JP2024510957A - 分散型光ファイバセンシングにより地震情報を提供する装置、システム、および方法 - Google Patents

分散型光ファイバセンシングにより地震情報を提供する装置、システム、および方法 Download PDF

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Abstract

地表面最大加速度を決定する方法は、少なくとも１つの光ファイバに接続されたＤＦＯＳ機器を提供することと、ＤＦＯＳデータをＤＦＯＳ機器で記録することと、を含む。ＤＦＯＳデータは、少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含む。また、本方法は、歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、複素フーリエ係数をスケーリングすることと、スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、逆変換の出力から最大値を選択することと、を含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年３月７日に出願された米国仮特許出願第６３／１５７，７８９号の優先権の利益を主張するものであり、参照することによって同特許出願の全体が本明細書に組み込まれる。
２０１１年３月１１日に日本の東北沖で発生したＭ９．０の巨大地震、２０１１年にニュージーランドのクライストチャーチで発生した地震から１０年が経過したが、地震の事象は依然として、世界の人口密集都市にとって急を要する課題である。地震は人命、インフラ両方に多大なリスクをもたらす。地震による初期震動の間に壊滅的な構造崩壊が起こった後、津波、地滑り、液状化、余震といった二次災害が致命的に連続して起こることが多い。多くの場合、これらの二次災害は初期振動よりも致命的である。インフラの損害に関連する大きな経済的損失は、住居や建造物の所有者だけでなく、地震保険を提供する民間・国営金融機関にも持続不可能な負担を強いる。
従来は、地震計の疎なネットワークを利用して地震による地震動の程度を定量化していた。都市周辺地域や、人間の居住地もしくは勤務地から離れた場所に設置されることの多い少数の地震計を、都市全体について一般化することが通常である。実際には、地震波の方向性だけでなく、地域の地質、堆積物の厚さ、および土壌条件によって、地震動は都市全域で劇的に変化する。疎な地震計ネットワークから得られる地震動に関する現行の情報は、番地（ａｄｄｒｅｓｓ）単位で望ましい解像度の情報を提供するには不十分である。
大地震後の地震計からの情報は不完全であることから、大地震後には技師や地震学者が派遣されて損害の程度を判断するために番地を調査する。多くの場合、建造物内外の壁のひび割れや他の損害の視覚的証拠を探す。こうした調査は著しく非効率的で、交通システムや重要なインフラの復旧を１日以上遅らせることも少なくない。多くの建造物は調査されず、よって損害の記録の立証責任は建造物の所有者が負うこととなる。
さらに、このシステムは大地震（例えば、マグニチュードＭ＞６．５～７．０）を評価することを意図したものだが、マグニチュードが比較的小さい（Ｍ２．０～Ｍ６．５）地震が頻繁に発生した結果、軽～中度の振動が反復して発生した場合、建造物の長期的な構造的完全性を把握することが困難となり、また保険の観点から地震の損害賠償請求と損害との因果関係を確立することが困難となる。
本開示の実施形態は、地震動の振幅の程度、危険性が高い領域、津波や液状化などの二次的な自然災害の有無など、地震の影響の解析を可能とする方法、システム、および装置を提供する。
当業者は、地震学に関して、今日、検知は主たる関心事ではないことを理解するであろう。地震が発生したことを検知する方法は数多くある。例えば、モバイル機器から外部の地震サービスを利用して地震が発生したことを確認することができる。損害をもたらす地震が発生した直後、最も価値のある情報は地震の検知ではなく、地震の衝撃である。特に、実施形態は、地震動の種類、類型、程度、および当該地震動が建造物や他のインフラにどのような影響を与えたかを特徴付ける方法、システム、および装置を提供する。この観点から、実施形態では、人口密集地域において、個別の番地（建造物や指定された地域など）の評価を可能とする空間分解能（いわゆる「番地別地表面最大加速度（ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ａｄｄｒｅｓｓ）」）で地震リスクの予測を改善する方法、装置、およびシステムを提示する。
実施形態では、方法、装置、およびシステムは、高分解能（例えば、１メートルの分解能）で光ファイバ（通信ファイバインフラなど）に沿って行われる分散型光ファイバセンシング（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｓｅｎｓｉｎｇ：ＤＦＯＳ）の測定値を利用し、地震エネルギーによって引き起こされる潜在的な建造物の損害、構造的完全性、液状化、二次災害の可能性、および経済的損害に関する定量的情報を提供する。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳細に説明する。同様の参照番号は同様の要素を表す。添付の図面は必ずしも原寸に比例しない。一部の図は、他の基本的な特徴をより明確に示す目的で、選択された特徴を省略することによって簡略化してある。一部の図における要素のこうした省略は、対応する書面の説明に明示的に開示されている場合を除いて、例示的な実施形態のいずれかにおける特定の要素の存在もしくは非存在を必ずしも示さない。
開示された主題の実施形態に従った、レーザ光を送受信するＤＦＯＳ機器の一例を示す。 開示された主題の実施形態に従った、地表面最大加速度（ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）を計算する方法の非限定的な例を示す。 開示された主題の実施形態に従った、地域地震速度モデル（ｒｅｇｉｏｎａｌ ｓｅｉｓｍｉｃ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍｏｄｅｌ）に基づいて地表面最大加速度を計算する方法の非限定的な例を示す。 開示された主題の実施形態に従った、地震動の影響を定量化する方法の非限定的な例を示す。 開示された主題の実施形態に従った、地震動の影響を定量化する方法の非限定的な例を示す。 開示された主題の実施形態に従って実行されたＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。 開示された主題の実施形態に従って計算された多数の方位および距離における例示的な地域展開を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られたＤＦＯＳデータの測定値を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られたＤＦＯＳデータの測定値を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られたＤＦＯＳデータの測定値を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られたＤＦＯＳデータの測定値を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られたＤＦＯＳデータの測定値を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られたＤＦＯＳデータの測定値を示す。 開示された主題の実施形態に従って都市の一部について算出された地表面最大加速度を示す。 開示された主題の実施形態に従って得られた結果の集計結果を示す。 開示された主題の実施形態に従った、地震で生じた影響を自己評価する方法を示す。
図１を参照すると、ＤＦＯＳ機器１００は光ファイバ１５０に光を照射し、時間の関数として戻ってくるエネルギー１１０を記録する。光は、単純なパルス、チャープパルス、連続波など、どのようなものでもよい。実施形態において、光はレーザ光である。さらなる実施形態において、レーザ光は赤外または近赤外の周波数範囲にある。光ファイバセンシング経路から戻ってきたエネルギーは、光ファイバの長さに沿った光散乱特性の結果としてレイリー散乱されている場合もあり、あるいは戻ってきたエネルギーは、入射波長からのブリルアン遷移またはラマン遷移によって生じた場合もある。戻ってきた光は光学的、デジタル的、あるいはその両方で解析できる。このプロセスの出力は、ここではＤＦＯＳデータまたはＤＦＯＳ記録と呼ばれるデータセットであり、該データセットはファイバのすべてのセンサ位置における特定の時間サンプルの光ファイバの状態に関する値を含む。
実施形態では、ファイバ長さの時間変化率に関する情報を伝達し得る、偏光特性や一端から他端への飛行時間など、ファイバの状態、あるいは、ある点または長さ全体にわたるファイバの応力もしくは歪みの状態に関連する情報を抽出するため、電気通信レシーバの統計値そのものが、一方の端に専用の測定器がなくても、ＤＦＯＳの入力日付として収集される。歪みには測地歪みが含まれ、これは測地歪みレスポンスによって測定できることが理解されよう。地震の後、震源地付近の地表は、おそらくは横方向に、あるいは断層を挟んで上下に動く。この動きは測地歪みと呼ばれる。
一実施形態において、ＤＦＯＳ機器は、ＷＯ２０１８／０４５４３３Ａ１（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に記載される分散音響センシングのためのユニットなどのインテロゲータユニット（「ＩＵ」）であってもよい。
一部のＤＦＯＳの場合、物理的な固定長のセンサ位置を有さない。原理的には、ゲージ長は、１つのＤＦＯＳ値が感度を有する、光ファイバに沿った距離である。例えば、ある種類のパルスレイリーベースの（ｐｕｌｓｅｄ Ｒａｙｌｅｉｇｈ－ｂａｓｅｄ）ＤＦＯＳでは、ゲージ長は１０ｍで、記録されたデータは歪みであってもよい。この場合、１０ｍのゲージ長は「基準長」となり、それより大きい変位は歪みの原因となる。ゲージ長は、測定の品質、測定のゲイン、空間エイリアシングなしに解析可能な最も細かい空間サイズ、記録されるＤＦＯＳデータ量など、測定の多くの側面に影響を与え得る。ゲージ長は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで設定できる。ゲージ長がソフトウェアで設定されている場合、複数のゲージ長でＤＦＯＳデータを記録できる。
ＤＦＯＳ測定は、光ファイバの動きや変形、ひいては光ファイバの周囲の動きや変形の影響を受ける。例えば、地震の際、地震波が地表近くを伝播する際に土壌が圧縮され粗密化し、この動きが光ファイバに伝達される。
ＤＦＯＳ測定は、連続する光ファイバが存在し、その一端をＤＦＯＳ機器に接続できる場所であればどこでも行うことができる。ＤＦＯＳ測定の各ゲージ長に複数の運動／変形成分を導入するため、ファイバは任意の向きに敷設してもよく、また中央のシリンダにらせん状に巻き付けてもよい（例えば橋脚に巻き付け、あるいは建造物の基礎に巻き付けてもよい）。別の目的で敷設された既存の光ファイバをＤＦＯＳ測定に利用してもよい。複数のファイバを直列に接続し、１台の装置でＤＦＯＳに使用してもよく、また（同一もしくは別々のＤＦＯＳ機器で解析される）複数のＤＦＯＳチャネルを使用して、同じ付近のＤＦＯＳデータを記録してもよい。
ファイバ経路に沿って行われたＤＦＯＳ測定は、地震の地震動から生じる変位、速度、加速度、および／または歪みに関する定量的な情報を提供し、よって建造物の損害、液状化、構造的完全性に生じる危険性を直接定量化するデータを提供する。
各種実施形態において、ＤＦＯＳ測定は、地震波が特定の場所に到達する前（例えば、数秒前）、地震動の間、および地震動の後に行われる。特定の場所は、人口密集地における場所であってもよく、空間分解能は、特定の建造物を特定できるように、メートルオーダー（例えば、１メートル）であってもよいことが理解されよう。
地震は多くの場合、人間の居住地やインフラから少し離れた場所で発生する。例えば、日本やニュージーランド、カナダのブリティッシュ・コロンビア沖で発生した大地震のほとんどは、沿岸都市から１００ｋｍ以上離れた場所で発生している。実施形態では、通信用に海上や陸上に配備されている長尺（例えば、数百キロメートルの長さ）のファイバも、ファイバ内の光速で進む光信号によってファイバに沿った任意の地点でこれらの遠隔地震を検知するために使用できる。
