(57)【要約】  地上の観測局が衛星から受信した信号の観測データに基づいて、コンピュータは、観測局と衛星との間の電離圏における全電子数の観測開始時からの変化量を算出する。コンピュータは、電離圏における全電子数の観測開始時からの変化量の時間変化に基づいて、次に算出される全電子数の変化量を推定し、推定した全電子数の変化量と、実際に算出された全電子数の変化量との差異（推定誤差）を算出する。コンピュータは、各観測局について算出した推定誤差と、各観測局の近傍の所定数の観測局について算出した推定誤差との相関値を算出する。コンピュータは、観測局毎に算出した相関値が所定閾値以上である場合、この観測局の近傍の所定数の観測局についても相関値が所定閾値以上であれば、この観測局と衛星との間の電離圏に異常発生と判定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備えることを特徴とする異常検知装置。
【請求項２】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局から所定距離を隔てた前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍で、前記電子数算出部が算出した変化量が所定値以上異なる前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍の前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が前記所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第２所定数の観測局のそれぞれについて前記相関値算出部が算出した前記相関値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、前記複数個の変化量の時間変化を示す近似式を算出し、算出した近似式に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定する推定部
を備えることを特徴とする請求項１から５までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項７】
前記差異算出部は、前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第１の所定時間に続く第２の所定時間に亘って前記所定時間間隔で算出した変化量と、前記電子数算出部による変化量の算出タイミングに対して前記推定部が前記近似式に基づいて推定した変化量との差異を算出し、
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記算出タイミングに対して各観測局について算出した前記差異と、前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項６に記載の異常検知装置。
【請求項８】
前記相関値算出部は、いずれかの前記観測局ｘ0における時刻Ｔでの前記相関値Ｃ（Ｔ）を、以下の式１に基づいて算出することを特徴とする請求項７に記載の異常検知装置。
【数１】
2018097272.tif 000004
ただし、ｘi は前記第１所定数の観測局のいずれかを示し、
ｘ0,t0は観測局ｘ0 における時刻ｔ０での前記差異を示し、
ｘi,t0は観測局ｘi における時刻ｔ０での前記差異を示す。
また、任意の時刻をｔとし、前記第１の所定時間をｔsampleとし、前記第２の所定時間をｔtestとし、時刻Ｔは任意の時刻ｔから時間ｔsample及びｔtestが経過した時刻を示す。更に、Ｍは前記第１所定数を示し、Ｎは第２の所定時間ｔtestに亘って算出した全電子数の観測開始時からの変化量の個数を示し、Δｔは全電子数の観測開始時からの変化量を算出する時間間隔であり、Δｔ＝ｔtest／（Ｎ−１）で示される。
【請求項９】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が各観測局について算出した前記差異と、前記第１所定数の観測局のうちの２つの観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１０】
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した時刻Ｔでの前記相関値の中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）に基づいて、各観測局の前記相関値Ｃ（Ｔ）の前記中央値ｍｅｄ（Ｔ）に対する相対値η（Ｔ）を、以下の式に基づいて算出する相対値算出部とを備え、
η（Ｔ）＝（Ｃ（Ｔ）−ｍｅｄ（Ｔ））／σ（Ｔ）
前記判定部は、前記相対値算出部が算出した前記相対値が所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第２所定数の観測局のそれぞれについて前記相対値算出部が算出した前記相対値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１から９までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１１】
前記観測局のそれぞれが前記衛星から受信した信号に対して独立成分分析を実行する独立成分分析部
を備えることを特徴とする請求項１から１０までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１２】
前記通報部は、前記判定部が前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しない
ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１３】
前記判定部は、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると継続して判定した時間が所定時間に達した場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していることを確定する
ことを特徴とする請求項１から１２までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１４】
前記信号に係る情報は、周波数が異なる２つの信号のそれぞれの位相であり、
前記電子数算出部は、前記２つの信号の位相差に基づいて前記大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を算出する
ことを特徴とする請求項１から１３までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１５】
過去の観測データに基づいて、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生しているか否かの判断基準である前記所定閾値を特定する特定部
を備えることを特徴とする請求項１から１４までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１６】
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備えることを特徴とする異常検知装置。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれかひとつに記載の異常検知装置から通報された情報を受信する受信部と、
前記受信部が受信した情報を通知する通知部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１８】
異常検知装置が、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行することを特徴とする異常検知方法。
【請求項１９】
異常検知装置が、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行することを特徴とする異常検知方法。
【請求項２０】
コンピュータに、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
コンピュータに、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載のプログラムが記録してあることを特徴とする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、異常検知装置、通信装置、異常検知方法、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震の発生を早期に通知する地震速報が行われている。地震が発生すると、震源からＰ波（Primary Wave）及びＳ波（Secondary Wave）と呼ばれる地震波（揺れ）が伝わってくる。Ｐ波（初期微動）及びＳ波（主要動）は伝わる速度が異なるので、先に伝わるＰ波を感知した時点で、Ｓ波が伝わってくる前に地震速報にて地震の発生を通知することができる。具体的には、震源に近い場所に設置された地震計でＰ波が感知された時点で、Ｐ波の観測データから震源の位置及び規模（マグニチュード）が推定され、推定された震源の位置及び規模に基づいて各地でのＳ波の到達時刻及び震度が予測されて通知される。【０００３】
また、近年、地震の発生と、超高層大気と呼ばれる電離圏における電子数の変動との関係についての研究が行われている。例えば、非特許文献１では、地震発生の約１時間前から地震発生の約３０分後までの時間帯において、震源の上空の電離圏における電子数が、その前後の時間帯における電離圏の電子数の変動と比較して異常に増加していたことが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Heki, K., “Ionospheric electron enhancement preceding the 2011 Tohoku-Oki earthquake”, Geophysical Research Letters, Vol. 38, L17312 (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１では、地震発生の前後における電離圏の電子数の変動に基づいて、地震発生の前後約１時間半における電子数の異常変動（地震の発生）を検知している。地震の発生を事前に予測する場合、地震発生前のデータのみを用いて電離圏における電子数の異常変動を検知する必要がある。しかし、電離圏の電子数は、日や季節の自然変化、太陽フレア等の宇宙天気によっても変動するので、地震発生前のデータのみに基づいて、電離圏における電子数の異常変動を精度よく検知することは困難である。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地震発生前のデータのみに基づいて、電離圏における電子数の異常変動を精度よく検知することを可能にする異常検知装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る異常検知装置は、地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、前記電子数算出部が前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、異常が発生していると判定した場合に通報する通報部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様にあっては、地震発生前（地震が発生していないとき）の大気中の電子数の変動に基づいて、電子数の異常変動を精度よく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１のコンピュータ及び通信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】観測データを説明するための模式図である。
【図３】制御部によって実現される機能を示すブロック図である。
【図４Ａ】ＴＥＣ値算出部が算出する電子数を説明するための模式図である。
【図４Ｂ】ＴＥＣ値算出部が算出する電子数を説明するための模式図である。
【図５】ＴＥＣ値算出部が算出する電子数を説明するための模式図である。
【図６】ＴＥＣ値算出部が算出したＴＥＣ値の時間変化を示すグラフである。
【図７Ａ】ＴＥＣ値算出部が算出したＴＥＣ値の時間変化及び相関値算出部が算出した相関値の時間変化を示すグラフである。
【図７Ｂ】ＴＥＣ値算出部が算出したＴＥＣ値の時間変化及び相関値算出部が算出した相関値の時間変化を示すグラフである。
【図８】異常判定部による判定結果を示す模式図である。
【図９】コンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態２の異常検知システムの構成例を示すブロック図である。
【図１１】観測局コンピュータ及び中央コンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施形態３のコンピュータの制御部によって実現される機能を示すブロック図である。
【図１３】実施形態４のコンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】実施形態４のコンピュータが行う処理を説明するための模式図である。
【図１４Ｂ】実施形態４のコンピュータが行う処理を説明するための模式図である。
【図１４Ｃ】実施形態４のコンピュータが行う処理を説明するための模式図である。
