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技術 震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法

出願人 国立研究開発法人防災科学技術研究所青井真
発明者 中村洋光功刀卓青井真
出願日 2007年5月11日 (13年7ヶ月経過) 出願番号 2007-126417
公開日 2008年11月20日 (12年1ヶ月経過) 公開番号 2008-281462
状態 特許登録済
技術分野 地球物理、対象物の検知
主要キーワード センターデータ 粒子軌跡 時間原点 震動データ ディジタル波形データ 早期地震 ディジタルフィルタ処理 ディジタル波形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年11月20日)のものです。
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図面 (10)

課題

早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離推定精度を向上させる震央距離推定装置震央距離推定システム及び震央距離推定方法を提供する。

解決手段

地震波初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻時間原点(t=0)として、y(t)=Bt・exp(−At)をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入角θincとを式logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3、ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めることを特徴とする。

概要

背景

従来、地震計から得られる地震波初動部分の波形形状の特徴に注目し、該波形形状を関数フィッティングすることで定量化し、得られたパラメータから、震央距離推定する震央距離推定方法であって、地震計から得られる地震波初動部分のディジタル波形データ(時系列データ)をメモリに記憶し、該時系列データのオフセットを除去し、該時系列データの絶対値をV(t)となし〔ここで、tは時間(秒)〕、地震を検知した時刻時間原点(t=0)として、該時間原点から、数秒間のデータに関数y=Bt・e-At を当てはめ、V(t)=Bt exp(−At)とし(ここで、Bは地震波形初動振幅時間変化に関するパラメータ、Aは初動部分最大振幅に関係するパラメータ)、上記式の両辺の常用対数をとって、log〔V(t)/t〕=logB−A・loge・tを得て、これにより、前記パラメータA,Bを線形化し、該パラメータA,Bを通常の最小二乗法を用いて算出し、前記パラメータBから震央距離を求めることを特徴とする震央距離推定方法があった(特許文献1)。
特許第3695579号公報
横田崇,自動検測手法の研究,気象研究所技術報告, No16,P56-P100, 1985

概要

早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上させる震央距離推定装置震央距離推定システム及び震央距離推定方法を提供する。地震波の初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、y(t)=Bt・exp(−At)をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入角θincとを式logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3、ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めることを特徴とする。

目的

本発明は、このような早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上させる震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

地震波を検知する検知手段と、前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻時間原点(t=0)として、y(t)=Bt・exp(−At)・・・(1)をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入角θincとを式logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3・・・(2)ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数に適用し、震央距離を求める処理部と、を備えたことを特徴とする震央距離推定装置

請求項2

地震波の情報を送受信するセンター通信部と、前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、y(t)=Bt・exp(−At)・・・(1)をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入射角θincとを式logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3・・・(2)ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数に適用し、震央距離を求めるセンター処理部と、を有するデータセンターと、前記データセンターと地震情報を送受信する地震計と、を備え、前記データセンターは、前記センター通信部により前記震央距離を前記地震計に送信することを特徴とする震央距離推定システム

請求項3

地震波の初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、y(t)=Bt・exp(−At)・・・(1)をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入射角θincとを式logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3・・・(2)ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数に適用し、震央距離を求めることを特徴とする震央距離推定方法

技術分野

0001

本発明は、単独観測点で得た地震動P波初動のデータから、震央距離(観測点から震央までの距離)を推定する震央距離推定装置震央距離推定システム及び震央距離推定方法に関する。

背景技術

0002

従来、地震計から得られる地震波初動部分の波形形状の特徴に注目し、該波形形状を関数フィッティングすることで定量化し、得られたパラメータから、震央距離を推定する震央距離推定方法であって、地震計から得られる地震波初動部分のディジタル波形データ(時系列データ)をメモリに記憶し、該時系列データのオフセットを除去し、該時系列データの絶対値をV(t)となし〔ここで、tは時間(秒)〕、地震を検知した時刻時間原点(t=0)として、該時間原点から、数秒間のデータに関数y=Bt・e-At を当てはめ、V(t)=Bt exp(−At)とし(ここで、Bは地震波形の初動振幅時間変化に関するパラメータ、Aは初動部分最大振幅に関係するパラメータ)、上記式の両辺の常用対数をとって、log〔V(t)/t〕=logB−A・loge・tを得て、これにより、前記パラメータA,Bを線形化し、該パラメータA,Bを通常の最小二乗法を用いて算出し、前記パラメータBから震央距離を求めることを特徴とする震央距離推定方法があった(特許文献1)。
特許第3695579号公報
横田崇,自動検測手法の研究,気象研究所技術報告, No16,P56-P100, 1985

