JP2001174569A - Seabed sedimentary layer parameter estimation device using genetic algorithm - Google Patents

Seabed sedimentary layer parameter estimation device using genetic algorithm

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JP2001174569A
JP2001174569A JP35627099A JP35627099A JP2001174569A JP 2001174569 A JP2001174569 A JP 2001174569A JP 35627099 A JP35627099 A JP 35627099A JP 35627099 A JP35627099 A JP 35627099A JP 2001174569 A JP2001174569 A JP 2001174569A
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JP
Japan
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individual
fitness
value
parameter
unit
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Application number
JP35627099A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Hino
一彦 日野
Masanori Oiwa
正憲 大岩
Kazuo Sato
和夫 佐藤
Kenichi Asano
健一 浅野
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Hitachi Ltd
Hitachi Advanced Systems Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Advanced Systems Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a seabed sedimentary layer parameter estimation device stably estimating the parameter values expressing the characteristics of the seabed sedimentary layer from measurement data. SOLUTION: Observation characteristic value calculation parts 204, 306 find dispersion characteristics C0 of group speeds of elastic waves propagating the seabed sedimentary layer from the observation data of the seabed sedimentary layer, or an estimation object. An estimation characteristic value operation part 301 theoretically estimate the dispersion characteristic C of the group speeds of the elastic waves based on combination of candidates values of a plurality of parameters expressing the physical characteristics of the seabed sedimentary layer. An initial group generation part 305 and a gene operation part 303 generate and evolute the combination of the candidate values of the parameters as individual by genetic algorithm. An adaptability operation part 302 finds the adaptability expressing the extent of the accordance between the dispersion characteristics C0 and dispersion characteristics C and set a combination of the candidate values comprising the most adaptable individual to the solution.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、海底の堆積層の物
理的特性を示すパラメータを推定するための装置に係わ
り、特に浅海域の堆積層における音響伝搬特性の評価や
鉱物資源探索等に用いられる海底堆積層パラメータ推定
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for estimating parameters indicating physical characteristics of a seabed sedimentary layer, and is particularly used for evaluating sound propagation characteristics in a shallow sea sedimentary layer and searching for mineral resources. The present invention relates to an apparatus for estimating parameters of a marine sediment layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】海底の堆積層の物理的特性を示すパラメ
ータの値を推定する方法として、これまで、インバージ
ョン法、重回帰分析法、最尤推定法などが知られてい
る。これらについては、例えば、R.D.Stoll 他2名 : Es
timation of Shear Wave Velocity in Shallow Marine
Sediments : IEEE J.Oce.Eng.,Vol.19,No.1,Jan.,(199
4)や、木村、他1名 : 地盤表面におけるレーリー波の速
度分散特性、日本音響学会講演論文集、Mar.,1163-1164
(1996) や、A.Dziewonski 他2名 : A Technique for An
alysis of Transient Seismic Signal, Bulletin of S.
S.A.,Feb.,427-444(1969) 等に記載されている。これら
の推定方法は、いずれも海底堆積層について実測した測
定結果に基づいて数値解析を行うことにより、海底堆積
層の物理的特性値を推定する。
2. Description of the Related Art Inversion methods, multiple regression analysis methods, maximum likelihood estimation methods, and the like have been known as methods for estimating the values of parameters indicating the physical characteristics of sedimentary layers on the sea floor. About these, for example, RDStoll and 2 others: Es
timation of Shear Wave Velocity in Shallow Marine
Sediments: IEEE J.Oce.Eng., Vol.19, No.1, Jan., (199
4), Kimura, et al .: Velocity dispersion characteristics of Rayleigh waves on the ground surface, Proceedings of the Acoustical Society of Japan, Mar., 1163-1164
(1996) and A. Dziewonski and 2 others: A Technique for An
alysis of Transient Seismic Signal, Bulletin of S.
SA, Feb., 427-444 (1969). Each of these estimation methods estimates a physical characteristic value of the seabed sedimentary layer by performing a numerical analysis based on a measurement result actually measured for the seabed sedimentary layer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】海底堆積層について実
測を行うことによって得られる測定データは、量的に不
十分でかつノイズを多く含んでいる。このため、従来の
数値解析方法によって、これらの測定データに基づいて
海底堆積層の特性パラメータ値の推定を行った場合、解
が局所的最小値に陥ったり、あるいは発散することがあ
った。また、従来の数値解析方法では、解析モデルをよ
り現実に近い精緻なものにするために、分散特性の基本
モードだけでなく高次モードも利用しようとすると、変
数の数が増加することにより、解析の安定性が欠如した
り計算量が著しく増加してしまうという問題もある。さ
らに、実際の海底堆積層の測定データは、含まれる誤差
の統計的性質の把握が困難な場合もある。このような場
合には、上記従来技術の数値解析方法では、問題を適切
に表し、かつ、解を求めるための数学モデルを構築する
こと自体が困難である。
The measurement data obtained by actually measuring the seabed sedimentary layer is insufficient in quantity and contains much noise. For this reason, when estimating the characteristic parameter values of the marine sedimentary layer based on these measurement data by a conventional numerical analysis method, the solution sometimes falls to a local minimum value or diverges. In addition, in the conventional numerical analysis method, in order to use a higher mode as well as the fundamental mode of the dispersion characteristic in order to make the analysis model more precise and realistic, the number of variables increases due to an increase in the number of variables. There are also problems that the stability of the analysis is lacking and the amount of calculation is significantly increased. Further, in some cases, it is difficult to grasp the statistical properties of the errors included in the actual measured data of the marine sediment. In such a case, it is difficult for the above-described conventional numerical analysis method to properly construct a mathematical model for expressing a problem and finding a solution.

【0004】本発明は、海底堆積層の特性を示すパラメ
ータの値を、実測データから安定して推定することので
きる海底堆積層パラメータ推定装置を提供することを目
的とする。
An object of the present invention is to provide a seabed sediment layer parameter estimating apparatus capable of stably estimating the value of a parameter indicating the characteristics of a seabed sedimentary layer from measured data.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような海底堆積層パラメー
タ推定装置が提供される。
According to the present invention, there is provided the following apparatus for estimating parameters of a seabed sedimentary layer.

【0006】すなわち、推定対象である海底堆積層につ
いて観測したデータから、前記海底堆積層を伝搬する弾
性波の特性値を求める観測特性値計算部と、前記海底堆
積層の物理的特性を示す複数のパラメータの候補値を遺
伝子とし、この候補値を組み合わせたものを個体とし
て、該個体を予め定めた個体数だけ発生させる初期集団
発生部と、前記個体に対して遺伝的アルゴリズムにより
遺伝的操作を施して次世代の個体に進化させる遺伝子操
作部と、前記個体について、理論的に前記弾性波の前記
特性値を推定する推定特性値演算部と、前記推定特性値
計算部が前記個体について推定した前記特性値と、前記
観測特性値計算部が求めた前記特性値との一致の度合い
を示す適応度を求め、前記個体のうち前記適応度が最も
大きい個体を構成する前記候補値が、前記パラメータの
値の解であるとする適応度演算部とを有し、前記特性値
は、少なくとも前記弾性波の群速度の周波数についての
分散特性であり、前記パラメータは、前記海底堆積層を
構成する1以上の層のそれぞれについての、層厚、密
度、縦波速度、横波速度、および横波減衰率を含むこと
を特徴とする海底堆積層パラメータ推定装置である。
That is, an observation characteristic value calculation unit for obtaining characteristic values of an elastic wave propagating through the seabed sedimentary layer from data observed for the seabed sedimentary layer to be estimated, and a plurality of data indicating physical characteristics of the seabed sedimentary layer. A candidate value of the parameter as a gene, an individual obtained by combining the candidate values as an individual, an initial population generator for generating the individual by a predetermined number of individuals, and performing a genetic operation on the individual by a genetic algorithm. A genetic operation unit for applying the evolved to the next generation individual, an estimated characteristic value calculation unit for theoretically estimating the characteristic value of the elastic wave for the individual, and the estimated characteristic value calculation unit estimated for the individual. The fitness value indicating the degree of coincidence between the characteristic value and the characteristic value determined by the observation characteristic value calculation unit is determined, and the individual having the highest fitness among the individuals is configured. The candidate value has a fitness calculation unit that is a solution of the value of the parameter, the characteristic value is a dispersion characteristic at least about the frequency of the group velocity of the elastic wave, the parameter is the An apparatus for estimating a parameter of a seabed sediment, including a layer thickness, a density, a longitudinal wave velocity, a shear wave velocity, and a shear wave attenuation factor for each of one or more layers constituting the seabed sedimentary layer.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の海
底堆積層パラメータ推定装置について図面を用いて説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an apparatus for estimating parameters of a seabed sedimentary layer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0008】本実施の形態の海底堆積層パラメータ推定
装置は、実際に観測したデータから分散曲線を求めると
もに、遺伝的アルゴリズムにより生成させたパラメータ
候補値の組み合わせ(パラメータセット:個体)から理
論的に分散特性を算出する。そして、これら2つの分散
特性を比較することにより、最適なパラメータセットを
求め、これを最適解もしくは実用上満足できる準最適解
とするものである。本実施の形態の海底堆積層パラメー
タ推定装置の構成とその動作について、図1〜図4を用
いて説明する。
The marine sediment layer parameter estimating apparatus according to the present embodiment obtains a dispersion curve from actually observed data, and theoretically calculates a combination of parameter candidate values (parameter set: individual) generated by a genetic algorithm. Calculate the dispersion characteristics. Then, by comparing these two dispersion characteristics, an optimal parameter set is obtained, and this is set as an optimal solution or a quasi-optimal solution that can be practically satisfied. The configuration and operation of the marine sediment layer parameter estimation device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0009】本実施の形態の海底堆積層パラメータ推定
装置は、起振器104と、受振器103と、解析処理器
102とを有する。解析処理器102は、観測船101
に搭載されている。起振器104及び受振器103は、
図1のように観測船101から海中におろされ海底面1
05の互いに離れた位置に設置される。受振器103
は、2つの受振器103a,103bを含み、受振器1
03aよりも受振器103bの方が起振器104から離
れた位置に設置される。起振器104は、海底面105
に対して振動を与えることにより信号を送り出す送波器
を有する。受振器103は、起振器104から送り出さ
れた信号のうち海底堆積層106を伝搬してきた弾性波
を受波する受波器を有する。
The marine sediment layer parameter estimating apparatus according to the present embodiment includes a vibrator 104, a geophone 103, and an analysis processor 102. The analysis processor 102 includes the observation ship 101
It is installed in. The exciter 104 and the receiver 103 are
As shown in FIG.
05 are installed at mutually distant positions. Geophone 103
Includes two geophones 103a and 103b,
The receiver 103b is installed at a position farther from the exciter 104 than the receiver 03a. The exciter 104 has a sea bottom 105
Has a transmitter that sends out a signal by giving a vibration to. The receiver 103 has a receiver that receives an elastic wave that has propagated through the seabed sedimentary layer 106 among the signals sent from the exciter 104.

