(57)【要約】      （修正有）【課題】地震時における建物の被災度を予測するシステムを提供する。【解決手段】地震時の建物の被災度を予測するシステムであって、所定の領域に設定される複数の地震観測点を有する地震観測網と、前記地震観測点に設置され、地震の波形データを送信する地震計と、前記地震計より送信される波形データを受信する受信手段と、前記地震計と前記受信装置の間で、前記波形データを通信する通信手段と、前記地震観測点の位置情報と、前記建物の位置情報及び被災度予測に用いる所定パラメータとを保存する保存手段と、前記地震観測点及び前記建物の位置情報と、前記波形データと、前記所定パラメータとに基づき、前記建物の被災度を予測する演算手段と、ユーザーのクライアント端末に、該建物の被災度予測結果を送信する送信手段と、を備え、前記所定パラメータに、建物の固有周期、減衰定数が含まれる。【選択図】図１
2017096737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時の建物の被災度を予測するシステムであって、
所定の領域に設定される複数の地震観測点を有する地震観測網と、
前記地震観測点に設置され、地震の波形データを送信する地震計と、
前記地震計より送信される波形データを受信する受信手段と、
前記地震計と前記受信装置の間で、前記波形データを通信する通信手段と、
前記地震観測点の位置情報と、前記建物の位置情報及び被災度予測に用いる所定パラメータとを保存する保存手段と、
前記地震観測点及び前記建物の位置情報と、前記波形データと、前記所定パラメータとに基づき、前記建物の被災度を予測する演算手段と、
ユーザーのクライアント端末に、該建物の被災度予測結果を送信する送信手段と、
を備え、
前記所定パラメータに、建物の固有周期、減衰定数が含まれる、
被災度予測システム。
【請求項２】
前記演算手段は、
前記地震観測点の位置情報と、前記建物の位置情報を用いて、
前記地震観測網内の１又は複数の地震観測点における前記地震計により測定される波形データに基づき、該建物の被災度予測を行う、
請求項１に記載の被災度予測システム。
【請求項３】
震源の近傍の地震観測点における前記地震計により測定される波形データと、前記地震観測点と前記建物の位置情報に基づき、該建物の被災度予測を行う、
請求項２に記載の被災度予測システム。
【請求項４】
前記建物の近傍の地震観測点における前記地震計により測定される波形データに基づき、該建物の被災度予測を行う、
請求項２又は請求項３に記載の被災度予測システム。
【請求項５】
前記演算手段は、
地面の揺れに対する前記建物の応答計算にディジタルフィルターを用いる、
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項６】
前記ディジタルフィルターの計算式を下記数式１とし、
［数式１］
Y(f0,h,t)= X(t)- X(t-2Δt)-a(f0,h)Y(f0,h,t-Δt)- b(f0,h)Y(f0,h,t-2Δt)
ここで、Y(f0,h,t)：時刻ｔにおける建物の速度応答
X(t)：地震計により観測された加速度（入力）
Δｔ：サンプリング間隔
f0  :建物の固有周期
h   :建物の減衰定数
a(f0,h)、b(f0,h)：定数
前記数式１の未知定数a(f0,h)、b(f0,h)は、数式１で計算されるディジタルフィルターの特性が、加速度入力に対する固有周期f0,減衰定数ｈの速度応答関数の特性と一致する定数とする、
請求項５に記載の被災度予測システム。
【請求項７】
前記演算手段は、
前記波形データのＰ波とＳ波とを判定する判定手段と、
前記判定手段において、Ｐ波であると判定した場合に、Ｓ波を予測する予測手段と、
を備え、
Ｐ波であると判定した場合に、予測したＳ波を用いて被災度を予測する、
請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項８】
前記判定手段に、下記数式３の計算式を用いる、
請求項７に記載の被災度予測システム。
［数式２］
F(t)= [2Z(t)-NS(t)-EW(t)] + c[rA(t)-V(t)]
ここで、Z(t),NS(t),EW(t)：上下、南北、東西成分の絶対値の移動平均
V(t)：３成分速度波形の絶対値の移動平均
A(t)：３成分加速度波形の絶対値の移動平均
r：Ｐ波コーダ部分のV(t)とA(t)の平均値との比（r=V/A）
c：H/V変化と周波数変化との重み（０．３−１．０）
【請求項９】
前記地震計は、加速度センサである、
請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項１０】
前記所定パラメータには、建物内の設備に関するパラメータが含まれており、
前記設備による被災度予測を備える、
請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項１１】
前記所定パラメータを、前記クライアント端末から登録可能である、
請求項２乃至請求項１０のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項１２】
