(57)【要約】【課題】予測地点と地震観測点との地盤特性を考慮することができ、よって予測精度を高めることができるとともに、警報を発するまでの余裕時間も充分に確保することが可能になるリアルタイム震度を用いた震度予測システムを提供する。【解決手段】予測地点に設置されて当該予測地点に到達する地震の震度を事前に予測するシステムであって、過去に発生した地震に基づいて作成した上記予測地点と当該予想地点の周囲の地震観測点との相対震度評価式を保持するデータベース４と、地震発生時に上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信する受信手段１と、この受信手段で受信した上記地震観測点のリアルタイム震度に上記相対震度評価式を乗じる演算を繰り返して順次上記予測地点における予測震度を算出する予測演算手段３とを備える。【選択図】図１
2016138819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予測地点に設置されて当該予測地点に到達する地震の震度を事前に予測するシステムであって、
過去に発生した地震に基づいて作成した上記予測地点と当該予想地点の周囲の地震観測点との相対震度評価式を保持するデータベースと、地震発生時に上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信する受信手段と、この受信手段で受信した上記地震観測点のリアルタイム震度に上記相対震度評価式を乗じる演算を繰り返して順次上記予測地点における予測震度を算出する予測演算手段とを備えてなることを特徴とするリアルタイム震度を用いた震度予測システム。
【請求項２】
上記予測演算手段によって算出された上記予測震度が、予め設定された閾値を超えた際にその旨の信号を発信する発信手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のリアルタイム震度を用いた震度予測システム。
【請求項３】
上記受信手段は、複数の上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信するとともに、上記予測演算手段は、上記観測された震度のうちの最大震度に上記相対震度評価式を乗じて上記予測震度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のリアルタイム震度を用いた震度予測システム。
【請求項４】
上記受信手段は、複数の上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信するとともに、上記予測演算手段は、上記観測された震度のうちの２以上の震度の平均値に上記相対震度評価式を乗じて上記予測震度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のリアルタイム震度を用いた震度予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアルタイム震度を用いて、地震の揺れが到達する前に予測地点における震度を予測するための震度予測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造工場や公共施設等において、気象庁の緊急地震速報や現地に設置した地震計で観測された情報を利用して、上記工場や施設等における震度を予測する震度予測システムが設置されている。
【０００３】
従来、このような震度予測システムとして、気象庁による緊急地震速報を利用したものが知られている。この緊急地震速報は、震源位置に近い観測所で観測された地震波形から地震規模および震源位置を推定し、これらの情報と地震動予測式を用いて評価地点における震度を予測するものである。
【０００４】
しかしながら、上記緊急地震速報を用いた震度予測システムにあっては、例えば先の東北地方太平洋沖地震のようなＭ９クラスの巨大地震に対しては、断層破壊の進行過程において観測された初期の地震波形に基づいて震度予測がなされてしまうために過小評価になり、よって地震規模を高い精度で予測することができないという問題点があった。
【０００５】
これに対して、例えば下記特許文献１、２においては、予測地点に地震計を設置し、当該地震計で観測された地震のＰ波の大きさから、Ｓ波の大きさを予測して警報を発する震度予測システムが提案されている。ところが、この震度予測システムにおいては、予測地点の地震計で観測された揺れの大きさに基づいて、Ｓ波による大きな揺れが到達するまでに充分な余裕時間を確保することが困難であるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３２１４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６４３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、気象庁は、上述した緊急地震速報における巨大地震への適用限界を改善するために、平成２６年度にリアルタイム震度を用いた技術改善策（PLUM法）を発表した。
このPLUM法は、予測地点から半径３０Km以内の他の地震観測点で観測されたリアルタイム震度を基に、その揺れが減衰せずに予測地点まで伝搬すると仮定して、そのうちの最大値を予測地点に到来する予測震度とするものである。
