震度の基礎知識地震のマク ニチュート (M) と震度 電球のワット数と照度 震度 : 電球で照らされた場所の照度に相当 豆電球でも近くを照らせば非常に明るい M の小さな地震も 近くで起これば震度は高く 激しく揺れて 被害も起こる 大きなワット数の電球も 遠く離れれば明るく照らせない M の大きな地

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1 リアルタイム震度について シグネット 山口耕作電話 : Fax: E メール cygnet.co.jp URL: 講演の内容 震度の基礎知識 リアルタイム地震の求め方 緊急地震速報とリアルタイム震度の比較 IPF 法とPLUM 法 ( 気象庁の緊急地震速報改善策 ) 日本の被害地震 リアルタイム震度の応用例 緊急地震速報に関する提案 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 1

2 震度の基礎知識地震のマク ニチュート (M) と震度 電球のワット数と照度 震度 : 電球で照らされた場所の照度に相当 豆電球でも近くを照らせば非常に明るい M の小さな地震も 近くで起これば震度は高く 激しく揺れて 被害も起こる 大きなワット数の電球も 遠く離れれば明るく照らせない M の大きな地震も 遠く離れれば震度は低く 殆ど揺れを感じず 被害も起きにくい 防災科研 HP より マク ニチュート (M) M: 電球のワット数に相当 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 2 世界の 震度階級 気象庁震度階級 ( 日本 ) 1884(M17) 年成立 1996 年に計測震度計による機械観測に改訂 28 年に解説表改訂 (1 段階 ) 機械観測を正式に採用しているのは日本だけ 改正メルカリ震度階級 ( アメリカ 韓国等 ) 192 年成立 修正が重ねられ今に至る (12 段階 ) ヨーロッパ震度階級 ( ヨーロッパ各国 ) 1988 年成立 1998 年修正 (12 段階 ) 地震烈度 ( 中華人民共和国 ) 198 年成立 1999 年改正 (12 段階 ) 各 震度階級 間の数式等を用いた換算は不可 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 3

3 日本の震度観測 1884(M17) 年より 震度階級表 に基づき 体感および周囲の状況から震度を推定 1996 (H8) 年 1 月 1 日以降 気象庁は計測震度計による震度の機械観測を開始 震度の初機械観測 1995(H7) 年 1 月 17 日 神戸海洋気象台に設置された計測震度計の試作機が兵庫県南部地震を初観測 通信途絶で観測情報は気象庁に届かず 現在 気象庁が発表する震度は 気象庁 地方公共団体及び ( 独 ) 防災科学技術研究所が全国各地に設置した震度計の観測結果による All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 4 震度と加速度および周期の関係 気象庁 HP All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 5

4 計測震度計 の系統図 3 軸加速度センサ AD コンバータ FFT フィルタ ベクトル合成 1Hz サンフ ル ソーティンク 処理 演算震度 I = 2 log a +.94 最大値 処理 計測震度 処理の流れ 3 軸加速度センサーで地震動を観測し 1Hz で AD 変換する 地震検知後 1 分間の 3 軸加速度波形を FFT フィルターに通し ベクトル合成する 1 分間のデータをソーティング 上位 3 番目を抽出して震度に変換する 地震が 1 分以上継続するときは 1 分毎に区切って処理し 全体の最大値をその地震の計測震度とする 1 分間に複数の地震が発生した場合は 1 つの地震として処理する All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 6 FFT フィルターの周波数特性 気象庁 HP All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 7

