JP7282305B2 - 地震観測装置、地震観測方法および地震観測プログラム - Google Patents

地震観測装置、地震観測方法および地震観測プログラム Download PDF

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Description

本発明は、地震観測装置、地震観測方法および地震観測プログラムに関する。
地震の観測のために、複数個所に地震計を設置してそれぞれの場所において震度の測定が行われている(例えば、特許文献1)。
特開2016-156712号公報
複数の地震が時刻的かつ位置的に近接して発生した場合、それぞれの地震の震源を推定するために、観測された振動とその振動の要因となった地震との対応関係を求める必要がある。この対応関係を高精度に求めるために、例えば観測点の位置関係だけでなく比較的多くの情報を用いることができることが好ましい。
本発明は、上述の課題を解決することのできる地震観測装置、地震観測方法および地震観測プログラムを提供することを目的としている。
本発明の第1の態様によれば、地震観測装置は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得する振動検出状況情報取得手段と、前記複数の観測点のうち直線上に配置された観測点を、仮設定された震源からの震央距離順に割り当てた地理的位置軸と、時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成する多次元化手段と、前記2次元の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、各地理的位置かつ各時刻における振動検出状況を示す要素情報のうち、振動の検出を示し、線状または帯状にプロットされている要素情報が同一のグループに分類されるように、要素情報地震毎のグループに分類するグループ特定手段とを備える。
本発明の第2の態様によれば、地震観測方法は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得し、前記複数の観測点のうち直線上に配置された観測点を、仮設定された震源からの震央距離順に割り当てた地理的位置軸と、時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成し、前記2次元の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、各地理的位置かつ各時刻における振動検出状況を示す要素情報のうち、振動の検出を示し、線状または帯状にプロットされている要素情報が同一のグループに分類されるように、要素情報地震毎のグループに分類する。
本発明の第3の態様によれば、地震観測プログラムは、コンピュータに、複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得させ、前記複数の観測点のうち直線上に配置された観測点を、仮設定された震源からの震央距離順に割り当てた地理的位置軸と、時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成させ、前記2次元の振動検出状況情報を構成する要素情報であって各地理的位置かつ各時刻における振動検出状況を示す要素情報報のうち、振動の検出を示し、線状または帯状にプロットされている要素情報が同一のグループに分類されるように、要素情報地震毎のグループに分類させる。
この発明によれば、観測された振動とその振動の要因となった地震との対応関係を求めるために、比較的多くの情報を用いることができる。
実施形態に係る地震観測装置の機能構成の例を示すブロック図である。 実施形態に係る地震処理システムの機能構成の例を示すブロック図である。 実施形態に係る、直線状に配置された観測点の配置例を示すグラフである。 実施形態に係る、直線状に配置された観測点を用いて生成される2次元のトリガ検出状況情報の例を示すグラフである。 実施形態に係る符号化法における2次元以上のトリガ検出状況所法の例を示すグラフである。 実施形態に係るグループ特定部が決定したトリガグループの例を示すグラフである。 実施形態に係るモデル生成装置の機能構成の例を示すブロック図である。 本発明の最小構成の実施形態に係る地震観測装置を示すブロック図である。 本発明の最小構成の実施形態に係る地震観測方法における処理手順を示すフローチャートである。 少なくとも1つの上記実施形態に係るコンピュータの構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、実施形態に係る地震観測装置の機能構成の例を示す概略ブロック図である。図1に示すように、地震観測装置100は、通信部110と、表示部120と、操作入力部130と、記憶部180と、制御部190とを備える。記憶部180は、モデル記憶部181を備える。制御部190は、多次元化部191と、グループ特定部192とを備える。
地震観測装置100は、複数の観測点の各々で観測された振動を、その振動の原因となったイベント(Event)毎にグループ分けする。特に、地震観測装置100は、時刻方向および空間方向の広がりを持つ2次元以上のデータ上にトリガ(Trigger)として示される振動を、その振動の原因となったイベント毎にグループ分けする。
地震観測装置100は、例えばワークステーション(Workstation)またはメインフレーム(Mainframe)等のコンピュータを用いて構成される。
上記観測点は、地震等の揺れ(振動)を観測するためのセンサが設置される地点である。観測点は、地震観測点または震度観測点とも称される。観測点のセンサが測定する振動を、その観測点における振動とも称する。
上記イベントは、地震など振動発生要因(振動発生要因となる事象)である。
例えば、2つの地震が時刻的かつ位置的に近接して発生した場合、2つの地震それぞれの震源地を推定するために、個々の観測点で観測された振動が何れの地震に起因するものかを特定する必要がある。この特定の精度が低いと、震源地の推定に用いられる情報に、別の地震の情報が含まれることになる。この別の地震の情報がノイズとして作用することで、震源地の推定精度が低下してしまう。このため、地震観測装置100が、振動のイベント毎のグループ分けを高精度に行うことが望まれる。
上記トリガは、日常の生活に伴って発生する通常時の振動(例えばノイズレベル以下の振動)と異なる振動である。地震観測装置100は通常時の振動と異なる振動を検出すると、その振動に対して地震観測のための処理を行う。この点で、通常時の振動と異なる振動が、地震観測装置100が地震観測のための処理を行うトリガになっている。
