JP2006250703A - 海底質の導電率推定方法、システム及び装置並びに海底質の導電率推定方法のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡易な構成で、高精度に海底質の導電率を推定できる方法、装置等を提供する。
【解決手段】 点電流源として所定の電流量を供給する電流源を有する点電流源発生装置１００を、ボート２００等で海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させた際に海中に生じる電界を、所定の深度の位置に設けられた電界検知器１が設定された３軸方向の成分毎に検知して数値化し、データ収集器３がデータとして時系列に収集し、そして、海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、導電率推定器４が海底質の導電率を推定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導電率を推定する方法、システム、装置、プログラムに関するものである。特に海底質の導電率を推定するものである。

従来、地中の導電率（電気伝導率（電気伝導度）又は比電気伝導度。以下、これらを含めて導電率という）を測定する方法としては、電流供給用電極２本と電位測定用電極２本とを地中に埋めて導電率を測定する四極法等の直接地面に電極を埋める方法がある。また、電波の偏波状態を測定することにより地中の導電率を計算する電波法等がある。しかしながら、これらの方法をそのまま海底下の導電率の測定に適用しようとすると、四極法等の電極を直接地面に埋める方法では海底に電極の埋設作業を行わなければならないことになる。また、電磁波強度の減衰が大きい海底では電波法では測定できない。

そこで、海底に対する煩雑な施行作業を行うことなく、船舶を航走させたときの水中電流によって生じる水中電界の測定値を用いて海底下の導電率を測定することができる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−６２４６６公報

しかしながら、上記の方法では、例えばスクリュー等の船体付属の金属とこれに接続した異種金属により２つの電極を構成して単一なモーメントをつくるとしているものの、このような構成では、精度よく導電率を推定するには不適切である。また、６つの未知のパラメータを推定し、さらにこれらのパラメータから導電率を求めており、精度よく導電率を推定することは困難である。さらに、電界センサを海底に敷設し、電界センサからの信号等は、ケーブルを介して陸上局に送信するようにしているため、水深のある海底での測定は不可能であり、測定海域に制約があった。

そこで、本発明は上記のような問題点を解決し、より簡易な構成で、高精度に海底質の導電率を推定（測定）できる方法、装置等を提供することを目的とする。

本発明に係る海底質の導電率推定方法は、点電流源として所定の電流量を供給する電流源を、海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させた際に海中に生じる電界を、所定の深度の位置に設けられた検知手段が設定された３軸方向の成分毎に検知して数値化し、データとして時系列に収集する工程と、海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、推定手段が海底質の導電率を推定する工程とを有する。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法は、検知手段に設定されたある軸の方向に沿って電流源を移動させる。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法は、ＧＰＳ（Global Positioning System ）に基づいて得られる、検知手段と電流源との相対位置を既知の値としてパラメータの値を決定する。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法は、海水と海底質との導電率の比を表すパラメータの値から、既知の海水の導電率を代入し、海底質の導電率を推定する。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法では、最小自乗法にガウス・ニュートン法を適用する。

また、本発明に係る海底質の導電率推定システムは、海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動する、点電流源として所定の電流量を供給する点電流源装置と、点電流源装置の電流供給により海中に生じる電界を３軸方向の各成分で検知する、所定の深度の位置に設けられた検知装置と、検知手段が検知した各軸方向の電界成分を電界データとして時系列に記録するデータ記録装置と、海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、海底質の導電率を推定する推定装置とを備える。

また、本発明に係る海底質の導電率推定装置は、点電流源として所定の電流量を供給する電流源を、海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させたときに、海中に生じる電界を３軸方向の各成分で検知する、所定の深度の位置に設けられた検知手段と、検知手段が検知した各軸方向の電界成分を電界データとして時系列に記録するデータ記録手段と、海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、海底質の導電率を推定する推定手段とを備える。

また、本発明に係る海底質の導電率推定装置の推定手段は、海水と海底質との導電率の比を表すパラメータの値から、既知の海水の導電率を代入し、海底質の導電率を推定する。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法のプログラムは、点電流源として所定の電流量を供給する電流源を海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させることで海中に発生する電界を、所定の深度の位置に設けられた検知手段が３軸方向の成分毎に検知して数値化し、時系列に収集したデータに対し、海中に発生する電界成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づく海底質の導電率の推定をコンピュータに行わせる。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法のプログラムは、海水と海底質との導電率の比を表すパラメータの値から、既知の海水の導電率を代入し、海底質の導電率を推定する。