5 兵庫県南部地震のリアルタイム震度 最大値 = 計測震度 神戸中央区中山手 ( 旧海台 ) で観測 リアルタイム震度 加速度 gal 南北動成分加速度波形 東西動成分加速度波形 リアルタイム震度 上下動成分加速度波形 5:46:5 時刻 sec 地震波の到達から終息までの地震動の強度を 計測震度と同一尺度で連続的に計測したものが リアルタイム震度 リアルタイム震度はP 波到達と共に上昇し 地震終息後は再びノイス レヘ ルに戻る リアルタイム震度の最大値は計測震度と一致する All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 8 リアルタイム震度計 の系統図 3 軸加速度センサ AD コンバータ 実時間フィルタ注 1 ベクトル合成 1Hz サンフ ル 演算震度 I = 2 log a +.94 ソーティンク 処理注 2 リアルタイム震度 処理の流れ 3 軸加速度センサーで地震動を観測し 1Hz で AD 変換する 3 軸加速度波形を実時間フィルター注 1 に通す フィルター処理後の 3 軸加速度波形をベクトル合成し 震度に換算する 一定時間注 2 分の震度データを 1ms 毎にソーティングし 上位 3 番目の震度を 1ms 毎にリアルタイム震度として出力する注 1:FFT フィルターと同一周波数特性のデジタルフィルター注 2: 気象庁 / 防災科研 :6 秒 ( 株 ) シグネット :1 秒 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 9

6 ソーティング時間でリアルタイム震度は異なる 23 年宮城県沖地震 M7.1 深さ 72km 計測震度 5 観測点 KiK-net MYGH3( 唐桑 ) 水色 : 気象庁 防災科研のリアルタイム震度地震動減衰時の追従性が悪い P S -5 赤色 : シグネットのリアルタイム震度地震動減衰時の追従性が良い灰色 : ソーティング回路の入力波形 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 1 秒 計測震度との比較 1 ( 株 ) シグネットが気象庁に提供したリアルタイム震度計測方式の精度ソーティング時間 :6 秒.2 標準偏差 :.27 平均値 : -.15 リアルタイム震度の最大値 計測震度 リアルタイム震度 max - 計測震度 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 11

7 計測震度との比較 2 ソーティング時間 :1 秒リアルタイム震度 max は計測震度より平均的に.16 小さく 標準偏差も増加する追従性を重視する防災用途に適す 計測震度相当値 相対頻度.5 平均値 :.16 標準偏差 : 計測震度 リアルタイム震度 max - 計測震度 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 12 リアルタイム震度と緊急地震速報 (EEW) の比較 EEWの評価は 一般ユーザーを対象としたアンケート調査によるものが主で EEWの 精度 即時性 を計測 評価したものは殆ど無い リアルタイム震度は刻々と変化する地震動の強さを連続的に計測できるので 地震観測点でEEW を受信したものとすれば EEWの予測震度と対比して EEWの 精度 即時性 を客観的に評価できる この比較で EEWの 精度 即時性 を評価し EEWの現状を明らかにする All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 13

8 リアルタイム震度と EEW の比較方法 K-net kik-net の観測点で EEW を受信したものとして リアルタイム震度と EEW の予測震度を比較し 強震域 ( 震度 5 弱 ) に於ける EEW の有効性を検証する 伝送 処理遅延時間 : 考慮しない EEW 実用化後の全警報 (145 回 /7 年 1ヶ月 ) を対象 警報 の判定リアルタイム震度が4.5に達するまでに 警報 が全点で出た : 一部で出た: 全点で出ない: 予報 の判定リアルタイム震度が4.5に達するまでに 予報 2.5 が全点で出た : 一部で出た: 全点で出ない: (EEW 受信機の閾値 =4.5とすべきだが 殆どが閾値 =2.5で運用されているため 実情に合わせた ) All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd :6 長野県北部の地震に於ける EEW の評価例 ( 予 警 ) 白馬 予警 予報 : リアルタイム震度が 4.5 に達するまでに予測震度 2.5 であれば 警報 : リアルタイム震度が 4.5 に達するまでに警報 ( 第 2 報 ) があれば 妙高高原 信濃 穂高 戸隠 杭瀬下 糸魚川 妙高 大町中 糸魚川 宇奈月 中野 信州新 生坂 魚津 魚津 大町 長野 境 上田 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 15

