地殻変動の監視方法及び異常地殻変動発生地域の特定方法並びに地殻変動監視システム
【課題】解析精度、解析結果の信頼性を向上させつつ、地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前に異常を捉え、異常地殻変動発生地域を特定することを可能にする地殻変動の監視方法及び異常地殻変動発生地域の特定方法並びに地殻変動監視システムを提供する。
【解決手段】地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の位置の変動量を３次元直交座標の各成分毎に求める。複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出し、地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線１１を設定する。新たな変動データ１２を基準線１１と対比し、基準線１１に対する新たな変動データ１２の乖離の有無を確認し、乖離がノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する。
【解決手段】地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の位置の変動量を３次元直交座標の各成分毎に求める。複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出し、地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線１１を設定する。新たな変動データ１２を基準線１１と対比し、基準線１１に対する新たな変動データ１２の乖離の有無を確認し、乖離がノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地殻変動を監視する方法及びこの監視方法を用いて異常地殻変動発生地域を特定する方法並びに地殻変動監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、国土地理院は、日本全国各地に電子基準点（ＧＰＳ受信機）を設置し、これら電子基準点を観測点として地殻変動を監視するＧＰＳ連続観測システム（GEONET：GPS Earth Observation Network System）を構築し、このＧＰＳ連続観測システムによる観測データ（測位データ、変動データ）などを随時公開している。また、世界各地にも電子基準点が設置されており、例えば大陸プレート、海洋プレートの地殻変動の観測データなども公開されている。
【０００３】
従来、このような観測データを用いて様々な研究機関で異常地殻変動解析が実施されている。そして、多くの異常地殻変動解析では、電子基準点で観測された地球重心座標を平面直角座標系等に変換した上で、ある電子基準点を固定点（観測基準点）に設定し、固定点に対する他の観測点の相対変位を求めるとともに地殻の歪み速度、応力速度を算出して、地殻の変動を追跡する方法が用いられている。あるいは、固定点に対する他の観測点の相対変位を求め、時系列変位グラフを作成し、安定と想定される過去の期間の変位の空間微分（歪）と、観測したい年の同期間の変位の空間微分との比較等から歪の変化を捉えて、地殻の変動を追跡する方法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、上記の異常地殻変動解析では、固定点と観測点の相対位置から変位を求めているため、固定点の選び方によって変位場（歪場）が影響を受けることになり、解析時に用いる「安定と想定される変位場」の抽出を誤ると、解析精度の低下ひいては解析結果の信頼性の低下を招くことになる。また、電子基準点で観測された地球重心座標を平面直角座標系に座標変換することによっても解析精度が低下する。
【０００５】
これに対し、本願の発明者は、地球重心を固定点とし、この固定点に対する観測点のＸ，Ｙ，Ｚ直交座標（３次元直交座標）を観測して異常地殻変動解析を行う発明について既に特許出願を行い、特許権を取得している（特許文献１）。そして、この手法によれば、常に安定した地球重心を固定点にし、さらに、固定点から観測点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を求めて座標変換を不要にすることで、解析精度、解析結果の信頼性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１３９２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、歪を検出するための日々の安定変位場が定量的に取得できていないため、また、日々の地殻変動を追跡するシステムが構築されていないため、現状では、日本全国の日常的な歪場の変化を追跡することができていない。そして、これに伴い、異常地殻変動解析の研究結果のほとんどは、地震が発生した後に歪が地震発生前からどのように変化してきたかを求める過去予知作業に限定されていた。
【０００８】
このため、解析精度、解析結果の信頼性を向上させつつ、日々の地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前にその異常を捉える手法、さらに異常地殻変動発生地域を特定する手法の開発が強く望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、解析精度、解析結果の信頼性を向上させつつ、地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前に異常を捉え、異常地殻変動発生地域を特定することを可能にする地殻変動の監視方法及び異常地殻変動発生地域の特定方法並びに地殻変動監視システ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】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明の地殻変動の監視方法は、複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の位置の座標の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に求める観測点変動観測工程と、前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定工程と、各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認し、該乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定工程とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の地殻変動の監視方法においては、異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定工程を備えていることが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の地殻変動の監視方法においては、３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成し、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化工程を備えていることがより望ましい。
【００１４】
本発明の異常地殻変動発生地域の特定方法は、上記のいずれかの地殻変動の監視方法によって地殻変動の監視を行うとともに、３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生したパターン１の観測点、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生したパターン２の観測点、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生したパターン３の観測点の分布状況、及び各パターンの発生頻度から、異常地殻変動発生地域を特定するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の地殻変動監視システムは、複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測する観測手段と、各観測点の位置の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に算出する演算手段と、前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定手段と、各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認する乖離現象確認手段と、前記乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の地殻変動監視システムにおいては、異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定手段を備えていることが望ましい。
