(57)【要約】【課題】地震動に対して十分振動を抑制できるアクティブ制振システムを提供すること。【解決手段】地震発生に際して前記地震の到達する所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段４１と、前記到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段４３と、前記地震発生に基づいて作成されたリアルタイム地震情報に基づいて推定された前記地点に前記地震が到達すると推定された時刻に前記打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震発生に際して前記地震の到達する所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段と、
前記到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段と、
前記地震発生に基づいて作成されたリアルタイム地震情報に基づいて推定された前記地点に前記地震が到達すると推定された時刻に前記打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑えることを特徴とする制振システム。
【請求項２】
地震発生に際して作成されたリアルタイム地震情報を受信するリアルタイム地震情報受信手段と、
前記地震発生の地震波形を取得する地震波形取得手段と、
この地震波形取得手段により取得した地震波形から所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段と、
この到達地震波形推定手段により推定された到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段と、
前記リアルタイム地震情報受信手段により受信したリアルタイム地震情報に基づいて前記地点に地震が到達する時刻を推定する地震到達時刻推定手段と、
この地震到達時刻推定手段により推定された時刻に前記打消し波形算出手段により算出された打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑えることを特徴とする制振システム。
【請求項３】
前記地震波形取得手段は、前記地震発生を検知した地震観測装置を検索しこの地震観測装置により検知された地震波形に基づいて前記到達地震波形を推定することを特徴とする請求項２記載の制振システム。
【請求項４】
前記地震波形取得手段は、前記リアルタイム地震情報受信手段により受信されたリアルタイム地震情報に含まれる情報に基づいて前記到達地震波形を推定することを特徴とする請求項２記載の制振システム。
【請求項５】
前記地点での地震を検知する地震観測装置と、この地震観測装置から加速度を検知する加速度検知手段と、前記アクチュエータに前記打消し波形を加える時点を所定時間早めるアクチュエータ先行制御手段を更に有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１記載の制振システム。
【請求項６】
地震発生に際して作成されたリアルタイム地震情報を受信するリアルタイム地震情報受信手段と、
前記地震発生の地震波形を取得する地震波形取得手段と、
この地震波形取得手段により取得した地震波形から所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段と、
この到達地震波形推定手段により推定された到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段と、
前記リアルタイム地震情報受信手段により受信したリアルタイム地震情報に基づいて前記地点に地震が到達する時刻を推定する地震到達時刻推定手段と、
前記リアルタイム地震情報受信手段により受信したリアルタイム地震情報に基づいて前記地点に地震が到達する震度を推定する地震震度推定手段と、
この地震震度推定手段により推定された震度が一定以上の大きさであるとき、前記地震到達時刻推定による推定された地震到達推定時刻を知らせる地震警告手段と、
前記地震到達時刻推定手段により推定された時刻に前記打消し波形算出手段により算出された打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑えることを特徴とする制振システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物や工作物が地震動により被害を受けることを防ぐアクティブ型の制振システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震による構造物などの振動を防ぐいわゆる免震構造物が知られている。従来の免震構造物は、地震動を構造物に伝えにくい構造とすることにより、実際に設置される地面の振動を受動的に軽減するものが多かった。
【０００３】
例えば免震床であれば、地震動の加速エネルギーが床を支持する構造を直接伝達しないように、複数層のゴムや鉄板の層を設けた支持材により加速エネルギーの軽減をを図ったり、構造物の上部に流体を配置し地震動の共振点をずらして、構造物の揺れを軽減している程度である。
