JP7423427B2 - Seismic motion evaluation model generation method, seismic motion evaluation model generation device, seismic motion evaluation method, and seismic motion evaluation device - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 (1)電気通信回線を通じて公開、日本地震学会2019年度秋季大会講演予稿集、https://confit.atlas.jp/guide/event/zisin2019/subject/S22-08/advanced、https://confit.atlas.jp/guide/event/zisin2019/subject/S22-09/advanced、令和1年8月16日 (2)集会にて発表、日本地震学会2019年度秋季大会、令和1年9月18日 (3)刊行物にて公開、日本地震工学会第14回年次大会梗概集(CD-ROM)、令和1年9月18日 (4)集会にて発表、日本地震工学会第14回年次大会、令和1年9月19日 (5)電気通信回線を通じて公開、2020年度人工知能学会全国大会(第34回)予稿集、https://confit.atlas.jp/guide/event/jsai2020/subject/3Rin4-03/advanced?eventCode=jsai2020、令和2年5月22日Application of
本発明は、地震動評価モデル生成方法、地震動評価モデル生成装置、地震動評価方法、及び、地震動評価装置に関する。 The present invention relates to an earthquake motion evaluation model generation method, an earthquake motion evaluation model generation device, an earthquake motion evaluation method, and an earthquake motion evaluation device.
過去の地震(震源断層のすべり破壊現象)や地震動(地震によってもたらされる地盤の揺れ)等に関して得られた様々なデータに基づいて将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を評価・予測する技術は、その有用性ゆえ、地震動の特徴分析・解釈から建築物・構造物の挙動予測・構造設計等、更には地震防災等に至るまで、社会で幅広く活用されている。 Technology that evaluates and predicts the characteristics of seismic motion due to earthquakes that are thought to occur in the future based on various data obtained regarding past earthquakes (slip rupture phenomena of seismic source faults) and seismic motion (ground shaking caused by earthquakes). Due to its usefulness, it is widely used in society for everything from analysis and interpretation of seismic motion characteristics to behavior prediction and structural design of buildings and structures, and even earthquake disaster prevention.
従来、個々の専門家により自らの判断を伴いつつ選定された一部のデータが、専門的な手法により分析された上で、将来の地震による地震動の最大振幅(最大加速度・最大速度・最大変位等)や応答スペクトル(地震動をある固有周期と減衰定数を有する一質点系に入力させた場合の一質点系の最大応答振幅)等を評価・予測するための予測式(一般に距離減衰式・地震動評価式・地震動予測式等と称されることが多い)が開発され、活用されてきた(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。
Previously, some data was selected by individual experts using their own judgment, and was analyzed using specialized methods to determine the maximum amplitude (maximum acceleration, maximum velocity, maximum displacement) of seismic motion caused by future earthquakes. etc.) and response spectrum (maximum response amplitude of a single mass point system when earthquake motion is input to a single mass point system with a certain natural period and attenuation constant), etc.). (often referred to as evaluation formulas, seismic motion prediction formulas, etc.) have been developed and utilized (for example, see
既往の検討により開発され活用されている実用的な距離減衰式等の予測式は、個々の専門家の検討に用いられた地震観測記録のデータに依存する上、大規模な地震や最大級の地震動は稀な自然現象であるため、それらの予測式に反映される既往の知見の質と量にはアンバランスが含まれている。また、日々蓄積・解析されることによるデータ量の増加とコンピュータの情報処理能力の向上は、その問題の改善に大きく寄与する可能性を秘めているが、新たなデータが得られる度に個々の専門家が予測式の再検討・再評価を行うには膨大な時間と労力を要するため、少なからず限界がある。 Practical prediction formulas such as the distance attenuation formula developed and utilized through past studies depend on the data of earthquake observation records used in the study by individual experts, and they are not suitable for large-scale earthquakes or the largest earthquakes. Since earthquake motions are rare natural phenomena, there is an imbalance in the quality and quantity of past knowledge reflected in their prediction formulas. In addition, the increase in the amount of data that is accumulated and analyzed on a daily basis and the improvement in the information processing capacity of computers have the potential to greatly contribute to improving this problem, but each time new data is obtained, individual It takes an enormous amount of time and effort for experts to reexamine and reevaluate prediction formulas, so there are some limitations.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、データ量の増加とコンピュータの情報処理能力の向上を最大限に生かしつつ、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することができる、地震動評価モデル生成方法、地震動評価モデル生成装置、地震動評価方法、及び、地震動評価装置を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and takes full advantage of the increase in data volume and the improvement in information processing ability of computers, while improving the characteristics of seismic motion caused by earthquakes that are expected to occur in the future. It is an object of the present invention to provide a seismic motion evaluation model generation method, a seismic motion evaluation model generation device, an earthquake motion evaluation method, and a seismic motion evaluation device that can evaluate and predict with accuracy.
本発明は、上記課題を解決するものであって、本発明の一実施形態に係る地震動評価モデル生成方法は、
コンピュータを用いて機械学習により地震動評価モデルを生成する地震動評価モデル生成方法であって、
複数の実地震と当該複数の実地震による実地震動が観測された少なくとも1つの観測点との各組み合わせについて、前記実地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録を関連付けて記憶する第1のデータベースから、前記地震動諸特性パラメータを特徴量とし、前記地震動観測記録から得られる地震動指標を目的変数として、前記特徴量及び前記目的変数で構成される第1の学習用データを複数取得する第1の取得工程と、
複数の仮想地震と当該複数の仮想地震による仮想地震動がシミュレーションにより算出された少なくとも1つの仮想観測点との各組み合わせについて、前記仮想地震動が前記シミュレーションにより算出されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動算出結果を関連付けて記憶する第2のデータベースから、前記地震動諸特性パラメータを特徴量とし、前記地震動算出結果から得られる地震動指標を目的変数として、当該特徴量及び当該目的変数で構成される第2の学習用データを複数取得する第2の取得工程と、
前記第1の取得工程にて取得された複数の前記第1の学習用データと、前記第2の取得工程にて取得された複数の前記第2の学習用データとに基づいて、前記特徴量及び前記目的変数の相関関係を前記機械学習により学習することにより、前記機械学習の学習済みモデルとして前記地震動評価モデルを生成する生成工程と、を含む。
The present invention solves the above problems, and a seismic motion evaluation model generation method according to an embodiment of the present invention includes:
A seismic motion evaluation model generation method for generating an earthquake motion evaluation model by machine learning using a computer, the method comprising:
For each combination of a plurality of actual earthquakes and at least one observation point where actual earthquake motion due to the plurality of actual earthquakes was observed, various earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion observation records when the actual earthquake motion was observed are stored in association with each other. From a first database, acquire a plurality of first learning data consisting of the feature quantities and the objective variables, with the seismic motion characteristic parameters as the feature quantities and the seismic motion index obtained from the seismic motion observation record as the objective variable. a first acquisition step of
For each combination of a plurality of virtual earthquakes and at least one virtual observation point from which virtual seismic motions due to the plurality of virtual earthquakes are calculated by simulation, various earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion calculations when the virtual earthquake motions are calculated by the simulation. From a second database that stores the results in association with each other, a second database consisting of the feature quantities and the objective variables is obtained, with the various seismic motion characteristic parameters as the feature quantities and the seismic motion index obtained from the seismic motion calculation results as the objective variable. a second acquisition step of acquiring a plurality of learning data;
The feature amount is calculated based on the plurality of first learning data acquired in the first acquisition step and the plurality of second learning data acquired in the second acquisition step. and a generation step of generating the seismic motion evaluation model as a learned model of the machine learning by learning the correlation of the target variables by the machine learning.
また、本発明の一実施形態に係る地震動評価モデル生成装置は、
コンピュータであって、上記地震動評価モデル生成方法に含まれる各工程を実行する制御部を備える。
Furthermore, the seismic motion evaluation model generation device according to an embodiment of the present invention includes:
The computer is equipped with a control unit that executes each step included in the seismic motion evaluation model generation method.
また、本発明の一実施形態に係る地震動評価方法は、
コンピュータを用いて、上記地震動評価モデル生成方法により生成された前記地震動評価モデルに基づいて前記地震動の特性を評価する地震動評価方法であって、
予測対象の前記地震動諸特性パラメータを受け付ける受付工程と、
前記受付工程にて受け付けられた前記予測対象の前記地震動諸特性パラメータを前記特徴量として前記地震動評価モデルに入力することにより当該地震動評価モデルから出力される前記目的変数に基づいて、前記予測対象の前記地震動諸特性パラメータに対応する前記地震動指標を予測する予測工程と、を含む。
Furthermore, the seismic motion evaluation method according to an embodiment of the present invention includes:
A seismic motion evaluation method that uses a computer to evaluate the characteristics of the seismic motion based on the seismic motion evaluation model generated by the seismic motion evaluation model generation method,
a reception step of receiving the seismic motion characteristic parameters to be predicted;
The various seismic motion characteristic parameters of the prediction target received in the reception process are input into the seismic motion evaluation model as the feature quantities, and based on the objective variables output from the seismic motion evaluation model, the seismic motion characteristic parameters of the prediction target are and a prediction step of predicting the seismic motion index corresponding to the seismic motion characteristic parameters.
また、本発明の一実施形態に係る地震動評価装置は、
コンピュータであって、上記地震動評価方法に含まれる各工程を実行する制御部を備える。
Furthermore, the seismic motion evaluation device according to an embodiment of the present invention includes:
The computer is equipped with a control unit that executes each step included in the seismic motion evaluation method.
本発明の一実施形態に係る地震動評価モデル生成装置、及び、地震動評価装置によれば、過去に発生した実地震に基づく第1の学習用データと、シミュレーションにより算出された仮想地震に基づく第2の学習用データとに基づいて、特徴量及び目的変数の相関関係を機械学習により学習することにより、機械学習の学習済みモデルとして地震動評価モデルを生成するので、データ量の増加とコンピュータの情報処理能力の向上を最大限に生かしつつ、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデルを提供することができる。 According to the seismic motion evaluation model generation device and the seismic motion evaluation device according to an embodiment of the present invention, the first learning data is based on actual earthquakes that occurred in the past, and the second learning data is based on the virtual earthquake calculated by simulation. By learning the correlation between feature values and objective variables using machine learning based on the learning data of It is possible to provide a seismic motion evaluation model that can highly accurately evaluate and predict the characteristics of seismic motion due to earthquakes that are expected to occur in the future, while making the most of improved capabilities.
また、本発明の一実施形態に係る地震動評価方法、及び、地震動評価装置によれば、地震動評価モデル生成装置及び地震動評価モデル生成方法により生成された地震動評価モデルを利用することにより、個々の専門家の経験に依存することなく、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することができる。 Further, according to the seismic motion evaluation method and seismic motion evaluation device according to an embodiment of the present invention, by using the seismic motion evaluation model generated by the seismic motion evaluation model generation device and the seismic motion evaluation model generation method, individual specialized It is possible to evaluate and predict with high precision the characteristics of seismic motion caused by earthquakes that are expected to occur in the future, without relying on experience in the home.
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る地震動評価システム1の一例を示す概略構成図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る地震動評価システム1の一例を示すブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a seismic
地震動評価システム1は、地震による地震動が複数の観測点にてそれぞれ観測された地震動観測記録を収集し、その観測結果を外部に提供する観測データ提供装置2Aと、地震動観測記録に基づいて地震の震源や規模を解析し、その解析結果を外部に提供する解析データ提供装置2Bと、地震動の評価・予測に用いる地下構造に関する地下構造パラメータを外部に提供する地下構造データ提供装置2Cと、データ提供装置2A~2Cにより提供されたデータを機械学習により学習し、地震動評価モデル13を生成する地震動評価モデル生成装置3と、地震動評価モデル生成装置3により生成された地震動評価モデル13に基づいて、地震動を評価・予測する地震動評価装置4と、各装置間を接続するネットワーク5とを備える。
The seismic
ネットワーク5は、無線通信又は有線通信により各種のデータや信号を通信するものであり、任意の通信規格が用いられる。なお、本実施形態では、地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価装置4は、別々の装置であるものとして説明するが、1つの装置(地震動処理装置)として構成されていてもよい。
The
観測データ提供装置2Aは、地震が発生したときに、複数の観測点に設置された地震計(不図示)により測定された南北方向、東西方向及び上下方向に対する三成分の時刻歴波形データを、地震動観測記録としてそれぞれ収集し、地震動観測記録と、例えば、観測点の位置を示す観測点位置等の付加情報と、を含む観測データを外部に提供する。本実施形態では、観測データは、例えば、国立研究開発法人防災科学技術研究所(以下、「防災科研」という)の強震観測網K-NETにより提供されるデータであって、特に、関東地方一都六県(東京・神奈川・千葉・埼玉・茨城・栃木・群馬)に設置された観測点138地点(図1参照)にて観測されたデータを使用するものとして説明する。
The observation
解析データ提供装置2Bは、地震動観測記録に基づいて地震の震源や規模を解析し、その解析結果として、例えば、モーメントマグニチュード、気象庁マグニチュード、震央位置、震源深さ、地震種別、断層タイプ、及び、震源メカニズム解等を含む解析データを外部に提供する。本実施形態では、解析データ提供装置2Bは、例えば、防災科研の広帯域震観測網F-NETや気象庁により提供されるデータを使用するものとして説明する。
The analysis
地下構造データ提供装置2Cは、地下構造パラメータとして、例えば、地震基盤面深さ、工学的基盤面深さ、層厚、密度、地震波伝播速度、Q値、減衰定数等を含む地下構造データを外部に提供する。本実施形態では、地下構造データ提供装置2Cは、例えば、防災科研の地震ハザードステーションJ-SHISにより提供されるデータを使用するものとして説明する。 The underground structure data providing device 2C externally transmits underground structure data including, for example, earthquake bedrock depth, engineering bedrock depth, layer thickness, density, seismic wave propagation velocity, Q value, attenuation constant, etc. as underground structure parameters. Provided to. In this embodiment, the underground structure data providing device 2C will be described as using data provided by, for example, the Earthquake Hazard Station J-SHIS of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention.