発明が解決しようとする課題

0003

上記特許文献1に記載された従来技術では、係数Bのみから震央距離を推定している。しかしながら、係数Bは、地震動が地中伝播してくる過程減衰散乱の影響を受けて観測点に到達するので、震央距離の影響だけではなく、震源深さも考慮した震源距離(観測点から震源までの距離)の方がより相関性がある。震央距離と震源距離は、図9に示すように、入射角Θincを無視すると、震源距離は等しいが、震央距離が異なる場合がある。したがって、ある程度深い地震のデータで震央距離を推定する際に、震央距離を大きく推定する場合があり、更に震央に近い観測点ほどその傾向が強い。早期地震検知の観点から、最も早く地震諸元の推定が行える震源に近い観測点ほど推定誤差が大きくなる。

0004

本発明は、このような早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上させる震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記課題を解決するために、本発明の震央距離推定装置は、地震波を検知する検知手段と、前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、
y(t)=Bt・exp(−At) ・・・(1)
をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入角θincとを式
logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3 ・・・(2)
ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求める処理部と、を備えたことを特徴とする。

0006

また、本発明の震央距離推定システムは、地震波の情報を送受信するセンター通信部と、前記地震波の初動部分の時系列データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、
y(t)=Bt・exp(−At) ・・・(1)
をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入射角θincとを式
logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3 ・・・(2)
ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めるセンター処理部と、を有するデータセンターと、前記データセンターと地震情報を送受信する地震計と、を備え、前記データセンターは、前記センター通信部により前記震央距離を前記地震計に送信することを特徴とする。

0007

さらに、本発明の震央距離推定方法は、地震波の初動部分の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、
y(t)=Bt・exp(−At) ・・・(1)
をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから入射角θincを求め、前記係数Bと前記入射角θincとを式
logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3 ・・・(2)
ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数、に適用し、震央距離を求めることを特徴とする。

発明の効果

0008

このような震央距離推定装置、震央距離推定システム及び震央距離推定方法により、震央距離を入射角により補正して推定したので、推定精度が向上し、特に、早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上することができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

本発明の実施の形態を図により説明する。図1は、本発明の第1実施形態の地震計の主要構成を示す図である。図中、1は地震計、2は通信部、3は計測部、31はセンサ、32はA/D変換器、4は処理部、41は処理装置、42は記憶手段としてのリングバッファ、43は記憶手段としてのデータ記録装置、5は時計部、6は電源部、7はGPSアンテナである。

0010

地震計1は、通信部2、計測部3、処理部4、時計部5及び電源部6等を有する。通信部2は、気象庁からの緊急地震速報又はそれを加工した情報等(以下、緊急地震速報等という)を受信し、処理部4に出力すると共に、地震データを外部に伝送するものである。計測部3は、センサ31及びA/D変換器32等を有し、センサ31で計測した加速度等をA/D変換器32で処理した信号を、処理部4に出力するものである。処理部4は、処理装置41、リングバッファ42及びデータ記録装置43等を有し、通信部2及び計測部3からの入力信号を処理することで、地震データを記録するものである。処理装置41は、通信部2又は計測部3から入力された情報から観測点から震央までの距離である震央距離を推定するものであり、リングバッファ42は、ある一定時間のみの一時記憶を連続して繰り返し実行するものであり、データ記録装置43は、リングバッファ42上のデータのうち地震と推定される震動データを記録する装置である。時計部5は、GPSアンテナ7等から正確な時刻を取得するものであり、電源部6は、地震計1の電源を取得するものである。

0011

なお、図1に示す実施形態では、通信部2、計測部3及び処理部4等を一体型とした地震計を示したが、図1に示す実施形態の変形例として図2に示すように、通信部2又は計測部3を独立させ、通信装置20又は計測装置30としてもよい。

0012

このような構成の地震計1の動作について説明する。図3は、地震計1の震央距離推定方法のフローを示す図である。まず、ST1で、地震計1は震動ディジタル波形を取得する(ST1)。次に、ST2で、ステップ1において取得したデータからオフセットを除去する(ST2)。

0013

続いて、ST3−1で、エンベロープ作成用のディジタルフィルタ処理を実行する(ST3−1)。本実施形態では、高周波数帯を通過させるようなバンドパス(あるいはハイパスフィルタである10−20Hzを通過させるようなFIRフィルタを適用する。

0014

次に、ST4−1で、データの絶対値をとり、エンベロープを計算する(ST4−1)。続いて、ST5−1で、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、式(1)をエンベロープにフィッティングし、係数A,Bを求める(ST5−1)。

0015

y(t)=Bt・exp(−At) ・・・(1)
これらステップ1からステップ5までは、特許文献1に記載されたものを参考にする。

0016

また、係数を求めるステップ3−1からステップ5に並行して、入射角θを推定するステップ3−2からステップ4−2を実行する。

0017

ステップ3−2で、入射角演算用のディジタルフィルタ処理を実行する(ST3−2)。本実施形態では、低周波数帯を通過させるようなバンドパス(あるいはローパス)フィルタである1−2Hzを通過させるようなFIRフィルタを適用する。

0018

次に、ST4−2で、入射角θincの推定を実行する(ST4−2)。本実施形態では、P波初動のデータから地震動の入射角θincを推定する方法として、図4に示すように、P波検知から1秒程度の地震動の粒子軌跡楕円体を当てはめ、最大主軸の方向を求める主成分分析により、観測点から見た震央の方向と共に入射角を求める非特許文献1の方法を参考にする。