前記ユーザーのクライアント端末に、
前記被災度予測結果に応じて、音声による警報を行う、
請求項２乃至請求項１１のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項１３】
前記ユーザーのクライアント端末に、
前記被災度予測結果に応じて、該結果をディスプレイに表示する、
請求項２乃至請求項１２のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【請求項１４】
前記ユーザーのクライアント端末に、
前記被災度予測結果に応じて、建物内における前記クライアント端末と通信可能な機器を自動制御可能である、
請求項２乃至請求項１２のいずれか１項に記載の被災度予測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震発生時における建物の被災度を予測するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内閣府の中央防災会議によれば、首都圏直下地震や南海トラフ沿いの巨大地震が起こった場合、（Ａ）建物の崩壊や家具等の落下、（Ｂ）建物の崩壊等に伴う火災の発生、が懸念される。そして、このような地震による死傷者は、これらＡ、Ｂを原因とするものが大部分であると指摘されている。このような地震による被害を軽減するためには、Ａ、Ｂによる被害を正確に予測し、被害を軽減するための事前対策を行うことが重要である。
【０００３】
従来、震度５弱以上の地震が発生すると、気象庁から緊急地震速報が発表される。緊急地震速報とは、日本全国に約２０ｋｍ間隔で設置された地震計による観測データを用い、震源とマグニチュードが決定され、これらの情報がユーザーに伝達されるシステムである。そして、ユーザーは、これらの情報により、震源からユーザーの位置までの距離を計算し、震度を予測する。
【０００４】
しかしながら、地球内部の構造が不均質であること、地盤構造に大きな地域性があることなどから、緊急地震速報を用いて計算される震度には、±１程度の予測誤差がある。また、緊急地震速報は、日本全国約２０ｋｍ間隔に設置された地震計の観測データを用いることから、震源やマグニチュードの決定に時間がかかる。そのため、約３０ｋｍ以内の直下型地震の場合には情報が間に合わない。
【０００５】
この種の地震情報に関して、例えば特許文献１の発明が開示されている。特許文献１によれば、建物の直下に設置した地震計によるオンサイト警報及びオンサイト警報用地震計で観測された震度や最大加速度等の情報を、地震計が設置されている周辺に伝達することにより、直下型地震の場合にも警報伝達が可能であると指摘している。
【０００６】
しかしながら、実際の地震による被害は、個々の建物や構造物の強度にも依存する。また、揺れの強さは個々の建物の固有周期や減衰率により変わる。例えば、強固な建物は大きい揺れでも被害は少ないが、古い建築基準で作られた脆弱な建物は、弱い揺れでも崩壊する場合がある。また、地盤が悪い場所に建てられている建物は、地震による揺れが増幅され、被害が大きくなる場合がある。さらには、液状化等による被害が発生する場合もある。
【０００７】
このように、地震による被災度の判定を高精度で行うためには、緊急地震速報による情報のみでは不十分であり、それぞれの建物ごとの情報と、地震による揺れの観測データとを用いて行う必要がある。また、上記した中央防災会議によれば、首都圏直下地震や、南海トラフ沿いの巨大地震が発生すると、建物内部の落下物による死傷者が多くなると予測されている。そのため、地震の観測データを用いて、建物の設備機器や家具などの転倒の可能性を推定し、それを建物ごとに伝達して警報を出す被災度予測システムがあれば、地震による死傷者を減らすことが可能で、地震災害軽減に有効であるとも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−０２５７１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、従来の緊急地震速報を用いた震度予測では予測震度の誤差が大きいという課題がある。また、約２０ｋｍ間隔に設置された地震計の観測データを用いるため、震源やマグニチュードの決定に時間がかかるという課題がある。また、約３０ｋｍ以内の直下型地震の場合には情報が間に合わないという課題がある。
【００１０】
また、特許文献１の発明のように、震度のみのデータでは、地震による建物の被災度を正確に推定することができないという課題がある。同じ揺れでも建物の構造等により被災度が異なるためである。例えば、新しい高強度の建物と古い建築基準の比較的脆弱な建物、高いビルと低いビルなどでは、同じ揺れでもその被災度は異なる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、建物のデータと地震による波形データとを用いて、建物の被災度を予測し、その予測結果をユーザーに提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ところで，高い建物で構造が均一に近い建物では、建物の地震動に対する揺れ（応答）は、１次元モデル、即ち、地面に立っている棒の揺れを計算する方法を用いて近似的に計算できることが知られている。１次元モデルで計算する場合は、建物の固有周期，減衰定数、建物の高さが分かれば、応答が計算できる。複雑な建物の場合でも、近似的には、このパラメータで計算できるが、正確に計算するには、建物の構造を数値化し、数値計算を行う必要がある。上記のように、地震による建物の揺れは、建物が設置されている地面の揺れが測定され、建物の応答を計算するためのパラメータが与えられれば計算できることから、地面の揺れが測定されれば、建物の強度等の情報から被災度を推定できる。