なお、データ提供装置2A~2Cは、地震が発生したときに、当該地震に関する提供データをリアルタイムに地震動評価装置4に提供してもよいし、地震動評価装置4からデータの要求を受けたときに、その要求に関する提供データ(過去に発生した地震のうち所定の条件に合致する複数の地震に関する提供データでもよい)を地震動評価装置4に提供してもよい。また、本実施形態では、データ提供装置2A~2Cは、別々の3つの装置であるものとして説明するが、これに限られず、1つの装置として構成されていてもよいし、他のデータ提供装置がさらに付加されてもよい。
Note that when an earthquake occurs, the
(地震動評価モデル生成装置3の構成と各部による工程について)
地震動評価モデル生成装置3は、データ提供装置2A~2Cにより提供された提供データ(観測データ、解析データ、地下構造データ)に基づいて、例えば、勾配ブースティング木、ランダムフォレスト、ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)等の機械学習アルゴリズムを実行することにより、機械学習の学習済みモデルとして、地震動評価モデル13を生成する。
(About the configuration of the seismic motion evaluation
The seismic motion evaluation
地震動評価モデル生成装置3は、汎用又は専用のコンピュータで構成されており、図2に示すように、HDD、メモリ等により構成される記憶部30と、CPU、GPU等のプロセッサにより構成される制御部31と、ネットワーク5との通信インターフェースである通信部32と、キーボード、マウス等により構成される入力部33と、ディスプレイ、タッチパネル等により構成される表示部34とを備える。
The seismic motion evaluation
記憶部30には、データ提供装置2A~2Cにより提供された提供データが登録・更新されるデータベース10と、学習済みモデルである地震動評価モデル13と、地震動評価モデル生成装置3の動作を制御して地震動評価モデル生成方法を実現する地震動評価モデル生成プログラム300とが記憶されている。
The
制御部31は、地震動評価モデル生成プログラム300を実行することにより、DB管理部310、取得部311、及び、生成部312として機能する。なお、各部の機能の詳細は後述する。
The
図3は、本発明の第1の実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法の一例を示す機能説明図である。
FIG. 3 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic motion evaluation
(DB管理部310によるデータベース管理工程と、データベース10について)
DB管理部310は、データ提供装置2A~2Cにより提供された提供データ(観測データ、解析データ、地下構造データ)に基づいて、データベース10を管理する。具体的には、DB管理部310は、地震が発生し、当該地震による地震動が少なくとも1つの観測点で観測され、データ提供装置2A~2Cにより当該地震に関する提供データが提供される度に、当該地震と当該地震による地震動が観測された少なくとも1つの観測点との各組み合わせについて、当該地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録を関連付けて、データベース10に登録する。
(About the database management process by the
The
図4は、データベース10の一例を示すデータ構成図である。データベース10には、過去に発生した複数の地震と当該複数の地震による地震動が観測された少なくとも1つの観測点との各組み合わせについて、当該地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録が関連付けられた状態の地震動データ11が複数登録されて、記憶されている。
FIG. 4 is a data configuration diagram showing an example of the
地震動諸特性パラメータは、地震動の諸特性を記述する各種のパラメータであり、地震動の諸特性は、例えば、地震動の震源特性、及び、伝播特性を含み、サイト特性、方位特性、及び、地震動観測特性をさらに含む。本実施形態では、地震動諸特性パラメータは、データ提供装置2A~2Cにより提供された提供データ(観測データ、解析データ、地下構造データ)を、上記の地震動の諸特性に応じて分類・記録したものである。以下に、地震動諸特性パラメータに含まれる震源特性、伝播特性、サイト特性、方位特性、及び、地震動観測特性について説明する。
Seismic motion characteristic parameters are various parameters that describe various characteristics of earthquake motion, and various characteristics of earthquake motion include, for example, source characteristics and propagation characteristics of earthquake motion, site characteristics, azimuth characteristics, and earthquake motion observation characteristics. further including. In this embodiment, the seismic motion characteristic parameters are obtained by classifying and recording provided data (observation data, analysis data, underground structure data) provided by the
震源特性は、例えば、マグニチュード(モーメントマグニチュードMw、気象庁マグニチュード等)、震央位置(緯度lat_eq,経度lon_eq)、震源深さH、地震種別Type(内陸地殻内地震・プレート境界地震・スラブ内地震)、断層タイプMech(正断層・逆断層・横ずれ断層)、震源メカニズム解(走向Strike1、傾斜角dip1、すべり角rake1)、及び、震源メカニズム解の共役解(走向Strike2、傾斜角dip2、すべり角rake2)等の少なくとも1つである。本実施形態に係る震源特性は、モーメントマグニチュードMw、震央位置(緯度lat_eq,経度lon_eq)、震源深さH、地震種別Type、断層タイプMech、震源メカニズム解(Strike1、dip1、rake1)、及び、震源メカニズム解の共役解(Strike2、dip2、rake2)である。 The epicenter characteristics are, for example, magnitude (moment magnitude Mw, Japan Meteorological Agency magnitude, etc.), epicenter position (latitude lat_eq, longitude lon_eq), epicenter depth H, earthquake type (inland crustal earthquake, plate boundary earthquake, intraslab earthquake), Fault type Mech (normal fault, reverse fault, strike-slip fault), source mechanism solution (strike1, dip1 dip1, slip angle rake1), and conjugate solution of the source mechanism solution (strike2, dip2 dip2, slip angle rake2) At least one of the following. The epicenter characteristics according to this embodiment include moment magnitude Mw, epicenter position (latitude lat_eq, longitude lon_eq), epicenter depth H, earthquake type Type, fault type Mech, epicenter mechanism solution (Strike1, dip1, rake1), and epicenter These are the conjugate solutions (Strike2, dip2, rake2) of the mechanism solution.
伝播特性は、例えば、震源距離X、断層最短距離、及び、震央距離の少なくとも1つである。本実施形態に係る伝播特性は、震源距離Xであり、観測点位置と、震央位置との間の距離として算定される。 The propagation characteristic is, for example, at least one of the epicenter distance X, the shortest fault distance, and the epicenter distance. The propagation characteristic according to this embodiment is the epicenter distance X, which is calculated as the distance between the observation point position and the epicenter position.
サイト特性は、例えば、観測点位置(緯度lat_site,経度lon_site)、地震基盤面深さ、工学的基盤面深さ、層厚、密度、地震波伝播速度、Q値、及び、減衰定数の少なくとも1つである。本実施形態に係るサイト特性は、観測点位置(緯度lat_site,経度lon_site)、最上層のS波速度VS1、表層10m平均S波速度AVS10、表層30m平均S波速度AVS30、微地形区分JCODE、S波速度700m/s層上面深さD7、S波速度1400m/s層上面深さD17、S波速度2100m/s層上面深さD24、及び、地震基盤面深さD28(=S波速度2700m/s層上面深さ)である。なお、表層30m平均S波速度AVS30が、観測点の地下構造データから求められない場合には、防災科研の地震ハザードステーションJ-SHISの250mメッシュの表層30m平均S波速度AVS30で代用し、表層10m平均S波速度AVS10が、観測点の地下構造データから求められない場合には、表層30m平均S波速度AVS30で代用するものとした。また、地震基盤面深さD28は、防災科研の地震ハザードステーションJ-SHISで公開されている対象観測点位置が含まれるメッシュの深部地盤モデルの第28層の下面深さ(同モデルで地震基盤に相当するP波速度5000m/s・S波速度2700m/sの第29層の上面深さに等しい)とした。 The site characteristics are, for example, at least one of observation point position (latitude lat_site, longitude lon_site), seismic basement depth, engineering basement depth, layer thickness, density, seismic wave propagation velocity, Q value, and attenuation constant. It is. The site characteristics according to this embodiment are observation point position (latitude lat_site, longitude lon_site), top layer S-wave velocity VS1, surface layer 10m average S-wave velocity AVS10, surface layer 30m average S-wave velocity AVS30, topography classification JCODE, S Wave velocity 700 m/s layer top depth D7, S wave velocity 1400 m/s layer top depth D17, S wave velocity 2100 m/s layer top depth D24, and earthquake basement depth D28 (=S wave velocity 2700 m/s) s layer top surface depth). In addition, if the surface layer 30m average S-wave velocity AVS30 cannot be obtained from the underground structure data of the observation point, the surface layer 30m average S-wave velocity AVS30 of the 250m mesh of the Earthquake Hazard Station J-SHIS of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention is substituted. If the 10 m average S-wave velocity AVS10 cannot be obtained from the underground structure data at the observation point, the 30 m average S-wave velocity AVS30 in the surface layer was substituted. In addition, the earthquake bedrock surface depth D28 is the bottom surface depth of the 28th layer of the deep ground model of the mesh that includes the target observation point position published by the Earthquake Hazard Station J-SHIS of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention. (equal to the top surface depth of the 29th layer with a P wave velocity of 5000 m/s and an S wave velocity of 2700 m/s).
方位特性は、例えば、観測点を基準として震央が位置する方位を示す震央方位Λである。そのため、震央方位Λは、観測点位置を基準として震央位置が存在する方位として算定される。その際、震央方位Λは、真北を0°として時計回りに定めるとともに、真北を境に不連続量となるため、本実施形態に係る方位特性は、震央方位Λを表すsinΛとcosΛのペアを用いる。 The azimuth characteristic is, for example, the epicenter azimuth Λ, which indicates the azimuth in which the epicenter is located with respect to the observation point. Therefore, the epicenter azimuth Λ is calculated as the azimuth in which the epicenter position exists based on the observation point position. At this time, the epicenter azimuth Λ is determined clockwise with true north as 0°, and is a discontinuous amount with the true north as the boundary. Use pairs.
地震動観測特性は、例えば、地震動観測記録として記録された時刻歴波形のデータが南北方向、東西方向及び上下方向のいずれかであることを示す地震動の方向成分Compである。 The seismic motion observation characteristic is, for example, the directional component Comp of the seismic motion indicating that the time history waveform data recorded as the seismic motion observation record is in one of the north-south direction, east-west direction, and up-and-down direction.
地震動観測記録は、例えば、南北方向、東西方向及び上下方向に対する三成分の加速度、速度、及び、変位の時刻歴波形である。地震動観測記録は、所定の評価手法により評価・解析されることで、各種の地震動指標が得られる。本実施形態に係る地震動観測記録は、強震観測網K-NETのうち関東地方一都六県(東京・神奈川・千葉・埼玉・茨城・栃木・群馬)に設置された観測点138地点(図1参照)にて観測された水平二成分(南北方向及び東西方向)に対する時刻歴波形である。 The seismic motion observation record is, for example, a time history waveform of three components of acceleration, velocity, and displacement in the north-south direction, east-west direction, and up-and-down direction. Seismic motion observation records are evaluated and analyzed using predetermined evaluation methods to obtain various seismic motion indicators. The seismic motion observation records according to this embodiment include 138 observation points installed in six prefectures in the Kanto region (Tokyo, Kanagawa, Chiba, Saitama, Ibaraki, Tochigi, and Gunma) of the strong motion observation network K-NET (Figure 1 This is a time history waveform for two horizontal components (north-south direction and east-west direction) observed at
地震動指標は、地震動の振幅特性、周期特性、及び、経時特性の少なくとも1つを含む。 The seismic motion index includes at least one of an amplitude characteristic, a periodic characteristic, and a temporal characteristic of the seismic motion.
振幅特性は、地震動観測記録(加速度、速度、及び、変位の時刻歴波形)から得られる地震動の最大加速度PGA、最大速度、及び、最大変位の少なくとも1つである。本実施形態に係る振幅特性は、最大加速度PGAである。 The amplitude characteristic is at least one of maximum acceleration PGA, maximum velocity, and maximum displacement of earthquake motion obtained from earthquake motion observation records (time history waveforms of acceleration, velocity, and displacement). The amplitude characteristic according to this embodiment is the maximum acceleration PGA.
周期特性は、地震動観測記録(加速度、速度、及び、変位の時刻歴波形)から得られる応答スペクトル又はフーリエスペクトル等において、少なくとも1つの周期に対する応答値である。応答スペクトルは、例えば、所定の減衰定数(例えば、5%)に対する加速度応答スペクトル、擬似速度応答スペクトルpSv、速度応答スペクトル、及び、変位応答スペクトル等である。フーリエスペクトルは、例えば、加速度フーリエスペクトル、速度フーリエスペクトル、及び、変位フーリエスペクトル等である。本実施形態に係る周期特性は、0.1秒、0.5秒、1秒、3秒、5秒の各周期における減衰定数5%の擬似速度応答スペクトルpSv(0.1s)、pSv(0.5s)、pSv(1.0s)、pSv(3.0s)、pSv(5.0s)の5つである。 The period characteristic is a response value for at least one period in a response spectrum or Fourier spectrum obtained from seismic motion observation records (time history waveforms of acceleration, velocity, and displacement). The response spectrum is, for example, an acceleration response spectrum, a pseudo velocity response spectrum pSv, a velocity response spectrum, a displacement response spectrum, etc. for a predetermined damping constant (eg, 5%). Examples of the Fourier spectrum include an acceleration Fourier spectrum, a velocity Fourier spectrum, and a displacement Fourier spectrum. The periodic characteristics according to this embodiment are pseudo velocity response spectra pSv(0.1s) and pSv(0 .5s), pSv (1.0s), pSv (3.0s), and pSv (5.0s).
経時特性は、例えば、地震動観測記録(加速度、速度、及び、変位の時刻歴波形)から得られる応答継続時間スペクトルにおいて、少なくとも1つの周期に対する応答継続時間である。応答継続時間スペクトルは、例えば、所定の減衰定数(例えば、5%)に対する加速度応答継続時間スペクトル、速度応答継続時間スペクトルTSv、及び、変位応答継続時間スペクトル等である。本実施形態に係る経時特性は、0.1秒、0.5秒、1秒、3秒、5秒の各周期における減衰定数5%の速度応答継続時間スペクトルTSv(0.1s)、TSv(0.5s)、TSv(1.0s)、TSv(3.0s)、TSv(5.0s)の5つである。なお、応答継続時間の開始と終了を規定するパラメータは、p1=0.03、p2=0.95である。 The temporal characteristic is, for example, a response duration for at least one period in a response duration spectrum obtained from seismic motion observation records (time history waveforms of acceleration, velocity, and displacement). The response duration spectrum is, for example, an acceleration response duration spectrum, a velocity response duration spectrum TSv, a displacement response duration spectrum, etc. for a predetermined damping constant (for example, 5%). The temporal characteristics according to this embodiment are speed response duration spectra TSv (0.1 s), TSv ( 0.5s), TSv (1.0s), TSv (3.0s), and TSv (5.0s). Note that the parameters that define the start and end of the response duration are p1=0.03 and p2=0.95.
