JP5760268B2 - 地震動継続時間予測システム - Google Patents

Description

本発明は、地震動継続時間予測システムに関する。詳しくは、地震動の継続時間を予測する地震動継続時間予測システムに関する。

従来より、地震動の収束は、対象地点に地震計を設置しておき、この地震計で検知した地震動の大きさに基づいて判定することが多い（特許文献１参照）。すなわち、特許文献１では、エレベーターの運転再開制御を行うに当たり、現地に地震計を設置しておき、この地震計により検出された地震動の大きさが設定した閾値よりも小さくなることを条件として、地震動が収束したと判定している。

しかしながら、地震計の設置に伴う導入コストに加え、維持管理のランニングコストが必要となるため、対象地点に地震計を設置することは容易ではない。

そこで、緊急地震速報などのリアルタイム地震情報を利用して、対象地点における地震動の強さや対象地点の建物の被害予測を行う地震防災システムが開発されている（特許文献２参照）。この防災システムにおいては、地震発生時に、緊急地震速報などのリアルタイム地震情報を利用して地震動の継続時間を算出し、この地震動の継続時間に基づいて当該建物の被害予測を行う。

ここで、地震動の継続時間は、以下のようにして求められている。
すなわち、予め、過去に発生した地震について、震源位置、マグニチュード、各受震域の観測データに基づいて、地震動のスペクトルの特性や継続時間に関する傾向を回帰分析などにより求めておく。同じ震源域で発生する地震は、ほぼ同じ地震発生メカニズムで発生するので震源特性が類似するうえに、同じ受震域では、ほぼ同じ地震動特性であることから、震源域および受震域の組合せごとにマグニチュードに応じた地震動スペクトル特性や継続時間のデータベースを構築する。

そして、地震発生時にリアルタイム地震情報（緊急地震速報）を受信すると、この地震の震源域と対象地点の属する受震域との組合せをデータベースから探し出して、該当する組合せの地震動スペクトル特性および地震動継続時間を読み出す。このようにして、地震動の継続時間を求める。

特開２００７−１７８２０２号公報 特開２００６−３４３５７８号公報

しかしながら、特許文献１に示された手法では、データベースに記憶された特定の震源域と受震域との組合せのみ地震動の継続時間を予測できる。そのため、地震動の観測データが記録されていない地域については、地震動の継続時間を予測できない、という問題があった。

本発明は、地震動の観測データが記録されていない任意の地点について、地震動の継続時間を予測できる地震動継続時間予測システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の地震動継続時間予測システムは、対象地点における地震動の継続時間を予測する地震動継続時間予測システムであって、前記対象地点の座標および実際の地震動の複数の観測データから得られた前記対象地点の地盤条件を記憶する記憶部と、予め実際の地震動の複数の観測データの波形の経時特性を包絡関数でモデル化して、地震動の継続時間を震源距離、気象庁マグニチュードおよび前記対象地点における地盤条件をパラメータとして求めた回帰式で表して、当該回帰式を前記記憶部に記憶させる回帰式算出部と、震源位置および気象庁マグニチュードを含むリアルタイム地震情報を受信する受信部と、前記リアルタイム地震情報の震源位置および前記記憶した対象地点の座標に基づいて震源距離を算出する震源距離算出部と、前記記憶した回帰式に、前記対象地点の前記震源距離および気象庁マグニチュードを代入するとともに、前記対象地点の地盤条件に基づいて軟質地盤の場合の値または硬質地盤の場合の値を代入して、地震動の継続時間を算出する継続時間算出部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、記憶部により、対象地点の座標および前記対象地点の地盤条件を記憶しておく。また、予め、回帰式算出部により、複数の実際の地震動の波形の経時特性を包絡関数でモデル化し、震源距離および気象庁マグニチュードをパラメータとした回帰式で表して、この回帰式を記憶部に記憶させておく。
そして、受信部によりリアルタイム地震情報を受信すると、震源距離算出部により、リアルタイム地震情報の震源位置および記憶した対象地点の座標に基づいて震源距離を算出する。次に、継続時間算出部により、記憶した回帰式に、対象地点の地盤条件、震源距離、および気象庁マグニチュードを代入して、地震動の継続時間を算出する。
よって、任意の地点について、地震動の継続時間を予測し、避難開始などの防災情報を建物内に報知できる。

