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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024062175
(43)【公開日】2024-05-09
(54)【発明の名称】情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01V 1/36 20060101AFI20240430BHJP
G01V 1/01 20240101ALI20240430BHJP
G01H 9/00 20060101ALI20240430BHJP
【ＦＩ】
G01V1/36
G01V1/00 D
G01H9/00 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022170008
(22)【出願日】2022-10-24
(71)【出願人】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100126664
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 慎吾
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】片上 智史
【テーマコード（参考）】
2G064
2G105
【Ｆターム（参考）】
2G064AB01
2G064AB02
2G064AB19
2G064BA02
2G064BD02
2G064CC41
2G064CC42
2G064CC43
2G064DD02
2G105AA03
2G105BB17
2G105DD02
2G105EE01
2G105GG00
2G105MM01
2G105NN02
(57)【要約】
【課題】ＤＡＳ手法においてｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ地震波形が正確に記録できなかったチャンネルにおいても、地震動振幅値を利用することができる情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】情報処理装置は、後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得する取得部と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出する抽出部と、第１地震波形と第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する推定部と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】情報処理装置は、後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得する取得部と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出する抽出部と、第１地震波形と第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する推定部と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得する取得部と、
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出する抽出部と、
前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する推定部と、
を備える情報処理装置。
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出する抽出部と、
前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する推定部と、
を備える情報処理装置。
【請求項2】
前記推定部は、
前記第１地震波形の所定区間の振幅と、前記第２地震波形の所定区間の振幅を算出し、
前記第１地震波形の所定区間の振幅と、前記第２地震波形の所定区間の振幅との比を算出し、
前記第２地震波形に前記比を乗じて、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する、
請求項１に記載の情報処理装置。
前記第１地震波形の所定区間の振幅と、前記第２地震波形の所定区間の振幅を算出し、
前記第１地震波形の所定区間の振幅と、前記第２地震波形の所定区間の振幅との比を算出し、
前記第２地震波形に前記比を乗じて、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する、
請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項3】
前記所定区間は、地震波におけるＳ波走時の二倍以降のコーダ波部分である、
請求項２に記載の情報処理装置。
請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項4】
前記推定部は、前記第１地震波形のコーダ波部分に対してｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄを用いて振幅を算出し、前記第２地震波形のコーダ波部分に対して前記ｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄを用いて振幅を算出する、
請求項３に記載の情報処理装置。
請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項5】
前記抽出部は、前記取得部が取得した信号を周波数領域に変換し、変換した前記周波数領域の成分のうち第１周波数成分と、前記第１周波数成分の第１周波数より高い周波数の第２周波数の成分の比に基づいて、前記第１地震波形と前記第２地震波形を抽出する、
請求項１または請求項２に記載の情報処理装置。
請求項１または請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項6】
前記抽出部は、前記周波数領域に変換した前記周波数領域の成分のうち第１周波数成分と、前記第２周波数の成分の比を算出し、前記比が所定値以上の場合に前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルであると判別し、前記比が所定値未満の場合に前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルであると判別する、
請求項５に記載の情報処理装置。
請求項５に記載の情報処理装置。
【請求項7】
前記第２地震波形は、前記第１地震波形に対して１０チャンネル以内の近傍のチャンネルである、
請求項１または請求項２に記載の情報処理装置。
請求項１または請求項２に記載の情報処理装置。
【請求項8】
前記推定部は、
前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形のコーダ波部分の第１スペクトルを算出し、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形のコーダ波部分の第２スペクトルを算出し、
算出した前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとの比を算出し、
算出した前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとの比を、前記第２スペクトルに乗じることで、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルを算出し、
算出した前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルを時間領域に変換して前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を算出する、
請求項６に記載の情報処理装置。
前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形のコーダ波部分の第１スペクトルを算出し、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形のコーダ波部分の第２スペクトルを算出し、
算出した前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとの比を算出し、