【図１５】実施形態５のコンピュータの制御部によって実現される機能を示すブロック図である。
【図１６】実施形態５のコンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図１７】実施形態６のコンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図１８】異常判定部による判定結果を示す模式図である。
【図１９】実施形態７のコンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【図２０】参考データＤＢの構成例を示す模式図である。
【図２１】コンピュータが行う処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて具体的に説明する。
【００１１】
（実施形態１）
実施形態１に係る異常検知装置について説明する。実施形態１では、本開示のプログラムを、例えばコンピュータにインストールして実行することにより、本開示の異常検知装置が実現される。
【００１２】
図１は、実施形態１のコンピュータ及び通信装置の構成例を示すブロック図である。コンピュータ１は、例えばパーソナルコンピュータ、ワークステーション、スーパーコンピュータ等である。具体的には、コンピュータ１は、制御部１０、記憶部１１、メモリ１２、通信部１３等を含み、これらの各部はバスを介して相互に接続されている。コンピュータ１は、これらの各部のほかに、キーボード、マウス等を含む操作部、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の表示部を備えていてもよい。
制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等のプロセッサを含む。制御部１０は、記憶部１１に記憶してある制御プログラムを適宜メモリ１２に展開して実行することにより、コンピュータ１が行う種々の制御処理を行う。
【００１３】
記憶部１１は、例えばハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等である。記憶部１１は、制御部１０が実行する各種の制御プログラム及び各種のデータを記憶する。記憶部１１が記憶する制御プログラムには異常検知プログラム１１ａが含まれ、記憶部１１が記憶するデータには観測データデータベース（以下、観測データＤＢという）１１ｂが含まれる。なお、異常検知プログラム１１ａ及び観測データＤＢ１１ｂは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）又はＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc-ROM）等の記録媒体によって提供されるものでもよい。この場合、制御部１０は、読取装置（図示せず）を用いて記録媒体から異常検知プログラム１１ａ及び観測データＤＢ１１ｂを読み取って記憶部１１に記憶させる。また、異常検知プログラム１１ａ及び観測データＤＢ１１ｂは、インターネット等のネットワークＮ経由で提供されるものでもよい。この場合、制御部１０は、異常検知プログラム１１ａ及び観測データＤＢ１１ｂを、通信部１３を介して他のコンピュータからダウンロードして記憶部１１に記憶させる。なお、異常検知プログラム１１ａ及び観測データＤＢ１１ｂの一方を記録媒体から取得し、他方をネットワークＮ経由で取得してもよいことは言うまでもない。
【００１４】
メモリ１２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等である。メモリ１２は、記憶部１１に記憶してある制御プログラムを制御部１０が実行する際に発生するデータを一時的に記憶する。
通信部１３は、ネットワークＮに接続するためのインタフェースであり、ネットワークＮを介して、通信装置１００を含む他のコンピュータと通信を行う。通信部１３による通信は、ケーブルを介した有線通信でもよいし、無線通信でもよい。
【００１５】
ここで、観測データＤＢ１１ｂに記憶される観測データについて説明する。図２は、観測データを説明するための模式図である。観測データは、地上（地表）に設置された観測局２が、宇宙空間に配置された衛星３から受信する信号（電波）に関するデータである。例えば、衛星３が異なる周波数の２つの信号Ｌ１，Ｌ２を送信しており、観測局２が信号Ｌ１，Ｌ２を受信した各時点での位相が観測データとして用いられる。なお、信号Ｌ１，Ｌ２として、例えば周波数がそれぞれ１．５ＧＨｚ及び１．２ＧＨｚの信号を用いることができる。
【００１６】
現在、地表からの高度が約２万Ｋｍの位置で約３０個のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星３が地球を周回している。また日本には、約１３００箇所にＧＰＳ衛星３からの信号を受信する観測局２が設置されており、観測局２によるＧＥＯＮＥＴ（GPS Earth Observation NETwork ）が構築されている。ＧＥＯＮＥＴは国土交通省の国土地理院によって運営されており、ＧＥＯＮＥＴ（各観測局２）によって収集された観測データは一般に公開されている。よって、ＧＥＯＮＥＴによって収集されたデータのうちで、観測局２が信号Ｌ１，Ｌ２を受信した各時点での位相を観測データとして用いることができる。
また、日本の上空には高度約３６０００ｋｍの位置で複数の準天頂衛星が準天頂軌道上を移動している。複数の準天頂衛星は、常に１機の準天頂衛星が日本の天頂（真上）付近に存在するように配置されている。よって、観測局２が準天頂衛星から受信した信号Ｌ１，Ｌ２の各受信時点での位相を観測データに用いることもできる。日本以外の国もそれぞれの上空に衛星を配置しており、例えば観測局２がインドに設置されている場合、ＩＲＮＳＳ（Indian Regional Navigational Satellite System ）におけるＩＲＮＳＳ衛星を衛星３に用いることができる。観測局２が受信できる信号Ｌ１，Ｌ２の送信が可能であれば、衛星３はどのような衛星でもよい。
【００１７】
実施形態１の観測データＤＢ１１ｂには、例えば日本中に設置された全ての観測局２について、各観測局２が所定時間間隔（例えば３０秒毎）で受信した信号Ｌ１，Ｌ２の位相と受信時刻とが対応付けて記憶してある。
【００１８】
通信装置１００は、例えば携帯電話、スマートフォン、パーソナルコンピュータ等である。具体的には、通信装置１００は、制御部１０１、記憶部１０２、メモリ１０３、通信部１０４、通知部１０５等を含み、これらの各部はバスを介して相互に接続されている。
制御部１０１は、ＣＰＵ又はＭＰＵ等のプロセッサを含み、記憶部１０２に記憶してある制御プログラムを適宜メモリ１０３に展開して実行することにより、通信装置１００が行う種々の制御処理を行う。
【００１９】
記憶部１０２は、例えばハードディスク、ＳＳＤ、フラッシュメモリ等であり、制御部１０１が実行する各種の制御プログラム及び各種のデータを記憶する。メモリ１０３は、例えばＲＡＭ、フラッシュメモリ等であり、記憶部１０２に記憶してある制御プログラムを制御部１０１が実行する際に発生するデータを一時的に記憶する。
通信部１０４は、ネットワークＮに接続するためのインタフェースであり、ネットワークＮを介して、例えばコンピュータ１と通信を行う。通信部１０４による通信は、ケーブルを介した有線通信でもよいし、無線通信でもよい。
通知部１０５は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示部、ランプ、ブザー、スピーカ等を含み、制御部１０１からの指示に従って、表示部への所定メッセージの表示、ランプの点灯又は点滅、ブザーの鳴動、スピーカによる音声出力等を行うことにより、通信装置１００のユーザに所定の状況を通知する。
【００２０】
次に、コンピュータ１の制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することによって実現される機能について説明する。図３は、制御部１０によって実現される機能を示すブロック図である。制御部１０は、記憶部１１に記憶してある異常検知プログラム１１ａを実行することにより、ＴＥＣ（Total Electron Content）値算出部１０ａ、ＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄ、相関値算出部１０ｅ、相対値算出部１０ｆ、異常判定部１０ｇ、通報部１０ｈの各機能を実現する。
【００２１】
ＴＥＣ値算出部（電子数算出部）１０ａは、観測データＤＢ１１ｂに記憶してある観測データに基づいて、観測局２のそれぞれと衛星３との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を算出する。具体的には、ＴＥＣ値算出部１０ａは、各観測局２が衛星３から受信した信号Ｌ１，Ｌ２の位相に基づいて、各観測局２と衛星３との間の全電子数の観測開始時からの変化量を算出する。衛星３から送信される信号（電波）には大気中の電子による遅延が生じ、電子の数が多いほど遅延が大きくなる。また、電子による遅延の大きさは信号の周波数によっても異なるので、同じ衛星３から受信した異なる周波数の信号Ｌ１，Ｌ２の遅延時間の差によって、大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を算出できる。
実施形態１の観測データは、所定時間間隔（例えば３０秒毎）で各観測局２が受信した信号Ｌ１，Ｌ２の位相である。よって、ＴＥＣ値算出部１０ａが観測データに基づいて電子数の算出処理を順次行うことにより、各観測局２と衛星３との間における大気中の電子数の変化量が所定時間間隔（例えば３０秒毎）で算出されることになる。
【００２２】
図４Ａ，図４Ｂ及び図５は、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出する電子数を説明するための模式図である。図４Ａ，図４Ｂ及び図５の上側には地球の断面の一部が示され、図５の下側には上空から見た地球の一部（地図）が示されている。
ＴＥＣ値算出部１０ａが算出する電子数の単位にはＴＥＣＵ（Total Electron Content unit）が用いられる。１ＴＥＣＵは、図４Ａ及び図４Ｂに示すように観測局２と衛星３とを結ぶ半径１ｍの円柱Ｃ内に１×１０16個の電子が存在することを表す。即ち、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出する電子数は、観測局２と衛星３とを結ぶ半径１ｍの円柱Ｃ内に存在する全電子数の観測開始時からの変化量（ＴＥＣ値）である。なお、衛星３は軌道上を移動しているので、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、衛星３の位置に応じて円柱Ｃの容積は変化する。
大気中の電子は高度約３００ｋｍ付近で最も密度が高く、この領域は電離圏と呼ばれている。また、円柱Ｃ内に存在する電子数は、円柱Ｃが電離圏と交差する領域Ｒ内に存在する電子数とほぼ同じであると考えられる。よって、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出する全電子数の観測開始時からの変化量は、観測局２と衛星３とを結ぶ円柱Ｃが電離圏と交差する領域Ｒにおける全電子数の観測開始時からの変化量（ＴＥＣ値）として扱うことができる。
【００２３】
ここで、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出するＴＥＣ値の電離圏における領域Ｒの真下の位置（経度及び緯度）は、観測局２の位置（経度及び緯度）に一致しない場合がある。領域Ｒの真下の位置とは、領域Ｒを鉛直下方向に下ろした地表の位置である。例えば図４Ｂに示すように観測局２の真上（鉛直上方向）に衛星３が存在する場合、領域Ｒの真下の位置は観測局２の位置に一致する。一方、図４Ａ及び図５に示すように観測局２の真上に衛星３が存在しない場合、領域Ｒの真下の位置は観測局２の位置に一致しない。図４Ａでは、領域Ｒの真下の位置は観測局２の位置よりも右側にずれている。なお、領域Ｒの真下の位置（場所）をＳＩＰ（Sub-Ionospheric point ）いう。また以下では、例えばＳＩＰの上空の電離圏におけるＴＥＣ値を、ＳＩＰにおけるＴＥＣ値という場合もある。
【００２４】
観測局２の位置（経度及び緯度）は予め分かっている。また、衛星３の高度及び衛星３の真下の位置（経度及び緯度）の情報は、観測局２が衛星３から受信する信号に含まれている。よって、これらの情報を用いてＳＩＰの情報（経度及び緯度）が算出できる。ＴＥＣ値算出部１０ａは、各観測局２と衛星３との間におけるＴＥＣ値を算出すると共に、算出したＴＥＣ値に対応するＳＩＰの情報（経度及び緯度）も算出する。なお、図５の下側の図（地図）中に、各ＴＥＣ値に対応して算出されたＳＩＰがプロットされており、これにより、時間経過と共に衛星３が移動することに伴ってＳＩＰも移動することが分かる。
ＴＥＣ値算出部１０ａは、算出したＴＥＣ値及びＳＩＰの情報を、例えば元データである観測データの受信時刻に対応付けて記憶部１１に記憶させる。なお、ＴＥＣ値及びＳＩＰの情報は、観測データＤＢ１１ｂに記憶されてもよいし、記憶部１１に作成された別のデータベースに記憶されてもよい。
【００２５】
図６は、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値の時間変化を示すグラフである。図６の横軸は時間（例えば協定世界時又は日本標準時）を示し、縦軸はＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値を示す。図６中の実線Ａは、ある観測局２について、任意の時刻（ｔ）から時刻（ｔ＋ｔsample＋ｔtest）までの時間に亘ってＴＥＣ値算出部１０ａが所定時間間隔で算出したＴＥＣ値をプロットしたものである。