また、本発明に係る海底質の導電率推定方法のプログラムでは、最小自乗法にガウス・ニュートン法を適用する。

本発明によれば、点電流源発生装置等、点電流源として所定の電流量を供給することができる電流源により、海中に発生させた電界に対して検知手段が実測を行い、検知した直交座標軸方向毎の電界の信号と、海水面及び海底面での境界条件を考慮し、仮想的に鏡像点電流源（電極）を設けた理論式とに基づいて、海底質の導電率を推定するようにしたので、より現実の値に近い推定を行うことができる。そして、制御した電流量、移動速度等、既知の値が多くして推定するパラメータの数を少なくすることにより、精確に海底質の導電率を推定することができる。

そして、導電率を推定する際に、海水と海底質との導電率の比を表すパラメータの値から、既知の海水の導電率を代入して海底質の導電率を推定するようにしたので、海水面と海底面との境界条件を考慮した理論式から容易に海底質の導電率を推定することができる。さらに、最小自乗法の解法としてガウス・ニュートン法、特にレーベンベルグ・マルカート法又は修正マルカート法を用いるようにしたので、計算時間の短縮を図りつつ、収束安定性のよい最小自乗法を適用し、導電率の推定をさらにすばやく高精度に行うことができる。

また、検知手段に設定されたある軸の方向に沿って電流源を移動させるようにすれば、電流源の移動方向と軸とがなす角度に関する値を既知のものとすることができ、推定に際してパラメータを減らすことができる。そして、ＧＰＳを用いて検知手段と電流源との相対位置を既知の値とするようにすれば、さらにパラメータを減らすことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る海底質の導電率推定方法を実現するためのシステム構成のブロック図である。点電流源発生装置１００はボート２００により水面下で等速直線移動する。点電流源発生装置１００には正極（陽極電極）及び負極（陰極電極）の２つの電流源（以下、これらの電流源を点電流源として扱い、点電流源という）を用いる。そして、正極から発せられた電流を海水を介して負極に流れ込むことようにすることで海中に電界を発生させる。ここで、２つの点電流源は、ボート２００の進行方向に沿うようにボート舷側に、進行方向に対して前方に正極を、後方に負極を配置する。そして、点電流源発生装置１００への電力供給には、ボート２００に搭載してあるバッテリ２０１を用いる。これにより、電力供給量を管理し、点電流源に基づく電流量Ｉ_i を既知の値とすることができる。ボート２００は、点電流源発生装置１００により海中に発生する電界に影響を与えない材料で、かつ、２つの点電流源間を短くできる、例えばＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastics ：繊維強化プラスチック）ボート等の小型船を用いることが望ましい。

さらに、図１において導電率推定装置１０は、電界検知器１、Ａ／Ｄ変換器２、データ収集器３、導電率推定器４、水深計５及び傾斜計６を備えている。電界検知器（電界センサ）１は海中の電界強度を検知（受信）し、電気信号（以下、電界信号という）に変換する（場合によっては、検知した他の電気的物理量に基づく信号に基づいて電界強度を算出した電気信号を電界信号とすることもある。また、光信号に変換した後に電気信号に変換する場合もある）。ここで、電界検知器１とは、各々直交する３つの検知手段を有する検知器又は３軸センサを表す検知器であり、直交（相対）座標系の３軸方向での検知ができるものとする。

Ａ／Ｄ変換器２は、例えばサンプリング等の処理を施して、電界検知器１が検知した電界信号をそれぞれデジタル信号に変換する。データ収集器３は、データ処理部３Ａとデータ記録部３Ｂで構成される。データ演算部３Ａは、デジタル信号に変換された３軸方向の電界信号及び検知した時刻を関連づける処理を行う、いわゆるデータベース管理システム（ＤＢＭＳ）である。データ記録部３Ｂは、記録装置で構成されており、電界信号（３軸方向の成分）及び検知した時刻をそれぞれデータとして、少なくとも一定時間分又は一定個数分記録する。本実施の形態では、ボート２００により移動する点電流源発生装置１００が電界検知器１に最接近したと判断するまで又は最接近してからしばらくの後までの電界信号に基づくデータを記録する。このデータ収集器３はいわゆるデータベースの役割を果たす。

