特許 6189922 地震予測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6189922

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】地震予測装置

(51)【国際特許分類】

   G01V 1/00 20060101AFI20170821BHJP

【ＦＩ】

   G01V1/00 D

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-501227(P2015-501227)

(86)(22)【出願日】2013年2月25日

(86)【国際出願番号】JP2013054758

(87)【国際公開番号】WO2014128964

(87)【国際公開日】20140828

【審査請求日】2016年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】他谷 周一

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０６８８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 WALD et al. ，Relationships between Peak Ground Acceleration, Peak Ground Velocity, and Modified Mercalli Intensity in California，Earthquake Spectra，１９９９年 ８月，Vol. 15, No.3，P.557-564

【文献】 ＭＭ震度階（改正メルカリ震度階）と気象庁震度階級はどのように対応するのですか？，気象庁 よくある質問集 震度・マグニチュード、その他，２０１１年，ＵＲＬ，http://web.archive.org/web/20111020001051/http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/faq/faq27.html

【文献】 SHABESTARI et al.，Relations of USGS MM Intensity Versus Earthquake Ground Motion Indices Using the Three Recent California Earthquakes，土木学会第５５回年次学術講演会講演概要集，２０００年 ９月，I-B327，P.654,655

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｖ １／００−１３／００

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地震動を検出するセンサが地震動の検出を始めると、前記地震動の上下方向の加速度成分を示す上下加速度情報を、前記センサから順次取得する上下加速度取得部（１０、Ｓ１０）と、
前記上下加速度取得部が取得した前記上下加速度情報から、前記地震動の上下方向の速度成分を順次算出する上下速度算出部（１２、Ｓ１２）と、
前記上下速度算出部で順次算出された前記速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を最大速度値（Ｖｕｍａｘ）とし、下記の予測式を用いて、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値（ＭＭＩｖｐ）を算出する予測値算出部（１６、Ｓ１２）と
調整係数（γｖ）を調整する調整係数設定部（２２）と
を備え、
前記予測式は、
ＭＭＩｖｐ＝αｖｌｏｇ₁₀（Ｖｕｍａｘ）＋βｖ＋γｖ
であり、但し、αｖ及びβｖは、回帰分析により予め算出された回帰係数であり、
前記調整係数設定部は、ユーザからの操作に応じて、調整係数（γｖ）を調整可能であることを特徴とする地震予測装置。

【請求項2】

請求項１に記載の地震予測装置において、
前記予測値算出部で算出された前記予測値（ＭＭＩｖｐ）と、予め定められた警報基準値とを比較して、前記予測値（ＭＭＩｖｐ）が前記警報基準値を越えた場合、警報を行う警報部（１８、Ｓ２２〜Ｓ２４）
を備えることを特徴とする地震予測装置。

【請求項3】

請求項２に記載の地震予測装置において、
前記地震動の有無により地震の発生を判定する地震発生判定部（２０）を備え、
前記警報部は、
前記地震発生判定部により、前記地震が発生していると判定されているときに警報を行うことを特徴とする地震予測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地震の揺れの大きさを示す地震動指標として改正メルカリ震度階を用い、地震動の初動部分において、地震の揺れの大きさを予測する地震予測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、地震の揺れの大きさをリアルタイムに計測する装置が知られている（特許文献１）。
この装置は、地震動の３方向（上下、東西、南北）の加速度成分を検出し、これら加速度成分をベクトル合成して加速度を算出し、この加速度から地震の揺れの大きさを示す指標値を算出することによって、地震の揺れの大きさをリアルタイムに計測する。

【0003】

また、現在、地震動の初動部分において、地震の揺れの大きさを予測する装置も知られている（特許文献２）。
上述した地震動の３方向の加速度成分のうち上下方向の加速度成分は、他の加速度成分よりも大きな値となる性質を有している。

【0004】

そのためこの装置では、地震動の上下方向の加速度成分を検出して、この加速度成分に対応する地震の揺れの大きさを示す指標値を算出することによって、地震の揺れの大きさを予測している。

【0005】

ところで、上記特許文献１，２に記載された発明は、日本で創作されたものであることから、いずれも地震動指標として日本の気象庁が示す震度階が用いられている。
しかし、地震動指標は、国際的には、改正メルカリ震度階（ＭＭＩ：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍｅｒｃａｌｌｉ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が用いられており、上記特許文献１，２に記載された装置は、そのまま海外で使用することはできない。

【0006】

そのため、上述した特許文献１，２に記載された各装置を海外で使用する場合、地震動指標を日本の気象庁が示す震度階からＭＭＩに置き換えることが考えられるが、ＭＭＩは、人の体感または地震後の被害状況の調査により決められる地震動指標であるため、器械計測に馴染にくいものであり、この置き換えは容易ではなかった。

【0007】

その一方で、このＭＭＩを器械計測に用いるための提案がいくつかなされている。
例えば、Ｗａｌｄらは、地震動の加速度や速度からＭＭＩの指標値を推計する方法を提案しており（非特許文献１）、また、日本国内でも、中村が、地震動指標としてＭＭＩを用いて地震の揺れの大きさを実測する方法（非特許文献２）を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４４７２７６９号公報