【０００８】
上記PLUM法によれば、震源要素を用いることなく、地震観測点で観測されたリアルタイム震度に基づいて予測地点の震度を予測するものであるために、上記緊急地震速報による適用限界を改善することが期待されるものの、対象となる地震観測点を半径３０Km以内としているために、予測地点において警報を発するまでに充分な余裕時間を確保し得るかが懸念される。また、予測地点と地震観測点とにおける地盤特性の相違が考慮されていないために、予測精度が充分といえない場合も想定される。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、予測地点と地震観測点との地盤特性を考慮することができ、よって予測精度を高めることができるとともに、警報を発するまでの余裕時間も充分に確保することが可能になるリアルタイム震度を用いた震度予測システムを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、予測地点に設置されて当該予測地点に到達する地震の震度を事前に予測するシステムであって、過去に発生した地震に基づいて作成した上記予測地点と当該予想地点の周囲の地震観測点との相対震度評価式を保持するデータベースと、地震発生時に上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信する受信手段と、この受信手段で受信した上記地震観測点のリアルタイム震度に上記相対震度評価式を乗じる演算を繰り返して順次上記予測地点における予測震度を算出する予測演算手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記予測演算手段によって算出された上記予測震度が、予め設定された閾値を超えた際にその旨の信号を発信する発信手段を備えてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記受信手段が、複数の上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信するとともに、上記予測演算手段は、上記観測された震度のうちの最大震度に上記相対震度評価式を乗じて上記予測震度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のリアルタイム震度を用いた震度予測システム。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のはつめいにおいて、上記受信手段が、複数の上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度を受信するとともに、上記予測演算手段は、上記観測された震度のうちの２以上の震度の平均値に上記相対震度評価式を乗じて上記予測震度を算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明によれば、予め過去に発生した地震に基づいて予測地点と周囲の地震観測点との相対震度評価式を作成しておき、地震発生時に上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度に上記相対震度評価式を時々刻々乗じる演算を行って順次上記予測地点における予測震度を算出しているために、予測地点から遠方の地震観測点で観測された震度も考慮に入れることにより、警報を発するまでに充分な余裕時間を確保することが可能になる。
【００１５】
また、従来のようにＰ波とＳ波とを識別する必要が無く、観測データをそのまま予測計算に利用することができる。しかも、上記相対震度評価式の基となる相対震度IAは、過去の地震時において予測地点で計測された震度Ikと地震観測点で計測された震度Iiの比（Ik／Ii）として定義されるものであり、予測地点と地震観測点との地盤特性が考慮されているために、予測精度も高めることができる。
【００１６】
また、複数の上記地震観測点で観測されたリアルタイム震度から、予測地点の震度を予測するに際しては、例えば請求項３に記載の発明のように、観測されたリアルタイム震度のうちの最大震度に上記相対震度評価式を乗じて予測震度を算出したり、あるいは請求項４に記載の発明のように、観測されたリアルタイム震度のうちの２以上の震度の平均値に上記相対震度評価式を乗じて予測震度を算出したりすることができる。
【００１７】
この際に、例えば１つ前の演算時の震度よりも小さい震度を受信した地震観測点のリアルタイム震度を上記演算から除外するようにすれば、特に請求項４に記載の発明のように２以上の地震観測点で観測された震度の平均値を予測地点における震度予測に用いる場合に、平均値が過小評価されて予測精度が低下することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】上記一実施形態における予測地点および地震観測点を示す地図である。
【図３】図２の予測地点と４地震観測点との相対震度評価式を示すグラフである。
【図４】上記相対震度評価式を求める際の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例において１箇所の地震観測点で観測されたリアルタイム震度から上記実施形態によって予測した震度を、予測地点で実際に観測されたリアルタイム震度および緊急地震速報によって予測された震度と対比して示したグラフである。
