detect_eruption_airWaveコマンドマニュアル

(The documentation of detect_eruption_airWave command)

Last Update: 2025/3/13

◆機能・用途(Purpose)

複数観測点の空振波形をまとめて用いて火山噴火を検出する。検知基準として空振波形の振幅、走時、テンプレート波形との相関係数を用いる。各観測点の波形は日時によって複数ファイルに分かれていても良い。
Detect volcanic eruptions from pressure waveforms at multiple stations together. The detection is based on the amplitudes and travel times of the pressure wave and correlation coefficients between continuous and template waveforms. The continuous waveform at each station can be separated as multiple files based on dates and times.

◆アルゴリズム(Algorithm)

空振波形の走時、振幅、テンプレート波形との相関係数に基づいて噴火を検知する。複数の観測点の空振波形を同時に用いることができる。手順は以下の通りである。
The eruptions are detected based on the travel time and amplitude of a pressure wave and a correlation coefficient between continuous and template waveforms. Data at multiple stations can be used simultaneously. The procedure is as follows.

噴火発生時刻$t^{er}$を仮定する。
Assume the occurrence time $t^{er}$ of an eruption.
各観測点$n$において $[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$ の時間窓における空振振幅の最大値を探索する。ここで$\tau_n^{min}$, $\tau_n^{max}$は解析者が与える観測点毎の定数であり、噴火開始から観測点$n$において空振振幅が最大になるまでの所要時間 (空振の伝播時間と立ち上がり時間の和) の想定範囲を表す。
Search the maximum pressure amplitude at station $n$ in a time window of $[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$. Here, $\tau_n^{min}$ and $\tau_n^{max}$ are constants given by the analyzer that depend on stations and represent an assumed range of the elapsed time from the beginning of an eruption to the maximum pressure amplitude (the summation of a propagation time and a rise time) at station $n$.
ステップ2で得た空振振幅の最大値が波形全体の中で極大値になっていない場合 ($[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$の時間窓の端にある場合) には$t^{er}$は噴火時刻ではないと判断し、以降のステップをスキップする。
If the maximum pressure amplitude obtained in the step 2 is not a local maximum in the entire waveform (i.e., if the maximum is located at the beginning or end of the time window of $[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$), then $t^{er}$ is identified as not being an eruption time; the following steps are skipped in this case.
ステップ2で得た空振振幅の最大値がある振幅閾値$A_n$ (解析者が観測点毎に与える)を下回る場合、 $t^{er}$は噴火時刻ではないと判断し、以降のステップをスキップする。
If the maximum pressure amplitude obtained in the step 2 is less than a threshold amplitude $A_n$ (determined by the analyzer for each station), then $t^{er}$ is identified as not being an eruption time; the following steps are skipped in this case.
観測点$n$において噴火に伴う空振であることが前もって分かっている波形がある場合、その波形をテンプレートとして用意する。そのような波形が複数ある場合にはそれらをスタッキングするなどして 1つの観測点につき1つのテンプレート波形とする。テンプレート波形の最大値の時刻をステップ2で得た空振振幅の最大値の時刻に一致させたときの両波形間の相関係数を計算する。その値がある閾値$C_n$((解析者が観測点毎に与える)を下回る場合、 $t^{er}$は噴火時刻ではないと判断し、以降のステップをスキップする。
If there is a pressure waveform of station $n$ that is known to consist of a signal of eruption, prepare it as a template waveform. If there are multiple waveforms of known eruptions, stack them to create only one template waveform for each station. Calculate the correlation coefficient between the template and continuous waveforms after adjusting the times of maximum amplitudes of them being equal. If the correlation coefficient is less than a threshold value $C_n$ (determined by the analyzer for each station), then $t^{er}$ is identified as not being an eruption time; the following steps are skipped in this case.
以上のステップ3-5において$t^{er}$が「噴火時刻ではない」と判断されなかった場合、 $t^{er}$を噴火時刻であると見なす。
Regard $t^{er}$ that remained after the examinations of steps 3-5 as an eruption time.

$t^{er}$を連続的に動かしながら以上の処理を行う。複数観測点が存在する場合、全ての観測点において同時に条件を満たす$t^{er}$のみが噴火時刻であると見なされる。
These procedures are repeated for continuously moving $t^{er}$. If multiple stations are available, only $t^{er}$ values that satisfied the requirements for all stations are regarded as eruption times.