【０００４】
また、既に電車などに採用されているサスペンションのように、サスペンションに配置した加速度でセンサにより振動を捉え、振動を吸収する動きをする機能をサスペンションに持たせたアクティブ制振装置が知られている（特許文献１参照）。しかし、この従来のアクティブサスペンションは実際に地震が来てからセンサが加速度を検出したことによる制御信号を用いるので、サスペンションが動作するまでに遅延が生じてその制御が遅れる時間の振動移動量分は抑制できないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
・特開２０００−２２０３１６号公報（段落［００３６］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来のアクティブ制振装置では、実際に地震動が来たときから地震動の検知及び制御を行うため十分振動を抑制することができなかった。そこで、本発明の目的は、地震動に対して十分振動を抑制できるアクティブ制振システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、地震発生に際して前記地震の到達する所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段と、前記到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段と、前記地震発生に基づいて作成されたリアルタイム地震情報に基づいて推定された前記地点に前記地震が到達すると推定された時刻に前記打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑えることを特徴とする制振システムを提供する。
【０００８】
本発明の請求項２によれば、地震発生に際して作成されたリアルタイム地震情報を受信するリアルタイム地震情報受信手段と、前記地震発生の地震波形を取得する地震波形取得手段と、この地震波形取得手段により取得した地震波形から所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段と、この到達地震波形推定手段により推定された到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段と、前記リアルタイム地震情報受信手段により受信したリアルタイム地震情報に基づいて前記地点に地震が到達する時刻を推定する地震到達時刻推定手段と、この地震到達時刻推定手段により推定された時刻に前記打消し波形算出手段により算出された打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑えることを特徴とする制振システムを提供する。
【０００９】
本発明の請求項６によれば、地震発生に際して作成されたリアルタイム地震情報を受信するリアルタイム地震情報受信手段と、前記地震発生の地震波形を取得する地震波形取得手段と、この地震波形取得手段により取得した地震波形から所定の地点における到達地震波形を推定する到達地震波形推定手段と、この到達地震波形推定手段により推定された到達地震波形を打ち消す波形を算出する打消し波形算出手段と、前記リアルタイム地震情報受信手段により受信したリアルタイム地震情報に基づいて前記地点に地震が到達する時刻を推定する地震到達時刻推定手段と、前記リアルタイム地震情報受信手段により受信したリアルタイム地震情報に基づいて前記地点に地震が到達する震度を推定する地震震度推定手段と、この地震震度推定手段により推定された震度が一定以上の大きさであるとき、前記地震到達時刻推定による推定された地震到達推定時刻を知らせる地震警告手段と、前記地震到達時刻推定手段により推定された時刻に前記打消し波形算出手段により算出された打消し波形をアクチュエータに加えて、制振対象物の振動を抑えることを特徴とする制振システムを提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、地震の免震を行うに際してリアルタイム地震情報を利用する。このリアルタイム地震情報システムは、独立行政法人防災科学技術研究所が全国的に展開・推進する高感度地震観測網（Ｈｉ−Ｎｅｔ）を用いて地震の到達時刻や規模を予め知ることができる情報を提供を提供できるシステムである。
【００１１】
地震波は地中を伝播して広がっていくがこの地震波にはＰ波とＳ波の２種類がある。Ｓ波は遅く伝播するが地震被害の原因となる横揺れの波（主要動）であり、Ｐ波はＳ波より早く伝播するが振動の大きさはＳ波より小さい縦揺れの波（初動）である。上記防災科学技術研究所ではＰ波の到達時刻やＰ波が未だ到達していない地点におけるデータを利用して、即時に震源を決定する手法を開発している。この情報により震源から離れるほど余裕を持って地震の主要動（Ｓ波）が到達する前に、これから来る地震の時刻や規模を知ることができる。本発明ではリアルタイム地震情報を発展させ、Ｐ波の情報の活用の他にＳ波の情報を有効に活用して地震による建築物などの振動抑制の制御を行う。
