JP6189923B2 - 地震予測装置 - Google Patents
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Description
この装置は、地震動の3方向(上下、東西、南北)の加速度成分を検出し、これら加速度成分をベクトル合成して加速度を算出し、この加速度から地震の揺れの大きさを示す指標値を算出することによって、地震の揺れの大きさをリアルタイムに計測する。
上述した地震動の3方向の加速度成分のうち上下方向の加速度成分は、他の加速度成分よりも早期に大きな値となる性質を有している。
しかし、地震動指標は、国際的には、改正メルカリ震度階(MMI:Modified Mercalli Intensity)が用いられており、上記特許文献1,2に記載された装置は、そのまま海外で使用することはできない。
例えば、Waldらは、地震動の加速度や速度からMMIの指標値を推計する方法を提案しており(非特許文献1)、また、日本国内でも、中村が、地震動指標としてMMIを用いて地震の揺れの大きさを実測する方法(非特許文献2)を提案している。
そこで、本発明の第1局面の地震予測装置では、地震動指標としてMMIを用い、地震動の初動部分において、地震の揺れの大きさを早期に予測する。
上下加速度取得部(10、S10)は、地震動を検出するセンサが地震動の検出を始めると、地震動の上下方向の加速度成分を示す上下加速度情報を、センサから順次取得するものである。
但し、αa及びβaは、過去に発生した複数の地震について、各地震の地震動が示す上下方向の加速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を説明変数(X)とし、各地震の揺れの大きさを改正メルカリ震動階で示した指標値を従属変数(Y)として、回帰分析により予め算出された回帰係数である。
例えば、過去に発生した地震を記録したデータベースとしてK−NETを用いて回帰分析を行うと(図2参照)、Y=3.56log10X−0.07となるので、上記予測式のαaは3.56、βaは−0.07としてもよい。
この計算式におけるαは3.66、βは−1.66である。
そして、これら予測式と計算式とから導かれる予測値(MMIap)と計算値(MMIa)とを比較すると、地震の初動の部分では、予測値(MMIap)のほうが計算値(MMIa)よりも早く上昇することが分かった。
また、本発明の地震予測装置では、地震動指標としてMMIを用いているので、国際的にもわかりやすい地震の予測が可能である。
本発明の地震予測装置を用いて地震の揺れの大きさを予測して警報する場合、ユーザ側の要求としては、例えば、次の二つの要求が予想される。
例えば、警報基準値をMMIの5.5段階とし、γaを−1とした場合、図7に示すように、空振警報比率は0%に近くなり、逆に、γaを1とした場合は、警報成功率は100%に近くなる。
次に、本発明の第3局面の地震予測装置のように、予測値算出部で算出された予測値(MMIap)と予め定められた警報基準値とを比較して、予測値(MMIap)が警報基準値を越えた場合、警報を行う警報部(18、S22〜S24)を備えてもよい。
10… 加速度取得部 14… 加速度記録部 16… 予測値算出部
18… 第1警報部 20… 地震発生判定部 20a… フラグ記憶領域
22… 調整係数設定部 24… 一般地震判定部 26… 第2警報部
30…上下加速度センサ 32… 東西加速度センサ
34… 南北加速度センサ
(第1実施形態)
1.地震予測装置1
第1実施形態の地震予測装置1について、図1を用いて説明する。尚、第1実施形態について説明する以下の欄では、第1実施形態を本実施形態と言う。
また、この地震予測装置1には、加速度センサ装置3と、外部警報装置5とが接続されている。
この加速度センサ装置3は、その観測点に地震波が到達すると、各センサ30〜34が各観測点での地震動の加速度成分の検出をそれぞれ開始し、各加速度成分を示すアナログ信号の出力を開始する。
そして、この外部警報装置5は、いずれかの地震予測装置1から警報信号を受信すると、警報音を出力したり、警報情報を表示するなどの警報動作を実行する。
地震予測装置1は、図1に示すように、加速度取得部10、加速度記録部14、予測値算出部16、第1警報部18、地震発生判定部20を有している。
加速度取得部10は、加速度センサ装置3の各センサ30〜34が地震動を検出したときに出力する3方向(東西、南北、上下)の加速度成分を示すアナログ信号を順次入力し、これらアナログ信号を予め定められたサンプリング周期ごとにサンプリングする。
