JP7512139B2 - Earthquake motion evaluation model providing method and earthquake motion evaluation model providing device - Google Patents

Earthquake motion evaluation model providing method and earthquake motion evaluation model providing device Download PDF

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本発明は、地震動評価モデル提供方法、及び、地震動評価モデル提供装置に関する。 The present invention relates to a method for providing an earthquake motion evaluation model and a device for providing an earthquake motion evaluation model.

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。 The technology to evaluate and predict the characteristics of earthquake motions from earthquakes that are expected to occur in the future based on various data obtained from past earthquakes (slip ruptures of earthquake source faults) and seismic motions (ground shaking caused by earthquakes) is so useful that it is widely used in society for a variety of purposes, from analyzing and interpreting the characteristics of seismic motions to predicting the behavior and structural design of buildings and structures, and even for 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・予測するための地震動評価式(距離減衰式、地震動予測式等と称されることもある)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)。 Traditionally, some data selected by individual experts using their own judgment has been analyzed using specialized techniques to develop and utilize earthquake motion evaluation formulas (sometimes called distance attenuation formulas or earthquake motion prediction formulas) to evaluate and predict the maximum amplitude (maximum acceleration, maximum velocity, maximum displacement, etc.) of earthquake motion due to future earthquakes and response spectra (maximum response amplitude of a single-mass system when earthquake motion is input to the single-mass system with a certain natural period and damping constant) (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特開2008-39446号公報JP 2008-39446 A

Nobuyuki Morikawa and Hiroyuki Fujiwara,A New Ground Motion Prediction Equation for Japan Applicable up to M9 Mega-Earthquake,Journal of Disaster Research,Vol.8,No.5,2013,p.878-888Nobuyuki Morikawa and Hiroyuki Fujiwara, A New Ground Motion Prediction Equation for Japan Applicable up to M9 Mega-Earthquake, Journal of Disaster Research, Vol.8, No.5, 2013, p.878-888

近年の専門分野の細分化・高度化や少子化に伴う専門家の減少といった環境変化もあって、このような地震動評価式の提案・改善に向けて個々の専門家が直接取り組める時間・労力は限られてきている。また、既往の検討により開発され活用されている実用的な地震動評価式は、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。 In recent years, environmental changes such as the fragmentation and sophistication of specialized fields and the decrease in the number of experts due to the declining birthrate have limited the time and effort that individual experts can directly work on proposing and improving such earthquake motion evaluation formulas. In addition, practical earthquake motion evaluation formulas that have been developed and used through previous studies depend on the data from earthquake observation records used in the studies of individual experts, and because large earthquakes and the largest earthquake motions are rare natural phenomena, there is an imbalance in the quality and quantity of previous knowledge reflected in these prediction formulas.

日々蓄積・解析されることによるデータ量の増加、コンピュータの情報処理能力の向上やシミュレーション技術の進歩はそれらの問題の改善に大きく寄与する可能性を秘めているが、そのためには新たな地震の発生により新たな観測データやシミュレーション結果が得られる度に個々の専門家が地震動評価式の再検討・再評価を行わなければならない。しかしながら、そのような作業のためにその都度個々の専門家が膨大な時間と労力を費やすことには限界があり、現実にはなかなかその作業が進まない。 The increasing amount of data that is accumulated and analyzed every day, the improved information processing capabilities of computers, and advances in simulation technology have the potential to greatly contribute to improving these issues, but in order for this to happen, individual experts must reexamine and reevaluate the seismic motion evaluation formulas every time new observational data or simulation results are obtained due to the occurrence of a new earthquake. However, there is a limit to how much time and effort individual experts can devote to such work each time, and in reality this work is progressing slowly.

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、地震が発生する度に得られる新たな観測データやシミュレーション結果等をデータベースに随時取り込み、ビッグデータを地震動の評価・予測に有効活用することを可能とする地震動評価モデル提供方法、及び、地震動評価モデル提供装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of these circumstances, and aims to provide a method and device for providing an earthquake motion evaluation model that allows new observation data and simulation results obtained each time an earthquake occurs to be imported into a database at any time, making it possible to effectively use big data in evaluating and predicting earthquake motion.

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提供方法は、
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てデータベースに登録された地震動データを学習用データとする機械学習に基づく地震動評価モデルの最新版を外部に提供する地震動評価モデル提供方法であって、
新たな前記地震動データを収集し、当該新たな地震動データに対して所定の前処理を実施した更新用の前記地震動データにより前記データベースを更新するデータベース更新工程と、
更新後の前記データベースから新たな前記学習用データを取得して前記機械学習を行い、前記地震動諸特性パラメータと前記地震動観測記録から得られる地震動指標値との相関関係を機械学習させた前記地震動評価モデルの更新案を生成する機械学習工程と、
前記更新案に対して所定の検証処理を実施し、その結果有効性が認められた場合に、当該更新案により前記最新版を更新するモデル更新工程とを含む。
The present invention solves the above-mentioned problems, and a method for providing a seismic motion evaluation model according to one embodiment of the present invention includes the steps of:
A method for providing an earthquake motion evaluation model to an external party, the method comprising the steps of: providing an updated version of an earthquake motion evaluation model based on machine learning using earthquake motion data, which is training data that is registered in a database in association with earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion observation records;
a database updating step of collecting new seismic motion data and updating the database with the new seismic motion data obtained by performing a predetermined preprocessing on the new seismic motion data;
a machine learning process for acquiring new learning data from the updated database, performing the machine learning, and generating an update plan for the seismic motion evaluation model by machine learning the correlation between the seismic motion characteristic parameters and the seismic motion index value obtained from the seismic motion observation record;
The method includes a model updating step of performing a predetermined verification process on the update plan, and if the result shows that the update plan is valid, updating the latest version with the update plan.

また、本発明の一実施形態に係る地震動評価モデル提供装置は、
コンピュータであって、上記地震動評価モデル提供方法に含まれる各工程を実行する制御部を備える。
In addition, the earthquake motion evaluation model providing device according to one embodiment of the present invention comprises:
The computer includes a control unit that executes each step included in the method for providing a seismic motion evaluation model.

本発明の一実施形態に係る地震動評価モデル提供装置、及び、地震動評価装置によれば、地震が発生する度に得られる新たな観測データやシミュレーション結果等に対して所定の前処理を施した上でそれらを採用することによりデータベースを随時更新しつつ、当該データベースから新たな学習用データを取得して地震動評価モデルの更新案を随時生成し、所定の検証処理により有効性が認められた場合に、当該更新案により地震動評価モデルの最新版を更新し、外部に提供する。したがって、地震動評価モデルは、新たなデータが得られる度に随時自動生成、検証、高度化されて外部に提供されるので、ビッグデータを地震動の評価・予測に有効活用することができる。 According to the earthquake motion evaluation model providing device and earthquake motion evaluation device of one embodiment of the present invention, new observation data and simulation results obtained each time an earthquake occurs are subjected to a predetermined preprocessing and then adopted to update the database as needed, while new learning data is obtained from the database to generate update proposals for the earthquake motion evaluation model as needed, and if the validity of the update proposal is found through a predetermined verification process, the latest version of the earthquake motion evaluation model is updated with the update proposal and provided to the outside. Therefore, the earthquake motion evaluation model is automatically generated, verified, and improved as new data is obtained and provided to the outside, allowing big data to be effectively used for evaluating and predicting earthquake motion.

本発明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。1 is a schematic configuration diagram showing an example of a seismic motion evaluation system 1 according to an embodiment of the present invention. 本発明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。1 is a block diagram showing an example of a seismic motion evaluation system 1 according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る地震動評価モデル提供装置3及び地震動評価モデル提供方法の一例を示す機能説明図である。1 is a functional explanatory diagram showing an example of a seismic motion evaluation model providing device 3 and a seismic motion evaluation model providing method according to an embodiment of the present invention. FIG. データベース10の一例を示すデータ構成図である。FIG. 2 is a data configuration diagram showing an example of a database 10. 時刻歴波形の解析例を示し、(a)はフーリエ振幅スペクトル図、(b)は別地震又は別事象を含む時刻歴波形図、(c)は頭部不足の時刻歴波形図である。1 shows an example of analysis of a time history waveform, where (a) is a Fourier amplitude spectrum diagram, (b) is a time history waveform diagram including a different earthquake or a different event, and (c) is a time history waveform diagram with a head shortage. 勾配ブースティング木の概要を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of gradient boosting trees. 本発明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. 2 is a functional explanatory diagram showing an example of a seismic motion evaluation device 4 and a seismic motion evaluation method according to an embodiment of the present invention.

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。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the attached drawings.

図1は、本発明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。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a seismic motion evaluation system 1 according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a block diagram showing an example of a seismic motion evaluation system 1 according to an embodiment of the present invention.

