JP7422103B2 - Earthquake waveform estimation method, earthquake motion prediction system - Google Patents

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Description

本発明は、地震動波形の推定方法、地震動の予測システムに関する。 The present invention relates to a seismic motion waveform estimation method and an earthquake motion prediction system.

地震が発生した際に、地震動が到達する前に、地震応答波形を推定することが望まれている。
例えば特許文献１には、予め、複数の地震発生予測地域に対する予測地域と想定点との間の地震観測点と、想定点との間の地震動の伝達関数を求めておき、地震発生時に検知された震源位置に係るリアルタイム地震情報から震源位置に最も近い震動発生予測地域に対する伝達関数を抽出し、次いで地震発生時に観測点で得られた地震動波形をリアルタイムに取得して、伝達関数に基づいて、地震の地震動が想定点に到達する前に、想定点における地震応答波形をリアルタイムに推定する構成が開示されている。
特許文献１に開示されたような構成では、地震動波形を取得する観測点と、想定点とが離れている。このため、観測点で取得した地震動波形を用いて、想定点における地震応答波形をリアルタイムに推定するには、観測点と想定点との間で、データ通信を行うためのネットワークや、観測点、想定点の双方でデータを送受信するための通信器等が必要である。その結果、構成が複雑となり、地震によってネットワークにおける通信に支障が生じた場合には、地震応答波形の推定を行うことができなくなってしまう。 When an earthquake occurs, it is desired to estimate the seismic response waveform before the seismic motion arrives.
For example, in Patent Document 1, a transfer function of seismic motion between an earthquake observation point and an assumed point between a predicted area and an assumed point for a plurality of predicted earthquake areas is calculated in advance, and the seismic motion is detected when an earthquake occurs. The transfer function for the predicted earthquake area closest to the epicenter location is extracted from the real-time earthquake information related to the epicenter location, and then the seismic motion waveform obtained at the observation point at the time of the earthquake is acquired in real time, and based on the transfer function, A configuration is disclosed in which an earthquake response waveform at an assumed point is estimated in real time before the seismic motion of an earthquake reaches the assumed point.
In the configuration disclosed in Patent Document 1, the observation point for acquiring the seismic motion waveform and the assumed point are far apart. Therefore, in order to estimate the seismic response waveform at the assumed point in real time using the seismic motion waveform acquired at the observation point, it is necessary to use a network for data communication between the observation point and the assumed point, the observation point, A communication device or the like is required to send and receive data at both assumed points. As a result, the configuration becomes complicated, and if an earthquake disrupts communication in the network, it becomes impossible to estimate the earthquake response waveform.

また、特許文献２には、複数の想定震源位置とマグニチュードとの組み合わせを含む地震条件に基づいて計算した想定位置における最大応答値を含む想定地震動データを、予めデータベースに格納しておき、地震発生時に検知された震源位置およびマグニチュードの情報を含むリアルタイム地震情報を受信した場合、受信したリアルタイム地震情報と、データベース中のリアルタイム地震情報に対応する地震条件とを比較することで、最も近似する地震条件を用いた想定地震動データを出力する構成が開示されている。
特許文献２に開示されたような構成では、地震発生時に検知された震源位置およびマグニチュードの情報を含むリアルタイム地震情報を外部から受信する必要がある。このため、データ通信を行うためのネットワークや、リアルタイム地震情報を発信する側と受信する側とのそれぞれでデータを送受信するための通信器等が必要である。その結果、特許文献１の場合と同様に、構成が複雑となり、地震によってネットワークにおける通信に支障が生じた場合には、地震応答波形の推定を行うことができなくなってしまう。 Furthermore, in Patent Document 2, assumed seismic motion data including the maximum response value at an assumed position calculated based on earthquake conditions including combinations of a plurality of assumed epicenter positions and magnitudes is stored in a database in advance, and When real-time earthquake information including information on the epicenter location and magnitude detected at the time of the earthquake is received, the most approximate earthquake conditions are determined by comparing the received real-time earthquake information with the earthquake conditions corresponding to the real-time earthquake information in the database. A configuration is disclosed that outputs assumed seismic motion data using .
In the configuration disclosed in Patent Document 2, it is necessary to receive real-time earthquake information including information on the epicenter location and magnitude detected at the time of earthquake occurrence from the outside. Therefore, a network for data communication and a communication device for transmitting and receiving data on the side transmitting and receiving real-time earthquake information are required. As a result, as in the case of Patent Document 1, the configuration becomes complicated, and if an earthquake disrupts communication in the network, it becomes impossible to estimate the earthquake response waveform.

また、特許文献３には、ある値の時間変化を表わす波形データに、波形データの所定区間に含まれている所定周期の振幅および位相を求め、所定周期の変化に応じて変わる振幅が最大あるいは極大となるところの所定周期と振幅および位相を持った正弦波形を加え合わせて複合正弦波形を得るとともに、所定区間以後のある値の時間変化を、複合正弦波形、もしくは直流成分と複合正弦波形の和で成る波形、もしくは直線成分と複合正弦波形の和で成る波形によって与える構成が開示されている。
特許文献３に開示されたような構成では、波形データが、地震動のように振幅に変化がある場合、十分な精度を得ることができないことがある。 Furthermore, in Patent Document 3, the amplitude and phase of a predetermined period included in a predetermined section of the waveform data are obtained from waveform data representing a change in a certain value over time, and the amplitude and phase that change according to the change in the predetermined period are the maximum or A composite sine waveform is obtained by adding sine waveforms with a predetermined period, amplitude, and phase at which the maximum occurs, and the time change of a certain value after a predetermined interval is calculated by combining the composite sine waveform or the DC component and the composite sine waveform. A configuration is disclosed in which a waveform is provided by the sum of a linear component or a composite sine waveform.
In the configuration disclosed in Patent Document 3, if the waveform data has a change in amplitude such as in earthquake motion, sufficient accuracy may not be obtained.

特許第４３８５９４８号公報Patent No. 4385948 特許第４５０６６２５号公報Patent No. 4506625 特開平５－１９７７４２号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-197742

本発明が解決しようとする課題は、地震動波形を観測した際に、当該地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形を精度よく推定可能で、かつ複雑な構成を必要とせずに実現可能な、地震動波形の推定方法及び地震動の予測システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that when a seismic motion waveform is observed, it is possible to accurately estimate a future seismic motion waveform that will arrive following the seismic motion waveform, and that can be realized without requiring a complicated configuration. An object of the present invention is to provide a seismic motion waveform estimation method and an earthquake motion prediction system.

本発明者らは、特定の予測地点における将来の地震動波形の推定方法として、複数の地震計や通信ネットワークを使用した地震観測データを使用するのではなく、観測地震動波形のうち、直近の複数の周期分の波形データから、振幅の極大値、または極小値を結ぶ多項式を同定し、その多項式に、将来の時刻を適用することで、将来の振幅が算定され、将来の地震動波形が推定可能な点に着眼して、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の地震動波形の推定方法は、観測した地震動波形である観測地震動波形を基に、当該観測地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形をリアルタイムに推定する地震動波形の推定方法であって、地震計で前記観測地震動波形を観測する工程と、前記観測地震動波形のうち、直近の複数の周期分の波形データから、周期を算出し、前記波形データ上において、振幅の複数の極大値または複数の極小値となる点間を結ぶ多項式を算出する工程と、前記周期を基に、前記振幅が極大値または極小値となる将来の時刻を予測し、前記多項式に、前記将来の時刻を適用して、前記将来の時刻における振幅を推定する、将来の地震動波形の推定工程と、を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、観測された地震動波形のうち、直近の複数の周期分の波形データに基づいて、振幅の極大値または極小値となる点間を結ぶ多項式を算出し、周期を基に、振幅が極大値または極小値となる将来の時刻を予測し、多項式に、将来の時刻を適用することで、将来の時刻における振幅を推定することができる。これにより、地震発生時に他の地点等の外部と通信を行うことなく、将来の地震動波形を精度よく推定することができる。したがって、地震動波形を観測した際に、当該地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形を精度よく推定可能で、かつ複雑な構成を必要とせずに実現可能な、地震動波形の推定方法を提供することができる。 As a method for estimating future seismic motion waveforms at a specific prediction point, the present inventors did not use earthquake observation data using multiple seismometers or communication networks, but rather estimated the most recent seismic motion waveforms among the observed seismic motion waveforms. By identifying the polynomial that connects the maximum or minimum value of the amplitude from the periodic waveform data and applying future time to that polynomial, the future amplitude can be calculated and the future seismic motion waveform can be estimated. By paying attention to this point, we have arrived at the present invention.
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, the seismic motion waveform estimation method of the present invention is a seismic motion waveform estimation method that estimates in real time a future seismic motion waveform that will arrive following the observed seismic motion waveform, based on the observed seismic motion waveform that is the observed seismic motion waveform. a step of observing the observed seismic motion waveform with a seismograph, calculating a period from waveform data for the most recent periods of the observed seismic motion waveform, and calculating a plurality of local maximum values of amplitude on the waveform data; Alternatively, a step of calculating a polynomial connecting points having a plurality of local minimum values, and predicting a future time when the amplitude will be a local maximum value or a local minimum value based on the period, and adding the future time to the polynomial. and a step of estimating a future seismic motion waveform by applying the method to estimate the amplitude at the future time.
According to this configuration, a polynomial that connects the points having the maximum or minimum amplitude is calculated based on the waveform data for the most recent cycles of the observed seismic motion waveform, and the polynomial is calculated based on the period. Then, by predicting the future time when the amplitude will be the maximum value or minimum value and applying the future time to the polynomial, the amplitude at the future time can be estimated. As a result, future seismic motion waveforms can be estimated with high accuracy without communicating with external locations such as other locations when an earthquake occurs. Therefore, the present invention provides a seismic motion waveform estimation method that can accurately estimate future seismic motion waveforms that will arrive following the seismic motion waveform when the seismic motion waveform is observed, and that can be realized without requiring a complicated configuration. be able to.