(取得部311による取得工程と、学習用データ12について)
取得部311は、図3に示すように、データベース10に登録された複数の地震動データ11から、地震動諸特性パラメータを特徴量とし、地震動観測記録から得られる地震動指標を目的変数として、特徴量及び目的変数で構成される学習用データ12を複数取得する。なお、学習用データ12は、教師あり学習における学習データ(トレーニングデータ)、検証データ及びテストデータとして用いられるデータである。また、複数の学習用データ12からなる学習用データ12の集合は、学習用データセットという。
(About the acquisition process by the
As shown in FIG. 3, the
その際、取得部311は、所定の地震条件及び所定の地震動条件の少なくとも一方を満たす地震に基づく地震動データ11を、学習用データ12として選択する。地震条件及び地震動条件は、例えば、首都圏においてある程度振幅が大きな地震動がバランス良く分布するように設定されるのが好ましい。
At this time, the
所定の地震条件としては、以下に示す第1乃至第6の地震条件が挙げられる。例えば、1996年~2019年1月15日の期間において発生した地震であって、最大震度が4以上でかつ東京都千代田区で震度2以上であることを第1の地震条件とする。関東地方で震度が記録された地点数が非常に少ない(一桁程度)地震を除外した上で、震央位置の偏り及び地震発生域の偏りが所定の閾値以下であることを第2の地震条件とする。地震規模(気象庁マグニチュードMj)については、3.0<Mj≦5.0、5.0<Mj≦5.5、5.5<Mjの三段階に分離したときにバランスが取れていることを第3の地震条件とする。同じ地震発生域で複数の地震が発生している場合には、震源深さの偏りが発生しないようにすることを第4の地震条件とする。モーメントマグニチュードMwが、広帯域震観測網F-netにより求められていることを第5の地震条件とする。断層面が極端に広い地震(例えば、2011年東北地方太平洋沖地震(Mj9.0))を除外することを第6の地震条件とする。上記第1乃至第6の地震条件を満たす地震としては、合計74地震が該当する。 The predetermined earthquake conditions include the first to sixth earthquake conditions shown below. For example, the first earthquake condition is an earthquake that occurred during the period from 1996 to January 15, 2019, with a maximum seismic intensity of 4 or higher and a seismic intensity of 2 or higher in Chiyoda Ward, Tokyo. After excluding earthquakes where the number of locations where seismic intensities were recorded in the Kanto region is very small (about single digits), the second earthquake condition is that the bias in the epicenter position and the bias in the earthquake occurrence area are below a predetermined threshold. shall be. Regarding the earthquake scale (magnitude Mj according to the Japan Meteorological Agency), it is found that the earthquake is balanced when separated into three stages: 3.0<Mj≦5.0, 5.0<Mj≦5.5, and 5.5<Mj. This is the third earthquake condition. When multiple earthquakes occur in the same earthquake-generating area, the fourth earthquake condition is to prevent deviations in the epicenter depth from occurring. The fifth earthquake condition is that the moment magnitude Mw is determined by the broadband seismic observation network F-net. The sixth earthquake condition is to exclude earthquakes with extremely wide fault planes (for example, the 2011 Tohoku Pacific Coast Earthquake (Mj9.0)). A total of 74 earthquakes meet the above-mentioned first to sixth earthquake conditions.
所定の地震動条件としては、以下に示す第1乃至第5の地震動条件が挙げられる。例えば、三成分の加速度を合成したときの三成分合成値の最大加速度が1cm/s2以上であることを第1の地震動条件とする。地震動観測記録において振幅が小さくノイズが大きなもの(S/N比が小さなもの)を除外することを第2の地震動条件とする。地震動観測記録において記録時間が不足(頭部不足・尾部不足・両方不足)しているものを除外することを第3の地震動条件とする。地震動観測記録において別地震・別事象等が混在して記録の分析が困難なものを除外することを第4の地震動条件とする。地震動指標における応答スペクトルやフーリエスペクトルについては、周期0.05~10秒の帯域を中心にノイズが大きなものを除外することを第5の地震動条件とする。 Examples of the predetermined seismic motion conditions include the first to fifth seismic motion conditions shown below. For example, the first seismic motion condition is that the maximum acceleration of the three-component composite value when the three-component accelerations are combined is 1 cm/s 2 or more. The second seismic motion condition is to exclude those with small amplitude and large noise (those with a small S/N ratio) in the seismic motion observation records. The third seismic motion condition is to exclude earthquake motion observation records for which there is insufficient recording time (insufficient head, insufficient tail, or insufficient both). The fourth seismic motion condition is to exclude cases in which different earthquakes, different events, etc. are mixed in the seismic motion observation records, making it difficult to analyze the records. Regarding the response spectrum and Fourier spectrum in the seismic motion index, the fifth seismic motion condition is to exclude those with large noise mainly in the band with a period of 0.05 to 10 seconds.
取得部311が、上記第1乃至第6の地震条件を満たす合計74地震による地震動に対して、上記第1の地震動条件を満たす地震動データ11を選択することにより、取得部311により選択された学習用データ12の集合(以下、「学習用データセットA」という)は、計14104(7052記録×水平二成分)の地震動データ11からなる。また、取得部311が、記第1乃至第6の地震条件を満たす合計74地震による地震動に対して、上記第1乃至第5の地震動条件を満たす地震動データ11を選択することにより、取得部311により選択された学習用データ12の集合(以下、「学習用データセットB」という)は、計11488(5744記録×水平二成分)の地震動データ11からなる。
The
以下では、本実施形態に係る学習用データ12を構成する特徴量は、図4に示す25種類の地震動諸特性パラメータのうち、モーメントマグニチュードMw、震源深さH、震源距離X、震央方位Λ(sinΛとcosΛのペア)、表層30m平均S波速度AVS30、及び、地震基盤面深さ(S波速度2700m/s層上面深さ)D28の6種類の地震動諸特性パラメータであるものとして説明する。
Below, the feature quantities constituting the learning
また、本実施形態に係る学習用データ12を構成する目的変数は、図4に示す11種類の地震動指標、すなわち、最大加速度PGA、擬似速度応答スペクトルpSv(0.1s)、pSv(0.5s)、pSv(1.0s)、pSv(3.0s)、pSv(5.0s)、速度応答継続時間スペクトルTSv(0.1s)、TSv(0.5s)、TSv(1.0s)、TSv(3.0s)、TSv(5.0s)であるものとして説明する。
Further, the objective variables constituting the learning
図5は、学習用データ12の集合(学習用データセットA)の各特徴量の相関を示す散布図である。学習用データセットAの特徴としては、遠方の小規模地震の記録が少ないこと、近距離の大規模地震の記録が無いこと、大半は震源深さ100km以浅に分布していること、関東地方の各観測点に対する震央方位Λは全方位に分散しているが、東北方向(震央方位Λ≒45°前後)が多いこと等が挙げられる。 FIG. 5 is a scatter diagram showing the correlation between each feature of the set of learning data 12 (learning data set A). The characteristics of the training dataset A are that there are few records of small-scale earthquakes in the distant area, that there are no records of large-scale earthquakes in the vicinity, that most of the earthquakes are distributed at shallower epicenter depths of 100 km or less, and that there are few records of small earthquakes in the Kanto region. Although the epicenter azimuth Λ for each observation point is dispersed in all directions, one reason is that there are many cases in the northeast direction (epicenter azimuth Λ≒45°).
(生成部312による生成工程と、地震動評価モデル13について)
生成部312は、図3に示すように、取得部311にて取得された複数の学習用データ12に基づいて、特徴量及び目的変数の相関関係を機械学習により学習することにより、学習済みモデルとして地震動評価モデル13を生成し、記憶部30に記憶する。本実施形態では、機械学習における機械学習アルゴリズムとして、勾配ブースティング木(Gradient Boosting Decision Tree)を用いる場合について説明する。
(Regarding the generation process by the
As shown in FIG. 3, the
図6は、勾配ブースティング木の概要を示す概要図である。勾配ブースティング木は、勾配ブースティングと決定木を組み合わせた学習器である。勾配ブースティングは、複数の弱学習器(低性能な機械学習モデル)を結合していくことにより強学習器(高性能な機械学習モデル)を構築する手法である。決定木は、樹木の分岐構造を利用した条件分岐を行うことにより分類・回帰が可能な機械学習モデルを生成する手法である。これら2つの手法を組み合わせた勾配ブースティング木は、決定木により生成した複数の弱学習器を勾配ブースティングにより結合する手法である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an overview of a gradient boosting tree. A gradient boosting tree is a learning device that combines gradient boosting and decision trees. Gradient boosting is a method of building a strong learner (high-performance machine learning model) by combining multiple weak learners (low-performance machine learning models). Decision trees are a method of generating machine learning models that can perform classification and regression by performing conditional branching using the branching structure of trees. A gradient boosting tree, which is a combination of these two methods, is a method that combines multiple weak learners generated by a decision tree using gradient boosting.
本実施形態では、11種類の地震動指標のうち、最大加速度PGA及び擬似速度応答スペクトルpSvについては、振幅が大きくなるにつれてデータ数が急激に減少すると考えられる。そのため、本実施形態では、目的変数の分布に発生する偏りを低減するため、最大加速度PGA及び擬似速度応答スペクトルpSvに対する目的変数のデータとして、常用対数(log10PGAとlog10pSv)をそれぞれ用いることにした。また、勾配ブースティング木における損失関数として、最大加速度PGA及び擬似速度応答スペクトルpSvには、最小二乗法(正規分布)を適用し、速度応答継続時間スペクトルTSvにはポアソン分布を適用することにした。 In this embodiment, among the 11 types of seismic motion indicators, the number of data for the maximum acceleration PGA and the pseudo velocity response spectrum pSv is considered to decrease rapidly as the amplitude increases. Therefore, in this embodiment, in order to reduce the bias that occurs in the distribution of the objective variables, common logarithms (log 10 PGA and log 10 pSv) are used as the objective variable data for the maximum acceleration PGA and the pseudo velocity response spectrum pSv, respectively. It was to be. Additionally, as a loss function in the gradient boosting tree, we decided to apply the least squares method (normal distribution) to the maximum acceleration PGA and the pseudo velocity response spectrum pSv, and to apply the Poisson distribution to the velocity response duration spectrum TSv. .