【００１３】
本発明に係る一の態様の被災度予測システムは、地震時の建物の被災度を予測するシステムであって、所定の領域に設定される複数の地震観測点を有する地震観測網と、前記地震観測点に設置され、地震の波形データを送信する地震計と、前記地震計より送信される波形データを受信する受信手段と、前記地震計と前記受信装置の間で、前記波形データを通信する通信手段と、前記地震観測点の位置情報と、前記建物の位置情報及び被災度予測に用いる所定パラメータとを保存する保存手段と、前記地震観測点及び前記建物の位置情報と、前記波形データと、前記所定パラメータとに基づき、前記建物の被災度を予測する演算手段と、ユーザーのクライアント端末に、該建物の被災度予測結果を送信する送信手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、ユーザーは地震による、該建物の揺れを予測でき、建物が被災する可能性があるか、または可能性があったか，を知ることができる。これにより、ユーザーはこの知らせを受けて適切な対応が可能となる。
【００１５】
ここで、クライアント端末には、例えばスマートフォンや携帯、パーソナルコンピュータなどが含まれる。なお、クライアント端末は本被災度予測システム専用の端末としてもよい。通信手段には、例えばインターネット回線が含まれる。被災度予測に用いる所定パラメータには、例えば建物の固有周期や減衰定数、耐震性などである。
【００１６】
地震による建物の被害は、地面の揺れに対する建物の応答、建物の応答と建物の耐震性との関係で、決まることから、両者を比較することにより、建物の被災度予測が可能となる。
【００１７】
また、所定の領域とは、例えば行政区画単位や、所定点から半径１０ｋｍ-３０ｋｍ以内などが想定される。また、建物と地震計との距離が大きくなれば、地盤構造の不均質性のため、建物直下の揺れと、地震計が設置されている場所での揺れに違いが生じ、建物の揺れの予測に大きな誤差が生じる。このため、ここに設定する地震観測点は、例えば１００ｍから１ｋｍ程度の間隔で設置することが望ましい。一例として，１００ｍごとや２００ｍごと、５００ｍごと、のメッシュ状など。
【００１８】
また、ユーザーには、個人のユーザーのほか、例えば国や自治体、消防署、警察などが含まれる。国や自治体、消防署、警察などが利用する場合、自身の建物だけでなく、周辺地域の複数の住居や建物などの被災度を知ることができる。これにより、地震による周辺地域の被害状況を把握でき、地震後の対応がスムーズとなる。
【００１９】
好ましくは、この被災度予測システムは、前記演算手段が前記地震観測点の位置情報と、前記建物の位置情報を用いて、前記地震観測網内の１又は複数の地震観測点における、前記地震計により測定される波形データに基づき、該建物の被災度予測を行うことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、ユーザーが地震の建物に新たに地震計を設置することなく、被災度予測が可能となる。なお、建物に地震計を設置してもよく、その場合は建物に設置された地震計による波形データを用いてもよい。また、例えばユーザーが個人でなく、国や自治体、消防署、警察などの場合、所定領域内の複数の建物の情報を得ることができる。また、その場合、これら所定領域内の複数の建物のユーザーに被災度予測を通知することもできる。
【００２１】
好ましくは、この被災度予測システムは、震源の近傍の地震観測点における前記地震計により測定される波形データと、前記地震観測点と前記建物の位置情報に基づき、該建物の被災度予測を行う。この構成によれば、建物の近傍の波形データを用いることで、建物の被災度をより正確に予測することができる。
【００２２】
また、この被災度予測システムは、前記建物の近傍の地震観測点における前記地震計により測定される波形データに基づき、該建物の被災度予測を行う。この構成によれば、震源が建物から遠い場合にも、早期に建物の被災度を予測して、ユーザーに送信することができる。
【００２３】
好ましくは、この被災度予測システムは、前記演算手段が、地面の揺れに対する前記建物の応答計算にディジタルフィルターを用いる。この構成によれば、ディジタルフィルターを用いることで、より迅速に被災度予測が可能となる。
【００２４】
また、この被災度予測システムは、前記ディジタルフィルターの計算式を下記数式１とし，
［数式１］
Y(f0,h,t)= X(t)- X(t-2Δt)-a(f0,h)Y(f0,h,t-Δt)- b(f0,h)Y(f0,h,t-2Δt)