本発明の一態様においては、本発明の地震動波形の推定方法は、前記将来の地震動波形の推定工程では、前記観測地震動波形での前記複数の極大値または前記複数の極小値の中の、最も新しい極大値または極小値に相当する時刻に、前記周期を加算して、前記将来の時刻として第１将来時刻を算出し、前記多項式に、前記第１将来時刻を適用して、前記第１将来時刻における第１将来振幅を推定し、前記最も新しい極大値または極小値となる振幅に対する前記第１将来振幅の増加率である振幅増加率を計算し、当該振幅増加率が増加率閾値を上回る場合には、前記最も新しい極大値または極小値となる振幅と前記増加率閾値を基に算出した値を、推定された前記第１将来振幅に替えて、前記第１将来振幅として使用する。
このような構成によれば、観測地震動波形での振幅の極大値、または極小値を算出した後、最も新しい極大値または極小値に相当する時刻に、周期を加算することで、第１将来時刻を算出し、多項式に、第１将来時刻を適用することで、第１将来時刻における第１将来振幅を推定する。そして、観測地震動波形で最も新しい極大値または極小値となる振幅に対する第１将来振幅の増加率である振幅増加率が、増加率閾値を上回る場合、最も新しい極大値または極小値となる振幅と増加率閾値を基に算出した値を、推定された第１将来振幅に替えて、第１将来振幅として使用する。このようにして、極大値や極小値が、過去の観測地震動の波形性状より明らかに異なる（増大する振幅の割合が閾値を上回る）場合は、将来の振幅を調整することで、将来の地震動波形の推定精度を高めることができる。 In one aspect of the present invention, in the seismic motion waveform estimation method of the present invention, in the future seismic motion waveform estimation step, the most A first future time is calculated as the future time by adding the period to a time corresponding to a new maximum value or minimum value, and the first future time is applied to the polynomial to calculate the first future time. Estimate a first future amplitude at a time, calculate an amplitude increase rate that is an increase rate of the first future amplitude with respect to the amplitude that becomes the latest maximum value or minimum value, and if the amplitude increase rate exceeds an increase rate threshold; In this case, a value calculated based on the amplitude having the latest maximum value or minimum value and the increase rate threshold is used as the first future amplitude instead of the estimated first future amplitude.
According to such a configuration, after calculating the maximum value or minimum value of the amplitude in the observed seismic motion waveform, the first future time is calculated by adding the period to the time corresponding to the latest maximum value or minimum value. By calculating and applying the first future time to the polynomial, the first future amplitude at the first future time is estimated. If the amplitude increase rate, which is the increase rate of the first future amplitude with respect to the amplitude that becomes the latest maximum value or minimum value in the observed seismic motion waveform, exceeds the increase rate threshold, the amplitude that becomes the latest maximum value or minimum value and the increase The value calculated based on the rate threshold is used as the first future amplitude instead of the estimated first future amplitude. In this way, if the maximum value or minimum value is clearly different from the waveform properties of past observed seismic motions (the rate of increase in amplitude exceeds the threshold), the future seismic motion waveform can be adjusted by adjusting the future amplitude. The estimation accuracy can be improved.

本発明の一態様においては、本発明の地震動の予測システムは、地震動波形をリアルタイムに推定する地震動の予測システムであって、地震計と、前記地震計で観測した地震動波形を基に、上記したような地震動波形の推定方法によって、続いて到達する将来の地震動波形を推定する演算処理部と、前記将来の地震動波形を表示する表示部と、を備えることを特徴とする
このような構成によれば、地震計が設置された特定点で観測した地震動波形に基づいて、特定点における将来の地震動波形を推定することで、大掛かりな地震動の観測機器などは使用することなく、将来の地震動波形がリアルタイムに推定可能な、地震動の予測システムを実現することができる。 In one aspect of the present invention, the seismic motion prediction system of the present invention is a seismic motion prediction system that estimates a seismic motion waveform in real time, and includes a seismometer and the seismic motion waveform observed by the seismograph. According to such a configuration, the present invention is characterized by comprising: an arithmetic processing unit that estimates a future seismic motion waveform that will arrive subsequently using a seismic motion waveform estimation method; and a display unit that displays the future seismic motion waveform. For example, by estimating the future seismic motion waveform at a specific point based on the seismic motion waveform observed at a specific point where a seismograph is installed, future seismic motion waveforms can be estimated without using large-scale seismic motion observation equipment. It is possible to realize a prediction system for seismic motion that can be estimated in real time.

本発明によれば、地震動波形を観測した際に、当該地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形を精度よく推定可能で、かつ複雑な構成を必要とせずに実現可能な、地震動波形の推定方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, when a seismic motion waveform is observed, it is possible to accurately estimate a future seismic motion waveform that will arrive following the seismic motion waveform, and it is possible to estimate the seismic motion waveform without requiring a complicated configuration. It becomes possible to provide a method.

本発明の実施形態に係る地震動の予測システムを備えたアクティブ制振建物の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of an active damping building equipped with an earthquake motion prediction system according to an embodiment of the present invention. 地震動の予測システムの機能構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of an earthquake motion prediction system. 地震動の予測システムにおける、地震動波形の推定方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the seismic motion waveform estimation method in a seismic motion prediction system. 地震計から取得した観測地震動波形の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an observed seismic motion waveform obtained from a seismograph. 将来の極大値、極小値の予測を示す説明図である。It is an explanatory diagram showing prediction of future local maximum values and local minimum values. 図５とは異なる場合における、将来の極大値、極小値の予測を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing prediction of future local maximum values and local minimum values in a case different from that in FIG. 5; シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph showing the results of simulation. 本発明の実施形態に係る地震動の予測システムを備えたアクティブ制振建物の他の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another configuration of an active damping building equipped with an earthquake motion prediction system according to an embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照して、本発明による地震動波形の推定方法、地震動の予測システムを実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る地震動の予測システムを備えたアクティブ制振建物の構成を示す図を図１に示す。
（アクティブ制振建物）
図１に示されるように、アクティブ制振建物１０は、建物本体２０と、アクチュエータ３０と、アクティブマスダンパー３１と、地震動の予測システム４０と、を主に備えている。
建物本体２０は、地盤Ｇ上に構築された基礎部２５上に支持されている。建物本体２０は、上下方向に複数の階層２１を有している。建物本体２０は、基礎部２５上に設けられている。ここで、建物本体２０は、階層数や、構造（鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄筋鉄骨コンクリート造、地下階の有無等）について何ら限定するものではない。基礎部２５は、地盤Ｇ上に設けられた基礎スラブ２６を有している。本実施形態においては、建物本体２０は、基礎スラブ２６は地表よりも低い位置に設けられて、地下ピットが形成されている。
本実施形態においては、アクティブマスダンパー３１は、建物本体２０の屋上階に設けられている。アクティブマスダンパー３１は、屋上階ではなく、より下層の、中間階に設けられても構わない。屋上階には、鉛直方向に延在するように壁面２０ａが設けられている。アクチュエータ３０は、建物本体２０の壁面２０ａと、アクティブマスダンパー３１との間に、水平方向に伸縮可能に設けられている。アクチュエータ３０は、後述する地震動の予測システム４０の予測処理装置４１によって予測される将来の地震動を基に、制御力を算出し、アクティブマスダンパー３１に水平方向の力を印加する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for estimating a seismic motion waveform and an embodiment of a seismic motion prediction system according to the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 shows a diagram showing the configuration of an active damping building equipped with an earthquake motion prediction system according to an embodiment of the present invention.
(Active damping building)
As shown in FIG. 1, the active damping building 10 mainly includes a building body 20, an actuator 30, an active mass damper 31, and an earthquake motion prediction system 40.
The building body 20 is supported on a foundation 25 constructed on the ground G. The building body 20 has a plurality of floors 21 in the vertical direction. The building body 20 is provided on a foundation 25. Here, the building body 20 is not limited in any way with respect to the number of floors or structure (reinforced concrete construction, steel frame construction, reinforced steel frame concrete construction, presence or absence of underground floors, etc.). The foundation part 25 has a foundation slab 26 provided on the ground G. In this embodiment, in the building body 20, the foundation slab 26 is provided at a position lower than the ground surface, and an underground pit is formed.
In this embodiment, the active mass damper 31 is provided on the roof floor of the building body 20. The active mass damper 31 may be provided not on the roof floor but on a lower intermediate floor. A wall surface 20a is provided on the roof floor so as to extend in the vertical direction. The actuator 30 is provided between the wall surface 20a of the building body 20 and the active mass damper 31 so that it can expand and contract in the horizontal direction. The actuator 30 calculates a control force based on future seismic motion predicted by a prediction processing device 41 of a seismic motion prediction system 40 to be described later, and applies a force in the horizontal direction to the active mass damper 31.

（地震動の予測システム）
地震動の予測システム４０は、建物本体２０が設置されている地点で地震動波形を観測する。地震動の予測システム４０は、観測した地震動波形である観測地震動波形を基に、観測地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形をリアルタイムに推定する。地震動の予測システム４０は、推定した将来の地震動波形に基づいて、建物本体２０に生じると予測される将来の地震動を打ち消すような制御力を算出し、アクチュエータ３０を作動させる。
図２は、地震動の予測システムの機能構成を示すブロック図である。
図１、図２に示すように、地震動の予測システム４０は、地震計５０と、予測処理装置４１と、を備えている。
地震計５０は、建物本体２０が設置されている地点に設置されている。地震計５０は、例えば、基礎部２５の基礎スラブ２６上に設置されている。地震計５０は、地震計５０が設置された地点（観測地）で、地震発生時における地震動波形（以下、これを観測地地震動波形と称する）を観測する。つまり、地震計５０は、基礎スラブ２６上、すなわち地下ピットに設置されて、その地点における地震動波形を観測する。地震動の予測システム４０は、例えば建物本体２０が地下ピットを有さない場合には、地上階に、例えば１階に設けられてもよい。本実施形態においては、地震動波形は加速度波形である。地震計５０は、観測した観測地震動波形の波形データを、予測処理装置４１に送信する。地震計５０は、地震が発生した場合、予め設定された所定の時間間隔毎に、観測した観測地震動波形の波形データを、予測処理装置４１に順次送信する。 (Earthquake motion prediction system)
The seismic motion prediction system 40 observes seismic motion waveforms at locations where the building body 20 is installed. The seismic motion prediction system 40 estimates in real time a future seismic motion waveform that will arrive following the observed seismic motion waveform, based on the observed seismic motion waveform that is the observed seismic motion waveform. The seismic motion prediction system 40 calculates a control force that cancels future seismic motion predicted to occur in the building body 20 based on the estimated future seismic motion waveform, and operates the actuator 30.
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the seismic motion prediction system.
As shown in FIGS. 1 and 2, the seismic motion prediction system 40 includes a seismograph 50 and a prediction processing device 41.
The seismograph 50 is installed at the location where the building body 20 is installed. The seismograph 50 is installed, for example, on the foundation slab 26 of the foundation 25. The seismograph 50 observes a seismic motion waveform (hereinafter referred to as an observation site seismic motion waveform) at the time of an earthquake at a location where the seismograph 50 is installed (observation location). That is, the seismograph 50 is installed on the foundation slab 26, that is, in an underground pit, and observes the seismic motion waveform at that point. The seismic motion prediction system 40 may be installed on the ground floor, for example, on the first floor, if the building body 20 does not have an underground pit. In this embodiment, the seismic motion waveform is an acceleration waveform. The seismograph 50 transmits waveform data of the observed seismic motion waveform to the prediction processing device 41 . When an earthquake occurs, the seismograph 50 sequentially transmits waveform data of observed seismic motion waveforms to the prediction processing device 41 at predetermined time intervals set in advance.