さらに、本実施形態では、生成部312が、勾配ブースティング木を用いて地震動評価モデル13を生成する際、地震動評価モデル13を目的変数(11種類の地震動指標)毎に生成するものとした。すなわち、特徴量(6種類の地震動諸特性パラメータ)と目的変数(最大加速度PGA=1種類目の地震動指標)との相関関係を学習させた第1の地震動評価モデル13A、特徴量(6種類の地震動諸特性パラメータ)と目的変数(擬似速度応答スペクトルpSv(0.1s)=2種類目の地震動指標)との相関関係を学習させた第2の地震動評価モデル13Bというように、第3の地震動評価モデル13Cから第11の地震動評価モデル13Kまでをそれぞれ生成し、合計11個の地震動評価モデル13A~13Kを生成するものとした。以下では、地震動評価モデル13には、合計11個の地震動評価モデル13A~13Kが含まれるものとして説明する。
Furthermore, in this embodiment, when generating the seismic
(地震動評価装置4の構成と各部による工程について)
地震動評価装置4は、地震動評価モデル生成装置3により生成された地震動評価モデル13に基づいて、地震動を評価・予測し、その結果を、例えば、表示媒体や紙媒体等の出力媒体に出力する。
(About the configuration of the seismic
The seismic
地震動評価装置4は、地震動評価モデル生成装置3と同様に、汎用又は専用のコンピュータで構成されており、図2に示すように、HDD、メモリ等により構成される記憶部40と、CPU、GPU等のプロセッサにより構成される制御部41と、ネットワーク5との通信インターフェースである通信部42と、キーボード、マウス等により構成される入力部43と、ディスプレイ、タッチパネル等により構成される表示部44とを備える。
The seismic
記憶部40には、地震動評価モデル生成装置3により学習済みモデルとして生成された地震動評価モデル13と、地震動評価装置4の動作を制御して地震動評価方法を実現する地震動評価プログラム400が記憶されている。
The
制御部41は、地震動評価プログラム400を実行することにより、受付部410、予測部411、及び、出力処理部412として機能する。なお、各部の機能の詳細は後述する。
The
図7は、本発明の第1の実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法の一例を示す機能説明図である。
FIG. 7 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic
(受付部410による受付工程について)
受付部410は、予測対象の地震動諸特性パラメータを受け付ける。具体的には、受付部410は、例えば、地震動評価装置4のユーザが予測対象として想定している地震(以下、「想定地震」という)のモーメントマグニチュードMw、震央位置、及び、震源深さHについて入力部33を介して受け付けるとともに、当該想定地震による地震動がどの程度発生するのかを予測したい予測点の位置を示す予測点位置についても入力部33を介して受け受ける。なお、予測点位置は、任意の位置でもよいし、観測点位置と同じでもよい。また、予測点位置は、複数でもよく、例えば、所定の格子間隔(例えば、5km間隔)における各格子点等でもよい。
(Regarding the reception process by the reception unit 410)
The receiving
そして、受付部410は、想定地震の震央位置と、地震動の予測点位置とに基づいて、震源距離X及び震央方位Λを算出するとともに、地下構造データ提供装置2Cにより提供された地下構造データに基づいて、地震動の予測点位置に対する表層30m平均S波速度AVS30、及び、地震基盤面深さ(S波速度2700m/s層上面深さ)D28を取得する。これにより、受付部410は、予測対象の地震動諸特性パラメータ(想定地震のモーメントマグニチュードMw、想定地震の震源深さH、想定地震の震源と予測点位置との間の震源距離X、予測点位置を基準として想定地震の震央位置が存在する方位を示す震央方位Λ、予測点位置の表層30m平均S波速度AVS30、及び、予測点位置の地震基盤面深さD28)を受け付ける。
Then, the
(予測部411による予測工程について)
予測部411は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータを特徴量として、地震動評価モデル13(6種類の地震動諸特性パラメータを特徴量とし、11種類の地震動指標を目的変数として、両者の相関関係を学習した学習済みモデル)に入力することにより当該地震動評価モデル13から出力される目的変数に基づいて、予測対象の地震動諸特性パラメータに対応する地震動指標を予測する。その際、受付部410が、想定地震を複数受け付けたり、予測点位置を複数受け付けたりすることで、予測対象として複数の地震動諸特性パラメータを受け付けた場合には、予測部411は、複数の地震動諸特性パラメータの各々を地震動評価モデル13に入力することで、複数の地震動諸特性パラメータの各々に対応する地震動指標をそれぞれ予測する。
(About the prediction process by the prediction unit 411)
The
本実施形態では、地震動評価モデル13は、目的変数(11種類の地震動指標)毎に生成された合計11個の地震動評価モデル13A~13Kを含むことから、予測部411は、予測対象の地震動諸特性パラメータを特徴量として合計11個の地震動評価モデル13A~13Kにそれぞれ入力し、合計11個の地震動評価モデル13A~13Kからそれぞれ出力される目的変数(11種類の地震動指標)毎に、予測対象の地震動諸特性パラメータに対応する地震動指標を予測する。すなわち、特徴量(6種類の地震動諸特性パラメータ)と最大加速度PGA(=1種類目の地震動指標)との相関関係を学習させた第1の地震動評価モデル13Aを用いて最大加速度PGAを予測し、特徴量(6種類の地震動諸特性パラメータ)と擬似速度応答スペクトルpSv(0.1s)(=2種類目の地震動指標)との相関関係を学習させた第2の地震動評価モデル13Bを用いて擬似速度応答スペクトルpSv(0.1s)を予測する、というように、第3の地震動評価モデル13Cから第11の地震動評価モデル13Kを用いてそれぞれの目的変数を予測することで、合計11個の地震動評価モデル13A~13Kを用いて11種類の地震動指標を予測するものとした。
In this embodiment, since the seismic
(出力処理部412による出力処理工程について)
出力処理部412は、予測部411にて予測された地震動指標を視認可能な出力媒体に出力する。例えば、出力媒体が、表示部44のような表示媒体である場合には、出力処理部412は、表示媒体に表示するための表示データ(出力データ)を生成し、表示媒体に表示出力する。また、出力媒体が、紙媒体である場合には、出力処理部412は、紙媒体に印刷するための印刷データ(出力データ)を生成し、紙媒体に印刷出力する。なお、出力処理部412は、出力データを、例えば、地震動予測マップ作成システムやハザードマップ作成システム等に通信出力するようにしてもよいし、公共施設、建物、工場等の防災システムに通信出力するようにしてもよい。
(About the output processing process by the output processing unit 412)
The
例えば、出力処理部412は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータが、1つの想定地震に対して、例えば、各格子点を予測点位置とするような複数の地震動諸特性パラメータであるとき、当該複数の地震動諸特性パラメータに基づいて予測部411にて予測された各予測点位置における複数の地震動指標の値を、地図上に重畳するように、例えば、コンター図や、色分けしたメッシュ図として出力媒体に出力する。
For example, the
また、出力処理部412は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータが、予測点位置を中心として異なる複数の方位特性を含む複数の地震動諸特性パラメータであるとき、当該複数の地震動諸特性パラメータに基づいて予測部411にて予測された各方位における複数の地震動指標の値を、出力媒体における基準点からの距離として表すとともに、複数の方位特性を、基準点を中心とする各方位に割り当てることにより、複数の地震動指標を出力媒体に出力する。
In addition, when the seismic motion characteristic parameters to be predicted received by the
さらに、出力処理部412は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータが、異なる震源距離を含む複数の地震動諸特性パラメータであるとき、当該複数の地震動諸特性パラメータに基づいて予測部411にて予測された複数の地震動指標の値を距離減衰特性として表すことにより、図8(詳細は後述)に示すように、複数の地震動指標を出力媒体に出力する。
Furthermore, when the seismic motion characteristic parameters to be predicted received by the receiving
図8は、地震動指標を距離減衰特性として表すときの出力結果の一例を示し、(a)はモーメントマグニチュードMwに応じた最大加速度PGA、(b)は震央方位Λに応じた擬似速度応答スペクトルpSv(1.0s)を示す図である。 Figure 8 shows an example of the output results when representing the seismic motion index as a distance attenuation characteristic, where (a) is the maximum acceleration PGA according to the moment magnitude Mw, and (b) is the pseudo velocity response spectrum pSv according to the epicenter azimuth Λ. (1.0 s).
図8(a)に示す出力結果は、想定地震が、茨城方面を震源とする地震であり、予測点位置は、「SIT006(秩父)」(図1参照)である場合に出力されるものであり、プレート境界地震による岩盤サイトでの揺れを想定したものである。また、非特許文献1に基づく既往の距離減衰式の平均についても、参考のために出力したものであるが、大局的には、既往の距離減衰式と同様に、地震動評価モデル13により地震動指標が予測されたものといえる。
The output result shown in Figure 8(a) is output when the assumed earthquake is an earthquake with an epicenter in the Ibaraki area and the predicted point position is "SIT006 (Chichibu)" (see Figure 1). This assumes shaking at a rock site due to a plate boundary earthquake. In addition, the average of the existing distance attenuation formula based on
図8(b)に示す出力結果は、想定地震が、都心からみて北東・南・南西方向(Λ=45°、160°、230°)のプレート境界地震、及び、北西方向(Λ=320°)の内陸地震である場合に出力されるものである。これら4つの想定地震を比較すると、モーメントマグニチュードMw及び震源距離Xが同じでも、擬似速度応答スペクトルpSv(1.0s)の大きさには差が生じており、プレート境界地震の中では南方向が最も小さく、北東方向と南西方向の大小関係は、震源距離Xが50km程度を境に入れ替わっている。また、北西方向の内陸地震では、距離減衰の傾きが相対的に小さく、震源距離Xが100km未満では、他の想定地震に比べて、擬似速度応答スペクトルpSv(1.0s)の大きさが顕著に小さくなっている。このような違いは、震源特性の地域性や伝播特性の違いが地震動評価モデル13に反映された結果であり、さらに震央方位Λを考慮することにより、細かな地域特性が地震動評価モデル13に反映された結果であると考えられる。
The output results shown in Figure 8(b) indicate that the assumed earthquakes are plate boundary earthquakes in the northeast, south, and southwest directions (Λ = 45°, 160°, 230°) and northwest direction (Λ = 320°). ) is output when it is an inland earthquake. Comparing these four hypothetical earthquakes, even if the moment magnitude Mw and epicenter distance It is the smallest, and the size relationship between the northeast and southwest directions is reversed when the epicenter distance X is around 50 km. In addition, for inland earthquakes in the northwest direction, the slope of distance attenuation is relatively small, and when the epicenter distance It has become smaller. These differences are the result of regional characteristics of the epicenter characteristics and differences in propagation characteristics being reflected in the seismic
(地震動評価モデル13の特性について)
次に、地震動評価モデル13の特性について、地震動評価モデル生成装置3により異なる学習用データ12を用いてそれぞれ生成された複数の地震動評価モデル13を比較しながら説明する。その際、地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録が関連付けられた複数の地震動データ11について、地震動観測記録から得られる地震動指標を「観測値」とし、地震動諸特性パラメータを地震動評価モデル13に入力することにより得られる地震動指標を「評価値」として、「観測値」及び「評価値」を用いて地震動評価モデル13の特性を説明する。
(About the characteristics of seismic motion evaluation model 13)
Next, the characteristics of the seismic
ここでは、学習用データセットAを用いた機械学習により「関東モデルA」を生成するものとし、特徴量として上記6種類を全て考慮した「関東モデルA6」と、震央方位Λ(sinΛ,cosΛ)を除く5種類のみを考慮した「関東モデルA5」とをそれぞれ生成し、比較した。また、学習用データセットBを用いた機械学習により「関東モデルB」を生成するものとし、特徴量として上記6種類を全て考慮した「関東モデルB6」と、震央方位Λ(sinΛ,cosΛ)を除く5種類のみを考慮した「関東モデルB5」とをそれぞれ生成し、比較した。 Here, "Kanto model A" is generated by machine learning using training dataset A, and "Kanto model A6" considering all the above six types as feature quantities and epicenter azimuth Λ (sinΛ, cosΛ) "Kanto Model A5" which takes into account only five types excluding ``Kanto Model A5'' was generated and compared. In addition, "Kanto model B" is generated by machine learning using learning dataset B, and "Kanto model B6" that takes all the above six types into consideration as feature quantities and the epicenter direction Λ (sinΛ, cosΛ) "Kanto Model B5", which takes into account only the five types excluding the above, was generated and compared.
(目的変数に対する各特徴量の影響度について)
図9は、目的変数(地震動指標)に対する各特徴量(地震動諸特性パラメータ)の影響度を示し、(a)は関東モデルA5、(b)は関東モデルA6、(c)は関東モデルB5、(d)は関東モデルB6をそれぞれ示す図である。
(About the influence of each feature on the objective variable)
Figure 9 shows the degree of influence of each feature (seismic motion characteristic parameters) on the objective variable (earthquake motion index), where (a) is Kanto model A5, (b) is Kanto model A6, (c) is Kanto model B5, (d) is a diagram showing the Kanto model B6.
図9に示す各特徴量の影響度は、機械学習に用いた学習用データ12(学習用データセットA又学習用データセットB)から1つの特徴量を選択し、そのデータ列のみシャッフルしてランダムなデータ列に置き換え、他の特徴量のデータ列は元のままとして目的変数を評価したときに、評価精度が悪化した度合いを示すものである。したがって、評価精度が大きく悪化した場合は、その特徴量が重要であり、逆に評価精度が変化しない場合は、その特徴量は評価に与える影響が小さいと考えられる。 The degree of influence of each feature shown in Figure 9 is determined by selecting one feature from the learning data 12 (learning data set A or learning data set B) used for machine learning and shuffling only that data string. This indicates the degree to which the evaluation accuracy deteriorates when the target variable is evaluated by replacing it with a random data string and leaving the data strings of other feature values as they are. Therefore, if the evaluation accuracy has significantly deteriorated, the feature amount is considered to be important, and conversely, if the evaluation accuracy has not changed, the feature amount is considered to have a small influence on the evaluation.
図9(a)に示す関東モデルA5と、図9(b)に示す関東モデルA6を比較すると、短周期では震源距離Xの影響、長周期ではモーメントマグニチュードMwの影響がそれぞれ支配的である。モーメントマグニチュードMwの影響度は、速度応答継続時間スペクトルTSv(0.1s)を除いて全体に周期と共に増大し、震源距離Xの影響度は周期と共に減少した。震源深さHの影響度は、短周期側でやや大きめ、表層30m平均S波速度AVS30の影響度は、速度応答継続時間スペクトルTSv(1.0s)で相対的にやや大きめ、地震基盤面深さD28の影響度は、速度応答継続時間スペクトルTSvの周期1秒以上で大きめとなった。震央方位Λの影響度は、sinΛとcosΛを合わせて検討すると、震源深さH、地震基盤面深さD28、表層30m平均S波速度AVS30に匹敵し、相対的には、周期1秒以下で大きめとなった。総合的に見ると、周期1秒付近を境に短周期側と長周期側とで特徴が異なるように見える。 Comparing the Kanto model A5 shown in FIG. 9(a) and the Kanto model A6 shown in FIG. 9(b), the influence of the epicenter distance X is dominant in the short period, and the influence of the moment magnitude Mw is dominant in the long period. The degree of influence of moment magnitude Mw generally increased with period, except for the velocity response duration spectrum TSv (0.1 s), and the degree of influence of epicenter distance X decreased with period. The degree of influence of the epicenter depth H is relatively large on the short-period side, the degree of influence of the average S-wave velocity AVS30 in the surface layer 30m is relatively large in the velocity response duration spectrum TSv (1.0 s), and the degree of influence on the earthquake basement depth is relatively large. The degree of influence of the speed D28 was large when the period of the speed response duration spectrum TSv was 1 second or more. The degree of influence of the epicenter azimuth Λ is comparable to the epicenter depth H, the earthquake bedrock depth D28, and the average S-wave velocity AVS30 in the surface layer when sinΛ and cosΛ are considered together, and relatively, the period is less than 1 second. It became larger. Overall, it appears that the characteristics differ between the short-period side and the long-period side, with the period around 1 second as the boundary.
図9(c)に示す関東モデルB5と、図9(d)に示す関東モデルB6を比較すると、速度応答継続時間スペクトルTSvへの効果が試作関東モデルAの結果よりも分かりやすくなった。モーメントマグニチュードMwの影響度は、周期と共に増大し、震源距離Xや震源深さHの影響度は、周期と共に減少した。表層30m平均S波速度AVS30の影響度は、周期1秒で相対的にやや大きめ、地震基盤面深さD28の影響度は周期1秒以上で大きめ、震央方位Λの影響度は、相対的には周期1秒以下で大きめとなった。 Comparing the Kanto model B5 shown in FIG. 9(c) and the Kanto model B6 shown in FIG. 9(d), the effect on the speed response duration spectrum TSv is easier to understand than the results of the prototype Kanto model A. The degree of influence of the moment magnitude Mw increased with the period, and the degree of influence of the epicenter distance X and the hypocenter depth H decreased with the period. The degree of influence of surface layer 30m average S-wave velocity AVS30 is relatively large with a period of 1 second, the degree of influence of earthquake basement depth D28 is large with a period of 1 second or more, and the degree of influence of epicenter direction Λ is relatively large. became large when the period was less than 1 second.