導電率推定器４は、データ収集器３に記録されたデータ（物理量（電界強度）を表すデータ）に基づいて海底質の導電率を演算し、推定した値を算出する。ここで、通常、導電率推定器４は例えばＣＰＵ（Central Prosessing Unit ）を中心としたコンピュータ等の制御演算処理手段で構成されている。そして、導電率推定のための演算処理手順をあらかじめプログラム化したものを制御演算処理手段が実行し、そのプログラムに基づく処理を行うことで、後述する各式に基づく加減乗除等の演算、収束等の判断を行うことにより導電率の推定を実現する。

水深計５は、Ｚ軸方向の距離である水深Ｚｓを計測する。水深Ｚｓが既知となることで、点電流源発生装置１００と導電率推定装置１０（海底）との距離Ｚ_i も既知となる。これらを既知の値として用いることができるので、後述するパラメータ（未知の変数）の数を少なくすることができる。傾斜計６は、電界検知器１の傾きを測るための手段である。傾斜計６の計測に基づいて、導電率推定器４が軸方向又は記録されたデータに対して補正を行い、演算を行う。ここで、例えば、ジンバル機構（図示せず）を用いて、電界検知器１を原点とする座標系のＸＹ平面を海面と平行にし、Ｚ軸と海面とが垂直に交わるように設置するようにしてもよい。さらに、必須の手段ではないが、接近検知器（図示せず）により、点電流源発生装置１００を移動させるボートの接近を検知し、計測を開始させるようにしてもよい。

電界検知器１と点電流源発生装置１００との距離が遠い又は正極と負極との間隔が短ければ、点電流源を双極子（ダイポール）とみなしてダイポールモーメントによる理論式を用いることができる。そうでない場合、現実の条件と式とが乖離してしまい、実測値に基づいて決定したパラメータの値が真の値と大きく外れ、精確な導電率の推定ができなくなる。そこで、本実施の形態では、単極子である点電流源に合わせた計算を行い、現実に沿った式に基づいて海底質の導電率の推定を行う。導電率の推定には最小自乗法（特に非線形最小自乗法である。以下、単に最小自乗法という）を用いる。具体的には、理論により得られた値と実測した信号から得られた値の残差の自乗和が最小となるように、反復計算を行い、所定の収束条件を充たしたものと判断したときのパラメータの値に基づいて、海底質の導電率を推定する。

図２はボート２００の移動方向と電界検知器１との関係を表す図である。また、図３は点電流源発生装置１００と電界検知器１との関係を表す図である。電界検知器１の直上近傍を点電流源発生装置１００が等速直線運動により移動する場合、ボート２００に設けられた点電流源による電界信号の３軸成分（Ｅ_X ，Ｅ_Y ，Ｅ_Z ）は、次式（１）〜（３）で表される。

Ｅ_X ＝ΣＩ_σi・Ｘ_i／（Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋Ｚ_i ² ）^3/2 …（１）
Ｅ_y ＝ΣＩ_σi・Ｙ_i／（Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋Ｚ_i ² ）^3/2 …（２）
Ｅ_z ＝ΣＩ_σi・Ｚ_i／（Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋Ｚ_i ² ）^3/2 …（３）

ここで、点電流源発生装置１００の点電流源のうち、基準とする点電流源の位置（第１の点電流源とする）のＸ₁ ，Ｙ₁ を、
Ｘ₁ ＝Ｘ₀ ＋Ｖｃｏｓα・ｔ …（４）
Ｙ₁ ＝Ｙ₀ ＋Ｖｓｉｎα・ｔ …（５）
とする。そして、他方の点電流源（第２の点電流源とする）のＸ₂ ，Ｙ₂ を、
Ｘ₂ ＝Ｘ₁ −ｄ・ｃｏｓα …（６）
Ｙ₂ ＝Ｙ₁ −ｄ・ｓｉｎα …（７）
とする。

ただし、
Ｘ₀ ，Ｙ₀ ：基準位置
Ｉ_σi：Ｉ_i ／４πσ₁ （ｉ＝１，２）
Ｉ_i ：各点電流源の電流量
σ₁ ：海水の導電率
ｔ ：時間
Ｖ ：ボート２００の速度
ｄ ：第１の点電流源と第２の点電流源との間隔
Ｚ_i ：電界検知器１（海底）からの点電流源発生装置１００の高さ
α ：電界検知器１のＸ軸方向とボート２００の移動方向とのなす角
を表す。ここで、点電流源Ｉを点電荷Ｑとして見た場合、点電流源Ｉと点電荷ＱとはＩ＝σ・Ｑ／εの関係となる。εは誘電率である。また、ΣＩ_i ＝０、すなわち各点電流源の総和は０となる。

