TW202334671A - 用於檢測地震振動的檢測裝置以及用於基於該檢測結果預測地震振動的強度的預測裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種地震振動檢測預測系統，其能夠更迅速且高精度地檢測P波，並且能夠基於檢測到的P波來預測S波的強度。地震振動檢測預測系統中的P波檢測裝置具備：複數個地震儀、計算用於判定P波之檢測的判定值的計算部、基於判定值判定P波是否已被檢測到的判定部、以及通訊部，其在判定部判定為P波被檢測到時，向外部發送用於預測S波的所使用的P波數據。地震振動檢測預測系統中的S波預測裝置具備：接收從上述P波檢測裝置發送的P波數據的通訊部、以及基於P波數據預測將到達的S波的強度的S波預測部。

Description

用於檢測地震振動的檢測裝置以及用於基於該檢測結果預測地震振動的強度的預測裝置

本發明，是關於地震振動檢測預測技術。更具體地，本發明，是關於在地震振動檢測預測系統中，使用複數個地震儀來檢測P波的P波檢測裝置、以及、基於藉由P波檢測裝置所檢測到的P波來預測S波的強度的S波預測裝置，而該地震振動檢測預測系統是檢測會產生初期微弱振動的P波，並且基於所檢測到的P波，來預測會產生主要振動的S波。

預知地震的產生是極其困難的。因此，提出了地震速報系統等，其在地震產生後，基於在多個地震觀測點中觀測地震的觀測資訊，計算出地震的產生時刻、震源位置以及規模的資訊，並將從這些資訊所預測的主要振動的到達時刻及強度通報給未到達地區。

例如，在專利文獻1(日本特開2015-25714號公報)中，公開了一種災害時警報連動系統，其基於設在震源附近的地區的建築物中的地震儀的資訊來發出警報，並且與用於進行與震度、受災狀況相應的地震對應的現場警報連動。此系統，是包括設置在建築物中、與地震儀可通訊地連接的各種家電設備，以及與全國各地的地震儀可通訊地連接、匯集該全國各地的地震儀的地震資訊的中央伺服器而做成的。

此外，本申請的申請人，是提出了專利文獻2中公開的地震警報系統。此地震警報系統，是做成：在建築物或事業所內的用地內設3個以上的地震儀，基於由這些地震儀所測量到的數據訊號間的相關係數來進行P波的檢測判定，並且基於從P波的檢測地點接收到的P波數據來預測S波的強度，基於此來進行通報。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開第2015-25714A號公報 [專利文獻2]日本特許第6887310號公報

[本發明所欲解決之問題]

然而，在包括專利文獻1所公開之系統的以往系統中，各地震儀，是假定以相當程度的距離相距而分散設置，所以即使將來自這些地震儀的資訊匯集到中央伺服器等，也難以迅速且高精度地檢測出會產生初期微弱振動的P波。

另外，以往系統，並非是這樣者：將來自複數個地震儀的資訊匯集到中央伺服器，基於從複數個地震儀來的資訊，由中央伺服器來預測會產生主要振動的S波的到達，即使如此，花時間來處理龐大的地震儀的數據，而能發出緊急警報。

專利文獻2中提出的技術，是與包括專利文獻1中公開之系統的以往系統相比較，能迅速且高精度地檢測P波的有用技術。但是，近年來，特別是考慮到要應對所擔心的在首都範圍中發生概率升高的直下型地震時，會要求更迅速且高精度的地震振動預測技術。

本發明，是以提供一種地震振動檢測預測系統為課題，地震振動檢測預測系統能夠更迅速且高精度地檢測P波，並且能夠基於檢測到的P波來預測S波的強度。 [用於解決問題之手段]

本發明，是提供一種P波檢測裝置，其被用於地震振動檢測預測系統中，且被配置於用於檢測P波的P波之觀測點，該地震振動檢測預測系統是檢測會產生初期微弱振動的P波，並且基於所檢測到的P波來預測會產生主要振動的S波。P波檢測裝置具備：複數個地震儀、計算用於判定P波之檢測的判定值的計算部、基於判定值判定P波是否已被檢測到的判定部、以及通訊部，其在判定部判定為P波被檢測到時，向外部發送用於預測S波的所使用的P波數據。用於判定P波的檢測的判定值，是使用由複數個地震儀之各者所量測到的預定時間間隔(本說明書中稱「本質區間」)每個的複數個即時測量數據來計算出的。

在一實施例中，判定值，是使用複數個即時測量數據的標準偏差來求出的。在另一實施例中，判定值是使用複數個即時測量數據的平均偏差來求出的。在又一實施例中，判定值，是使用複數個地震儀之間的複數個即時測量數據的相關函數來求出的。判定，也可使用這些的組合來求出的。

P波檢測裝置，較佳的是進一步包括：先行破壞濾波器，是檢測在P波之前所產生之與P波相關的先行破壞地震振動，並將該先行破壞地震振動與P波加以區別。此外，P波檢測裝置，較佳的是進一步包含：微小事件濾波器，是檢測在P波之前所產生之與P波無關的微小事件，並將該微小事件與P波加以區別。

本發明，是也提供一種S波預測裝置，其被使用於地震振動檢測預測系統，且用於基於所檢測到的P波來預測S波，該地震振動檢測預測系統是檢測會產生初期微弱振動的P波，並且基於所檢測到的P波來預測會產生主要振動的S波。S波預測裝置，是具備：接收從上述P波檢測裝置發送的P波數據的通訊部、以及基於P波數據預測將到達的S波的強度的S波預測部。

S波預測裝置，較佳的是，也可為移動體，在此情況下還包括：測量S波預測裝置之位置的位置測量部、以及延遲時間計算部，是基於所測量到的位置與檢測到P波的P波檢測裝置的位置，來計算出S波到達之前的延遲時間。 [發明之效果]

