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JP3836933B2 - Seismic observation method to remove noise - Google Patents

Seismic observation method to remove noise Download PDF

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JP3836933B2
JP3836933B2 JP7272097A JP7272097A JP3836933B2 JP 3836933 B2 JP3836933 B2 JP 3836933B2 JP 7272097 A JP7272097 A JP 7272097A JP 7272097 A JP7272097 A JP 7272097A JP 3836933 B2 JP3836933 B2 JP 3836933B2
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JP
Japan
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vibration
hertz
frequency
noise
percent
Prior art date
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Application number
JP7272097A
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Japanese (ja)
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JPH10253766A (en
Inventor
海平 高見沢
匡浩 百瀬
Original Assignee
株式会社高見沢サイバネティックス
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Publication date
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震の観測に用いられる地震観測方法に関し、特に、地質調査、探鉱、活断層の調査等に用いられる人工地震、あるいは地滑りの原因や地震活動度を調査する微小地震観測に用いられる地震観測方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ダイナマイトによる人工地震や、微小地震の振動を計測するのに、地震計による地震観測が行われてきた。その場合、1式の地震計、1個のセンサが用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、人工地震はダイナマイトの発破により生じさせるが、かなり大量のダイナマイトを用いてもそれによる振動レベルはあまり高いものではなく、車両の走行や人間の歩行等の生活振動によるノイズの影響を受けやすかった。また、自然の地震であっても微小地震の振動の観測では、やはりノイズの影響を受けやすく、正確な観測が阻害されていた。
【0004】
さらには、微小地震の観測では一定振動レベル以上の振動をトリガとして、地震計内の遅延回路によりトリガ作動の数秒前からの波形を記録するように工夫し、記録紙等の経済を図っているが、ノイズをトリガとして記録を開始してしまうことがよくあり、観測経済性が阻害されていた。
【0005】
したがって本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、地震計で観測される振動のうちノイズ振動を確実に判別し、真の地震による振動のみを取り出すことのできる地震観測方法の提供を、その目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明による地震観測方法は、地震計で計測される振動を周波数成分に対する強度レベルに分解し、該振動の所定周波数y1ヘルツ成分の振動レベルをay1デシベル、前記振動が地震による振動かノイズの振動かを判別する基準となる基準レベルをanデシベル、前記振動のピークを与える振動周波数fpヘルツにおける振動レベルをapデシベルとしたとき、次式 ry1=(ay1−an)/(ap−an)×100 で与えられる、ry1パーセントが所定の値r1パーセントを越える場合に、その振動をノイズと判別する。このとき、請求項2の方法のように、前記所定周波数y1ヘルツが15〜25ヘルツの範囲内のいずれかの周波数、例えば20ヘルツであってもよい。このとき、請求項3の方法のように、前記所定の値r1パーセントが、55〜65パーセントのいずれかの値、例えば60パーセントであってもよい。
【0007】
このような方法では、振動の所定周波数y1ヘルツ成分、例えば20ヘルツの振動レベルと基準レベルとの差と、振動のピークの振動レベルと基準レベルとの差の比が、所定の値例えば60パーセントを越えるか否かでノイズを判別し排除できる。
【0008】
また、請求項4に記載の地震観測方法は、地震計で計測される振動を周波数成分に対する強度レベルに分解し、該振動が地震による振動かノイズの振動かを判別する基準となる基準レベルをanデシベル、前記振動のピークを与える振動周波数fpヘルツにおける振動レベルをapデシベル、所定の比をxパーセントとしたとき、式 ax=an+(ap−an)×(x/100) で与えられる、axデシベルにおける帯域幅Wヘルツが所定の周波数幅W1ヘルツを越える場合に、その振動をノイズと判別する。ここで、請求項5に記載のように、前記xパーセントが、65〜75パーセントの範囲内のいずれかの比であってもよく、請求項6に記載のように、前記所定の周波数幅W1ヘルツが、10〜20ヘルツのいずれかの値であってもよい。
【0009】
このような方法では、振動の基準レベルと振動のピークにおける振動レベルとの間の所定の比、例えば70パーセントの振動レベルにおける帯域幅WがW1例えば15ヘルツを越えるか否かでノイズを判別し除去できる。
【0010】
請求項7に係る発明による地震観測方法は、地震計で計測される振動を周波数成分に対する強度レベルに分解し、該振動の所定周波数y1ヘルツ成分の振動レベルをay1デシベル、前記振動が地震による振動かノイズの振動かを判別する基準となる基準レベルをanデシベル、前記振動のピークを与える振動周波数fpヘルツにおける振動レベルをapデシベルとしたとき、式 ry1=(ay1−an)/(ap−an)×100 で与えられる、ry1パーセントが所定の値r1パーセントを越える場合に、その振動をノイズと判別し、さらに、所定の比をxパーセントとしたとき、式 ax=an+(ap−an)×(x/100)で与えられる、axデシベルにおける帯域幅Wヘルツが所定の周波数幅W1ヘルツを越える場合に、その振動をノイズと判別する。
【0011】
