(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、前記地震の主要動の最大振幅を推定する方法において、
前記観測データから前記初期微動の最大振幅を導出する導出ステップと、
前記導出ステップで導出された前記初期微動の最大振幅の一次式により前記主要動の最大振幅を求めることができるものとして、当該主要動の最大振幅を推定する推定ステップと、
を有し、
前記一次式における前記初期微動の最大振幅の係数が、前記観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数の対数関数により算定されて設定されている、
地震の主要動の最大振幅を推定する方法。
【請求項２】
請求項１に記載された、地震の主要動の最大振幅を推定する方法であって、
前記観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数を、この地盤において観測された常時微動から推定して求めることで、前記一次式における前記初期微動の最大振幅の係数を設定する、
地震の主要動の最大振幅を推定する方法。
【請求項３】
単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、前記地震の主要動の最大振幅を推定することを、コンピュータに実現させるための最大振幅推定プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記観測データから前記初期微動の最大振幅を導出する導出機能と、
前記観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータ入力を受け付けて、入力された卓越振動周波数を所定の対数関数に代入した値を算定値として算定する卓越振動周波数処理機能と、
前記算定値を前記初期微動の最大振幅の係数とした当該初期微動の最大振幅の一次式により、前記主要動の最大振幅を求めることができるものとして、当該主要動の最大振幅を推定する推定機能と、
を含む機能を実現させる、
最大振幅推定プログラム。
【請求項４】
請求項３に記載された、最大振幅推定プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記観測点において３軸で地震観測を行う地震計が前記コンピュータに接続されている状態において、前記地震計の出力をリアルタイムで取得する取得機能と、
前記地震計が前記地震を検知した旨の出力をすることをトリガーとして始動され、前記地震計の出力から、前記地震の水平動の振動方向における振幅の現在値である水平動現在値と、前記地震の上下動における振幅の現在値である上下動現在値と、をそれぞれリアルタイムで繰り返し導出する現在値導出機能と、
前記現在値導出機能が始動されてから現時点に至るまでの時間範囲における前記地震計の出力を前記観測データとして、前記導出機能をリアルタイムで繰り返し機能させる繰り返し機能と、
前記現在値導出機能が始動されてから現時点に至るまでの時間範囲において当該現在値導出機能が繰り返し導出した前記各水平動現在値の累計値をリアルタイムで繰り返し導出する第１の累計値導出機能と、
前記現在値導出機能が始動されてから現時点に至るまでの時間範囲において当該現在値導出機能が繰り返し導出した前記各上下動現在値の累計値をリアルタイムで繰り返し導出する第２の累計値導出機能と、
現時点において前記第１の累計値導出機能が導出する前記水平動現在値の累計値が、現時点において前記第２の累計値導出機能が導出する前記上下動現在値の累計値よりも大きくなったときに前記繰り返し機能を停止させる停止機能と、
前記停止機能により前記繰り返し機能が停止された時点における前記初期微動の最大振幅に等しい振幅に基づいて推定された主要動の最大振幅を出力する出力機能と、
を含む機能を実現させる、
最大振幅推定プログラム。
【請求項５】
単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、前記地震の主要動の最大振幅を推定することを、コンピュータに実現させるための最大振幅推定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータに、
前記観測データから前記初期微動の最大振幅を導出する導出機能と、
前記観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータ入力を受け付けて、入力された卓越振動周波数を所定の対数関数に代入した値を算定値として算定する卓越振動周波数処理機能と、
前記算定値を前記初期微動の最大振幅の係数とした当該初期微動の最大振幅の一次式により、前記主要動の最大振幅を求めることができるものとして、当該主要動の最大振幅を推定する推定機能と、
を含む機能を実現させる、
最大振幅推定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて地震の主要動の最大振幅を推定する方法、ならびに、この方法を実現させるプログラムおよびこのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、強震動（被害を発生させる強い地震動）においては、比較的弱い揺れである初期微動が始まった後に、比較的強い揺れである主要動が始まる。このため、地震発生時に初期微動の始まりを検知して解析することで、発生した地震に関する情報を主要動が始まる前に得て、この情報に基づいてきたる主要動の警報を発する地震警報システムが従前より使用されている。この地震警報システムは、複数の観測点を用いることでより精度の高い警報を発する広域型の地震警報システムと、単一の観測点のみを用いることで精度を犠牲としながらもより早くに警報を発するオンサイト型の地震警報システムとの２種類に大別される。
【０００３】
なお、上記「発生した地震に関する情報」のうち、最も重要なものの１つには主要動の振幅がある。ここで、主要動の振幅は軟弱地盤の上でより大きくなる傾向があるため、局所的に軟弱地盤が存在すると推定される地域（例えば河川敷の周辺地域など）においては、その一地点の主要動の振幅を、その地点を観測点とした観測データから推定することが好ましい。
