JPWO2014128964A1 - 地震予測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この装置は、地震動の3方向(上下、東西、南北)の加速度成分を検出し、これら加速度成分をベクトル合成して加速度を算出し、この加速度から地震の揺れの大きさを示す指標値を算出することによって、地震の揺れの大きさをリアルタイムに計測する。
上述した地震動の3方向の加速度成分のうち上下方向の加速度成分は、他の加速度成分よりも大きな値となる性質を有している。
しかし、地震動指標は、国際的には、改正メルカリ震度階(MMI:Modified Mercalli Intensity)が用いられており、上記特許文献1,2に記載された装置は、そのまま海外で使用することはできない。
例えば、Waldらは、地震動の加速度や速度からMMIの指標値を推計する方法を提案しており(非特許文献1)、また、日本国内でも、中村が、地震動指標としてMMIを用いて地震の揺れの大きさを実測する方法(非特許文献2)を提案している。
また、盛土等の土構造物や木造建築物等の比較的固有周期が長い構造物に対する地震による被害の大きさは、地震動の速度との相関性が高いと考えられている。
上下加速度取得部(10、S10)は、地震動を検出するセンサが地震動の検出を始めると、地震動の上下方向の加速度成分を示す上下加速度情報を、センサから順次取得するものである。
予測値算出部(16、S14)は、上下速度算出部で順次算出された速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を最大速度値(Vumax)とし、下記の予測式を用いて、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値(MMIvp)を算出するものである。
但し、αv及びβvは、過去に発生した複数の地震について、各地震の地震動が示す上下方向の速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を説明変数(X)とし、各地震の揺れの大きさを改正メルカリ震動階で示した指標値を従属変数(Y)として、回帰分析により予め算出された回帰係数である。
この計算式におけるαは3.47、βは2.35である。
そして、これら予測式と計算式とから導かれる予測値(MMIvp)と計算値(MMIv)とを比較すると、図5Bに示すように、地震の初動の部分では、予測値(MMIvp)のほうが計算値(MMIv)よりも早く、上昇することが分かった。
また、本発明の地震予測装置は、地震動の速度を考慮し、その地震の揺れの大きさを予測している。
従って、本発明の地震予測装置を用いると、地震発生時に、自動列車停止装置を用いて早期に列車を止め、盛土等の崩壊により列車が転覆等する事故を抑制することができる。
次に、本発明の第2局面の地震予測装置のように、第1局面の地震予測装置の構成に加え、調整係数(γv)を調整する調整係数設定部(22)を備え、且つ、予測式としては、この調整係数(γv)を加えた下記の予測式を用いてもよい。
本発明の地震予測装置を用いて地震の揺れの大きさを予測して警報する場合、ユーザ側の要求としては、例えば、次の二つの要求が予想される。
例えば、警報基準値をMMIの5.5段階とし、γvを−1とした場合、図8に示すように、空振警報比率は0%に近くなり、逆に、γvを1とした場合は、警報成功率は100%に近くなる。
次に、本発明の第3局面の地震予測装置のように、予測値算出部で算出された予測値(MMIvp)と予め定められた警報基準値とを比較して、予測値(MMIvp)が警報基準値を越えた場合、警報を行う警報部(18、S22〜S24)を備えてもよい。
10… 加速度取得部 12… 上下速度算出部 14… 速度記録部
16… 予測値算出部 18… 第1警報部 20… 地震発生判定部
20a… フラグ記憶領域 22… 調整係数設定部
24… 一般地震判定部 26… 第2警報部 30…上下加速度センサ
32… 東西加速度センサ 34… 南北加速度センサ
(第1実施形態)
1.地震予測装置1
第1実施形態の地震予測装置1について、図1を用いて説明する。尚、第1実施形態について説明する以下の欄では、第1実施形態を本実施形態と言う。
また、この地震予測装置1には、加速度センサ装置3と、外部警報装置5とが接続されている。
この加速度センサ装置3は、その観測点に地震波が到達すると、各センサ30〜34が各観測点での地震動の加速度成分の検出をそれぞれ開始し、各加速度成分を示すアナログ信号の出力を開始する。
そして、この外部警報装置5は、いずれかの地震予測装置1から警報信号を受信すると、警報音を出力したり、警報情報を表示するなどの警報動作を実行する。
これら各部10〜20の機能は、地震予測装置1が、ROM1aに記憶された後述する地震警報処理Aを実行することにより実現される。