このとき、請求項8に記載のように、前記所定周波数yヘルツが15〜25ヘルツの範囲内のいずれかの周波数であり、前記所定の値r1パーセントが、55〜65パーセントのいずれかの値であり、前記xパーセントが、65〜75パーセントの範囲内のいずれかの比であり、前記所定の周波数幅W1ヘルツが、10〜20ヘルツのいずれかの値であってもよい。
【0012】
このような場合、2つの条件の重畳的な判別になるので、判別の精度が上がる。
【0013】
また、請求項9に記載のように、さらに、ピーク周波数fpヘルツが所定の周波数f1を越える場合に、その振動をノイズと判定し、次式 ad=ap−anで与えられる振動レベル差adデシベルが、所定の値a1を越えない場合に、その振動をノイズと判定してもよい。
【0014】
この場合、ピーク周波数fpと、振動レベル差を判定条件に加えるので、さらに判定精度が上がる。
【0015】
また、請求項10に記載の地震観測方法のように、地震計で計測される前記振動を、水平方向について直交する2方向、その2方向に垂直な1方向の各々について計測するようにしてもく、この場合サンプルが3倍でしかも振動方向が異なるデータに基づく判定が可能となり、さらに判定の精度が上がる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の発明者は、地震とノイズそれぞれの振動が有する特性を研究し、真の地震の振動とノイズの振動には特性上の差があることを見出した。即ち、(a)約20ヘルツ前後の周波数の振動レベルがピークの振動レベルの60%前後を境にして、真の地震とノイズの振動とが区別できること、(b)真の地震の周波数は比較的低い領域例えば、チリ等遠方の地震は1ヘルツ前後、国内の地震の周波数は3ヘルツ前後にあり、一般的には3〜10ヘルツが多く、ノイズは比較的高い周波数領域例えば10〜20ヘルツにあることが多いこと、(c)70%前後のレベルの帯域幅Wヘルツが、真の地震では比較的狭く例えば7ヘルツ前後が多いこと、ノイズでは17ヘルツ前後が多いこと、(d)振動のピーク値と基準レベルの差で、真の地震とノイズとを区別できる場合が多いこと、を見出した。このような知見に基づいて本発明はなされた。
【0017】
以下、本発明の実施の形態について、説明する。図8は、本発明に用いられる地震計システムの概要を示す図である。地震を観測したい地点に設置されるセンサ1と地震計本体2の間は、信号リード線4により接続されている。図中では、リード線は長いので途中で省略して示されている。地震計本体と計測されたデータを処理するコンピュータ3とは、電気的に接続されている。コンピュータ3は、観測された振動を周波数分析すること、また観測され又は分析された数値を設定値と比較して、所定の判定をすることができるように構成されている。
【0018】
センサ1は、地面に水平な面上の直交する座標、東西方向E−W、南北方向N−S、地面に垂直な鉛直方向U−Dの合計3方向について、それぞれ振動を計測することができるように構成されている。また、検知する量は、振動加速度であるが、振動速度であってもよい。
【0019】
地震計本体2は遅延回路を備えており、トリガとなる振動を検知し、その振動の検知された時刻の数秒前からの振動を記録できるように構成されている。
【0020】
本発明の実施の形態では、地震計で計測された振動を周波数分析し、次の4項目について設定値と比較して、真の地震による振動か、ノイズの振動かを判別する。特に(3)の所定周波数例えば20Hz前後の振動レベルr20が設定値以上であるか以下であるかによる判別が最も顕著な判別法である。
【0021】
さらに、4項目全てをAND条件で充足した場合を真の地震とすると、信頼性は非常に高くなる。真の地震であるための条件を与える、4項目は以下の通りである。
【0022】
(1)ピーク周波数が設定値以内であること。
【0023】
(2)所定振動レベル%の帯域幅が設定値内であること。
【0024】
(3)所定周波数における振動レベルが設定値以内であること。
【0025】
(4)ピーク振動レベル値と基準レベル値の差が設定値以上であること。
【0026】
このような項目の条件をはずれる振動はノイズによるものであるとして、除去し記録対称からはずすことができ、観測精度が上がると共に、記録の経済性も高めることができる。
【0027】
また、各項目毎にノイズか地震かの判定はできるが、重畳的に用いることもできる。即ち、上記項目の条件を1つでもはずれる振動はノイズとして除去すればよい。あるいは、上記項目の条件を全て充足する振動を真の地震として、選び出せばよい。
【0028】
次に、図1以下を参照して本発明の実施例を説明する。図1は、地震計で計測された振動を周波数分析した結果を、横軸を周波数Hz(ヘルツ)、縦軸を振動レベルdB(デシベル)で示す図である。本実施例では、センサ1で検知された、トリガ振動の時刻以前の3秒(300サンプル)及びトリガの時刻以後の約7秒(723サンプル)分のデータを取り出して、コンピュータ3中の高速CPUによりフーリエ変換を行った。
【0029】
図1中、fpはピークの振動を与える周波数Hz、apはピーク周波数fpヘルツにおける振動レベル、anは40〜50ヘルツの周波数成分に於ける振動レベルの平均値デシベルであり、これを基準レベルとする。a70デシベルはピーク値apと基準レベルanとの差の70%を基準レベルに加えた値、即ちa70=an+(ap−an)×(70/100)、r20パーセントは基準レベルanを0%、ピーク値apを100%としたときの、周波数成分20Hzでのレベル、即ちr20=(a20−an)/(ap−an)×100、Wヘルツはa70以上の振動レベルを有する周波数の帯域幅、adデシベルはピークレベルと基準レベルとの差、即ちad=ap−an、である。
【0030】
ここで各パラメータの性質を説明する。
【0031】
ピーク周波数fpヘルツ:地震のピーク周波数は、ほとんどの場合1〜15ヘルツの間に分布している。計測した振動がこの条件を充足しているか否かを調べるため、ピーク周波数について、下限flwヘルツと上限fhi(本発明のf1)ヘルツを設定する。
【0032】
70%の帯域幅Wヘルツ:地震及びノイズ波形の周波数解析を行うと、地震の場合はWが15ヘルツ以下、ノイズの場合はWが10ヘルツ以上となっている場合が多い。計測した振動がこの条件を充足しているか否かを調べるため、Wの上限Wmax(本発明のW1)ヘルツを設定する。
【0033】
20ヘルツのレベルr20:車などのノイズの場合、r20が60%を越えることが多い。計測した振動がこの条件を充足しているか否かを調べるため、r20の上限r20maxデシベル(本発明のr1)を設定する。
【0034】
ピーク値apと基準レベルanとの差:計測された振動のピーク周波数の振動レベルが基準レベルの何倍に相当するかを調べるため、レベル差の下限amin(本発明のa1)デシベルを設定する。
【0035】
以下、本発明の実施例である試験結果を示し説明する。本試験では、パラメータは以下のように設定した。
【0036】
flw=1 ヘルツ
fhi=15 ヘルツ
Wmax=15 ヘルツ
r20max=60 %
amin=10 デシベル(基準レベルの約3倍)