【０００４】
オンサイト型の地震警報システムにおいて主要動の振幅の情報を得る技術としては、例えば下記の特許文献１に示唆された技術が知られている。この技術では、１つの建物において観測された地震の初期微動の観測データから、この初期微動の最大振幅を導出し、この最大振幅の一次式により主要動の最大振幅を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５００９０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に示唆された技術では、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求めるための一次式を、上記観測点において観測された地震の５０回分の観測データを分析することで導出する。このため、上記特許文献１に示唆された技術では、主要動の振幅の情報を得るために、観測点における地震観測を、地震が５０回観測される比較的長い期間行う必要があった。
【０００７】
本発明は、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求める一次式の係数を、この係数と高い相関があるパラメータにより決定することで、上記一次式の係数を地震観測により求める必要をなくして、主要動の最大振幅の推定を簡単に始められるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる地震の主要動の最大振幅を推定する方法ならびに最大振幅推定プログラムおよび最大振幅推定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は以下の手段をとる。
【０００９】
まず、第１の発明は、単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、地震の主要動の最大振幅を推定する方法である。この方法は、上記観測データから初期微動の最大振幅を導出する導出ステップと、この導出ステップで導出された初期微動の最大振幅の一次式により主要動の最大振幅を求めることができるものとして、この主要動の最大振幅を推定する推定ステップとを有している。また、上記第１の発明においては、上記一次式における初期微動の最大振幅の係数が、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数の対数関数により算定されて設定されている。
【００１０】
本発明者は、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数（すなわち地盤の固有周波数）についての研究において、この卓越振動周波数の対数関数が、主要動の最大振幅と初期微動の最大振幅との振幅比に高い相関性で相関されること（図１３参照）を見出して本発明に至ったものである。すなわち、上記第１の発明によれば、事前に用意した観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータを用いることで、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求める一次式の係数を地震観測により求める必要をなくし、主要動の最大振幅の推定を簡単に始められるようにすることができる。
【００１１】
ついで、第２の発明は、上述した第１の発明において、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数を、この地盤において観測された常時微動から推定して求めることで、一次式における初期微動の最大振幅の係数を設定するものである。
【００１２】
地盤における卓越振動周波数を求める方法には、ボーリング調査などの地盤データ調査で得られた地盤データから算定する方法と、地震動または常時微動（地盤に常時作用している弱い振動）の観測データの分析結果から推定して求める方法とがある。ここで、上記第２の発明によれば、地盤に常時作用する常時微動から地盤における卓越振動周波数を推定して求めることで、地盤データ調査または地震観測などの時間のかかる作業を行う必要をなくして、主要動の最大振幅の推定を比較的短い時間で始められるようにすることができる。
【００１３】
さらに、第３の発明は、単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、地震の主要動の最大振幅を推定することを、コンピュータに実現させるための最大振幅推定プログラムである。この最大振幅推定プログラムは、コンピュータに、後述する導出機能と、卓越振動周波数処理機能と、推定機能とを含む機能を実現させる。ここで、導出機能は、上記観測データから上記初期微動の最大振幅を導出する機能である。また、卓越振動周波数処理機能は、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータ入力を受け付けて、入力された卓越振動周波数を所定の対数関数に代入した値を算定値として算定する機能である。また、推定機能は、上記算定値を初期微動の最大振幅の係数とした初期微動の最大振幅の一次式により、主要動の最大振幅を求めることができるものとして、この主要動の最大振幅を推定する機能である。
【００１４】
この第３の発明によれば、コンピュータは、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータ入力を受けることで、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求めることができる状態となる。これにより、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求める一次式の係数を地震観測により求める必要をなくし、主要動の最大振幅の推定を簡単に始められるようにすることができる。
【００１５】