ステップ2で$[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$と幅を持たせているため $t^{er}$を僅かばかり動かしても $[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$の中の最大値の時刻は変化せず、 1つの噴火につき一定時間連続して$t^{er}$が噴火時刻として検出されることになる。そこで、連続する噴火時刻範囲の中央値を最終的な噴火時刻とする。
Because the maximum amplitude is searched from a finite width of time $[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$ in the step 2, a slight change in $t^{er}$ does not result in a change in the time of the maximum amplitude in $[t^{er}+\tau_n^{min},t^{er}+\tau_n^{max}]$. As a result, the same eruption is continuously detected during a certain length of $t^{er}$. To avoid the duplicated detection of the same eruption, the central value of a continuous time section of eruptions is finally adopted as an eruption time.

◆ソースコード(Source code)

$YMAEDA_OPENTOOL_DIR/sac_data/src/detect_eruption_airWave.c

◆使用方法(Usage)

コマンドライン引数でパラメータを指定する。パラメータの一覧を下表に示す。
Specify parameters by command-line arguments. The table below shows a list of parameters.

●「-」から始まらない引数 (Arguments not beginning with “-”)

このコマンドでは「-」から始まらない引数は存在しない。
This command does not have arguments not beginning with “-”.

●1つの「-」から始まる引数 (Arguments beginning with a single “-”)

このコマンドでは1つの「-」から始まる引数は存在しない。
This command does not have arguments beginning with a single “-”.

●「--パラメータ名=パラメータ値」の形式の引数 (Arguments of a form “--Parameter name=Parameter Value”)

「--パラメータ名=パラメータ値」の形式の引数は自由な順番で指定できる。「-」から始まらない引数の間に挿入しても良い。相反する指定がなされた場合には後の指定が優先される。デフォルト値を持つパラメータは省略できる。
Arguments of a form “--Parameter name=Parameter Value” can be placed in an arbitrary order. They can even be inserted between arguments not beginning with “-”. In case of conflicting options being specified, the latter option has a higher priority. Parameters that have default values can be omitted.

パラメータ名 Parameter name	意味 Meaning	可能なパラメータ値 Allowed parameter values	デフォルト値 Default value
inputfiles	入力として用いる連続波形データファイル名。ファイルはSAC形式の時系列データファイルとする。通常、複数のファイルであるが、それらを列挙するのではなく、日時や観測点・成分コードをパターンとして含む形で命名規則で与える。 The name of the continuous waveform data files used as the inputs. Each file must be a time series data file of SAC format. Although multiple files are usually used, do not list them but instead give the naming rule of the file names that includes the patterns corresponding to the date, time, and station and component codes.	ファイル名を表す文字列。ディレクトリパスを含んでいても良い。以下のパターン文字列を含めることができる。 A string that represents a file name, possibly including the directory path. The patterns listed below can be used. %YYYY 年(西暦、4桁) Year (A.D., 4-digits) %YY 年(西暦、下2桁) Year (A.D., lowest 2-digits) %MM 月(2桁) Month (2-digits) %DD 日(2桁) Day (2-digits) %JJJ その年の先頭からの日数(3桁、1月1日が001) The number of days from the beginning of the year (3-digits; Jan. 1 corresponds to 001) %hh 時(2桁) Hour (2-digits) %mm 分(2桁) Minute (2-digits) %ss 秒(2桁) Second (2-digits) %STATION 観測点コード Station code %COMPONENT 成分コード Component code	省略不可 Cannot be omitted
templates	テンプレートとして用いる短時間の波形データファイル名。 The name of the short-duration waveform data files used as the templates.	ファイル名を表す文字列。ディレクトリパスを含んでいても良い。パターン文字列として「%STATION」「%COMPONENT」 (パラメータinputfiles参照)を含めることができる。 A string that represents a file name, possibly including the directory path. The pattern “%STATION” and “%COMPONENT” (see parameter inputfiles) can be used.	省略時はテンプレート波形との相関係数を検知基準として用いない。 If this parameter is omitted, the correlation coefficient between continuous and template waveforms is not used as a detection criterion.
start	解析期間の先頭日時。 The beginning date and time of the analysis period.	「YYYY-MM-DD.hh-mm-ss」の形式の文字列。ここで YYYY: 年(西暦4桁) MM: 月(2桁) DD: 日(2桁) hh: 時(2桁) mm: 分(2桁) ss: 秒(2桁) である。 A string of “YYYY-MM-DD.hh-mm-ss” format, where YYYY is the year (A.D., 4-digits), MM is the month (2-digits), DD is the day (2-digits), hh is the hour (2-digits), mm is the minute (2-digits), and ss is the second (2-digits).	省略不可 Cannot be omitted
end	解析期間の末尾日時。 The end date and time of the analysis period.	「YYYY-MM-DD.hh-mm-ss」の形式の文字列。ここで YYYY: 年(西暦4桁) MM: 月(2桁) DD: 日(2桁) hh: 時(2桁) mm: 分(2桁) ss: 秒(2桁) である。 A string of “YYYY-MM-DD.hh-mm-ss” format, where YYYY is the year (A.D., 4-digits), MM is the month (2-digits), DD is the day (2-digits), hh is the hour (2-digits), mm is the minute (2-digits), and ss is the second (2-digits).	省略不可 Cannot be omitted
file_interval	入力ファイルの時間区切りの長さ(s)。例えば1時間毎に分割されたファイルを用いる場合は3600となる。 The time length (s) of individual input files. For example, the value is 3600 if the files are divided every 1 hour.	正の整数。 A positive integer.	パラメータinputfileに登場するパターン文字列の最小時間単位。例えばパラメータinputfileに%hhまで登場するなら1時間刻み(3600)、 %mmまで登場するなら1分刻み(60)となる。 The minimum time unit of the pattern strings that appear in parameter inputfile. For example, if the parameter inputfile includes down to %hh then the interval is 1 hour (3600); if %mm is included then 1 min (60).
trace_config_file	観測点・成分毎の設定の詳細が記載されたファイル名。テキストファイルであり拡張子は何でも良い。ファイルの書式はこちら。 The name of a file that gives detailed settings for each station and component. This is a text file with an arbitrary extension. Click here for the file format.	ファイル名を表す文字列。ディレクトリパスを含んでいても良い。 A string that represents a file name, possibly including the directory path.	省略不可 Cannot be omitted
outputfile	出力ファイル名。テキストファイルであり拡張子は何でも良い。検出した噴火の日時がYYYY/MM/DD hh:mm:ss.sssの形式で出力される。 The name of the output file. This is a text file with an arbitrary extension. The dates and times of detected eruptions will be written into this file with YYYY/MM/DD hh:mm:ss.sss format.	ファイル名を表す文字列。ディレクトリパスを含んでいても良い。 A string that represents a file name, possibly including the directory path.	省略不可 Cannot be omitted