【特許文献2】特開２００９−６８８９９号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】「Relationships between Peak Ground Acceleration, Peak Ground Velocity, and Modified Mercalli Intensity in California」David J. Wald, Vincent Quitoriano, Thomas H. Heaton, and Hiroo Kanamori、Earthquake Spectra, Vol.15, No.3, Aug.1999

【非特許文献2】「合理的な地震動指標値の検討−ＤＩ値を中心にした地震動指標間の関係」中村豊、２００３年、土木学会地震工学論文集

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、いずれの提案も、地震動指標としてＭＭＩを用いてはいるものの、地震の揺れの大きさを予測するには至っていない。
また、盛土等の土構造物や木造建築物等の比較的固有周期が長い構造物に対する地震による被害の大きさは、地震動の速度との相関性が高いと考えられている。

【0011】

そのため、警戒が必要な大きさの地震の発生を早期に予測するとしても、盛土等の土構造物を多く用いる鉄道などでは、地震動の速度を考慮した予測が行われることが望まれるが、このようなことが可能か明らかではない。

【0012】

そこで、本発明の第１局面の地震予測装置では、地震動指標としてＭＭＩを用い、地震動の初動部分において、地震動の速度を考慮し、地震の揺れの大きさを早期に予測する。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の第１局面の地震予測装置は、上下加速度取得部（１０、Ｓ１０）と、上下速度算出部（１２、Ｓ１４）と、予測値算出部（１６、Ｓ１４）とを備えるものである。
上下加速度取得部（１０、Ｓ１０）は、地震動を検出するセンサが地震動の検出を始めると、地震動の上下方向の加速度成分を示す上下加速度情報を、センサから順次取得するものである。

【0014】

上下速度算出部（１２、Ｓ１４）は、上下加速度取得部が取得した上下加速度情報から、地震動の上下方向の速度成分を順次算出するものである。
予測値算出部（１６、Ｓ１４）は、上下速度算出部で順次算出された速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を最大速度値（Ｖｕｍａｘ）とし、下記の予測式を用いて、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値（ＭＭＩｖｐ）を算出するものである。

【0015】

予測式は、ＭＭＩｖｐ＝αｖｌｏｇ₁₀（Ｖｕｍａｘ）＋βｖである。
但し、αｖ及びβｖは、過去に発生した複数の地震について、各地震の地震動が示す上下方向の速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を説明変数（Ｘ）とし、各地震の揺れの大きさを改正メルカリ震動階で示した指標値を従属変数（Ｙ）として、回帰分析により予め算出された回帰係数である。

【0016】

例えば、過去に発生した地震を記録したデータベースとしてＫ−ＮＥＴを用いて回帰分析を行うと（図２参照）、Ｙ＝３．６７ｌｏｇ₁₀Ｘ＋３．７２となるので、上記予測式のαｖは３．６７、βｖは３．７２としてもよい。

【0017】

また、Ｗａｌｄらの非特許文献１の提案によると、地震動の速度の絶対値のうち、最大の絶対値をＶｍａｘとした場合、下記の計算式を用いることで、その地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階で示した計算値（ＭＭＩｖ）を求めることができるとしている。

【0018】

計算式 ＭＭＩｖ＝αｌｏｇ₁₀（Ｖｍａｘ）＋β
この計算式におけるαは３．４７、βは２．３５である。
そして、これら予測式と計算式とから導かれる予測値（ＭＭＩｖｐ）と計算値（ＭＭＩｖ）とを比較すると、図５Ｂに示すように、地震の初動の部分では、予測値（ＭＭＩｖｐ）のほうが計算値（ＭＭＩｖ）よりも早く、上昇することが分かった。

【0019】

従って、本発明の地震予測装置を用いると、地震動指標としてＭＭＩを用い、地震の初動部分において、その地震の揺れの大きさを早期に予測することができる。
また、本発明の地震予測装置は、地震動の速度を考慮し、その地震の揺れの大きさを予測している。

【0020】

そのため、本発明の地震予測装置は、例えば盛土等の土構築物が多い鉄道などでの地震動の予測装置として最適である。
従って、本発明の地震予測装置を用いると、地震発生時に、自動列車停止装置を用いて早期に列車を止め、盛土等の崩壊により列車が転覆等する事故を抑制することができる。

【0021】

さらに、本発明の地震予測装置では、地震動指標としてＭＭＩを用いているので、国際的にもわかりやすい地震の予測が可能である。
次に、本発明の第２局面の地震予測装置のように、第１局面の地震予測装置の構成に加え、調整係数（γｖ）を調整する調整係数設定部（２２）を備え、且つ、予測式としては、この調整係数（γｖ）を加えた下記の予測式を用いてもよい。

【0022】

予測式は、ＭＭＩｖｐ＝αｖｌｏｇ₁₀（Ｖｕｍａｘ）＋βｖ＋γｖである。
本発明の地震予測装置を用いて地震の揺れの大きさを予測して警報する場合、ユーザ側の要求としては、例えば、次の二つの要求が予想される。