【００１７】
さらに、本発明の地殻変動監視システムにおいては、３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成して、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化手段を備えていることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、まず、観測点変動観測工程（観測手段、演算手段）で、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測して変動量を３次元直交座標の各成分毎に求めるようにしているため、従来の固定点と観測点の相対位置から観測点の変位を求める場合と比較し、精度や信頼性の高い観測データ（変動データ）を用いることができる。
【００１９】
そして、観測点変動観測工程（観測手段、演算手段）で、各観測点の位置の変動量を３次元直交座標の各成分毎に求め、各観測点の各成分毎の時系列的な変動データを取得し、年変動歪周期の基準線設定工程（年変動歪周期の基準線設定手段）で、地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点の各成分毎の年変動歪周期の基準線を得ることができる。
【００２０】
また、異常地殻変動判定工程（乖離現象確認手段、異常地殻変動判定手段）で、各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを基準線と対比し、新たな変動データが基準線の上閾値や下閾値から上下に外れる乖離の有無を確認することによって、すなわち、乖離現象の発生を確認することによって、地震等の異常地殻変動が発生すると判定することができる。
【００２１】
よって、本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点の基準線を指標とし、この基準線に対する乖離を捉えることで、解析精度ひいては解析結果の信頼性を大幅に向上させることが可能になるとともに、日々の地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【００２２】
また、本発明の異常地殻変動地域の特定方法においては、上記のように複数の観測点の各成分毎に基準線に対する乖離の有無を確認しながら地殻変動の監視を行って、３次元直交座標のいずれか一つの軸で乖離が発生したパターン１の観測点、３次元直交座標のうち二つの軸で乖離が発生したパターン２の観測点、３次元直交座標の三つの軸で乖離が発生したパターン３の観測点の分布状況、及び各パターンの発生頻度を確認することにより、異常地殻変動発生地域を特定することが可能になる。
【００２３】
さらに、本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、異常地殻変動終息判定工程（異常地殻変動終息判定手段）で、異常地殻変動が発生した後、新たな変動データが基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定することができ、例えば余震が発生しなくなる時点を判別することが可能になる。
【００２４】
また、本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、乖離視覚化工程（乖離視覚化手段）で、３次元直交座標のどの軸で乖離が発生しているかによって、各観測点を表示パターン１、２、３（パターン１、２、３）で表示した乖離発生状況マップを作成することによって、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化することができ、日々の地殻変動を監視して容易に異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る地殻変動監視システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地殻変動の監視方法において、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の変動量を３次元直交座標の各成分毎に求め、観測点を歪計として利用することを示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る地殻変動の監視方法が観測点を歪計として利用することを示す図である。
【図４】観測点で観測した変動量から求めた変動データ（安定変動データ）を示す図である。
【図５】ノイズ成分を除去処理した安定変動処理データの一例を示す図である。
【図６】基準線の一例を示す図である。
【図７】基準線に対する新たな変動データの乖離現象を示す図である。
【図８】観測点の３次元直交座標の各成分毎の乖離発生状況に応じたパターン、表示パターンを示す図である。
【図９】乖離発生状況マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１から図９を参照し、本発明の一実施形態に係る地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムについて説明する。
【００２７】
まず、本実施形態の地殻変動監視システムＡは、図１に示すように、観測手段１と、演算手段２と、年変動歪周期の基準線設定手段３と、乖離現象確認手段４と、異常地殻変動判定手段５とを備えて構成されている。
【００２８】
観測手段１は、例えばＧＰＳを用い、地表面上に設定された複数の観測点（ＧＰＳ受信機、電子基準点）の地球の重心を原点とするＸ，Ｙ，Ｚの直交座標（３次元直交座標）上の位置を観測するためのものである。例えば、日本全国には、既に１２００箇所以上の観測点が設定されているため、このような既設の観測点や人工衛星などを用いて観測手段を構成することができる。
【００２９】
演算手段２は、観測手段１で観測される各観測点の位置の変動量をＸ，Ｙ，Ｚの軸毎（３次元直交座標の各成分毎）に算出するためのものである。
【００３０】
ここで、図２に示すように、地球の重心Ｇは常に安定しているため、この地球の重心Ｇを固定点（原点）として各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上の位置を観測すれば、日々変化する各観測点Ｍの変動量△Ｌが精度よく算出されることになる。なお、このとき、図２に示すように、固定点（Ｇａ、Ｇｂ）は、常に安定している地球の重心Ｇを通るＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上に設定することも可能であり、勿論、このように固定点（Ｇａ、Ｇｂ）を設定しても、地球の重心Ｇを固定点としたときと同様に、日々変化する各観測点Ｍ（ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤ）の変動量△Ｌを精度よく算出することができる。そして、図２及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、地球の重心Ｇを原点とし、ある時点における複数の観測点Ｍの位置を固定し、この固定した位置に対する各観測点Ｍの座標を日々観測して、各観測点Ｍの位置の変動量△ＬをＸ，Ｙ，Ｚの各軸毎（各成分毎）に求め、さらに固定した位置Ｌと変動量△Ｌから歪を算出する。すなわち、このように地球の重心Ｇを原点として各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の座標を観測し、各観測点Ｍの変動量△Ｌ、さらに歪を求めることで、複数の観測点Ｍを歪計として利用することになる。
【００３１】
また、演算手段２は、このように各観測点Ｍの各成分毎の位置の変動量△Ｌ、さらに歪を算出するとともに、例えば、図４に示すように、縦軸を歪、横軸を時間とした時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０を作成する。
