JP6715138B2 - 地震計 - Google Patents

Description

本発明は、地震計に関するものである。

特許文献１には、地震動の初期微動（Ｐ波）探知方法が開示されている。このＰ波探知方法では、地動を常時観測し、観測した地動の水平動と上下動とを使って地震動の危険度判定指標値を算出し、また一方で観測した地震動の水平動のみを使って地震動の危険度判定指標値を算出し、これらの差が所定値以上となった場合に地震動のＰ波と判定する。そして、地震動がＰ波である間に、地震動の危険度判定指標値が警報レベル（所定の閾値）を超えた場合に警報を出力する。

特許文献２には、震央距離及びマグニチュードの推定方法が開示されている。この推定方法は、Ｂ−Δ法と呼ばれる方法である。このＢ−Δ法では、地震計から得られるＰ波の波形形状の特徴に注目し、数個のパラメータを含む簡易な関数でフィッティングすることによりこの波形形状を定量化し、得られたパラメータから震央距離及びマグニチュードを推定する。

特許文献３には、直下型地震発生検出システムが開示されている。このシステムでは、上下動と水平動とを含む振動を検出し、その振動に含まれる上下動が、所定時間内に所定の閾値に達し、且つ、その振動の上下動と水平動の比が所定の設定値を超えることにより、その振動が直下型地震特有の振動であると判断されて、警報が出力される。

特開２００６−１０６６４号公報 特開２００２−２７７５５７号公報 特開２００６−２３４４８０号公報

地震発生時における安全性確保のために、Ｐ波の情報から、後に到達するＳ波の大きさを推定し、これに基づいてＳ波が到達する前に警報を発することが望ましい。そこで、例えば特許文献１〜３に記載された方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載のＰ波探知方法では、所定の閾値を適正に定めることが難しい。また、特許文献２に記載の推定方法では、Ｐ波の情報を検出してから震央距離及びマグニチュードを推定するまでに３秒以上の時間を要すると推測される。このようにＰ波の情報を検出してからＳ波の情報を推定するまでに数秒の時間を要する場合、Ｐ波が到達してからすぐにＳ波が到達してしまう直下型地震に対応することが難しい。また、特許文献３に記載の直下型地震発生検出システムでは、直下型地震特有の振動を検出するシステムなので、様々な到達形態の地震に対応することが難しい。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、様々なＰ波の到達形態の地震に対して、Ｓ波の大きさを速やかに推定することができる地震計を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の地震計は、観測地点において地動を観測し、地動の地震動を検出する計測部と、過去に発生した地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波が到達してから連続する複数の予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係が、各予測期間ごとに記録された記録部と、各予測期間における相関関係と、計測部により計測された地震動のＰ波の加速度の最大値とを用いて、観測地点に到達する地震動のＳ波の加速度の最大値を各予測期間が経過するごとに推定する演算部と、を備える。

本発明の地震計では、複数の予測期間のうち少なくとも一部の予測期間は、地震動のＰ波が到達してからＳ波が到達するまでのＰ波の継続期間に含まれる。したがって、演算部３１は、地震動のＰ波の継続期間が経過するまで待つことなく、地震動のＳ波の加速度の最大値を速やかに推定することができる。これにより、本実施形態による地震計１０は、Ｐ波が到達してからすぐにＳ波が到達してしまう直下型地震、及び、Ｐ波の波形が数十秒かけて成長するような遠方の地震といった様々なＰ波の到達形態の地震に対して対応することができる。

また、本発明の地震計では、複数の予測期間はＳ波が到達するまでの期間であってもよい。本発明の地震計では、地震動のＰ波が到達してからＳ波が到達するまでの予測期間に地震動のＳ波の加速度の最大値が推定されることが好適である。

また、本発明の地震計では、演算部は、地震動の水平動の振幅が、地震動の上下動の振幅に１以上の実数である所定の係数を乗じた値よりも大きくなったときに、地震動をＳ波と判定してもよい。地震動のＰ波が到達してから地震動のＳ波が到達するまでの予測期間においては、地震動の上下動の振幅が地震動の水平動の振幅に対して卓越するが、地震動のＳ波が到達すると、地震動の水平動の振幅が上下動の振幅に対して卓越する特性がある。この特性を利用して、地震動の水平動の振幅と、地震動の上下動の振幅に係数を乗じた値との関係から地震動のＳ波の到達を精度良く判定することができることを本発明者は見出した。これにより、Ｓ波が到達した後の震源距離及び地震動の震度の計算を精度良く行うことができる。