根據本發明的地震振動檢測系統，是做成：基於在建築物或事業所內的用地內所設的複數個地震儀來進行P波的檢測判定，並且基於從P波檢測地點接收的P波數據來預測S波的強度。因此，依據根據本發明的地震振動檢測預測係統，能迅速且高精度地檢測會產生初期微弱振動的P波，並且可迅速地發出關於主要振動的緊急警報。此外，根據本發明的地震振動檢測預測系統，是具備濾波器，其用於在地震前產生的與地震無關的微小事件或與地震相關的先行破壞與P波加以區別，因此能夠防止P波的漏看及過低評價，而可更正確地進行P波的檢測判定。

以下，將參照圖式，詳細說明本發明的實施例。 本發明，是提供地震振動檢測預測系統，其迅速且高精度地檢測會產生初期微弱振動的P波，並且基於檢測到的P波來預測會產生主要振動的S波的強度。地震振動檢測預測系統，是能夠使用複數個地震儀來迅速且高精度地檢測會產生初期微弱振動的地震振動即P波(Primary wave)，並基於所檢測到的P波，來預測會產生主要振動的地震振動即S波(Secondary wave)。

地震振動檢測預測系統，是進一步地，將先行破壞所致的地震振動檢測出，並將此地震振動與P波加以區別，該先行破壞是有引起該地震的破壞造成之前產生的情況，且與該地震相關。地震振動檢測預測系統，是還進一步地，將微小事件所致的地震振動檢測出，並將此地震振動與P波加以區別，該微小事件是有該地震之前單獨產生的情況，且與該地震無關。如此，藉由檢測由先行破壞及微小事件所致的地震振動，並將這些地震振動與P波加以區別，能夠有更可靠的P波之檢測。

[地震振動檢測預測系統的概要] 圖1，是表示根據本發明的一實施例的地震振動檢測預測系統中的主系統的設置例的示意圖。根據本發明實施例的地震振動檢測預測系統1，是在建築物內或事業所的用地內設置3個地震儀，基於來自這3個地震儀的測量數據，執行P波的檢測判定等。在本實施例中，所表示的例子係為設置了如圖1所示的第1地震儀101、第2地震儀102、第3地震儀103所構成的3個地震儀，但不限於此，所設置的地震儀的數量可以是複數個，2個也可4個以上也可以。但是，關於P波的檢測而根據複數個地震儀來進行多數決定之判定的情況下，地震儀的數量較佳為奇數。

此外，在本實施例中，所表示的例子係為第1地震儀101及第2地震儀102設置於建築物內，第3地震儀103設置於建築物所屬的用地，但設置方法不限於此。但是，較佳的，三個地震儀，是在建築物所屬的用地內(也包括建築物內)相離一定程度的距離而設置。如果使地震儀接近而配置時，舉例而言，會有行駛過鄰近道路的卡車等的振動被複數個地震儀一起測量到，而對P波檢測帶來妨礙的情況。地震儀之間的適切距離，是根據設置地震儀的建築物或用地而適當地設定，舉例而言，假定為30m至100m左右。

在地震振動檢測預測系統1中，第1地震儀101、第2地震儀102、第3地震儀103以及處理由該些地震儀所測量到的數據的系統，是被稱為主系統100。圖2，是表示出根據本發明實施例的地震振動檢測預測系統1的主系統100的設置想像的圖，且表示出主系統100設置在A地點、B地點、C地點....的狀態。

本實施例中的地震振動檢測預測系統1，是做成為：主系統100如上述般配置在各地，各個主系統100能夠經由網路來互相地進行通訊。因此，檢測到P波的主系統100是做成為能將測量到的P波數據發送到其他的主系統100。此時，在各主系統100中，使用由3個地震儀101、102、103所測量到的測量數據來進行P波檢測判定，因此能夠進行迅速且高精度的P波檢測。

圖3A，是將根據本發明的地震振動檢測預測系統1的概要表示出的方塊圖，例如表示出複數個主系統100A、100B、100C、…、100X經由網路N而互相地連接的狀態。在圖3A中，將設置在A地點、B地點、C地點、…、X地點的主系統分別定為100A、100B、100C、…、100X。由於這些構成是為相同者，因此在此僅針對一個主系統100A進行說明。

在根據本發明的地震振動檢測預測系統1中所使用的主系統100A中，在一個地點處，具有以適切之距離空出間隔而設置的第1地震儀101、第2地震儀102及第3地震儀103。藉由第1地震儀101、第2地震儀102、第3地震儀103所測量到的數據(地震儀的測量數據訊號分別定為S1、S2、S3)，是被發送到數據處理部110。主系統100A中的數據處理部110，是由CPU、保存在CPU上運作之程式的ROM、作為CPU的工作區的RAM等構成的通用資訊處理裝置。藉由第1地震儀101、第2地震儀102、第3地震儀103所測量到的數據，將是由數據處理部110來處理。

圖3B是表示數據處理部110的功能的方塊圖。數據處理部110，是具有計算部、判定部及預測部，並且，具有微小事件濾波器及先行破壞濾波器。每個詳細功能，將於後描述出。

數據處理部110，是與圖示的數據處理部110連接的各構造協同運作。此外，根據本發明的地震振動檢測預測系統1中的各種控制處理，是藉由CPU執行程式來實現的，該程式是記憶保存在數據處理部110內的ROM或RAM等存儲手段中。

於數據處理部110，是連接有例如硬碟或固態驅動器等存儲部120。於此存儲部120，是可儲存用於預測S波之強度所使用到的S波預測函數F。再者，於存儲部120中，可儲存地震振動檢測預測系統1的運作所必要的程式、初始數據、中間處理時的數據等、設施資訊(設施名稱、位置資訊(緯度、經度)等)、場所資訊(地盤增幅度、平均的直下型地震的深度等)，且數據處理部110可參照各種數據等。用於基於P波的測量數據來導出S波的波形的強度所使用到的S波預測函數F，是依據於各地點，所以於存儲部120中，是能夠儲存各地點的各自的S波預測函數F。例如，A地點的話，則A地點的S波預測函數FA，B地點的話，則B地點的S波預測函數FB，……這樣，可預先準備各地點中的S波預測函數F，並儲存於存儲部120中。