【００３２】
ここで、図４に示す変動データ１０は、一つの観測点Ｍの例えばＸ軸の変動データであり、横軸の左側が前年の１月〜１２月まで、右側がその次の年の１月から１２月までを示し、１本の線で示された変動データ（観測線）１０が前年から次年までの歪の累積値を示している。また、この図４では、ある２年分の歪の累積値を示した一つの変動データ１０の横軸右側に示された１年分のデータを、連続する次の２年分の歪の累積値を示す変動データ１０の横軸左側の１年分のデータとして、連続する複数年の変動データ１０を表している。
【００３３】
年変動歪周期の基準線設定手段３は、変動量△Ｌから求めた複数年分の時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０から、図４に示すように、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データ１０ａを複数抽出し、図５に示すように、これらの安定変動データ１０ａから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去する。そして、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂから、これら安定変動処理データ１０ｂに基づいて図６に示す年変動歪周期の基準線１１を設定する。
【００３４】
乖離現象確認手段４は、各観測点ＭでＸ，Ｙ，Ｚの直交座標を観測して得た新たな変動データ１２を基準線１１と対比し、基準線１１に対する新たな変動データ１２の乖離の有無を確認するためのものである（図６参照）。
【００３５】
異常地殻変動判定手段５は、乖離現象確認手段４で乖離がノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定するものである。
【００３６】
また、本実施形態の異常地殻変動監視システムＡにおいては、図１に示すように、異常地殻変動が終息したと判定するための異常地殻変動終息判定手段６と、複数の観測点Ｍにおける乖離発生状況を視覚化するための乖離視覚化手段７とを備えている。
【００３７】
そして、本実施形態の地殻変動の監視方法では、はじめに、観測点変動観測工程で、図１及び図２に示すように、観測手段１によって、複数の観測点Ｍを地表面上に設定し、地球の重心Ｇを原点とする各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上の位置を観測し、これとともに、演算手段２によって、各観測点Ｍの位置の変動量△ＬをＸ，Ｙ，Ｚの各成分毎に求め、さらに歪を算出する。
【００３８】
このとき、本実施形態の観測点変動観測工程では、常に安定している地球の重心Ｇを固定点（あるいは地球の重心Ｇを通るＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上の任意の位置を固定点）として各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の位置を観測するため、複数の観測点Ｍが歪計として利用され、日々変化する各観測点Ｍの各成分毎の変動量△Ｌ、ひいては歪が精度よく算出されることになる。そして、本実施形態では、演算手段２によって、このように精度よく算出された歪を縦軸に、時間を横軸にした図４に示すような時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０の作成が行われる。
【００３９】
次に、年変動歪周期の基準線設定工程を行う。この年変動歪周期の基準線設定工程では、年変動歪周期の基準線設定手段３によって、複数年分の時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０から、図４に示すように、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データ１０ａを複数抽出する。
【００４０】
そして、これらの安定変動データ１０ａから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去して、図５に示すようなノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂを取得する。図４に示すように各安定変動データ（Ｘ軸）１０ａはバラツキが認められるが、これら安定変動データ１０ａからノイズ成分を除去すると、図５に示すようにバラツキが大幅に小さくなった安定変動処理データ１０ｂが得られる。ここで、例えば、地殻の可逆変動のノイズ成分としては、積雪、磁気嵐、豪雨、気圧の谷などに伴う地殻の変動が挙げられる。また、地殻の非可逆変動のノイズ成分としては、受信機交換、ピラー傾斜、樹木の繁茂、噴火、地震、低周波微動などに伴う地殻の変動が挙げられる。
【００４１】
次に、年変動歪周期の基準線設定工程では、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂに基づいて、図６に示すような年変動歪周期の基準線（年変動歪周期の基準帯）１１を設定する。このとき、複数の安定変動処理データ１０ｂの中間値１１ａ、最上値１１ｂ、最下値１１ｃから歪に範囲を持った帯状の基準線１１をＸ，Ｙ，Ｚの軸毎に設定する。なお、所望の上閾値１１ｂ、下閾値１１ｃを設定し、これらの上閾値１１ｂ、下閾値１１ｃの間の歪の範囲を持った基準線１１を設定するようにしてもよい。
【００４２】
次に、異常地殻変動判定工程を行う。この異常地殻変動判定工程では、図１、図６に示すように、年変動歪周期の基準線設定工程で設定した基準線１１と、各観測点ＭでＸ，Ｙ，Ｚの直交座標を観測して得た新たな変動データ１２とを乖離現象確認手段４によって対比する。そして、基準線１１に対し、図７（ａ）に示すように新たな変動データ（観測線）１２が基準線１１から下方に外れたり、また、図７（ｂ）に示すように新たな変動データ１２が基準線１１から上方に外れる乖離の有無を確認する。
【００４３】
そして、異常地殻変動判定工程では、このようなノイズ成分以外の要因で乖離が生じたと確認された場合に、異常地殻変動判定手段５によって異常地殻変動が発生すると判定される。すなわち、このような乖離現象が生じた場合に、例えば地震が発生する可能性が大きいと判定する。
【００４４】
また、本実施形態では、このとき、乖離視覚化工程で、図８及び図９に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ（３次元直交座標）のいずれか一つの軸で乖離が発生した観測点Ｍを表示パターン１で表示し、Ｘ，Ｙ，Ｚのうち二つの軸で乖離が発生した観測点Ｍを表示パターン２で表示し、Ｘ，Ｙ，Ｚの三つの軸で乖離が発生した観測点Ｍを表示パターン３で表示し、剥離視覚化手段７によって複数の観測点Ｍにおける乖離発生状況を視覚化した乖離発生状況マップ１３を作成する。さらに、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡでは、図９に示すように、乖離視覚化工程で経日的（経時的）に乖離発生状況マップ１３を更新するように複数作成する。なお、図７に示したように基準線１１に対して下方に乖離が生じた場合と上方に乖離が生じた場合の表示パターンを変えることがより望ましい。
【００４５】
これにより、複数の観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎に基準線１１に対する乖離の有無を確認しながら地殻変動の監視を行い、Ｘ，Ｙ，Ｚ（３次元直交座標）のいずれか一つの軸で乖離が発生したパターン１（表示パターン１）の観測点Ｍ、Ｘ，Ｙ，Ｚのうち二つの軸で乖離が発生したパターン２（表示パターン２）の観測点Ｍ、Ｘ，Ｙ，Ｚの三つの軸で乖離が発生したパターン３（表示パターン３）の観測点Ｍの分布状況、及び各パターンの発生頻度を確認することによって、異常地殻変動発生地域の特定が容易に行えることになる（図９参照）。例えば、表示パターン３が集中的に発生している場合など、その地域を含む領域を設定し、異常地殻変動発生地域として特定する。
【００４６】
一方、異常地殻変動判定工程で剥離が確認され、地震等の異常地殻変動が発生すると、図６、図７に示すように、基準線１１から大きく逸脱した新たな変動データ１２が確認される。そして、大地震時には、その後、余震が続くことにより、新たな変動データ１２は安定せず、しばらく経過した段階で、基準線１１に沿うように推移する。
【００４７】