【0010】解析処理器102は、図2のように、距離
計算部201と、波形累加部202と、周波数分析部2
03と、観測分散特性計算部204と、堆積層パラメー
タ推定部205と、表示器206と、ユーザからの設定
を受けつける設定値受付部207とを有する。なお、図
2では、解析処理器102の各部は、それぞれ独立した
装置のように示しているが、解析処理器102全体は、
演算装置、記憶装置、キーボードやマウス等の受付部、
表示装置等を備えたコンピュータにより構成されてい
る。記憶装置のプログラム記憶領域内には、距離計算プ
ログラム、波形累加プログラム、周波数分析プログラ
ム、観測分散特性演算プログラム、および堆積層パラメ
ータ推定プログラムが予め格納されており、演算装置
は、これらのプログラムをそれぞれ読み込んでそれを実
行することにより、距離計算部201、波形累加部20
2、周波数分析部203、観測分散特性演算部204、
および堆積層パラメータ推定部205の動作を実現す
る。これらプログラムの実行により求められたデータ
は、記憶装置のデータ記憶領域に格納される。設定値受
付部207は、コンピュータのマウスやキーボード等の
受付部によって構成され、表示器206は、コンピュー
タのCRT等の表示装置により構成される。
As shown in FIG. 2, the analysis processor 102 includes a distance calculator 201, a waveform accumulator 202, and a frequency analyzer 2.
03, an observation dispersion characteristic calculation unit 204, a deposited layer parameter estimation unit 205, a display unit 206, and a set value reception unit 207 that receives settings from a user. In FIG. 2, each unit of the analysis processor 102 is shown as an independent device, but the entire analysis processor 102 is
Arithmetic devices, storage devices, reception units such as keyboards and mice,
It is configured by a computer having a display device and the like. In the program storage area of the storage device, a distance calculation program, a waveform addition program, a frequency analysis program, an observation dispersion characteristic calculation program, and a sedimentary layer parameter estimation program are stored in advance, and the calculation device stores these programs respectively. By reading and executing it, the distance calculation unit 201 and the waveform accumulation unit 20
2, frequency analysis unit 203, observation dispersion characteristic calculation unit 204,
And the operation of the deposition layer parameter estimation unit 205 is realized. Data obtained by executing these programs is stored in a data storage area of a storage device. The setting value receiving unit 207 is configured by a receiving unit such as a mouse or a keyboard of the computer, and the display unit 206 is configured by a display device such as a CRT of the computer.

【0011】設定値受付部207は、距離計算部201
〜堆積層パラメータ推定部205の各部において処理に
必要な水深、水温、塩分濃度、累加数、周波数分析分解
能、分散特性計算範囲、層数、世代数、集団サイズ等の
設定をオペレータから受け付ける部分である。
The set value receiving unit 207 includes a distance calculating unit 201
The setting of the water depth, water temperature, salinity, cumulative number, frequency analysis resolution, dispersion characteristic calculation range, number of layers, generation number, group size, etc. necessary for processing in each part of the deposition layer parameter estimation unit 205 is received from the operator. is there.

【0012】表示器206は、設定値受付部207で入
力した各処理部の設定値、及び各処理部の演算結果を表
示する装置である。
The display unit 206 is a device for displaying the set values of the respective processing units input by the set value receiving unit 207 and the calculation results of the respective processing units.

【0013】距離計算部201は、起振器104の送波
データと、起振器103a,103bの受波データとを
受け取り、これらのデータから、起振器104の送波器
が送出した波形が受振器103a,103bの受波器で
それぞれ受波されるまでの時間を計測する動作を行う。
さらに、別途測定された水温、塩分濃度、水深を設定値
受付部207から受け取り、予め定められた数式に代入
することにより音速を求め、求めた計測時間と音速とを
用いて、起振器104から受振器103aまでの距離、
ならびに受波器103aと受波器103bとの距離を計
算する。
The distance calculation unit 201 receives the transmission data of the oscillator 104 and the reception data of the oscillators 103a and 103b, and uses these data to calculate the waveform transmitted by the transmitter of the oscillator 104. The operation of measuring the time until is received by the receivers of the receivers 103a and 103b is performed.
Further, the separately measured water temperature, salinity, and water depth are received from the set value receiving unit 207, and the sound speed is obtained by substituting them into a predetermined mathematical expression. From the sensor to the geophone 103a,
Further, the distance between the receiver 103a and the receiver 103b is calculated.

【0014】波形累加部202は、起振器104が海底
面に繰り返し与えた振動について、受振器103aが受
波した受振波形を振幅方向に累加し平均をとる累加処理
を行う。累加する波形数は、設定値受付部207にユー
ザより設定された波形数とする。同様に、受振器103
bが受波した波形についても累加処理を行う。これによ
り、受振波形に含まれるノイズの影響を小さくすること
ができる。
The waveform accumulating section 202 performs an accumulating process for accumulating, in the amplitude direction, a received waveform received by the oscillator 103a on the vibration repeatedly applied to the sea bottom by the oscillator 104, and taking an average. The number of waveforms to be added is the number of waveforms set by the user in the set value receiving unit 207. Similarly, the geophone 103
The accumulation processing is also performed on the waveform received by b. Thereby, the influence of noise included in the received waveform can be reduced.

【0015】周波数分析部203は、波形累加部202
で累加された受振波形のレベルを周波数ごとに分析する
処理を行う。分析する周波数を何ヘルツ刻みにするか等
の周波数分解能の指定は、設定値受付部207にユーザ
より設定された分解能とする。
The frequency analyzer 203 includes a waveform accumulator 202
A process is performed for analyzing the level of the received waveform accumulated in the above for each frequency. The frequency resolution, such as the number of hertz in the frequency to be analyzed, is specified by the resolution set by the user in the set value receiving unit 207.

【0016】観測分散特性計算部204は、距離計算部
201で求めた起振器104から受振器103までの距
離と、周波数分析部203で求めた周波数分析結果よ
り、海底堆積層106を伝搬する弾性波の群速度と周波
数との関係を示す、群速度の分散特性を演算する。求め
られた群速度の分散特性は、群速度−周波数のグラフ上
に示すと、図5のように同心に重なり合った閉曲線70
1等となる。なお、群速度と周波数との関係を示す分散
特性の演算方法としては、一般的によく知られた各種の
方法を用いることができるが、ここでは地球物理学でよ
く用いられている多重フィルタ法を用いる。この多重フ
ィルタ法は、測定された信号を周波数領域である微少帯
域毎に切り出し、これを時間領域に引き戻すことにより
周波数と群速度の関係、つまり分散特性を得る方法であ
る。多重フィルター法の詳細については文献 "A Techni
que for the Analysis of Transient Seismic Signals"
byA. Dziewonski, S. Bloch and M. Landisman Bullet
in of the Seismological Society of America. Vol.5
9, No.1 p.427-444. February,1969 に記載されてい
る。
The observation dispersion characteristic calculation section 204 propagates the seabed sedimentary layer 106 based on the distance from the exciter 104 to the receiver 103 obtained by the distance calculation section 201 and the frequency analysis result obtained by the frequency analysis section 203. The dispersion characteristic of the group velocity, which indicates the relationship between the group velocity and the frequency of the elastic wave, is calculated. When the dispersion characteristics of the group velocity thus obtained are shown on the graph of group velocity-frequency, a closed curve 70 concentrically overlapping as shown in FIG.
It will be 1 mag. As a method of calculating the dispersion characteristic indicating the relationship between the group velocity and the frequency, various generally well-known methods can be used. Here, the multiple filter method often used in geophysics is used here. Is used. The multiplex filter method is a method of obtaining a relationship between a frequency and a group velocity, that is, a dispersion characteristic, by cutting out a measured signal for each minute band which is a frequency domain and returning it to a time domain. See "A Techni" for more information on the multiple filter method.
que for the Analysis of Transient Seismic Signals "
byA. Dziewonski, S. Bloch and M. Landisman Bullet
in of the Seismological Society of America.Vol.5
9, No. 1 p. 427-444. February, 1969.

【0017】また、観測分散特性計算部204は、受振
器103aと受振器103bの両方で受波データが得ら
れている場合には、弾性波の位相速度と周波数との関係
を示す分散特性も計算する。この位相速度の分散特性
は、受振器103aと受振器103bとの距離と、周波
数分析部203で求めた周波数分析結果より求められ
る。このため、受振器103aと受振器103bの一方
でしか受波できなかった場合には求められない。位相速
度の分散特性の演算方法としては、一般的によく知られ
た方法を用いることができるが、ここではTime-variant
フィルター法を用いる。Time-variantフィルター法の詳
細については文献“Pilant,W. and L.Knopoff(1964).Ob
servations of multiple seismic events, Bull. Seis
m. Soc. Am. 54,19-39”に記載されている。
The observation dispersion characteristic calculation unit 204 also calculates the dispersion characteristic indicating the relationship between the phase velocity and the frequency of the elastic wave when the received data is obtained by both the geophones 103a and 103b. calculate. The dispersion characteristic of the phase velocity is obtained from the distance between the geophone 103a and the geophone 103b and the frequency analysis result obtained by the frequency analysis unit 203. Therefore, it cannot be obtained when only one of the geophone 103a and the geophone 103b can receive a wave. As a method of calculating the dispersion characteristic of the phase velocity, a generally well-known method can be used.
Use the filter method. For details of the time-variant filter method, see the document “Pilant, W. and L. Knopoff (1964). Ob
servations of multiple seismic events, Bull.Seis
m. Soc. Am. 54, 19-39 ".

【0018】つぎに、堆積層パラメータ推定部205に
ついて詳しく説明する。堆積層パラメータ推定部205
は、観測分散特性計算部204の計算した観測分散特性
から観測分散曲線を求めると共に、遺伝的アルゴリズム
の手法を用いて、海底堆積層の物理的特性を示す各種パ
ラメータの候補値の組み合わせ(パラメータセット:個
体)を発生させ、このパラメータセットから分散曲線
(推定分散曲線)を算出する。そして、これら2つの分
散特性を比較することにより、最適なパラメータセット
を求め、これを解とする。パラメータセットを発生させ
る際には、初期世代のパラメータセットに対して、選択
401、交叉402、突然変異403等の遺伝的操作を
施して世代交代させることにより、観測分散曲線に対し
て適応度の高い個体を発生させる手法を用いる。なお、
一般的な遺伝的アルゴリズムについては、以下の文献に
詳しく記載されている。Holland, John (1975). Adapta
tionin Natural and Artificial Systems, MIT press 1
992"、Goldberg, David (1987). Genetic Algorithm in
Search, Optimization,and Machine Learning. Readin
g, Mass.: Addison-Wesley , Davis,Lawrence (1990).
Handbook of GeneticAlgorithms, Van Nostrand (邦
訳:遺伝アルゴリズムハンドブック 嘉数(かかず)他
森北出版)。
Next, the deposition layer parameter estimation unit 205 will be described in detail. Deposition layer parameter estimation unit 205
Calculates the observation dispersion curve from the observation dispersion characteristics calculated by the observation dispersion characteristics calculation unit 204, and uses a genetic algorithm technique to combine candidate values of various parameters indicating the physical characteristics of the marine sedimentary layer (parameter set). : Individual), and a dispersion curve (estimated dispersion curve) is calculated from this parameter set. Then, by comparing these two dispersion characteristics, an optimal parameter set is obtained, and this is set as a solution. When generating a parameter set, the generation set is changed by performing genetic operations such as selection 401, crossover 402, mutation 403, etc. on the parameter set of the initial generation, so that the fitness of the observed dispersion curve is Use a technique to generate high individuals. In addition,
General genetic algorithms are described in detail in the following documents. Holland, John (1975) .Adapta
tionin Natural and Artificial Systems, MIT press 1
992 ", Goldberg, David (1987). Genetic Algorithm in
Search, Optimization, and Machine Learning.Readin
g, Mass .: Addison-Wesley, Davis, Lawrence (1990).
Handbook of Genetic Algorithms, Van Nostrand (Japanese translation: Genetic Algorithm Handbook, Kazuzu et al., Morikita Publishing).