サンプル数は、76件(地震24件、ノイズ48件、不明4件)であった。試験の結果、地震と判定されたのは、31件であり、ノイズと判定されたのは、45件であった。即ち、実際のノイズ48件中、45件をノイズと判定しており、ノイズ判別精度は、本実施例の場合92%であり、ノイズ除去の効果はかなり高かった。
【0037】
本実施例では、ノイズが周波数の低域から高域まで(5〜20ヘルツ)広く分布していることを利用しており、特に、比較的センサの近くで発生した車のノイズや衝撃性のノイズに対しては判別精度は高かった。
【0038】
図2〜図7を参照して、具体的な試験結果を説明する。
【0039】
図2は、周波数20ヘルツの振動レベルr20%と度数の関係を示す。横軸がr20%であり、縦軸が各%幅に入るサンプルの度数である。図2で(a)は地震の場合、(b)はノイズの場合を示す。(a)から分かるように、本実施例では、地震の場合r20は60%より下であり、ノイズは50%を越えていることが分かる。したがって、この条件だけでかなりの確率で判別できることが分かる。
【0040】
図3は、ピーク周波数fpと度数の関係を示す。横軸がfpヘルツであり、縦軸が各周波数幅に入るサンプルの度数である。図3で(a)は地震の場合、(b)はノイズの場合を示す。(a)から分かるように、本実施例では、地震の場合fpは15ヘルツより下、またほとんどのサンプルは12ヘルツより下であり、ノイズの場合は3ヘルツより上、多くのサンプルは9ヘルツを越えていることが分かる。したがって、この条件だけでは正確な判別はできないが、他の条件と組み合わせることで精度を高めることができることが分かる。
【0041】
図4は、70%帯域幅Wと度数の関係を示す。横軸がWヘルツであり、縦軸が各周波数幅に入るサンプルの度数である。図4で(a)は地震の場合、(b)はノイズの場合を示す。(a)から分かるように、本実施例では、地震の場合Wは15ヘルツより下、また多くのサンプルは12ヘルツより下であり、ノイズの場合は6ヘルツより上、多くのサンプルは12ヘルツを越えていることが分かる。したがって、この条件だけでもある程度の判別が可能であり、さらに他の条件と組み合わせることで精度を高めることができることが分かる。
【0042】
図5は、判定結果を示す。左欄のs014〜s423はデータ番号であり、サンプル76件に対応する。中央欄に人によるチェック結果、右欄にシミュレータによる判定結果を示す。図中、0がノイズと判定されたものであり、1が地震と判定されたもの、2が不明と判定されたものである。例えば、データ番号s113では人によるチェック結果は地震かノイズか不明であるのに対して、シミュレータは地震と判定、データ番号s405では人によるチェック結果はノイズであるのに対して、シミュレータは地震と判定している、等の僅かな差は認められるものの、ほとんどは一致しており、シミュレータの精度の高さについて、先に述べた結果が読みとれる。
【0043】
図6と図7は、先の4項目即ち、(1)ピーク周波数、(2)所定振動レベル%の帯域幅、(3)周波数20Hzにおける振動レベル、(4)ピーク振動レベル値と基準レベル値の差、をそれぞれE−W、N−S、U−Dの3方向について判定した結果である。総合判定は、先の判定について地震であるとの判定をAND条件でまとめたものである。図7は図6の続きの一覧表を示す図である。例えば、データ番号s406では、最も信頼性の高い周波数20Hzにおける振動レベル3方向を含めてほとんどが地震の判定であるが、レベル値差N−Sがノイズの判定であり、そのため総合判定はノイズとなり、図5に示されるように、人のチェック結果と同じ結果になっている。
【0044】
このように、前記4項目の条件をANDで処理することにより、正しい判定を得る可能性を高めている。
【0045】
以上の実施例では、所定周波数y1ヘルツを20ヘルツとしたが、y1は一つの基準であって、地震の種類、ノイズの種類によって適切に選定すればよく、またこのy1に応じて、適切なry1の判定用のrmax(あるいはr1)を定めればよい。但し一般的には、15〜25ヘルツの範囲内のいずれかの周波数が望ましく、さらに望ましくは17〜23ヘルツ程度とする。
【0046】
また、所定の値r1パーセントは60パーセントとしたが、これもy1に応じて適切な値を設定すればよく、60%にはこだわらない。地震の種類、ノイズの種類によって適切に選定すればよい。但し一般的には、55〜65パーセントが望ましく、さらに望ましくは57〜63%程度とする。
【0047】
また所定の比xは、70%としたが、比xは一つの基準であって、地震の種類、ノイズの種類によって適切に選定すればよく、またこのxに応じて、適切なWmax(あるいはW1)を定めればよい。但し一般的には、65〜75%の範囲内のいずれかの比が望ましく、さらに望ましくは67〜73%程度とする。
【0048】
また、所定の周波数幅W1は15Hzとしたが、W1は一つの基準であって、地震の種類、ノイズの種類によって適切に選定すればよい。但し一般的には、10〜20Hzの範囲内のいずれかの周波数が望ましく、さらに望ましくは12〜18ヘルツ程度とする。
【0049】
また、所定の周波数f1は、15Hzとしたが、f1は一つの基準であって、地震の種類、ノイズの種類によって適切に選定すればよい。但し一般的には、10〜20Hzの範囲内のいずれかの周波数が望ましく、さらに望ましくは12〜18ヘルツ程度とする。
【0050】
また所定の値a1は、10dBとしたが、a1は一つの基準であって、地震の種類、ノイズの種類によって適切に選定すればよい。但し一般的には、5〜15Hzの範囲内のいずれかの周波数が望ましく、さらに望ましくは8〜13dB程度とする。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、地震計で計測される振動を周波数成分に対する振動レベルに分解し、該振動の所定周波数について、ピーク周波数、振動レベル%の帯域幅、振動レベル、ピーク振動レベル値と基準レベル値の差、に基づき地震による振動か、ノイズかを判断するので、地震計で観測される振動のうちノイズ振動を確実に判別し、真の地震による振動のみを取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いる周波数分析の典型例を示す図である。
【図2】本発明の実施例のサンプルについて、20Hzでのレベル%と度数の関係を示す図である。
【図3】本発明の実施例のサンプルについて、ピーク周波数と度数の関係を示す図である。
【図4】本発明の実施例のサンプルについて、70%帯域幅と度数の関係を示す図である。
【図5】本発明の実施例の総合判定結果を示す図である。
【図6】本発明の各データ番号で示されるサンプルの、個別判定結果と総合判定結果を示す図である。
【図7】図6の続きを示す図である。
【図8】本発明に用いられる地震計システムの概要を示す図である。
【符号の説明】
1 センサ
2 地震計本体
