(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平直交２成分の地動加速度時系列を取得する地動加速度時系列取得手段と、
前記地動加速度時系列取得手段から送られた地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得る低域遮断フィルタ手段と、
前記低域遮断フィルタ手段から送られた前記低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得る間引き手段と、
前記間引き手段から送られた前記低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得る絶対速度応答時系列計算手段と、
前記絶対速度応答時系列計算手段から送られた前記絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得る振幅時系列変換手段と、
前記振幅時系列変換手段から送られた前記振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得る時間ホールド手段と、
前記時間ホールド手段から送られた前記時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得る最大絶対速度応答値選択手段と、
を備える
ことを特徴とする絶対速度応答演算装置。
【請求項２】
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動速度に変換する処理であることを特徴とする請求項１に記載の絶対速度応答演算装置。
【請求項３】
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動変位に変換する処理であることを特徴とする請求項１に記載の絶対速度応答演算装置。
【請求項４】
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（１）もしくは数式（２）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（３）もしくは数式（４）で行うことを特徴とする請求項２に記載の絶対速度応答演算装置。
【数２９】
0005946074.tif 000030
【数３０】
0005946074.tif 000031
【数３１】
0005946074.tif 000032
【数３２】
0005946074.tif 000033
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【請求項５】
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（５）もしくは数式（６）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（７）もしくは数式（８）で行うことを特徴とする請求項３に記載の絶対速度応答演算装置。
【数３３】
0005946074.tif 000034
【数３４】
0005946074.tif 000035
【数３５】
0005946074.tif 000036
【数３６】
0005946074.tif 000037
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【請求項６】
前記最大絶対速度応答値選択手段から送られた前記最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行う閾値超過判定手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の絶対速度応答演算装置。
【請求項７】
地震動を計測する複数の地震計と、通信ネットワークと、前記複数の地震計で観測された地震動を、前記通信ネットワークを通じ、離れた場所で前記絶対速度応答演算装置によって得られた前記最大絶対速度応答値の閾値判定を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の絶対速度応答演算装置を用いた絶対速度応答演算システム。
【請求項８】
水平直交２成分の地動加速度時系列を取得するステップと、
前記地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得るステップと、
前記低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得るステップと、
前記低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得るステップと、
前記絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得るステップと、
前記振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得るステップと、
前記時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得るステップと、
を有することを特徴とする絶対速度応答演算方法。
【請求項９】
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動速度に変換する処理であることを特徴とする請求項８に記載の絶対速度応答演算方法。
【請求項１０】
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動変位に変換する処理であることを特徴とする請求項８に記載の絶対速度応答演算方法。
【請求項１１】
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（１）もしくは数式（２）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（３）もしくは数式（４）で行うことを特徴とする請求項９に記載の絶対速度応答演算方法。
【数３７】
0005946074.tif 000038
【数３８】
0005946074.tif 000039
【数３９】