算出した前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとの比を、前記第２スペクトルに乗じることで、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルを算出し、
算出した前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルを時間領域に変換して前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を算出する、
請求項６に記載の情報処理装置。
【請求項9】
情報処理装置が、
後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得し、
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出し、
前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する、
情報処理方法。
後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得し、
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出し、
前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する、
情報処理方法。
【請求項10】
情報処理装置のコンピュータに、
後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得させ、
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出させ、
前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定させる、
プログラム。
後方散乱光の位相の変化の時系列のデータを取得させ、
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出させ、
前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定させる、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバーケーブルを地震計センサとして利用するＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｅｎｓｉｎｇ（ＤＡＳ）技術を用いた地震観測手法がある（例えば非特許文献１参照）。ＤＡＳ手法は、光ファイバーケーブルに沿ったひずみ変化を測定する手法であり、従来型の地震計と比べ低コストで線状に密に地震動を長期モニタリングすることが可能なツールとして期待されている。また、ＤＡＳ手法は、光ファイバーケーブル内に存在する散乱体で発せられた後方散乱波の位相変化によってひずみを計測する。計測機から光ファイバーケーブルに光パルスを入射させると、光ファイバー中にわずかに含まれる不純物（散乱体）によって散乱された光が計測機に戻ってくる。ケーブルに振動が加わると、ケーブルが伸び縮みし戻ってくる散乱光の位相が変化する。この散乱光の位相の変化を解析することで、光ファイバーケーブルの任意の場所での伸び縮み（ひずみ）を検出することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Satoshi Ide, Eiichiro Araki, et al, “Very broadband strain-rate measurements along a submarine fiber-optic cable off Cape Muroto, Nankai subduction zone, Japan”, Ide et al. Earth, Planets and Space (2021) 73:63,2021
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、サンプリング間隔内で位相変化が大きな振幅が光ファイバーケーブルに入力された場合、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ正確な振幅値が記録されないと言う課題がある。
【0005】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ＤＡＳ手法においてＣｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ地震波形が正確に記録できなかったチャンネルにおいても、地震動振幅値を利用することができる情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る情報処理装置は、後方散乱光の位相の変化（位相差、位相の揺らぎ）の時系列のデータを取得する取得部と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出する抽出部と、前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する推定部と、を備える情報処理装置である。
【0007】
（２）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記推定部が、前記第１地震波形の所定区間の振幅と、前記第２地震波形の所定区間の振幅を算出し、前記第１地震波形の所定区間の振幅と、前記第２地震波形の所定区間の振幅との比を算出し、前記第２地震波形に前記比を乗じて、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する、上記（１）に記載の情報処理装置である。
【0008】
（３）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記所定区間が、地震波におけるＳ波走時の二倍以降のコーダ波部分である、上記（２）に記載の情報処理装置である。
【0009】
（４）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記推定部が、前記第１地震波形のコーダ波部分に対してｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄを用いて振幅を算出し、前記第２地震波形のコーダ波部分に対して前記ｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄを用いて振幅を算出する、上記（３）に記載の情報処理装置である。
【0010】
（５）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記取得部が取得した信号を周波数領域に変換し、変換した前記周波数領域の成分のうち第１周波数成分と、前記第１周波数成分の第１周波数より高い周波数の第２周波数の成分の比に基づいて、前記第１地震波形と前記第２地震波形を抽出する、上記（１）から（４）のうちのいずれか１つに記載の情報処理装置である。
【0011】
（６）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記抽出部が、前記周波数領域に変換した前記周波数領域の成分のうち第１周波数成分と、前記第２周波数の成分の比を算出し、前記比が所定値以上の場合に前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルであると判別し、前記比が所定値未満の場合に前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルであると判別する、上記（５）に記載の情報処理装置である。
【0012】
（７）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記第２地震波形が、前記第１地震波形に対して１０チャンネル以内の近傍のチャンネルである、上記（１）から（６）のうちのいずれか１つに記載の情報処理装置である。
【0013】
（８）また、本発明の一態様に係る情報処理装置は、前記推定部が、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形のコーダ波部分の第１スペクトルを算出し、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形のコーダ波部分の第２スペクトルを算出し、算出した前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとの比を算出し、算出した前記第１スペクトルと前記第２スペクトルとの比を、前記第２スペクトルに乗じることで、前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルを算出し、算出した前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルを時間領域に変換して前記ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を算出する、上記（５）または（６）に記載の情報処理装置である。