ここで、Y(f0,h,t)：時刻ｔにおける建物の速度応答
X(t)：地震計により観測された加速度（入力）
Δｔ：サンプリング間隔
f0  :建物の固有周期
h   :建物の減衰定数
a(f0,h)、b(f0,h)：定数
前記数式１の定数a(f0,h)、b(f0,h)は、数式１で計算されるディジタルフィルターの特性が、加速度入力に対する固有周期f0,減衰定数ｈの速度応答関数の特性と一致する定数としてもよい。
【００２５】
ここで，定数a(f0,h)、b(f0,h)は、一例として，次のように算出する。入力をeiwtとして前記数式１に代入して下記式（１）とし，f0,ｈの値のグリッド値毎に、前記数式１と下記式（１）とが最も良く一致するよう、グリッドサーチ法により数値的に求める。
【００２６】
Y(f0,h,w) =(1-e-2iwΔt)/(1+ a(f0,h) e-iwΔt+ b(f0,h) e-2iwΔt)    ・・・（１）
【００２７】
好ましくは、この被災度予測システムは、前記演算手段が、前記波形データのＰ波とＳ波とを判定する判定手段と、前記判定手段において、Ｐ波であると判定した場合に、Ｓ波を予測する予測手段と、を備え、Ｐ波であると判定した場合に、予測したＳ波を用いて被災度を予測する。
【００２８】
ここで、地震には、Ｐ波とＳ波とがある。Ｐ波は縦波で、Ｓ波は横波である。Ｓ波による揺れの大きさは、平均的には、Ｐ波の５倍である。また、Ｐ波の伝播速度は、Ｓ波のそれの約√３倍であることが知られている。従って、振幅の小さいＰ波が最初に届き、その後、Ｓ波による振幅の大きい揺れが到着する。
【００２９】
地殻での平均的P波速度は約6km/s, 深さ約３０ｋｍ以深のマントル内部では約8ｋｍ/s,Ｓ波は、それぞれ、3.5km/s、4.6km/s である。Ｐ波からＳ波を予測できれば、大きな揺れが起こる前に被災度予測が可能となり、ユーザーは大きな揺れが起こる前に被災度を知ることができ、迅速な対応が可能となる。
【００３０】
Ｓ波到着後に、Ｓ波が到着したことを検出できなければ、観測されたＳ波による揺れがＰ波によるものであると判断することになる。このため、Ｓ波の揺れの予測値は、観測されたＳ波を用いて行うことになり、結果的に、予測値が観測値の約５倍になり、大きな予測誤差が生ずる。
【００３１】
この被災度予測システムでは、Ｓ波到着を検出する判定手段に、下記数式２の計算式を用いる構成としてもよい。
［数式２］
F(t)= [2Z(t)-NS(t)-EW(t)] + c[rA(t)-V(t)]
ここで、Z(t),NS(t),EW(t)：上下、南北、東西成分の絶対値の移動平均
V(t)：３成分速度波形の絶対値の移動平均
A(t)：３成分加速度波形の絶対値の移動平均
r：Ｐ波コーダ部分のV(t)とA(t)の平均値との比（r=V/A）
c：H/V変化と周波数変化との重み（0.3−1.0）
【００３２】
好ましくは、この被災度予測システムは、前記所定パラメータに、建物内の設備に関するパラメータが含まれており、前記設備による被災度予測を備える。この構成によれば、建物のパラメータによる被災度予測にくわえて、建物内の設備を考慮した被災度予測が可能となる。これにより、ユーザーは地震に対してより適切な対応が可能となる。
【００３３】
すなわち、上記したように、中央防災会議によれば、首都圏直下地震や、南海トラフ沿いの巨大地震が発生すると、建物内部の落下物による死傷者が多くなると予測されている。そのため、地震の観測データを用いて、建物の設備機器や家具などの転倒の可能性を推定し、それを建物ごとに伝達して警報を出す被災度予測システムがあれば、地震による死傷者を減らすことが可能で、地震災害軽減に有効である。
【００３４】
また、この被災度予測システムは、前記地震計が加速度センサであってもよい。この構成によれば、高精度の地震計を用いた場合に比べて、コストを大幅に抑えられる。加速度センサは、例えばＭＥＭＳセンサである。従来の緊急地震速報では高精度の地震計が用いられているが、微弱な地震については建物に被害が生じる可能性は低く、被害が生じる可能性のある地震、すなわち有感地震を最低限感知できればよいためである。
【００３５】
好ましくは、この被災度予測システムは、前記所定パラメータを前記クライアント端末から登録可能であるようにする。この構成によれば、ユーザーは自身のクライアント端末から登録でき、利便性がよい。なお、この場合、ユーザーは、例えば専用のアプリケーションや専用のサイトから登録する。
【００３６】
また、この被災度予測システムは、前記ユーザーのクライアント端末に、前記被災度予測結果に応じて、音声による警報を行う構成としてもよい。この構成によれば、ユーザーは被災度予測結果が通知されたことを容易に知ることができる。
【００３７】
また、この被災度予測システムは、前記ユーザーのクライアント端末に、前記被災度予測結果に応じて、該結果をディスプレイに表示する構成としてもよい。この構成によれば、ユーザーは被災度予測結果を確認することができる。
【００３８】