【００２６】
ＴＥＣ値推定部（推定部）１０ｂは、観測局２（ＳＩＰ）毎に、ＴＥＣ値算出部１０ａが第１の所定時間（以下ではサンプル時間ｔsampleという）に亘って算出した複数個のＴＥＣ値に基づいて、サンプル時間に続く第２の所定時間（以下ではテスト時間ｔtestという）に亘ってＴＥＣ値算出部１０ａが算出するＴＥＣ値を推定する。なお、ＴＥＣ値推定部１０ｂが推定するＴＥＣ値は、各観測局２と衛星３とにおけるＳＩＰでのＴＥＣ値である。
サンプル時間は例えば２時間とすることができ、テスト時間は例えば０．２５時間（１５分）とすることができるが、これらの時間に限定されない。なお、サンプル時間を２時間とし、テスト時間を０．２５時間とし、ＴＥＣ値算出部１０ａによるＴＥＣ値の算出間隔（観測局２による信号Ｌ１，Ｌ２の受信間隔）を３０秒とした場合、ＴＥＣ値算出部１０ａは、サンプル時間内に２４０個のＴＥＣ値を算出し、テスト時間内に３０個のＴＥＣ値を算出する。
【００２７】
ＴＥＣ値推定部１０ｂは、近似式算出部１０ｃを有する。近似式算出部１０ｃは、観測局２毎に、サンプル時間内に算出された複数個のＴＥＣ値の時間変化を示す近似式を最小二乗法によって算出する。近似式は、例えば７次多項式関数を用いることができるが、これに限定されず、５次多項式関数、３次フーリエ級数、７次ガウス関数等を用いることもできる。図６中の破線Ｂは、ある観測局２について、近似式算出部１０ｃが算出した近似式に基づく各時刻でのＴＥＣ値を示している。
ＴＥＣ値推定部１０ｂは、近似式算出部１０ｃが算出した近似式に基づいて、テスト時間内においてＴＥＣ値算出部１０ａがＴＥＣ値を算出するタイミング（以下、算出タイミングという）のそれぞれに対して、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出するＴＥＣ値を推定する。図６中の破線Ｂにおいて、テスト時間の部分は、ＴＥＣ値推定部１０ｂによって推定されたＴＥＣ値（推定ＴＥＣ値）を示す。
【００２８】
推定誤差算出部（差異算出部）１０ｄは、観測局２（ＳＩＰ）毎に、テスト時間内の各算出タイミングについて、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値と、ＴＥＣ値推定部１０ｂによる推定ＴＥＣ値との差異（以下、推定誤差という）を算出する。
ＴＥＣ値算出部１０ａ、ＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄは、それぞれの観測局２の観測データ毎に処理を行う。よって、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値及びＳＩＰの情報、ＴＥＣ値推定部１０ｂによる推定ＴＥＣ値、推定誤差算出部１０ｄが算出した推定誤差は、観測データＤＢ１１ｂに記憶してある各観測局２の観測データに対応付けて、観測データＤＢ１１ｂに記憶させることができる。なお、各データは、観測データＤＢ１１ｂに記憶させる必要はなく、観測局２毎に記憶部１１に記憶させればよい。
【００２９】
相関値算出部１０ｅは、テスト時間内の各算出タイミングについて推定誤差算出部１０ｄが算出した各観測局２（各ＳＩＰ）における推定誤差に基づいて処理を行う。
相関値算出部１０ｅは、テスト時間内の各算出タイミングについて、複数の観測局２のうちの１つを中央観測局とし、この中央観測局の近傍の第１所定数（例えば３０個）の観測局２を周辺観測局とする。周辺観測局には、中央観測局との位置が近い順に第１所定数の観測局２が選択されることが好ましい。そして、相関値算出部１０ｅは、中央観測局について推定誤差算出部１０ｄが算出した推定誤差と、周辺観測局のそれぞれについて推定誤差算出部１０ｄが算出した推定誤差のそれぞれとの相関値を算出する。
【００３０】
相関値算出部１０ｅは、中央観測局ｘ0 における時刻Ｔでの相関値Ｃ（Ｔ）を、例えば以下の式１に基づいて算出する。
【数１】
2018097272.tif 000003
ただし、ｘ0：中央観測局、ｘi ：周辺観測局のいずれか、
ｘ0,t0：中央観測局ｘ0 における時刻ｔ０での推定誤差、
ｘi,t0：周辺観測局ｘi における時刻ｔ０での推定誤差、
ｔ：任意の時刻、ｔsample：サンプル時間（第１の所定時間）、
ｔtest：テスト時間（第２の所定時間）、Ｍ：周辺観測局の数（第１所定数）、
Ｔ：時刻ｔから時間ｔsample及びｔtestが経過した時刻、
Ｎ：テスト時間内にＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値の個数、
Δｔ：ＴＥＣ値の算出タイミングの時間間隔（Δｔ＝ｔtest／（Ｎ−１））
【００３１】
相関値算出部１０ｅは、全ての観測局２について、各観測局２を中央観測局として上述の処理を行い、テスト時間内の算出タイミング毎に観測局２のそれぞれにおける相関値Ｃ（Ｔ）を算出する。なお、相関値Ｃ（Ｔ）を算出する際に用いる中央観測局における推定誤差と、周辺観測局のそれぞれにおける推定誤差とは、同一の衛星３から受信した観測データに基づいて算出された値を用いることが好ましい。
各観測局２間の距離は予め分かっているので、各観測局２を中央観測局とした場合に周辺観測局として選択される観測局２は予め分かる。よって、各観測局２について、各観測局２を中央観測局とした場合に周辺観測局とされる第１所定数の観測局２を予め記憶部１１に記憶しておいてもよい。なお、周辺観測局の数（第１所定数）は例えば３０個とすることができるが、この数に限定されない。
【００３２】
図７Ａ及び図７Ｂは、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値の時間変化及び相関値算出部１０ｅが算出した相関値の時間変化を示すグラフである。図７Ａは、地震が発生していないとき（地震発生前）のＴＥＣ値及び相関値の時間変化を示している。図７Ａの左側はＴＥＣ値の時間変化を示すグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＴＥＣ値を示す。図７Ａの右側は相関値の時間変化を示すグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸は相関値算出部１０ｅが算出した相関値を示す。図７Ｂは、地震発生（時間5:45）の前後でのＴＥＣ値及び相関値の時間変化を示している。図７Ａと同様に、図７Ｂの左側はＴＥＣ値の時間変化を示すグラフであり、右側は相関値の時間変化を示すグラフである。
図７Ａに示すように、ＴＥＣ値の時間変化が、衛星３の移動に伴う通常の変化である場合、推定誤差算出部１０ｄが算出する推定誤差はほぼ０であり、この場合に相関値算出部１０ｅが算出する相関値は、０に近い小さい値であり、変化も少ない。一方、図７Ｂに示すように、ＴＥＣ値の時間変化に異常が生じた場合、推定誤差算出部１０ｄが算出する推定誤差が大きくなり、この場合に相関値算出部１０ｅが算出する相関値は大きく変化する。即ち、相関値算出部１０ｅが算出する相関値を観察することにより、ＴＥＣ値の異常変化を検知することができる。
【００３３】
上記の式１に示すように、実施形態１では、中央観測局ｘ0における時刻Ｔでの相関値Ｃ（Ｔ）は、テスト時間内の算出タイミングのそれぞれでの中央観測局ｘ0における推定誤差と周辺観測局ｘi における推定誤差との積の総和を、積の個数で割った値（平均値）である。即ち、相関値算出部１０ｅは、同時刻における２点（中央観測局ｘ0及び周辺観測局ｘi ）での推定誤差の相関値を算出する。
なお、算出すべき相関値は２点間の相関値に限らず、例えば３点間の相関値を用いることもできる。この場合、例えば、中央観測局における推定誤差と、いずれか２つの周辺観測局における推定誤差との積の総和を、積の個数で割った平均値を、相関値に用いることができる。
【００３４】
相対値算出部１０ｆは、時刻Ｔについて相関値算出部１０ｅが算出した全ての観測局２（中央観測局）における相関値に基づいて処理を行う。
相対値算出部（算出部）１０ｆは、時刻Ｔについて相関値算出部１０ｅが算出した各観測局２（ＳＩＰ）における相関値の中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）を算出する。そして、相対値算出部１０ｆは、算出した中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）を用いて、各観測局２における相関値Ｃ（Ｔ）が中央値ｍｅｄ（Ｔ）とどの程度異なるかを示す相対値η（Ｔ）を、例えば以下の式２に基づいて算出する。
η（Ｔ）＝（Ｃ（Ｔ）−ｍｅｄ（Ｔ））／σ（Ｔ）  …（式２）
【００３５】
異常判定部１０ｇは、時刻Ｔについて相対値算出部１０ｆが算出した全ての観測局２（全てのＳＩＰ）における相対値η（Ｔ）に基づいて処理を行う。
異常判定部１０ｇは、相対値算出部１０ｆが算出した各観測局２（各ＳＩＰ）の相対値がそれぞれ所定閾値（例えば３．５）以上であるか否かを判定する。そして、異常判定部１０ｇは、相対値が所定閾値以上である観測局２（ＳＩＰ）を、ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化している可能性がある観測局２（以下では異常観測局２という）として抽出する。図８は、異常判定部１０ｇによる判定結果を示す模式図である。図８に示す地図には、観測局２が異常観測局２として抽出されたＳＩＰに黒三角のマークが付与され、観測局２が異常観測局２として抽出されなかったＳＩＰに白丸のマークが付与されている。
大地震が発生する約１時間前から、震源に近いＳＩＰでは、電離圏のＴＥＣ値が異常変化することが知られている。よって、各ＳＩＰの相対値が所定閾値未満である場合、即ち、各ＳＩＰにおける相関値が、相関値の中央値と変わらない場合、ＴＥＣ値が衛星３の移動に伴う通常変化しかしていない状況であるか、通常変化よりも大きいが、大地震の発生以外の要因による変化しかしていない状況である可能性が高い。従って、各ＳＩＰの相対値が所定閾値以上であるか否かに応じて、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化しているか否かを判定することにより、判定の正確性を確保することができる。なお、所定閾値は、大地震の発生によってＴＥＣ値に異常変化が生じているか否かを判定できる値であれば、どのような値でもよい。
【００３６】
実施形態１では、各ＳＩＰでのＴＥＣ値が異常変化しているか否かの判定に、各ＳＩＰ（観測局２）において算出した相対値η（ｔ）を用いるが、相関値算出部１０ｅが算出した各ＳＩＰにおける相関値を用いることもできる。この場合、各ＳＩＰにおける相関値が所定閾値（例えば３．５σ）以上である場合に、各ＳＩＰでのＴＥＣ値が異常変化していると判定することができる。
【００３７】
異常判定部１０ｇは、異常観測局２として抽出された観測局２について、近傍の第２所定数（例えば４個）の観測局２も異常観測局２として抽出されたか否かを判断する。即ち、近傍の観測局２も、ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定されたか否かを判断する。大地震の発生前に生じるＴＥＣ値の異常変化は、震源近傍の上空の電離圏で顕著である。従って、１つのＳＩＰ（観測局２）だけでなく近傍の複数のＳＩＰ（観測局２）においてもＴＥＣ値が異常変化している可能性が高い。よって、近傍の複数の観測局２も異常観測局２として抽出されていた場合、この観測局２（ＳＩＰ）におけるＴＥＣ値は確実に異常変化していると判定できる。従って、異常判定部１０ｇは異常発生を確定する。なお、近傍の観測局２の数（第２所定数）は４個に限らない。
通報部１０ｈは、異常判定部１０ｇが異常発生を確定した場合、異常が発生している（ＴＥＣ値が異常変化している）観測局２（ＳＩＰ）に関する情報を、例えば通信部１３を介して通信装置１００に通報する。
【００３８】
通報を受けた通信装置１００では、通信部１０４が、コンピュータ１から通報された情報を受信し、制御部１０１が、通信部１０４にて受信した情報を通知部１０５にて通信装置１００のユーザに通知する。例えば、通知部１０５は、制御部１０１からの指示に従って、ＴＥＣ値が異常変化している観測局２（ＳＩＰ）を通知するためのメッセージを表示部に表示し、又は、前記メッセージをスピーカにて音声出力する。なお、通知部１０５は、ランプの点灯又は点滅、ブザーの鳴動によって、ＴＥＣ値の異常発生を通知する構成でもよい。
【００３９】
実施形態１では、コンピュータ１の制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することにより上述した各機能が実現される。このほかに、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて、上述した機能の一部が実現される構成でもよい。例えば、ＴＥＣ値算出部１０ａ、ＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄ、相関値算出部１０ｅを１つ又は複数のＦＰＧＡにて実現してもよい。
【００４０】
次に、コンピュータ１が行う処理について説明する。図９は、コンピュータ１が行う処理の手順を示すフローチャートである。以下の処理は、コンピュータ１の記憶部１１に記憶してある異常検知プログラム１１ａに従って制御部１０によって実行される。観測データＤＢ１１ｂには各観測局２が衛星３から受信した信号（電波）に関する観測データ、具体的には、異なる周波数の２つの信号Ｌ１，Ｌ２を受信した各時点での位相が記憶されているものとする。
【００４１】