另外，於數據處理部110，是連接有能夠藉由無線或有線與外界進行通訊的通訊部150。通訊部150，是能夠將從數據處理部110所轉送來的數據，經由外部的網路N發送到非本機的主系統100B、100C、…、100X。此外，通訊部150，是能夠接收經由外部的網路N從非本機的主系統100B、100C、…、100X所發送來的數據，將所接收到的數據發送到數據處理部110。

[地震振動檢測預測系統中的處理] 接下來，將說明關於根據本發明的地震振動檢測預測系統1中的處理。 地震振動檢測預測系統1，是可以進行地震振動的測量、檢測到P波的判定處理、以及基於P波數據的S波的強度預測處理。在進行檢測到P波的判定處理時，也可以檢測出由微小事件及/或先行破壞所致的地震振動，且進行用於將這些地震振動與P波加以區別的處理。

圖4，是表示根據本發明的實施例的地震振動檢測預測系統1的處理之流程的圖。圖4(a)是複數個主系統100中，進行P波檢測的主系統100(例如，主系統100A)的處理，圖4(b)是基於來自檢測出P波的主系統100的P波數據進行S波的強度預測的主系統100(主系統100B、100C、…、100X)的處理。構成根據本發明的地震振動檢測預測系統1的所有主系統100A、100B、100C、…、100X，是每一者都能夠執行圖4的處理，在執行圖4(a)的處理時，主系統100是作用為進行P波檢測的P波檢測裝置，在執行圖4(b)的處理時，主系統100是作用為進行S波之預測的S波預測裝置。

(P波檢測判定) 在圖4(a)中，例如在最靠近震源地的主系統100A中，開始P波的檢測處理(S4a-1)。接著，在S4a-2中，用三個地震儀101、102、103的各者來測量地震振動。地震振動，是如圖5所示般，被檢測出如第1地震儀101的波形為S1、第2地震儀102的波形為S2、第3地震儀103的波形為S3。一般而言，在各個地震儀中，例如如S1的波形所示般，通常是檢測出隨機雜訊(random noise)的波形，接著隨著地震的產生而檢測出P波的波形，爾後開始有S波。在本發明中，能夠在更早的時間點來高精度地檢測P波的產生，並基於P波數據來推測S波的強度。各地震儀101、102、103中的數據S1、S2、S3的取樣頻率，一般而言是可以定為100Hz或200Hz，但不限於此，可以定為能夠使用於本發明中的P波的檢測判定的任意頻率。在本說明書中，以任意頻率採樣的每個測量數據S1、S2、S3被稱為「即時測量數據」。

在各地震儀101、102、103中，在通常時是測量到隨機雜訊，而在產生地震時將開始測量P波。在主系統100A中，於s4a-3中，基於各地震儀101、102、103的測量值進行P波的檢測判定。P波的檢測判定，是可使用預定指標且使用計算出的判定值來進行，作為預定指標，可使用標準偏差、平均偏差或相關係數、又或者這些的組合。指標，是使用預定時間間隔每個的複數個即時測量數據來計算出的。在本說明書中，此預定時間間隔稱為「本質區間」。從測量之可靠性及P波判定之可靠性的觀點來看，一個本質區間的尺寸是較佳為0.05秒至0.2秒，但並不限於此。如果本質區間的尺寸小，則被平均化的即時測量數據的個數變少，各個即時測量數據的變動將容易對P波的檢測精度帶來影響。另一方面，如果本質區間的尺寸大，因為本質區間中所包含的即時測量數據的數量變多，處理時間變長，迅速的P波之檢測確定有時將花費相當時間。

例如，如果本質素區間的尺寸為0.1秒，而地震儀的取樣頻率為100Hz的情況，則1個本質區間內的即時測量數據的個數為10個，如果本質區間的尺寸為0.05秒，而地震儀的取樣頻率為100Hz的情況，則1個素區間內的即時測量數據的個數為5個。使用各個指標來判定P波的檢測的方法，將在後述。

如此，本發明中，不是地震儀的即時測量數據本身，而是將1個本質區間中所取得的複數個即時測量數據進行平均化處理，進而將複數個本質區間的數據進行平均化處理，藉此，在原樣地處理即時測量數據的情況中因數據的變動而產生的可能預測震度的偏差將能夠降低，且能實現預測的高速化及高精度化。

在判定已經檢測到P波的情況，主系統100A是將所測量到的P波數據經由網路N發送到主系統100B、100C、...100X(S4a-6)。P波數據是至少包括測量到的P波的原始數據。作為所發送的P波數據，雖沒有限定，例如可選擇藉由3個地震儀101、102、103中的平穩時的雜訊級以中值推移的地震儀所測量出的數據。從主系統100A發送的數據是不限於P波數據，例如也可包括在主系統100A處所預測的S波的強度。發送數據中所包含的S波的強度，是較佳地為藉由與本說明書中後述的方法相同的方法所預測到的強度，但並不限定於此，也能是藉由公眾知悉的方法所預測的強度。

另外，在地震振動檢測預測系統1包含先行破壞濾波器及微小事件濾波器的情況下，在P波檢測判定(s4a-3)之後，較佳地進行地震振動的暫檢測(s4a-4)判定及地震確定(s4a-5)判定。這些細節係將後述。

(利用標準偏差之判定) 在用於判定P波的檢測的一個實施例中，將即時測量數據的標準偏差作為判定的指標而使用。圖6是將標準偏差作為指標使用來進行P波的檢測判定的處理流程圖。在此實施例中，P波的檢測判定，是可基於作為本質區間的複數個即時測量數據的標準偏差σ[本質區間]與第1閾值LT1之差而求出的判定值，來進行的。第1閾值LT1，是使用將通常時於每個本質區間所求出的複數個即時測量數據的標準偏差在複數個本質區間平均之後的平均值σ01乘以常數K而計算出的。

在3個地震儀101、102、103的每個中，在通常時是測量到隨機雜訊，測量出的各個隨機雜訊的數據被傳送到數據處理部110。設在數據處理部110中的計算部，是使用各個地震儀的隨機雜訊數據，並求出於每個本質區間所求出的複數個隨機雜訊數據的標準偏差在複數個本質區間進行平均後的平均值σ01。σ01例如是藉由這樣計算出：於每個本質區間所求出的複數個隨機雜訊數據的標準偏差，在不限定於此而例如為100秒期間(在本質區間的尺寸為0.1秒的情況，是相當於1000個本質區間)內進行平均。較佳地，σ01是時常地更新。