また、本発明の地震計は可搬型であってもよい。１点の観測地点においても本発明の地震計を適用することができるので、本発明の地震計を持ち運び可能な可搬型とすることができる。

また、本発明の地震計は、各予測期間が経過するごとに、地震動の予測震度を更新して表示する表示部を更に備え、予測震度は、各予測期間が経過するごとに推定される地震動のＳ波の加速度の最大値から演算部により算出されてもよい。ここで、各予測期間のうち少なくとも一部の予測期間は、Ｐ波の継続期間に含まれる。したがって、表示部は、地震動のＰ波の継続期間が経過するまで待つことなく、予測震度を速やかに表示することができる。

また、本発明の地震計は、各予測期間が経過するごとに、地震動の予測震度が所定の設定値以上である場合には警報を発生し、予測震度が設定値未満である場合には警報の発生を解除する警報部を更に備え、予測震度は、各予測期間が経過するごとに推定される地震動のＳ波の加速度の最大値から演算部により算出されてもよい。ここで、各予測期間のうち少なくとも一部の予測期間は、Ｐ波の継続期間に含まれる。したがって、警報部は、地震動のＰ波の継続期間が経過するまで待つことなく、警報を速やかに発生することができる。

本発明による地震計によれば、様々なＰ波の到達形態の地震に対して、Ｓ波の大きさを速やかに推定することができる。

本発明の一実施形態による地震計の構成例を示すブロック図である。 （ａ）過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波の到達後から０．５０秒経過時までの予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。（ｂ）過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波の到達後０．５１秒経過時から１．００秒経過時までの予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。 （ａ）過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波の到達後１．０１秒経過時から２．００秒経過時までの予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。（ｂ）過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波の到達後２．０１秒経過時から３．００秒経過時までの予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。 （ａ）過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波の到達後３．０１秒経過時から４．００秒経過時までの予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。（ｂ）過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波の到達後４．０１秒経過時から５．００秒経過時までの予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。 地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する方法を説明するためのグラフである。 処理部における処理内容を示すフローチャートである。 地震動のＳ波の到達を判定する方法を説明するためのグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明による地震計の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、地震計１０の構成例を示すブロック図である。地震計１０は、可搬型の装置であって、計測部２０と、処理部３０と、第１の警報部（警報部）４０とを備える。計測部２０は、３つの加速度計２１と、Ａ／Ｄ変換器２２とを有する。加速度計２１は、観測地点において地動を観測し、地動の地震動を検出する。具体的には、３つの加速度計２１が、東西（Ｅ−Ｗ）方向、南北（Ｎ−Ｓ）方向、上下（Ｕ−Ｄ）方向の地震動の加速度を計測する。３つの加速度計２１は、上記３方向の地震動の加速度の大きさを示すアナログ信号を、所定のサンプリング周期に同期させてＡ／Ｄ変換器２２に出力する。加速度計２１は、サーボ加速度計であってもよく、或いは、サーボ加速度計に代えてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）加速度センサであってもよい。なお、サーボ加速度計或いはＭＥＭＳ加速度センサを用いることにより、上記３方向の地震動の加速度について所定の精度が得られることが望ましい。また、加速度計２１は、上記３方向の加速度の大きさを計測できれば、４つ以上設けられてもよい。

Ａ／Ｄ変換器２２は、３つの加速度計２１に電気的に接続されている。Ａ／Ｄ変換器２２は、アナログ信号をデジタル信号（加速度データ）に変換する。Ａ／Ｄ変換器２２は、従来の１秒ごとに加えて例えば１０ミリ秒ごとに、加速度データを生成する。Ａ／Ｄ変換器２２は、加速度データを所定のデータに細分化したのち処理部３０に出力する。

