地震予知方法および地震予知システム
【課題】地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供する。
【解決手段】地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とを含み、選択工程は、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を監視用三角網として選択することを特徴とする。
【解決手段】地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とを含み、選択工程は、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を監視用三角網として選択することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は衛星測位記録を用いた地震の予知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震予知は、精密基準点測量による基準点における水平方向変動量、精密水準測量による水準点の標高変動量を解析して行われてきたが、観測地点が互いに異なること、観測年月日が地区毎に異なるなどの理由で、迅速且つ正確に地震予知を行うことが困難であった。時間分解能の高い災害時期の予知と、正確な被害地域の予知を可能にする地震予知の方法が強く望まれていた。
そこで、特許文献１では、全国に配置された観測点における三次元座標の観測を、人工衛星を利用したＧＰＳ観測システムにより連続的または定期的に実行し、任意の観測点の組み合わせで作られる三角網について、三次元座標系の３つの投影面に投影した三角形の所定期間内の面積変動率を用いることで、地震予知が可能になることが報告されている。
引用文献１の方法によれば、震源域や被害地域の面的な予測を、短時間かつ高い精度で行うことがでる。さらに、観測点から構成される三角網の面積変動率を用いるため、不動点を推定して選択する必要がなく、衛星測定記録の誤差、ノイズにも影響を受けにくい特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＧＰＳの観測点（電子基準点と呼ばれることもある）は、日本全国に約1200箇所あり、それらの三点から構成される三角網は１７億通りを超える膨大な数となり、その全てにおいて面積変動率を計算するのは実用的でなく、日常監視には適さないといった問題点があった。
一方、安易に監視対象の三角網を絞り込むと、地震発生時期や震源域の予知の精度が低下するといった問題点もあった。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
我が国では、過去の地震観測記録の分析から、地震多発地帯がある程度特定されている。そこで、発明者らは過去に発生した地震との相関度の高い三角網をあらかじめ特定できるとの前提に立ち、過去の地震観測記録について鋭意検討を行った結果、発明者が提案する地震相関度を用いれば効率的に日常監視に適した監視用三角網を選択でき、前述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明に係わる地震予知方法は、地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、前記監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とからなる地震予知方法について、前記選択工程は、過去の衛星測位記録に基づいて求められた所定期間内の三角網の面積変動率が、第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする。
【０００８】
また、前記監視工程は、衛星測位記録に基づいて、前記監視用三角網の前記閾値超過回数を算出し、全ての監視用三角網における前記閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、前記閾値超過総回数が増加した時期から前記一定期間内に前記一定規模以上の地震が発生すると予知してもよい。
【０００９】
また、前記監視工程は、前記観測点のそれぞれについて、該観測点が属する前記監視用三角網の閾値超過回数を積算して観測点閾値超過総回数として設定し、全ての観測点について前記観測点閾値超過回数の総計である観測点閾値超過総回数を算出し、前記観測点閾値超過総回数が多い観測点の位置から前記一定距離内で前記一定規模以上の地震が発生すると予知してもよい。
【００１０】
また、前記監視工程と共に、定期的に地震観測記録を更新して、更新された地震観測記録に基づいて求められた監視用三角網の地震相関度が前記第二の閾値を下回る場合には、再度前記選択工程を行うと判定する更新判定工程を行ってもよい。
【００１１】
また、前記面積変動率は、前記三角網を構成する三点の位置に関する衛星測位記録を、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸を有する地心座標系に基づく三次元座標系で表現し、前記三次元座標系のそれぞれ二軸から構成されるＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面への前記三点の投影点により構成されるそれぞれの投影三角形の面積変動率から算出してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される任意の三角網について、過去に発生した地震との相関度の高い監視用三角網へと監視対象を絞込むことで、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態における地震予知フロー図である。
【図２】本発明の第二の実施形態における地震予知フロー図である。
【図３】地心座標系の説明図である。
【図４】地心座標系での投影三角網の面積の概念図である。
【図５】地震相関度の算定方法の説明図である。
【図６】プレート境界と三角網を構成する観測点位置の説明図である。
【図７】本発明に係る地震予知システムの概略構成を説明する図である。
【図８】三陸南地震の発生60日前から発生日までの閾値超過総回数の経時変化を示す図である。
【図９】三陸南地震の発生29日前に面積変動率が第一の閾値を超過した監視用三角網の分布図である。
【図１０】三陸南地震の発生１ヶ月前から発生日前日までの観測点閾値超過総回数の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明の技術的範囲は本実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
［第一の実施形態］
図１は本発明の第一の実施形態における地震予知フロー図を示す。本フローは、大きく分けて、監視用三角網６をあらかじめ選択する選択工程Ｓ１と監視用三角網６の変動から地震発生を予知する監視工程Ｓ２の２つに分けることができる。以下、それぞれに分けて説明する。
【００１６】
［選択工程Ｓ１］
まず、ステップＳ１１において三角網の面積変動率Ｒの算出を行う。地表上の複数の観測点５における任意の三点から三角網６を構成し（図４参照）、過去の衛星測位記録に基づき、その三角網６の所定期間Δｔ内の面積の変動率から面積変動率Ｒを算出する。
時刻ｔにおける三角網の面積をＳ（ｔ）とし、所定期間Δｔ経過後の三角網の面積をＳ（ｔ＋Δｔ）とする。時刻ｔ＋Δｔにおける三角網の面積変動率Ｒ（ｔ＋Δｔ）は式１から算出される。
【００１７】
【数１】
----- （式１）
【００１８】
所定期間Δｔは任意に設定することができる。便宜上、１年、１ヶ月、１日の中から設定されるが、このうち１日を設定するのが最も好ましい。この期間を短く設定する方が後述する日常監視に適しており、さらに地震予知の精度が向上するためである。
【００１９】
過去の衛星測位記録とは、ＧＰＳによる観測が開始された2000年1月1日から任意の期間の衛星測位記録を指す。この期間は長い方が好ましく、選択工程を行う直前までの期間から選定されるのが最も好ましい。
【００２０】
なお、三角網の面積変動率Ｒは、図３に記載の地球重心２を原点にした地心座標系１を基準に、図４に示すように三点の観測点（Ａ，Ｂ，Ｃ）から構成される三角網６のＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面に投影されたそれぞれの投影三角形７の面積（Ｓｘｙ、Ｓｘｚ、Ｓｙｚ）の所定期間Δｔ内の変動率から算出してもよい。なお、３つの投影三角形７のうち、少なくとも１つの面積変動率Ｒが後述する第一の閾値Ｖ１を超過した場合に、三角網６として閾値を超過したと判断する。
投影三角形７を用いて面積変動率Ｒを算出することで、地心座標系１のＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面での面積変動を等しい重み付けで評価することができ、面積変動の検知精度を向上することができる。
【００２１】
次にステップＳ１２において、第一の閾値Ｖ１の設定を行う。第一の閾値Ｖ１とは、Ｓ１１で算出された面積変動率Ｒについて、定常的な変動と地震発生に関連すると思われる特異な変動を区分するための閾値である。第一の閾値Ｖ１は静的閾値もしくは動的閾値を用いることができる。