予測処理装置４１は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ装置からなる。図２に示すように、予測処理装置４１は、データ受信部４２と、演算処理部４３と、アクチュエータ制御部４４と、表示部４５と、を機能的に備えている。
データ受信部４２は、有線又は無線による通信によって、地震計５０から送信される観測地震動波形の波形データを受信する。
演算処理部４３は、データ受信部４２で受信した波形データに基づき、所定の演算処理を実行する。演算処理部４３は、後に詳述するように、観測地震動波形のうち、直近の複数の周期分の波形データから周期を算出する。演算処理部４３は、波形データ上において、振幅の複数の極大値または複数の極小値となる点間を結ぶ多項式を算出する。演算処理部４３は、算出された周期を基に、振幅が極大値または極小値となる将来の時刻を予測する。演算処理部４３は、算出した多項式に、予測した将来の時刻を適用して、将来の時刻における振幅を推定する。演算処理部４３は、将来の時刻における振幅を基に、将来の地震動波形を生成する。
アクチュエータ制御部４４は、演算処理部４３による演算により予測された、振幅が極大値または極小値となる将来の時刻と、将来の時刻における振幅とに基づいて、アクチュエータ３０を作動させるように制御する。具体的には、アクチュエータ制御部４４は、将来の地震動波形を基に、将来の時刻の各々で当該時刻において想定される振幅の地震動を打ち消すような制御力を算出し、アクチュエータ３０を作動させる指令を生成する。例えば、アクチュエータ制御部４４は、振幅が極大値または極小値となる将来の時刻に、最適レギュレータ法等に拠って最適制御力を算出し、アクチュエータ３０を作動させる指令を生成する。アクチュエータ制御部４４は、生成した指令を、有線又は無線による通信によって、アクチュエータ３０に送信する。
表示部４５は、モニタ画面を備えたモニタ装置等からなる。表示部４５は、演算処理部で推定した振幅が極大値または極小値となる将来の時刻と、将来の時刻における振幅とに基づいて、将来の地震動波形を表示する。 The prediction processing device 41 consists of a computer device such as a personal computer. As shown in FIG. 2, the prediction processing device 41 functionally includes a data receiving section 42, an arithmetic processing section 43, an actuator control section 44, and a display section 45.
The data receiving unit 42 receives waveform data of the observed seismic motion waveform transmitted from the seismograph 50 through wired or wireless communication.
The arithmetic processing section 43 executes predetermined arithmetic processing based on the waveform data received by the data receiving section 42 . The arithmetic processing unit 43 calculates the period from the waveform data of the most recent periods of the observed seismic motion waveform, as will be described in detail later. The arithmetic processing unit 43 calculates a polynomial on the waveform data that connects points having a plurality of maximum amplitude values or a plurality of minimum amplitude values. The arithmetic processing unit 43 predicts the future time when the amplitude will be the maximum value or the minimum value, based on the calculated period. The arithmetic processing unit 43 applies the predicted future time to the calculated polynomial to estimate the amplitude at the future time. The arithmetic processing unit 43 generates a future seismic motion waveform based on the amplitude at a future time.
The actuator control unit 44 controls the actuator 30 to operate based on the future time when the amplitude will be the maximum value or the minimum value and the amplitude at the future time, which is predicted by calculation by the calculation processing unit 43. . Specifically, the actuator control unit 44 calculates, at each future time, a control force that cancels out the earthquake motion of the amplitude expected at that time based on the future seismic motion waveform, and issues a command to actuate the actuator 30. generate. For example, the actuator control unit 44 calculates the optimal control force based on the optimal regulator method or the like at a future time when the amplitude reaches a local maximum value or a local minimum value, and generates a command to operate the actuator 30. The actuator control unit 44 transmits the generated command to the actuator 30 via wired or wireless communication.
The display unit 45 is composed of a monitor device with a monitor screen or the like. The display unit 45 displays a future seismic motion waveform based on the future time when the amplitude estimated by the arithmetic processing unit becomes the local maximum value or the local minimum value, and the amplitude at the future time.

（地震動波形の推定方法）
図３は、上記地震動の予測システム４０における、地震動波形の推定方法の流れを示すフローチャートである。
地震動の予測システム４０で、建物本体２０が設置されている地点における地震動波形の推定を行うには、まず、地震発生時に、地震計５０で観測地震動波形を観測する（工程Ｓ１０）。地震計５０は、地震発生時における観測地地震動波形を観測する。地震計５０は、観測した観測地震動波形の波形データを、予測処理装置４１に送信する。
予測処理装置４１では、地震計５０から送信される波形データに基づき、以下のようにして、観測地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形をリアルタイムに推定する（工程Ｓ２０）。 (Seismic motion waveform estimation method)
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of a seismic motion waveform estimation method in the seismic motion prediction system 40.
In order to estimate the seismic motion waveform at the location where the building body 20 is installed using the seismic motion prediction system 40, first, when an earthquake occurs, the observed seismic motion waveform is observed using the seismograph 50 (step S10). The seismograph 50 observes the seismic motion waveform at the observation site when an earthquake occurs. The seismograph 50 transmits waveform data of the observed seismic motion waveform to the prediction processing device 41 .
The prediction processing device 41 estimates in real time a future seismic motion waveform that will arrive following the observed seismic motion waveform in the following manner based on the waveform data transmitted from the seismograph 50 (step S20).

予測処理装置４１のデータ受信部４２では、地震計５０から送信される観測地震動波形の波形データを取得（受信）する（工程Ｓ２０１）。
図４は、地震計から取得した観測地震動波形Ｗｓの一例を示す図である。
予測処理装置４１の演算処理部４３では、データ受信部４２で取得した観測地震動波形Ｗｓの波形データに基づき、所定の演算処理を実行する。演算処理部４３では、まず、直近の複数の周期の波形データから、振幅の複数の極大値、及び極小値を抽出する（工程Ｓ２０２）。
本実施形態では、演算処理部４３は、図４に示すように、波形データに３以上の極大値Ｐ１～Ｐ３、及び３以上の極小値Ｑ１～Ｑ３が含まれている場合に、極大値Ｐ、及び極小値Ｑの抽出を行う。演算処理部４３は、波形データにおいて、直近の３つの極大値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及び直近の３つの極小値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を抽出する。演算処理部４３は、抽出された極大値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及び極小値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれについて、その時刻Ｔｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３、Ｔｑ１、Ｔｑ２、Ｔｑ３、及び観測地震動波形Ｗｓの振幅ｘｐ１、ｘｐ２、ｘｐ３、ｘｑ１、ｘｑ２、ｘｑ３を取得する。 The data receiving unit 42 of the prediction processing device 41 acquires (receives) waveform data of the observed seismic motion waveform transmitted from the seismograph 50 (step S201).
FIG. 4 is a diagram showing an example of an observed seismic motion waveform Ws obtained from a seismograph.
The calculation processing unit 43 of the prediction processing device 41 executes predetermined calculation processing based on the waveform data of the observed seismic motion waveform Ws acquired by the data reception unit 42. The arithmetic processing unit 43 first extracts a plurality of maximum values and minimum values of amplitude from the waveform data of the most recent cycles (step S202).
In this embodiment, as shown in FIG. 4, when the waveform data includes three or more local maximum values P1 to P3 and three or more local minimum values Q1 to Q3, the calculation processing unit 43 , and the minimum value Q is extracted. The arithmetic processing unit 43 extracts the three most recent local maximum values P1, P2, P3 and the three most recent local minimum values Q1, Q2, Q3 in the waveform data. The arithmetic processing unit 43 calculates, for each of the extracted maximum values P1, P2, P3 and minimum values Q1, Q2, Q3, the times Tp1, Tp2, Tp3, Tq1, Tq2, Tq3, and the amplitude of the observed seismic motion waveform Ws. Obtain xp1, xp2, xp3, xq1, xq2, xq3.

次いで、演算処理部４３は、波形データ上において、振幅の複数の極大値Ｐ、複数の極小値Ｑとなる点間を結ぶ多項式を算出する（工程Ｓ２０３）。本実施形態では、多項式として、振幅の複数の極大値Ｐとなる点間を結ぶ２次関数と、複数の極小値Ｑとなる点間を結ぶ２次関数を算出する。
具体的には、演算処理部４３は、抽出した直近の３つの極大値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３となる点を通る２次関数Ｆ１、及び直近の３つの極小値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３となる点を通る２次関数Ｆ２をそれぞれ求める。２次関数Ｆ１、Ｆ２は、それぞれ、直近の３つの極大値Ｐ、極小値Ｑとなる点のうち、最も過去の極値Ｐ１、Ｑ１を原点とした座標系において、原点を通過するものとして立式される。すなわち、波形データの座標系を、横軸が時間、縦軸が加速度の全体座標系Ｇとすると、２次関数Ｆ１、Ｆ２は、全体座標系Ｇ内の点Ｐ１、Ｑ１を原点とした、横軸が時間、縦軸が加速度の局所座標系Ｌ内の関数として表される。ここで、図４、及び続く図５において、局所座標系Ｌとしては、点Ｐ１を原点とした、２次間数Ｆ１に対応するもののみが図示されている。
以降の説明においては、ただ単に極大値Ｐ（Ｐ１～Ｐ６）と記載した場合には、全体座標系Ｇあるいは局所座標系Ｌ上における、極大値となる点Ｐ（Ｐ１～Ｐ６）のことを指す。同様に、単に極小値Ｑ（Ｑ１～Ｑ６）と記載した場合には、全体座標系Ｇあるいは局所座標系Ｌ上における、極小値となる点Ｑ（Ｑ１～Ｑ６）のことを指す。 Next, the arithmetic processing unit 43 calculates a polynomial on the waveform data that connects points having a plurality of maximum amplitude values P and a plurality of minimum amplitude values Q (step S203). In this embodiment, a quadratic function connecting points having a plurality of local maximum values P of amplitude and a quadratic function connecting points having a plurality of local minimum values Q are calculated as polynomials.
Specifically, the arithmetic processing unit 43 calculates the quadratic function F1 that passes through the points where the three most recent local maximum values P1, P2, and P3 are extracted, and the points where the three most recent local minimum values Q1, Q2, and Q3 occur. Find the quadratic function F2 that passes through each of them. The quadratic functions F1 and F2 are set as passing through the origin in a coordinate system whose origin is the most recent extreme values P1 and Q1 among the three most recent local maximum values P and local minimum values Q, respectively. The ceremony will be held. In other words, if the coordinate system of the waveform data is the global coordinate system G in which the horizontal axis is time and the vertical axis is acceleration, then the quadratic functions F1 and F2 are horizontal coordinates whose origins are points P1 and Q1 in the global coordinate system G. It is expressed as a function within the local coordinate system L, with the axis being time and the vertical axis being acceleration. Here, in FIG. 4 and the subsequent FIG. 5, only the local coordinate system L corresponding to the quadratic interval number F1 with the point P1 as the origin is shown.
In the following explanation, when a local maximum value P (P1 to P6) is simply written, it refers to a point P (P1 to P6) that is a maximum value on the global coordinate system G or local coordinate system L. . Similarly, when simply writing the minimum value Q (Q1 to Q6), it refers to the point Q (Q1 to Q6) on the global coordinate system G or the local coordinate system L that is the minimum value.