処理部３０は、演算部３１と、入出力部３２と、ＣＰＵ部３３と、表示部３５と、操作部３６と、時刻校正部３７と、電源部３８と、内部バッテリ３９とを有する。演算部３１は、Ａ／Ｄ変換器２２に電気的に接続されている。演算部３１には、Ａ／Ｄ変換器２２から出力された加速度データが入力される。演算部３１は、地震動の発生を監視する。具体的には、演算部３１は、加速度データから地震動のＰ波の到達を判定する。演算部３１は、地震動のＰ波が到達したと判定した後（すなわち地震発生後）、加速度データの解析処理を行う。具体的には、演算部３１は、地震動のＰ波が到達したと判定した時刻（トリガ時刻）以降の加速度データから、地震動のＰ波の加速度の最大値を、トリガ時刻以降の連続する複数の予測期間ごとに抽出する。演算部３１は、各予測期間における地震動のＰ波の加速度の最大値、及び、過去に発生した地震データのＰ波の加速度の最大値とＳ波の加速度の最大値との相関関係を示す関係式を用いて、複数の予測期間が経過するごとに、のちに観測地点に到達する地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する。上記の相関関係を示す関係式、及び地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する具体的な方法については後述する。

演算部３１は、各予測期間が経過するごとに推定される地震動のＳ波の加速度の最大値から、地震動の予測震度、Ｓ波が到達するまでの予測時間、マグニチュード、震央距離、震央方位、及び震源深さを示す推定データを、各予測期間が経過するごとに算出する。演算部３１は、推定データを入出力部３２に出力する。予測震度は、震度計算アルゴリズムによって算出される。震度計算アルゴリズムは、気象庁により制定された、震度計が満たすべき性能の技術基準に基づいて定められている。演算部３１は、予測震度が、操作部３６により設定されるＳ波の警報レベル（設定値）以上であるか否かについて、各予測期間が経過するごとに判定する。予測震度がＳ波の警報レベル以上である場合には、演算部３１は入出力部３２に警報発生信号を出力する。予測震度がＳ波の警報レベル未満である場合には、演算部３１は入出力部３２に警報解除信号を出力する。

また、演算部３１は、加速度データから地震動のＳ波の到達を判定する。演算部３１は、Ｓ波が到達したと判定した時刻以降の加速度データから、地震動の震度、ＳＩ（Spectrum Intensity）値、及び合成加速度を示す実測データを算出する。演算部３１は、実測データを入出力部３２に出力する。震度は、予測震度と同様に、上記の震度計算アルゴリズムによって算出される。ＳＩ値は、地震動の強度の尺度として利用されており、次の式で表される。

ｈは減衰定数、Ｓｖは速度応答スペクトル、Ｔは固有周期を表している。ＳＩ値は速度応答スペクトルＳｖの平均値である。減衰定数ｈ＝２０％（０．２）、及び固有周期Ｔ＝０．１秒〜２．５秒において、演算部３１は、加速度データから地震動の変位応答、速度応答、及び加速度応答を算出したのち、速度応答スペクトルＳｖを算出する。速度応答スペクトルＳｖは、水平動（Ｅ−Ｗ方向及びＮ−Ｓ方向）成分の合成値である。演算部３１は、（１）式を用いてＳＩ値を算出する。

入出力部３２は、演算部３１、表示部３５、操作部３６、時刻校正部３７、第１の警報部４０、第２の警報部４１、及び外部表示部５０といった機器間で通信を行うための通信インターフェイスである。入出力部３２は、これらの機器間の通信に用いられる通信プロトコルの変換、及びこれらの機器に入出力する信号を論理レベル変換する機能を有する。入出力部３２は、演算部３１に電気的に接続されている。入出力部３２は、演算部３１により入力された推定データ及び実測データを、ＣＰＵ部３３の指示に従って表示部３５、操作部３６、及び外部表示部５０に出力する。また、入出力部３２は、演算部３１により入力される警報発生信号又は警報解除信号を、ＣＰＵ部３３の指示に従って、第１の警報部４０及び第２の警報部４１に出力する。ＣＰＵ部３３は、入出力部３２に接続されている。ＣＰＵ部３３は、ＣＰＵが組み込まれた集積回路である。ＣＰＵは、プログラムの実行により様々な数値計算や情報処理、及び上記の機器の制御を行う機能を有する。

記録部３４は、ＣＰＵ部３３に含まれる。記録部３４としては、例えばＣＦカードが用いられる。記録部３４は、例えばＰ波の加速度の最大値を記録したログ情報、上述した相関関係（すなわち、過去に発生した地震データのＰ波の加速度の最大値とＳ波の加速度の最大値との相関関係）を示す関係式、上述した推定データ及び実測データを記録する。相関関係を示す関係式は、各予測期間ごとに記録されている。なお、ログ情報、相関関係を示す関係式、推定データ、及び実測データといった記録部３４に記録されるデータは、例えばパソコンを用いて閲覧が可能なフォーマットにて記録される。ここで、相関関係、及び相関関係を示す関係式について詳細に説明する。