(目的変数の予測精度について)
図10は、関東モデルA6における各目的変数(地震動指標)について、地震動観測記録から得られる観測値と、地震動評価モデル13により得られる評価値との相関を示す散布図である。
(About prediction accuracy of objective variable)
FIG. 10 is a scatter diagram showing the correlation between observed values obtained from seismic motion observation records and evaluation values obtained by the seismic
図10では、目的変数として、最大加速度PGA、擬似速度応答スペクトルpSv(1.0s)、pSv(3.0s)、速度応答継続時間スペクトルTSv(1.0s)、TSv(3.0s)について比較した。いずれも横軸が観測値、縦軸が評価値である。学習用データ12のうち、機械学習に用いられた学習データは、全データの64%であり、モデル検証に用いられた検証データは、全データの36%であり、評価値が観測値に等しい場合を実線で、観測値の倍・半分となる場合を破線で示す。観測値は、全体として非常に良く評価・モデル化され、評価値の大半は観測値の倍半分以内に収まった。地震動に関する従来の知見に照らしてみても、この評価精度は高いと考えられる。 In Fig. 10, the maximum acceleration PGA, pseudo speed response spectra pSv (1.0s), pSv (3.0s), and speed response duration spectra TSv (1.0s), TSv (3.0s) are compared as objective variables. did. In both cases, the horizontal axis is the observed value, and the vertical axis is the evaluated value. Of the 12 learning data, the learning data used for machine learning is 64% of the total data, and the validation data used for model verification is 36% of the total data, and the evaluation value is equal to the observed value. The case is shown by a solid line, and the case where the observed value is double or half is shown by a broken line. The observed values were generally evaluated and modeled very well, with most of the estimated values falling within a factor of two and a half of the observed values. Even in light of conventional knowledge regarding seismic motion, this evaluation accuracy is considered to be high.
図11は、各目的変数(地震動指標)の「評価値/観測値」比をヒストグラムで示し、(a)は関東モデルA5、(b)は関東モデルA6をそれぞれ示す図である。「評価値/観測値」比の値は、1を中心とする整った分布となり、最大加速度PGA、及び、擬似速度応答スペクトルpSvよりも速度応答継続時間スペクトルTSvのばらつきが小さいことが分かった。 FIG. 11 shows the "evaluation value/observed value" ratio of each target variable (earthquake motion index) as a histogram, in which (a) shows the Kanto model A5, and (b) shows the Kanto model A6. It was found that the values of the "evaluation value/observed value" ratio had a regular distribution centered on 1, and the variation in the speed response duration spectrum TSv was smaller than that in the maximum acceleration PGA and the pseudo speed response spectrum pSv.
・
図12は、関東モデルA5、A6、B5、B6について、各目的変数(地震動指標)の「評価値/観測値」比の平均μとばらつきσを示す図である。
・
FIG. 12 is a diagram showing the average μ and variation σ of the “evaluation value/observation value” ratio of each objective variable (earthquake motion index) for Kanto models A5, A6, B5, and B6.
「評価値/観測値」比の平均は、ほぼ1であり、「評価値/観測値」比の常用対数標準偏差は、最大加速度PGA、及び、擬似速度応答スペクトルpSvでは0.17~0.20、速度応答継続時間スペクトルTSvでは、0.10~0.12となった。地震動に関する従来の知見に照らしてみても、この評価精度は高い。特徴量として震央方位Λを考慮に入れた場合には(関東モデルA5→A6)、各目的変数の平均とばらつきはやや改善し、震央方位Λによる地震動特性の違いを考慮することは少なからず重要であることも確認できた。また、学習用データセットAに代えて学習用データセットBを用いた場合には(関東モデルA6→B6)、速度応答継続時間スペクトルTSvの平均とばらつきがやや改善した。 The average of the "evaluation value/observation value" ratio is approximately 1, and the common logarithm standard deviation of the "evaluation value/observation value" ratio is 0.17 to 0.0 for the maximum acceleration PGA and the pseudo velocity response spectrum pSv. 20. The speed response duration spectrum TSv was 0.10 to 0.12. The accuracy of this evaluation is high even in light of conventional knowledge regarding seismic motion. When the epicenter orientation Λ is taken into account as a feature (Kanto model A5 → A6), the average and dispersion of each objective variable are slightly improved, and it is quite important to consider the differences in ground motion characteristics due to the epicenter orientation Λ. It was also confirmed that Furthermore, when learning data set B was used instead of learning data set A (Kanto model A6→B6), the average and dispersion of the speed response duration spectrum TSv were slightly improved.
以上のように、本実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法によれば、データ量の増加とコンピュータの情報処理能力の向上を最大限に生かしつつ、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデル13を提供することができる。
As described above, according to the seismic motion evaluation
また、本実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法によれば、地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法により生成された地震動評価モデル13を利用することにより、個々の専門家の経験に依存することなく、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することができる。
Further, according to the seismic
さらに、地震動諸特性パラメータが地震動の方位特性を少なくとも含む場合には、地震動の方位特性と地震動指標との相関関係が機械学習により学習されることで、サイト周辺の地下構造が方位毎に異なることにより地震動に与える影響が地震動評価モデル13に反映されるので、地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデル13を提供することができる。
Furthermore, if the seismic motion characteristic parameters include at least the azimuth characteristics of the seismic motion, the correlation between the azimuth characteristics of the seismic motion and the seismic motion index is learned by machine learning, so that the underground structure around the site differs depending on the direction. Since the influence on earthquake motion is reflected in the earthquake
また、地震動指標が地震動の経時特性を少なくとも含む場合には、地震動諸特性パラメータと地震動の経時特性との相関関係が機械学習により学習されることで、将来発生すると考えられる地震による地震動の経時特性を評価・予測するための予測式を定義することなく、地震動の特性の1つとして地震動の経時特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデル13を提供することができる。
In addition, if the seismic motion index includes at least the temporal characteristics of seismic motion, the correlation between various seismic motion characteristic parameters and the temporal characteristics of seismic motion is learned by machine learning, and the temporal characteristics of seismic motion due to earthquakes that are expected to occur in the future are learned by machine learning. It is possible to provide the seismic
(第2の実施形態)
第1の実施形態に係る地震動評価システム1では、地震動評価モデル生成装置3が、関東地方一都六県に設置された観測点138地点の観測データを用いて1つの地震動評価モデル13(例えば、関東モデルA5、A6、B5、B6)を生成し、地震動評価装置4が、1つの地震動評価モデル13を用いて関東地方における地震動を評価・予測するものである。これに対し、第2の実施形態に係る地震動評価システム1では、地震動評価モデル生成装置3が、観測点毎に地震動評価モデル13を生成し、地震動評価装置4が、観測点毎の地震動評価モデル13を用いて各観測点における地震動を評価・予測する点で相違する。その他の基本的な構成及び動作は、第1の実施形態と同様のため、以下では両者の相違点を中心に説明する。
(Second embodiment)
In the seismic
(地震動評価モデル生成装置3について)
本実施形態では、地震動評価モデル生成装置3が、防災科研の強震観測網K-NETの観測点の中から、基盤が浅く表層地盤が硬い地点の例である「SIT006(秩父)」(図1参照)と、基盤が深く表層地盤が軟らかな地点の例である「TKY028(越中島)」(図1参照)とについて、地震動評価モデル13をそれぞれ生成するものとして説明する。ここでは、SIT006(秩父)における地震動評価モデル13を「地点モデルS」、TKY028(越中島)における地震動評価モデル13を「地点モデルT」とし、それらの機械学習に必要な学習用データ12の集合をそれぞれ「学習用データセットS」、「学習用データセットT」とする。
(About seismic motion evaluation model generation device 3)
In this embodiment, the seismic motion evaluation
図13は、本発明の第2の実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法の一例を示す機能説明図である。
FIG. 13 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic motion evaluation
取得部311は、データベース10に登録された複数の地震動データ11から、所定の地震条件として、1996年~2019年5月31日の期間において発生した地震であって、SIT006(秩父)又はTKY028(越中島)にて地震動が観測されたことを満たす地震に基づくとともに、所定の地震動条件を満たす地震動として、三成分合成値の最大加速度が1cm/s2以上であること(第1の地震動条件)、及び、モーメントマグニチュードMwが広帯域震観測網F-netにより求められていること(第5の地震動条件)を満たす地震動に基づく地震動データ11を、学習用データ12(学習用データセットS、T)として選択する。これにより、学習用データセットSは、計1468(734記録×水平二成分)の地震動データ11からなり、学習用データセットTは、計1314(657地震×2成分)の地震動データ11からなる。
The
その際、地点モデルS、Tは、それぞれ地点固有の地震動評価モデル13であるため、学習用データ12を構成する特徴量は、上記6種類の地震動諸特性パラメータのうち、地点毎に共通な表層30m平均S波速度AVS30、及び、地震基盤面深さD28を除く、モーメントマグニチュードMw、震源深さH、震源距離X、及び、震央方位Λの4種類の地震動諸特性パラメータである。なお、学習用データ12を構成する目的変数は、第1の実施形態と同様に、上記11種類の地震動指標である。
At this time, since the point models S and T are point-specific seismic
図14は、学習用データ12の集合の各特徴量の相関を示し、(a)は学習用データセットS、(b)学習用データセットTを示す散布図である。学習用データセットS、Tは、図5に示す学習用データセットAに比較して近距離地震のデータは少ないが、その点を除くと定性的には学習用データセットAと同様な傾向である。
FIG. 14 is a scatter diagram showing the correlation between each feature of the set of learning
生成部312は、図13に示すように、取得部311にて取得された複数の学習用データ12(学習用データセットS、T)に基づいて、特徴量(4種類の地震動諸特性パラメータ)及び目的変数(11種類の地震動指標)の相関関係を機械学習により学習することにより、観測点毎に地震動評価モデル13(地点モデルS4、T4)を生成する。
As shown in FIG. 13, the
(地震動評価装置4について)
図15は、本発明の第2の実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法の一例を示す機能説明図である。
(About seismic motion evaluation device 4)
FIG. 15 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic
受付部410は、予測対象の地震動諸特性パラメータ(想定地震のモーメントマグニチュードMw、想定地震の震源深さH、想定地震の震源と予測点位置との間の震源距離X、及び、予測点位置を基準として想定地震の震央位置が存在する方位を示す震央方位Λ)を受け付ける。本実施形態では、予測点位置は、SIT006(秩父)又はTKY028(越中島)である。
The
予測部411は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータを特徴量として、予測点位置に応じて地震動評価モデル13(地点モデルS4、T4)に入力することにより当該地震動評価モデル13から出力される目的変数に基づいて、予測対象の地震動諸特性パラメータに対応する地震動指標を予測する。その際、予測部411は、予測点位置がSIT006(秩父)の場合には、地点モデルS4を用い、予測点位置がTKY028(越中島)の場合には、地点モデルT4を用いる。
The
出力処理部412は、予測部411にて予測された地震動指標を視認可能な出力媒体に出力する。例えば、出力処理部412は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータが、予測点位置を中心として異なる複数の方位特性を含む複数の地震動諸特性パラメータであるとき、当該複数の地震動諸特性パラメータに基づいて予測部411にて予測された各方位における複数の地震動指標の値を、出力媒体における基準点からの距離として表すとともに、複数の方位特性を、基準点を中心とする各方位に割り当てることにより、図16(詳細は後述)に示すように、複数の地震動指標を出力媒体に出力する。
The
図16は、地震動指標(擬似速度応答スペクトルpSv及び速度応答継続時間スペクトルTSv)を方位特性として表すときの出力結果の一例を示し、(a)は地点モデルS4、(b)は地点モデルT4をそれぞれ示す図である。 FIG. 16 shows an example of the output results when representing the seismic motion index (pseudo velocity response spectrum pSv and velocity response duration spectrum TSv) as azimuth characteristics, where (a) is the point model S4, and (b) is the point model T4. FIG.
図16に示す出力結果は、モーメントマグニチュードMw=6、震源深さH=10km、震源距離X=180kmの条件で震央方位Λを5°間隔で変化させることで得られる複数の地震動諸特性パラメータに基づいて予測された5°間隔の擬似速度応答スペクトルpSvの値を出力したものである。図16(a)では、SIT006(秩父)を基準(中心)にして各方位における擬似速度応答スペクトルpSvの値を、最大値により基準化した上で、中心からの距離として表すものである。図16(b)では、TKO0028(越中島)を基準(中心)にして各方位における擬似速度応答スペクトルpSvの値を、最大値により基準化した上で、中心からの距離として表すものである。 The output results shown in Figure 16 are based on multiple seismic motion characteristic parameters obtained by changing the epicenter azimuth Λ at 5° intervals under the conditions of moment magnitude Mw = 6, epicenter depth H = 10 km, and epicenter distance X = 180 km. The values of pseudo velocity response spectra pSv at 5° intervals predicted based on the above are output. In FIG. 16(a), the value of the pseudo velocity response spectrum pSv in each direction is standardized by the maximum value with SIT006 (Chichibu) as the reference (center), and then expressed as the distance from the center. In FIG. 16(b), the value of the pseudo velocity response spectrum pSv in each direction with TKO0028 (Etchujima) as the reference (center) is standardized by the maximum value, and then expressed as the distance from the center.
(地点毎の地震動評価モデル13の特性について)
次に、地点毎の地震動評価モデル13の特性について、学習用データセットSを用いた機械学習により生成された地点モデルS4と、学習用データセットTを用いた機械学習により生成された地点モデルT4とを比較しながら説明する。
(About the characteristics of the seismic
Next, regarding the characteristics of the seismic
図17は、目的変数(地震動指標)に対する各特徴量(地震動諸特性パラメータ)の影響度を示し、(a)は地点モデルS4、(b)は地点モデルT4をそれぞれ示す図である。 FIG. 17 shows the degree of influence of each feature quantity (earthquake motion characteristic parameters) on the objective variable (earthquake motion index), in which (a) shows the point model S4, and (b) shows the point model T4.