このため、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、異常地殻変動終息判定工程で、異常地殻変動終息判定手段６によって、異常地殻変動が発生した後、新たな変動データ１２が基準線１１に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する。すなわち、地震が発生した後、新たな変動データ１２の観測線が基準線１１の傾きと略同じ傾きで推移するなど、新たな変動データ１２の挙動が基準線１１と略一致したとき、余震が発生することがなくなると判定される。
【００４８】
したがって、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、まず、観測点変動観測工程（観測手段１、演算手段２）で、地球の重心Ｇを原点とする各観測点Ｍの３次元直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚの直交座標）上の位置を観測して変動量を３次元直交座標の各成分毎に求めるようにしているため、従来の固定点と観測点の相対位置から観測点の変位を求める場合と比較し、精度や信頼性の高い観測データ（変動データ１０）を用いることができる。
【００４９】
そして、観測点変動観測工程（観測手段１、演算手段２）で、各観測点Ｍの位置の変動量△Ｌを３次元直交座標の各成分毎に求め、各観測点Ｍの各成分毎の時系列的な変動データ１０を取得し、年変動歪周期の基準線設定工程（年変動歪周期の基準線設定手段３）で、地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂに基づいて、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点Ｍの各成分毎の年変動歪周期の基準線１１を得ることができる。
【００５０】
また、異常地殻変動判定工程（乖離現象確認手段４、異常地殻変動判定手段５）で、各観測点Ｍで３次元直交座標を観測して得た新たな変動データ１２を基準線１１と対比し、新たな変動データ１２が基準線１１の上閾値１１ｂや下閾値１１ｃから上下に外れる乖離の有無を確認することによって、すなわち、乖離現象の発生を確認することによって、地震等の異常地殻変動が発生すると判定することができる。
【００５１】
よって、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点Ｍの基準線１１を指標とし、この基準線１１に対する乖離を捉えることで、解析精度ひいては解析結果の信頼性を大幅に向上させることが可能になるとともに、日々の地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【００５２】
また、本実施形態の異常地殻変動地域の特定方法においては、複数の観測点Ｍの各成分毎に基準線１１に対する乖離の有無を確認しながら地殻変動の監視を行って、３次元直交座標のいずれか一つの軸で乖離が発生したパターン１の観測点Ｍ、３次元直交座標のうち二つの軸で乖離が発生したパターン２の観測点Ｍ、３次元直交座標の三つの軸で乖離が発生したパターン３の観測点Ｍの分布状況、及び各パターンの発生頻度を確認することにより、異常地殻変動発生地域を特定することが可能になる。
【００５３】
さらに、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、異常地殻変動終息判定工程（異常地殻変動終息判定手段６）で、異常地殻変動が発生した後、新たな変動データ１２が基準線１１に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定することができ、例えば余震が発生しなくなる時点を判別することが可能になる。
【００５４】
また、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、乖離視覚化工程（乖離視覚化手段７）で、３次元直交座標のどの軸で乖離が発生しているかによって、各観測点Ｍを表示パターン１、２、３（パターン１、２、３）で表示した乖離発生状況マップ１３を作成することによって、複数の観測点Ｍにおける乖離発生状況を視覚化することができ、日々の地殻変動を監視して容易に異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【００５５】
以上、本発明に係る地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５６】
例えば、本実施形態では、異常地殻変動が地震によるものであるように説明を行ったが、例えば火山活動などに伴う地殻変動の監視や異常地殻変動地域の特定に本発明を適用してもよく、本発明は、地殻変動を伴う現象であれば、あらゆるケースに適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 観測手段
２ 演算手段
３ 年変動歪周期の基準線設定手段
４ 乖離現象確認手段
５ 異常地殻変動判定手段
６ 異常地殻変動終息判定手段
７ 乖離視覚化手段
１０ 変動データ
１０ａ 安定変動データ
１０ｂ 安定変動処理データ
１１ 基準線（基準帯）
１１ｂ 上閾値（最大値）
１１ｃ 下閾値（最小値）
１２ 新たな変動データ
１３ 乖離発生状況マップ
Ａ 地殻変動監視システム
Ｇ 地球の重心
Ｍ 観測点（電子基準点）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地殻変動を監視する方法及びこの監視方法を用いて異常地殻変動発生地域を特定する方法並びに地殻変動監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、国土地理院は、日本全国各地に電子基準点（ＧＰＳ受信機）を設置し、これら電子基準点を観測点として地殻変動を監視するＧＰＳ連続観測システム（GEONET：GPS Earth Observation Network System）を構築し、このＧＰＳ連続観測システムによる観測データ（測位データ、変動データ）などを随時公開している。また、世界各地にも電子基準点が設置されており、例えば大陸プレート、海洋プレートの地殻変動の観測データなども公開されている。
【０００３】
従来、このような観測データを用いて様々な研究機関で異常地殻変動解析が実施されている。そして、多くの異常地殻変動解析では、電子基準点で観測された地球重心座標を平面直角座標系等に変換した上で、ある電子基準点を固定点（観測基準点）に設定し、固定点に対する他の観測点の相対変位を求めるとともに地殻の歪み速度、応力速度を算出して、地殻の変動を追跡する方法が用いられている。あるいは、固定点に対する他の観測点の相対変位を求め、時系列変位グラフを作成し、安定と想定される過去の期間の変位の空間微分（歪）と、観測したい年の同期間の変位の空間微分との比較等から歪の変化を捉えて、地殻の変動を追跡する方法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、上記の異常地殻変動解析では、固定点と観測点の相対位置から変位を求めているため、固定点の選び方によって変位場（歪場）が影響を受けることになり、解析時に用いる「安定と想定される変位場」の抽出を誤ると、解析精度の低下ひいては解析結果の信頼性の低下を招くことになる。また、電子基準点で観測された地球重心座標を平面直角座標系に座標変換することによっても解析精度が低下する。
【０００５】
これに対し、本願の発明者は、地球重心を固定点とし、この固定点に対する観測点のＸ，Ｙ，Ｚ直交座標（３次元直交座標）を観測して異常地殻変動解析を行う発明について既に特許出願を行い、特許権を取得している（特許文献１）。そして、この手法によれば、常に安定した地球重心を固定点にし、さらに、固定点から観測点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を求めて座標変換を不要にすることで、解析精度、解析結果の信頼性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１３９２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、歪を検出するための日々の安定変位場が定量的に取得できていないため、また、日々の地殻変動を追跡するシステムが構築されていないため、現状では、日本全国の日常的な歪場の変化を追跡することができていない。そして、これに伴い、異常地殻変動解析の研究結果のほとんどは、地震が発生した後に歪が地震発生前からどのように変化してきたかを求める過去予知作業に限定されていた。
【０００８】