尚、本実施形態では、サンプリング周期は100Hzに設定されているが、これに限られるものではない。(加速度取得部10を加速度センサ装置3に配置し、加速度センサ装置3から地震予測装置1へデジタル信号を伝送する形態でもよい。)
そして加速度記録部14は、加速度取得部10からデジタル信号を入力するごとに、そのデジタル信号が示す情報を順次記憶する処理を実行する。
予測値算出部16は、加速度取得部10からデジタル信号が出力されるごとに、加速度記録部14に記録された上下加速度情報中から、上下方向の加速度成分の絶対値のうち最大の絶対値である最大加速度値(Aumax)を用いて、後述する予測式に基づき、地震の揺れの大きさをMMIによって表した予測値(MMIap)を順次算出する。
そして、地震発生判定部20は、フラグ記憶領域20aに記憶されたフラグ情報を第1警報部18に出力する。
次に、本実施形態で用いられている下記の予測式について説明する。
予測式 MMIap=αalog10(Aumax)+βa
この予測式は、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値(MMIap)を求めるものである。
上述のように、上下加速度センサ30が地震動の検出を始めると、地震動の上下方向の加速度成分を示すサンプリングされた上下加速度情報が、加速度記録部14に順次記憶される。
一方、αa及びβaは、防災科学技術研究所が運用している地震観測ネットワークであるデータベースであるK−NETの記録波形データを用いて予め算出した係数値である。
ここで、Amaxは、地震動の最大速度の絶対値である。
また、αは3.66、βは−1.66である。
つまり、本実施形態の地震予測装置1は、地震動指標としてMMIを用い、地震動の初動部分において、警報が必要な大きさの揺れとなるかどうかを早期に予測することができる。
次に、本実施形態の地震予測装置1で実行される地震警報処理Aについて、図5を用いて説明する。
このS10では、加速度取得部10で実行される処理であって、加速度センサ装置3から入力された地震動の3方向(東西、南北、上下)の加速度成分を示すアナログ信号を入力して、サンプリングする処理が実行される。
このS12では、予測値算出部16で実行される処理であって、加速度記録部14に記録された上下加速度情報の中から、上下方向の加速度成分の絶対値のうち最大の絶対値である最大加速度値(Aumax)を用いて、予測値(MMIap)を算出する処理が実行される。
このS16では、地震が発生しているか判定する処理が実行される。
このS16は、第1警報部18で行われる処理であって、具体的には、フラグ記憶領域20aに記憶されたフラグが、地震発生中を示す「1」であるか、地震が発生していない通常状態を示す「0」であるかを判定する処理が実行される。
このS18は、地震発生判定部20で実行される。
このS22は、第1警報部18で実行される処理であって、S12で算出された予測値(MMIap)が、警報の基準となる警報基準値以上、すなわち、MMIで5.5段階以上であるか判定する処理が実行される。
S27では、S18と反対に、観測点の地震動の加速度の大きさが、予め定めた地震発生基準値よりも小さいか判定する処理が実行される。
4.本実施形態の地震予測装置の特徴的な作用効果
上述したように、過去に発生した地震の地震動の予測値(MMIap)と計算値(MMIa)とを比較すると、地震の初動の部分では、予測値(MMIap)のほうが計算値(MMIa)よりも5.4秒早く警報基準値に達することが分かった。
このように警報が必要な地震の発生を早期に予測ができると、例えば270kmで走行する高速鉄道の場合、大きな揺れとなる5.4秒前にブレーキをかけることができるので、本実施形態の地震予測装置1を用いると、大きな揺れとなってブレーキをかける場合に比べ375m手前で停止できる。
また、本実施形態の地震予測装置1では、予め定められた地震発生基準値を予測値(MMIap)が超えた場合にのみ警報がなされるので(S22→S24)、警報が不要な地震が発生した場合に警報がなされる無駄を抑制することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
1.地震予測装置1
本実施形態の地震予測装置1は、図6に示すように、調整係数設定部22を備えている点が、第1実施形態の地震予測装置1とは異なる。
予測式 MMIap=αalog10(Aumax)+βa+γa
