(57)【要約】【課題】  高精度の計時システムを必要とせず、装置自身の内部時計と安価なＡＤ変換器を用いて精度よい観測波形データを取得でき、観測点のみでなく周辺の面的な揺れ情報も含めて、地盤や建物、構造物などに起因する特徴的な揺れ情報を提供できるようにする。【解決手段】  加速度センサ１０と、ＡＤ変換器１２と、観測波形データを生成するデータ収録部１４と、揺れ情報を求めるデータ処理部１６と、センター局と送受信するデータ送信部１８及びデータ受信部２０と、データベース部２２と、情報提供サーバ２４を備えている。データ収録部は、内部時計をＮＴＰで校正しながら、Ｎ倍でサンプリングしたデータをフィルタ処理で高周波成分を除去し、リサンプルして観測波形データを生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤や人工構造物の振動を検出する加速度センサと、該加速度センサの検出出力をＡＤ変換するＡＤ変換器と、変換されたデジタル信号から観測波形データを生成するデータ収録部と、その観測波形データを毎秒処理して観測点での点的な揺れ情報を求めるデータ処理部と、求めた揺れ情報をネットワークを介してセンター局に送信するデータ送信部と、センター局で作成した面的な揺れ情報を受信するデータ受信部と、観測点の揺れ情報や周辺の面的な揺れ情報を蓄えるデータベース部と、該データベース部に蓄えられている情報を利用者の端末機器に提供する情報提供サーバを具備し、
前記データ収録部は、内部時計の時刻データをネットワーク・タイム・プロトコルからの時刻データで校正し、ＡＤ変換器で目的とするサンプル数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）でサンプリングしたデータを、フィルタ処理して高周波成分を除去した後、目的とするサンプル数にリサンプルして観測波形データを生成するようにしたことを特徴とする情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置。
【請求項２】
データ処理部は、観測波形データを毎秒処理することで最大加速度、最大速度、及び簡易秒震度を含む観測点での点的な揺れ情報を求め、地震時処理によって周波数応答スペクトルを計算するものであって、加速度値は、リサンプルした観測波形データから加速度センサ及びＡＤ変換器に起因するオフセットを差し引くことで求められ、速度値は、前記オフセットを差し引いた加速度値を積分することで計算され、簡易秒震度は、１秒間の最大加速度及び最大速度を用いて毎秒リアルタイムで計算された１秒間の震度相当値である請求項１記載の情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置。
【請求項３】
観測波形データ以外の観測点での揺れ情報は、作成次第センター局に送信され、観測波形データは一定期間保存されてセンター局の要求に応じてセンター局に転送される請求項２記載の情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置。
【請求項４】
センター局から送られてくる各種地震関連情報をデータ受信部で受信し、その情報を情報提供サーバによって利用者が入手可能とした請求項１乃至３のいずれかに記載の情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークに接続してセンター局との間で揺れ情報を送受する方式の地震観測装置に関し、更に詳しく述べると、装置自身の内部時計及び低価格のＡＤ変換器などを用いても高精度の観測波形データを生成でき、また観測点での揺れデータのみならず、その周辺での面的な揺れデータも利用者に提供できるようにした情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の地震計（地震計測装置）は、精密な地震データを取得するために、高精度の内部時計と高精度のＡＤ変換器を必要としている。そこで、例えば特許文献１に記載されている地震計では、人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して内部時計の自動時刻校正を行っている。しかし、ＧＰＳ信号を利用する場合には、ＧＰＳアンテナを室外の且つ上空の見通しの良い場所に設置する必要があるため、室内や地下などに置かれることの多い地震計との間を長い同軸ケーブルを張り巡らして結ばねばならない。このため、ケーブルの引き回しなどが煩雑となるばかりでなく地震計による観測点も制約される。また従来の地震計は、高精度のＡＤ変換器を組み込む必要があるために、装置価格も高くなる傾向がある。
【０００３】