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に、本発明一実施形態のアクティブ制振システムの構成を示す。このアクティブ制振システム１０は、地震の発生を検知するために各地域に分散して設けられた地震観測装置（センサ）１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、これらの地震観測装置から取得した地震情報を伝送する地震観測ネットワーク１２と、このネットワークを介して得られた地震情報を受信して地震振動などの解析を行う地震解析センター１３と、この地震解析センター１３で解析して得られた地震情報をリアルタイム地震情報として発信するリアルタイム地震情報発信装置１４と、このリアルタイム地震情報発信装置１４から発信されたリアルタイム地震情報を伝送する地震情報配信ネットワーク１５と、各地に設置され、上記地震情報配信ネットワーク１５により配信されるリアルタイム地震情報を受信しその位置における震度を推定し、地震波形を推定し打消し波形を算出する地震制御報知装置１６と、この地震制御報知装置１６で予測し作成された打消し信号を受けて実際にアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置１７と、制振対象建築物１８とから成る。アクチュエータ制御装置１７により制振制御される対象は制振対象工作物１９であることもある。
【００１３】
なお、上記地震観測ネットワーク１２と地震情報配信ネットワーク１５は同じネットワーク、例えばインターネットである場合もあり、また上記制振対象建築物１８と制振対象工作物１９を併せて述べるときは、制振対象物という。また、地震観測装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、地震解析センター１３、地震制御報知装置１６等の各セクション間においては、正確に時刻を合わせることが不可欠であって、図１に矢印で示した標準時刻信号により時刻合わせが行われる。
【００１４】
上記地震解析センター１３は、図２に示すように、地震観測装置からの地震情報を受信し地震発生を検知する地震発生検出部２１と、この地震発生検出発生部２１において受信した地震波形を収集する地震波形収集部２２と、地震発生検出部２１及び地震波形収集部２２からの情報を受け地震情報を解析する地震情報解析部２３と、この地震情報解析部２３が地震の解析を行うときに過去の地震波形を参照するための地震波形データファイル２４と、同様に地震情報解析部２３が地震のあった位置を特定するときに参照する計測位置データファイル２５とから成る。
【００１５】
上記地震制御報知部１６及びアクチュエータ制御装置１７は、詳しくは図３に示すようになる。
【００１６】
地震制御報知部１６は、リアルタイム地震情報を受信するリアルタイム地震情報受信部３１と、リアルタイム地震情報から震源位置を検出する震源位置検出部３２と震源方向推定部３３と震源距離算出部３４とを有する。震源方向推定部３３と震源距離算出部３４は位置データファイル３５を参照して各々、震源方向及び震源からの距離を推定する。
【００１７】
震源方向推定部３３の出力から地震観測装置を特定し、その地点における地震波形を地震情報配信ネットワーク１５を介して採り到達地点の地震波形を推定し打消し波形を算出するため、地震制御報知部１６は、観測装置検索選定部３７、震源地震波形検出部３８、観測装置距離算出部３９、地震波形収録部４０、到達地震波形推定部４１及び打消し波形算出部４３を備えている。
【００１８】
一方、震源距離算出部３４の出力から、地震到達時刻を推定し、震度を推定し警告を行うために、地震制御報知部１６は、地震到達時刻推定部４５、震度推定部４６、地質データファイル４７、警告処理部４８及びディスプレィ４９を備えている。
【００１９】
一方、アクチュエータ制御装置１７は、図３に示すように、上記地震制御報知部１６内の地震到達時刻推定部４５出力の推定された地震到達時刻から制振対象物の制御開始時刻を決める制御開始時刻決定部５１と、打消し波形算出部４３の出力から地震による最大移動量を算出する最大移動量算出部５２と、この最大移動量算出部５２の出力に基づいてアクチュエータの始動点を算出するアクチュエータ始動点算出部５３と、このアクチュエータ始動点算出部５３の出力及び上記打消し波形算出部４３出力の打消し波形、及び前記制御開始時刻決定部５１出力に基づいて実際にアクチュエータ制御信号出力部５４とから成る。
【００２０】
次にこのアクティブ制振システムの動作を、図４に示すフローチャートにしたがって説明する。地震観測装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃは図５に示すＡ，Ｂ，Ｃ点に設置されているものとする。各地震観測装置はステップＳ４０１で、地震を検知したか常時監視する。今地点Ｅで地震が発生したとすると、この地点Ｅに最も近いＡ地点に設けられている地震観測装置１１ａで地震を検知する。地震を検知した地震観測装置１１ａはその地震波形などの情報を、検知した時刻と共に、地震観測ネットワーク１２を介して地震解析センターに送信する。