実施形態では、ＤＦＯＳ機器は陸上の都市データセンターに設置され、長い（例えば１００ｋｍ）沖合のファイバ経路に接続される。地震が１００ｋｍ沖合、ファイバの海側端部で発生した場合、ＤＦＯＳ測定の使用は、ＤＦＯＳの使用が地震の早期警報を提供するというシナリオを提示し得る。この例では、地震の地点から地球を最も速く伝わるＰ波（縦波）によって海底ファイバが変形し、この海底ファイバの変形がＤＦＯＳ測定によって検知され、定量化される。光ファイバのセンシング長を１００ｋｍとすると、システムは、Ｐ波が都市に到達する前に、１６．７秒間の地震警報を伴う警報を発令することができる（Ｐ波の速度は６ｋｍ／ｓを想定）。最も大きい損害をもたらすレイリー波や表面波の到着は、Ｐ波に比べて相対的に速度が遅いことから、わずかに遅れる。そのため、この方法では、人口密集地域に対して最大５０秒間の警報が可能となり得る（レイリー波の速度を２ｋｍ／ｓと仮定）。よって、地震の震源地まで、あるいは震源地を越えて延在する既存の、あるいは新たに敷設された光ファイバケーブルによるＤＦＯＳを採用することで、地震の発生を検知すること、および地震によるＰ波や表面波が都市に到達する前に、人口集中地区に警報を提供することが可能であることが理解されよう。さらに、震央位置の地盤状態を直接観察すること（通信ファイバケーブル上にＤＦＯＳを大規模に配備することで、その期待は向上している）で、巨大地震が起こる前にその可能性を予測するために使用できる高密度の地質工学データを提供できることが理解されよう。
実施形態では、ＤＦＯＳ測定値は、（例えば、地表面最大加速度（ＰＧＡ）の観点から）地震動の類型、方向、および／または振幅および継続時間に関する情報を提供するために使用される。地震学や地震科学、あるいは信号処理の技術に精通した当業者には、提案された方法で得られる測定振幅は、都市部の地震記録の履歴に基づいて、地震のタイミング中に最大となることが明らかであろう。故に、地震検知スキームがない場合でも、地震動の影響について知らせるための測定方法を提供する本開示によるＤＦＯＳ測定を利用することが可能である。
このことは、この方法を一般に使用する場合にも、単独地震または連続地震という特定の場合に使用する場合にも当てはまる。例えば、一般的なユースケースが何を意味するかを明確にするために、ニュージーランドの地震が起こりやすい地域にある建造物の所有者や、建造物資産の保険業者を考えてみたい。上記所有者や保険業者は、壊滅的な損害をもたらすような事象はなくとも、低レベルの地震が毎年頻繁に発生していることから、近隣や自らの建造物の地表面最大加速度（ＰＧＡ）の統計分布に関心があるかもしれない。この場合、ＤＦＯＳ測定値を連続的に記録・解析し、対象建造物近傍のファイバのセグメントの平均ＰＧＡレベル、または平均と標準偏差、もしくは別の統計的尺度を算出してもよく、このときには、何年にも及ぶ可能性がある一定期間にわたる統計的見地のデータを確実に計算する必要がある。この方法の特定のユースケースが何を意味するかを明確にするために、同一または異なる建造物の所有者もしくは保険業者が、損害をもたらす１回の本震、あるいは１回の本震・余震における本震とそれに続くすべての余震の際のＰＧＡ値をどのように知りたいと考え得るかを考えてみたい。ＰＧＡのすべての測定値はＤＦＯＳから得ることができる。この説明から明らかなように、計算中のＰＧＡの測定は連続的に（例えば１分毎に）実行され得ることから、一般的なユースケースと特定の単独地震のユースケースの両方を充足できる。
実施形態では、ＤＦＯＳデータを使用して加速度（Ａ）を推定するため、ファイバアレイの複数の位置におけるＤＦＯＳからの歪みが記録される。実施形態では、複数の位置はすべてファイバアレイ内の位置である。ＰＧＡは、下記の式１の関係から求められる。

式中、ｕは光ファイバケーブルに沿った水平方向の地盤（地下媒体）の見かけの速度の測定値であり、Ａは加速度（例えば、単位はｍ／ｓ２）である。
ＤＦＯＳデータは距離および時間において一様にサンプリングされ得る。実施形態では、ＤＦＯＳデータは空間的に約１～１０ｍで、毎秒１００～１０００サンプルの細かい時間増分でサンプリングされる。その結果、２次元フーリエ変換（ＦＦＴ２）を用いて、到着した地震から任意の特定の地震位相を、加速度の計算が可能な量に変換できる。よって、前式は次のように書き換えられる。

式中、εはＤＦＯＳ法で記録された歪み値を表す。歪み値は、通常１００～２０００Ｈｚの範囲のアナログ－デジタルコンバータによって設定されたサンプリングレートで、時間ｔでサンプリングされたデジタル化された記録である。光ファイバケーブルの各セグメントまたはゲージ長は独立したセンサとして機能し、よって歪み場も光ファイバケーブルに沿って、このゲージ長の選択によって決定される空間サンプリングレートで空間ｘにサンプリングされる。一般的なゲージ長は１０メートルである。ゲージ長は、ハードウェアで予め決めておいてもよく、ソフトウェアで予め決めておいてもよく、あるいは、生の光位相データを保存し、様々なゲージ長の後処理を可能としてもよい。
次いで、上記のアプローチを適用する。



式中、εはＤＦＯＳ法で記録された歪み値、すなわち空間におけるＤＦＯＳチャネルの座標であるｘ、および記録の時間サンプルであるｔの両方に依存する量を表し、Ｅはεに２次元フーリエ変換を適用した結果であり、Ｅは変換された周波数成分ωおよびｋを有する。ωは時間周波数、ｋは空間周波数を表す。
図２は、本開示の主題の実施形態に従った、地表面最大加速度を計算する方法の非限定的な例を示す。Ｓ２００で、プロセスは開始する。Ｓ２１０で、ＤＦＯＳデータが記録され、保存される。ＤＦＯＳデータは歪みデータを含み、歪みデータは歪み振幅を含んでもよい。次いで、Ｓ２２０で、２次元フーリエ変換を適用して、歪みデータを複素フーリエ係数に変換する。次に、Ｓ２３０で、フーリエ係数に量ω／ｋを乗ずるが、これには式４のように元のデータを見かけの速度でスケーリングする効果がある。次に、Ｓ２４０で、２次元逆フーリエ変換を用いてデータを時空間領域に戻し、時間微分するとともに－１（否定）を乗ずることで、式５のような加速度Ａの単位を持つデータセットが得られる。Ｓ２５０で各チャネルにおけるＡの最大値が選択され、光ファイバ内の当該位置の地表面最大加速度とみなされる。
他の実施形態では、地表面最大加速度を計算する代替方法が説明される。この代替方法は、震源のおおよその位置（緯度、経度、ＤＦＯＳ測定位置からの半径距離に応じて５ｋｍ以内の深さ）を用いてレイトレーシングによりｕを推定するために用いられる地域地震速度モデルと、ファイバの領域におけるせん断波速度（Ｖｓ）の推定値とを使用する。地震のおおよその位置は、地震計やその他の非ＤＦＯＳセンサから得ることができるが、ＤＦＯＳセンシングは、対象地域や対象地域内の特定の物体（建造物、橋、道路など）に対する地震の影響を定量化するために使用される。Ｖｓの値は、地質調査、土壌サンプリング、写真測量、もしくは航空画像から知ることができ、あるいは地質図やその他の地質情報のアーカイブから得られる情報より知ることができる。これらの実施形態では、レイトレーシング中に計算されたＤＦＯＳアレイの領域で地震波が水平面と成す代表的な角度（θ）が保存される。これらの代表的な角度を用いて、例えばｕは以下の式で推定される。

次いで、この関係を用いて加速度値を計算する。この関係を用いて、式１のように加速度を計算する。
図３は、地域地震速度モデルに基づいて地表面最大加速度を計算する方法の非限定的な例を示す。プロセスはＳ３００で開始する。ＤＦＯＳデータは連続的に記録され、Ｓ３１０で保存される。実施形態では、データは循環バッファに記録され、新しいデータで古いデータを上書きする。これにより、ストレージ要件を削減しながら、関連データを解析することができる。Ｓ３２０で地震の発生が検知される。上述したように、この検知は地震計による測定など、ＤＦＯＳ以外の測定によって行うことができる。この検知は、Ｓ３１０で記録された解析ＤＦＯＳデータをトリガする。
次に、Ｓ３３０で、地震波線経路がレイトレースされる。これには地震の震源地と地域の地質情報を入力する必要があり、それらは例えば米国地質調査所（Ｕ．Ｓ．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ：ＵＳＧＳ）によって公開されているようなこの情報の外部アーカイブからロードできる。レイトレーシングは、スネルの法則、すなわち地震波が、１つの物質層から次の物質層へと通過する際に、層の境界面に対する入射角度に応じて屈折する方法を応用したものである。対象のＤＦＯＳファイバチャネルが存在すればどこでも、レイトレーシングの結果として表面における入射角度θの推定値が得られる。
次に、Ｓ３４０で、Ｓ３３０で得たθの値を、ＤＦＯＳファイバチャネル付近の地下のせん断波速度Ｖｓとともに用いて、ｕを式６のように計算する。実施形態では、ＤＦＯＳファイバ付近の地下とは、ＤＦＯＳファイバの５ｍ、１０ｍ、１００ｍ、または５００ｍ以内である。
最後に、Ｓ３５０で、記録された歪みのＤＦＯＳ測定値に時間微分が適用され、その値ｕが乗算されて加速度Ａ単位でデータセットが得られる。各チャネルにおけるＡの最大値を、Ｓ３６０で選択された光ファイバ内の当該位置の地表面最大加速度とする。
病院や、橋・トンネルなどの重要なインフラが、建造物の振動を生じることが知られている特定の周波数で強い振動を記録した場合、電気の通電停止、ガスの自動遮断弁、エレベーターのドア開放といった追加の安全プロトコルが実行できる。このことは、ＤＦＯＳに使用されるファイバが存在する場所ならば、建造物毎および住所毎に達成され得る。
図４Ａを参照すると、光ファイバ信号強度の劣化に基づいて地震の影響を検知し定量化する方法の非限定的な例が示されている。Ｓ４１０で、ＤＦＯＳデータが記録され、保存される。保存されたデータは、Ｓ４１５で、地震の優位周波数範囲（局部地震では０．５～１５０Ｈｚ、広域地震および直下型地震では０．００５～５Ｈｚ）の通過帯域内における信号振幅の定量的測定値を使用して解析される。この解析の結果は、表面波の放射が逆二乗則に似るという理解に基づいて測定された領域を超えた伝播距離における予想される振幅の推定値となり得る。一部の実施形態では、ＤＦＯＳ振幅測定値を用いて所定の場所または都市で予想される地震動レベルを予測するため、層状地盤の外在的および内在的減衰効果について記載した、Ａｎｄｅｒｓｏｎ ａｎｄ Ｈａｒｔ（１９７８）によって提案されたモデルなど一般または専用減衰モデルが採用される。
Ｓ４２０で定量的測定値が所定の閾値を上回った場合、地震発生と推定する。そうでない場合、プロセスはループバックする。信号振幅の劣化は、車両の通行、工事、掘削、ＤＦＯＳ用にデータ記録を行っている光ファイバの近傍で付加される他のノイズやエネルギーなど、地震以外の物理的作用によって生じることもある。このように、Ｓ４３０で地震発生の検証が行われる。このことは、地震データを保存している１つまたは複数のコンピュータシステムに照会して、他のセンサで地震が検知されたか否かを判断することを含んでもよい。
Ｓ４３０で地震が確認されると、プロセスはＳ４４０に進み、光ファイバのセンシング距離内にある建造物や橋などの特定の場所について、地震の影響が定量化される。影響の定量化は、図２に示された、前述したプロセスに続いて行ってもよい。具体的には、プロセスは記録されたＤＦＯＳデータを既に含み、処理はＳ２２０に続いてもよい。
他の実施形態では、専用のＤＦＯＳファイバが上記の例の病院などの対象位置の近傍に配置されていなくても、地震動の測定と算出は、他の既存のファイバ通信インフラに基づいて行うことができる。次に図４Ｂを参照すると、以下に強調する相違点を除いて、ステップは図４Ａと同様である。
一実施形態では、専用のＤＦＯＳインテロゲータユニットを持たない通信ファイバは、ファイバを通じて送受信される信号の品質（例えば、信号対雑音比または散乱の測定値）を継続的に監視すべく構成されている。このプロセスは、Ｓ４１６で信号品質の評価が行われる点を除いて、図４Ａのプロセスと同様である。この評価は連続的であってもよく、ＤＦＯＳシステム１００によって受信され記録された光信号の信号対雑音比の測定を含んでもよい。品質測定値（例えば、ＳＮＲ）は、Ｓ４２１で閾値と比較される。品質が所定のレベルまで低下すると、地震の地震エネルギーなどによりファイバの物理的変化が生じたと判断され、ＤＦＯＳに使用可能なデータが記憶装置に記録される。記録は、信号品質検知の前後に行うことができる。実施形態では、信号品質低下が検知される前に、より少ない量のデータがＳ４１０で保存される。信号品質低下の検知後、より多い量のデータが解析用に保存される。これにより、（道路工事やその他の事象ではなく）実際に地震が信号品質の低下を引き起こした場合に記録データの解析を行うことが可能となり、一方でローカルストレージ容量が小さく安価に維持されているため、すべてではないにしても多くの光ファイバ通信機器がこのデータ収集を実行できる。品質の低下が地震により生じたのであれば、光ファイバ通信機器に保存されたデータが解析され、通信ファイバに沿った地震動の定量的測定値が決定される。
