JP5161387B1 - 近距離直下型地震予知システム、近距離直下型地震の予知方法及び近距離直下型地震予知用計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、地震の前兆現象としての弾性波データを到達時間差が生じる複数の地点から取得することより、地震を精度高く予知することができる近距離直下型の地震予知システム、地震予知方法及び地震予知用計測装置の提供を目的とするものである。
【解決手段】本発明は、低周波数帯域の弾性波を検知し弾性波データに変換可能な計測装置と、この計測装置から上記弾性波データを受信する情報処理装置とを備え、上記情報処理装置が、上記計測装置により計測された弾性波データに対する近距離直下型地震の強度を予測する予測手段を有し、上記計測装置が、地中又は地上に設置される３個以上の弾性波検出体を有し、これらの弾性波検出体が、重力方向と面が略垂直の円環状に設置される。また、上記計測装置が、上記複数の弾性波検出体が形成する円環の中心にさらに弾性波検出体を有することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、近距離直下型の地震予知システム、地震予知方法及び地震用計測装置に関する。

地震を事前に予知することは、地震の被害を軽減することができるため古くから望まれている。予知の方法としては、種々の方法が検討されており、地盤変異による予知や前震の観測により地震の前兆をとらえる方法がある。

また、地中の弾性波により地震を検知する方法として、地震にはＰ波とＳ波の揺れがある性質を利用して、これらの伝播速度差により地震の激しい振動前に地震を検知する方法がある。しかし、この検知方法は、震源からある程度離れた地点では予測することができるが、近距離直下型の地震に対しては、Ｐ波とＳ波との到着時間差が僅かなため、事前に予測するのが難しい場合が多い。これに対して、地震の前兆現象と言われている地鳴りを検知し、地震発生を検知するシステムが開示されている（特開２０００−１９３７５３号公報）。これは、地中に設置したマイクロフォンにより地震の前兆現象と言われている地鳴りを検出し地震を早期検知する方法である。

しかし、地震の前兆現象はまだ解明すべき点も多く、地震の前兆現象を検知し地震予知行うためには、種々のデータを収集し、検証する必要がある。上述の開示されたシステムでは、地鳴りとしての弾性波をマイクロフォンにより収集しているが、一つの検知箇所から種々のデータを収集できる構成とはなっておらず、弾性波が生じている方向についても把握できる構成にはなっていない。

特開２０００−１９３７５３号公報

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、地震の前兆現象としての弾性波データを到達時間差が生じる複数の地点から取得することより、地震を精度高く予知することができる近距離直下型の地震予知システム、地震予知方法及び地震予知用計測装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の近距離直下型地震予知システムは、
低周波数帯域の弾性波を検知し弾性波データに変換可能な計測装置と、
この計測装置から上記弾性波データを受信する情報処理装置と
を備え、
上記情報処理装置が、上記弾性波データに対する近距離直下型地震の震度を予測する予測手段を有し、
上記計測装置が、地中又は地上に設置される９個以上のマイクロフォンを有し、
上記マイクロフォンのうち８個以上が、重力方向と面が略垂直の円環状に略等角度間隔で設置され、
上記マイクロフォンのうち１個以上が、上記円環の中心に設置され、
上記円環状に設置されるマイクロフォンの受信部が、円環の中心に対して反対の方向に向くように設置され、
上記円環の中心に設置されるマイクロフォンの受信部が、重力の方向に向くように設置される。

当該近距離直下型地震予知システムにあっては、重力方向と面が略垂直の円環状に設置される複数のマイクロフォンにより、同一発生源からの弾性波に対して複数の地点から弾性波データを取得することができる。そして、弾性波の発生源から異なる距離にマイクロフォンが設置されることになるため、マイクロフォンが検知する弾性波の到達時間差が生じることになる。この到達時間差により、弾性波が生じている方向を把握することができ、地震を精度高く予知することができる。

また、計測装置が、上記複数のマイクロフォンが形成する円環の中心にさらにマイクロフォンを有しているため、円環状の弾性波検出体により取得される弾性波データを補完することができる。

さらに、８個以上のマイクロフォンが円環状に略等角度間隔に設置され、１個以上のマイクロフォンが上記円環の中心に設置されるため、８方向以上からの到達時間差が生じた弾性波データを取得することができ、弾性波が生じている方向を詳細に把握することができる。

また、当該近距離直下型地震予知システムは、計測装置を複数有していることが好ましい。これにより、複数の計測装置を地域ごとに設置でき、地域ごとに収集した弾性波データを一元化することができるため、効率よく地震の予知をすることができる。