相関関係は、過去に発生した複数の地震データのＳ波の加速度の最大値と、地震データのＰ波が到達してから連続する複数の予測期間における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係である。なお、過去に発生した複数の地震データは、例えば国立研究開発法人防災科学技術研究所（ＮＩＥＤ）が所有する国内地震の地震データである。図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、及び図４（ｂ）は、地震データのＳ波の加速度の最大値と、複数の予測期間Ｔ_１〜Ｔ_６における地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係を示す散布図である。図２（ａ）はＰ波の到達後から０．５０秒経過時までの予測期間Ｔ_１、図２（ｂ）はＰ波の到達後０．５１秒経過時から１．００秒経過時までの予測期間Ｔ_２、図３（ａ）はＰ波の到達後１．０１秒経過時から２．００秒経過時までの予測期間Ｔ_３、図３（ｂ）はＰ波の到達後２．０１秒経過時から３．００秒経過時までの予測期間Ｔ_４、図４（ａ）はＰ波の到達後３．０１秒経過時から４．００秒経過時までの予測期間Ｔ_５、図４（ｂ）はＰ波の到達後４．０１秒経過時から５．００秒経過時までの予測期間Ｔ_６である。これらの散布図において、横軸はＰ波の加速度の最大値（単位：Ｇａｌ（ただし１Ｇａｌ＝０．０１ｍ／ｓ^２））の対数値を表し、縦軸はＳ波の加速度の最大値（単位：Ｇａｌ）の対数値を表している。グラフＧ１０〜Ｇ１５は、これらの散布図の直線近似式である。これらの散布図に示されるように、地震データのＳ波の加速度の最大値Ｙと、複数の予測期間Ｔ_１〜Ｔ_６における地震データのＰ波の加速度の最大値Ｘとの間に有意な相関関係があることを本発明者は見出した。

相関関係を示す関係式は、例えばこれらの散布図において、グラフＧ１０〜Ｇ１５に示される直線近似式である。関係式は、次の数式のように表される。

係数ａ及びｂは、地震データのＳ波の加速度の最大値ＹとＰ波の加速度の最大値Ｘとを直線近似したときに得られる係数である。なお、これらの散布図に示されるように、地震データのＰ波が到達してから、予測期間Ｔ_６に近づくほど、相関関係は収束している。すなわち、地震データのＰ波が到達してから時間が経過するほど、地震データのＳ波の加速度の最大値Ｙを精度よく求めることができる。演算部３１は、加速度データから抽出された地震動のＰ波の加速度の最大値を、（２）式の地震データのＰ波の加速度の最大値Ｘに当て嵌めることにより、のちに観測地点に到達する地震動のＳ波の加速度の最大値を推定することができる。

ここで、地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する具体的な方法について説明する。図５は、地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する方法を説明するためのグラフである。図５において、横軸は時間（単位：秒）を表し、縦軸は地震動のＰ波及びＳ波の加速度（単位：Ｇａｌ）を表している。Ｔ_Ｐは、地震動のＰ波が到達した時刻であり、Ｔ_Ｓは、地震動のＳ波が到達した時刻である。Ｓ_ＭＡＸは、地震動のＳ波の加速度の最大値を示す。図５において、時刻Ｔ_Ｐから時刻Ｔ_Ｓの間には、連続する複数の予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４が含まれる。すなわち、各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４は、地震動のＰ波が到達してから地震動のＳ波が到達するまでのＰ波の継続期間に含まれる。図５に示されるように、地震動のＳ波の加速度の最大値Ｓ_ＭＡＸに対して、各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４における地震動のＰ波の加速度の最大値は、それぞれａ１倍、ｂ１倍、ｃ１倍、ｄ１倍である。ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は互いに異なる。したがって、各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４に対応する（２）式をそれぞれ用いることにより、地震動のＳ波の加速度の最大値を推定することができる。具体的には、各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４に対応する（２）式に、各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４における地震動のＰ波の加速度の最大値Ｘをそれぞれ代入することによって、各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４ごとに地震動のＳ波の加速度の最大値Ｙを推定することができる。

