(57)【要約】【課題】地震が起きてから、迅速に各地の被害状況を求める。【解決手段】実時間計算装置は、地震防災施設３内に設けられる。多数の地震計２が検出した地震動はＡＤ変換器１５で変換され、地震被害シミュレータ４が有する実時間受信設備１３に送られる。実時間受信設備は地震計の各信号のタイミングを調整し、ＤＡ変換器１６でアナログ信号に復元する。アナログ信号を用いて地盤振動を計算した後、建築物の被害を実時間で建築物被害計算装置がシミュレート２１する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の地震計からのデータを用いて地震被害を計算する地震被害シミュレータを備えた地震被害の実時間計算装置において、前記地震計が検出した地震データをデジタル信号で入力しこの入力されたデータのタイミング調整する実時間受信設備と、この実時間受信設備が受信した地震データをＤＡ変換するＤＡ変換器を備えたことを特徴とする地震被害の実時間計算装置。
【請求項２】
計算対象建造物を含む地域の地盤データを有する地域データベースを有し、前記地震被害シミュレータはこの地域データベースを参照して多数の地震計のデータから計算対象建築物が設置された地点の地震動及び地震被害を実時間でシミュレートすることを特徴とする請求項１に記載の地震被害の実時間計算装置。
【請求項３】
各地域が有する建築物のデータを格納した建築物データベースを有し、前記地震被害シミュレータは、計算対象建築物が設置された地点の地震動の計算結果と建築物データを用いて、計算対象建築物物の挙動と被害状況を実時間で計算することを特徴とする請求項２に記載の地震被害の実時間計算装置。
【請求項４】
前記地震被害シミュレータは、計算対象建築物のシミュレーションにより得られた挙動と被害状況を、実時間で可視化する高速可視化装置を有することを特徴とする請求項２に記載の地震被害の実時間計算装置。
【請求項５】
外部入力に応じて加振するる振動台試験装置を備え、この振動台試験装置にシミュレーションで得られた計算対象建築物物の直下の地震動結果を入力して実時間で加振試験を実行可能としたことを特徴とする請求項２または３に記載の地震被害の実時間計算装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地震の被害を計算する装置に係り、特に実時間で地震被害を計算する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の地震計が観測したデータを地震情報として短時間で収集することが特開平１０−２５３７６５号公報に記載されている。この公報では、広範囲に高密度で配置した地震計から迅速にデータを収集するために、地震計を有する観測局を所定数ごとにグループ化し、各グループに対応させて受信局を設け、観測局と受信局をＩＳＤＮ回線で接続している。これにより、受信局の分散化を図り、受信局同士で受信したデータを送受信して、互いにデータを補完するようにしている。
【０００３】
また、予め調査して得られた地盤データや建築物の耐震性能に基づいて、想定される規模の地震被害をオフラインでシミュレーションし、想定被害地図を作成してインターネットを通じて公開するシステムが実用化されている。さらに、震動台を用いてモデル建築物の耐震性能を実験し、地震の大きさによる建築物の挙動をデータをデーターベース化することも試みられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−２５３７６５号公報に記載の地震観測システムでは、確かに多数の地震計の情報から地震の規模や各地の地震動の挙動そのものは迅速に把握できるものの、地震により実際にどれだけの被害が出ているかを迅速に把握することは困難である。つまり、岩盤や建造物の強度等に大きく依存する地震被害については、十分考慮されていなかった。
【０００５】
また、地震被害のシミュレーションや振動台を用いた振動被害データベースの構築では、データベースを単体で機能させているに過ぎず、データーベースを相互に利用することについては、配慮されていない。つまり、過去の地震から想定され地震波を推定してシミュレーションや実験をしているだけであり、実際に起きた地震でどのような被害状況が生じるかを実時間で計算することまでは考慮されていない。