例えば、点Ｐ１を原点とした局所座標系Ｌにおける２次関数Ｆ１は、次式（１）により表すことができる。
Ｆ１＝ａｘ２＋ｂｘ …（１）
ここで、この２次関数Ｆ１は、直近の３つの極大値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を通るため、上式（１）におけるａ、ｂは、次式（２）を解くことにより求められる。

Figure 0007422103000001
本実施形態においては、波形データの極大値を通る多項式Ｆ１を、上式（１）のように、局所座標系Ｌ上の原点を通過する２次関数として表現している。この２次関数の形状を特定するには、式（１）中の特定すべき定数ａ、ｂが２つであるため、式（２）として示されるように、極大値Ｐ１に対する他の少なくとも２つの極大値Ｐ２、Ｐ３の各々の相対位置を用いて、１次式による連立方程式を２つ立式し、これを解く必要がある。すなわち、多項式Ｆ１を２次関数として表現するために、本実施形態においては、３つの極大値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の座標が必要となる。 For example, the quadratic function F1 in the local coordinate system L having the point P1 as the origin can be expressed by the following equation (1).
F1= ax2 +bx...(1)
Here, since this quadratic function F1 passes through the three most recent maximum values P1, P2, and P3, a and b in the above equation (1) can be found by solving the following equation (2).
Figure 0007422103000001
 In this embodiment, the polynomial F1 that passes through the maximum value of the waveform data is expressed as a quadratic function that passes through the origin on the local coordinate system L, as in the above equation (1). In order to specify the shape of this quadratic function, there are two constants a and b to be specified in equation (1), so as shown in equation (2), at least two It is necessary to formulate and solve two linear simultaneous equations using the relative positions of the two local maximum values P2 and P3. That is, in order to express the polynomial F1 as a quadratic function, in this embodiment, the coordinates of the three local maximum values P1, P2, and P3 are required.

同様に、点Ｑ１を原点とした局所座標系Ｌにおける２次関数Ｆ２は、次式（３）により表すことができる。
Ｆ２＝ｃｘ２＋ｄｘ …（３）
ここで、この２次関数Ｆ２は、直近の３つの極小値Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３を通るため、上式（３）におけるｃ、ｄは、次式（４）を解くことにより求められる。

Figure 0007422103000002
Similarly, the quadratic function F2 in the local coordinate system L having the point Q1 as the origin can be expressed by the following equation (3).
F2= cx2 +dx...(3)
Here, since this quadratic function F2 passes through the three nearest minimum values Q1, Q2, and Q3, c and d in the above equation (3) can be obtained by solving the following equation (4).
Figure 0007422103000002

次いで、演算処理部４３は、波形データから、直近の２つの極大値Ｐ２、Ｐ３の時間間隔を、極大値の周期ｄＴｐ１（＝Ｔｐ３－Ｔｐ２）として算出する。また、演算処理部４３は、波形データから、直近の２つの極小値Ｑ２、Ｑ３の時間間隔を、極小値側の周期ｄＴｑ１（＝Ｔｑ３－Ｔｑ２）として算出する（工程Ｓ２０４）。
図５は、将来の極大値、極小値の予測値を示す図である。
続いて、演算処理部４３は、算出された周期を基に、振幅が極大値、極小値となる将来の時刻を予測する（工程Ｓ２０５）。これには、演算処理部４３は、将来、極大値、極小値となる時刻の時間間隔が、算出された周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１と等しいとして、将来の極大値、極小値となる時刻を予測する。より具体的には、演算処理部４３は、次式（５）、（６）に示すように、観測地震動波形Ｗｓから抽出された複数の極大値Ｐ１～Ｐ３、複数の極小値Ｑ１～Ｑ３の中の、最も新しい極大値Ｐ３に相当する時刻Ｔｐ３と、最も新しい極小値Ｑ３に相当する時刻Ｔｑ３の各々に、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１をそれぞれ加算して、図５に示すように、将来の時刻として第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４を算出する。
Ｔｐ４＝Ｔｐ３＋ｄＴｐ１ …（５）
Ｔｑ４＝Ｔｑ３＋ｄＴｑ１ …（６）
演算処理部４３は、次式（７）、（８）に示すように、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４の各々に周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１をそれぞれ更に加算して、将来の時刻として第２将来時刻Ｔｐ５、Ｔｑ５を算出する。
Ｔｐ５＝Ｔｐ４＋ｄＴｐ１ …（７）
Ｔｑ５＝Ｔｑ４＋ｄＴｑ１ …（８）
更に、演算処理部４３は、次式（９）、（１０）に示すように、第２将来時刻Ｔｐ５、Ｔｑ５の各々に周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１をそれぞれ更に加算して、将来の時刻として第３将来時刻Ｔｐ６、Ｔｑ６を算出する。
Ｔｐ６＝Ｔｐ５＋ｄＴｐ１ …（９）
Ｔｑ６＝Ｔｑ５＋ｄＴｑ１ …（１０） Next, the arithmetic processing unit 43 calculates the time interval between the two most recent maximum values P2 and P3 from the waveform data as the maximum value period dTp1 (=Tp3-Tp2). Further, the arithmetic processing unit 43 calculates the time interval between the two most recent minimum values Q2 and Q3 from the waveform data as the period dTq1 (=Tq3-Tq2) on the minimum value side (step S204).
FIG. 5 is a diagram showing predicted values of future local maximum values and local minimum values.
Subsequently, the arithmetic processing unit 43 predicts future times when the amplitude will be the maximum value and the minimum value, based on the calculated period (step S205). To do this, the arithmetic processing unit 43 predicts the time when the maximum value and minimum value will occur in the future, assuming that the time interval between the times when the maximum value and minimum value will occur in the future will be equal to the calculated periods dTp1 and dTq1. More specifically, the calculation processing unit 43 calculates a plurality of local maximum values P1 to P3 and a plurality of local minimum values Q1 to Q3 extracted from the observed seismic motion waveform Ws, as shown in the following equations (5) and (6). The periods dTp1 and dTq1 are added to each of the time Tp3 corresponding to the newest local maximum value P3 and the time Tq3 corresponding to the newest local minimum value Q3, and as shown in FIG. First future times Tp4 and Tq4 are calculated.
Tp4=Tp3+dTp1...(5)
Tq4=Tq3+dTq1...(6)
The arithmetic processing unit 43 further adds cycles dTp1 and dTq1 to each of the first future times Tp4 and Tq4, respectively, as shown in the following equations (7) and (8), and sets the second future time Tp5 as a future time. , Tq5 is calculated.
Tp5=Tp4+dTp1...(7)
Tq5=Tq4+dTq1...(8)
Furthermore, as shown in the following equations (9) and (10), the arithmetic processing unit 43 further adds cycles dTp1 and dTq1 to each of the second future times Tp5 and Tq5, respectively, and sets the third future time as a future time. Calculate times Tp6 and Tq6.
Tp6=Tp5+dTp1...(9)
Tq6=Tq5+dTq1...(10)

次いで、演算処理部４３は、工程Ｓ２０３で算出した２次関数Ｆ１、Ｆ２に、工程Ｓ２０５で予測した将来の時刻（第１～第３将来時刻）Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６をそれぞれ適用して、将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６のそれぞれにおける、将来の極大値Ｐ４～Ｐ６、極小値Ｑ４～Ｑ６での振幅（将来の時刻における振幅）ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６を算出する。つまり、演算処理部４３は、将来の極大値Ｐ４～Ｐ６、極小値Ｑ４～Ｑ６が、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１ごとに、２次関数Ｆ１、Ｆ２で表される曲線上にあるとして、将来の極大値Ｐ４～Ｐ６、極小値Ｑ４～Ｑ６の振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６を推定する（工程Ｓ２０６）。
より具体的には、例えば極大値に関しては、演算処理部４３はまず、全体座標系Ｇにおける第１将来時刻Ｔｐ４を、局所座標系Ｌにおける時刻（Ｔｐ４－Ｔｐ１）に変換し、これを式（１）として説明した２次関数Ｆ１に代入して、値ｘｐ’を求める。この値ｘｐ’は、局所座標系Ｌ内における振幅の値であるため、全体座標系Ｇにおける値に変換するために、局所座標系Ｌの原点座標である値ｘｐ１を加算し、これを第１将来時刻Ｔｐ４における振幅である第１将来振幅ｘｐ４（＝ｘｐ’＋ｘｐ１）とする。
演算処理部４３は、同様に、第２将来時刻Ｔｐ５における振幅である第２将来振幅ｘｐ５と、第３将来時刻Ｔｐ６における振幅である第３将来振幅ｘｐ６を計算する。 Next, the arithmetic processing unit 43 applies the future times (first to third future times) Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6 predicted in step S205 to the quadratic functions F1 and F2 calculated in step S203, respectively. , amplitudes (amplitudes at future times) xp4 to xp6 and xq4 to xq6 at future maximum values P4 to P6 and minimum values Q4 to Q6 at future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6, respectively. In other words, the arithmetic processing unit 43 assumes that the future maximum values P4 to P6 and the minimum values Q4 to Q6 are on the curve represented by the quadratic functions F1 and F2 for each period dTp1 and dTq1, and calculates the future maximum value Amplitudes xp4 to xp6 and xq4 to xq6 of P4 to P6 and minimum values Q4 to Q6 are estimated (step S206).
More specifically, for example, regarding the maximum value, the arithmetic processing unit 43 first converts the first future time Tp4 in the global coordinate system G to a time (Tp4-Tp1) in the local coordinate system L, and converts this into the equation ( The value xp' is obtained by substituting it into the quadratic function F1 explained as 1). Since this value xp' is the amplitude value in the local coordinate system L, in order to convert it to a value in the global coordinate system G, the value xp1, which is the origin coordinate of the local coordinate system L, is added, and this is It is assumed that the first future amplitude xp4 (=xp'+xp1) is the amplitude at future time Tp4.
The arithmetic processing unit 43 similarly calculates a second future amplitude xp5, which is the amplitude at the second future time Tp5, and a third future amplitude xp6, which is the amplitude at the third future time Tp6.