パラメータtrace_config_fileで指定するファイルの書式は以下の通り。
The format of the file specified by parameter trace_config_file is as follows.
- 1行につき1つの観測点・成分(トレース)の設定を書く。
  Write the configuration for a station and component (trace) in each line.
- 各行の第1列には観測点コードを書く。
  Write a station code in the 1st column of each line.
- 各行の第2列には成分コードを書く。
  Write a component code in the 2nd column of each line.
- 各行の第3列には$\tau_n^{min}$と$\tau_n^{max}$の値(実数値、秒単位) をカンマ(,)で区切って書く。
  Write the values of $\tau_n^{min}$ and $\tau_n^{max}$ (real numbers, unit: s) in the 3rd column of each line. Use a comma (,) to separate $\tau_n^{min}$ and $\tau_n^{max}$.
- 各行の第4列には$A_n$の値を書く。
  Write the value of $A_n$ in the 4th column of each line.
- 各行の第5列には$C_n$の値を書く。但しパラメータtemplatesを省略した場合(テンプレート波形を用いない場合)には $C_n$は定義せず、1行あたりの列数を4列とする。
  Write the value of $C_n$ in the 5th column of each line; however, if parameter templates is omitted, do not define $C_n$ and use 4 columns in each line.
- 列の区切りにはタブを使用する。
  Use tabs to separate the columns.
- 空行および各行の#から後の部分はコメントとして無視されるので自由に挿入できる。
  Empty lines and comments beginning with # can be inserted at arbitrary places in the file.

◆動作(Behaviour)

パラメータstartで指定した日時からendで指定した日時までの期間における噴火を検知し、結果をパラメータoutputfileで指定したファイルに出力する。
Detect eruptions from the date and time specified by parameter start to those specified by parameter end and record the result into the file specified by parameter outputfile.

◆使用例(Example)

detect_eruption_airWave --inputfiles=data_continuous/%STATION/%YYYY-%MM-%DD.sac --templates=data_templates/stack/%STATION.%COMPONENT.sac --start=2025-01-01.00-00-00 --end=2025-01-31.23-59-59 --trace_config_file=traces.ini --outputfile=eruptions_detected.dat

(traces.ini)

NU.STN1[TAB]Ac[TAB]5.95,6.25[TAB]10.0[TAB]0.7
NU.STN2[TAB]Ac[TAB]7.60,8.00[TAB]10.0[TAB]0.7
NU.STN3[TAB]Ac[TAB]12.05,12.55[TAB]10.0[TAB]0.7

ここでNU.STN1, NU.STN2, NU.STN3は観測点コード、Acは成分コードであり、 [TAB]はタブを表す。
Here, NU.STN1, NU.STN2, and NU.STN3 are station codes, Ac is a component code, and [TAB] represents a tab.

detect_eruption_airWaveコマンド マニュアル