通常の振動と異なる振動の発生の有無を判定することを、トリガを判定するとも称する。
トリガの検出の有無などトリガの検出状況を示す情報をトリガ検出状況情報と称する。トリガ検出状況情報は、振動検出状況情報の例に該当する。
地震観測装置100は、地震の震源を推定することに用いることができる。
図2は、実施形態に係る地震処理システムの機能構成の例を示す概略ブロック図である。図2に示す構成で、地震処理システム1は、センサ210と、センサデータ収集装置220と、地震処理装置230と、データサーバ装置240と、津波処理装置250と、リアルタイム表示端末装置261と、メンテナンス端末装置262と、対話型処理端末装置263とを備える。地震処理装置230は、受信部231と、単独観測点トリガ処理部232と、地震判定部233と、相検測部234と、震源推定部235と、通知処理部236とを備える。
地震処理装置230、津波処理装置250およびデータサーバ装置240は、例えばワークステーションまたはメインフレーム等のコンピュータを用いて構成される。
地震処理システム1は、地震発生時に地震速報を通知する。地震処理システム1では、観測点に設置されているセンサ210による測定データを、センサデータ収集装置220が収集して地震処理装置230へ送信し、また、データサーバ装置240に登録する。
地震処理装置230は、センサ210による測定データに基づいて地震発生の有無を判定する。地震が発生したと判定した場合、地震処理装置230は、震源(震源地)を推定し、推定結果を津波処理装置250からの津波情報と共に通知先へ通知する。ここでの通知先は、例えば、地震解析の担当者の端末装置であってもよいし、テレビ局など地震情報を報道する機関であってもよい。
受信部231は、センサ210による測定データをセンサデータ収集装置220から受信し、後段の各部へ出力する。
単独観測点トリガ処理部232は、センサ210による測定データに基づいて、観測点毎のトリガを判定する。単独観測点トリガ処理部232は、判定結果を観測点毎のトリガ検出状況情報にて出力する。ここでいうトリガ検出状況情報は、観測点におけるトリガの検出の有無(すなわち、トリガを検出しているか否か)を示す情報である。
トリガ検出状況情報は、振動検出状況情報の例に該当する。振動検出状況情報は観測点における振動の検出状況を示す情報である。振動検出状況情報のうち、振動の検出状況としてトリガの検出状況を示すものがトリガ検出状況情報である。
個々の観測点を単独観測点とも称する。
地震判定部233は、複数の観測点におけるトリガの判定結果に基づいて、地震発生の有無を判定する。例えば、地震判定部233は、所定の範囲に含まれる観測点のうち、地震由来のトリガが判定された観測点の割合が所定の割合以上である場合に、地震が発生したと判定する。
相検測部234は、地震判定部233が地震の発生を判定した場合に、各相の地震波(例えば、P波、S波およびT波)を検測する。検測方法として、既存の方法を用いるようにしてもよい。
震源推定部235は、地震判定部233が地震の発生を判定した場合に、相検測部234の検測結果に基づいて、震源地を推定する。震源地の推定方法として、既存の方法を用いるようにしてもよい。
通知処理部236は、地震判定部233が地震の発生を判定した場合に、震源推定部235が推定する震源地と、津波処理装置250が生成する津波情報とを、予め定められている通知先へ通知する。
データサーバ装置240は、センサ210による測定データなど、地震の観測に関する各種データを記憶する。また、データサーバ装置240は、地震処理装置230が各種処理を行うためのパラメータ値を記憶する。例えば、地震処理装置230が機械学習による学習済みモデルを用いて各部の処理を行う場合、データサーバ装置240が機械学習結果のモデルパラメータ値を記憶するようにしてもよい。
津波処理装置250は、地震判定部233が地震の発生を判定した場合に、津波の発生の有無を推定する。津波処理装置250が津波の発生の有無を推定する方法として、公知の方法を用いることができる。津波処理装置250は、津波の発生の有無の推定結果を示す津波情報を通知処理部236へ送信する。上記のように、通知処理部236が、震源地の情報と津波情報とを取りまとめて通知先へ通知する。
リアルタイム表示端末装置261は、センサ210による測定データをリアルタイムで表示する。
メンテナンス端末装置262は、地震処理システム1のメンテナンス用の端末装置である。例えば、地震処理システム1の保守作業員は、メンテナンス端末装置262を用いて、データサーバ装置240が記憶しているモデルパラメータ値を更新する。また、地震処理システム1の保守作業員は、センサ210の各々が正常に動作しているかどうかをメンテナンス端末装置262を用いて確認し、必要に応じてセンサ210のメンテナンスを実施する。
対話型処理端末装置263は、地震処理システム1の処理のうち人手による処理が必要な部分について、対話形式でユーザに提示してユーザによる処理を受ける。例えば、相検測部234の検測についてユーザの処理を受ける場合、対話型処理端末装置263が地震波形など検測用の情報を表示し、ユーザによる処理を受け付けるようにしてもよい。
かかる地震処理システム1の構成のうち、地震判定部233が地震観測装置100に対応付けられる。複数の地震が時刻的かつ位置的に近接して発生した場合、地震観測装置100は、地震が発生したことを検出するだけでなく、トリガがどの地震によるものかの対応関係を判定する。
地震判定部233の処理を地震観測装置100が行うようにしてもよい。その場合、地震処理装置230が1つの装置として構成され、地震観測装置100と地震処理装置230の一部とが対応付けられてもよい。あるいは、地震処理装置230が、地震観測装置100を含む複数の装置として構成されていてもよい。
地震観測装置100(図1)の通信部110は、他の装置と通信を行う。例えば通信部110は、単独観測点トリガ処理部232から観測点毎のトリガ検出状況情報を受信する。通信部110は振動検出状況情報取得部の例に該当する。
表示部120は、例えば液晶パネルまたはLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード)パネル等の表示画面を備え、各種画像を表示する。例えば、表示部120は、多次元化部191が生成する、地理的位置軸と時刻軸とで2次元化されたトリガ検出状況情報を表示する。