0005946074.tif 000040
【数４０】
0005946074.tif 000041
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【請求項１２】
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（５）もしくは数式（６）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（７）もしくは数式（８）で行うことを特徴とする請求項１０に記載の絶対速度応答演算方法。
【数４１】
0005946074.tif 000042
【数４２】
0005946074.tif 000043
【数４３】
0005946074.tif 000044
【数４４】
0005946074.tif 000045
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【請求項１３】
前記最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行うステップを有する
ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の絶対速度応答演算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震動を計測し、その計測値から絶対速度応答を算出する絶対速度応答演算装置、それを用いた絶対速度応答演算システム、及び絶対速度応答演算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、日本では多数の超高層建築物が建築され、大きな地震に伴い発生する長周期地震動による被害が懸念されている。通常、地震時には官報第１８３１号気象庁告示第４号気象業務法施行規則で定められた震度が発表され、被害の概要を知ることができる。一方、長周期地震動による超高層建築物の揺れは震度では表すことができず、長周期地震動に特化した指標が検討されている。この指標は多数の絶対速度応答の計算に基づく（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】http://www.data.jma.go.jp/svd/eqev/data/study-panel/                                tyoshuki#joho#kentokai/hokoku/siryou.pdf「長周期地震動に関する情報検討会平成24年度報告書」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
長周期地震動に関する指標も震度と同様に、観測施設に設置された装置で計算でき、その場で警報表示等を行えることが望ましい。しかしながら、長周期地震動指標の算出には多数の絶対速度応答の計算が必要である。多くの計算を行うには観測装置を複雑化せざるを得ず、故障率の上昇や消費電力増大を招くためことから、防災対応には不向きとなる。
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するために、少ない計算量で多数の絶対速度応答計算を行うことが可能となる、絶対速度応答演算装置、それを用いた絶対速度応答演算システム、及び絶対速度応答演算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】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明にかかる絶対速度応答演算装置は、
水平直交２成分の地動加速度時系列を取得する地動加速度時系列取得手段と、
前記地動加速度時系列取得手段から送られた地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得る低域遮断フィルタ手段と、
前記低域遮断フィルタ手段から送られた前記低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得る間引き手段と、
前記間引き手段から送られた前記低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得る絶対速度応答時系列計算手段と、
前記絶対速度応答時系列計算手段から送られた前記絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得る振幅時系列変換手段と、
前記振幅時系列変換手段から送られた前記振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得る時間ホールド手段と、
前記時間ホールド手段から送られた前記時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得る最大絶対速度応答値選択手段と、
を備える
ことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算装置は、
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動速度に変換する処理であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算装置は、
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動変位に変換する処理であることを特徴とする
【０００９】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算装置は、
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（１）もしくは数式（２）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（３）もしくは数式（４）で行うことを特徴とする。
【数１】
0005946074.tif 000002
【数２】
0005946074.tif 000003
【数３】
0005946074.tif 000004
【数４】
0005946074.tif 000005
