JP3755131B2

JP3755131B2 - 地震予測即時報知システム

Info

Publication number: JP3755131B2
Application number: JP2001257765A
Authority: JP
Inventors: 幸雄藤縄; 茂木堀内; 公井上; 拓己松本; 弘明根岸; 広行藤原
Original assignee: 独立行政法人防災科学技術研究所; 幸雄藤縄; 茂木堀内; 拓己松本; 弘明根岸; 広行藤原
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003066152A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震に関するリアルタイム情報に基づき、到来する地震波を予測し、報知する地震予測即時報知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
これまでも、地震波の到達したあと、当該地点における震度などの地震動の強度を報知するものがあったが、地震波の到達前にその強度や到達時刻を利用者が知る手立てはなかった。
【０００３】
地震災害を少なくする方法は多岐にわたるが、本発明では、これらの情報により地震に対する咄嗟の備えを行うことを支援し、災害の防止を図るものである。具体的には、地震発生の後、各種の観測網によって観測されたデータを用いて、主震動であるＳ波の到達前に利用者に、その居住場所での地震の予測強度や予測到達時刻（時間）を報知して、この課題の解決を図る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明は、地震に関するリアルタイム情報に基づき、到来する地震波を予測し、報知する地震予測即時報知システムであって、複数地点で観測される地震波形に基づき震源位置、地震の大きさ、地震の発生時刻を求め、前記震源位置に基づき特定地の震央距離、前記地震の大きさに基づき有感半径を求める解析手段と、前記解析手段により求められた前記地震の大きさと前記特定地の震央距離に基づき前記特定地に到達する地震波の予測演算を行い前記特定地での予測強度及び到達予測時刻を求める予測演算手段と、前記解析手段により求められた前記特定地の震央距離が前記有感半径以内か否かにより報知の要否を判定する第１の判定手段と、前記予測演算手段によれ求められた前記予測強度を下限強度以下か否かにより報知の要否を判定する第２の判定手段と、前記予測強度と到達予測時刻を報知する報知手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００５】
前記予測演算手段は、前記地震の大きさと前記特定地の震央距離に基づき前記特定地での標準強度を求めるとともに、地震動の場所の地質状況、建造物の構造の違いを含む増幅係数を求め、前記標準強度と増幅係数を用いて前記特定地に到達する地震波の予測演算を行うことを特徴とするものである。
【０００６】
また、前記予測演算手段は、地震Ｐ波及びＳ波の到達予測時間と予測震度を求め、前記Ｐ波の到達予測時間と予測震度のデータを実測データと比較して、前記Ｓ波の到達予測時間及び予測震度の補正を行い、前記補正を行った情報により前記予測演算のパラメータを更新することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る地震予測即時報知システムの実施の形態を示す図、図２は本発明に係る地震予測即時報知システムの他の実施の形態を示す図、図３は地震予測報知の表示例を示す図、図４は内部システム及び外部システムの構成概要を示す図である。図中、１−１〜１−ｎは地震センサからなる地震観測網、２、１１は受信部、３は解析部、４、１２は第１判定部、５、１３は予測演算部、６、１４は第２判定部、７、１５は報知部、１６は第１判定基準データ、１７は増幅係数データ、１８は第２判定基準データを示す。
【０００８】
図１において、地震観測網１−１〜１−ｎは、全国各地の地震の観測地域に設置され、地震波形を観測し発信する地震観測網である。これらから発信される情報は、原データを含む地震に関するリアルタイム情報であり、気象庁などの国の機関による全国データ（レベル１）、県・市町村などによる地域データ（レベル２）、大規模施設などが自ら作成する局地データ（レベル３）の種類に概略分けられる。なお、地震に関するリアルタイム情報は、原データと防災に使用可能な強度、到達時間などの地震パラメータがある。