3 コンピュータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an earthquake observation method used for earthquake observation, and particularly used for artificial earthquakes used for geological surveys, exploration, active fault investigations, etc., or microearthquake observations for investigating the causes of landslides and seismic activity. It relates to earthquake observation methods.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, seismometers have been used to measure the vibrations of artificial earthquakes and microearthquakes caused by dynamite. In that case, one set of seismometer and one sensor is used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, artificial earthquakes are caused by the blasting of dynamite, but even if a large amount of dynamite is used, the vibration level is not so high, and it is easily affected by noise caused by daily vibration such as vehicle running and human walking. It was. Even in the case of natural earthquakes, observations of microseismic vibrations are still susceptible to noise, which hinders accurate observations.
[0004]
Furthermore, in the observation of microearthquakes, we have devised to record the waveform from a few seconds before the trigger operation using a delay circuit in the seismometer, with a vibration above a certain vibration level as a trigger, so that the economy of recording paper etc. However, recording is often triggered by noise as a trigger, which has hindered observation economics.
[0005]
Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and it is possible to reliably determine noise vibrations among vibrations observed by a seismometer, and to extract only vibrations caused by true earthquakes. Its purpose is to provide an observation method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the earthquake observation method according to the first aspect of the present invention decomposes the vibration measured by the seismometer into intensity levels with respect to the frequency component, and sets the vibration level of the predetermined frequency y1 hertz component of the vibration to ay1. When the reference level that is a reference for discriminating whether the vibration is an earthquake vibration or a noise vibration is an decibel, and the vibration level at the vibration frequency fp hertz that gives the vibration peak is ap decibel, the following expression ry1 = ( ay1-an) / (ap-an) × 100 If the ry1 percent exceeds a predetermined value r1 percent, the vibration is determined as noise. At this time, as in the method of claim 2, the predetermined frequency y1 hertz may be any frequency within a range of 15 to 25 hertz, for example, 20 hertz. At this time, as in the method of claim 3, the predetermined value r1 percent may be any value of 55 to 65 percent, for example, 60 percent.
[0007]
In such a method, the ratio of the difference between the vibration level of the predetermined frequency y1 Hertz component of vibration, for example, 20 Hz, and the reference level, and the difference between the vibration level of the vibration peak and the reference level is a predetermined value, for example, 60% Noise can be determined and eliminated based on whether or not the value exceeds.