図４は点電流源（電極）に対する鏡像点電流源（鏡像電極）を表す図である。海水中に生じる電界（これが電界信号となる）は、海水と誘電率（導電率）が異なる大気及び海底の境界（海水面及び海底面）の影響を最も大きく受けることが考えられる。そこで、鏡像理論を利用して点電流源に対する鏡像点電流源を仮想的において、すべての点電流源により生じる電界の和を海水に生じる電界（電界信号）とする。

ここで、鏡像理論とは、例えば２種類の異なる誘電媒体（海水と大気、海水と海底）が界面（海水面、海底面）で接しているような場合に、一方の媒体中の電荷（点電流源、電極）によって生じる電界を、境界条件を考慮して直接解かず、実際には電荷のないもう一方の媒体中に仮想的に電荷（点電流源、電極）を設けて電界を求める手法である。この場合、境界条件を乱さずに電界を求めることができる。ここでは、仮想的に鏡像点電流源を設けて（置いて）電界の理論値を計算をすることで実測値との間のずれをさらに少なくする。

ここでは、第１及び第２の点電流源に対して、
（ａ）点電流源と海水面を挟んで対になる鏡像点電流源（以下、鏡像点電流源Ａという）
（ｂ）点電流源と海底面を挟んで対になる鏡像点電流源（以下、鏡像点電流源Ｂという）
（ｃ）鏡像点電流源Ａと海底面を挟んで対になる鏡像点電流源（以下、鏡像点電流源Ｃという）
の３つの鏡像点電流源を仮想的に置いてそれぞれの点電流源に係る電界を算出することとする。その他の条件に基づく鏡像点電流源も考えられるが、無視できるほど小さい値であるものとしてここでは省略する。

点電流源発生装置１００の点電流源（電極）における電流値Ｉ_i に基づいて、仮想的点電流源の電流値Ｉ_A は次式（８）で表される。同様に、電流値Ｉ_B 、電流値Ｉ_C は次式（９）、（１０）で表される。ここで、点電流源により前述した（１）〜（３）で表される電界の各成分を（Ｅ_ix，Ｅ_iy，Ｅ_iz）として表すことにする。
Ｉ_A ＝（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_i ／（σ₁ ＋σ₂ ） …（８）
Ｉ_B ＝（σ₁ −σ₃ ）Ｉ_i ／（σ₁ ＋σ₃ ） …（９）
Ｉ_C ＝（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_i ／（σ₁ ＋σ₂ ） …（１０）

また、（８）〜（１０）式に基づいて考えると、鏡像点電流源Ａにより生じる電界は次式（１１）〜（１３）で表される。
Ｅ_Ax＝｛（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₂ ） ｝・Ｘ_i
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（−Ｚ_i）²｝^3/2 …（１１）
Ｅ_Ay＝｛（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₂ ）｝・Ｙ_i
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（−Ｚ_i）²｝^3/2 …（１２）
Ｅ_AZ＝｛（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₂ ）｝・（−Ｚ_i）
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（−Ｚ_i）²｝^3/2 …（１３）

同様に、鏡像点電流源Ｂにより生じる電界は次式（１４）〜（１６）で表される。
Ｅ_Bx＝｛（σ₁ −σ₃ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₃ ）｝・Ｘ_i
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（２Ｚｓ−Ｚ_i）²｝^3/2 …（１４）
Ｅ_By＝｛（σ₁ −σ₃ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₃ ）｝・Ｙ_i
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（２Ｚｓ−Ｚ_i）²｝^3/2 …（１５）
Ｅ_BZ＝｛（σ₁ −σ₃ ）Ｉ_σi／（σ１＋σ₃ ）｝・（２Ｚｓ−Ｚ_i）
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（２Ｚｓ−Ｚ_i）²｝^3/2 …（１６）

さらに、鏡像点電流源Ｃにより生じる電界は次式（１７）〜（１９）で表される。
Ｅ_Cx＝｛（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₂ ）｝・Ｘ_i
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（Ｚ_i−２Ｚｓ）²｝^3/2 …（１７）
Ｅ_Cy＝｛（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₂ ）｝・Ｙ_i
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（Ｚ_i−２Ｚｓ）²｝^3/2 …（１８）
Ｅ_CZ＝｛（σ₁ −σ₂ ）Ｉ_σi／（σ₁ ＋σ₂ ）｝・（Ｚ_i−２Ｚｓ）
／｛Ｘ_i ²＋Ｙ_i ²＋（Ｚ_i−２Ｚｓ）²｝^3/2 …（１９）