9 :33 淡路島付近の地震に於ける EEW の評価例 ( 予 警 ) 予報 : リアルタイム震度が4.5に達するまでに予測震度 2.5であれば 警報 : リアルタイム震度が4.5に達するまでに警報 ( 第 3 報 ) があれば 五色鳴門泉南内海 予警 洲本 和歌山 内海 加古川 三原 明石 有田 神戸 南淡 和歌山 徳島 姫路 東浦 引田 田尻 三木 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd :32 宮城県沖の地震に於ける EEW の評価例 ( 予 警 ) 実用化後 7 年間で最良の EEW 予報 : リアルタイム震度が 4.5 に達するまでに予測震度 2.5 であれば 警報 : リアルタイム震度が 4.5 に達するまでに警報 ( 第 2 報 ) があれば 予警 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 17

10 :46 東北地方太平洋沖地震に於ける EEW の評価例 ( 予 警 ) 予報 : リアルタイム震度が 4.5 に達するまでに予測震度 2.5 であれば 警報 : リアルタイム震度が 4.5 に達するまでに警報 ( 第 4 報 ) があれば 石巻 福島 八戸 久喜 予警 釜石 盛岡 宇都宮 千葉 仙台 白河 鹿沼 東雲 いわき 水戸 古河 横浜 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 18 EEW の成功例 1 警報 が 5 弱以上の地点で 間に合った ケース ( :18 回 :11 回 /7 年 ) 発生日時 震央地名 深さ 最大震度 1 報遅れ 警報遅れ 警報報数 警報判定 備考 knt 震度 最短最短震央距離震源距離 死 不明 負傷 1 28/6/14 8:43 岩手県内陸南部 強 直下 >26kmで /9/11 9:2 十勝沖 弱 遠い /2/27 5:31 沖縄本島近海 弱 遠い /3/14 17:8 福島県沖 弱 遠い /3/11 14:46 三陸沖 震度誤差大関東で警報無し /3/12 3:59 新潟県中越地方 強 直下 >3kmで /3/14 1:2 茨城県沖 弱 直下 >66kmで /3/15 22:31 静岡県東部 強 直下 >35kmで /3/28 7:23 宮城県沖 弱 遠い ( 第 1 報遅れ大 ) /4/7 23:32 宮城県沖 強 遠い /4/11 17:16 福島県浜通り 弱 直下 >25kmで /4/12 8:8 千葉県東方沖 弱 遠い,Me /4/16 11:19 栃木 ( 茨城 ) 県南部 強 深い 震度 e /4/21 22:37 千葉県東方沖 弱 深い, 深度 e-6km /6/4 1: 福島県沖 弱 準直下 >63kmで /6/23 6:5 岩手県沖 弱 遠い /7/23 13:34 宮城県沖 強 やや深く遠い /7/25 3:51 福島県沖 弱 やや深く遠い /7/31 3:53 福島県沖 強 やや深く遠い /8/1 23:58 駿河湾 弱 準直下 >31kmで /8/12 3:22 福島県沖 弱 準直下 >68kmで /4/29 19:28 千葉県北東部 弱 やや深い /12/7 17:18 三陸沖 弱 アウターライス 地震 /2/2 23:17 十勝地方中部 強 直下 深い /4/13 5:33 淡路島付近 弱 直下 >28kmで /9/2 2:25 福島県浜通り 強 直下 ( 注 ) 注 : 第 2 3 報の予測震度がプラス側に最大 1.5の誤差が生じて警報を早め 通常では間に合わない 直下地震 に 警報 が間に合った All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 19