[0008]
The seismic observation method according to claim 4, wherein the vibration measured by the seismometer is decomposed into intensity levels with respect to frequency components, and a reference level serving as a reference for determining whether the vibration is vibration caused by an earthquake or noise is obtained. an decibel, where the vibration level at the vibration frequency fp hertz that gives the vibration peak is ap decibel, and the predetermined ratio is x percent, ax given by the expression ax = an + (ap−an) × (x / 100) When the bandwidth W in decibels exceeds a predetermined frequency width W1 hertz, the vibration is determined as noise. Here, as described in claim 5, the x percent may be any ratio within a range of 65 to 75 percent, and as described in claim 6, the predetermined frequency width W1. Hertz may be any value between 10 and 20 hertz.
[0009]
In such a method, noise is discriminated based on whether or not the bandwidth W at a vibration level of 70 percent exceeds a predetermined ratio between the vibration reference level and the vibration level at the vibration peak, for example, a vibration level of 70 percent. Can be removed.
[0010]
Seismic observation method according to the invention according to claim 7, the vibration to decompose the vibration measured by seismometers on the intensity level for a frequency component, a predetermined frequency y1 Hz ay1 decibel vibration levels of components of this vibration, the vibration is caused by an earthquake When the reference level serving as a reference for discriminating between vibration and noise is an decibel, and the vibration level at the vibration frequency fp hertz that gives the vibration peak is ap decibel, the expression ry1 = (ay1-an) / (ap-an ) × 100, when the ry1 percent exceeds a predetermined value r1 percent, the vibration is determined as noise, and when the predetermined ratio is x percent, the expression ax = an + (ap−an) × When the bandwidth W hertz in ax decibels given by (x / 100) exceeds a predetermined frequency width W1 Hertz Motion is identified as noise.
[0011]
At this time, as defined in claim 8, the predetermined frequency y 1 hertz is any frequency within a range of 15 to 25 hertz, and the predetermined value r1 percent is any of 55 to 65 percent. The x percent is any ratio within a range of 65 to 75 percent, and the predetermined frequency width W1 hertz may be any value between 10 and 20 hertz.
[0012]
In such a case, the determination accuracy is improved because the two conditions are overlapped.
[0013]
Further, as described in claim 9, when the peak frequency fp hertz exceeds a predetermined frequency f1, the vibration is determined as noise, and a vibration level difference ad decibel given by the following expression ad = ap-an. However, when the predetermined value a1 is not exceeded, the vibration may be determined as noise.
[0014]
In this case, since the peak frequency fp and the vibration level difference are added to the determination condition, the determination accuracy is further improved.
[0015]
Further, as in the earthquake observation method according to claim 10, the vibration measured by the seismometer may be measured in each of two directions orthogonal to the horizontal direction and one direction perpendicular to the two directions. good rather than, in this case the sample is also becomes possible to determine the vibration direction based on different data only three times, go up further determination of accuracy.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The inventor of the present invention has studied characteristics of earthquake and noise vibrations, and found that there is a difference in characteristics between true earthquake vibration and noise vibration. That is, (a) the vibration level of the frequency around 20 Hz is about 60% of the peak vibration level, and the true earthquake and noise vibration can be distinguished, and (b) the frequency of the true earthquake is compared. For example, distant earthquakes such as Chile are around 1 Hertz, domestic earthquake frequencies are around 3 Hertz, generally 3 to 10 Hertz, and noise is a relatively high frequency region such as 10 to 20 Hertz. (C) The bandwidth W hertz at a level of around 70% is relatively narrow in a true earthquake, for example, around 7 hertz, for example, noise is around 17 hertz, and (d) vibration. It was found that true earthquakes and noise can often be distinguished by the difference between the peak value and the reference level. The present invention has been made based on such findings.
[0017]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing an outline of the seismometer system used in the present invention. A signal lead wire 4 connects between the sensor 1 installed at a point where an earthquake is desired to be observed and the seismometer body 2. In the drawing, since the lead wire is long, it is omitted in the middle. The seismometer main body and the computer 3 for processing the measured data are electrically connected. The computer 3 is configured to perform a predetermined determination by performing frequency analysis on the observed vibration and comparing the observed or analyzed numerical value with a set value.
[0018]
The sensor 1 can measure vibrations in a total of three directions including orthogonal coordinates on a plane horizontal to the ground, an east-west direction EW, a north-south direction NS, and a vertical direction UD perpendicular to the ground. It is configured as follows. The amount to be detected is vibration acceleration, but may be vibration speed.
[0019]
The seismometer main body 2 includes a delay circuit, and is configured to detect a vibration as a trigger and record the vibration from a few seconds before the time when the vibration is detected.
[0020]
In the embodiment of the present invention, the vibration measured by the seismometer is subjected to frequency analysis, and the following four items are compared with the set values to determine whether the vibration is caused by a true earthquake or noise. In particular, the discrimination according to whether the vibration level r20 at the predetermined frequency (3) , for example, around 20 Hz, is greater than or less than a set value is the most significant discrimination method.
[0021]
Furthermore, if all the four items are satisfied with the AND condition as a true earthquake, the reliability is very high. The four items that give the conditions for a true earthquake are as follows.
