国立防災科学技術センター研究報告第32号

一984年3月

550．348（521．27）

強震動多点同時記録の処理システム
御子柴正＊

国立防災科学技術センター

Data

Processing

SystemofforStromg

Sma11−Sca1eGromd

A皿ay

Obsemation

Motions

By

TadashiMikoshiba〃1・・α1伸θα肋0ε〃θψ川肋吻肋舳ゴ・・

Abst正act

A．m汕榔剋。・工・・

b・・w・ti…fth・・t工・・g9・・㎜dm．ti㎝・d・・i・gth・…th−q・・k・・h・・b…m・d・i・th・F・・h・・1…w・・t・fT・ky・・Th・d・t・p1・c・ssingsystem・
which

is

Ie1ativeto

theabove−mentioned

anay

data，isconstmcted．This

systemconsists．f・w．p肛・・1O・・i・th・p1im虹yd・t・p1・・…i・gby・・i・g証p・・・…1・・mp・t・1・・dtheotheristhesecondaエyana1ysis

forthepエocesseddatabyusingageneエa1puエposecom−

P．t・・．㎞th・p1・…tp・p・1，・h・…t・・t・・fd…p・・・…i・g…t・m・・dth…amp1esof
data

1．

ans1ysisa工e工epo工ted・

まえがき

近年，地震動および地盤振動の特性を正確にとらえるために，強震観測が点観測から多点観測へと移行している．国立防災科学技術センターにおいても，府中地殻活動観測施設を中心として，小規模な多点観測を昭和57年度から行っている．この小規模な多点観測と並行して，多点記録の処理システムの開発を行っている．ここでは，現在までに作成した処理シス
テムと地震記録の処理例とを報告する．

ホ第4研究部計測研究室

一21一

国立防災科学技術センター研究報告第32号

1984年3月

2．多点同時観測の概要

観測は，当センター府中地殻活動観測施設（FCH；図1参照）を中心とする6観測点で行っている．KFC，HFC，TMAおよびINGの観測点は，FCHから3Km前後の距離で取り囲むように配置されている．観測点の配置図を図2に示す．
OR工GINT工ME：Y

N D H s19832272114，1 1／／EPICENTER；

1，LONGITUDE

DEPTH

LATITUDE
70

140o06

Km35．58）〆、∴・≡・ll∴、、。
ll＼l＼I

一〜＾ノFC∴35N

I一139E

図1刷g．1

観測点FC

1 140E
一一、∵一／4ユE

Hと茨城県南部の地震の震央．

Location of obselvation
ea工thquake．

13りo30site

FbHandepicenteI

観測点名略府中FUCHU

FCH

稲城INAGI

E

KFC
C

HFC

HofF．

■

3『o40−N
北府中KITA−FUCHU

F？H｝MA多IN摩TAMAG称

ING

KFC

TMA

■

東府中HIGASI−FUCHU

O

調

3K

m

図2
Fig．2

観測点配置図．
Locationsofobservation

一22一sites．

府CHOFU

HFC
CHF

強震動多点同時記録の処理システムー御子柴

現在，強震観測には，速度型地震計が使用されている1速度型地震計は，速度帰還型の電磁式サーボ加速度型に改良を加えたものである．速度型地震計の総合周波数特性，および位相特性を図3に示す．

lrod〕

FrOq

uGn〔yinHz1㎜ヅ』1冊〕

lOO

図3oO−01

α1Fr■qu■［〔y51in

総合周波数特性．

一Fig，3Hz

FIequency

1ocitytypecha二［acteIisticsofve−

seismomete正・3．地震記録の回収
CHFを除いた記録機は，地震言己録をディジタル値で直接ICメモリ（C−MOSRAM）に記録する装置であり，従来の装置に対しメカニカルな要素をすべて無くした方式となっている．記録部は，N−S成分，E−W成分およびU−D成分の3成分（FCHは3チャネル×2）を，遅延時間10秒，サンプリング周波数50HzおよびA／D変換12bitバイナリー（士2048）で，時刻情報とともに98秒（FCHは90秒）問記録可能なI