11 EEW の成功例 2 警報 が 5 弱以上の地点で 間に合った ケース ( :18 回 :11 回 /7 年 ) 発生日時震央地名 深さ最大震度 1 報遅れ警報遅れ警報報数警報判定備考 knt 震度 最短震央距離 最短震源距離 /12/31 1:3: 茨城県北部 弱 警報遅れ /3/14 2:6:5 伊予灘 強 警報遅れ /7/8 18:5:24 胆振地方中東部 弱 直下 間に合わず /7/12 4:22: 福島県沖 誤報 予測震度過大 /8/1 12:43:18 青森県東方沖 弱 遠い /9/16 12:28:31 茨城県南部 弱 直下 深い /11/22 22:8:17 長野県北部 弱 直下 >2kmで 死 不明 負傷 EEW7 年間のまとめ 警報 の成功例 :18 回 (12.4%) :11 回 (7.6%) :116 回 (8.%) 予報 の成功例 ( 閾値 =2.5 ) :31 回 (21.4%) :14 回 (9.7%) :1 回 (68.9%) 閾値 =4.5 とすれば 警報 と同じ 警報 予報 : 間に合わず 空振り 見逃し 誤報など All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 2 EEW の成功例が少ない理由 第 1 報 警報 が遅い ( スライト 22) 改良後も 15 秒以上遅れる 警報 が多い 中 長距離の地震も間に合わず ( スライト 23) : 第 1 報 は略正常だが 遅い 警報 が多い 距離 < 5km の と : 技術的限界のため NG 距離 5km の と : 中 遠距離でも NG 多発得意な地震なし マグニチュード(M) 震源位置 が中々決まらない( スライト 24) : Mと震源位置ともに比較的短時間に決まった : Mが決まるまで時間が掛りすぎた : Mと震源位置が最後まで定まらない これは 震源近傍で観測したP 波から算出した震源要素で 利用場所の震度や主要動到達を予測 報知する とした 開発目標 が 今も殆ど達成できていないことを示す All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 21

12 EEW の第 1 報と警報の遅れ縦軸 : 度数 横軸 : 時間 ( 秒 ) 全体 (28.1.1~ ) 改良前 (28.1.1~ ) 改良後 ( ~ ) 第 1 報第 1 報 第 1 報 警報 3 25 警報 12 1 警報 横軸 :P 波検出からの時間 ( 秒 ) All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 22 による 遅れや震源距離 との違い 横軸は P 波検出からの時間 ( 秒 ) All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 23

13 9 8 と マグニチュード 震源 の時間変動 :16 回 /6 年 :1 回 /6 年 :48 回 /6 年 マグニチュード変動 9 8 マグニチュード変動 9 8 マグニチュード変動 震源距離 >3km 震源変動 (km) 1 震源変動 (km) 1 震源変動 (km) 2 回 横軸 :P 波検出からの時間 ( 秒 ) All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 24 IPF 法と PLUM 法 気象庁は EEW の機能向上のため 今後新方式を導入する IPF (Integrated Particle Filter) 法は近接した地域で略同時に発生する複数の地震を分離することができ 大地震発生後に多発する余震に伴う誤報を防止する PLUM(Propagation of Local Undamped Motion ) 法は周辺観測点のリアルタイム震度を参考に 利用場所の震度を推定する方式で 巨大地震でマグニチュード (M) の頭打ちが生じたときも 適切に 警報 を発信できる PLUM 法は 気象庁内に設置するサーバーの処理に適すが 受信端末に適用すると 全観測点のリアルタイム震度を繰り返し配信する必要があり 通信費や受信端末価格の上昇を招く PLUM 法適用の 警報 を受信端末で利用すれば 震度予測はできないが廉価に Mの頭打ち 対策ができる All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 25

14 PLUM(Propagation of Local Undamped Motion ) 法の原理 気象庁 HP 震源要素を使わず 3km 以内の周辺観測点で計測したリアルタイム震度で 予測地点の震度を予測する 巨大地震でマグニチュード (M) の頭打ちが生じても 適切な震度予測が可能となる All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 26 日本の被害地震 1995 年 1 月 ~213 年 8 月に発生した被害地震は 127 回人的被害は以下の通り 内陸 沿岸 (<5km) の地震 沖 ( 5km) の地震 1.17 阪神大震災 1.17 以外 3.11 以外 3.11 東北大震災 地震の回数 1(.8%) 98(77.2%) 27(21.2%) 1(.8%) 死亡 6, 溺死 :14,38* 焼死 :145 圧 損傷死 :667 不詳 :666 合計 :15,786 行方不明 ,683* 負傷 43,792 11,63 1,345 6, の津波による被害 *( 溺死 + 行方不明 ) を除けば 内陸 沿岸の地震の方が遥かに大きな被害をもたらしてる 首都直下地震が懸念される中 22 年には東京オリンピックも開催されるので EEWの 直下地震対応 は不可欠 急務 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 27