【００２２】
静的閾値は、過去の衛星測位記録や解析結果から一律の定数として閾値を設定するものであり、例えば、面積変動率Ｒが20ppmを超えると危険と判断する方法がある。
【００２３】
動的閾値は、面積変動率Ｒの一定評価期間毎の移動標準偏差σに基づき閾値を逐次変化させながら設定するものである。評価期間は、１ヶ月から１年の範囲で設定することができ、好ましくは１ヶ月から３ヶ月であり、より好ましくは１ヶ月である。１ヶ月から３ヶ月の範囲では評価期間を変化させても閾値に大きな変化がないことが分かっており、計算の簡便性の点から評価期間は１ヶ月を選択するのが実用的である。また、第一の閾値Ｖ１は移動標準偏差σの３倍から７倍と設定するのが好ましい。移動標準偏差σの倍数を低く設定しすぎると面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過する回数が過多となり、高く設定しすぎると同じく超過する回数が過少となり、両者とも地震予知のための実用的かつ十分なデータを得ることができない。
【００２４】
なお、重要設備等に近接する地点に対して、当該地点の特性を考慮した地域固有の閾値を設定して、地震予知の精度を向上させることも可能である。特に、発電所などの重要設備周辺の局地的な地震予測などに有効な手法となる。
【００２５】
次に、ステップＳ１３において、三角網の閾値超過回数Ｎｂを算出する。閾値超過回数Ｎｂとは、過去の衛星測位記録に基づき算出された三角網の面積変動率Ｒが、第一の閾値Ｖ１を超過した回数である。
【００２６】
次に、ステップＳ１４において地震発生回数Ｎｅを算出する。地震発生回数Ｎｅは、「三角網の面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過してから一定期間Ｔ内」に、過去の地震観測記録に基づき、「三角網を構成するいずれかの観測点（Ａ，Ｂ，Ｃ）から震源まで一定距離Ｘ内」で「マグニチュードＭ以上の地震」が発生した回数を指す。
【００２７】
さらに、ステップＳ１５において、三角網の地震相関度Ｎｒを算出する。地震相関度Ｎｒは、地震発生回数Ｎｅと閾値超過回数Ｎｂとの比として式２より算出される。
【００２８】
（数２）
地震相関度Ｎｒ＝地震発生回数Ｎｅ／閾値超過回数Ｎｂ ------ （式２）
図５を用いて、地震相関度Ｎｒの具体的な算出方法を説明する。図５ａは、三角網の面積変動率Ｒの経時変化を表す概要図である。図５ｂは、三角網６と地震の震源域との関係を表す概要図である。図中のV１は第一の閾値を表し、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３はそれぞれ１回目、２回目、３回目に面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過した時期を表している。また、ｍ１，ｍ２は、それぞれＥ１，Ｅ２から一定期間Ｔ内に発生したマグニチュードＭ以上の地震を表している。さらに、ｍ１、ｍ２の震源は、それぞれ観測点Ａ、Ｃから一定距離Ｘ内にある。
この場合、閾値超過回数Ｎｂは３回と算出される。また、面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過した時から一定期間Ｔ内に、観測点５のいずれかから一定距離Ｘ内でマグニチュードＭ以上の地震が発生した回数は２回となり、これより地震発生回数Ｎｅは２回と算出される。よって、地震相関度Ｎｒは、２／３（＝地震発生回数Ｎｅ：２回／閾値超過回数Ｎｂ：３回）と算出される。
【００２９】
本発明は、一定期間Ｔ、一定距離Ｘ，地震規模を示すマグニチュードＭを調整することで、予知検討対象の地震を個々のニーズに応じて任意に選択できる点に特徴がある。
一定期間Ｔは任意の期間を設定することができるが、長すぎる期間を設定すると面積変動と無関係の地震を予知検討対象として選定することになり、好ましくない。地震の前兆と思われる面積変動が現れ始める時から地震発生までの期間に基づき設定するのが妥当であり、一般にこの期間Ｔは１ヶ月（約３０日）とするのが実現象に即している。
一定距離Ｘも任意の距離を設定することができるが、長すぎる距離を設定すると、距離減衰により影響をほとんど受けない地震について予知検討対象とすることになり、好ましくない。この距離Ｘは、地震の影響を受ける範囲に基づき設定するのが妥当であり、一般に100kmとするのが実現象に即している。
マグニチュードＭも、任意に設定することができるが、距離Ｘと同様に小さすぎる規模の地震を対象とするのは好ましくない。一般に、マグニチュード５以上の地震が対象とされるが、実用的な面からはマグニチュード６以上の地震を対象とするのが好ましい。
【００３０】
本発明は、震源までの距離を起算する位置として、三角網の重心位置８ではなく、三角網を構成するいずれかの観測点５の位置を採用している点にも特徴がある。
この理由を図６により説明する。この図は、プレート境界１０を隔てて、三角網６が形成されており、静置しているプレート９ａ上にある２点の観測点（Ｂ，Ｃ）と、同図中矢印方向に移動しているプレート９ｂ上にある１点の観測点Ａから構成される三角網６を示している。この場合、プレート境界１０近傍で発生した地震ｍ１は、観測点Ａ近傍の地殻変動に起因していると考えるのが最も現実的である。三角網の重心位置８では、必ずしも地殻変動しているとは限らず、地震の発生と関係付けるのは適切ではない。特に、三角網６の面積が大きくなり、観測点間の離隔距離が大きくなると、この影響はより顕著になる。よって、実際に地殻変動が観測される各観測点５を基準に検討対象地震を選定したものである。
【００３１】
次にステップＳ１６において第二の閾値Ｖ２を設定する。第二の閾値Ｖ２とは、監視用三角網６に適した三角網を選択するために地震相関度Ｎｒに対して設定される閾値である。
第二の閾値Ｖ２は任意の値を設定することができるが、１／３から２／３の範囲とするのが好ましく、１／３から１／２の範囲とするのがより好ましい。特に、１／３と設定することで、地震予知精度と実用性のバランスが最もとれた監視用三角網６を選択できる。
【００３２】
選択工程の最後に、ステップＳ１７において、三角網の地震相関度Ｎｒが第二の閾値Ｖ２を超過する三角網を監視用三角網６として選択する。
【００３３】
［監視工程Ｓ２］
まず、ステップＳ２１において、監視用三角網６の情報を取得する。
【００３４】
次に、ステップＳ２２において、監視用三角網の面積変動率Ｒの算出を行う。日々更新される衛星測位記録に基づき、監視用三角網の面積変動率Ｒを算出し、その結果をリアルタイムまたは定期的に監視する。
定期的に監視する場合、その間隔は１ヶ月以下とするのが好ましい。多くの既往地震について地震発生の約１ヶ月前から地震発生の前兆と見られる変化が検出されているためである。地震発生に近づくほど地震発生の前兆を検出しやすいことから、定期的に監視する間隔は短い方が好ましく、１日間隔とするのが最も好ましい。
【００３５】
なお、選択工程１において選択された全ての監視用三角網６を同じ頻度で監視することもできるが、一部の監視用三角網６を重点的に高頻度で監視することもできる。後者の場合、選択工程Ｓ１において三角網の地震相関度の高さや三角網と重要設備等の近接度を考慮して、重点監視する監視用三角網６を絞り込むことができる。
【００３６】
次に、ステップＳ２３において、監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を算出する。閾値超過回数Ｎｂ’は、ステップＳ１３の閾値超過回数Ｎｂと同様の方法を用いて算出し、その際用いる第一の閾値Ｖ１も、ステップＳ１２と同様の方法を用いて設定する。選択工程Ｓ１と同様の方法を用いることで、選択工程Ｓ１での選択の基準となった地震と同様の地震を、監視工程Ｓ２において予知対象とすることができる。なお、閾値超過回数Ｎｂは、それぞれの監視用三角網における閾値超過回数の「のべ回数」として求める。
【００３７】
また、ステップＳ２３では、監視用三角網の閾値超過総回数Ｎｓｂ’も算出する。閾値超過総回数Ｎｓｂ’とは、全ての監視用三角網における閾値超過回数Ｎｂ’の総計である。
【００３８】
次に、ステップＳ２４において地震発生時期予知を実施する。閾値超過総回数Ｎｓｂ’の経時変化を監視し、閾値超過総回数Ｎｓｂ’が一定数以上増加した時には、その時から一定期間Ｔ内にマグニチュードＭ以上の地震が発生すると予知できる。
【００３９】
ステップＳ２４で地震の発生が予知された場合には、ステップＳ２５、２６により震源域の予知を実施する。
【００４０】
ステップＳ２５では、まず、観測点５のそれぞれについて、この観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を積算して観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”を設定する。
【００４１】
