[논문]P파를 이용한 지진 현장 경보체계기술의 국내 적용

이호준; 이진구; 전인찬

doi:10.15683/kosdi.2018.12.31.440

초록
AI-Helper

연구목적: 본 연구는 단일 지진관측기로부터 P파를 추출하여 PGV를 산출하는 현장지진경보(Onsite EEW)를 설계와 검증을 목적으로 한다. 연구방법: 국내에서 발생한 12개의 지진파형데이터를 이용하여 적합한 P파 감지 시간(PTW)의 크기를 정하여, P파 물성치인 Pd, Pv 및 Pa를 산출하고, 경험식을 통한 PGV 추정값을 관측치와 비교하였다. 연구결과: PGV 관측치와 추정치의 비교결과를 경보 발령 기준인 진도 등급 내에서 비교하였을 때 오보 비율은 최소 86.7%의 적중률을 보였으며, PTW를 2초로 줄이는 효과로 경보시간은 1초, 공백역은 6Km를 단축할 수 있다. 결론: 본 연구를 통해 국내에서 지진현장경보의 가용성을 확인하였으며, 실제 활용을 위해서는 지속적인 관측을 통해 지진파형 데이터수를 늘이고, 현장 노이즈를 제거하는 기술을 통해 한국형의 회귀식과 알고리즘 개발이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study aims to design and verify an onsite EEWS that extracts the P-wave from a single seismic station and deduce the PGV. Method: The P-wave properties of Pd, Pv, and Pa were calculated by using 12 seismic waveform data extracted from historic seismic records in Korea, and the PGVs wer...

Purpose: This study aims to design and verify an onsite EEWS that extracts the P-wave from a single seismic station and deduce the PGV. Method: The P-wave properties of Pd, Pv, and Pa were calculated by using 12 seismic waveform data extracted from historic seismic records in Korea, and the PGVs were computed using empirical equation on the P properties - PGV relationship and compared with the observed values. Results: Comparison of the observed and estimated PGVs within the alarm level shows the error rate of 86.7% as minimum. By reducing the PTW to 2 seconds, the alarm time can be shortened by 1 second and the seismic blind zone near the epicenter can be shortened by 6 Km. Conclusion: Through this study, we confirmed the availability of the on-site EEWS in Korea. For practical use, it is necessary to develop regression formula and algorithm reflect local effect in Korea by increasing the number of seismic waveform data through continuous observation, and to eliminate the noise from the site.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Diagram of seismic analyzer for on-site warning
표 Table 1. Dataset for P-wave analysis
그림 Fig. 2. Stations used for optimal PTW
그림 Fig. 4. hypocentral distance and Pd time variant after trigger(The 2016 Gyeongju earthquake)
그림 Fig. 3. Stations used for optimal PTW
그림 Fig. 5. hypocentral distance and Pd time variant after trigger(The 2017 Pohang earthquake)
그림 Fig. 6. A scatter plot of PGV of the observed and estimated from Pd using Equation (1).
그림 Fig. 8. A scatter plot of PGV of the observed and estimated from Pv using Equation (3).
그림 Fig. 7. A scatter plot of PGV of the observed and estimated from Pd using Equation (2).
그림 Fig. 9. A scatter plot of PGV of the observed and estimated from Pa using Equation (4).
그림 Fig. 10. A scatter plot of PGV of the observed and estimated from Pd using average Equation (2)~(4).
그림 Fig. 11. Blind-zone variant by PTW in onsite warning

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 현재까지 알려진 지진 현장 경보 기술을 이용하여 과거에 국내에서 관측된 중규모의 지진을 대상으로 P파를 탐지하고. 선행 연구들이 제안한 P파와 PGV의 관계 및 국내 데이터의 회귀결과를 적용하여 PGV를 수치모의 함으로써 우리나라에서의 지진 현장경보의 가용성을 평가하였다.

가설 설정

0초의 PTW가 적합하며, 일본, 타이완 등 대규모 지진에서 사용되는 3초의 PTW를 사용할 경우 S파의 간섭 때문에 적합한 P파의 물성을 파악할 수 없음을 알 수 있다. 결과로부터 국내 지진으로부터 P파를 추출하기 위한 PTW를 2초로 설정하였다.