【0019】堆積層パラメータ推定部205の構造を具
体的に説明する。堆積層パラメータ推定部205は、図
3のように、初期集団発生部305、集団プール部30
4、遺伝子操作部303、推定分散曲線計算部301、
適応度演算部302、観測分散曲線計算部306を備え
ている。
The structure of the deposition layer parameter estimating unit 205 will be specifically described. As shown in FIG. 3, the sedimentary layer parameter estimation unit 205 includes an initial
4. Gene manipulation unit 303, estimated dispersion curve calculation unit 301,
A fitness calculator 302 and an observation dispersion curve calculator 306 are provided.

【0020】観測分散曲線計算部306は、観測分散特
性計算部204が求めた群速度の観測分散特性から分散
曲線C0を求める。この分散曲線C0を求める手法として
は、まず図5のように群速度−周波数のグラフに分散特
性をプロットし、これにより観測分散特性を示す等高線
状の閉曲線701等が得て、この閉曲線701等の峰を
示す座標を選択し、その座標の集合という形で分散曲線
0を求める。求めた分散曲線C0は、データ記憶領域に
格納する。観測分散曲線計算部306は、求めた群速度
の分散曲線C0を分散特性とともにグラフ上に示す画像
を生成して、表示器206に出力し、図5のように表示
させる。また、観測分散特性計算部204において位相
速度の分散特性が求められていた場合には、観測分散曲
線計算部306は、その峰を示す曲線である分散曲線D
0も求める。求めた位相速度の分散特性および分散曲線
0も表示器206に表示される。
The observation dispersion curve calculation unit 306 obtains a dispersion curve C 0 from the observation dispersion characteristic of the group velocity obtained by the observation dispersion characteristic calculation unit 204. As a method of obtaining the dispersion curve C 0 , first, the dispersion characteristic is plotted on a group velocity-frequency graph as shown in FIG. 5, thereby obtaining a contour-shaped closed curve 701 indicating the observed dispersion characteristic, and the like. select the coordinate indicating the peaks of equal, obtaining the dispersion curve C 0 in the form of the set of coordinates. The obtained dispersion curve C 0 is stored in the data storage area. The observation dispersion curve calculation unit 306 generates an image showing the dispersion curve C 0 of the obtained group velocity together with the dispersion characteristics on a graph, outputs the image to the display 206, and displays it as shown in FIG. When the dispersion characteristic of the phase velocity has been obtained by the observation dispersion characteristic calculation unit 204, the observation dispersion curve calculation unit 306 generates a dispersion curve D which is a curve indicating the peak.
Also ask for 0 . The dispersion characteristic and dispersion curve D 0 of the obtained phase velocity are also displayed on the display unit 206.

【0021】また、観測分散曲線計算部306は、分散
曲線C0、D0の補正を受け付ける補正部316を含んで
いる。補正部316は、表示器206に表示されたグラ
フを見たオペレータが、設定値受付部207のマウス等
で手動により指定した分散曲線C0(もしくは分散曲線
0)上の座標を、同じくオペレータが手動で指定した
別の座標に入れ替える動作を行う。これにより、分散曲
線C0に含まれる、ノイズによる曲線702の座標(図
5)を、図6のようにオペレータの判断により除去する
ことが可能である。補正された分散曲線C0(もしくは分
散曲線D0)の座標は、記憶装置のデータ記憶領域に格納
する。
Further, the observation dispersion curve calculation unit 306 includes a correction unit 316 that receives correction of the dispersion curves C 0 and D 0 . The correction unit 316 adjusts the coordinates on the dispersion curve C 0 (or dispersion curve D 0 ) manually specified by the operator using the mouse or the like of the set value reception unit 207 by the operator viewing the graph displayed on the display unit 206. Performs the operation of replacing with another coordinate manually specified. Thereby, the coordinates (FIG. 5) of the curve 702 due to the noise included in the dispersion curve C 0 can be removed by the judgment of the operator as shown in FIG. The coordinates of the corrected dispersion curve C 0 (or dispersion curve D 0 ) are stored in the data storage area of the storage device.

【0022】なお、本実施の形態では、観測分散曲線計
算部306は、上述の群速度の分散曲線C0を、少なく
とも弾性波の第0次モードであるレーリー波について求
める。観測条件によっては高次モードの分散特性も得ら
れるので、その場合は高次モードについての群速度の分
散曲線も求め、データ記憶領域に格納する。また、観測
条件によって高次モードの位相速度の分散特性が得られ
ている場合には、高次モードについての位相速度の分散
曲線も求め、データ記憶領域に格納する。
In the present embodiment, the observation dispersion curve calculation unit 306 obtains the dispersion curve C 0 of group velocity described above for at least the Rayleigh wave which is the 0th mode of the elastic wave. Since dispersion characteristics of higher-order modes can be obtained depending on observation conditions, a dispersion curve of group velocities for higher-order modes is also obtained and stored in the data storage area. If the dispersion characteristic of the phase velocity of the higher-order mode is obtained according to the observation conditions, the dispersion curve of the phase velocity of the higher-order mode is also obtained and stored in the data storage area.

【0023】一方、初期集団発生部305は、初期世代
の個体(パラメータセット)を発生させ集団プール部3
04に受け渡す動作を行う。発生させる個体数は、設定
値受付部207にオペレータが設定した個体数である。
集団プール部304は、記憶装置の予め定めた記憶領域
にこの個体を格納する。
On the other hand, the initial group generation unit 305 generates individuals (parameter sets) of the initial generation and generates
04. The number of individuals to be generated is the number of individuals set by the operator in the set value receiving unit 207.
The group pool unit 304 stores the individual in a predetermined storage area of the storage device.

【0024】まず、初期集団発生部305が、発生させ
る個体(パラメータセット)の構成について説明する。
本実施の形態では、海底堆積層が図7の様なn層の多層
構造であるとモデル化している。各層のパラメータは、
層厚hi、層の密度ρi、縦波速度αi、横波速度βi、横
波減衰率γiの5種類としている。なお、i(i=0、
1、2・・・n)は層の番号を示し、海底面105から
最も遠い層を第0層、海底面105を上面とする層を第
n層とする。また、図7の多層の堆積層106のモデル
で各層の水平面内にx、y軸を、鉛直方向にz軸をとっ
た場合、各パラメータ(遺伝子)の値はzだけの関数
で、しかも区分的に一定、すなわち、同一層内では一定
値であるとする。本実施の形態では、第0層から第n層
のそれぞれの層ごとの5種類のパラメータをすべて遺伝
子とし、これらのパラメータの候補値のセットを上述の
個体とする。よって、一つの個体は、図8のように、
(5種類)×(n層)=5・n個のパラメータ(遺伝
子)の値の組み合わせで示される。
First, the configuration of the individuals (parameter sets) generated by the initial group generation unit 305 will be described.
In the present embodiment, the seafloor sedimentary layer is modeled as an n-layer multilayer structure as shown in FIG. The parameters of each layer are
Thickness h i, the density of the layer [rho i, longitudinal wave velocity alpha i, shear wave velocity beta i, is set to five transverse wave attenuation rate gamma i. Note that i (i = 0,
1, 2,... N) indicate layer numbers, and the layer furthest from the sea bottom 105 is the 0th layer, and the layer having the sea bottom 105 as the upper surface is the nth layer. When the x- and y-axes are set in the horizontal plane of each layer and the z-axis is set in the vertical direction in the model of the multi-layered sedimentary layer 106 in FIG. 7, the value of each parameter (gene) is a function of only z, and Constant, that is, a constant value in the same layer. In the present embodiment, all five types of parameters for each of the 0th to nth layers are genes, and a set of candidate values for these parameters is the individual described above. Therefore, one individual, as shown in FIG.
(5 types) × (n layers) = 5 · n parameters (genes) are indicated by combinations of values.

【0025】図7のモデルは海底堆積層を伝わる弾性波
の分散特性を求めるのに有効とされている。このモデル
についての理論的説明は 斎藤 : 「成層構造に対する反
射率、表面波分散曲線の計算」 物理探査第46巻第4号(1
993) 283-298頁に記載されている。
The model shown in FIG. 7 is effective for obtaining the dispersion characteristics of an elastic wave propagating in a seabed sedimentary layer. Saito: The theoretical explanation of this model is Saito: "Calculation of reflectance and surface wave dispersion curves for stratified structures" Geophysical Exploration Vol. 46 No. 4 (1
993) pages 283-298.

【0026】つぎに、初期集団発生部305がどのよう
にして初期世代の個体を発生させるかについて説明す
る。本実施の形態では、図9のように各個体(パラメー
タセット)のh0以外の各遺伝子(層厚hi、層の密度ρ
i、縦波速度αi、横波速度βi、横波減衰率γi(ただし
i=1〜n))について、実用的観点から数値の範囲
(上限、下限)を予め定めている。また、上記範囲内の
単位量も定めている。初期集団発生部305は、上記予
め定めた範囲内の予め定めた単位量きざみの値を、パラ
メータの数値の候補値とし、この候補値の中から一つの
値をランダムに選択することにより、それぞれの個体を
構成するパラメータの候補値を一つ一つ決定する。h0
のみは、∞の固定値とする。n層のnの値としては、設
定値受付部207が受け付けた値を用いる。なお、単位
量は、コンピュータの演算時の1ビットに対応する量で
ある。
Next, how the initial population generation unit 305 generates individuals of the initial generation will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 9, each gene (layer thickness h i , layer density ρ) other than h 0 of each individual (parameter set)
Regarding i , longitudinal wave velocity α i , shear wave velocity β i , and shear wave attenuation rate γ i (where i = 1 to n), numerical ranges (upper and lower limits) are determined in advance from a practical viewpoint. Also, the unit amount within the above range is determined. The initial group generation unit 305 sets the value of the predetermined unit amount in the predetermined range as a candidate value of the numerical value of the parameter, and randomly selects one value from the candidate values, thereby Are determined one by one. h 0
Only the fixed value of ∞. As the value of n in the nth layer, the value received by the set value receiving unit 207 is used. Note that the unit amount is an amount corresponding to one bit at the time of calculation by the computer.