【００２１】
地震解析センター１３の地震発生検出部２１にてまずその地震情報を受け取り、地震波形は地震波形収集部２２に送り、その後地震情報解析部２３で地震観測装置１１ａで検知した地震の解析を行い、震源Ｅに地点とその発生時刻、地震の大きさを検出する（ステップＳ４０２）。作成された情報はリアルタイム地震情報として、ステップＳ４０３において、リアルタイム地震情報発信装置１４から地震情報配信ネットワーク１５を介して各地に設けられている地震制御報知装置１６に送信される。
【００２２】
上記送信されたリアルタイム地震情報は、図３に示すように地震制御報知装置１６のリアルタイム地震情報受信部３１において受信される（ステップＳ４０４）。この後ステップＳ４０５では、図６（ａ）に示すように、発生地点における地震波形が推定され（ステップＳ４０５）、ステップＳ４０６では、図６（ｂ）に示すように到達地点における地震波形を推定する。
【００２３】
なお、図６（ｂ）における地震が到達するまでの遅延時間（Ｔ）は、後述するステップＳ４０９で、地震到達時刻推定部４５においてなされる。
【００２４】
次のステップＳ４０７では、上記推定された地震波形に対して図６（ｃ）に示すような打消し波形を作成する。
【００２５】
この処理を図３に示す構成により更に具体的に説明する。震源方向推定部３３の出力は観測装置検索選定部３７に入りここで、発生した地震を実際に観測した地震観測装置を検索し選定する。この観測装置検索選定部３７において選定された地震観測装置の情報は震源地震波形検出部３８に入力され、ここでは、リアルタイム地震情報に含まれる地震波形データファイル２４の情報から震源における地震波形を検出する。観測装置距離算出装置３９では、観測装置検索選定部３７で選定された地震観測装置からの距離が算出され、この選定された地震観測装置における地震波形が地震波形収録部４０に収録される。
【００２６】
この地震波形収録部４０に収録された地震波形から、到達地震波形推定部４１において、この地震制御報知装置１６が設置されている地域において生じると見られる地震波形が作成される。このとき、到達地震波形推定部４１は距離減衰データファイル４２に記憶されている地震波形の減衰データを参照する。
【００２７】
到達地震波形推定部４１において作成された地震波形は打消し波形算出部４３に入力され、打消し波形が算出される。
【００２８】
一方、ステップＳ４０８では、震源距離算出部３４において震源からの距離が算出され、次のステップＳ４０９では、地震到達時刻推定部４５において、地震の到達時刻が推定される。この推定された時刻から上記打消し波形に基づいて油圧式アクチュエータが制御される（ステップＳ４１０）。
【００２９】
アクチュエータの制御はさらに具体的には、図３に示すアクチュエータ制御装置１７によりなされる。即ち、打消し波形算出部４３の出力から最大移動量算出部５２で最大移動量が算出され、次のアクチュエータ始動点算出部５３ではアクチュエータが最大制御量を超えないように適正な始動点が算出される。この制振開始点の情報及び制御開始時刻決定部５１の情報がアクチュエータ制御信号出力部５４に入っておりこれによって、アクチュエータの始動点を予め適切な位置に移動させておく。又、打消し波形算出部４３から打消し波形（図６（ｃ））も入力されるので、実際に到達する、例えば図６（ｄ）に示すような地震波形に対して、図６（ｃ）の打消し波形がアクチュエータに加えられる。算出された到達時刻ｔ１と実際に地震が到達した時刻ｔ１’は厳密には一致しないかもしれないが、ほぼ一致することになり、地震による振動が打ち消されることになる。
【００３０】
一方、震度推定部４６では、震源距離算出部３４で算出された震源からの距離と、地質データファイルに記憶されている震源とこの装置が設けられている地点までの直線距離における地質、及び距離減衰データファイル４２に記憶されている地震の振動の減衰の大きさが調べられ、この地点における震度（地震の大きさ）が推定される（ステップＳ４１１）。
【００３１】
次のステップＳ４１２では、警告処理部４８で推定された震度が所定以上の大きさか調べられ、所定以上の大きさならばステップＳ４１３で、例えばディスプレィ４９上に警告文を表示して、警告を発する。勿論、音声や警告ランプにより併せてあるいは単独で、警告を発するようにしてもよい。ステップＳ４１２で推定震度が所定以上の大きさでなければ、ステップＳ４１４で警告は発しない。
【００３２】
上述の本発明の実施形態によれば、実際に地震が到達したときから完全に到達した地震を打ち消すようにすることができる利点がある。
【００３３】
また、上記地震制御報知装置１６は制振対象物がある場所毎に各々設けてもよいが、制振対象物が近くにまとまっている場合などでは、いくつかの制振対象物に対して地震制御報知装置を１台設けるようにすることもでき、その方が効率的である。
【００３４】