図17(a)に示す地点モデルS4では、最大加速度PGA、及び、短周期の擬似速度応答スペクトルpSvへの影響度は、モーメントマグニチュードMwと震源距離Xが同等であり、震源距離Xがやや上回る程度だが、それを除くとモーメントマグニチュードMwの影響度が最も大きい。震央方位Λの影響度は、短周期側ほど大きい。震央方位Λの影響度は、擬似速度応答スペクトルpSvよりも速度応答継続時間スペクトルTSvに対して大きく、震源深さHを上回り、震源距離Xに同等又は上回り、図9に示す関東モデルA5、A6の結果を大きく上回っている。震源深さHの影響度は小さい。 In the point model S4 shown in FIG. 17(a), the degree of influence on the maximum acceleration PGA and the short-period pseudo velocity response spectrum pSv is that the moment magnitude Mw and the epicenter distance X are equivalent, and the influence of the epicenter distance X is slightly greater. However, apart from that, the moment magnitude Mw has the greatest influence. The degree of influence of the epicenter azimuth Λ is greater on the shorter period side. The degree of influence of the epicenter azimuth Λ is larger on the velocity response duration spectrum TSv than on the pseudo velocity response spectrum pSv, exceeds the epicenter depth H, and is equal to or greater than the epicenter distance X, and the Kanto models A5 and A6 shown in FIG. This result greatly exceeds that of . The influence of the epicenter depth H is small.
図17(b)に示す地点モデルT4では、短周期では震源距離Xの影響、それ以外ではモーメントマグニチュードMwの影響が支配的である。モーメントマグニチュードMwの影響度は全体に周期と共に増大し、震源距離Xの影響度は全体に周期と共に減少した。震央方位Λの影響度は短周期側ほど大きく、特に速度応答継続時間スペクトルTSvについては最大加速度PGAや擬似速度応答スペクトルpSvよりも大きく、周期0.1秒以外では震源距離Xを上回り、短周期側ではモーメントマグニチュードMwをも上回った。震源深さHの影響度は小さい。基盤の深い地点モデルT4では、基盤の浅い地点モデルS4と比較すると、短周期の速度応答継続時間スペクトルTSvへのモーメントマグニチュードMwの影響度が相対的に小さくなっている。 In the point model T4 shown in FIG. 17(b), the influence of the epicenter distance X is dominant in the short period, and the influence of the moment magnitude Mw is dominant in other periods. The degree of influence of the moment magnitude Mw generally increased with the period, and the degree of influence of the epicenter distance X decreased with the period. The degree of influence of the epicenter azimuth Λ is larger on the short-period side; in particular, the speed response duration spectrum TSv is larger than the maximum acceleration PGA and the pseudo-velocity response spectrum pSv, and for periods other than 0.1 seconds, it exceeds the epicenter distance On the other hand, the moment magnitude exceeded Mw. The influence of the epicenter depth H is small. In the model T4 at a deep point in the foundation, the degree of influence of the moment magnitude Mw on the short-period velocity response duration spectrum TSv is relatively small compared to the model S4 in a shallow point in the foundation.
図18は、各目的変数(地震動指標)について、地震動観測記録から得られる観測値と、地震動評価モデル13により得られる評価値との相関を示し、(a)は地点モデルS4、(b)は地点モデルT4をそれぞれ示す散布図である。観測値は、全体として非常に良く評価・モデル化され、評価値の大半は観測値の倍半分以内に収まった。
Figure 18 shows the correlation between the observed values obtained from the seismic motion observation records and the evaluation values obtained by the seismic
図19は、各目的変数(地震動指標)の「評価値/観測値」比をヒストグラムで示し、(a)は地点モデルS4、(b)は地点モデルT4をそれぞれ示す図である。「評価値/観測値」比の値は、1を中心とする整った分布となり、最大加速度PGA、及び、擬似速度応答スペクトルpSvよりも速度応答継続時間スペクトルTSvのばらつきが小さいことが分かった。 FIG. 19 shows the "evaluation value/observed value" ratio of each target variable (earthquake motion index) as a histogram, in which (a) shows the point model S4, and (b) shows the point model T4. It was found that the values of the "evaluation value/observed value" ratio had a regular distribution centered on 1, and the variation in the speed response duration spectrum TSv was smaller than that in the maximum acceleration PGA and the pseudo speed response spectrum pSv.
図20は、地点モデルS4、T4について、各目的変数(地震動指標)の「評価値/観測値」比の平均とばらつきを示す図である。「評価値/観測値」比の平均は、ほぼ1であり、「評価値/観測値」比の常用対数標準偏差は、最大加速度PGA、及び、擬似速度応答スペクトルpSvでは、概ね0.2強、速度応答継続時間スペクトルTSvでは、0.1強となった。 FIG. 20 is a diagram showing the average and dispersion of the "evaluation value/observation value" ratio of each target variable (earthquake motion index) for the point models S4 and T4. The average of the "evaluation value/observation value" ratio is approximately 1, and the common log standard deviation of the "evaluation value/observation value" ratio is approximately 0.2 or more for the maximum acceleration PGA and the pseudo velocity response spectrum pSv. , the speed response duration spectrum TSv was a little over 0.1.
以上のように、本実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法によれば、地震動諸特性パラメータと地震動指標との相関関係が機械学習により観測点毎に学習されることで、各観測点における地下構造の違いが地震動に与える不確定要因が除外されるので、地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデル13を提供することができる。
As described above, according to the seismic motion evaluation
また、本実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法によれば、地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法により生成された観測点毎の地震動評価モデル13を利用することにより、個々の専門家の経験に依存することなく、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することができる。
Further, according to the seismic
(第3の実施形態)
第2の実施形態に係る地震動評価システム1では、地震動評価モデル生成装置3が、観測点毎に地震動評価モデル13(例えば、地点モデルS4、T4)を生成し、地震動評価装置4が、観測点毎の地震動評価モデル13を用いて各観測点における地震動を評価・予測するものである。これに対し、第3の実施形態に係る地震動評価システム1では、地震動評価モデル生成装置3が、複数の観測点が所定の分類基準に従ってグループ化された観測点グループ毎に地震動評価モデル13を生成し、地震動評価装置4が、観測点グループ毎の地震動評価モデル13を用いて各観測点グループにおける地震動を評価・予測する点で相違する。その他の基本的な構成及び動作は、第1及び第2の実施形態と同様のため、以下では両者の相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
In the seismic
図21は、近接する複数の観測点における地震動の震源特性、伝播特性、及び、サイト特性を示す概略図である。 FIG. 21 is a schematic diagram showing the epicenter characteristics, propagation characteristics, and site characteristics of seismic motion at a plurality of nearby observation points.
図21に示す第1乃至第3の観測点のように、複数の観測点が近接している場合、観測点が極近傍にある場合や観測点周辺の地下構造が急変している場合等を除けば、近接する複数の観測点の間では、地震動の震源特性及び伝播特性はほぼ同等とみなすことができ、それぞれの観測点の直下の基盤に入力される地震動はほぼ同一であると考えられる。また、サイト特性については、地震動観測記録や地震動観測記録から得られる地震動指標を比較することで、近接する複数の観測点の間における類似性を判断することが可能であると考えられる。 As in the case of the first to third observation points shown in Figure 21, cases where multiple observation points are close to each other, cases where the observation points are very close to each other, cases where the underground structure around the observation points is changing suddenly, etc. However, the source and propagation characteristics of seismic motion can be considered to be almost the same between multiple nearby observation points, and the seismic motion input to the foundation directly beneath each observation point is considered to be almost the same. . In addition, regarding site characteristics, it is considered possible to judge the similarity between multiple nearby observation points by comparing seismic motion observation records and seismic motion indices obtained from seismic motion observation records.
したがって、所定の分類基準としては、以下に示す第1乃至第3の分類基準が挙げられる。例えば、第1の分類基準は、複数の観測点の間の距離が所定の基準値よりも小さいときに、当該複数の観測点を同一の観測点グループに分類するものである。第2の分類基準は、複数の観測点の各々における地下構造パラメータを比較したときの類似度が所定の基準値よりも高いときに、当該複数の観測点を同一の観測点グループに分類するものである。第3の分類基準は、複数の観測点にてそれぞれ観測された地震動観測記録(時刻歴波形データ)の各々又は地震動観測記録の各々から得られる地震動指標の各々が、例えば、GOF(Goodness of Fit)を用いた適合度を比較することで所定の基準値よりも類似するときに、当該複数の観測点を同一の観測点グループに分類するものである。 Therefore, the predetermined classification criteria include the first to third classification criteria shown below. For example, the first classification criterion is to classify a plurality of observation points into the same observation point group when the distance between the plurality of observation points is smaller than a predetermined reference value. The second classification criterion is to classify multiple observation points into the same observation point group when the degree of similarity when comparing subsurface structural parameters at each of the multiple observation points is higher than a predetermined standard value. It is. The third classification criterion is that each seismic motion index obtained from each seismic motion observation record (time history waveform data) or each seismic motion observation record observed at a plurality of observation points is, for example, GOF (Goodness of Fit). ), the plurality of observation points are classified into the same observation point group when they are more similar than a predetermined reference value.
図22は、複数の観測点c1~c3がグループ化された第1の観測点グループCと、複数の観測点d1~d3がグループ化された第2の観測点グループDとをそれぞれ示す図である。複数の観測点c1~c3、d1~d3が、所定の分類基準に従ってグループ化されることで、図22に示すように、第1の観測点グループCと、第2の観測点グループDとが形成される。ここでは、第1の観測点グループCにおける地震動評価モデル13を「グループモデルC」、第2の観測点グループDにおける地震動評価モデル13を「グループモデルD」とし、それらの機械学習に必要な学習用データ12を「学習用データセットC」、「学習用データセットD」とする。
FIG. 22 is a diagram showing a first observation point group C in which a plurality of observation points c1 to c3 are grouped and a second observation point group D in which a plurality of observation points d1 to d3 are grouped. be. By grouping the plurality of observation points c1 to c3 and d1 to d3 according to predetermined classification criteria, a first observation point group C and a second observation point group D are formed as shown in FIG. It is formed. Here, the seismic
図23は、本発明の第3の実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法の一例を示す機能説明図である。
FIG. 23 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic motion evaluation
取得部311は、データベース10から、第1の観測点グループを形成する各観測点c1~c3にて地震動が観測された地震に基づく地震動データ11を、学習用データ12(学習用データセットC)として選択する。また、取得部311は、データベース10から、第2の観測点グループを形成する各観測点d1~d3にて地震動が観測された地震に基づく地震動データ11を、学習用データ12(学習用データセットD)として選択する。
The
生成部312は、取得部311にて取得された複数の学習用データ12(学習用データセットC、D)に基づいて、特徴量(4種類の地震動諸特性パラメータ)及び目的変数(11種類の地震動指標)の相関関係を機械学習により学習することにより、観測点グループ毎に地震動評価モデル13(グループモデルC4、D4)を生成する。
The
図24は、本発明の第3の実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法の一例を示す機能説明図である。
FIG. 24 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic
予測部411は、受付部410にて受け付けられた予測対象の地震動諸特性パラメータを特徴量として、予測点位置に応じて地震動評価モデル13(グループモデルC4、D4)に入力することにより当該地震動評価モデル13から出力される目的変数に基づいて、予測対象の地震動諸特性パラメータに対応する地震動指標を予測する。
The
その際、予測部411は、予測対象の地震動諸特性パラメータに含まれる予測点位置が、各観測点c1~c3や各観測点c1~c3を結ぶ線の内側(例えば、図22に示す予測点e1)の場合には、グループモデルC4を用い、予測点位置が、各観測点d1~d3や各観測点d1~d3を結ぶ線の内側(例えば、図22に示す予測点e2)の場合には、グループモデルD4を用いる。なお、予測点位置が、図22の予測点e3で示すように、第1の観測点グループCと、第2の観測点グループDとの中間にある場合には、グループモデルC4を用いて予測した地震動指標と、グループモデルD4を用いて予測した地震動指標とを平均化したり、距離や地下構造パラメータの類似度に応じて按分したりしてもよい。
At this time, the
以上のように、本実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法によれば、地震動諸特性パラメータと地震動指標との相関関係が機械学習により観測点グループ毎に学習されることで、学習用データ(教師データ)の確保を容易にしつつ、学習用データのばらつきが低減されるので、地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデルを提供することができる。
As described above, according to the seismic motion evaluation
また、本実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法によれば、地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法により生成された観測点グループ毎の地震動評価モデルを利用することにより、個々の専門家の経験に依存することなく、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することができる。
Further, according to the seismic
さらに、観測点グループは、所定の分類基準(観測点間の距離や地下構造パラメータの類似度等)に従って分類されグループ化されることで、地下構造の違いが地震動に与える不確定要因が除外されるので、地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデルを提供することができる。 Furthermore, observation point groups are classified and grouped according to predetermined classification criteria (distance between observation points, similarity of subsurface structural parameters, etc.), thereby eliminating uncertain factors that may be caused by differences in subsurface structure on seismic motion. Therefore, it is possible to provide an earthquake motion evaluation model that can evaluate and predict earthquake motion characteristics with high accuracy.