このため、解析精度、解析結果の信頼性を向上させつつ、日々の地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前にその異常を捉える手法、さらに異常地殻変動発生地域を特定する手法の開発が強く望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、解析精度、解析結果の信頼性を向上させつつ、地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前に異常を捉え、異常地殻変動発生地域を特定することを可能にする地殻変動の監視方法及び異常地殻変動発生地域の特定方法並びに地殻変動監視システ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】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明の地殻変動の監視方法は、複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の位置の座標の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に求める観測点変動観測工程と、前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定工程と、各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認し、該乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定工程とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の地殻変動の監視方法においては、異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定工程を備えていることが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明の地殻変動の監視方法においては、３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成し、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化工程を備えていることがより望ましい。
【００１４】
本発明の異常地殻変動発生地域の特定方法は、上記のいずれかの地殻変動の監視方法によって地殻変動の監視を行うとともに、３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生したパターン１の観測点、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生したパターン２の観測点、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生したパターン３の観測点の分布状況、及び各パターンの発生頻度から、異常地殻変動発生地域を特定するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の地殻変動監視システムは、複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測する観測手段と、各観測点の位置の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に算出する演算手段と、前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定手段と、各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認する乖離現象確認手段と、前記乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の地殻変動監視システムにおいては、異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定手段を備えていることが望ましい。
【００１７】
さらに、本発明の地殻変動監視システムにおいては、３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成して、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化手段を備えていることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、まず、観測点変動観測工程（観測手段、演算手段）で、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測して変動量を３次元直交座標の各成分毎に求めるようにしているため、従来の固定点と観測点の相対位置から観測点の変位を求める場合と比較し、精度や信頼性の高い観測データ（変動データ）を用いることができる。
【００１９】
そして、観測点変動観測工程（観測手段、演算手段）で、各観測点の位置の変動量を３次元直交座標の各成分毎に求め、各観測点の各成分毎の時系列的な変動データを取得し、年変動歪周期の基準線設定工程（年変動歪周期の基準線設定手段）で、地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点の各成分毎の年変動歪周期の基準線を得ることができる。
【００２０】
また、異常地殻変動判定工程（乖離現象確認手段、異常地殻変動判定手段）で、各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを基準線と対比し、新たな変動データが基準線の上閾値や下閾値から上下に外れる乖離の有無を確認することによって、すなわち、乖離現象の発生を確認することによって、地震等の異常地殻変動が発生すると判定することができる。
【００２１】
よって、本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点の基準線を指標とし、この基準線に対する乖離を捉えることで、解析精度ひいては解析結果の信頼性を大幅に向上させることが可能になるとともに、日々の地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【００２２】
また、本発明の異常地殻変動地域の特定方法においては、上記のように複数の観測点の各成分毎に基準線に対する乖離の有無を確認しながら地殻変動の監視を行って、３次元直交座標のいずれか一つの軸で乖離が発生したパターン１の観測点、３次元直交座標のうち二つの軸で乖離が発生したパターン２の観測点、３次元直交座標の三つの軸で乖離が発生したパターン３の観測点の分布状況、及び各パターンの発生頻度を確認することにより、異常地殻変動発生地域を特定することが可能になる。
【００２３】
さらに、本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、異常地殻変動終息判定工程（異常地殻変動終息判定手段）で、異常地殻変動が発生した後、新たな変動データが基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定することができ、例えば余震が発生しなくなる時点を判別することが可能になる。
【００２４】
また、本発明の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムにおいては、乖離視覚化工程（乖離視覚化手段）で、３次元直交座標のどの軸で乖離が発生しているかによって、各観測点を表示パターン１、２、３（パターン１、２、３）で表示した乖離発生状況マップを作成することによって、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化することができ、日々の地殻変動を監視して容易に異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る地殻変動監視システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地殻変動の監視方法において、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の変動量を３次元直交座標の各成分毎に求め、観測点を歪計として利用することを示した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る地殻変動の監視方法が観測点を歪計として利用することを示す図である。