さらに、上記予測手段が、過去の弾性波データを含む地震に関する過去のデータに基づいて近距離直下型地震の強度を予測し、上記過去のデータを蓄積することにより予測性能が改善されることが好ましい。予測手段が、過去の弾性波データを含む地震に関する過去の実際のデータに基づいて近距離直下型地震の強度を予測することにより、地震を精度高く予知することができる。また、過去のデータを蓄積することにより、参考にする過去のデータ量が増えるため、地震予知の精度が向上する。

また、本発明に係る近距離直下型地震の予知方法は、上記構成からなる当該近距離直下型地震予知システムを用いて近距離直下型地震の震度を予測することにより近距離直下型地震を予知する方法である。

当該近距離直下型地震の予知方法によれば、既述の当該近距離直下型地震予知システムの利点を有する。つまり、複数の地点から弾性波データを取得することができ、弾性波検出体が取得する弾性波データの到達時間差により、弾性波が生じている方向を把握することができ、地震を精度高く予知をすることができる。

また、本発明の近距離直下型地震予知用計測装置は、
仮想中心から同等距離の異なる方向及び仮想中心に複数のマイクロフォンを有し、低周波数帯域の弾性波を検知可能な近距離直下型地震予知用計測装置であって、
上記仮想中心から同等距離の異なる方向に配設されるマイクロフォンのうち８個以上が略等角度間隔で配設され、
これらのマイクロフォンの受信部が、仮想中心に対して反対の方向に向くように設置され、
上記仮想中心に配設されるマイクロフォンの受信部が、仮想重力の方向に向くように配設される。

当該近距離直下型地震予知用計測装置にあっては、仮想中心から同等距離の異なる方向に複数のマイクロフォンを有することにより、同一発生源からの弾性波に対して複数の地点から弾性波データを取得することができる。そして、弾性波の発生源から異なる距離にマイクロフォンが設置されることになるため、マイクロフォンが検知する弾性波データの到達時間差が生じることになる。この到達時間差により、弾性波が生じている方向を把握することができ、地震を精度高く予知することができる。また、計測装置が、仮想中心にマイクロフォンを有しているため、仮想中心から同等距離の異なる方向に配設されるマイクロフォンにより取得される弾性波データを補完することができる。さらに、８個以上のマイクロフォンが仮想中心から同等距離の異なる方向に配設されるため、８方向以上からの到達時間差が生じた弾性波データを取得することができ、弾性波が生じている方向を詳細に把握することができる。

なお、「低周波数帯域」とは、１００Ｈｚ以下の周波数帯域を意味する。

以上説明したように、本発明の近距離直下型の地震予知システム、地震予知方法及び地震予知用計測装置は、地震の前兆現象としての弾性波データを到達時間差が生じる複数の地点から取得することにより地震を精度高く予知することができる。

本発明の一実施形態に係る近距離直下型地震予知システムのシステム構成図である。 図１の近距離直下型地震予知システムにおける弾性波検出体の模式的平面配置図ある。 図１の近距離直下型地震予知システムにおける情報処理装置の構成図である。 図１の近距離直下型地震予知システムにおける地震を予知する際のプロセスを示す模式図である。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。

＜システム構成＞
図１に示すように、当該近距離直下型地震予知システム１は、複数の計測装置２、情報処理装置３及び通信ネットワーク４から構成される。また、情報処理装置３は、通信ネットワーク４により複数の計測装置２と接続される。

計測装置２は、弾性波データを受信する装置であり、通信ネットワーク４を介し情報処理装置３に接続される。

計測装置２は、複数の弾性波検出体１１及びこれら弾性波検出体１１に接続される変換器１２を有する。

図２に示すように、弾性波検出体１１は、重力方向と面が略垂直の円環状に８個の弾性波検出体１１が略等角度間隔で設置される。さらに、１個の弾性波検出体１１が、この円環の中心に配置される。円環状に設置される弾性波検出体は、円環の中心に対して反対の方向に震度を検知する受信部が向くように設置され、円環の中心に設置される弾性波検出体は、重力の方向に受信部が向くように設置される。

円環状に設置される弾性波検出体１１と円環の中心に設置される弾性波検出体１１との距離は、特に限定されないが、１ｍ以上３ｍ以下が好ましい。これらの弾性波検出体１１の距離が上記下限未満の場合、弾性波検出体１１同士が近接しすぎ、弾性波データの到達時間差が生じにくくなる。一方、上記上限を超える場合、地中に設置する際には弾性波検出体１１を円環状に設置するのが困難となる。