さらに、第４の発明は、上述した第３の発明において、コンピュータに、後述する取得機能と、現在値導出機能と、繰り返し機能と、第１の累計値導出機能と、第２の累計値導出機能と、停止機能と、出力機能とを含む機能を実現させるものである。ここで、取得機能は、観測点において３軸で地震観測を行う地震計がコンピュータに接続されている状態において、地震計の出力をリアルタイムで取得する機能である。また、現在値導出機能は、地震計が地震を検知した旨の出力をすることをトリガーとして始動され、地震計の出力から、地震の水平動の振動方向における振幅の現在値である水平動現在値と、地震の上下動における振幅の現在値である上下動現在値と、をそれぞれリアルタイムで繰り返し導出する機能である。また、繰り返し機能は、上記現在値導出機能が始動されてから現時点に至るまでの時間範囲における地震計の出力を観測データとして、上記導出機能をリアルタイムで繰り返し機能させる機能である。また、第１の累計値導出機能は、上記現在値導出機能が始動されてから現時点に至るまでの時間範囲においてこの現在値導出機能が繰り返し導出した各水平動現在値の累計値をリアルタイムで繰り返し導出する機能である。また、第２の累計値導出機能は、上記現在値導出機能が始動されてから現時点に至るまでの時間範囲においてこの現在値導出機能が導出した上下動現在値の累計値をリアルタイムで繰り返し導出する機能である。また、停止機能は、現時点において上記第１の累計値導出機能が導出する水平動現在値の累計値が、現時点において上記第２の累計値導出機能が導出する上下動現在値の累計値よりも大きくなったときに上記繰り返し機能を停止させる機能である。また、出力機能は、上記停止機能により上記繰り返し機能が停止された時点における初期微動の最大振幅に等しい振幅に基づいて推定された主要動の最大振幅を出力する機能である。
【００１６】
地震は、図１に示すように、地盤９０の深い（例えば地下数［ｋｍ］〜数十［ｋｍ］程度の）領域に存在するアスペリティー９０Ａに蓄積されたエネルギーが地震波９１として解放される現象である。ここで、地震波９１は、到達した場所（例えば地表１０Ｂの観測点１０）に地震動を発生させる弾性波である。また、地盤９０は複数の層（例えば図１に示す層９０Ｂ、９０Ｃ、９０Ｄ）が上下に連なったものであり、これらの層は上側（図１では上側）に存在するものほど弾性波の伝播速度が遅くなるという性質を有している。このため、地盤９０中のアスペリティー９０Ａから地表１０Ｂの観測点１０に至る地震波９１の伝播経路９１Ａは、地表１０Ｂに近づくにつれて上側に向かって曲がった経路となる。
【００１７】
ところで、地震波９１は、弾性波の中で伝播速度が最も速く、到達した場所に初期微動を発生させるＰ波９１Ｂと、到達した場所に主要動を発生させるＳ波９１Ｃとを含む複数種類の弾性波を有してなるものである。ここで、Ｐ波９１Ｂは、地震波９１の伝播経路９１Ａに沿った方向の振動が伝播する弾性波であるため、地表１０Ｂに到達した際にはこの地表１０Ｂに上下動が卓越される初期微動を発生させる。また、Ｓ波９１Ｃは、その伝播経路９１Ａに対して垂直な方向の振動が伝播する弾性波であるため、地表１０Ｂに到達した際にはこの地表１０Ｂに水平動が卓越される主要動を発生させる。
【００１８】
ここで、上記第４の発明によれば、コンピュータは、地震計が地震を検知した際に、この地震の初期微動の最大振幅をリアルタイムで導出して主要動の最大振幅を推定することが可能となる。また、コンピュータは、地震の水平動の振動方向における振幅の累計値と地震の上下動の振動方向における振幅の累計値との比較により、地震動において初期微動の影響が卓越する時間範囲を特定して、この時間範囲における観測データから主要動の最大振幅を推定することができる。
【００１９】
さらに、第５の発明は、単一の観測点において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、地震の主要動の最大振幅を推定することを、コンピュータに実現させるための最大振幅推定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。上記最大振幅推定プログラムは、コンピュータに、後述する導出機能と、卓越振動周波数処理機能と、推定機能とを含む機能を実現させる。ここで、導出機能は、上記観測データから上記初期微動の最大振幅を導出する機能である。また、卓越振動周波数処理機能は、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータ入力を受け付けて、入力された卓越振動周波数を所定の対数関数に代入した値を算定値として算定する機能である。また、推定機能は、上記算定値を初期微動の最大振幅の係数とした初期微動の最大振幅の一次式により、主要動の最大振幅を求めることができるものとして、この主要動の最大振幅を推定する機能である。
【００２０】
この第５の発明によれば、コンピュータ読み取り可能な記録媒体から振動特性推定プログラムを読み取ったコンピュータは、観測点の周辺の地盤における卓越振動周波数のデータ入力を受けることで、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求めることができる状態となる。これにより、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求める一次式の係数を地震観測により求める必要をなくし、主要動の最大振幅の推定を簡単に始められるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】地震波の伝播経路を説明するための説明図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる地震の主要動の最大振幅を推定する方法を実現させるための概略構成を表した説明図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる地震の主要動の最大振幅を推定する方法を表したフローチャートである。
【図４】図３のサブルーチン１を表したフローチャートである。
【図５】図３のサブルーチン２を表したフローチャートである。
【図６】図３のサブルーチン３を表したフローチャートである。
