深層学習による地震の揺れのリアルタイム予測

利用深度学习实时预测地震震动

• 批准号: 21K18791
• 负责人: 後藤 浩之
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18791/
• 关键词: 深層学習; リアルタイム予測; 地震動

本課題は，地震発生時に各地の揺れ（地震動）をリアルタイム予測する新しい方法論を提案するものである．揺れが到達する前に地震動が予測できれば，様々な形の新しい地震防災技術への応用が期待できる．本研究目的を達成するために，機械学習の一つである深層学習を利用する．多数の地震計を一時的に展開して十分な数の地震記録を収集する．続いて，常設の地震観測所で得られた地震記録を入力とし，臨時で設置した地震計の記録を出力とする深層学習モデルを，大量の地震記録に基づいて学習させる．十分に学習の進んだ深層学習モデルを用いれば，時々刻々と記録される揺れから各地の揺れをリアルタイム予測することが実現できる．令和4年度は，時系列データに対する汎用的な機械学習モデルの構築をはかるため，LSTMやTCNといった複数の深層学習に用いられる要素について学習性能を検討した．研究チームでこれまで用いていたLSTMによる方法は十分な性能が見込まれないが，TCNによる方法は簡単な問題において波形のような時系列データをよく学習できることがわかった．TCNは可変長データの取り扱いに配慮が必要ではあるが，本研究の目的においては有用である可能性が示された．また，データが稠密に得られない場合にも物理法則を導入することで学習効率を向上させるため，PINNによる深層学習モデルについて検討をはじめた．

本主题提出了一种新的方法，用于在地震发生时在各个位置进行震动（地震运动）的实时预测。如果在摇动之前可以预测地震运动，则可以预期将其应用于各种新的地震预防技术。为了实现这一研究目标，我们将使用深度学习，其中之一是机器学习。暂时部署了大量的地震仪以收集足够的地震记录。接下来，根据在永久地震观察站获得的地震记录，将训练一个深度学习模型，作为基于大量地震记录的临时地震米的输入和输出记录。通过使用足够学习的深度学习模型，可以从每时每刻都记录下来在各个位置进行摇动的实时预测。在2022年，为了为时间序列数据构建通用机器学习模型，我们检查了多个深度学习元素（例如LSTM和TCN）的学习绩效。研究团队使用的LSTM方法预计不会具有足够的性能，但是发现TCN方法可以学习良好的时间序列数据，例如简单问题中的波形。尽管在处理可变长度数据时需要考虑TCN，但已证明它可能对本研究有用。此外，为了通过引入物理定律提高学习效率，即使没有获得数据，我们已经开始使用PINN考虑深度学习模型。

项目成果

VISUALIZING SPATIAL PROBABILITY FIELDS REFLECTING SIGNIFICANT DIFFERENCES IN NEIGHBORING VALUES

可视化反映相邻值显着差异的空间概率场

• DOI: 10.2208/jscejseee.78.4_i_79
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE))
• 作者: GOTO Hiroyuki;CHAKRABORTY Anirban
• 通讯作者: CHAKRABORTY Anirban

A STUDY ON THE BUILDING DAMAGE DISTRIBUTION IN TAKATSUKI AND IBARAKI CITY DURING THE 2018 NORTHERN OSAKA EARTHQUAKE CONSIDERING GEOGRAPHIC FACTORS

考虑地理因素的2018年大阪北部地震高槻市和茨木市建筑物受损分布研究

• DOI: 10.2208/jscejseee.77.4_i_638
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE))
• 作者: Harada Yomi;Goto Hiroyuki;Sawada Sumio;浅野晃太，後藤浩之，奥村与志弘，澤田純男
• 通讯作者: 浅野晃太，後藤浩之，奥村与志弘，澤田純男

Extremely large asymmetric vertical accelerations (AsVA) during recent earthquakes

最近地震期间出现极大的不对称垂直加速度（AsVA）

• 发表时间: 2020
• 期刊: Proceedings of the 17th World Conference on Earthquake Engineering
• 作者: Hiroyuki Goto;Yoshi Kaneko;John Young;Muriel Naguit
• 通讯作者: Muriel Naguit

Records of Extreme Ground Accelerations during the 2011 Christchurch Earthquake Sequence Contaminated by a Nonlinear, Soil?Structure Interaction

2011 年基督城地震序列中受非线性、土壤与结构相互作用污染的极端地面加速度记录

• DOI: 10.1785/0120200337
• 发表时间: 2021
• 期刊: Bulletin of the Seismological Society of America
• 影响因子: 3
• 作者: Goto Hiroyuki;Kaneko Yoshihiro;Naguit Muriel;Young John
• 通讯作者: Young John

The Origin of Large, Long‐Period Near‐Fault Ground Velocities During Surface‐Breaking Strike‐Slip Earthquakes

• DOI: 10.1029/2022gl098029
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Geophysical Research Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Y. Kaneko;H. Goto