【図６】本発明の実施例において３地震観測点において観測されたリアルタイム震度を示すグラフである。
【図７】図６の観測結果を最大値によって統合した結果と平均値によって統合した結果を、予測地点で実際に観測されたリアルタイム震度と対比して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図４は、本発明に係るリアルタイム震度を用いた震度予測システムの一実施形態を示すものである。
図１は、上記震度予測システムの概略構成を示すもので、この震度予測システムは、嫌振機器類が設置された工場等の震度予測地点に設置されるもので、地震発生時に複数の地震観測点（i=1,N）で観測されたリアルタイム震度を受信する受信装置（受信手段）１と、この受信装置１で受信したリアルタイム震度から予測地点における震度を予測するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２とから概略構成されたものでる。
【００２０】
このＰＣ２は、全体を統括制御するＣＰＵ（予測演算手段）３に、入出力制御部を介して実行プログラムを読み込んで演算処理するＲＡＭ、データベースを格納した記憶装置４およびキーボードやマウス等の入力装置が接続されるとともに、警報を配信する発信装置（発信手段）５が接続されたものである。
【００２１】
そして、記憶装置４に格納されたデータベースは、過去に発生した地震データおいて予測地点で観測された震度と予想地点の周囲の複数の地震観測点で観測された震度とから作成された相対震度評価式によって構成されている。
【００２２】
これを具体的に説明すると、先ず過去の地震データから、下式（１）に示すように、予測地点で観測された震度Ikと地震観測点で計測された震度Iiの比から相対震度IAを算出する。
相対震度IA＝Ik／Ii                                            （１）
【００２３】
この際に、上記複数の地震観測点としては、予測地点の周辺にある全ての地震観測点を選択してもよく、あるいは予測地点において警報を配信する際の余裕時間を設定し、これに対応する距離以上にある地震観測点を選択してもよい。例えば、警報配信までの余裕時間tを５秒と設定した場合には、岩盤を伝播する地震波のS波は約3km/sで伝わることから、設定した余裕時間を確保するための予測地点と地震観測点間の距離Xkiは、Xki=5×3=15kmとなる。このような場合は，予測地点から15km以上離れた地震観測点を対象とすればよい。
【００２４】
また、地震観測点は、１箇所あるいは複数箇所を選択することが可能である。ただし、予測地点に対して様々な方位で発生する地震に対して震度を予測する必要がある場合には、例えば予測地点に対して東西南北方向に地震観測点を設定しておく必要がある。これに対して、予測地点において震度を予測する地震が特定されるような場合、例えば静岡県にある予測地点で東海地震のみを対象とするような場合には、予測地点よりも想定震源域に近い１箇所の地震観測点のみを対象とすることも可能である
【００２５】
このようにして選択した対象となる複数の地震観測点に対して、上記相対震度IAを算出する。なお、予測地点の周辺にある全ての地震観測点を対象として相対震度IAを算出した場合には、相対震度IAの標準偏差が小さい精度の高い地震観測点をデータベースの対象として選択すれば、予測地点における震度予測の確度を向上させることができる。
【００２６】
図２は、防災科学研究所の地震観測点MYG003、MYG006、MYG007、MYG008、MYG0010を示すものであり、図３は、図２のMYG006を仮に上記予測地点とした場合の、MYG003、MYG007、MYG008、MYG0010に対する相対震度IAを示すものである。
ちなみに、MYG003，MYG007，MYG008，MYG010の標準偏差は、それぞれ0.33，0.28，0.35，0.22である。
【００２７】
そして次に、この相対震度IAに基づいて、各地震観測点に対する相対震度評価式を求める。図３においては、各々の地震観測点について、震度３以上における平均値と３未満における平均値とをそれぞれ相対震度評価式として採用した場合を示している。
【００２８】
図３に見られるように、いずれの地震観測点MYG003，MYG007，MYG008，MYG010においても、震度が小さい値の場合に相対震度IAの値のばらつきが大きくなる傾向が確認できる。例えば、図４は、MYG010における全データを用いた想定震度IAの平均値は0.816であり、これに対する残差（各相対震度値と平均値の差分）を全データと、MYG010における震度が２以上の場合とに分けて頻度分布として示したものである。
【００２９】
図４から、MYG010において震度２以上とした場合の方が、全てのデータを用いた場合よりもばらつきの程度が小さくなることが明らかである。そこで、相対震度IAのばらつきが地震観測点の震度に応じて明らかに傾向が異なる場合には、ばらつきの小さい範囲での相対震度IAから相対震度評価式を求めてデータベースに保持させることも可能である。例えば、上述したMYG010の場合では、MYG010での震度が２以上の場合におけるデータに基づいて予め算出した相対震度IAから相対震度評価式を求めてデータベースに保持させる。