제안 방법

본 연구에서는 국내의 과거 주요 지진관측데이터를 이용하여 지진 현장경보의 초기 결과를 도출하였다. P파의 주요 물성이 지진이 주는 주진동의 물성 정보를 반영한다는 사실에 기초하여, Pa, Pv, Pd와 PGV 또는 MM진도의 관계에 대한 선행 연구 들의 경험식을 통해, 국내 지진 현장경보에 대한 수치모의를 통해 가용성 여부를 판단하였다. 그 결과, 선행연구들이 제시한 경험식에 근사한 결과를 보여주었으며, 이는 국내에서도 지진 현장경보의 가능성이 높음을 나타낸다.
만일 PTW가 과다할 경우 연이어 도착하는 S파의 간섭이 노이즈로 작용하여 실제 P파보다 큰 S파를 가 섞일 수 있기 때문이다. 국내의 과거 지진 파형에서 관측된 P파를 식별하기 위해 본 연구에서는 먼저 Table 1의 지진 이벤트 가운데 2016년 경주지진과 2017년 포항지진 이벤트를 대상으로 Fig. 2, 3에 나타낸 각 관측소별로 앞서 0.1초 간격으로 추출한 Pd, Pv 및 Pa의 시간변화를 분석하였으며, 그 중 Pd의 추출 결과를 Fig. 4, 5에 제시하였다.

대상 데이터

현장경보 수치모의를 위해 2016년 이후 한반도 내륙에서 발생한 규모 3.5이상의 12개 지진(Table 1) 데이터를 사용하였다. 그 가운데 P파와 S파의 시간차에 상대적으로 짧은 진앙 인근의 경보에 유효한 현장경보의 특징을 고려하여 진앙으로부터 60km 이내의 속도계 관측소에서 관측된 P파의 수직성분을 추출했다.

데이터처리

5이상의 12개 지진(Table 1) 데이터를 사용하였다. 그 가운데 P파와 S파의 시간차에 상대적으로 짧은 진앙 인근의 경보에 유효한 현장경보의 특징을 고려하여 진앙으로부터 60km 이내의 속도계 관측소에서 관측된 P파의 수직성분을 추출했다. 지진 신호로부터 P파를 자동으로 식별, 추출하기 위한 방안으로 Lomax et al.
5 이하의 지진과 평균 진앙거리 100km 이내의 지진데이터를 분석한 결과이다. 본 연구에서는 식(1)~(4) 를 이용하여 Table 1에 제시된 지진 데이터로부터 추출된 P파가 가진 3종류의 물성치 즉 Pd, Pv 및 Pa를 이용하여 PGV를 추정하였다. 경험식은 모두 오차 범위를 갖지만, Table 1에 제시된 지진 이벤트의 총 154개 세트의 데이터에 원식의 평균값 을 적용하여 PGV를 추정하였다(Fig.

이론/모형

그 가운데 P파와 S파의 시간차에 상대적으로 짧은 진앙 인근의 경보에 유효한 현장경보의 특징을 고려하여 진앙으로부터 60km 이내의 속도계 관측소에서 관측된 P파의 수직성분을 추출했다. 지진 신호로부터 P파를 자동으로 식별, 추출하기 위한 방안으로 Lomax et al.(2012)에 의한 Filter Picker 알고리즘을 적용하였다. Filter Picker는 실시간 지진 모니터링 및 조기 경보에 사용할 수 있는 다목적 위상 검출 알고리즘이다.

성능/효과

현재 기상청이 운영하고 있는 지진조기경보는 지역경보체계에 기반하고 있다. 본 과제가 제안하여 산출한 지진현장경보는 지역경보가 가진 넓은 정보 공백역을 해소하는데 공헌할 수 있는가 하면, 경보 수요자가 원하는 진동의 크기를 기준으로 단일 센서를 통해 즉시 지진을 파악할 수 있는 이점을 가진다. 현장경보에 대한 연구가 초기단계로 한정된 소수의 지진파형 데이터를 이용하였지만, 앞으로 발생하는 지진 파형을 지속적으로 수집하여 분석 모집단의 수를 늘여 한국형 현장경보를 위한 회귀식을 보완하고, 현장 진동 노이즈를 제거하는 연구성과를 더하면 지진 현장경보를 통해 인한 인명과 재산피해를 줄이는데 크게 기여할 것으로 기대한다.
그 결과 트리거된 파형가운데 P파가 완전히 성장하여 S파의 간섭을 받지 않는 PTW로 2초가 국내의 지진에 적합함을 판단하였다. 추출된 P파의 물성치들을 토대로 일본, 타이완, 캘리포니아 등의 지진데이터를 분석하여 구한 P파 물성치와 PGV 관계를 국내 지진에 적용한 결과 PGV상 표준편차 0.526cm/s ~ 0.782cm/s에 이르는 높은 정확도의 결과를 얻을 수 있었다. P파의 물성에 따라 다소 차이를 보이고 있지만, 피해를 줄이기 위한 목적 또는 미진동 제어를 위한 임계치로 특정 PGV 또는 진도를 선택하고 그 기준에 따라 PGV를 예측하는 방안의 초기결과로서는 충분할 것으로 예상된다.