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００１０】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算装置は、
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（５）もしくは数式（６）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（７）もしくは数式（８）で行うことを特徴とする。
【数５】
0005946074.tif 000006
【数６】
0005946074.tif 000007
【数７】
0005946074.tif 000008
【数８】
0005946074.tif 000009
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００１１】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算装置は、
前記最大絶対速度応答値選択手段から送られた前記最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行う閾値超過判定手段を有する
ことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明にかかる絶対速度応答演算システムは、
地震動を計測する複数の地震計と、通信ネットワークと、前記複数の地震計で観測された地震動を、前記通信ネットワークを通じ、離れた場所で前記絶対速度応答演算装置によって得られた前記最大絶対速度応答値の閾値判定を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算方法は、
水平直交２成分の地動加速度時系列を取得するステップと、
前記地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得るステップと、
前記低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得るステップと、
前記低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得るステップと、
前記絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得るステップと、
前記振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得るステップと、
前記時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得るステップと、
を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算方法は、
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動速度に変換する処理であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算方法は、
低域遮断フィルタ処理は地動加速度を地動変位に変換する処理であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算方法は、
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（１）もしくは数式（２）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（３）もしくは数式（４）で行うことを特徴とする。
【数９】
0005946074.tif 000010
【数１０】
0005946074.tif 000011
【数１１】
0005946074.tif 000012
【数１２】
0005946074.tif 000013
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００１７】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算方法は、
低域遮断フィルタ処理を以下の数式（５）もしくは数式（６）で、絶対速度応答時系列計算を以下の数式（７）もしくは数式（８）で行うことを特徴とする。
【数１３】
0005946074.tif 000014
【数１４】
0005946074.tif 000015
【数１５】
0005946074.tif 000016
【数１６】
0005946074.tif 000017
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００１８】
また、本発明にかかる絶対速度応答演算方法は、
前記最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行うステップを有する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このような絶対速度応答演算装置、それを用いた絶対速度応答演算システム、及び絶対速度応答演算方法により、少ない計算量で多数の絶対速度応答計算を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の絶対速度応答演算装置の主要構成を示す図である。
【図２】本実施形態の絶対速度応答演算部の主要構成を示す図である。
【図３】本実施形態の絶対速度応答演算部での絶対速度演算方法を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の方法を用いて計算した絶対速度応答値の時間最大値と従来方法で計算した絶対速度応答の時間最大値の比較を示す図である。
【図５】本実施形態の絶対速度応答演算システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本実施形態の絶対速度応答演算装置の主要構成を示す図である。図中、１は絶対速度応答演算装置、２は処理部、３は制御・演算部、４は計測震度算出部、５はＳＩ値算出部、６は計測震度概算部、７は絶対速度応答演算部、８は電源装置、９は計測部である。