【図４】観測点で観測した変動量から求めた変動データ（安定変動データ）を示す図である。
【図５】ノイズ成分を除去処理した安定変動処理データの一例を示す図である。
【図６】基準線の一例を示す図である。
【図７】基準線に対する新たな変動データの乖離現象を示す図である。
【図８】観測点の３次元直交座標の各成分毎の乖離発生状況に応じたパターン、表示パターンを示す図である。
【図９】乖離発生状況マップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１から図９を参照し、本発明の一実施形態に係る地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムについて説明する。
【００２７】
まず、本実施形態の地殻変動監視システムＡは、図１に示すように、観測手段１と、演算手段２と、年変動歪周期の基準線設定手段３と、乖離現象確認手段４と、異常地殻変動判定手段５とを備えて構成されている。
【００２８】
観測手段１は、例えばＧＰＳを用い、地表面上に設定された複数の観測点（ＧＰＳ受信機、電子基準点）の地球の重心を原点とするＸ，Ｙ，Ｚの直交座標（３次元直交座標）上の位置を観測するためのものである。例えば、日本全国には、既に１２００箇所以上の観測点が設定されているため、このような既設の観測点や人工衛星などを用いて観測手段を構成することができる。
【００２９】
演算手段２は、観測手段１で観測される各観測点の位置の変動量をＸ，Ｙ，Ｚの軸毎（３次元直交座標の各成分毎）に算出するためのものである。
【００３０】
ここで、図２に示すように、地球の重心Ｇは常に安定しているため、この地球の重心Ｇを固定点（原点）として各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上の位置を観測すれば、日々変化する各観測点Ｍの変動量△Ｌが精度よく算出されることになる。なお、このとき、図２に示すように、固定点（Ｇａ、Ｇｂ）は、常に安定している地球の重心Ｇを通るＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上に設定することも可能であり、勿論、このように固定点（Ｇａ、Ｇｂ）を設定しても、地球の重心Ｇを固定点としたときと同様に、日々変化する各観測点Ｍ（ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ、ＭＤ）の変動量△Ｌを精度よく算出することができる。そして、図２及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、地球の重心Ｇを原点とし、ある時点における複数の観測点Ｍの位置を固定し、この固定した位置に対する各観測点Ｍの座標を日々観測して、各観測点Ｍの位置の変動量△ＬをＸ，Ｙ，Ｚの各軸毎（各成分毎）に求め、さらに固定した位置Ｌと変動量△Ｌから歪を算出する。すなわち、このように地球の重心Ｇを原点として各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の座標を観測し、各観測点Ｍの変動量△Ｌ、さらに歪を求めることで、複数の観測点Ｍを歪計として利用することになる。
【００３１】
また、演算手段２は、このように各観測点Ｍの各成分毎の位置の変動量△Ｌ、さらに歪を算出するとともに、例えば、図４に示すように、縦軸を歪、横軸を時間とした時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０を作成する。
【００３２】
ここで、図４に示す変動データ１０は、一つの観測点Ｍの例えばＸ軸の変動データであり、横軸の左側が前年の１月〜１２月まで、右側がその次の年の１月から１２月までを示し、１本の線で示された変動データ（観測線）１０が前年から次年までの歪の累積値を示している。また、この図４では、ある２年分の歪の累積値を示した一つの変動データ１０の横軸右側に示された１年分のデータを、連続する次の２年分の歪の累積値を示す変動データ１０の横軸左側の１年分のデータとして、連続する複数年の変動データ１０を表している。
【００３３】
年変動歪周期の基準線設定手段３は、変動量△Ｌから求めた複数年分の時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０から、図４に示すように、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データ１０ａを複数抽出し、図５に示すように、これらの安定変動データ１０ａから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去する。そして、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂから、これら安定変動処理データ１０ｂに基づいて図６に示す年変動歪周期の基準線１１を設定する。
【００３４】
乖離現象確認手段４は、各観測点ＭでＸ，Ｙ，Ｚの直交座標を観測して得た新たな変動データ１２を基準線１１と対比し、基準線１１に対する新たな変動データ１２の乖離の有無を確認するためのものである（図６参照）。
【００３５】
異常地殻変動判定手段５は、乖離現象確認手段４で乖離がノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定するものである。
【００３６】
また、本実施形態の異常地殻変動監視システムＡにおいては、図１に示すように、異常地殻変動が終息したと判定するための異常地殻変動終息判定手段６と、複数の観測点Ｍにおける乖離発生状況を視覚化するための乖離視覚化手段７とを備えている。
【００３７】
そして、本実施形態の地殻変動の監視方法では、はじめに、観測点変動観測工程で、図１及び図２に示すように、観測手段１によって、複数の観測点Ｍを地表面上に設定し、地球の重心Ｇを原点とする各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上の位置を観測し、これとともに、演算手段２によって、各観測点Ｍの位置の変動量△ＬをＸ，Ｙ，Ｚの各成分毎に求め、さらに歪を算出する。
【００３８】
このとき、本実施形態の観測点変動観測工程では、常に安定している地球の重心Ｇを固定点（あるいは地球の重心Ｇを通るＸ，Ｙ，Ｚの直交座標上の任意の位置を固定点）として各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の位置を観測するため、複数の観測点Ｍが歪計として利用され、日々変化する各観測点Ｍの各成分毎の変動量△Ｌ、ひいては歪が精度よく算出されることになる。そして、本実施形態では、演算手段２によって、このように精度よく算出された歪を縦軸に、時間を横軸にした図４に示すような時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０の作成が行われる。
【００３９】
次に、年変動歪周期の基準線設定工程を行う。この年変動歪周期の基準線設定工程では、年変動歪周期の基準線設定手段３によって、複数年分の時系列的な各観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎の変動データ１０から、図４に示すように、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データ１０ａを複数抽出する。
【００４０】
そして、これらの安定変動データ１０ａから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去して、図５に示すようなノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂを取得する。図４に示すように各安定変動データ（Ｘ軸）１０ａはバラツキが認められるが、これら安定変動データ１０ａからノイズ成分を除去すると、図５に示すようにバラツキが大幅に小さくなった安定変動処理データ１０ｂが得られる。ここで、例えば、地殻の可逆変動のノイズ成分としては、積雪、磁気嵐、豪雨、気圧の谷などに伴う地殻の変動が挙げられる。また、地殻の非可逆変動のノイズ成分としては、受信機交換、ピラー傾斜、樹木の繁茂、噴火、地震、低周波微動などに伴う地殻の変動が挙げられる。
【００４１】
次に、年変動歪周期の基準線設定工程では、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂに基づいて、図６に示すような年変動歪周期の基準線（年変動歪周期の基準帯）１１を設定する。このとき、複数の安定変動処理データ１０ｂの中間値１１ａ、最上値１１ｂ、最下値１１ｃから歪に範囲を持った帯状の基準線１１をＸ，Ｙ，Ｚの軸毎に設定する。なお、所望の上閾値１１ｂ、下閾値１１ｃを設定し、これらの上閾値１１ｂ、下閾値１１ｃの間の歪の範囲を持った基準線１１を設定するようにしてもよい。
