JPS6014315B2 - 地震早期検知警報システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地震を可能な限り速やかに検出し、その危険性
を判定して警報する地震早期検知警報システムに関する
ものである。

鉄道線路上を高速度で走行している列車は、走行中に大
きな地暖に遭遇すると極めて危険な状態となる。

そのため、各鉄道の沿線には地震を検知するための装置
が配備されて絶えず地震の発生を監視している。これま
での地震検知警報システムは検知装置が所定の判定レベ
ルより大きな地震を検知した場合に危険な地震が発生し
たとの警報を発し、該当する地域の列車の連行を一時停
止させるものであった。この一旦停止させた列車の連行
再開は、その地震が終了した後に保守員による線路等の
点検を行って被害が無かった事を確認した後となる。こ
の様に、地震の検出に伴なつて列車の連行が一且停止す
ると連行再開までに少なからぬ時間を要するため、ダイ
ヤの混乱はさげられず。鉄道側の損失と利用者側の迷惑
とは多大なものとなる。この判定レベルを決定する場合
、不用な警報の発生頻度を減らすために地動によって被
害の発生が考えられる限界ぎりぎりまで判定レベルを高
くすることが望ましいが、列車連行の安全を確実に保証
するためにはある程度の安全率を見込む必要がある。従
って被害発生の可能性がないような地震でも列車の連行
停止はある程度さげられないものであった。また、この
様にして決められた判定レベルは高いものであり、かつ
沿線にあるため、危険な地震を検知してから被害を引起
すような地動が到来するまでの時間が短いという欠点が
あった。さらに判定を振幅のみで行うため地農以外の振
動によって警報が発せられることもあつた。本発明はこ
れらの欠点を除去するためになされたものであって地震
検知点を警報対象からより麓源に近い側に設けることと
あわせて初期微動段階で地震の検知を行い、地震の発生
を検知した場合には地震波初動の振幅値さらにはその周
期等に基づいて極めて短かい時間の間（例えば数秒以内
）でその地震の危険性の判定を行い、その時点までのデ
ータのみからでは多少とも危険性の断定が不可能な場合
には、その後一定時間（例えば１分程度の間）継続して
地動の観測を続け、そのデータを解析して加害性の評価
を行い、危険／安全の判定に基づく警報の出力あるいは
解除を行う地震早期検知警報システムを提供するもので
あって、前述の如き走行列車の制御にこのシステムを適
用した場合、危険信号が送出して列車の連行を一且停止
しても、その地震が危険なものでない場合には１分程度
でその警報が解除されるため非常減速中の列車の再加速
あるいは停止した列車の運転再開が可能であり、ダイヤ
の大幅な乱れは起らず極めて有効なものとなる。

以下実施例に基づいて詳細に説明する。
４第１図は本発明による地震検知システム
に機器配置の一例を示す図であり、第２図はその一実施
例を示すブロック図である。これら両図に於て１は本シ
ステムの制御処理の中心的役割を果す中央装置、２は複
数の検知点に配燈された端末装置、３はこの中央装置１
と端末装置２とを結ぶ通信線路であって、例えば既設の
電々公社回線等が用いられる。また、１１‘ま地動を検
知してこれに対応夕 した電気信号を発生させるセンサ
、１２はセンサ１ １よりの磁気信号を増幅するアンプ
、１３はバッファアンプ、１４は各端末装置２よりの信
号を受信する受信装置であり、１５は各検知点等から時
々刻々送られて来る地敷の観測デー外こよって０地暖の
発生を検知し、その危険／安全の判定を行って警報を発
し、また加害性の評価の上警報の解除あるいは危険な地
震でないことの通報等を行なう世御処理装置、１６は正
確な時刻情報を発生させる時刻装置である。中央装置１
はこの様な諸装タ直によって構成されている。さらに２
１は夫々が設置されている検知点の地動を検出して電気
信号として送出するセンサで、中央装置１のセンサ１１
と同等のものであり、２２はこのセンサ２１の検出情報
を通信線路３を介して中央装置１の受信０装置１４へ転
送するための送信装置である。各端末装置２はこの両装
置によって構成されている。ここで、１つの中央装置１
に接続される端末装置２が設置される検知点は、地震観
測に適当な地点が５点程度選ばれる。これは観測データ
より震源夕を計算する際の未知数として震源の座標×お
よびＹ、震源の深さＺ、地震波の伝播速度ｕ、発農の時
刻らの５つがあるため、５ケ所の観測データが不可欠で
あり、本実施例では欠側の可能性等を考慮して中央装置
１に設置した検知装置を含めて６０ケ所の観測データを
収集している。従って経済的な理由等によって端末装置
２の数を減らしたい場合には、通常あまり変化しない伝
播速度ｕと、震源の座標によってほぼ一定の値を示す震
源の深さＺの値を仮定することによって、３ケ所からの
観測データを基に震源の計算が可能となり、最低２ケ所
の検知点に端末装置を設置することで一応の目的を達成
することはできる。また、中央装置１は必ずしもセンサ
１１を含んでいる必要はなく、検知点を１ケ所増やして
端末装置２を配置することで前述と全く同機のシステム
を構築することが可能となる。この様にすれば、地震デ
ータの検知に関する配慮ないこ中央装置の設置位置を決
定できるため、中央装置の裾付け、観測員の派遺等を優
先的に考慮して交通の便利な場所等を選択できるように
なる。以下、第１図および第２図に示す実施例の動作を
説明する。

