リアルタイム震度について
㈱シグネット
山口 耕作
電話：03-5919-0763 Fax：03-3359-7987
Eﾒｰﾙ：mail @ cygnet.co.jp
URL：http://www.cygnet.co.jp
講演の内容
• 震度の基礎知識
• リアルタイム地震の求め方
• 緊急地震速報とリアルタイム震度の比較
• ＩＰＦ法とＰＬＵＭ法
（気象庁の緊急地震速報改善策）
• 日本の被害地震
• リアルタイム震度の応用例
• 緊急地震速報に関する提案
震度の基礎知識
地震のﾏｸﾞﾆﾁｭｰﾄﾞ（Ｍ）と震度⇒電球のﾜｯﾄ数と照度
ﾏｸﾞﾆﾁｭｰﾄﾞ（Ｍ）
Ｍ：電球のワット数に相当
震度：電球で照らされた場所の照度に相当
・豆電球でも近くを照らせば非常に明るい
・Ｍの小さな地震も、近くで起これば震度は高く、
激しく揺れて、被害も起こる
・大きなワット数の電球も、遠く離れれば明るく照らせない
・Ｍの大きな地震も、遠く離れれば震度は低く、
殆ど揺れを感じず、被害も起きにくい
防災科研ＨＰより
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2
世界の「震度階級」
• 気象庁震度階級（日本）
1884(M17)年成立、1996年に計測震度計による
機械観測に改訂、2008年に解説表改訂（10段階）
機械観測を正式に採用しているのは日本だけ
• 改正メルカリ震度階級（アメリカ、韓国等）
1902年成立、修正が重ねられ今に至る（12段階）
• ヨーロッパ震度階級（ヨーロッパ各国）
1988年成立、1998年修正（12段階）
• 地震烈度（中華人民共和国）
1980年成立、1999年改正（12段階）
• 各「震度階級」間の数式等を用いた換算は不可
日本の震度観測
•
1884（M17）年より「震度階級表」に基づき、体感お
よび周囲の状況から震度を推定
•
1996 (H8)年10月1日以降、気象庁は計測震度計
による震度の機械観測を開始
• 震度の初機械観測
1995(H7)年1月17日、神戸海洋気象台に設置され
た計測震度計の試作機が兵庫県南部地震を初観
測、通信途絶で観測情報は気象庁に届かず
• 現在、気象庁が発表する震度は、気象庁、地方公
共団体及び（独）防災科学技術研究所が全国各地
に設置した震度計の観測結果による
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震度と加速度および周期の関係
３軸加速度
センサ
ＦＦＴ
フィルタ
ベクトル
合成
演算震度
I = 2 log a + 0.94
ｿｰﾃｨﾝｸﾞ
処理
計測震度
「計測震度計」の系統図
処理の流れ
・３軸加速度センサーで地震動を観測し、 １００ＨｚでＡＤ変換する
・地震検知後１分間の３軸加速度波形をＦＦＴフィルターに通し、ベクトル合
成する
・１分間のデータをソーティング、上位３０番目を抽出して震度に変換する
・地震が１分以上継続するときは１分毎に区切って処理し、全体の最大値を
その地震の計測震度とする
・１分間に複数の地震が発生した場合は、１つの地震として処理する
ＡＤ
コンバータ
100Hzｻﾝﾌﾟﾙ
最大値ﾞ
処理
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6
ＦＦＴフィルターの周波数特性
気象庁 HP
兵庫県南部地震のリアルタイム震度
• 地震波の到達から終息までの地震動の強度を、計測震度と
同一尺度で連続的に計測したものが｢ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度｣
• ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度は
P波到達と共に上昇し、地震終息後は再び
ﾉｲｽﾞﾚﾍﾞﾙに戻る
• ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度の最大値は計測震度と一致する
神戸中央区中山手（旧海台）で観測
5:46:50
加速度
ga
l
ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度
時刻 sec
ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度
南北動成分加速度波形
東西動成分加速度波形
上下動成分加速度波形
最大値＝計測震度
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8
３軸加速度
センサ
実時間
フィルタ
注1
ベクトル
合成
演算震度
I = 2 log a + 0.94
ｿｰﾃｨﾝｸﾞ
処理
注2
リアルタイム震度
「リアルタイム震度計」の系統図
処理の流れ
・３軸加速度センサーで地震動を観測し、１００ＨｚでＡＤ変換する
・３軸加速度波形を実時間フィルター
注1
に通す
・フィルター処理後の３軸加速度波形をベクトル合成し、震度に換算する
・一定時間
注2
分の震度データを１０ｍｓ毎にソーティングし、上位３０番目の
震度を１０ｍｓ毎にリアルタイム震度として出力する
注1
：ＦＦＴフィルターと同一周波数特性のデジタルフィルター
注2
：気象庁/防災科研：６０秒、(株)シグネット：１秒
ＡＤ
コンバータ
100Hzｻﾝﾌﾟﾙ
0
50
100
150
-5
0