Cメモリを1単位（ぺ一ジ）として5ぺ一ジ分の容量を持っている．通常の場合，1地震1ぺ一ジ単位でICメモリに記録されるようになっているため，最大5地震の集録が可能である．新しい記録は，一度バッファ・メモリ（容量は1ぺ一ジ分相当）に記録され，その記録の絶対値平均がすでに記憶されている各ぺ一ジの絶対値平均と比較される．その結果，すでに記憶されているものより小さな絶対値平均であれば，新しい記録は捨てられる．逆に，大きな絶対値平均であれば，最小の絶対値平均を持つぺ一ジに新しい記録が集録される．また，大地震などのような数分間の地震動が継続している場合でも地震波は途切れることなく数ぺ丁ジにわたって記録されるように配慮されている．群列観測として多点同時観測には，正確な時刻記録が要求される．このため，時刻の進み・遅れはNHKの時報で常時自動修正が行われるようになっ．て

一23一

国立防災科学技術センター研究報告

いる．停電時においては，バッテリーにより5日問Iる．集録機からのデータ回収には，I

第32号

1984年3月

Cメモリ中のデータは正常に保持されSO規格ディジタルカセットテープに256バイトを1ブロックにして図4のようなフォーマットで1ぺ一ジ1ファイルとして地震記録のあるぺ一ジ分だけ転写される．

BYTE
O

12

3

4

67 8910

5プ

イ□

口分時秒

丁一ソ

1均」

クン

平兵・1

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カウ

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11

夕112イlCH−l13141516I

夕1

1

ムl

CH−21CH−3イ1CH

ム1

コ1＿。
I
アータ データ テー一タl ll

ド1Il

17l

ユ81920■

CH一一21CH−31

コ1＿
データ テ＿ ■タ1 データl l
1

ド1

1

図4Fig．4

BLOCK1256BYTE

テープフォーマット．
Tape

fo正mat．

CHFの記録機は，数個の装置からなる通常使われているものである．記録部は，3成分の地震波と時刻情報の4チャネルを地震波が終わるまでアナログカセットテープに直接集録している．なお，地震計・時刻機能は他観測点と同一のものを使用している．

4．地震記録処理システム

11）システムの概要

当センターにはホストである汎用コンピュータ（ACOS700システム）とリアルタイムプロセッサ（RTPシステム）をチャネル結合（転送40Kw／sec）し，RTPシステムのシリ
アル入出カチャネルにパーソナルコンピュータを結んだ構内データ伝送システムが稼動している（勝山他1979，御子柴他1981）．今回，データ解析をホストコンピュータで行ったため，このシステムを利用した．また，パーソナルコンピュータにはSEIK09500を使用した．SE

IK09500は16bitの複数個からなる言語処理用，演算用およびI／O用のCPUを内蔵し，メモリ容量はRAM512Kバイト（ユーザ領域340Kバイト）であるため，パーソナルコンピュータとして高速演算また大きな変数領域の使用が可能である．グラフィック機能として，カラー表示可能な512ドット×480ドットの分解能があり，グラフィックプリタでハードコピーをとることができる．補助記憶装置としてミニフロッピーディスク装置（640Kバイト×2台）がある．外部入出カインタフェイスとして，RS232Cインタフェ

イスとGP−IBインタフェイスがあり，RS232CインタフェイスはRTPシステムと構内用べ一スバンドモデム（2400bit／sec）で結ばれている．また，GP−IBインタフェイス

一24一

強震動多点同時記録の処理システムー御子柴

で結ばれているパーソナルプロッターはステップ精度0．1mm，連続作図可能なフラットベットタイプ（381㎜×230㎜）であり，ディジタルカセットテープ装置は1SO規格の2トラック用である．

言語はBASICインタプリタを使用してプログラムを開発した．パーソナルコンピュータのグラフィック命令は，BASI

Cで行うことができる．また，パーソナルプロッタもコマンドなどを送れば作図するインテリジェント機能を持っていることを利用し，デバック・作図の効率を上げるため，デバイスナンバーを変えるだけの同一命令でパーソナルプロッタとグラフィックディスプレイに出カする作図サブルーチンを作成した．また，GP−I