また、この被災度予測システムは、前記ユーザーのクライアント端末に、前記被災度予測結果に応じて、建物内における前記クライアント端末と通信可能な機器を自動制御可能である。この構成によれば、地震発生時にユーザーが行動を起こさずとも、機器が自動的に揺れに対処させることができる。例えば調理機器であればガスや電気を自動停止する制御などが想定される。例えば、電子錠であれば自動解錠する制御、電気機器であれば自動停止する制御などが想定される。また、電話などであれば指定電話番号に自動的に発信するなどとしてもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、地震による建物の被災度予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る被災度予測システムの概略を示すブロック図である。
【図２】被災度予測システムに用いるディジタルフィルターの周波数特性と、建物の応答の特性の理論値との比較を示す図である。
【図３】被災度予測システムに用いるＰ波Ｓ波識別フィルタの検証結果を示す図である。
【図４】Ｐ波Ｓ波識別フィルタを用いた予測震度を自動算出した結果を示す図である。
【図５】Ｓ波到着前の最終的予測震度と実際に観測された震度との関係を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る被災度予測のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
【００４２】
（被災度予測システムの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る被災度予測システムの概略を示すブロック図である。図１に示すように、被災度予測システム１は、各種データやプログラムが集約されたデータセンタと、所定の領域内部に位置する地震観測網とを備える。地震観測網には、複数の地震観測点が配され、地震観測点にはそれぞれ地震計３が設置されている。また、地震観測網には、被災度予測対象となる建物４が含まれる。なお、被災度予測システム１を利用するユーザーはクライアント端末５を用意する。
【００４３】
データセンタには、コンピュータ２が設置されている。コンピュータ２は、各種データを受信する受信部２１と、各種データを保存する保存部２２と、各種データを用いて被災度予測結果を算出する演算部２３と、被災度予測結果等を送信する送信部２４と、入出力部２５と、これに接続可能な表示部２６と、入力部２７とを備える。なお、受信部２１と送信部２４とは、これらが一体となった送受信部を用いてもよい。
【００４４】
保存部２２は、例えばハードディスクであり、ソリッドステートドライブである。保存部２２には、一例として被災度予測に用いるプログラムと、地震観測点の位置情報、地震計３から送信される波形データ、建物の位置情報及びパラメータなどの各種データと、がインストールされている。これらデータを用いて、演算部２３が被災度予測を実行する。各種データや被災度予測の詳細については、後述する。
【００４５】
なお、コンピュータ２は、地震観測点や予測対象の建物が少数であれば、１台でこれを実現してもよいが、複数のコンピュータを用いることが望ましい。建物数が膨大であれば、複数のＣＰＵを内蔵したコンピュータや，複数のコンピュータ，複数のＣＰＵを内蔵した複数のコンピュータを用いて、複数のＣＰＵやコンピュータで並列処理することで、膨大な数の応答計算が可能となる。また、データを保存するために、別途コンピュータに接続可能な保存装置を用いてもよい。また、コンピュータにかえて、データの保存や受信、送信、演算などを担う各装置を用意して、これを実現してもよい。
【００４６】
また、コンピュータの数やＣＰＵの数，その他構成は、地震観測点の数や予測対象の建物の数により選定すればよい。例えば２０ｋｍ四方の地震観測網に２００ｍメッシュで地震観測点を配置すれば、地震観測点及び地震計３は１万個となり、１万箇所のデータを監視すればよい。また、予測対象の建物数が１０万であれば、１０万の被災度を予測しなければならない。当然のことながら、処理するデータ数が少なければ、１台や少数のコンピュータでよく、処理するデータ数が多ければ、複数のＣＰＵを内蔵する複数のコンピュータを用いて処理することが好ましい。
【００４７】
一方、本実施形態の地震観測網は、一例として、多数の地震観測点が２００ｍメッシュで配されている。地震観測点にはそれぞれ地震計３が設置されている。地震計３は、地震等により地面が揺れる際の波形データを計測するものである。地震計３には、例えばＭＥＭＳセンサなどによる加速度センサを用いてもよい。緊急地震速報では高精度の地震計が用いられているが、本発明では、被害が生じる可能性のある地震、すなわち有感地震を感知できればよいためである。
【００４８】
地震観測網は、例えば２０ｋｍ四方などの所定領域内でもよく、行政区画単位などとしてもよく、少なくとも建物４がこの地震観測網内に含まれていればよい。また、日本全国に範囲を広げることも可能である。また、地震観測点の２００ｍメッシュは一例であり、例えばこれよりも短いスパン（５０ｍや１００ｍなど）で設定してもよく、長いスパン（５００ｍや１ｋｍなど）で設定してもよい。なお、本実施形態のように２００ｍメッシュなど、短いスパンで設定することが望ましい。
【００４９】