ここで、
σ₂ ：海底質の導電率
σ₃ ：空気の導電率（＝０）
Ｚｓ：水深
である。また、
σ^* ＝（σ₁ −σ₂ ）／（σ₁ ＋σ₂ ） …（２０）
としたσ^* （導電率比）を設定する。

そして、電界（Ｅ_x ，Ｅ_y ，Ｅ_z ）は、最終的には、例えば次式（２１）〜（２３）のように各点電流源（点電流源）の和で表されることになる。ここで、環境条件等によってはすべての鏡像点電流源を考慮しない方が現実的となることもあるし、また、すべての項を加算し、計算量が多くなる場合には、（２１）〜（２３）式中、１又は複数の項を省略してもよい。
Ｅ_x ＝Ｅ_ix＋Ｅ_Ax＋Ｅ_Bx＋Ｅ_Cx …（２１）
Ｅ_y ＝Ｅ_iy＋Ｅ_Ay＋Ｅ_By＋Ｅ_Cy …（２２）
Ｅ_z ＝Ｅ_iz＋Ｅ_Az＋Ｅ_Bz＋Ｅ_Cz …（２３）

以上により得られた（Ｅ_x ，Ｅ_y ，Ｅ_z ）に基づいて、最小自乗法によりパラメータの値を計算し、決定する。得られた電界の理論式において、実測した電界信号に基づく値との整合を図るために決定するパラメータ（未知）は、Ｉ_σi，ｄ，Ｚ_i ，Ｚｓ及びＶが既知であるため次式（２４）のように設定される。
ａ_e ＝（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，α，σ^* ） …（２４）

導電率推定器４は、データ収集器３に記録されたデータに基づいて、電界検知器１が実際に検知した電界に基づく値が理論式を満足させるために最小自乗法により各パラメータを調整してパラメータの値を決定し、決定した値に基づいて海底質の導電率を推定する。データ収集器３には点電流源発生装置１００が電界検知器１に最接近したと判断するまで又は最接近してからしばらくの後までの電界信号に基づくデータを少なくとも記録する。そして、実測した信号から得られた値の残差の自乗和が最小となるように、反復計算を行い、所定の収束条件を充たしたものと判断したときのパラメータの値に基づいて、導電率の推定を行う。その際、導電率推定器４はデータ収集器３に記録されたデータに対し、傾斜計６の計測に基づく補正を行う。

最小自乗法を適用する際には、パラメータに対して初期値を与え、計算を行う。例えば、基準位置Ｘ₀ ，Ｙ₀ についてはＸ₀ ＝０、Ｙ₀ ＝０を初期値とする。最小自乗法には様々な方法があるが、例えばガウス・ニュートン法を適用する。ここでは計算時間と収束安定性とのバランス、関数との関係等を考慮した上で、ガウス・ニュートン法を基本としたレーベンベルグ・マルカート（Levenberg-Marquardt ）法を用いて行うことを想定しているが、ダンピング法、パウエル法等、ガウス・ニュートン法に基づく他の解法を用いてもよい。また、ガウス・ニュートン法でなくても、最急降下法等、他の非線形最小自乗法の解法を用いてもよい。電界信号（電界信号のデータ）に適用すると、次式（２５）〜（２７）が成立する。

Ｐ_e ^tＰ_e ・Δａ_e ＝−Ｐ_e ^tｒ_e …（２５）
Ｐ_e ^tＰ_e ＝Ｐ_ex ^t Ｐ_ex＋Ｐ_ey ^t Ｐ_ey＋Ｐ_ez ^t Ｐ_ez …（２６）
Ｐ_e ^tｒ_e ＝Ｐ_ex ^t ｒ_ex＋Ｐ_ey ^t ｒ_ey＋Ｐ_ez ^t ｒ_ez …（２７）

ただし、
Ｐ_ex：ｘ軸方向の電界信号の各パラメータの一階微分からなる行列
Ｐ_ey：ｙ軸方向の電界信号の各パラメータの一階微分からなる行列
Ｐ_ez：ｚ軸方向の電界信号の各パラメータの一階微分からなる行列
ｒ_e ：残差の自乗和
Δａ_e ：パラメータの修正値
である。

そして、導電率推定器４は、（２７）式における残差の自乗和が所定の収束条件を満たすまで（例えば残差の自乗和が所定の値以下になる又は自乗和の変化率の減少が所定の値以下になるまで）反復計算を行う。パラメータσ^* が推定されると、海水の導電率σ₁ は既知であるので、（２０）式に基づいて算出し、推定することができる。

