(57)【要約】【課題】地震波データを効率的に圧縮して記録する。【解決手段】複数の地震波センサで検出された地震波データを圧縮して効率よく記録する。複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換し、共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する。指数部が共通しない場合には、複数の地震波データのなかで最大の指数部をもつデータを特定し、最大の指数部で共通化するように他の地震波データの仮数部を調整し、共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の地震波センサで検出された地震波データを記録する記録方法であって、
前記複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換し、
共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する
ことを特徴とする地震記録方法。
【請求項２】
請求項１に記載の地震波データ記録方法において、
前記複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換した後、
前記複数の地震波データのなかで最大の指数部をもつデータを特定し、
前記最大の指数部で共通化するように他の地震波データの仮数部を調整し、
共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する
ことを特徴とする地震記録方法。
【請求項３】
複数の地震波センサで検出された地震波データを記録する地震記録装置であって、
前記複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換し、
共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する
ことを特徴とする地震記録装置。
【請求項４】
南北、東西、上下方向の３つの方向の地震波のデータを記録する記録方法であって、
前記３つの方向の地震波データを三次元極座標に変換することにより、絶対値情報（ｒ）と２つの位相情報（ψ、θ）とに変換し、
絶対値情報（ｒ）を浮動小数点数フォーマットで記録し、２つの位相情報（ψ、θ）は絶対値情報（ｒ）よりも低い精度で記録する
ことを特徴とする地震記録方法。
【請求項５】
南北、東西、上下方向の３つの方向の地震波のデータを記録する地震記録装置であって、
前記３つの方向の地震波データを三次元極座標に変換することにより、絶対値情報（ｒ）と２つの位相情報（ψ、θ）とに変換し、
絶対値情報（ｒ）を浮動小数点数フォーマットで記録し、２つの位相情報（ψ、θ）は絶対値情報（ｒ）よりも低い精度で記録する
ことを特徴とする地震記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震記録装置に関し、具体的には、地震波データを記録するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地震研究の重要性に鑑み、地震波を詳細かつ長時間に亘って記録する必要性が高まっている。
例えば、複数の地点に振動を検出する検出器を設置して、これら複数の検出器から得られる振動データを総合的に利用することが行われている。
複数の検出器から得られる振動データを総合的に利用したい場面を具体的に考えてみると、例えば図８のような適用例が代表的である。図８においては、高層ビル８の揺れを測定するため、ビル８の周辺およびビル８の内部に複数の検出器９Ａ−９Ｆを設置している。これら複数の検出器９Ａ−９Ｆで得られた振動データを解析することで、例えば地震や強風に対してこのビル８がどのように揺れたのか、免震機能や制振機能が充分に機能していたのかがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許５３２９３０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数の検出器を用いた多チャンネル記録方式で、かつ、長時間に亘って常に記録する方式を採用すると、そのデータ量は膨大になる。
記録媒体も大容量化しているのであるが、それでも記憶容量には制限がある。また、記録した地震波データをその後に解析等で利用するにあたってデータ送信やデータ蓄積をすることを考えると、データ容量はできるだけ小さい方が好ましい。
地震波データを効率的に圧縮して記録する方法および装置が望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、地震波データを効率的に圧縮して記録する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地震記録方法は、
複数の地震波センサで検出された地震波データを記録する記録方法であって、
前記複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換し、
共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する
ことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、
前記複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換した後、
前記複数の地震波データのなかで最大の指数部をもつデータを特定し、
前記最大の指数部で共通化するように他の地震波データの仮数部を調整し、
共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する
ことが好ましい。
【０００８】
本発明の地震記録装置は、
複数の地震波センサで検出された地震波データを記録する地震記録装置であって、
前記複数の地震波データを浮動小数点数フォーマットに変換し、
共通する一つの指数部と、各地震波データの仮数部と、を記録する
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の地震記録方法は、