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、所定のシミュレーション手法に従って地震動シミュレーションを実行し、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ュレーションデータとして外部に提供する地震動シミュレーションデータ提供装置2Dとを備える。 The earthquake motion evaluation system 1 includes an observation data providing device 2A that collects earthquake motion observation records in which earthquake motion due to earthquakes is observed at multiple observation points and provides the observation results to the outside, an analysis data providing device 2B that analyzes the epicenter and magnitude of earthquakes based on the earthquake motion observation records and provides the analysis results to the outside, an underground structure data providing device 2C that provides to the outside underground structure parameters related to the underground structure used in the evaluation and prediction of earthquake motion, and an earthquake motion simulation data providing device 2D that executes an earthquake motion simulation according to a predetermined simulation method and provides to the outside the simulation conditions and simulation results at that time as simulation data.

また、地震動評価システム1は、データ提供装置2A~2Dにより提供された新たなデータに基づいてデータベース10を随時更新するとともに、その更新したデータベース10を用いて機械学習に基づく地震動評価モデル13の最新版131を随時更新して提供する地震動評価モデル提供装置3と、地震動評価モデル提供装置3により提供された地震動評価モデル13(最新版131)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 earthquake motion evaluation system 1 also includes an earthquake motion evaluation model providing device 3 that updates the database 10 from time to time based on new data provided by the data providing devices 2A to 2D and uses the updated database 10 to update and provide the latest version 131 of the earthquake motion evaluation model 13 based on machine learning from time to time, an earthquake motion evaluation device 4 that evaluates and predicts earthquake motion based on the earthquake motion evaluation model 13 (latest version 131) provided by the earthquake motion evaluation model providing device 3, and a network 5 that connects the devices.

地震動評価モデル提供装置3により地震動評価装置4に提供された地震動評価モデル13は、例えば、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、社会で幅広く活用することが可能である。 The earthquake motion evaluation model 13 provided to the earthquake motion evaluation device 4 by the earthquake motion evaluation model providing device 3 can be widely used in society, for example, from analysis and interpretation of earthquake motion characteristics to behavior prediction and structural design of buildings and structures, and even earthquake disaster prevention.

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。 When an earthquake occurs, the observation data providing device 2A collects three-component time history waveform data in the north-south, east-west, and up-down directions measured by seismometers (not shown) installed at multiple observation points as seismic motion observation records, and provides observation data including the seismic motion observation records and additional information such as the observation point locations indicating the locations of the observation points to the outside. In this embodiment, the observation data is, for example, data provided by the strong earthquake observation network K-NET of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Resilience (hereinafter referred to as "NIED"), and in particular, data observed at 138 observation points (see Figure 1) installed in the Kanto region (Tokyo, Kanagawa, Chiba, Saitama, Ibaraki, Tochigi, and Gunma).

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 data providing device 2B analyzes the epicenter and scale of the earthquake based on the seismic motion observation records, and provides the analysis results to the outside, including, for example, moment magnitude, Japan Meteorological Agency magnitude, epicenter location, epicenter depth, earthquake type, fault type, and focal mechanism solution. In this embodiment, the analysis data providing device 2B is described as using data provided by, for example, the broadband earthquake observation network F-NET of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention and the Japan Meteorological Agency.

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 provides 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 to the outside. In this embodiment, the underground structure data providing device 2C is 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、観測データ提供装置2A、解析データ提供装置2B及び地下構造データ提供装置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モデル提供装置3に提供してもよいし、地震動評価モデル提供装置3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)を地震動評価モデル提供装置3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。 When an earthquake occurs, the observation data providing device 2A, the analysis data providing device 2B, and the underground structure data providing device 2C may provide data relating to the earthquake in real time to the earthquake motion assessment model providing device 3, or when a data request is received from the earthquake motion assessment model providing device 3, they may provide data relating to the request (which may be data relating to multiple earthquakes that have occurred in the past and meet certain conditions) to the earthquake motion assessment model providing device 3. In addition, in this embodiment, the data providing devices 2A to 2C are described as three separate devices, but this is not limited to this and they may be configured as one device, or other data providing devices may be added.

地震動シミュレーションデータ提供装置2Dは、地震が発生したときに、又は、仮想の地震が発生したと想定したときに、当該地震による地震動を所定のシミュレーション手法に従って解析するものであり、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ュ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。また、地震動シミュレーションデータ提供装置2Dは、自装置にて地震動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、他の装置で地震動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。 When an earthquake occurs or when it is assumed that a virtual earthquake has occurred, the earthquake motion simulation data providing device 2D analyzes the earthquake motion caused by the earthquake according to a predetermined simulation method, and provides the simulation conditions and simulation results at that time to the outside as simulation data. In this case, any method can be adopted as the predetermined simulation method, and multiple methods may be adopted. Furthermore, the earthquake motion simulation data providing device 2D may provide simulation data by executing an earthquake motion simulation on its own device, or may provide simulation data when an earthquake motion simulation is executed on another device.

なお、地震動シミュレーションデータ提供装置2Dは、新たな地震動シミュレーションを実行したときに、当該地震動シミュレーションに関するシミュレーションデータを地震動評価モデル提供装置3に随時提供してもよいし、地震動評価モデル提供装置3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(地震動評価モデル提供装置3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地震動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ュレーションデータでもよい)を地震動評価モデル提供装置3に提供してもよい。 The earthquake motion simulation data providing device 2D may provide simulation data relating to a new earthquake motion simulation to the earthquake motion evaluation model providing device 3 at any time when a new earthquake motion simulation is executed, or when a data request is received from the earthquake motion evaluation model providing device 3, it may provide simulation data relating to the request to the earthquake motion evaluation model providing device 3 (if simulation conditions are received from the earthquake motion evaluation model providing device 3, this may be simulation data including the simulation results when an earthquake motion simulation is executed based on the simulation conditions).

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。 Network 5 communicates various data and signals via wireless or wired communication, and any communication standard may be used.

(地震動評価モデル提供装置3の構成と各部による工程について)
地震動評価モデル提供装置3は、データ提供装置2A~2D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、シミュレーションデータ)を収集し、データベース10を随時更新する。地震動評価モデル提供装置3は、その更新したデータベース10を用いて、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の更新案130を生成する。地震動評価モデル提供装置3は、その更新案130により地震動評価モデル13の最新版131を更新し、その更新後の地震動評価モデル13の最新版131を外部(本実施形態では、地震動評価装置4)に提供する。
(Configuration of the earthquake motion evaluation model providing device 3 and processes performed by each part)
The earthquake motion evaluation model providing device 3 collects provided data (observation data, analysis data, underground structure data, simulation data) provided by the data providing devices 2A to 2D, and updates the database 10 as needed. The earthquake motion evaluation model providing device 3 uses the updated database 10 to execute machine learning algorithms such as gradient boosting trees, random forests, neural networks, and convolutional neural networks (CNN), thereby generating an update proposal 130 for the earthquake motion evaluation model 13 as a trained model of machine learning. The earthquake motion evaluation model providing device 3 updates a latest version 131 of the earthquake motion evaluation model 13 with the update proposal 130, and provides the updated latest version 131 of the earthquake motion evaluation model 13 to an external device (in this embodiment, the earthquake motion evaluation device 4).

地震動評価モデル提供装置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 assessment model providing device 3 is composed of a general-purpose or dedicated computer, and as shown in FIG. 2, includes a storage unit 30 composed of a HDD, memory, etc., a control unit 31 composed of a processor such as a CPU or GPU, a communication unit 32 which is a communication interface with the network 5, an input unit 33 composed of a keyboard, mouse, etc., and a display unit 34 composed of a display, touch panel, etc.

記憶部30には、データ提供装置2A~2D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、地震動評価モデル提供装置3の動作を制御して地震動評価モデル提供方法を実現する地震動評価モデル提供プログラム300とが記憶されている。なお、データベース10は、記憶部30に代えて、外部記憶装置に記憶されていてもよく、その場合には、地震動評価モデル提供装置3は、ネットワーク5を介して当該外部記憶装置と通信し、データベース10にアクセスするようにすればよい。 The storage unit 30 stores a database 10 in which the provided data provided by the data providing devices 2A to 2D is registered and updated, a trained model, an earthquake motion evaluation model 13, and an earthquake motion evaluation model providing program 300 that controls the operation of the earthquake motion evaluation model providing device 3 to realize the earthquake motion evaluation model providing method. The database 10 may be stored in an external storage device instead of the storage unit 30, and in that case, the earthquake motion evaluation model providing device 3 can access the database 10 by communicating with the external storage device via the network 5.

制御部31は、地震動評価モデル提供プログラム300を実行することにより、データベース更新部310、機械学習部311、及び、モデル更新部312として機能する。なお、各部の機能の詳細は後述する。 The control unit 31 executes the earthquake motion assessment model provision program 300 to function as a database update unit 310, a machine learning unit 311, and a model update unit 312. The functions of each unit will be described in detail later.

図3は、本発明の実施形態に係る地震動評価モデル提供装置3及び地震動評価モデル提供方法の一例を示す機能説明図である。 Figure 3 is a functional explanatory diagram showing an example of a seismic motion evaluation model providing device 3 and a seismic motion evaluation model providing method according to an embodiment of the present invention.