B・RS

232Cの入出カもサブルーチン形式になっている．なお，RS232Cのサブルーチンは，構内データ伝送システムの手順で行っている．システム構成図を図5に示す．

｛一ソナル

グラフィック
プリンタ

コンピュータ（SEIK09500）『・一1司〕

ディジタルカセット

テープ装置

パーソナルプロツタ
ホストコンピュータ

図5（ACOS700システム）

システム構成図．

Fig．5

HardwaIe

ofthe

tot副system．

12）解析用データの作成

回収された地震データは，いくつかの処理を行って解析用データとした．手順の詳細は図6の流れ図に沿って説明する．

（2．1）ディジタルカセットテープの処理（A）原データ作成
地震データを集録したディジタルカセットテープは，パーソナルコンピュータで処理される．まず，必要な地震データを選び，ディジタルカセットテープのデータ1ファイルをミニフロッピーディスクに1ぺ一ジとして一時WORK−DISKに格納する．この時，図4のようなフォーマットでデータが入っているため，各地震記録チャネルユ2bit，タイムコード4bitデータをパーソナルコンピュータで扱える最小データ形式に変換する．

（B）チェック及び修正
データは記録機の主記憶装置であるI

Cメモリの欠陥または，何らかの原因によりノイズ

一25一

国立防災科学技術センター研究報告第32号

1984年3月が入づでいる場合が考えられる．こめため（A）で処理されたWORK−DI

SKのデータチェックを行う．グラフィック機能を使用して，画面上に地震波形を表示する．ノイズがあるとカーソル機能を使用してノイズ地点に合わせ，その近辺のデータを画面上に出カする．そして，新しいデータ値をキーボードからの入力によって修正を行い，ふたたびWORK−D
ISKにデータを書きこむ．現在ノイズはほとんどなく，この操作はほとんど行われていな
い．

（C）解析用データ作成

一時的に記録したWORK−DI

であるSOURCE−DI

SKから，解析用データを新しいミニフロッピーディスクSKに記録する．この時には，地震データのゼロ点合わせ・単位変換を行う．地震記録開始時刻は，サンプリング周波数50Hzで記録されているタイムコードを年号から入力することにより，月，日と順に20msecの単位まで求める．また，各ぺ一ジの地震記録開始時刻と地震記録終了時刻を見て，地震波が数ぺ一ジにつながるものがあれば一つの地震波としてSOURCE−DI

SKの同一ぺ一ジに格納するが，同一地震でも時刻が途切れた地震波は新たなぺ一ジに格納される．

解析用データの波形は，パーソナルプロッタ及びグラフィックディスプレイに出力することができる．

（D）データ転送

地震波などの解析には，大量のデータを扱うため，処理時間，使いやすさからホストコンピュータで処理を行う．このため（C）で作成した角斬用データであるSOURCE−DISKのデータから必要なものを選んでホストコンピュータで扱えるように，オープンリール磁気テープ（以下，MTと略記する）に格納した．データ転送は，構内データ伝送システムの方法と手順で行っている．
（E）解析

解析は，各解析用MTを作成して速度記録から加速度記録への変換，波数一周波数スペクトルの計算などを行った．詳細は処理結果の例で述べる．

（2．2）アナログカセットテープの処理（F）原データ作成
アナログカセットテープのデータは，コンピュータで扱えるようにディジタルに変換しなければならない．とのため，専用のA／D変換器でサンプリングタイム20m／sec，12bitのデータに変換してMTに格納する．

（G）解析用データ作成（F）で作成したMTを，ホストコンピュータでゼロ点合わせ，単位変換および地震記録開始時刻を求める処理を行い解析用データを作成した、

一26一

強震動多点同時記録の処理システムー御子柴

了ナ回グカセットテープの処理

ディジタルカセットテープの処理

ログ1作成回（A）

NOチェック

修正（B）（F）原データ作成

α（G）解析用データ作成

Q一

OK

解析用デー1作成回（C）

デー1転送Q

（D）

（E）
図6

解析

解析用データ作成手順．

Fig．6

F1ow

chaエt

foI

dataan』ysis．

5．処理結果の例

11〕地震記録

図7の地震記録は，図1に震源をもつ茨城県南部の地震において，FCHを中心とする各観測点で集録した速度記録である．各観測点の解析用データをN−S成分，E−W成分およびU−D成分ごとに編集しなおし，地震記録開始時刻を合わせ，また各成分ごとに作図単位を同じにして60秒間作図したものである。
EρRTHOuRKEN0．