また、弾性波検出体１１には、例えばマイクロフォンが用いられる。このマイクロフォンは、低周波数帯域を測定できるものであればよく、特に限定されないがセラミックマイクロフォン、コンデンサマイクロフォン等を用いることができる。

変換器１２は、弾性波検出体１１により弾性波から変換された電気信号を弾性波データに変換する。これにより、弾性波検出体１１により検知した弾性波を弾性波データに変換することができ、情報処理装置３に送信することができる。

また、計測装置２は、複数の地域の地上又は地中に設置される。地域ごとに地上又は地中に設置することを選択でき、地中に設置する際は、地域ごとに埋設する深さを変えることができる。設置される地域としては、特に限定されないが、例えば５０ｋｍごとに設置することができる。これにより、多数の地域の弾性波データを入手することができる。また、地中に埋設される場合は、防水機能を有する弾性波検出体１１や変換器１２が用いられることが好ましい。

図３に示すように、情報処理装置３は、受信部２１、処理部２２、記憶部２３、入力部２４及び出力部２５を有する。

受信部２１は、計測装置２より受信した弾性波データを受信し、処理部２２に弾性波データを提供する。

処理部２２は、予測部２６及びデータ加工部２７を有しており、これらの各部により、受信部２１及び記憶部２３の情報を用いて、地震予知のための各種処理を行う。

予測部２６は、予測手段の機能を有しており、過去の弾性波データを含む地震に関する過去のデータに基づいて、受信部２１から取得した弾性波データに対する地震の強度を予測する。また、予測部２６は、地震に関する過去のデータを記憶部２３に蓄積する。地震に関する過去のデータは、過去の弾性波データ及び近距離直下型地震の震度情報から構成されており、過去の弾性波データは、受信部２１から取得した弾性波データが蓄積されたものである。また、近距離直下型地震の震度情報は、当該近距離直下型地震予知システムの計測装置２に地震計を設置し、通信ネットワーク４を介して取得してもよく、別途、地震の震度を計測している機関等から情報を入手してもよい。また、過去の弾性波データにおいても、別途、外部より取得したものを用いてもよい。

データ加工部２７は、記憶部２３に記憶されている過去の弾性波データを含む地震に関する過去のデータをグラフ、図表等に加工する。これにより、記憶部２３に記憶されている上記データを視覚的に確認することができる。

記憶部２３は、過去の弾性波データを含む地震に関する過去のデータを記憶する。また、記憶部２３には、処理部２２において処理する際に必要となるデータ及びプログラムと、受信部２１、入力部２４及び入出力部２５とのデータのやり取りに必要なデータとを格納する。

入力部２４は、情報処理装置３にデータを入力するためのインターフェースである。入力部２４により入力されたデータは、処理部２２に送られる。入力部２４としては、特に限定されないが、キーボード、マウスやタッチパネル等のポインティングデバイス又はスキャナを単独又は併用して用いることができる。

出力部２５は、情報処理装置３からのデータを出力するためのインターフェースである。出力部２５には、予測部２６で予測したデータやデータ加工部２７で加工したデータが送られる。出力部２５としては、特に限定されないが、モニター、プリンター又はスピーカーを単独又は併用して用いることができる。

通信ネットワーク４は、複数の計測装置２と情報処理装置３とを接続するネットワークである。通信ネットワーク４は、計測装置２により取得された弾性波データを情報処理装置３に送る際に用いられる。また、通信ネットワーク４は、特に限定されないが、インターネット及び／又は専用線を用いてネットワークを構築することができる。また、使用される回線の種類としては、有線回線及び／又は無線回線を用いることができ、通信速度が速い光ファイバー回線が好ましい。

＜予知プロセス＞
次に、当該近距離直下型地震予知システム１において、地震の予知プロセスについて、図４を参照しつつ説明する。

当該近距離直下型地震予知システム１においては、図４に示すように、（１）弾性波検知、（２）弾性波方向把握（３）地震震度算出、及び（４）地震予知情報出力により、地震の予知が行われる。