実施形態では、ファイバケーブルから１００ｍ以内の対象位置の地震動を正確に計算できるように、１００ｍの空間分解能が達成可能である。この距離を超えると、土壌の状態が変化してファイバの測定精度が低下することがある。ＤＦＯＳによる地震動測定値の密度は、地震時に地震動が最小となる都市の安全な場所を計画するのに利用できる。よって、ＤＦＯＳによる地震動の測定値を場所毎に索引付けして保存する、地震動計算値のデータベースが作成される。これにより、（自然の地盤特性によるものであれ、特定の人為的緩和策によるものであれ）危険な地震動が起こらない場所を特定することが可能となる。
ここで図５を参照すると、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行されたＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。濃い色は強い地震動を示す。白い線は、地震波を発生させる断層運動が発生した震源時である。地震エネルギーのパルスは、少し経つと、Ｘ軸の光学距離［ｋｍ］に沿って表されるＤＦＯＳチャネル上で可視的となる。すなわちＰ波とＳ波である。最初に到達するエネルギーは、Ｔｉｍｅ＝約８０秒のＰ波である。約３５～４０秒後のＴｉｍｅ＝１２０秒の第２のエネルギーパルスがＳ波または表面波である。ソースとレシーバの幾何学により、これらの波の到着には曲率がある。振幅の変動も大きい。光学距離５～１６ｋｍ付近のチャネルは、その直前もしくは直後のチャネルよりも強い地震動を記録する。これは地盤増幅の結果であり、地表面最大加速度の測定により捕捉される効果である。これは、各々の地域で地表面最大加速度レベルがもたらす予期される危険に応じて設計や建築を行い、あるいはこれらの危険に基づいて建築基準法を制定する仕事をしている都市計画者、建造物所有者、地質工学技術者にとって貴重な情報である。
図６は、２０２１年９月２１日にオーストラリアのメルボルンで発生したＭ５．９の地震の付近の、複数の方位および距離における例示的な地域展開を示す。ここでラベル付けされたオフセットにある各位置は、この期間に記録されたＤＦＯＳデータであり、それぞれのデータは図７Ａ～図７Ｆに示されている。この地震はメルボルン中心部から東北東に約１３０ｋｍの地点で発生した。
図７Ａから図７Ｆは、２０２１年にオーストラリアのメルボルンで発生したＭ５．９の地震のＤＦＯＳデータの測定値を示している。左の縦軸は時間を秒単位で表し、横軸は光学距離をキロメートル単位で表す。各図の右側のスケールは、各図のグレースケールの濃淡に対応するパワースペクトル密度を表す。高振幅の到来エネルギーは、アレイの片側から次の側へと拡散する。ファイバアレイのセグメント間にも明確な差異が存在する。図７Ａにおいて、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行された、オーストラリアのメルボルンにおけるＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。図７Ｂにおいて、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行された、オーストラリアのビクトリア沖におけるＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。図７Ｃにおいて、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行された、オーストラリア沖の別の領域におけるＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。図７Ｄにおいて、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行された、オーストラリアのアデレイドの別の領域におけるＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。図７Ｅ、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行された、オーストラリアのシドニーの別の領域におけるＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。図７Ｆにおいて、図示されたプロットは、開示された主題の実施形態に従って実行された、オーストラリアのシドニーの別の領域におけるＤＦＯＳ記録からの地震記録セクションを示す。図７Ａ～図７Ｆの各図において、Ｔｉｍｅ＝約２０秒からＴｉｍｅ＝３８０秒までの間に到来する暗い色の水平信号は、地震による地震エネルギーを示す。
図８は、２０２１年にオーストラリアのメルボルンで発生したＭ５．９の地震を記録した、メルボルン中心部のファイバの計算結果である。すべての独立したＤＦＯＳセンサは、生の歪み単位から加速度単位に変換される固有の地震波形を記録し、ピークサンプルが選択され、示されている範囲内でプロットされる。これにより、地表面最大加速度を、番地別ＰＧＡ（ＰＧＡ ｂｙ ａｄｄｒｅｓｓ）と呼ばれる番地の細かい粒度で計算できる。
番地別ＰＧＡ結果を集計し、対象地域の地図にオーバレイすることができる。図９を参照すると、番地別ＰＧＡの値がオーバレイされたメルボルン中心部の地図を含むグラフィカルな地震レポートの例が示されている（相対振幅はグレースケールの濃淡で表され、暗いほど振幅が小さく、明るいほど振幅が大きい）。
実施形態では、振動中のＤＦＯＳ測定値は、建造物内を通る光ファイバケーブルを使用して、フロア毎に建造物内部に関する情報を提供するために使用される。現代の建造物は、通信用の光ファイバケーブルを有することが多い。これらのケーブルには、地震時の構造物の地震動による変形が生じる。シングルポートまたはマルチポートのＤＦＯＳ機器は、建造物全体を通る単一または多数の光ファイバケーブルの一端に設けることができ、ＤＦＯＳデータを連続的に記録することができ、もしくは地震が検知された後に処理されるローリングバッファに記録することができる。建造物からのＤＦＯＳデータを解析することで、建造物の個々のサブパート（外壁、支柱、床用根太、天井根太など）が地震に受けた影響を明確に定量化することができる。例えば、低層階の層間変位が高層階よりも小さい場合、この種のＤＦＯＳデータを用いて相対的な層間変位の大きさを評価することができる。あるいは、垂直方向と水平方向に走るファイバからＤＦＯＳデータを記録することで、水平－垂直方向の変形時系列を算出できる。複数の成分をグリッドに記録することで、記録の各成分における歪みの空間微分の計算を通じて構造物の回転を計算できる。実施形態では、これらのサブパートのうち１つまたは複数の特定の最大加速度および／または変位がＤＦＯＳデータに基づいて計算され、次いで、許容閾値（建築家または建築技師によって提供される閾値など）と比較されてもよい。
図１０は、地震発生の影響に基づく、建造物や橋などのインフラの自己評価プロセスの非限定的な例を示す。一実施形態では、自動建造物自己評価はＤＦＯＳシステムによって実行される。プロセスはＳ１０００で開始する。上述したように、ＤＦＯＳシステムは、建造物内を通る光ファイバケーブルに接続され、ＤＦＯＳデータを連続的に記録および解析し、建造物構成要素の変位および／または加速度を計算することができる。この処理は、Ｓ１００５でＴと表示される、１０分毎などの定期的なスケジュールで実行され得る。実施形態では、Ｔは１時間、１２時間、または２４時間である。実施形態では、プロセスは連続的に実行され、すなわち０秒からＴ期間が経過するまで実行され、プロセスはＳ１０１０に進む。
Ｓ１０１０で、ＤＦＯＳデータが記録され、保存される。記録されるデータは、期間Ｔを表しても、別の継続時間を表してもよいことが理解されよう。Ｓ１０２０で、Ｓ１０１０で得られたＤＦＯＳデータに基づいて、対象構造物（建造物や橋など）の共振ピークが計算される。共振ピークの履歴値はデータストレージに保存される。これらの値は、予め計算された値を含んでいてもよいし、構造物の有限要素モデルシミュレーションから構造物の設計に基づいて計算された工学的パラメータであってもよいし、一般的構造設計であってもよい。Ｓ１０３０で、アーカイブされた値がデータストレージから取り出され、Ｓ１０４０でＤＦＯＳに基づく値と比較される。Ｓ１０４０の出力は、算出値とアーカイブ値との差分値であってもよい。Ｓ１０５０で、差分値が閾値と比較される。閾値は、構造物の有限要素シミュレーションに基づいて算出された工学的パラメータであってもよいし、安全規制によって定められた値であってもよい。実施形態では、閾値は適応的であり、履歴測定値に基づいて減少する。これは、累積するものと考えられる、構造物への構造的影響の蓄積の可能性を考慮したものである。実施形態では、システムは、各種サブコンポーネントの加速度および／または変位の許容閾値を含み、算出値を閾値と比較し、１つまたは複数の閾値を超えた場合にＳ１０６０で警報を生成することができる。これにより、建造物は少なくとも地震によって引き起こされ得る初期の損害を自己評価することができ、また建造物の安全性を確保するために構造技師による追加調査が必要な建造物を迅速に特定できることが理解されよう。警報は、有線または無線ネットワークを通じて、１人または複数の指定受信者に送信されてもよい。実施形態では、建造物が監視対象の構造物である場合、１人または複数の指定受信者は建造物の居住者である。
振動の後、ＤＦＯＳ測定値は建造物やインフラの構造的完全性に関する地震後警報を提供するために使用できる。例えば、測定された振動が建造物や橋の安全閾値を超えた場合、その建造物やインフラには自動的にレッドタグを付け、人間が不用意に立ち入ったり使用したりしないようにしてもよい。自然固有モードの共振（ｎａｔｕｒａｌ ｅｉｇｅｎｍｏｄｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ）（構造物の振動や捩れの周波数ピーク）を測定し、地震前の共振と比較することができる。この情報は、建造物の損害に関する警報を提供するために使用できる。
二次災害は、地震によって発生した物理的な地表面のプロセスの結果としての、損害をもたらす地震動の後、短時間に相次いで発生することが多い。実施形態では、土壌の振動に関するＤＦＯＳ測定値は、液状化調査を促進し、もしくは的を絞った戦略的な方法で液状化調査のスケールを洗練してリソースの利用を改善するために利用される。
開示された主題のさらなる実施形態は以下の通りである。第１のさらなる実施形態によれば、地表面最大加速度を決定する方法が提供され、該方法は、少なくとも１つの光ファイバに接続されたＤＦＯＳ機器を提供することと、前記少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータを前記ＤＦＯＳ機器で記録することと、前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、前記複素フーリエ係数をスケーリングすることと、前記スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、前記逆変換の出力から最大値を選択することとを含む。第２のさらなる実施形態によれば、前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することは、前記歪みデータに２次元フーリエ変換を適用することを含む、第１のさらなる実施形態の方法が提供される。第３のさらなる実施形態によれば、前記逆変換を適用することは、前記スケーリングされたフーリエ係数に２次元逆フーリエ変換を適用することを含む、第１のさらなる実施形態の方法が提供される。
第４のさらなる実施形態によれば、地域地震速度モデルに基づいて地表面最大加速度を決定する方法が提供され、該方法は、少なくとも１つの光ファイバに接続されたＤＦＯＳ機器を提供することと、前記少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータを前記ＤＦＯＳ機器で記録することと、地震の発生を検知することと、前記光ファイバが設置されている地表面における地震エネルギーの入射角度を決定するために、地震発生地点から前記光ファイバまでの地震波経路をレイトレースすることと、前記決定された入射角度と前記光ファイバ周辺の地面のせん断速度に基づいて、地面の見かけの速度の測定値を計算することと、地表面加速度の測定値を得るために、前記計算された見かけの速度の測定値に時間微分を適用することと、前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、前記適用の出力から最大値を選択することとを含む。第５のさらなる実施形態によれば、前記地面の見かけの速度は水平方向における速度である、第４のさらなる実施形態の方法が提供される。第６のさらなる実施形態によれば、前記地震の発生を検知することは、ＤＦＯＳデータに基づかない、第４のさらなる実施形態の方法が提供される。