コンピュータ１の制御部１０（ＴＥＣ値算出部１０ａ）は、観測データＤＢ１１ｂに記憶してある観測データに基づいて、観測局２毎に、各観測局２と衛星３との間における大気中（電離圏）のＴＥＣ値を算出する（Ｓ１）。なお、制御部１０は、観測局２毎に所定時間間隔（例えば３０秒毎）でＴＥＣ値を算出する。制御部１０は、観測データＤＢ１１ｂに記憶してある全ての観測データに基づくＴＥＣ値を順次算出する。また、観測データＤＢ１１ｂに新たに観測データが記憶された場合、制御部１０は、所定のタイミングで、新たに記憶された観測データに基づくＴＥＣ値を順次算出する。制御部１０は、ＴＥＣ値と共に、このＴＥＣ値に対応するＳＩＰの情報（経度及び緯度）も算出しており、算出したＴＥＣ値及びＳＩＰの情報は記憶部１１（例えば観測データＤＢ１１ｂ）に順次記憶される。
【００４２】
次に制御部１０（近似式算出部１０ｃ）は、観測局２（ＳＩＰ）毎に、ある時刻をサンプル時間の開始時刻とし、サンプル時間内に算出された複数個のＴＥＣ値の時間変化を示す近似式を最小二乗法によって算出する（Ｓ２）。そして制御部１０（ＴＥＣ値推定部１０ｂ）は、算出した近似式に基づいて、サンプル時間に続くテスト時間におけるＴＥＣ値の算出タイミングのそれぞれに対応する推定ＴＥＣ値を算出する（Ｓ３）。次に制御部１０（推定誤差算出部１０ｄ）は、観測局２（ＳＩＰ）毎に、テスト時間内の各算出タイミングについて、ステップＳ１で算出されたＴＥＣ値と、ステップＳ３で算出された推定ＴＥＣ値との推定誤差を算出する（Ｓ４）。
【００４３】
次に制御部１０（相関値算出部１０ｅ）は、テスト時間内の各算出タイミングについて、観測局２のそれぞれを中央観測局とし、中央観測局の近傍の第１所定数の観測局２を周辺観測局とし、上述の式１に基づいて、それぞれの観測局２（中央観測局）における相関値を算出する（Ｓ５）。
次に制御部１０（相対値算出部１０ｆ）は、各算出タイミングに対して算出された各観測局２（各中央観測局）における相関値の中央値及び標準偏差を算出する（Ｓ６）。そして制御部１０は、算出した中央値及び標準偏差を用いて、各観測局２（各中央観測局）における相関値の中央値に対する相対値（相関値が中央値とどの程度異なるかを示す値）を、上述の式２に基づいて算出する（Ｓ７）。
【００４４】
次に制御部１０（異常判定部１０ｇ）は、算出された各観測局２（各ＳＩＰ）における相対値がそれぞれ所定閾値以上であるか否かに基づいて、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化しているか否かを判定する（Ｓ８）。制御部１０は、相対値が所定閾値以上である観測局２を異常観測局２として抽出する。
次に制御部１０は、異常観測局２として抽出した観測局２について、近傍の第２所定数の観測局２も抽出されているか否かを判定する。即ち、近傍の観測局２に対応するＳＩＰにおけるＴＥＣ値も異常変化しているか否かを判定する。近傍の第２所定数の観測局２も抽出されている場合、制御部１０は、この観測局２に対応するＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化していることを確定する。
【００４５】
制御部１０は、異常観測局２として抽出した各観測局２において、ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化していることが確定されたか否かを判断する（Ｓ９）。いずれの観測局２についても確定されなかった場合（Ｓ９：ＮＯ）、制御部１０は処理を終了する。いずれかの観測局２について異常変化していることが確定された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、制御部（通報部１０ｈ）１０は、異常発生が確定された観測局２（ＳＩＰ）に関する情報を、例えば通信装置１００に通報し（Ｓ１０）、処理を終了する。
制御部１０は、例えば所定時間毎（例えば３０秒毎）の各時刻をそれぞれサンプル時間の開始時刻とし、ステップＳ２〜Ｓ１０の処理を行う。これにより、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値の異常変化を早期に検知できる。
【００４６】
コンピュータ１からの通報を受けた通信装置１００では、通信部１０４が、通報された情報を受信し、制御部１０１が、通信部１０４にて受信した情報に基づいて、いずれの観測局２（ＳＩＰ）におけるＴＥＣ値に異常が発生していることを通知部１０５にて通知する。
【００４７】
実施形態１では、観測局２が衛星３から受信した信号（直接波）が観測データに用いられる。観測データとしては、例えば地上の送信アンテナから送信された信号が電離圏で反射された後に地上の受信アンテナで受信される構成において、受信アンテナで受信された信号（反射波）が用いられる場合がある。実施形態１のように直接波を用いる場合、反射波を用いる場合と比較して、通信経路において受信信号に加わるノイズが少なく、精度の高い観測データを得ることができる。よって、精度の高い観測データを用いることにより、電離圏のＴＥＣ値の変化を精度よく検知できる。また、直接波を用いることにより、観測局２の位置と衛星３の位置とに基づいて、電離圏における観測位置（ＳＩＰ）を容易に特定できる。
【００４８】
実施形態１では、あるＳＩＰについて算出した相対値が所定閾値（例えば３．５）以上である場合、又は算出した相関値が所定閾値（例えば３．５σ）以上である場合に、このＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定する。そして、ＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定したＳＩＰの近傍の第２所定数のＳＩＰにおけるＴＥＣ値も異常変化している可能性があると判定された場合に、このＳＩＰにおけるＴＥＣ値が確実に異常変化していると確定する。これにより、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化のみを精度よく検知でき、誤通報を抑制できる。
【００４９】
各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化していると確定する方法は、上述の方法に限らない。例えば、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定された回数（算出タイミングの回数）に基づいて、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値の異常変化を確定してもよい。即ち、各ＳＩＰにおいて所定時間に亘ってＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定された場合に、このＳＩＰにおけるＴＥＣ値の異常変化を確定することもできる。
【００５０】
また、ＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定されたＳＩＰ（観測局２）の数が、複数の観測局２のうちの一定の割合以上（例えば３０％以上）であった場合に、検知されたＴＥＣ値の異常は、大地震の発生に伴う異常ではなく宇宙天気、日や季節の自然変化による異常と確定し、コンピュータ１が通報処理を行わないようにしてもよい。地震発生以外の要因で生じる電離圏（ＴＥＣ値）の異常は、観測可能な観測局２のうちの一定の割合以上の観測局２で検知されることが知られている。よって、一定の割合以上の観測局２で同時にＴＥＣ値の異常が検知された場合に、大地震の発生に伴う異常ではないと確定することにより、地震発生以外の要因で生じるＴＥＣ値の異常を排除できる。よって、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化のみを精度よく検知でき、通報することができる。
【００５１】
実施形態１では、電離圏におけるＴＥＣ値の異常変化を早期に且つ精度よく検知できる。大地震が発生する約１時間前から、電離圏におけるＴＥＣ値が異常変化することが知られている。よって、コンピュータ１が検知した電離圏におけるＴＥＣ値の異常変化を早期に通報することができる。また、コンピュータ１が検知した電離圏におけるＴＥＣ値の異常変化を、地震発生前に、これから発生する可能性の高い大地震の震源の予測に利用できる。例えば、ＴＥＣ値が異常変化している電離圏（ＳＩＰ）と震源との位置関係、各ＳＩＰにおける地盤の情報等を予め過去のデータから導き出しておき、これらの情報を用いることにより震源の場所を予測することが可能となる。図８に示す判定結果を用いた場合、九州の南東端から更に南東の海上のＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化しているので、この箇所の近傍を震源とする地震が発生する可能性が高いと予測できる。よって、例えば、通報先の通信装置１００において、コンピュータ１から通報された情報に基づいて、地震発生前に地震の発生及び震源を予測し、予測した情報を緊急速報に用いる場合には、例えば地震発生の３０分程度前に緊急速報を発信することが可能となる。
【００５２】
（実施形態２）
上述した実施形態１の異常検知装置における変形例について説明する。実施形態１では、１つのコンピュータ１を用いて全ての処理を行う構成について説明した。これに対して、実施形態２では、実施形態１のコンピュータ１が行っていた処理を複数のコンピュータを用いて分散して行う構成について説明する。
図１０は、実施形態２の異常検知システムの構成例を示すブロック図である。実施形態２の異常検知システムは、各観測局２に設置された複数の観測局コンピュータ５と、１つの中央コンピュータ４とを備える。観測局コンピュータ５及び中央コンピュータ４は、例えばパーソナルコンピュータ、ワークステーション、スーパーコンピュータ等である。実施形態２では、本開示の異常検知プログラムの一部（推定誤差算出プログラム５１ａ）がそれぞれの観測局コンピュータ５にインストールされ、残り（異常検知プログラム４１ａ）が中央コンピュータ４にインストールされており、全体として実施形態１のコンピュータ１と同様の処理が行われる。
【００５３】
観測局コンピュータ５は、制御部５０、記憶部５１、メモリ５２、通信部５３等を含み、これらの各部はバスを介して相互に接続されている。制御部５０は、ＣＰＵ又はＭＰＵ等のプロセッサを含み、記憶部５１に記憶してある制御プログラムを適宜メモリ５２に展開して実行することにより、観測局コンピュータ５が行う種々の制御処理を行う。記憶部５１は、例えばハードディスク、ＳＳＤ等であり、制御部５０が実行する各種の制御プログラム及び各種のデータを記憶する。記憶部５１が記憶する制御プログラムには推定誤差算出プログラム５１ａが含まれ、記憶部５１が記憶するデータには観測データＤＢ５１ｂが含まれる。
【００５４】
メモリ５２は、例えばＲＡＭ、フラッシュメモリ等であり、記憶部５１に記憶してある制御プログラムを制御部５０が実行する際に発生するデータを一時的に記憶する。
通信部５３は、ネットワークＮに接続するためのインタフェースであり、ネットワークＮを介して、他のコンピュータと通信を行う。通信部５３による通信は、ケーブルを介した有線通信でもよいし、無線通信でもよい。
観測データＤＢ５１ｂに記憶される観測データの内容は、実施形態１の観測データと同一であるが、観測局コンピュータ５が設置されている観測局２が衛星３から受信した信号（電波）に関するデータのみである。
【００５５】
観測局コンピュータ５の制御部５０は推定誤差算出プログラム５１ａを実行することにより、実施形態１のコンピュータ１の制御部１０が実現する機能のうちのＴＥＣ値算出部１０ａ、ＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄの各機能を実現する。なお、観測局コンピュータ５の制御部５０が実現するＴＥＣ値算出部１０ａ、ＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄは、自身の観測局コンピュータ５が設置されている観測局２による観測データに基づく処理のみである。よって、例えばＴＥＣ値算出部１０ａは、自身の観測局コンピュータ５が設置されている観測局２と衛星３との間におけるＴＥＣ値のみを算出する。実施形態２のＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄは、実施形態１と同様の処理を行う。
【００５６】
観測局コンピュータ５の制御部５０は、テスト時間内の各算出タイミングについて推定誤差算出部１０ｄが算出した推定誤差を、通信部５３から中央コンピュータ４へ送信する。なお、制御部５０は、テスト時間内の各算出タイミング（観測データの各受信時刻）と、ＴＥＣ値算出部１０ａが算出したＳＩＰの情報と、推定誤差とを対応付けて中央コンピュータ４へ送信する。
【００５７】
中央コンピュータ４は、制御部４０、記憶部４１、メモリ４２、通信部４３等を含み、これらの各部はバスを介して相互に接続されている。制御部４０は、ＣＰＵ又はＭＰＵ等のプロセッサを含み、記憶部４１に記憶してある制御プログラムを適宜メモリ４２に展開して実行することにより、中央コンピュータ４が行う種々の制御処理を行う。記憶部４１は、例えばハードディスク、ＳＳＤ等であり、制御部４０が実行する各種の制御プログラム及び各種のデータを記憶する。記憶部４１が記憶する制御プログラムには異常検知プログラム４１ａが含まれ、記憶部４１が記憶するデータには推定誤差データベース（以下、推定誤差ＤＢという）４１ｂが含まれる。
【００５８】
メモリ４２は、例えばＲＡＭ、フラッシュメモリ等であり、記憶部４１に記憶してある制御プログラムを制御部４０が実行する際に発生するデータを一時的に記憶する。