(第4の実施形態)
第1の実施形態に係る地震動評価システム1では、地震動評価モデル生成装置3が、過去に発生した地震に基づくデータベース10から学習用データ12を取得し、地震動評価モデル13を生成するものである。これに対し、第4の実施形態に係る地震動評価システム1では、地震動評価モデル生成装置3が、過去に発生した実地震に基づく第1のデータベース10Aと、シミュレーションにより算出された仮想地震に基づく第2のデータベース10Bとから学習用データ12をそれぞれ取得し、地震動評価モデル13を生成する点で相違する。その他の基本的な構成及び動作は、第1の実施形態と同様のため、以下では両者の相違点を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
In the seismic
図25は、本発明の第4の実施形態に係る地震動評価システム1の一例を示すブロック図である。
FIG. 25 is a block diagram showing an example of the seismic
地震動シミュレーション装置6は、所定のシミュレーション手法に従ってシミュレーションを実行することにより仮想地震及び仮想地震による仮想地震動を算出するものであり、そのときのシミュレーション条件やシミュレーション結果をシミレーションデータとして外部に提供する。その際、所定のシミュレーション手法は、任意の手法が採用可能であり、複数の手法が採用されてもよい。
The seismic
なお、地震動シミュレーション装置6は、地震動評価装置4からデータの要求を受けたときに、その要求に関するシミュレーションデータ(地震動評価装置4からシミュレーション条件を受けた場合には、そのシミュレーション条件に基づいてシミュレーションを実行したときのシミュレーション結果を含むシミレーションデータでもよい)を地震動評価装置4に提供してもよい。また、地震動シミュレーション装置6は、自装置にてシミュレーションを実行することでシミュレーションデータを提供するものでもよいし、他の装置でシミュレーションが実行されたときのシミュレーションデータを提供するものでもよい。
Note that when receiving a data request from the seismic
地震動評価モデル生成装置3の記憶部30には、地震動評価モデル13及び地震動評価モデル生成プログラム300の他に、データ提供装置2A~2Cにより提供された提供データが登録・更新される第1のデータベース10A(第1の実施形態に係るデータベース10に相当する)と、地震動シミュレーション装置6により提供されたシミュレーションデータが登録・更新される第2のデータベース10Bとが記憶されている。
The
制御部31は、地震動評価モデル生成プログラム300を実行することにより、第1のDB管理部310A、第2のDB管理部310B、第1の取得部311A、第2の取得部311B、及び、生成部312として機能する。第1のDB管理部310A、及び、第1の取得部311Aは、第1の実施形態に係るDB管理部310、取得部311にそれぞれ相当する。
By executing the seismic motion evaluation
図26は、本発明の第4の実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法の一例を示す機能説明図である。
FIG. 26 is a functional explanatory diagram showing an example of the seismic motion evaluation
第1のDB管理部310A(第1のDB管理工程)は、データ提供装置2A~2Cにより提供された提供データに基づいて、実地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録を関連付けて、第1のデータベース10Aに登録する。そのため、第1のデータベース10Aには、複数の実地震と当該複数の実地震による実地震動が観測された少なくとも1つの観測点との各組み合わせについて、当該実地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録が関連付けられた状態の地震動データ11が複数登録されて、記憶されている。
The first
第1の取得部311A(第1の取得工程)は、第1のデータベース10Aに登録された複数の地震動データ11から、地震動諸特性パラメータを特徴量とし、地震動観測記録から得られる地震動指標を目的変数として、特徴量及び目的変数で構成される第1の学習用データ12Aを複数取得する。
The
第2のDB管理部310B(第2のDB管理工程)は、地震動シミュレーション装置6により提供されたシミュレーションデータに基づいて、仮想地震動がシミュレーションにより算出されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動算出結果を関連付けて、第2のデータベース10Bに登録する。そのため、第2のデータベース10Bには、複数の仮想地震と当該複数の仮想地震による仮想地震動がシミュレーションの地震動算出結果として算出された少なくとも1つの仮想観測点との各組み合わせについて、当該仮想地震動がシミュレーションにより算出されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動算出結果が関連付けられた状態の地震動データ11が複数登録されて、記憶されている。
The second
第2の取得部311B(第2の取得工程)は、第2のデータベース10Bに登録された複数の地震動データ11から、地震動諸特性パラメータを特徴量とし、地震動算出結果から得られる地震動指標を目的変数として、特徴量及び目的変数で構成される第2の学習用データ12Bを複数取得する。
The
その際、第2の取得部311Bは、実地震動の地震動諸特性パラメータの分布を仮想地震動の地震動諸特性パラメータの分布により補間するように、第2のデータベース10Bから第2の学習用データ12Bを複数取得するのが好ましい。
At this time, the
図27は、第1の学習用データ12A及び第2の学習用データ12Bの補間関係を示す散布図である。図27における散布図は、第1の学習用データ12Aにおける実地震動の地震動諸特性パラメータの分布(グレースケールによる濃淡部分)として、モーメントマグニチュードMw(横軸)及び震源距離X(縦軸)の相関を示すものである。 FIG. 27 is a scatter diagram showing the interpolation relationship between the first learning data 12A and the second learning data 12B. The scatter diagram in FIG. 27 shows the correlation between moment magnitude Mw (horizontal axis) and epicenter distance This shows that.
第2の取得部311Bは、第1のデータベース10Aから取得された第1の学習用データ12Aではデータ数やその割合が所定の閾値よりも少ないデータ不足部分(例えば、図27の破線で囲まれた内側部分)の地震動諸特性パラメータについて、第2のデータベース10Bに登録されているか否かを検索し、当該データ不足部分に対応する仮想地震動の地震動諸特性パラメータにより構成された第2の学習用データ12Bを第2のデータベース10Bから取得する。その際、データ不足部分に対応する第2の学習用データ12Bが第2のデータベース10Bに登録されていない場合には、第2の取得部311Bは、データ不足部分に基づいてシミュレーション条件を設定して地震動シミュレーション装置6に要求することにより、当該データ不足部分に対応する第2の学習用データ12Bを地震動シミュレーション装置6から取得するようにしてもよい。なお、地震動諸特性パラメータの分布は、図27に示す例では、モーメントマグニチュードMw及び震源距離Xに基づく分布である場合について説明したが、これに限られず、地震動諸特性パラメータに含まれる特性のうち、少なくとも2つの特性を変数とする分布であればよい。
In the first learning data 12A acquired from the
また、第2のデータベース10Bには、複数のシミュレーション手法に基づく地震動データ11が登録されていてもよく、その場合には、第2の取得部311Bは、複数のシミュレーション手法に基づく地震動データ11が登録された第2のデータベース10Bから第2の学習用データ12Bを複数取得するようにしてもよい。その際、第2の取得部311Bは、例えば、各シミュレーション手法の間で地震動諸特性パラメータの分布を補間するように、第2の学習用データ12Bを取得してもよいし、各シミュレーション手法の性能を比較し、地震動諸特性パラメータに適したシミュレーション手法に基づく地震動データ11を第2の学習用データ12Bとして選択してもよい。
Furthermore, the
生成部312(生成工程)は、図26に示すように、第1の取得部311Aにて取得された複数の第1の学習用データ12Aと、第2の取得部311Bにて取得された複数の第2の学習用データ12Bとに基づいて、特徴量及び目的変数の相関関係を機械学習により学習することにより、学習済みモデルとして地震動評価モデル13を生成する。
As shown in FIG. 26, the generation unit 312 (generation process) generates a plurality of pieces of first learning data 12A acquired by the
地震動評価装置4は、地震動評価モデル生成装置3により生成された地震動評価モデル13に基づいて、地震動を評価・予測し、その結果を出力媒体に出力する。なお、地震動評価装置4は、第1の実施形態と同様に構成されているため、詳細な説明は省略する。
The seismic
以上のように、本実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法によれば、過去に発生した実地震に基づく第1の学習用データ12Aと、シミュレーションにより算出された仮想地震に基づく第2の学習用データ12Bとを用いて、地震動諸特性パラメータと地震動指標との相関関係が機械学習により学習される。これにより、学習用データ(教師データ)の確保を容易にしつつ、学習用データの偏りが低減されるので、地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデル13を提供することができる。
As described above, according to the seismic motion evaluation
また、本実施形態に係る地震動評価装置4及び地震動評価方法によれば、地震動評価モデル生成装置3及び地震動評価モデル生成方法により生成された地震動評価モデル13を利用することにより、個々の専門家の経験に依存することなく、将来発生すると考えられる地震による地震動の特性を高精度で評価・予測することができる。
Further, according to the seismic
さらに、過去に実地震として発生したことがなく、第1の学習用データ12Aでは用意することが不可能な地震動諸特性パラメータを補完するように、第2の学習用データ12Bが選択されることで、学習用データの分布の偏りが低減されるので、地震動の特性を高精度で評価・予測することが可能な地震動評価モデル13を提供することができる。
Furthermore, the second learning data 12B is selected so as to complement earthquake motion characteristic parameters that have not occurred as an actual earthquake in the past and cannot be prepared with the first learning data 12A. Since the bias in the distribution of the learning data is reduced, it is possible to provide the seismic
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the technical idea of the present invention.
例えば、上記第2の実施形態では、地震動評価モデル生成装置3が、2つの地点モデルS4、T4を作成し、第3の実施形態では、地震動評価モデル生成装置3が、2つのグループモデルC4、D4を作成するものとして説明した。これに対し、地震動評価モデル生成装置3が、3つ以上の観測点毎に又は3つ以上の観測点グループ毎に地震動評価モデル13を生成するようにしてもよい。また、第2の実施形態又は第3の実施形態に、第4の実施形態を組み合わせてもよく、地震動評価モデル生成装置3が、過去に発生した実地震に基づく第1のデータベース10Aと、シミュレーションにより算出された仮想地震に基づく第2のデータベース10Bとから学習用データ12をそれぞれ取得し、観測点毎に又は観測点グループ毎に地震動評価モデル13を生成するようにしてもよい。
For example, in the second embodiment, the seismic motion evaluation
上記各実施形態に係る地震動評価モデル生成装置3は、新たな地震が発生し、地震動観測記録が観測されたときに、当該新たな地震に基づく地震動データ11によりデータベース10に更新し、更新後のデータベース10に基づいて、地震動評価モデル13を自動的に再生成するようにしてもよい。そして、上記各実施形態に係る地震動評価装置4は、再生成された地震動評価モデル13に基づいて、地震動の特性を自動的に再評価・再予測してもよい。
When a new earthquake occurs and a seismic motion observation record is observed, the seismic motion evaluation
(特徴量の選定について)
上記各実施形態では、学習用データ12を構成する特徴量は、図4に示す25種類の地震動諸特性パラメータのうち、6種類又は4種類の地震動諸特性パラメータが選定されたものとして説明したが、25種類の地震動諸特性パラメータから任意の地震動諸特性パラメータを特徴量として選定して組み合わせてもよいし、25種類の地震動諸特性パラメータ以外の他の地震動諸特性パラメータを特徴量としてさらに組み合わせてもよい。その際、各特徴量のクラスター分析(後述する図28参照)を行い、その分析結果に基づいて、特徴量とする地震動諸特性パラメータを選定してもよい。例えば、複数のクラスターに分類された場合には、各クラスターを代表するような地震動諸特性パラメータを特徴量として選定してもよいし、相互依存性が高い複数の地震動諸特性パラメータが存在する場合には、その中から代表の地震動諸特性パラメータを特徴量として選定してもよい。
(About feature selection)
In each of the above embodiments, the feature quantities constituting the learning
図28は、各特徴量のクラスター分析による相互依存性を示す図である。学習用データセットAにおいて各特徴量のクラスター分析を行った結果、25種類の地震動諸特性パラメータは、図28に示すように、3つのクラスターに分類された。すなわち、図28の対角線上にゾーニングされたように、相互情報量が相対的に大きい3つの領域である。 FIG. 28 is a diagram showing the interdependence of each feature amount by cluster analysis. As a result of cluster analysis of each feature in the learning data set A, the 25 types of seismic motion characteristic parameters were classified into three clusters, as shown in FIG. 28. That is, there are three regions with relatively large amounts of mutual information, as zoned on the diagonal line in FIG.
1つ目は、図28の右上に位置し、震央位置(緯度lat_eq,経度lon_eq)、モーメントマグニチュードMw、震源深さH、震源メカニズム解(Strike1、dip1、rake1)、震源メカニズム解の共役解(Strike2、dip2、rake2)、地震種別Type、断層タイプMech、及び、震源距離Xからなる「震源クラスター」である。2つ目は、中央部分に位置する、観測点位置(緯度lat_site,経度lon_site)、表層10m平均S波速度AVS10、表層30m平均S波速度AVS30、最上層のS波速度VS1、S波速度700m/s層上面深さD7、S波速度1400m/s層上面深さD17、S波速度2100m/s層上面深さD24、地震基盤面深さD28、及び、微地形区分JCODEからなる「サイトクラスター」である。3つ目は、左下に位置する、震央方位(sinΛ,cosΛ)からなる「震央方位クラスター」である。なお、右上隅に位置する地震動の方向成分Comp(本実施形態では、南北方向成分又は東西方向成分)は、いずれのクラスターにも属さず独立している。 The first one is located at the upper right of Fig. 28 and contains the epicenter position (latitude lat_eq, longitude lon_eq), moment magnitude Mw, epicenter depth H, source mechanism solution (Strike1, dip1, rake1), and the conjugate solution of the source mechanism solution ( Strike2, dip2, rake2), earthquake type Type, fault type Mech, and epicenter distance X. The second is the observation point position located in the center (latitude lat_site, longitude lon_site), surface layer 10m average S-wave speed AVS10, surface layer 30m average S-wave speed AVS30, top layer S-wave speed VS1, S-wave speed 700m /s layer top depth D7, S wave velocity 1400 m/s layer top depth D17, S wave velocity 2100 m/s layer top depth D24, seismic basement depth D28, and microtopographic classification JCODE. ”. The third is the "epicenter orientation cluster" located at the lower left and consisting of epicenter orientations (sinΛ, cosΛ). Note that the directional component Comp (in this embodiment, the north-south direction component or the east-west direction component) of the seismic motion located in the upper right corner does not belong to any cluster and is independent.
震源クラスター及びサイトクラスターは、震源特性及びサイト特性にそれぞれ分類された。伝播特性である震源距離Xは、震源クラスターに集約されたが、震源距離Xと、震源クラスターのその他の特徴量との相互情報量はいずれも0.2程度以下と小さく、両者の結びつきは弱いことが分かった。 The source clusters and site clusters were classified into source characteristics and site characteristics, respectively. The epicenter distance X, which is a propagation characteristic, was aggregated into the epicenter cluster, but the mutual information between the epicenter distance That's what I found out.
(震央方位Λについて)
上記各実施形態では、特徴量の1つである震央方位Λに、sinΛとcosΛのペア(以下、「ケースC10」という)を適用したものとして説明したが、震央方位Λとして、他のデータ形式を適用してもよい。
(About the epicenter azimuth Λ)
In each of the above embodiments, the pair of sin Λ and cos Λ (hereinafter referred to as "case C10") is applied to the epicenter azimuth Λ, which is one of the feature quantities, but other data formats may be used as the epicenter azimuth Λ. may be applied.
図29は、震央方位Λの各種のデータ形式を示し、(a)各データ形式の定義を示し、(b)は各データ形式における、目的変数(地震動指標)に対する各特徴量(地震動諸特性パラメータ)の影響度を示す図である。なお、図29(b)は、学習用データセットTを用いた機械学習により生成された地点モデルT4を用いた場合の結果である。 Figure 29 shows various data formats of the epicenter azimuth Λ, (a) shows the definition of each data format, and (b) shows each feature value (seismic motion characteristic parameters) for the target variable (earthquake motion index) in each data format. ) is a diagram showing the degree of influence of Note that FIG. 29(b) shows the results when using the point model T4 generated by machine learning using the learning data set T.