5
水色：
気象庁・防災科研のリアルタイム 震度
地震動減衰時の追従性が悪い
ソーティング時間でリアルタイム震度は異なる
秒
計測震度
赤色：
㈱シグネットのリアルタイム震度
地震動減衰時の追従性が良い
灰色：
ソーティング回路の入力波形
2003年宮城県沖地震 M7.1 深さ72km
観測点 KiK-net MYGH03（唐桑）
P
S
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計測震度
リアルタイム震度の最大値
(株)シグネットが気象庁に提供したリアルタイム震度計測方式の精度
ソーティング時間：６０秒
計測震度との比較①
-0.4-0.3-0.2-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4
0
0.05
0.1
0.15
0.2
標準偏差 ： 0.027
平均値 ： -0.0015
ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度max － 計測震度
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度max － 計測震度
計測震度との比較②
ソーティング時間：1秒
ﾘｱﾙﾀｲﾑ震度maxは計測震度より平均的に−0.16小さく、標準偏差も増加する
追従性を重視する防災用途に適す
相対頻度
平均値 ：
−0.16
標準偏差 ：
0.088
計測震度
計測震度相当値
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リアルタイム震度と緊急地震速報（ＥＥＷ）の比較
• ＥＥＷの評価は、一般ユーザーを対象としたアン
ケート調査によるものが主で、ＥＥＷの「精度・即
時性」を計測・評価したものは殆ど無い
• リアルタイム震度は刻々と変化する地震動の強さ
を連続的に計測できるので、地震観測点でＥＥＷ
を受信したものとすれば、ＥＥＷの予測震度と対
比して、ＥＥＷの「精度・即時性」を客観的に評価
できる
• この比較で、ＥＥＷの「精度・即時性」を評価し、
ＥＥＷの現状を明らかにする
リアルタイム震度とＥＥＷの比較方法
•
K-net、kik-netの観測点でＥＥＷを受信したものとして、
リアルタイム震度とＥＥＷの予測震度を比較し、強震域
（震度≧ ５弱）に於けるＥＥＷの有効性を検証する
• 伝送・処理遅延時間：考慮しない
• ＥＥＷ実用化後の全警報（
145回/7年1ヶ月）を対象
• 「警報」の判定
リアルタイム震度が4.5に達するまでに「警報」が
全点で出た：○ 、一部で出た：△、全点で出ない：×
• 「予報」の判定
リアルタイム震度が4.5に達するまでに「予報≧2.5 」が
全点で出た：○ 、一部で出た：△、全点で出ない：×
（ＥＥＷ受信機の閾値=4.5とすべきだが、殆どが閾値
=2.5で運用されているため、実情に合わせた）
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2014.11.22 22:06 長野県北部の地震に於けるＥＥＷの評価例（予△ 警△ ）
白馬 戸隠 大町中 信州新 大町 妙高高原 杭瀬下 糸魚川 生坂 長野 信濃 糸魚川 宇奈月 魚津 境 穂高 妙高 中野 魚津 上田予警
××
××
○○
予報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに予測震度≧2.5であれば○
警報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに警報（第2報）があれば○
○○
○○
2013.4.13 05:33 淡路島付近の地震に於けるＥＥＷの評価例（予△ 警△）
五色 洲本 三原 南淡 東浦 鳴門 和歌山 明石 和歌山 引田 泉南 内海 有田 徳島 田尻 内海 加古川 神戸 姫路 三木予警
××
××
○×
○×
○○
予報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに予測震度≧2.5であれば○
警報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに警報（第3報）があれば○
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2011.4.7 23:32 宮城県沖の地震に於けるＥＥＷの評価例（予○ 警○）
予報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに予測震度≧2.5であれば○
警報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに警報（第2報）があれば○
予警
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
○○
実用化後７年間で最良のＥＥＷ
2011.3.11 14:46 東北地方太平洋沖地震に於けるＥＥＷの評価例（予○ 警△）
石巻 釜石 仙台 いわき 福島 盛岡 白河 水戸 八戸 宇都宮 鹿沼 古河 久喜 千葉 東雲 横浜予警
○○
○○
○○
○○
予報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに予測震度≧2.5であれば○
