[論文レビュー] MyShake: Detecting and characterizing earthquakes with a global smartphone seismic network

Qingkai Kong, Sarina Patel+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2019

Seismology and Earthquake Studies参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

MyShake はスマートフォンの加速度計を活用して、市民科学による全球的地震観測網を構築し、地震の検出と特徴付けを実現する。2年間で757件の地震が記録され、位置の中央誤差が2.7 km、発生時刻の中央誤差が0.2 s、深さの中央誤差が0.1 kmに達し、マグニチュード推定値の平均誤差は0.0、標準偏差は0.2であった。これは、データが乏しい地域における地震観測の可能性を示している。

ABSTRACT

MyShake harnesses private/personal smartphones to build a global seismic network. It uses the accelerometers embedded in all smartphones to record ground motions induced by earthquakes, returning recorded waveforms to a central repository for analysis and research. A demonstration of the power of citizen science, MyShake expanded to 6 continents within days of being launched, and has recorded 757 earthquakes in the first 2 years of operation. The data recorded by MyShake phones has the potential to be used in scientific applications, thereby complementing current seismic networks. In this paper: (1) we report the capabilities of smartphone sensors to detect earthquakes by analyzing the earthquake waveforms collected by MyShake. (2) We determine the maximum epicentral distance at which MyShake phones can detect earthquakes as a function of magnitude. (3) We then determine the capabilities of the MyShake network to estimate the location, origin time, depth and magnitude of earthquakes. In the case of earthquakes for which MyShake has provided 4 or more phases (21 events), either P- or S-wave signals, and has an azimuthal gap less than 180 degrees, the median location, origin time and depth errors are 2.7 km, 0.2 s, and 0.1 km respectively relative to USGS global catalog locations. Magnitudes are also estimated and have a mean error of 0.0 and standard deviation 0.2. These preliminary results suggest that MyShake could provide basic earthquake catalog information in regions that currently have no traditional networks. With an expanding MyShake network, we expect the event detection capabilities to improve and provide useful data on seismicity and hazards.

研究の動機と目的

• スマートフォンの加速度計が地震波形を検出・記録できる能力を評価すること。
• MyShake が地震を検出可能な最大震源距離がマグニチュードに応じてどのように変化するかを特定すること。
• 分散型スマートフォンからのデータを用いて、地震の位置、発生時刻、深さ、マグニチュードを推定するネットワークの能力を評価すること。
• 伝統的な地震観測網の補完として、全球的かつ市民主導のスマートフォンネットワークを用いた地震観測の実現可能性を示すこと。

提案手法

• スマートフォンに内蔵された加速度計が地震時の地面の振動を記録し、波形を中央リポジトリに送信する。
• 複数のスマートフォンからの到着時刻（P波およびS波）を処理・相関させ、イベントのパラメータを特定する。
• スマートフォンで収集したデータを用いて、信号処理アルゴリズムによる自動検出と相関検出（フェーズピッキング）を実施する。
• ハイパボリック位置決め法と振幅に基づくマグニチュードスケーリングを用いて、位置、発生時刻、深さ、マグニチュードを推定する。
• USGSの全球地震カタログと比較して、4つ以上のフェーズピッキングと180°未満の方位ギャップを持つイベントを用いて、ネットワークの性能を検証する。
• 位置、時刻、深さ、マグニチュード推定の精度を評価するための統計的誤差指標を算出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートフォンの加速度計は、地震による地震波形を信頼性高く検出・記録できるか？
• RQ2 異なるマグニチュードに対して、MyShake が地震を検出可能な最大震源距離はどの程度か？
• RQ3 伝統的なネットワークと比較して、MyShake ネットワークは地震の位置、発生時刻、深さ、マグニチュードをどの程度正確に推定できるか？
• RQ4 伝統的な地震計測装置が存在しない地域において、MyShake がどの程度信頼できる地震カタログ情報を提供できるか？

主な発見

• MyShake は運用開始2年目までに757件の地震を記録し、市民科学による迅速な全球的展開を実証した。
• 4つ以上のフェーズピッキングと180°未満の方位ギャップを持つ21件のイベントについて、USGSカタログの位置と比較して中央誤差が2.7 kmであった。
• 発生時刻の中央誤差は0.2秒であり、イベント検出における高い時刻精度を示している。
• 深さの中央誤差は0.1 kmであり、正確な深さ推定能力を示している。
• マグニチュード推定値の平均誤差は0.0、標準偏差は0.2であり、基準値と高い一貫性を示している。
• これらの結果から、MyShake は伝統的な地震観測網が不足する地域において、信頼できる基本的な地震カタログ情報を提供できる可能性を示している。