(57)【要約】      （修正有）【課題】データを取得する現場作業が短時間になり、検潮井戸清掃効果、検潮井戸性能が定量的に評価でき、専門家の判断を必要としなく、また、津波波形の復元が可能になる。【解決手段】検潮井戸水位にステップ応答を発生させ、ステップ応答を解析することにより、検潮井戸周波数応答特性を求める。フーリエ積分の発散問題では、ステップ応答を微分して、インパルス応答を求めてから、それをフーリエ積分する手法を用いたため、検潮井戸の定量的な性能チェック、および、津波波形復元が可能になった。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検潮井戸水位にステップ応答を発生させる装置と水位を検出し、それを連続記憶させる装置とその水位データを演算する演算器と、ステップ応答から検潮井戸の周波数応答特性を計算するソフトウエアから構成する検潮井戸周波数応答特性測定システム。
【請求項２】
検潮井戸水位にステップ応答を発生させる装置と水位を検出し、それを連続記憶させる装置とその水位データを演算する演算器と、ステップ応答から検潮井戸の周波数応答特性を計算するソフトウエアと、検潮井戸のローパス特性により減衰している成分の波形を復元するデジタルフィルターを計算するソフトウエアから構成する検潮井戸周波数応答特性測定システム。
【請求項３】
請求項１、請求項２で規定した検潮井戸特性解析システムにおいて、ステップ応答のデジタルデータを微分し、インパルス応答のデジタルデータを求め、得られたインパルス応答のデジタルデータをフーリエ積分することにより周波数応答特性を計算する手法を用いた検潮井戸周波数応答特性測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、検潮井戸の特性の計測と津波波形を復元するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】  潮位の計測は、海面の上下変動から風波による変動成分を除去することによって行われる。この除去のため、検潮井戸が用いられる。検潮井戸は、検潮井戸の下部に細い管を通じて海水につながっており、検潮井戸内の水面が風波の影響を受けないようになっている。潮位は、検潮井戸の水面の変動を測ることにより求める。すなわち、検潮井戸は、ローパスフィルターの役目をしている。検潮井戸は、年月経過に伴い土砂が堆積するなどして、その性能が変化する。最悪の場合は、管が詰まり潮位を正しく計測できなくなる。このため、２年に１度程度、検潮井戸の清掃を行い、検潮井戸の性能をチェックする必要がある。【０００３】  検潮井戸を清掃し、その検潮井戸の性能をチェックするために、現在、副票観測が行なわれている。この副票観測は、検潮井戸の外に副票と称する、目盛りが付いた棒をたて、１０秒ごとに、海面変動を計測する。この作業を一昼夜の間実施する。この作業時に得られた潮位計データと、副票観測データを目視で比較することで、その性能を判断する。すなわち、風波成分が除去されていることと、管が詰まってなく、潮位成分が除去されていないことを確認する。この判断は、専門家が判断する必要がある。【０００４】  また、潮位変動の周波数よりも高い周波数である津波による海面の変動は、検潮井戸のローパスフィルター特性のため、検潮井戸内では、減衰する。したがって、津波の波形を得るには、検潮井戸の水位変動波形を補正する必要がある。非特許文献１によると、検潮井戸の応答特性として検潮井戸のステップ応答そのものが示されているが、周波数応答特性は示されていない。また、検潮データが津波波形を正しく表されないことが発表されているが、津波波形の復元については発表されていない。
【非特許文献１】首藤伸夫著「日本海中部地震津波の発生・増幅機構と破壊力」、第３章検潮井戸の応答特性（Ｐ５７〜Ｐ８６）、文部省科学研究費自然災害特別研究、研究成果Ｎｏ．Ａ−６３−１、昭和６３年９月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  検潮井戸性能のチェックにおいて解決しようとする課題は、副票観測作業時間が一昼夜という長時間が必要なことと、結果が定量的に表示されないため、専門家でないと評価できないことにある。また、津波波形の復元においては、厳密な検潮井戸の周波数応答特性、すなわち、周波数に対する利得と位相を求める必要がある。【０００６】  一般に周波数応答特性を求めるための入力信号は、全ての周波数成分をもち、その成分の大きさが等しいホワイトノイズが用いられる。しかし、検潮井戸の外の波をホワイトノイズにすることは、不可能である。従って、一般の周波数応答特性測定法が利用できない課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  前述の課題を解決するために、入力信号として、ステップ信号を採用することにした。ステップ信号は、検潮井戸に対する入力信号として発生可能であり、広い周波数成分を有している。しかし、ステップ応答から、周波数応答特性を計算する手法の発明が必要である。