なお、上記実施形態では、リアルタイム地震情報に含まれる情報に基づいて震源に近い地震観測装置の地震波形を取得しこれに基づいて到達地震波形を推定した。地震制御装置から最初に地震を検知した地震観測装置を検索し、この装置から直接地震波形を得てこれに基づいて到達地震波形を推定してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、推定された震度が所定の大きさより小さいときには、警告のみ発しないようにした。しかし、推定震度が非常に小さい場合には上記のようなアクティブ制振を中止し、一定以上の震度のときのみアクティブ制振を行うようにすることもできる。このようにすれば、小さな地震のときは制振を行わず、余分な電力を消費せず、効率的な制振を行うことができる。
【００３６】
ところで本発明の上記実施形態では、リアルタイム地震情報から地震が到達する時刻などを推定していた。しかし、地震制御報知部１６が設置されている場所に、地震観測装置も設置されている場合には、アクチュエータ制御装置を次のように構成することができる。
【００３７】
即ち、図７に示すように、図３に示した構成以外に、制御開始のタイミングを早めるアクチュエータ先行制御部７５及び、アクチュエータ上記地震観測装置７０からの出力から加速度を検出する加速度検出部７６を設けたものである。
【００３８】
アクチュエータの制御信号の基本は、設置場所の地震観測装置７０が検出する加速度を加速度検出部７６で処理し、地震による揺れに相反する動作をアクチュエータ制御信号出力部７４を介して出力する。
【００３９】
なお、加速度検出部７６から出力される信号は、地震の実際の揺れに基づいているので、その遅れ分の誤差を予め算出しておき、制御開始時刻決定部７１で決定したアクチュエータの制御開始時刻と、打消し波形算出部４３からで算出した打消し波形及びアクチュエータ始動点算出部７３出力により作成される予測上の地震制振制御信号との誤差分をアクチュエータ先行制御部７５に入力し、アクチュエータ制御信号出力部７４に出力する。
【００４０】
アクチュエータ制御信号出力部７４は、加速度検出部７６からの制御信号とアクチュエータ先行制御部７５にて作成した先行制御信号を合成して制振対象物の油圧式アクチュエータを制御する。
【００４１】
本発明のこの実施形態によれば、地震による実際の揺れをも検出してアクチュエータを制御しているので、確実なアクティブ制振制御を行うことが可能である。
【００４２】
なお、上記実施形態では油圧式アクチュエータについて説明したが、本発明はこれに限られず、例えばリニア駆動装置、電気式モータなどを含む駆動機構など、サスペンションの機能を有する駆動機構に対して本発明は適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、地震動に対して十分振動を抑制できるアクティブ制振システムを得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態の全体システムの構成例を示す図。
【図２】図１に示した本発明の一実施形態における地震解析センター１３の構成例を示す図。
【図３】図１に示した本発明の一実施形態における地震制御報知部１６及びアクチュエータ制御装置１７の構成例を示す図。
【図４】本発明一実施形態の全体の動作手順を説明する為のフローチャートを示す図。
【図５】本発明一実施形態の動作を説明するための図。
【図６】本発明一実施形態において、発生した地震波形からある到達地点において実際に到達した地震をキャンセル過程を説明するための図。
【図７】本発明の他の実施形態のアクチュエータ制御装置１７’を説明するための図。
【符号の説明】
１０・・・アクティブ制振システム、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・地震観測装置（センサ）
１２・・・地震観測ネットワーク、
１３・・・地震解析センター、
１４・・・リアルタイム地震情報発信装置、
１５・・・地震情報配信ネットワーク、
１６・・・地震制御報知装置、
１７，１７’・・・アクチュエータ制御装置
１８・・・制振対象建築物、
１９・・・制振対象工作物、
２１・・・地震発生検出部、
２２・・・地震波形収集部、
２３・・・地震情報解析部、
２４・・・地震波形データファイル、
２５・・・計測位置データファイル、
３１・・・リアルタイム地震情報受信部、
３２・・・震源位置検出部、
３３・・・震源方向推定部、
３４・・・震源距離算出部、
３５・・・位置データファイル、
３７・・・観測装置検索選定部、
３８・・・震源地震波形検出部、
３９・・・観測装置距離算出装置、
４０・・・地震波形収録部、
４１・・・到達地震波形推定部、
４２・・・距離減衰データファイル、
４３・・・打消し波形算出部、
４５・・・地震到達時刻推定部、
４６・・・震度推定部、
４７・・・地質データファイル、
４８・・・警告処理部、
４９・・・ディスプレィ、
５１，７１・・・制御開始時刻決定部、
５２，７２・・・最大移動量算出部、
５３，７３・・・アクチュエータ始動点算出部、
５４，７４・・・アクチュエータ制御信号出力部、
７５・・・アクチュエータ先行制御部、
７６・・・加速度検出部。
【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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