[0022]
(1) The peak frequency is within the set value.
[0023]
(2) The bandwidth of the predetermined vibration level% is within the set value.
[0024]
(3) The vibration level at a predetermined frequency is within a set value.
[0025]
(4) The difference between the peak vibration level value and the reference level value is greater than or equal to the set value.
[0026]
Such vibrations that deviate from the conditions of the items are considered to be due to noise, and can be removed and removed from the recording symmetry, so that the observation accuracy can be improved and the economics of recording can be improved.
[0027]
Moreover, although it can determine whether it is a noise or an earthquake for each item, it can also be used in a superimposed manner. That is, vibrations that deviate from one of the above conditions may be removed as noise. Alternatively, a vibration that satisfies all the above conditions may be selected as a true earthquake.
[0028]
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing the result of frequency analysis of vibration measured by a seismometer, with the horizontal axis representing frequency Hz (Hertz) and the vertical axis representing vibration level dB (decibel). In this embodiment, data of 3 seconds (300 samples) before the time of the trigger vibration and about 7 seconds (723 samples) after the time of the trigger detected by the sensor 1 are taken out, and the high-speed CPU in the computer 3 is extracted. The Fourier transform was performed.
[0029]
In Figure 1, fp frequency Hz for vibrating peaks, ap is the average decibel level of vibration, an, is in vibration level in a frequency component of 40 to 50 Hz at the peak frequency fp Hz, which the reference level To do. a70 dB is a value obtained by adding 70% of the difference between the peak value ap and the reference level an to the reference level, that is, a70 = an + (ap−an) × (70/100), r20 percent is 0% of the reference level an, Level at a frequency component of 20 Hz when the peak value ap is 100%, that is, r20 = (a20−an) / (ap−an) × 100, W Hertz is a frequency bandwidth having a vibration level of a70 or higher, The ad decibel is the difference between the peak level and the reference level, that is, ad = ap−an.
[0030]
Here, the property of each parameter will be described.
[0031]
Peak frequency fp hertz: The peak frequency of earthquakes is most often distributed between 1 and 15 hertz. In order to check whether the measured vibration satisfies this condition, a lower limit flw hertz and an upper limit fhi (f1 of the present invention) hertz are set for the peak frequency.
[0032]
70% bandwidth W Hertz: When frequency analysis of earthquake and noise waveforms is performed, W is often 15 Hz or less in the case of earthquakes, and W is often 10 Hz or more in the case of noises. In order to examine whether or not the measured vibration satisfies this condition, an upper limit Wmax (W1 of the present invention) of W is set.
[0033]
20 Hz level r20: In the case of noise such as cars, r20 often exceeds 60%. In order to check whether or not the measured vibration satisfies this condition, an upper limit r20max decibel (r1 of the present invention) of r20 is set.
[0034]
Difference between peak value ap and reference level an: In order to investigate how many times the vibration level of the measured peak frequency of vibration corresponds to the reference level, a lower limit amin (a1 of the present invention) decibel is set. .
[0035]
Hereinafter, test results which are examples of the present invention will be described and described. In this test, the parameters were set as follows.
[0036]
flw = 1 hertz fhi = 15 hertz Wmax = 15 hertz r20max = 60%
amin = 10 dB (about 3 times the standard level)
The number of samples was 76 (24 earthquakes, 48 noises, 4 unknowns). As a result of the test, 31 cases were judged to be earthquakes, and 45 cases were judged to be noises. That is, 45 out of 48 actual noises were determined to be noises, and the noise discrimination accuracy was 92% in the case of this example, and the effect of noise removal was quite high.
[0037]
In this embodiment, the fact that noise is widely distributed from low to high frequencies (5 to 20 hertz) is utilized, and in particular, the noise and impact of the car generated relatively near the sensor. The discrimination accuracy was high for noise.
[0038]
Specific test results will be described with reference to FIGS.
[0039]
FIG. 2 shows the relationship between the vibration level r20% at a frequency of 20 Hz and the frequency. The horizontal axis is r20%, and the vertical axis is the frequency of samples falling within each% width. In FIG. 2, (a) shows the case of earthquake and (b) shows the case of noise. As can be seen from (a), in the present example, in the case of an earthquake, r20 is below 60%, and the noise exceeds 50%. Therefore, it can be seen that the determination can be made with a considerable probability only under this condition.
[0040]
FIG. 3 shows the relationship between the peak frequency fp and the frequency. The horizontal axis is fp hertz, and the vertical axis is the frequency of samples falling within each frequency width. In FIG. 3, (a) shows the case of earthquake and (b) shows the case of noise. As can be seen from (a), in this example, fp is below 15 hertz for earthquakes, most samples are below 12 hertz, above 3 hertz for noise, and many samples are 9 hertz. You can see that Therefore, it is understood that accurate determination cannot be made only with this condition, but accuracy can be improved by combining with other conditions.
[0041]
FIG. 4 shows the relationship between 70% bandwidth W and frequency. The horizontal axis is W hertz, and the vertical axis is the frequency of samples falling within each frequency width. In FIG. 4, (a) shows the case of earthquake and (b) shows the case of noise. As can be seen from (a), in this example, W is below 15 hertz for earthquakes, many samples are below 12 hertz, above 6 hertz for noise, and many samples are 12 hertz. You can see that Therefore, it can be seen that a certain degree of discrimination is possible only with this condition, and accuracy can be improved by combining with other conditions.