閾值LT1，可以是由上述平均值σ01乘以常數K所得者，即LT1=K×σ01。常數K，是從過去的地震數據中所求出的經驗值，例如可採用1.5~2.0的數值，但不限於此。K的數值，是可由系統管理者來任意決定。

在產生地震的情況，P波檢測判定處理將開始(s6-1)。計算部，是使用從各地震儀101、102、103傳送來的各個複數個即時測量數據，於各地震儀101、102、103求出1個本質區間中的複數個即時測量數據的標準偏差σ[本質區間]。另外，較佳在求出σ[本質區間]之前，關於各地震儀的數據，藉由廣為知悉的方法進行偏移修正。計算部，是計算出此σ[本質區間]與通常時的閾值LT1之間的差值D1，D1=σ[本質區間]-LT1(s6-2)。差值數據D1，是被傳送到設於數據處理部110中的判定部。

判定部，是基於差值數據D1是正值還是負值，若差值數據D1是正值則產生判定值1，若為負值則產生判定值0。判定部，是使用3個地震儀101、102、103的每個的判定值，進行多數決定之判定(s6-3)。也就是，在3個地震儀101、102、103中，有1台地震儀為判定值1的情況下，判定為在該本質區間中未檢測出P波，在下一個本質區間中進行同樣的判定(s6-3的否)。另一方面，在3個地震儀101、102、103中，有2台以上地震儀為判定值1的情況下，判定為在該本質區間中有檢測出P波(s6-4)。在判定為檢測出P波的情況下(如圖4(a)所示，根據需要，在暫檢測及地震確定的判定之後)，如上所述，可將測量出的P波數據經由網路N發送到主系統100B、100C、...、100X(圖4的s4a-7)。

(利用平均偏差之判定) 接著，在用於判定P波的檢測的其他實施例中，將即時測量數據的平均偏差作為判定的指標而使用。圖7是將平均偏差作為指標使用來進行P波的檢測判定的處理流程圖。在此實施例中，P波的檢測判定，是可基於作為本質區間的複數個即時測量數據的平均值Z[本質區間]與第2閾值LT2之差而求出的判定值，來進行的。第2閾值LT2，是使用將通常時於每個本質區間所求出的複數個即時測量數據的平均值在複數個本質區間平均之後的平均值Z0、與通常時於每個本質區間所求出的複數個即時測量數據的標準偏差σ02乘以常數K後的值，而計算出的。

數據處理部110的計算部，是在通常時的各個地震儀中，求出於每個本質區間所求出的複數個即時測量數據(隨機雜訊數據)的平均值在複數個本質區間進行平均後的平均值Z0。Z0例如是藉由這樣計算出：於每個本質區間所求出的複數個隨機雜訊數據的平均值，在100秒期間(例如，在本質區間的尺寸為0.1秒的情況，是相當於1000個本質區間)內進行平均。再者，計算部，是使用每個地震儀的隨機雜訊數據，來求出σ02。σ02較佳是時常更新。

閾值LT2，是可以使用上述的Z0、σ02及常數K，而為LT2=Z0+K×σ02。並且，關於常數K是如上所述。

在產生地震的情況，P波檢測判定處理將開始(s7-1)。計算部，是使用從各地震儀101、102、103傳送來的每個複數個即時測量數據，於各地震儀101、102、103求出1個本質區間中的複數個即時測量數據的平均值Z[本質區間]。另外，較佳在求出Z[本質區間]之前，關於各地震儀的數據，藉由廣為知悉的方法進行偏移修正。計算部，是計算出此Z[本質區間]與通常時的閾值LT2之間的差值D2，D2=Z[本質區間]-LT2(s7-2)。差值數據D2是被傳送到設於數據處理部110中的判定部。

判定部，是基於差值數據D2是正值還是負值，若差值數據D2是正值則產生判定值1，若為負值則產生判定值0。判定部，是使用3個地震儀101、102、103的每個的判定值，進行多數決定之判定(s7-3)。關於多數決定之判定，使用圖6而如上所述。在判定為檢測出P波的情況下(s7-4)(如圖4(a)所示，根據需要，在暫檢測及地震確定的判定之後)，如上所述，可將測量出的P波數據經由網路N發送到主系統100B、100C、...、100X(圖4的s4a-7)。

(利用相關係數之判定) 用於判定P波之檢測的另一實施例中，是將關於複數個地震儀之間的本質區間的複數個即時測量數據的相關函數作為指標來使用。在此實施例中，P波的檢測判定，是可基於作為地震儀101、102及103之間所求出的本質區間的複數個即時測量數據的相關係數r12、r23、r31、與第3閾值LT3之差而求出的判定值，來進行的。第3閾值LT3，是基於在地震儀101、102、103之間所求出的通常時的複數個即時測量數據的相關係數C012、C023、C031，而設定出的。閾值LT3，是例如可採用0.5~1.0的數值，但並不限定於此，系統管理者可根據過去的地震數據或經驗值等來任意決定。圖8是將相關係數作為指標使用來進行P波的檢測判定的處理流程圖。

數據處理部110的計算部，是使用3個地震儀101、102、103的複數個隨機雜訊數據，分別求出2個地震儀之間的相關係數C012、C023、C031。也就是，將地震儀101與地震儀102之間的通常時的相關係數C012、地震儀102與地震儀103之間的通常時的相關係數C023、以及地震儀103與地震儀101之間的通常時的相關係數C031計算出通常時的相關係數，是例如使用100秒間的隨機雜訊數據來計算出。

在發生地震的情況，P波檢測判定處理將開始(s8-1)。計算部，是使用從各地震儀101、102、103傳送來的各別的複數個即時測量數據，針對地震儀101、102、103中的2個地震儀之間的各者，求出1個本質區間中的複數個即時測量數據的相關係數r12、r23、r31。另外，在求出相關係數之前，進行關於各地震儀的數據的偏移修正。計算部，是將這些相關係數r12、r23、r31與通常時的閾值LT3之間的差值計算出(s8-2)： D12=r12-LT3； D23=r23-LT3； D31=r31-LT3。 差值數據D12、D23、D31，是被傳送到設於數據處理部110中的判定部。