通信部４３は、ネットワークＮに接続するためのインタフェースであり、ネットワークＮを介して、他のコンピュータと通信を行う。通信部４３による通信は、ケーブルを介した有線通信でもよいし、無線通信でもよい。
推定誤差ＤＢ４１ｂには、各観測局２に対応付けて、各観測局コンピュータ５から受信した、テスト時間内の各算出タイミング、ＳＩＰの情報、及び推定誤差が記憶される。制御部４０は、各観測局コンピュータ５から各情報を受信する都度、観測局２に対応付けて推定誤差ＤＢ４１ｂに記憶させる。
【００５９】
中央コンピュータ４の制御部４０は異常検知プログラム４１ａを実行することにより、実施形態１のコンピュータ１の制御部１０が実現する機能のうちの相関値算出部１０ｅ、相対値算出部１０ｆ、異常判定部１０ｇ、通報部１０ｈの各機能を実現する。実施形態２の相関値算出部１０ｅは、各観測局２から受信して推定誤差ＤＢ４１ｂに記憶された推定誤差に基づいて、テスト時間内の各算出タイミングについて、各観測局２（中央観測局）における相関値を算出する。実施形態２の相対値算出部１０ｆ、異常判定部１０ｇ、通報部１０ｈは、実施形態１と同様の処理を行う。
【００６０】
観測局コンピュータ５及び中央コンピュータ４は、上述した各部のほかに、キーボード、マウス等を含む操作部、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示部を備えていてもよい。
【００６１】
次に、実施形態２の異常検知システムにおいて観測局コンピュータ５及び中央コンピュータ４が行う処理について説明する。図１１は、観測局コンピュータ５及び中央コンピュータ４が行う処理の手順を示すフローチャートである。図１１では、左側に観測局コンピュータ５が行う処理を、右側に中央コンピュータ４が行う処理をそれぞれ示す。各観測局コンピュータ５の観測データＤＢ５１ｂには、各観測局コンピュータ５が設置されている観測局２が衛星３から受信した信号（電波）に関する観測データが記憶されているものとする。
【００６２】
観測局コンピュータ５の制御部５０は、図９に示すように実施形態１のコンピュータ１が行うステップＳ１〜Ｓ４の処理と同様の処理を行う（Ｓ２１〜Ｓ２４）。なお、観測局コンピュータ５は、観測データＤＢ５１ｂに記憶してある観測データに基づいて、自身の観測局コンピュータ５が設置されている観測局２と衛星３との間における電離圏（ＳＩＰ）の各値（ＴＥＣ値、近似式、推定ＴＥＣ値、推定誤差）を算出する。
制御部５０は、ステップＳ２４で算出した推定誤差を、通信部５３から中央コンピュータ４へ送信する（Ｓ２５）。
【００６３】
中央コンピュータ４の制御部４０は、各観測局コンピュータ５から受信した推定誤差を、観測局２毎に推定誤差ＤＢ４１ｂに記憶する（Ｓ２６）。
そして、中央コンピュータ４の制御部４０は、図９に示すように実施形態１のコンピュータ１が行うステップＳ５〜Ｓ１０の処理と同様の処理を行う（Ｓ２７〜Ｓ３２）。
【００６４】
上述したように、実施形態１のコンピュータ１が行っていた処理を、観測局コンピュータ５及び中央コンピュータ４に分散させた場合であっても、実施形態１と同様の効果が得られる。よって、実施形態２においても、電離圏におけるＴＥＣ値の変化を精度よく検知でき、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化のみを精度よく検知できる。
また、実施形態２では、各観測局２で実行可能な処理を観測局コンピュータ５が行うことにより、中央コンピュータ４における処理負担が軽減できる。
【００６５】
（実施形態３）
上述した実施形態１における異常検知装置の変形例について説明する。実施形態３の異常検知装置は、実施形態１のコンピュータ１によって実現できる。よって、実施形態３のコンピュータ１の構成についての説明を省略する。
図１２は、実施形態３のコンピュータ１の制御部１０によって実現される機能を示すブロック図である。実施形態３のコンピュータ１においても、制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することによって、ＴＥＣ値算出部１０ａ、ＴＥＣ値推定部１０ｂ、推定誤差算出部１０ｄ、相関値算出部１０ｅ、相対値算出部１０ｆ、異常判定部１０ｇ、通報部１０ｈの各機能を実現する。これらの各部は実施形態１と同様の処理を行う。
【００６６】
実施形態３のコンピュータ１では、制御部１０は更に、独立成分分析部１０ｉの機能を実現する。独立成分分析部１０ｉは、観測データＤＢ１１ｂに記憶してある観測データに対して、衛星３から送信された信号の成分と、通信経路において信号に加わったノイズの成分とに分離する分離処理を行う。よって、実施形態３のＴＥＣ値算出部１０ａは、独立成分分析部１０ｉによって処理された観測データに基づいてＴＥＣ値の算出を行う。
このように、ＴＥＣ値の算出に用いる観測データに独立成分分析を行うことにより、観測局２が受信した信号からノイズ成分を除去することができ、より精度のよい観測データを得ることができる。よって、このような観測データを用いることにより、電離圏のＴＥＣ値の変化を精度よく検知できる。
【００６７】
実施形態３の構成は、実施形態２にも適用可能である。即ち、実施形態２において、観測局コンピュータ５が、観測データＤＢ５１ｂに記憶してある観測データに対して、独立成分分析部１０ｉによる処理を行った後に、ＴＥＣ値算出部１０ａによるＴＥＣ値の算出処理を行う構成とすることができる。この場合にも、ノイズが除去された精度の高い観測データを得ることができるので、電離圏のＴＥＣ値の変化を精度よく検知できる。
このような構成とした場合でも、上述の実施形態１，２と同様の動作を実現できるので、同様の効果が得られる。
【００６８】
（実施形態４）
上述した実施形態３における異常検知装置の変形例について説明する。実施形態４の異常検知装置は、実施形態３のコンピュータ１によって実現でき、制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することによって、図１２に示す各機能を実現する。よって、実施形態４のコンピュータ１の構成及び各機能が行う処理についての説明を省略する。実施形態４のコンピュータ１では、相関値算出部１０ｅが、実施形態３とは若干異なる処理を行う。相関値算出部１０ｅは、複数の観測局２のそれぞれを中央観測局とし、中央観測局及びその周辺観測局のそれぞれについて推定誤差算出部１０ｄが算出した推定誤差の相関値を算出する。ここで、上述した実施形態３の相関値算出部１０ｅは、中央観測局の近傍の第１所定数（例えば３０個）の観測局２を周辺観測局としている。具体的には、中央観測局との位置が近い順に第１所定数の観測局２が周辺観測局に選択されていた。これに対して、実施形態４の相関値算出部１０ｅは、中央観測局と所定の位置関係にある第１所定数（例えば３個又は４個）の観測局２を周辺観測局とする。具体的には、中央観測局から所定距離を隔てた第１所定数の観測局２が周辺観測局に選択される。
【００６９】
次に、実施形態４のコンピュータ１が行う処理について説明する。図１３は、実施形態４のコンピュータ１が行う処理の手順を示すフローチャートであり、図１４Ａ乃至図１４Ｃは、実施形態４のコンピュータ１が行う処理を説明するための模式図である。なお、図１３は図９中のステップＳ１の処理の前にステップＳ４１の処理を追加し、ステップＳ４，Ｓ５の処理の間にステップＳ４２の処理を追加したものであり、図１３では図９中のステップＳ６〜Ｓ１０の図示を省略する。
【００７０】
実施形態４のコンピュータ１では、制御部１０（独立成分分析部１０ｉ）は、観測データＤＢ１１ｂに記憶してある観測局２毎の観測データに対して独立成分分析を行う（Ｓ４１）。これにより、制御部１０は、観測データを、衛星３から送信された信号の成分と、通信経路において信号に加わったノイズの成分とに分離し、衛星３から送信された信号の成分を抽出し、ノイズ成分が除去された観測データを生成する。ノイズ成分が除去された観測データは、一旦記憶部１１に記憶されてもよい。制御部１０は、独立成分分析が行われてノイズ成分が除去された観測データに基づいて、図９中のステップＳ１〜Ｓ４の処理を行う。
【００７１】
次に制御部１０は、観測局２のそれぞれを中央観測局とした場合の各中央観測局に対する周辺観測局を特定する（Ｓ４２）。例えば、制御部１０は、図１４Ａに示すように、中央観測局２ａから一定距離（例えば５０ｋｍ又は８０ｋｍ）離れた観測局２を３つ選択し、周辺観測局２ｂとする。このとき、３つの周辺観測局２ｂが略正三角形の頂点に位置する場所にある観測局２を選択することが好ましい。また、制御部１０は、図１４Ｂに示すように、中央観測局２ａから一定距離（例えば５０ｋｍ又は８０ｋｍ）離れた観測局２を４つ選択し、周辺観測局２ｂとしてもよい。このとき、４つの周辺観測局２ｂが略正方形の頂点に位置する場所にある観測局２を選択することが好ましい。また、制御部１０は、図１４Ｃに示すように、中央観測局２ａを中心とした線分上に一定間隔（例えば５０ｋｍ又は８０ｋｍ）で配置された複数の観測局２を周辺観測局２ｂとしてもよい。図１４Ｃでは、４つの観測局２を周辺観測局２ｂとした場合の例を示すが、４つに限らず５つ以上であってもよい。なお、図１４Ｃでは、中央観測局２ａ及び４つの周辺観測局２ｂが線分上に配置されている状態を示すが、所定幅を有する線分上に一定間隔で配置された観測局２を周辺観測局２ｂに選べばよい。中央観測局２ａに対する周辺観測局２ｂの位置及び数（第１所定数）は、図１４Ａ〜図１４Ｃに示した例に限らず、それぞれの中央観測局２ａと所定の位置関係にある観測局２を周辺観測局２ｂとすることができる。
【００７２】
なお、中央観測局２ａから一定距離離れた観測局２を周辺観測局２ｂとする場合、周辺観測局２ｂの数は３つ又は４つに限らないが、均一の数であることが望ましい。また、中央観測局２ａから例えば５０ｋｍ又は８０ｋｍ（一定距離）離れた観測局２を周辺観測局２ｂとすることができるが、これらの距離に限らない。例えば各観測局２におけるＴＥＣ値が所定値以上異なる値となる観測局２を中央観測局２ａ及び周辺観測局２ｂとしてもよい。具体的には、例えば、中央観測局２ａの近傍の観測局２のうちで、それぞれの観測局２におけるＴＥＣ値が、中央観測局２ａにおけるＴＥＣ値と所定値以上異なる観測局２を所定数（第１所定数）選択し、選択した観測局２を周辺観測局２ｂとしてもよい。また、各観測局２で受信した信号が異なる信号（類似していない信号）である観測局２を中央観測局２ａ及び周辺観測局２ｂとしてもよい。具体的には、例えば、中央観測局２ａの近傍の観測局２のうちで、それぞれの観測局２が受信した信号と、中央観測局２ａが受信した信号との類似度を算出し、類似度が所定値未満である信号を受信した観測局２を所定数（第１所定数）選択し、選択した観測局２を周辺観測局２ｂとしてもよい。なお、信号の類似度は、例えば中央観測局２ａ及びそれぞれの観測局２が受信した信号の位相（観測データ）に基づく単位ベクトルの内積によって算出することができ、内積が所定値未満である場合に、信号が類似していない（異なる）と判断してもよい。
【００７３】
そして制御部１０（相関値算出部１０ｅ）は、中央観測局についてステップＳ４で算出した推定誤差と、ステップＳ４２で特定した周辺観測局についてステップＳ４で算出した推定誤差と、上述の式１とに基づいて、それぞれの中央観測局における相関値を算出する（Ｓ５）。その後、制御部１０は、ステップＳ６以降の処理を行う。なお、それぞれの観測局２を中央観測局とした場合の周辺観測局は、予め決定されて、例えば記憶部１１に記憶されていてもよい。この場合、制御部１０は、図１３中のステップＳ４２の処理を行わず、各中央観測局と、各中央観測局に対して予め決定されている周辺観測局とにおける推定誤差の相関値を算出すればよい。
【００７４】
実施形態４においても、実施形態１〜３と同様の効果が得られる。即ち、実施形態４においても、電離圏におけるＴＥＣ値の変化を精度よく検知でき、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化のみを精度よく検知できる。
また実施形態４では、ＴＥＣ値の算出に用いる観測データに独立成分分析を行うことにより、観測局２が受信した信号からノイズ成分を除去して、より精度のよい観測データを得ることができる。このような観測データを用いることにより、各観測局２について算出した推定誤差の相関値を算出する際に、中央観測局に対する周辺観測局の数（第１所定数）を少なくできる。即ち、中央観測局における推定誤差と、少ない数（例えば３つ又は４つ）の周辺観測局における推定誤差との相関値を用いて、ＴＥＣ値の異常変化を検知できる。従って、観測局２の設置箇所が少なく、観測局２間の間隔が広い地域であっても、ＴＥＣ値の異常変化を精度よく検知できるので、異常検知装置の利用可能範囲が広がる。
【００７５】
（実施形態５）
上述した実施形態４における異常検知装置の変形例について説明する。実施形態５の異常検知装置は、実施形態４のコンピュータ１によって実現できる。よって、実施形態４のコンピュータ１の構成についての説明を省略する。図１５は、実施形態５のコンピュータ１の制御部１０によって実現される機能を示すブロック図である。実施形態５のコンピュータ１の制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行した場合、実施形態４と同様の機能を実現する。よって、各機能が行う処理についての説明を省略する。なお、実施形態５では、独立成分分析部１０ｉは、推定誤差算出部１０ｄが算出した推定誤差に対して独立成分分析を行う。
【００７６】
次に、実施形態５のコンピュータ１が行う処理について説明する。図１６は、実施形態５のコンピュータ１が行う処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１６は図９中のステップＳ４，Ｓ５の処理の間に、ステップＳ７１，Ｓ７２の処理を追加したものであり、図１６では図９中のステップＳ６〜Ｓ１０の図示を省略する。