【0014】
（９）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る情報処理方法は、情報処理装置が、後方散乱光の位相の変化（位相差）の時系列のデータを取得し、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出し、前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する、情報処理方法である。
【0015】
（１０）上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るプログラムは、情報処理装置のコンピュータに、後方散乱光の位相の変化（位相差）の時系列のデータを取得させ、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの第１地震波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの第２地震波形を抽出させ、前記第１地震波形と前記第２地震波形との振幅の比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定させる、プログラムである。
【発明の効果】
【0016】
ＤＡＳ手法においてｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ地震波形が正確に記録できなかったチャンネルにおいても、地震動振幅値を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】ＤＡＳの概要を説明するための図である。
【図2】ＤＡＳにおいて強い振幅（加速度）が観測された場合の例を説明するための図である。
【図3】第１実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。
【図4】第１実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
【図5】ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じている波形とその近傍の波形とを重ねた波形例を示す図である。
【図7】式（２）を用いて各チャンネルの周波数領域の低域と高域の比を計算した例を示す図である。
【図8】第２実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。
【図9】第２実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
【図10】ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と生じていないチャンネルの波形を示す図である。
【図12】第３実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。
【図13】第３実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「ＸＸに基づいて」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づいて」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。
なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「ＸＸに基づいて」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づいて」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。
【0019】
［ＤＡＳの概要］
まず、ＤＡＳ（分布型音響計測）の概要を説明する。図１は、ＤＡＳの概要を説明するための図である。計測機から光ファイバーケーブルに光パルスを入射させると、光ファイバー中にわずかに含まれる不純物（散乱体）によって散乱された光が計測機に戻ってくる。ケーブルに振動が加わると、ケーブルが伸び縮みし戻ってくる信号が変化する。この散乱光の位相の変化を解析することで、光ファイバーケーブルの任意の場所での伸び縮み（ひずみ）を検出することができる。なお、以下の説明において、図１のように、ケーブルの全長を所定間隔（例えば１０ｍ）とし、各所定間隔を各チャンネルという。例えばケーブルの全長が１０ｋｍ、所定間隔が１０ｍである場合は、１０００チャンネルである。
まず、ＤＡＳ（分布型音響計測）の概要を説明する。図１は、ＤＡＳの概要を説明するための図である。計測機から光ファイバーケーブルに光パルスを入射させると、光ファイバー中にわずかに含まれる不純物（散乱体）によって散乱された光が計測機に戻ってくる。ケーブルに振動が加わると、ケーブルが伸び縮みし戻ってくる信号が変化する。この散乱光の位相の変化を解析することで、光ファイバーケーブルの任意の場所での伸び縮み（ひずみ）を検出することができる。なお、以下の説明において、図１のように、ケーブルの全長を所定間隔（例えば１０ｍ）とし、各所定間隔を各チャンネルという。例えばケーブルの全長が１０ｋｍ、所定間隔が１０ｍである場合は、１０００チャンネルである。
【0020】
ＤＡＳによって記録される地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）は、次式（１）のように記述される。
【0021】
【数1】
【0022】
式（１）において、Ｓ（ｔ，ｘ）は発生源、Ｐ（ｔ，ｘ）は伝搬経路、Ｇ（ｔ，ｘ）は浅部の堆積層、Ｃ（ｔ，ｘ）はケーブルのカップリング、Ｒｅｓ（ｔ，ｘ）は構造物の応答、Ｏｒｉ（θ）は地震波形の波面に対する回転成分を表す。また、ｔは時刻、ｘは位置である。
【0023】
［大きな振幅（位相差）が観測された場合］
次に、ＤＡＳにおいて大きな振幅（位相差）が観測された場合の例を説明する。図２は、ＤＡＳにおいて大きな振幅（位相差）が観測された場合の例を説明するための図である。図２において、波形ｇ１１～ｇ１４の横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相差である。波形ｇ１１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの波形例である。波形ｇ１２は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形例である。波形ｇ１３は、波形ｇ１１の時刻４０～６０秒の間の１秒間を時間方向に拡大した波形である。波形ｇ１４は、波形ｇ１２の時刻４０～６０秒の間のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じている１秒間を時間方向に拡大した波形である。
次に、ＤＡＳにおいて大きな振幅（位相差）が観測された場合の例を説明する。図２は、ＤＡＳにおいて大きな振幅（位相差）が観測された場合の例を説明するための図である。図２において、波形ｇ１１～ｇ１４の横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相差である。波形ｇ１１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの波形例である。波形ｇ１２は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形例である。波形ｇ１３は、波形ｇ１１の時刻４０～６０秒の間の１秒間を時間方向に拡大した波形である。波形ｇ１４は、波形ｇ１２の時刻４０～６０秒の間のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じている１秒間を時間方向に拡大した波形である。
【0024】
波形ｇ１４において、１秒間のうち約０．４～０．８秒の期間、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇの影響で正確な波形が取得できていない。破線ｇ１５、ｇ１６は、期待される本来の波形のイメージである。
