長波の電波伝搬変動を用いた地震予知の研究
日大生産工(院) ○中村 祐太 日大生産工 田中 將義
1....はじめに
はじめに はじめに はじめに
近年日本では地震が毎日のように発生して いる．特に大地震は建造物の倒壊や地盤沈下，
津波などの災害含め，人命を脅かす多大な被害 をもたらしてきた．近い将来，関東や東海地方 で大地震が起こるであろうと言われている．地 震を事前に知ることができれば，被害を最小限 に軽減することが可能である．
最近の研究で，地震が発生する際の前兆とし て異常な電波伝搬ならびに異常雑音の発生が 検出されることがわかっている．
長 波 帯 (30kHz~300kHz),FM(76MHz~90MHz) 及びこれらの帯域の雑音を受信し，受信レベル の変動と地震予測との関連性について検討し てきた．
本研究では，変動検出システムの検出精度の 向上及び自動検出させるアルゴリズムについ て検討し，プログラムの高機能化を図ることを 目的としている．
2.2.2.
2.研究
研究 研究 研究概要 概要 概要 概要
長波およびFM波の伝搬の様子を図1に示す．送 信局から発信された長波は，電離層での反射波 および直接波を受信局で受信する．
一方，FM波は電離層を通過するため，電離層 での僅かな反射波を受信することになる．地殻 変動が発生すると，雑音の発生や電離層に何ら かの影響を与え，電波伝搬に異常が観測される
図1 地殻変動が及ぼす電波伝搬変動の仮説
と考えてられている．この異常の検出及び検 出精度向上を本研究の課題としている．
3 3
33....電波伝搬変動
電波伝搬変動 電波伝搬変動 電波伝搬変動解析 解析 解析 解析
3.13.1 3.1
3.1
観測方法 観測方法 観測方法 観測方法
図2のように屋上に設置した無指向性及び 指向性アンテナを使用し，日本各地及び周辺 の周波数を含む15の長波，FM波及び雑音を受 信している．
図2 観測用アンテナ（無指向性）
33
33.2.2.2.2
データ解析法 データ解析法 データ解析法 データ解析法
基準データと測定データにfilterを用いた 特徴抽出プログラムを組み込み，微小変動を カットした波形で解析を行うことにより，測 定精度向上を試みた．
本研究では，相関係数を用いて，平常時一 日分のデータを基準値とし，測定データ一日 分と比較することで，電波伝搬の異常を検出 する方法について検討した．太陽から放射さ れる紫外線やX線などの影響により，電離層の 電子密度が増加する．電子密度は日中太陽高 度とともに増加し，夜間は消滅する．そのた め，受信波形は日中に受信レベルが減少し，
日没時は受信レベルが上昇する性質を持つ．
また，季節により，日照時間が異なる．そこ で，基準データと測定データの時間を考慮す るために，時間の遅れをτとして，
A Study on Precise Detection of Low Frequency Radio Wave Propagation Change for Earthquake Forecasting
Yuta NAKAMURA and Masayoshi TANAKA
送信側
雑音 直接波
電離層に影響 を与える
反射波 電離層
地殻変動 ＦＭ波
受信側 長波
−日本大学生産工学部第43回学術講演会（2010-12-4）−
― 39 ― 2-12
基準データと測定データの相違を相互相関係 数を用いて検出する検討を行った．相互相関係 数φ(τ)は，次式によって計算される．
t τ)d (t y ) t ( y x x ) 1 (τ
max t
min t 2
2
+
= × ∫
φ
測定値の平均 ｙ
基準値の平均 ｘ
τ：時間遅延 測定値
基準値
: , :
, :
,
: y
x
φ(τ)が1に近い程ｘとｙに関して相関性が あり，φ(τ)の値が０に近い程，相関が無い状 態を意味している．また，φ(τ)の値が-１であ れば負の相関を意味する．したがって，出力さ れる値が１と異なる値である程，変動が検出さ れるアルゴリズムである．（図３参照）
図
図 図
図3 33 3 電波伝搬変動検出のアルゴリズム 電波伝搬変動検出のアルゴリズム 電波伝搬変動検出のアルゴリズム 電波伝搬変動検出のアルゴリズム
4 44
4. .. .検討結果と 検討結果と 検討結果と 検討結果と考察 考察 考察 考察
図4は，平滑後の変動解析の基準値となる一 日分のデータである．図5は，平滑後の測定デ ータの一例であり，基準データと部分的に異な る部分が見受けられる．図6は，上記のアルゴ リズムに従って，評価値を検出した結果であ る．閾値を適切に選択することにより，上記変 動を精度良く検出できる見通しを得た．
5.まとめ