【0023】

一つは、予測ははずれてもよいから、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が発生したことを予測したとき、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が本当に発生しているか否かにかかわらず、すべて警報して欲しいと望む場合、すなわち、警報成功率を高めたい場合、が考えられる。

【0024】

もう一つは、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が発生しているときに警報がなされない場合があってもよいから、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が発生していないときに警報がなされないようにして欲しいと望む場合、すなわち空振警報比率を低くしたい場合、とが考えられる。ここで、空振警報とは、小さな揺れに対する過敏警報のことを意味する。

【0025】

そのため、本発明の地震予測装置では、予測式内にγｖを加えて、算出される予測値（ＭＭＩｖｐ）の大きさを調整し、上述の二つの要求に対応できるようにしている。
例えば、警報基準値をＭＭＩの５．５段階とし、γｖを−１とした場合、図８に示すように、空振警報比率は０％に近くなり、逆に、γｖを１とした場合は、警報成功率は１００％に近くなる。

【0026】

すなわち、γｖを１とした場合、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が発生したことを予測すると、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が本当に発生しているか否かにかかわらず必ず警報がなされる。

【0027】

一方、γｖを−１とした場合、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が発生しているときに警報がなされない場合があるが、警戒が必要な大きさの揺れを引き起こす地震が発生していないときに警報がなされることはない。

【0028】

従って、本発明の地震予測装置を用いると、本発明の第１局面の地震予測装置の効果に加え、ユーザの要求に応じた予測が可能となる。
次に、本発明の第３局面の地震予測装置のように、予測値算出部で算出された予測値（ＭＭＩｖｐ）と予め定められた警報基準値とを比較して、予測値（ＭＭＩｖｐ）が警報基準値を越えた場合、警報を行う警報部（１８、Ｓ２２〜Ｓ２４）を備えてもよい。

【0029】

この地震予測装置では、予め定められた警報基準値を予測値（ＭＭＩｖｐ）が超えた場合にのみ警報がなされるので、警報が不要な地震が発生した場合に警報がなされる無駄を抑制することができる。

【0030】

尚、本発明の第４局面の地震予測装置のように、地震動の有無により地震の発生を判定する地震発生判定部（２０）を備え、警報部は、地震発生判定部により、地震が発生していると判定されているときに警報を行うようにしてもよい。

【0031】

因みに、上記各部等の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の機能ブロック等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記各部等の括弧内の符号に示された機能ブロック等に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１実施形態の地震予測装置が有する各機能をブロックで示したブロック図である。

【図2】横軸を速度（単位はｋｉｎｅ）、縦軸をＭＭＩの指標値とする指数関数グラフであって、過去に発生した各地震について、各地震の地震動に関する上下方向の速度成分の絶対値のうち、最大の絶対値を横軸座標とし、各地震の揺れの大きさをＭＭＩで示した指標値を縦軸座標としてプロットしたグラフである。

【図3】過去に発生した各地震を、各地震の揺れの大きさを示す計算値（ＭＭＩｖ）及び予測値（ＭＭＩｖｐ）がそれぞれ５．５段階以上か否かにより仕分け、その仕分けた数を示す表である。

【図4】計算値（ＭＭＩｖ）も予測値（ＭＭＩｖｐ）もそれぞれ５．５段階以上を示す過去に発生した各地震を、予測値（ＭＭＩｖｐ）が５．５段階に達したタイミングと、計算値（ＭＭＩｖ）が５．５段階に達したタイミングとの差毎に仕分け、その仕分けた数を示す棒グラフである。

【図5A】２０１１年の東北地方太平洋沖地震について、予測値（ＭＭＩｖｐ）及び計算値（ＭＭＩｖ）の時刻歴変化を示したグラフであり、地震動の検出開始から終了までの変化を示したグラフである。

【図5B】２０１１年の東北地方太平洋沖地震について、予測値（ＭＭＩｖｐ）及び計算値（ＭＭＩｖ）の時刻歴変化を示したグラフであり、値の変化を読み取りやすくするため、図５Ａの時刻１０〜４０秒の区間について拡大表示したグラフである。

【図6】第１実施形態の地震予測装置で実行される地震警報処理のフローチャートである。

【図7】第２実施形態の地震予測装置が有する各機能をブロックで示したブロック図である。

【図8】調整係数（γｖ）を調整した場合に、警報成功率及び空振警報比率が変化する様子を示すグラフである。

【図9】その他の実施形態の地震予測装置が有する各機能をブロックで示したブロック図である。

【図10】その他の実施形態の地震予測装置で実行される地震警報処理のフローチャートである。

【符号の説明】

【0033】

１… 地震予測装置 ３… 加速度センサ装置 ５… 外部警報装置
１０… 加速度取得部 １２… 上下速度算出部 １４… 速度記録部
１６… 予測値算出部 １８… 第１警報部 ２０… 地震発生判定部
２０ａ… フラグ記憶領域 ２２… 調整係数設定部
２４… 一般地震判定部 ２６… 第２警報部 ３０…上下加速度センサ
３２… 東西加速度センサ ３４… 南北加速度センサ