操作入力部130は、例えばキーボードおよびマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受け付ける。
記憶部180は、各種データを記憶する。記憶部180は、地震観測装置100が備える記憶デバイスを用いて構成される。
モデル記憶部181は、学習済みモデルを記憶する。ここでいう学習済みモデルは、機械学習で得られるモデルである。モデル記憶部181は、多次元化部191およびグループ特定部192のうち一部または全部の処理についての学習済みモデルを記憶するようにしてもよい。モデル記憶部181は、機械学習の結果得られる学習済みモデルを記憶する。
例えば、モデル記憶部181が、パラメータを含むモデルと機械学習で得られたパラメータ値とを学習済みモデルとして記憶するようにしてもよい。パラメータを含むモデルは、例えば畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional
Neural Network;CNN)等のニューラルネットワークであってもよいが、これに限定されない。
制御部190は、地震観測装置100の各部を制御して各種処理を実行する。制御部190の機能は、地震観測装置100が備えるCPU(Central Processing Unit、中央処理装置)が、記憶部180からプログラムを読み出して実行することで実行される。
多次元化部191は、複数の観測点の各々におけるトリガ検出状況情報から、地理的位置および時刻に係る2次元以上のトリガ検出状況情報を生成する。
グループ特定部192は、多次元化部191が生成する2次元以上のトリガ検出状況情報を構成する要素情報であって、ある地理的位置かつある時刻におけるトリガ検出状況を示す要素情報の各々を、振動発生要因毎のグループに分類する。すなわち、グループ特定部192は、多次元化部191が多次元化したトリガ検出状況情報を用いて、その要素となっている個々の観測点かつ個々の時刻におけるトリガ検出状況情報を、イベント毎(例えば地震毎)のグループに分類する。
<視覚化法>
地震観測装置100が、地理的位置および時刻に係る2次元以上のトリガ検出状況情報を用いてトリガをグループ分けする方法のうちの1つを、視覚化法と呼ぶことにする。視覚化法では、地震観測装置100は以下のステップ11~ステップ15の処理を行う。
(ステップ11)
多次元化部191が、直線状に配置された複数の観測点を割り当てた地理的位置軸(これら複数の観測点を結んだ直線における位置を示す座標軸)と時刻軸との2次元のトリガ検出状況情報を生成する。
図3は、直線状に配置された観測点の配置例を示す図である。図3の例では、観測点が丸(〇)で示されている。領域A11では、観測点がおよそ直線状に配置されている。
多次元化部191は、このように直線状に配置された観測点を、地理的位置および時刻の2次元のうち地理的位置の座標軸に割り当てる。そして、多次元化部191は、割り当てた各観測点における時刻毎のトリガ検出状況を2次元座標に示すことで、2次元のトリガ検出状況情報を生成する。ここでいう時刻毎は、例えば、時刻軸を所定の単位時間毎に区分した区分毎である。
図4は、直線状に配置された観測点の各々における振動測定データの例を示す図である。図4のグラフの横軸は時刻を示す。縦軸は、観測点が配置される直線上の位置(図3の例では、領域A11)の長手方向における位置を示す。この縦軸に、直線状に配置された観測点の各々が割り当てられている。図4のグラフは、防災科学技術研究所のウェブページ(アドレス:http://www.hinet.bosai.go.jp/mtrace/?tm=&pv=&eq=&LANG=ja)で公開されている、100トレース連続波形画像を引用している。
観測点が割り当てられた位置の水平方向(時刻軸に平行な方向)に、その観測点における時刻毎の振幅が示されている。上述したように、トリガは、通常時の振動(例えばノイズレベル以下の振動)と異なる振動であり、図4のグラフで振幅の大きい部分(黒くなっている部分)はトリガが検出されている部分と見做すことができる。
あるいは、多次元化部191が、観測点毎および時刻毎の振幅のグラフに代えて、観測点毎および時刻毎のトリガ検出状況をプロットしたグラフを生成するようにしてもよい。
例えば、トリガが検出されていることを黒のプロットで示し、トリガが検出されていないことを白のプロット、あるいは何もプロットしないことで示すようにしてもよい。トリガが検出されていることのプロットを、トリガのプロットとも称する。
(ステップ12)
グループ特定部192が、トリガグループを決定する。
ここでは、グループ特定部192は、トリガをイベント(個々の地震などの振動発生要因)毎に分類する。この分類で得られるグループをトリガグループと称している。
グループ特定部192が、2次元のトリガ検出状況情報における幾何学的形状に基づいてトリガをグループに分類するようにしてもよい。
観測点が直線状に配置されていることで、地震波が震源から同心円状に広がれば、2次元のグラフ上(2次元のトリガ検出状況情報上)でもトリガが同心円状または円弧形状を示す。特に、トリガの開始時刻(すなわち、観測点への地震波の到達時刻)が、同心円状または円弧形状を示す。図4の例でも、トリガの開始に相当する、振幅が大きくなる時刻の並びが、およそ円弧形状になっている。
直線状に配置された観測点間の距離にばらつきがある場合、地理的位置軸上でも、観測点間の間隔に比例した間隔で観測点を割り当てることで、均等な間隔で配置されている観測点を、縦軸に均等な間隔で割り当てた場合と同様の形状が示される。
グループ特定部192は、2次元のトリガ検出状況情報でトリガの開始時刻がおよそ円弧形状に並んでいるトリガを同一のトリガグループに分類する。グループ特定部192が、この分類を自動的に行うようにしてもよい、あるいは、この分類を人手で行い、グループ特定部192が、ユーザ操作に従って、トリガとトリガグループとの紐付けを行う(トリガをトリガグループに分類する)ようにしてもよい。
グループ特定部192が上記の分類を自動的に行う場合、例えば、グループ特定部192は、2次元のトリガ検出状況情報に示されるトリガの開始時刻のうち、時刻および観測点間の距離が共に所定の範囲内にあるトリガの開始時刻を3点以上選択するようにしてもよい。グループ特定部192は、選択した全ての点を通る円弧、あるいは、選択した全ての点を近似する円弧を算出するようにしてもよい。この場合の近似には最小二乗法を用いることができるが、これに限定されない。
グループ特定部192が、トリガの開始時刻が算出した円弧から所定の時間以内にあるトリガを同一のトリガグループに分類するようにしてもよい。