この発明によれば、地盤条件を考慮し、回帰式として、軟質地盤における回帰式と硬質地盤における回帰式とを用いたので、地震動継続時間予測システムの予測精度を向上できる。

本発明によれば、記憶部により、対象地点の座標および前記対象地点の地盤条件を記憶しておく。また、予め、回帰式算出部により、複数の実際の地震動の波形の経時特性を包絡関数でモデル化し、震源距離および気象庁マグニチュードをパラメータとした回帰式で表して、この回帰式を記憶部に記憶させておく。そして、受信部によりリアルタイム地震情報を受信すると、震源距離算出部により、リアルタイム地震情報の震源位置および記憶した対象地点の座標に基づいて震源距離を算出する。次に、継続時間算出部により、記憶した回帰式に、対象地点の地盤条件、震源距離、および気象庁マグニチュードを代入して、地震動の継続時間を算出する。よって、任意の地点について、地震動の継続時間を予測し、避難開始などの防災情報を建物内に報知できる。

本発明の一実施形態に係る地震動継続時間予測システムのブロック図である。 前記実施形態に係る地震動継続時間予測システムの動作のフローチャートである。 関東地方における地震の震央分布を示す図である。 地震動の波形の経時特性の一例を示す図である。 軟質地盤における震源距離と継続時間との関係を示す図である。 硬質地盤における震源距離と継続時間との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る地震動継続時間予測システム１のブロック図である。
地震動継続時間予測システム１は、緊急地震速報などのリアルタイム地震情報に基づいて対象地点の地震動の継続時間を予測するものであり、受信部２、表示部３、および演算処理部４、および記憶部５を備える。

受信部２は、気象庁から送信されるリアルタイム地震情報を受信するものである。
表示部３は、受信部２で受信した情報や演算処理部４から出力された情報を表示するものであり、例えば、モニタである。

記憶部５は、種々の情報を記憶するものであり、例えばハードディスクである。この記憶部５は、予め、対象地点の座標（緯度・経度）を記憶するとともに、地表から深度３０ｍまでの平均Ｓ波速度Ｖ_Ｓ３０を対象地点の地盤条件として記憶している。また、後述の演算処理部４の回帰式算出部４１で求めた回帰式を記憶する。

演算処理部４は、記憶部５に記憶されたプログラムを読み出して、動作制御を行うＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）上に展開して実行するものである。
具体的には、演算処理部４は、回帰式算出部４１と、震源距離算出部４２と、予測震度算出部４３と、継続時間算出部４４と、を備える。

回帰式算出部４１は、実際の地震動の複数の観測データの波形の経時特性を包絡関数でモデル化し、震源距離算出部４２で算出した震源距離および気象庁マグニチュードをパラメータとした回帰式で表し、記憶部５に記憶させておく。

震源距離算出部４２は、リアルタイム地震情報を受信すると、リアルタイム地震情報の震源位置および記憶部５に記憶した対象地点の座標に基づいて、震源距離を算出する。
予測震度算出部４３は、震度の計算式（例えば、予報業務許可の技術基準について 気象庁地震火山部 ２０１０年３月１８日）に、震源距離算出部４２で算出した震源距離および気象庁マグニチュードを代入して、対象地点の予測震度を算出する。

継続時間算出部４４は、震源位置および気象庁マグニチュードを含むリアルタイム地震情報を受信すると、記憶部５から回帰式を読み出して、この回帰式に、対象地点の地盤条件、震源距離算出部４２で算出した震源距離、および気象庁マグニチュードを代入して、地震動の継続時間を算出する。

図２は、地震動継続時間予測システム１の地震動の継続時間を算出する動作のフローチャートである。

ステップＳ１では、受信部２により、リアルタイム地震速報を受信する。すなわち、このリアルタイム地震速報により、地震発生時刻ｔ_０、震源位置（具体的には、緯度、経度、震源深さ）、気象庁マグニチュードＭ_ｊなどの情報を取得する。