【００２２】
絶対速度応答演算装置１は、計測部９で計測した加速度等を制御・演算部３に入力することで、絶対速度応答を計算する。処理部２は、電源装置８により駆動される制御・演算部３を有する。本実施形態の制御・演算部３は、即時性をより重視する場合等では、計測震度算出部４、ＳＩ値算出部５及び計測震度概算部６を備えなくてもよい。また、計測部９を処理部２内に備えてもよい。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態の絶対速度応答演算部７の主要構成を示す図である。図中、７１は地動加速度時系列取得手段、７２は低域遮断フィルタ手段、７３は間引き手段、７４は絶対速度応答時系列計算手段、７５は振幅時系列変換手段、７６は時間ホールド手段、７７は最大絶対速度応答値選択手段、７８は閾値超過判定手段である。ここで、地動加速度時系列取得手段７１、低域遮断フィルタ手段７２、及び間引き手段７３は、第１演算部７ａに属し、絶対速度応答時系列計算手段７４、振幅時系列変換手段７５、時間ホールド手段７６、最大絶対速度応答値選択手段７７、及び閾値超過判定手段７８は、第２演算部７ｂに属するものとする。
【００２４】
地動加速度時系列取得手段７１は、水平直交２成分の地動加速度時系列を取得し、地動加速度時系列を低域遮断フィルタ手段７２に送る。低域遮断フィルタ手段７２は、地動加速度時系列取得手段７１から送られた地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得て、低域遮断フィルタ時系列を間引き手段７３に送る。間引き手段７３は、低域遮断フィルタ手段から送られた低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得て、低サンプルレート時系列を絶対速度応答時系列計算手段７４に送る。絶対速度応答時系列計算手段７４は、間引き手段７３から送られた低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得て、絶対速度応答時系列を振幅時系列変換手段７５に送る。
【００２５】
振幅時系列変換手段７５は、絶対速度応答時系列計算手段７４から送られた絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得て、振幅時系列を時間ホールド手段７６に送る。時間ホールド手段７６は、振幅時系列変換手段７５から送られた振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得て、時間ホールド振幅時系列を最大絶対速度応答値選択手段７７に送る。最大絶対速度応答値選択手段７７は、時間ホールド手段７６から送られた時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得て、最大絶対速度応答値を閾値超過判定手段７８に送る。閾値超過判定手段７８は、最大絶対速度応答値選択手段７７から送られた最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行う。
【００２６】
次に、このような絶対速度応答演算装置１の絶対速度演算方法について説明する。絶対速度応答は相対速度応答と地動速度の和である（非特許文献１）。これまでの計算方法では、地動加速度から相対速度応答と地動速度を別々に計算し、足していた。絶対速度応答演算装置１では、絶対速度応答を直接計算し、相対速度応答と地動速度の短周期成分を打消し、低サンプルレートでの計算を行うことで計算量を低減する。
【００２７】
図３は、本実施形態の絶対速度応答演算部での絶対速度演算方法を示すフローチャートである。絶対速度応答演算部は、上記の計算を図３に示すフローチャートに示す各ステップで実現する。
【００２８】
まず、ステップ１で、直交する水平２成分の地動加速度時系列ax[k]およびay[k]を取得する（ST1）。ここでkは時間ステップ数とする。サンプリング間隔dtは0.01秒（サンプリング周波数100Hz）とするが、より高速のサンプリングでも構わない。ax[k],ay[k]に対する処理は共通のため、以下a[k]として説明する。なお、地動の時系列が速度等の場合でも微分演算等を行うことで地動加速度時系列a[k]を得ることができる。
【００２９】
続いて、ステップ２で、後述する演算A1で定めるフィルタ処理を行い、地動加速度時系列a[k]を低域遮断フィルタ時系列v[k]に変換する（ST2）。
【００３０】
続いて、ステップ３で、v[k]にアンチエイリアシングフィルター処理を行ったのちに間引き、低サンプルレート時系列z[k]を得る（ST3）。１．６秒から７．８秒の固有周期の絶対速度応答値を求めるため、実施例ではサンプリング間隔0.05秒（サンプリング周波数20Hz）に間引きを行う。実施例ではカットオフ周波数5Hzの6次バタワースローパスフィルターをアンチエイリアシングフィルターとしている。
【００３１】
続いて、ステップ４で、後述する演算B1で定めるフィルタ処理を行い、低サンプルレート時系列z[k]から絶対速度応答時系列r[k]を得る（ST4）。ここで、z[k]を入力として固有周期T、減衰hを様々に変えながら、様々な特性の絶対速度応答時系列r[k]を得ることができる。入力は間引きがなされているので、少ない計算量で絶対速度応答時系列を得ることができる。実施例ではｈは0.05、固有周期Tは1.6秒から0.2秒刻みで7.8秒までの32周期を計算する。なお、演算A1、演算B1の代わりに演算A2、演算B2を行うことでも絶対速度応答時系列r[k]を得ることができる。
【００３２】
絶対速度応答時系列r[k]は、直交する水平２成分に対して得られている。これをrx[k]およびry[k]とする。これらの二乗和の平方根をとり振幅時系列ra[k]に変換する（ST5）。つまりra[k]=( rx[k] ・rx[k]＋ry[k] ・ry[k])1/2である。または、rx[k]とry[k]のうちどちらか大きいほうをra[k]とすることもできる。
【００３３】
次に、過去一定時間内（実施例では30秒）の振幅時系列ra[k]の最大値をとることでホールド処理を行い、時間ホールド振幅時系列rh[k]を得る（ST6）。
【００３４】