[0042]
FIG. 5 shows the determination result. S014 to s423 in the left column are data numbers corresponding to 76 samples. The central column shows the check result by the person, and the right column shows the determination result by the simulator. In the figure, 0 is determined to be noise, 1 is determined to be an earthquake, and 2 is determined to be unknown. For example, in the data number s113, it is unknown whether the check result by a person is an earthquake or noise, whereas the simulator is determined to be an earthquake. In the data number s405, the check result by a person is noise, whereas the simulator is an earthquake. Although slight differences such as judging are recognized, most of them agree with each other, and the above-mentioned result can be read regarding the high accuracy of the simulator.
[0043]
6 and 7 show the previous four items: (1) peak frequency, (2) bandwidth of predetermined vibration level%, (3) vibration level at a frequency of 20 Hz, (4) peak vibration level value and reference level value. Are the results of determining the three directions EW, NS, and UD, respectively. Comprehensive judgment is a summary of the judgment that the previous judgment is an earthquake under AND conditions. FIG. 7 is a diagram showing a list following FIG. For example, in the data number s406, most of the judgments including the vibration level 3 direction at the frequency 20 Hz with the highest reliability are the judgments of the earthquake, but the level value difference NS is the judgment of the noise, so the comprehensive judgment is noise. As shown in FIG. 5, the result is the same as the human check result.
[0044]
Thus, the possibility of obtaining a correct determination is increased by processing the conditions of the four items with AND.
[0045]
In the above embodiment, the predetermined frequency y1 hertz is set to 20 hertz. However, y1 is one standard, and may be appropriately selected according to the type of earthquake and the type of noise. The rmax (or r1) for determining ry1 may be determined. However, generally, any frequency within the range of 15 to 25 hertz is desirable, and more desirably about 17 to 23 hertz.
[0046]
Further, although the predetermined value r1 percent is 60 percent, an appropriate value may be set according to y1, and it does not stick to 60 percent. Appropriate selection may be made according to the type of earthquake and the type of noise. However, generally 55 to 65 percent is desirable, and more desirably 57 to 63 percent.
[0047]
The predetermined ratio x is set to 70%, but the ratio x is one standard and may be appropriately selected depending on the type of earthquake and the type of noise, and an appropriate Wmax (or W1) may be determined. However, generally, any ratio within the range of 65 to 75% is desirable, and more desirably about 67 to 73%.
[0048]
In addition, although the predetermined frequency width W1 is 15 Hz, W1 is one standard and may be appropriately selected depending on the type of earthquake and the type of noise. However, in general, any frequency within the range of 10 to 20 Hz is desirable, and more desirably about 12 to 18 hertz.
[0049]
In addition, although the predetermined frequency f1 is 15 Hz, f1 is one standard and may be appropriately selected depending on the type of earthquake and the type of noise. However, in general, any frequency within the range of 10 to 20 Hz is desirable, and more desirably about 12 to 18 hertz.
[0050]
The predetermined value a1 is 10 dB, but a1 is one standard and may be appropriately selected depending on the type of earthquake and the type of noise. However, generally, any frequency within the range of 5 to 15 Hz is desirable, and more desirably about 8 to 13 dB.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the present invention decomposes vibrations measured by a seismometer into vibration levels for frequency components, and for a predetermined frequency of the vibrations, a peak frequency, a vibration level% bandwidth, a vibration level, and a peak vibration level. Because it is judged whether the vibration is caused by an earthquake or noise based on the difference between the value and the reference level value, it is possible to reliably determine the noise vibration among the vibrations observed by the seismometer, and to extract only the vibration caused by the true earthquake. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a typical example of frequency analysis used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the level% at 20 Hz and the frequency for the sample of the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the peak frequency and the frequency for the sample of the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between 70% bandwidth and frequency for a sample of an example of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a comprehensive determination result of an example of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an individual determination result and a comprehensive determination result of a sample indicated by each data number of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a continuation of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing an outline of a seismometer system used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Sensor 2 Seismometer body 3 Computer

Claims (10)

地震計で計測される振動を周波数成分に対する強度レベルに分解し、該振動の所定周波数y1ヘルツ成分の振動レベルをay1デシベル、前記振動が地震による振動かノイズの振動かを判別する基準となる基準レベルをanデシベル、前記振動のピークを与える振動周波数fpヘルツにおける振動レベルをapデシベルとしたとき、次式
ry1=(ay1−an)/(ap−an)×100
で与えられる、ry1パーセントが所定の値r1パーセントを越える場合に、その振動をノイズと判別する、地震観測方法。
The vibration measured by the seismometer is decomposed into intensity levels with respect to the frequency component, the vibration level of the predetermined frequency y1 hertz component of the vibration is ay1 decibels, and a reference for determining whether the vibration is an earthquake vibration or a noise vibration When the level is an decibel, and the vibration level at the vibration frequency fp hertz that gives the vibration peak is ap decibel, the following expression ry1 = (ay1-an) / (ap-an) × 100
The seismic observation method for discriminating the vibration as noise when the ry1 percent given in (1) exceeds a predetermined value r1 percent.