このように、サンプリング間隔内に置いて差分が±πを超えた場合は、位相のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ正確な値が記録されない。この結果、従来技術では、地震発生後、地震動によって構造物が受けた被害等を推定する際、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動振幅値を正確に評価することができなかった。
このように、サンプリング間隔内に置いて差分が±πを超えた場合は、位相のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ正確な値が記録されない。この結果、従来技術では、地震発生後、地震動によって構造物が受けた被害等を推定する際、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動振幅値を正確に評価することができなかった。
【0025】
＜第１実施形態＞
［情報処理装置の構成例］
図３は、本実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図３のように、情報処理装置１は、例えば、発光部１１と、受光部１２と、抽出部１３と、出力部１５と、記憶部１６を備える。
抽出部１３は、例えば、ＦＦＴ１３１と、判定部１３２を備える。
なお、図３に示した構成例は一例であり、これに限らない。例えば、発光部１１と受光部１２は、外部装置が備えていてもよい。
［情報処理装置の構成例］
図３は、本実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図３のように、情報処理装置１は、例えば、発光部１１と、受光部１２と、抽出部１３と、出力部１５と、記憶部１６を備える。
抽出部１３は、例えば、ＦＦＴ１３１と、判定部１３２を備える。
なお、図３に示した構成例は一例であり、これに限らない。例えば、発光部１１と受光部１２は、外部装置が備えていてもよい。
【0026】
発光部１１は、光ファイバーケーブルの一端に入射する測定用の入射光を発光する。
【0027】
受光部１２は、測定用の入射光が光ファイバーケーブル内の散乱体で散乱し戻ってくる時系列の散乱波を受光する。すなわち、受光部１２は、後方散乱光の位相の変化（位相差、位相の揺らぎ）の時系列のデータを取得する。受光部１２は、受光した信号を、光電気変換により電気信号に変換して出力する。
【0028】
抽出部１３は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形（第１地震波形）を抽出する。
【0029】
ＦＦＴ１３１は、受光部１２が出力する電気信号を、例えば高速フーリエ変換で周波数領域に変換する。
【0030】
判定部１３２は、例えば次式（２）を用いて周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値未満を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル（第１地震波形）として選択する。そして、判定部１３２は、次式（２）を用いて周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値超過を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル（第２地震波形）として選択する。なお、式（２）において、Ｓ１＝ｍａｘ［｜Ｘ（ｆｋ１）｜］は周波数領域の低域（例えば１０Ｈｚ未満）成分の最大値、Ｓ２＝ｍａｘ［｜Ｘ（ｆｋ２）｜］は周波数領域の高域（例えば１０Ｈｚ以上）成分の最大値である。
【0031】
【数2】
【0032】
なお、判定部１３２は、互いに近傍の周波数領域に変換された２つのチャンネルの、高周波数領域成分または低周波数領域成分の大きさの差が所定値以上の組み合わせを、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルと生じていないチャンネルとして選択するようにしてもよい。
【0033】
出力部１５は、抽出部１３が抽出した結果を外部装置に出力する。外部装置は、例えば、タブレット端末、スマートフォン、専用端末、パーソナルコンピュータ、印字装置、画像表示装置等である。
【0034】
記憶部１６は、情報処理装置１が処理に用いるプログラム、数式、値、演算途中の値等を記憶する。
【0035】
［処理手順］
次に、情報処理装置１が行う処理手順例を説明する。図４は、本実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
次に、情報処理装置１が行う処理手順例を説明する。図４は、本実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
【0036】
（ステップＳ１）発光部１１は、測定用の入射光を発光し、光ファイバーケーブルの一端に入射する。
【0037】
（ステップＳ２）受光部１２は、戻ってきた散乱波を受光し、受光した信号を電気信号に変換して出力する。
【0038】
（ステップＳ３）ＦＦＴ１３１は、受光部１２が出力する電気信号を、高速フーリエ変換で周波数領域に変換する。
【0039】
（ステップＳ４）判定部１３２は、周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値未満を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルとして選択する。判定部１３２は、周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値超過を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルとして抽出する。
【0040】
［時間領域の波形例と周波数領域の波形例］
図５は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じている波形とその近傍の波形とを重ねた波形例を示す図である。図５において、横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相を正規化した値である。画像ｇ５１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル４３３と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル４２８の波形である。画像ｇ５２は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル２６５５と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル２６６２の波形である。画像ｇ５３は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル５４０２と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル５３９４の波形である。画像ｇ５４は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル６１４３と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル６１３７の波形である。
図５は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じている波形とその近傍の波形とを重ねた波形例を示す図である。図５において、横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相を正規化した値である。画像ｇ５１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル４３３と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル４２８の波形である。画像ｇ５２は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル２６５５と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル２６６２の波形である。画像ｇ５３は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル５４０２と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル５３９４の波形である。画像ｇ５４は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネル６１４３と、その近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネル６１３７の波形である。