후속연구

본 연구에 사용된 데이터는 순수한 지진 이벤트에 따른 진동 데이터이다. 그러나 실제 현장경보의 적용에 있어서는 다양한 생활 진동이 함께 감지될 수 있으며, 이러한 노이즈를 제거하는 동시에 현장마다 요구하는 특정 임계치를 기준으로 경보를 발령함에 있어 오보를 줄이기 위한 P파 추출 시점을 구하는 방법은 현재 결과가 주는 오차의 크기를 줄이는데 기여할 것으로 기대된다.
본 과제가 제안하여 산출한 지진현장경보는 지역경보가 가진 넓은 정보 공백역을 해소하는데 공헌할 수 있는가 하면, 경보 수요자가 원하는 진동의 크기를 기준으로 단일 센서를 통해 즉시 지진을 파악할 수 있는 이점을 가진다. 현장경보에 대한 연구가 초기단계로 한정된 소수의 지진파형 데이터를 이용하였지만, 앞으로 발생하는 지진 파형을 지속적으로 수집하여 분석 모집단의 수를 늘여 한국형 현장경보를 위한 회귀식을 보완하고, 현장 진동 노이즈를 제거하는 연구성과를 더하면 지진 현장경보를 통해 인한 인명과 재산피해를 줄이는데 크게 기여할 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현장 경보를 지역 경보와 비교하면?	이는 단일 관측소에서 초기 P파를 관측하고 그 정보로부터 수 초 내에 지진의 규모, 관측지점의 진도 등을 추산하여 발령하는 시스템이다. 각 관측지점에서 단일 관측기를 사용한 경보체계이기 때문에 지역 경보와 비교하여 경보 시간은 빠르지만 상대적으로 그 신뢰성은 낮다. 그러나 P파 관측과 동시에 해당 지점에서의 지진동의 크기를 예지하기 때문에 경보의 공백역 역시 지역경보와 비교하여 좁은 이점이 있다. 지역 경보처럼 한 곳에서 데이터를 처리하여 각 지역에 경보를 전달하는 대신, 관측소마다 단독으로 경보체제를 운영하는 독립성을 갖기 때문에 지진 피해를 저감하기 위한 독자적인 체제로도 정착할 수 있다.
	현장 경보란 어떤 시스템인가?	지역 경보의 넓은 경보 공백지역의 한계를 극복하고자 병행 운영되는 체계로 현장 경보(Onsite Warning)가 있다. 이는 단일 관측소에서 초기 P파를 관측하고 그 정보로부터 수 초 내에 지진의 규모, 관측지점의 진도 등을 추산하여 발령하는 시스템이다.
	단일 지진관측기로부터 P파를 추출하여 PGV를 산출하는 현장지진경보를 설계하고 검증하기 위하여 어떤 방법으로 연구하였는가?	연구목적: 본 연구는 단일 지진관측기로부터 P파를 추출하여 PGV를 산출하는 현장지진경보(Onsite EEW)를 설계와 검증을 목적으로 한다. 연구방법: 국내에서 발생한 12개의 지진파형데이터를 이용하여 적합한 P파 감지 시간(PTW)의 크기를 정하여, P파 물성치인 Pd, Pv 및 Pa를 산출하고, 경험식을 통한 PGV 추정값을 관측치와 비교하였다. 연구결과: PGV 관측치와 추정치의 비교결과를 경보 발령 기준인 진도 등급 내에서 비교하였을 때 오보 비율은 최소 86.

참고문헌 (15)

Bose, M., Heaton, T. and Hauksson, E. (2012). "Rapid estimation of earthquake source and ground-motion parameters for earthquake early warning using data from a single three- component broadband or strong-motion sensor" Bulletin of the Seismological Society of America, vol.102, No.2, pp. 738-750. doi: 10.1785/0120110152.

상세보기
Colombelli, S., Caruso, A., Zollo, A., Festa, G. and Kanamori, H. (2015). "A P wave-based, on-site method for earthquake early warning" Geophysical Research Letters, vol.42, No.5, pp. 1390-1398. doi: 10.1002/2014GL063002.