中央装置１あるいは端末装置２に属するセンサ１１およ
び２１は常時その各々が設置された地点の地動を検出し
ており、検出情報を蟹ク気信号の形で送出している。中
央装置１のセンヤ１１よりの信号はアンプ１２、バッフ
ァアンプ１３を介して、また、各端末装置２のセンサ２
１よりの信号は送信装置２２、通信線路３、受信装置１
４を介して制御処理装置１５へ送られる。制御Ｚ処理装
置１５は継続して送られて来るこれらの振幅を監視して
おり、その値が予め定められた基準値ｙを越した場合に
地暖が発生したものとみなす。例えば、前述の基準値ｙ
は次のような値としてＺ与えられる。

即ちたえまのない地震を所定周期でサンプリングし、そ
の過去何回分かの測定値を平均してノイズレベルｘを算
出し、このノイズレベルｘに基づいてｙ＝ａｘ＋ｂ（ａ
，ｂは所定の定数） ２の様な１次式で決定さ
れる値として与えられる。

この場合、ノイズレベルｘは種々の原因で起る地動の大
きさによって時々刻々変動している。従って、この基準
値ｙの値はその変動に応じて適当に設定されることとな
る。 ２基準値ｙを越えた地動
の検知によって地震の発生を検知すると、制御処理装置
１５はその地震の危険性の識別を行う。この危険性の識
別は地震の検知から所定の時間内（例えば０．５秒間）
での振幅の最大値Ｌｐ，を比較値Ｌｎ，と比較すること
で行３つている。即ち、最大値Ｌｐ，が比較値Ｌｎ，よ
り大きな場合にはとりあえず危険信号を送出して警報を
行い、鉄道の場合であれば急ブレーキ指令が発せられて
該当区間内を連行している列車には自動的に急ブレーキ
がかけられる。この比較値Ｌｎ，の値としては、過去の
地震の観測結果から地震の初期に於けるＰ波の振幅値と
地震の規模との相関から決定される適当な値が選ばれる
。この判定では、その地震を検知した観測点あるいは各
検知点に於て、１つの成分の値でもこの条件を満足した
場合危険信号を送出して警報する。次に、最大値Ｌｐ，
が比較値Ｌｎ，より小さな場合には、さらに所定時間（
例えば０．５秒間）だけ地震の観測を継続し、実体波の
周期と振幅とに基づくその地震の危険／安全の判定を行
う。