(データベース更新部310によるデータベース更新工程について)
データベース更新部310は、データ提供装置2A~2Dにより提供された新たな提供データ(観測データ、解析データ、地下構造データ、シミュレーションデータ)に基づいて新たな地震動データ11Aを収集し、当該新たな地震動データ11Aに対して所定の前処理を実施した更新用の地震動データ11Bによりデータベース10を更新する。
(Regarding the database update process by the database update unit 310)
The database update unit 310 collects new seismic motion data 11A based on new data provided by the data providing devices 2A to 2D (observation data, analysis data, underground structure data, simulation data), and updates the database 10 with update seismic motion data 11B that has been subjected to a predetermined pre-processing on the new seismic motion data 11A.

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、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地震動データ11が複数登録されて記憶されている。シミュレーションデータが、実際の地震又は仮想の地震による地震動を地震動シミュレーションにより算出したときのシミュレーション条件及びシミュレーション結果を含む場合には、シミュレーション条件を地震動諸特性パラメータとして、シミュレーション結果を地震動観測記録又は地震動指標として扱うことにより、データベース10には、当該シミュレーションデータが地震動データ11として登録される。 Figure 4 is a data configuration diagram showing an example of database 10. In database 10, for each combination of multiple earthquakes and at least one observation point where seismic motion due to the multiple earthquakes was observed, multiple pieces of seismic motion data 11 are registered and stored, in which seismic motion characteristic parameters and seismic motion observation records at the time the seismic motion was observed are associated with the seismic motion. When the simulation data includes simulation conditions and simulation results when seismic motion due to an actual earthquake or a virtual earthquake is calculated by seismic motion simulation, the simulation conditions are treated as seismic motion characteristic parameters and the simulation results as seismic motion observation records or seismic motion indices, and the simulation data is registered in database 10 as seismic motion data 11.

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~2D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。 The earthquake motion characteristic parameters are various parameters that describe the characteristics of earthquake motion, and the characteristics of earthquake motion include, for example, the source characteristics and propagation characteristics of earthquake motion, as well as site characteristics, orientation characteristics, and earthquake motion observation characteristics. In this embodiment, the earthquake motion characteristic parameters are data provided by the data providing devices 2A to 2D (observation data, analysis data, underground structure data) that are classified and recorded according to the above-mentioned characteristics of earthquake motion. The source characteristics, propagation characteristics, site characteristics, orientation characteristics, and earthquake motion observation characteristics included in the earthquake motion characteristic parameters are described below.

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 source characteristics include at least one of the following: magnitude (moment magnitude Mw, Japan Meteorological Agency magnitude, etc.), epicenter location (latitude lat_eq, longitude lon_eq), source depth H, earthquake type Type (inland crustal earthquake, plate boundary earthquake, intraslab earthquake), fault type Mech (normal fault, reverse fault, strike-slip fault), source mechanism solution (strike Strike1, dip angle dip1, slip angle rake1), and the conjugate solution of the source mechanism solution (strike Strike2, dip angle dip2, slip angle rake2), etc. The source characteristics in this embodiment are moment magnitude Mw, epicenter location (latitude lat_eq, longitude lon_eq), source depth H, earthquake type Type, fault type Mech, source mechanism solution (Strike1, dip1, rake1), and conjugate solution of the source mechanism solution (Strike2, dip2, rake2).

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 in 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 the following: observation point location (latitude lat_site, longitude lon_site), seismic bedrock depth, engineering bedrock depth, layer thickness, density, seismic wave propagation velocity, Q value, and attenuation constant. The site characteristics according to this embodiment are the observation point location (latitude lat_site, longitude lon_site), the S-wave velocity of the top layer VS1, the average S-wave velocity of the surface 10 m AVS10, the average S-wave velocity of the surface 30 m AVS30, the microtopography classification JCODE, the depth of the top surface of the S-wave velocity 700 m/s layer D7, the depth of the top surface of the S-wave velocity 1400 m/s layer D17, the depth of the top surface of the S-wave velocity 2100 m/s layer D24, and the depth of the seismic bedrock surface D28 (= the depth of the top surface of the S-wave velocity 2700 m/s layer). In addition, when the average S-wave velocity AVS30 of the surface layer 30 m of the 250 m mesh of the earthquake hazard station J-SHIS of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention cannot be obtained from the underground structure data of the observation point, the average S-wave velocity AVS30 of the surface layer 30 m is substituted, and when the average S-wave velocity AVS10 of the surface layer 10 m is not obtained from the underground structure data of the observation point, the average S-wave velocity AVS30 of the surface layer 30 m is substituted. In addition, the seismic bedrock 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 location 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, which corresponds to the seismic bedrock in the same model).

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 direction characteristic is, for example, the epicenter direction Λ, which indicates the direction in which the epicenter is located with respect to the observation point. Therefore, the epicenter direction Λ is calculated as the direction in which the epicenter is located with respect to the observation point position. In this case, the epicenter direction Λ is defined clockwise with true north as 0°, and since it is a discontinuous quantity with true north as the boundary, the direction characteristic in this embodiment uses a pair of sinΛ and cosΛ that represents the epicenter direction Λ.

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 earthquake motion observation characteristic is, for example, the directional component Comp of earthquake motion, which indicates that the data of the time history waveform recorded as the earthquake motion observation record is in either the north-south direction, the east-west direction, or the up-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 earthquake motion observation record is, for example, a time history waveform of the three components of acceleration, velocity, and displacement in the north-south, east-west, and up-down directions. The earthquake motion observation record is evaluated and analyzed using a specified evaluation method to obtain various earthquake motion indices. The earthquake motion observation record in this embodiment is a time history waveform of two horizontal components (north-south and east-west directions) observed at 138 observation points (see Figure 1) installed in the Kanto region (Tokyo, Kanagawa, Chiba, Saitama, Ibaraki, Tochigi, and Gunma) as part of the K-NET strong earthquake observation network.

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 the amplitude characteristics, periodic characteristics, and time characteristics 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 the maximum acceleration PGA, maximum velocity, and maximum displacement of the earthquake motion obtained from the earthquake motion observation record (time history waveforms of acceleration, velocity, and displacement). The amplitude characteristic in 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(1s)、pSv(3s)、pSv(5s)の5つである。 The periodic characteristic is a response value for at least one period in a response spectrum or Fourier spectrum obtained from a seismic motion observation record (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, and a displacement response spectrum for a predetermined damping constant (for example, 5%). The Fourier spectrum is, for example, an acceleration Fourier spectrum, a velocity Fourier spectrum, and a displacement Fourier spectrum. The periodic characteristics according to this embodiment are five pseudo velocity response spectra pSv (0.1s), pSv (0.5s), pSv (1s), pSv (3s), and pSv (5s) with a damping constant of 5% at periods of 0.1 seconds, 0.5 seconds, 1 second, 3 seconds, and 5 seconds.

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(1s)、TSv(3s)、TSv(5s)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 time-dependent characteristic is, for example, the response duration for at least one period in the response duration spectrum obtained from the earthquake motion observation record (time history waveforms of acceleration, velocity, and displacement). The response duration spectrum is, for example, the acceleration response duration spectrum, the velocity response duration spectrum TSv, and the displacement response duration spectrum for a predetermined damping constant (for example, 5%). The time-dependent characteristic according to this embodiment is five velocity response duration spectra TSv (0.1s), TSv (0.5s), TSv (1s), TSv (3s), and TSv (5s) with a damping constant of 5% in periods of 0.1 seconds, 0.5 seconds, 1 second, 3 seconds, and 5 seconds. The parameters that define the start and end of the response duration are p1 = 0.03 and p2 = 0.95.

データベース更新部310がデータベース10を更新する更新条件としては、例えば、新たな地震動データ11Aが所定数以上収集されたときでもよいし、更新用の地震動データ11Bが所定数以上蓄積されたときでもよいし、所定の期間毎(例えば、1時間毎、1日毎、1週間毎、1か月毎等)でもよいし、これらの条件を組み合わせたものでもよい。また、更新条件は、地震動評価モデル提供装置3の管理者からの指示操作に基づいて適宜変更されてもよいし、同一の更新条件が常時設定されていてもよい。 The update conditions under which the database update unit 310 updates the database 10 may be, for example, when a predetermined number or more of new earthquake motion data 11A are collected, when a predetermined number or more of earthquake motion data 11B for update are accumulated, at a predetermined period (for example, every hour, every day, every week, every month, etc.), or a combination of these conditions. In addition, the update conditions may be changed as appropriate based on instructions from the administrator of the earthquake motion evaluation model providing device 3, or the same update conditions may be set at all times.

