、
前記複数の地震計の各々によって計測される所定時間間隔[※素区間]ごとの複数の実時間計測データを用いて、P波の検出を判定するための判定値を算出する算出部と、
前記判定値に基づいてP波が検出されたかどうかを判定する判定部と、
前記判定部でP波が検出されたと判定されたときに、S波を予測するために用いられるP波データを外部に送信する通信部と
を備えるP波検出装置。 - 前記判定値は、複数の実時間計測データの標準偏差、複数の実時間計測データの平均偏差、若しくは、前記複数の地震計間における複数の実時間計測データの相関関数のいずれか、又はこれらの組み合わせを用いて求められる、
請求項1に記載のP波検出装置。 - 前記判定値は、前記所定時間間隔における複数の実時間計測データの標準偏差と、第1のしきい値との差に基づいて求められ、
前記第1のしきい値は、平常時に前記所定時間間隔ごとに求められた複数の実時間計測データの標準偏差を複数の前記所定時間間隔にわたって平均した平均値を用いて求められる、
請求項2に記載のP波検出装置。 - 前記判定値は、前記所定時間間隔における複数の実時間計測データの平均値と、第2のしきい値との差に基づいて求められ、
前記第2のしきい値は、平常時に前記所定時間間隔ごとに求められた複数の実時間計測データの平均値を複数の前記所定時間間隔にわたって平均した平均値と、平常時に前記所定時間間隔ごとに求められた複数の実時間計測データの標準偏差を複数の前記所定時間間隔にわたって平均した平均値とを用いて求められる、
請求項2に記載のP波検出装置。 - 前記判定値は、前記複数の地震計間で求められた前記所定時間間隔の複数の実時間計測データの相関係数と、第3のしきい値との差に基づいて求められ、
前記第3のしきい値は、前記複数の地震計間で求められた平常時の複数の実時間時計測データの相関係数を用いて定められる、
請求項2に記載のP波検出装置。 - P波の直前に発生するP波と関連する先行破壊地震動を検出し、その先行破壊地震動をP波と区別する先行破壊フィルタをさらに含む、
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のP波検出装置。 - 前記判定部において地震動が検出されたと判定されたときに、地震動の検出の判定を第1の個数の素区間について繰り返し、前記第1の個数の素区間で連続して地震動が検出(仮検知)された場合、
前記先行破壊フィルタは、
第1の個数の素区間にわたって、各素区間における複数の実時間計測データの平均値を求め、2つの素区間の平均値の差分偏差を計算し、2つの差分偏差の移動平均として求めた値である先行破壊指標を算出し、
前記第1の個数の素区間内における任意の判定区間において、負の値の先行破壊指標が第2の個数以上の素区間で連続して現れたときに、検出された地震動は先行破壊地震動であると判定する、
請求項6に記載のP波検出装置。 - P波の直前に発生するP波とは無関係の微小イベントを検出し、その微小イベントをP波と区別する微小イベントフィルタをさらに含む、
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のP波検出装置。 - 前記判定部において地震動が検出されたと判定されたときに、地震動の検出の判定を第1の個数の素区間について繰り返し、前記第1の個数の素区間で連続して地震動が検出(仮検知)された場合、
前記微小イベントフィルタは、
前記第1の個数の素区間の各々における複数の実時間計測データの平均値の移動平均値を算出し、
前記移動平均値と、予め定められた微小イベントしきい値との差を算出し、
前記差が正のときに、P波が検出されたものと判定する、
請求項8に記載のP波検出装置。 - 初期微動を発生させるP波を検出するとともに、検出したP波に基づいて、主要動を発生させるS波を予測する地震動検出予測システムにおいて、検出されたP波に基づいてS波を予測するためのS波予測装置であって、
請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載のP波検出装置から送信されたP波データを受信する通信部と、
前記P波データに基づいて、到達するS波の強度を予測するS波予測部と、
を備えるS波予測装置。 - 前記S波予測部は、
前記P波データを送信した地点におけるS波の強度を予測するための、予め定められたS波予測関数を受け取るように構成され、
前記P波データと、前記S波予測関数と、前記P波データを送信した地点と前記S波予測装置の地点との間の距離減衰とに基づいて、前記P波データを受信した地点におけるS波の強度を予測する、
請求項10に記載のS波予測装置。 - 前記S波予測装置の位置を計測する位置計測部と、
計測された前記位置とP波を検出したP波検出装置の位置とに基づいて、前記S波が到達するまでの猶予時間を算出する猶予時間算出部と
をさらに備える、請求項10又は請求項11に記載のS波予測装置。
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