まず、（１）弾性波検知について説明する。地震の前兆現象である地鳴り等の揺れが発生すると、既述のように計測装置２が弾性波データを取得し情報処理装置３に送信する。

次に、（２）弾性波が生じている方向について把握する。当該近距離直下型地震予知システム１においては、８個の弾性波検出体１１が略等間隔で設置されているため、同一発生源からの弾性波に対して、到達時間差が生じた複数の弾性波データを取得することができる。この到達時間差により、弾性波が発生している方向を把握することができる。つまり、複数の弾性波検出体が検知する弾性波の到達時間順を確認することにより、弾性波が発生している方向を把握することができる。

次に、（３）地震震度算出について説明する。情報処理装置３の受信部２１が受信した弾性波データは、処理部２２によって記憶部２３に記録されるとともに、記憶部２３に記録されている地震に関する過去のデータに基づいて地震の震度の算出が行われる。

地震の震度の算出方法としては、特に限定されず種々の方法により算出することが可能であるが、例えば過去の弾性波データの周波数及びこの過去の弾性波データを生じさせた過去の地震の震度に基づいて算出することができる。詳述すると、過去の弾性波データと近距離直下型地震の震度情報を組み合わせることにより、過去の弾性波データを生じさせた地震の震度を特定する。そして、過去の弾性波データの周波数をＸ軸とし、過去の地震の震度をＹ軸とした過去の地震の震度と弾性波データの分布状況から導き出される近似曲線の値を用いて、受信した弾性波データの周波数に対応する地震の震度を算出することができる。また、当該近距離直下型地震予知システム１は、過去の弾性波データと近距離直下型地震の震度情報を蓄積することができ、データの分布状況から導き出される近似曲線が更新され、震度の算出の精度を向上できる。なお、地震の震度を算出する際に使用される弾性波データは、円環の中心にある弾性波検出体が検知した弾性波に係るデータが用いられてもよく、円環状にある弾性波検出体が検知した弾性波に係るデータが用いられてもよい。また、複数の弾性波検出体が検知した弾性波に係る複数のデータにより地震の震度の算出が行われてもよい。過去の地震を算出する際の基準項目として、周波数を用いて説明したが、基準項目としてはこれらの項目に限定される必要はなく、弾性波の検知時間、弾性波の強弱、弾性波が生じている方向又は深度が基準となってもよく、これらの項目を複数用いたものを基準としてもよい。また、複数の弾性波検出体１１による基準により地震の震度の算出が行われてもよい。

震度を算出後、一定以上の震度であった場合、（４）地震予知情報の出力が行われる。地震予知情報の出力は、処理部２２により、地震の可能性がある旨の情報を出力部２５に出力する。例えば出力部２５がモニターやプリンターの場合は、テキストメッセージや図により地震の可能性がある旨が出力され、スピーカーに出力される場合は、音声によりその旨が出力される。

＜予知方法＞
次に、当該近距離直下型地震予知システム１を用いて地震の予知を行う方法について説明する。

当該近距離直下型地震予知システム１においては、出力部２５から、地震予知情報が出力されるため、地震の予知を行うことができる。

また、データ加工部２７により加工されたデータが出力部２５から出力される出力結果を用いて、作業者が地震の強度を判断することもできる。例えば、一定の地域から増加傾向にある弾性波データやある一定のリズムで発生している弾性波データを発見することができ、これらのデータと蓄積された弾性波データと差異が生じている場合において、その原因となるものが、工事に関係する等の他の要因が見つからない場合は、地震の可能性があるもとのとして判断することができる。このようにデータ分析を行うことにより、地震を精度高く予知することができる。

＜利点＞
当該近距離直下型地震予知システム１においては、８個の弾性波検出体１１が円環状に略等角度間隔で設置されるため、同一発生源からの弾性波に対して８地点からの弾性波データを取得できる。そして、弾性波の発生源から異なる距離に弾性波検出体１１が設置されることになるため、弾性波検出体１１が検知する弾性波データの到達時間差が生じることになる。この到達時間差により、弾性波が生じている方向を把握することができる。従って、低周波の弾性波データを取得することができるマイクロフォンが、地震の前兆現象といわれている地鳴り等の弾性波データを複数の地点から取得し、地震を精度高く予知することができる。

また、弾性波検出体１１が円環の中心にも設置されるため、円環状の弾性波検出体により取得される弾性波データを補完することができる。さらに、計測装置２が地域ごとに設置されるため、地域ごとに収集した弾性波データを一元化することができるため、効率よく地震の予知をすることができる。