震央方位Λの特徴量のデータ形式として、ケースC11、C12は、ケースC10と同様に、三角関数を用いた連続量を適用したものであり、ケースC11は、sinΛのみを適用し、ケースC12は、cosΛのみを適用した。また、ケースC01は、真北を震央方位0°と定義するΛSをそのまま適用し、ケースC02は、真南を震央方位0°と定義するΛNをそのまま適用した。ケースC10~12、C01、C02では、震央方位Λが、全方位に対して連続量として与えられるが、北方の地震に対するC01と、南方の地震に対するC02については、それぞれ方位0°付近にて震央方位の値が不連続となる。 As for the data format of the feature quantity of the epicenter azimuth Λ, cases C11 and C12 apply a continuous quantity using trigonometric functions like case C10, case C11 applies only sinΛ, and case C12 applies a continuous quantity using trigonometric functions. , cosΛ only was applied. Further, in case C01, ΛS, which defines due north as 0° in the epicenter direction, is applied as is, and in case C02, ΛN, in which true south is defined as 0° in the epicenter direction, is applied as is. In cases C10-12, C01, and C02, the epicenter azimuth Λ is given as a continuous quantity for all directions, but for C01 for the northern earthquake and C02 for the southern earthquake, the epicenter is near the azimuth 0°. The orientation value becomes discontinuous.
また、震央方位Λの特徴量のデータ形式として、ケースC10~12、C01、C02のように、震央方位Λに対応する連続量を与えるものではなく、ケースC21~C24、C33のように、全方位を所定の区分数に分割した複数の方位区分(例えば、12方位)のうち震央方位Λに対応する方位区分を離散量として与えるようにしてもよい。ケースC24は、ケースC22の文字列での四方位N・S・E・Wの出現回数に対応する4組の数字を適用し、ケースC33は、ケースC23を20方位に変更した。 Furthermore, the data format of the feature quantity of the epicenter azimuth Λ does not give a continuous quantity corresponding to the epicenter azimuth Λ, as in cases C10-12, C01, and C02, but as a data format that provides a continuous quantity corresponding to the epicenter azimuth Λ, as in cases C21-C24, and C33. Among a plurality of azimuth divisions (for example, 12 azimuths) obtained by dividing the azimuth into a predetermined number of divisions, the azimuth division corresponding to the epicenter azimuth Λ may be given as a discrete quantity. For case C24, four sets of numbers corresponding to the number of times N, S, E, and W appear in the four directions in the character string of case C22 are applied, and for case C33, case C23 is changed to 20 directions.
各ケースにおける各特徴量の影響度は、図29(b)に示すように、各ケースとも同様の傾向であるが、地点モデルT4では、震央方位Λに関する特徴量の影響度は、震央方位Λが方位区分を用いた離散量により与えられる5つのケースC21~C24、C33では相対的に小さく、震央方位Λが連続量により与えられるケースC11~C12、C01、C02では相対的に高くなることが分かった。 The degree of influence of each feature in each case has the same tendency in each case as shown in FIG. is relatively small in the five cases C21 to C24 and C33, where Λ is given by a discrete quantity using azimuth divisions, and relatively high in cases C11 to C12, C01, and C02, where the epicenter azimuth Λ is given by a continuous quantity. Do you get it.
(プログラムについて)
上記実施形態では、地震動評価モデル生成プログラム300及び地震動評価プログラム400は、記憶部30、40にそれぞれ記憶されたものとして説明したが、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD-ROM、DVD、USBメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、地震動評価モデル生成プログラム300及び地震動評価プログラム400は、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供されてもよい。
(About the program)
In the above embodiment, the seismic motion evaluation
1…地震動評価システム、
2A…観測データ提供装置、2B…解析データ提供装置、
2C…地下構造データ提供装置、
3…地震動評価モデル生成装置、4…地震動評価装置、
5…ネットワーク、6…地震動シミュレーション装置、
10…データベース、10A…第1のデータベース、10B…第2のデータベース、
11…地震動データ、
12…学習用データ、12A…第1の学習用データ、12B…第2の学習用データ、
13、13A~13K…地震動評価モデル、
30…記憶部、31…制御部、32…通信部、33…入力部、34…表示部、
40…記憶部、41…制御部、42…通信部、43…入力部、44…表示部、
300…地震動評価モデル生成プログラム、
310…DB管理部、310A…第1のDB管理部、310B…第2のDB管理部、
311…取得部、311A…第1の取得部、311B…第2の取得部、312…生成部、
400…地震動評価プログラム、
410…受付部、411…予測部、412…出力処理部
1...Earthquake motion evaluation system,
2A...Observation data providing device, 2B...Analysis data providing device,
2C...Underground structure data providing device,
3... Earthquake motion evaluation model generation device, 4... Earthquake motion evaluation device,
5...Network, 6...Seismic motion simulation device,
10...Database, 10A...First database, 10B...Second database,
11...Earthquake data,
12...Learning data, 12A...First learning data, 12B...Second learning data,
13, 13A-13K...Earthquake motion evaluation model,
30...Storage unit, 31...Control unit, 32...Communication unit, 33...Input unit, 34...Display unit,
40...Storage unit, 41...Control unit, 42...Communication unit, 43...Input unit, 44...Display unit,
300...Seismic motion evaluation model generation program,
310...DB management unit, 310A...first DB management unit, 310B...second DB management unit,
311... Acquisition unit, 311A... First acquisition unit, 311B... Second acquisition unit, 312... Generation unit,
400...Seismic motion evaluation program,
410... Reception unit, 411... Prediction unit, 412... Output processing unit
Claims (6)
複数の実地震と当該複数の実地震による実地震動が観測された少なくとも1つの観測点との各組み合わせについて、前記実地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録を関連付けて記憶する第1のデータベースから、前記地震動諸特性パラメータを特徴量とし、前記地震動観測記録から得られる地震動指標を目的変数として、前記特徴量及び前記目的変数で構成される第1の学習用データを複数取得する第1の取得工程と、
複数の仮想地震と当該複数の仮想地震による仮想地震動がシミュレーションにより算出された少なくとも1つの仮想観測点との各組み合わせについて、前記仮想地震動が前記シミュレーションにより算出されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動算出結果を関連付けて記憶する第2のデータベースから、前記地震動諸特性パラメータを特徴量とし、前記地震動算出結果から得られる地震動指標を目的変数として、当該特徴量及び当該目的変数で構成される第2の学習用データを複数取得する第2の取得工程と、
前記第1の取得工程にて取得された複数の前記第1の学習用データと、前記第2の取得工程にて取得された複数の前記第2の学習用データとに基づいて、前記特徴量及び前記目的変数の相関関係を前記機械学習により学習することにより、前記機械学習の学習済みモデルとして前記地震動評価モデルを生成する生成工程と、を含み、
前記第2の取得工程は、
前記実地震動の前記地震動諸特性パラメータの分布を前記仮想地震動の前記地震動諸特性パラメータの分布により補間するように、前記第2のデータベースから前記第2の学習用データを複数取得する、
地震動評価モデル生成方法。 A seismic motion evaluation model generation method for generating an earthquake motion evaluation model by machine learning using a computer, the method comprising:
For each combination of a plurality of actual earthquakes and at least one observation point where actual earthquake motion due to the plurality of actual earthquakes was observed, various earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion observation records when the actual earthquake motion was observed are stored in association with each other. From a first database, acquire a plurality of first learning data consisting of the feature quantities and the objective variables, with the seismic motion characteristic parameters as the feature quantities and the seismic motion index obtained from the seismic motion observation record as the objective variable. a first acquisition step of
For each combination of a plurality of virtual earthquakes and at least one virtual observation point from which virtual seismic motions due to the plurality of virtual earthquakes are calculated by simulation, various earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion calculations when the virtual earthquake motions are calculated by the simulation. From a second database that stores the results in association with each other, a second database consisting of the feature quantities and the objective variables is obtained, with the various seismic motion characteristic parameters as the feature quantities and the seismic motion index obtained from the seismic motion calculation results as the objective variables. a second acquisition step of acquiring a plurality of learning data;
The feature amount is calculated based on the plurality of first learning data acquired in the first acquisition step and the plurality of second learning data acquired in the second acquisition step. and a generation step of generating the seismic motion evaluation model as a learned model of the machine learning by learning the correlation of the target variables by the machine learning,
The second acquisition step includes:
acquiring a plurality of the second learning data from the second database so that the distribution of the seismic motion characteristic parameters of the actual earthquake motion is interpolated by the distribution of the seismic motion characteristic parameters of the virtual earthquake motion;
Earthquake motion evaluation model generation method.
前記実地震動及び前記仮想地震動についての震源特性、伝播特性、サイト特性、及び、方位特性のうち、少なくとも2つの特性を含み、
前記地震動諸特性パラメータの分布は、
前記地震動諸特性パラメータに含まれる前記特性のうち、少なくとも2つの前記特性を変数とする分布である、
請求項1に記載の地震動評価モデル生成方法。 The seismic motion characteristic parameters are:
including at least two characteristics of the seismic source characteristics, propagation characteristics, site characteristics, and azimuth characteristics for the actual earthquake motion and the virtual earthquake motion,
The distribution of the seismic motion characteristic parameters is as follows:
A distribution in which at least two of the characteristics included in the seismic motion characteristic parameters are variables;
The seismic motion evaluation model generation method according to claim 1 .
複数の実地震と当該複数の実地震による実地震動が観測された少なくとも1つの観測点との各組み合わせについて、前記実地震動が観測されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動観測記録を関連付けて記憶する第1のデータベースから、前記地震動諸特性パラメータを特徴量とし、前記地震動観測記録から得られる地震動指標を目的変数として、前記特徴量及び前記目的変数で構成される第1の学習用データを複数取得する第1の取得工程と、
複数の仮想地震と当該複数の仮想地震による仮想地震動がシミュレーションにより算出された少なくとも1つの仮想観測点との各組み合わせについて、前記仮想地震動が前記シミュレーションにより算出されたときの地震動諸特性パラメータ及び地震動算出結果を関連付けて記憶する第2のデータベースから、前記地震動諸特性パラメータを特徴量とし、前記地震動算出結果から得られる地震動指標を目的変数として、当該特徴量及び当該目的変数で構成される第2の学習用データを複数取得する第2の取得工程と、
前記第1の取得工程にて取得された複数の前記第1の学習用データと、前記第2の取得工程にて取得された複数の前記第2の学習用データとに基づいて、前記特徴量及び前記目的変数の相関関係を前記機械学習により学習することにより、前記機械学習の学習済みモデルとして前記地震動評価モデルを生成する生成工程と、を含み、
前記第2の取得工程は、
複数のシミュレーション手法に基づいて前記仮想地震動が前記シミュレーションによりそれぞれ算出されたときの前記地震動諸特性パラメータ及び前記地震動算出結果を関連付けて記憶する前記第2のデータベースから前記第2の学習用データを複数取得する、
地震動評価モデル生成方法。 A seismic motion evaluation model generation method for generating an earthquake motion evaluation model by machine learning using a computer, the method comprising:
For each combination of a plurality of actual earthquakes and at least one observation point where actual earthquake motion due to the plurality of actual earthquakes was observed, various earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion observation records when the actual earthquake motion was observed are stored in association with each other. From a first database, acquire a plurality of first learning data consisting of the feature quantities and the objective variables, with the seismic motion characteristic parameters as the feature quantities and the seismic motion index obtained from the seismic motion observation record as the objective variable. a first acquisition step of
For each combination of a plurality of virtual earthquakes and at least one virtual observation point from which virtual seismic motions due to the plurality of virtual earthquakes are calculated by simulation, various earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion calculations when the virtual earthquake motions are calculated by the simulation. From a second database that stores the results in association with each other, a second database consisting of the feature quantities and the objective variables is obtained, with the various seismic motion characteristic parameters as the feature quantities and the seismic motion index obtained from the seismic motion calculation results as the objective variables. a second acquisition step of acquiring a plurality of learning data;
The feature amount is calculated based on the plurality of first learning data acquired in the first acquisition step and the plurality of second learning data acquired in the second acquisition step. and a generation step of generating the seismic motion evaluation model as a learned model of the machine learning by learning the correlation of the target variables by the machine learning,
The second acquisition step includes:
A plurality of pieces of second learning data are obtained from the second database that stores the various seismic motion characteristic parameters and the seismic motion calculation results in association with each other when the virtual seismic motion is calculated by the simulation based on a plurality of simulation methods. get,
Earthquake motion evaluation model generation method.
予測対象の前記地震動諸特性パラメータを受け付ける受付工程と、
前記受付工程にて受け付けられた前記予測対象の前記地震動諸特性パラメータを前記特徴量として前記地震動評価モデルに入力することにより当該地震動評価モデルから出力される前記目的変数に基づいて、前記予測対象の前記地震動諸特性パラメータに対応する前記地震動指標を予測する予測工程と、を含む、
地震動評価方法。 A seismic motion evaluation method that uses a computer to evaluate the characteristics of the seismic motion based on the seismic motion evaluation model generated by the seismic motion evaluation model generation method according to any one of claims 1 to 3 ,
a reception step of receiving the seismic motion characteristic parameters to be predicted;
The various seismic motion characteristic parameters of the prediction target received in the reception process are input into the seismic motion evaluation model as the feature quantities, and based on the objective variables output from the seismic motion evaluation model, the seismic motion characteristic parameters of the prediction target are a prediction step of predicting the seismic motion index corresponding to the seismic motion characteristic parameters;
Earthquake motion evaluation method.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の地震動評価モデル生成方法に含まれる各工程を実行する制御部を備える、
地震動評価モデル生成装置。 A computer,
comprising a control unit that executes each step included in the seismic motion evaluation model generation method according to any one of claims 1 to 3 ;
Earthquake motion evaluation model generator.
請求項4に記載の地震動評価方法に含まれる各工程を実行する制御部を備える、
地震動評価装置。 A computer,
comprising a control unit that executes each step included in the seismic motion evaluation method according to claim 4 ;
Earthquake motion evaluation device.
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