トリガのトリガグループへの分類を人手で行う場合、グループ特定部192が、2次元のトリガ検出状況情報の表示画面上で、ユーザ操作によって選択されたトリガの開始時刻を通る円弧、または、ユーザ操作によって選択されたトリガの開始時刻を近似する円弧を算出して画面に表示するようにしてもよい。ユーザ(この分類の作業者)は、表示された円弧を参考にして、ノイズに隠れて見えにくいトリガの開始時刻を判定し、トリガをトリガグループに含めるか否かを決定することができる。
グループ特定部192または人が、2次元のトリガ検出状況情報でトリガの開始時刻が示す形状に加えて、振動の波形など他の情報にも基づいて、トリガをトリガグループに分類するようにしてもよい。
(ステップ13)
多次元化部191が、仮震源の位置を推定する。ここでいう仮震源は、仮に設定される震源である。地震処理装置230(図2)の震源推定部235の処理で震源を推定し直すことから仮震源と称している。
多次元化部191は、トリガのトリガグループへの分類に基づいて、各観測点における振動の波形について検測処理を行い、検測結果に基づいて仮震源の位置を推定する。仮震源の位置を推定する方法として、グリッドサーチ法など公知の震源計算方法を用いることができる。
多次元化部191が、仮震源の位置を自動的に推定するようにしてもよい。あるいは、人が仮震源の位置を推定し、多次元化部191が、ユーザ操作に従って、2次元のトリガ検出状況情報上に仮震源の位置を設定するようにしてもよい。
(ステップ14)
多次元化部191が、仮震源からの距離順に全ての観測点を割り当てた地理的位置軸と時刻軸との2次元のトリガ検出状況情報を生成する。仮震源からの距離として、震源距離を用いるようにしてもよいし、震央距離を用いるようにしてもよい。
例えば、時刻軸を横軸にとり、地理的位置軸を縦軸にとり、仮震源に近い観測点から順(震央距離の短い順)に地理的位置軸の下側から上側へ割り当てていけば、この仮震源からの地震波によるトリガが右上がりの線(または右上がりの帯形状)にプロットされる。
さらに例えば、仮震源から観測点までの距離にばらつきがある場合、地理的位置軸上で仮震源に相当する位置から観測点を割り当てる位置までの距離を、仮震源から観測点までの距離(震源距離)に比例させるようにしてもよい。この仮震源からの地震波が同心円状に広がれば、この仮震源からの地震波によるトリガが直線形状(または矩形状)にプロットされる。
仮震源が浅い位置にある場合は、仮震源から観測点までの距離としてその観測点までの震央距離を用いても同様である。
(ステップ15)
グループ特定部192が、トリガグループを決定する。
上記のように、多次元化部191が生成する2次元のグラフで、この仮震源からの地震波によるトリガは線(または帯形状)にプロットされる。そこで、グループ特定部192は、この多次元化部191が生成する2次元のグラフで同一の線(または同一の帯形状)としてプロットされているトリガを同一のグループに分類する。
位置的かつ時刻的に近接した複数の地震が発生した場合、多次元化部191が地震毎に仮震源の位置を推定する。次に、多次元化部191およびグループ特定部192は、仮震源毎にトリガのグループ分けを行う。
地震観測装置100が、ステップ13からステップ15の処理を繰り返すようにしてもよい。
例えば、地震観測装置100が、仮震源の位置が収束するまで、ステップ13からステップ15の処理を繰り返すようにしてもよい。さらに例えば、多次元化部191が、ステップ13で仮震源の位置を推定する処理を2回以上行った場合に、今回の処理で得られた仮震源の位置と前回の処理で得られた仮震源の位置との距離を算出し、距離が所定の閾値以下になるまで
ステップ13からステップ15の処理を繰り返すようにしてもよい。
また、ステップ12の処理におけるトリガのグループ分けの精度が十分に高いと判定される場合、地震観測装置100が、ステップ13からステップ15の処理を抑制する(行わない)ようにしてもよい。例えば、グループ特定部192が、ステップ12の処理で得られたトリガグループの各々について、2次元のトリガ検出状況情報でトリガの開始位置を近似する円弧とトリガの開始位置との誤差を評価するようにしてもよい。次に、グループ特定部192は、この誤差が所定の閾値以下になった場合にステップ13からステップ15の処理を抑制するようにしてもよい。
<符号化法>
地震観測装置100が、地理的位置および時刻に係る2次元以上のトリガ検出状況情報を用いてトリガをグループ分けするもう1つの方法を、符号化法と呼ぶことにする。符号化法では、地震観測装置100は以下のステップ21からステップ22に示す処理を行う。
(ステップ21)
多次元化部191が、複数の観測点が配置される1次元以上の座標軸と時刻軸とによる3次元以上のトリガ検出状況情報を生成する。
多次元化部191は、視覚化法の場合と同様、地理的位置軸と時刻軸とを有する複数次元の座標空間にトリガ検出状況情報を展開する(トリガをプロットする)。
一方、符号化法では、対象となる観測点が1直線上の観測点に限定されない点で、視覚化法の場合と異なる。また、符号化法では、地理的位置軸へ観測点の割当の並び順が任意である点で、視覚化法の場合と異なる。
ただし、符号化法で、地理的位置軸への観測点の割当の並び順は固定とする。特に、符号化法でトリガのプロットのパターンに応じたトリガのグループ分けを機械学習させる場合、地理的位置軸への観測点の割当の並び順は、学習時と運用時とで同じにする。
また、符号化法では、多次元化部191がトリガ検出状況情報を3次元以上の座標空間に展開するようにしてもよい点で、視覚化法の場合と異なる。例えば、多次元化部191が、観測点の緯度および経度で2軸とし、時刻軸を加えた3次元の座標空間にトリガ検出状況情報を展開するようにしてもよい。
符号化法で、多次元化部191が、2次元以上のトリガ検出状況情報の要素情報(プロットされる、観測点毎かつ時刻毎のトリガ)に、付加情報を加えるようにしてもよい。例えば、単独観測点トリガ処理部232(図2)が、トリガをイベントの種類(例えば、遠地地震、近地地震、低周波地震、人工地震など)毎に分類しておき、多次元化部191が、要素情報に対してトリガのイベントの種類の情報を付加するようにしてもよい。
参照する情報が多くなることで、グループ特定部192によるトリガのイベント毎のグループ分けがより高精度に行われることが期待される。
図5は、符号化法における2次元以上のトリガ検出状況情報の例を示す図である。図5のグラフの横軸は時刻を示し、縦軸には、観測点が割り当てられている。