【0027】図9のように各パラメータの範囲および単
位量を定めておいた場合、ある一層についての5つのパ
ラメータの候補値の組み合わせの総数は512×512×512
×512×512≒3.5×1013通りである。よって、一個体を
構成する候補値の組み合わせは、3.5×1013のn層倍、
すなわち、n×3.5×1013通りある。上述の初期集団発
生部305では、これらの候補値の組み合わせの中から
設定値受付部207で設定された個体数(集団サイズ)
の個体をランダムに選択することにより、初期世代の個
体を発生させる。発生された個体は、集団プール部30
4に受け渡され、記憶装置の記憶領域に格納される。
When the range and unit amount of each parameter are determined as shown in FIG. 9, the total number of combinations of five parameter candidate values for one layer is 512 × 512 × 512.
× 512 × 512 ≒ 3.5 × 10 13 ways. Therefore, the combination of the candidate values that constitute one individual is 3.5 × 10 13 times the number of n layers,
That is, there are n × 3.5 × 10 13 patterns. In the above-described initial group generation unit 305, the number of individuals (group size) set by the set value reception unit 207 from combinations of these candidate values.
The individuals of the initial generation are generated by randomly selecting the individuals. The generated individuals are in the pool 30
4 and stored in the storage area of the storage device.

【0028】推定分散曲線計算部301は、集団プール
部304が格納した個体(パラメータセット)の一つ一
つについて、海底堆積層106の各層のパラメータの値
がその値である場合の分散特性を理論的計算によって求
める。本実施の形態では、観測分散曲線計算部306に
より、少なくとも、海底堆積層106を伝わる弾性波の
うち第0次モードであるレーリー波について、群速度の
分散曲線C0を求め、求められる場合には位相速度の分
散曲線D0も求めているので、これと比較するために、
推定分散曲線計算部301は、集団プール部304内の
パラメータセットからレーリー波についての群速度の分
散曲線Cおよび位相速度の分散曲線Dを理論的に計算す
る。計算の手法としては、本実施の形態では、SAFA
RI(Seismo-Acoustic Fast field Algorithm for Rang
e Independent environments)モデルを使用した。この
モデルは、層状媒質内の地震音響伝搬の数学モデルとし
て広く知られており、現在インターネットで公開されて
いるOASES(Ocean Acoustic and Seismic Explorat
ion Synthesis)の基となるモデルである。SAFARI
は、複数のプログラムからなっており、本実施の形態で
はそのうちのSAFARI−FIPPモジュールを用い
た。このSAFARI−FIPPモジュールでは、入力
パラメータとして、5つの層構造パラメータ(層厚、密
度、縦波速度、横波速度、横波減衰率)、縦波減衰率、
波数積分範囲(積分ポイント数等)および分散曲線計算
範囲(周波数の上下限等)の値を入力することにより、
群速度の分散曲線Cおよび位相速度の分散曲線Dを計算
させることができる。ここでは、上記5つの層構造パラ
メータは、分散曲線を計算しようとしている個体のパラ
メータの数値を入力した。また、縦波減衰率は予め定め
た固定値(ここでは0)を入力した。波数積分範囲およ
び分散曲線計算範囲は、予め定めた範囲を入力した。こ
の計算によって得られた分散曲線C、Dは、適応度演算
部302に受け渡される。
The estimated dispersion curve calculation unit 301 calculates the dispersion characteristics of each individual (parameter set) stored in the group pool unit 304 when the parameter value of each layer of the marine sedimentary layer 106 is that value. Determined by theoretical calculation. In the present embodiment, when the dispersion curve C 0 of the group velocity is obtained by the observation dispersion curve calculation unit 306 at least for the Rayleigh wave that is the 0th mode among the elastic waves transmitted through the seabed sedimentary layer 106, Also finds the dispersion curve D 0 of the phase velocity, so for comparison,
The estimated dispersion curve calculation unit 301 theoretically calculates the dispersion curve C of the group velocity and the dispersion curve D of the phase velocity for the Rayleigh wave from the parameter set in the group pooling unit 304. In this embodiment, the calculation method is SAFA.
RI (Seismo-Acoustic Fast field Algorithm for Rang
e Independent environments) model was used. This model is widely known as a mathematical model of seismic sound propagation in a layered medium, and is currently published on the Internet by OASES (Ocean Acoustic and Seismic Explorat).
This is the model on which ion synthesis is based. SAFARI
Is composed of a plurality of programs. In the present embodiment, the SAFARI-FIPP module is used. In this SAFARI-FIPP module, five layer structure parameters (layer thickness, density, longitudinal wave velocity, shear wave velocity, shear wave attenuation rate), longitudinal wave attenuation rate,
By inputting the values of the wave number integration range (the number of integration points, etc.) and the dispersion curve calculation range (the upper and lower limits of the frequency, etc.),
A dispersion curve C of the group velocity and a dispersion curve D of the phase velocity can be calculated. Here, the numerical values of the parameters of the individual whose dispersion curve is to be calculated are input as the five layer structure parameters. Further, a fixed value (here, 0) input as a longitudinal wave attenuation factor is set in advance. As the wave number integration range and the dispersion curve calculation range, predetermined ranges were input. The dispersion curves C and D obtained by this calculation are passed to the fitness calculator 302.

【0029】つぎに、適応度演算部302の動作につい
て詳しく説明する。適応度演算部302は、推定分散曲
線計算部301が計算したある個体についての分散曲線
Cが、観測分散曲線計算部306が受振データから求め
た分散曲線C0に対して、一致しているかどうかを示す
指標である適応度Φ0を計算する。具体的には、適応度
演算部302は、下式(1)のように予め定めた周波数
iごとに、分散曲線C0の群速度C0(fi)と、分散曲
線Cの群速度C(fi)との差の2乗の平均の逆数をも
って適応度Φ0とする。式(1)により与えられる適応
度Φは、分散曲線C0と分散曲線Cとの一致の度合いが
高いほど大きな値となる。
Next, the operation of the fitness calculating section 302 will be described in detail. The fitness calculation unit 302 determines whether or not the dispersion curve C of an individual calculated by the estimated dispersion curve calculation unit 301 matches the dispersion curve C 0 obtained from the received data by the observed dispersion curve calculation unit 306. The fitness Φ 0 , which is an index indicating, is calculated. Specifically, the fitness calculating unit 302 calculates the group velocity C 0 (f i ) of the dispersion curve C 0 and the group velocity of the dispersion curve C for each predetermined frequency f i as in the following equation (1). The reciprocal of the average of the square of the difference from C (f i ) is defined as fitness Φ 0 . The fitness Φ given by equation (1) increases as the degree of coincidence between the dispersion curve C 0 and the dispersion curve C increases.

【0030】[0030]

【数1】 (Equation 1)

【0031】また、適応度演算部302は、観測分散曲
線計算部306で位相速度の分散曲線D0が求められて
いる場合には、分散曲線D0と分散曲線Dの一致具合も
適応度演算に反映するため、下式(2)により適応度Φ
1を求める。そして、その個体の適応度Φは、下式
(3)のように適応度Φ0と適応度Φ1の相加平均とす
る。また、高次モード分散曲線が求められている場合も
同様に適応度を求め、0次モードの適応度Φ0またはΦ1
との相加平均をとったものを適応度Φとする。
When the dispersion curve D 0 of the phase velocity is obtained by the observation dispersion curve calculation section 306, the fitness calculation section 302 also determines the degree of coincidence between the dispersion curve D 0 and the dispersion curve D by the fitness calculation. In order to reflect this, the fitness Φ is calculated by the following equation (2).
Seek 1. Then, the fitness Φ of the individual is an arithmetic mean of the fitness Φ 0 and the fitness Φ 1 as in the following equation (3). Also, when the higher-order mode dispersion curve is obtained, the fitness is similarly obtained, and the fitness Φ 0 or Φ 1 of the zero-order mode is obtained.
The arithmetic mean of the above is taken as fitness Φ.

【0032】[0032]

【数2】 (Equation 2)

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】なお、数1では、適応度Φ0の計算に用い
る周波数fiを等比級数的に定めている。具体的には、
数1は、周波数fiのサンプル数mとして、m=20が
オペレータから設定値受付部207に設定されたとし
て、周波数fiを、1Hzから100Hzまで等比級数
的に20ポイント定めた場合について示している。しか
しながら、周波数fiの定め方は、これに限定されるも
のではない。例えば、分散曲線C0、Cの変化率が周波
数によって著しく相違する場合、分散曲線の変化が比較
的大きい部分においては周波数のサンプリング間隔(f
i+1とfiとの間隔d)を小さくとり、分散特性の変化が
比較的小さい部分において周波数のサンプリング間隔を
大きくとることによって解析性能の向上を図ることも可
能である。
In equation (1), the frequency f i used for calculating the fitness Φ 0 is determined in a geometric series. In particular,
Equation 1 is a case where the frequency f i is set to 20 in a geometric progression from 1 Hz to 100 Hz, assuming that m = 20 is set in the set value receiving unit 207 by the operator as the number m of samples of the frequency f i. Is shown. However, how to determine the frequency f i is not limited to this. For example, when the rate of change of the dispersion curves C 0 and C is significantly different depending on the frequency, the frequency sampling interval (f
It is also possible to improve the analysis performance by reducing the distance d) between i + 1 and f i and increasing the frequency sampling interval in the portion where the change in the dispersion characteristic is relatively small.

【0035】適応度演算部3によって計算された適応度
Φ0または適応度Φは、集団プール部304に格納され
ている個体(パラメータセット)に対応させてデータ格
納領域に格納される。
The fitness Φ 0 or fitness Φ calculated by the fitness calculation unit 3 is stored in the data storage area in correspondence with the individual (parameter set) stored in the group pool unit 304.

【0036】つぎに、遺伝子操作部303の動作を詳し
く説明する。遺伝子操作部303は、選択部401,交
叉部402、突然変異部403を有し、集団プール部3
04に格納されている個体(パラメータセット)の集団
に、遺伝的アルゴリズムにより選択、交叉、突然変異の
3種類の遺伝的操作を施す。これにより、より高い適応
度Φ0(または適応度Φ)を有する個体の集団に進化させ
ていく。この遺伝的アルゴリズムは、自然淘汰と遺伝現
象のメカニズムを単純化した数理モデルであり、対象問
題の解候補である個体の集団が適応度Φ0(または適応度
Φ)という外部環境に適応するように、次に示す規則に
基づく集団の構成を世代毎に生成させるものである。
Next, the operation of the gene manipulation unit 303 will be described in detail. The gene manipulation unit 303 includes a selection unit 401, a crossover unit 402, and a mutation unit 403, and
A group of individuals (parameter sets) stored in the group 04 is subjected to three kinds of genetic operations of selection, crossover, and mutation by a genetic algorithm. Thereby, it evolves into a group of individuals having higher fitness Φ 0 (or fitness Φ). This genetic algorithm is a mathematical model that simplifies the mechanism of natural selection and genetic phenomena, and makes it possible for a group of individuals who are candidates for solving the target problem to adapt to the external environment of fitness Φ 0 (or fitness Φ). Then, a group configuration based on the following rules is generated for each generation.