【0041】
図６は、図５の各波形を周波数領域で重ねて表示した例を示す図である。横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸はフーリエ振幅である。画像ｇ６１は、図５の画像ｇ５１の各信号を周波数領域に変換して重ねて表示している。画像ｇ６２は、図５の画像ｇ５２の各信号を周波数領域に変換して重ねて表示している。画像ｇ６３は、図５の画像ｇ５３の各信号を周波数領域に変換して重ねて表示している。画像ｇ６４は、図５の画像ｇ５４の各信号を周波数領域に変換して重ねて表示している。また、符号ｇ６１１、ｇ６２１、ｇ６３１およびｇ６４１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの周波数領域の成分である。符号ｇ６１２、ｇ６２２、ｇ６３２およびｇ６４２は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの周波数領域の成分である。
【0042】
図６のように、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの周波数領域の成分と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの周波数領域の成分とには、高域の大きさの差が所定値以上である。
【0043】
図７は、式（２）を用いて各チャンネルの周波数領域の低域と高域の比を計算した例を示す図である。横軸はチャンネル、縦軸は低域の大きさと高域の大きさの比である。本実施形態では、この比が所定値以上の場合にｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルであると判定し、この比が所定値未満の場合にｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルであると判定する。
【0044】
以上のように、本実施形態では、スペクトル形状を用いてｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルを判断するようにした。
これにより、本実施形態によれば、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルと、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルを判断することができる。
これにより、本実施形態によれば、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルと、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルを判断することができる。
【0045】
＜第２実施形態＞
本実施形態では、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていない波形の、コーダ波部分の時間領域の振幅比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形の正解値を推定する。
本実施形態では、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていない波形の、コーダ波部分の時間領域の振幅比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形の正解値を推定する。
【0046】
図８は、本実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図８のように、情報処理装置１Ａは、例えば、発光部１１と、受光部１２（取得部）と、抽出部１３Ａと、推定部１４と、出力部１５と、記憶部１６を備える。
抽出部１３Ａは、例えば、ＦＦＴ１３１と、判定部１３２を備える。
推定部１４は、例えば、振幅値算出部１４１と、比算出部１４２と、補正算出部１４３を備える。なお、図８に示した構成例は一例であり、これに限らない。例えば、発光部１１と受光部１２は、外部装置が備えていてもよい。
抽出部１３Ａは、例えば、ＦＦＴ１３１と、判定部１３２を備える。
推定部１４は、例えば、振幅値算出部１４１と、比算出部１４２と、補正算出部１４３を備える。なお、図８に示した構成例は一例であり、これに限らない。例えば、発光部１１と受光部１２は、外部装置が備えていてもよい。
【0047】
抽出部１３Ａは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）を抽出する。抽出部１３Ａは、チャンネル毎に所定区間の信号を抽出する。なお、抽出部１３Ａは、第１実施形態の抽出部１３と同様の処理によってｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルを抽出する。なお、実施形態では、所定区間として、Ｓ（ｔ，ｘ）、Ｐ（ｔ，ｘ）のチャンネル間の違いを低減させるため、例えば地震波形においてＳ（ｔ，ｘ）、Ｐ（ｔ，ｘ）に依らず一定の減衰波形を示す地震波におけるＳ波走時の二倍以降のコーダ波部分を用いた。なお、所定区間は、これに限らない。
【0048】
推定部１４は、抽出部１３が抽出したｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）とを用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する。
【0049】
振幅値算出部１４１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間の例えばコーダ波部分の振幅を算出する。振幅値算出部１４１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間の例えばコーダ波部分の振幅を算出する。なお、振幅値算出部１４１は、地震波形Ｓｔの所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅を、例えばｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄ（コーダ正規化法）（例えば、参考文献１参照）を用いて算出する。なお、ｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄは、地震源のスペクトル振幅を一定の経過時間におけるコーダ波のスペクトル振幅で規格化するもので、１つの観測点で得られたデータから減衰係数を測定することができる。なお、算出に用いる手法は、これに限らない。また、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの近傍（例えば±１０チャンネル以内）が好ましい。
【0050】
参考文献１；PHILLIPS, W. S. and K. AKI, “Site amplification of coda waves from local earthquakes in central California”, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol.76, No3, p627-648, 1986
【0051】
比算出部１４２は、振幅値算出部１４１が算出したｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅との比を算出する。
【0052】
補正算出部１４３は、比算出部１４２が算出した比を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）に乗じることで、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を算出する。
【0053】
出力部１５は、推定部１４が推定したｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を外部装置に出力する。外部装置は、例えば、タブレット端末、スマートフォン、専用端末、パーソナルコンピュータ、印字装置、画像表示装置等である。
【0054】
記憶部１６は、情報処理装置１が処理に用いるプログラム、数式、値、演算途中の値等を記憶する。
【0055】
［推定原理］
次に、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を推定する原理について説明する。