極小値に関しても同様に、演算処理部４３は、全体座標系Ｇにおける第１将来時刻Ｔｑ４を、局所座標系Ｌにおける時刻（Ｔｑ４－Ｔｑ１）に変換し、これを式（３）として説明した２次関数Ｆ２に代入して、値ｘｑ’を求める。この値ｘｑ’は、局所座標系Ｌ内における振幅の値であるため、全体座標系Ｇにおける値に変換するために、局所座標系Ｌの原点座標である値ｘｑ１を加算し、これを第１将来時刻Ｔｑ４における振幅である第１将来振幅ｘｑ４（＝ｘｑ’＋ｘｑ１）とする。
演算処理部４３は、同様に、第２将来時刻Ｔｑ５における振幅である第２将来振幅ｘｑ５と、第３将来時刻Ｔｑ６における振幅である第３将来振幅ｘｑ６を計算する。
このようにして、演算処理部４３は、全体座標系Ｇ上での、将来の極大値Ｐ４～Ｐ６、極小値Ｑ４～Ｑ６の振幅を推定する。 Similarly, regarding the local minimum value, the arithmetic processing unit 43 converts the first future time Tq4 in the global coordinate system G to the time (Tq4-Tq1) in the local coordinate system L, and converts this into 2 described as equation (3). Substitute it into the following function F2 to find the value xq'. Since this value xq' is the amplitude value in the local coordinate system L, in order to convert it to a value in the global coordinate system G, the value xq1, which is the origin coordinate of the local coordinate system L, is added, and this is converted into the first Let the first future amplitude xq4 (=xq'+xq1) be the amplitude at future time Tq4.
The arithmetic processing unit 43 similarly calculates a second future amplitude xq5, which is the amplitude at the second future time Tq5, and a third future amplitude xq6, which is the amplitude at the third future time Tq6.
In this way, the arithmetic processing unit 43 estimates the amplitudes of the future maximum values P4 to P6 and minimum values Q4 to Q6 on the global coordinate system G.

この後、演算処理部４３は、工程Ｓ２０６で推定した将来の極大値Ｐ４～Ｐ６、極小値Ｑ４～Ｑ６の振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６について、その各々の直前の極大値Ｐ３～Ｐ５、極小値Ｑ３～Ｑ５の振幅ｘｐ３～ｘｐ５、ｘｑ３～ｘｑ５からの増加率が、予め設定した増加率閾値以下であるか否かを確認し、その結果に応じて、上記のように計算した振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６の値を調整する（工程Ｓ２０７、Ｓ２０８）。
具体的には、演算処理部４３は、まず、次式（１１）、（１２）により、観測地震動波形Ｗｓから抽出された複数の極大値Ｐ１～Ｐ３、複数の極小値Ｑ１～Ｑ３の中の、最も新しい極大値Ｐ３、極小値Ｑ３となる振幅ｘｐ３、ｘｑ３に対する、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４の増加率である振幅増加率を計算し、振幅増加率が増加率閾値α以下であるか否かを確認する（工程Ｓ２０７）。
（ｘｐ４－ｘｐ３）／ｘｐ３≦α …（１１）
（ｘｑ４－ｘｑ３）／ｘｑ３≦α …（１２）
ここで、増加率閾値αは、例えば、建物本体２が設置されている地点周辺で、過去に観測された地震記録の分析に基づいて設定することができる。
また、増加率閾値αは、過去の観測地震動波形に対して、本発明による地震動波形の推定方法で算定される予測波とを比較検証した結果、概ね、αが０．２程度、より具体的には０．１８以上０．２２以下の範囲内の値として設定すると、どのような観測点においても比較的好ましい精度となることが確認された。 Thereafter, the arithmetic processing unit 43 calculates the amplitudes xp4 to xp6 and xq4 to xq6 of the future maximum values P4 to P6 and minimum values Q4 to Q6 estimated in step S206, respectively, the maximum values P3 to P5 immediately before them, and the minimum values It is checked whether the increase rate from the amplitudes xp3 to xp5 and xq3 to xq5 of the values Q3 to Q5 is less than or equal to a preset increase rate threshold, and depending on the result, the amplitudes xp4 to xp4 calculated as above are determined. The values of xp6 and xq4 to xq6 are adjusted (steps S207 and S208).
Specifically, the arithmetic processing unit 43 first calculates the maximum values P1 to P3 and the minimum values Q1 to Q3 extracted from the observed seismic motion waveform Ws using the following equations (11) and (12). , calculate the amplitude increase rate that is the increase rate of the first future amplitudes xp4, xq4 with respect to the amplitudes xp3, xq3 that are the latest local maximum value P3 and local minimum value Q3, and determine whether the amplitude increase rate is less than or equal to the increase rate threshold α. (Step S207).
(xp4-xp3)/xp3≦α…(11)
(xq4-xq3)/xq3≦α…(12)
Here, the increase rate threshold α can be set, for example, based on an analysis of earthquake records observed in the past around the location where the building body 2 is installed.
In addition, as a result of comparing and verifying the predicted wave calculated by the seismic motion waveform estimation method according to the present invention with respect to the past observed seismic motion waveform, the increase rate threshold α is approximately 0.2, and the more specific It was confirmed that setting the value within the range of 0.18 or more and 0.22 or less provides relatively preferable accuracy at any observation point.

工程Ｓ２０７における確認の結果、図６に示すように、算出した振幅増加率が増加率閾値αを上回る場合、将来の振幅の値を調整する（工程Ｓ２０８）。
具体的には、式（１１）、（１２）で、左辺としてあらわされる振幅増加率が、増加率閾値αを上回った場合、次式（１３）、（１４）のように、観測地震動波形Ｗｓから抽出された複数の極大値Ｐ１～Ｐ３、複数の極小値Ｑ１～Ｑ３の中の、最も新しい極大値Ｐ３、極小値Ｑ３となる振幅ｘｐ３、ｘｑ３と増加率閾値αを基に、暫定値ｘｐ４’、ｘｑ４’を算出し、工程Ｓ２０６で推定された第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４に替えて、算出されたこれらの暫定値ｘｐ４’、ｘｑ４’を、調整後の第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４として使用する。
ｘｐ４’＝ｘｐ３＋α×ｘｐ３ …（１３）
ｘｑ４’＝ｘｑ３＋α×ｘｑ３ …（１４）
工程Ｓ２０７における確認の結果、算出した振幅増加率が増加率閾値αを上回らない場合には、工程Ｓ２０６で推定された第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４が、そのまま第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４として使用される。 As a result of the confirmation in step S207, as shown in FIG. 6, if the calculated amplitude increase rate exceeds the increase rate threshold α, the future amplitude value is adjusted (step S208).
Specifically, when the amplitude increase rate expressed as the left side of equations (11) and (12) exceeds the increase rate threshold α, the observed seismic motion waveform Ws Based on the amplitudes xp3 and xq3 and the increase rate threshold α that are the latest maximum value P3 and minimum value Q3 among the plural maximum values P1 to P3 and the plurality of minimum values Q1 to Q3 extracted from the above, a provisional value xp4 is calculated. ', xq4' are calculated, and instead of the first future amplitudes xp4, xq4 estimated in step S206, these calculated provisional values xp4', xq4' are used as the adjusted first future amplitudes xp4, xq4. use.
xp4'=xp3+α×xp3...(13)
xq4'=xq3+α×xq3...(14)
As a result of the confirmation in step S207, if the calculated amplitude increase rate does not exceed the increase rate threshold α, the first future amplitudes xp4, xq4 estimated in step S206 are used as they are as the first future amplitudes xp4, xq4. Ru.

次に、演算処理部４３は、次式（１５）、（１６）により、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４に対する第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５の増加率である振幅増加率を計算し、振幅増加率が増加率閾値αを上回るか否かを確認する（工程Ｓ２０７）。
（ｘｐ５－ｘｐ４）／ｘｐ４≦α …（１５）
（ｘｑ５－ｘｑ４）／ｘｑ４≦α …（１６）
ここで、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４としては、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４が式（１３）、（１４）により調整された場合においては、調整後の第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４が使用される。
その結果、式（１５）、（１６）で、左辺としてあらわされる振幅増加率が、増加率閾値αを上回った場合、次式（１７）、（１８）のように、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４と増加率閾値αを基に暫定値ｘｐ５’、ｘｑ５’を算出し、工程Ｓ２０６で推定された第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５に替えて、算出されたこれらの暫定値ｘｐ５’、ｘｑ５’を、調整後の第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５として使用する（工程Ｓ２０８）。
ｘｐ５’＝ｘｐ４＋α×ｘｐ４ …（１７）
ｘｑ５’＝ｘｑ５＋α×ｘｑ４ …（１８）
工程Ｓ２０７における確認の結果、算出した振幅増加率が増加率閾値αを上回らない場合には、工程Ｓ２０６で推定された第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５が、そのまま第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５として使用される。 Next, the arithmetic processing unit 43 calculates the amplitude increase rate, which is the increase rate of the second future amplitudes xp5, xq5 with respect to the first future amplitudes xp4, xq4, using the following equations (15) and (16), and calculates the amplitude increase rate. It is confirmed whether or not exceeds the increase rate threshold α (step S207).
(xp5-xp4)/xp4≦α…(15)
(xq5-xq4)/xq4≦α…(16)
Here, as the first future amplitudes xp4, xq4, when the first future amplitudes xp4, xq4 are adjusted by equations (13) and (14), the adjusted first future amplitudes xp4, xq4 are used. Ru.
As a result, when the amplitude increase rate expressed as the left side in equations (15) and (16) exceeds the increase rate threshold α, the first future amplitude xp4, as shown in the following equations (17) and (18), Provisional values xp5' and xq5' are calculated based on xq4 and the increase rate threshold α, and these calculated provisional values xp5' and xq5' are used in place of the second future amplitudes xp5 and xq5 estimated in step S206. , are used as the adjusted second future amplitudes xp5, xq5 (step S208).
xp5'=xp4+α×xp4...(17)
xq5'=xq5+α×xq4...(18)
As a result of the confirmation in step S207, if the calculated amplitude increase rate does not exceed the increase rate threshold α, the second future amplitudes xp5, xq5 estimated in step S206 are used as the second future amplitudes xp5, xq5. Ru.