상세보기
Colombelli, S., Zollo, A., Festa, G. and Picozzi, M. (2014). "Evidence for a difference in rupture initiation between small and large earthquakes" Nature Communications. Nature Publishing Group, vol.5, No.1, p. 3958. doi: 10.1038/ncomms4958.

상세보기
Hsu T. Y., Wu S. Y., Huang S. K., Chiang H. W., Lu K. C., Lin P. Y. and Wen K. L.(2016). "Performance of On-site Earthquake Early Warning Systems for Different Sensor Locations." International Scholarly and Scientific Research & Innovation, Vol.10, No.8, pp.793-798.
Kanamori, H. (2005). "Real-Time Seismology and Earthquake Damage Mitigation" Annual Reviews of Earth and Planetary Sciences. Annual Reviews, vol.33, No.1, pp. 195-214. doi: 10.1146/annurev.earth.33.092203.122626.

상세보기
Lomax, A., Satriano, C. and Vassallo, M. (2012). "Automatic Picker Developments and Optimization: FilterPicker-a Robust, Broadband Picker for Real-Time Seismic Monitoring and Earthquake Early Warning" Seismological Research Letters, vol.83, No.3, pp. 531-540. doi: 10.1785/gssrl.83.3.531.

상세보기
Meier, M. A., Heaton, T. and Clinton, J. (2016). "Evidence for universal earthquake rupture initiation behavior" Geophysical Research Letters, vol.43, No.15, pp. 7991-7996. doi: 10.1002/2016GL070081.

상세보기
Nakamura, Y. (1988). "On the urgent detection and alarm system (UrEDAS)" in Ninth World Conference on Earthquake Engineering, pp. 673-678. doi: ISBN 4-89580-010-5.
Nakamura, Y. (2003). "A New Concept for the Earthquake Vulnerability Estimation and its Application to the Early Warning System" Early Warning Systems for Natural Disaster Reduction. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 693-699. doi: 10.1007/978-3-642-55903-7_92.
Odaka T, Ashiya K, Tsukada S, Sato S, Ohtake K, Nozaka D. (2003). "A new method of quickly estimating epicentral distance and magnitude from a single seismic record." Bulletin of the Seismological Society of America 2003, 93(1), pp.526-532.
Wald, D. J., Quitoriano V., Heaton T. H., and Kanamori H. (1999). "Relationships between peak ground acceleration, peak ground velocity, and modified mercalli intensity in California" Earthquake Spectra, vol.15, No.3, pp. 557-564. doi: 10.1193/1.1586058.

상세보기
Wu, Y. M. and Kanamori, H. (2005). "Experiment on an onsite early warning method for the Taiwan early warning system" Bulletin of the Seismological Society of America, vol.95, No.1, pp. 347-353. doi: 10.1785/0120040097.

상세보기
Wu, Y. M. and Kanamori, H. (2008). "Development of an earthquake early warning system using real-time strong motion signals" Sensors, vol.8, No.1, pp. 1-9. doi: 10.3390/s8010001.

상세보기
Junyoung Yun, Geumyoung Min, Dukhoon Jung. (2015). "A study of the Domestic Trend in the law and institutions of International Standard Disaster Management - Focusing on ISO/TC 292 -." Journal of The Korean Society of Disaster Information, vol.11 No.2, pp. 287-296.

원문보기 상세보기
Zollo, A., Amoroso, O., Lancieri, M., Wu, Y. M. and Kanamori, H. (2010). "A threshold-based earthquake early warning using dense accelerometer networks" Geophysical Journal International, vol.183, No.2, pp. 963-974. doi: 10.1111/j.1365-246X.2010.04765.x.

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

P파를 이용한 지진 현장 경보체계기술의 국내 적용
Application of the Onsite Earthquake Early Warning Technology Using the Seismic P-Wave in Korea 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (12)

표/그림 (12)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

P파를 이용한 지진 현장 경보체계기술의 국내 적용 Application of the Onsite Earthquake Early Warning Technology Using the Seismic P-Wave in Korea 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (12) 모든 표/그림 보기

표/그림 (12) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (15)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

P파를 이용한 지진 현장 경보체계기술의 국내 적용
Application of the Onsite Earthquake Early Warning Technology Using the Seismic P-Wave in Korea 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (12)

표/그림 (12)

AI 본문요약
AI-Helper