第７のさらなる実施形態によれば、地震によって引き起こされる地震動の特性を決定するための方法が提供され、該方法は、少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータをＤＦＯＳ機器で記録することと、前記ＤＦＯＳデータの信号振幅の定量的測定値を得るために、前記記録されたＤＦＯＳデータを解析することと、前記信号振幅の前記定量的測定値を所定の閾値と比較することと、前記定量的測定値が前記所定の閾値を上回った場合に、地震が発生したと予備判断することと、前記地震の影響を定量化することとを含む。第８のさらなる実施形態によれば、前記予備判断した後、かつ前記定量化する前に地震が発生したことを検証することをさらに含む、第７のさらなる実施形態の方法が提供される。第９のさらなる実施形態によれば、前記記録されたＤＦＯＳデータを解析することは、前記地震の優位周波数の通過帯域内の信号振幅を測定することを含む、第８のさらなる実施形態の方法が提供される。第１０のさらなる実施形態によれば、前記優位周波数は、局部地震では０．５～１５６Ｈｚの範囲である、第９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１１のさらなる実施形態によれば、前記優位周波数は、広域地震および直下型地震では０．００５～５Ｈｚの範囲である、第９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２のさらなる実施形態によれば、前記検証することは、非ＤＦＯＳ測定値に基づいて行われる、第９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１３のさらなる実施形態によれば、前記検証することは、前記記録されたＤＦＯＳデータの解析に基づいて行われる、第９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１４のさらなる実施形態によれば、前記定量化することは、前記少なくとも１つの光ファイバ近傍の地面の地表面最大加速度を決定することを含む、第９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１５のさらなる実施形態によれば、前記地表面最大加速度を決定することは、前記ＤＦＯＳデータの前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、前記複素フーリエ係数をスケーリングすることと、前記スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、前記逆変換の出力から最大値を選択することとを含む、第１４のさらなる実施形態の方法が提供される。第１６のさらなる実施形態によれば、前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することは、前記歪みデータに２次元フーリエ変換を適用することを含む、第１５のさらなる実施形態の方法が提供される。第１７のさらなる実施形態によれば、前記逆変換を適用することは、前記スケーリングされたフーリエ係数に２次元逆フーリエ変換を適用することを含む、第１５のさらなる実施形態の方法が提供される。
第１８のさらなる実施形態によれば、地震によって引き起こされる地震動の特性を決定するための方法が提供され、該方法は、少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータをＤＦＯＳ機器で記録することと、前記ＤＦＯＳデータの信号品質を測定することと、前記測定されたＤＦＯＳデータの信号品質を所定の閾値と比較することと、前記測定された信号品質が所定の閾値未満である場合に、地震が発生したと予備判断することと、前記地震の影響を定量化することとを含む。第１９のさらなる実施形態によれば、前記予備判断した後、かつ前記定量化する前に地震が発生したことを検証することをさらに含む、第１８のさらなる実施形態の方法が提供される。第２０のさらなる実施形態によれば、前記信号品質を測定することは、前記ＤＦＯＳデータの信号対雑音比を決定することを含む、第１９のさらなる実施形態の方法が提供される。第２１のさらなる実施形態によれば、前記信号品質を測定することは、前記記録されたＤＦＯＳデータに適用される、第１９のさらなる実施形態の方法が提供される。第２２のさらなる実施形態によれば、前記信号品質を測定することは、前記ＤＦＯＳデータを記録することと同時に前記ＤＦＯＳデータに適用される、第１９のさらなる実施形態の方法が提供される。第２３のさらなる実施形態によれば、前記定量化することは、前記少なくとも１つの光ファイバ近傍の地面の地表面最大加速度を決定することを含む、第１９のさらなる実施形態の方法が提供される。第２４のさらなる実施形態によれば、前記地表面最大加速度を決定することは、前記ＤＦＯＳデータの前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、前記複素フーリエ係数をスケーリングすることと、前記スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、前記逆変換の出力から最大値を選択することとを含む、第２３のさらなる実施形態の方法が提供される。第２５のさらなる実施形態によれば、前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することは、前記歪みデータに２次元フーリエ変換を適用することを含む、第２４のさらなる実施形態の方法が提供される。第２６のさらなる実施形態によれば、前記逆変換を適用することは、前記スケーリングされたフーリエ係数に２次元逆フーリエ変換を適用することを含む、第２５のさらなる実施形態の方法が提供される。
第２７のさらなる実施形態によれば、構造物に対する地震動の影響を評価する方法が提供され、該方法は、少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータをＤＦＯＳ機器で記録することと、前記ＤＦＯＳデータに基づいて前記構造物の共振ピークを計算することと、前記計算された共振ピークを、前記構造物に関連付けられた共振ピーク値をアーカイブする記憶装置に保存することと、前記記憶装置からアーカイブされた共振ピーク値を取り出すことと、前記取り出されたアーカイブ値と前記ＤＦＯＳデータに基づいて計算された共振ピークとの間の、変化値によって表される変化を検知することと、前記変化値を閾値と比較することと、前記検知された変化が前記閾値を上回った場合に警報を生成することとを含む。第２８のさらなる実施形態によれば、前記少なくとも１つの光ファイバを前記構造物の近傍に設置することをさらに含む、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第２９のさらなる実施形態によれば、前記少なくとも１つの光ファイバは、前記構造物の内部または下にある、第２８のさらなる実施形態の方法が提供される。第３０のさらなる実施形態によれば、前記方法はスケジュール通りに繰り返される、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第３１のさらなる実施形態によれば、前記スケジュールの期間は５分から４８時間の間である、第３０のさらなる実施形態の方法が提供される。第３２のさらなる実施形態によれば、前記スケジュールの期間は１０分、６０分、１２時間、または２４時間である、第３１のさらなる実施形態の方法が提供される。第３３のさらなる実施形態によれば、前記スケジュールの期間は適応的であり、前記比較の結果に応じて継続期間が減少する、第３０のさらなる実施形態の方法が提供される。第３４のさらなる実施形態によれば、前記構造物は、建造物、橋、塔のいずれかである、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第３５のさらなる実施形態によれば、前記構造物の設計に基づく工学設計パラメータが記憶装置に保存される、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第３６のさらなる実施形態によれば、前記記憶装置は、前記構造物に関連付けられた複数の共振ピーク値を記憶し、前記共振ピーク値の各々は、タイムスタンプおよび継続時間のうちの少なくとも１つに関連付けられる、第３５のさらなる実施形態の方法が提供される。第３７のさらなる実施形態によれば、最後に計算された共振ピークと前記記憶装置に保存された最も古い共振ピーク値との間の変化を表す累積変化値を特定するために、前記検知された変化値を経時的に累積することをさらに含む、第３６のさらなる実施形態の方法が提供される。第３８のさらなる実施形態によれば、前記地震動は地震によって引き起こされる、第２７乃至第３７のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。第３９のさらなる実施形態によれば、前記閾値は適応的であり、経時的に低下する、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第４０のさらなる実施形態によれば、前記警報を生成することは、有線または無線ネットワークを通じて信号を送信することを含む、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第４１のさらなる実施形態によれば、前記警報を生成することは、前記構造物の内部で人間が聞き取れるメッセージを出力することを含む、第２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第４２のさらなる実施形態によれば、前記人間が聞き取れるメッセージは、前記構造物に対する潜在的損害に関する情報を含む、第４１のさらなる実施形態の方法が提供される。
第４３のさらなる実施形態によれば、地震の震源である第２の場所から離れた第１の場所で地震警報を生成する方法が提供され、該方法は、前記第１の場所から前記第２の場所を取り囲む領域まで延在する光ファイバの、前記第１の場所でＤＦＯＳデータを測定することと、前記第２の場所で地震が発生したことを示す表示を前記ＤＦＯＳデータから計算することと、前記地震が発生したことを示す警報を前記第１の場所で生成することとを含む。第４４のさらなる実施形態によれば、前記第１の場所は人口密集地域外にあり、前記第２の場所は人口密集地域内にある、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第４５のさらなる実施形態によれば、前記第１の場所は海上である、第４４のさらなる実施形態の方法が提供される。第４６のさらなる実施形態によれば、前記第１の場所は地方にある、第４４のさらなる実施形態の方法が提供される。第４７のさらなる実施形態によれば、前記第２の場所は都市部にある、第４４のさらなる実施形態の方法が提供される。第４８のさらなる実施形態によれば、前記警報を生成することは、前記地震によるＰ波および／または損害をもたらす地震動が前記第１の場所に到着する前に行われる、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第４９のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ装置から前記光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光もしくは反射した光を受信することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから前記光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５１のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、歪みを測定することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、地震動を測定することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５３のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記地震のマグニチュードを計算することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５４のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記第２の場所の地理的位置を計算することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５５のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記第２の場所の地表面最大加速度を計算することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５６のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記第１の場所の地表面最大加速度を計算することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５７のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記光ファイバの所定の距離内の場所の地表面最大加速度を計算することを含む、第４３のさらなる実施形態の方法が提供される。第５８のさらなる実施形態によれば、前記所定の距離は５０メートルから５００メートルの間である、第５７のさらなる実施形態の方法が提供される。第５９のさらなる実施形態によれば、前記所定の距離は１００メートルである、第５の－第８のさらなる実施形態の方法が提供される。第６０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第４３乃至第５９のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。