再び図１を参照する。表示部３５は、入出力部３２に電気的に接続されている。表示部３５は、入出力部３２により推定データが入力されるまで、待機画面を表示する。表示部３５は、入出力部３２により推定データが入力されると、推定データを表示する。このとき、表示部３５は、各予測期間が経過するごとに、推定データを更新して表示する。これにより、各予測期間のいずれかにおいて、加速度データ（正確には、加速度計２１により出力される前述したアナログ信号）にノイズが含まれる場合に、そのノイズが、ノイズフィルタによって排除できないような地震動以外の要因（例えば、列車の振動）に基づくものであるか否かについて、利用者は判断することができる。表示部３５は、入出力部３２により実測データが入力されると、実測データを表示する。なお、表示部３５は、保守運用のための表示及びエラー画面の表示も行う。

操作部３６は、入出力部３２に電気的に接続されている。操作部３６は、カラー液晶ディスプレイとタッチパネルとを含む。タッチパネルは、カラー液晶ディスプレイの表示画面を視認可能な状態にて、カラー液晶ディスプレイに取り付けられる。タッチパネルは、利用者のタッチ操作を受け付ける。タッチパネルがタッチ操作されることにより、カラー液晶ディスプレイの表示画面の操作が行われる。具体的には、保守運用の操作、上述した警報解除信号の出力、画面表示のクリア、及び、例えば推定データや実測データを含む地震情報の一覧の表示といった操作が行われる。保守運用の操作は、Ｐ波のトリガレベル、Ｐ波及びＳ波の警報レベルの設定、本実施形態による地震計１０の動作テスト、及び、上述したログ情報の収集である。

時刻校正部３７は、入出力部３２に電気的に接続されている。時刻校正部３７には、時刻を管理する高精度時計が内蔵されている。屋外に設置されているＧＰＳレシーバから１秒ごとに出力されるパルス信号によって、高精度時計の校正処理が自動的に行われる。３つの加速度計２１のサンプリング周期は、高精度時計に同期している。サンプリング周期の同期は、３つの加速度計２１に対して同時に行われる。

電源部３８は、入出力部３２に電気的に接続されている。電源部３８は、商用電源（例えばＡＣ１００Ｖ）から出力される所定の直流電源電圧を、入出力部３２に供給する。直流電源電圧は、入出力部３２により、演算部３１、ＣＰＵ部３３、表示部３５、操作部３６、時刻校正部３７、計測部２０、及び第１の警報部４０に供給される。内部バッテリ３９及び外部バッテリ６０は、停電対策用の電源である。内部バッテリ３９及び外部バッテリ６０は、電源部３８に電気的に接続されている。内部バッテリ３９及び外部バッテリ６０は、電源部３８から直流電源電圧が供給されることにより、直流電源電圧を蓄電（充電）する。

第１の警報部４０は、専用の接続ケーブルにて入出力部３２に接続されている。第１の警報部４０は、回転灯及び警報音により警報を発生する機能を有する。第２の警報部４１は、例えば利用者の携帯機器であり、携帯機器を無線通信により入出力部３２に接続して、警報を発生する機能を有する。この第２の警報部４１の機能は、利用者によって追加される。第１の警報部４０及び第２の警報部４１は、各予測期間が経過するごとに、入出力部３２により入力される上述した警報発生信号或いは警報解除信号に従って、警報を発生するか、或いは警報の発生を解除する。第１の警報部４０及び第２の警報部４１は、警報発生信号が入力された場合に、警報を発生する。第１の警報部４０及び第２の警報部４１は、警報解除信号が入力された場合に、警報の発生を解除する。

外部表示部５０は、入出力部３２に電気的に接続されている。外部表示部５０は、上述した地震情報を表示する機能を有する。この機能は、利用者によって追加される。外部表示部５０は、処理部３０が設置されている場所とは異なる場所に設置され、地震動のＳ波が到達するまで予測データを表示する早期地震表示盤であってもよく、或いは、観測地点から離れた場所に設置され、地震情報を表示する遠隔表示盤であってもよい。