更に、演算処理部４３は、次式（１９）、（２０）により、第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５に対する第３将来振幅ｘｐ６、ｘｑ６の増加率である振幅増加率を計算し、振幅増加率が増加率閾値αを上回るか否かを確認する（工程Ｓ２０７）。
（ｘｐ６－ｘｐ５）／ｘｐ５≦α …（１９）
（ｘｑ６－ｘｑ５）／ｘｑ５≦α …（２０）
ここで、第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５としては、第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５が式（１７）、（１８）により調整された場合においては、調整後の第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５が使用される。
その結果、式（１９）、（２０）で、左辺としてあらわされる振幅増加率が、増加率閾値αを上回った場合、次式（２１）、（２２）のように、第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５と増加率閾値αを基に暫定値ｘｐ６’、ｘｑ６’を算出し、工程Ｓ２０６で推定された第３将来振幅ｘｐ６、ｘｑ６に替えて、算出されたこれらの暫定値ｘｐ６’、ｘｑ６’を、調整後の第３将来振幅ｘｐ６、ｘｑ６として使用する（工程Ｓ２０８）。
ｘｐ６’＝ｘｐ５＋α×ｘｐ５ …（２１）
ｘｑ６’＝ｘｑ５＋α×ｘｑ５ …（２２）
工程Ｓ２０７における確認の結果、算出した振幅増加率が増加率閾値αを上回らない場合には、工程Ｓ２０６で推定された第３将来振幅ｘｐ６、ｘｑ６が、そのまま第３将来振幅ｘｐ６、ｘｑ６として使用される。 Furthermore, the arithmetic processing unit 43 calculates the amplitude increase rate, which is the increase rate of the third future amplitudes xp6, xq6 with respect to the second future amplitudes xp5, xq5, using the following equations (19) and (20), and determines that the amplitude increase rate is It is confirmed whether the increase rate exceeds the threshold value α (step S207).
(xp6-xp5)/xp5≦α…(19)
(xq6-xq5)/xq5≦α…(20)
Here, as the second future amplitudes xp5, xq5, when the second future amplitudes xp5, xq5 are adjusted by equations (17) and (18), the adjusted second future amplitudes xp5, xq5 are used. Ru.
As a result, when the amplitude increase rate expressed as the left side in equations (19) and (20) exceeds the increase rate threshold α, the second future amplitude xp5, as shown in the following equations (21) and (22), Provisional values xp6' and xq6' are calculated based on xq5 and the increase rate threshold α, and these calculated provisional values xp6' and xq6' are used in place of the third future amplitudes xp6 and xq6 estimated in step S206. , are used as the adjusted third future amplitudes xp6 and xq6 (step S208).
xp6'=xp5+α×xp5...(21)
xq6'=xq5+α×xq5...(22)
As a result of the confirmation in step S207, if the calculated amplitude increase rate does not exceed the increase rate threshold α, the third future amplitudes xp6, xq6 estimated in step S206 are used as they are as the third future amplitudes xp6, xq6. Ru.

工程Ｓ２０９では、演算処理部４３は、上記のようにして推定した将来の極大値Ｐ４～Ｐ６、極小値Ｑ４～Ｑ６の振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６の間を、ｃｏｓ関数により補間し、時刻歴波形を生成する。生成された時刻歴波形の波形データは、将来の地震動波形Ｗｆとして、表示部４５、及びアクチュエータ３０に出力される（工程Ｓ２１０）。表示部４５では、出力された将来の地震動波形Ｗｆをモニタ画面に表示する。
上記したような一連の予測処理装置４１における、将来の地震動波形をリアルタイムに推定するための処理は、地震動が終了するまで、予め設定された所定の微少時間毎に繰り返し実行される。これにより、将来の地震動波形Ｗｆが、時間の経過と共に順次更新されていく。 In step S209, the arithmetic processing unit 43 uses a cos function to interpolate between the amplitudes xp4 to xp6 and xq4 to xq6 of the future maximum values P4 to P6 and minimum values Q4 to Q6 estimated as described above, and calculates the time. Generate a historical waveform. The generated waveform data of the time history waveform is output to the display unit 45 and the actuator 30 as a future seismic motion waveform Wf (step S210). The display unit 45 displays the output future seismic motion waveform Wf on a monitor screen.
The process for estimating future seismic motion waveforms in real time in the series of prediction processing devices 41 as described above is repeatedly executed at predetermined minute intervals until the seismic motion ends. As a result, the future seismic motion waveform Wf is sequentially updated as time passes.

また、工程Ｓ２１０で、アクチュエータ制御部４４は、演算処理部４３から出力された将来の地震動波形Ｗｆの波形データに基づいて、アクチュエータ３０を作動させるための指令を出力する。例えば、上記のようにして地震動の予測システム４０で推定された将来の地震動波形Ｗｆに基づいて、最適レギュレータ法等に拠って最適制御力を算出し、アクチュエータ３０を作動させる指令を生成し、アクチュエータ３０を駆動する（工程Ｓ３０）。 Further, in step S210, the actuator control unit 44 outputs a command for operating the actuator 30 based on the waveform data of the future seismic motion waveform Wf output from the arithmetic processing unit 43. For example, based on the future seismic motion waveform Wf estimated by the seismic motion prediction system 40 as described above, the optimal control force is calculated by the optimal regulator method, etc., a command for operating the actuator 30 is generated, and the actuator 30 (step S30).

（シミュレーション例）
上記に説明した地震動波形の推定方法を用いて、東北地方太平洋沖地震時に実際に観測された地震動波形について、地震発生直後から将来の地震動波形Ｗｆを３波長先まで推定するシミュレーションを行った。図７は、その推定により得られた予測波Ｗ１と、実際に観測された観測波Ｗ２とを示すものである。
その結果、図７に示すように、上記に説明した地震動波形の推定方法によって得られた予測波Ｗ１は、観測波Ｗ２に近似していることが確認された。 (Simulation example)
Using the seismic motion waveform estimation method described above, a simulation was performed to estimate the future seismic motion waveform Wf from immediately after the earthquake occurrence to three wavelengths ahead for the seismic motion waveform actually observed during the Tohoku Pacific Coast Earthquake. FIG. 7 shows the predicted wave W1 obtained by the estimation and the observed wave W2 actually observed.
As a result, as shown in FIG. 7, it was confirmed that the predicted wave W1 obtained by the seismic motion waveform estimation method described above approximates the observed wave W2.

（作用効果）
上述したような地震動波形の推定方法によれば、観測した地震動波形である観測地震動波形Ｗｓを基に、観測地震動波形Ｗｓに続いて到達する将来の地震動波形Ｗｆをリアルタイムに推定する地震動波形の推定方法であって、地震計５０で観測地震動波形を観測する工程Ｓ１０と、観測地震動波形Ｗｓのうち、直近の複数の周期分の波形データから、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１を算出し、波形データ上において、振幅ｘｐ１～ｘｐ３、ｘｑ１～ｘｑ３の複数の極大値Ｐ１～Ｐ３または複数の極小値Ｑ１～Ｑ３となる点間を結ぶ多項式Ｆ１、Ｆ２を算出する工程Ｓ２０、Ｓ２０２、Ｓ２０３と、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１を基に、振幅が極大値Ｐ４～Ｐ６または極小値Ｑ４～Ｑ６となる将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６を予測し、多項式Ｆ１、Ｆ２に、将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６を適用して、将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６における振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６を推定する、将来の地震動波形の推定工程Ｓ２０、Ｓ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６と、を備える。
このような構成によれば、観測された地震動波形のうち、直近の複数の周期分の波形データに基づいて、振幅の極大値Ｐ１～Ｐ３または極小値Ｑ１～Ｑ３となる点間を結ぶ多項式Ｆ１、Ｆ２を算出し、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１を基に、振幅が極大値Ｐ４～Ｐ６または極小値Ｑ４～Ｑ６となる将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６を予測し、多項式Ｆ１、Ｆ２に、将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６を適用することで、将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６における振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６を推定することができる。これにより、地震発生時に他の地点等の外部と通信を行うことなく、将来の地震動波形Ｗｆを精度よく推定することができる。したがって、地震動波形を観測した際に、地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形Ｗｆを精度よく推定可能で、かつ複雑な構成を必要とせずに実現可能な、地震動波形の推定方法を提供することができる。 (effect)
According to the seismic motion waveform estimation method described above, based on the observed seismic motion waveform Ws, which is the observed seismic motion waveform, seismic motion waveform estimation is performed to estimate in real time a future seismic motion waveform Wf that will arrive following the observed seismic motion waveform Ws. The method includes a step S10 of observing an observed seismic motion waveform with the seismograph 50, and calculating periods dTp1 and dTq1 from waveform data for the most recent periods of the observed seismic motion waveform Ws, and on the waveform data, Steps S20, S202, and S203 of calculating polynomials F1 and F2 connecting points that are the maximum values P1 to P3 or the minimum values Q1 to Q3 of the amplitudes xp1 to xp3 and xq1 to xq3, and the periods dTp1 and dTq1. Based on this, predict future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6 at which the amplitude will be local maximum values P4 to P6 or local minimum values Q4 to Q6, and apply future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6 to polynomials F1 and F2. The present invention includes future seismic motion waveform estimation steps S20, S204, S205, and S206, in which amplitudes xp4 to xp6 and xq4 to xq6 at future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6 are estimated.
According to such a configuration, based on the waveform data for the most recent cycles of the observed seismic motion waveform, the polynomial F1 connects the points having the local maximum values P1 to P3 or the local minimum values Q1 to Q3 of the amplitude. , F2 is calculated, and based on the periods dTp1 and dTq1, future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6 at which the amplitude becomes the local maximum values P4 to P6 or the local minimum values Q4 to Q6 are predicted, and the future By applying the times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6, it is possible to estimate the amplitudes xp4 to xp6 and xq4 to xq6 at future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6. Thereby, it is possible to accurately estimate the future seismic motion waveform Wf without communicating with the outside such as another point when an earthquake occurs. Therefore, the present invention provides a seismic motion waveform estimation method that can accurately estimate the future seismic motion waveform Wf that will arrive following the seismic motion waveform when the seismic motion waveform is observed, and that can be realized without requiring a complicated configuration. be able to.