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（第１実施形態）
１．地震予測装置１
第１実施形態の地震予測装置１について、図１を用いて説明する。尚、第１実施形態について説明する以下の欄では、第１実施形態を本実施形態と言う。

【0035】

本実施形態の地震予測装置１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ１ａ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータ装置である。尚、図１ではＣＰＵ及びＲＡＭの図示はしていない。
また、この地震予測装置１には、加速度センサ装置３と、外部警報装置５とが接続されている。

【0036】

このうち加速度センサ装置３は、地震動を、互いに直交する３方向（上下、東西、南北）の加速度成分として検出するための３つの加速度センサ（上下加速度センサ３０、東西加速度センサ３２、南北加速度センサ３４）を備えている。

【0037】

本実施形態では、地震を警戒する区域に観測点が散点的に設定され、各観測点に地震予測装置１及び加速度センサ装置３が設置される。
この加速度センサ装置３は、その観測点に地震波が到達すると、各センサ３０〜３４が各観測点での地震動の加速度成分の検出をそれぞれ開始し、各加速度成分を示すアナログ信号の出力を開始する。

【0038】

外部警報装置５は、各観測点から離れた場所に設置されており、各観測点に設置された複数の地震予測装置１と公衆回線を介して通信可能に接続されている。
そして、この外部警報装置５は、いずれかの地震予測装置１から警報信号を受信すると、警報音を出力したり、警報情報を表示するなどの警報動作を実行する。

【0039】

また、この外部警報装置５は、例えば、列車制御装置と連動している場合、警報信号を受信したら、列車制御装置に列車を止めるよう指示を出す警報動作を実行することもできる。

【0040】

地震予測装置１は、図１に示すように、加速度取得部１０、上下速度算出部１２、速度記録部１４、予測値算出部１６、第１警報部１８、地震発生判定部２０を有している。
これら各部１０〜２０の機能は、地震予測装置１が、ＲＯＭ１ａに記憶された後述する地震警報処理Ａを実行することにより実現される。

【0041】

加速度取得部１０は、加速度センサ装置３の各センサ３０〜３４が地震動を検出したときに出力する３方向（東西、南北、上下）の加速度成分を示すアナログ信号を順次入力し、これらアナログ信号を予め定められたサンプリング周期ごとにサンプリングする。

【0042】

そして、この加速度取得部１０は、地震動の上下方向の加速度成分を示すアナログ信号をサンプリングしたデジタル信号を、上下速度算出部１２及び地震発生判定部２０に順次出力する。

【0043】

また、この加速度取得部１０は、東西方向の加速度成分及び南北方向の加速度成分を示すアナログ信号をサンプリングしたデジタル信号を地震発生判定部２０に順次出力する。
尚、本実施形態では、サンプリング周期は１００Ｈｚに設定されているが、これに限られるものではない。（加速度取得部１０を加速度センサ装置３に配置し、加速度センサ装置３から地震予測装置１へデジタル信号を伝送する形態でもよい。）
上下速度算出部１２は、加速度取得部１０から地震動の上下方向の加速度成分を示すデジタル信号をサンプリング周期ごとに入力するたびに、その加速度成分をサンプリング時間（１／１００秒）で積分して、地震動の上下方向の速度成分（単位はｋｉｎｅ）を順次算出する処理を実行する。

【0044】

そして速度記録部１４は、この上下速度算出部１２が、地震動の上下方向の速度成分を算出するごとに、その速度成分に関する情報（以下「上下速度情報」という）を記憶する処理を実行する。

【0045】

予測値算出部１６は、上下速度算出部１２が、地震動の上下方向の速度成分を算出するごとに、速度記録部１４に記録された上下速度情報中から、上下方向の速度成分の絶対値のうち最大の絶対値である最大速度値（Ｖｕｍａｘ）を用いて、後述する予測式に基づき、地震の揺れの大きさをＭＭＩによって表した予測値（ＭＭＩｖｐ）を順次算出する。

【0046】

第１警報部１８は、地震発生判定部２０で地震が発生していると判定されているときに、予測値算出部１６において算出された予測値（ＭＭＩｖｐ）が、予め定められた警報基準値（ＭＭＩで５．５段階）を越えたと判定された場合に、外部警報装置５に警報信号を出力する。

【0047】

地震発生判定部２０は、後述する地震警報処理Ａ（図６参照）で用いるフラグ情報であって、観測点において地震動を検出しているか否か、すなわち、地震が現在発生しているか否かを示すフラグ情報を記憶するフラグ記憶領域２０ａを備えている。

【0048】

この地震発生判定部２０は、加速度取得部１０から地震動の直交する３方向の加速度成分を示すサンプリング周期毎にデジタル信号を入力するたびに、これら３方向の加速度成分をベクトル合成した加速度の絶対値を算出する。

【0049】

そして、地震発生判定部２０は、この加速度の絶対値が、地震が発生しているか否かを判断するため予め定められた地震発生基準値を超えている場合は、フラグ記憶領域２０ａに記憶されたフラグ情報を「１」とする処理を実行する。