【０００９】
受信部２は、地震観測網１−１〜１−ｎからの地震に関するリアルタイム情報を受信するものであり、あらかじめ選定されたレベルのデータを取得する。ただし、機能としては、利用可能な全データを並列的に処理するように拡張機能をもたせてもよい。その際、結果の表示を並列にする、あるいは時間の早いものを優先するなどの選択を行う部分を設けてもよい。地震に関するリアルタイム地震パラメータ情報は、一定規模以上の地震が発生すると、公共機関あるいは通信業者から発信されるものであり、その内容は、地震の３要素（場所：Ｘ_o，Ｙ_o、時間：Ｔ_o、大きさ：Ｍ_o）である。
【００１０】
解析部３は、地震波形を受信した場合にこれを解析して地震の三要素（場所・時間・大きさ）を求め、さらには、特定地の震央距離（震央Ｘ_o，Ｙ_oから特定地Ｘ，Ｙまでの距離）Ｄ、地震の大きさ（マグニチュード）Ｍ_oから有感半径Ｒを求めるものである。特定地の個数は原則的に制限はない。
【００１１】
第１判定部４は、特定地において地震情報を報知するか否かを判定するものであり、例えば気象庁震度階（相当）Ｉ＝５以上を与えるマグニチュードＭ_oか否か、特定地の震央距離ＤがマグニチュードＭ_oから求められる有感半径Ｒ_r以内か否かなどにより判定される。
【００１２】
予測演算部５は、震央距離Ｄと地震の大きさＭ_oと深さＨ_oから特定地での標準強度Ｓ_rを求めると共に、地震動の場所の地質状況、建物の構造の違いなどによる特定地における増幅係数Ａを求め、それら標準強度Ｓ_rと増幅係数Ａを用いて地震波（Ｓ波）の予測強度Ｓ、あるいは最大速度、最大加速度、最大変位、到達予測時刻Ｔなど地震強度の地震パラメータを求める。
【００１３】
第２判定部６は、求めた予測強度Ｓを予め設定される下限強度Ｓ_minと比較して予測強度Ｓが下限強度Ｓ_min以下か否かを判定するものである。
【００１４】
報知部７は、予測強度Ｓが下限強度Ｓ_min以下であれば報知を行わず、予測強度Ｓが下限強度Ｓ_minを越える場合に、地震波（Ｐ波、Ｓ波）の伝播速度を基に到達予測時刻Ｔ（Ｐ，Ｓ）と予測強度Ｓを報知（例えば表示）するものである。この場合の各地震波の到達予測時刻Ｔは、それぞれの伝播速度に基づいて求められる。周知の如く、伝播速度は、地盤などの条件によって若干の幅はあるがＰ波が７ｋｍ／ｓｅｃ程度に対し、Ｓ波が４．７ｋｍ／ｓｅｃ程度と約半分に近い。２種地震波のうち、実質的な地震被害を発生させるのはＳ波である。そこで、到達時刻の早いＰ波により、予測データＴ（Ｐ）、Ｓ（Ｐ）と実測データＴ_o（Ｐ）、Ｓ_o（Ｐ）とを比較し、それらを基に遅れて到達するＳ波について、到達予測時刻Ｔ（Ｓ）と予測強度Ｓ（Ｓ）について補正を行い、予測精度を向上することができる。さらには、この補正データを地震の発生毎に蓄積してそのデータを予測値の計算に反映させることにより、予測精度のより向上を図ることができる。
【００１５】
本発明に係る地震予測即時報知システムは、報知する対象や設置する場所、施設などに応じた形態がある。例えばその１つは、広域的システムの形態であり、自治体などにおいて地域（広域）的な防災対策のために地震観測、報知を行う場合である。この場合には、その自治体などの観測センターにおいて、図１に示すように地震計から地震に関するリアルタイム情報を受信し、その地域に関して上記解析、判定、演算を行い、到達予測時刻と予測強度の報知を行う。したがって、この場合には、例えばその地域内の各特定地点について到達予測時刻と予測強度を演算し、それぞれを各特定地点に報知したり、地区毎に警報を発するなどの対応が考えられる。
【００１６】
また、他の１つは、個別的システムの形態であり、家庭や事業所（工場、事務所など）、施設（レジャー施設、集合住居施設、イベント開催施設など）において、それぞれ個別に防災対策として報知を行う場合である。この場合には、例えば一定規模以上の地震が発生すると、図２に示すように所定の解析が行った公共機関や通信業者などのセンターから発信される地震の３要素を受信部１１で受信して第１判定部１２、予測演算部１３、第２判定部１４で上記判定、演算を行い、報知部１５で到達予測時刻と予測強度の報知を行う。