特に、上記のような地震動波形の推定方法を用いた場合においては、将来の地震動波形Ｗｆを精度よく推定可能であるため、アクティブ制振建物１０のアクチュエータ３０への入力が精度の高いものとなる。したがって、効率的にアクティブ制振建物１０の応答を低減可能である。 In particular, when the seismic motion waveform estimation method as described above is used, it is possible to estimate the future seismic motion waveform Wf with high accuracy, so that the input to the actuator 30 of the active damping building 10 becomes highly accurate. . Therefore, it is possible to efficiently reduce the response of the active damping building 10.

また、将来の地震動波形の推定工程Ｓ２０、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７、Ｓ２０８では、観測地震動波形Ｗｓでの複数の極大値Ｐ１～Ｐ３または複数の極小値Ｑ１～Ｑ３の中の、最も新しい極大値Ｐ３または極小値Ｑ３に相当する時刻Ｔｐ３、Ｔｑ３に、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１を加算して、将来の時刻として第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４を算出し、多項式Ｆ１、Ｆ２に、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４を適用して、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４における第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４を推定し、最も新しい極大値Ｐ３または極小値Ｑ３となる振幅ｘｐ３、ｘｑ３に対する第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４の増加率である振幅増加率を計算し、振幅増加率が増加率閾値αを上回る場合には、最も新しい極大値Ｐ３または極小値Ｑ３となる振幅ｘｐ３、ｘｑ３と増加率閾値αを基に算出した値ｘｐ４’ｘｑ４’を、推定された第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４に替えて、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４として使用する。
このような構成によれば、観測地震動波形Ｗｓでの振幅の極大値Ｐ１～Ｐ３、または極小値Ｑ１～Ｑ３を算出した後、最も新しい極大値Ｐ３または極小値Ｑ３に相当する時刻Ｔｐ３、Ｔｑ３に、周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１を加算することで、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４を算出し、多項式Ｆ１、Ｆ２に、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４を適用することで、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４における第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４を推定する。そして、観測地震動波形Ｗｓで最も新しい極大値Ｐ３または極小値Ｑ３となる振幅ｘｐ３、ｘｑ３に対する第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４の増加率である振幅増加率が、増加率閾値を上回る場合、最も新しい極大値Ｐ３または極小値Ｑ３となる振幅ｘｐ３、ｘｑ３と増加率閾値αを基に算出した値ｘｐ４’ｘｑ４’を、推定された第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４に替えて、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４として使用する。このようにして、推定された極大値Ｐ４や極小値Ｑ４が、過去の観測地震動の波形性状より明らかに異なる（増大する振幅の割合が閾値を上回る）場合は、将来の振幅を調整することで、将来の地震動波形Ｗｆの推定精度を高めることができる。 In addition, in the future seismic motion waveform estimation steps S20, S205, S206, S207, and S208, the newest local maximum value P3 among the plurality of local maximum values P1 to P3 or the plurality of local minimum values Q1 to Q3 in the observed seismic motion waveform Ws is Alternatively, the periods dTp1 and dTq1 are added to the times Tp3 and Tq3 corresponding to the minimum value Q3 to calculate the first future times Tp4 and Tq4 as future times, and the first future times Tp4 and Tq4 are added to the polynomials F1 and F2. is applied to estimate the first future amplitudes xp4, xq4 at the first future times Tp4, Tq4, and calculate the increase rate of the first future amplitudes xp4, xq4 with respect to the amplitudes xp3, xq3 that become the latest local maximum value P3 or local minimum value Q3. When the amplitude increase rate exceeds the increase rate threshold α, the amplitude xp3, which is the latest local maximum value P3 or the local minimum value Q3, is calculated based on the amplitude xq3 and the increase rate threshold α, and the value xp4 is calculated. 'xq4' is used as the first future amplitudes xp4, xq4 instead of the estimated first future amplitudes xp4, xq4.
According to such a configuration, after calculating the maximum values P1 to P3 or the minimum values Q1 to Q3 of the amplitude in the observed seismic motion waveform Ws, the calculation is performed at times Tp3 and Tq3 corresponding to the latest maximum value P3 or minimum value Q3. , by adding the periods dTp1 and dTq1, the first future time Tp4 and Tq4 are calculated, and by applying the first future time Tp4 and Tq4 to the polynomials F1 and F2, the first future time Tp4 and Tq4 are calculated. 1. Estimate future amplitudes xp4 and xq4. If the amplitude increase rate, which is the increase rate of the first future amplitude xp4, xq4 with respect to the amplitude xp3, xq3 that becomes the newest local maximum value P3 or local minimum value Q3 in the observed seismic motion waveform Ws, exceeds the increase rate threshold, the latest local maximum The value xp4'xq4' calculated based on the amplitude xp3, xq3 that becomes the value P3 or the minimum value Q3 and the increase rate threshold α is replaced with the estimated first future amplitude xp4, xq4, and the first future amplitude xp4, xq4 is calculated. Use as. In this way, if the estimated local maximum value P4 and local minimum value Q4 are clearly different from the waveform properties of past observed earthquake motions (the rate of increase in amplitude exceeds the threshold), it is possible to adjust the future amplitude. , it is possible to improve the estimation accuracy of future seismic motion waveform Wf.

また、将来の地震動波形の推定工程Ｓ２０、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７、Ｓ２０８では、第１将来時刻Ｔｐ４、Ｔｑ４に周期ｄＴｐ１、ｄＴｑ１を更に加算して第２将来時刻Ｔｐ５、Ｔｑ５を算出し、多項式Ｆ１、Ｆ２に、第２将来時刻Ｔｐ５、Ｔｑ５を適用して、第２将来時刻Ｔｐ５、Ｔｑ５における第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５を推定し、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４に対する第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５の増加率である振幅増加率を計算し、振幅増加率が増加率閾値αを上回る場合には、第１将来振幅ｘｐ４、ｘｑ４と増加率閾値αを基に算出した値を、推定された第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５に替えて、第２将来振幅ｘｐ５、ｘｑ５として使用する。
このような構成によれば、極大値Ｐ５や極小値Ｑ５が、過去の観測地震動の波形性状より明らかに異なる（増大する振幅の割合が閾値を上回る）場合は、将来の振幅を調整することで、将来の地震動波形Ｗｆの推定精度を高めることができる。 In addition, in the future seismic motion waveform estimation steps S20, S205, S206, S207, and S208, periods dTp1 and dTq1 are further added to the first future times Tp4 and Tq4 to calculate second future times Tp5 and Tq5, and the polynomial F1 , F2, the second future amplitudes xp5, xq5 at the second future times Tp5, Tq5 are estimated by applying the second future times Tp5, Tq5 to F2, and the second future amplitudes xp5, xq5 for the first future amplitudes xp4, xq4 are estimated. , and if the amplitude increase rate exceeds the increase rate threshold α, the value calculated based on the first future amplitudes xp4, xq4 and the increase rate threshold α is used as the estimated It is used as the second future amplitude xp5, xq5 instead of the second future amplitude xp5, xq5.
According to such a configuration, if the local maximum value P5 and the local minimum value Q5 are clearly different from the waveform properties of past observed seismic motions (the increasing rate of amplitude exceeds the threshold), the future amplitude can be adjusted. , it is possible to improve the estimation accuracy of future seismic motion waveform Wf.

上述したような地震動の予測システム４０は、地震動波形をリアルタイムに推定する地震動の予測システム４０であって、地震計５０と、地震計５０で観測した地震動波形を基に、上記したような地震動波形の推定方法によって、続いて到達する将来の地震動波形Ｗｆを推定する演算処理部４３と、将来の地震動波形Ｗｆを表示する表示部４５と、を備える。
このような構成によれば、地震計５０が設置された特定点で観測した地震動波形に基づいて、特定点における将来の地震動波形Ｗｆを推定することで、大掛かりな地震動の観測機器などは使用することなく、将来の地震動波形Ｗｆがリアルタイムに推定可能な、地震動の予測システム４０を実現することができる。 The seismic motion prediction system 40 as described above is a seismic motion prediction system 40 that estimates a seismic motion waveform in real time, and uses the seismograph 50 and the seismic motion waveform observed by the seismograph 50 to estimate the seismic motion waveform as described above. The present invention includes an arithmetic processing unit 43 that estimates a future seismic motion waveform Wf that will arrive subsequently by an estimation method, and a display unit 45 that displays the future seismic motion waveform Wf.
According to such a configuration, by estimating the future seismic motion waveform Wf at a specific point based on the seismic motion waveform observed at the specific point where the seismograph 50 is installed, large-scale seismic motion observation equipment etc. are not used. It is possible to realize the seismic motion prediction system 40 that can estimate the future seismic motion waveform Wf in real time without any trouble.

（実施形態の変形例）
なお、本発明の地震動波形の推定方法、地震動の予測システムは、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、振幅の極大値、及び極小値の双方を用いて、将来の地震動波形Ｗｆを推定するようにしたが、十分な精度が得られるようであれば、振幅の極大値を用いて導出される多項式Ｆ１のみから、将来の地震動波形Ｗｆの全体形状を推定するようにしてもよい。また、極小値を用いて導出される多項式Ｆ２のみから、将来の地震動波形Ｗｆの全体形状を推定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、将来の地震動波形Ｗｆを推定するための多項式として、２次関数Ｆ１、Ｆ２を用いたが、これに限られない。十分な精度が得られるようであれば、１次関数を用いてもよい。あるいは、将来の地震動波形Ｗｆをリアルタイムで推定するという趣旨を損なわない範囲において、より大きな次数の多項式を用いるようにしてもよい。例えば、直近の４点の極値を用いて、多項式として３次関数Ｆ１＝ａｘ３＋ｂｘ２＋ｃｘを特定してもよいし、直近の５点の極値を用いて、多項式として４次関数を特定してもよい。ただし、地震動波形として加速度波形を用いる場合においては、地震動波形の極値を通る関数は、２次関数に沿うような形状となりがちである一方で、３次関数や４次関数に沿うような形状となることは想定しにくく、したがって、多項式は２次関数とするのが最も好適であると考えられる。 (Modified example of embodiment)
Note that the seismic motion waveform estimation method and seismic motion prediction system of the present invention are not limited to the above-described embodiments described with reference to the drawings, and various modifications can be made within the technical scope thereof.
For example, in the above embodiment, the future seismic motion waveform Wf is estimated using both the maximum value and the minimum value of the amplitude. However, if sufficient accuracy can be obtained, the maximum value of the amplitude is used. The entire shape of the future seismic motion waveform Wf may be estimated only from the polynomial F1 derived using the polynomial F1. Alternatively, the overall shape of the future seismic motion waveform Wf may be estimated only from the polynomial F2 derived using the minimum value.
Further, in the above embodiment, the quadratic functions F1 and F2 are used as polynomials for estimating the future seismic motion waveform Wf, but the present invention is not limited to this. A linear function may be used if sufficient accuracy is obtained. Alternatively, a polynomial of a larger degree may be used as long as the purpose of estimating the future seismic motion waveform Wf in real time is not impaired. For example, you may specify the cubic function F1 = ax 3 + bx 2 + cx as a polynomial using the extreme values of the last 4 points, or you may specify the quartic function as a polynomial using the extreme values of the last 5 points. May be specified. However, when using an acceleration waveform as the seismic motion waveform, the function that passes through the extreme values of the seismic motion waveform tends to have a shape that follows a quadratic function, while it tends to have a shape that follows a cubic or quartic function. Therefore, it is considered most suitable that the polynomial is a quadratic function.