【0050】

一方、地震発生判定部２０は、この加速度の絶対値が地震発生基準値以下の場合は、フラグ記憶領域２０ａに記憶されたフラグ情報を「０」とする処理を実行する。
そして、地震発生判定部２０は、フラグ記憶領域２０ａに記憶されたフラグ情報を第１警報部１８に出力する。

【0051】

２．ＭＭＩｖｐの算出方法について
次に、本実施形態で用いられている下記の予測式について説明する。
予測式 ＭＭＩｖｐ＝αｖｌｏｇ₁₀（Ｖｕｍａｘ）＋βｖ
この予測式は、地震の揺れの大きさを改正メルカリ震度階の指標値で示した予測値（ＭＭＩｖｐ）を求めるものである。

【0052】

Ｖｕｍａｘは、速度記録部１４に記憶された地震動の上下方向の速度成分についての絶対値の中で、その最大の絶対値である。
上述のように、上下加速度センサ３０が地震動の検出を始めると、加速度取得部１０が、上下加速度センサ３０から出力される地震動の上下方向の加速度成分を示すアナログ信号を順次入力する。

【0053】

すると、上下速度算出部１２が地震動の上下方向の速度成分を順次算出し、その算出結果が速度記録部１４に順次記憶される。
そのため、予測値算出部１６は、上記予測式を用いて予測値（ＭＭＩｖｐ）を算出するとき、この速度記録部１４から最大速度値（Ｖｕｍａｘ）を得ている。

【0054】

一方、αｖ及びβｖは、防災科学技術研究所が運用している地震観測ネットワークであるＫ−ＮＥＴの記録波形データを用いて予め算出した係数値である。
過去に発生した１３回の地震時にＫ−ＮＥＴで記録された２３２３個の記録波形データについて、各記録波形の上下方向速度成分の絶対値の最大値（ｋｉｎｅ）とＭＭＩの指標値を求め、それぞれを横軸、縦軸にとった片対数グラフ上にプロットすると、図２に示すような関係を示す。

【0055】

αｖ及びβｖは、図２における上下方向速度成分の絶対値の最大値を説明変数（Ｘ）とし、ＭＭＩの指標値を従属変数（Ｙ）として、回帰分析により回帰係数として算出される。

【0056】

このＫ−ＮＥＴに記録された地震の地震動のデータを用いて回帰分析を行った場合、その結果は、Ｙ＝３．６７ｌｏｇ₁₀Ｘ＋３．７２となるので、上記予測式のαｖは３．６７、βｖは３．７２とした。

【0057】

尚、各地震の揺れの大きさをＭＭＩの指標値で示すため、この指標値（以下「計算値（ＭＭＩｖ）という」）の算出には、Ｗａｌｄらの非特許文献１による提案による計算式を用いた。

【0058】

計算式 ＭＭＩｖ＝αｌｏｇ₁₀（Ｖｍａｘ）＋β
ここで、Ｖｍａｘは、地震動の最大速度の絶対値である。
また、αは３．４７、βは２．３５である。

【0059】

次に、Ｋ−ＮＥＴに記録された地震波形データと上記予測式及び計算式を用いて、時間に対する予測値（ＭＭＩｖｐ）及び計算値（ＭＭＩｖ）の時刻歴変化をシミュレーションし、そのシミュレーションによる結果を比較したので、その比較結果を説明する。

【0060】

図３に示すように、今回検討対象とした２３２３例の地震波形データのうち、予測値（ＭＭＩｖｐ）及び計算値（ＭＭＩｖ）がいずれもＭＭＩの指標値で５．５段階以上を示すものは２９９例ある。

【0061】

このうち、上記シミュレーションにより、予測値（ＭＭＩｖｐ）が計算値（ＭＭＩｖ）より先にＭＭＩの指標値で５．５段階に到達する例が１７３例あり、逆に、計算値（ＭＭＩｖ）が先に達する例が１２６例あった。

【0062】

そして、上記２９９例の地震波形データついてさらに検討すると、図４に示すように、予測値（ＭＭＩｖｐ）が計算値（ＭＭＩｖ）よりも０秒以上２秒未満の範囲内で、ＭＭＩの指標値で５．５段階に到達する地震波形データが９２例あることなどが分かった。

【0063】

また、平均では、予測値（ＭＭＩｖｐ）は、計算値（ＭＭＩｖ）よりも約４秒早く改正メルカリ震度階の５．５段階に達することが分かった。
ここで、予測値（ＭＭＩｖｐ）と計算値（ＭＭＩｖ）が共にＭＭＩの指標値で５．５段階に達する地震波形であって、２０１１年の東北地方太平洋沖地震で最大震度がＭＭＩの指標値で９．５段階となる地震波形についてみると、図５Ｂに示すように、地震動の初期段階では、予測値（ＭＭＩｖｐ）が計算値（ＭＭＩｖ）よりも、約８秒先行して、ＭＭＩの指標値で５．５段階に達していた。

