国立防災科学技術センター研究搬告

第29号

1982年10月

614．8：681．3

構内データ伝送システム
一耐震実験に対する適用一
御子柴

正＊・木下繁夫＊＊

国立防災科学技術センター

In−House

Data

Tmnsmission

SystemBy
TadashiMikoshiba

mdS1ligeo

K㎞oshita肋〃0〃〃地∫θακ乃0θ〃ε1カ川肋∫〃〃舳〃0η，〃ρ〃

Abstmct
A

data

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system

some

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disaste正p正evention

out

deve1oped

onstudies．This

computeエthroughdata

pIocessingof

the

data

resu1tsof

shakingbyathesystem

basis

of

consists

specia1−puエposea

micエo−compute正，ofthe

micエo−computeエmini−computeエ，㎜d

anoIigina1softwaresystem．This

papeエsum−t正ansmission

system，out1ines

its

pmcessingづobs

tab1e

tests，towhich

thefeasib1esystemwaseffective1y

apP1ied．

1．まえがき当センターではすでに汎用大型計算機（ACOS−700）をホストにしたリァルタイム処理装置（RTPシステム）が開発されている（勝山他，1979）1）RT

Pシステムは，汎用大型計算機にチャネル結合でミニ・コンピュータ（TOSBAC−40C）をつなぎミニ・コンピュータに非標準的な高速アナログ入出力装置・手持ちのアナログ制御による蓄積型表示装置・座標入力装置などをつなぎ，これらを汎用大型計算機のプログラムで利用できるシステ
ムである．R

T

Pシステムは多量のデータ処理，特定の非標準データ処理には適しているが，処理場所が計算機室と限られてしまう．また，処理方法も一度蓄えたデータを用いるため，データ処理がリァルタイム処理でなくバッチ処理になり即応力がない．

このため，多様化する災害・防災データの処理を行なうためには，より柔軟なシステムの確立が必要になってきた1現R＊第4研究部計測研究室，

T

Pシステムを有効に利用し，コスト・機能性に富んだシス

榊第2研究部耐震実験室
一123一

国立防災科学技術センター研究報告

テムとして，また機能分散を目的としてRT第29号

1982年10月

Pシステムにマイクロ・コンピュータを結合した，構内データ伝送システムを開発した．

ところで，近年における耐震工学の発展に伴って，各種構造物の耐震性能調査が数多く行なわれるようになってきた．当センターの大型振動台を用いる耐震実験は，性能調査の一部分として，共用施設であることも伴って，ここ数年100％の稼動率で行なわれている．現在，当センターで行なわれている通常の耐震実験における手順は，画一的なものはないが，おおむね図1に示すようなものである．ここで，前実験（予備実験）とは，本実験にそなえて供試体の振動性状を確認もしくは把握するものである．（たとえば，各振動モードの固有振動数とか減衰定数とかの目安を得るものである．）これらは，耐震性能試験である本実験の入力波選定を行なうときなど，実験担当者が判断材料として本来求めるべき情報である．特に，本実験において正弦N波共振実験を行なうような場合（一般に，電力設備関係の供試体では3波，フロア・レスポンス波を模擬するような場合は，さらに波数の多い加振が行なわれる）には，この前実験の情報が不可欠なものとなる．また，本実験において，実験時問に制約がある多くの場合，前実験の結果をふまえた入力波形合成の迅速さが要求される．現状では，あらかじめ本実験用に予測した入力用テープを用意して，これに対処しているが，これが最良の方法とはいいがたいものがある．すなわち，実験における本質的な形態の一つであるフィードバックの機能が効率よく行なわれないのである．このような事情も含めて，耐震実験を発展的に行なうことを意図したとき，現状のままの対応では限界があるのである．耐震実

験における上記のごとき事情に基づいて，構内データ伝送システムを用いたオンライン・データ処理の実際の応用が必要とされるのである．

ここでは，構内データ伝送システムを耐震実験に適用したいくつかの結果について報告する．

前実験

共振点検索実験

峰簸1／
図

共振周波数の選定

1

Fi＆1

本実験

耐震性能調査！1驚1斌

実験

一124一

耐震実験における手順の概要
F1ow

chart

ofshakingtabletest．

構内データ伝送システムー御子柴・木下

2．処理システム

2．1

構内データ伝送システムの概要

RTPシステムは多様なデータ処理を行なうのが本来の目的であるが，さらに入出力の一つであるシリァル入出カチャネルにマイクロ・コンピュータを結んで，機能分散型データ伝送システムを開発した．