次に、地震計１０の動作を説明する。まず、電源部３８は、計測部２０、処理部３０、第１の警報部４０に直流電源電圧を供給する。その後、加速度計２１は、所定のサンプリング周期に同期させて地震動の加速度の大きさを計測する。そして、加速度計２１は、地震動の加速度の大きさを示すアナログ信号をＡ／Ｄ変換器２２に出力する。その後、Ａ／Ｄ変換器２２は、加速度データを例えば１０ミリ秒ごとに処理部３０の演算部３１に出力する。図６は、処理部３０における処理内容を示すフローチャートである。図６に示されるように、まず、演算部３１は、加速度データからＳＴＡ（短時間移動平均）／ＬＴＡ（長時間移動平均）の値を算出し、この値が上述したＰ波のトリガレベルを超えたか否かによって、地震動のＰ波の到達を判定する（ステップＳ１）。演算部３１は、ＳＴＡ／ＬＴＡの値がＰ波のトリガレベルを超えない場合には、地震動のＰ波が到達していないと判定し、再びステップＳ１の動作を繰り返す。演算部３１は、ＳＴＡ／ＬＴＡの値がＰ波のトリガレベルを超えた場合には、地震動のＰ波が到達したと判定し、当該予測期間における加速度データから地震動のＰ波の加速度の最大値を抽出する。次に、演算部３１によって抽出された地震動のＰ波の加速度の最大値は、上述したログ情報として記録部３４に記録される（ステップＳ２）。

次に、演算部３１は、地震動のＰ波が到達したと判定した時刻から当該予測期間が経過したか否かについて判定する（ステップＳ３）。演算部３１は、当該予測期間が経過しないと判定した場合には、再びステップＳ２から動作を繰り返す。演算部３１は、当該予測期間が経過したと判定した場合には、次のステップＳ４に示される動作を実行する。

次のステップＳ４では、当該予測期間における地震動のＰ波の加速度の最大値と、当該予測期間に対応する（２）式とを用いて、のちに観測地点に到達する地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する（ステップＳ４）。地震動のＳ波の加速度の最大値を推定する具体的な方法については、上述した通りである。その後、演算部３１は、地震動のＳ波の加速度の最大値から上述した推定データを算出する。

次に、演算部３１は、入出力部３２を介して推定データを表示部３５及び外部表示部５０に出力し、表示部３５及び外部表示部５０は、予測震度を含む推定データを表示する（ステップＳ５）。

次に、演算部３１は、予測震度が前述したＳ波の警報レベル以上であるか否かについて判定する（ステップＳ６）。演算部３１は、予測震度がＳ波の警報レベル未満である場合には、上述した警報解除信号を入出力部３２に出力したのち、再びステップＳ２から動作を繰り返す。演算部３１は、予測震度がＳ波の警報レベル以上である場合には、上述した警報発生信号を入出力部３２に出力する。次に、入出力部３２は、警報発生信号を第１の警報部４０及び第２の警報部４１に出力する（ステップＳ７）。

次に、演算部３１は、加速度データを用いて、地震動のＳ波の到達を判定する（ステップＳ８）。ここで、演算部３１が地震動のＳ波の到達を判定する方法について具体的に説明する。図７は、地震動のＳ波の到達を判定する方法を説明するためのグラフである。図７において、横軸は時間（単位：秒）を表しており、縦軸は、最上段のグラフが加速度データの上下動（Ｕ−Ｄ方向）の上下動振幅Ｚ_ｉ（単位：Ｇａｌ）、次段のグラフが加速度データの水平動（Ｅ−Ｗ方向）の水平動振幅Ｅ_ｉ（単位：Ｇａｌ）、次段のグラフが加速度データの水平動（Ｎ−Ｓ方向）の水平動振幅Ｎ_ｉ（単位：Ｇａｌ）、最下段のグラフが加速度データの上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの総和に係数ｃを乗じた値から水平動の水平動合成振幅総和値を差し引いた値（単位：Ｇａｌ）を表している。水平動合成振幅は、Ｅ−Ｗ方向の水平動振幅Ｅ_ｉとＮ−Ｓ方向の水平動振幅Ｎ_ｉとの合成値である。Ｔ_Ｐ１は、地震動のＰ波が到達したと判定された時刻であり、Ｔ_Ｓ１は、地震動のＳ波が到達したと判定された時刻である。係数ｃは、１以上の実数であり、例えば観測地点に応じて定められる。図７において、係数ｃは１である。ここで、上下動振幅Ｚ_ｉの総和は、次の式で表されるように、時刻Ｔ_Ｐ１から所定時間が経過するまでの期間において上下動振幅Ｚ_１〜Ｚ_ｉを総和した値である。