【図７】初期微動継続時間を説明するためのグラフである。
【図８】地震動の継続時間を説明するためのグラフである。
【図９】初期微動の最大振幅と主要動の最大振幅との線形単回帰分析の結果の一例を表したグラフである。
【図１０】初期微動の最大振幅と主要動の最大振幅との線形単回帰分析の結果の一例を表したグラフである。
【図１１】初期微動の最大振幅と主要動の最大振幅との線形単回帰分析の結果の一例を表したグラフである。
【図１２】初期微動の最大振幅と主要動の最大振幅との線形単回帰分析の結果の一例を表したグラフである。
【図１３】回帰直線の傾きと卓越振動周波数との対数単回帰分析の結果の一例を表したグラフである。
【図１４】卓越振動周波数を導出する方法の一形態を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、図面を用いて、本発明の一実施形態にかかる地震の主要動の最大振幅を推定する方法について説明する。この地震の主要動の最大振幅を推定する方法は、平坦な地表１０Ｂ上における単一の観測点１０（図１参照）において観測された地震の初期微動の観測データを用いて、この地震の主要動の最大振幅をコンピュータ１１（図２参照）を用いて推定する方法である。
【００２３】
なお、本実施形態において、観測点１０周辺の地盤９０は、図１に示すように、アスペリティー９０Ａが存在しうる深さの層９０Ｄの上に、層９０Ｃと層９０Ｂとがこの順で重なった水平成層地盤に近似できることが、事前の調査によって判明されているものである。ここで、層９０Ｂにおける弾性波の速度（弾性波がせん断波の場合は例えば２００［ｍ／ｓ］）は、層９０Ｄにおける弾性波の速度（弾性波がせん断波の場合は例えば４０００［ｍ／ｓ］）と比して遅い。このため、層９０Ｄから層９０Ｃ、９０Ｂを通って観測点１０に至る地震波９１は、この地震波９１の起点となるアスペリティー９０Ａが層９０Ｄのどこにあるかによらず、観測点１０の真下からこの観測点１０に入射されるものとみなすことができる。
【００２４】
コンピュータ１１は、図２に示すように、具体的には例えばディスプレイ一体型ラップトップコンピュータである。このコンピュータ１１は、地震計１０Ａならびに常時微動受振器１０Ｄおよび記録媒体１１Ａ（具体的には例えばＵＳＢメモリー）が接続可能に構成されて、観測点１０内に設置されている。ここで、記録媒体１１Ａには、上記地震の主要動の最大振幅を推定する方法を実現させるための最大振幅推定プログラムが、コンピュータ読み取り可能に記録されている。この最大振幅推定プログラムは、地震の主要動の最大振幅を推定する手段としてコンピュータ１１を機能させることで、上記地震の主要動の最大振幅を推定する方法を実現させる。
【００２５】
また、記録媒体１１Ａには、観測点１０が位置される所定の地理的範囲に分布される複数の地点のそれぞれについて、過去に記録された地震のデータを複数格納した地震のデータベースが、上記最大振幅推定プログラムとは別にコンピュータ読み取り可能に記録されている。なお、本実施形態の記録媒体１１Ａには、記録媒体１１Ａをコンピュータ１１に接続したときに、上記最大振幅推定プログラムをコンピュータ１１が自動実行することを実現させるファイルが、上記最大振幅推定プログラムおよび上記地震のデータとは別に記録されている。
【００２６】
また、地震計１０Ａは、観測点１０に突設されたアンカーボルト１０Ｃに締結されて観測点１０に固着されているときに、地震計１０Ａが正しく設置されていると判定して、その旨を示す信号を出力するようになっている。また、地震計１０Ａは、この地震計１０Ａが正しく設置されていると判定しているときに、地震計１０Ａの設置場所における揺れを３軸で計測して、この揺れにおける上下動の加速度波形および水平動の２方向の加速度波形をそれぞれ求めるようになっている。さらに、地震計１０Ａは、計測した揺れが地震動であるか否かを判定して、地震動であると判定した場合には求めた各加速度波形に「地震動」のフラグを付して出力するようになっている。
【００２７】
また、常時微動受振器１０Ｄは、観測点１０内に移設可能に設置されて、コンピュータ１１に接続されると自動的にブート処理を開始するようになっている。また、常時微動受振器１０Ｄは、そのブート処理が終了すると常時微動受振器１０Ｄの設置場所における常時微動を常時３軸で計測して、この常時微動における上下動の速度波形および水平動の２方向の速度波形をそれぞれ求めるようになっている。さらに、常時微動受振器１０Ｄは、この常時微動受振器１０Ｄが接続されているコンピュータ１１からのリクエストを受信すると、求めた各速度波形をリアルタイムでコンピュータ１１に出力するようになっている。
【００２８】
ここで、上述した地震の主要動の最大振幅を推定する方法を技術者（図示せず）が実施しようとした場合にコンピュータ１１によって実行される一連の各ステップについて、主に図３ないし図６に示すフローチャートを用いて説明する。なお、以下においては、３軸で測定された地震動のデータを、この地震動における上下動の波形および水平動の波形に変換して求める３軸変換ステップなどの付随的なステップについて、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
技術者が、上記最大振幅推定プログラムにより上記地震の主要動の最大振幅を推定する方法を実施する場合、技術者は、まず常時微動受振器１０Ｄをコンピュータ１１に接続し、続いて記録媒体１１Ａ（図２参照）をコンピュータ１１に接続する。これに対し、コンピュータ１１は、記録媒体１１Ａに記録されている最大振幅推定プログラムを自動実行し、その処理を図３に示すステップＳ１０に進める。また、コンピュータ１１に接続された常時微動受振器１０Ｄは、自動的にブート処理を行い、コンピュータ１１からのリクエストがあるまでの間待機する。
【００３０】
ステップＳ１０において、コンピュータ１１は、図４に示すサブルーチン１の処理を実行して、その処理をステップＳ２０に進める。このサブルーチン１の処理は、後述するプログラムのブート処理（ステップＳ１１０）を含む、記録媒体１１Ａとコンピュータ１１とのみで実行可能な前処理である。このため、サブルーチン１の処理は、本明細書においては「第１のブート処理」とも称する。なお、上記第１のブート処理における具体的な処理は後述するものとし、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３１】