南北、東西、上下方向の３つの方向の地震波のデータを記録する記録方法であって、
前記３つの方向の地震波データを三次元極座標に変換することにより、絶対値情報（ｒ）と２つの位相情報（ψ、θ）とに変換し、
前記絶対値情報（ｒ）を浮動小数点数フォーマットで記録し、２つの位相情報（ψ、θ）は前記絶対値情報（ｒ）よりも低い精度で記録する
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の地震記録装置は、
南北、東西、上下方向の３つの方向の地震波のデータを記録する地震記録装置であって、
前記３つの方向の地震波データを三次元極座標に変換することにより、絶対値情報（ｒ）と２つの位相情報（ψ、θ）とに変換し、
絶対値情報（ｒ）を浮動小数点数フォーマットで記録し、２つの位相情報（ψ、θ）は絶対値情報（ｒ）よりも低い精度で記録する
ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】検出器と地震記録装置の機能ブロック図である。
【図２】地震波の実際の例を示す図である。
【図３】圧縮処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図４】圧縮処理を説明するための模式図である。
【図５】変形例１のシステム構成図である。
【図６】変形例１を説明するための模式図である。
【図７】第２実施形態を説明するための模式図である。
【図８】背景技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、検出器１０と地震記録装置１００の機能ブロック図である。
検出器１０は、南北、東西、上下方向の３つの方向の揺れを検出するようになっている。
南北方向の揺れを検出するセンサ（地震波センサ）をＸセンサ１１とする。
東西方向の揺れを検出するセンサ（地震波センサ）をＹセンサ１２とする。
上下方向の揺れを検出するセンサ（地震波センサ）をＺセンサ１３とする。
【００１３】
検出器１０は、地震記録装置１００に接続されており、検出器１０で検出された地震波データは地震記録装置１００に記録されていく。
地震記録装置１００は、ＡＤコンバータ１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚと、時刻カウンタ１４０と、データ記録部１１０と、マイクロプロセッサ１２０と、を有する。
検出器１０の各センサ１１、１２、１３は、それぞれＡＤコンバータ１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚに接続されており、各センサ１１、１２、１３で検出された地震波はＡＤコンバータ１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚでデジタルデータに変換される。地震波デジタルデータは、マイクロプロセッサ１２０で圧縮処理された後、データ記録部１１０に順次記録されていく。
【００１４】
本実施形態は、地震波デジタルデータの圧縮方法に特徴を有する。
地震波というのは、平時には小さいが、地震時には急激に大きくなるというダイナミックレンジの大きい信号である。そのため、単純に記録しようとすると多くのビットを要する。さらに、地震波データは、前述のようにＸ、Ｙ、Ｚ方向といったようにマルチチャンネルで取得、記録されていく。そのため、メモリ容量がすぐに一杯になってしまい、長時間の記録が困難であった。
【００１５】
ここで、図２に地震波の実際の例を示す。
図２の地震波の実例に示すように、一般に、複数チャンネルでも、取得する地震波データが小さいときは同様に小さく、大きいときには同様に大きくなるという特徴がある。このような地震波の特徴に着目すると、次に説明するように地震波データを圧縮できる。
【００１６】
図３、図４を参照してマイクロプロセッサ１２０による圧縮処理を説明する。
図３は、圧縮処理の手順を説明するためのフローチャートである。
図４は、圧縮処理を説明するための模式図である。
マイクロプロセッサ１２０は、ＡＤコンバータ１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚを介し、所定のサンプリング周期で地震波をサンプリングする（ＳＴ１１０）。
地震波は、ＡＤコンバータ１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚでデジタルデータに変換される（ＳＴ１２０）。もちろん、地震波はＸ、Ｙ、Ｚセンサ１１、１２、１３でそれぞれ検出され、ＡＤコンバータ１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚでマルチチャンネルに取得される。
【００１７】
続いて、マイクロプロセッサ１２０は、地震波デジタルデータを浮動小数点フォーマットに変換する（ＳＴ１３０）。
浮動小数点というのは、所定の基数で指数表現されたものである。例えば基数を２とすれば、Ａ×２Ｂで表現される形式である。
このとき、Ａを仮数部と称する。仮数部は、例えば２バイトの整数型とする。
Ｂは、指数部であり、１バイトの整数型とする。
なお、基数は２でなくてもよく、例えば１０にしてもよい。
Ｚ方向地震波データ、Ｙ方向地震波データ、Ｘ方向地震波データが図４のように指数部と仮数部とで表現される。
【００１８】
マイクロプロセッサ１２０は、３つの地震波データを対比して、指数部が共通の値となっているか否か判断する（ＳＴ１４０）。前述のように、３方向の地震波は大小の挙動がほぼ同様となり、そのため、３つの地震波の大きさがある幅の中に入ることが期待できる。例えば、３つの地震波のうちの最小値と３つの地震波のうちの最大値との差が前記最小値の２倍以内になると期待できる。すると、３つの地震波データを浮動小数点にしたときに指数部が同じ値になると期待できる。
【００１９】
例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の地震波の大きさがそれぞれ、４７００ガル、４９００ガル、５０００ガルだったとする。
