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異常検知装置、通信装置、異常検知方法、プログラム及び記録媒体 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P200016891
整理番号 5607
掲載日 2020年5月14日
出願番号 特願2018-552986
出願日 平成29年11月27日(2017.11.27)
国際出願番号 JP2017042333
国際公開番号 WO2018097272
国際出願日 平成29年11月27日(2017.11.27)
国際公開日 平成30年5月31日(2018.5.31)
優先権データ
  • 特願2016-230526 (2016.11.28) JP
発明者
  • 梅野 健
  • 岩田 卓也
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 異常検知装置、通信装置、異常検知方法、プログラム及び記録媒体 実績あり 外国出願あり
発明の概要 地上の観測局が衛星から受信した信号の観測データに基づいて、コンピュータは、観測局と衛星との間の電離圏における全電子数の観測開始時からの変化量を算出する。コンピュータは、電離圏における全電子数の観測開始時からの変化量の時間変化に基づいて、次に算出される全電子数の変化量を推定し、推定した全電子数の変化量と、実際に算出された全電子数の変化量との差異(推定誤差)を算出する。コンピュータは、各観測局について算出した推定誤差と、各観測局の近傍の所定数の観測局について算出した推定誤差との相関値を算出する。コンピュータは、観測局毎に算出した相関値が所定閾値以上である場合、この観測局の近傍の所定数の観測局についても相関値が所定閾値以上であれば、この観測局と衛星との間の電離圏に異常発生と判定する。
従来技術、競合技術の概要

地震の発生を早期に通知する地震速報が行われている。地震が発生すると、震源からP波(Primary Wave)及びS波(Secondary Wave)と呼ばれる地震波(揺れ)が伝わってくる。P波(初期微動)及びS波(主要動)は伝わる速度が異なるので、先に伝わるP波を感知した時点で、S波が伝わってくる前に地震速報にて地震の発生を通知することができる。具体的には、震源に近い場所に設置された地震計でP波が感知された時点で、P波の観測データから震源の位置及び規模(マグニチュード)が推定され、推定された震源の位置及び規模に基づいて各地でのS波の到達時刻及び震度が予測されて通知される。

また、近年、地震の発生と、超高層大気と呼ばれる電離圏における電子数の変動との関係についての研究が行われている。例えば、非特許文献1では、地震発生の約1時間前から地震発生の約30分後までの時間帯において、震源の上空の電離圏における電子数が、その前後の時間帯における電離圏の電子数の変動と比較して異常に増加していたことが報告されている。

産業上の利用分野

本発明は、異常検知装置、通信装置、異常検知方法、プログラム及び記録媒体に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測局毎に、第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第1所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備えることを特徴とする異常検知装置。

【請求項2】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局から所定距離を隔てた前記第1所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。

【請求項3】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍で、前記電子数算出部が算出した変化量が所定値以上異なる前記第1所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項2に記載の異常検知装置。

【請求項4】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局の近傍の前記第1所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。

【請求項5】
前記判定部は、前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した前記相関値が前記所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第2所定数の観測局のそれぞれについて前記相関値算出部が算出した前記相関値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項1から4までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項6】
前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、前記複数個の変化量の時間変化を示す近似式を算出し、算出した近似式に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定する推定部
を備えることを特徴とする請求項1から5までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項7】
前記差異算出部は、前記電子数算出部が前記観測局毎に、前記第1の所定時間に続く第2の所定時間に亘って前記所定時間間隔で算出した変化量と、前記電子数算出部による変化量の算出タイミングに対して前記推定部が前記近似式に基づいて推定した変化量との差異を算出し、
前記相関値算出部は、前記差異算出部が前記算出タイミングに対して各観測局について算出した前記差異と、前記第1所定数の観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項6に記載の異常検知装置。

【請求項8】
前記相関値算出部は、いずれかの前記観測局x0における時刻Tでの前記相関値C(T)を、以下の式1に基づいて算出することを特徴とする請求項7に記載の異常検知装置。
【数1】
(省略)
ただし、xi は前記第1所定数の観測局のいずれかを示し、
0,t0は観測局x0 における時刻t0での前記差異を示し、
i,t0は観測局xi における時刻t0での前記差異を示す。
また、任意の時刻をtとし、前記第1の所定時間をtsampleとし、前記第2の所定時間をttestとし、時刻Tは任意の時刻tから時間tsample及びttestが経過した時刻を示す。更に、Mは前記第1所定数を示し、Nは第2の所定時間ttestに亘って算出した全電子数の観測開始時からの変化量の個数を示し、Δtは全電子数の観測開始時からの変化量を算出する時間間隔であり、Δt=ttest/(N-1)で示される。