ステップＳ２０において、コンピュータ１１は、そのディスプレイに、正しく設置された状態の地震計１０Ａの接続を求める旨のメッセージを表示し、この地震計１０Ａが正しく設置された状態でコンピュータ１１に接続されるまでの間待機する。これに対し、技術者は、地震計１０Ａを観測点１０のアンカーボルト１０Ｃ（図２参照）に締結によって固定し、その後にコンピュータ１１と地震計１０Ａとを接続する作業を行う。ここで、コンピュータ１１は、地震計１０Ａがアンカーボルト１０Ｃに締結されているときに出力する、地震計１０Ａが正しく設置されている旨の出力を検知すると、その処理をステップＳ３０に進める。
【００３２】
ステップＳ３０において、コンピュータ１１は、図５に示すサブルーチン２の処理を実行して、その処理をステップＳ４０に進める。このサブルーチン２の処理は、後述する地震計１０Ａのブート処理（ステップＳ３１０）を含む、地震計１０Ａへの入出力により実行可能となる前処理である。このため、サブルーチン２の処理は、本明細書においては「第２のブート処理」とも称する。なお、上記第２のブート処理における具体的な処理は後述するものとし、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３３】
ステップＳ４０において、コンピュータ１１は、上述した「地震動」のフラグが付された加速度波形のデータ（本明細書においては「地震の観測データ」とも称する。）が、観測点１０の地震計１０Ａから入力されるまでの間待機する。ここで、コンピュータ１１は、上記地震の観測データが地震計１０Ａから出力されると、この出力をコンピュータ１１への入力として、その処理をステップＳ５０に進める。
【００３４】
ステップＳ５０において、コンピュータ１１は、図６に示すサブルーチン３の処理を実行する。このサブルーチン３の処理は、地震計１０Ａから地震の初期微動の観測データを取得してこの地震の主要動の最大振幅を推定し、この推定の結果を出力する処理であるが、その具体的な処理は後述するものとし、ここではその詳細な説明を省略する。なお、コンピュータ１１は、ステップＳ５０において実行されるサブルーチン３の処理を完了させると、上述した地震の主要動の最大振幅を推定する方法において実行される一連の各ステップを終了させる。
【００３５】
ここで、上述した第１のブート処理（サブルーチン１の処理）における具体的な処理の内容について説明する。サブルーチン１においては、図４に示すように、コンピュータ１１は、まず、その処理をステップＳ１１０に進める。
【００３６】
ステップＳ１１０において、コンピュータ１１は、後述する各ステップを実行するために必要となるプログラムのブート処理を行う。そして、コンピュータ１１は、その処理をステップＳ１２０に進める。
【００３７】
ステップＳ１２０において、コンピュータ１１は、上述した地震のデータベースに含まれる過去の地震のデータを全て取得して、その処理をステップＳ１３０に進める。ここで、上記地震のデータは、上述した各地点において過去に記録された各地震における３軸の応答加速度波形を、この各地震における初期微動の着震時刻ｘ３および主要動の着震時刻ｙ３（図７参照）と対応付けたデータを含むものである。また、上記各地点における地震のデータには、その地点の周辺の地盤における卓越振動周波数（すなわち地盤の固有周波数）のデータが含められている。本実施形態においては、上記「卓越振動周波数」のデータとして、地盤の１次固有周波数のデータが含められている。
【００３８】
ステップＳ１３０において、コンピュータ１１は、ステップＳ１２０においてデータが取得された全ての地点における地震のデータに対して、後述するステップＳ１４０からステップＳ１６０までの処理を１回ずつ行う繰り返し処理を実行する。なお、コンピュータ１１は、ステップＳ１３０において全ての地点における地震のデータについて処理を行うと、このステップＳ１３０の繰り返し処理を終了させてその処理をステップＳ１７０に進める。
【００３９】
ステップＳ１４０において、コンピュータ１１は、データの処理がまだ行われていない地点を１つ選択して、この地点における複数の地震のデータに基づいて、この各地震における初期微動の最大振幅ｘと主要動の最大振幅ｙとの線形単回帰分析を行う。そして、コンピュータ１１は、その処理をステップＳ１５０に進める。
【００４０】
上記線形単回帰分析においては、選択された地点において初期微動の最大振幅ｘから主要動の最大振幅ｙを推定することを可能とする一次式を表す回帰直線Ｙ１（図９参照）が導出される。この回帰直線Ｙ１は、図９ないし図１２に示すように、ステップＳ１４０においてどの地点が選択されるかによって種々に変化するものである。
【００４１】
なお、上記ステップＳ１４０の処理は、「地震の地震波は常に真下から入射され、主要動の最大振幅ｙは常に初期微動の最大振幅ｘよりも大きい」という前提の下で行うことができる。この場合、コンピュータ１１は、図７に示すように、地震における上下動の波形のうち、初期微動の着震時刻ｘ３から主要動の着震時刻ｙ３までの間の初期微動継続時間ｘ２における初期微動ｘ１の最大振幅を、初期微動の最大振幅ｘとして処理を行う。また、コンピュータ１１は、図８に示すように、水平動の２成分を合成した振動における振幅の大きさを表した波形のうち、初期微動ｘ１の継続時間および主要動ｙ１の継続時間の両方を含む地震動の継続時間ｙ２の全体における波形の最大振幅を、主要動の最大振幅ｙとして処理を行う。
【００４２】
ステップＳ１５０において、コンピュータ１１は、直前に実行されたステップＳ１４０において導出された回帰直線Ｙ１の傾き（以下、「回帰直線の傾きＹ」とも称する。）を抽出し、その処理をステップＳ１６０に進める。ここで、「回帰直線の傾き」とは、初期微動の最大振幅ｘおよび主要動の最大振幅ｙを用いて回帰直線Ｙ１の一次式を「ｙ＝ａ×ｘ＋ｂ」の形で表した場合における係数ａ（すなわち主要動の最大振幅ｙと初期微動の最大振幅ｘとの振幅比）のことをいう。