【0064】

一方、このような地震でも、地震発生から１００秒以上経過すると、図５Ａに示すように、予測値（ＭＭＩｖｐ）も計算値（ＭＭＩｖ）もほぼ同じ値を示すようになる。
つまり、本実施形態の地震予測装置１は、地震動指標としてＭＭＩを用い、地震動の初動部分において、警報が必要な大きさの揺れとなるかどうかを早期に予測することができる。

【0065】

３．地震警報処理
次に、本実施形態の地震予測装置１で実行される地震警報処理Ａについて、図６を用いて説明する。

【0066】

本実施形態の地震警報処理Ａは、地震予測装置１の図示しない電源スイッチを入れると開始され、その後、サンプリング周期毎に電源スイッチが切られるまで繰り返し実行される。

【0067】

この地震警報処理Ａでは、最初に、Ｓ１０の加速度取得処理が実行される。
このＳ１０では、加速度取得部１０で実行される処理であって、加速度センサ装置３から、この加速度センサ装置３で検出された地震動の３方向（東西、南北、上下）の加速度成分を示すアナログ信号を順次入力して、サンプリングする処理が実行される。

【0068】

そして、このＳ１０では、サンプリングした地震動の上下方向の加速度成分を示すデジタル信号を、上下速度算出部１２及び地震発生判定部２０に出力し、東西方向の加速度成分及び南北方向の加速度成分を示すデジタル信号を地震発生判定部２０に出力する処理が実行される。

【0069】

次に、Ｓ１２の速度、ＭＭＩｖｐ算出処理が実行される。
このＳ１２では、上下速度算出部１２で実行される処理であって、加速度取得部１０からデジタル信号が示す地震動の上下方向の加速度成分から、地震動の上下方向の速度成分を算出する処理が実行される。

【0070】

また、このＳ１２では、予測値算出部１６で実行される処理であって、速度記録部１４に記録された上下速度情報の中から、上下方向の速度成分の絶対値のうち最大の絶対値である最大速度値（Ｖｕｍａｘ）を用いて、予測値（ＭＭＩｖｐ）を算出する処理が実行される。

【0071】

次に、Ｓ１４では、地震発生判定部２０で実行される処理であって、加速度取得部１０がデジタル信号に変換した地震動の３方向の加速度成分から、観測点の地震動の加速度を算出する処理が実行される。

【0072】

次に、Ｓ１６の処理が実行される。
このＳ１６では、地震が発生しているか判定する処理が実行される。
このＳ１６は、第１警報部１８で行われる処理であって、具体的には、フラグ記憶領域２０ａに記憶されたフラグが、地震発生中を示す「１」であるか、地震が発生していない通常状態を示す「０」であるかを判定する処理が実行される。

【0073】

このＳ１６で、フラグが「０」、すなわち「通常状態」であると判定されると（Ｓ１６：ＹＥＳ）、次にＳ１８の処理が実行される。Ｓ１６において、フラグが「１」、すなわち「地震発生中」であると判定されると（Ｓ１６：ＮＯ）、次にＳ２２の処理が実行される。

【0074】

Ｓ１８では、観測点の地震動の加速度について、その加速度の絶対値が、前述した地震発生基準値よりも大きいか否かを判定する処理が実行される。
このＳ１８は、地震発生判定部２０で実行される。

【0075】

このＳ１８では、地震動の加速度の絶対値が地震発生基準値よりも大きい場合、すなわち地震が発生している場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、フラグ記憶領域２０ａに記憶されたフラグを「０」から「１」に変更する処理が実行される（Ｓ２０）。その後、本地震警報処理Ａが終了して、再び、Ｓ１０以下の処理が実行される。

【0076】

一方、地震動の加速度の絶対値が地震発生基準値よりも小さい場合、すなわち地震が発生していない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、直ちに本地震警報処理Ａが終了し、再び、Ｓ１０以下の処理が実行される。

【0077】

次に、Ｓ１６で、フラグが「１」、すなわち「地震発生中」であると判定された場合（Ｓ１６：ＮＯ）に実行されるＳ２２の処理について説明する。
このＳ２２は、第１警報部１８で実行される処理であって、Ｓ１２で算出された予測値（ＭＭＩｖｐ）が、警報の基準となる警報基準値以上、すなわち、ＭＭＩで５．５段階以上であるか判定する処理が実行される。

【0078】

このＳ２２において、予測値（ＭＭＩｖｐ）が警報基準値よりも大きいと判定されると、上述したように、平均では、地震予測装置１が設置された観測点で、実際にＭＭＩで５．５段階以上の揺れが生じる４秒前であることが分かる。

【0079】

そのため、Ｓ２２において、予測値（ＭＭＩｖｐ）がＭＭＩで５．５段階以上であると判定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、次にＳ２４の処理が実行され、第１警報部１８から外部警報装置５に警報信号を発信する処理が実行される。そして、このＳ２４の後、Ｓ２７の処理が実行される。