判定部，是基於差值數據D12、D23、D31是正值還是負值，若差值數據D12、D23、D31是正值則產生判定值1，若為負值則產生判定值0。判定部，是使用3個的判定值進行多數決定之判定(s8-3)。在3個判定值中的僅1個判定值為1的情況下，判定為在該本質區間中未檢測出P波，在下一個本質區間中進行同樣的判定(s8-3的「否」)。另一方面，在3個判定值中的2個判定值為1的情況下(s8-3的「是」)，判定為在該本質區間中有檢測出P波(s8-4)。在判定為檢測出P波的情況下(如圖4(a)所示，根據需要，在暫檢測及地震確定的判定之後)，如上所述，可將測量出的P波數據經由網路N發送到主系統100B、100C、...、100X(圖4的s4a-7)。

(先行破壞濾波器) 在地震的產生之際，已知道了地震即將產生之前在地殼中將發生微小的破壞(先行破壞)。這種先行破壞所引起的地震振動，是與主震相關連，但從P波的檢測及判定的觀點來看，有可能會成為妨礙。具體而言，在產生了這樣的先行破壞的情況下，有可能將先行破壞所致的地震振動誤認為真正的P波，或者將P波的大小評價為過度低於真正的大小，結果導致S波的過低評價。因此，地震振動檢測預測系統1，是較佳地包括先行破壞濾波器，其用於將伴隨先行破壞所生的地震振動也就是先行破壞地震振動與P波加以區別，並將其去除之。

先行破壞濾波器，是使用先行破壞指標，判定所測量到的地震振動是否為先行破壞地震振動。作為先行破壞指標而言，可求出各本質區間的複數個即時測量數據的平均值，計算出2個本質區間的平均值的差分偏差，然後使用作為2個差分偏差的移動平均值而求出的值。用於進行先行破壞之判定的本質區間的預定個數(第1個數)並沒有限定，可考慮先行破壞判定的迅速性及可靠性來適當設定。

圖9是利用先行破壞濾波器來進行先行破壞的判定的處理流程圖。先行破壞濾波器，首先是當由各地震儀101、102、103檢測到地震振動時，藉由與上述任一方法(使用圖4(a)~圖8所說明的方法)所根據的P波檢測判定同樣的方法，進行地震振動檢測。在本質區間中，在3個地震儀101、102、103中有2台以上地震儀為判定值1的情況下(多數決定判定)，判定為在該本質區間中有地震振動被「暫檢測」出。此種處理，是在預定數量(第1數量)的本質區間上實施。

在判定為在預定個數(第1個數)的本質區間中連續地暫檢測到地震振動的情況下，此地震振動將作為「地震候補」(s9-2)，進行以下的處理。在預定個數的本質區間中進行處理中，先行破壞濾波器，是使用各本質區間的即時測量數據來計算先行破壞指標(s9-3)，在預定個數的本質區間的後半的本質區間(稱為「判定區間」)中，求出負值的先行破壞指標是否有在預先設定的個數(第2個數)以上的本質區間中出現(s9-4)，在負值連續出現時，先行破壞濾波器就將這種地震振動判定為是由先行破壞造成的地震振動(s9-5)。另外，判定區間數及用於判定先行破壞地震振動的本質區間數並沒有限定。這些本質區間數，是可考慮到先行破壞判定的迅速性及可靠性來適當設定的。例如，可將判定區間數或用於判定先行破壞地震振動的本質區間數或該兩者設為1個，也可將用於判定先行破壞地震振動的本質區間數與判定區間的個數設為相同的個數。

在此，數據的取樣及其數據處理以及P波的暫檢測判定，通常是在每個本質區間中依序地進行。也就是，是採如此的設定：在1個本質區間進行複數個即時測量數據的取樣及數據處理，在該本質區間的取樣及數據處理結束後，執行暫檢測的判定，同時開始下一個本質區間的取樣及數據處理。然而，數據的取樣及其數據處理以及P波的暫檢測判定，並不限於此種的設定。在其他實施例中，也可設定為：在1個本質區間中進行複數個即時測量數據的取樣及數據處理，在結束該本質區間中的取樣及數據處理之後在該本質區間中執行暫檢測的判定，但在該本質區間中的取樣及數據處理的中途，開始下一個本質區間中的數據的取樣及數據處理。例如，本質素區間的尺寸為0.1秒，而地震儀的取樣頻率為100Hz的情況下，則1個本質區間中的即時測量數據的個數為10個。在此種情況下，如果1個本質區間中例如進行了5個數據之取樣及數據處理的時間點上，開始下一個本質區間中的取樣及數據處理，則將某個地震振動判定為地震候選之前的時間將減半，結果能縮短P波檢測的時間。後述的微小事件濾波器中的處理的情況也相同。

(微小事件濾波器) 在大地震中，地震產生之前多伴隨有與此地震獨立的微小地震。特別是，在震央接近進行P波的檢測判定的地點，也就是所謂直下型地震的情況下，在地震之前有大小為數伽(Gal)、持續時間為數秒的小地震將產生，此地震振動有可能成為P波的檢測及判定的妨礙。具體而言，在產生了這樣的微小地震的情況下，有可能將微小地震所致的地震振動誤認為真正的P波，或者將P波的大小評價為過度低於真正的大小，結果導致S波的過低評價。因此，地震振動檢測預測系統1，是較佳地包括微小事件濾波器，其用於將微小地震所致的地震振動也就是微小事件地震振動與P波加以區別，並將其去除之。

圖10是利用微小事件濾波器來進行微小事件的判定的處理流程圖。微小事件濾波器中，是使用預定個數的本質區間中的數據，來進行微小事件的判定。預定個數，是可以設為與用於進行上述先行破壞的判定的本質區間的個數(第1個數)相同之數。用於進行微小事件之判定的本質區間的預定個數並沒有限定，可考慮微小事件判定的迅速性及可靠性來適當設定。