【００４３】
具体的には、例えば直前のステップＳ１４０においてＡ地点の回帰直線Ｙ１が導出された場合、図９に示すように、この回帰直線Ｙ１の一次式は「ｙ＝１３．９７２×ｘ−１２．６３５」の形で表されるので、回帰直線の傾きＹは１３．９７２となる。また、例えば直前のステップＳ１４０においてＤ地点の回帰直線Ｙ１が導出された場合、図１０に示すように、この回帰直線Ｙ１の一次式は「ｙ＝１１．１６１×ｘ＋３．４０３」の形で表されるので、回帰直線の傾きＹは１１．１６１となる。また、例えば直前のステップＳ１４０においてＫ地点の回帰直線Ｙ１が導出された場合、図１１に示すように、この回帰直線Ｙ１の一次式は「ｙ＝４．０９９×ｘ＋６．２７７」の形で表されるので、回帰直線の傾きＹは４．０９９となる。また、例えば直前のステップＳ１４０においてＬ地点の回帰直線Ｙ１が導出された場合、図１２に示すように、この回帰直線Ｙ１の一次式は「ｙ＝２．９０３×ｘ＋１１．２２４」の形で表されるので、回帰直線の傾きＹは２．９０３となる。
【００４４】
ステップＳ１６０において、コンピュータ１１は、直近に実行されたステップＳ１４０において選択された地点の周辺の地盤における卓越振動周波数Ｘを、ステップＳ１２０において取得したデータから抽出する。
【００４５】
ステップＳ１７０において、コンピュータ１１は、直前に実行されたステップＳ１４０の繰り返し処理において抽出された各地点の回帰直線の傾きＹおよび地盤の卓越振動周波数Ｘに基づいて、上記各地点における回帰直線の傾きＹと地盤の卓越振動周波数Ｘとの対数単回帰分析を行う。この対数単回帰分析においては、ある地点の地盤の卓越振動周波数Ｘからその地点における回帰直線の傾きＹを推定することを可能とする対数関数を表す回帰線Ｘ１（図１３参照）が導出される。そして、コンピュータ１１は、図４に示すサブルーチン１の処理を終了させる。
【００４６】
続いて、上述した第２のブート処理（サブルーチン２の処理）における具体的な処理の内容について説明する。サブルーチン２においては、図５に示すように、コンピュータ１１は、まず、その処理をステップＳ３１０に進める。
【００４７】
ステップＳ３１０において、コンピュータ１１は、後述する各ステップを実行するために必要となる地震計１０Ａのブート処理を行う。このブート処理には、コンピュータ１１が地震計１０Ａの出力を正しく処理できるようにする較正処理が含まれる。そして、コンピュータ１１は、その処理をステップＳ３２０に進める。
【００４８】
ステップＳ３２０において、コンピュータ１１は、このコンピュータ１１に接続されている常時微動受振器１０Ｄに向けてリクエストを送信する。そして、コンピュータ１１は、そのリクエストに対して常時微動受振器１０Ｄから出力される常時微動のデータを、所定の時間長さ分（例えば５分間分）だけ取得し、その処理をステップＳ３３０に進める。ここで、「常時微動受振器１０Ｄから出力される常時微動のデータ出力」とは、上述したリクエストに対して常時微動受振器１０Ｄがリアルタイムで出力する、観測点１０において計測された常時微動の各速度波形のことをいう。なお、コンピュータ１１は、ステップＳ３２０の実行中に地震が発生した（上述した地震動のフラグを付したデータを地震計１０Ａが出力した）場合には、地震計１０Ａが上記地震動のフラグを付したデータを出力しなくなるまでステップＳ３２０の処理を中断する。
【００４９】
ステップＳ３３０において、コンピュータ１１は、直前に実行されたステップＳ３２０において取得された常時微動のデータ出力から、観測点１０周辺の地盤９０における１次固有周波数を卓越振動周波数Ｘとして導出する。本実施形態においては、コンピュータ１１は、取得した常時微動のデータ出力から水平動のフーリエ振動スペクトルを求め、この水平動のフーリエ振動スペクトルから地盤９０の１次固有周波数を導出する。そして、コンピュータ１１は、その処理をステップＳ３４０に進める。
【００５０】
ステップＳ３４０において、コンピュータ１１は、直前に実行されたステップＳ３３０において導出された、観測点１０周辺の地盤９０における卓越振動周波数Ｘから、観測点１０周辺の地盤９０における回帰直線Ｙ１の一次式を導出する。具体的には、コンピュータ１１は、まず、上記卓越振動周波数Ｘのデータ入力を受け付ける状態となって、このデータ入力を実現させる。ついで、コンピュータ１１は、入力された上記卓越振動周波数Ｘを上述したステップＳ１７０において導出された回帰線Ｘ１（図１３参照）の対数関数に代入することで、回帰直線の傾きＹを算定する。そして、コンピュータ１１は、算定した回帰直線の傾きＹと前もって用意された所定の切片（本実施形態では０と設定される）とから、上記回帰直線Ｙ１の一次式を導出する。なお、コンピュータ１１は、上記ステップＳ３４０の処理を完了させると、図５に示すサブルーチン２の処理を終了させる。
【００５１】
ここで、ステップＳ３４０において算定される回帰直線の傾きＹは、本発明における「算定値」に相当し、ステップＳ３４０を実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「卓越振動周波数処理機能」に相当する。また、本実施形態においては、上記所定の切片は、上述したプログラムのブート処理（図４のステップＳ１１０）において、記録媒体１１Ａに記録された切片のデータをコンピュータ１１が取得することによって用意される。
【００５２】
続いて、上述したサブルーチン３における具体的な処理の内容について説明する。サブルーチン３においては、図６に示すように、コンピュータ１１は、まず、その処理をステップＳ５１０に進める。
【００５３】
ステップＳ５１０において、コンピュータ１１は、後述するステップＳ５２０からステップＳ５６０までの一連の処理をリアルタイムで繰り返し実行する。この一連の処理は、後述するステップＳ５６０において導出される、上下動現在値の累計値と水平動現在値の累計値とに対して、（上下動現在値の累計値）＜（水平動現在値の累計値）の関係が成立するまでの間繰り返し実行される。なお、コンピュータ１１は、上記の関係が成立すると、ステップＳ５１０の繰り返し処理をストップさせてその処理をステップＳ５７０に進める。