【0037】(規則1) 適応度の高い個体ほど生存確
率が高い。
(Rule 1) The higher the fitness, the higher the survival probability.

【0038】(規則2) 古い個体をもとに新しい個体
を生成させる。
(Rule 2) A new individual is generated based on an old individual.

【0039】遺伝的アルゴリズムを組み合わせ最適化問
題の一解法とした場合、(規則1)を確率的探索法、ま
た、(規則2)を経験的探索法と見なすことができるた
め、遺伝的アルゴリズムは確率的探索法および経験的探
索法の両者の側面を持っているといえる。具体的な遺伝
子操作部303の動作についてさらに説明する。遺伝子
操作部303の選択部401は、適応度演算部302が
計算した適応度Φ0(または適応度Φ)を個体(パラメー
タセット)ごとに読み込み、この適応度Φ0(または適応
度Φ)に比例する確率で、集団プール部304に格納さ
れている個体を「選択」する。集団の個体数は、変化さ
せないとものとする。よって、適応度Φ0(または適応度
Φ)の高い個体ほど選択される確率が高く、適応度Φ
0(または適応度Φ)の高い個体の中には、複数回選択さ
れる個体もある。これにより、適応度Φ0(または適応度
Φ)の高い個体がより多くの子孫を次世代に残し、適応
度Φ0(または適応度Φ)の低い個体は淘汰される。この
選択部401の操作により、初期世代の個体の集団か
ら、次世代に遺伝子を残す個体が選択される。
When a genetic algorithm is used as a solution to the optimization problem, (Rule 1) can be regarded as a stochastic search method and (Rule 2) can be regarded as an empirical search method. It can be said that it has both aspects of the stochastic search method and the empirical search method. The specific operation of the gene manipulation unit 303 will be further described. Selector 401 genetic manipulation unit 303, the adaptive calculation unit 302 has calculated fitness [Phi 0 (or fitness [Phi) reading for each individual (parameter set), this fitness [Phi 0 (or fitness [Phi) The individual stored in the pool unit 304 is “selected” with a proportional probability. The population of the population shall not be changed. Therefore, an individual with a higher fitness Φ 0 (or fitness Φ) has a higher probability of being selected, and a fitness Φ 0
Some individuals with high 0 (or fitness Φ) are selected multiple times. As a result, individuals with high fitness Φ 0 (or fitness Φ) leave more offspring to the next generation, and individuals with low fitness Φ 0 (or fitness Φ) are eliminated. Through the operation of the selection unit 401, an individual who is to leave a gene in the next generation is selected from the population of individuals in the initial generation.

【0040】つぎに、遺伝子操作部303の交叉部40
2は、選択部401で選択された個体について交叉処理
を施す。交叉処理の手法としては、数値表現遺伝子に対
する交叉法として最も単純な確率的平均化交叉法を用い
る。すなわち、選択されたすべての個体をランダムに2
つずつ組み合わせ、組み合わされた2つの個体(パラメ
ータセット)の対応する遺伝子(パラメータの値)をそ
れぞれg1およびg2とすると、これらを次式(4)、
(5)に代入し、新たな2つの遺伝子g1’およびg2
を発生させる。そして、発生させた遺伝子g1’を遺伝
子g1と置き換え、遺伝子g2’を遺伝子g2と置き換え
る。この交叉処理は、全ての組の個体の全ての遺伝子に
ついて施される。
Next, the crossover section 40 of the gene manipulation section 303
2 performs a crossover process on the individual selected by the selection unit 401. As a method of the crossover processing, the simplest stochastic averaging crossover method is used as a crossover method for a numerically expressed gene. That is, all the selected individuals are randomly assigned to 2
Assuming that the corresponding genes (parameter values) of the combined two individuals (parameter sets) are g 1 and g 2 , these are expressed by the following formula (4):
Substituting in (5), two new genes g 1 ′ and g 2
Generate. Then, the gene g 1 that caused 'replacement gene g 1, gene g 2' replacing the gene g 2. This crossover process is performed for all genes of all sets of individuals.

【0041】 g1’=g1+k(g1−g2)R ・・・(4) g2’=g2+k(g1−g2)R ・・・(5) ただし、Rは−1〜1の範囲で発生させた一様乱数、k
は、設定値受付部207がオペレータから受け付けた交
叉係数である。この式(4)、(5)の計算の結果新し
い遺伝子g1’、g2’の値が負になったり、予め定めて
おいた上限値を超える場合は、再計算し、範囲内のもの
だけ使用する。図10に式(4)、(5)の確率的平均
化交叉法により発生する新たな遺伝子g1’、g2’の範
囲を概念的に示す。この交叉処理により、2つの個体の
遺伝子g1、g2の特徴を継承しつつ新たな遺伝子
1’、g2’を発生させることができる。
G 1 ′ = g 1 + k (g 1 −g 2 ) R (4) g 2 ′ = g 2 + k (g 1 −g 2 ) R (5) where R is − Uniform random number generated in the range of 1-1, k
Is the crossover coefficient received by the set value receiving unit 207 from the operator. When the values of the new genes g 1 ′ and g 2 ′ become negative or exceed a predetermined upper limit as a result of the calculations of the formulas (4) and (5), recalculate the values within the range. Use only. FIG. 10 conceptually shows the range of new genes g 1 ′ and g 2 ′ generated by the stochastic averaging crossover method of equations (4) and (5). By this crossover process, new genes g 1 ′ and g 2 ′ can be generated while inheriting the characteristics of the genes g 1 and g 2 of the two individuals.

【0042】つぎに、遺伝子操作部303の突然変異部
403は、交叉部402で交叉処理が施された個体の遺
伝子に対して突然変異を生じさせる。すなわち、一世代
の集団を構成するすべての個体の数をNとし、1個体当
たりの遺伝子数をMとすると、一世代の遺伝子の総数は
NM個であるので、設定値受付部207が受け付けた突
然変異率aを用い、aNM個の遺伝子を、無作為に選択
する。そして、選択した遺伝子(パラメータの値)を、
ランダムに発生させた数値と置き換える。このように突
然変異を生じさせることにより、交叉では現れない特徴
を持った遺伝子を生成することができるため、集団の多
様性を保つことができる。したがって、解が局所的最適
に陥る危険を回避することができる。
Next, the mutation unit 403 of the gene manipulation unit 303 causes a mutation in the gene of the individual subjected to the crossover process in the crossover unit 402. That is, assuming that the number of all individuals constituting a population of one generation is N and the number of genes per individual is M, the total number of genes of one generation is NM, and thus the set value reception unit 207 receives the number of genes. Using the mutation rate a, aNM genes are randomly selected. Then, the selected gene (parameter value)
Replace with a randomly generated number. Generating a mutation in this way can generate a gene having characteristics that do not appear at crossover, thereby maintaining the diversity of the population. Therefore, it is possible to avoid the danger that the solution falls into the local optimum.

【0043】このように遺伝子操作部303の選択部4
01、交叉部402、突然変異部403の操作により生
成された個体の集団は、次世代集団として、集団プール
部304が格納している集団と置き換えて格納される。
推定分散曲線計算部301は、新たに集団プール部30
4に格納された次世代集団の各個体について、上述のよ
うに分散曲線Cおよび分散曲線Dを求める。適応度演算
部302は、分散曲線C(分散曲線D)をもとに次世代集
団の各個体について適応度Φ0(または適応度Φ)を上述
のように計算する。遺伝子操作部303では、この適応
度Φ0(または適応度Φ)をもとづいて、次世代集団に選
択部401、交叉部402、突然変異部403がそれぞ
れ操作を施し、さらに次の世代集団を発生させる。この
一連の操作を、設定値受付部207に設定された世代数
だけ繰り返すことにより、次第に適応度Φ0(または適応
度Φ)の高い個体の集団が生成される。集団プール部3
04に格納された最終世代の個体のうち、適応度Φ0(ま
たは適応度Φ)が最も高い個体(パラメータセット)の
遺伝子(パラメータの値)が、表示器206に表示され
る。また、最終世代以前の各世代についても、途中経過
を示すため、その世代で適応度Φ0(または適応度Φ)が
最も高い個体(パラメータセット)の遺伝子(パラメー
タの値)が、表示器206に表示される。
As described above, the selection unit 4 of the gene manipulation unit 303
01, the group of individuals generated by the operation of the crossover unit 402, and the mutation unit 403 are stored as the next-generation group, replacing the group stored in the group pool unit 304.
The estimated dispersion curve calculation unit 301 newly adds the group pool unit 30
The dispersion curve C and the dispersion curve D are obtained for each individual of the next generation population stored in No. 4 as described above. The fitness calculation unit 302 calculates the fitness Φ 0 (or fitness Φ) for each individual in the next generation population based on the variance curve C (variance curve D) as described above. In the genetic operation unit 303, the selection unit 401, the crossover unit 402, and the mutation unit 403 perform operations on the next generation population based on the fitness Φ 0 (or fitness Φ), and generate the next generation population. Let it. By repeating this series of operations by the number of generations set in the set value receiving unit 207, a group of individuals having a higher fitness Φ 0 (or fitness Φ) is gradually generated. Group pool part 3
The gene (parameter value) of the individual (parameter set) having the highest fitness Φ 0 (or fitness Φ) among the individuals of the last generation stored in 04 is displayed on the display 206. In addition, the genes (parameter values) of individuals (parameter sets) having the highest fitness Φ 0 (or fitness Φ) in the respective generations are displayed on the display 206 to indicate the progress of each generation before the last generation. Will be displayed.