(新たな地震動データ11Aに対する所定の前処理について)
データベース更新部310による所定の前処理は、新たな地震動データ11Aを解析し、データベース10に登録することが不適切な場合に当該地震動データ11Aを除外する除外処理と、新たな地震動データ11Aに対して補正処理及びノイズ除去処理を行う加工処理との少なくとも一方を含む。したがって、データベース更新部310が、前処理として除外処理と加工処理の両方を実施する場合には、更新用の地震動データ11Bとしては、除外処理にて除外されなかった新たな地震動データ11Aであって、加工処理にて補正処理及びノイズ除去処理が行われた後の新たな地震動データ11Aがデータベース10に新たに登録される。
(Regarding Predetermined Preprocessing of New Seismic Motion Data 11A)
The predetermined pre-processing by the database update unit 310 includes at least one of an exclusion process for analyzing the new seismic motion data 11A and excluding the seismic motion data 11A when it is inappropriate to register the data in the database 10, and a processing process for performing a correction process and a noise removal process on the new seismic motion data 11A. Therefore, when the database update unit 310 performs both the exclusion process and the processing process as the pre-processing, the new seismic motion data 11A that was not excluded in the exclusion process is used as the update seismic motion data 11B, and the new seismic motion data 11A after the correction process and the noise removal process are performed in the processing process is newly registered in the database 10.

除外処理は、例えば、新たな地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録の時刻歴波形を解析し、当該地震動データ11Aをデータベース10に登録することが適切か不適切かの適否を判定し、不適切と判定した場合に、当該地震動データ11Aをデータベース10に登録する対象から除外する。なお、除外処理では、管理者により新たな地震動データ11Aが不適切と判定された場合には、その旨を示す管理者の指示操作に基づいて当該地震動データ11Aを除外するようにしてもよい。 In the exclusion process, for example, the time history waveform of the earthquake motion observation record included in the new earthquake motion data 11A is analyzed, and it is determined whether or not it is appropriate to register the earthquake motion data 11A in the database 10. If it is determined to be inappropriate, the earthquake motion data 11A is excluded from being registered in the database 10. Note that in the exclusion process, if the administrator determines that the new earthquake motion data 11A is inappropriate, the earthquake motion data 11A may be excluded based on an instruction operation by the administrator indicating that fact.

例えば、除外処理は、第1の除外処理と、第2の除外処理と、第3の除外処理との少なくとも1つを含む。第1の除外処理は、時刻歴波形において信号雑音比(S/N比)が所定値よりも小さい場合に不適切と判定する。第2の除外処理は、時刻歴波形において別地震又は別事象が混在している場合に不適切と判定する。第3の除外処理は、時刻歴波形において地震動観測記録の記録時間が不足(頭部不足、尾部不足又は両方不足)している場合に不適切と判定する。 For example, the exclusion process includes at least one of a first exclusion process, a second exclusion process, and a third exclusion process. The first exclusion process is determined to be inappropriate when the signal-to-noise ratio (S/N ratio) in the time history waveform is smaller than a predetermined value. The second exclusion process is determined to be inappropriate when a different earthquake or different event is mixed in the time history waveform. The third exclusion process is determined to be inappropriate when the recording time of the seismic observation record in the time history waveform is insufficient (insufficient head, insufficient tail, or both).

図5は、時刻歴波形の解析例を示し、(a)はフーリエ振幅スペクトル図、(b)は別地震又は別事象を含む時刻歴波形図、(c)は頭部不足の時刻歴波形図である。 Figure 5 shows an example of analysis of time history waveforms, where (a) is a Fourier amplitude spectrum diagram, (b) is a time history waveform diagram including a different earthquake or different event, and (c) is a time history waveform diagram with head shortage.

専門家が、地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録において、例えば、振幅が小さくノイズが大きいか否かに応じて地震動データ11Aの適否を判定する場合、一般的に、数値データのみではノイズの有無や信号雑音比を判断することが難しい。そのため、専門家は、時刻歴の数値データに基づいて、例えば、図5(a)に示すフーリエ振幅スペクトル図(画像データ)を作成し、そのフーリエ振幅スペクトル図を目視してノイズを識別し、さらにノイズを除去する周波数フィルタの周期範囲を設定し、最終的に地震動データ11Aの適否を判定している。また、専門家は、例えば、図5(b)、(c)に示す時刻歴波形図(画像データ)を目視して、別地震又は別事象が混在しているか否か、記録時間が不足しているか否かを判定している。そこで、専門家が画像データを目視して地震動データ11Aの適否を判定したときの判定結果が正解ラベルとして付与された当該画像データを用いて機械学習モデルを事前に生成しておき、除外処理では、当該機械学習モデルを用いて地震動データ11Aの適否を判定する手法を採用することが可能である。 When an expert judges the suitability of the earthquake motion data 11A based on, for example, whether the amplitude is small and the noise is large in the earthquake motion observation record included in the earthquake motion data 11A, it is generally difficult to judge the presence or absence of noise and the signal-to-noise ratio using only numerical data. Therefore, the expert creates, for example, a Fourier amplitude spectrum diagram (image data) shown in FIG. 5(a) based on the time history numerical data, visually checks the Fourier amplitude spectrum diagram to identify noise, sets the period range of a frequency filter to remove noise, and finally judges the suitability of the earthquake motion data 11A. In addition, the expert visually checks, for example, the time history waveform diagram (image data) shown in FIG. 5(b) and (c) to judge whether another earthquake or another event is mixed in and whether the recording time is insufficient. Therefore, it is possible to adopt a method in which a machine learning model is generated in advance using the image data to which the judgment result when the expert visually judges the suitability of the earthquake motion data 11A is assigned as a correct answer label, and the suitability of the earthquake motion data 11A is judged in the exclusion process using the machine learning model.

第1の除外処理の事前準備として、信号雑音比に係る異常状態が正解ラベルとして付与された時刻歴波形に基づく画像データ(図5(a)参照)を用いて当該画像データと当該異常状態との相関関係を機械学習させた第1の時刻歴波形評価モデル14Aを生成し、記憶部30に記憶される。そして、第1の除外処理では、新たな地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録の時刻歴波形に基づく画像データを第1の時刻歴波形評価モデル14Aに入力する。そして、当該第1の時刻歴波形評価モデル14Aから出力された信号雑音比に係る異常状態に基づいて、新たな地震動データ11Aの適否を判定し、不適切と判定した場合に当該地震動データ11Aを除外する。 As a preliminary step for the first exclusion process, a first time history waveform evaluation model 14A is generated by machine learning the correlation between image data based on a time history waveform to which an abnormal state related to the signal-to-noise ratio is assigned as a correct answer label (see FIG. 5(a)), and the correlation between the image data and the abnormal state is stored in the storage unit 30. Then, in the first exclusion process, image data based on the time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data 11A is input to the first time history waveform evaluation model 14A. Then, based on the abnormal state related to the signal-to-noise ratio output from the first time history waveform evaluation model 14A, the suitability of the new seismic motion data 11A is judged, and if it is judged to be inappropriate, the seismic motion data 11A is excluded.

第2の除外処理の事前準備として、別地震又は別事象に係る異常状態が正解ラベルとして付与された時刻歴波形に基づく画像データ(図5(b)参照)を用いて当該画像データと当該異常状態との相関関係を機械学習させた第2の時刻歴波形評価モデル14Bを生成し、記憶部30に記憶される。そして、第2の除外処理では、新たな地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録の時刻歴波形に基づく画像データを第2の時刻歴波形評価モデル14Bに入力する。その結果、当該第2の時刻歴波形評価モデル14Bから出力された別地震又は別事象に係る異常状態に基づいて、新たな地震動データ11Aの適否を判定し、不適切と判定した場合に当該地震動データ11Aを除外する。 As a preliminary step for the second exclusion process, a second time history waveform evaluation model 14B is generated by machine learning the correlation between image data based on a time history waveform to which an abnormal state related to another earthquake or another event is assigned as a correct answer label (see FIG. 5(b)), and the correlation between the image data and the abnormal state is determined, and the second time history waveform evaluation model 14B is stored in the storage unit 30. Then, in the second exclusion process, image data based on the time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data 11A is input to the second time history waveform evaluation model 14B. As a result, the suitability of the new seismic motion data 11A is determined based on the abnormal state related to another earthquake or another event output from the second time history waveform evaluation model 14B, and the seismic motion data 11A is excluded if it is determined to be inappropriate.

第3の除外処理の事前準備として、記録時間に係る異常状態が正解ラベルとして付与された時刻歴波形に基づく画像データ(図5(c)参照)を用いて当該画像データと当該異常状態との相関関係を機械学習させた第3の時刻歴波形評価モデル14Cを生成し、記憶部30に記憶される。そして、第3の除外処理では、新たな地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録の時刻歴波形に基づく画像データを第3の時刻歴波形評価モデル14Cに入力する。その結果、当該第3の時刻歴波形評価モデル14Cから出力された記録時間に係る異常状態に基づいて、新たな地震動データ11Aの適否を判定し、不適切と判定した場合に当該地震動データ11Aを除外する。 As a preliminary step for the third exclusion process, a third time history waveform evaluation model 14C is generated by machine learning the correlation between image data based on a time history waveform to which an abnormal state related to the recording time is assigned as a correct answer label (see FIG. 5(c)), and the correlation between the image data and the abnormal state is stored in the storage unit 30. Then, in the third exclusion process, image data based on the time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data 11A is input to the third time history waveform evaluation model 14C. As a result, the suitability of the new seismic motion data 11A is determined based on the abnormal state related to the recording time output from the third time history waveform evaluation model 14C, and the seismic motion data 11A is excluded if it is determined to be inappropriate.