この実体波の振幅および周期と地震の規模との間には強
い相関関係があることは過去の観測事実から明らかにさ
れている。ここで、実際の危険／安全判定の実行時には
、この実体波の周期および振幅の具体的な値としては、
その時点までに把握が可能である初動の周期花ｐ２と、
その時点までの振幅の最大値Ｌｐ２とが用いられる。こ
の様に、地震を検知してから約１秒間の観測で得られた
周期『ｐ２と振幅Ｌｐ２と、前述の実体波の周期、振幅
と地震規模との相関に基づいて決定される比較値Ｆｃ，
およびＬｎ３との比較によって危険／安全の判定が行わ
れる。即ち、周期Ｆｐ２が比較値Ｆｃ，よりも小さく、
かつ、振幅Ｌｐ２が比較値Ｌｎ３よりも小さい場合にの
み、この地震には危険性はないと判定して処理を終了し
て自動観視を再開する。他の場合には多少なりとも危険
性が残り、全く安全地震ではないと判定して一旦急ブレ
ーキ指令等の危険信号を送出して誓報し、その後さらに
継続して地震の観測が行われる。この危険／安全の判定
は地震の発生を検知してから約１秒間の間に収集された
データによって実行されるものであるため、実体波の周
期が１秒を越えるような場合には、周期花ｐ２、振幅Ｌ
ｐ２共に実体波の周期、振幅を表すものではなくなる。
しかしながら、比較値Ｆｃ，を１秒としておけば、実体
波の周期が１秒を越える場合、その周期Ｆｐ２を１秒と
することで論理的な矛循ないこ危険／安全の判定ができ
る。この警報としての危険信号の送出処理は、前述の０
．９段時点の場合と同様に入力信号中の１成分でもこの
条件が満たされれば実行される。この様に、本実施例に
よれば、地震を検出した場合、少なくとも約１秒経過後
に於ては危険性が多少とも残るとして急ブレーキ指令等
の危険信号を送出して地震の観測とひきつづき行うか、
全く安全であると判定して処理を終了して自動監視を再
開させるかの結論がでる。

以下、危険債号送出後に於ける観測データに基づく危険
／安全の判定について説明する。地震を検出してから例
えば３秒程度経過した時点で再度実耐波の周期Ｆｐ２と
振幅値Ｌｐ２とを比較値Ｆｃ２，Ｌｎ４と比較する。

この場合、実体波の周期Ｆｐ２と振幅値Ｌｐ２は１秒時
点での危険ノ安全の判定時の値と必ずしも同一であると
は限らない。即ち、その後の観測でより大きな振幅を観
測した場合には振幅Ｌｐ２は逐次その最大大値で更新さ
れるものであり、また、周期Ｆｐ２も、１秒間の観測期
間内では実体波の初動全体を観測することができなかっ
た場合には当然のことながらより大きあ値となる。３秒
時点での危険／安全の判定はこの新しい観測値Ｆｐ２，
Ｌｐ２と比較値Ｆｃ２，Ｌｎ４との間で行われ、その結
果、観測値がともに比較値より小さい場合にこの地簾に
は危険性がないものと判定して、急ブレーキ指令等を解
除する信号によって警報を解除する。

ここで、比較値Ｆｃ２およびＬｎ４は実体波の周期、振
幅と地震規模との相関によって決定される適当な値が選
ばれる。この判定処理でも危険性が否定しきれない場合
には、さらに２秒程度経過した時点で再度危険／安全の
判定を行う。

この場合、この約５秒間の観測期間内で、観測点および
検知点の各センサ中のＮ晒以上がこの地震を検知したが
否かをチェックする。検出した検知点等の数がＮケ所未
満の場合にはこの地震は安全なものであると判定して危
険信号の解除を指令して処理を終了して自動観視に戻る
。またＮケ所以上の場合には３秒時点で行ったと同様の
実体波に基〈判定を行う。この場合の実体波の周期Ｆｐ
２、振幅値Ｌｐ２はその後の観測によって修正されるこ
とがあるのは前述の場合と同様である。また、この場合
の比較値Ｆｃ３およびＬｎ５も、前述の３秒時点の場合
と全く同様な考え方によって適当な値が選択される。こ
の様に、本実施例に於ては地震を検出した場合、これが
全く安全であるといいきれないものである場合には検出
後約１秒以内に急ブレーキ指令等の危険信号を送出して
警報を発し、その後数秒間実体波の観測を行ってそのデ
ータに基づいて遂次安全ノ危険の判定を行い危険性がな
いと判断された場合には発令した警報を速やかに解除す
るものである。