【0044】なお、上述の説明では、遺伝子操作部30
3では、適応度Φ0(または適応度Φ)をもとづいて、現
世代集団のすべての個体のすべての遺伝子(パラメータ
の値)に対して、選択、交叉、突然変異の操作を施す構
成であるが、推定効率を向上させるために、他の遺伝的
操作方法を用いることも可能である。例えば、遺伝子操
作部303は、以下のように3つの段階に分けて操作を
行うようにすることができる。第1の段階では、個体を
構成する遺伝子の5つパラメータ(層厚、密度、縦波速
度、横波速度、および横波減衰率)のうち、予め定めた
特定のパラメータ(例えば、横波速度と縦波速度)の遺
伝子のみに選択、交叉、突然変異の操作を施し、他のパ
ラメータの遺伝子には操作を施さない。そして、この操
作を適応度演算部302の演算する適応度Φ0(または適
応度Φ)が飽和するまで繰り返す。適応度Φ0(または適
応度Φ)が飽和した場合には、第2の段階に進む。第2
の段階では、各個体の前記特定のパラメータ(横波速度
と縦波速度)の値を、飽和の時点の値に固定し、第1段
階では遺伝的操作を施さなかった他のパラメータ(層
厚、密度、および横波減衰率)の遺伝子の値に遺伝的操
作を与え、この遺伝的操作を適応度が飽和するまで繰り
返す。再び適応度が飽和した場合には、第3段階に進
み、全てのパラメータに同時に遺伝的操作を与え、適応
度が最大となった個体を解とする。
In the above description, the genetic operation unit 30
In the third example, selection, crossover, and mutation operations are performed on all genes (parameter values) of all individuals in the current generation population based on the fitness Φ 0 (or fitness Φ). However, other genetic manipulation methods can be used to improve the estimation efficiency. For example, the genetic operation unit 303 can perform operations in three stages as follows. In the first stage, among the five parameters (layer thickness, density, longitudinal wave velocity, shear wave velocity, and shear wave attenuation rate) of genes constituting an individual, predetermined specific parameters (for example, shear wave velocity and longitudinal wave The selection, crossover, and mutation operations are performed only on the gene of (speed), and the operations of the genes with other parameters are not performed. This operation is repeated until the fitness Φ 0 (or the fitness Φ) calculated by the fitness calculation unit 302 is saturated. When the fitness Φ 0 (or the fitness Φ) is saturated, the process proceeds to the second stage. Second
In the step, the values of the specific parameters (shear wave velocity and longitudinal wave velocity) of each individual are fixed to the values at the time of saturation, and other parameters (layer thickness, Genetic operation is applied to the values of the genes of density and shear wave attenuation rate), and this genetic operation is repeated until the fitness is saturated. When the fitness is saturated again, the process proceeds to the third stage, in which a genetic operation is simultaneously applied to all parameters, and an individual having the maximum fitness is determined as a solution.

【0045】この遺伝的操作方法において、第1段階で
遺伝的操作を施す特定のパラメータとして、分散曲線に
対して最も大きな影響を与えるパラメータを選択するこ
とにより、すべてのパラメータの遺伝子に遺伝的操作を
施す場合と比較して、少ない世代数で解に到達できる可
能性が高まる。この方法は、本実施の形態のような観測
分散曲線と推定分散曲線とを比較して解を求める構成の
装置にとって特に有効である。
In this genetic operation method, by selecting a parameter that has the greatest influence on the dispersion curve as a specific parameter to be subjected to the genetic operation in the first stage, the genetic operation is performed on the genes of all the parameters. It is more likely that a solution can be reached with a smaller number of generations than in the case of applying. This method is particularly effective for an apparatus configured to compare the observed dispersion curve and the estimated dispersion curve to obtain a solution as in the present embodiment.

【0046】また、本実施の形態では、推定分散曲線計
算部301は、設定値受付部207に最初に設定された
交叉係数kおよび突然変異率aの設定値等により、初期
世代から最終世代まで演算を行う構成であるが、これら
の設定値を、進化の途中で変更可能な構成にすることも
可能である。
Further, in the present embodiment, the estimated dispersion curve calculation unit 301 uses the set values of the crossover coefficient k and the mutation rate a initially set in the set value reception unit 207, and the like, from the initial generation to the last generation. Although the configuration is such that the calculation is performed, it is also possible to adopt a configuration in which these set values can be changed during the evolution.

【0047】上述の突然変異処理の説明では、突然変異
率aで選択した遺伝子(パラメータの値)を、ランダム
に選択した数値と置き換える方法を用いたが、この方法
に代えて、数値クリープ法を用いることができる。数値
クリープ法の考え方は、遺伝的処理が施されて世代交代
再生が行われた個体の遺伝子は、初期のものに比べてか
なり良い場所に位置しているであろうという仮定に基づ
いている。ここで最適化の対象としているパラメータ
は、多くの山や谷を持つ連続関数であると考えられるか
ら、もし、たどり着いた山(パラメータの値)が最大の
山の頂上(最適のパラメータ値)にかなり近い良い位置
であれば、その位置から近い周囲のどこかに飛び移るこ
とで、より頂上の近くに移れるのではないかと考えるこ
とが出来る。数値クリープ法は、この考え方に基づいた
ものである。数値クリープ法による突然変異の動作は、
突然変異率aに従って選択した遺伝子gを、ある確率に
従ってその遺伝子gの位置する場所(遺伝子の値)の上
方あるいは下方に、ある小さな乱数値の大きさだけ、移
動させることで行われる。具体的には次式(6)にした
がって遺伝子(パラメータの値)を突然変異させる。
In the above description of the mutation processing, a method of replacing a gene (parameter value) selected at a mutation rate a with a numerical value selected at random is used. Instead of this method, a numerical creep method is used. Can be used. The idea of numerical creep is based on the assumption that the genes of individuals that have undergone genetic processing and that have undergone generation alternation will be located in much better locations than the earlier ones. Since the parameter to be optimized here is considered to be a continuous function with many peaks and valleys, if the reached peak (parameter value) is the peak of the largest peak (optimal parameter value), If you are in a good location that is fairly close, you may be able to move closer to the top by jumping from that location to somewhere nearby. The numerical creep method is based on this idea. The behavior of mutation by numerical creep method is
This is performed by moving the gene g selected according to the mutation rate a by a certain small random number value above or below the location (gene value) where the gene g is located according to a certain probability. Specifically, the gene (parameter value) is mutated according to the following equation (6).

【0048】g’=g+bgmax R ・・・(6) ただし、式(6)においてg’は新しい遺伝子の値、
gは現在の遺伝子の値、gmaxは、gのパラメータの範
囲として図9のように定められている上限の値、bはク
リープ度、Rは−1〜1の範囲で発生させた一様乱数であ
る。
G ′ = g + bg max R (6) where g ′ is the value of the new gene,
g is the current gene value, g max is the upper limit value defined as the range of the parameter of g as shown in FIG. 9, b is the creep degree, and R is the uniformity generated in the range of −1 to 1. It is a random number.

【0049】また、本実施の形態において、集団プール
部304は、遺伝子(パラメータの値)を基準値に補正
する遺伝子補正部314を有している。遺伝子補正部3
14は、設定値受付部207にオペレータが予め設定し
た世代数毎に遺伝子補正を行う。具体的には、まず、該
当する世代のすべての個体の中から、設定値受付部20
7に予め設定された個体数の個体を選択する。選択の方
法としては、ランダムに選択する方法や、適応度の最も
高いものから順に選択する方法や、適応度の最も低いも
のから順に選択する方法等を用意しておき、設定部受付
部207にオペレータが選択した方法を用いる。そし
て、選択された個体ごとに、層厚h、密度ρ、縦波速度
α、横波速度β、横波減衰率γの5種類のパラメータに
ついて、それぞれ基準値を定める。すなわち、パラメー
タ毎に各層の遺伝子(パラメータの値)、例えば縦波速
度の遺伝子α0、α1,α2,α3・・・αnを図11のよ
うにプロットし、第0層の遺伝子と第n層の遺伝子とを
結ぶ直線を描き、この直線上の値α1R、α2R、α3R、α
4R・・・を各層の遺伝子の基準値とする。そして、基準
値から最も離れている遺伝子(図11ではα3)をα0
αnの中から一つ選択し、それを基準値α3Rと置き換え
る補正を行う。この補正を選択された個体のすべてのパ
ラメータ(層厚h、密度ρ、縦波速度α、横波速度β、
横波減衰率γ)について行う。ただし、層厚hについて
は、第0層の値が∞に固定されているため、第n層の遺
伝子hnと第1層遺伝子h1とを結ぶ直線を描き、その直
線上の値を基準値とする。このように、遺伝子補正部3
14がいくつかの個体について遺伝子の値を基準値に補
正することにより、遺伝的アルゴリズムによる推定効率
を向上させることができる。
In the present embodiment, the pool unit 304 includes a gene correction unit 314 that corrects a gene (parameter value) to a reference value. Gene correction unit 3
Numeral 14 performs gene correction for each generation number set by the operator in the set value receiving unit 207. Specifically, first, the set value receiving unit 20 is selected from all individuals of the corresponding generation.
7, the number of individuals set in advance is selected. As a selection method, a method of selecting at random, a method of selecting from the one with the highest fitness, a method of selecting from the one with the lowest fitness, etc. are prepared, and the setting unit receiving unit 207 Use the method selected by the operator. Then, for each selected individual, a reference value is determined for each of the five parameters of the layer thickness h, density ρ, longitudinal wave velocity α, shear wave velocity β, and shear wave attenuation rate γ. That is, the genes of each layer (parameter values) for each parameter, for example, the genes α 0 , α 1 , α 2 , α 3 ... Α n of the longitudinal wave velocity are plotted as shown in FIG. And a line connecting the n-th layer gene and the values α 1R , α 2R , α 3R , α
4R ... Are the reference values of the genes in each layer. Then, the gene farthest from the reference value (α 3 in FIG. 11) is defined as α 0 to
One is selected from α n , and correction for replacing it with the reference value α 3R is performed. All parameters of the selected individual (layer thickness h, density ρ, longitudinal wave velocity α, shear wave velocity β,
This is performed for the shear wave attenuation rate γ). However, the layer thickness h is the value of the zeroth layer is fixed to ∞, draw a straight line connecting the gene h n of the n-layer and the first layer gene h 1, based on the values on the straight line Value. Thus, the gene correction unit 3
By correcting the gene value for some individuals to the reference value, the efficiency of estimation by the genetic algorithm can be improved.

【0050】このように、本実施の形態の海底堆積層パ
ラメータ推定装置では、海底堆積層特有の誤差を多く含
む実測データに基づいて、海底堆積層のパラメータを求
めるという対象問題について、この対象問題が、何らか
の方法で2通りの分散特性が得られるならば、両者の差
異についての評価(適応度)が比較的容易に実施できる
という特徴をもつことに着目することにより、パラメー
タ値を確実かつ容易に求めることを可能にした。2通り
の分散特性としては、仮定したパラメータセットに基づ
いて理論的に算出された弾性波群速度の分散特性と、観
測された弾性波に基づく弾性波群速度の分散特性とを用
いた。したがって、本実施の形態のパラメータ推定装置
では、従来の数値解析法のように解が局所的最小値に陥
ったり、発散したりすることを防止して、誤差を多く含
む海底堆積層の実測値から最適解もしくは実用上満足で
きる準最適解のパラメータ値を安定して推定することが
できる。
As described above, the marine sediment layer parameter estimating apparatus according to the present embodiment relates to the problem of obtaining the parameters of the marine sedimentary layer based on the measured data including many errors peculiar to the marine sedimentary layer. However, if the two kinds of dispersion characteristics can be obtained by any method, it is possible to evaluate the difference (the fitness) between the two relatively easily. Made it possible to ask. As the two kinds of dispersion characteristics, a dispersion characteristic of the elastic wave group velocity theoretically calculated based on the assumed parameter set and a dispersion characteristic of the elastic wave group velocity based on the observed elastic wave were used. Therefore, the parameter estimating apparatus of the present embodiment prevents the solution from falling into a local minimum or diverging as in the conventional numerical analysis method, and measures the measured value of the marine sedimentary layer containing many errors. The parameter value of the optimal solution or the quasi-optimal solution that can be practically satisfied can be stably estimated from.