第６１のさらなる実施形態によれば、第１の場所を震源とする地震の影響を定量化する方法が提供され、該方法は、前記地震の間、前記第１の場所からずれた第２の場所でＤＦＯＳシステムを用いてＤＦＯＳデータを測定することと、前記測定されたＤＦＯＳデータを用いて、地表面最大加速度、地表面最大速度、最大地動変位、最大地動歪み（ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒａｉｎ）、最大地動歪み率、最大スペクトル加速度、および／または地震強度の少なくとも１つを計算することとを含む。第６２のさらなる実施形態によれば、前記測定されたＤＦＯＳデータを記録することと、地震が発生したという通知を受信することと、前記受信された通知に応答して、前記記録されている測定されたＤＦＯＳデータを使用して、発生した地震の地震マグニチュード、モーメント、歪み、歪み率、測地変形、位置、深さ、焦点メカニズム、放射パターン、モーメントテンソル、滑りの有限断層領域、滑り速度、および破壊速度のうちの少なくとも１つを計算することとをさらに含む、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第６３のさらなる実施形態によれば、前記算出することに基づいて、前記ＤＦＯＳシステムから警報を生成することと、前記生成された警報を人口密集地域のレシーバに送信することとをさらに含む、第６２のさらなる実施形態の方法が提供される。第６４のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ地震センシング用および電気通信トラフィックの伝送用に同時に使用される単一の電気通信ファイバ上でＤＦＯＳ信号を送受信することを含む、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第６５のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは前記地震の発生中に行われ、前記計算することは前記地震の発生後に行われる、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第６６のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することおよび前記計算することは、前記地震の発生中に行われる、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第６７のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記第２の場所における物理的影響を表す、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第６８のさらなる実施形態によれば、ＤＦＯＳ装置は前記第２の場所に配置される、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第６９のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記第１の場所と前記第２の場所との間に位置する第３の場所における物理的影響を表す、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第７０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記ＤＦＯＳシステムから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含み、前記計算することは、前記光ファイバから所定の距離内に位置する第３の場所における物理的影響を表す、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第７１のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記ＤＦＯＳシステムから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第７２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第６１のさらなる実施形態の方法が提供される。第７３のさらなる実施形態によれば、前記所定の距離は５０メートルから５００メートルの間である、第７０のさらなる実施形態の方法が提供される。第７４のさらなる実施形態によれば、前記所定距離は１００メートルである、第７３のさらなる実施形態の方法が提供される。第７５のさらなる実施形態によれば、前記第２の場所は、建造物、データセンター、病院、空港、重要インフラ、道路、橋、トンネル、住居、ホテル、他の構造物、または地震動の影響を受ける建築物の少なくとも１つの敷地である、第６７のさらなる実施形態の方法が提供される。第７６のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第６１乃至第７５のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。
第７７のさらなる実施形態によれば、地震の影響を定量化する方法が提供され、該方法は、少なくとも前記地震の発生中にＤＦＯＳデータを測定することと、前記測定されたＤＦＯＳデータを用いて、前記地震の発生中の地震動の方向および前記地震の発生中の前記地震動の継続時間の少なくとも１つを計算することとを含む。第７８のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ装置から光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第７７のさらなる実施形態の方法が提供される。第７９のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第７７のさらなる実施形態の方法が提供される。第８０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第７７乃至第７９のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。
第８１のさらなる実施形態によれば、建造物に対する地震の影響を解析する方法が提供され、該方法は、少なくとも前記地震の発生中にＤＦＯＳデータを測定することと、前記測定されたＤＦＯＳデータから前記建造物の固有モード共振値を計算することと、前記固有モードから建造物の振動の強さを表す量を決定することとを含む。第８２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ装置から光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含み、前記光ファイバは、前記建造物から所定距離離れて延在するか、または前記建造物を通過する、第８１のさらなる実施形態の方法が提供される。第８３のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ装置から光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第８１のさらなる実施形態の方法が提供される。第８４のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第８１のさらなる実施形態の方法が提供される。第８５のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記地震によって生じる振動中に行われる、第８１のさらなる実施形態の方法が提供される。第８６のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記地震によって生じる振動中に行われる、第８１のさらなる実施形態の方法が提供される。第８７のさらなる実施形態によれば、前記計算することは、前記地震により生じる振動が終了した後に行われる、第８５のさらなる実施形態の方法が提供される。第８８のさらなる実施形態によれば、前記決定することは、前記地震の発生後に計算された前記建造物の固有モードを前記地震前の固有モードと比較することを含む、第８１のさらなる実施形態の方法が提供される。第８９のさらなる実施形態によれば、前記固有モードの変化を前記建造物の構造的健全性の状態変化に関連付けることをさらに含む、第８８のさらなる実施形態の方法が提供される。第９０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第８１乃至第８９のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。
第９１のさらなる実施形態によれば、地震の余波において構造物の安全警報を生成する方法が提供され、該方法は、少なくとも地震の発生中にＤＦＯＳデータを測定することと、前記測定されたＤＦＯＳデータに基づいて前記構造物の安全スコアを計算することと、前記安全スコアに基づいて安全警報を生成することとを含む。第９２のさらなる実施形態によれば、前記安全スコアは、前記測定されたＤＦＯＳデータから計算された地表面最大加速度と、前記構造物の地表面最大加速度率（ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｎｇ）との比較に基づく、第９１のさらなる実施形態の方法が提供される。第９３のさらなる実施形態によれば、前記安全警報は、前記計算された安全スコアの表現を含む、第９１のさらなる実施形態の方法が提供される。第９４のさらなる実施形態によれば、前記安全警報は複数の重大度レベルに分類され、前記生成することは前記重大度レベルに基づく、第９１のさらなる実施形態の方法が提供される。第９５のさらなる実施形態によれば、前記生成された安全警報を、重大度レベルに基づいて選択された受信者に送信することをさらに含む、第９４のさらなる実施形態の方法が提供される。第９６のさらなる実施形態によれば、前記安全警報は、前記構造物が人間の居住者が立ち入ることについて安全であるか否かを示す、第９１のさらなる実施形態の方法が提供される。第９７のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳシステムから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第９１のさらなる実施形態の方法が提供される。第９８のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第９１のさらなる実施形態の方法が提供される。第９９のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバの物理的変化の検知に応答して、前記測定されたＤＦＯＳデータを記憶装置に保存することをさらに含む、第９８のさらなる実施形態の方法が提供される。第１００のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第９１乃至第９９のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。