本実施形態では、γaは−1〜1まで調整することができ、調整係数設定部22としては、例えば回転式の調整ツマミが用いられ、その回転量等を変えることで人の操作によりγaの値を調整することができるものが備えられる。
尚、本実施形態の地震予測装置1で実行される地震警報処理AのS22でも、予測値(MMIap)の算出は、上述のγaを加えた予測式を用いて行われる。
次に、警報成功率、及び、空振警報比率について図7を用いて説明する。
この警報成功率、及び、空振警報比率は、K−NETに記録された地震の地震動のデータを用いて算出したものである。
空振警報比率は、予測値(MMIap)が5.5以上になるもの総数のうち、計算値(MMIa)が5.5未満となる地震の割合である。
3.本実施形態の地震予測装置の特徴的な作用効果
本実施形態の地震予測装置1は、第1実施形態の地震予測装置1が奏する効果に加え、下記のような効果も奏する。
一つは、予測ははずれてもよいから、警戒が必要な地震の発生を予測したとき、警戒が必要な地震が本当に発生しているか否かにかかわらず、すべて警報して欲しいと望む場合すなわち、警報成功率を高めたい場合、が考えられる。
例えば、警報基準値をMMIの5.5段階とし、γaを−1とした場合、図7に示すように、空振警報比率は0%に近くなり、逆に、γaを1とした場合は、警報成功率は100%に近くなる。
一方、γaを−1とした場合、警戒が必要な地震が発生しているときに警報がなされない場合があるが、警戒が必要な地震が発生していないときに警報がなされることはない。
(対応関係)
上述の実施形態のS10の処理において加速度取得部10が実行する処理が、特許請求の範囲に記載された上下加速度取得部の一例に相当する。
上述の実施形態のS22〜S24の処理において、第1警報部18が外部警報装置5に対して警報信号を送信する処理が、特許請求の範囲に記載された警報部が警報を行う処理の一例に相当する。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、加速度センサ装置3は、地震予測装置1とは別装置として説明したが、地震予測装置1に組み込まれていてもよい。
また、図8に示すように、地震予測装置1には、従来の判定方法により地震を判定し、警報する一般地震判定部24と第2警報部26とを備えるようにしてもよい。
このため、本実施形態の地震予測装置1では、第1警報部18または第2警報部26のいずれかで地震が発生したと判定されたら、外部警報装置5において警報がなされることとなる。
そして、これら一般地震判定部24と第2警報部26とを備える場合、図9に示すように、S24からS27の間で、S25及びS26の処理を実行するようにしてもよい。
Claims (3)
- 地震動を検出するセンサが地震動の検出を始めると、前記地震動の上下方向の加速度成分を示す上下加速度情報を、前記センサから順次取得する上下加速度取得部(10、S10)と、
前記上下加速度取得部が順次取得した前記上下加速度情報が示す前記地震動の上下方向の加速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を最大加速度値(Aumax)とし、下記の予測式を用いて、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値(MMIap)を算出する予測値算出部(16、S12)と、
調整係数(γa)を調整する調整係数設定部(22)と
を備え、
前記予測式は、
MMIap=αalog 10 (Aumax)+βa+γa
であり、但し、αa及びβaは、回帰分析により予め算出された回帰係数であり、
前記調整係数設定部は、ユーザからの操作に応じて、調整係数(γa)を−1から1までの範囲で調整可能である地震予測装置。 - 請求項1に記載の地震予測装置において、
前記予測値算出部で算出された前記予測値(MMIap)と、予め定められた警報基準値とを比較して、前記予測値(MMIap)が前記警報基準値を越えた場合、警報を行う警報部(18、S22〜S24)
を備えることを特徴とする地震予測装置。 - 請求項2に記載の地震予測装置において、
前記地震動の有無により地震の発生を判定する地震発生判定部(20)を備え、
前記警報部は、
前記地震発生判定部により、前記地震が発生していると判定されているときに警報を行うことを特徴とする地震予測装置。
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