尚、本実施形態では、サンプリング周期は100Hzに設定されているが、これに限られるものではない。(加速度取得部10を加速度センサ装置3に配置し、加速度センサ装置3から地震予測装置1へデジタル信号を伝送する形態でもよい。)
上下速度算出部12は、加速度取得部10から地震動の上下方向の加速度成分を示すデジタル信号をサンプリング周期ごとに入力するたびに、その加速度成分をサンプリング時間(1/100秒)で積分して、地震動の上下方向の速度成分(単位はkine)を順次算出する処理を実行する。
そして、地震発生判定部20は、フラグ記憶領域20aに記憶されたフラグ情報を第1警報部18に出力する。
次に、本実施形態で用いられている下記の予測式について説明する。
予測式 MMIvp=αvlog10(Vumax)+βv
この予測式は、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値(MMIvp)を求めるものである。
上述のように、上下加速度センサ30が地震動の検出を始めると、加速度取得部10が、上下加速度センサ30から出力される地震動の上下方向の加速度成分を示すアナログ信号を順次入力する。
そのため、予測値算出部16は、上記予測式を用いて予測値(MMIvp)を算出するとき、この速度記録部14から最大速度値(Vumax)を得ている。
過去に発生した13回の地震時にK−NETで記録された2323個の記録波形データについて、各記録波形の上下方向速度成分の絶対値の最大値(kine)とMMIの指標値を求め、それぞれを横軸、縦軸にとった片対数グラフ上にプロットすると、図2に示すような関係を示す。
ここで、Vmaxは、地震動の最大速度の絶対値である。
また、αは3.47、βは2.35である。
ここで、予測値(MMIvp)と計算値(MMIv)が共にMMIの指標値で5.5段階に達する地震波形であって、2011年の東北地方太平洋沖地震で最大震度がMMIの指標値で9.5段階となる地震波形についてみると、図5Bに示すように、地震動の初期段階では、予測値(MMIvp)が計算値(MMIv)よりも、約8秒先行して、MMIの指標値で5.5段階に達していた。
つまり、本実施形態の地震予測装置1は、地震動指標としてMMIを用い、地震動の初動部分において、警報が必要な大きさの揺れとなるかどうかを早期に予測することができる。
次に、本実施形態の地震予測装置1で実行される地震警報処理Aについて、図6を用いて説明する。
このS10では、加速度取得部10で実行される処理であって、加速度センサ装置3から、この加速度センサ装置3で検出された地震動の3方向(東西、南北、上下)の加速度成分を示すアナログ信号を順次入力して、サンプリングする処理が実行される。
このS12では、上下速度算出部12で実行される処理であって、加速度取得部10からデジタル信号が示す地震動の上下方向の加速度成分から、地震動の上下方向の速度成分を算出する処理が実行される。
このS16では、地震が発生しているか判定する処理が実行される。
このS16は、第1警報部18で行われる処理であって、具体的には、フラグ記憶領域20aに記憶されたフラグが、地震発生中を示す「1」であるか、地震が発生していない通常状態を示す「0」であるかを判定する処理が実行される。
このS18は、地震発生判定部20で実行される。
このS22は、第1警報部18で実行される処理であって、S12で算出された予測値(MMIvp)が、警報の基準となる警報基準値以上、すなわち、MMIで5.5段階以上であるか判定する処理が実行される。
S27では、S18と反対に、観測点の地震動の加速度の大きさが、予め定めた地震発生基準値よりも小さいか否かを判定する処理が実行される。
4.本実施形態の地震予測装置の特徴的な作用効果
上述したように、過去に発生した地震の地震動の予測値(MMIvp)と計算値(MMIv)とを比較すると、図5Bに示すように、地震の初動の部分では、予測値(MMIvp)のほうが計算値(MMIv)よりも早く警報基準値に達することが分かった。
また、本実施形態の地震予測装置1は、地震動の速度を考慮し、その地震の揺れの大きさを予測している。
つまり、本実施形態の地震予測装置1は、例えば盛土等の土構築物が多い鉄道等に対する地震の予測装置として用いれば、地震発生時に、自動列車停止装置を用いて早期に列車を止め、盛土等の崩壊により列車が転覆等する事故を抑制することができる。
さらに、本実施形態の地震予測装置1では、警報が必要な地震の発生を、MMIを用いて早期に予測しているので、国際的にもわかりやすい地震の予測が可能である。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
1.地震予測装置1
本実施形態の地震予測装置1は、図7に示すように、調整係数設定部22を備えている点が、第1実施形態の地震予測装置1とは異なる。
予測式 MMIvp=αvlog10(Vumax)+βv+γv