なお、第1乃至第3の時刻歴波形評価モデル14A~14Cでは、任意の機械学習アルゴリズムを採用することが可能であるが、例えば、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を採用すればよい。また、画像データは、時刻歴波形に基づく画像データであれば、時刻歴波形図、フーリエ振幅スペクトル図等を含む任意の画像データを採用することが可能である。その際、画像データは、スケールを基準化する等の処理が実施されたものでもよい。 The first to third time history waveform evaluation models 14A to 14C can use any machine learning algorithm, for example, a convolutional neural network (CNN). As for the image data, any image data including a time history waveform diagram, a Fourier amplitude spectrum diagram, etc. can be used as long as it is image data based on a time history waveform. In this case, the image data may have been subjected to processing such as scale standardization.

加工処理は、補正処理として、例えば、新たな地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録の時刻歴波形に対して、例えば、基線補正等を行う。また、加工処理は、ノイズ除去処理として、新たな地震動データ11Aに含まれる地震動観測記録の時刻歴波形に対して、例えば、時刻歴フィルタ処理、周波数フィルタ処理等を行う。 The processing process includes, as a correction process, performing, for example, baseline correction, etc., on the time history waveform of the earthquake motion observation record included in the new earthquake motion data 11A. In addition, the processing process includes, as a noise removal process, performing, for example, time history filtering, frequency filtering, etc., on the time history waveform of the earthquake motion observation record included in the new earthquake motion data 11A.

(機械学習部311による機械学習工程について)
機械学習部311は、図3に示すように、更新後のデータベース10に登録された複数の地震動データ11(更新用の地震動データ11Bを含む)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新たな学習用データ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。
(Machine learning process by machine learning unit 311)
As shown in Fig. 3, the machine learning unit 311 acquires a plurality of new learning data 12 consisting of feature quantities and objective variables from a plurality of seismic motion data 11 (including update seismic motion data 11B) registered in the updated database 10, with seismic motion characteristic parameters as feature quantities and seismic motion indices obtained from seismic motion observation records as objective variables. The learning data 12 is data used as learning data (training data), verification data, and test data in supervised learning. A collection of the learning data 12 consisting of a plurality of learning data 12 is called a learning dataset.

機械学習部311は、更新後のデータベース10から新たな学習用データ12を複数取得する際、更新用の地震動データ11Bを意図的に含むように新たな学習用データ12を取得してもよいし、更新用の地震動データ11Bを含むか否かに関係なく、新たな学習用データ12を無作為に取得してもよい。また、機械学習部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として選択するようにしてもよい。例えば、地震条件及び地震動条件は、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。 When acquiring multiple pieces of new learning data 12 from the updated database 10, the machine learning unit 311 may acquire the new learning data 12 so as to intentionally include the updating earthquake motion data 11B, or may acquire the new learning data 12 randomly, regardless of whether the updating earthquake motion data 11B is included. In addition, the machine learning unit 311 may select earthquake motion data 11 based on an earthquake that satisfies at least one of a specified earthquake condition and a specified earthquake motion condition as the learning data 12. For example, it is preferable that the earthquake conditions and the earthquake motion conditions are set so that earthquake motions with a relatively large amplitude are distributed in a balanced manner.

本実施形態では、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、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種類であり、学習用データ12を構成する目的変数は、図4に示す11種類の地震動指標のうち、最大加速度PGAの1種類であるものとして説明する。 In this embodiment, the feature quantities constituting the learning data 12 are six of the 25 types of earthquake motion characteristic parameters shown in FIG. 4: moment magnitude Mw, epicenter depth H, epicenter distance X, epicentral direction Λ (a pair of sinΛ and cosΛ), average S-wave velocity AVS30 in the surface layer 30 m, and depth of the seismic bedrock surface (depth to the top of the layer with an S-wave velocity of 2700 m/s) D28. The objective variable constituting the learning data 12 is one of the 11 types of earthquake motion indices shown in FIG. 4: maximum acceleration PGA.

機械学習部311は、図3に示すように、更新後のデータベース10から取得した複数の学習用データ12を用いて機械学習を行い、特徴量及び目的変数の相関関係を機械学習させた学習済みモデルとして、地震動評価モデル13の更新案130を生成し、記憶部30に一時的に記憶する。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。 As shown in FIG. 3, the machine learning unit 311 performs machine learning using multiple pieces of learning data 12 acquired from the updated database 10, generates an update proposal 130 for the seismic motion assessment model 13 as a trained model in which correlations between feature quantities and objective variables have been machine-learned, and temporarily stores the proposed update in the storage unit 30. In this embodiment, a case in which a gradient boosting decision tree is used as a machine learning algorithm in the machine learning will be described.

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。 Figure 6 is an overview of gradient boosting trees. Gradient boosting trees are learning devices that combine gradient boosting and decision trees. Gradient boosting is a method for constructing a strong learner (high-performance machine learning model) by combining multiple weak learners (low-performance machine learning models). Decision trees are a method for generating machine learning models capable of classification and regression by performing conditional branching using the branching structure of a tree. Gradient boosting trees, which combine these two methods, are a method for combining multiple weak learners generated by decision trees using gradient boosting.

なお、図4に示す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、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)をそれぞれ用いるのが好ましい。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のが好ましい。 Of the 11 types of seismic motion indices shown in Fig. 4, 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 order to reduce bias in the distribution of the objective variables, it is preferable to use common logarithms (log 10 PGA and log 10 pSv) as the objective variable data for the maximum acceleration PGA and the pseudo velocity response spectrum pSv, respectively. In addition, as the loss function in the gradient boosting tree, it is preferable 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、モデル更新部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(更新案130)を生成する際、目的変数として、図4に示す11種類の地震動指標を採用する場合には、地震動評価モデル13(更新案130)を目的変数毎に生成するようにすればよい。すなわち、特徴量と目的変数(最大加速度PGA=1種類目の地震動指標)との相関関係を機械学習させた第1の地震動評価モデル13A、特徴量と目的変数(擬似速度応答スペクトルpSv(0.1s)=2種類目の地震動指標)との相関関係を機械学習させた第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を生成するようにすればよい。 Furthermore, when the model update unit 312 uses the gradient boosting tree to generate the earthquake motion evaluation model 13 (update proposal 130), if the 11 types of earthquake motion indexes shown in FIG. 4 are adopted as the objective variables, the earthquake motion evaluation model 13 (update proposal 130) may be generated for each objective variable. That is, the first earthquake motion evaluation model 13A is generated by machine learning the correlation between the feature amount and the objective variable (maximum acceleration PGA = first type of earthquake motion index), and the second earthquake motion evaluation model 13B is generated by machine learning the correlation between the feature amount and the objective variable (pseudo velocity response spectrum pSv (0.1 s) = second type of earthquake motion index), and so on. In this way, a total of 11 earthquake motion evaluation models 13A to 13K may be generated, such as the third earthquake motion evaluation model 13C to the eleventh earthquake motion evaluation model 13K.

(モデル更新部312によるモデル更新工程について)
モデル更新部312は、更新案130に対して所定の検証処理を実施し、その結果有効性が認められた場合に、当該更新案130により最新版131を更新する。
(Model updating process by the model updating unit 312)
The model update unit 312 performs a predetermined verification process on the update plan 130 , and if the result shows that the update plan 130 is valid, updates the latest version 131 with the update plan 130 .

(更新案130に対する所定の検証処理について)
モデル更新部312による所定の検証処理は、更新案130の有効性の有無を定量的又は定性的に検証するものであり、その結果更新案130の有効性が認められた場合(図3の「OK」の場合)には、上記のように、当該更新案130により最新版131が更新される。一方、更新案130の有効性が認められなかった場合(図3の「NG」の場合)には、当該更新案130により最新版131が更新されず、当該更新案130は外部に提供されない。その場合、更新案130は、記憶部30から削除してもよいし、外部に提供されない状態で記憶部30に記憶されたままとしてもよい。なお、検証処理では、管理者により更新案130の有効性が認められないと判定された場合には、その旨を示す管理者の指示操作に基づいて更新案130により最新版131を更新しないようにしてもよい。
(Regarding a Predetermined Verification Process for the Update Proposal 130)
The predetermined verification process by the model update unit 312 quantitatively or qualitatively verifies the validity of the update plan 130, and if the validity of the update plan 130 is recognized as a result (in the case of "OK" in FIG. 3), the latest version 131 is updated with the update plan 130 as described above. On the other hand, if the validity of the update plan 130 is not recognized (in the case of "NG" in FIG. 3), the latest version 131 is not updated with the update plan 130, and the update plan 130 is not provided to the outside. In that case, the update plan 130 may be deleted from the storage unit 30, or may remain stored in the storage unit 30 without being provided to the outside. In addition, in the verification process, if the administrator determines that the update plan 130 is not valid, the latest version 131 may not be updated with the update plan 130 based on an instruction operation by the administrator indicating that effect.