【０００６】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、地震が起きてから迅速に各地の被害状況を求めることにある。本発明の他の目的は、シミュレーションを併用しながら地震の被害状況を把握できるようにすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴は、多数の地震計からのデータを用いて地震被害を計算する地震被害シミュレータを備えた地震被害の実時間計算装置において、地震計が検出した地震データをデジタル信号で入力しこの入力されたデータのタイミング調整する実時間受信設備と、この実時間受信設備が受信した地震データをＤＡ変換するＤＡ変換器を備えたものである。
【０００８】
そしてこの特徴において、計算対象建造物を含む地域の地盤データを有する地域データベースを有し、地震被害シミュレータはこの地域データベースを参照して多数の地震計のデータから計算対象建築物が設置された地点の地震動及び地震被害を実時間でシミュレートするのが望ましい。
【０００９】
また、各地域が有する建築物のデータを格納した建築物データベースを有し、地震被害シミュレータは、計算対象建築物が設置された地点の地震動の計算結果と建築物データを用いて、計算対象建築物物の挙動と被害状況を実時間で計算するのが好ましく、地震被害シミュレータは、計算対象建築物のシミュレーションにより得られた挙動と被害状況を、実時間で可視化する高速可視化装置を有するものでもよく、外部入力に応じて加振するる振動台試験装置を備え、この振動台試験装置にシミュレーションで得られた計算対象建築物物の直下の地震動結果を入力して実時間で加振試験を実行可能とするのが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係る地震被害の実時間計算装置の系統図である。実際に起きた地震による地盤震動を観測する計測施設１内には、地震計が２備えられている。地震計２が計測した地盤震動は、実時間送信設備１２を用いて地震被害シミュレータ４に迅速に送られる。その際、実時間送信設備１２が送信した情報は、先ず実時間受信設備１３に送られ、その後、地震被害シミュレータ４に送られる。
【００１１】
地震被害シミュレータは４、地震防災施設３内に設置されている。この地震被害シミュレータ４には、高速可視化装置２２、建築物被害計算装置２１、地盤振動計算装置２０を有している。地震被害シミュレータ４が計算した地震被害の予測を含む状況は、インターネット用のｗｗｗサーバ９からインタネット１０を介して公衆の利用者１１に提供される。地震被害シミュレータ４及びインターネットのｗｗｗサーバ９、実時間受信設備１３は、防災施設３に備えられる。
【００１２】
なお、地震被害シミュレータ４は、各種データベースに接続されている。このデータベースとしては、各地域毎に地盤７や現存するビル６、耐震家屋、土木構造物等のデータをまとめた地域データベース５や、振動台８ａと加振機８ｂを用いて実験した結果をまとめた振動実験データベース８がある。
【００１３】
地震被害シミュレータ４の詳細を、図２に示す。地震計２を設置した各計測施設１、１、…では、地震計２が検出した信号をＡＤ変換器１５でＡＤ変換して実時間送信設備１２に送り、実時間送信設備１２は、デジタル信号を地震防災施設３の実時間受信設備１３に送る。実時間受信設備１３は受信したデジタル信号をＤＡ変換器１６でＤＡ変換し、地盤震動計算装置２０に送る。
【００１４】
地盤震動計算装置２０には、地盤データベース７が接続されている。地盤震動計算装置２０は、計測施設１で観測された地震動がＤＡ変換器１６で再現されているので、この地震波形を外力として地盤データベース７を参照しながら、加振実験する。この実験結果をＤＡ変換器１６によりＤＡ変換し、次の演算に使用できるよう準備する。準備されたアナログ信号は、建築物被害計算装置２１に送られる。建築物被害計算装置２１は、自身に接続された建築物データベース６および震動実験データベース８を参照して、アナログ信号を用いて建築物の被害を演算する。
【００１５】
ここで、地盤震動計算装置２０と建築物被害計算装置２１は、高速な実時間計算ができると共に、実時間で入力される多チャンネルアナログデータの処理を実時間で処理できる装置である。この例としては、特開平０５−２０４４０９号公報に記載されたリアルタイムコントローラがある。
【００１６】
次に、このように構成した地震被害の実時間計算装置の動作について説明する。
