(57)【要約】【課題】地震計は、正確な設置と厳重な管理の必要性のために、地震観測点の数が、なかなか増やせないという課題があった。【解決手段】地震の揺れ検出する加速度センサ１と、加速度センサ１の出力から地震波の観測方位を算出して出力する地震情報算出手段２と、地磁気を検出する磁気センサ３と、磁気センサ３の出力から地震計の設置方位を算出し、地震波の観測方位と設置方位から震央方位を算出して出力する震央方位算出手段４とを有する構成を採用した。これにより、地震計自体の設置姿勢が検出でき、地震計を簡易に配置することができる様になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震の揺れを検出する加速度センサと、
前記加速度センサの出力から地震波の揺れ情報を算出すると共に、地震波の観測方位を算出して出力する地震情報算出手段と、
地磁気を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力から地震計の設置方位を算出し、前記地震波の観測方位と前記設置方位から震央方位を算出して出力する震央方位算出手段と、を備える
ことを特徴とする地震計。
【請求項２】
現在の時刻情報を出力する時計と、
地震計が設置してある位置情報を出力する位置情報設定手段と、
受信情報を外部に伝達する通信手段と、をさらに備え、
前記通信手段は、前記地震情報算出手段により出力される前記地震波の揺れ情報と、前記震央方位算出手段により出力される前記震央方位と、前記時計から出力される前記時刻情報と、前記位置情報設定手段により出力される前記位置情報とを受信して、外部に伝達する手段である
ことを特徴とする請求項１に記載の地震計。
【請求項３】
前記地震情報算出手段は、前記加速度センサの出力から、前記地震波方位、前記揺れ情報とともに、予測Ｓ波震度を算出する手段であり、
前記予測Ｓ波震度を警報手段に出力し、当該予測Ｓ波震度が、当該警報手段に設定された設定値以上であるときにのみ、警報を発する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の地震計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震波を検出し地震情報を算出する地震計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大地震発生時には、被害が広域に及ぶため、被害状況をいち早く掴むことが災害軽減のために重要となる。このための方策として、地震後、複数の地震観測点からの地震データを収集し、その収集データに基づいて被害推定を行う手法が用いられる。
【０００３】
この収集データとは、具体的には、地震観測時刻と、地震の揺れ、すなわち加速度データからなり、これら収集データを基にセンター機関にあるコンピュータが地震の規模、震源、および震度などを推定して警告を行う。
【０００４】
ところで、この地震の規模、震源、震度などを精度良く推定を行うためには、たくさん観測点のデータが必要となるが、一方で、たくさんのデータを処理するには時間が掛かるという問題がある。地震の警告は、一刻も早くの警告が求められるので、この処理時間を短くすることが望まれている。
【０００５】
そこで、地震観測点において、地震観測時刻と地震の揺れのみならず、震央方位を同時に検出することで、震源特定のコンピュータ負荷を低減させ処理時間を削減する地震計が提案された（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この特許文献１に記載の地震計は、地震波の3成分（上下方向、南北方向、東西方向）から震央方向を算出しようとするものである。
【０００７】
この方法について、更に詳細に図面を用いて説明を行う。図４は、震央方位を求める原理を示したものである。
【０００８】
地震波の初期振幅の南北方向成分をANとし東西方向成分をAWとすると、上下動の初動が下向きのとき（Dのとき）は、ANとAWの合成方向が震央方位となり、上下動の初動が上向きのとき（Uのとき）は、ANとAWの合成方向と反対の方向が震央方位となる。
【０００９】
３成分とも初動が明瞭な場合は、この原理により有効に震央方位を算出できるが、不明瞭な場合には９０度又は１８０度の誤りが出る可能性がある。そこで、特許文献１に記載の地震計は、３成分そのものではなく、３成分を指数平滑法により、平滑化したデータにより計算を行うことで、安定した震央方位を求めることができる様になっている。