定量的な検証処理は、例えば、第1の検証処理と、第2の検証処理と、第3の検証処理との少なくとも1つを含む。 The quantitative verification process includes, for example, at least one of a first verification process, a second verification process, and a third verification process.

第1の検証処理は、更新案130に基づく地震動指標の予測値と、現在又は過去における最新版131に基づく地震動指標の予測値(基準値)とを比較することにより、当該更新案130を検証する。第1の検証処理では、例えば、学習用データセットにおけるテストデータに含まれる地震動諸特性パラメータを特徴量として更新案130に入力することにより当該更新案130から出力される目的変数を、更新案130に基づく地震動指標の予測値として取得する。また、同一のテストデータを特徴量として現在又は過去における最新版131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を基準値として取得する。そして、両者の値を比較し、所定の閾値以下である場合に、更新案130の有効性が認められる。なお、複数のテストデータを用いた場合には、両者の平均値や標準偏差等を比較し、所定の閾値以下である場合に、更新案130の有効性が認められる。 In the first verification process, the update plan 130 is verified by comparing the predicted value of the earthquake motion index based on the update plan 130 with the predicted value (reference value) of the earthquake motion index based on the latest version 131 in the present or past. In the first verification process, for example, the earthquake motion characteristic parameters included in the test data in the learning dataset are input as features to the update plan 130, and the objective variable output from the update plan 130 is obtained as the predicted value of the earthquake motion index based on the update plan 130. In addition, the same test data is input as features to the latest version 131 in the present or past, and the objective variable output from the earthquake motion evaluation model 13 is obtained as a reference value. Then, the two values are compared, and if they are equal to or less than a predetermined threshold, the validity of the update plan 130 is recognized. Note that, when multiple test data are used, the average value, standard deviation, etc. of both are compared, and if they are equal to or less than a predetermined threshold, the validity of the update plan 130 is recognized.

第2の検証処理は、更新案130に基づく地震動指標の予測値と、地震動データ11に含まれる地震動観測記録から得られる地震動指標の観測値(基準値)とを比較することにより、当該更新案130を検証する。第2の検証処理では、第1の検証処理と同様に、学習用データセットにおけるテストデータを用いて、更新案130に基づく地震動指標の予測値を取得する。また、同一のテストデータに含まれる地震動観測記録から地震動指標の観測値を基準値として取得する。そして、両者の値を比較し、所定の閾値以下である場合に、更新案130の有効性が認められる。なお、複数のテストデータを用いた場合には、第1の検証処理と同様に、両者の平均値や標準偏差等を比較し、所定の閾値以下である場合に、更新案130の有効性が認められる。 The second verification process verifies the update proposal 130 by comparing the predicted value of the earthquake motion index based on the update proposal 130 with the observed value (reference value) of the earthquake motion index obtained from the earthquake motion observation record included in the earthquake motion data 11. In the second verification process, as in the first verification process, the predicted value of the earthquake motion index based on the update proposal 130 is obtained using test data in the learning dataset. Also, the observed value of the earthquake motion index is obtained as a reference value from the earthquake motion observation record included in the same test data. Then, the two values are compared, and if they are below a predetermined threshold, the validity of the update proposal 130 is recognized. Note that when multiple test data are used, the average values and standard deviations of the two are compared, and if they are below a predetermined threshold, the validity of the update proposal 130 is recognized, as in the first verification process.

第3の検証処理は、更新案130に基づく地震動指標の予測値と、所定の地震動評価式から得られる地震動指標の計算値(基準値)とを比較することにより、当該更新案130を検証する。第3の検証処理では、第1の検証処理と同様に、学習用データセットにおけるテストデータを用いて、更新案130に基づく地震動指標の予測値を取得する。また、同一のテストデータに含まれる地震動諸特性パラメータを所定の地震動評価式に代入することにより地震動指標の計算値を基準値として取得する。そして、両者の値を比較し、所定の閾値以下である場合に、更新案130の有効性が認められる。なお、複数のテストデータを用いた場合には、第1の検証処理と同様に、両者の平均値や標準偏差等を比較し、所定の閾値以下である場合に、更新案130の有効性が認められる。 In the third verification process, the update plan 130 is verified by comparing the predicted value of the earthquake motion index based on the update plan 130 with the calculated value (reference value) of the earthquake motion index obtained from a predetermined earthquake motion evaluation formula. In the third verification process, as in the first verification process, the predicted value of the earthquake motion index based on the update plan 130 is obtained using test data in the learning dataset. In addition, the calculated value of the earthquake motion index is obtained as a reference value by substituting the earthquake motion characteristic parameters contained in the same test data into a predetermined earthquake motion evaluation formula. Then, the validity of the update plan 130 is recognized if the two values are compared and are equal to or less than a predetermined threshold. Note that, when multiple test data are used, the average values and standard deviations of the two are compared and the validity of the update plan 130 is recognized if they are equal to or less than a predetermined threshold, as in the first verification process.

定性的な検証処理は、例えば、更新案130として生成された地震動評価モデル13の骨格が物理的に見て不自然なものになっているか否かに基づいて、当該更新案130を検証する。 The qualitative verification process verifies the update proposal 130, for example, based on whether the framework of the earthquake motion assessment model 13 generated as the update proposal 130 appears physically unnatural.

モデル更新部312は、上記のような検証処理にて地震動評価モデル13の更新案130の有効性が認められた場合に、当該更新案130により地震動評価モデル13の最新版131を更新する。その結果、当該更新案130により更新された最新版131が、外部に提供可能な状態となり公開される。その際、最新版131は、事前に登録された配信先(本実施形態では、地震動評価装置4)にネットワーク5を介して自動配信されてもよいし、ダウンロード可能な状態で公開されてもよい。また、地震動評価モデル13の最新版131だけでなく、更新後のデータベース10についても公開されてもよい。なお、最新版131が更新案130により更新された場合であっても、最新版131を外部に公開するか否かは、管理者の指示操作に基づいて最終的に決定されるようにしてもよい。 When the validity of the update proposal 130 of the earthquake motion evaluation model 13 is confirmed in the above-mentioned verification process, the model update unit 312 updates the latest version 131 of the earthquake motion evaluation model 13 with the update proposal 130. As a result, the latest version 131 updated with the update proposal 130 is made available to the outside and is made public. At that time, the latest version 131 may be automatically distributed to a distribution destination registered in advance (in this embodiment, the earthquake motion evaluation device 4) via the network 5, or may be made public in a downloadable state. In addition, not only the latest version 131 of the earthquake motion evaluation model 13 but also the updated database 10 may be made public. Note that even if the latest version 131 is updated with the update proposal 130, whether or not to make the latest version 131 public to the outside may be finally determined based on an instruction operation of the administrator.

(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、地震動評価モデル提供装置3により提供された地震動評価モデル13(最新版131)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。
(Configuration of the earthquake motion evaluation device 4 and processes performed by each part)
The earthquake motion evaluation device 4 evaluates and predicts earthquake motion based on the earthquake motion evaluation model 13 (latest version 131) provided by the earthquake motion evaluation model providing device 3, and outputs the results to an output medium such as a display medium or paper medium.

地震動評価装置4は、地震動評価モデル提供装置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 earthquake motion evaluation device 4, like the earthquake motion evaluation model providing device 3, is composed of a general-purpose or dedicated computer, and as shown in FIG. 2, includes a storage unit 40 composed of a HDD, memory, etc., a control unit 41 composed of a processor such as a CPU or GPU, a communication unit 42 which is a communication interface with the network 5, an input unit 43 composed of a keyboard, mouse, etc., and a display unit 44 composed of a display, touch panel, etc.

記憶部40には、地震動評価モデル提供装置3により学習済みモデルとして提供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 memory unit 40 stores the earthquake motion evaluation model 13 provided as a trained model by the earthquake motion evaluation model providing device 3, and an earthquake motion evaluation program 400 that controls the operation of the earthquake motion evaluation device 4 to realize the earthquake motion evaluation method.

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 control unit 41 executes the earthquake motion evaluation program 400 to function as a reception unit 410, a prediction unit 411, and an output processing unit 412. The functions of each unit will be described in detail later.

図7は、本発明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。 Figure 7 is a functional explanatory diagram showing an example of a seismic motion evaluation device 4 and a seismic motion evaluation method according to an embodiment of the present invention.

(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を介して受け付ける。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 reception unit 410 receives various seismic motion characteristic parameters of the prediction target. Specifically, the reception unit 410 receives, for example, the moment magnitude Mw, epicenter position, and epicenter depth H of an earthquake (hereinafter referred to as an "anticipated earthquake") that the user of the seismic motion evaluation device 4 assumes as a prediction target via the input unit 33, and also receives, via the input unit 33, a prediction point position indicating the position of a prediction point at which it is desired to predict the extent of seismic motion caused by the anticipated earthquake. The prediction point position may be any position, or may be the same as the observation point position. In addition, there may be multiple prediction point positions, and for example, each lattice point at a predetermined lattice interval (for example, 5 km interval).