警報：リアルタイム震度が4.5に達するまでに警報（第4報）があれば○
○○
○○
○×
○×
○×
○×
○×
○×
○○
○×
○×
○×
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№ 発生日時 震央地名 Ｍ 深さ 最大震度 １報遅れ 警報遅れ 警報報数 警報判定 備考 knt震度 震央距離最短 震源距離最短 死・不明 負傷 1 2008/6/14 8:43 岩手県内陸南部 7 10 6強 3.5 4.5 2 △ 直下、>26kmで○ 6.4 3 10 13 426 2 2008/9/11 9:20 十勝沖 7 20 5弱 7.8 9.7 3 ○ 遠い 4.8 78 81 3 2010/2/27 5:31 沖縄本島近海 6.9 10 5弱 3.2 4.1 2 ○ 遠い 4.3 90 91 2 4 2010/3/14 17:08 福島県沖 6.6 40 5弱 3.2 3.6 2 ○ 遠い 4.6 70 81 1 5 2011/3/11 14:46 三陸沖 7.9 10 7 5.4 8.6 4 △ 震度誤差大 関東で警報無し 6.6 121 121 18493 6217 6 2011/3/12 3:59 新潟県中越地方 6.6 10 6強 2.8 3.6 2 △ 直下、>30kmで○ 5.4 6 12 3 57 7 2011/3/14 10:02 茨城県沖 6.2 10 5弱 6.2 10.2 3 △ 直下、>66kmで○ 4.5 45 46 8 2011/3/15 22:31 静岡県東部 6 10 6強 3.5 3.5 1 △ 直下、>35kmで○ 6.3 15 18 75 9 2011/3/28 7:23 宮城県沖 6.5 0 5弱 15.3 16.7 2 ○ 遠い(第1報遅れ大) 4.4 86 86 10 2011/4/7 23:32 宮城県沖 7.4 40 6強 3.3 7.4 3 ○ 遠い 6.3 85 94 4 296 11 2011/4/11 17:16 福島県浜通り 7.1 10 6弱 3.2 6.3 3 △ 直下、>25kmで○ 5.8 7 12 4 10 12 2011/4/12 8:08 千葉県東方沖 6.3 30 5弱 3.7 5.3 2 ○ 遠い,Me+1.7 4.4 36 47 13 2011/4/16 11:19 栃木(茨城)県南部 5.9 70 5強 3.4 3.4 1 ○ 深い、震度e+1 5 53 88 6 14 2011/4/21 22:37 千葉県東方沖 6 70 5弱 5.6 6.8 2 ○ 深い,深度e-60km 4.1 11 71 15 2011/6/4 1:00 福島県沖 5.6 20 5弱 3.4 6.9 4 △ 準直下、>63kmで○ 4.1 22 30 16 2011/6/23 6:50 岩手県沖 6.7 20 5弱 3.5 7.3 2 ○ 遠い 5 104 106 17 2011/7/23 13:34 宮城県沖 6.5 40 5強 6.7 7.9 2 ○ やや深く遠い 5 40 57 18 2011/7/25 3:51 福島県沖 6.2 40 5弱 3.3 4 3 ○ やや深く遠い 4.6 70 81 19 2011/7/31 3:53 福島県沖 6.4 40 5強 4.4 4.4 1 ○ やや深く遠い 5.2 68 79 11 20 2011/8/1 23:58 駿河湾 6.1 20 5弱 3.3 4.9 2 △ 準直下、>31kmで○ 4.7 48 52 13 21 2011/8/12 3:22 福島県沖 6 50 5弱 3.8 5.2 2 △ 準直下、>68kmで○ 4.7 18 53 22 2012/4/29 19:28 千葉県北東部 5.8 50 5弱 3.5 6.3 3 ○ やや深い 4.3 3 50 23 2012/12/7 17:18 三陸沖 7.3 10 5弱 3.3 6.6 5 ○ ｱｳﾀｰﾗｲｽﾞ地震 5 209 209 1 15 24 2013/2/2 23:17 十勝地方中部 6.4 120 5強 4.2 7.3 4 ○ 直下、深い 5.4 8 120 14 25 2013/4/13 5:33 淡路島付近 6 10 6弱 3.5 7.5 3 △ 直下、>28kmで○ 5.3 3 10 34 26 2013/9/20 2:25 福島県浜通り 5.8 20 5強 3.6 5.1 3 ○ 直下（注） 5 13 24
ＥＥＷの成功例①
「警報」が５弱以上の地点で「間に合った」ケース（○：18回、△：11回／7年）
№ 発生日時 震央地名 Ｍ 深さ 最大震度 １報遅れ 警報遅れ 警報報数 警報判定 備考 knt震度 震央距離最短 震源距離最短 死・不明 負傷 27 2013/12/31 10:03:00 茨城県北部 5.4 7 ５弱 3.3 14.9 6 × 警報遅れ 4.5 0.9 7 - -28 2014/03/14 02:06:50 伊予灘 6.2 78 ５強 3.2 7.7 7 × 警報遅れ 5.0 19.7 80 - -29 2014/07/08 18:05:24 胆振地方中東部 5.6 3 ５弱 3.3 3.3 1 × 直下、間に合わず 4.9 11.9 12 - -30 2014/07/12 04:22:00 福島県沖 7.0 33 ４ 8.4 17.2 6 × 誤報、予測震度過大 3.5 119.1 124 - -31 2014/08/10 12:43:18 青森県東方沖 6.1 51 ５弱 3.2 3.2 1 ○ 遠い 4.3 74.7 90 - -32 2014/09/16 12:28:31 茨城県南部 5.6 47 ５弱 3.4 3.6 2 ○ 直下、深い 4.4 4.8 47 - -33 2014/11/22 22:08:17 長野県北部 6.8 5 ６弱 2.6 3.2 2 △ 直下、>20kmで○ 5.4 3.3 6 0 57