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）は、上述した式（１）のように表すことができる。近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）は、次式（３）のように表せる。＊は波形の畳み込みを示す。
次に、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を推定する原理について説明する。
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）は、上述した式（１）のように表すことができる。近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）は、次式（３）のように表せる。＊は波形の畳み込みを示す。
【0056】
【数3】
【0057】
近傍のチャンネル間の信号の場合は、数十ｍ以内におけるＳ（ｔ，ｘ）、Ｐ（ｔ，ｘ）が大きく変化しないため、ほぼ等しい波形が記録されると見なせる。すなわち、式（１）、式（３）において、Ｓ（ｔ，ｘ）＝Ｓ（ｔ，ｘ＋１）、Ｐ（ｔ，ｘ）＝Ｐ（ｔ，ｘ＋１）と見なせる。この結果、Ｓｔ（ｔ，ｘ）とＳｔ（ｔ，ｘ＋１）との比βは、次式（４）となる。
【0058】
【数4】
【0059】
このことより、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルと、その近傍におけるｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルとのＤＡＳで記録された地震波形の違いは、同一の地震波形に限ると、振幅値の比を取ることで明らかにできる。
これにより、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしていないチャンネルの波形からｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしたチャンネルの波形を推定することができる。あるいは、Ｇ（ｔ，ｘ）＊Ｃ（ｔ，ｘ）＊Ｒｅｓ（ｔ，ｘ）のチャンネル間の比を用いてｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしていないチャンネルの波形からｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしたチャンネルの波形を推定することができる。
これにより、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしていないチャンネルの波形からｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしたチャンネルの波形を推定することができる。あるいは、Ｇ（ｔ，ｘ）＊Ｃ（ｔ，ｘ）＊Ｒｅｓ（ｔ，ｘ）のチャンネル間の比を用いてｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしていないチャンネルの波形からｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしたチャンネルの波形を推定することができる。
【0060】
［処理手順］
次に、情報処理装置１が行う処理手順例を説明する。図９は、本実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
次に、情報処理装置１が行う処理手順例を説明する。図９は、本実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
【0061】
（ステップＳ１１）発光部１１は、測定用の入射光を発光し、光ファイバーケーブルの一端に入射する。
【0062】
（ステップＳ１２）受光部１２は、戻ってきた散乱波を受光し、受光した信号を電気信号に変換して出力する。
【0063】
（ステップＳ１３）抽出部１３Ａは、チャンネル毎に所定区間の信号を抽出する。抽出部１３Ａは、受光部１２が出力する電気信号を、高速フーリエ変換で周波数領域に変換する。抽出部１３Ａは、周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値未満を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルとして選択する。抽出部１３Ａは、周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値超過を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルとして選択する。
【0064】
（ステップＳ１４）振幅値算出部１４１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅を算出する。
【0065】
（ステップＳ１５）比算出部１４２は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅との比を算出する。
【0066】
（ステップＳ１６）補正算出部１４３は、比算出部１４２が算出した比を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）に乗じて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を算出する。
【0067】
（ステップＳ１７）出力部１５は、補正後のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を外部装置に出力する。
【0068】
［確認結果］
次に、上述した方法で地震動波形を推定した結果例を、図１０～図１１を用いて説明する。
図１０は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と生じていないチャンネルの波形を示す図である。波形ｇ２１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形である。図１０の波形ｇ１０１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの波形である。波形ｇ１０１、ｇ１１１の横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相を正規化した値である。例えば、波形ｇ１１１において、３２７６８（２＾１５）がπに対応し、－３２７６８（２＾１５）が－πに対応する。
次に、上述した方法で地震動波形を推定した結果例を、図１０～図１１を用いて説明する。
図１０は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と生じていないチャンネルの波形を示す図である。波形ｇ２１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形である。図１０の波形ｇ１０１は、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの波形である。波形ｇ１０１、ｇ１１１の横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相を正規化した値である。例えば、波形ｇ１１１において、３２７６８（２＾１５）がπに対応し、－３２７６８（２＾１５）が－πに対応する。
【0069】
図１１は、図１０の波形を用いて推定した波形を示す図である。図１０において、横軸は時刻（ｓｅｃ）、縦軸は位相を正規化した値である。
画像ｇ１２０は、図１０のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形ｇ１０１とｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの波形ｇ１１１の振幅比を算出した結果を用いて、推定した波形である。波形ｇ１２１はｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形であり、図１０の波形ｇ１１１である（波形ｇ１１１と画像ｇ１２０とでは縦軸のスケールが異なっている）。また、波形ｇ１２２は、推定した波形である。
また、画像ｇ１３０と画像ｇ１４０は、画像ｇ１２０の一部を抜き出して拡大した画像である。画像ｇ１３０と画像ｇ１４０のように、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇ部以外は位相や振幅が一致している。