【００７７】
実施形態５のコンピュータ１の制御部１０は、図９中のステップＳ１〜Ｓ４の処理を行う。そして制御部１０（独立成分分析部１０ｉ）は、観測局２（ＳＩＰ）毎に算出された推定誤差（複数局）に対して独立成分分析を行う（Ｓ７１）。なお、制御部１０は、複数の観測局２の推定誤差（複数局データ）を受けて独立成分分析を行う。これにより、制御部１０は、観測局２毎に算出された推定誤差を、衛星３から送信された信号に基づく成分と、衛星３からの通信経路において加わったノイズに基づく成分とに分離する。よって、衛星３から送信された信号に基づく成分が抽出され、ノイズに基づく成分が除去された推定誤差が生成される。次に制御部１０は、観測局２のそれぞれを中央観測局とした場合の各中央観測局に対する周辺観測局を特定する（Ｓ７２）。ここでは、制御部１０は、図１３中のステップＳ４２と同様の処理を行う。
【００７８】
そして制御部１０（相関値算出部１０ｅ）は、中央観測局についてステップＳ７１で独立成分分析を行った推定誤差と、ステップＳ７２で特定した周辺観測局についてステップＳ７１で独立成分分析を行った推定誤差と、上述の式１とに基づいて、それぞれの中央観測局における相関値を算出する（Ｓ５）。その後、制御部１０は、ステップＳ６以降の処理を行う。
【００７９】
実施形態５においても、実施形態１〜４と同様の効果が得られる。即ち、実施形態５においても、電離圏におけるＴＥＣ値の変化を精度よく検知でき、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化のみを精度よく検知できる。また実施形態５では、各観測局２におけるＴＥＣ値に基づいて算出した推定誤差に独立成分分析を行うことにより、ノイズ成分を除去した推定誤差を得ることができる。このような推定誤差を用いることにより、推定誤差の相関値を算出する際に、中央観測局に対する周辺観測局の数（第１所定数）を少なくできる。即ち、中央観測局における推定誤差と、少ない数（例えば３つ又は４つ）の周辺観測局における推定誤差との相関値を用いて、ＴＥＣ値の異常変化を検知できる。従って、観測局２の設置箇所が少なく、観測局２間の間隔が広い地域であっても、ＴＥＣ値の異常変化を精度よく検知できるので、異常検知装置の利用可能範囲が広がる。
【００８０】
（実施形態６）
上述した実施形態１における異常検知装置の変形例について説明する。実施形態６の異常検知装置は、実施形態１のコンピュータ１によって実現できる。上述した実施形態１では、各ＳＩＰでのＴＥＣ値が異常変化しているか否かの判定に、各ＳＩＰ（観測局２）において算出した相対値η（ｔ）を用いた。実施形態６では、相関値算出部１０ｅが算出した各ＳＩＰにおける相関値を用いて、各ＳＩＰでのＴＥＣ値が異常変化しているか否かを判定する。実施形態６のコンピュータ１は、制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することによって、図３に示す各機能のうち、相対値算出部１０ｆ以外の各機能を実現する。よって、実施形態６のコンピュータ１の構成及び各機能が行う処理についての説明を省略する。
【００８１】
実施形態６のコンピュータ１では、異常判定部１０ｇが、実施形態１とは若干異なる処理を行う。実施形態６の異常判定部１０ｇは、時刻Ｔについて相関値算出部１０ｅが算出した全ての観測局２（中央観測局）における相関値に基づいて処理を行う。異常判定部（判定部）１０ｇは、相関値算出部１０ｅが算出した各観測局２（各ＳＩＰ）の相関値がそれぞれ所定閾値（例えば３．５σ）以上であるか否かを判定する。そして、異常判定部１０ｇは、相関値が所定閾値以上である場合、この観測局２（ＳＩＰ）におけるＴＥＣ値が異常変化していると判定する。
【００８２】
次に、実施形態６のコンピュータ１が行う処理について説明する。図１７は、実施形態６のコンピュータ１が行う処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１７は図９に示す処理からステップＳ６，Ｓ７の処理を削除したものである。
実施形態６のコンピュータ１において、制御部１０は、図９中のステップＳ１〜Ｓ５と同様の処理を行う。そして制御部１０（異常判定部１０ｇ）は、各算出タイミングに対して算出された各観測局２（各中央観測局）における相関値がそれぞれ所定閾値以上であるか否かに基づいて、各中央観測局（各ＳＩＰ）におけるＴＥＣ値が異常変化しているか否かを判定する（Ｓ８）。観測局２における相関値が所定閾値以上である場合、制御部１０は、この観測局２に対応するＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化していることを確定する。
【００８３】
そして制御部１０は、ステップＳ９以降の処理を行う。具体的には、制御部１０は、各観測局２に対応するＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化していることが確定されたか否かを判断する（Ｓ９）。そして、いずれかの観測局２について異常変化していることが確定された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、制御部１０は、異常発生が確定された観測局２（ＳＩＰ）に関する情報を通報する（Ｓ１０）。
【００８４】
実施形態６においても、観測局２が衛星３から受信した信号（直接波）を観測データとして用いるので、電離圏におけるＴＥＣ値の変化を精度よく検知でき、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化を精度よく検知できる。また実施形態６においても、実施形態１で述べた各構成の変更が可能である。実施形態６の構成は、実施形態２〜５にも適用可能である。即ち、実施形態２〜５のコンピュータ１（異常検知装置）を、相関値算出部１０ｅが算出した各ＳＩＰにおける相関値を用いて、各ＳＩＰでのＴＥＣ値が異常変化しているか否かを判定する構成としてもよい。このような構成とした場合であっても同様の効果が得られる。
【００８５】
（実施形態７）
上述した実施形態１における異常検知装置の変形例について説明する。実施形態７の異常検知装置は、実施形態１のコンピュータ１によって実現でき、制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することによって、図３に示す各機能を実現する。よって、実施形態７のコンピュータ１の構成及び各機能が行う処理についての説明を省略する。実施形態７のコンピュータ１では、異常判定部１０ｇが、実施形態１とは若干異なる処理を行う。実施形態７の異常判定部１０ｇは、相対値算出部１０ｆが時刻Ｔについて全ての観測局２（全てのＳＩＰ）における相対値を算出した場合、算出された各観測局２（各ＳＩＰ）の相対値がそれぞれ所定閾値（例えば３．５）以上であるか否かを判定する。そして、異常判定部１０ｇは、相対値が所定閾値以上である観測局２（ＳＩＰ）を、ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化している可能性がある観測局２（異常観測局２）として抽出する。ここまでの処理は実施形態１と同じである。
【００８６】
図１８は、異常判定部１０ｇによる判定結果を示す模式図である。図１８に示す地図には、観測局２が異常観測局２として抽出されたＳＩＰに黒三角のマークが付与され、観測局２が異常観測局２として抽出されなかったＳＩＰに白丸のマークが付与されている。電離圏のＴＥＣ値は、大地震の発生に伴って異常変化するだけでなく、宇宙天気、日や季節の自然変化に伴って異常変化することが知られている。また、地震発生以外の要因で生じる電離圏（ＴＥＣ値）の異常は、図１８に示すように、観測可能な観測局２のうちの一定の割合以上の観測局２で検知されることが知られている。
【００８７】
よって、実施形態７の異常判定部１０ｇは、異常観測局２として抽出した観測局２（ＳＩＰ）の割合を算出し、算出した割合が一定の割合未満（例えば３０％未満）であるか否かに応じて、検知したＴＥＣ値の異常が大地震の発生に伴う異常であるか否かを判定する。具体的には、異常判定部１０ｇは、算出した割合が一定の割合未満である場合、検知したＴＥＣ値の異常が大地震の発生に伴う異常であると判定し、算出した割合が一定の割合以上である場合、検知したＴＥＣ値の異常が大地震の発生に伴う異常でないと判定する。また、異常観測局２の割合として、例えば、異常判定部１０ｇは、日本列島に設置された観測局２の総数に対して、異常観測局２として抽出した観測局２の割合を算出する。また、異常判定部１０ｇは、関東地方、近畿地方等の地方毎に、各地方に設置された観測局２の数に対する異常観測局２の割合を算出してもよいし、予め区分された領域毎に異常観測局２の割合を算出してもよい。
【００８８】
異常判定部１０ｇが異常観測局２の割合が一定の割合以上であると判断した場合、即ち、検知したＴＥＣ値の異常は大地震の発生に伴う異常ではない場合、通報部１０ｈは通報を行わない。一方、異常判定部１０ｇが異常観測局２の割合が一定の割合未満であると判断した場合、即ち、検知したＴＥＣ値の異常は大地震の発生に伴う異常である場合、異常判定部１０ｇは、実施形態１と同様の処理を行う。具体的には、異常判定部１０ｇは、異常観測局２として抽出された観測局２について、近傍の第２所定数（例えば４個）の観測局２も異常観測局２として抽出されたか否かを判断する。そして、近傍の複数の観測局２も異常観測局２として抽出されていた場合、異常判定部１０ｇは、この観測局２（ＳＩＰ）におけるＴＥＣ値は大地震の発生に伴って異常変化していると確定する。この場合、通報部１０ｈは通報を行う。
【００８９】
次に、実施形態７のコンピュータ１が行う処理について説明する。図１９は、実施形態７のコンピュータ１が行う処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１９は図９中のステップＳ８，Ｓ９の処理の間にステップＳ５１，Ｓ５２の処理を追加したものであり、図１９では図９中のステップＳ１〜Ｓ７の図示を省略する。
実施形態７のコンピュータ１において、制御部１０は、図９中のステップＳ１〜Ｓ８と同様の処理を行う。そして制御部１０（異常判定部１０ｇ）は、相対値が所定閾値以上であり、ＴＥＣ値が異常変化していると判定された観測局２（異常観測局２）の割合を算出し（Ｓ５１）、算出した割合が一定の割合未満であるか否かを判断する（Ｓ５２）。算出した割合が一定の割合未満であると判断した場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、制御部１０は、検知したＴＥＣ値の異常は大地震の発生に伴う異常であるとして、ステップＳ９以降の処理を行う。算出した割合が一定の割合以上であると判断した場合（Ｓ５２：ＮＯ）、制御部１０は、検知したＴＥＣ値の異常は大地震の発生に伴う異常ではないとして、処理を終了する。
【００９０】
実施形態７では、ＴＥＣ値が異常変化している可能性があると判定されたＳＩＰ（異常観測局２）の割合が一定の割合以上（例えば３０％以上）であった場合に、検知されたＴＥＣ値の異常は、大地震の発生に伴う異常ではないとして通報処理を行わない。よって、一定の割合以上の観測局２で同時にＴＥＣ値の異常が検知された場合に、大地震の発生に伴う異常ではないと確定することにより、地震発生以外の要因で生じるＴＥＣ値の異常を通報対象の異常から排除できる。これにより、大地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化のみを精度よく検知でき、通報することができる。
【００９１】
実施形態７の構成は、実施形態２〜６にも適用可能であり、実施形態２〜６に適用した場合であっても同様の効果が得られる。なお、実施形態６に適用した場合、異常判定部１０ｇは、相関値算出部１０ｅが時刻Ｔについて算出した各観測局２（各ＳＩＰ）の相関値がそれぞれ所定閾値（例えば３．５σ）以上であるか否かを判定する。そして、異常判定部１０ｇは、相関値が所定閾値以上である観測局２（ＳＩＰ）を、ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化している可能性がある観測局２（異常観測局２）として抽出する。そして、異常判定部１０ｇは、抽出した異常観測局２（ＳＩＰ）の割合を算出し、算出した割合が一定の割合以上（例えば３０％以上）であった場合、検知したＴＥＣ値の異常は大地震の発生に伴う異常ではないと判定する。異常判定部１０ｇが、検知したＴＥＣ値の異常は地震発生に伴う異常ではないと判定した場合、通報部１０ｈによる通報は行われない。一方、異常観測局２（ＳＩＰ）の割合が一定の割合未満であった場合、異常判定部１０ｇは、検知したＴＥＣ値の異常は地震発生に伴う異常であると判定する。
【００９２】
（実施形態８）
上述した実施形態１における異常検知装置の変形例について説明する。実施形態８の異常検知装置は、実施形態１のコンピュータ１によって実現でき、制御部１０が異常検知プログラム１１ａを実行することによって、図３に示す各機能を実現する。よって、実施形態８のコンピュータ１の構成及び各機能が行う処理についての説明を省略する。実施形態８のコンピュータ１は、異常判定部１０ｇにおいて各観測局２が異常観測局２であるか否かを判定する際の判定基準（所定閾値）を最適化できるように構成されている。具体的には、異常判定部１０ｇが、相対値算出部１０ｆが算出した各観測局２（各ＳＩＰ）の相対値に基づいて、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化しているか否か（異常観測局２であるか否か）を判定するための閾値が最適化される。