首先，與上述先行破壞的情況相同，在由各地震儀101、102、103檢測到地震振動時，藉由與上述任一方法(使用圖4(a)~圖8所說明的方法)所根據的P波檢測判定同樣的方法，進行地震振動檢測。在本質區間中，在3個地震儀中有2台以上地震儀為判定值1的情況下(多數決定判定)，判定為在該本質區間中有地震振動被「暫檢測」出。此種處理是在預定數量(第1數量)的本質區間上實施。

在預定個數(第1個數)的本質區間中連續地暫檢測到地震振動的情況，此地震振動將作為「地震候補」(s10-2)，進行以下的處理，即「地震確定判定」。首先，使用3台地震儀中任意選擇的1台地震儀、或者3台地震儀，計算出用於微小事件之判定的微小事件指標值Z10 (s10-3)。微小事件指標值Z10，是將預定個數(第1個數)的本質區間之各者中的複數個即時測量數據的平均值，按每個本質區間進行偏移平均出的值(即，本質區間的移動平均值)。選擇的地震儀，例如是可以將3台地震儀之中通常時的隨機雜訊級為中央值者選擇出，但並不限於此。

計算出此微小事件指標值Z10與微小事件閾值ST的差值D4(s10-4)，D4=Z10-ST。微小事件閾值ST，是可以將預先設定的數值提供給地震振動檢測預測系統1，也可以根據需要由管理者任意地改變。

微小事件濾波器，是基於差值數據D4是正值還是負值，若差值數據D4是正值則產生判定值1，若為零或負值則產生判定值0(s10-5)。在產生判定值1時，此地震振動是真正的P波，即判定有P波被檢測出(地震確定)(s10-7)。在判定已經檢測到P波的情況中，可將所測量到的P波數據經由網路N發送到主系統100B、100C、...100X(圖4之s4a-6)。另一方面，在產生判定值0時，即差值數據D4為零或負值時，此地震振動是判定為由微小事件所致的地震振動而不是P波(s10-6)。

如上，根據本發明的地震振動檢測預測系統1中，是使用由複數個地震儀測量出的數據所計算出的指標，同時藉由將微小振動與真正的P波加以區別出，進行更迅速且高精度的檢測，將檢測到的P波的測量數據發送給其他的主系統100，以助於其他的主系統100中的S波強度之預測。

(典型地震判定處理之示例) 圖11，是表示出組合了上述各方法的典型的P波檢測判定處理的流程圖。在此示例中，使用以0.01秒單位測量到的即時測量數據。在確認某本質區間中有無即時測量數據後，計算出即時測量數據的本質區間平均值。在此示例中，本質區間的大小是0.1秒。

接下來，利用本質區間的平均值來執行本質區間之判定。本質區間之判定，是如上所述，可以使用比較即時測量數據的標準偏差及閾值的方法、比較即時測量數據的平均偏差及閾值的方法、或比較3個地震儀間的即時測量數據的相關係數及閾值的方法中的任一種或這些的組合來進行。在3個地震儀101、102、103的各別中判定指標是否超過閾值，如果3個地震儀101、102、103中超過的地震儀的數量為2個以上，則判定為在該本質區間有P波被暫檢測到。

此後也反覆進行本質區間判定，在連續10個本質區間中判定為暫檢測時，該地震振動將做為地震候選。此時，在第10個本質區間的時間點，判定地震候補是否為先行破壞。先行破壞的判定，是使用先行破壞指標(差分偏差的移動平均值)如上所述地來進行。先行破壞，是在從暫檢查至先行破壞判定之間只實施一次，所以如果已實施了先行破壞，則進入下一步驟。當前的地震候補被判定為先行破壞的情況下，則將從最初的暫檢查開始。

在判定為當前的地震候補不是先行破壞的情況下，又或者在已在進行了先行破壞判定的情況下，判定地震候補是否為微小事件。微小事件的判定，是使用微小事件指標(10個本質區間的移動平均值)如上所述地來進行。如果當前的地震候選被判定為不是微小事件的情況下，則當前的地震候選是被判定為真正的地震，且確認為地震。在判定為地震確認時，將3台地震儀101、102、103之中的中間值的地震儀的測量結果作為P波的強度。另外，地震儀是不限於3台，例如，在使用2台地震儀的情況，是也可以將值較大的地震儀的測定結果作為P波的強度，在1台的情況，是將該地震儀的值作為P波的強度。在使用4台以上的地震儀的情況，也可以用適當的方法確定P波的強度。P波的強度，是第10個本質區間中的即時測量數據的平均值。

(S波強度預測) 接著，將說明關於在檢測出P波的主系統100以外的主系統100中所進行的S波強度的預測所相關之處理。圖4(b)，是如上所述，基於來自檢測出P波的主系統100A(這裡，主系統100A是作用為P波檢測裝置)的P波數據來進行S波的強度預測的主系統100(主系統100B、100C、···、100X)所執行的處理的流程圖。這些100B、100C、···、100X是作用為進行S波預測的S波預測裝置。以下，將說明作為進行S波的預測的S波預測裝置的主系統100B。

在圖4(b)中，在s4b-1中開始S波的檢測處理。接著，主系統100B在s4b-2中，接收從檢測到P波的主系統100A發送來的P波的數據。當主系統100B接收到P波的數據時，在s4b-3中，主系統100B的數據處理部110的預測部使用接收到的P波數據及距離衰減公式來預測S波的強度。在預測到的S波之強度為閾值以上的情況，主系統100B是因應s4b-4中的強度等級來通報警報。在預測到的S波之強度小於閾值的情況，不通報警報而結束處理(s4b-5)。