従来の２０ｋｍスパンだと、被災度予測が算定されるまでに時間がかかったり、３０ｋｍ以内の直下型地震の場合に間に合わなかったりなどのおそれがあるためである。また、地盤の構造は非常に不均質であるため、数百ｍ離れるだけで、予測誤差が大きくなるおそれがあるためである。
【００５０】
また、各地震計３とデータセンタとは、通信手段により接続されており、通信可能に構成されている。本実施形態の通信手段としては、一例としてインターネット回線１０を用いている。なお、通信手段はこれに限られず、例えば専用の通信手段や、電話回線、衛星回線などを利用してもよい。コスト面でいえば、インターネット回線を用いるとよい。
【００５１】
また、ユーザーはクライアント端末５を有していて、クライアント端末５はインターネット回線１０を介してデータセンタと通信可能に接続されている。これにより、データセンタからの被災度予測結果データを受信可能となり、また、建物の各種パラメータ等を送信可能となっている。なお、本実施形態のクライアント端末５には、例えばコンピュータやタブレット、スマートフォン、携帯電話などを用いることができる。
【００５２】
（事前登録）
被災度判定には、個々の建物の被災度予測に用いる各種情報を、データセンタに登録する必要がある。被災度判定を希望するユーザーは、クライアント端末５やその他の端末を用いて、専用のサイトから被災度判定対象の建物の位置情報を入力する。なお、専用のサイトにかえて、専用のアプリケーションから登録することとしてもよい。
【００５３】
位置情報の入力方法としては、郵便番号や住所により登録する方法や、地図ソフト等を利用して正確な緯度、経度を登録する方法などにより行う。地盤構造に大きな不均質性が存在することから、地図ソフト等による正確な緯度、経度の入力が望ましい。また、ユーザーが国や自治体等の場合、多くの建物の情報を登録する必要があり、その場合はデータセンタのコンピュータ２を用いて直接書き込むこととしてもよい。
【００５４】
次に、ユーザーは建物のパラメータを入力する。入力するパラメータは、建物の設計図等に基づき、建物の応答や、耐震性に関するパラメータを入力する。応答を近似的に計算するパラメータとしては、固有周期や、減衰定数である。なお、これらのパラメータは、建物内部や屋上に地震計を設置し、近傍の観測点と比較することによっても求められる。      
【００５５】
また、免震構造の有無を入力すればより正確な被災度予測が可能となるが、これを入力しない場合は免震構造なしとして被災度予測を行うため、仮に実際これがありの場合は実際の被災度が低減されることとなるフェールセーフとなっている。
【００５６】
また、固有周期や、減衰定数等がわからない場合は、建物の階数を入力する。詳細な耐震性に関するパラメータが分からない場合には、建物の建築年次、ユーザーの居住階、大きな吹き抜けやピロティの有無等を入力することもできる。この場合は、建設年次等から建物の耐震性を推定し、建物の高さ等から固有周期を求め、適当な減衰定数を仮定して被災度の予測を計算する。被災度予測の閾値は、建物の揺れと被災度との研究成果や実験データを用いて設定する。
【００５７】
また、建物内の家具や電化製品等の設備が固定されているか否かの情報についてもあわせて登録することが望ましい。固定されていない設備があると、地震の際に被害が生じるおそれがあるためである。なお、これらの登録がない場合、固定されていない家具やストーブが存在するものとして予測を行う。固定されていない家具等が落下するかは、家具等の摩擦係数を与えて、計算で、落下する可能性があるかを判定する、あるいは、今までの研究成果に基づく統計的データを用いて判定する。
【００５８】
一方、個々の建物について、入力された各パラメータや設計図等のデータにより建物の揺れを算出し、これに応じた被災度をデータベースに登録しておく。なお、建物の揺れは、建物が設置されている地面の揺れと、上記した揺れに対する建物の応答や耐震性により近似的に計算できる。そして、ユーザーに警報する被災度の閾値を設定する。また、閾値は被災度に応じて複数設定してもよい。例えば、被害が生じる可能性はあるが倒壊はしない閾値と、倒壊の可能性が高い閾値など。また、警報とあわせてユーザーに視覚的な予測結果を送信する場合は、テキストデータや画像データを登録しておく。
【００５９】
なお、地震の揺れに対する建物の応答、耐震性、免震構造の有無等に基づく建物の被災度や閾値の設定については、公知のデータベースや過去の地震のデータを用いてもよく、シミュレーションにより設定してもよく、試験等の実測値から算定したものを用いてもよい。
【００６０】
なお、上記した建物のパラメータは、詳細な設計図があり、建物の全ての部分における弾性定数や、耐震性に関する多数のデータが含まれている場合には、これら全てを入力することで、建物全体の正確な揺れや歪を計算することが可能である。このようにすれば、建物のどの部分が閾値を超えているかを求めることが可能となり、各部分における損傷を推定できる可能性もある。
【００６１】
（ディジタルフィルターを用いた建物の応答の算出）