図5の例では、図を見やすくするために、直線状に並んだ観測点をその並び順どおりに縦軸に割り当てた場合の例を示している。ただし、符号化法では、地理的位置軸(図5の例では縦軸)における観測点の配置は上記のように任意である。
また、図5の例では、要素情報毎(観測点毎かつ時刻毎)に、トリガのイベント(振動発生要因)の種類が示されている。
(ステップ22)
グループ特定部192が、トリガグループを決定する。
図6は、グループ特定部192が決定したトリガグループの例を示す図である。図6は、図5に示されるトリガをグループ分けした例を示している。
図6の例では、地震A、地震B、地震C、地震Dの4つの地震によってトリガが発生しており、グループ特定部192は、イベントを地震毎に「A」、「B」、「C」、「D」の4つのグループに分類している。「×」は、イベントが地震ではないので4つのグループの何れにも属さないことを示している。
符号化法では、観測点を地理的位置軸に割り当てる順番は任意なので、地理的に隣接する観測点が地理的位置軸でも隣接して割り当てられるとは限らない。従って、同一の地震によるトリガが、符号化法におけるトリガ発生状況情報上で一まとまりに表されるとは限らない。また、図6のグループCおよびグループDのように、複数の地震によるトリガが一まとまりに表される場合もある。
一方、符号化法におけるトリガ発生状況情報に時刻軸が設けられていることで、観測点間における地震波の到達時間差が図6に示されている。この到達時間差によって、観測点同士の位置関係、および、観測点と震源との位置関係が示されており、トリガを地震毎にグループ分けする手掛かりとなる。
そこで、符号化法におけるトリガ発生状況情報(2次元以上のトリガ発生状況情報)の入力を受けてトリガグループを出力するモデルを機械学習で生成しておくようにしてもよい。このモデルで、観測点間における地震波の到達時間差がグループ分けの規則に反映されることで、トリガのグループ分けが高精度に行われると期待される。
すなわち、複数の観測点におけるトリガが同一の地震に起因する場合、2次元以上のトリガ検出状況情報ではこの位置関係になることが多い、という統計的情報が、機械学習結果(学習済みモデル)に反映されると期待される。この反映に基づいて、処理対象の2次元以上のトリガ検出状況情報でこの位置関係であれば、同一の地震に起因するトリガであるという判定、あるいは、このトリガは、このトリガグループと同一の地震に起因するという判定が行われることで、トリガのグループ分けが適切に行われることが期待される。
この場合、学習済みモデルが行うグループ分けの処理は、2次元以上のトリガ発生状況情報を入力符号として受け取り、この入力符号を統計的に解析してトリガグループを決定する処理と見做すことができる。このことから、符号化法との名称を用いている。
<視覚化法と符号化法の併用>
地震観測装置100が、視覚化法と符号化法とを併用し、両者による分類結果(グループ分けの結果)を統合するようにしてもよい。例えば、グループ特定部192が、以下のステップ31からステップ32の処理を行うことで、視覚化法による分類結果と符号化法による分類結果とを統合するようにしてもよい。
(ステップ31)
グループ特定部192が、視覚化法におけるトリガグループと、符号化法におけるトリガグループとを対応付ける。
統合前の、視覚化法、符号化法それぞれによる分類を仮分類と称する。
視覚化法、符号化法の何れでも、観測点毎かつ時刻毎にトリガグループが求められている。そこで、グループ特定部192は、観測点毎かつ時刻毎に、視覚化法におけるトリガグループと、符号化法におけるトリガグループとを対応付ける。
(ステップ32)
グループ特定部192が、分類結果の一致度合い(トリガグループの一致度合い)に基づいて分類結果に評価を加える。
トリガが視覚化法と符号化法とで同じトリガグループに分類された場合(すなわち、分類結果が一致する場合)、この分類の信頼性が比較的高いと考えられる。そこで、グループ特定部192は、この場合の分類結果に対して高い評価を加える。例えば、グループ特定部192が、この場合のトリガグループ(観測点毎かつ時刻毎のトリガグループ)に比較的大きい重み係数(例えば、「1」)を加える。
一方、トリガが視覚化法と符号化法とで異なるトリガグループに分類された場合、この分類の信頼性は比較的低いと考えられる。そこで、グループ特定部192は、この場合の分類結果に対して低い評価を加える。例えば、グループ特定部192が、この場合のトリガグループ(観測点毎かつ時刻毎のトリガグループ)に比較的小さい重み係数(例えば、「0.3」)を加える。
グループ特定部192がトリガグループに加える重み係数は、例えば、震源推定部235(図2)が震源地を推定する際に用いることができる。
トリガとトリガ発生元の地震との対応付けが正しい場合、このトリガに関する情報(例えば、地震波到達時刻)をその地震の震源地の推定に用いることで、震源地推定のための情報が多くなり、推定精度が向上すると期待される。一方、トリガとトリガ発生元の地震との対応付けが誤っている場合、このトリガに関する情報をその地震の震源地の推定に用いると、震源地推定に対するノイズとして作用し、推定精度が低下すると考えられる。
そこで、震源推定部235が、震源地を推定する際に上記の重み係数を用いることで、信頼性の低い分類結果に対応付けられる情報の、震源地推定への寄与を小さくする。これにより、トリガとトリガ発生元の地震との対応付けが誤っていた場合でも、震源地の推定精度への影響が小さくて済む。
なお、トリガが視覚化法と符号化法とで分類結果のトリガグループが異なる場合、グループ特定部192が、どちらか一方のトリガグループのみを残すようにしてもよい。例えば、グループ特定部192が、符号化法で得られたトリガグループを削除するようにしてもよい。あるいは、グループ特定部192が両方のトリガグループを残すようにしてもよい。あるいは、グループ特定部192が、両方のトリガグループを削除することで、後の工程の処理での使用対象から除外するようにしてもよい。
なお、グループ特定部192が、トリガをその発生原因の地震毎のグループ(トリガグループ)に分類する際に、トリガ検出状況情報に加えて地震波の波形を参照するようにしてもよい。特に、遠地地震の場合、複数の観測点で同様の波形が観測される可能性が高い。グループ特定部192が、地震波の波形を参照して波形が類似する場合のトリガを同一のトリガグループに分類することで、比較的高精度に分類を行えると期待される。
なお、地震観測装置100が併用する方法は、視覚化法および符号化法に限定されない。地震観測装置100が、視覚化法および符号化法に加えて、あるいはこれらのうち何れかに代えて、トリガをその発生原因の地震毎のグループに分類する他の方法を併用するようにしてもよい。