【００１０】
具体的には、上下方向成分と南北方向成分の積の指数平滑値は、下記式（１）により求めることができる。
XUDNS(t)= XUDNS(t−1)  α  ＋  X1(t)  X3(t)          ・・・（１）
また、上下方向成分と東西方向成分の積の指数平滑値は、下記式（２）により求めることができる。
XUDEW(t)= XUDEW(t−1)  α  ＋  X1(t)  X２(t)         ・・・（２）
ここで、X1(t)は上下方向成分のサンプリングデータ、X２(t)は東西方向成分のサンプリングデータ、X３(t)は南北方向成分のサンプリングデータ、αは0.9程度の定数、XUDNS(t−1)、およびXUDEW(t−1)は前回の指数平滑値である。
【００１１】
そして、式（１）（２）で求めた、XUDNS(t)、XUDEW(t)を用いて下記の式により震央方
位を算出する。
θ０(t)=ｔａｎ−１（XUDNS(t)／XUDEW(t)）            ・・・（３）
【００１２】
【特許文献１】特開昭５９−１９０６８３号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に示した地震計は、地震計自体を東西南北方向に対して正確に設置されることが前提となっており、また、不用意に動かされないよう厳重に管理する必要があった。この正確な設置と厳重な管理の必要性のために、地震観測点の数を増やすことが困難とされていた。
【００１４】
現在、日本全国には１０００箇所程の地震観測点があるが、直下型地震に対応するためには未だ不十分であり、現在の１０〜１００倍の数の地震観測点が必要であると言われている。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、簡易な設置、管理が可能な、震央方位を算出することができる地震計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の地震計は、基本的に下記に示す構造を採用するものである。
【００１７】
本発明の地震計は、地震の揺れを検出する加速度センサと、加速度センサの出力から地震波の揺れ情報を算出すると共に、地震波の観測方位を算出して出力する地震情報算出手段と、地磁気を検出する磁気センサと、磁気センサの出力から地震計の設置方位を算出し、地震波の観測方位と設置方位から震央方位を算出して出力する震央方位算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の地震計は、現在の時刻情報を出力する時計と、地震計が設置してある位置情報を出力する位置情報設定手段と、受信情報を外部に伝達する通信手段とをさらに備え、この通信手段が、地震情報算出出手段により出力される地震波の揺れ情報と、震央方位算出手段により出力される震央方位と、時計から出力される時刻情報とを、位置情報設定手段により出力される位置情報とを受信して、外部に伝達する手段であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の地震計は、前述した地震情報算出手段が、加速度センサの出力から、地震波方位、揺れ情報とともに、予測Ｓ波震度を算出する手段であり、予測Ｓ波震度を警報手段に出力し、当該予測Ｓ波震度が、当該警報手段に設定された設定値以上であるときにのみ、警報を発することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の地震計は、地磁気を検出する磁気センサと、磁気センサの出力から地震計の設置方位を算出し、震央方位を出力する震央方位算出手段とを有するため、地震計自体の姿勢を容易に検知でき、常に正しい震央方位を求めることができる。
【００２１】
また、本発明の地震計は、通信手段により震央方位を伝達することができるため、震源特定のコンピュータ負荷を低減させて、処理時間を削減することができる。
【００２２】
また、本発明の地震計は、地震計自体の姿勢を検知できるため、従来の地震計の様に、
正確な設置と厳重な管理の必要性がなく、簡易に地震計を配置することができ、地震観測点の数を急激に増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