電波伝搬変動を高精度に検出するため，特徴 抽出プログラムを追加した．また，太陽が電離 層に与える影響は，季節により変化するため に，受信波形と基準波形の間に時刻τのズレを 考慮し，τの値を考慮に入れた相互相関関数の アルゴリズムについて検討した．
その結果，多くの局での変動値検出が確認で き，検出精度の向上が可能となった．
時刻
24：00 24：00
24：00
0：00 12：00
12：00 0：00
60 40 20
25 20 15 10 5 0
釧路(85.7MHz) 東京(100KHz)
時刻 0
0：00 12：00
時刻
カナダ（80KHz）
0 ２０ １０ ３０
受信レベル受信レベル受信レベル
時刻
24：00 24：00
24：00
0：00 12：00
12：00 0：00
60 40 20
25 20 15 10 5 0
釧路(85.7MHz) 東京(100KHz)
時刻 0
0：00 12：00
時刻
カナダ（80KHz）
0 ２０ １０ ３０
受信レベル受信レベル受信レベル
図４ 平滑後の基準データ例
カナダ(80KHz)
受信レベル受信レベル
東京100(KHz)
釧路(85.7MHz) 9/8
50 40 30 20 10 60
20 0 40
0
9/7 9/9 9/10 9/11
50 40 30 20 10 0
日付
日付
受信レベル 日付
9/12
9/12 9/12
9/11 9/11
9/10 9/10 9/9
9/9 9/8
9/8
9/7 9/7
カナダ(80KHz)
受信レベル受信レベル
東京100(KHz)
釧路(85.7MHz) 9/8
50 40 30 20 10 60
20 0 40
0
9/7 9/9 9/10 9/11
50 40 30 20 10 0
日付
日付
受信レベル 日付
9/12
9/12 9/12
9/11 9/11
9/10 9/10 9/9
9/9 9/8
9/8
9/7 9/7
図５ 平滑後の測定データ例
カナダ(80KHz)
9/7
9/7 9/8
9/8
9/11
9/9 9/9
9/10 9/10
9/11 9/12
日付9/12
東京100(KHz)
1.0 1.0
-1.0 -1.0
0.5 0.5
-0.5 -0.5 0
0
日付
9/7 9/8 9/9 9/10 9/11 9/12
釧路(85.7MHz)
1.0
-1.0 0.5
-0.5
変動値 0
日付
変動値変動値
カナダ(80KHz)
9/7
9/7 9/8
9/8
9/11
9/9 9/9
9/10 9/10
9/11 9/12
日付9/12
東京100(KHz)
1.0 1.0
-1.0 -1.0
0.5 0.5
-0.5 -0.5 0
0
日付
9/7 9/8 9/9 9/10 9/11 9/12
釧路(85.7MHz)
1.0
-1.0 0.5
-0.5
変動値 0
日付
変動値変動値
9/7
9/7 9/8
9/8
9/11
9/9 9/9
9/10 9/10
9/11 9/12
日付9/12
東京100(KHz)
1.0 1.0
-1.0 -1.0
0.5 0.5
-0.5 -0.5 0
0
日付
9/7 9/8 9/9 9/10 9/11 9/12
釧路(85.7MHz)
1.0
-1.0 0.5
-0.5
変動値 0
9/7 9/8 9/9 9/10 9/11日付9/12
釧路(85.7MHz)
1.0
-1.0 0.5
-0.5
変動値 0
日付
変動値変動値
図６ 変動解析の評価値の例
今回の検討したアルゴリズムを指向性アン テナ解析プログラムに取り入れ，地震発生地 域の特定を可能とする検出プログラムの作成 を今後の課題とする．
参考文献
・
杉山正和 平成21年度卒業論文 田中研究室
・
宮澤達博 平成19年度卒業論文 田中研究室
・
金井紳太郎 平成19年度卒業論文 田中研究 室
・
気象庁ホームページ
http://www.jma.go.jp/jma/index.html 基準値 基準値
基準値 基準値， ， ，測定値の入力 ， 測定値の入力 測定値の入力 測定値の入力
基準値 基準値 基準値
基準値， ， ，測定値 ， 測定値 測定値 測定値 の平滑化 の平滑化 の平滑化 の平滑化
測定データと基準データの 測定データと基準データの 測定データと基準データの 測定データと基準データの相 相 相 相
関係数算出 関係数算出 関係数算出 関係数算出 特徴抽出
特徴抽出 特徴抽出 特徴抽出
変動解析 変動解析 変動解析 変動解析
判定結果 判定結果 判定結果 判定結果 閾値による判定 評価値の算出
評価値の算出 評価値の算出 評価値の算出
変動検出 変動検出 変動検出 変動検出
最大値の検出 最大値の検出 最大値の検出 最大値の検出
― 40 ―