ここで、時間ホールド振幅時系列rh[k]は実施例の場合では、1.6秒から0.2秒刻みで7.8秒までの32固有周期について得られているので、その中の最大値を選択し、最大絶対速度応答値Rmax[k]とする。また、最大値を与える固有周期を最大絶対速度応答固有周期Tmax[k]とする（ST7）。
【００３５】
最後に、最大絶対速度応答値Rmax[k]が定められた閾値超えるかの閾値判定を行う（ST8）。
【００３６】
なお、最大絶対速度応答値Rmax[k]が設定された閾値を超えた場合には警報を発する。
【００３７】
以上の処理を時間ステップ毎に行う。このようにすると、最大絶対速度応答値Rmax[k]と最大絶対速度応固有周期Tmax[k]の二つの時系列のみで、長周期地震動の特性を表すことができる。これを1秒毎等に常時伝送することは、長周期地震動の常時監視に適する。
【００３８】
次に、演算A1、A2、B1、B2について説明する。
【００３９】
演算A1は、地動加速度から低域遮断された地動速度を得るためのフィルタ演算である。ここで、フィルタを2次の低域遮断フィルタとすれば、以下の数式（Ａ）で表される。
【数１７】
0005946074.tif 000018
ただし、
ω=2πf、
s：ラプラス変数、
π：円周率、
h：フィルタの減衰定数（実施例ではh=2-1/2）、
f：フィルタの遮断振動数（実施例ではf=0.02Hz）、
a：地動加速度、
v：低域遮断された地動速度、
とする。
【００４０】
数式（Ａ）を離散化すれば、以下の数式（１）又は（２）となる。
【数１８】
0005946074.tif 000019
【数１９】
0005946074.tif 000020
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
fはフィルタの遮断振動数、
hはフィルタのダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００４１】
演算B1は、演算A1で低域遮断された地動速度から1質点減衰系の絶対速度応答を直接得るためのフィルタ演算である。
【００４２】
1質点減衰系に地動加速度aが入力する場合の運動方程式は下記のように表される。
s2 xr + 2hrωr s xr + ωr2 xr =  -a
sxr =vr= Fr (s) a,  Fr (s) = -s-1/(1+2hrωrs-1+ωr2 s-2)
ただし
ωr = 2πfr、
s：ラプラス変数、
π：円周率、
Tr = 1/fr、
hr ：1質点系の減衰定数、
fr：1質点系の固有振動数、
Tr：1質点系の固有周期、
a：地動加速度、
xr：相対変位応答、
vr:：相対速度応答、
である。
【００４３】
ここで、絶対速度応答をva = vr+vとする。したがって、絶対速度応答vaを低域遮断された地動速度vから直接もとめるには、
【数２０】
0005946074.tif 000021
となる。
【００４４】
F1 (s)が演算に必要なフィルタであり、数式（Ｂ）を離散化すれば、以下の数式（３）又は（４）となる。
【数２１】
0005946074.tif 000022
【数２２】
0005946074.tif 000023
ここで、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００４５】
演算A2は、地動加速度から低域遮断された地動変位を得るためのフィルタ演算である。ここで、フィルタを2次の低域遮断フィルタとすれば、以下の数式（Ｃ）で表される。
【数２３】
0005946074.tif 000024
ただし、
ω=2πf、
s：ラプラス変数、
π：円周率、
h：フィルタの減衰定数（実施例ではh=2-1/2）、
f：フィルタの遮断振動数（実施例ではf=0.02Hz）、
a：地動加速度、
d：低域遮断された地動変位、
である。
【００４６】
数式（Ｃ）を離散化すれば、以下の数式（５）又は（６）となる。
【数２４】
0005946074.tif 000025
【数２５】
0005946074.tif 000026
ここで、
x[i]は地動加速度時系列、
y[i]は低域遮断フィルタ時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
fはフィルタの遮断振動数、
hはフィルタのダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００４７】
演算B2は、演算A2で低域遮断された地動変位から1質点減衰系の絶対速度応答を直接得るためのフィルタ演算である。
【００４８】
1質点減衰系に地動加速度が入力する場合の運動方程式は下記のように表される。
s2 xr + 2hrωr s xr + ωr2 xr =  -a
sxr =vr= Fr (s) a,  Fr (s) = -s-1/(1+2hrωrs-1+ωr2 s-2)
ただし、
ωr = 2πfr、
s：ラプラス変数、
π：円周率、
Tr=1/fr、
hr ：1質点系の減衰定数、
fr：1質点系の固有振動数、
Tr：1質点系の固有周期、
a：地動加速度、
xr：相対変位応答、
vr：相対速度応答、
である。
【００４９】
ここで、絶対速度応答をva= vr+vとする。ただしv=sdとする。したがって、絶対速度応答vaを低域遮断された地動変位dから直接もとめるには、
【数２６】
0005946074.tif 000027
となる。
【００５０】
F2(s)が演算に必要なフィルタであり、数式（Ｄ）を離散化すれば、以下の数式（７）又は（８）となる。
【数２７】
0005946074.tif 000028
【数２８】
0005946074.tif 000029
ここで、
z[i]は低サンプルレート時系列、
r[i]は絶対速度応答時系列、
iは時系列の時間ステップ、
ω=2πf、
ωr=2πfr、
fはフィルタの遮断振動数、
frは1質点系の固有振動数、
hはフィルタのダンピング、
hrは1質点系のダンピング、
ΔTは時系列のサンプリング間隔、
である。
【００５１】
図４は、演算A1として数式（１）を、演算B1として数式（３）を用いて計算した絶対速度応答の時間最大値と従来方法で計算した絶対速度応答の時間最大値を固有周期1.6秒、減衰5％の場合について計算した結果の比較である。本方法は従来法の5分の1 程度の演算量であるが両者はほぼ一致している。