』

NS一［0［FONENT〔HOFU

ヨ・□一ヨ．oヨ・O［目x・1．93
H工C円51＿FU〔Hu［円X・2、ヨ2

一：1．o

丁目［Rヨ。O［目X＝2．9目
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一ヨ．0］

ヨ．ロ

K1Tn＿Fu〔Humx＝1．32ーヨ．o
ヨ．ロl

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mX＝1．62

ーヨ．o＝1．0Fu〔HUmx＝1．7＾

一ヨ、oく←一⇒

1983

21227

14

図7．1』0．ロロ

地震記録晦7眈thq趾・・…工d・・b・・m・d・一27一国立防災科学技術センター研究報告EPRTHOURKE

ヨIo

N0．

』

第32号

1984年3月E〕一C0［FONENT［H口FUm㌦

一ヨ．口ヨ』

H1C月5I−FU⊂Hum㌻。。

一三1一日＝1−o丁臼［目［R㌻。。

一ヨ．口］

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一ヨ．日

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1NRGI
［臼㌦一ヨ．口三1．ロ

FuCHum㌻。。

ーヨ．o←

1983

22ア

2「1440．00

図7．2
ERRTHOuRKE

Z−0N口．

』

地震記録

uローC0［P口NENT

CHOFum㌻ア。

−2．0！．oHI㎝51−FuCHum㌻。。

−2．0
〔〜．口H

−2．0

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TRmm、ニロ。

KlT日＿Fu〔Hu［R㌻后眉ー〜．口2．O

1N冊1m㌻。。

−2．o2．ロFU［HUm㌻。。

ー2−o←→19日ヨ2272114』O．口0

図7．3

地震記録12〕速度記録から加速度記録への変換

FCHの集録機は6成分の集録が可能なため，加速度型地震計と速度型地震計の同時観測を行った．ここで使用した解析データは，図1の茨城県南部地震における地震記録である．

それぞれ3成分の速度記録を図8に，加速度言己録を図9に示す．次に，図8の速度記録を微分フィルタに通して，加速度記録図10を求めた．この時使用したフィルタの周波数特性は図1ユである．そこで，加速度型地震計から計測によって求めた加速度記録（図9，実測値），速度型地震計から微分操作によって求めた加速度記録（図10，計算値）とを比較した．比較は，応答スペクトルの領域で行った．非減衰速度応答スペクトルと誤差特性を図12に示す．

結果として，平均誤差N−S成分で27％，E−W成分25％およびU−D成分2％であった．

一28一

強震動多点同時記録の処理システムー御子柴

13〕周波数一波数スペクトル

解析データである図7のN−S成分，E−W成分およびU−D成分の速度記録を使用し，矢印の範囲（7秒間，データ個数350）での周波数一波数スペクトルを各成分ごとに求めた．

周波数一波数スペクトルのコンタでN：0の点から，波の到来方向とみかけ速度が推定される．N＝9まで求めた結果は図ユ3である．主要動（S波）の到来方向は，N−S成分でN54．