第３図はこれら一連の処理手順を図示したフローチャー
トであり、その左側に記されている時間目盛は該当処理
が開始されるタイミングの一例を示すものである。また
、比較値Ｌｎ，，Ｌｎ３，Ｌｎ４，Ｌは及びＦｃ，，Ｆ
ｃ２，Ｆｃ３は、本装置を設置する場所の地盤特性と地
震計の特性によって決められるが、次のようにセットす
べきである。振幅 Ｌｎ，＜Ｌｎ３＜Ｌｎ４＜Ｌ鴇周期
Ｆｃ．＜Ｆｃ２＜Ｆｃ３ すなわち、時間の経過につれて、振幅の警報値は大きく
なり、周期の警報値は長くなる。

以上詳細に述べた一連の処理に従って実行された判定の
結果、まだその安全性が確認できなかった場合には、そ
の後３０〜４の段・程度の時間その地震の観測を続けて
、最大振幅、震中距離、マグニチュード卓越周期、最大
振幅時の周期等を計測あるいは計算し、その地震の当該
鉄道区間に被害を与える可能性について評価する。

以下その加害性の評価処理について説明する。制御処理
装置１５は、地震検知後の数秒間で実体波の周期、振幅
を判定材料として行った危険／安全の判定処理で安全性
が確認できなかった地震については、先ず震源事項の計
算を開始する。

これは、例えば穣央までの距離△の計算から実行される
。これには検知点、観測点の６ケ所から得られた観測デ
ータ中の夫々の２９点でのＰ波の到着時刻が用いられる
。この場合、前にも説明した様に５元の連立方程式をた
ててこれを解けば震源の位置、発穣時刻、Ｐ波伝播速度
の計算はできる。従って、欠側等によって６地点中の１
ケ所から観測データが送られて来ない場合でも問題はな
く、また、経済的な理由等で検知点の数を減らした場合
でも、Ｐ波の伝播速度、震源の深さを仮定することで穣
央の位置と発賢時刻は算出できる。露央の位置がわかれ
ば、観測点から穣央までの距離△の計算は容易である。
次いでマグニチュードＭの推定計算を行う。この計算方
法としては種々のものがあるがいずれも簾央距離と観測
点での地敷振幅からマグニチュードが算定されるように
なっている。震源事項の計算が終ると制御処理装置１５
は観測波がＰ波であるか横波（以下Ｓ波）であるかの判
定を行い、夫々の場合に応じた卓越周期ＴｐあるいはＴ
ｓの計算を行う。

この計算は便宜上次のように行われる。先ず波形をフー
リエ変換してその時間関数丸のフーリエスペクトルを求
めて正規化し、第４図の如き折線グラフを描く。次いで
、この折線グラフで囲まれた多角形の重心に相当する周
期をその波形の卓越周期として取扱うものである。この
様な取扱いを行うことによって同等のレベルの頻度を示
す周期が複数ある場合でも卓越周期を一義的に簡単に決
めることができる。この様にして各種の値が計算できる
と、制御処理装置１５は加害性の評価を行う。この加害
性評価の論理を第５図に示す。即ち、縦波の卓越周期Ｔ
ｐが比較値Ｔｃ，より４・さし、かＴｃ２より大きな場
合、全体波の卓越周期Ｔｓが比較値Ｔｃ３より４・さし
、かＴｃ４より大きな場合、穣央距離△とマグニチュー
ドＭとで与えられる値が一定の値より４・さな場合、最
大振幅Ａｍが比較値Ａｃ，より小さな場合、あるいは最
大振幅時の周期Ｔｍが比較値Ｔｃ５よりも長い場合の中
の１条件でも満足し、かつ全体波形がピークを過ぎて減
少額向を示し、直前のピーク値Ａｐが比較値Ａｃ２より
小さな場合に安全であると判定する。安全であると判定
された場合、鞍大振幅Ａｍ、その時の周期、全体波の鏡
向、直前のピーク値Ａｐ等の監視を続け、安全であると
いう状態の継続時間ｔが予め定められた時間ｔｃ以上と
なった場合にはじめて、この地震が当該地城に被害を及
ぼす可能性がなくなったと判定して、急ブレーキ指令を
解除する信号を送出して警報を解除する。また、安全と
判定されなかった場合、あるいは安全状態がｔｃ秒継続
しなかった場合には地震検出からｔｎ秒（例えば４岬砂
程度）以内であれば、その時点で再度卓越周期Ｔｐある
いはＴｓの計算を行い、加害性の評価をやり直す。