ｉは、１以上の自然数である。水平動合成振幅総和値は、次の式で表されるように、時刻Ｔ_Ｐ１から所定時間が経過するまでの期間において水平動合成振幅を総和した値である。

地震動のＳ波の振幅、及び地震動のＳ波の後に続く表面波（例えばラブ波）の振幅は、地震動のＰ波の振幅に対して通常一桁異なる特性がある。具体的には、図７に示されるように、時刻Ｔ_Ｐ１から時刻Ｔ_Ｓ１までの期間においては、地震動の上下動の上下動振幅Ｚ_ｉが地震動の水平動の水平動振幅Ｅ_ｉ及び水平動振幅Ｎ_ｉに対して卓越するが、時刻Ｔ_Ｓ１以降においては、地震動の水平動の水平動振幅Ｅ_ｉ及び水平動振幅Ｎ_ｉは上下動の上下動振幅Ｚ_ｉに対して卓越する。この特性を利用して、図７の最下段のグラフに示されるように、地震動の上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの総和に係数ｃを乗じた値から地震動の水平動の水平動合成振幅総和値を差し引いた値が負に転じた（すなわち、地震動の水平動の水平動合成振幅総和値が地震動の上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの総和に係数ｃを乗じた値よりも大きくなった）時刻Ｔ_Ｓ１をもって、地震動のＳ波が到達したと精度良く判定することができることを本発明者は見出した。したがって、演算部３１は、地震動の上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの総和及び水平動の水平動合成振幅総和値が次の式を満たしたか否かによって、地震動のＳ波の到達を判定することができる。

なお、本発明の上下動の振幅及び水平動の振幅はそれぞれ、上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの総和及び水平動の水平動合成振幅総和値であってもよく、或いは、時刻Ｔ_Ｐ１から所定時間が経過するまでの期間における上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの平均値及び水平動の水平動合成振幅平均値であってもよい。或いは、本発明の上下動の振幅及び水平動の振幅はそれぞれ、所定の時刻における上下動の上下動振幅Ｚ_ｉ及び水平動の水平動合成振幅であってもよい。

演算部３１は、地震動のＳ波が到達していないと判定した場合には、再びステップＳ２から動作を繰り返す。演算部３１は、地震動のＳ波が到達したと判定した場合には、推定データの算出を終了する。その後、演算部３１は、地震動のＳ波が到達したと判定した時刻以降の加速度データを用いて、実測データを算出する。

以上の構成を備える本実施形態による地震計１０による効果について、以下に説明する。本実施形態では、上述したように、演算部３１は、各予測期間における（２）式と地震動のＰ波の加速度の最大値Ｘとを用いて、のちに観測地点に到達する地震動のＳ波の加速度の最大値Ｙを各予測期間が経過するごとに推定する。ここで、複数の予測期間のうち少なくとも一部の予測期間は、地震動のＰ波が到達してから地震動のＳ波が到達するまでのＰ波の継続期間に含まれる。したがって、演算部３１は、地震動のＰ波の継続期間が経過するまで待つことなく、地震動のＳ波の加速度の最大値Ｙを速やかに推定することができる。これにより、本実施形態による地震計１０は、Ｐ波が到達してからすぐにＳ波が到達してしまう直下型地震、及び、Ｐ波の波形が数十秒かけて成長するような遠方の地震といった様々なＰ波の到達形態の地震に対して対応することができる。本実施形態による地震計１０は、例えば直下型地震に対する防災措置を講じる際に有用である。

また、本実施形態のように、複数の予測期間はＳ波が到達するまでの予測期間であってもよい。本実施形態による地震計１０では、例えば図５に示されるように、地震動のＰ波が到達する時刻Ｔ_Ｐから地震動のＳ波が到達する時刻Ｔ_Ｓまでに含まれる各予測期間Ｔ_１〜Ｔ_４ごとに、地震動のＳ波の加速度の最大値が推定されることが好適である。