【００１７】
図２において、第１判定基準データ１６は、受信したリアルタイム情報に基づき報知の要否を判定するための判定値Ｍ_rのデータを有し、第１判定部１２では、地震の大きさＭ_oが予め設定されたこの判定値Ｍ_r以上か否かにより報知の要否を判定する。また、震央距離Ｄと有感半径Ｒ_rとの比較で報知の要否を判定する場合には、第１判定部１２で、それぞれ震央距離Ｄと有感半径Ｒ_rを求めて比較を行う。
【００１８】
増幅係数データ１７は、例えば全国的平均値をレベル１とし、経験的にあるいは計算によって求められた全国分布値をレベル２、自治体などが地殻特性データなどに基づいて作成した値をレベル３、居住地固有の値をレベル４、さらに報知器が置かれている場所の値をレベル５とし、それぞれＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄、Ａ₅とする増幅係数のデータを有し、さらには補正係数βのデータを有する。これら増幅係数のデータは、センターから配信してもよいし、独自のシステムに保存してもよい。予測演算部１３では、これらの値から震源地を考慮した特定地における実効増幅係数Ａを求め、到達予測時刻Ｔと予測強度Ｓの演算を行う。
【００１９】
第２判定基準データ１８は、地震波の予測強度Ｓを判定するための判定値（下限強度）Ｓ_minのデータを有し、第２判定部１４では、演算された地震波の予測強度Ｓがこの判定値Ｓ_min以上であるか否かを判定する。報知部１５は、予測強度Ｓが下限強度Ｓ_min以下であれば報知を行わず、予測強度Ｓが下限強度Ｓ_minを越える場合に、地震波（Ｐ波、Ｓ波）の伝播速度を基に到達予測時刻Ｔと予測強度Ｓを報知（例えば表示）する。その地震予測報知の表示例を示したのが図３である。
【００２０】
本発明に係る地震予測即時報知システムでは、全体として、図４に示すようにその内部システムが増幅係数のデータベース、増幅係数の更新、予測アルゴリズム、補正アルゴリズムの評価で構成され、外部システムが観測インフラ、通信インフラ、リアルタイム情報インフラで構成される。
【００２１】
更に、システム全体の動作フローに従い本発明を具体的に詳述する。図５は本発明に係る地震予測即時報知システムの動作フローの例を説明するための図、図６は地震予測報知後の予測情報の補正処理を説明するための図である。
【００２２】
本発明に係る地震予測即時報知システムでは、図５に示すようにまず、地震センサからの地震波形を受信すると（ステップＳ１１）、測定点での到達時刻と地震波形の分析を基に地震の３要素を求め（ステップＳ１２）、第１の判定として、求めた地震の３要素のうち地震の大きさＭ_oが特定地において地震情報を報知する大きさＭ_r以上のものであるか否か（Ｍ_o≧Ｍ_r），の判定を行う（ステップＳ１３）。なお、地震の発生時刻などの推定のためには、システムやセンサ内蔵の時計（精度１ｍｓ以上）を用いてもよいし、ＧＰＳ時計を取得させるようにしてもよい。座標値は、ＧＰＳによる値、又は手動入力値とする。
【００２３】
気象庁震度階ＩをマグニチュードＭ_o、震央距離Ｄから求めるには、経験的に知られた関数
〔数１〕
Ｉ＝Ｉ（Ｍ_o，Ｄ）
＝２Ｍ_o−４．６０ logＤ−０．００１６７Ｄ−０．３２
を用いる。通常は、当該地点で気象庁震度階Ｉ＝５以上を与えるマグニチュードＭ_rを使うのがよいであろう。例えば事務室用、家庭用の場合には、Ｉ＞５．０が設定され、製造ラインなどでは、その特性に応じてＩ≦５．０に設定されるが、設定値は使用者が決定するものとする。また、有感半径Ｒ_r（ｋｍ）の算出には、
〔数２〕
Ｍ_o＝−１．０＋２．７ logＲ_r
の関数が用いられる。したがって、Ｒ_rとＤを比較して、Ｒ≦Ｄの場合には、危険性が少ないとして地震情報を無視する。あるいは、
〔数３〕
Ｍ＝α log₁₀Ｒ
を使って、限界マグニチュードＭ_minのテーブルを震央距離Ｄ毎に、例えば０．５刻みで作り、そのテーブルから対応する震度を検索してもよい。
【００２４】
次に、地震動の場所の地質状況、建物の構造などの違いによる増幅係数Ａを求め（ステップＳ１４）、さらに、震央距離Ｄに対応した当該地点の標準強度Ｓ_rを求めて（ステップＳ１５）、増幅係数Ａと標準強度Ｓ_rから当該地点の予測強度Ｓ、到達予測時刻Ｔを求める（ステップＳ１６）。