【請求項9】
前記相関値算出部は、前記差異算出部が各観測局について算出した前記差異と、前記第1所定数の観測局のうちの2つの観測局について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する
ことを特徴とする請求項1から7までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項10】
前記相関値算出部が前記観測局毎に算出した時刻Tでの前記相関値の中央値med(T)及び標準偏差σ(T)を算出する算出部と、
前記算出部が算出した前記中央値med(T)及び標準偏差σ(T)に基づいて、各観測局の前記相関値C(T)の前記中央値med(T)に対する相対値η(T)を、以下の式に基づいて算出する相対値算出部とを備え、
η(T)=(C(T)-med(T))/σ(T)
前記判定部は、前記相対値算出部が算出した前記相対値が所定閾値以上である場合に、前記観測局の近傍の第2所定数の観測局のそれぞれについて前記相対値算出部が算出した前記相対値が前記所定閾値以上であるときは、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項1から9までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項11】
前記観測局のそれぞれが前記衛星から受信した信号に対して独立成分分析を実行する独立成分分析部
を備えることを特徴とする請求項1から10までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項12】
前記通報部は、前記判定部が前記複数の観測局のうちの所定の割合以上の観測局に対して、異常が発生していると判定した場合、通報する処理を実行しない
ことを特徴とする請求項1から11までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項13】
前記判定部は、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると継続して判定した時間が所定時間に達した場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していることを確定する
ことを特徴とする請求項1から12までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項14】
前記信号に係る情報は、周波数が異なる2つの信号のそれぞれの位相であり、
前記電子数算出部は、前記2つの信号の位相差に基づいて前記大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を算出する
ことを特徴とする請求項1から13までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項15】
過去の観測データに基づいて、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生しているか否かの判断基準である前記所定閾値を特定する特定部
を備えることを特徴とする請求項1から14までのいずれかひとつに記載の異常検知装置。

【請求項16】
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出する電子数算出部と、
前記電子数算出部が前記観測位置毎に、第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に前記電子数算出部によって算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に前記電子数算出部が算出した変化量との差異を算出する差異算出部と、
前記差異算出部が前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第1所定数の観測位置について前記差異算出部が算出した前記差異との相関値を算出する相関値算出部と、
前記相関値算出部が前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定する判定部と、
異常が発生していると判定した場合に通報する通報部と
を備えることを特徴とする異常検知装置。

【請求項17】
請求項1から16までのいずれかひとつに記載の異常検知装置から通報された情報を受信する受信部と、
前記受信部が受信した情報を通知する通知部と
を備えることを特徴とする通信装置。

【請求項18】
異常検知装置が、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第1所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行することを特徴とする異常検知方法。

【請求項19】
異常検知装置が、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第1所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行することを特徴とする異常検知方法。

【請求項20】
コンピュータに、
地上に設置された複数の観測局のそれぞれが衛星から受信する信号に係る情報から、各観測局と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測局毎に、第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測局毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測局と所定の位置関係にある第1所定数の観測局について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測局毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測局と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。

【請求項21】
コンピュータに、
複数の観測位置のそれぞれに係る情報及び前記観測位置のそれぞれで衛星から受信する信号に係る情報から、各観測位置と前記衛星との間における大気中の全電子数の観測開始時からの変化量を所定時間間隔で算出し、
前記観測位置毎に、第1の所定時間に亘って算出した複数個の変化量に基づいて、次に算出される変化量を推定し、推定した変化量と、次に算出した変化量との差異を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記差異と、それぞれの前記観測位置と所定の位置関係にある第1所定数の観測位置について算出した前記差異との相関値を算出し、
前記観測位置毎に算出した前記相関値が所定閾値以上である場合に、前記観測位置と前記衛星との間の全電子数の変化に異常が発生していると判定し、
異常が発生していると判定した場合に通報する
処理を実行させることを特徴とするプログラム。

【請求項22】
請求項20又は21に記載のプログラムが記録してあることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G105AA03
  • 2G105BB01
  • 2G105MM03
画像

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出願権利状態 公開
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