【００５４】
ステップＳ５２０において、コンピュータ１１は、地震動を計測した地震計１０Ａからのデータ出力である地震の観測データをリアルタイムで取得して、その処理をステップＳ５３０に進める。ここで、ステップＳ５２０を実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「取得機能」に相当する。
【００５５】
ステップＳ５３０において、コンピュータ１１は、直前に実行されたステップＳ５２０において取得された地震の観測データから、地震の水平動の振動方向における振幅の現在値（以下、「水平動現在値」とも称する。）をリアルタイムで導出する。また、コンピュータ１１は、上記地震の観測データから、地震の上下動における振幅の現在値（以下、「上下動現在値」とも称する。）をリアルタイムで導出する。そして、コンピュータ１１は、その処理をステップＳ５４０に進める。ここで、ステップＳ５３０は、本明細書においては「現在値導出ステップ」とも称する。なお、現在値導出ステップを含むサブルーチン３の処理は、上述もしたように、地震計１０Ａが地震を検知して地震の観測データを出力することをトリガーとして始動される。このため、ステップＳ５１０により上記現在値導出ステップを繰り返し実行することを実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「現在値導出機能」に相当する。
【００５６】
ステップＳ５４０において、コンピュータ１１は、ステップＳ５１０の繰り返し処理が始まってから現時点に至るまでの時間範囲における地震の観測データから、この地震の初期微動の最大振幅ｘをリアルタイムで導出する。そして、コンピュータ１１は、その処理をステップＳ５５０に進める。ここで、ステップＳ５４０は、本発明における「導出ステップ」に相当し、ステップＳ５４０を実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「導出機能」に相当する。また、ステップＳ５１０により上記導出ステップを繰り返し実行することを実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「繰り返し機能」に相当する。
【００５７】
ステップＳ５５０において、コンピュータ１１は、直前に実行されたステップＳ５４０で導出された地震の初期微動の最大振幅ｘを、ステップＳ３４０（図５参照）において導出された回帰直線Ｙ１の一次式に代入することで、上記地震における主要動の最大振幅ｙの推定値を求める。言いかえると、ステップＳ５５０において、コンピュータ１１は、上述した算定値を初期微動の最大振幅ｘの係数とした初期微動の最大振幅ｘの一次式により、主要動の最大振幅ｙを求めることができるものとして、この主要動の最大振幅ｙを推定する。ここで、上記算定値は、観測点１０周辺の地盤９０における卓越振動周波数Ｘの対数関数（回帰線Ｘ１の対数関数）により算定されて設定されているものである。すなわち、ステップＳ５５０を実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「推定機能」に相当する。
【００５８】
ステップＳ５６０において、コンピュータ１１は、ステップＳ５１０の繰り返し処理が始まってから現時点に至るまでの時間範囲において、上述したステップＳ５３０により導出された上下動現在値の累計値をリアルタイムで導出する。また、コンピュータ１１は、ステップＳ５１０の繰り返し処理が始まってから現時点に至るまでの時間範囲において、上述したステップＳ５３０により導出された水平動現在値の累計値をリアルタイムで導出する。
【００５９】
そして、コンピュータ１１は、導出した上下動現在値の累計値と水平動現在値の累計値とを比較して、（上下動現在値の累計値）≧（水平動現在値の累計値）となる場合はその処理をステップＳ５２０に戻す。また、コンピュータ１１は、上記比較において（上下動現在値の累計値）＜（水平動現在値の累計値）となる場合は、ステップＳ５１０の繰り返し処理をストップさせてその処理をステップＳ５７０に進める。ここで、ステップＳ５１０によりステップＳ５６０を繰り返し実行することを実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「第１の累計値導出機能」および「第２の累計値導出機能」に相当する。また、ステップＳ５６０において（上下動現在値の累計値）＜（水平動現在値の累計値）となったときにステップＳ５１０の繰り返し処理をストップさせるコンピュータ１１の機能は、本発明における「停止機能」に相当する。
【００６０】
ところで、地震は、上述もしたように、その初期微動においては上下動が卓越され、その主要動においては水平動が卓越されるという性質を有している。このため、上述した上下動現在値の累計値は地震の初期微動の影響を反映するパラメータとなり、上述した水平動現在値の累計値は地震の主要動の影響を反映するパラメータとなる。ここから、上述したステップＳ５１０の繰り返し処理をストップさせる条件は、「地震の初期微動の影響が地震の主要動の影響に対して卓越した状態から、地震の主要動の影響が地震の初期微動の影響に対して卓越した状態に切り替わること」と言いかえることができる。
【００６１】
ステップＳ５７０において、コンピュータ１１は、そのディスプレイに、直近に実行された推定ステップ（ステップＳ５５０）において初期微動の最大振幅ｘから求められた主要動の最大振幅ｙの推定値を出力する。そして、コンピュータ１１は、図６に示すサブルーチン３の処理を終了させる。ここで、ステップＳ５７０は、本明細書においては「出力ステップ」とも称する。
【００６２】
ところで、上述したステップＳ５１０の繰り返し処理においては、初期微動の最大振幅ｘは推定ステップの直前に実行されるステップＳ５４０においてのみ導出される。すなわち、直近に実行された推定ステップにおいて用いられる初期微動の最大振幅ｘは、上記停止機能により上記繰り返し機能が停止された時点における初期微動の最大振幅ｘと等しい。このため、上記出力ステップ（ステップＳ５７０）を実現させるコンピュータ１１の機能は、本発明における「出力機能」に相当する。