ＥＥＷの成功例②
「警報」が５弱以上の地点で「間に合った」ケース（○：18回、△：11回／7年）
ＥＥＷ７年間のまとめ
「警報」の成功例
○：18回（12.4%）
△：11回（7.6%）
×：116回（80.0%）
「予報」の成功例（閾値=2.5 ）
○：31回（21.4%）
△：14回（9.7%）、×：100回（68.9%）
閾値=4.5とすれば「警報」と同じ
予報
○
△
×
×：間に合わず、空振り、見逃し、誤報など
警報
○
△
×
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20
ＥＥＷの成功例が少ない理由
• 「第１報・警報」が遅い（ｽﾗｲﾄﾞ
22）
改良後も１５秒以上遅れる｢警報｣が多い
• 中・長距離の 地震も間に合わず（ｽﾗｲﾄﾞ
23）
・
○：｢第1報｣は略正常だが、遅い｢警報」が多い
・ 距離＜ 50kmの△と×：技術的限界のためＮＧ
距離≧ 50kmの△と×：中・遠距離でもＮＧ多発
得意な地震なし
• 「マグニチュード（
M）・震源位置」が中々決まらない
（ｽﾗｲﾄﾞ24）
○： Mと震源位置ともに比較的短時間に決まった
△： Mが決まるまで時間が掛りすぎた
×： Mと震源位置が最後まで定まらない
• これは「震源近傍で観測したＰ波から算出した震源要素
で、利用場所の震度や主要動到達を予測・報知する」とし
た「開発目標」が、今も殆ど達成できていないことを示す
0
10
20
30
40
50
60
1
2
3
4
5
7
9 15 25 60 120
第１報
0
5
10
15
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25
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35
40
1
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3
4
5
7
9 15 25 60 120
警報
0
5
10
15
20
25
30
35
1
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5
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第１報
0
5
10
15
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25
30
1
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4
5
7
9 15 25 60 120
警報
0
5
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15
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1
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第１報
0
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6
8
10
12
1
2
3
4
5
7
9 15 25 60 120
警報
ＥＥＷの第１報と警報の遅れ
縦軸：度数、横軸：時間（秒）
全体(2008.10.1~2013.11.30)
改良前(2008.10.1~2011.8.10)
改良後(2011.8.10~2013.11.30)
横軸：Ｐ波検出からの時間（秒）
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○△×による「遅れや震源距離」との違い
横軸はＰ波検出からの時間（秒）
○：１６回/６年
△：１０回/６年
×：４８回/６年
4
5
6
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8
9
1
10
100
マグニチュード変動
4
5
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7
8
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100
マグニチュード変動
4
5
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9
1
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100
マグニチュード変動
○△×と「マグニチュード・震源」の時間変動
1
10
100
1000
1
10
100
震源変動（km）
震源距離＞30km
1
10
100
1000
1
10
100