【００４２】
次に、異常地殻変動判定工程を行う。この異常地殻変動判定工程では、図１、図６に示すように、年変動歪周期の基準線設定工程で設定した基準線１１と、各観測点ＭでＸ，Ｙ，Ｚの直交座標を観測して得た新たな変動データ１２とを乖離現象確認手段４によって対比する。そして、基準線１１に対し、図７（ａ）に示すように新たな変動データ（観測線）１２が基準線１１から下方に外れたり、また、図７（ｂ）に示すように新たな変動データ１２が基準線１１から上方に外れる乖離の有無を確認する。
【００４３】
そして、異常地殻変動判定工程では、このようなノイズ成分以外の要因で乖離が生じたと確認された場合に、異常地殻変動判定手段５によって異常地殻変動が発生すると判定される。すなわち、このような乖離現象が生じた場合に、例えば地震が発生する可能性が大きいと判定する。
【００４４】
また、本実施形態では、このとき、乖離視覚化工程で、図８及び図９に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ（３次元直交座標）のいずれか一つの軸で乖離が発生した観測点Ｍを表示パターン１で表示し、Ｘ，Ｙ，Ｚのうち二つの軸で乖離が発生した観測点Ｍを表示パターン２で表示し、Ｘ，Ｙ，Ｚの三つの軸で乖離が発生した観測点Ｍを表示パターン３で表示し、剥離視覚化手段７によって複数の観測点Ｍにおける乖離発生状況を視覚化した乖離発生状況マップ１３を作成する。さらに、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡでは、図９に示すように、乖離視覚化工程で経日的（経時的）に乖離発生状況マップ１３を更新するように複数作成する。なお、図７に示したように基準線１１に対して下方に乖離が生じた場合と上方に乖離が生じた場合の表示パターンを変えることがより望ましい。
【００４５】
これにより、複数の観測点ＭのＸ，Ｙ，Ｚの軸毎に基準線１１に対する乖離の有無を確認しながら地殻変動の監視を行い、Ｘ，Ｙ，Ｚ（３次元直交座標）のいずれか一つの軸で乖離が発生したパターン１（表示パターン１）の観測点Ｍ、Ｘ，Ｙ，Ｚのうち二つの軸で乖離が発生したパターン２（表示パターン２）の観測点Ｍ、Ｘ，Ｙ，Ｚの三つの軸で乖離が発生したパターン３（表示パターン３）の観測点Ｍの分布状況、及び各パターンの発生頻度を確認することによって、異常地殻変動発生地域の特定が容易に行えることになる（図９参照）。例えば、表示パターン３が集中的に発生している場合など、その地域を含む領域を設定し、異常地殻変動発生地域として特定する。
【００４６】
一方、異常地殻変動判定工程で剥離が確認され、地震等の異常地殻変動が発生すると、図６、図７に示すように、基準線１１から大きく逸脱した新たな変動データ１２が確認される。そして、大地震時には、その後、余震が続くことにより、新たな変動データ１２は安定せず、しばらく経過した段階で、基準線１１に沿うように推移する。
【００４７】
このため、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、異常地殻変動終息判定工程で、異常地殻変動終息判定手段６によって、異常地殻変動が発生した後、新たな変動データ１２が基準線１１に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する。すなわち、地震が発生した後、新たな変動データ１２の観測線が基準線１１の傾きと略同じ傾きで推移するなど、新たな変動データ１２の挙動が基準線１１と略一致したとき、余震が発生することがなくなると判定される。
【００４８】
したがって、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、まず、観測点変動観測工程（観測手段１、演算手段２）で、地球の重心Ｇを原点とする各観測点Ｍの３次元直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚの直交座標）上の位置を観測して変動量を３次元直交座標の各成分毎に求めるようにしているため、従来の固定点と観測点の相対位置から観測点の変位を求める場合と比較し、精度や信頼性の高い観測データ（変動データ１０）を用いることができる。
【００４９】
そして、観測点変動観測工程（観測手段１、演算手段２）で、各観測点Ｍの位置の変動量△Ｌを３次元直交座標の各成分毎に求め、各観測点Ｍの各成分毎の時系列的な変動データ１０を取得し、年変動歪周期の基準線設定工程（年変動歪周期の基準線設定手段３）で、地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データ１０ｂに基づいて、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点Ｍの各成分毎の年変動歪周期の基準線１１を得ることができる。
【００５０】
また、異常地殻変動判定工程（乖離現象確認手段４、異常地殻変動判定手段５）で、各観測点Ｍで３次元直交座標を観測して得た新たな変動データ１２を基準線１１と対比し、新たな変動データ１２が基準線１１の上閾値１１ｂや下閾値１１ｃから上下に外れる乖離の有無を確認することによって、すなわち、乖離現象の発生を確認することによって、地震等の異常地殻変動が発生すると判定することができる。
【００５１】
よって、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、安定した年変動歪周期を精度よく表す各観測点Ｍの基準線１１を指標とし、この基準線１１に対する乖離を捉えることで、解析精度ひいては解析結果の信頼性を大幅に向上させることが可能になるとともに、日々の地殻変動を監視して異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【００５２】
また、本実施形態の異常地殻変動地域の特定方法においては、複数の観測点Ｍの各成分毎に基準線１１に対する乖離の有無を確認しながら地殻変動の監視を行って、３次元直交座標のいずれか一つの軸で乖離が発生したパターン１の観測点Ｍ、３次元直交座標のうち二つの軸で乖離が発生したパターン２の観測点Ｍ、３次元直交座標の三つの軸で乖離が発生したパターン３の観測点Ｍの分布状況、及び各パターンの発生頻度を確認することにより、異常地殻変動発生地域を特定することが可能になる。
【００５３】
さらに、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、異常地殻変動終息判定工程（異常地殻変動終息判定手段６）で、異常地殻変動が発生した後、新たな変動データ１２が基準線１１に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定することができ、例えば余震が発生しなくなる時点を判別することが可能になる。
【００５４】
また、本実施形態の地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムＡにおいては、乖離視覚化工程（乖離視覚化手段７）で、３次元直交座標のどの軸で乖離が発生しているかによって、各観測点Ｍを表示パターン１、２、３（パターン１、２、３）で表示した乖離発生状況マップ１３を作成することによって、複数の観測点Ｍにおける乖離発生状況を視覚化することができ、日々の地殻変動を監視して容易に異常地殻変動が発生する前にその異常を捉えることが可能になる。
【００５５】
以上、本発明に係る地殻変動の監視方法及び異常地殻変動地域の特定方法並びに地殻変動監視システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００５６】
例えば、本実施形態では、異常地殻変動が地震によるものであるように説明を行ったが、例えば火山活動などに伴う地殻変動の監視や異常地殻変動地域の特定に本発明を適用してもよく、本発明は、地殻変動を伴う現象であれば、あらゆるケースに適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 観測手段
２ 演算手段
３ 年変動歪周期の基準線設定手段
４ 乖離現象確認手段
５ 異常地殻変動判定手段
６ 異常地殻変動終息判定手段
７ 乖離視覚化手段
１０ 変動データ
１０ａ 安定変動データ
１０ｂ 安定変動処理データ
１１ 基準線（基準帯）
１１ｂ 上閾値（最大値）
１１ｃ 下閾値（最小値）
１２ 新たな変動データ