第１０１のさらなる実施形態によれば、建造物の損害を検知する方法が提供され、該方法は、前記建造物の内部もしくは近傍の光ファイバでＤＦＯＳデータを測定することと、前記測定されたＤＦＯＳに基づいて、建造物の層間変位、前記建造物の下部もしくは側部の地表面最大加速度、前記建造物自体の構成要素の地表面最大加速度、および液状化のうち少なくとも１つを表す物理量を計算することと、前記計算された物理量を前記建造物の仕様と比較することと、前記計算された物理量と前記建造物の仕様とに基づいて、潜在的な建造物の損害を示す警報を生成することとを含む。第１０２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳシステムから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１０１のさらなる実施形態の方法が提供される。第１０２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１０１のさらなる実施形態の方法が提供される。第１０４のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは前記建造物の下方に延在する、第１０２乃至第１０３のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。第１０５のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは前記建造物を貫通して延在する、第１０２乃至第１０３のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。第１０６のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは前記建造物の複数の階層を通って延在する、第１０５のさらなる実施形態の方法が提供される。第１０７のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは前記建造物の基礎の周囲を囲繞する、第１０６のさらなる実施形態の方法が提供される。第１０８のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第１０１乃至第１０７のさらなる実施形態のいずれかの方法が提供される。
第１０９のさらなる実施形態によれば、インフラの損害を検知する方法が提供され、該方法は、前記インフラの内部もしくは近傍の光ファイバでＤＦＯＳデータを測定することと、前記測定されたＤＦＯＳに基づいて、建造物の層間変位、前記建造物の下部もしくは側部の地表面最大加速度、前記インフラ自体の構成要素の地表面最大加速度、および液状化のうち少なくとも１つを表す物理量を計算することと、前記計算された物理量を前記インフラの仕様と比較することと、前記計算された物理量と前記インフラの仕様とに基づいて、潜在的なインフラの損害を示す警報を生成することとを含む。第１１０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳシステムから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１０９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１１１のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１０９のさらなる実施形態の方法が提供される。第１１２のさらなる実施形態によれば、第１１０または第１１１のさらなる実施形態の方法が提供される。前記光ファイバは前記インフラの下方に延在する第１１３のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは前記インフラを貫通して延在する、第１１０または第１１１のさらなる実施形態の方法が提供される。第１１４のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは、前記インフラの複数の水平方向の高さ（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌｅｖｅｌｓ）を貫通して延在する、第１１３のさらなる実施形態の方法が提供される。第１１５のさらなる実施形態によれば、前記光ファイバは前記インフラの基礎の周囲を囲繞する、第１１３のさらなる実施形態の方法が提供される。第１１６のさらなる実施形態によれば、前記インフラは、建造物、橋、道路、記念碑、街灯、建設現場、鉱山、地下構造物、トンネル、大量輸送機関の発着所、空港、鉄道駅、工場、および海港のうちの少なくとも１つを含む、第１０９乃至第１１５のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１１７のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第１０９乃至第１１６のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１１８のさらなる実施形態によれば、光を光ファイバに送信すべく構成された光送信器と、光を光ファイバから受信すべく構成された受信器と、第４３乃至第１１７のさらなる実施形態のいずれかに定義された方法を実行すべく構成されたコントローラとを含むＤＦＯＳ装置が提供される。第１１９のさらなる実施形態によれば、第１１８のさらなる実施形態による１つまたは複数のＤＦＯＳ装置と、１つまたは複数のＤＦＯＳ装置に動作可能に接続された１つまたは複数の光ファイバとを含む、地震データを処理するシステムが提供される。第１２０のさらなる実施形態によれば、前記地震の震源のセンシング距離内に位置する光ファイバにおいてＤＦＯＳデータを測定することと、前記地震が発生したことを検知するために前記ＤＦＯＳデータを解析することとを含む、地震の発生を検知する方法が提供される。第１２１のさらなる実施形態によれば、ＤＦＯＳ装置を前記光ファイバに接続することをさらに含み、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記ＤＦＯＳ装置から前記光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１２０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから前記光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１２０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２３のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータの解析から前記地震のマグニチュードを計算することをさらに含む、第１２０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２４のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、歪みを測定することを含む、第１２０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２５のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、地震動を測定することを含む、第１２０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２６のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第１２０乃至第１２５のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。
第１２７のさらなる実施形態によれば、ＤＦＯＳシステムによって地震の影響を解析する方法が提供され、該方法は、前記ＤＦＯＳシステムでＤＦＯＳデータを捕捉することと、前記捕捉されたＤＦＯＳデータを保存することと、前記地震が発生したという外部通知を前記ＤＦＯＳシステムから受信することと、前記地震の前記影響を定量化するために、前記保存されたＤＦＯＳデータを解析することとを含む。第１２８のさらなる実施形態によれば、前記捕捉することは時間的に連続する、第１２７のさらなる実施形態の方法が提供される。第１２９のさらなる実施形態によれば、前記保存することは、以前に保存されたＤＦＯＳデータを上書きすることを含み、新しいＤＦＯＳデータは最も古いＤＦＯＳデータを上書きする、第１２７乃至第１２８のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１３０のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを捕捉することは、光ファイバに光を放出することと、前記光ファイバから光を受信することとを含む、第１２７乃至第１２９のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１３１のさらなる実施形態によれば、前記通知を受信することは、地震計から発信される信号を受信することを含む、第１２７乃至第１３０のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１３２のさらなる実施形態によれば、前記通知を受信することは、無線ネットワークからの信号を受信することを含む、第１２７乃至第１３１のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１３３のさらなる実施形態によれば、前記信号は、受振器の処理された出力である、第１２７乃至第１３２のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１３４のさらなる実施形態によれば、前記保存されたＤＦＯＳデータを解析することは、地表面最大加速度を計算することを含む、第１２７乃至第１３３のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。第１３５のさらなる実施形態によれば、前記保存されたＤＦＯＳデータを解析することは、前記光ファイバのセンシング距離内の領域における測地歪みレスポンスを測定することを含む、第１２７乃至第１３３のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。
第１３６のさらなる実施形態によれば、第１の場所における地表面最大加速度を決定する方法が提供され、該方法は、前記第１の場所から第１の距離内に、第２の距離にわたって単一方向に延在する光ファイバを提供することと、ＤＦＯＳデータに基づいて、前記光ファイバが水平方向に位置する地面の見かけの速度を計算することと、加速度を得るために、前記見かけの速度を時間で微分することと、を含む。第１３７のさらなる実施形態によれば、前記第１の距離は１００メートル未満であり、前記第２の距離は１００メートルより大きい、第１３６のさらなる実施形態の方法が提供される。
第１３８のさらなる実施形態によれば、地理的領域内の複数の異なる場所に対する地震の影響を視覚的に表現する方法が提供され、該方法は、前記地理的領域のセンシング距離内に少なくとも１つの光ファイバを提供することと、ＤＦＯＳデータに基づいて、前記複数の異なる場所のそれぞれについて地表面最大加速度値を計算することと、前記計算された地表面最大加速度値を、前記複数の場所を表す地図上にオーバレイすることとを含む。第１３９のさらなる実施形態によれば、前記地表面最大加速度値を計算することは、前記少なくとも１つの光ファイバからＤＦＯＳシステムによってＤＦＯＳデータを捕捉することと、前記ＤＦＯＳデータに基づいて、前記光ファイバが水平方向に位置する地面の見かけの速度を計算することと、加速度を得るために、前記見かけの速度を時間で微分することとを含む、第１３８のさらなる実施形態の方法が提供される。
第１４０のさらなる実施形態によれば、前記地震の震源のセンシング距離内に位置する光ファイバにおいてＤＦＯＳデータを測定することと、前記地震が発生したことを検知するために前記ＤＦＯＳデータを解析することとを含む、地震の発生を検知する方法が提供される。第１４１のさらなる実施形態によれば、ＤＦＯＳ装置を前記光ファイバに接続することをさらに含み、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記ＤＦＯＳ装置から前記光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１４０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１４２のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、光通信デバイスから前記光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含む、第１４０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１４３のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータの解析から前記地震のマグニチュードを計算することをさらに含む、第１４０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１４４のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、歪みを測定することを含む、第１４０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１４５のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、地震動を測定することを含む、第１４０のさらなる実施形態の方法が提供される。第１４６のさらなる実施形態によれば、前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、第１４０乃至第１４５のさらなる実施形態のいずれか１つの方法が提供される。