表１を用いて、この観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”の算出方法を具体的に説明する。表１では、６つの観測点（ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２）と、これらの観測点から構成される８つの監視用三角網（Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８）を対象としている。監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を括弧内に表記し、それぞれの監視用三角網を構成する観測点の欄に前述の閾値超過回数Ｎｂ’を記載した。例えば、監視用三角網Ｄ１の閾値超過回数Ｎｂ’は３回であり、監視用三角網Ｄ１を構成する観測点ａ１，ｂ１，ｃ１の欄にも３回と記載した。
この作業を全ての監視用三角網について行い、それぞれの観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を積算して観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”を求める。例えば、観測点ａ１については、観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”は１５回（＝３＋４＋３＋５）となる。
【００４２】
次にステップＳ２６において、震源域の予知を実施する。震源域の予知は、観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”が多い観測点の位置から一定距離Ｘ内でマグニチュードＭ以上の地震が発生すると予知することで行う。例えば、表１においては観測点ａ１の観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”が最も多くなっており、この観測点ａ１の位置を基準として震源を予知することができる。
【００４３】
【表１】
【００４４】
上記説明した如く、膨大な数の三角網の中から過去に発生した地震との相関度の高い監視用三角網へと監視対象を絞込むことで処理負荷を軽減し、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供することができる。
【００４５】
［第二の実施形態］
図２に本発明の第二の実施形態における地震予知フロー図を示す。図２ａは、選択工程Ｓ１に関するフロー図であり、図２ｂは、監視工程Ｓ２に関するフロー図である。これら、第一の実施形態に係わるフローとともに、第二の実施形態においては、図２ｃに示す通り更新判定工程Ｓ３を並行して行うことに特徴がある。
【００４６】
更新判定工程Ｓ３では、最新の地震観測記録に基づき、監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を算出するとともに（Ｓ３１）、地震発生回数Ｎｅ’を算出し（Ｓ３２）、地震相関度Ｎｒ’を算出する（Ｓ３３）。その結果から、監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’が妥当な範囲かどうか判定する（Ｓ３４）。妥当と判定されれば、既選択の監視用三角網６に対する監視を継続し、これが妥当でないと判定されれば、地震予知に適した監視用三角網６を更新するため再度選択工程を行う（Ｓ１）。
【００４７】
監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’の妥当性判定（Ｓ３４）は、ステップＳ１６で設定された第二の閾値Ｖ２を用いて行うことができる。具体的には、更新された最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値Ｖ２を下回る場合には、再度選択工程を行うと判定することができる。
【００４８】
ステップＳ１７において地震相関度Ｎｒが第二の閾値Ｖ２を超過する三角網５のみ監視用三角網６として選択しており、本来ならば監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’を再度算出しても、全て第二の閾値Ｖ２を超過するものと考えられる。しかし、ＧＰＳによる観測が開始されたのは2000年1月1日であり、比較的日が浅いため、今後の地震観測記録の蓄積によって、監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’が変化し、それに伴って最適な監視用三角網６も変化する可能性がある。よって、定期的に地震観測記録を更新し、最新の記録に基づいて監視用三角網６を更新していくことによって、地震予知精度を維持し、さらに向上することができる。
【００４９】
［第三の実施形態］
第三の実施形態では、選択工程Ｓ１の前に、地震予知の検討に適した観測点５を抽出する観測点抽出工程を行う。これは、監視用三角網６を選択する上で必須ではないが、三角網の検討対象とする観測点数をあらかじめ絞り込むことができるため、実施することが好ましい。
検討に使用する観測点５は日本全国に約1,200地点存在するが、観測点５の中には観測精度の点から、地震予知に適さない箇所も存在する。そのため、次のような基準により、検討地震予知に適した観測点５を抽出することが好ましい。
１）観測点同士の距離が十分であること（例えば数１０ｋｍ、数１００ｋｍ間隔）。
２）観測点の周囲にある障害物（樹木、建物、電波原）の影響等による電波受信障害がないこと。
３）観測点の設置時期が新しいこと。
４）設置条件（地殻変動、凍上現象、温度変化、気象条件等）によるノイズの影響がないこと。
抽出する観測点数は、観測点５から形成される三角網６の数やコンピュータの処理能力を考慮して設定されるが、約100地点とするのが通常である。
【００５０】
さらに、抽出された観測点５の衛星測位記録について不良データを除去する衛星測位記録処理工程も行う。この工程も監視用三角網６を選択する上で必須ではないが、不良データが存在すると面積変動率Ｒの計算結果に誤差が生じるため、実施するのが好ましい。
衛星測位記録処理で除去される不良データとしては、欠測データおよび異常データの２種類がある。
欠測データとは、ＧＰＳ観測機器の故障や電子基準点の保守・整備などにより、衛星測位記録上、欠測したデータのことを指す。具体的には、各観測点の記録を確認し、欠測が生じた期間（欠測期間）を抽出し、三角網の面積変動率の算出Ｓ１１以降において欠測期間のデータを検討対象から除外することで対応する。
異常データとは、観測点５の記録が定常変動を超えて変動したデータを指す。例えば、国土地理院等が電子基準点の標高を変更する場合があり、このような時には標高データが変更分だけスライドすることになる。その際は、異常変動した時から前後一定期間内のデータを検討対象から除去することで対応する。
【００５１】
［地震予知システムによる実施形態］
図７は本発明に係る地震予知システムの概略構成を説明する図である。地震予知システム１００は、観測点位置取得部１０２、地震観測記録取得部１０４、選択部１０６、更新部１０８、監視部１１０、出力部１１２、および観測点位置テーブル、三角網テーブル、地震記録テーブル、閾値テーブルを備えている。
【００５２】
観測点位置取得部１０２は、広域（例えば日本全国）の地表上に設置された複数の観測点の位置情報である衛星測位記録を取得する。位置情報は、緯度、経度、および標高の３軸によって表現される。観測点のデータとしては、例えば政府が全国に設置している観測点（電子基準点）について国土地理院あるいは日本測量境界が頒布しているデータを好適に利用することができる。この観測点の位置データは基本的に一日ごとに提供されているため、観測点位置取得部１０２は観測点位置テーブルを最も高い頻度であれば一日に一度定期更新することができる。観測点テーブルには日ごとにその位置が記録されており、過去に遡って位置を取得できるようにデータが蓄積されている。
【００５３】
地震観測記録取得部１０４は、観測点と同等の広域範囲において発生した地震について、日付と、震源地（緯度、経度、深さ）、マグニチュードを取得し、地震記録テーブルに記録する。地震観測記録としては、例えば気象庁が頒布しているデータを好適に利用することができる。地震観測記録は地震が発生したときに提供されているため、地震観測記録取得部１０４は地震記録テーブルを逐次更新する。
【００５４】
選択部１０６は前述の選択工程Ｓ１に基づいて動作し、任意の三つの観測点から構成される三角網６（図５参照）について、頻繁に監視すべき監視用三角網６を選択する。三角網テーブルには、各三角点を構成する３つの観測点、および監視用三角網であるか否かを示す監視フラグが格納されている。なお三角網はメッシュ状ではなく、全国の任意の３点の観測点からなり、互いに領域が重複する場合もあり、また大きさも形も様々なものとなる。
【００５５】
選択部１０６の動作の概略を説明すると、選択部１０６は、三角網テーブルを参照して各三角網を構成する３つの観測点を取得し、観測点位置テーブルを取得して各観測点の位置を取得し、各三角網の面積変動率を算出し、閾値テーブルから変動率の閾値である第一の閾値を取得して、変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出する。次に地震記録テーブルから過去の地震観測記録を参照して、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数を地震発生回数として算出する。そして、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、閾値テーブルに格納された第二の閾値を超過する三角網を、監視用三角網として選択する。すなわち、三角網を構成するいずれかの観測点が地震による影響を受けていれば、その三角網を監視用三角網６として選択する。