さらに、当該近距離直下型地震予知システム１は、過去の地震の震度及び過去の弾性波データに基づいて、地震の震度を予測することができる。これにより、地震に関する過去のデータを参照して予測することができるため、地震を精度高く予知することができる。また、当該近距離直下型地震予知システム１においては、記憶部２３に蓄積された弾性波データ及び近距離直下型地震の地震情報を用いて震度の算出を行うため、これらのデータ量が増えるに従い、地震予知の精度が向上する。

また、地震の前兆現象により地震の予知を行うためには、まだ解明すべき点も多く様々なデータを取得し分析する必要があるが、当該近距離直下型地震予知システム１においては、出力部２５より出力される情報を用いて各種データを分析することができ、地震を精度高く予知することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、以下の実施形態も有する。

当該近距離直下型地震予知システムにおいては、計測装置は、弾性波検出体のみを有し、弾性波検出体が弾性波を弾性波データに変換し、変換器を介さず直接情報処理装置に送信してもよい。

また、計測装置の弾性波検出体として、ハイドロフォン、振動センサ、加速度センサ等を用いることができる。例えば、ハイドロフォンを用いることにより、水分量が多い地中に埋設する場合も特別な防水機能を持たせずに設置することができる。

さらに、当該近距離直下型地震予知システムにあっては、弾性波検出体は円環状に３個以上設置されていればよいため、例えば円環状に３個の弾性波検出体を設置した構成でもよい。また、円環の中心に弾性波検出体を設置せず、円環状のみに弾性波検出体を設置してもよい。さらに、円環の中心に設置される弾性波検出体は１個以上であればよいため、例えば円環の中心に３個の弾性波検出体を設置した構成でもよい。

さらに情報処理装置は、計測装置の稼働状況を確認できるモニタリング手段を備えてもよい。これにより、計測装置の設置個所に行かなくても、計測装置の稼働状況を確認でき、計測装置の故障を迅速に確認することができる。

さらに、地震の震度を算出する方法としては、既述の方法に限定されず、地震に関する過去のデータにかえて、作業者が当該近距離直下型地震予知システムを用いて分析した結果により作成したデータを用いて算出してもよい。また、地震に関する過去のデータは、当該近距離直下型地震予知システムにより蓄積したデータに限定されず、外部データを取り込んでもよい。

以上のように、本発明の近距離直下型地震予知システムは、地震を予知するのに用いることができ、地震の被害を軽減することができる。

１ 近距離直下型地震予知システム
２ 計測装置
３ 情報処理装置
４ 通信ネットワーク
１１ 弾性波検出体
１２ 変換器
２１ 受信部
２２ 処理部
２３ 記憶部
２４ 入力部
２５ 出力部
２６ 予測部
２７ データ加工部

Claims (5)

1. 低周波数帯域の弾性波を検知し弾性波データに変換可能な計測装置と、
   この計測装置から上記弾性波データを受信する情報処理装置と
   を備え、
   上記情報処理装置が、上記弾性波データに対する近距離直下型地震の震度を予測する予測手段を有し、
   上記計測装置が、地中又は地上に設置される９個以上のマイクロフォンを有し、
   上記マイクロフォンのうち８個以上が、重力方向と面が略垂直の円環状に略等角度間隔で設置され、
   上記マイクロフォンのうち１個以上が、上記円環の中心に設置され、
   上記円環状に設置されるマイクロフォンの受信部が、円環の中心に対して反対の方向に向くように設置され、
   上記円環の中心に設置されるマイクロフォンの受信部が、重力の方向に向くように設置される近距離直下型地震予知システム。
2. 上記計測装置を複数有している請求項１に記載の近距離直下型地震予知システム。
3. 上記予測手段が、過去の弾性波データを含む地震に関する過去のデータに基づいて近距離直下型地震の震度を予測し、
   上記予測手段の予測機能が、上記過去のデータが蓄積されることにより更新される
   請求項１又は請求項２に記載の近距離直下型地震予知システム。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の近距離直下型地震予知システムを用いて近距離直下型地震の震度を予測する近距離直下型地震の予知方法。
5. 仮想中心から同等距離の異なる方向及び仮想中心に複数のマイクロフォンを有し、低周波数帯域の弾性波を検知可能な近距離直下型地震予知用計測装置であって、
   上記仮想中心から同等距離の異なる方向に配設されるマイクロフォンのうち８個以上が略等角度間隔で配設され、
   これらのマイクロフォンの受信部が、上記仮想中心に対して反対の方向に向くように配設され、
   上記仮想中心に配設されるマイクロフォンの受信部が、仮想重力の方向に向くように配設される近距離直下型地震予知用計測装置。
   

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