【００６３】
上述した最大振幅推定プログラムによれば、コンピュータ１１は、地震計１０Ａによる地震の検知の前に（すなわち事前に）観測点１０周辺の地盤９０における卓越振動周波数Ｘのデータを用意する。そして、コンピュータ１１は、事前に用意された卓越振動周波数Ｘのデータ入力を受けることで、初期微動の最大振幅ｘから主要動の最大振幅ｙを求めることができる状態となる。これにより、初期微動の最大振幅から主要動の最大振幅を求める一次式の係数を地震観測により求める必要をなくし、主要動の最大振幅の推定を簡単に始められるようにすることができる。
【００６４】
また、上記最大振幅推定プログラムによれば、コンピュータ１１は、地震計１０Ａが地震を検知した際に、この地震の初期微動の最大振幅ｘをリアルタイムで導出して主要動の最大振幅ｙを推定することが可能となる。
【００６５】
また、上記最大振幅推定プログラムによれば、コンピュータ１１は、地震の水平動の振動方向における振幅の累計値と地震の上下動の振動方向における振幅の累計値との比較により、地震動において初期微動の影響が卓越する時間範囲を特定することができる。そして、コンピュータ１１は、特定した時間範囲における地震の観測データから主要動の最大振幅ｙを推定することができる。
【００６６】
また、上記最大振幅推定プログラムによれば、コンピュータ１１は、地盤に常時作用する常時微動から地盤における卓越振動周波数Ｘを推定して求める。これにより、地盤データ調査または地震観測などの時間のかかる作業を行う必要をなくして、主要動の最大振幅ｙの推定を比較的短い時間（例えば常時微動の観測時間にデータ処理の時間を加えた時間）で始められるようにすることができる。
【００６７】
本発明は、フローチャートなどを用いて上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、以下のような各種の形態を実施することができる。
【００６８】
（１）本発明の主要動の最大振幅を推定する方法において、観測点周辺の地盤における卓越振動周波数Ｘは、観測点の地震計が計測した常時微動のデータから導出するものである必要はない。すなわち、例えば加速度波形の最大振幅が０．２［ｍ／ｓ2］以下となる弱小地震が、観測点において過去に複数観測されていた場合には、これらの弱小地震の観測データから観測点周辺の地盤における卓越振動周波数Ｘを求める方法を採用することができる。この場合において、技術者は、上記各弱小地震の加速度振幅を周波数領域のグラフとして１枚のグラフ用紙に重ね描きし（図１４参照）、各弱小地震のグラフにおいて共通される各極大値のうち振動周波数が最小となる極大値を目視で読み取って、この極大値の振動周波数を卓越振動周波数Ｘとしてコンピュータに入力する。また、技術者は、地盤データ調査の調査結果を解析することで卓越振動周波数Ｘを求め、求めた卓越振動周波数Ｘをコンピュータに入力することもできる。
【００６９】
（２）本発明の主要動の最大振幅を推定する方法において、各ステップの実行順は上述した実施形態の順序に限定されない。すなわち、例えば図６に示すサブルーチン３の処理ではステップＳ５１０の繰り返し処理に含まれる推定ステップを図６の出力ステップ（ステップＳ５７０）の直前に１回だけ実行されるようにするなど、各ステップの実行順を適宜変更することができる。
【００７０】
（３）本発明の主要動の最大振幅を推定する方法は、技術者が、記録媒体をコンピュータに接続して最大振幅推定プログラムを実行させることで、主要動の最大振幅を推定する方法に限定されない。すなわち、技術者は、最大振幅推定プログラムを、インターネットなどの記録媒体を用いない情報伝達手段を通じてコンピュータに読み込ませて実行させることができる。
【００７１】
（４）本発明においては、地震の初期微動における加速度波形の代わりに、この加速度波形とは異なる観測データである、地震の初期微動における速度波形を使用して地震の主要動の最大振幅を推定する手法を採用することができる。ここで、上記速度波形は、上記加速度波形と比べて、地震によって発生することが想定されにくい比較的高周波数のノイズの影響が少ないという性質がある。このため、上記速度波形を使用して地震の主要動の最大振幅を推定した場合には、上記加速度波形を使用して地震の主要動の最大振幅を推定した場合と比べて、この推定におけるノイズの影響を少なくすることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１０    観測点
１０Ａ  地震計
１０Ｂ  地表
１０Ｃ  アンカーボルト
１０Ｄ  常時微動受振器
１１    コンピュータ
１１Ａ  記録媒体
９０    地盤
９０Ａ  アスペリティー
９０Ｂ  層
９０Ｃ  層
９０Ｄ  層
９１    地震波
９１Ａ  伝播経路
９１Ｂ  Ｐ波
９１Ｃ  Ｓ波
ｘ      初期微動の最大振幅
ｘ１    初期微動
ｘ２    初期微動継続時間
ｘ３    初期微動の着震時刻
ｙ      主要動の最大振幅
ｙ１    主要動
ｙ２    地震動の継続時間
ｙ３    主要動の着震時刻
Ｘ      卓越振動周波数
Ｘ１    回帰線
Ｙ      回帰直線の傾き（算定値）
Ｙ１    回帰直線
【図１】
0006559578.tif 000002
【図２】
0006559578.tif 000003
【図３】
0006559578.tif 000004
【図４】
0006559578.tif 000005
【図５】
0006559578.tif 000006
【図６】
0006559578.tif 000007
【図７】
0006559578.tif 000008
【図８】
0006559578.tif 000009
【図９】
0006559578.tif 000010
【図１０】
0006559578.tif 000011
【図１１】
0006559578.tif 000012
【図１２】
0006559578.tif 000013
【図１３】
0006559578.tif 000014
【図１４】
0006559578.tif 000015