0019

続いて、ステップ6で、ステップ5において求めた係数Bとステップ4−2において求めた入射角θincとから震央距離を求める(ST6)。本実施形態では、震央距離の推定式として、式(2)を適用する。

0020

logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3 ・・・(2)
ただし、C1,C2及びC3は、統計的に求める定数である。また、f(θinc)は、入射角θincの関数である。

0021

次に、本実施形態の式(2)で推定した震央距離と、従来の特許文献1の方法である式(3)で推定した震央距離の精度の比較をする。

0022

logΔ=A1・logB+A2 ・・・(3)
比較の対象となるデータは、図5に示すもので、本出願人である防災科学技術研究所の基盤強震観測網の観測点MYGH03の地中で得た実際の地震によるものである。図5に示すように、横軸を震源距離、縦軸を震央距離とし、震源距離のうち約100kmの辺りにおける震央距離にばらつきがあり、実際の地震において、震源距離が等しく震央距離が異なる場合の多いことがわかる。

0023

図6及び図7は、本実施形態の方法で推定した震央距離と、従来の特許文献1の方法で推定した震央距離の精度の比較を示す図である。図6が本実施形態の方法で推定した震央距離の精度、図7が従来の特許文献1の方法で推定した震央距離の精度である。なお、ここでは、本実施形態の式(2)における入射角θincの関数f(θinc)として、f(θinc)=sin(θinc)を適用した。

0024

推定した震央距離の精度は、log推定Δ−log真Δを求め、この値が0に近いほど精度が良いものとする。

0025

図7よりも図6の方が、0に近い値にグラフが集まっているのがわかる。実際の対数誤差は、図7の従来の特許文献1の方法で推定した震央距離が0.40であるのに対し、図6の本実施形態の方法で推定した震央距離が0.32であり、本実施形態の方法で推定したものの方が、精度良く推定することができる。

0026

このように、入射角θによる補正項の導入により、震央距離の推定精度が向上し、特に、早期の地震諸元推定において重要な震源に近い観測点における震央距離の推定精度を向上することができる。

0027

次に、第2実施形態について説明する。図8は、第2実施形態の震央距離推定システムを示す図である。図中、100は震央距離推定システム、101はデータセンター、102はセンター通信部、103はセンター処理部、104はセンター記憶手段としてのとしてのセンターリングバッファ、105はセンター記憶手段としてのセンターデータ記録装置である。地震計1に関しては、第1実施形態と同様のものを用いる。

0028

本実施形態では、データセンター101では、センター通信部102で緊急地震速報や各地震計等からの地震波の情報を送受信し、センター処理部103のセンターリングバッファ104又はセンターデータ記録装置105が地震波の初動部分の時系列データを記憶する。そして、センター処理部103は、センターリングバッファ104又はセンターデータ記録装置105の時系列データの絶対値をとり、エンベロープを計算し、地震を検知した時刻を時間原点(t=0)として、
y(t)=Bt・exp(−At) ・・・(1)
をエンベロープにフィッティングし、係数Bを求めると共に、地震波の初動部分の時系列データから地震動の粒子軌跡に楕円体を当てはめ、最大主軸の方向を求める主成分分析により、観測点から見た震央の方向と共に入射角θincを求め、前記係数Bと前記入射角θincとを式
logΔ=C1・logB+C2・f(θinc)+C3 ・・・(2)
ただし、C1,C2及びC3:統計的に求める定数、f(θinc):入射角θincの関数に適用し、震央距離を求める。

0029

また、震央距離推定システム100は、データセンター101と地震情報を送受信する地震計1を備え、データセンター101は、センター通信部102により震央距離を地震計1等に送信する。

0030

このように、震央距離推定システム100は、データセンター101において緊急地震速報や各地震計1等からの地震波の情報を本実施形態のように処理し、各地震計1等に送信するので、地震計1等の負担が軽くなり、地震計1等を小型化することができる。

図面の簡単な説明

0031

第1実施形態の地震計を示す図である。
図1の実施形態の変形例を示す図である。
第1実施形態の震央距離の推定のフローチャート図である。
入射角の推定の概念図である。
本実施形態と従来技術との比較で適用した地震データを示す図である。
本実施形態の方法で推定した震央距離の精度を示す図である。
従来の特許文献1の方法で推定した震央距離の精度を示す図である。
第2実施形態の震央距離推定システムを示す図である。
震央距離と震源距離の関係を示す図である。

符号の説明

0032

1…地震計、2…通信部、3…計測部、31…センサ、32…A/D変換器、4…処理部、41…処理装置、42…リングバッファ、43…データ記録装置、5…時計部、6…電源部、7…GPSアンテナ、20…通信装置、30…計測装置、100…震動データ記録システム、101…データセンター、102…センター通信部、103…センター処理部

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