よって、本開示に従って、分散型光ファイバセンシングシステム、装置、および方法が提供されることは明らかである。本開示により、多くの代替、修正、変形が可能となる。開示された実施形態の特徴は、本発明の範囲内で組み合わせ、再配置、省略などして、追加の実施形態を生み出すことができる。さらに、特定の機能は、他の機能を付随して使用せずに有利に使用されることがある。したがって、出願人は、本発明の精神および範囲内にあるそのような代替物、修正物、等価物、および変形物をすべて包含することを意図している。

Claims (96)

  1. 地表面最大加速度を決定する方法であって、
    少なくとも１つの光ファイバに接続されたＤＦＯＳ機器を提供することと、
    前記少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータを前記ＤＦＯＳ機器で記録することと、
    前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、
    前記複素フーリエ係数をスケーリングすることと、
    前記スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、
    前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の前記地表面最大加速度を特定するために、前記逆変換の出力から最大値を選択することと
    を含む方法。
  2. 前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することは、前記歪みデータに２次元フーリエ変換を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記逆変換を適用することは、前記スケーリングされたフーリエ係数に２次元逆フーリエ変換を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 地域地震速度モデルに基づいて地表面最大加速度を決定する方法であって、
    少なくとも１つの光ファイバに接続されたＤＦＯＳ機器を提供することと、
    前記少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータを前記ＤＦＯＳ機器で記録することと、
    地震の発生を検知することと、
    前記光ファイバが設置されている地表面における地震エネルギーの入射角度を決定するために、地震発生地点から前記光ファイバまでの地震波経路をレイトレースすることと、
    前記決定された入射角度と前記光ファイバの周辺の地面のせん断波速度に基づいて、地面の見かけの速度の測定値を計算することと、
    前記歪みデータに時間微分を適用することと、
    前記歪みデータに対する時間微分と、前記計算された見かけの速度の測定値とに基づいて、地表面加速度の測定値を取得することと、
    前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の前記地表面最大加速度を特定するために、前記地表面加速度の出力から最大値を選択することと
    を含む方法。
  5. 前記地面の見かけの速度は水平方向における速度である、請求項４に記載の方法。
  6. 前記地震の発生を検知することは、ＤＦＯＳデータに基づかない、請求項４に記載の方法。
  7. 地震によって引き起こされる地震動の特性を決定する方法であって、
    少なくとも１つの光ファイバに沿ってＤＦＯＳ機器でＤＦＯＳデータを記録することと、
    前記ＤＦＯＳデータの信号振幅の定量的測定値を得るために、前記記録されたＤＦＯＳデータを解析することと、
    前記信号振幅の前記定量的測定値を所定の閾値と比較することと、
    前記定量的測定値が前記所定の閾値を上回った場合に、地震が発生したと予備判断することと、
    前記地震の影響を定量化することと
    を含む方法。
  8. 前記予備判断した後、かつ前記定量化する前に地震が発生したことを検証することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記記録されたＤＦＯＳデータを解析することは、前記地震の優位周波数の通過帯域内の信号振幅を測定することを含む、請求項７に記載の方法。
  10. 前記優位周波数は、局部地震では０．５～１５６Ｈｚの範囲である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記優位周波数は、広域地震および直下型地震では０．００５～５Ｈｚの範囲である、請求項９に記載の方法。
  12. 前記検証することは、非ＤＦＯＳ測定値に基づいて行われる、請求項８に記載の方法。
  13. 前記検証することは、前記記録されたＤＦＯＳデータの解析に基づいて行われる、請求項８に記載の方法。
  14. 前記ＤＦＯＳデータは歪みデータを含み、前記定量化することは、前記少なくとも１つの光ファイバ近傍の地面の地表面最大加速度を決定することを含む、請求項７に記載の方法。
  15. 前記地表面最大加速度を決定することは、
    前記ＤＦＯＳデータの前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、
    前記複素フーリエ係数をスケーリングすることと、
    前記スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、
    前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、前記逆変換の出力から最大値を選択することと
    を含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することは、前記歪みデータに２次元フーリエ変換を適用することを含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記逆変換を適用することは、前記スケーリングされたフーリエ係数に２次元逆フーリエ変換を適用することを含む、請求項１５に記載の方法。
  18. 地震によって引き起こされる地震動の特性を決定する方法であって、
    少なくとも１つの光ファイバに沿ってＤＦＯＳ機器でＤＦＯＳデータを記録することと、
    前記ＤＦＯＳデータの信号品質を測定することと、
    前記測定されたＤＦＯＳデータの信号品質を所定の閾値と比較することと、
    前記測定された信号品質が所定の閾値未満である場合に、地震が発生したと予備判断することと、
    前記地震の影響を定量化することと
    を含む方法。
  19. 前記予備判断した後、かつ前記定量化する前に地震が発生したことを検証することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記信号品質を測定することは、前記ＤＦＯＳデータの信号対雑音比を決定することを含む、請求項１８に記載の方法。
  21. 前記信号品質を測定することは、前記記録されたＤＦＯＳデータに適用される、請求項１８に記載の方法。
  22. 前記信号品質を測定することは、前記ＤＦＯＳデータを記録することと同時に前記ＤＦＯＳデータに適用される、請求項１８に記載の方法。
  23. 前記ＤＦＯＳデータは歪みデータを含み、前記定量化することは、前記少なくとも１つの光ファイバ近傍の地面の地表面最大加速度を決定することを含む、請求項１８に記載の方法。
  24. 前記地表面最大加速度を決定することは、
    前記ＤＦＯＳデータの前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することと、
    前記複素フーリエ係数をスケーリングすることと、
    前記スケーリングされたフーリエ係数に逆変換を適用することと、
    前記少なくとも１つの光ファイバに沿った位置の地表面最大加速度を特定するために、前記逆変換の出力から最大値を選択することと
    含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記歪みデータを複素フーリエ係数に変換することは、前記歪みデータに２次元フーリエ変換を適用することを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記逆変換を適用することは、前記スケーリングされたフーリエ係数に２次元逆フーリエ変換を適用することを含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 構造物に対する地震動の影響を評価する方法であって、
    少なくとも１つの光ファイバに沿った歪みデータを含むＤＦＯＳデータをＤＦＯＳ機器で記録することと、
    前記ＤＦＯＳデータに基づいて前記構造物の共振ピークを計算することと、
    前記計算された共振ピークを、前記構造物に関連付けられた共振ピーク値をアーカイブする記憶装置に保存することと、
    前記記憶装置からアーカイブされた共振ピーク値を取り出すことと、
    前記取り出されたアーカイブ値と前記ＤＦＯＳデータに基づいて計算された共振ピークとの間の、変化値によって表される変化を検知することと、
    前記変化値を閾値と比較することと、
    前記検知された変化が前記閾値を上回った場合に警報を生成することと
    を含む方法。
  28. 前記少なくとも１つの光ファイバを前記構造物の近傍に設置することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記少なくとも１つの光ファイバは、前記構造物の内部または下にある、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記方法はスケジュールの通りに繰り返される、請求項２７に記載の方法。
  31. 前記スケジュールの期間は５分から４８時間の間である、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記スケジュールの期間は１０分、６０分、１２時間、または２４時間である、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記スケジュールの期間は適応的であり、前記比較の結果に応じて継続期間が減少する、請求項３０に記載の方法。
  34. 前記構造物は、建造物、橋、塔のいずれかである、請求項２７に記載の方法。
  35. 前記構造物の設計に基づく工学設計パラメータが記憶装置に保存される、請求項２７に記載の方法。
  36. 前記記憶装置は、前記構造物に関連付けられた複数の共振ピーク値を記憶し、前記共振ピーク値の各々は、タイムスタンプおよび継続時間のうちの少なくとも１つに関連付けられる、請求項３５に記載の方法。
  37. 最後に計算された共振ピークと前記記憶装置に保存された最も古い共振ピーク値との間の変化を表す累積変化値を特定するために、前記検知された変化値を経時的に累積することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
  38. 前記地震動は地震によって引き起こされる、請求項２７乃至３７のいずれか一項に記載の方法。
  39. 前記閾値は適応的であり、経時的に低下する、請求項２７に記載の方法。
  40. 前記警報を生成することは、有線または無線ネットワークを通じて信号を送信することを含む、請求項２７に記載の方法。
  41. 前記警報を生成することは、前記構造物の内部で人間が聞き取れるメッセージを出力することを含む、請求項２７に記載の方法。
  42. 前記人間が聞き取れるメッセージは、前記構造物に対する潜在的損害に関する情報を含む、請求項４１に記載の方法。