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 reception unit 410 calculates the epicenter distance X and epicenter direction Λ based on the epicenter position of the expected earthquake and the predicted point position of the earthquake motion, and acquires the average S-wave velocity AVS30 of the surface layer 30 m for the predicted point position of the earthquake motion and the depth of the earthquake bedrock surface (depth of the top surface of the S-wave velocity 2700 m/s layer) D28 based on the underground structure data provided by the underground structure data providing device 2C. As a result, the reception unit 410 receives the earthquake motion characteristic parameters of the prediction target (moment magnitude Mw of the expected earthquake, epicenter depth H of the expected earthquake, epicenter distance X between the epicenter of the expected earthquake and the predicted point position, epicenter direction Λ indicating the direction in which the epicenter position of the expected earthquake exists based on the predicted point position, average S-wave velocity AVS30 of the surface layer 30 m at the predicted point position, and earthquake bedrock surface depth D28 at the predicted point position).

(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(本実施形態では、6種類の地震動諸特性パラメータを特徴量とし、1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(予測値)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(予測値)をそれぞれ予測する。
(Regarding the prediction process by the prediction unit 411)
The prediction unit 411 inputs the earthquake motion characteristic parameters of the prediction target received by the reception unit 410 as feature quantities into an earthquake motion evaluation model 13 (in this embodiment, a trained model that has learned the correlation between six types of earthquake motion characteristic parameters as feature quantities and one type of earthquake motion index as an objective variable) and predicts an earthquake motion index (predicted value) corresponding to the earthquake motion characteristic parameters of the prediction target based on the objective variable output from the earthquake motion evaluation model 13. In this case, when the reception unit 410 receives a plurality of earthquake motion characteristic parameters as the prediction target by receiving a plurality of expected earthquakes or a plurality of prediction point positions, the prediction unit 411 inputs each of the plurality of earthquake motion characteristic parameters into the earthquake motion evaluation model 13 to predict the earthquake motion index (predicted value) corresponding to each of the plurality of earthquake motion characteristic parameters.

なお、地震動評価モデル13が、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を含む場合には、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(予測値)を予測すればよい。 When the earthquake motion evaluation model 13 includes a total of 11 earthquake motion evaluation models 13A to 13K generated for each objective variable (11 types of earthquake motion indices), the prediction unit 411 inputs the earthquake motion characteristic parameters of the prediction target as features to each of the 11 earthquake motion evaluation models 13A to 13K, and predicts the earthquake motion index (predicted value) corresponding to the earthquake motion characteristic parameters of the prediction target for each objective variable (11 types of earthquake motion indices) output from each of the 11 earthquake motion evaluation models 13A to 13K.

(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の予測値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。
(Regarding the output processing step by the output processing unit 412)
The output processing unit 412 outputs the predicted value of the seismic motion index predicted by the prediction unit 411 to a visually recognizable output medium. For example, when the output medium is a display medium such as the display unit 44, the output processing unit 412 generates display data (output data) for display on the display medium and displays and outputs the data on the display medium. When the output medium is a paper medium, the output processing unit 412 generates print data (output data) for printing on the paper medium and prints and outputs the data on the paper medium. The output processing unit 412 may communicate and output the output data to, for example, a seismic motion prediction map creation system or a hazard map creation system, or may communicate and output the output data to a disaster prevention system for a public facility, building, factory, or the like.

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予測値を、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, when the earthquake motion characteristic parameters to be predicted received by the receiving unit 410 are multiple earthquake motion characteristic parameters for one anticipated earthquake, for example, with each grid point being a prediction point position, the output processing unit 412 outputs the predicted values of multiple earthquake motion indices at each prediction point position predicted by the prediction unit 411 based on the multiple earthquake motion characteristic parameters to an output medium so as to be superimposed on a map, for example, as a contour diagram or a color-coded mesh diagram.

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予測値を、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 earthquake motion characteristic parameters to be predicted received by the receiving unit 410 are multiple earthquake motion characteristic parameters including multiple different directional characteristics centered on the prediction point position, the output processing unit 412 represents the predicted values of multiple earthquake motion indices in each direction predicted by the prediction unit 411 based on the multiple earthquake motion characteristic parameters as distances from a reference point on the output medium, and outputs multiple earthquake motion indices to the output medium by assigning multiple directional characteristics to each direction centered on the reference point.

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予測値を距離減衰特性として表すことにより、複数の地震動指標を出力媒体に出力する。 Furthermore, when the earthquake motion characteristic parameters to be predicted received by the receiving unit 410 are multiple earthquake motion characteristic parameters including different epicenter distances, the output processing unit 412 outputs multiple earthquake motion indices to an output medium by expressing the predicted values of the multiple earthquake motion indices predicted by the prediction unit 411 based on the multiple earthquake motion characteristic parameters as distance attenuation characteristics.

以上のように、本実施形態に係る地震動評価モデル提供装置3及び地震動評価モデル提供方法によれば、地震が発生する度に得られる新たな観測データやシミュレーション結果等に対して所定の前処理を施した上でそれらを採用することによりデータベース10を随時更新しつつ、当該データベース10から新たな学習用データを取得して地震動評価モデル13の更新案130を随時生成し、所定の検証処理により有効性が認められた場合に、当該更新案130により震動評価モデル13の最新版131を更新し、外部に提供する。したがって、地震動評価モデル13は、新たなデータが得られる度に随時自動生成、検証、高度化されて外部に提供されるので、ビッグデータを地震動の評価・予測に有効活用することができる。 As described above, according to the earthquake motion evaluation model providing device 3 and earthquake motion evaluation model providing method of this embodiment, new observation data and simulation results obtained each time an earthquake occurs are subjected to a predetermined preprocessing and then adopted to update the database 10 as needed, while new learning data is obtained from the database 10 to generate an update proposal 130 for the earthquake motion evaluation model 13 as needed, and if the validity is confirmed by a predetermined verification process, the latest version 131 of the earthquake motion evaluation model 13 is updated with the update proposal 130 and provided to the outside. Therefore, the earthquake motion evaluation model 13 is automatically generated, verified, and improved as new data is obtained and provided to the outside, so that big data can be effectively used for evaluating and predicting earthquake motion.

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、地震動評価モデル提供装置3及び地震動評価モデル生成方法により随時提供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。 In addition, according to the earthquake motion evaluation device 4 and earthquake motion evaluation method of this embodiment, by using the earthquake motion evaluation model 13 provided from time to time by the earthquake motion evaluation model providing device 3 and the earthquake motion evaluation model generating method, it is possible to evaluate and predict with high accuracy the characteristics of earthquake motion due to earthquakes that are expected to occur in the future, without relying on the experience of individual experts.

(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-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the technical concept of the present invention.

例えば、上記実施形態では、地震動評価モデル提供装置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地震動評価モデル13を生成し、地震動評価装置4が、そ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・予測するものとして説明したが、地震動評価モデル13の対象となる地域はこれに限られず、また、対象となる地域の範囲や形状も任意に変更してもよい。さらに、地震動評価モデル13は、地域を対象とするだけでなく、観測点を対象としてもよいし、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を対象としてもよい。 For example, in the above embodiment, the earthquake motion evaluation model providing device 3 generates the earthquake motion evaluation model 13 using observation data from 138 observation points installed in one metropolis and six prefectures in the Kanto region, and the earthquake motion evaluation device 4 uses the earthquake motion evaluation model 13 to evaluate and predict earthquake motion in the Kanto region. However, the region covered by the earthquake motion evaluation model 13 is not limited to this, and the range and shape of the target region may also be changed as desired. Furthermore, the earthquake motion evaluation model 13 may not only cover a region, but may also cover an observation point, or may cover an observation point group in which multiple observation points are grouped according to a predetermined classification criterion.

また、上記実施形態では、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。 In the above embodiment, the feature quantities constituting the learning data 12 are described as six types of earthquake motion characteristic parameters selected from the 25 types of earthquake motion characteristic parameters shown in FIG. 4, but any earthquake motion characteristic parameters may be selected from the 25 types of earthquake motion characteristic parameters as feature quantities and combined, or earthquake motion characteristic parameters other than the 25 types of earthquake motion characteristic parameters may be further combined as feature quantities.

また、上記実施形態では、地震動評価モデル提供プログラム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、地震動評価モデル提供プログラム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。 In the above embodiment, the earthquake motion evaluation model providing program 300 and the earthquake motion evaluation program 400 are described as being stored in the storage units 30 and 40, respectively, but they may be provided by being recorded in an installable or executable format on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM, DVD, or USB memory. Also, the earthquake motion evaluation model providing program 300 and the earthquake motion evaluation program 400 may be provided by being stored on a computer connected to a network such as the Internet and downloaded via the network.