マイクロ・コンピュータの端末計算機側では，問題ごとに必要最小限の入出力装置を置き，高速大容量記憶・高速演算処理に相当するものは，すべてこれらを特徴とする汎用大型計算機にゆだねることにした．このことにより，RTPシステムに新しい特殊な入出力装置を附加するというような大きな負担をかけることなく，端末計算機側で可能な限り，問題に適切なサービスができるであろうと考えた、

RT

Pシステムを通しての汎用大型計算機と端末計算機との交信は，3つの計算機に各ジョブを置いてデータの伝送を行なう．R

Tがあり，端末計算機側では交信オープン，RPシステムと端末計算機には交信用サブルーチン

TPジョブ起動，ACO

Sジヨブ起動，データ送信，データ受信，送受信状態表示，交信クローズの機能を持っている．データ送受信はバイナリー・データの伝送を行なう必要から制御手順は図2に示す流れ図のとおりである．手順の詳細を流れ図に沿って説明する．

la〕伝送コマンドの指定

データの受け取り側，または送り側どちらが先に呼びかけても良いが，相手からの応答があるまでは待っている．
（b〕伝送バイト数の要求（a〕が成立すると，次に，伝送要求バイト数を伝送する、

ST＾RT

l1i伝送コマンドの指定（21伝送パイト数の要求

図Fig．2／3〕データの伝送

141チェック

2NO

エラー処理

OKEND

一125一

データ伝送の手順
F1ow

chaItofdatatエansmission国立防災科学技術センター研究報告第29号

1982年10月（C〕データ伝送

データの受け取り側と送り側のデータ・バイト数を比べて，小さいデータ・バイト数だけ伝送する・中問バッファーは置かず，直接プログラム指定のデータェリァと入出力を行なう．

ld〕チェック

データ部分の送信が終ると，最後に水平パリティチェックコード（同じビット列のモジュロ2の加算）を送信する．データを受け取った側は結果の正否を送信側に返送し，チェックの結果が正しくなければ一旦両者がキャリア信号をオフにして確認し，再度キャリア信号をオンに戻す．再送するか否かは利用者プログラムで決めるようになっている．伝送の終了，チェックの結果，実伝送バイト数はメインプログラムから送受信状態表示ルーチンをコールすることにより知ることができるI

2．2
（1）

適用例のシステム
システムの概要

今回の耐震実験の適用例では，図3に示すシステム構成を用いて行なった．
汎用大型計算機とR

T

Pシステムは既存のシステム構成である．R

T

Pシステムと端末計

算機の問は，400m余りの距離を，構内用べ一スバンド・モデム（9600bit／sec）でつないでし、る．

端末計算機であるA

PP

L

E−Iは，8bit処理のメモリ64Kバイト（RAM48バイト）のマイクロ・コンピュータである．これにはディスク。べ一スのオペレーティング・システ

カセット磁気テープ装置「一1■一一一実験
供試体

端末コンピュータ
（AppLE−1）

A／D
変換器

D／A変換器

振動台
入力装置

τTL．．．．．
堤冨誰≦ ξ回§ 暮￡⊥
汎用コンピュータ（ACOS−700）

「111r

L」→計画

リアルタイムチャネル結合プロセッサシステム
40kw／sec

図3Fig．3（TOS8AC−40C）

構内伝送システム構成図
Ha正dwaエeof

一126一

thewho1e

datatエansmission

system」

構内データ伝送システムー御子柴・木下

ムがあり，グラフィック機能は，ハード・ソフト共に標準付加されている．また，プログラ
ム言語は，べ一シックとアセンブラが使用できる．

入出力機能として，プログラムのセーブ，リードを行なう，フロッピー・ディスク装置（256Kバイト）。モニター機能としてのテレビ，解析データを入カするためのA／D（アナログ