【００９３】
図２０は、参考データＤＢの構成例を示す模式図である。参考データＤＢには複数の参考データが蓄積されている。図２０に示す参考データは、各観測局２が異常観測局２であるか否かを判定する際に用いた判定基準（閾値）と、この判定基準を用いてＴＥＣ値の異常変化が検知されたか否かを示す情報（異常検知の有無）と、実際に地震が発生したか否かを示す情報（地震発生の有無）とを含む。参考データに含まれる判定基準及び異常検知の有無の情報は、過去の観測データに基づいて、異なる閾値を用いてＴＥＣ値が異常変化しているか否かを判定することにより生成される。また、参考データに含まれる地震発生の有無は、コンピュータ１のユーザ（例えば地震の観測者）によって入力される。なお、参考データに、ＴＥＣ値の分布、ＴＥＣ値に基づいて算出された各観測局２の相対値の分布等を含めてもよい。
【００９４】
コンピュータ１は、参考データＤＢに蓄積された参考データを用いることにより、相対値算出部１０ｆが算出した各観測局２（各ＳＩＰ）の相対値に基づいて、各観測局２が異常観測局２であるか否かを異常判定部１０ｇが判定する際の最適な閾値（判定基準）を特定する。そして、コンピュータ１は、特定した最適な閾値を次回からの処理に用いる。このように判定基準を最適化することにより、地震の発生に伴うＴＥＣ値の異常変化をより精度よく検知できる。また、検知対象の場所に応じて最適な閾値を設定できるので、各場所の自然環境等も考慮した判定基準の設定が可能となる。
【００９５】
実施形態８の構成は、実施形態２〜７にも適用可能であり、実施形態２〜７に適用した場合であっても同様の効果が得られる。なお、実施形態６に適用した場合、コンピュータ１は、異常判定部１０ｇが、相関値算出部１０ｅが算出した各観測局２（各ＳＩＰ）の相関値に基づいて、各ＳＩＰにおけるＴＥＣ値が異常変化しているか否か（異常観測局２であるか否か）を判定するための閾値を最適化できる。
【００９６】
上述した実施形態１〜８における異常検知装置の更なる変形例について説明する。実施形態１〜８の異常検知装置は、例えば地表における地磁気を観測する地磁気観測装置（図示せず）と組み合わせて用いることができる。地磁気観測装置は、例えば地磁気センサを有し、地磁気センサによって地表における地磁気を検知し、検知した地磁気の状態が正常であるか異常が発生しているか等を観測する。例えば、地磁気観測装置は、所定時間間隔で地表の地磁気を検知し、検知した地磁気の値と直近の検知値との差異が所定値以上となった場合、又は、検知した地磁気の経時的変化に異常が生じた場合、地表の地磁気に異常が発生していると判断する。そして、地磁気観測装置は、地磁気に異常が発生していると判断した場合、実施形態１〜８の異常検知装置（コンピュータ１）に通知する。コンピュータ１は、地磁気観測装置から地磁気の異常を通知された場合に、上述した実施形態１〜８の処理を行う。
【００９７】
図２１は、コンピュータ１が行う処理の手順を示すフローチャートである。なお、図２１は図９中のステップＳ１の処理の前にステップＳ６１の処理を追加したものであり、図２１では図９中のステップＳ２〜Ｓ１０の図示を省略する。コンピュータ１の制御部１０は、例えば地磁気観測装置からの通知に基づいて、地磁気観測装置によって地表における地磁気の異常が検知されたか否かを判断する（Ｓ６１）。地表での地磁気の異常が検知されていないと判断した場合（Ｓ６１：ＮＯ）、制御部１０は待機する。地磁気の異常が検知されたと判断した場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、制御部１０は、図９中のステップＳ１以降の処理を行う。即ち、制御部１０は、観測データに基づいてＴＥＣ値が異常変化しているか否かの検知処理を行う。
【００９８】
例えば大地震が発生する数週間前から地表における地磁気等に異常が発生することが知られている。よって、地表における地磁気に異常が発生していることを検知した場合に、衛星３から受信した観測データに基づいてＴＥＣ値が異常変化しているか否かの検知処理を行ってもよい。この場合、地震発生に伴うＴＥＣ値の異常変化を効率良く検知できる。また、地表における地磁気の代わりに、電離圏による反射波を用いて、地表に異常が発生しているか等を判断してもよい。例えば、地上の送信アンテナからＶＬＦ（Very Low Frequency）等の長波の電波を発信し、この電波を電離圏で反射された後に地上の受信アンテナで受信する。このように受信した反射波において、例えば受信した反射波の強度又は周波数等に変化が生じた場合に、地表に何らかの異常が発生していると判断できる。
【００９９】
上述した実施形態１〜８において、観測データは、地上に設置された観測局２が衛星３から受信した信号（電波）に関するデータのほかに、自動車、電車、船舶等の移動体に搭載された受信機が衛星３から受信した信号（電波）に関するデータであってもよい。例えば移動体に、観測局２と同様に、宇宙空間に配置された衛星３から送信された異なる周波数の信号（例えば１．５ＧＨｚ及び１．２ＧＨｚの周波数の信号）を受信できる受信機を搭載する。そして各受信機が、２つの信号を受信した各時点での位相を観測データとして用いることができる。なお、各受信機は、観測データを取得した際に、この時点での現在位置を示す情報（観測位置に係る情報）を取得しておき、観測データに対応付けて記憶する。これにより、観測データを取得した場所（観測位置）を把握でき、複数の観測位置のそれぞれに係る情報と、それぞれの観測位置で受信した衛星からの信号に係る情報とを対応付けて記憶できる。このような観測データを用いた場合であっても、それぞれの観測位置と衛星との間における大気中のＴＥＣ値を算出でき、ＴＥＣ値の異常変化を検知できる。このような構成とした場合、観測局２の設置箇所が少ない地域であっても、移動体に搭載された受信機が受信した観測データを用いてＴＥＣ値の異常変化を検知できるので、異常検知装置の利用可能範囲が広がる。また、船舶に搭載した受信機が受信した観測データを用いることにより、海上でも地上と同様に、ＴＥＣ値の異常変化の検知処理が可能となる。なお、このような観測データを用いる場合、所定範囲内（例えば直径が数ｋｍの円形領域内）の観測位置で取得した観測データを、同一の観測位置で取得した観測データとして扱ってもよい。例えば、各受信機が連続して観測データを取得しており、観測データと共に取得した観測位置が直近（直前）の観測位置から所定距離（例えば数ｋｍ）以上離れていない場合は、直近の観測位置を今回の観測位置としてもよい。
【０１００】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０１】
１  コンピュータ
２  観測局
３  衛星
１０  制御部
１１  記憶部
１０ａ  ＴＥＣ値算出部
１０ｂ  ＴＥＣ値推定部
１０ｄ  推定誤差算出部
１０ｅ  相関値算出部
１０ｆ  相対値算出部
１０ｇ  異常判定部
１０ｈ  通報部
１０ｉ  独立成分分析部
１１ａ  異常検知プログラム
１１ｂ  観測データＤＢ
１００  通信装置
１０４  通信部
１０５  通知部
【図１】
2018097272.tif 000005
【図２】
2018097272.tif 000006
【図３】
2018097272.tif 000007
【図４Ａ】
2018097272.tif 000008
【図４Ｂ】
2018097272.tif 000009
【図５】
2018097272.tif 000010
【図６】
2018097272.tif 000011
【図７Ａ】
2018097272.tif 000012
【図７Ｂ】
2018097272.tif 000013
【図８】
2018097272.tif 000014
【図９】
2018097272.tif 000015
【図１０】
2018097272.tif 000016
【図１１】
2018097272.tif 000017
【図１２】
2018097272.tif 000018
【図１３】
2018097272.tif 000019
【図１４Ａ】
2018097272.tif 000020
【図１４Ｂ】
2018097272.tif 000021
【図１４Ｃ】
2018097272.tif 000022
【図１５】
2018097272.tif 000023
【図１６】
2018097272.tif 000024
【図１７】
2018097272.tif 000025
【図１８】
2018097272.tif 000026
【図１９】
2018097272.tif 000027
【図２０】
2018097272.tif 000028
【図２１】
2018097272.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月27日(2018.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備え、
前記通報部は、前記判定部が前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しないことを特徴とする異常検知装置。
【請求項２】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局から所定距離を隔てた前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍で、前記電子数算出部が算出した変化量が所定値以上異なる前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍の前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が前記所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第２所定数の観測局のそれぞれについて前記相関値算出部が算出した前記相関値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、前記複数個の変化量の時間変化を示す近似式を算出し、算出した近似式に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定する推定部
を備えることを特徴とする請求項１から５までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項７】
前記差異算出部は、前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第１の所定時間に続く第２の所定時間に亘って前記所定時間間隔で算出した変化量と、前記電子数算出部による変化量の算出タイミングに対して前記推定部が前記近似式に基づいて推定した変化量との差異を算出し、
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記算出タイミングに対して各観測局について算出した前記差異と、前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項６に記載の異常検知装置。
【請求項８】
前記相関値算出部は、いずれかの前記観測局ｘ０における時刻Ｔでの前記相関値Ｃ（Ｔ）を、以下の式１に基づいて算出することを特徴とする請求項７に記載の異常検知装置。
【数１】
2018097272.tif 000030
ただし、ｘｉは前記第１所定数の観測局のいずれかを示し、
ｘ０，ｔ０は観測局ｘ０における時刻ｔ０での前記差異を示し、
ｘｉ，ｔ０は観測局ｘｉにおける時刻ｔ０での前記差異を示す。
また、任意の時刻をｔとし、前記第１の所定時間をｔｓａｍｐｌｅとし、前記第２の所定時間をｔｔｅｓｔとし、時刻Ｔは任意の時刻ｔから時間ｔｓａｍｐｌｅ及びｔｔｅｓｔが経過した時刻を示す。更に、Ｍは前記第１所定数を示し、Ｎは第２の所定時間ｔｔｅｓｔに亘って算出した全電子数の観測開始時からの変化量の個数を示し、Δｔは全電子数の観測開始時からの変化量を算出する時間間隔であり、Δｔ＝ｔｔｅｓｔ／（Ｎ−１）で示される。
【請求項９】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が各観測局について算出した前記差異と、前記第１所定数の観測局のうちの２つの観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１０】
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した時刻Ｔでの前記相関値の中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）に基づいて、各観測局の前記相関値Ｃ（Ｔ）の前記中央値ｍｅｄ（Ｔ）に対する相対値η（Ｔ）を、以下の式に基づいて算出する相対値算出部とを備え、
η（Ｔ）＝（Ｃ（Ｔ）−ｍｅｄ（Ｔ））／σ（Ｔ）
前記判定部は、前記相対値算出部が算出した前記相対値が所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第２所定数の観測局のそれぞれについて前記相対値算出部が算出した前記相対値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１から９までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１１】
前記観測局のそれぞれが前記衛星から受信した信号に対して独立成分分析を実行する独立成分分析部
を備えることを特徴とする請求項１から１０までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