【0051】また、2通りの分散特性の適応度から解を
求める手法としては、総当たり法も考えられるが、も
し、総当たり法を用いるとすると、予め定めた範囲のパ
ラメータセットのすべてについて適応度Φ0(または適応
度Φ)を計算し、適応度Φ0(または適応度Φ)が最大のパ
ラメータセットを解とすることになる。予め定めた範囲
が例えば上述の表1の条件の場合には、n×3.5×1013
個の候補値の組み合わせ(パラメータセット)があるた
め、総当たり法ならば、そのすべてについて、適応度Φ
0(または適応度Φ)を計算する必要があり、計算量が膨
大になる。このため、リアルタイム性の観点から総当た
り法は、非現実的である。これに対し、本実施の形態の
推定装置では、上述してきたように遺伝的アルゴリズム
で適応度の高い個体(パラメータセット)を生成させて
いく構成であるため、一度に扱う個体数は予め定められ
た集団サイズ(例えば50個体)のみでよい。したがっ
て、本実施の形態の装置では、計算量を大幅に抑制する
ことができ、効率よく安定して解のパラメータセットを
求めることができる。
A brute-force method can be considered as a method of obtaining a solution from the fitness of the two dispersion characteristics. However, if the brute-force method is used, the adaptiveness is obtained for all parameter sets in a predetermined range. The degree Φ 0 (or fitness Φ) is calculated, and the parameter set having the largest fitness Φ 0 (or fitness Φ) is the solution. If the predetermined range is, for example, the condition shown in Table 1 above, n × 3.5 × 10 13
Since there are combinations (parameter sets) of candidate values, if the brute force method is used, all of the fitness values Φ
It is necessary to calculate 0 (or fitness Φ), and the amount of calculation becomes enormous. For this reason, the brute force method is impractical from the viewpoint of real-time properties. On the other hand, the estimating apparatus according to the present embodiment is configured to generate individuals (parameter sets) with high fitness by the genetic algorithm as described above, and thus the number of individuals to be treated at one time is predetermined. Only the population size (eg, 50 individuals). Therefore, in the apparatus according to the present embodiment, the amount of calculation can be significantly reduced, and the parameter set of the solution can be efficiently and stably obtained.

【0052】本実施の形態の装置では、対象問題の解を
求めるために遺伝的アルゴリズムを導入することによ
り、遺伝的アルゴリズムの特徴であるところの多数の解
候補を同時に扱うという本質的並列性によって、解の局
所的収束を避けることが出来る。また、遺伝的アルゴリ
ズムは、有限個の解候補の範囲内での探索処理であるこ
とから、解の発散という現象は、本質的に発生しない。
また、遺伝的アルゴリズムは、変数が増加しても安定性
は維持できる。さらに、パラメータの数を増加させる
等、モデルを精緻化した場合であっても、遺伝的アルゴ
リズムでは計算量の増加が、推定分散特性演算部301
における分散特性の計算処理に影響するに留まるという
利点がある。また、遺伝的アルゴリズムを用いた場合、
モデル構築時に、適応度の計算方法および遺伝子の表現
方法にだけ留意すればよく、解を求める手段そのものは
上述した選択・交叉・突然変異等の生物進化に見られる
幾つかの過程を模倣した遺伝的操作を実行するだけでよ
いという利点もある。
In the apparatus according to the present embodiment, a genetic algorithm is introduced to obtain a solution to a target problem, and the inherent parallelism of simultaneously treating a large number of solution candidates, which is a feature of the genetic algorithm. , Avoid local convergence of the solution. Also, since the genetic algorithm is a search process within a finite number of solution candidates, the phenomenon of solution divergence does not occur essentially.
In addition, the genetic algorithm can maintain stability even when the number of variables increases. Further, even when the model is refined, for example, by increasing the number of parameters, the increase in the amount of calculation in the genetic algorithm is caused by the estimated variance characteristic calculation unit 301.
However, there is an advantage that it only affects the calculation process of the dispersion characteristics in the above. When using a genetic algorithm,
At the time of model construction, it is only necessary to pay attention to the method of calculating fitness and the method of expressing genes, and the means for finding the solution itself is a genetic method that mimics several processes seen in biological evolution such as selection, crossover, and mutation described above. There is also an advantage that it is only necessary to perform a manual operation.

【0053】また、本実施の形態では、推定分散曲線計
算部301が、パラメータセットから分散曲線を計算す
るために、上述のSAFARIを用いているため、比較
的短い計算時間で、群速度の分散曲線と位相速度の分散
曲線とを同時に得ることができる。
Further, in this embodiment, since the estimated dispersion curve calculation unit 301 uses the above-mentioned SAFARI to calculate the dispersion curve from the parameter set, the dispersion of the group velocity is relatively short. The curve and the dispersion curve of the phase velocity can be obtained simultaneously.

【0054】また、観測分散曲線計算部306に補正部
316を設けたことにより、オペレータから手動補正の
指示を受けて、分散曲線C0,D0を補正可能になった。
これにより、計算では見分けることが難しいが、オペレ
ータには比較的容易に見つけることができるノイズ等に
より生じる分散曲線の乱れを補正することができる。よ
って、適応度Φ0、Φを演算する際に、分散曲線C0,D
0に含まれるノイズが適応度Φ0、Φに与える影響を小さ
くできるため、最適解の適応度のレベルが高くなり、解
の精度が向上する。
The provision of the correction unit 316 in the observation dispersion curve calculation unit 306 allows the dispersion curves C 0 and D 0 to be corrected in response to an instruction for manual correction from the operator.
This makes it possible to correct the dispersion curve disturbance caused by noise or the like, which is difficult to identify by calculation but can be relatively easily found by the operator. Therefore, when calculating the fitness values Φ 0 , Φ, the dispersion curves C 0 , D
Since the influence of noise included in 0 on the fitness Φ 0 , Φ can be reduced, the level of fitness of the optimal solution increases, and the accuracy of the solution improves.

【0055】また、集団プール部304に遺伝子補正部
314を配置し、定期的に遺伝子(パラメータの値)を
基準値に補正することにより、遺伝的アルゴリズムによ
り生じる遺伝子の多様性の利点を維持しながら、効率よ
く解を見つけることが可能になるという効果が得られ
る。
Further, by arranging the gene correction unit 314 in the group pool unit 304 and periodically correcting the gene (parameter value) to the reference value, the advantage of gene diversity generated by the genetic algorithm is maintained. However, there is an effect that a solution can be efficiently found.

【0056】なお、上述の実施の形態では、解析処理器
102の構成全体を観測船101に搭載し、全ての演算
を観測船101上で行う構成について説明したが、解析
処理器102と、受振器103および起振器104とを
取り外し可能な構成にし、受振器103が測定したデー
タをいったん記憶装置に取り込んで、陸上に配置した解
析処理器102まで運び、陸上で演算処理する構成にす
ることも可能である。また、解析処理器102に予め船
上解析モードと陸上解析モードとを設ける構成にするこ
ともできる。解析処理器102を船上に設置して船上で
解析を行う船上解析モードは、個体数や世代数やサンプ
ル数m等を小さく設定して短時間で終了する簡便なモー
ドにし、例えば、受振器103の測定データが、解析処
理器102の処理により解を求めるのに十分なデータで
あるかどうかの判断をするために用いるようにする。停
泊中の船上もしくは解析処理器102を陸上に移動させ
て解析を行う陸上解析モードは、船上解析モードで処理
可能と判断された測定データに基づき、時間をかけてオ
ペレータが望む設定により最適解または実用上満足でき
る準最適解を求めるモードにすることができる。
In the above-described embodiment, the configuration in which the entire configuration of the analysis processor 102 is mounted on the observation vessel 101 and all the calculations are performed on the observation vessel 101 has been described. The receiver 103 and the exciter 104 are configured to be detachable, and the data measured by the geophone 103 is temporarily stored in a storage device, carried to the analysis processor 102 arranged on land, and subjected to arithmetic processing on land. Is also possible. Further, the analysis processor 102 may be provided with a ship analysis mode and a land analysis mode in advance. The onboard analysis mode in which the analysis processor 102 is installed on the ship and the analysis is performed on the ship is a simple mode in which the number of individuals, the number of generations, the number of samples m, and the like are set to a small value and the operation is completed in a short time. Is used to determine whether or not the measured data is sufficient to obtain a solution through the processing of the analysis processor 102. The on-land analysis mode, in which the analysis is performed by moving the analysis processor 102 on land while the ship is anchored or on the ground, is based on the measurement data determined to be processable in the on-board analysis mode. The mode can be set to obtain a practically satisfactory sub-optimal solution.

【0057】また、上述の実施の形態では、解析処理器
102の各部を、演算装置、記憶装置、キーボードやマ
ウス等の受付部、表示装置等を備えた1台のコンピュー
タにより構成したが、解析処理装置103の各部をそれ
ぞれ独立した装置として構成することももちろん可能で
ある。
In the above-described embodiment, each unit of the analysis processor 102 is constituted by one computer including an arithmetic unit, a storage unit, a reception unit such as a keyboard and a mouse, and a display device. Of course, it is also possible to configure each unit of the processing device 103 as an independent device.

【0058】[0058]

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
海底堆積層の特性を示すパラメータの値を、実測データ
から安定して推定することのできる海底堆積層パラメー
タ推定装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a seabed sediment layer parameter estimating apparatus capable of stably estimating the value of a parameter indicating the characteristics of the seabed sedimentary layer from measured data.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態の海底堆積層パラメータ
推定装置の構成を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a seabed sediment layer parameter estimation device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の推定装置の解析処理器102の構成を示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an analysis processor 102 of the estimating apparatus of FIG.

【図3】図2の解析処理器102のパラメータ推定部2
05の詳しい構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a parameter estimating unit 2 of the analysis processor 102 of FIG. 2;
FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the power supply unit 05.

【図4】図3のパラメータ推定部205の遺伝子操作部
303のさらに詳しい構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a more detailed configuration of a gene operation unit 303 of the parameter estimation unit 205 in FIG.

【図5】図1の推定装置において、観測分散曲線計算部
306が表示器206に表示させた分散曲線C0と分散
特性とを示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a dispersion curve C 0 and a dispersion characteristic displayed on a display unit 206 by an observation dispersion curve calculation unit 306 in the estimation device of FIG.

【図6】図1の推定装置において、観測分散曲線計算部
306の補正部316が手動補正を受け付けて補正した
後、表示器206に表示させた分散曲線C0と分散特性
とを示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a dispersion curve C 0 and a dispersion characteristic displayed on a display unit 206 after the correction unit 316 of the observation dispersion curve calculation unit 306 receives and corrects the manual correction in the estimation device of FIG. It is.