ここで第一の閾値および第二の閾値は、前述のように静的閾値や動的閾値として設定することができる。また図７に示すように、段階的に複数の値を設定しておくことが可能である。前述の選択工程Ｓ１で例示している閾値は１つ（１段階）のみであるが、複数の値を準備しておくことにより、迅速に切り替えて処理を行ったり、レベルごとに地震予知を併記することができる。
【００５６】
監視部１１０は前述の監視工程Ｓ２に基づいて動作し、選択部１０６が選択した監視用三角網６について、頻繁に面積変動率Ｒを算出し、地震の発生の予知を行う。算出した結果（予知の結果）は、出力部１１２から出力する。
【００５７】
監視部１１０について概略を説明すれば、三角網テーブルを参照して監視用三角網を構成する３つの観測点を取得し、観測点位置テーブルを取得して各観測点の位置を取得し、各三角網の面積変動率を算出し、閾値テーブルから面積変動率の閾値である第一の閾値を取得して、面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出する。そして、全ての監視用三角網の閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、閾値超過総回数が増加した時期から一定期間内に一定規模以上の地震が発生すると予知する。
【００５８】
出力部１１２はシステムで処理した情報を外部に伝達する手段であって、例えばモニタによる画面表示、プリンタによる印刷、ネットワークを通じたデータの転送、ウェブサイトを用いたデータの提供などを含む。
更新判定部１０８は前述の更新判定工程Ｓ３に基づいて動作し、現在の監視用三角網６が過不足ないかどうかを判定する。概略を説明すれば、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網６の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値を下回る場合には、選択部１０６を用いて再度選択工程を行うと判定する。
【実施例】
【００５９】
［選択工程の実施例］
全国約1200地点の中について、観測点抽出工程を行い、108地点の観測点を抽出した。抽出した観測点で構成される三角網は計204,156個となった。
既往の被災実績から設備被害をもたらす可能性の高い地震はマグニチュード６以上の規模の地震だと考えられる。そこで、GPSによる観測が開始された2000年1月1日から2007年9月30日までの期間に、日本近傍で発生したマグニチュード６以上の地震（162地震）を予知検討対象とした。
【００６０】
衛星測位記録について処理を行った後、三角網の面積変動率を１日間隔で計算し、動的閾値により第一の閾値を設定した。表２に、移動標準偏差評価期間を１ヶ月とした場合の動的閾値の超過数および超過率を示す。超過率は「閾値超過回数／年間日数／三角網数」として計算した。動的閾値を移動標準偏差σの３倍（３σ）とした場合には、閾値超過回数が膨大となるが、一方、５倍（５σ）、７倍（７σ）とした場合には閾値超過回数は大きく変化しなかったため、実用的な見地から、動的閾値を移動標準偏差σの５倍（５σ）と設定した。
【００６１】
【表２】
【００６２】
全三角網について、一定距離Ｘ＝100km、かつ一定期間Ｔ＝1ヶ月の条件で地震相関度による評価を行った。全三角網204,156個のうち、地震相関度が1/3を超える三角網は6,590個（全体の3%）であったため、これが実用的なレベルと判断して、第二の閾値を1/3と設定し、監視用三角網を選択した。
【００６３】
監視用三角網と全ての三角網について、三角網の面積の頻度、割合を整理した結果を表３に示す。これより、監視用三角網と全ての三角網の面積分布割合はほとんど変化がないことが分かる。面積の大きな三角網は大局的な地殻変動を、面積の小さい三角網は局所的な地殻変動を捉えることができ、面積の大小にかかわらず、地震予知に適した三角網を選択できたものと考えられる。
【００６４】
【表３】
【００６５】
［個別地震に対する地震予知精度の検証］
2003年5月26日に発生した三陸南地震（マグニチュード7.1、震源深さ72.0km)を対象として、監視用三角網について地震発生前から監視工程を行っていたと仮定し、地震予知精度を検証した。
【００６６】
図８に、三陸南地震の発生６０日前から地震発生日（図中矢印参照）まで、閾値超過総回数の経時変化を整理した結果に示す。閾値超過総回数は１日ごとに整理した。
地震発生の29日前、23日前、15日前、13日前、12日前、1日前の閾値超過総回数が多くなっており、特に23日前は2000回近くの回数となっている。約１ヶ月前から地震の前兆を観測できていると考えられる。
【００６７】
図９に、地震発生の29日前（2003年4月27日）に面積変動率が第一の閾値を超過した監視用三角網の分布図を示す。震源（図中の×印）近傍の観測点を頂点とする三角網がほとんどを占めており、観測点位置と震源域との間に関連があると考えられる。
【００６８】
図１０に、三陸南地震の発生１ヶ月前から発生日前日までの観測点閾値超過総回数の分布図（バブルチャート）を示す。同図右下の凡例は、バブルの大きさと観測点閾値超過総回数の対応を表している。震源（図中×印）近傍の観測点の観測点閾値超過総回数が突出して多くなっており、観測点の位置から震源域の予知が可能であることを示している。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６９】
１ 地心座標系
２ 地球重心
３ 地心座標系軸
４ 赤道
５ 観測点（電子基準点）
６ 三角網，監視用三角網
７ 投影三角形
８ 三角網の重心点
９ａ 静止しているプレート
９ｂ 移動しているプレート
１０ プレート境界
１００ 地震予知システム
１０２ 観測点位置取得部
１０４ 地震観測記録取得部
１０６ 選択部
１０８ 更新部
１１０ 監視部
１１２ 出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は衛星測位記録を用いた地震の予知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震予知は、精密基準点測量による基準点における水平方向変動量、精密水準測量による水準点の標高変動量を解析して行われてきたが、観測地点が互いに異なること、観測年月日が地区毎に異なるなどの理由で、迅速且つ正確に地震予知を行うことが困難であった。時間分解能の高い災害時期の予知と、正確な被害地域の予知を可能にする地震予知の方法が強く望まれていた。
そこで、特許文献１では、全国に配置された観測点における三次元座標の観測を、人工衛星を利用したＧＰＳ観測システムにより連続的または定期的に実行し、任意の観測点の組み合わせで作られる三角網について、三次元座標系の３つの投影面に投影した三角形の所定期間内の面積変動率を用いることで、地震予知が可能になることが報告されている。
引用文献１の方法によれば、震源域や被害地域の面的な予測を、短時間かつ高い精度で行うことがでる。さらに、観測点から構成される三角網の面積変動率を用いるため、不動点を推定して選択する必要がなく、衛星測定記録の誤差、ノイズにも影響を受けにくい特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＧＰＳの観測点（電子基準点と呼ばれることもある）は、日本全国に約1200箇所あり、それらの三点から構成される三角網は１７億通りを超える膨大な数となり、その全てにおいて面積変動率を計算するのは実用的でなく、日常監視には適さないといった問題点があった。
一方、安易に監視対象の三角網を絞り込むと、地震発生時期や震源域の予知の精度が低下するといった問題点もあった。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
我が国では、過去の地震観測記録の分析から、地震多発地帯がある程度特定されている。そこで、発明者らは過去に発生した地震との相関度の高い三角網をあらかじめ特定できるとの前提に立ち、過去の地震観測記録について鋭意検討を行った結果、発明者が提案する地震相関度を用いれば効率的に日常監視に適した監視用三角網を選択でき、前述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明に係わる地震予知方法は、地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、前記監視用三角網の変動から地震の発生を予知する監視工程とからなる地震予知方法について、前記選択工程は、過去の衛星測位記録に基づいて求められた所定期間内の三角網の面積変動率が、第一の閾値を超過した回数である閾値超過回数を算出すると共に、過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする。
【０００８】
また、前記監視工程は、衛星測位記録に基づいて、前記監視用三角網の前記閾値超過回数を算出し、全ての監視用三角網における前記閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、前記閾値超過総回数が増加した時期から前記一定期間内に前記一定規模以上の地震が発生すると予知してもよい。