震源変動（km）
1
10
100
1000
1
10
100
震源変動(km)
20回
横軸：Ｐ波検出からの時間（秒）
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ＩＰＦ法とＰＬＵＭ法
• 気象庁はＥＥＷの機能向上のため、今後新方式を導入する
• ＩＰＦ （Integrated Particle Filter）法は近接した地域で略同時に
発生する複数の地震を分離することができ、大地震発生後に
多発する余震に伴う誤報を防止する
• ＰＬＵＭ（Propagation of Local Undamped Motion ）法は周辺観
測点のリアルタイム震度を参考に、利用場所の震度を推定す
る方式で、巨大地震でマグニチュード（Ｍ）の頭打ちが生じたと
きも、適切に「警報」を発信できる
• ＰＬＵＭ法は、気象庁内に設置するサーバーの処理に適すが、
受信端末に適用すると、全観測点のリアルタイム震度を繰り返
し配信する必要があり、通信費や受信端末価格の上昇を招く
• ＰＬＵＭ法適用の「警報」を受信端末で利用すれば、震度予測
はできないが廉価に｢Ｍの頭打ち｣対策ができる
ＰＬＵＭ
（Propagation of Local Undamped Motion ）
法の原理
• 震源要素を使わず、
30km以内の周辺観測点で計測したリア
ルタイム震度で、予測地点の震度を予測する
• 巨大地震でマグニチュード（Ｍ）の頭打ちが生じても、適切な
震度予測が可能となる
気象庁 HP
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26
日本の被害地震
•
1995年1月～2013年8月に発生した被害地震は１２７回
人的被害は以下の通り
•
3.11の
津波による被害*（溺死＋行方不明）
を除けば、内陸・沿岸
の地震の方が遥かに大きな被害をもたらしてる
• 首都直下地震が懸念される中、２０２０年には東京オリンピックも
開催されるので、ＥＥＷの「直下地震対応」は不可欠・急務
内陸・沿岸（<50km）の地震
沖（≧50km）の地震
1.17阪神大震災
1.17以外
3.11以外
3.11東北大震災
地震の回数
1（0.8%）
98（77.2%）
27（21.2%）
1（0.8%）
死亡
6,443
116
6
溺死：14,308*
焼死：145
圧・損傷死：667
不詳：666
合計：15,786
行方不明
3
6
1
2,683*
負傷
43,792
11,630
1,345
6,217
0.1
1.0
10.0
100.0
1000.0
10000.0
1
2
3
4
５弱
５強
６弱
６強
7
年間発生回数
震度
年間地震発生数（３９５２回）と震度
2000年1月１日～2013年9月30日の平均
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28
項目
その他
1.17阪神
3.11東北
死亡
１２２
６，４４３
１５，７８６
不明
７
３
２，６８３
負傷
１２，９８４
４３，７９２
６，２１７
0
1
10
100
1,000
10,000
100,000
震度４
震度５弱
震度５強
震度６弱
震度６強
震度７
人数
震度
震度と人的被害
1995年1月～2013年8月（127回の被害地震）
死亡
不明
負傷
0
1
10
100
1,000
10,000
100,000
震度４
震度５弱
震度５強
震度６弱
震度６強
震度７
人数
震度
「内陸・沿岸
<
50km
の地震」の人的被害
1995年1月～2013年8月（99回）
死亡
不明
負傷
死亡
６，６５９
不明
９
負傷
５５，３５９
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30
0
1
10
100
1,000
10,000
100,000
震度４
震度５弱
震度５強
震度６弱
震度６強
震度７
人数
最大震度
「沖
≧
50km
の地震」の人的被害
1996年3月～2013年8月（28回 全体の22%）
死亡
不明
負傷
2011年3月11日
東北地方太平洋沖
M9.0 (本震)
2012年12月 7日
三陸沖M7.3
地震に驚き転倒
2003年9月26日
十勝沖地震M8.0
津波で釣り人2名が犠牲
2011年 4月 7日
宮城県沖M7.2
その他
3.11地震
3.11津波
死亡
６
１,４７５
１４，３０８
不明
１
－
２,６８３
負傷
１,３４５
６，２１７
－
⑰
⑱
⑰ 2007.7.16
新潟県中越沖地震(M6.8)
⑱ 2008.6.14
岩手・宮城内陸地震(M7.2
)
⑲ 2008.7.24
岩手県沿岸北部(M6.8)
⑳ 2009.8.11
駿河湾（M6.5）
21
2011.3.11
東日本大地震（M9.0）
近年の地震発生状況
（震度６弱以上）
と想定震源域
H19 防災白書に追記
(M7.3)
（M6.7)
(M6.4)
(M8.0)
(M6.8)
(M7.0)
(M6.9)
(M7.8)
(M8.2)
(M7.5)
(M7.3)
(M6.4)
(M7.1)
(M6.2)
(M6.5)
(M7.2)
⑳
×：直下や沿岸の地震⇒頻度：大
○：海溝型地震⇒頻度：小
⑲
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