次に、一次元モデルで応答を近似的に計算する場合のディジタルフィルターについて説明する。本実施形態のディジタルフィルターは、地震の波形データに応じた建物の応答の算出につき、算出時間を従来よりも大幅に短縮するために用いるものである。建物の応答とは、地震に対して建物がどのような応答をするかを求めるもので、これにより建物が受ける力や揺れの大きさがわかる。
【００６２】
建物の応答は、建物の固有周期（固有振動数）と減衰定数、地震計の波形データ（加速度）を用いて近似的に計算される。応答の計算は、一般的には、波形データをフーリエ変換し、建物の揺れの周波数による増幅度を補正し、逆フーリエ変換をして計算する。加速度入力にたいする、固有周期がf0、減衰定数がhの建物の速度応答の理論的増幅度は下記式（２）で表される。
【００６３】
Ytheo(w)= w/(w*w-w02-2hw0w)    ・・・（２）
【００６４】
なお、wは建物への入力波形の角周波数であり、w0=2πf0である。一般的に、建物の速度応答を計算するには、入力波形をフーリエ変換し、（２）式による補正を行い、逆フーリエ変換して求める。変位応答や加速度応答は、計算された速度応答を、時間積分、微分することにより得られる。これにより、建物の被災度を予測することが可能となる。
【００６５】
本実施形態においても、上記のような計算方法を用いてもよいが、予測対象となる建物が多数である場合は、コンピュータに負荷がかかり、被災度予測の計算に時間がかかるおそれがある。そこで、本実施形態においては、次の方法を用いている。
【００６６】
具体的には、ディジタルフィルターを、その増幅度が式（２）で近似できるよう設計し、ディジタルフィルターを計算することにより、応答を求めるものである。なお、この計算方法は本願発明者の発明によるものである。このディジタルフィルターを、下記の式（３）で表す。ここで、X(t)は、加速度センサの観測データ、Δｔは、サンプリング間隔、a(f0,h),ｂ（f0,h）は、定数である。
【００６７】
Y(f0,h,t)= X(t)- X(t-2Δt)-a(f0,h)Y(f0,h,t-Δt)- b(f0,h)Y(f0,h,t-2Δt)                                                                             ・・・（３）
【００６８】
そして、入力をeiwtとして式（３）式に代入すると、下記の式（４）となり、ディジタルフィルターの増幅度を表すことができる。
【００６９】
Y(f0,h,w)=(1-e-2iwΔt)/(1+ a(f0,h) e-iwΔt+ b(f0,h) e-2iwΔt)    ・・・（４）
【００７０】
なお、定数a(f0,h)、b(f0,h)は、f0,ｈの値のグリッド値毎に、式（４）が式（２）に最も良く一致するよう、グリッドサーチ法により数値的に求める。
【００７１】
式（３）の計算は、時間ドメインでの計算であるため、フーリエ変換、（２）式による増幅度の補正、逆フーリエ変換を行う方法に比べ、非常に簡単で、処理の負荷も少なく、算出が非常に早くなる。なお、検証したところ、従来に比べて計算時間は約１／１０００まで短縮された。また、図２に示すように、非常に高精度であることから、応答計算に十分利用可能である。そして、式（３）を積分することにより、加速度入力に対する変位応答を求めることができる。
【００７２】
Z(f0,h,t)=∫tY(f0,h,tc)dtc      ・・・（５）
【００７３】
以上により算出された数値を用いて、建物の最大傾斜や揺れの継続時間を求め、あらかじめ設計図より算出された被災度と比較することにより、被災度を予測する。なお、本実施形態においては、例えばあらかじめ設計図より算出される被災度に所定の閾値を設定しておき、算出された被災度がこの閾値を超えた時に、ユーザーに対して警報する構成としている。
【００７４】
また、建物の最大傾斜や揺れの継続時間を求めることにより、建物内部に設置された設備や什器の転倒等の予測も容易にできるので、例えば、建物の揺れによりこれらが転倒する閾値の50%を超えた場合に、設備等の転倒前に警報を出す構成としてもよい。
（Ｓ波の予測）
Ｓ波が到着しても、それが、Ｐ波であると判定してしまうと、Ｓ波の予測振幅は、観測されたＳ波の約5倍になることから、予測値に大変大きな誤差を生じる。そこで、本実施形態においては、正確な被災度予測結果をユーザーに送信するよう、Ｐ波とＳ波とを判別し、Ｐ波から予測したＳ波の揺れを用いて被災度予測を行う。これには、本願発明者が発明した次の式（６）で表されるＰ波Ｓ波識別フィルタを用いる。
【００７５】
F(t)= [2Z(t)-NS(t)-EW(t)] + c[rA(t)-V(t)]      ・・・（６）
ここで、Z(t),NS(t),EW(t)：上下、南北、東西成分の絶対値の移動平均
V(t)：３成分速度波形の絶対値の移動平均
A(t)：３成分加速度波形の絶対値の移動平均
r：Ｐ波コーダ部分のV(t)とA(t)の平均値との比（r=V/A）
c：H/V変化と周波数変化との重み（０．３−１．０）
【００７６】