ところで、多くの地震計をネットワークを介してセンター局に接続することにより、遠隔観測可能とする技術（テレメータシステム）は、従来公知である。これは、地震計で検出した観測波形をデジタル信号としてメモリに記録し、その観測波形データを電話回線などにより遠隔のセンター局へ送信してデータ収集を行うように構成されている。つまり、地震計で検出した観測波形データをセンター局に送信し、受信した観測波形データをセンター局で解析処理しており、必要に応じて解析結果を閲覧可能としている。
【０００４】
しかし、このようなシステムは、高速で大容量のデータを伝送可能な通信回線を必要とし、また地震計の設置個数が多くなるとセンター局にかかる処理の負担が大きくなり、大掛かりな設備が必要となる。
【０００５】
また別の問題として、多くの利用者の端末機器がネットワークに接続されている場合、大地震の際などには、気象庁などのサーバにアクセスが集中して、地震情報や注意報・警報などをネットワークから入手することが困難となることも予想される。
【特許文献１】特開平１０−１４８６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、高精度な計時システムを必要とせず、装置自身のさほど精度が高くない内部時計と安価な市販のＡＤ変換器を用いても、精度の高い観測波形データを取得できるようにすること、また観測点のみならず、その周辺の面的な揺れ情報も一緒にして、観測点の地盤や建物、構造物などに起因する特徴的な揺れの情報を提供できるようにすることである。本発明が解決しようとする他の課題は、気象庁や自治体などが地震情報や注意報・警報などを発した場合に、それを迅速かつ確実に受信して利用者に提供できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、地盤や人工構造物の振動を検出する加速度センサと、該加速度センサの検出出力をＡＤ変換するＡＤ変換器と、変換されたデジタル信号から観測波形データを生成するデータ収録部と、その観測波形データを毎秒処理して観測点での点的な揺れ情報を求めるデータ処理部と、求めた揺れ情報をネットワークを介してセンター局に送信するデータ送信部と、センター局で作成した面的な揺れ情報を受信するデータ受信部と、観測点の揺れ情報や周辺の面的な揺れ情報を蓄えるデータベース部と、該データベース部に蓄えられている情報を利用者の端末機器に提供する情報提供サーバを具備しており、前記データ収録部は、内部時計の時刻データをネットワーク・タイム・プロトコル（以下ＮＴＰプロトコルと略記する）からの時刻データで校正し、ＡＤ変換器で目的とするサンプル数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）でサンプリングしたデータを、フィルタ処理して高周波成分を除去した後、目的とするサンプル数にリサンプルして観測波形データを生成するようにしたことを特徴とする情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置である。なお、ＮＴＰプロトコルとは、コンピュータの内部時計を、ネットワークを介して正しく調整するプロトコルのことである。本発明の地震観測装置は、ネットワーク接続型であるので、ＮＴＰプロトコルによる内部時計の自動校正は容易に行える。
【０００８】
データ処理部は、観測波形データを毎秒処理することで最大加速度、最大速度、及び簡易秒震度を含む観測点での点的な揺れ情報を求め、地震時処理によって周波数応答スペクトルを計算するものであって、加速度値は、リサンプルした観測波形データから加速度センサ及びＡＤ変換器に起因するオフセットを差し引くことで求められ、速度値は、前記オフセットを差し引いた加速度値を積分することで計算され、簡易秒震度は、１秒間の最大加速度及び最大速度を用いて１秒間の震度相当値を毎秒、リアルタイムで計算するように構成されている。本発明において「簡易秒震度」とは、１秒間の最大加速度及び最大速度を用いて所定の換算式により毎秒リアルタイムで計算された１秒間の震度相当値のことをいう。
【０００９】
本発明では、観測波形データ以外の観測点での揺れ情報は、作成次第センター局に送信し、観測波形データは一定期間保存されてセンター局の要求に応じてセンター局に転送するように構成する。また、センター局から送られてくる各種地震関連情報をデータ受信部で受信し、その情報を情報提供サーバによって利用者が入手可能とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置は、データ収録部で、内部時計をＮＴＰプロトコルで校正しながら、ＡＤ変換器で目的とするサンプル数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）でサンプリングしたデータを、フィルタ処理して高周波成分を除去した後、目的とするサンプル数にリサンプルして観測波形データを生成するように構成しているので、高精度な計時システムを必要とせず、装置自身のさほど精度の高くない内部時計用いても時間軸に関し精度よい観測波形データを取得できる。また、本発明では、多数のネットワーク接続型地震観測装置から送信される点的な揺れ情報に基づきセンター局で作成された面的な揺れ情報をフィードバックするように構成しているので、観測点のみでなく、その周辺の面的な揺れ情報も一緒にして、観測点の地盤や建物、構造物などに起因する特徴的な揺れの情報も提供できる効果がある。