ステップＳ２では、震源距離算出部４２により、震源から対象地点までの震源距離Ｘを算出する。
ステップＳ３では、予測震度算出部４３により、震源距離算出部４２で算出した震源距離Ｘおよび気象庁マグニチュードＭ_ｊを震度の計算式に代入して、対象地点の予測震度を算出する。

ステップＳ４では、予測震度算出部４３により、対象地点の予測震度が３以上であるか否かを判定する。この判定がＹｅｓである場合には、ステップＳ５に移り、Ｎｏである場合には、終了する。

ステップＳ５では、継続時間算出部４４により、気象庁の走時表に基づいて、地震動の主要動が対象地点に到達する時刻ｔ_ａを算出する。

ステップＳ６では、継続時間算出部４４により、記憶部５から対象地点のＶ_Ｓ３０を読み出して、この読み出したＶ_Ｓ３０が４００ｍ／ｓ以上であるか否かを判定する。この判定がＮｏである場合には、対象地点が軟質地盤であるため、ステップＳ７に移り、Ｙｅｓである場合には、対象地点が硬質地盤であるため、ステップＳ８に移る。

ステップＳ７では、継続時間算出部４４により、記憶部５から以下の回帰式である（１）式を読み出す。

（１）式において、a、ｂ、ｃ、d、ｅは、地域や地盤条件によって異なる回帰係数であり、σ_１、σ_２は回帰式における対数標準偏差である。また、αは回帰式のばらつきを考慮した係数であり、対数標準偏差σ_１、σ_２に乗じる係数である。
また、記憶部５から軟質地盤についての地盤条件を読み出して、軟質地盤における地震動の継続時間ｔ_ｄ−ｔ_ａを求める。すなわち、a、ｂ、ｃ、d、ｅ、σ_１、σ_２を読み出して（１）式に代入する。

一方、ステップＳ８では、継続時間算出部４４により、記憶部５から上述の（１）式を読み出すとともに、硬質地盤についての地盤条件を読み出して、硬質地盤における地震動の継続時間ｔ_ｄ−ｔ_ａを求める。すなわち、a、ｂ、ｃ、d、ｅ、σ_１、σ_２を読み出して（１）式に代入する。

ステップＳ９では、継続時間算出部４４により、地震動の主要動が対象地点に到達する時刻ｔ_ａに地震動の継続時間ｔ_ｄ−ｔ_ａを加えて、地震動の終了時刻ｔ_ｄを算出する。
ステップＳ１０では、表示部３により、地震動の終了時刻ｔ_ｄを表示する。

以下、関東地域を例に、上述の（１）式を求める手順について説明する。
図３に示す１９９６年以降に発生した気象庁マグニチュードＭ_ｊが５．０以上の海溝性地震１８地震を選定し、これら１８地震の２３７８の観測データを利用した。なお、図３中の丸印は、震央の位置を示す。
まず、各観測データを軟質地盤と硬質地盤とに分類した。すなわち、地表から深度３０ｍまでの平均Ｓ波速度Ｖ_Ｓ３０を指標として、対象地点の地盤条件を整理した。具体的には、各観測データについてＶ_Ｓ３０を推定し、Ｖ_Ｓ３０が４００ｍ／ｓ以上を硬質地盤、４００ｍ／ｓ未満を軟質地盤とした。

以下、地震動継続時間は、地表面における地震動の加速度波形をモデル化した包絡曲線について、主要動が開始してから主要動の振幅が１／１０程度に収まるまでの時間とする。

そこで、各観測データについて、例えば図４に示すように、地震動の波形の経時特性をJennings型包絡形Ｅ（ｔ）でモデル化した。具体的には、地震動の波形を立上がり部、強震部、減衰部に分けて、Ｅ（ｔ）を以下の（２）〜（５）式で構成した。