一般には、周波数ごとに、出力の信号のフーリエ積分を入力信号のフーリエ積分で除算すれば求められる。しかし、入出力信号は、一定値に収束後、無限の時間まで続く。このため、これらのフーリエ積分は、発散し、計算ができない。【０００８】  これを解決するために、次の計算手法を発明した。ステップ応答は、インパルス応答を積分要素に入力した場合の出力と一致する。したがって、ステップ応答の微分は、インパルス応答になる。インパルス応答をフーリエ積分することによって、周波数応答特性が得られる。したがって、ステップ応答を微分して、インパルス応答を求め、それをフーリエ積分する手法を発明した。ステップ応答は、ある一定値に収束するので、それ以後は、微分値がゼロになり、インパルス応答は、ある時間範囲でゼロに収束する。したがって、インパルス応答のフーリエ積分が可能になり、検潮井戸の周波数応答特性が求められる。これらの微分・積分は、コンピュータで数値微分、数値積分で行う。【０００９】  さらに、この周波数応答特性計算結果は、検潮井戸の各周波数の波に対する利得と位相を示している。この周波数応答特性を補正する復元デジタルフィルターで検潮データから、津波を復元することができる。
【発明の効果】
【００１０】  本発明により、次の効果が得られる。データを取得する現場作業が短時間になる。検潮井戸清掃効果、検潮井戸性能が定量的に評価でき、専門家の判断を必要としなくなる。また、津波波形の復元が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  本発明の最良の形態は、検潮井戸内水位と検潮井戸外水位の差を発生させる装置部と、その水位変動を連続で計測し、デジタルデータとして取り込み、周波数応答特性を計算し、さらに、必要に応じて、津波を復元するデジタルフィルターを作成するデータ処理部から構成されるシステムとなる。
【実施例１】
【００１２】  水位差を発生させる装置部として、栓抜き法を採用する。これは、検潮井戸の下部の管に栓をして、管を塞ぎ、ポンプで海水の注入か排出により、検潮井戸内部と外部の水位差をある程度つけておき、管の栓を抜くことにより、ステップ応答を発生させる手法である。図１にこれを示す。データ処理部の構成を図２に示す。水位の連続データを収集するための水位センサーとして、水圧センサー１と水圧計本体２から成る水圧計を用いる。これは、水位をアナログ電圧で出力する。この出力電圧をデジタルに変換するＡ−Ｄコンバータは、ＵＳＢインターフェイスもつもの３とする。このＡ−Ｄコンバータは、ノートパソコン４とＵＳＢインターフェイスを介して接続する。【００１３】  上述の方法でステップ状の水位変動を強制的に与えると、検潮井戸内の水位は、ステップ応答の変動を生じる。このステップ応答は、水圧センサーで検出され、Ａ−Ｄコンバータを通し、デジタルデータに変換し、パソコンに取り込まれる。図３は、実際の検潮井戸のステップ応答波形の例である。ステップ応答開始時刻をゼロ時刻として、応答値が一定値に達した時点の時刻をＴ１とする。この時得られた応答を数値微分し、インパルス応答を求め、それを、周波数ごとに、区間０〜Ｔ１の範囲で数値フーリエ積分することにより、検潮井戸の周波数応答特性が求められる。【００１４】  一般に、周波数特性を図示するために、ボード線図が用いられる。図４は、実際の検潮井戸応答特性のボード線図の例である。このボード線図から、検潮井戸の通過周波数域、遮断周波数域、遮断特性、位相特性が定量的に把握できる。【００１５】  つぎに、得られた周波数応答特性から、利得と位相を元に戻すＦＩＲ（有限長インパルス応答）型の復元デジタルフィルターを求める。具体的には、この復元フィルターのインパルス応答を計算する。この復元デジタルフィルターに、津波成分を有する潮位計のデータを通すフィルタリング計算により、津波の波形が復元される。このフィルタリング計算は、このインパルス応答と津波成分を有する潮位計のデータとの畳み込み計算によって行う。
【実施例２】
【００１６】  水位差を発生させる装置部として、水中ポンプ法を採用する。これは、管の流入・流出能力より十分高い能力をもつポンプを用い、注入または排出し、検潮井戸内部と外部の水位差を１メートル程度で平衡状態になるようにする。そこで、ポンプを急に停止することにより、ステップ応答を発生させる。この方法を図５に示す。以下は、実施例１と同じ。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】栓抜き法。
【図２】データ処理部の構成。
【図３】検潮井戸のステップ応答の例。
【図４】検潮井戸の周波数応答特性の例。
【図５】水中ポンプ法
【符号の説明】
【００１８】１  水圧センサー
２  水圧計本体
３  Ａ−Ｄコンバータ
４  ノートパソコン
【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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