地表付近でのＰ波、Ｓ波速度は、地殻深部のそれに比べ遅く、地表付近での波線は垂直に近くなる。Ｐ波は縦波であることから、波線が垂直に近ければ、上下動成分の振幅は水平動振幅に比べ大きくなる。逆に、Ｓ波は横波であることから、水平動成分が上下動成分に比べ大きくなる。式（６）の第１項は、Ｐ波到来時に振幅が正となり、Ｓ波到来時に負となる。また、Ｓ波は、Ｐ波に比べ、周期が長いことが知られている。速度振幅が一定でも、短周期波形の加速度振幅は、長周期波形のそれに比べ大きいことから、式（６）の第２項も、Ｐ波到来時に振幅が正となり、Ｓ波到来時に負となる。従って、Ｐ波到着後、（６）式のフィルタ出力の符号が負になれば、Ｓ波到着であると判定できる。なお、図３はこのＰ波Ｓ波識別フィルタの検証結果である。区間Ｘは上下動波形のＰ波と判定した区間（赤）、区間Ｙは振幅が一定の区間（緑）、区間Ｚは直前０．２秒間のデータを用いてＳ波到来以降であると判定した区間（青）である。なお、Ｐ波Ｓ波識別フィルタを用いた震度予測は次の計算による。
【００７７】
まず、震度予測を開始する条件は、次の通りである。
Ｉｒ＞Ｉｗ−２．０
Ｉｒ：リアルタイム震度
Ｉｗ：警報出力設定レベル
【００７８】
そして、次の条件により震度予測を行う。
１）Ｐ波到着から１秒間はＰ波。
２）Ｐ波Ｓ波識別フィルタを用いて、Ｓ波到着時刻を読み取る。
・Ｓ波が読み取れなければＰ波、読み取れればＳ波到着後と判定。
・Ｓ波到着と判定された後も再読み取りを実行。
・Ｓ波が読み取れなければ前の読み取りを破棄しＰ波と判定。
３）Ｐ波と判定された場合はＰ波部分の８０％の波形データを用いてＳ波震度の予測を行う。
【００７９】
図４はＰ波Ｓ波識別フィルタを用いた予測震度を自動算出した結果を示す図である。また、図５はＳ波到着前の最終的予測震度と、実際に観測された震度との関係を示す図である。図５によれば、予測震度と観測震度のずれの平均値は０．５０、ＲＭＳ０．６４で両者の平均値のずれは０．０１であり、この予測の信頼性は高く、本発明のＰ波Ｓ波識別フィルタの有効性を示すものである。なお、現在実施されている緊急地震速報の震度誤差は±１と言われている。
【００８０】
（被災度予測システムの動作）
次に、本実施形態の被災度予測システム１の動作について説明する。
図６に示すように、データセンタのコンピュータ２は常時各観測地点の各地震計３を監視しており、地震が発生すると、複数の地震計３から波形データがコンピュータ２に自動的に送信される。波形データを検知すると、建物４の位置情報と複数の地震計３の位置情報から、建物４の近傍の地震計３を特定する。
【００８１】
コンピュータ２は、特定した地震計３の波形データから、Ｐ波Ｓ波識別フィルタによりＰ波であると判定すると、Ｐ波データを用いて、Ｓ波による揺れを推定し、建物４の被災度を算出する。被災度の算出については、上記のディジタルフィルターを用いて算出する。
【００８２】
算出された被災度を、あらかじめ保存されている被災度の理論値と比較して、所定の閾値を超えているか否かを判定する。そして、閾値を超えている場合は、ユーザーのクライアント端末５にデータを送信して警報する。
【００８３】
また、これにくわえて、建物４の近傍の地震計３にＳ波が到着した時に、Ｓ波データを用いて建物４の被災度を算出し、算出した結果をユーザーのクライアント端末５に送信する。これは、上記したＰ波によるＳ波の揺れを推定して被災度を算出するよりも、精度が高いためである。同時に、実際のＳ波データを用いた被災度の算出結果を追って確認し、検討できるためである。
【００８４】
また、上記は、建物４の近傍の地震計３の波形データを用いているが、震源に近い地震計３の波形データを用いる場合もある。これは、震源が建物４から遠い場合が想定され、この場合、Ｐ波Ｓ波識別フィルタによりＰ波であると判定すると、Ｐ波データにくわえ、特定した地震計３と建物４の距離による減衰を考慮してＳ波による揺れを推定し、建物４の被災度を算出する。
【００８５】
また、上記した建物４の近傍の波形データによる被災度の算出、震源の近傍の波形データによる被災度の算出、Ｐ波又はＳ波による被災度の算出のこれら全てを算出することとし、いずれか最も早く閾値を超えた場合に、ユーザーに警報等で知らせる構成としてもよい。
【００８６】
これら警報等により建物の被害可能性を確認した場合、ユーザーは例えば家具等が落下する場所から離れる、あるいは、机の下に隠れるなどの行動をとることができる。また、建物の倒壊可能性がある場合は、建物から出ることも可能となる。これにより、自助が可能となる。また、ユーザーが自治体や消防署、警察署などの場合、地域内の建物の被害を想定できるので、救助等の準備を早急に行うことが可能となる。
【００８７】
（その他の実施形態）
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  被災度予測システム
２  コンピュータ
２１  受信部
２２  保存部
２３  演算部
２４  送信部
２５  入出力部
２６  表示部
２７  入力部
３  地震計
４  建物
５  クライアント端末
１０  インターネット回線
【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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