画像ｇ１２０は、図１０のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形ｇ１０１とｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの波形ｇ１１１の振幅比を算出した結果を用いて、推定した波形である。波形ｇ１２１はｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形であり、図１０の波形ｇ１１１である（波形ｇ１１１と画像ｇ１２０とでは縦軸のスケールが異なっている）。また、波形ｇ１２２は、推定した波形である。
また、画像ｇ１３０と画像ｇ１４０は、画像ｇ１２０の一部を抜き出して拡大した画像である。画像ｇ１３０と画像ｇ１４０のように、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇ部以外は位相や振幅が一致している。
【0070】
上述した実施形態において、例えば、既に光ファイバーケーブルが敷設されていてもよく、新たに光ファイバーケーブルを敷設するようにしてもよい。上述した実施形態は、既に光ファイバーケーブルが例えば線路沿い等に敷設されている鉄道に用いることができる。
【0071】
このように、本実施形態によれば、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ地震波形が正確に記録できなかったチャンネルにおいても、地震動振幅値を利用することができ、光ファイバーケーブルに沿った線状に非常に高密度な地震観測網を構築することができる。鉄道には線路に沿って光ファイバーケーブルが敷設されている。本実施形態によれば、それらにＤＡＳを適用することで、いち早く鉄道沿線で地震動を検知することができ脱線防止に繋がり、また地震時の構造物被害箇所の数ｍ毎の選定が可能となり、迅速な運転再開を可能となる。
【0072】
なお、サンプリングするチャンネル毎の間隔の長さは、環境等に応じて設定するようにしてもよい。また、サンプリングの間隔は等間隔であってもよく、等間隔でなくてもよい。
【0073】
＜第３実施形態＞
本実施形態では、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていない波形の、コーダ波部分の周波数領域の振幅比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形の正解値を推定する。
本実施形態では、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていない波形の、コーダ波部分の周波数領域の振幅比を用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの波形の正解値を推定する。
【0074】
図１２は、本実施形態に係る情報処理装置の構成例を示す図である。図１２のように、情報処理装置１Ｂは、例えば、発光部１１と、受光部１２（取得部）と、抽出部１３Ｂと、推定部１４Ｂと、出力部１５と、記憶部１６を備える。
抽出部１３Ｂは、例えば、ＦＦＴ１３１と、判定部１３２を備える。
推定部１４Ｂは、例えば、振幅値算出部１４１Ｂと、比算出部１４２Ｂと、補正算出部１４３Ｂを備える。なお、図１２に示した構成例は一例であり、これに限らない。例えば、発光部１１と受光部１２は、外部装置が備えていてもよい。
抽出部１３Ｂは、例えば、ＦＦＴ１３１と、判定部１３２を備える。
推定部１４Ｂは、例えば、振幅値算出部１４１Ｂと、比算出部１４２Ｂと、補正算出部１４３Ｂを備える。なお、図１２に示した構成例は一例であり、これに限らない。例えば、発光部１１と受光部１２は、外部装置が備えていてもよい。
【0075】
抽出部１３Ｂは、第１実施形態と同様の処理によって、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）を抽出する。抽出部１３Ｂ、チャンネル毎に所定区間の信号を抽出する。すなわち、抽出部１３Ｂは、受光部１２（取得部）が取得した信号を周波数領域に変換し、変換した周波数領域の成分のうち第１周波数成分と、第１周波数成分の第１周波数より高い周波数の第２周波数の成分の比に基づいて、第１地震波形と前記第２地震波形を抽出する。また、抽出部１３Ｂは、周波数領域に変換した周波数領域の成分のうち第１周波数成分と、第２周波数の成分の比を算出し、比が所定値以上の場合にｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルであると判別し、比が所定値未満の場合にｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルであると判別する。なお、実施形態では、所定区間として、Ｓ（ｔ，ｘ）、Ｐ（ｔ，ｘ）のチャンネル間の違いを低減させるため、例えば地震波形においてＳ（ｔ，ｘ）、Ｐ（ｔ，ｘ）に依らず一定の減衰波形を示す地震波におけるＳ波走時の二倍以降のコーダ波部分を用いた。なお、所定区間は、これに限らない。
【0076】
推定部１４Ｂは、抽出部１３Ｂが抽出したｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）とを用いて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形を推定する。
【0077】
振幅値算出部１４１Ｂは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間の例えばコーダ波部分の第１スペクトルＳｔ（ｆ，ｘ）を算出する。振幅値算出部１４１Ｂは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間の例えばコーダ波部分の第２スペクトルＳｔ（ｆ，ｘ＋１）を算出する。なお、振幅値算出部１４１Ｂは、地震波形Ｓｔの所定区間（例えばコーダ波部分）の振幅を、例えばｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄ（コーダ正規化法）（例えば、参考文献２参照）を用いて算出する。なお、ｃｏｄａ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｍｅｔｈｏｄは、地震源のスペクトル振幅を一定の経過時間におけるコーダ波のスペクトル振幅で規格化するもので、１つの観測点で得られたデータから減衰係数を測定することができる。なお、算出に用いる手法は、これに限らない。また、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの近傍（例えば±１０チャンネル以内）が好ましい。
【0078】
参考文献２；Kazuo Yoshimoto, Haruo Sato, “Frequency-dependent attenuation of P and S waves in the Kanto area, Japan, based on the coda-normalization method”, Geophysical Journal International Vol. 114, Issue 1, 165-174, 1993
【0079】
比算出部１４２Ｂは、振幅値算出部１４１Ｂが算出したｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間（例えばコーダ波部分）の第１スペクトルＳｔ（ｆ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間（例えばコーダ波部分）の第２スペクトルＳｔ（ｆ，ｘ＋１）との比を算出する。
【0080】
補正算出部１４３Ｂは、比算出部１４２Ｂが算出した比を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の第２スペクトルＳｔ（ｆ，ｘ＋１）に乗じることで、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルＳｔ’（ｆ，ｘ）を算出し、これに逆ＦＦＴを実施し、補正値であるｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を算出する。
【0081】
［推定原理］
次に、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を算出する原理について説明する。
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）は、上述した式（１）のように表すことができ、周波数成分は次式（５）のように表せる。×は乗算を示し、周波数領域ではそれぞれの要素を乗算で表すことができる。
次に、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ’（ｔ，ｘ）を算出する原理について説明する。
ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）は、上述した式（１）のように表すことができ、周波数成分は次式（５）のように表せる。×は乗算を示し、周波数領域ではそれぞれの要素を乗算で表すことができる。
【0082】
【数5】
【0083】
近傍のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）は、上述した式（５）のように表すことができ、周波数成分は次式（６）のように表せる。
【0084】
【数6】
【0085】
近傍のチャンネル間の信号の場合は、数十ｍ以内におけるＳ（ｆ，ｘ）、Ｐ（ｆ，ｘ）が大きく変化しないため、ほぼ等しい波形が記録されると見なせる。すなわち、式（５）、式（６）において、Ｓ（ｆ，ｘ）＝Ｓ（ｆ，ｘ＋１）、Ｐ（ｆ，ｘ）＝Ｐ（ｆ，ｘ＋１）と見なせる。この結果、Ｓｔ（ｆ，ｘ）とＳｔ（ｆ，ｘ＋１）との比は、次式（７）となる。
【0086】
【数7】
【0087】
このことより、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルと、その近傍におけるｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルとのＤＡＳで記録された地震波形の違いは、同一の地震波形に限ると、スペクトルの比を取ることで明らかにできる。これにより、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしていないチャンネルの波形からｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしたチャンネルの波形を推定することができる。あるいは、Ｇ（ｆ，ｘ）×Ｃ（ｆ，ｘ）×Ｒｅｓ（ｆ，ｘ）のチャンネル間の比を用いてｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしていないチャンネルの波形からｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇしたチャンネルの波形を推定することができる。
【0088】
［処理手順］
次に、情報処理装置１Ｂが行う処理手順例を説明する。図１３は、本実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
次に、情報処理装置１Ｂが行う処理手順例を説明する。図１３は、本実施形態に係る情報処理装置が行う処理手順のフローチャートである。
【0089】
（ステップＳ２１）発光部１１は、測定用の入射光を発光し、光ファイバーケーブルの一端に入射する。
【0090】
（ステップＳ２２）受光部１２は、戻ってきた散乱波を受光し、受光した信号を電気信号に変換して出力する。
【0091】
（ステップＳ２３）抽出部１３Ｂは、チャンネル毎に所定区間の信号を抽出する。抽出部１３Ｂは、受光部１２が出力する電気信号を、高速フーリエ変換で周波数領域に変換する。抽出部１３Ｂは、周波数領域に変換されたチャンネルの、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値未満を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルとして選択し、高周波数領域成分と低周波数領域成分の大きさの比が所定値以上の場合にｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルとして抽出する。
【0092】
（ステップＳ２４）振幅値算出部１４１Ｂは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間（例えばコーダ波部分）のスペクトルＳｔ＿ｃоｄａ（ｆ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間（例えばコーダ波部分）のスペクトルＳｔ＿ｃоｄａ（ｆ，ｘ＋１）を算出する。
【0093】
（ステップＳ２５）比算出部１４２Ｂは、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じているチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ）の所定区間（例えばコーダ波部分）のスペクトルＳｔ＿ｃоｄａ（ｆ，ｘ）と、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）の所定区間（例えばコーダ波部分）のスペクトルＳｔ＿ｃоｄａ（ｆ，ｘ＋１）との比β‘を次式（８）によって算出する。
【0094】
【数8】
【0095】
（ステップＳ２６）補正算出部１４３Ｂは、比算出部１４２Ｂが算出した比を、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じていないチャンネルの地震波形Ｓｔ（ｔ，ｘ＋１）のスペクトルＳｔ（ｆ，ｘ＋１）に乗じて、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルのスペクトルＳｔ‘（ｆ，ｘ）を算出し、それに逆ＦＦＴを実施し、補正値であるｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震波形Ｓｔ‘（ｔ，ｘ）を次式（９）によって算出する。
【0096】
【数9】
【0097】
（ステップＳ２７）出力部１５は、補正後のｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの地震動波形Ｓｔ‘（ｔ，ｘ）を外部装置に出力する。
【0098】
【0099】
上述した実施形態において、例えば、既に光ファイバーケーブルが敷設されていてもよく、新たに光ファイバーケーブルを敷設するようにしてもよい。上述した実施形態は、既に光ファイバーケーブルが例えば線路沿い等に敷設されている鉄道に用いることができる。
【0100】
このように、本実施形態によれば、ｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じ地震波形が正確に記録できなかったチャンネルにおいても、地震動振幅値を利用することができ、光ファイバーケーブルに沿った線状に非常に高密度な地震観測網を構築することができる。鉄道には線路に沿って光ファイバーケーブルが敷設されている。本実施形態によれば、それらにＤＡＳを適用することで、いち早く鉄道沿線で地震動を検知することができ迅速な列車停止による脱線防止に繋がり、また地震時の構造物被害箇所の数ｍ毎の選定が可能となり、迅速な運転再開を可能となる。
【0101】
なお、サンプリングするチャンネル毎の間隔の長さは、環境等に応じて設定するようにしてもよい。また、サンプリングの間隔は等間隔であってもよく、等間隔でなくてもよい。
【0102】
これにより、本実施形態によれば、精度良く効率的にｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルと生じていないチャンネルを選択できる。
【0103】
なお、上述した各実施形態では、取得したデータを処理してｃｙｃｌｅ ｓｋｉｐｐｉｎｇが生じたチャンネルの適切な値を推定して提示する例を説明したが、これに限らない。情報処理装置１（または１Ａ、１Ｂ）は、このように推定されたデータを用いて、位相差の値が閾値以上の場合に地震や震動が発生している可能性があることを示す情報と、対応するチャンネルまたはチャンネルに対応する地点等を提示するようにしてもよい。この場合、記憶部１６は、予めチャンネルに位置を示す情報（例えば緯度経度等）を関連付けて記憶する。
【0104】
なお、上述した手法は、鉄道設備以外にも、例えば海底ケーブル等の設備等にも適用可能である。
【0105】
なお、本発明における情報処理装置１（または１Ａ、１Ｂ）の機能の全てまたは一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより情報処理装置１（または１Ａ、１Ｂ）を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【0106】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【0107】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0108】
１，１Ａ，１Ｂ…情報処理装置、１１…発光部、１２…受光部、１３，１３Ａ，１３Ｂ…抽出部、１４，１４Ａ，１４Ｂ…推定部、１５…出力部、１６…記憶部、１４１，１４１Ｂ…振幅値算出部、１４２，１４２Ｂ…比算出部、１４３，１４３Ｂ…補正算出部、１３１…ＦＦＴ、１３２…判定部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】