図１は、本発明の地震計を示す構成図である。図２は、本発明の地震計における加速度センサにて検出される地震波形を示す図である。図３は、本発明の地震計に搭載される磁気センサの出力を示す図である。
【００２４】
[構造説明：図１]
まず、本発明の地震計の構成について図１を用いて説明する。
図１に示す様に、本発明の地震計１００は、地震の揺れに対応した３軸の加速度１ａを出力するピエゾ抵抗型や静電容量型の加速度センサ１と、加速度１ａから地震波の観測方位２ｂを算出する地震情報算出手段２とを有する。当該地震情報算出手段２から、地震波の観測方位２ｂとともに、加速度１ａに基づいて算出される予測Ｓ波震度２ａと、揺れ情報２ｃの扱いについては、後述する。また、この地震計１００は、２軸以上の地磁気３ａを検出するフラックスゲート型や磁気インピーダンス型の磁気センサ３と、地磁気３ａと地震波の観測方位２ｂから震央方位４ａを算出する震央方位算出手段４を有する。
【００２５】
本発明の特徴部分である、この加速度センサ１と、磁気センサ３と、これらセンサからの出力値を用いて演算を行う地震情報算出手段２と、震央方位算出手段４とによって、従来の地震計では得られなかった地震計自体の正確な方位情報を得た上で、目的の揺れ情報２ｃとともに震央方位４ａを出力できる形態となる。これを構成する各要件の機能の詳細については、後段で説明する。
【００２６】
また、この地震計１００は、地震発生の正確な時刻情報５ａを出力する電波時計などの時計５と、地震計１００の位置情報６ａを設定する位置情報設定手段６とを有する。
【００２７】
さらに、この地震計１００は、震央方位算出手段からの出力である震央方位４ａ、地震情報算出手段２の出力である揺れ情報２ｃ、時計５の出力である時刻情報５ａ、位置情報設定手段６の出力である位置情報６ａを合わせて外部に伝達するための通信手段７と、地震情報算出手段２から出力される予測Ｓ波震度２ａに基づき、警報を発する警報手段８とを有して構成される。
【００２８】
[動作説明：図１、図２、図３]
次に、本発明の地震計１００の動作について図１、図２、図３を用いて説明する。
本発明の地震計１００で用いる加速度センサ１は、地震の揺れを検知し、図２に示すように地震波形を表す３軸の加速度（図１における加速度１ａ）を出力する。本図から、3軸の加速度は、Ｘ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分からなっており、Ｐ波に遅れてS波が到達していることが判る。
【００２９】
また、図１に示した地震情報算出手段２は、加速度１ａを用いて、従来技術で示した式（３）に基づき、地震波方位２ｂであるθ０を算出し、震央方位算出手段４に出力する。
【００３０】
さらに、地震情報算出手段２は、P波、S波に対応する加速度１ａを揺れ情報２ｃとして通信手段７に出力する。
【００３１】
震央方位算出手段４は、Ｘ，Ｙ軸の２軸の磁気センサ３により検知された地磁気３ａから、地震計１００自体の姿勢、すなわち設置方位を算出する。具体的には、図３に示すように、Ｘ軸磁気センサ出力MxとＹ軸磁気センサ出力Myから下記の式で地震計の設置方位を
算出する。
θ１=ｔａｎ−１（Ｍｙ／Ｍｘ）・・・（４）
そして、式（３）におけるθ0に式（４）で求めたθ１を加算または減算することで、図１に示した正確な震央方位４ａを算出し、通信手段７に出力する。
【００３２】
この様に、本発明の地震計１００は、加速度センサ１、磁気センサ３から出力されるデータに基づき、地震情報算出手段２から予測Ｓ波震度２ａと揺れ情報２ｃとを求め、地磁気を検出する磁気センサ３の出力から地震計の設置方位を算出し、震央方位４ａを出力する震央方位算出手段４とを設けているため、地震計自体の設置方位が若干ずれて設置されたとしても、地震計の正確な姿勢をその地震計自身で検知でき、常に正しい震央方位４ａを求めることができる様になる。
【００３３】
次に、本発明の地震計１００に搭載される更なる機能について説明する。本発明の地震計１００には、先に説明した様に、上述した構成に加えて、時計５と位置情報設定手段６と警報手段８とを有する。
【００３４】
本発明の地震計１００における時計５は、常に正確な時刻を刻む電波時計であることが望ましく、時刻情報５ａを通信手段７に出力する。また、時計５は、一般の掛け時計や目覚まし時計のように、時針やディジタル表示器を備えたものであってもかまわない。この時計５から出力される時刻は、地震計１００から出力される揺れ情報２ｃと震央方位４ａとともに、合わせて出力される情報であり、通信手段７によって外部に通信されるこの揺れ情報２ｃと震央方位４ａとを地震情報として利用するにあたって、必須の情報である。