【００２５】
実効増幅係数Ａは、各レベルでの係数値の積
〔数４〕
Ａ＝Ａ₁・Ａ₂・Ａ₃・Ａ₄・Ａ₅
で求められ、Ａ₁〜Ａ₅のうちデータのない場合には、それらの値は１．０とする。そして、標準強度Ｓ_rは、次式から求める。
【００２６】
〔数５〕
Ｓ_r＝Ｓ（Ｍ_o，Ｄ，Ｈ_o）
当該地点の予測強度Ｓは、
〔数６〕
Ｓ＝Ａ・Ｓ
で求められる。
【００２７】
続いて、第２の判定として、求めた予測強度Ｓが下限強度Ｓ_min以上か否かを、Ｓ≧Ｓ_minにより判定し（ステップＳ１７）、予測強度Ｓが下限強度Ｓ_minより小さい場合には、報知を行わずステップＳ１１に戻り、次の地震波形の受信を待ち、予測強度Ｓが下限強度Ｓ_min以上の場合には、例えば図３に示す地震Ｐ波の予測強度Ｓ（Ｐ）、到達予測時刻Ｔ（Ｐ）、Ｓ波の予測強度Ｓ（Ｓ）、到達予測時刻Ｔ（Ｓ）を表示する（ステップＳ１８）。
【００２８】
地震予測報知後は、さらに図６に示すようにＰ波が到達するのを待ち（ステップＳ１９）、Ｐ波が到達し検測されると、その時刻及び強度の実測データを取り込み（ステップＳ２０）、予測データとを比較して予測情報の補正を行う（ステップＳ２１）。さらに、Ｓ波が到達するのを待ち（ステップＳ２２）、Ｓ波が到達し実測されると、その時刻及び強度の実測データを取り込み（ステップＳ２３）、予測データとを比較して予測情報の補正を行い（ステップＳ２４）、Ａなどのパラメータを更新する（ステップＳ２５）。
【００２９】
予測情報の補正は、Ｐ波の予測強度Ｓ（Ｐ）、到達予測時刻Ｔ（Ｐ）に対して実測した強度をＳ_t（Ｐ）、到達予測時刻をＴ_t（Ｐ）とすると、補正後の予測強度Ｓ′（Ｓ）は、
〔数７〕
Ｓ′（Ｓ）＝Ｓ（Ｓ）＋ΔＳ（Ｓ）
ΔＳ（Ｓ）は、
〔数８〕
ΔＳ（Ｓ）＝ΔＳ（Ｐ）（ａ_S／ａ_P）
〔数９〕
ΔＳ（Ｐ）＝Ｓ（Ｐ）−Ｓ_t（Ｐ）
であり、ａ_S／ａ_Pには、次の実験式
〔数１０〕
Ｉ_S＝ａ_SＭ_S−ｂ_S logＤ−ｃ_SＤ−ｄ_S
Ｉ_P＝ａ_PＭ_P−ｂ_P logＤ−ｃ_PＤ−ｄ_P
により求める。
【００３０】
また、到達予測時刻Ｔ′（Ｓ）は、
〔数１１）
Ｔ′（Ｓ）＝Ｔ（Ｓ）＋ΔＴ_P（Ｖ_P／Ｖ_S）
ただし、Ｖ_P：Ｐ波の伝播速度、Ｖ_S：Ｓ波の伝播速度
〔数１２）
ΔＴ_P＝Ｔ（Ｐ）−Ｔ_t（Ｐ）
により求める。
【００３１】
補正係数βは、
〔数１３）
Ｓ′（Ｓ）＝βＳ（Ｓ）
とする。
【００３２】
そして、これらの補正を行った後は、Ｐ波の実測した強度Ｓ_t（Ｐ）、到達予測時刻Ｔ_t（Ｐ）、補正したＳ波の予測強度Ｓ′（Ｓ）、到達予測時刻Ｔ′（Ｓ）を表示する。さらに、Ｓ波が到達した後は、予測作業を終了する。予測データ、実測データと算出した時刻などは増幅係数、補正係数の更新情報としてメモリに保存する。これらのデータに基づきデータベース化される設定パラメータの再評価、更新を行うことができる。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、それぞれの報知特定地において強度、到達時刻などを予測し表示などにより報知したが、センターに予測演算装置をおいて一定の地域の各特定地の強度、到達時刻などを予測し、伝送して報知してもよい。また、到達予測時刻、予測強度を表示により報知したが、音声やデジタル信号により出力するように構成してもよいし、地域防災支援システムに送信させるようにしてもよい。さらに、特定地域、特定地点を対象として予測演算を行ったが、２次元平面で予測演算を行い、予測強度、到達予測時刻をマッピングさせるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地震に関するリアルタイム情報に基づき、到来する地震波を予測し、報知する地震予測即時報知システムであって、複数地点で観測される地震波形に基づき震源位置、地震の大きさ、地震の発生時刻を求め、前記震源位置に基づき特定地の震央距離、前記地震の大きさに基づき有感半径を求める解析手段と、前記解析手段により求められた前記地震の大きさと前記特定地の震央距離に基づき前記特定地に到達する地震波の予測演算を行い前記特定地での予測強度及び到達予測時刻を求める予測演算手段と、前記解析手