圖12是在預測S波的強度的同時，判斷是否通報警報的處理的流程圖。在圖12中，處理開始(s12-1)，在s12-2中接收到P波數據時，主系統100B是在s12-3中取得檢測到P波的地點A處的預先設定的S波預測函數F。此S波預測函數F，是為了從P波的測量數據來預測S波的強度而被使用，但並沒有限定，例如作為主系統100的各地點中P波的強度與S波的強度的比值，可以從過去的地震數據的分析來求出。S波預測函數F是可以與P波一起從主系統100A發送，也可以將預先存儲在主系統100B的存儲部120中的數據讀取出。例如，在主系統100A從自身的地震儀中檢測到的P波來預測S波的情況，可以使用保存在自身的系統內的S波預測函數來預測S波。或者，在主系統100B基於經由網路從主系統100A接收到的P波來預測S波的情況，可以使用與主系統100A檢測到的P波一起發送的S波預測函數來預測S波。主系統100B是在s12-4中，將所取得的S波預測函數F乘以P波的測量數據，從而預測P波檢測地點A處的S波的強度S _A。

主系統100B，是進一步根據A地點朝向B地點的地震振動的距離衰減，充分理解在A地點中被預測為強度S _A的S波係如何影響到B地點。因此，主系統100B，是在s12-5中，使用預先設定的、較佳編寫至程式中的、本領域技術人員廣為知悉的距離衰減公式，計算地點A與地點B之間的距離衰減，在s12-6中，基於計算出的距離衰減及強度S _A，計算地點B中的S波的強度S _B。

當預測到強度S _B時，主系統100B是在s12-7中，將所獲得的強度S _B與預先設定的閾值THS進行比較。如果強度S _B小於閾值THS，則不進行警報之通報而結束處理(s12-9)。在強度S _B為閾值THS以上的情況，主系統100B因應強度S _B的等級將警報由通報部130通報(步驟s12-8)。

[將S波預測裝置裝載在移動體上的實施例] 根據本發明的地震振動檢測預測系統1中，是進一步將S波預測裝置裝載在移動體上而做為移動體型S波預測裝置，藉此能夠更有效地減少地震產生時的災害。例如在尖峰時間突然遭到大搖晃(S波)襲擊的情況，特別是在大城市中預測到有極大的災害，當震度為6或7的地震到達列車之高架或高速公路時，假設有列車的脫軌傾覆、列車或車輛的從高架掉落、車輛的連環碰撞等損害。藉由在移動體上裝載S波預測裝置，迅速通報地震資訊，可將受災減輕。這裡，移動體而言，不僅包括列車及汽車，例如還包括智慧型手機，平板電腦，智慧型手錶等攜帶式電子設備。

圖13是表示根據本發明的其他實施例的移動體型S波預測裝置200的概要的方塊圖。裝載在移動體上的移動體型S波預測裝置200，是具有：用於例如經由網路接收各種數據的通訊部151；利用GPS系統等特定出自身的位置的位置測量部161；存儲各種程式、初始數據及預測結果等數據等、且根據需要存儲S波預測函數F的存儲部121；以及基於預測結果發出警報的通報部131。移動體型S波預測裝置200是例如當上述主系統100A檢測到P波時，藉由通訊部151接收來自該主系統100A的P波數據。移動體型S波預測裝置200，是在數據處理部111的預測部中，能夠基於接收到的P波數據、檢測出P波的主系統100A的地點中的S波預測函數F、以及使用預先設定的、較佳地編寫至程式中的、本領域技術人員廣為知悉的距離衰減公式計算出的從A地點到移動體的距離衰減，預測自身的位置(接收到P波數據的地點)處的S波的強度。關於S波預測函數F、距離衰減公式，是根據在上述之主系統的S波強度預測的部分中所說明者。

移動體型S波預測裝置200是更在數據處理部111中具有延遲時間計算部，其計算S波到達之前的延遲時間。延遲時間計算部，是使用由位置測量部161測量出的自身的位置及檢測出P波的P波檢測裝置(例如，主系統100A)的位置，求出S波到達移動體型S波預測裝置200的地點之前的所預測到的延遲時間。延遲時間，是使用根據自身的位置及檢測出P波的P波檢測裝置的位置所求出的兩者之間的距離L，由以下之公式來表示。 T=L/4-L/7-a 在此，P波的傳輸速度為7km/s，S波的傳輸速度為4km/s，a是P波檢測裝置中檢測到P波所需的時間。移動體型S波預測裝置200是由通報部131來發出包含所預測的S波的強度及延遲時間的警報。

在另一其他實施例中，移動體型S波預測裝置200也可以被做成為接收氣象局的緊急地震速報。當接收到緊急地震速報時，是基於在S波預測部中S波預測的完成時間及接收到緊急地震速報的時間之中的較早者，由通報部131來發出警報。此外，在接收到緊急地震速報時，延遲時間計算部是使用由位置測量部161測量出的自身的位置及緊急地震速報中所包含的震源的位置，求出S波到達移動體型S波預測裝置200的地點之前的所預測到的延遲時間T’。延遲時間T’，是可以使用根據自身的位置及緊急地震速報中包含的震源的位置所求出的兩者之間的距離L’，如上所述地來求出。移動體型S波預測裝置200，是比較基於檢測出P波的P波檢測裝置的位置計算出的延遲時間T、及基於緊急地震速報中包含的震源的位置計算出的延遲時間T’，由通報部131來發出包含較短延遲時間的警報。

1:地震振動檢測預測系統 101:第1地震儀 102:第2地震儀 103:第3地震儀 110:數據處理部 111:數據處理部 120:存儲部 121:存儲部 130:通報部 131:通報部 150:通訊部 151:通訊部 161:位置測量部 200:移動體型S波預測裝置 100,100A,100B,100C,100X:主系統 N:網路