【００１１】
更に、本発明のデータ処理部は、観測波形データを毎秒処理することで最大加速度、最大速度、及び簡易秒震度を含む観測点での点的な揺れ情報を求め、地震時処理によって周波数応答スペクトルを計算するものであって、簡易秒震度は、１秒間の最大加速度及び最大速度を用いて換算式により１秒間の震度相当値を毎秒、リアルタイムで計算し、観測波形データ以外の観測点の揺れ情報は、作成次第センター局に送信され、観測波形データは一定期間保存されてセンター局の要求に応じてセンター局に転送するので、基本的に各地震観測装置での分散処理となり、センター局に送る観測点での揺れ情報は、情報量が少なくて済み、センター局での処理が簡素化し、データ収集に時間がかからず、センター局の負担は小さく、一般的な通信回線で迅速な情報提供が可能となる。また、加速度値は、リサンプルした観測波形データから加速度センサ及びＡＤ変換器に起因するオフセットを差し引くことで求め、速度値は、前記オフセットを差し引いた加速度値を積分することで計算するので、安価な市販品の加速度センサやＡＤ変換器を使用しても、高精度で加速度値及び速度値が得られる。
【００１２】
また、センター局から送られてくる各種地震関連情報をデータ受信部で受信するように構成すると、気象庁や自治体などが地震情報や注意報・警報などを発した場合に、それを受信することで、各観測点に設置されている地震観測装置の情報提供サーバに利用者がアクセスすることで迅速かつ確実に情報を入手することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置の基本構成を図１に示す。本装置は、地盤や人工構造物などの振動を検出する加速度センサ１０と、該加速度センサ１０からの検出出力をＡＤ変換するＡＤ変換器１２と、変換されたデジタル信号から観測波形データを生成するデータ収録部１４と、その観測波形データを毎秒処理して観測点での点的な揺れ情報を求めるデータ処理部１６と、求めた揺れ情報をネットワークを介してセンター局に送信するデータ送信部１８と、他の多数の地震観測装置から送られてくるデータをもとにセンター局で作成した面的な揺れ情報を受信するデータ受信部２０と、観測点の揺れ情報や周辺の面的な揺れ情報を蓄えるデータベース部２２と、該データベース部２２に蓄えられている情報を利用者の端末機器に提供する情報提供サーバ２４を具備している。
【００１４】
データ収録部１４では、内部時計をＮＴＰプロトコルで校正しながら、ＡＤ変換器１２で目的とするサンプル数のＮ倍（Ｎは２以上の整数）でサンプリングしたデータを、フィルタ処理して高周波成分を除去した後、目的とするサンプル数にリサンプルして観測波形データを生成する。
【００１５】
データ処理部１６は、観測波形データを毎秒処理することで最大加速度、最大速度、及び簡易秒震度を含む観測点での点的な揺れ情報を求め、地震時処理によって周波数応答スペクトルを計算するものである。加速度値は、リサンプルした観測波形データから加速度センサ及びＡＤ変換器に起因するオフセットを差し引くことで修正され、速度値は、前記オフセットを差し引いた加速度値を積分することで計算され、簡易秒震度は、１秒間の最大加速度及び最大速度を用いて換算式により１秒間の震度相当値を毎秒、リアルタイムで計算される。
【００１６】
このように構成することで、さほど精度の高くない内部時計及び安価な市販のＡＤ変換器を使用しても、時間軸及び加速度値に関し十分な精度の観測波形データ及び揺れ情報が取得できる。
【００１７】
観測波形データ以外の観測点での揺れ情報は、作成次第、データ送信部１８からセンター局に送信され、観測波形データは、一定期間保存されてセンター局の要求に応じてセンター局に転送される。従って、必要な揺れ情報は迅速に送受信され、詳細な解析が必要な観測波形データは、地震が治まった時点（処理に余裕がある期間）で転送要求に応じて順次センター局に送信できる。センター局から送られてくる各種地震関連情報もデータ受信部２０で受信することで、その情報を情報提供サーバ２４を介して利用者が入手可能となる。
【実施例】
【００１８】
図２は、本発明に係る情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置の一実施例の機能説明図である。観測点となる地盤や人工構造物などに加速度センサを設置する。加速度センサは任意の形式のものでよく、例えばＸＹＺの３方向の振動を検出する市販のサーボ型加速度計などでよい。この加速度センサからのアナログ信号を増幅しＡＤ変換器でデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器は、例えば２４ビット程度の汎用のデバイスであってよい。