【0080】

一方、Ｓ２２において、予測値（ＭＭＩｖｐ）がＭＭＩで５．５段階未満であると判定された場合（Ｓ２２：ＮＯ）、次にＳ２７の処理が実行される。
Ｓ２７では、Ｓ１８と反対に、観測点の地震動の加速度の大きさが、予め定めた地震発生基準値よりも小さいか否かを判定する処理が実行される。

【0081】

このＳ２７は、地震発生判定部２０で実行される。このＳ２７では、Ｓ１８と同様、観測点の地震動の加速度について、その加速度の絶対値が、前述した地震発生基準値以下であるか否かを判定する処理が実行される。

【0082】

このＳ２７により、地震動の加速度の絶対値が基準値以下の場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、フラグ記憶領域２０ａに記憶されたフラグを「１」から「０」に変更する処理が実行される（Ｓ２８）。その後、本地震警報処理Ａが終了し、再び、Ｓ１０以下の処理が実行される。

【0083】

一方、地震動の加速度の大きさが基準値よりも大きい場合（Ｓ２７：ＮＯ）、直ちに本地震警報処理Ａが終了し、再び、Ｓ１０以下の処理が実行される。
４．本実施形態の地震予測装置の特徴的な作用効果
上述したように、過去に発生した地震の地震動の予測値（ＭＭＩｖｐ）と計算値（ＭＭＩｖ）とを比較すると、図５Ｂに示すように、地震の初動の部分では、予測値（ＭＭＩｖｐ）のほうが計算値（ＭＭＩｖ）よりも早く警報基準値に達することが分かった。

【0084】

従って、本実施形態の地震予測装置１を用いると、地震動指標としてＭＭＩを用い、地震動の初動部分において、警報が必要な地震の発生を早期に予測することができる。
また、本実施形態の地震予測装置１は、地震動の速度を考慮し、その地震の揺れの大きさを予測している。

【0085】

そのため、本実施形態の地震予測装置１は、例えば盛土等の土構築物が多い鉄道等に対する地震の予測装置として最適である。
つまり、本実施形態の地震予測装置１は、例えば盛土等の土構築物が多い鉄道等に対する地震の予測装置として用いれば、地震発生時に、自動列車停止装置を用いて早期に列車を止め、盛土等の崩壊により列車が転覆等する事故を抑制することができる。

【0086】

他に、エレベータを止めたり、テレビ等を通じて人に対して地震の発生を告知することもできる。
さらに、本実施形態の地震予測装置１では、警報が必要な地震の発生を、ＭＭＩを用いて早期に予測しているので、国際的にもわかりやすい地震の予測が可能である。

【0087】

また、本実施形態の地震予測装置１では、予め定められた地震発生基準値を予測値（ＭＭＩｖｐ）が超えた場合にのみ警報がなされるので（Ｓ２２→Ｓ２４）、警報が不要な地震が発生した場合に警報がなされる無駄を抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

【0088】

本実施形態では、第１実施形態と異なる点のみ説明する。尚、第２実施形態について説明する以下の欄では、第２実施形態を本実施形態と呼んで説明する。
１．地震予測装置１
本実施形態の地震予測装置１は、図７に示すように、調整係数設定部２２を備えている点が、第１実施形態の地震予測装置１とは異なる。

【0089】

また、本実施形態では、予測値算出部１６で用いる予測値（ＭＭＩｖｐ）を算出する予測式中に調整値γｖが加えられている点が、第１実施形態とは異なる。
予測式 ＭＭＩｖｐ＝αｖｌｏｇ₁₀（Ｖｕｍａｘ）＋βｖ＋γｖ
本実施形態では、γｖは−１〜１まで調整することができ、調整係数設定部２２としては、例えば回転式の調整ツマミが用いられ、その回転量等を変えることで人の操作によりγｖの値を調整することができるものが備えられる。

【0090】

予測値算出部１６は、この調整係数設定部２２で設定された調整値γｖとして設定した値を用いて、このγｖを加えた予測式を用いて予測値（ＭＭＩｖｐ）を算出する。
尚、本実施形態の地震予測装置１で実行される地震警報処理ＡのＳ２２でも、予測値（ＭＭＩｖｐ）の算出は、上述のγｖを加えた予測式を用いて行われる。

【0091】

２．調整値γｖについて
次に、警報成功率、及び、空振警報比率について図８を用いて説明する。
この警報成功率、及び、空振警報比率は、Ｋ−ＮＥＴに記録された地震の地震動のデータを用いて算出したものである。

【0092】

警報成功率は、計算値（ＭＭＩｖ）が５．５以上になるものの総数のうち、予測値（ＭＭＩｖｐ）が５．５以上になるものの割合である
空振警報比率は、予測値（ＭＭＩｖｐ）が５．５以上になるものの総数のうち、計算値（ＭＭＩv）が５．５未満となる地震の割合である。

【0093】

この図８に示すように、警報成功率は、γｖが１に近いほど高くなって、γｖを１とするとほぼ１００％となる。逆に、警報成功率は、γｖが−１に近いほど低くなって、γｖを−１とすると約４０％となる。