また、本実施形態のように、演算部３１は、図７の最下段のグラフに示されるように、地震動の水平動の水平動合成振幅総和値が地震動の上下動の上下動振幅Ｚ_ｉの総和に係数ｃを乗じた値よりも大きくなったときに、すなわち（５）式を満たしたときに、地震動をＳ波と判定してもよい。これにより、演算部３１は、地震動のＳ波の到達を精度良く判定することができる。したがって、地震動のＳ波が到達した後において、実測データの計算を精度良く行うことができる。

また、本実施形態による地震計１０は可搬型であってもよい。１点の観測地点においても本実施形態による地震計１０を適用することができるので、本実施形態による地震計１０を持ち運び可能な可搬型とすることができる。

また、本実施形態による地震計１０は、各予測期間が経過するごとに、地震動の予測震度を更新して表示する表示部３５を備えてもよい。なお、予測震度は、上述したように、各予測期間が経過するごとに地震動のＳ波の加速度の最大値から算出される。ここで、複数の予測期間のうち少なくとも一部の予測期間は、上述したＰ波の継続期間に含まれる。したがって、表示部３５は、地震動のＰ波の継続期間が経過するまで待つことなく、予測震度を速やかに表示することができる。

また、本実施形態による地震計１０は、各予測期間が経過するごとに、地震動の予測震度がＳ波の警報レベル以上である場合には警報を発生し、予測震度がＳ波の警報レベル未満である場合には警報の発生を解除する第１の警報部４０及び第２の警報部４１を備えてもよい。ここで、各予測期間のうち少なくとも一部の予測期間は、上述したＰ波の継続期間に含まれる。したがって、第１の警報部４０及び第２の警報部４１は、地震動のＰ波の継続期間が経過するまで待つことなく警報を速やかに発生することができる。

なお、本実施形態による地震計１０は、各予測期間が経過するごとに演算部３１により地震動のＳ波の加速度の最大値が推定されるので、各予測期間のいずれかの予測期間における加速度データにノイズが含まれることによって、適正なＳ波の加速度の最大値が推定されない場合であっても、その予測期間の次の予測期間において加速度データにノイズが含まれずに適正なＳ波の加速度の最大値が推定される。これにより、ノイズによる悪影響を抑えることができる。

本発明による地震計１０は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態は、操作部３６と表示部３５とが別個に設けられているが、操作部３６と表示部３５とを兼用する一つの操作部を備えたものであってもよい。また、上記実施形態は、処理部３０に演算部３１が設けられているが、計測部２０に演算部３１が設けられてもよい。

１０…地震計、２０…計測部、２１…加速度計、２２…Ａ／Ｄ変換器、３０…処理部、３１…演算部、３２…入出力部、３３…ＣＰＵ部、３４…記録部、３５…表示部、３６…操作部、３７…時刻校正部、３８…電源部、３９…内部バッテリ、４０…第１の警報部、４１…第２の警報部、５０…外部表示部、６０…外部バッテリ。

Claims (6)

1. 観測地点において地動を観測し、前記地動の地震動を検出する計測部と、
   過去に発生した地震データのＳ波の加速度の最大値と、Ｐ波が到達してから連続する複数の予測期間における前記地震データのＰ波の加速度の最大値との相関関係が、各予測期間ごとに記録された記録部と、
   各予測期間における前記相関関係と、前記計測部により計測された前記地震動のＰ波の加速度の最大値とを用いて、前記観測地点に到達する前記地震動のＳ波の加速度の最大値を各予測期間が経過するごとに推定する演算部と、
   を備える、地震計。
2. 前記複数の予測期間はＳ波が到達するまでの期間である、請求項１に記載の地震計。
3. 前記演算部は、前記地震動の水平動の振幅が、前記地震動の上下動の振幅に１以上の実数である所定の係数を乗じた値よりも大きくなったときに、前記地震動をＳ波と判定する、請求項１または２に記載の地震計。
4. 可搬型である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の地震計。
5. 各予測期間が経過するごとに、前記地震動の予測震度を更新して表示する表示部を更に備え、
   前記予測震度は、各予測期間が経過するごとに推定される前記地震動のＳ波の加速度の最大値から前記演算部により算出される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の地震計。
6. 各予測期間が経過するごとに、前記地震動の予測震度が所定の設定値以上である場合には警報を発生し、前記予測震度が前記設定値未満である場合には前記警報の発生を解除する警報部を更に備え、
   前記予測震度は、各予測期間が経過するごとに推定される前記地震動のＳ波の加速度の最大値から前記演算部により算出される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の地震計。