【００１９】
データ収録部では、ＡＤ変換された加速度センサ出力から、フィルタリングとリサンプリングの手法を用いて精度の高い観測波形データを生成する。データ処理部では、観測波形データを毎秒処理して最大加速度、最大速度、簡易秒震度を求めたり、有感地震時には観測波形データから周波数応答スペクトルなどを求める。求めたこれらの揺れ情報は、作成時に自動的にデータ送信部からセンター局に送信される。データ受信部では、センター局で他の多数の地震観測装置からの揺れ情報により作成された面的な揺れの情報、及び地震発生時に気象庁や自治体などから送られてくる各種地震情報、注意報、警報などを受信する。観測点で得られた観測波形データ、簡易秒震度、最大加速度、最大速度、周波数応答スペクトル、及び受信した面的な揺れ情報や地震情報、注意報、警報などはデータベース部に蓄えられる。これらの揺れ情報は、情報提供サーバによって利用者の端末機器（パーソナルコンピュータなど）に提供される。また、データベース部に蓄えられている観測波形データは、センター局からの転送要求があった時に、データ送信部を介して送信される。
【００２０】
上記のように本発明では、データ収録部において、ＮＴＰプロトコルにより地震観測装置の内部時計を校正しながら、ＡＤ変換器で高いサンプリング周波数でサンプリングしたデータを、フィルタリングと低周波数でのリサンプリングによって、精度の高い観測波形データを生成する。データ収録部における処理手順を図３に示す。
【００２１】
本地震観測装置自身の内部時計は、ＮＴＰプロトコルで自動校正され続ける。他方、ＡＤ変換器では、目的とする毎秒サンプル数ｋのＮ倍で加速度センサ出力のサンプリングを行う。Ｎは２以上の整数であり４程度でよい。また目的とする毎秒サンプル数ｋは１００程度でよい。それらの値が小さすぎると精度が不十分となる虞があるし、大きすぎると高速の高価なＡＤ変換器が必要となるからである。典型的な例として、Ｎ＝４で、１００サンプル／秒のデータを取得したい場合には、４００サンプル／秒でＡＤ変換する。ＮＴＰプロトコルで精度よく校正された内部時計の秒が変わったタイミングで１秒間分のサンプルデータを切り出す。得られたサンプルデータは、Ｎ倍個もしくはＮ倍個±１個程度の数にばらつきのあるサンプルデータになるが、これをローパス・フィルタ処理して、目的とするサンプル数でリサンプルする。
【００２２】
図４にリサンプリング処理の状況を示す。前記のように、ＡＤ変換で得られたサンプルデータは、１秒間当たりＮ×ｋ個もしくは（Ｎ×ｋ±１）個程度の数にばらつきのあるサンプルデータになる。ここでは、このサンプルデータにＦＩＲ（有限インパルス応答：Finite Impulse Response ）フィルタをかけて高周波成分を落とし、目的とするｋサンプル／秒でリサンプルしている。ＦＩＲフィルタはデジタルフィルタの一種であり、リアルタイムでフィルタリング処理ができるので都合がよい。このような手法により、内部時計が高精度でなくても、目的とするサンプル数のデータを精度よく取得可能となる。
【００２３】
本発明に係る地震観測装置は、内部時計の自動校正のためにＧＰＳアンテナなどを設置する必要がないので、ネットワークケーブルと電源さえ確保できれば、地下街やビルの室内など、何処にでも簡単に設置することができる。なお、ＮＴＰプロトコルは、通常数ｍｓｅｃの精度で内部時計を校正できるので、あまり精度の高くない内部時計を採用しても十分に高い時刻精度を保つことができる。
【００２４】
図５は、求めた揺れ情報を利用者に提供するシステムを示している。データ収録部によって正確にサンプリングされた観測波形データに基づき、データ処理部で揺れ情報が求められ、データベース部に蓄積される。ここで揺れ情報とは、観測波形データから毎秒求められる最大加速度、最大速度、簡易秒震度などの値、及び有感地震時の地震波形データから計算される周波数応答スペクトルなどを指す。
【００２５】
これらの揺れ情報は、図６に示すような手順によって求める。ＡＤ変換した観測波形データは、加速度値の時間変化を表している。ＡＤ変換後の観測波形データは、通常、加速度センサやＡＤ変換器に起因するオフセットが乗っている。オフセットとは、温度変動、経時変化、あるいは動作履歴などによって、観測波形データの基準線が緩やかに変化する成分のことである。特に安価な加速度センサやＡＤ変換器を用いた場合には、この基準線の変化量（オフセット量）が大きい。そこで、ある程度の平均をとることでオフセット量を除去する（言い換えれば基準線を０とする）。このオフセット修正した加速度値を積分することで速度値が求まる。次に、オフセット量を差し引いた加速度値から、１秒間の最大加速度値（ｃｍ／ｓ2 ）を求める。また、先に求めた速度値から、１秒間の最大速度値（ｃｍ／ｓ）を求める。簡易秒震度は、これら１秒間の最大加速度値と最大速度値を換算式に代入することで算出される。