１３ 乖離発生状況マップ
Ａ 地殻変動監視システム
Ｇ 地球の重心
Ｍ 観測点（電子基準点）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の位置の座標の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に求める観測点変動観測工程と、
前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定工程と、
各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認し、該乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定工程とを備えていることを特徴とする地殻変動の監視方法。
【請求項２】
請求項１記載の地殻変動の監視方法において、
異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定工程を備えていることを特徴とする地殻変動の監視方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の地殻変動の監視方法において、
３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成し、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化工程を備えていることを特徴とする地殻変動の監視方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の地殻変動の監視方法によって地殻変動の監視を行うとともに、
３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生したパターン１の観測点、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生したパターン２の観測点、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生したパターン３の観測点の分布状況、及び各パターンの発生頻度から、異常地殻変動発生地域を特定するようにしたことを特徴とする異常地殻変動発生地域の特定方法。
【請求項５】
複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測する観測手段と、
各観測点の位置の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に算出する演算手段と、
前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定手段と、
各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認する乖離現象確認手段と、
前記乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定手段とを備えていることを特徴とする地殻変動監視システム。
【請求項６】
請求項５記載の地殻変動監視システムにおいて、
異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定手段を備えていることを特徴とする地殻変動監視システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の地殻変動監視システムにおいて、
３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成して、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化手段を備えていることを特徴とする地殻変動監視システム。
【請求項１】
複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測し、各観測点の位置の座標の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に求める観測点変動観測工程と、
前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定工程と、
各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認し、該乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定工程とを備えていることを特徴とする地殻変動の監視方法。
【請求項２】
請求項１記載の地殻変動の監視方法において、
異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定工程を備えていることを特徴とする地殻変動の監視方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の地殻変動の監視方法において、
３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成し、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化工程を備えていることを特徴とする地殻変動の監視方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の地殻変動の監視方法によって地殻変動の監視を行うとともに、
３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生したパターン１の観測点、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生したパターン２の観測点、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生したパターン３の観測点の分布状況、及び各パターンの発生頻度から、異常地殻変動発生地域を特定するようにしたことを特徴とする異常地殻変動発生地域の特定方法。
【請求項５】
複数の観測点を地表面上に設定し、地球の重心を原点とする各観測点の３次元直交座標上の位置を観測する観測手段と、
各観測点の位置の変動量を前記３次元直交座標の各成分毎に算出する演算手段と、
前記変動量から求めた複数年分の時系列的な各観測点の各成分毎の変動データから、異常地殻変動が発生していない年の安定変動データを複数抽出するとともに、該安定変動データから地殻の可逆変動／非可逆変動のノイズ成分を除去し、ノイズ成分を除去処理した複数の安定変動処理データに基づいて年変動歪周期の基準線を設定する年変動歪周期の基準線設定手段と、
各観測点で３次元直交座標を観測して得た新たな変動データを前記基準線と対比し、前記基準線に対する前記新たな変動データの乖離の有無を確認する乖離現象確認手段と、
前記乖離が前記ノイズ成分以外の要因で確認された場合に異常地殻変動が発生すると判定する異常地殻変動判定手段とを備えていることを特徴とする地殻変動監視システム。
【請求項６】
請求項５記載の地殻変動監視システムにおいて、
異常地殻変動が発生した後、前記新たな変動データが前記基準線に沿うように推移したときに、異常地殻変動が終息したと判定する異常地殻変動終息判定手段を備えていることを特徴とする地殻変動監視システム。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の地殻変動監視システムにおいて、
３次元直交座標のいずれか一つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン１で表示し、３次元直交座標のうち二つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン２で表示し、３次元直交座標の三つの軸で前記乖離が発生した観測点を表示パターン３で表示した乖離発生状況マップを作成して、複数の観測点における乖離発生状況を視覚化する乖離視覚化手段を備えていることを特徴とする地殻変動監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６８４６９（Ｐ２０１３−６８４６９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６０６９（Ｐ２０１１−２０６０６９）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
[ Back to top ]