  43. 第１の場所を震源とする地震の影響を定量化する方法であって、
    前記地震の間、前記第１の場所からずれた第２の場所でＤＦＯＳシステムを用いてＤＦＯＳデータを測定することと、
    前記測定されたＤＦＯＳデータを用いて、地表面最大加速度、地表面最大速度、最大地動変位、最大地動歪み（ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒａｉｎ）、最大地動歪み率、最大スペクトル加速度、および／または地震強度の少なくとも１つを計算することと
    を含む方法。
  44. 前記測定されたＤＦＯＳデータを記録することと、
    地震が発生したという通知を受信することと、
    前記受信された通知に応答して、前記記録されている測定されたＤＦＯＳデータを使用して、発生した地震の地震マグニチュード、モーメント、歪み、歪み率、測地変形、位置、深さ、焦点メカニズム、放射パターン、モーメントテンソル、滑りの有限断層領域、滑り速度、および破壊速度のうちの少なくとも１つを計算することと
    をさらに含む、請求項４３に記載の方法。
  45. 前記計算することに基づいて、前記ＤＦＯＳシステムから警報を生成することと、
    前記生成された警報を人口密集地域のレシーバに送信することと
    をさらに含む、請求項４４に記載の方法。
  46. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ地震センシング用および電気通信トラフィックの伝送用に同時に使用される単一の電気通信ファイバ上でＤＦＯＳ信号を送受信することを含む、請求項４３に記載の方法。
  47. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは前記地震の発生中に行われ、前記計算することは前記地震の発生後に行われる、請求項４３に記載の方法。
  48. 前記ＤＦＯＳデータを測定することおよび前記計算することは、前記地震の発生中に行われる、請求項４３に記載の方法。
  49. 前記計算することは、前記第２の場所における物理的影響を表す、請求項４３に記載の方法。
  50. ＤＦＯＳ装置は前記第２の場所に配置される、請求項４３に記載の方法。
  51. 前記計算することは、前記第１の場所と前記第２の場所との間に位置する第３の場所における物理的影響を表す、請求項４３に記載の方法。
  52. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記ＤＦＯＳシステムから光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含み、前記計算することは、前記光ファイバから所定の距離内に位置する第３の場所における物理的影響を表す、請求項４３に記載の方法。
  53. 前記所定の距離は５０メートルから５００メートルの間である、請求項５２に記載の方法。
  54. 前記所定の距離は１００メートルである、請求項５３に記載の方法。
  55. 前記第２の場所は、建造物、データセンター、病院、空港、重要インフラ、道路、橋、トンネル、住居、ホテル、他の構造物、または地震動の影響を受ける建築物の少なくとも１つの敷地である、請求項４９に記載の方法。
  56. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、請求項４３乃至５５のいずれか一項に記載の方法。
  57. 地震の影響を定量化する方法であって、
    少なくとも前記地震の発生中にＤＦＯＳデータを測定することと、
    前記測定されたＤＦＯＳデータを用いて、前記地震の発生中の地震動の方向および前記地震の発生中の前記地震動の継続時間の少なくとも１つを計算することと
    を含む方法。
  58. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、請求項５７に記載の方法。
  59. 建造物に対する地震の影響を解析する方法であって、
    少なくとも前記地震の発生中にＤＦＯＳデータを測定することと、
    前記測定されたＤＦＯＳデータから前記建造物の固有モードの共振値を計算することと、
    前記固有モードから建造物の振動の強さを表す量を決定することと
    を含む方法。
  60. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、ＤＦＯＳ装置から光ファイバに光を送信し、前記光ファイバから屈折した光を受信することを含み、前記光ファイバは、前記建造物から所定距離離れて延在するか、または前記建造物を通過する、請求項５９に記載の方法。
  61. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、前記地震によって生じる振動中に行われる、請求項５９に記載の方法。
  62. 前記計算することは、前記地震によって生じる振動中に行われる、請求項５９に記載の方法。
  63. 前記計算することは、前記地震により生じる振動が終了した後に行われる、請求項６１に記載の方法。
  64. 前記決定することは、前記地震の発生後に計算された前記建造物の固有モードを前記地震前の固有モードと比較することを含む、請求項５９に記載の方法。
  65. 前記固有モードの変化を前記建造物の構造的健全性の状態変化に関連付けることをさらに含む、請求項６４に記載の方法。
  66. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、請求項５９乃至６５のいずれか一項に記載の方法。
  67. 地震の余波において構造物の安全警報を生成する方法であって、
    少なくとも地震の発生中にＤＦＯＳデータを測定することと、
    前記測定されたＤＦＯＳデータに基づいて前記構造物の安全スコアを計算することと、
    前記安全スコアに基づいて安全警報を生成することと
    を含む方法。
  68. 前記安全スコアは、前記測定されたＤＦＯＳデータから計算された地表面最大加速度と、前記構造物の地表面最大加速度率（ｐｅａｋ ｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｎｇ）との比較に基づく、請求項６７に記載の方法。
  69. 前記安全警報は、前記計算された安全スコアの表現を含む、請求項６７に記載の方法。
  70. 前記安全警報は複数の重大度レベルに分類され、前記生成することは前記重大度レベルに基づく、請求項６７に記載の方法。
  71. 前記生成された安全警報を、重大度レベルに基づいて選択された受信者に送信することをさらに含む、請求項７０に記載の方法。
  72. 前記安全警報は、前記構造物が人間の居住者が立ち入ることについて安全であるか否かを示す、請求項６７に記載の方法。
  73. 光ファイバの物理的変化の検知に応答して、前記測定されたＤＦＯＳデータを記憶装置に保存することをさらに含む、請求項６７に記載の方法。
  74. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、請求項６７乃至７３のいずれか一項に記載の方法。
  75. インフラの損害を検知する方法であって、
    前記インフラの内部もしくは近傍の光ファイバでＤＦＯＳデータを測定することと、
    前記測定されたＤＦＯＳに基づいて、建造物の層間変位、前記建造物の下部もしくは側部の地表面最大加速度、前記インフラ自体の構成要素の地表面最大加速度、および液状化のうち少なくとも１つを表す物理量を計算することと、
    前記計算された物理量を前記インフラの仕様と比較することと、
    前記計算された物理量と前記インフラの仕様とに基づいて、潜在的なインフラの損害を示す警報を生成することと
    を含む方法。
  76. 前記光ファイバは前記インフラの下方に延在する、請求項７５に記載の方法。
  77. 前記光ファイバは前記インフラを貫通して延在する、請求項７５に記載の方法。
  78. 前記光ファイバは、前記インフラの複数の水平方向の高さ（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌｅｖｅｌｓ）を貫通して延在する、請求項７７に記載の方法。
  79. 前記光ファイバは前記インフラの基礎の周囲を囲繞する、請求項７７に記載の方法。
  80. 前記インフラは、建造物、橋、道路、記念碑、街灯、建設現場、鉱山、地下構造物、トンネル、大量輸送機関の発着所、空港、鉄道駅、工場、および海港のうちの少なくとも１つを含む、請求項７５乃至７９のいずれか一項に記載の方法。
  81. 前記ＤＦＯＳデータを測定することは、そうしなければ点灯している光ファイバから未点灯または未使用の光スペクトルの一部を選択すること、またはそうしなければ点灯している光ファイバから偏波固有モードを選択すること、または確立された専用の電気通信ネットワークからダークファイバ全体を選択することを含む、請求項７５乃至８０のいずれか一項に記載の方法。
  82. 光を光ファイバに送信すべく構成された光送信器と、
    光を光ファイバから受信すべく構成された受信器と、
    請求項１乃至８１のいずれか一項に定義された方法を実行すべく構成されたコントローラと
    を含む、ＤＦＯＳ装置。
  83. 地震データを処理するシステムであって、
    １つまたは複数の請求項８２に記載のＤＦＯＳ装置と、
    １つまたは複数のＤＦＯＳ装置に動作可能に接続された１つまたは複数の光ファイバと
    を含むシステム。
  84. ＤＦＯＳシステムによって地震の影響を解析する方法であって、
    前記ＤＦＯＳシステムでＤＦＯＳデータを捕捉することと、
    前記捕捉されたＤＦＯＳデータを保存することと、
    前記地震が発生したという外部の通知を前記ＤＦＯＳシステムから受信することと、
    前記地震の前記影響を定量化するために、前記保存されたＤＦＯＳデータを解析することと
    を含む方法。
  85. 前記捕捉することは時間的に連続する、請求項８４に記載の方法。
  86. 前記保存することは、以前に保存されたＤＦＯＳデータを上書きすることを含み、新しいＤＦＯＳデータは最も古いＤＦＯＳデータを上書きする、請求項８４乃至８５のいずれか一項に記載の方法。
  87. 前記ＤＦＯＳデータを捕捉することは、光ファイバに光を放出することと、前記光ファイバから光を受信することとを含む、請求項８４乃至８６のいずれか一項に記載の方法。
  88. 前記通知を受信することは、地震計から発信される信号を受信することを含む、請求項８４乃至８７のいずれか一項に記載の方法。
  89. 前記通知を受信することは、無線ネットワークからの信号を受信することを含む、請求項８４乃至８８のいずれか一項に記載の方法。
  90. 前記信号は、受振器の処理された出力である、請求項８４乃至８９のいずれか一項に記載の方法。
  91. 前記保存されたＤＦＯＳデータを解析することは、地表面最大加速度を計算することを含む、請求項８４乃至９０のいずれか一項に記載の方法。
  92. 前記保存されたＤＦＯＳデータを解析することは、前記光ファイバのセンシング距離内の領域における測地歪みレスポンスを測定することを含む、請求項８４乃至９０のいずれか一項に記載の方法。
  93. 第１の場所における地表面最大加速度を決定する方法であって、
    前記第１の場所から第１の距離内に、第２の距離にわたって単一方向に延在する光ファイバを提供することと、
    ＤＦＯＳデータに基づいて、前記光ファイバが水平方向に位置する地面の見かけの速度を計算することと、
    加速度を得るために、前記見かけの速度を時間で微分することと
    を含む方法。
  94. 前記第１の距離は１００メートル未満であり、前記第２の距離は１００メートルより大きい、請求項９３に記載の方法。
  95. 地理的領域内の複数の異なる場所に対する地震の影響を視覚的に表現する方法であって、
    前記地理的領域のセンシング距離内に少なくとも１つの光ファイバを提供することと、
    ＤＦＯＳデータに基づいて、前記複数の異なる場所のそれぞれについて地表面最大加速度値を計算することと、
    前記計算された地表面最大加速度値を、前記複数の場所を表す地図上にオーバレイすることと
    を含む方法。
  96. 前記地表面最大加速度値を計算することは、前記少なくとも１つの光ファイバからＤＦＯＳシステムによってＤＦＯＳデータを捕捉することと、
    前記ＤＦＯＳデータに基づいて、前記光ファイバが水平方向に位置する地面の見かけの速度を計算することと、
    加速度を得るために、前記見かけの速度を時間で微分することと
    を含む、請求項９５に記載の方法。
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