早期地震警報システム
↑ (後の財団法人鉄道総合技術研究所)
↑ 入射角を含む。地震計は通常3次元センサである
↑ 地震発生後ではない。あくまでも地震計にP波が到達してからでないと計測できないため。全システムにおける共通事項。
↑ 例として、2003年十勝沖地震(Mw=8.0)において約60秒
↑ ここでPm1、Pm2、Pm3、Pm4は統計的に求められる係数
↑ およそM6を超える地震では、断層の破壊が終わるまでの時間が数秒から数十秒以上に亘り、P波初動のみから最終的なMを推定することは難しいため。
↑ 実際には、饋電停止(電圧降下開始)から非常ブレーキが効き始めるまで4秒程空走する。これを停電検知装置の設置により3秒に短縮したものが、JR東日本系車両などに採用されている。
↑ TERRA-Sからの連動型
↑ 京阪神近郊の在来線を中心としているが、詳細不詳
↑ 両路線では旧震度4相当の40ガル設定と同5相当の80ガル設定の2種を併用し、地震動の大きさの判断材料とした。
↑ 40ガル以下、40から80ガル、80ガル以上の3段階を1機で検知する代わりに、精度は新幹線のものよりも下がった。
地震諸元(震央の位置、マグニチュードなど)が求められると、それにより地震被害が発生する想定範囲を求める事が可能となり、直ちに列車を停止させるべき範囲を特定することができる。
以下は早期地震警報システムのうち新幹線システムにおける制御方法について記載する。
この新幹線システムの運転制御ネットワークは、気象庁が発報する緊急地震速報との接続も行われている。緊急地震速報からの地震諸元情報を運転制御ネットワークに配信し、運転制御に利用している。
また、新幹線システムおよび緊急地震速報からの諸元情報は、JR東日本の在来線地震警報システム(PreDAS)にも配信されている(後述)。JR東日本における在来線システムの早期警報化(上位システムとの相互接続)は、2007年に首都圏、2009年度にJR東日本管内にて実施。早期警報化により「在来線早期地震警報システム」と称するようになった。JR東海においても東海道新幹線地震警報システム (TERRA-S)からの情報を活用し在来線運転士に警報を出すシステムを導入している。(JR北海道、JR西日本の在来線システムについては不詳)
JR西日本の新幹線システム(山陽新幹線)は、2019年春に防災科研のDONETと接続し検知時間短縮を図る予定(なお、緊急地震速報はDONETを含む津波・地震観測網と接続済)。
P波検知後最短2秒間で地震諸元を決定できる地震計に更新され、M8クラス以上の巨大地震において断層の破壊時間が長時間掛かるためにマグニチュードの推定誤差が大きくなる(結果として被害判定に遅れが出る)問題を改善した。
2018年からのシステム更新では、P波検知後最短1秒間で地震諸元を決定し警報判定が出来るよう改良が行われた。これにより、地震後に確定する気象庁発表震源と、個々の地震計が警報制御に用いる推定震源との間の誤差(正解率、空振り率と呼称)が縮小されるとしている。
まず計測されたP波地震波形(時間変化t)の振幅包絡線から震央までの距離⊿を算出する。現行では「C-⊿法」を用いる。震央距離はP波開始からの初動0.5秒間から算出。
同時に、加速度波形を二回積分することにより得られた変位波形を主成分分析し、震央方位を求める。現行式では変位波形の半波長分にあたる可変長・平均0.58秒程度の値から算出できるとされ、従前の約半分の時間に短縮している。
次に、初動最大振幅AからマグニチュードMを推定する。変位振幅と加速度振幅それぞれにおいて次式から算出し、大きなほうの値を採用する。初動のみならず、送られてくる波形が更新される度に繰り返し算出処理を行う。
初期には複数の地震計それぞれのデータからそれぞれ震源・規模を推定していたが、誤警報を低減するため、緊急地震速報におけるIPF法に類似した「統合検知点処理」によって多数の地震計のデータを統合する手法が採られている。