地震が発生すると、各地に設置された計測施設１内の地震計２が、地震計２設置地点での地盤震動を計測する。計測された地盤震動の情報は、ＡＤ変換器１５によりデジタルデータ化される。そして実時間送信設備１２を介して地域の防災拠点である地震防災施設３に送られる。地震防災施設３の実時間受信設備１３が、計測施設１での地盤震動であるアナログ信号に変換する。
【００１７】
変換されたアナログ信号は、地盤震動計算装置２０に実時間伝送される。その際、計測施設１内のＡＤ変換器１５による時間遅れと、高速実時間通信端末１２ａを経て地震防災施設３内の地盤震動計算装置２０までの距離に起因する時間遅れは、予め計測されたデータに基づいて地盤震動計算装置２０内で調整する。つまり、地震防災施設３に送られた各地の地盤震動データは同時にアナログ信号として与えられ、通信遅れを考慮して全て同じタイミングに調整される。
【００１８】
地盤震動計算装置２０は、計測位置が既知の複数の地点における地盤震動を同時に入手する。地盤震動データと地盤データベース７のデータを用いて、目標建築物のある地点での地盤震動を計算する。実時間で計算された目標建築物地点での地盤震動をアナログデータとして、建築物被害計算装置２１に送る。
【００１９】
建築物被害計算装置２１は、目標建築物の耐震データが格納された建築物データベース６と震動実験データベース８を参照して、実地震波に基づく建築物直下のゆれデータを用いて被害状況を計算する。計算された建築物の被害状況は、高速可視化装置２２に送られ、被害状況と建物のゆれ状態が実時間で表示される。
【００２０】
ところでこれまでは地震計２が計測した地震波は、震源３０と地震の大きさであるマグニチュード等を特定するために用いられてきた。しかし本実施例においては、震源やマグニチュード等の震源でのデータは、図示しない従来の手段で求めることとしている。その上、各地点で測定されたデータに基づいて、予め定めた建築物に加わるゆれを実時間で計算して被害状況を実時間で計算し、それにより例えば交通の要衝の被害状況を早期に把握して地震による災害を低減することに寄与しようとしている。これは、従来のゆれ情報が各地点でのデータをデジタル化して異なる伝達経路で地震防災施設に送っていたため、実時間での処理を困難にしていたという不具合を回避するものである。
【００２１】
シミュレータにデータを入力する際に使用される一般的なデジタル入力では、ネットワークを含めてシリアル通信が用いられている。そのため、２箇所のデータを同時にシミュレータに入力することができない。全てのデータを直列に読み終えてからシミュレーションを実行している。本実施例によれば、地盤振動情報を高速な実時間通信設備を介して減衰と雑音の少ないデジタル信号で地震防災施設まで送り、地盤震動計算装置２０の前段でアナログ信号に変換している。その結果、多チャンネル同時サンプリング可能なＡＤ変換器を介してシミュレータに同時多地点のゆれデータを供給できる。
【００２２】
実際に地震を観測したときの信号の流れを、図３および図４を用いて説明する。図３は、地震観測の模式図である。地下を震源とする地震が発生した場合、各地点の地盤構成に応じたゆれが周辺に伝達される。Ａ地点及びＢ地点で測定され、地震防災施設３に送られてきた地震波の一例を、図４に示す。Ｂ地点は、Ａ地点より震源３０から離れた位置にある。この図４において、Ｂ地点の地震波にはＡ地点の地震波に比べて時間遅れがある。この時間遅れの中には地震波伝送経路による遅れも含まれている。そこでこの遅れをキャンセルするために、平常時に、時刻を定めて同時に各計測施設１、１、…から信号を出力し、地震防災施設３が観測した各信号に含まれる時間遅れを予め測定しておく。これにより、伝送系での遅れをキャンセルすることができる。
【００２３】
予め求めた伝送系に含まれる時間遅れ分をデータから差し引いて得られた信号に基づいて、地盤振動計算装置２０は目標地点の振動を計算する。目標地点は、各地震防災施設３の管轄内で重要な建築物や代表的な住宅地域、交通の要となる高架橋など、地震被害の大きさを代表的に判断可能な地点を選択するのがよい。また、微小地震などのデータに基づいて、地盤データを更新してもよい。特に地盤の弱い地域を、代表的な地盤振動計算地点として選択するのが望ましい。このような種々の観点から選択された複数の計算地点の地盤震動を、実時間で計算する。計算された地点の一例としてＣ点での予測地盤震動データを、図４に示す。計算に用いた地点の地盤震動の最大加速度や標準家屋による震度なども同時に計算し、高速可視化装置２２に送れば地域内の地震による影響を実時間で利用者１１に提供できる。また、図４に示されたＣ地点での地震波を、図５に示す震動台５２の入力に用いて実時間で震動実験し、震動台５２上に設置された供試体５３の挙動を観察して、シミュレーションによる地震の予測被害状況を実際の地震で実時間に検証することもできる。