制御部190の各部の処理を機械学習で生成する場合、地震観測装置100が機械学習を実行するようにしてもよいし、地震観測装置100とは別の装置が機械学習を実施するようにしてもよい。以下では図7を参照して、地震観測装置100とは別のモデル生成装置300が機械学習を実行する場合について説明する。
図7は、実施形態に係るモデル生成装置の機能構成の例を示す概略ブロック図である。
図7に示す構成で、モデル生成装置300は、機械学習データ生成部310と、トリガ情報学習部321と、仮震源推定処理学習部322と、視覚化法グルーピング学習部323とを備える。
モデル生成装置300は、機械学習を実行して、制御部190の各部の処理に用いられるモデルを生成する。
モデル生成装置300は、例えばワークステーションまたはメインフレーム等のコンピュータを用いて構成される。
機械学習データ生成部310は、教師有りの機械学習データを生成する。具体的には、機械学習データ生成部310は、モデルへの入力データとして、トリガ検出状況情報(符号化)、トリガ検出状況情報(仮震源推定)およびトリガ検出状況情報(視覚化)を取得する。
トリガ検出状況情報(符号化)は、符号化法で多次元化部191が生成する、2次元以上のトリガ検出状況情報である。
トリガ検出状況情報(仮震源推定)は、視覚化法で仮震源の推定のために多次元化部191が生成する、直線状に配置された観測点における2次元のトリガ検出状況情報に、仮震源が直線のどちら側に位置するかの判定のための、直線上以外に位置する観測点におけるトリガ検出状況情報を加えたデータである。
トリガ検出状況情報(視覚化)は、視覚化法でトリガグループの決定のために多次元化部191が生成する、観測点が仮震源からの距離に応じて地理的位置軸に割り当てられた2次元のトリガ検出状況情報である。
また、機械学習データ生成部310は、正解データとして、イベント判別データ(符号化)、仮震源推定位置情報およびイベント判別データ(視覚化)を取得する。
イベント判別データ(符号化)は、トリガ検出状況情報(符号化)に対する正解のトリガグループを示す情報である。
仮震源推定位置情報は、トリガ検出状況情報(仮震源推定)に対する正解の仮震源の位置を示す情報である。
イベント判別データ(視覚化)は、トリガ検出状況情報(視覚化)に対する正解のトリガグループを示す情報である。
機械学習データ生成部310は、入力データと正解データとを組み合わせた教師データを、学習部毎に(すなわち、トリガ情報学習部321、仮震源推定処理学習部322、視覚化法グルーピング学習部323の各々について)生成し、機械学習用に提供する。
機械学習データ生成部310は、トリガ情報学習部321用の学習データとして、トリガ検出状況情報(符号化)と、それに対応するイベント判別データ(符号化)との組み合わせを生成する。
機械学習データ生成部310は、仮震源推定処理学習部322用の学習データとして、トリガ検出状況情報(仮震源推定)と、それに対応する仮震源推定位置情報との組み合わせを生成する。
機械学習データ生成部310は、視覚化法グルーピング学習部323用の学習データとして、トリガ検出状況情報(視覚化)と、それに対応するイベント判別データ(視覚化)との組み合わせを生成する。
トリガ情報学習部321は、機械学習により符号化モデルのパラメータ値(学習パラメータ値)を調整する。符号化モデルは、符号化法の処理を行うためのモデルである。符号化モデルは、符号化法における2次元以上のトリガ検出状況情報の入力を受けて、トリガを地震毎のグループ(トリガグループ)に分類する分類結果を出力する。
仮震源推定処理学習部322は、機械学習により仮震源推定モデルのパラメータ値(学習パラメータ値)を調整する。仮震源推定モデルは、仮震源の位置推定を行うためのモデルである。仮震源推定モデルは、直線状に配置された観測点における2次元のトリガ検出状況情報と、直線上以外に位置する観測点におけるトリガ検出状況情報との入力を受けて、仮震源の推定位置を出力する。
ただし、上述したように、人が仮震源の位置推定を行うようにしてもよい。この場合は、モデル生成装置300が仮震源推定処理学習部322を備える必要は無い。
視覚化法グルーピング学習部323は、機械学習により視覚化モデルのパラメータ値(学習パラメータ値)を調整する。視覚化モデルは、視覚化法でトリガを地震毎のグループ(トリガグループ)に分類するためのモデルである。視覚化モデルは、観測点が仮震源からの距離に応じて地理的位置軸に割り当てられた2次元のトリガ検出状況情報の入力を受けて、トリガを地震毎のグループ(トリガグループ)に分類する分類結果を出力する。
以上のように、通信部110は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得する。多次元化部191は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報から、地理的位置および時刻に係る2次元以上の振動検出状況情報を生成する。グループ特定部192は、要素情報の各々を、振動発生要因毎のグループに分類する。ここでいう要素情報は、多次元化部191が生成した2次元以上の振動検出状況情報を構成する情報であり、ある地理的位置かつある時刻における振動検出状況を示す。
これにより、地震観測装置100では、トリガとその要因なった地震との対応関係を求めるために、トリガ発生の時間の情報を用いることができ、この点で、比較的多くの情報を用いることができる。
特に、トリガ発生の時間の情報から、観測点間における地震波到達時間差を算出でき、これによって観測点同士の位置関係が示される。地震観測装置100がこの情報を用いることで、比較的高精度にトリガのグループ分けを行えると期待される。
また、多次元化部191は、仮設定された震源からの距離順に観測点を割り当てた地理的位置軸と時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成する。
この2次元の振動検出状況情報では、同じ地震に起因するトリガが線状または帯状に示される。グループ特定部192が、この情報に基づいて、比較的高精度にトリガのグループ分けを行えると期待される。
また、多次元化部191は、直線状に配置された複数の観測点を結んだ直線における位置を示す座標軸と時刻軸との2次元座の振動検出状況情報を生成し、その振動検出状況情報を用いて震源を仮設定する。
この2次元座の振動検出状況情報では、仮震源の方向が幾何学的に示される。多次元化部191が、この情報を用いることで、比較的容易に買い震源の位置を推定できると期待される。