【００３０】
そして、ＰＣ２のプログラムは、地震発生時に受信装置１から受信した上記地震観測点のリアルタイム震度が入力されると、記憶装置４内に格納されている各々の地震観測点の相対震度評価式を参照して、上記地震観測点のリアルタイム震度に上記相対震度評価式を乗じる演算を繰り返して順次予測地点における予測震度を算出し、この予測震度が警報配信閾値を超えた場合に発信装置５へと警報を配信する。
【００３１】
なお、時刻ｔｉに複数の地震観測点ｊからリアルタイム震度Ｉｔｉ，ｊが送信された場合に、例えば下式（２）によって、これらの最大値から予測地点における予測震度ＩＰｔｉを算出する方法を採ることができる。
【００３２】
【数１】
2016138819.tif 000003
【００３３】
また、他の方法として、時刻ｔｉに複数の地震観測点ｊから送信されたリアルタイム震度Ｉｔｉ，ｊから、下式（３）によって平均値を求めて、当該平均値から予測地点における予測震度ＩＰｔｉを算出することもできる。なお、下式（３）は相加平均によって平均値を求めているが、相乗平均とすることも可能である。
【００３４】
【数２】
2016138819.tif 000004
【００３５】
ただし、（３）式を用いる場合には、異なる観測点での地震波検知時間の違いにより、平均処理開始時に時刻ｔｉにおける平均値が時刻ｔｉ−１よりも小さな値となることが想定される。このため、平均処理時には時刻ｔｉと時刻ｔｉ−１における予測震度を比較して、ＩＰｔｉがＩＰｔｉ−１以上の値となる場合についてのみ、時刻ｔｉにおけるＩＰｔｉを採用することとする。
【００３６】
また、下式（３）´に示すように、上記複数の地震観測点ｊに重み付けをして、その平均値を予測地点における予測値ＩＰｔｉとすることもできる。
【００３７】
【数３】
2016138819.tif 000005
【００３８】
さらに、他の方法として、下式（４）に示すように、相対震度IAを算出した際に得られる標準偏差を用いた重み付け平均によって、時刻ｔｉにおける予測値ＩＰｔｉを算出することもできる。ここで、時刻ｔｉにおける地震観測点１と２からのリアルタイム震度をＩｔｉ、１およびＩｔｉ、２とする。また、地震観測点１と２において相対震度IAを算出した際の標準偏差をσ１とσ２とする。
【００３９】
【数４】
2016138819.tif 000006
【００４０】
以上説明したように、上記構成からなるリアルタイム震度を用いた震度予測システムによれば、予測地点から遠方の地震観測点で観測された震度も考慮に入れることにより、警報を発するまでに充分な余裕時間を確保することが可能になるとともに、上記相対震度評価式は、予測地点と地震観測点との地盤特性が考慮されているために、予測精度も高めることができる。
【実施例】
【００４１】
本発明の効果を検証するために、東北地方太平洋沖地震で観測されたデータを用いて、図２のMYG006を予測地点とし、最も早く地震を検知したMYG008を地震観測点として、MYG006における震度を予測した。また、比較例として、緊急地震速報による予測値も求めた。
【００４２】
図５は、これらの算出結果を、実際にMYG006において観測された震度とともに示すもので、実際の最終震度が６．１であったのに対して、本発明の予測システムによれば５．９と略同程度の震度に予測された。一方、緊急地震速報を用いた場合には、震度４．５と過小評価されており、本発明の予測システムを用いることにより、より高い精度で予測できることが判る。
【００４３】
また、本発明の予測システムによれば、予測地点MYG006における実測値よりも１０秒以上早く警報を配信することが可能であり、例えば、震度４を警報配信の閾値とした場合には１４．６秒、震度５を上記閾値とした場合には１８．１秒の余裕時間を確保可能である。
【００４４】
次に、MYG006を予測地点とし、MYG007およびMYG010の２箇所を地震観測点として、MYG006における震度を予測した。
図６は、これらMYG006、MYG007およびMYG010において実際に観測されたリアルタイム震度を示すものであり、図７は、本発明のシステムを用いて、MYG007およびMYG010で観察されたリアルタイム震度を上記（２）式および（３）式によって統合してMYG006の震度を予測した結果を示すものである。
【００４５】
図７に示すように、この場合においても、図５に示した場合と同様に、充分な余裕時間をもって警報を発信することが可能になっている。例えば、震度４を警報配信の閾値とした場合には（２）式を用いて統合した場合で６．８秒、（３）式を用いて統合した場合で６．８秒の余裕時間を確保することができ、震度５を上記閾値とした場合には（２）式の場合で１４．７秒、（３）式の場合で９．８秒の余裕時間を確保可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  受信装置（受信手段）
２  パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３  ＣＰＵ（予測演算手段）
４  データベースを格納した記憶装置４
５  警報を配信する発信装置（発信手段）
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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