ディジタル変換）変換器，A／Dされた入カデータを格納するカセット磁気テープ装置がある．

A／D変換器・カセット磁気テープ装置・シリアル入出力装置のためのソフトウェアは独自で開発した、（2〕各システムの機能分担（a〕汎用大型計算機（ACO

S−700）

汎用大型計算機で実行される解析ジョブは，フォートラン言語で書かれた通常のジョブであり，RTPシステム関係のライブラリは，サブルーチン・コールによって用いることができる．

今回のジョブにおけるプログラムは，実行時48KWの大きさで，汎用大型計算機のオペレーティング・システム（O．S）によって，他のバッチ・ジョブと同様に処理され，O．SはRTPシステム関係には，全く関与していない．

（b〕RTPシステム
端末計算機からのコマンドにより，汎用大型計算機に解析ジヨブの起動，また終了要求を行なう．

解析ジョブ実行中は，データあるいは，結果の伝送を中継する．

（C〕端末計算機
アナログの形である解析データをディジタルの形に変換して，カセット磁気テープに収録する。実験終了後，構内用べ一スバンド・モデムを用いて，カセット磁気テープのデータを，汎用大型言十算機に伝送する．伝送終了後，処理の指定を行なって結果の数値，グラフを受取りモニター・テレビに表示する．

13）ジョブの機能

1a）A／Dジヨブ
端末計算機側だけで実行され，アナログの解析データをA／D装置でA／Dをし，ディジタル・データをカセット磁気テープに格納する時に使用するジョブである、8チャネ
ル分をユO

msのサンプリングで，カセット磁気テープに5分問収録することが可能である．

ディジタル化の精度は，±2048（12bit）である．
くb）解析ジョブ
汎用大型計算機と，オンラインで結ばれ，端末計算機側で指定したコマンドにより，汎用大型計算機ヘデータを伝送し，解析方法の指定を行ない，解析結果を受けとりモニター・

一127一

国立防災科学技術センター研究報告第29号

1982年10月

STARTGS
図NO

解析終り

4 解析手順の概略

Fig．4

P

F1ow

cha工tofana1ysis

YES

FC

テレビに表示するジョブである．コマンドは，マン・マシン方式で受け入れて進める．下記にコマンドの種類と，解析の種類，図4にコマンドのオペレーションを示す．
（i〕コマンドの種類
一一G：汎用大型計算機に登録されているジョブを起動させる．

｝S：カセット磁気テープのデータを，ホストコンピュータに伝送する、

一一P：解析を指定してホストに伝え，結果の数値，グラフを受け取ってモニター・テレビに表示する．

則F川〕：処理ジョブを終了する．

C：R

T

Pシステムとの交信を終了させて，自らも終了する．

Pのコマンドによる解析の種類

｝DG

R

A

：指定したチャネル（8チャネルまで）のデータをグラフ化出カ．

一一C

AL

I

：指定したチャネル（8チャネルまで）のデータの最大値と最小値の出力．

ST

E

P

：指定したチャネル（ユチャネルのみ）のデータのA

固有振動数と減衰定数の数値出力．

一128一

Rモデルによる，

構内データ伝送システムー御子柴・木下｝BIDO｝RAND：

指定した入出力2チャネルデータのフーリエ比のグラフ化出カ．

： 指定した入出カ2チャネルデータのフーリエ係数とフーリエ比のグ
ラフ化出力．＊SI

NW：

クロスコレログラム，コヒーレンシイ，入力及び出力のパワースペ
クトル及び利得関数のグラフ化，さらに密度行列の数値出カ．

STEPl
リT

〔R6ctan9］■arPu，setrain，PP−1mm0．05Hz〔R8ctangu■arPu■58

train．

PP−1m而

0．10H1〔R6ctangUtrai

n．

0．10Hz［R8ctangular〕

VR

STEP2
リT

VR

STEP3larPu■…6PP−1mm

UT

岬

STEP一

pLlIs8train．

PP−1mm

O．10H1リT

岬

図5Fig．5

加速度波形
Acce1eエationエecoエd＊ただし，ラインプリンタ装置には入力波の各種応答スペクトルが出力される．

一129一

国立防災科学技術センター研究報告第29号

1982年10月

3．適用例
前章で述べた分散処理システムは，昭和55年度以降いくつかの耐震実験において用いられてきた．本章では，代表的な次の三例について，適用結果を報告する．

（1）三層R
三層R

C実大模型における固有振動数の変化の推定

C実大模型の振動実験は，日米共同研究の一環として昭和55年度に行なわれた．

この実験内容に関しては，別に詳細な報告がある（大谷圭一，1980）2〜したがって，ここでは，加振加速度のレベルを徐々に増加させたとき，模型の振動性状，具体的には固有振動数，が推移して行く状態をいかに推定したかについて述べる．