また、多次元化部191は、複数の観測点が配置される1次元以上の座標軸と時刻軸とによる2次元以上の振動検出状況情報を生成する。
この2次元以上の振動検出状況情報では、トリガによって示される符号パターンとトリガとその発生要因の地震との対応関係との間に相関性がある。特に、符号化法におけるトリガ発生状況情報に時刻軸が設けられていることで、観測点間における地震波の到達時間差がグラフに示されている。この到達時間差によって、観測点同士の位置関係、および、観測点と震源との位置関係が示されている。グループ特定部192が、この情報に基づいて、比較的高精度にトリガのグループ分けを行えると期待される。
また、多次元化部191は、要素情報が示す振動の振動発生要因の種類を示す種類情報を取得し、取得した種類情報を含む2次元以上の振動検出状況情報を生成する。
グループ特定部192が、この情報を用いてトリガのグループ分けを行うことで、比較的多くの情報を用いることができ、比較的高精度にグループ分けを行えると期待される。
また、グループ特定部192は、前記要素情報を前記グループに分類した複数通りの仮分類の一致状況に基づいて、前記要素情報の前記グループへの分類結果に対する評価情報を付加する。
この評価情報を震源の位置推定反映させることで、震源の位置を比較的高精度に推定できると期待される。
また、地震観測装置100によれば、トリガの時間的な関係および距離的な関係を評価することができ、これによって複数の近接地震に起因するトリガを、近接地震毎に分離し得る。
また、地震観測装置100で機械学習を用いて統計的処理を行うことで、トリガとその原因の地震との対応付けで、あり得ない対応付けを行うことを排除できる。
また、地震観測装置100によれば、種類の異なる地震が混在する場合でも、トリガレベルで分離が可能であれば、トリガの原因の地震を分けて把握できる。これにより、地震観測装置100では、複数の地震を1つの地震と把握してしまうことを回避でき、例えば震源推定精度の低下を回避できる。
また、地震観測装置100で、トリガとその原因の地震との対応関係の判定を機械学習することで、人が行う判定に近い判定を行うことができる。地震観測装置100によれば、この点で、トリガとその原因の地震との対応関係の誤判定の可能性が小さく、この点で、震源位置の推定を比較的高精度に行うことができる。
次に、図8および図9を参照して、本発明の最小の構成の実施形態の構成について説明する。
図8は、最小の構成の実施形態に係る地震観測装置を示す。図8に示す地震観測装置400は、振動検出状況情報取得部401と、多次元化部402と、グループ特定部403とを備える。
かかる構成で、振動検出状況情報取得部401は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得する。多次元化部402は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報から、地理的位置および時刻に係る2次元以上の振動検出状況情報を生成する。グループ特定部403は、2次元以上の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、ある地理的位置かつある時刻における振動検出状況を示す要素情報の各々を、振動発生要因毎のグループに分類する。
これにより、地震観測装置400では、振動とその要因なった地震との対応関係を求めるために、振動発生時間の情報を用いることができ、この点で、比較的多くの情報を用いることができる。
特に、振動発生時間の情報から、観測点間における地震波到達時間差を算出でき、これによって観測点同士の位置関係が示される。地震観測装置400がこの情報を用いることで、比較的高精度に振動とその要因なった地震との対応関係を求められると期待される。
図9は、最小の構成の実施形態に係る地震観測方法における処理手順を示す。
図9に示された処理は、複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得する振動検出状況情報取得工程(ステップS211)と、前記複数の観測点の各々における振動検出状況情報から、地理的位置および時刻に係る2次元以上の振動検出状況情報を生成する多次元化工程(ステップS212)と、前記2次元以上の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、ある地理的位置かつある時刻における振動検出状況を示す要素情報の各々を、振動発生要因毎のグループに分類するグループ特定工程(ステップS213)とを含む。
図9の処理によれば、振動とその要因なった地震との対応関係を求めるために、振動発生時間の情報を用いることができ、この点で、比較的多くの情報を用いることができる。
特に、振動発生時間の情報から、観測点間における地震波到達時間差を算出でき、これによって観測点同士の位置関係が示される。図9の処理では、この情報を用いることで、比較的高精度に振動とその要因なった地震との対応関係を求められると期待される。
図10は、少なくとも1つの上記実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
図10に示す構成で、コンピュータ700は、CPU(Central Processing Unit)710と、主記憶装置720と、補助記憶装置730と、インタフェース740とを備える。
上記の地震観測装置100、地震処理装置230、モデル生成装置300および地震観測装置400のうち何れか1つ以上が、コンピュータ700に実装されてもよい。その場合、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU710は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。
地震観測装置100がコンピュータ700に実装される場合、制御部190およびその各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従って制御部190およびその各部の処理を実行する。
また、CPU710は、プログラムに従って、記憶部180およびその各部に対応する記憶領域を主記憶装置720に確保する。通信部110が行う通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。表示部120の機能は、インタフェース740が表示画面を有し、CPU710の制御に従って表示を行うことで実行される。操作入力部130の機能は、インタフェース740が入力デバイスを有し、CPU710の制御に従ってユーザ操作を受け付けることで実行される。