【００３５】
位置情報設定手段６は、地震計１００の設置された位置情報６ａを設定するものであり、入力装置と情報を記憶するためのメモリとで構成され、通信手段７に位置情報６ａを出力する。入力装置はキーボードやスイッチであっても良いし、屋外に設置するものであればＧＰＳであっても良い。
【００３６】
地震波は、先に図２を用いて示したように、Ｘ，Ｙ軸成分（水平成分）に比較してＺ軸成分（上下方向成分）を多く含むＰ波が先に到着し、その後、Ｘ，Ｙ成分を多く含み、大きな揺れであるＳ波が到着する。
【００３７】
そして、図１に示した地震情報算出手段２は、Ｘ，Ｙ軸成分とＺ軸成分の振幅の比率からＰ波、Ｓ波の判別を行い、Ｐ波を検知した時点で、即座に、すなわちＳ波が到着する前に予測Ｓ波震度２ａを警報手段８に出力する。なお、地震情報算出手段２から出力する予測Ｓ波震度は、下記表１に示すテーブルを基に求めることができる。
【００３８】
【表１】
2009030990.tif 000003
【００３９】
表１に示したテーブルは経験的に得られたもので、P波の加速度振幅のおよそ３倍がS波の振幅となることを表している。警報手段８によって警報を発するにあたっては、精度より時間が優先されるため、このような単純なテーブル方式が適しているが、これに限定す
るものではない。そして、予測S波震度２ａは、表１の予測Ｓ波加速度から次式により計算する。
予測S波震度  =  ２log予測Ｓ波加速度＋０．９４        ・・・（５）
【００４０】
具体的には、警報手段８は、地震情報算出手段２からの予測Ｓ波震度２ａが一定値以上であった場合に、音や表示によって警報を発する。この警報手段８で使用する一定値とは、一般的に地震被害が発生するとされている震度４、あるいは震度５にすることが好ましい。つまり、震度４あるいは震度５以上の地震を、本発明の地震計１００が検知したときにだけ、警報手段８によって警報が発せられる形態となる。
【００４１】
通信手段７は、地震計１００で地震が検知されると、揺れ情報２ｃ、震央方位４ａ、時刻情報５ａ、位置情報６ａを外部に伝達する。外部とは、複数の地震情報を収集して解析し、地震の規模、震源、震度などを推定して警告を行うセンター機関である。センター機関のコンピュータは、本発明の地震計１００が出力する震央方位４ａを用いることで、震源推定および地震到達情報のデータ処理を高速かつ正確に行うことができる。
【００４２】
このように、本発明の地震計１００によれば、時計５からの時計情報５ａと、位置情報設定手段６からの位置情報６ａとともに、先に説明した、地震情報算出手段２から出力される揺れ情報２ｃと、震央方位算出手段４から出力される震央方位４ａを、通信手段７により伝達することができるため、震源特定のコンピュータ負荷を低減させ処理時間を削減することができる。また、この地震計１００は、地震計自体の姿勢を検知できるため、正確な設置、厳重な管理の必要性がなく、簡易に地震計を配置することができ、地震観測点の数を急激に増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の地震計１００は、高速、高精度な震源特定を求められる地震観測システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の地震計の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の地震計に搭載する加速度センサにより検出される地震波形を示す図である。
【図３】本発明の地震計における磁気センサの出力を示す図である。
【図４】従来の地震計の原理を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  加速度センサ
１ａ  加速度
２  地震情報算出手段
２ａ  予測Ｓ波震度
２ｂ  地震波方位
２ｃ  揺れ情報
３  磁気センサ
３ａ  地磁気
４  震央方位算出手段
４ａ  震央方位
５  時計
５ａ  時刻情報
６  位置情報設定手段
６ａ  位置情報
７  通信手段
８  警報手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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