15 1. 年間地震発生数 (3952 回 ) と震度 2 年 1 月 1 日 ~213 年 9 月 3 日の平均 1. 年間発生回数 弱 5 強 6 弱 6 強 7 震度 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 28 項目 その他 1.17 阪神 3.11 東北 死亡 122 6,443 15,786 不明 7 3 2,683 負傷 12,984 43,792 6,217 1, 震度と人的被害 1995 年 1 月 ~213 年 8 月 (127 回の被害地震 ) 1, 1, 人数 1 1 死亡 不明 負傷 1 震度 4 震度 5 弱震度 5 強震度 6 弱震度 6 強震度 7 震度 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 29

16 1, 死亡 6,659 不明 9 負傷 55,359 内陸 沿岸 <5km の地震 の人的被害 1995 年 1 月 ~213 年 8 月 (99 回 ) 1, 1, 人数 1 1 死亡 不明 負傷 1 震度 4 震度 5 弱震度 5 強震度 6 弱震度 6 強震度 7 震度 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 3 その他 3.11 地震 3.11 津波 死亡 6 1,475 14,38 不明 1-2,683 負傷 1,345 6,217-1, 1, 1, 212 年 12 月 7 日三陸沖 M7.3 地震に驚き転倒 沖 5km の地震 の人的被害 1996 年 3 月 ~213 年 8 月 (28 回全体の 22%) 23 年 9 月 26 日十勝沖地震 M8. 津波で釣り人 2 名が犠牲 211 年 4 月 7 日宮城県沖 M 年 3 月 11 日東北地方太平洋沖 M9. ( 本震 ) 人数 1 1 死亡 不明 負傷 1 震度 4 震度 5 弱震度 5 強震度 6 弱震度 6 強震度 7 最大震度 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 31

17 (M7.8) (M8.2) (M7.5) 近年の地震発生状況 ( 震度 6 弱以上 ) と想定震源域 : 直下や沿岸の地震 頻度 : 大 : 海溝型地震 頻度 : 小 (M7.3) (M6.4) (M6.2) (M6.5) (M7.3) (M6.7) (M7.1) (M6.4) (M7.) (M7.2) (M8.) (M6.8) (M6.9) 新潟県中越沖地震 (M6.8) 岩手 宮城内陸地震 (M7.2) 岩手県沿岸北部 (M6.8) 駿河湾 (M6.5) 東日本大地震 (M9.) H19 防災白書に追記 All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 32 リアルタイム震度の応用例 自律型の地震警報器 直下くん リアルタイム震度の立ち上がりに基づき地震を検知 直下地震を含む 全ての危険な地震で確実にアラーム前記 警報対象 145 地震 も全て 間に合う 正しく設置すれば 地震の見逃し 誤報は無い 震度相当値を実測し 地震動の終息も検知 放送設備のとの連動や設備機器の緊急制御に最適 通信費 情報料は不要 通信障害の影響も無し All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 33

18 緊急地震速報に関する提案 震源要素を用いる方式では 震度 5 弱以上の地域で 警報 / 予報 の成功率を1% に近づけることは殆ど不可能 別方式の併用が不可欠です 兵庫県南部地震以後の被害地震の3/4 以上が内陸直下または5km 以内の沿岸の地震で 3.11の津波を除けば人的被害の殆どを占める 22 年には東京オリンピックも開催されるので EEWの直下地震対応は不可避 急務です EEW の 1gal 超え 機能を リアルタイム震度の立ち上がりに基づく地震検知機能に置き換えれば 全ての 警報対象地震 で確実に 警報 を発し 首都直下地震への対応も可能です All Right Reserved, 214 Cygnet Ltd 34

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