【０００９】
また、前記監視工程は、前記観測点のそれぞれについて、該観測点が属する前記監視用三角網の閾値超過回数を積算して観測点閾値超過総回数として設定し、全ての観測点について前記観測点閾値超過回数の総計である観測点閾値超過総回数を算出し、前記観測点閾値超過総回数が多い観測点の位置から前記一定距離内で前記一定規模以上の地震が発生すると予知してもよい。
【００１０】
また、前記監視工程と共に、定期的に地震観測記録を更新して、更新された地震観測記録に基づいて求められた監視用三角網の地震相関度が前記第二の閾値を下回る場合には、再度前記選択工程を行うと判定する更新判定工程を行ってもよい。
【００１１】
また、前記面積変動率は、前記三角網を構成する三点の位置に関する衛星測位記録を、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸を有する地心座標系に基づく三次元座標系で表現し、前記三次元座標系のそれぞれ二軸から構成されるＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面への前記三点の投影点により構成されるそれぞれの投影三角形の面積変動率から算出してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される任意の三角網について、過去に発生した地震との相関度の高い監視用三角網へと監視対象を絞込むことで、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態における地震予知フロー図である。
【図２】本発明の第二の実施形態における地震予知フロー図である。
【図３】地心座標系の説明図である。
【図４】地心座標系での投影三角網の面積の概念図である。
【図５】地震相関度の算定方法の説明図である。
【図６】プレート境界と三角網を構成する観測点位置の説明図である。
【図７】本発明に係る地震予知システムの概略構成を説明する図である。
【図８】三陸南地震の発生60日前から発生日までの閾値超過総回数の経時変化を示す図である。
【図９】三陸南地震の発生29日前に面積変動率が第一の閾値を超過した監視用三角網の分布図である。
【図１０】三陸南地震の発生１ヶ月前から発生日前日までの観測点閾値超過総回数の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明の技術的範囲は本実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
［第一の実施形態］
図１は本発明の第一の実施形態における地震予知フロー図を示す。本フローは、大きく分けて、監視用三角網６をあらかじめ選択する選択工程Ｓ１と監視用三角網６の変動から地震発生を予知する監視工程Ｓ２の２つに分けることができる。以下、それぞれに分けて説明する。
【００１６】
［選択工程Ｓ１］
まず、ステップＳ１１において三角網の面積変動率Ｒの算出を行う。地表上の複数の観測点５における任意の三点から三角網６を構成し（図４参照）、過去の衛星測位記録に基づき、その三角網６の所定期間Δｔ内の面積の変動率から面積変動率Ｒを算出する。
時刻ｔにおける三角網の面積をＳ（ｔ）とし、所定期間Δｔ経過後の三角網の面積をＳ（ｔ＋Δｔ）とする。時刻ｔ＋Δｔにおける三角網の面積変動率Ｒ（ｔ＋Δｔ）は式１から算出される。
【００１７】
【数１】
----- （式１）
【００１８】
所定期間Δｔは任意に設定することができる。便宜上、１年、１ヶ月、１日の中から設定されるが、このうち１日を設定するのが最も好ましい。この期間を短く設定する方が後述する日常監視に適しており、さらに地震予知の精度が向上するためである。
【００１９】
過去の衛星測位記録とは、ＧＰＳによる観測が開始された2000年1月1日から任意の期間の衛星測位記録を指す。この期間は長い方が好ましく、選択工程を行う直前までの期間から選定されるのが最も好ましい。
【００２０】
なお、三角網の面積変動率Ｒは、図３に記載の地球重心２を原点にした地心座標系１を基準に、図４に示すように三点の観測点（Ａ，Ｂ，Ｃ）から構成される三角網６のＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面に投影されたそれぞれの投影三角形７の面積（Ｓｘｙ、Ｓｘｚ、Ｓｙｚ）の所定期間Δｔ内の変動率から算出してもよい。なお、３つの投影三角形７のうち、少なくとも１つの面積変動率Ｒが後述する第一の閾値Ｖ１を超過した場合に、三角網６として閾値を超過したと判断する。
投影三角形７を用いて面積変動率Ｒを算出することで、地心座標系１のＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面での面積変動を等しい重み付けで評価することができ、面積変動の検知精度を向上することができる。
【００２１】
次にステップＳ１２において、第一の閾値Ｖ１の設定を行う。第一の閾値Ｖ１とは、Ｓ１１で算出された面積変動率Ｒについて、定常的な変動と地震発生に関連すると思われる特異な変動を区分するための閾値である。第一の閾値Ｖ１は静的閾値もしくは動的閾値を用いることができる。
【００２２】
静的閾値は、過去の衛星測位記録や解析結果から一律の定数として閾値を設定するものであり、例えば、面積変動率Ｒが20ppmを超えると危険と判断する方法がある。
【００２３】
動的閾値は、面積変動率Ｒの一定評価期間毎の移動標準偏差σに基づき閾値を逐次変化させながら設定するものである。評価期間は、１ヶ月から１年の範囲で設定することができ、好ましくは１ヶ月から３ヶ月であり、より好ましくは１ヶ月である。１ヶ月から３ヶ月の範囲では評価期間を変化させても閾値に大きな変化がないことが分かっており、計算の簡便性の点から評価期間は１ヶ月を選択するのが実用的である。また、第一の閾値Ｖ１は移動標準偏差σの３倍から７倍と設定するのが好ましい。移動標準偏差σの倍数を低く設定しすぎると面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過する回数が過多となり、高く設定しすぎると同じく超過する回数が過少となり、両者とも地震予知のための実用的かつ十分なデータを得ることができない。
【００２４】
なお、重要設備等に近接する地点に対して、当該地点の特性を考慮した地域固有の閾値を設定して、地震予知の精度を向上させることも可能である。特に、発電所などの重要設備周辺の局地的な地震予測などに有効な手法となる。
【００２５】
次に、ステップＳ１３において、三角網の閾値超過回数Ｎｂを算出する。閾値超過回数Ｎｂとは、過去の衛星測位記録に基づき算出された三角網の面積変動率Ｒが、第一の閾値Ｖ１を超過した回数である。
【００２６】
次に、ステップＳ１４において地震発生回数Ｎｅを算出する。地震発生回数Ｎｅは、「三角網の面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過してから一定期間Ｔ内」に、過去の地震観測記録に基づき、「三角網を構成するいずれかの観測点（Ａ，Ｂ，Ｃ）から震源まで一定距離Ｘ内」で「マグニチュードＭ以上の地震」が発生した回数を指す。
【００２７】
さらに、ステップＳ１５において、三角網の地震相関度Ｎｒを算出する。地震相関度Ｎｒは、地震発生回数Ｎｅと閾値超過回数Ｎｂとの比として式２より算出される。
【００２８】
（数２）
地震相関度Ｎｒ＝地震発生回数Ｎｅ／閾値超過回数Ｎｂ ------ （式２）
図５を用いて、地震相関度Ｎｒの具体的な算出方法を説明する。図５ａは、三角網の面積変動率Ｒの経時変化を表す概要図である。図５ｂは、三角網６と地震の震源域との関係を表す概要図である。図中のV１は第一の閾値を表し、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３はそれぞれ１回目、２回目、３回目に面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過した時期を表している。また、ｍ１，ｍ２は、それぞれＥ１，Ｅ２から一定期間Ｔ内に発生したマグニチュードＭ以上の地震を表している。さらに、ｍ１、ｍ２の震源は、それぞれ観測点Ａ、Ｃから一定距離Ｘ内にある。
この場合、閾値超過回数Ｎｂは３回と算出される。また、面積変動率Ｒが第一の閾値Ｖ１を超過した時から一定期間Ｔ内に、観測点５のいずれかから一定距離Ｘ内でマグニチュードＭ以上の地震が発生した回数は２回となり、これより地震発生回数Ｎｅは２回と算出される。よって、地震相関度Ｎｒは、２／３（＝地震発生回数Ｎｅ：２回／閾値超過回数Ｎｂ：３回）と算出される。
【００２９】
本発明は、一定期間Ｔ、一定距離Ｘ，地震規模を示すマグニチュードＭを調整することで、予知検討対象の地震を個々のニーズに応じて任意に選択できる点に特徴がある。
一定期間Ｔは任意の期間を設定することができるが、長すぎる期間を設定すると面積変動と無関係の地震を予知検討対象として選定することになり、好ましくない。地震の前兆と思われる面積変動が現れ始める時から地震発生までの期間に基づき設定するのが妥当であり、一般にこの期間Ｔは１ヶ月（約３０日）とするのが実現象に即している。