[圖1]是表示根據本發明的一實施例的地震振動檢測預測系統中的主系統的設置例的示意圖。 [圖2]是表示地震振動檢測預測系統中的主系統的設置想像的圖。 [圖3A]是表示地震振動檢測預測系統的概要的方塊圖，主系統分別作用為P波檢測裝置及S波預測裝置。 [圖3B]是表示主系統的數據處理部的功能的方塊圖。 [圖4]是地震振動檢測預測系統中的基本處理的流程圖，(a)是表示主系統進行P波檢測處理時的流程圖，(b)是表示主系統進行S波預測處理時的流程圖。 [圖5]是表示依據地震儀的測量數據的一示例。 [圖6]是在地震振動檢測預測系統的主系統作用為P波檢測裝置的情況下，將標準偏差作為指標使用來進行P波的檢測判定的處理流程圖。 [圖7]是在地震振動檢測預測系統的主系統作用為P波檢測裝置的情況下，將平均偏差作為指標使用來進行P波的檢測判定的處理流程圖。 [圖8]是在地震振動檢測預測系統的主系統作用為P波檢測裝置的情況下，將相關係數作為指標使用來進行P波的檢測判定的處理流程圖。 [圖9]是表示P波檢測裝置中的先行破壞濾波器的處理流程圖。 [圖10]是表示P波檢測裝置中的微小事件濾波器的處理流程圖。 [圖11]是表示P波檢測裝置中的P波檢測處理的具體一示例的流程圖。 [圖12]是表示在S波預測裝置中，進行S波的強度預測的處理的流程圖。 [圖13]是表示根據本發明的其他實施例的移動體型的S波預測裝置的概要的方塊圖。

Claims (12)

1. 一種P波檢測裝置，是在地震振動檢測預測系統中，且被配置於用於檢測P波的P波之觀測點，該地震振動檢測預測系統是檢測會產生初期微弱振動的P波，並且基於所檢測到的P波來預測會產生主要振動的S波，該P波檢測裝置具備： 複數個地震儀，是設在於觀測點處的預定範圍之內； 計算部，是使用每個本質區間的複數個即時測量數據，來計算用於判定P波之檢測的判定值，該本質區間是藉由前述複數個地震儀之各者所測量到的預定時間間隔； 判定部，是基於前述判定值來判定P波是否已被檢測到；以及 通訊部，是在由前述判定部判定到P波已被檢測到時，向外部發送用於預測S波的所使用到的P波數據。
2. 如請求項1所述的P波檢測裝置，其中， 前述判定值，是使用複數個即時測量數據的標準偏差、複數個即時測量數據的平均偏差、或者於前述複數個地震儀之間的複數個即時測量數據的相關函數中的任一者、又或者這些的組合而求出的。
3. 如請求項2所述的P波檢測裝置，其中， 前述判定值，是基於在前述本質區間的複數個即時測量數據的標準偏差、與第1閾值的差值而求出的， 前述第1閾值，是使用將通常時於每個前述本質區間所求出的複數個即時測量數據的標準偏差在複數個前述本質區間平均之後的平均值來求出的。
4. 如請求項2所述的P波檢測裝置，其中， 前述判定值，是基於在前述本質區間的複數個即時測量數據的平均值、與第2閾值的差值而求出的， 前述第2閾值，是使用將通常時於每個前述本質區間所求出的複數個即時測量數據的平均值在複數個前述本質區間平均之後的平均值、與通常時於每個前述本質區間所求出的複數個即時測量數據的標準偏差來求出的。
5. 如請求項2所述的P波檢測裝置，其中， 前述判定值，是基於在前述複數個地震儀之間所求出的前述本質區間的複數個即時測量數據的相關係數、與第3閾值之差值而求出的， 前述第3閾值，是使用在前述複數個地震儀之間所求出的通常時的複數個即時測量數據的相關係數而設定的。
6. 如請求項1至請求項7中任一項所述的P波檢測裝置，其中，進一步包括：先行破壞濾波器，是檢測在P波之前所產生之與P波相關的先行破壞地震振動，並將該先行破壞地震振動與P波加以區別。
7. 如請求項6所述的P波檢測裝置，其中， 當前述判定部判定出地震振動被檢測到時，針對第1個數的本質區間反覆進行判定地震振動的檢測，且在前述第1個數的本質區間連續地檢測(暫檢測)到地震振動的情況下， 前述先行破壞濾波器是， 在前述第1個數的本質區間上，求出各本質區間的複數個即時測量數據的平均值，計算出2個本質區間的平均值的差分偏差，且計算出作為2個差分偏差的移動平均值所求出的值也就是先行破壞指標， 在前述第1個數的本質區間內的任意的判定區間中，在第2個數以上的本質區間連續地出現負值的先行破壞指標時，就將所檢測到的地震振動判定是先行破壞地震振動。
8. 如請求項1至請求項7中任一項所述的P波檢測裝置，其中，進一步包含微小事件濾波器，是檢測在P波之前所產生之與P波無關的微小事件，並將該微小事件與P波加以區別。
9. 如請求項8所述的P波檢測裝置，其中， 當前述判定部判定出地震振動被檢測到時，針對第1個數的本質區間反覆進行判定地震振動的檢測，且在前述第1個數的本質區間連續地檢測(暫檢測)到地震振動的情況下， 前述微小事件濾波器是， 計算出在前述第1個數的本質區間的各個本質區間的複數個即時測量數據的平均值的移動平均值，並且 計算出前述移動平均值、與預先設定的微小事件閾值的差值， 前述差值為正時，就判定為P波有被檢測到。
10. 一種S波預測裝置，是在地震振動檢測預測系統中，且用於基於所檢測到的P波來預測S波，該地震振動檢測預測系統是檢測會產生初期微弱振動的P波，並且基於所檢測到的P波來預測會產生主要振動的S波，該S波預測裝置具備： 通訊部，是接收從如請求項1至請求項9中任一項所述的P波檢測裝置發送的P波數據；以及 S波預測部，是基於前述P波數據，預測到達的S波的強度。
11. 如請求項10所述的S波預測裝置，其中， 前述S波預測部是， 被做成：接受用於預測在發送出前述P波數據的地點處的S波的強度的預先設定的S波預測函數， 基於前述P波數據、前述S波預測函數、及發送出前述P波數據的地點與前述S波預測裝置的地點之間的距離衰減，來預測接收到前述P波數據的地點處的S波的強度。
12. 如請求項10或請求項11所述的S波預測裝置，其中，進一步具備： 位置測量部，是測量前述S波預測裝置的位置；以及 延遲時間計算部，是基於所測量到的前述位置與檢測到P波的P波檢測裝置的位置，來計算出前述S波到達之前的延遲時間。

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