【００２６】
ところで気象庁で公表している計測震度は、観測波形データを１０秒毎に切り出し、非常に複雑な計算を行って求めている。一方、毎秒の最大加速度値と最大速度値の積と計測震度とは、おおよそ以下の式で関係付けることができるとされている（翠川三郎・藤本一雄・村松郁栄「計測震度と旧気象庁震度および地震動強さの指標との関係」地域安全学会論文集、Vol.1,pp.51-56,1999.11）。
計測震度〜１．７２＋ｌｏｇ（最大加速度［ｃｍ／ｓ2 ］×最大速度［ｃｍ／ｓ］）
本発明における「簡易秒震度」は、例えばこれと同様の換算式を用いて、毎秒の最大加速度値と最大速度値から毎秒の震度相当値を求めたものでよい。
【００２７】
観測点におけるこれらの揺れ情報は、作成された時点で速やかにネットワークを介してセンター局に送信される。センター局では、多数の同様の地震観測装置から送られてくる点的な揺れ情報を収集し、それらから面的な揺れ情報を作成する。このような面的な揺れ情報は、比較的容易に作成することができる。作成した面的揺れ情報は、ネットワークを介して、それぞれの地震観測装置にフィードバックされる。このようにして観測点での揺れ情報及び周辺の面的な揺れ情報も、データベース部に蓄積される。
【００２８】
一般に、観測点の揺れ情報のみからでは、観測点の地盤や建物、構造物などに起因する特徴的な揺れを切り分けることは困難である。しかし、観測点のみならず、その周辺の揺れ情報も一緒に対比した形で利用者に提供することで、観測点の地盤や建物、構造物などに起因する特徴的な揺れ情報を明確化できる。このような構成により、有感地震があるたびに、加速度センサの設置場所（観測点）の実際の揺れ情報が、その周辺の平均的な揺れ情報とともに比較できるようになり、地盤や建物、構造物などに起因する特徴的な揺れ情報を抽出することも可能となる。
【００２９】
なお、観測波形データは、データベース部において一定期間保存しておき、図２に示すように、センター局の要求に応じてセンター局に転送される。センター局では、即時的には上記の観測波形データ以外の揺れ情報を使って迅速に情報提供をするが、有感地震時の観測波形データも収集することにより、より詳細な解析を行い利用者にフィードバックすることが可能となる。
【００３０】
本発明に係る地震観測装置は、図７に示すように、ネットワークを介してセンター局と繋がり、ＬＡＮ等を介して多くの利用者の端末機器（ＰＣなど）と繋がっている。大地震などの際には、気象庁などのサーバにアクセスが集中して、地震情報や注意報・警報などをネットワークから入手することが困難となることが予想される。本地震観測装置は、日常的にセンター局のサーバと情報のやりとりをしているので、緊急時の情報伝達に、その情報交換ルートが活用できる。つまり、図７に示すように、センター局が、気象庁や自治体などから地震情報や津波注意報・警報などを迅速に入手して本地震観測装置に配信することにより、本地震観測装置の情報提供サーバ機能を介して多くの利用者に迅速かつ確実に提供可能になる。例えば、本地震観測装置に音声通報装置や警報表示装置などを取り付れば、音声や警報により注意報や警報などを知らせることができる。また、利用者のＰＣを本地震観測装置と常時接続しておけば、これらの情報や注意報、警報などを受信した時に、利用者のＰＣ上にそれを知らせることができる。
【００３１】
このようなシステムは、気象庁などのサーバに負担をかけることなく、多くの利用者に迅速にかつ確実に情報を提供することができるという点で優れている。また地震情報にかぎらず、様々な防災情報、注意報、警報などの情報配信ルートとしても活用可能である。本地震観測装置は情報提供サーバ機能を有することで、単なる計測装置にとどまらず、防災無線の代わりとなるような、防災情報提供装置としての活用も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置の基本構成図。
【図２】本発明に係る情報提供サーバ機能を有するネットワーク接続型地震観測装置の一実施例の機能説明図。
【図３】データ収録部における処理手順の説明図。
【図４】リサンプリング処理の状況を示す説明図。
【図５】揺れ情報を提供するシステム図。
【図６】揺れ情報を求める手順の説明図。
【図７】本発明に係る地震観測装置のネットワークへの接続状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１０  加速度センサ
１２  ＡＤ変換器
１４  データ収録部
１６  データ処理部
１８  データ送信部
２０  データ受信部
２２  データベース部
２４  情報提供サーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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