一定距離Ｘも任意の距離を設定することができるが、長すぎる距離を設定すると、距離減衰により影響をほとんど受けない地震について予知検討対象とすることになり、好ましくない。この距離Ｘは、地震の影響を受ける範囲に基づき設定するのが妥当であり、一般に100kmとするのが実現象に即している。
マグニチュードＭも、任意に設定することができるが、距離Ｘと同様に小さすぎる規模の地震を対象とするのは好ましくない。一般に、マグニチュード５以上の地震が対象とされるが、実用的な面からはマグニチュード６以上の地震を対象とするのが好ましい。
【００３０】
本発明は、震源までの距離を起算する位置として、三角網の重心位置８ではなく、三角網を構成するいずれかの観測点５の位置を採用している点にも特徴がある。
この理由を図６により説明する。この図は、プレート境界１０を隔てて、三角網６が形成されており、静置しているプレート９ａ上にある２点の観測点（Ｂ，Ｃ）と、同図中矢印方向に移動しているプレート９ｂ上にある１点の観測点Ａから構成される三角網６を示している。この場合、プレート境界１０近傍で発生した地震ｍ１は、観測点Ａ近傍の地殻変動に起因していると考えるのが最も現実的である。三角網の重心位置８では、必ずしも地殻変動しているとは限らず、地震の発生と関係付けるのは適切ではない。特に、三角網６の面積が大きくなり、観測点間の離隔距離が大きくなると、この影響はより顕著になる。よって、実際に地殻変動が観測される各観測点５を基準に検討対象地震を選定したものである。
【００３１】
次にステップＳ１６において第二の閾値Ｖ２を設定する。第二の閾値Ｖ２とは、監視用三角網６に適した三角網を選択するために地震相関度Ｎｒに対して設定される閾値である。
第二の閾値Ｖ２は任意の値を設定することができるが、１／３から２／３の範囲とするのが好ましく、１／３から１／２の範囲とするのがより好ましい。特に、１／３と設定することで、地震予知精度と実用性のバランスが最もとれた監視用三角網６を選択できる。
【００３２】
選択工程の最後に、ステップＳ１７において、三角網の地震相関度Ｎｒが第二の閾値Ｖ２を超過する三角網を監視用三角網６として選択する。
【００３３】
［監視工程Ｓ２］
まず、ステップＳ２１において、監視用三角網６の情報を取得する。
【００３４】
次に、ステップＳ２２において、監視用三角網の面積変動率Ｒの算出を行う。日々更新される衛星測位記録に基づき、監視用三角網の面積変動率Ｒを算出し、その結果をリアルタイムまたは定期的に監視する。
定期的に監視する場合、その間隔は１ヶ月以下とするのが好ましい。多くの既往地震について地震発生の約１ヶ月前から地震発生の前兆と見られる変化が検出されているためである。地震発生に近づくほど地震発生の前兆を検出しやすいことから、定期的に監視する間隔は短い方が好ましく、１日間隔とするのが最も好ましい。
【００３５】
なお、選択工程１において選択された全ての監視用三角網６を同じ頻度で監視することもできるが、一部の監視用三角網６を重点的に高頻度で監視することもできる。後者の場合、選択工程Ｓ１において三角網の地震相関度の高さや三角網と重要設備等の近接度を考慮して、重点監視する監視用三角網６を絞り込むことができる。
【００３６】
次に、ステップＳ２３において、監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を算出する。閾値超過回数Ｎｂ’は、ステップＳ１３の閾値超過回数Ｎｂと同様の方法を用いて算出し、その際用いる第一の閾値Ｖ１も、ステップＳ１２と同様の方法を用いて設定する。選択工程Ｓ１と同様の方法を用いることで、選択工程Ｓ１での選択の基準となった地震と同様の地震を、監視工程Ｓ２において予知対象とすることができる。なお、閾値超過回数Ｎｂは、それぞれの監視用三角網における閾値超過回数の「のべ回数」として求める。
【００３７】
また、ステップＳ２３では、監視用三角網の閾値超過総回数Ｎｓｂ’も算出する。閾値超過総回数Ｎｓｂ’とは、全ての監視用三角網における閾値超過回数Ｎｂ’の総計である。
【００３８】
次に、ステップＳ２４において地震発生時期予知を実施する。閾値超過総回数Ｎｓｂ’の経時変化を監視し、閾値超過総回数Ｎｓｂ’が一定数以上増加した時には、その時から一定期間Ｔ内にマグニチュードＭ以上の地震が発生すると予知できる。
【００３９】
ステップＳ２４で地震の発生が予知された場合には、ステップＳ２５、２６により震源域の予知を実施する。
【００４０】
ステップＳ２５では、まず、観測点５のそれぞれについて、この観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を積算して観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”を設定する。
【００４１】
表１を用いて、この観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”の算出方法を具体的に説明する。表１では、６つの観測点（ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２）と、これらの観測点から構成される８つの監視用三角網（Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８）を対象としている。監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を括弧内に表記し、それぞれの監視用三角網を構成する観測点の欄に前述の閾値超過回数Ｎｂ’を記載した。例えば、監視用三角網Ｄ１の閾値超過回数Ｎｂ’は３回であり、監視用三角網Ｄ１を構成する観測点ａ１，ｂ１，ｃ１の欄にも３回と記載した。
この作業を全ての監視用三角網について行い、それぞれの観測点が属する監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を積算して観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”を求める。例えば、観測点ａ１については、観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”は１５回（＝３＋４＋３＋５）となる。
【００４２】
次にステップＳ２６において、震源域の予知を実施する。震源域の予知は、観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”が多い観測点の位置から一定距離Ｘ内でマグニチュードＭ以上の地震が発生すると予知することで行う。例えば、表１においては観測点ａ１の観測点閾値超過総回数Ｎｓｂ”が最も多くなっており、この観測点ａ１の位置を基準として震源を予知することができる。
【００４３】
【表１】
【００４４】
上記説明した如く、膨大な数の三角網の中から過去に発生した地震との相関度の高い監視用三角網へと監視対象を絞込むことで処理負荷を軽減し、地震予知精度を維持しながら、日常監視に適した実用性の高い地震予知方法を提供することができる。
【００４５】
［第二の実施形態］
図２に本発明の第二の実施形態における地震予知フロー図を示す。図２ａは、選択工程Ｓ１に関するフロー図であり、図２ｂは、監視工程Ｓ２に関するフロー図である。これら、第一の実施形態に係わるフローとともに、第二の実施形態においては、図２ｃに示す通り更新判定工程Ｓ３を並行して行うことに特徴がある。
【００４６】
更新判定工程Ｓ３では、最新の地震観測記録に基づき、監視用三角網の閾値超過回数Ｎｂ’を算出するとともに（Ｓ３１）、地震発生回数Ｎｅ’を算出し（Ｓ３２）、地震相関度Ｎｒ’を算出する（Ｓ３３）。その結果から、監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’が妥当な範囲かどうか判定する（Ｓ３４）。妥当と判定されれば、既選択の監視用三角網６に対する監視を継続し、これが妥当でないと判定されれば、地震予知に適した監視用三角網６を更新するため再度選択工程を行う（Ｓ１）。
【００４７】
監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’の妥当性判定（Ｓ３４）は、ステップＳ１６で設定された第二の閾値Ｖ２を用いて行うことができる。具体的には、更新された最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値Ｖ２を下回る場合には、再度選択工程を行うと判定することができる。
【００４８】
ステップＳ１７において地震相関度Ｎｒが第二の閾値Ｖ２を超過する三角網５のみ監視用三角網６として選択しており、本来ならば監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’を再度算出しても、全て第二の閾値Ｖ２を超過するものと考えられる。しかし、ＧＰＳによる観測が開始されたのは2000年1月1日であり、比較的日が浅いため、今後の地震観測記録の蓄積によって、監視用三角網の地震相関度Ｎｒ’が変化し、それに伴って最適な監視用三角網６も変化する可能性がある。よって、定期的に地震観測記録を更新し、最新の記録に基づいて監視用三角網６を更新していくことによって、地震予知精度を維持し、さらに向上することができる。