【0094】

一方、空振警報比率は、γｖが−１に近いほど低くなり、γｖを−１とするとほぼ０％となる。逆に、空振警報比率は、γｖが１に近いほど高くなり、γｖを１とする約４０％となる。
３．本実施形態の地震予測装置の特徴的な作用効果
本実施形態の地震予測装置１は、第１実施形態の地震予測装置１が奏する効果に加え、下記のような効果も奏する。

【0095】

本実施形態の地震予測装置１を用いて地震の発生を早期に予測して警報する場合、ユーザ側の要求としては、例えば、次の二つの要求が予想される。
一つは、予測ははずれてもよいから、警戒が必要な地震の発生を予測したとき、警戒が必要な地震が本当に発生しているか否かにかかわらず、すべて警報して欲しいと望む場合すなわち、警報成功率を高めたい場合、が考えられる。

【0096】

もう一つは、警戒が必要な地震が発生しているときに警報がなされない場合があってもよいから、警戒が必要な地震が発生していないときに警報がなされることがないようにして欲しいと望む場合、すなわち空振警報比率を低くしたい場合、とが考えられる。

【0097】

そのため、本実施形態の地震予測装置１では、予測式内にγｖを加えて、算出される予測値（ＭＭＩｖｐ）の大きさを調整し、上述の二つの要求に対応できるようにしている。
例えば、警報基準値をＭＭＩの５．５段階とし、γｖを−１とした場合、図８に示すように、空振警報比率は０％に近くなり、逆に、γｖを１とした場合は、警報成功率は１００％に近くなる。

【0098】

すなわち、γｖを１とした場合、警戒が必要な地震の発生を予測すると、警戒が必要な地震が本当に発生しているか否かにかかわらず必ず警報がなされる。
一方、γｖを−１とした場合、警戒が必要な地震が発生しているときに警報がなされない場合があるが、警戒が必要な地震が発生していないときに警報がなされることはない。

【0099】

従って、本実施形態の地震予測装置１を用いると、ユーザの要求に応じた予測が可能となる。
（対応関係）
上述の実施形態の上下加速度センサ３０から出力されたアナログ信号が示す地震動の上下方向の加速度成分に関する情報が、本発明の上下加速度情報の一例に相当する。

【0100】

上述の実施形態のＳ１０の処理において加速度取得部１０が実行する処理が、特許請求の範囲に記載された上下加速度取得部の一例に相当する。
上述の実施形態のＳ１４の処理において上下速度算出部１２が実行する処理が、特許請求の範囲に記載された上下速度算出部の一例に相当する。

【0101】

上述の実施形態のＳ１４の処理において予測値算出部１６が実行する処理が、特許請求の範囲に記載された予測値算出部の一例に相当する。
上述の実施形態のＳ２２〜Ｓ２４の処理において、第１警報部１８が外部警報装置５に対して警報信号を送信する処理が、特許請求の範囲に記載された警報部が警報を行う処理の一例に相当する。
（その他の実施形態）
上記実施形態では、加速度センサ装置３は、地震予測装置１とは別装置として説明したが、地震予測装置１に組み込まれていてもよい。

【0102】

上記実施形態では、外部警報装置５は、地震予測装置１と公衆回線を介して通信可能な装置として説明したが、地震予測装置１に備えられた警報音を発する警報装置でもよい。
また、図９に示すように、地震予測装置１には、従来の判定方法により地震を判定し、警報する一般地震判定部２４と第２警報部２６とを備えるようにしてもよい。

【0103】

この場合、第２警報部２６は、一般地震判定部２４で地震が発生したと判定されたら、外部警報装置５に警報を発する処理を実行する。
このため、本実施形態の地震予測装置１では、第１警報部１８または第２警報部２６のいずれかで地震が発生したと判定されたら、外部警報装置５において警報がなされることとなる。

【0104】

尚、この場合、調整係数設定部２２は備えていても備えていなくてもよい。
そして、これら一般地震判定部２４と第２警報部２６とを備える場合、図１０に示すように、Ｓ２４からＳ２７の間で、Ｓ２５及びＳ２６の処理を実行するようにしてもよい。

【0105】

この場合、Ｓ２５では、従来の方法で地震が発生しているか判定され、地震が発生していると判定されたら（Ｓ２５：ＹＥＳ）、Ｓ２６において、上記実施形態の早期警報とは別の第２の警報を実行する処理が実行される。

【0106】

尚、本実施形態の地震予測装置１を構成する各部の機能１０〜２６は、ＲＯＭ１ａに記憶されたプログラムにより、加速度センサ装置３と外部警報装置５が接続されたコンピュータに実現させることができるが、このプログラムは、ＲＯＭ１ａやバックアップＲＡＭからコンピュータにロードされて用いられてもよいし、ネットワークを介してコンピュータにロードされて用いられてもよい。

【0107】

また、このプログラムは、コンピュータにて読み取り可能なあらゆる形態の記録媒体に記録されて用いられてもよい。記録媒体としては、例えば、持ち運び可能な半導体メモリ（例えばＵＳＢメモリ、メモリカード（登録商標）など）などが含まれる。

【0108】

本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】