【図7】本発明の一実施の形態の海底堆積層パラメータ
推定装置がパラメータの推定を行う海底堆積層のモデル
を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a model of a submarine sedimentary layer for which a submarine sedimentary layer parameter estimating apparatus according to one embodiment of the present invention estimates parameters;

【図8】本発明の一実施の形態の海底堆積層パラメータ
推定装置で遺伝的アルゴリズムに用いる一個体の遺伝子
を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing genes of one individual used for a genetic algorithm in the apparatus for estimating parameters of a seabed sedimentary layer according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施の形態の海底堆積層パラメータ
推定装置において、初期集団発生部305が発生させる
初期世代の個体の各パラメータ値の上下限と単位量とを
示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing upper and lower limits and unit amounts of respective parameter values of individuals of an initial generation generated by an initial population generating unit 305 in the marine sediment layer parameter estimating apparatus of one embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施の形態の海底堆積層パラメー
タ推定装置において、遺伝子操作部303の交叉処理で
発生する遺伝子の範囲の多様性の概念を示す説明図であ
る。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the concept of diversity of the range of genes generated by the crossover process of the gene manipulation unit 303 in the marine sediment layer parameter estimation device according to one embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施の形態の海底堆積層パラメー
タ推定装置において、集団プール部304の遺伝子補正
部314による基準値の求め方を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing how the gene correction unit 314 of the pool unit 304 calculates a reference value in the marine sediment layer parameter estimation apparatus according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・観測船、102・・・解析処理器、103・・・受
振器、104・・・起振器、105・・・海底面、106・・・
海底堆積層、201・・・距離計算部、202・・・波形累加
部、203・・・周波数分析部、204・・・観測分散特性計
算部、205・・・堆積層パラメータ推定部、206・・・表
示器、301・・・推定分散曲線計算処理部、302・・・適
応度演算部、303・・・遺伝子操作部、304・・・集団プ
ール部、305・・・初期集団発生部、306・・・観測分散
曲線計算部、314・・・遺伝子補正部、316・・・補正
部、401・・・選択部、402・・・交叉部、403・・・突
然変異部。
101: Observation boat, 102: Analysis processor, 103: Geophone, 104: Exciter, 105: Sea bottom, 106:
Seabed sedimentary layer, 201: distance calculating unit, 202: waveform accumulating unit, 203: frequency analyzing unit, 204: observation dispersion characteristic calculating unit, 205: sedimentary layer parameter estimating unit, 206 ··· Display unit, 301: estimated dispersion curve calculation processing unit, 302: fitness operation unit, 303: gene operation unit, 304: population pool unit, 305: initial population generation unit, 306: observation dispersion curve calculation unit, 314: gene correction unit, 316: correction unit, 401: selection unit, 402: crossover unit, 403: mutation unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大岩 正憲 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立アドバンストシステムズ内 (72)発明者 佐藤 和夫 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立アドバンストシステムズ内 (72)発明者 浅野 健一 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立アドバンストシステムズ内 Fターム(参考) 2G047 AA00 BC02 BC03 BC04 BC15 BC18 CB01 EA11 GG17 GG19 GG37 GG41 GH04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masanori Oiwa 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi Advanced Systems, Ltd. (72) Kazuo Sato 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Hitachi Advanced Systems, Inc. (72) Kenichi Asano, Inventor Kenichi Asano 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term (reference) 2G047 AA00 BC02 BC03 BC04 BC15 BC18 CB01 EA11 GG17 GG19 GG37 GG41 GH04

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】推定対象である海底堆積層について観測し
たデータから、前記海底堆積層を伝搬する弾性波の特性
値を求める観測特性値計算部と、 前記海底堆積層の物理的特性を示す複数のパラメータの
候補値を遺伝子とし、 この候補値を組み合わせたものを個体として、該個体を
予め定めた個体数だけ発生させる初期集団発生部と、 前記個体に対して遺伝的アルゴリズムにより遺伝的操作
を施して次世代の個体に進化させる遺伝子操作部と、 前記個体について、理論的に前記弾性波の前記特性値を
推定する推定特性値演算部と、 前記推定特性値計算部が前記個体について推定した前記
特性値と、前記観測特性値計算部が求めた前記特性値と
の一致の度合いを示す適応度を求め、前記個体のうち前
記適応度が最も大きい個体を構成する前記候補値が、前
記パラメータの値の解であるとする適応度演算部とを有
し、 前記特性値は、少なくとも前記弾性波の群速度の周波数
についての分散特性であり、前記パラメータは、前記海
底堆積層を構成する1以上の層のそれぞれについての、
層厚、密度、縦波速度、横波速度、および横波減衰率を
含むことを特徴とする海底堆積層パラメータ推定装置。
1. An observation characteristic value calculation unit for calculating characteristic values of an elastic wave propagating through a seabed sedimentary layer from data observed on a seabed sedimentary layer to be estimated, A candidate value of the parameter as a gene, an individual obtained by combining the candidate values as an individual, an initial population generator for generating the individual by a predetermined number of individuals, and performing a genetic operation on the individual by a genetic algorithm. A genetic operation unit for evolving the individual into a next generation individual, an estimated characteristic value calculator for theoretically estimating the characteristic value of the elastic wave for the individual, and an estimated characteristic value calculator for the individual. The characteristic value, determine the fitness indicating the degree of coincidence with the characteristic value determined by the observation characteristic value calculation unit, to configure the individual with the highest fitness among the individuals. The fitness value is a solution of the value of the parameter; and the characteristic value is at least a dispersion characteristic of a frequency of a group velocity of the elastic wave, and the parameter is the sea floor. For each of the one or more layers comprising the deposition layer,
An apparatus for estimating parameters of a seabed sediment, including layer thickness, density, longitudinal wave velocity, shear wave velocity, and shear wave attenuation factor.
【請求項2】請求項1に記載の海底堆積層パラメータ推
定装置において、前記観測特性値計算部は、前記分散特
性から分散曲線を求める手段と、前記分散曲線を外部の
表示装置に表示させ、オペレータからの指示を受け付け
て前記分散曲線を補正する補正手段とを含むことを特徴
とする海底堆積層パラメータ推定装置。
2. The marine sediment layer parameter estimating device according to claim 1, wherein the observation characteristic value calculating unit displays a dispersion curve from the dispersion characteristic, and displays the dispersion curve on an external display device. Correction means for receiving an instruction from an operator and correcting the dispersion curve.
【請求項3】推定対象である海底堆積層について観測し
たデータから、前記海底堆積層を伝搬する弾性波の特性
値を求める観測特性値計算部と、 前記海底堆積層の物理的特性を示す複数のパラメータの
候補値を遺伝子とし、この候補値を組み合わせたものを
個体として、該個体を予め定めた個体数だけ発生させる
初期集団発生部と、 前記個体に対して遺伝的アルゴリズムにより遺伝的操作
を施して次世代の個体に進化させる遺伝子操作部と、 前記個体について、理論的に前記弾性波の前記特性値を
推定する推定特性値演算部と、 前記推定特性値計算部が前記個体について推定した前記
特性値と、前記観測特性値計算部が求めた前記特性値と
の一致の度合いを示す適応度を求め、前記個体のうち前
記適応度が最も大きい個体を構成する前記候補値が、前
記パラメータの値の解であるとする適応度演算部とを有
し、 前記遺伝子操作部は、前記遺伝的操作の際に、前記個体
を構成する前記複数のパラメータの候補値のうち、予め
定めた特定のパラメータの候補値のみに前記遺伝的操作
を与え、該遺伝的操作を前記適応度演算部の演算する前
記適応度が飽和するまで繰り返し、前記適応度が飽和し
た場合には、前記予め定めたパラメータの値を前記適応
度が飽和した時点の値に固定し、他のパラメータの候補
値に前記遺伝的操作を与え、該遺伝的操作を前記適応度
が飽和するまで繰り返し、再び前記適応度が飽和した場
合には、全てのパラメータに同時に前記遺伝的操作を与
えることを特徴とする海底堆積層パラメータ推定方法。
3. An observation characteristic value calculation unit for calculating characteristic values of an elastic wave propagating through the seabed sedimentary layer from data observed on the seabed sedimentary layer to be estimated, and a plurality of data indicating physical characteristics of the seabed sedimentary layer. A candidate value of the parameter as a gene, an individual obtained by combining the candidate values as an individual, an initial population generator for generating the individual by a predetermined number of individuals, and performing a genetic operation on the individual by a genetic algorithm. A genetic operation unit for evolving the individual into a next generation individual, an estimated characteristic value calculator for theoretically estimating the characteristic value of the elastic wave for the individual, and an estimated characteristic value calculator for the individual. The characteristic value and the fitness value indicating the degree of coincidence with the characteristic value obtained by the observation characteristic value calculation unit are obtained, and the indication constituting the individual having the highest fitness among the individuals is obtained. A complement value, a fitness calculating unit that is a solution of the value of the parameter, the genetic operation unit, in the genetic operation, the candidate value of the plurality of parameters constituting the individual at the time of the genetic operation Among them, the genetic operation is given only to a predetermined candidate value of a specific parameter, and the genetic operation is repeated until the fitness calculated by the fitness calculation unit is saturated, and when the fitness is saturated, Fixes the value of the predetermined parameter to the value at the time when the fitness is saturated, gives the genetic operation to other parameter candidate values, and repeats the genetic operation until the fitness is saturated. A method of estimating parameters of a seabed sedimentary layer, wherein when the fitness is saturated again, the genetic operation is applied to all parameters simultaneously.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005147939A (en) * 2003-11-18 2005-06-09 Yokohama Rubber Co Ltd:The Physical property estimation method, optimum design method for sound transmitter, and program
JP2011033584A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Nec Network & Sensor Systems Ltd Artificial object detection system, method of detecting artificial object used therein, and artificial object detection control program
CN105548368A (en) * 2016-02-06 2016-05-04 国家海洋局第一海洋研究所 Ballast injection type in-situ measurement device for acoustic characteristics of bottom sediments

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005147939A (en) * 2003-11-18 2005-06-09 Yokohama Rubber Co Ltd:The Physical property estimation method, optimum design method for sound transmitter, and program
JP4604477B2 (en) * 2003-11-18 2011-01-05 横浜ゴム株式会社 Method for estimating physical properties, method for optimal design of sound transmission body
JP2011033584A (en) * 2009-08-05 2011-02-17 Nec Network & Sensor Systems Ltd Artificial object detection system, method of detecting artificial object used therein, and artificial object detection control program
CN105548368A (en) * 2016-02-06 2016-05-04 国家海洋局第一海洋研究所 Ballast injection type in-situ measurement device for acoustic characteristics of bottom sediments
CN108645917A (en) * 2016-02-06 2018-10-12 国家海洋局第海洋研究所 A kind of ballast penetration type bottom sediment acoustic property in-site measuring device and method
CN108645917B (en) * 2016-02-06 2020-07-28 自然资源部第一海洋研究所 Ballast injection type submarine sediment acoustic characteristic in-situ measurement device and method

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