【００４９】
［第三の実施形態］
第三の実施形態では、選択工程Ｓ１の前に、地震予知の検討に適した観測点５を抽出する観測点抽出工程を行う。これは、監視用三角網６を選択する上で必須ではないが、三角網の検討対象とする観測点数をあらかじめ絞り込むことができるため、実施することが好ましい。
検討に使用する観測点５は日本全国に約1,200地点存在するが、観測点５の中には観測精度の点から、地震予知に適さない箇所も存在する。そのため、次のような基準により、検討地震予知に適した観測点５を抽出することが好ましい。
１）観測点同士の距離が十分であること（例えば数１０ｋｍ、数１００ｋｍ間隔）。
２）観測点の周囲にある障害物（樹木、建物、電波原）の影響等による電波受信障害がないこと。
３）観測点の設置時期が新しいこと。
４）設置条件（地殻変動、凍上現象、温度変化、気象条件等）によるノイズの影響がないこと。
抽出する観測点数は、観測点５から形成される三角網６の数やコンピュータの処理能力を考慮して設定されるが、約100地点とするのが通常である。
【００５０】
さらに、抽出された観測点５の衛星測位記録について不良データを除去する衛星測位記録処理工程も行う。この工程も監視用三角網６を選択する上で必須ではないが、不良データが存在すると面積変動率Ｒの計算結果に誤差が生じるため、実施するのが好ましい。
衛星測位記録処理で除去される不良データとしては、欠測データおよび異常データの２種類がある。
欠測データとは、ＧＰＳ観測機器の故障や電子基準点の保守・整備などにより、衛星測位記録上、欠測したデータのことを指す。具体的には、各観測点の記録を確認し、欠測が生じた期間（欠測期間）を抽出し、三角網の面積変動率の算出Ｓ１１以降において欠測期間のデータを検討対象から除外することで対応する。
異常データとは、観測点５の記録が定常変動を超えて変動したデータを指す。例えば、国土地理院等が電子基準点の標高を変更する場合があり、このような時には標高データが変更分だけスライドすることになる。その際は、異常変動した時から前後一定期間内のデータを検討対象から除去することで対応する。
【００５１】
［地震予知システムによる実施形態］
図７は本発明に係る地震予知システムの概略構成を説明する図である。地震予知システム１００は、観測点位置取得部１０２、地震観測記録取得部１０４、選択部１０６、更新部１０８、監視部１１０、出力部１１２、および観測点位置テーブル、三角網テーブル、地震記録テーブル、閾値テーブルを備えている。
【００５２】
観測点位置取得部１０２は、広域（例えば日本全国）の地表上に設置された複数の観測点の位置情報である衛星測位記録を取得する。位置情報は、緯度、経度、および標高の３軸によって表現される。観測点のデータとしては、例えば政府が全国に設置している観測点（電子基準点）について国土地理院あるいは日本測量境界が頒布しているデータを好適に利用することができる。この観測点の位置データは基本的に一日ごとに提供されているため、観測点位置取得部１０２は観測点位置テーブルを最も高い頻度であれば一日に一度定期更新することができる。観測点テーブルには日ごとにその位置が記録されており、過去に遡って位置を取得できるようにデータが蓄積されている。
【００５３】
地震観測記録取得部１０４は、観測点と同等の広域範囲において発生した地震について、日付と、震源地（緯度、経度、深さ）、マグニチュードを取得し、地震記録テーブルに記録する。地震観測記録としては、例えば気象庁が頒布しているデータを好適に利用することができる。地震観測記録は地震が発生したときに提供されているため、地震観測記録取得部１０４は地震記録テーブルを逐次更新する。
【００５４】
選択部１０６は前述の選択工程Ｓ１に基づいて動作し、任意の三つの観測点から構成される三角網６（図５参照）について、頻繁に監視すべき監視用三角網６を選択する。三角網テーブルには、各三角点を構成する３つの観測点、および監視用三角網であるか否かを示す監視フラグが格納されている。なお三角網はメッシュ状ではなく、全国の任意の３点の観測点からなり、互いに領域が重複する場合もあり、また大きさも形も様々なものとなる。
【００５５】
選択部１０６の動作の概略を説明すると、選択部１０６は、三角網テーブルを参照して各三角網を構成する３つの観測点を取得し、観測点位置テーブルを取得して各観測点の位置を取得し、各三角網の面積変動率を算出し、閾値テーブルから変動率の閾値である第一の閾値を取得して、変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出する。次に地震記録テーブルから過去の地震観測記録を参照して、三角網の面積変動率が第一の閾値を超過してから一定期間内に、三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数を地震発生回数として算出する。そして、地震発生回数と閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、閾値テーブルに格納された第二の閾値を超過する三角網を、監視用三角網として選択する。すなわち、三角網を構成するいずれかの観測点が地震による影響を受けていれば、その三角網を監視用三角網６として選択する。
ここで第一の閾値および第二の閾値は、前述のように静的閾値や動的閾値として設定することができる。また図７に示すように、段階的に複数の値を設定しておくことが可能である。前述の選択工程Ｓ１で例示している閾値は１つ（１段階）のみであるが、複数の値を準備しておくことにより、迅速に切り替えて処理を行ったり、レベルごとに地震予知を併記することができる。
【００５６】
監視部１１０は前述の監視工程Ｓ２に基づいて動作し、選択部１０６が選択した監視用三角網６について、頻繁に面積変動率Ｒを算出し、地震の発生の予知を行う。算出した結果（予知の結果）は、出力部１１２から出力する。
【００５７】
監視部１１０について概略を説明すれば、三角網テーブルを参照して監視用三角網を構成する３つの観測点を取得し、観測点位置テーブルを取得して各観測点の位置を取得し、各三角網の面積変動率を算出し、閾値テーブルから面積変動率の閾値である第一の閾値を取得して、面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出する。そして、全ての監視用三角網の閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、閾値超過総回数が増加した時期から一定期間内に一定規模以上の地震が発生すると予知する。
【００５８】
出力部１１２はシステムで処理した情報を外部に伝達する手段であって、例えばモニタによる画面表示、プリンタによる印刷、ネットワークを通じたデータの転送、ウェブサイトを用いたデータの提供などを含む。
更新判定部１０８は前述の更新判定工程Ｓ３に基づいて動作し、現在の監視用三角網６が過不足ないかどうかを判定する。概略を説明すれば、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網６の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が第二の閾値を下回る場合には、選択部１０６を用いて再度選択工程を行うと判定する。
【実施例】
【００５９】
［選択工程の実施例］
全国約1200地点の中について、観測点抽出工程を行い、108地点の観測点を抽出した。抽出した観測点で構成される三角網は計204,156個となった。
既往の被災実績から設備被害をもたらす可能性の高い地震はマグニチュード６以上の規模の地震だと考えられる。そこで、GPSによる観測が開始された2000年1月1日から2007年9月30日までの期間に、日本近傍で発生したマグニチュード６以上の地震（162地震）を予知検討対象とした。
【００６０】
衛星測位記録について処理を行った後、三角網の面積変動率を１日間隔で計算し、動的閾値により第一の閾値を設定した。表２に、移動標準偏差評価期間を１ヶ月とした場合の動的閾値の超過数および超過率を示す。超過率は「閾値超過回数／年間日数／三角網数」として計算した。動的閾値を移動標準偏差σの３倍（３σ）とした場合には、閾値超過回数が膨大となるが、一方、５倍（５σ）、７倍（７σ）とした場合には閾値超過回数は大きく変化しなかったため、実用的な見地から、動的閾値を移動標準偏差σの５倍（５σ）と設定した。
【００６１】
【表２】
【００６２】
全三角網について、一定距離Ｘ＝100km、かつ一定期間Ｔ＝1ヶ月の条件で地震相関度による評価を行った。全三角網204,156個のうち、地震相関度が1/3を超える三角網は6,590個（全体の3%）であったため、これが実用的なレベルと判断して、第二の閾値を1/3と設定し、監視用三角網を選択した。
【００６３】
監視用三角網と全ての三角網について、三角網の面積の頻度、割合を整理した結果を表３に示す。これより、監視用三角網と全ての三角網の面積分布割合はほとんど変化がないことが分かる。面積の大きな三角網は大局的な地殻変動を、面積の小さい三角網は局所的な地殻変動を捉えることができ、面積の大小にかかわらず、地震予知に適した三角網を選択できたものと考えられる。
【００６４】
【表３】
【００６５】
［個別地震に対する地震予知精度の検証］