前記所定周波数y1ヘルツが15〜25ヘルツの範囲内のいずれかの周波数である、請求項1に記載の、地震観測方法。The earthquake observation method according to claim 1, wherein the predetermined frequency y1 hertz is any frequency within a range of 15 to 25 hertz. 前記所定の値r1パーセントが、55〜65パーセントのいずれかの値である、請求項1または請求項2に記載の、地震観測方法。The earthquake observation method according to claim 1 or 2, wherein the predetermined value r1 percent is any value of 55 to 65 percent. 地震計で計測される振動を周波数成分に対する強度レベルに分解し、該振動が地震による振動かノイズの振動かを判別する基準となる基準レベルをanデシベル、前記振動のピークを与える振動周波数fpヘルツにおける振動レベルをapデシベル、所定の比をxパーセントとしたとき、次式
ax=an+(ap−an)×(x/100)
で与えられる、axデシベルにおける帯域幅Wヘルツが所定の周波数幅W1ヘルツを越える場合に、その振動をノイズと判別する、地震観測方法。
The vibration measured by the seismometer is decomposed into intensity levels with respect to the frequency component, the reference level serving as a reference for discriminating whether the vibration is vibration caused by an earthquake or noise is an decibel, and the vibration frequency fp hertz that gives the peak of the vibration Where the vibration level is ap decibels and the predetermined ratio is x percent, the following equation: ax = an + (ap−an) × (x / 100)
A seismic observation method for discriminating vibration as noise when the bandwidth W hertz in ax decibels exceeds a predetermined frequency width W1 hertz.
前記所定の比xパーセントが、65〜75パーセントの範囲内のいずれかの値である、請求項4に記載の、地震観測方法。The earthquake observation method according to claim 4, wherein the predetermined ratio x percent is any value within a range of 65 to 75 percent. 前記所定の周波数幅W1ヘルツが、10〜20ヘルツのいずれかの値である、請求項4または請求項5に記載の、地震観測方法。The earthquake observation method according to claim 4 or 5, wherein the predetermined frequency width W1 hertz is any value of 10 to 20 hertz. 地震計で計測される振動を周波数成分に対する強度レベルに分解し、該振動の所定周波数y1ヘルツ成分の振動レベルをay1デシベル、前記振動が地震による振動かノイズの振動かを判別する基準となる基準レベルをanデシベル、前記振動のピークを与える振動周波数fpヘルツにおける振動レベルをapデシベルとしたとき、次式
ry1=(ay1−an)/(ap−an)×100
で与えられる、ry1パーセントが所定の値r1パーセントを越える場合に、その振動をノイズと判別し、さらに、
所定の比をxパーセントとしたとき、次式
ax=an+(ap−an)×(x/100)で与えられる、axデシベルにおける帯域幅Wヘルツが所定の周波数幅W1ヘルツを越える場合に、その振動をノイズと判別する、地震観測方法。
The vibration measured by the seismometer is decomposed into intensity levels with respect to the frequency component, the vibration level of the predetermined frequency y1 hertz component of the vibration is ay1 decibels, and a reference for determining whether the vibration is an earthquake vibration or a noise vibration When the level is an decibel and the vibration level at the vibration frequency fp hertz at which the vibration peak is given is ap decibel, the following equation ry1 = (ay1-an) / (ap-an) × 100
When the ry1 percent given by (1) exceeds a predetermined value r1 percent, the vibration is determined as noise, and
When the predetermined ratio is x percent, when the bandwidth W hertz in ax decibels given by the following equation ax = an + (ap−an) × (x / 100) exceeds the predetermined frequency width W1 hertz An earthquake observation method that distinguishes vibration from noise.
前記所定周波数yヘルツが15〜25ヘルツの範囲内のいずれかの周波数であり、前記所定の値r1パーセントが、55〜65パーセントのいずれかの値であり、前記xパーセントが、65〜75パーセントの範囲内のいずれかの比であり、前記所定の周波数幅W1ヘルツが、10〜20ヘルツのいずれかの値である、請求項7に記載の、地震観測方法。The predetermined frequency y 1 hertz is any frequency within the range of 15 to 25 hertz, the predetermined value r1 percent is any value of 55 to 65 percent, and the x percent is 65 to 75. The earthquake observation method according to claim 7, wherein the ratio is any ratio in a range of percent, and the predetermined frequency width W1 hertz is any value of 10 to 20 hertz. さらに、ピーク周波数fpヘルツが所定の周波数f1を越える場合に、その振動をノイズと判定し、次式
ad=ap−an
で与えられる振動レベル差adデシベルが、所定の値a1を越えない場合に、その振動をノイズと判定する、請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の、地震観測方法。
Further, when the peak frequency fp hertz exceeds a predetermined frequency f1, the vibration is determined as noise, and the following expression ad = ap−an
The earthquake observation method according to any one of claims 1 to 8, wherein when the vibration level difference ad decibel given by (1) does not exceed a predetermined value a1, the vibration is determined as noise.
地震計で計測される前記振動を、水平方向について直交する2方向、その2方向に垂直な1方向の各々について計測する、請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の、地震観測方法。The earthquake observation method according to any one of claims 1 to 9, wherein the vibration measured by a seismometer is measured in each of two directions orthogonal to a horizontal direction and one direction perpendicular to the two directions.
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