以下、地震の検知からｔｎ秒経適するまでこの処理が繰
返される。また、地震の検知からｔｎ秒経過してもまだ
安全性が確認できない地震については、実体波の周期と
振幅とによって最終的な判定を行い、この判定で、その
周期が定められた一定の値より短かく、最大振幅も一定
値に達していない場合には、この地震は加害性が無く安
全なものであるとみなしてしまう。

この様にして安全であるとみなされた場合には危険信号
を解除する信号を送出して警報を解除し、一連の処理を
終了して自動監視に戻る。また、この最終判定によって
安全なものであるとみなすことができなかった場合には
、被害の発生を想定して列車を停止させたまま線路の点
検を行う等所定の対策処置がなされる。この一連の処理
手順を図式的に整理したものが第６図のフローチャート
である。以上第２図に示す実施例に基いて鉄道沿線の地
震検知に適用した場合について説明したが、本発明はこ
れにのみ限定されるものではなく、危険信号として、津
波の発生を警告する信号を送出するようにした場合、三
陸海岸等津波多発地域での防災に有効となり、また、ガ
ス、あるし、はイＧ学工場等に於けるバルブ閉塞指令を
送出するようにした場合、都市あるいはコンビナートで
の防災に極めて有効となる事は説明するまでもない。

この様に本発明によれば、検出した地震が多少とも危険
と考えられるものである場合には１秒程‐度の極めて短
い時間にとりあえず危険信号を送出しておき、その後、
実体波の観測で安全性が確認された場合には一旦送出し
た危険信号を取消し、さらに安全性が確認できなかった
ものについてのみマグニチュード、卓越周期等の計算を
行い、その結果で加害性の評価を行うものである。

従って一旦出された危険信号も安全なものである場合に
は極めて迅速（例えば、実体波観測で判定する場合には
５秒、計算結果を用いる場合でも４の砂以内）に解除さ
れるため、鉄道沿線の地震検知システムに適用した場合
には、ダイヤの混乱は最少眼におさえることができ、津
波多発地域、都市部、コンビナート等に於ける地震検知
システムに適用した場合には二次災害の防止に極めて有
効となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による地震検知システムの機器配置の一
例を示す図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック
図、第３図および第６図はその動作を説明するためのフ
ローチャート、第４図は卓越周期の計算方法を説明する
ための図、第５図は加害性評価の論理の一例を示す説明
図である。 １・・・・・・中央装置、２・・…・端末装置、３・・
・・・・通信線路、１１，１２……センサ、１４……受
信装置、１５・・・・・・制御処理装置、１６・・・・
・・時刻装置、２２・・・・・・送信装置。 第１図 第２図 第４図 第５図 第３図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 地震の発生を検知し、その危険／安全の判定を行い
   、その判定によつて危険と考えられる場合に警報を発し
   安全の場合にこれを解除する地震早期検知警報システム
   において複数の検知点を選んでその各々にセンサ、送信
   装置を備えた端末装置を配置し、この各端末装置を、受
   信装置、制御処理装置、時刻装置を備えた中央装置に夫
   々通信線路で接続し、各センサで検出される地動の情報
   を中央装置に集中し地震の発生を常時監視しており、中
   央装置の制御処理装置は、地震を検知すると先ず検出直
   後の極めて短かい時間内での振幅の最大値に基づいてこ
   の地震が危険なものであるか否かの識別を行つて危険な
   ものについては警報を発し、それ以外のものについては
   引続き地震の観測を継続して比較的短かい時間内の波の
   周期と振幅とによつて順次危険なものであるか否かの判
   定を行い、危険を判定されたものについては警報を発し
   、一旦警報が発せられた地震についてはさらに同様の観
   測を継続してそれぞれの判定時点で加害性の評価を行い
   安全なものであると判定された場合にはその都度警報を
   解除しあるいは危険な地震でないことを知らしめるごと
   き危険／安全の判定を行い、その都度警報を発すること
   を特徴とする地震早期検知警報システム。 ２ 中央装置がセンサを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の地震早期検知警報システム。 ３ 制御処理装置に於ける地震の検知として、常時継続
   して変動している地動の観測によつて得られるノイズレ
   ベルに基づいて決められた基準値との比較によつて行う
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項
   記載の地震早期検知警報システム。