本実施形態では、γvは−1〜1まで調整することができ、調整係数設定部22としては、例えば回転式の調整ツマミが用いられ、その回転量等を変えることで人の操作によりγvの値を調整することができるものが備えられる。
尚、本実施形態の地震予測装置1で実行される地震警報処理AのS22でも、予測値(MMIvp)の算出は、上述のγvを加えた予測式を用いて行われる。
次に、警報成功率、及び、空振警報比率について図8を用いて説明する。
この警報成功率、及び、空振警報比率は、K−NETに記録された地震の地震動のデータを用いて算出したものである。
空振警報比率は、予測値(MMIvp)が5.5以上になるものの総数のうち、計算値(MMIv)が5.5未満となる地震の割合である。
3.本実施形態の地震予測装置の特徴的な作用効果
本実施形態の地震予測装置1は、第1実施形態の地震予測装置1が奏する効果に加え、下記のような効果も奏する。
一つは、予測ははずれてもよいから、警戒が必要な地震の発生を予測したとき、警戒が必要な地震が本当に発生しているか否かにかかわらず、すべて警報して欲しいと望む場合すなわち、警報成功率を高めたい場合、が考えられる。
例えば、警報基準値をMMIの5.5段階とし、γvを−1とした場合、図8に示すように、空振警報比率は0%に近くなり、逆に、γvを1とした場合は、警報成功率は100%に近くなる。
一方、γvを−1とした場合、警戒が必要な地震が発生しているときに警報がなされない場合があるが、警戒が必要な地震が発生していないときに警報がなされることはない。
(対応関係)
上述の実施形態の上下加速度センサ30から出力されたアナログ信号が示す地震動の上下方向の加速度成分に関する情報が、本発明の上下加速度情報の一例に相当する。
上述の実施形態のS14の処理において上下速度算出部12が実行する処理が、特許請求の範囲に記載された上下速度算出部の一例に相当する。
上述の実施形態のS22〜S24の処理において、第1警報部18が外部警報装置5に対して警報信号を送信する処理が、特許請求の範囲に記載された警報部が警報を行う処理の一例に相当する。
(その他の実施形態)
上記実施形態では、加速度センサ装置3は、地震予測装置1とは別装置として説明したが、地震予測装置1に組み込まれていてもよい。
また、図9に示すように、地震予測装置1には、従来の判定方法により地震を判定し、警報する一般地震判定部24と第2警報部26とを備えるようにしてもよい。
このため、本実施形態の地震予測装置1では、第1警報部18または第2警報部26のいずれかで地震が発生したと判定されたら、外部警報装置5において警報がなされることとなる。
そして、これら一般地震判定部24と第2警報部26とを備える場合、図10に示すように、S24からS27の間で、S25及びS26の処理を実行するようにしてもよい。
Claims (4)
- 地震動を検出するセンサが地震動の検出を始めると、前記地震動の上下方向の加速度成分を示す上下加速度情報を、前記センサから順次取得する上下加速度取得部(10、S10)と、
前記上下加速度取得部が取得した前記上下加速度情報から、前記地震動の上下方向の速度成分を順次算出する上下速度算出部(12、S12)と、
前記上下速度算出部で順次算出された前記速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を最大速度値(Vumax)とし、下記の予測式を用いて、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値(MMIvp)を算出する予測値算出部(16、S12)と
を備えることを特徴とする地震予測装置。
予測式 MMIvp=αvlog10(Vumax)+βv
但し、αv及びβvは、回帰分析により予め算出された回帰係数である。 - 請求項1に記載の地震予測装置において、
調整係数(γv)を調整する調整係数設定部(22)を備え、
前記予測値算出部は、前記調整係数(γv)を加えた下記の予測式を用いて前記予測値(MMIvp)を算出する、
ことを特徴とする地震予測装置。
予測式 MMIvp=αvlog10(Vumax)+βv+γv - 請求項1,2のいずれか1項に記載の地震予測装置において、
前記予測値算出部で算出された前記予測値(MMIvp)と、予め定められた警報基準値とを比較して、前記予測値(MMIvp)が前記警報基準値を越えた場合、警報を行う警報部(18、S22〜S24)
を備えることを特徴とする地震予測装置。 - 請求項3に記載の地震予測装置において、
前記地震動の有無により地震の発生を判定する地震発生判定部(20)を備え、
前記警報部は、
前記地震発生判定部により、前記地震が発生していると判定されているときに警報を行うことを特徴とする地震予測装置。
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