この実験では，試験用模擬地震の加速度レベルを三段階で上げながら加振実験を行なったが，各実験の間に，小レベルの方形波連続加振（変位方形波）を行ない供試体の固有振動数を推定した．方形波連続加振における振動台および三層R図5である（各STEC模型頂部における加速度波形がPの上側が振動台，下側が頂部の波形である）．

この図の振動台波形にみられるような連続パルス列による加振は，正弦波連続加振，正弦波掃引加振および定常不規則波連続加振等と比較して供試体に対して少い影響で，準定常状態の振動へ供試体をもって行ける特徴がある．余談ではあるが，このような励振機構は自然界によくみられるものである．例えば，人問の発する有声音は，声門における肺からのパルス状励振により声道を共振させて準定常状態に至らしめることにより作られるものである．

さて，問題は供試体の固有振動数の推定であるが，供試体を準定常的な振動状態にしてあるので比較的容易である．迅速さを要求する場合は，供試体頂部の信号に一次元の自己回帰モデルをあてはめ，その特性根から共振周波数と一3dB帯域幅の対を推定すればよい．一3dB帯域巾の小さい共振周波数が供試体の固有振動数に相当する．ただし，波形と対応させて最終判断をせねばならないことはいうまでもない．図5に関して推定した結果は，

STEP1では，3．30Hz，STEP2では，1．85Hz，STEP3では，1．22Hz，STEP4では，1．19Hzであった．

実験処理では，解析ジョブPの中の一一STEPを用いて対応したが，これは，特性根と共振周波数および一3dB帯域巾との対をモニター・テレビヘ伝送するところまで行える．
（2）電力施設の耐震実験における反力架台の共振点検索
これは，消防設備の耐震性調査のため｛消防庁との共同実験として行なわれたものである．実験では，電力施設（実規模大6000V開放型変電設備）に設けられた反力架台の加速度計測を担当した．

実験は，図1の手順とほぼ同様に行なわれた．前実験の共振点検索では，正弦波掃引加振を，片振幅50Ga1程度，掃引速度O．05Hz／sで2Hzから22Hzまで行なった．
実験終了後，モニターで架台加速度の大きな範囲を選択して処理を行なった．これは，振一130一

構内データ伝送システム

御子柴・木下

クロスコレログラム及びコフィーレンシィ

パワースペクトルX

パワースペクトルY

利得関数

スペクトル
写真1

Photo．1

密度行列（周波数16Hz）

処理コマンドuSINW
PIocessing−command

一131一

SINW

国立防災科学技術センター研究報告第29号

1982年10月

動台加速度に対する架台加速度の伝達関数を推定するものであり，解析ジョブー｛PINW

中のSを用いている．結果が写真1である．コヒーレンシイの場合の横軸の目盛は5Hzごと，パワースペクトルX・パワースペクトルYおよび利得関数の場合の横軸の目盛は10Hzごと，密度行列の場合は左から，周波数・ゲイン・フェーズ・コヒーレンシイおよび時系列に自己回帰モデルをあてはめた時の最適の次数・パワースペクトルX・パワースペクトルYである．このうち，コヒーレンシイの高い周波数範囲が有効部分である．すなわち，選択した記録範囲に占める加振周波数域である．この架台では，8．1Hz近傍および18・4Hzに利得関数のピークが認められた．

本実験では，模擬地震波加振と正弦波加振とが主として行なわれ，模擬地震波加振の結果の一例を写真2に示す（横軸の目盛は10Hzごと）．これは，いわゆるエル・セントロ波NSの記録を変位信号として加振した結果であり，振動台上最大加速度は，400Ga1程度である．これは，解析ジョブー一P