また、上記実施形態のアクティブ制振建物１０においては、アクチュエータ３０は、屋上階に設けられたアクティブマスダンパー３１に対して設けられたが、これに限られない。
図８に、上記実施形態のアクティブ制振建物の変形例を示す。
図８に示されるアクティブ制振建物１０Ａにおいては、建物本体２０Ａは、基礎部２５上に、免震装置２３を介して支持されている。基礎部２５は、地盤Ｇ上に設けられた基礎スラブ２６と、基礎スラブ２６の外周部から上方に立ち上がる基礎周壁２７と、を有している。
アクチュエータ３０Ａは、建物本体２０Ａの基部２０ｂと、基礎周壁２７との間に設けられている。アクチュエータ３０Ａは、基部２０ｂと基礎周壁２７との間で、水平方向に伸縮可能に設けられている。
このような構成において、上記実施形態において図３の工程Ｓ２１０においては、アクチュエータ制御部４４は、演算処理部４３から出力された将来の地震動波形Ｗｆの波形データに基づいて、アクチュエータ３０Ａを作動させるための指令を出力する。これにより、アクチュエータ３０Ａは、上記のようにして地震動の予測システム４０で推定された将来の地震動波形Ｗｆに基づいて、将来の時刻の各々で当該時刻において想定される振幅の地振動を打ち消すように、地震動と反対向きの力を発生するよう、アクチュエータ３０Ａを作動させる指令を生成する。例えば、アクチュエータ３０Ａは、振幅が極大値Ｐ４～Ｐ６、または極小値Ｑ４～Ｑ６となる将来の時刻Ｔｐ４～Ｔｐ６、Ｔｑ４～Ｔｑ６に、振幅ｘｐ４～ｘｐ６、ｘｑ４～ｘｑ６の地震動を打ち消すよう、地震動と反対向きの力を発生する（工程Ｓ３０）。 Further, in the active damping building 10 of the above embodiment, the actuator 30 is provided for the active mass damper 31 provided on the roof floor, but the actuator 30 is not limited to this.
FIG. 8 shows a modification of the active damping building of the above embodiment.
In the active damping building 10A shown in FIG. 8, the building main body 20A is supported on a foundation 25 via a seismic isolation device 23. The foundation portion 25 includes a foundation slab 26 provided on the ground G, and a foundation peripheral wall 27 rising upward from the outer peripheral portion of the foundation slab 26.
The actuator 30A is provided between the base 20b of the building body 20A and the foundation peripheral wall 27. The actuator 30A is provided between the base portion 20b and the foundation peripheral wall 27 so as to be expandable and retractable in the horizontal direction.
In such a configuration, in step S210 of FIG. 3 in the above embodiment, the actuator control unit 44 operates the actuator 30A based on the waveform data of the future seismic motion waveform Wf output from the arithmetic processing unit 43. Outputs the command. Thereby, the actuator 30A cancels the ground vibration of the amplitude assumed at each future time based on the future seismic motion waveform Wf estimated by the seismic motion prediction system 40 as described above. , generates a command to operate the actuator 30A to generate a force in the opposite direction to the seismic motion. For example, the actuator 30A generates earthquake motions to cancel earthquake motions with amplitudes xp4 to xp6 and xq4 to xq6 at future times Tp4 to Tp6 and Tq4 to Tq6 when the amplitudes reach local maximum values P4 to P6 or local minimum values Q4 to Q6, respectively. A force in the opposite direction is generated (step S30).

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。 In addition to this, it is possible to select the configurations mentioned in the above embodiments or to change them to other configurations as appropriate, without departing from the gist of the present invention.

１０、１０Ａ アクティブ制振建物 Ｑ３ 最も新しい極小値
４０ 地震動の予測システム Ｗｆ 将来の地震動波形
４１ 予測処理装置 Ｗｓ 観測地震動波形
４３ 演算処理部 ｄＴｐ１、ｄＴｑ１ 周期
４５ 表示部 α 増加率閾値
５０ 地震計 Ｔｐ３ 最も新しい極大値に相当する時刻
Ｆ１、Ｆ２ 多項式 Ｔｑ３ 最も新しい極小値に相当する時刻
Ｐ、Ｐ１～Ｐ６ 極大値 Ｔｐ４、Ｔｑ４ 第１将来時刻（将来の時刻）
Ｐ３ 最も新しい極大値 Ｔｐ５、Ｔｑ５ 第２将来時刻（将来の時刻）
Ｑ、Ｑ１～Ｑ６ 極小値 Ｔｐ６、Ｔｑ６ 第３将来時刻（将来の時刻）
ｘｐ１～ｘｐ３、ｘｑ１～ｘｑ３ 観測地震動波形の振幅
ｘｐ３ 最も新しい極大値となる振幅
ｘｑ３ 最も新しい極小値となる振幅
ｘｐ４、ｘｑ４ 第１将来振幅（将来の時刻における振幅）
ｘｐ５、ｘｑ５ 第２将来振幅（将来の時刻における振幅）
ｘｐ６、ｘｑ６ 第３将来振幅（将来の時刻における振幅）
 10, 10A Active damping building Q3 Latest minimum value 40 Earthquake motion prediction system Wf Future earthquake motion waveform 41 Prediction processing device Ws Observed earthquake motion waveform 43 Arithmetic processing section dTp1, dTq1 Period 45 Display section α Increase rate threshold 50 Seismometer Tp3 Most Time F1, F2 corresponding to the new maximum value Polynomial Tq3 Time P, P1 to P6 corresponding to the latest minimum value Maximum value Tp4, Tq4 First future time (time in the future)
P3 Latest maximum value Tp5, Tq5 Second future time (future time)
Q, Q1 to Q6 Minimum value Tp6, Tq6 Third future time (future time)
xp1 to xp3, xq1 to xq3 Amplitude of observed seismic motion waveform xp3 Amplitude at the latest maximum value xq3 Amplitude at the latest minimum value xp4, xq4 First future amplitude (amplitude at future time)
xp5, xq5 Second future amplitude (amplitude at future time)
xp6, xq6 Third future amplitude (amplitude at future time)

Claims (3)

観測した地震動波形である観測地震動波形を基に、当該観測地震動波形に続いて到達する将来の地震動波形をリアルタイムに推定する地震動波形の推定方法であって、
地震計で前記観測地震動波形を観測する工程と、
前記観測地震動波形のうち、直近の複数の周期分の波形データから、周期を算出し、前記波形データ上において、振幅の複数の極大値または複数の極小値となる点間を結ぶ多項式を算出する工程と、
前記周期を基に、前記振幅が極大値または極小値となる将来の時刻を予測し、前記多項式に、前記将来の時刻を適用して、前記将来の時刻における振幅を推定する、将来の地震動波形の推定工程と、
を備えることを特徴とする、将来の地震動波形をリアルタイムに推定する地震動波形の推定方法。 A seismic motion waveform estimation method that estimates in real time a future seismic motion waveform that will arrive following the observed seismic motion waveform based on an observed seismic motion waveform that is an observed seismic motion waveform,
Observing the observed seismic motion waveform with a seismograph;
A period is calculated from waveform data for the most recent periods of the observed seismic motion waveform, and a polynomial is calculated on the waveform data that connects points having a plurality of maximum amplitude values or a plurality of minimum amplitude values. process and
A future seismic motion waveform that predicts a future time when the amplitude will be a maximum value or a minimum value based on the period, and applies the future time to the polynomial to estimate the amplitude at the future time. an estimation process,
A seismic motion waveform estimation method for estimating future seismic motion waveforms in real time, the method comprising: 前記将来の地震動波形の推定工程では、
前記観測地震動波形での前記複数の極大値または前記複数の極小値の中の、最も新しい極大値または極小値に相当する時刻に、前記周期を加算して、前記将来の時刻として第１将来時刻を算出し、
前記多項式に、前記第１将来時刻を適用して、前記第１将来時刻における第１将来振幅を推定し、
前記最も新しい極大値または極小値となる振幅に対する前記第１将来振幅の増加率である振幅増加率を計算し、当該振幅増加率が増加率閾値を上回る場合には、前記最も新しい極大値または極小値となる振幅と前記増加率閾値を基に算出した値を、推定された前記第１将来振幅に替えて、前記第１将来振幅として使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の地震動波形の推定方法。 In the step of estimating the future seismic motion waveform,
A first future time is obtained by adding the period to a time corresponding to the latest maximum value or minimum value among the plurality of maximum values or the plurality of minimum values in the observed seismic motion waveform, and sets the future time as the first future time. Calculate,
applying the first future time to the polynomial to estimate a first future amplitude at the first future time;
An amplitude increase rate that is an increase rate of the first future amplitude with respect to the amplitude that becomes the latest local maximum value or local minimum value is calculated, and if the amplitude increase rate exceeds an increase rate threshold, the amplitude increase rate is The seismic motion waveform according to claim 1, wherein a value calculated based on the amplitude and the increase rate threshold is used as the first future amplitude instead of the estimated first future amplitude. estimation method. 地震動波形をリアルタイムに推定する地震動の予測システムであって、
地震計と、
前記地震計で観測した地震動波形を基に、請求項１または２に記載される地震動波形の推定方法によって、続いて到達する将来の地震動波形を推定する演算処理部と、
前記将来の地震動波形を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする地震動の予測システム。
 An earthquake motion prediction system that estimates earthquake motion waveforms in real time,
seismograph and
an arithmetic processing unit that estimates a future seismic motion waveform that will arrive subsequently, based on the seismic motion waveform observed by the seismograph, using the seismic motion waveform estimation method according to claim 1 or 2;
a display unit that displays the future seismic motion waveform;
A seismic motion prediction system comprising:
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