E，E−W成分N60．EおよびU−D成分N54．Eと推定された．JMAによる震源と観測点（FCH）との角度はN63Eである．

FUCHU

I83

N

2227211437．10

S一2E［nX＝1．74［nX；2．34［ρX＝0．64

W

3L］

Z
y−3U口

0．7

一0．7

T．C10

図8

FUCHU
20N1SEC〕

速度記録、

Fig．8

Ve1ocityエecoIds

183

2272114o∀sewed．

37．10

S一20E

NnX＝15．62［RX＝18，71［ρX＝7．33

W20」

0＝

O

−20
U0

一8T．C

101SEC

図9Fig．9

加速度記録．
Acc1eIationエeco正ds

一29一obsemed．

l国立防災科学技術センター研究報告

FUCHU

83

22721第32号

1984年3月

1437．10

NS−20

一20E

30

［PX＝18．63［nX＝20．82

HρX＝6．28

W」

⊂［o

一30
U口

一7T．C．■■■■■一一．・

10工SEC〕

図10速度記録から変換した加速度記録．
Fig．10A㏄e1eエationエecords

ca1cu1atedfエom

theobse岬ed

ve1ocity正ecoエds

showninFig．8．

］］

or■
0＝lOo

工〔Ll01⁝≡；Z⊂［一〇

図11微分フィルタの周波数特性．
Fig．11．，

10oFREOuEN⊂YlFIequency

characteristics

fe工entiaユdigita1f口te工．

Ol：HZ〕

一30一ofthed止強震動多点同時記録の処理システムー御子柴

N−S

H＝0．

宍測値一言槙値・・一一一一o＝一ollS〕

01

FERIロロ

ユS〕

図12．1

速度応答スペクトルおよび誤差特性．

Fig，12Ve1ocityエesponse．

E−W

spectIa

andermrchaエacte正istics．

H＝0．

実逼1帽

計算値・・一山
101［S〕

Zo一olo−PERI0口

0■

〔S〕

図1212

速度応答スペクトルおよび誤差特性．

一31一

国立防災科学技術センター研究報告U一口

1984年3月

第32号

H＝0．

宍逼値
蕎†算値

・離平歩誤差一、。1へ「π〔s］．一FERI0口：S〕

速度応答スペクトルおよび誤差特性．

図12，3

EnRTHOUPKE

N0．

4．

EnRTHOUPKENS−C0［PONENTF＝F＝ 0，750Hz
Pmパ）∩VENU［日ERK＝P乃0・

N0．

4，

EW−C0［PONENT

0，750Hz

FmパWnVENU［日ERK・P7501
nZ I［UTH＝N 60．E

RZ川UTH・N54．E
N＝古N＝3Σ○ピロ〔o［oN＝］

ΣΣ
コ

ZL］

＞
o［6．

目0工E］

100ユヨ］

2フO［H3ヨ60［N90工E三6．

l

1日01Sj

Fl

F

F．K〕

図13．1周波数一波数スペクトル．
Fエequency＿wavenumbeIlF．K〕

N＝10LOGl口Fm買［F，K〕

N＝10LOGmFmパFK1

Fig．13210−HIRZ川UTHRZ川uTH

図13．2
spectraestimated．

一32一

周波数一波数スペクトル．

ヨ冒

強震動多点同時記録の処理システムー御子柴

EPRTHOUnKE

F＝Fm只

一N0．

4，0，750Hz…

｝nVENU［BER

K＝0Uロー⊂0［FONENTRZ1［UTH・N541乍

650．

N＝30コ

Σ

5．

昌O【E；

18エヨI

o−N

Zアロ［一Il円Z川UTH
Pl

図13．3

F，K〕

N＝「0LOGloF。酬一F，K〕

周波数一波数スペクトル．

6．まとめと将来の方針
多点同時観測で集収したデータの処理すべてを，当初パーソナルコンピュータで行う予定であった．しかしながら，図13で求めた周波数一波数スペクトルを求める例では，ホストコ

ンピュータのCPUタイムで30分位かかることがわかり，パーソナルコンピュータはフォー
マット変換，データエラーチェックおよび作図のために使用し，解析はホストコンピュータで行うことにした．また，パーソナルコンピュータで行った対話形式のデータチェックは，今までホストコンピュータで同様の処理を行ってきた結果から判断してより易いシステムであった．当システムでは，パーソナルコンピュータのクラスでは高速演算，グラフィック機能・カーソル機能および主記憶容量の大きさなど諸条件が整っていることと，使い易さも手つだって，プログラム開発が容易に行えた．

今後，処理の効率化と使い易さなどを検討しながらパーソナルコンピュータで扱える範囲のデータ解析を，ホストコンピュータにゆだねることなくパーソナルコンピュータで扱うようにする予定である．また，ホストコンピュータで解析を指示するコマンドなどを，パーソナルコンピュータで指定することにより各種の処理が行えるシステムにする予定である．

参1）木下繁夫・御子柴正・横井勇（1982）

考文献

速度型強震観測システム．土木学会第7回電算機利用シ

一33一

国立防災科学技術セシター研究報告第32号

1984年3月

ンポジウム講演概要，93−96．
2）勝山ヨシ子・御子柴正・矢崎忍・諸星敏一（1979）：災害・防災情報の目動計測のための基本ソ
フトウェアシステムの開発．国立防災科学技術センター研究報告Nα22，131−144，3）気象庁（1983）：1983年2月地震火山概況，Nα227．
4）御子柴正・木下繁夫（1981）：構内データ伝送システム．国立防災科学技術センター研究報告，

Nα29，ユ23−135．
（1983年ユ1月21日一34一

原稿受理）