中の｝RANDを用いた結果である．このRANDは，加振台加速度と架台加速度のフーリエ振幅スペクトルおよびスペクトル比をモニターできる様にしたものである．これらの結果は，入力に相当する加振台加速度波の各種応答スペクトル（H＝0，0．02，0．05および0．1）とともにホストのライン・プリンタ装置に出力されるようになっている．写真2のフーリェ比から8，5Hz近傍の共振点が読みとれる．

正弦三波加振実験における，加振周波数8．4Hzおよび8．6Hzのいろいろな場所の振動

フーリェ振幅スペクトル（2CH）

フーリェ振幅スペクトル（1CH）

写真2

P1loto．2

フーリェ比

一132一

処理コマンドー一RAND
Pエocesshg−command

RAND

構内データ伝送システムー御子柴・木下

入カ周波数8．6Hz

入力周波数8．4Hz
写真3

P1loto．3

処理コマンドー一DGRA

Processing−command

波形を写真3に示す、これは，解析ジョブπP中のD

G

DGRA

RAを用いてモニターしたものである．

（3）多点同時観測用地震計群の位相特定推定

これは，いわゆる振動実験ではないが，振動台と本処理システムを有効に使った例である．当センターでは，昭和56年度から，府中地殼活動観測施設を中心として，半径約3㎞の円上に速度型強震計を設置して，周期1〜15秒程度の領域における強震地動の観測を開始している．この観測の目的が，観測点問の位相差を調査することにあるため，地震計群の位相特性推定試験を行なったI試験は，写真4に示すように振動台上に三台の速度型換振器を設置して行なった．基準入カは加振機の変位計出力としたが，速度計間の位相差も推定して，各速度計の位相特性を推定した．本処理システムの柔軟さは，A／D変換器の標本化時問を端末機から任意に変えられることであり，広い周波数域において位相特性推定のため加振周波数を変えて加振する場合に，充分追従できることである．この試験による位相特性推定に

写真

4

端末計算機と速度型換振器

P1loto．4 Micエo−computeエand velocity seismogエaphs

一133一

国立防災科学技術センター研究報告第29号

ユ982年ユO月山

101

1口6Fr目ru目［o1：Hz］

Fr目r］目［［ソ＝Hz］o

1口1Fr6ru8noソ

10o

101ーH王］図Fr日ru目noソ

6Fig．6100［Hz〕

利得および位相特性
Gainandphasechaエacteエistics

は，二次元の自己回帰モデルを用いたが，この様な解析法では，標本化定理を満足する範囲で標本化時問を大きくした方が都合が良いからである．この試験における推定結果を図6に示すが，一応満足すべき結果であった．ここでは，解析ジョブー一Pの中の｛一SINWを用いた．これは，端末計算機から指定した範囲での二次元信号を取り込み，平均操作，共分散行列の推定，情報量基準に従う二次元回帰モデルの次数決定，スペクトル密度行列の計算，および，位相特性の計算結果のモニター・テレビヘの伝送を順次行なうものである．

4．まとめ
R

T

Pシステムのシリァル入出カチャネルに，マイクロ・コンピュータを結んだわけだが，シリアル入出カのような標準化された入出カは，上記した耐震実験データの処理のような目的には強カな道具であり，各計算機間の結合・距離の問題などは容易に解決される．しかし，

一134構内データ伝送システムー御子柴・木下

せっかく接続のハードウェアを標準化したのに，現在の伝送制御手順が全く独自のものであるため，ソフトウェアの標準化を行なわないと，特殊入出力装置を接続する時と同等の手間を繰り返さなければならない問題がある．なお本システムにおいては，適用例でもわかるよ
うに可能な限りシステムを運用しやすくしたことも一つの特徴である．

参考文献

1）勝山ヨシ子・御子柴正・矢崎忍・諸星敏一（1979）：災害・防災情報の自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，ユ31−144．

2）大谷圭一（1980）：3層実大鉄筋コンクリート造建物の耐震実験．第ユ2回UJN

R会議録，177−190．

（1982年6月ユ0日

一135一

原稿受理）