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、2D…地震動シミュレーションデータ提供装置、
3…地震動評価モデル提供装置、4…地震動評価装置、5…ネットワーク、
10…データベース、11、11A、11B…地震動データ
12…学習用データ、13、13A~13K…地震動評価モデル、
14A…第1の時刻歴波形評価モデル、14B…第2の時刻歴波形評価モデル
14C…第3の時刻歴波形評価モデル
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、
130…更新案、131…最新版、
300…地震動評価モデル提供プログラム、
310…データベース更新部、311…機械学習部、312…モデル更新部、
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; 2D: Earthquake motion simulation data providing device;
3...earthquake motion evaluation model providing device, 4...earthquake motion evaluation device, 5...network,
10...database, 11, 11A, 11B...earthquake motion data, 12...learning data, 13, 13A to 13K...earthquake motion evaluation model,
14A: first time history waveform evaluation model, 14B: second time history waveform evaluation model, 14C: third time history waveform 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,
130...Update proposal, 131...Latest version,
300: Earthquake motion evaluation model provision program,
310: database update unit, 311: machine learning unit, 312: model update unit,
400…Earthquake motion evaluation program,
410: Reception unit, 411: Prediction unit, 412: Output processing unit

Claims (4)

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てデータベースに登録された地震動データを学習用データとする機械学習を行い、当該機械学習に基づく地震動評価モデルの最新版を外部に提供する地震動評価モデル提供方法であって、
新たな前記地震動データを収集し、当該新たな地震動データに対して所定の前処理を実施した更新用の前記地震動データにより前記データベースを更新するデータベース更新工程と、
更新後の前記データベースから新たな前記学習用データを取得して前記機械学習を行い、前記地震動諸特性パラメータと前記地震動観測記録から得られる地震動指標との相関関係を機械学習させた前記地震動評価モデルの更新案を生成する機械学習工程と、
前記更新案に対して所定の検証処理を実施し、その結果有効性が認められた場合に、当該更新案により前記最新版を更新するモデル更新工程とを含み、
前記前処理は、
前記新たな地震動データを解析し、前記データベースに登録することが不適切な場合に当該地震動データを除外する除外処理を含み、
前記除外処理は、
前記新たな地震動データに含まれる前記地震動観測記録の時刻歴波形において、信号雑音比が所定値よりも小さい場合に当該地震動データを除外する第1の除外処理と、
前記時刻歴波形において、別地震又は別事象が混在している場合に当該地震動データを除外する第2の除外処理と、
前記時刻歴波形において、前記地震動観測記録の記録時間が不足している場合に当該地震動データを除外する第3の除外処理との少なくとも1つを含む、
地震動評価モデル提供方法。
A method for providing an earthquake motion evaluation model, comprising the steps of: performing machine learning using earthquake motion data, which is registered in a database in association with earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion observation records, as learning data; and providing an updated version of an earthquake motion evaluation model based on the machine learning to an external party, the method comprising the steps of:
a database updating step of collecting new seismic motion data and updating the database with the new seismic motion data obtained by performing a predetermined preprocessing on the new seismic motion data;
a machine learning process for acquiring new learning data from the updated database, performing the machine learning, and generating an update plan for the seismic motion evaluation model by machine learning the correlation between the seismic motion characteristic parameters and the seismic motion index obtained from the seismic motion observation record;
a model updating step of performing a predetermined verification process on the update plan and, if the verification result proves valid, updating the latest version with the update plan ;
The pretreatment is
an exclusion process for analyzing the new seismic motion data and excluding the seismic motion data when it is inappropriate to register the data in the database;
The exclusion process includes:
a first exclusion process for excluding seismic motion data when a signal-to-noise ratio is smaller than a predetermined value in a time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data;
a second exclusion process for excluding seismic motion data when another earthquake or another event is mixed in the time history waveform; and
and a third exclusion process of excluding seismic motion data when the recording time of the seismic motion observation record is insufficient in the time history waveform.
Method for providing earthquake motion evaluation model.
前記第1の除外処理は、
前記信号雑音比に係る異常状態が正解ラベルとして付与された時刻歴波形に基づく画像データを用いて当該画像データと当該異常状態との相関関係を機械学習させた第1の時刻歴波形評価モデルに、前記新たな地震動データに含まれる前記地震動観測記録の前記時刻歴波形に基づく画像データを入力することにより当該第1の時刻歴波形評価モデルから出力された前記信号雑音比に係る異常状態に基づいて当該地震動データを除外し、
前記第2の除外処理は、
前記別地震又は前記別事象に係る異常状態が正解ラベルとして付与された時刻歴波形に基づく画像データを用いて当該画像データと当該異常状態との相関関係を機械学習させた第2の時刻歴波形評価モデルに、前記新たな地震動データに含まれる前記地震動観測記録の前記時刻歴波形に基づく画像データを入力することにより当該第2の時刻歴波形評価モデルから出力された前記別地震又は前記別事象に係る異常状態に基づいて当該地震動データを除外し、
前記第3の除外処理は、
前記記録時間に係る異常状態が正解ラベルとして付与された時刻歴波形に基づく画像データを用いて当該画像データと当該異常状態との相関関係を機械学習させた第3の時刻歴波形評価モデルに、前記新たな地震動データに含まれる前記地震動観測記録の前記時刻歴波形に基づく画像データを入力することにより当該第3の時刻歴波形評価モデルから出力された前記記録時間に係る異常状態に基づいて当該地震動データを除外する、
請求項に記載の地震動評価モデル提供方法。
The first exclusion process includes:
inputting image data based on the time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data into a first time history waveform evaluation model that has been machine-learned to determine a correlation between image data and the abnormal state based on the time history waveform to which the abnormal state related to the signal-to-noise ratio is assigned as a correct answer label, and excluding the seismic motion data based on the abnormal state related to the signal-to-noise ratio output from the first time history waveform evaluation model;
The second exclusion process includes:
inputting image data based on the time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data into a second time history waveform evaluation model that has been machine-learned to determine a correlation between image data based on a time history waveform to which an abnormal state related to the different earthquake or the different event has been assigned as a correct answer label, and excluding the seismic motion data based on the abnormal state related to the different earthquake or the different event output from the second time history waveform evaluation model;
The third exclusion process includes:
image data based on the time history waveform of the seismic motion observation record included in the new seismic motion data is input to a third time history waveform evaluation model, which is configured to machine-learn a correlation between image data and the abnormal state using image data based on a time history waveform to which the abnormal state related to the recording time is assigned as a correct answer label, and the seismic motion data is excluded based on the abnormal state related to the recording time output from the third time history waveform evaluation model.
The method for providing a seismic motion evaluation model according to claim 1 .
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てデータベースに登録された地震動データを学習用データとする機械学習を行い、当該機械学習に基づく地震動評価モデルの最新版を外部に提供する地震動評価モデル提供方法であって、
新たな前記地震動データを収集し、当該新たな地震動データに対して所定の前処理を実施した更新用の前記地震動データにより前記データベースを更新するデータベース更新工程と、
更新後の前記データベースから新たな前記学習用データを取得して前記機械学習を行い、前記地震動諸特性パラメータと前記地震動観測記録から得られる地震動指標との相関関係を機械学習させた前記地震動評価モデルの更新案を生成する機械学習工程と、
前記更新案に対して所定の検証処理を実施し、その結果有効性が認められた場合に、当該更新案により前記最新版を更新するモデル更新工程とを含み、
前記検証処理は、
前記更新案に基づく前記地震動指標の予測値と、現在又は過去における前記最新版に基づく前記地震動指標の予測値とを比較することにより、当該更新案を検証する第1の検証処理を含む、
地震動評価モデル提供方法。
A method for providing an earthquake motion evaluation model, comprising the steps of: performing machine learning using earthquake motion data, which is registered in a database in association with earthquake motion characteristic parameters and earthquake motion observation records, as learning data; and providing an updated version of an earthquake motion evaluation model based on the machine learning to an external party, the method comprising the steps of:
a database updating step of collecting new seismic motion data and updating the database with the new seismic motion data obtained by performing a predetermined preprocessing on the new seismic motion data;
a machine learning process for acquiring new learning data from the updated database, performing the machine learning, and generating an update plan for the seismic motion evaluation model by machine learning the correlation between the seismic motion characteristic parameters and the seismic motion index obtained from the seismic motion observation record;
a model updating step of performing a predetermined verification process on the update plan and, if the verification result proves valid, updating the latest version with the update plan ;
The verification process includes:
a first verification process for verifying the update plan by comparing a predicted value of the seismic motion index based on the update plan with a predicted value of the seismic motion index based on the latest version at present or in the past;
Method for providing earthquake motion evaluation model.
コンピュータであって、
請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の地震動評価モデル提供方法に含まれる各工程を実行する制御部を備える、
地震動評価モデル提供装置。
A computer comprising:
A control unit that executes each step included in the method for providing a seismic motion evaluation model according to any one of claims 1 to 3 .
A device providing a seismic motion evaluation model.
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