前記判定部は、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると継続して判定した時間が所定時間に達した場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していることを確定する
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１４】
前記信号に係る情報は、周波数が異なる２つの信号のそれぞれの位相であり、
前記電子数算出部は、前記２つの信号の位相差に基づいて前記大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を算出する
ことを特徴とする請求項１〜１１及び１３のいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１５】
過去の観測データに基づいて、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生しているか否かの判断基準である前記所定閾値を特定する特定部
を備えることを特徴とする請求項１〜１１，１３及び１４のいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１６】
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備え、
前記通報部は、前記判定部が前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しないことを特徴とする異常検知装置。
【請求項１７】
請求項１〜１１及び１３〜１６のいずれかひとつに記載の異常検知装置から通報された情報を受信する受信部と、
前記受信部が受信した情報を通知する通知部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１８】
異常検知装置が、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行し、
前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しない
ことを特徴とする異常検知方法。
【請求項１９】
異常検知装置が、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行し、
前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しない
ことを特徴とする異常検知方法。
【請求項２０】
コンピュータに、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させ、
前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行させない
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
コンピュータに、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させ、
前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行させない
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載のプログラムが記録してあることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月23日(2019.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備え、
前記通報部は、前記判定部が前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しないことを特徴とする異常検知装置。
【請求項２】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局から所定距離を隔てた前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍で、前記電子数算出部が算出した変化量が所定値以上異なる前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項４】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍の前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項５】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局が受信した信号との類似度が所定値未満である前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項６】
前記判定部は、前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が前記所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第２所定数の観測局のそれぞれについて前記相関値算出部が算出した前記相関値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項７】
前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、前記複数個の変化量の時間変化を示す近似式を算出し、算出した近似式に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定する推定部
を備えることを特徴とする請求項１から６までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項８】
前記差異算出部は、前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第１の所定時間に続く第２の所定時間に亘って前記所定時間間隔で算出した変化量と、前記電子数算出部による変化量の算出タイミングに対して前記推定部が前記近似式に基づいて推定した変化量との差異を算出し、
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記算出タイミングに対して各観測局について算出した前記差異と、前記第１所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項７に記載の異常検知装置。
【請求項９】
前記相関値算出部は、いずれかの前記観測局ｘ0における時刻Ｔでの前記相関値Ｃ（Ｔ）を、以下の式１に基づいて算出することを特徴とする請求項８に記載の異常検知装置。
【数１】
2018097272.tif 000031
ただし、ｘi は前記第１所定数の観測局のいずれかを示し、
ｘ0,t0は観測局ｘ0 における時刻ｔ０での前記差異を示し、
ｘi,t0は観測局ｘi における時刻ｔ０での前記差異を示す。
また、任意の時刻をｔとし、前記第１の所定時間をｔsampleとし、前記第２の所定時間をｔtestとし、時刻Ｔは任意の時刻ｔから時間ｔsample及びｔtestが経過した時刻を示す。更に、Ｍは前記第１所定数を示し、Ｎは第２の所定時間ｔtestに亘って算出した全電子数の観測開始時からの変化量の個数を示し、Δｔは全電子数の観測開始時からの変化量を算出する時間間隔であり、Δｔ＝ｔtest／（Ｎ−１）で示される。
【請求項１０】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が各観測局について算出した前記差異と、前記第１所定数の観測局のうちの２つの観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１１】
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した時刻Ｔでの前記相関値の中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記中央値ｍｅｄ（Ｔ）及び標準偏差σ（Ｔ）に基づいて、各観測局の前記相関値Ｃ（Ｔ）の前記中央値ｍｅｄ（Ｔ）に対する相対値η（Ｔ）を、以下の式に基づいて算出する相対値算出部とを備え、
η（Ｔ）＝（Ｃ（Ｔ）−ｍｅｄ（Ｔ））／σ（Ｔ）
前記判定部は、前記相対値算出部が算出した前記相対値が所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第２所定数の観測局のそれぞれについて前記相対値算出部が算出した前記相対値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１２】
前記観測局のそれぞれが前記衛星から受信した信号に対して独立成分分析を実行する独立成分分析部
を備えることを特徴とする請求項１から１１までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１３】
前記判定部は、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると継続して判定した時間が所定時間に達した場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していることを確定する
ことを特徴とする請求項１から１２までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１４】
前記信号に係る情報は、周波数が異なる２つの信号のそれぞれの位相であり、
前記電子数算出部は、前記２つの信号の位相差に基づいて前記大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を算出する
ことを特徴とする請求項１から１３までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１５】
過去の観測データに基づいて、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生しているか否かの判断基準である前記所定閾値を特定する特定部
を備えることを特徴とする請求項１から１４までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。
【請求項１６】
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備え、
前記通報部は、前記判定部が前記複数の観測位置のうちの所定の割合以上の観測位置に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しないことを特徴とする異常検知装置。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれかひとつに記載の異常検知装置から通報された情報を受信する受信部と、
前記受信部が受信した情報を通知する通知部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項１８】
異常検知装置が、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行し、
前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しない
ことを特徴とする異常検知方法。
【請求項１９】
異常検知装置が、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行し、
前記複数の観測位置のうちの所定の割合以上の観測位置に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しない
ことを特徴とする異常検知方法。
【請求項２０】
コンピュータに、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第１所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させ、
前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行させない
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
コンピュータに、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第１の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第１所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させ、
前記複数の観測位置のうちの所定の割合以上の観測位置に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行させない
ことを特徴とするプログラム。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載のプログラムが記録してあることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【国際調査報告】
2018097272.tif 000032
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