2003年5月26日に発生した三陸南地震（マグニチュード7.1、震源深さ72.0km)を対象として、監視用三角網について地震発生前から監視工程を行っていたと仮定し、地震予知精度を検証した。
【００６６】
図８に、三陸南地震の発生６０日前から地震発生日（図中矢印参照）まで、閾値超過総回数の経時変化を整理した結果に示す。閾値超過総回数は１日ごとに整理した。
地震発生の29日前、23日前、15日前、13日前、12日前、1日前の閾値超過総回数が多くなっており、特に23日前は2000回近くの回数となっている。約１ヶ月前から地震の前兆を観測できていると考えられる。
【００６７】
図９に、地震発生の29日前（2003年4月27日）に面積変動率が第一の閾値を超過した監視用三角網の分布図を示す。震源（図中の×印）近傍の観測点を頂点とする三角網がほとんどを占めており、観測点位置と震源域との間に関連があると考えられる。
【００６８】
図１０に、三陸南地震の発生１ヶ月前から発生日前日までの観測点閾値超過総回数の分布図（バブルチャート）を示す。同図右下の凡例は、バブルの大きさと観測点閾値超過総回数の対応を表している。震源（図中×印）近傍の観測点の観測点閾値超過総回数が突出して多くなっており、観測点の位置から震源域の予知が可能であることを示している。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６９】
１ 地心座標系
２ 地球重心
３ 地心座標系軸
４ 赤道
５ 観測点（電子基準点）
６ 三角網，監視用三角網
７ 投影三角形
８ 三角網の重心点
９ａ 静止しているプレート
９ｂ 移動しているプレート
１０ プレート境界
１００ 地震予知システム
１０２ 観測点位置取得部
１０４ 地震観測記録取得部
１０６ 選択部
１０８ 更新部
１１０ 監視部
１１２ 出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、前記監視用三角網の面積変動率から地震の発生を予知する監視工程とからなる地震予知方法について、
前記選択工程は、
任意の三点から構成される三角網について、過去の衛星測位記録に基づいて求められた各三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出すると共に、
過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、
前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする地震予知方法。
【請求項２】
前記監視工程は、
衛星測位記録に基づいて、前記監視用三角網について前記閾値超過回数を算出し、
全ての監視用三角網における前記閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、
前記閾値超過総回数が増加した時期から前記一定期間内に前記一定規模以上の地震が発生すると予知することを特徴とする請求項１に記載の地震予知方法。
【請求項３】
前記監視工程は、
前記観測点のそれぞれについて、該観測点が属する前記監視用三角網の閾値超過回数を積算して観測点閾値超過総回数として設定し、
前記観測点閾値超過総回数が多い観測点の位置から前記一定距離内で前記一定規模以上の地震が発生すると予知することを特徴とする請求項２に記載の地震予知方法。
【請求項４】
前記監視工程と共に、
定期的に、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が前記第二の閾値を下回る場合には、再度前記選択工程を行うと判定する更新判定工程を行うことを特徴とする請求項１から３に記載の地震予知方法。
【請求項５】
前記面積変動率は、前記三角網を構成する三点の位置に関する衛星測位記録を、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸を有する地心座標系に基づく三次元座標系で表現し、前記三次元座標系のそれぞれ二軸から構成されるＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面への前記三点の投影点により構成されるそれぞれの投影三角形の面積変動率から算出することを特徴とする請求項１から４に記載の地震予知方法。
【請求項６】
地表上の複数の観測点の位置を取得する観測点位置取得部と、
過去の地震観測記録を取得する地震観測記録取得部と、
前記複数の観測点から構成される任意の三点から構成される三角網から監視用三角網を選択する選択部と、
前記監視用三角網の面積変動率から地震の発生を予知する監視部とを備え、
前記選択部は、
任意の三点から構成される三角網について、過去の衛星測位記録に基づいて求められた各三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出すると共に、
過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、
前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする地震予知システム。
【請求項１】
地表上の複数の観測点における任意の三点から構成される三角網について、監視用三角網をあらかじめ選択する選択工程と、前記監視用三角網の面積変動率から地震の発生を予知する監視工程とからなる地震予知方法について、
前記選択工程は、
任意の三点から構成される三角網について、過去の衛星測位記録に基づいて求められた各三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出すると共に、
過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、
前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする地震予知方法。
【請求項２】
前記監視工程は、
衛星測位記録に基づいて、前記監視用三角網について前記閾値超過回数を算出し、
全ての監視用三角網における前記閾値超過回数の総計である閾値超過総回数を算出し、
前記閾値超過総回数が増加した時期から前記一定期間内に前記一定規模以上の地震が発生すると予知することを特徴とする請求項１に記載の地震予知方法。
【請求項３】
前記監視工程は、
前記観測点のそれぞれについて、該観測点が属する前記監視用三角網の閾値超過回数を積算して観測点閾値超過総回数として設定し、
前記観測点閾値超過総回数が多い観測点の位置から前記一定距離内で前記一定規模以上の地震が発生すると予知することを特徴とする請求項２に記載の地震予知方法。
【請求項４】
前記監視工程と共に、
定期的に、最新の地震観測記録に基づいて監視用三角網の地震相関度を求め、一定割合以上の監視用三角網について地震相関度が前記第二の閾値を下回る場合には、再度前記選択工程を行うと判定する更新判定工程を行うことを特徴とする請求項１から３に記載の地震予知方法。
【請求項５】
前記面積変動率は、前記三角網を構成する三点の位置に関する衛星測位記録を、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸を有する地心座標系に基づく三次元座標系で表現し、前記三次元座標系のそれぞれ二軸から構成されるＸＹ，ＸＺ，ＹＺ平面への前記三点の投影点により構成されるそれぞれの投影三角形の面積変動率から算出することを特徴とする請求項１から４に記載の地震予知方法。
【請求項６】
地表上の複数の観測点の位置を取得する観測点位置取得部と、
過去の地震観測記録を取得する地震観測記録取得部と、
前記複数の観測点から構成される任意の三点から構成される三角網から監視用三角網を選択する選択部と、
前記監視用三角網の面積変動率から地震の発生を予知する監視部とを備え、
前記選択部は、
任意の三点から構成される三角網について、過去の衛星測位記録に基づいて求められた各三角網の面積変動率が第一の閾値を超過した回数を閾値超過回数として算出すると共に、
過去の地震観測記録に基づいて、前記三角網の面積変動率が前記第一の閾値を超過してから一定期間内に、前記三角網を構成するいずれかの観測点から一定距離内で一定規模以上の地震が発生した回数である地震発生回数を算出し、
前記地震発生回数と前記閾値超過回数との比から求められた三角網の地震相関度が、第二の閾値を超過する三角網を前記監視用三角網として選択することを特徴とする地震予知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２０３９１４（Ｐ２０１０−２０３９１４Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９６８３（Ｐ２００９−４９６８３）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００２２１５４６）東電設計株式会社 (44)
【出願人】（５９６１６３０１３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００２２１５４６）東電設計株式会社 (44)
【出願人】（５９６１６３０１３）
【Ｆターム（参考）】
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