地震処理装置230がコンピュータ700に実装される場合、単独観測点トリガ処理部232、地震判定部233、相検測部234、震源推定部235および通知処理部236の各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従ってこれら各部の処理を実行する。受信部231が行う通信は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
モデル生成装置300がコンピュータ700に実装される場合、機械学習データ生成部310、トリガ情報学習部321、仮震源推定処理学習部322および視覚化法グルーピング学習部323の各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従ってこれら各部の処理を実行する。
地震観測装置400がコンピュータ700に実装される場合、多次元化部402およびグループ特定部403の各部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置730に記憶されている。CPU710は、プログラムを補助記憶装置730から読み出して主記憶装置720に展開し、当該プログラムに従ってこれら各部の処理を実行する。
振動検出状況情報取得部401が行うデータの取得は、インタフェース740が通信機能を有し、CPU710の制御に従って通信を行うことで実行される。
なお、地震観測装置100、地震処理装置230、モデル生成装置300および地震観測装置400が行う処理の全部または一部を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
本願は、2019年8月20日に、日本に出願された特願2019-150631号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本発明は、地震の震度を測定し震源を推定する地震観測装置に適用でき、観測された振動とその振動の要因となった地震との対応関係を求めるために、比較的多くの情報を用いることができる。
1 地震処理システム
100、400 地震観測装置
110 通信部
120 表示部
130 操作入力部
180 記憶部
181 モデル記憶部
190 制御部
191、402 多次元化部
192、403 グループ特定部
210 センサ
220 センサデータ収集装置
230 地震処理装置
231 受信部
232 単独観測点トリガ処理部
233 地震判定部
234 相検測部
235 震源推定部
236 通知処理部
240 データサーバ装置
250 津波処理装置
261 リアルタイム表示端末装置
262 メンテナンス端末装置
263 対話型処理端末装置
300 モデル生成装置
310 機械学習データ生成部
321 トリガ情報学習部
322 仮震源推定処理学習部
401 振動検出状況情報取得部

Claims (7)

  1. 複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得する振動検出状況情報取得手段と、
    前記複数の観測点のうち直線上に配置された観測点を、仮設定された震源からの震央距離順に割り当てた地理的位置軸と、時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成する多次元化手段と、
    前記2次元の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、各地理的位置かつ各時刻における振動検出状況を示す要素情報のうち、振動の検出を示し、線状または帯状にプロットされている要素情報が同一のグループに分類されるように、要素情報を地震毎のグループに分類するグループ特定手段と、
    を備える地震観測装置。
  2. 前記多次元化手段は、直線状に配置された複数の前記観測点を結んだ直線における位置を示す座標軸と時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成し、その振動検出状況情報を用いて震源を仮設定する、
    請求項に記載の地震観測装置。
  3. 前記多次元化手段は、複数の前記観測点が配置される1次元以上の座標軸と時刻軸とによる2次元以上の振動検出状況情報を生成する、
    請求項1または請求項2に記載の地震観測装置。
  4. 前記多次元化手段は、前記要素情報が示す振動の振動発生要因の種類を示す種類情報を取得し、
    前記種類情報を含む前記2次元以上の振動検出状況情報を生成する、
    請求項に記載の地震観測装置。
  5. 前記グループ特定手段は、前記要素情報を前記グループに分類した複数通りの仮分類の一致状況に基づいて、前記要素情報の前記グループへの分類結果に対する評価情報を付加する、
    請求項1または請求項2に記載の地震観測装置。
  6. 複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得し、
    前記複数の観測点のうち直線上に配置された観測点を、仮設定された震源からの震央距離順に割り当てた地理的位置軸と、時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成し、
    前記2次元の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、各地理的位置かつ各時刻における振動検出状況を示す要素情報のうち、振動の検出を示し、線状または帯状にプロットされている要素情報が同一のグループに分類されるように、要素情報地震毎のグループに分類する、
    地震観測方法。
  7. コンピュータに、
    複数の観測点の各々における振動検出状況情報を取得させ、
    前記複数の観測点のうち直線上に配置された観測点を、仮設定された震源からの震央距離順に割り当てた地理的位置軸と、時刻軸との2次元の振動検出状況情報を生成させ、
    前記2次元の振動検出状況情報を構成する要素情報であって、各地理的位置かつ各時刻における振動検出状況を示す要素情報のうち、振動の検出を示し、線状または帯状にプロットされている要素情報が同一のグループに分類されるように、要素情報を地震毎のグループに分類させる、
    地震観測プログラム。
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