段により求められた前記特定地の震央距離が前記有感半径以内か否かにより報知の要否を判定する第１の判定手段と、前記予測演算手段によれ求められた前記予測強度を下限強度以下か否かにより報知の要否を判定する第２の判定手段と、前記予測強度と到達予測時刻を報知する報知手段とを備えたので、あらかじめ整備されていた地震観測網で決定された地震パラメータを、当該地点に地震波が到達するより早く伝達し、当該地点の位置、地震学的特性を考慮して、その地点の地震の強度などの地震防止上必要な情報を即時に算出し、それを地震波（Ｐ波、Ｓ波）の予測強度、到達予測時刻とともに報知することができる。
【００３５】
前記予測演算手段は、前記地震の大きさと前記特定地の震央距離に基づき前記特定地での標準強度を求めるとともに、地震動の場所の地質状況、建造物の構造の違いを含む増幅係数を求め、前記標準強度と増幅係数を用いて前記特定地に到達する地震波の予測演算を行うので、自治体用、個別用に対応してシステムを構成し、それぞれの対象、目的に応じて報知を行うようにすることができる。
【００３６】
また、前記予測演算手段は、地震Ｐ波及びＳ波の到達予測時間と予測震度を求め、前記Ｐ波の到達予測時間と予測震度のデータを実測データと比較して、前記Ｓ波の到達予測時間及び予測震度の補正を行い、前記補正を行った情報により前記予測演算のパラメータを更新するので、Ｓ波に対する予測精度をより高め、さらに予測精度の高いシステムを提供することができ、もって危険場所からの避難等の緊急動作を行うのを支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地震予測即時報知システムの実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係る地震予測即時報知システムの他の実施の形態を示す図である。
【図３】地震予測報知の表示例を示す図である。
【図４】内部システム及び外部システムの構成概要を示す図である。
【図５】本発明に係る地震予測即時報知システムの動作フローの例を説明するための図である。
【図６】地震予測報知後の予測情報の補正処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１−１〜１−ｎ…地震観測網、２、１１…受信部、３…解析部、４、１２…第１判定部、５、１３…予測演算部、６、１４…第２判定部、７、１５…報知部、１６…第１判定基準データ、１７…増幅係数データ、１８…第２判定基準データ

Claims

地震に関するリアルタイム情報に基づき、到来する地震波を予測し、報知する地震予測即時報知システムであって、
複数地点で観測される地震波形に基づき震源位置、地震の大きさ、地震の発生時刻を求め、前記震源位置に基づき特定地の震央距離、前記地震の大きさに基づき有感半径を求める解析手段と、
前記解析手段により求められた前記地震の大きさと前記特定地の震央距離に基づき前記特定地に到達する地震波の予測演算を行い前記特定地での予測強度及び到達予測時刻を求める予測演算手段と、
前記解析手段により求められた前記特定地の震央距離が前記有感半径以内か否かにより報知の要否を判定する第１の判定手段と、
前記予測演算手段によれ求められた前記予測強度を下限強度以下か否かにより報知の要否を判定する第２の判定手段と、
前記予測強度と到達予測時刻を報知する報知手段と
を備えたことを特徴とする地震予測即時報知システム。
前記予測演算手段は、前記地震の大きさと前記特定地の震央距離に基づき前記特定地での標準強度を求めるとともに、地震動の場所の地質状況、建造物の構造の違いを含む増幅係数を求め、前記標準強度と増幅係数を用いて前記特定地に到達する地震波の予測演算を行うことを特徴とする請求項１記載の地震予測即時報知システム。
前記予測演算手段は、地震Ｐ波及びＳ波の到達予測時間と予測震度を求め、前記Ｐ波の到達予測時間と予測震度のデータを実測データと比較して、前記Ｓ波の到達予測時間及び予測震度の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の地震予測即時報知システム。
前記予測演算手段は、前記補正を行った情報により前記予測演算のパラメータを更新することを特徴とする請求項３記載の地震予測即時報知システム。