ここで、ｔ_ａは立上がり部の開始時刻、ｔ_ｂは立上がり部の終了時刻すなわち強震部の開始時刻、ｔ_ｃは強震部の終了時刻すなわち減衰部の開始時刻、ｔ_ｄは減衰部の終了時刻、ＡはＥ（ｔ）における強震部の振幅値である。また、Ｂ＝ｌｎ１０／（ｔ_ｄ−ｔ_ｃ）である。

このようにモデル化した包絡関数を、震源距離Ｘおよび気象庁マグニチュードＭ_ｊをパラメータとした回帰分析を行って、上述の（１）式を得た。
このときの回帰係数a、ｂ、ｃ、d、ｅ、および対数標準偏差σ_１、σ_２を以下に示す。

図５（ａ）は、軟質地盤における強震部の継続時間ｔ_ｃ−ｔ_ｂと震源距離Ｘとの関係を示す図である。図５（ｂ）は、軟質地盤における減衰部の継続時間ｔ_ｄ−ｔ_ｃと震源距離Ｘとの関係を示す図である。
図６（ａ）は、硬質地盤における強震部の継続時間ｔ_ｃ−ｔ_ｂと震源距離Ｘとの関係を示す図である。図６（ｂ）は、硬質地盤における減衰部の継続時間ｔ_ｄ−ｔ_ｃと震源距離Ｘとの関係を示す図である。

図５および図６より、強震部の継続時間ｔ_ｃ−ｔ_ｂは、Ｍ_ｊ、Ｘが大きくなるほど長くなることが判る。また、減衰部の継続時間は、Ｍ_ｊにそれほど依存せず、Ｘが大きくなるほど長くなることが判る。また、強震部の継続時間ｔ_ｃ−ｔ_ｂは、減衰部の継続時間ｔ_ｄ−ｔ_ｃに比べて、ばらつきが大きいことが判る。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）記憶部５により、対象地点の座標および対象地点の地盤条件を記憶しておく。また、予め、回帰式算出部４１により、複数の実際の地震動の波形の経時特性を包絡関数でモデル化し、震源距離および気象庁マグニチュードをパラメータとした回帰式で表して、この回帰式を記憶部５に記憶させておく。
そして、受信部２によりリアルタイム地震情報を受信すると、震源距離算出部４２により、リアルタイム地震情報の震源位置に基づいて震源距離を算出する。次に、継続時間算出部４４により、記憶した回帰式に、対象地点の地盤条件、震源距離、および気象庁マグニチュードを代入して、地震動の継続時間を算出する。
よって、任意の地点について、地震動の継続時間を予測し、避難開始などの防災情報を建物内に報知できる。

（２）地盤条件を考慮し、回帰式として、軟質地盤における回帰式と硬質地盤における回帰式とを用いたので、地震動継続時間予測システム１の予測精度を向上できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１…地震動継続時間予測システム
２…受信部
３…表示部
４…演算処理部
５…記憶部
４１…回帰式算出部
４２…震源距離算出部
４３…予測震度算出部
４４…継続時間算出部

Claims (1)

1. 対象地点における地震動の継続時間を予測する地震動継続時間予測システムであって、
   前記対象地点の座標および実際の地震動の複数の観測データから得られた前記対象地点の地盤条件を記憶する記憶部と、
   予め実際の地震動の複数の観測データの波形の経時特性を包絡関数でモデル化して、地震動の継続時間を震源距離、気象庁マグニチュードおよび前記対象地点における地盤条件をパラメータとして求めた回帰式で表して、当該回帰式を前記記憶部に記憶させる回帰式算出部と、
   震源位置および気象庁マグニチュードを含むリアルタイム地震情報を受信する受信部と、
   前記リアルタイム地震情報の震源位置および前記記憶した対象地点の座標に基づいて震源距離を算出する震源距離算出部と、
   前記記憶した回帰式に、前記震源距離および気象庁マグニチュードを代入するとともに、前記対象地点の地盤条件に基づいて軟質地盤の場合の値または硬質地盤の場合の値を代入して、地震動の継続時間を算出する継続時間算出部と、を備えることを特徴とする地震動継続時間予測システム。

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