【００２４】
震動台５２を用いた震動実験では、通常地震波を入力して供試体５３の挙動を観察する。本実施例においても、実際に地震が発生した時点で観察する地点の地盤震動波形が、アナログデータとして地盤震動計算装置２０から出力される。これにより、実際の地震波を用いた実験が可能になり、建築物被害計算装置２１を用いるだけで、実際の地震による被害を精度よく予測計算できる。
【００２５】
この実験を大規模な地震だけでなく、実際に起こる多数の小規模地震にも適用して実験データを集積すれば、地域の地盤の特徴が徐々に地震被害シミュレータ４に蓄積され、大規模地震の際の被害低減に貢献できる。また、データを多数集積することにより、被害計算の精度を向上できる。
【００２６】
建築物の被害計算装置２１が計算した建築物の挙動データは、高速可視化装置２２に送られる。高速可視化装置２２は、建物の状態をあたかもその場で見ているような画像を提供する。このデータは、ｗｗｗサーバ９とインターネット１０を介して、全世界に配信される。その結果、利用者１１は、実時間で被害推定状況を見ることができる。この被害推定状況に基づいて救助活動プランを迅速にに作成でき、火災等による二次災害などへの早期対応が可能となる。
【００２７】
本実施例によれば、全国に複数地震防災施設３を設け、各地震防災施設３が地盤震動計算装置２０と建築物被害計算装置２１と建築物データベース６と地盤データベースの情報を交換するようにしたので、シミュレータから得られた予測被害と実被害の誤差を少なくすることができる。また、実時間で計算した被害状況に基づいてガスや電気などの遮断および電車の停止など、ライフラインの情報網と接続することにより地震による二次災害や被害の拡大を防止できる。
【００２８】
以上記載の実施例によれば、代表する建築物や交通の要となる高架橋などに加わる地盤震動を、実時間で計測した多数の地震計のデータから実時間で算出できる。これにより、地震発生と同時に実地震波に基づいて地震被害をシミュレーションできる。特に、目標建築物の挙動をその建築物の直下の地盤構造に基づいてシミュレーションできる。この結果をインターネット配信すれば、どこからも地震の被害状況を地震発生直後に把握できる。
【００２９】
なお、各地に配置した地震計の測定データを、同一タイミングで取り扱えるようにするため、各データの時間軸を合わせている。従来は、この時間軸合わせに編集作業を必要としていたが、上記実施例では全ての観測点でのデータを同一時間軸でシミュレータに同時入力するから、編集作業を必要としない。また、実時間処理コンピュータにより、実時間の地盤震動や建築物の被害をシミュレーションするので、刻々と変化する被害を、実時間で予測できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、地震被害を実時間で計算可能な計算装置を用いたので、実時間で計測された複数の地震計のデータから建築物等の地震被害を迅速に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地震被害の実時間計算装置の一実施例の系統図。
【図２】地震被害シミュレータの系統図。
【図３】計測点と評価点を説明する図。
【図４】計測点と評価点における地震波の実測値及び予測値の一例を示す図。
【図５】本発明に係る地震被害の実時間計算装置の他の実施例の系統図。
【符号の説明】
１：計測施設、２：地震計、３：地震防災施設、４：地震被害シミュレータ、５：地域データベース、６：建築物データベース、７：地盤データベース、８：震動実験データベース、９：ＷＷＷサーバ、１０：インターネット、１１：利用者、１２：実時間送信設備、１３：実時間受信設備、１５：ＡＤ変換器、１６：ＤＡ変換器、２０：地盤震動の計算装置、２１：建築物被害の計算装置、２２：高速可視化装置、３０：震源、３１：建築物、３２：土木建築物、３３：地盤構造、４０：Ａ地点地震波、４１：Ｂ地点地震波、４２：Ｃ地点地震波、５０：地震防災実験施設、５１：震動台制御装置、５２：震動台、５３：供試体。
【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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