これらを２のべき乗で表現すると、１．１５×２１２、１．２０×２１２、１．２２×２１２であり、指数部は１２で共通である（ＳＴ１４０：ＹＥＳ）。
したがって、指数部は共通の１つだけを記録し、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のデータのそれぞれの仮数部を記録しておけばよい（ＳＴ１５０）。図４の模式図でいうと、共通の値である一つの指数部Ｅｃに合わせて、Ｘ方向地震波データの仮数部Ｍｘ、Ｙ方向地震波データの仮数部Ｍｙ、Ｚ方向地震波データの仮数部Ｍｚ、を記録しておく。
【００２０】
このようなＳＴ１１０からＳＴ１５０の処理を終了条件が満たされるまで繰り返し（ＳＴ１６０）、地震波を記録していく。
【００２１】
ＳＴ１３０で３つの地震波データを浮動小数点フォーマットに変換したときに、指数部が共通化されない場合もありうる（ＳＴ１４０：ＮＯ）。
Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の地震波データは、同じような挙動を示すのであるが、必ず指数部が共通になるとはいえない。例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の地震波の大きさが４７００ガル、６５００ガル、１０１００ガルのようになることは、考えられる。
これらを２のべき乗で表現すると、１．１５×２１２、１．５８×１０１２、１．２３×１０１３となり、指数部は共通にならない。
【００２２】
この場合、マイクロプロセッサ１２０は、３つのデータの指数部が共通になるように調整を行う（ＳＴ１８０）。すなわち、まず、最大の指数部をもつデータを特定する（ＳＴ１７０）。
ここでは、Ｚ方向地震波データの１０１００ガルが最大であり（ＳＴ１７０）、その指数部は１３である。マイクロプロセッサ１２０は、Ｘ方向地震波データおよびＹ方向地震波データについて、指数部が１３になるように仮数部を調整する。
【００２３】
今の例では、指数部に１を加算したので、二進数で表現した仮数部を右に１つシフトさせればよい。指数部を揃えるように仮数部を調整するとしても、３つのデータの大きさは大体揃っているので、ビットシフト量はそれほど大きくはならないと期待できる。
また、３つのデータのうちの最大値については欠損なく記録できる。したがって、データ圧縮によるデータ欠損は極めて限定的であり、データ圧縮によって地震波の長時間の記録が可能になるメリットの方がはるかに優る。
【００２４】
指数部が共通になるように仮数部を調整後（ＳＴ１８０）、指数部共通方式でＸ、Ｙ、Ｚ方向の地震波データを記録していく（ＳＴ１５０）。この第１実施形態によれば、約１６パーセントのデータ圧縮を達成できる。
また、圧縮処理で欠損するデータは復元できないが、欠損するデータは、３方向の地震波のうちで大きさが小さい地震波であり、しかも、その最小ビットである。
単純にデータ量を少なくしようとすると、データを間引いてサンプリング周期を長くしたり、高周波帯域をカットして分解能を落としたりするなど、種々考えられるが、地震波の解析に重要データを落としてしまっては意味がない。
この点、本実施形態の方法によれば、地震波解析に大切なデータはしっかり記録することができる。
【００２５】
（変形例１）
図５、図６を参照して変形例１を説明する。
第１実施形態においては、検出器が１つであって、センサの数は３つであった。
検出器およびセンサの数がもっと多くても第１実施形態で説明した指数部共通方式は有効である。例えば、図５に示すように複数の検出器１０、２０、３０をひとつの地震記録装置１００につないで、統合的に地震波を記録することがある。
地震波データの取得チャンネルが増えたとしても、平時や地震時でこれら地震波の挙動はほぼ揃うと期待できる。そこで、図６に示すように、多チャンネルの地震波データを共通の指数部のもとにまとめて記録する。これにより高いデータ圧縮率を実現できる。
【００２６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、３方向の地震波データを三次元極座標形式で記録する点に特徴を有する。
図７は、第２実施形態を説明するための模式図である。
【００２７】
Ｘ、Ｙ、Ｚセンサでそれぞれ検出された地震波をそれぞれＡＤコンバータでデジタルデータに変換し、ＡＤ変換後のデータをそれぞれｘ、ｙ、ｚで表すとする。そして（ｘ、ｙ、ｚ）の組で表される三次元直交座標系の点を三次元極座標に変換する（図７中の符号３０１参照）。
すなわち、（ｘ、ｙ、ｚ）の組で表される地震波データを絶対値情報（ｒ）と２つの位相情報（ψ、θ）とに変換する。そして、絶対値情報である動径ｒについてはダイナミックレンジが広いので、浮動小数点として扱う。
例えば指数部を１バイト、仮数部を３バイトとする。一方、２つの位相情報である方位角ψおよび天頂角θについては、精度（ビット数）を落として扱うことにする。例えば、方位角φも天頂角θも１バイトのデータとする。つまり、１バイト分の固定小数点数で表わすこととする。
【００２８】
これにより、データ圧縮が可能となる。つまり、ｘ、ｙ、ｚのデータをそれぞれ４バイトずつの浮動小数点で記録することに比べると、本実施形態により約５０％の圧縮を達成できる。
【００２９】
なお、データを復元する場合は次の式で戻すことができる。
ｘ＝ｒ・ｃｏｓ（θ）・ｃｏｓ（φ）
ｙ＝ｒ・ｃｏｓ（θ）・ｓｉｎ（φ）
ｚ＝ｒ・ｓｉｎ（θ）
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
８…ビル、
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ、９Ｆ…検出器、
１０…検出器、
１１、１２、１３…センサ、
１００…地震記録装置、
１１０…データ記録部、１２０…マイクロプロセッサ、１３０Ｘ、１３０Ｙ、１３０Ｚ…ＡＤコンバータ、１４０…時刻カウンタ。
【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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【図８】
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