【００５２】
本方法の各ステップは別々の場所で行っても良い。特に、本方法ではステップ７（ST７）にてデータが間引かれるため、第１演算部と第２演算部を別々に配置した場合には通信量が低減する。
【００５３】
図５は、本実施形態の絶対速度応答演算装置をシステムとして構築した場合を示す図である。図中、１０１は絶対速度応答演算システム、１０２は地震計、１０３は通信ネットワーク、１０４は地震データ処理装置である。
【００５４】
このシステムでは、複数の地震計１０２で観測された地震動を、通信ネットワーク１０３を通じ他の機器やデータセンターに転送し、離れた場所で絶対速度応答演算部７を有する地震データ処理装置１０４による絶対速度応答演算を行うものである。
【００５５】
ここで、演算処理を行う地震データ処理装置は複数存在してもよい。このようなシステムにおいても、効率よく絶対速度応答演算が実行できるという本方法の利点が活かされる。データセンターでは多くの観測点のデータを同時に処理しなければならない場合が多いため、本方法のアルゴリズムは計算負荷を軽減する上でも有用である。
【００５６】
本実施形態の絶対速度応答演算装置１は、水平直交２成分の地動加速度時系列を取得する地動加速度時系列取得手段７１と、地動加速度時系列取得手段７１から送られた地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得る低域遮断フィルタ手段７２と、低域遮断フィルタ手段７２から送られた低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得る間引き手段７３と、間引き手段７３から送られた低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得る絶対速度応答時系列計算手段７４と、絶対速度応答時系列計算手段７４から送られた絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得る振幅時系列変換手段７５と、振幅時系列変換手段７５から送られた振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得る時間ホールド手段７６と、時間ホールド手段７６から送られた時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得る最大絶対速度応答値選択手段７７と、を有するので、少ない計算量で多数の絶対速度応答計算を行うことが可能となる。
【００５７】
本実施形態の絶対速度応答演算装置１は、最大絶対速度応答値選択手段から送られた最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行う閾値超過判定手段を有するので、長周期地震動の特性を表すことができ、長周期地震動を常時監視することが可能となる。
【００５８】
本実施形態の絶対速度応答演算システム１０１は、地震動を計測する複数の地震計１０２と、通信ネットワーク１０３と、複数の地震計で観測された地震動を、通信ネットワーク１０３を通じ、離れた場所で絶対速度応答演算装置１によって得られた最大絶対速度応答値の閾値判定を行うので、効率よく絶対速度応答演算を実行することが可能となる。
【００５９】
本実施形態の絶対速度応答演算方法は、水平直交２成分の地動加速度時系列を取得するステップと、地動加速度時系列を低域遮断フィルタ処理し、低域遮断フィルタ時系列を得るステップと、低域遮断フィルタ時系列を間引き処理し、低サンプルレート時系列を得るステップと、低サンプルレート時系列を処理し、絶対速度応答時系列を得るステップと、絶対速度応答時系列を処理し、振幅時系列を得るステップと、振幅時系列を処理し、時間ホールド振幅時系列を得るステップと、時間ホールド振幅時系列を処理し、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得るステップと、を有するので、少ない計算量で多数の絶対速度応答計算を行うことが可能となる。
【００６０】
本実施形態の絶対速度応答演算方法は、最大絶対速度応答値を処理し、閾値判定を行うステップを有するので、長周期地震動の特性を表すことができ、長周期地震動を常時監視することが可能となる。
【００６１】
なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、当業者であれば、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…絶対速度応答演算装置
２…処理部
３…制御・演算部
４…計測震度算出部
５…ＳＩ値算出部
６…計測震度概算部
７…絶対速度応答演算部
７１…地動加速度時系列取得手段
７２…低域遮断フィルタ手段
７３…間引き手段
７４…絶対速度応答時系列計算手段
７５…振幅時系列変換手段
７６…時間ホールド手段
７７…最大絶対速度応答値選択手段
７８…閾値超過判定手段
８…電源装置
９…計測部
１０１…絶対速度応答演算システム
１０２…地震計
１０３…通信ネットワーク
１０４…地震データ処理装置
【要約】      （修正有）【課題】少ない計算量で多数の絶対速度応答計算を行うことが可能な絶対速度応答演算装置、それを用いた絶対速度応答演算システム、及び絶対速度応答演算方法を提供する。【解決手段】地震の加速度を計測し、計測した加速度から絶対速度応答を計算する絶対速度応答演算装置１において、水平直交２成分の地動加速度時系列を取得する地動加速度時系列取得手段７１と、低域遮断フィルタ時系列を得る低域遮断フィルタ手段７２と、低サンプルレート時系列を得る間引き手段７３と、絶対速度応答時系列を得る絶対速度応答時系列計算手段７４と、振幅時系列を得る振幅時系列変換手段７５と、時間ホールド振幅時系列を得る時間ホールド手段７６と、最大絶対速度応答値と最大絶対速度応答固有周期を得る最大絶対速度応答値選択手段７７とを備える。【選択図】図２【図１】
0005946074.tif 000046
【図２】
0005946074.tif 000047
【図３】
0005946074.tif 000048
【図４】
0005946074.tif 000049
【図５】
0005946074.tif 000050