以上のように、第１の実施の形態によれば、点電流源発生装置１００により海中に発生させた電界に対して電界検知器１が実測を行い、検知した３軸（直交座標軸）方向の電界信号とモノポールモーメント（点電流源）を利用した理論式とに基づいて、導電率推定器４が最小自乗法を適用して、実測に基づく値を満足するように理論式におけるパラメータの値を決定するようにしたので、精確な海底質の導電率を推定することができる。そして、海水面及び海底面での境界条件を考慮し、仮想的に鏡像点電流源（電極）を設け、船舶上の点電流源からの電界と鏡像点電流源（電極）による電界との和を、点電流源発生装置１００により発生する電界として式を設定し、導電率推定器４が、最小自乗法を適用して電界信号に基づく値を満足するようにパラメータの値を一意に決定した値に基づいて海底質の導電率を推定するようにしたので、より現実の値に近く、精確推定を行うことができる。

特に本実施の形態においては、点電流源発生装置１００によって電流量を制御し、既知のデータとすることができる等、既知の値を多くし、推定するパラメータの数を少なくするようにしたので、精確に海底質の導電率を推定することができる。そして、計測誤差が多く含まれている可能性があり、正確な値を得ることが難しい電界検知器１（導電率推定装置１００）と点電流源発生装置１００との相対位置関係及びボート２００の移動方向と電界検知器１との軸方向がなす角度を、パラメータとして推定しているので、通常、これらを実測に基づいて既知の値として海底質の導電率を推定する場合に比べて精確な推定を行うことができる。

さらに、最小自乗法の解法としてガウス・ニュートン法、特にレーベンベルグ・マルカート法又は修正マルカート法を用いるようにしたので、計算時間の短縮を図りつつ、収束安定性のよい最小自乗法を適用し、導電率の推定をさらにすばやく高精度に行うことができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態では、電界検知器１（導電率推定装置１０）を海底に敷設して電界強度を検知するようにしたが、波浪が穏やかな海域又は波浪の上下運動が抑制可能な台船等から電界検知器１を吊り下げて、点電流源発生装置１００により発生する電界を検知するようにしてもよい。この場合、電界検知器１がＺ軸方向に対して回転しないように、例えば２点で吊り下げるような構成にするとよい。

また、上述の実施の形態では、点電流源発生装置１００をボート２００で移動させたが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、ヘリコプター等から吊るし、海面下で一定距離を保ちながら曳航等するようにしてもよい。これにより、発生する電界が移動体等に影響されない。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、電界検知器１と点電流源発生装置１００との相対位置関係及びボートの移動方向と電界検知器１との軸方向がなす角度について、誤差のない実測値を得ることが困難であるとして、未知のパラメータは（２４）式で示すように４つとした。これを、例えば実測する際の計測環境を厳密化し、電界検知器１の軸方向と点電流源発生装置１００を取り付けたボート２００航走針路とを一定して航走できるようにする。そして、電界検知器１のＸ軸とボート２００の針路とが平行で、かつ、ボート２００が電界検知器の直上を通過するようにし、角度αをα＝０゜（ｄｅｇ）とすることができれば、この場合、Ｅ_y ＝０となるので、（２１）式、（２３）式に基づいて未知のパラメータの値を決定することができる。また、上記の環境での測定ができなかった場合に、角度αを既知の値とするだけでも、パラメータの数を減らすことができるので、簡易な計算でより精確に海底質の導電率を推定することができる。

また、ボート２００にＧＰＳ（Global Positioning System ）を設置する等して、時々刻々の電界センサと点電流源発生装置の相対位置が明らかにすることができる場合、基準位置Ｘ₀ ，Ｙ₀ も既知の値とすることができる。未知のパラメータはσ^* だけとなるため、より簡易な演算でより精確な海底質の導電率を推定することができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態では、導電率推定器４を導電率推定装置１０に備えたが、本発明はこれに限定されない。例えば、導電率推定器４を地上、船上等に備えておき、海底から回収したデータ収集器３に記録されたデータに基づいて、導電率推定器４が海底質の導電率を推定するようにしてもよい。また、例えば無線、有線等で記録したデータを含む信号を地上等に送信できる場合は、データ収集器３についても特に導電率推定装置１０に備えておく必要はない。

本発明の第１の実施の形態に係る海底質の導電率推定方法を実現するためのシステム構成のブロック図である。 ボート２００の移動方向と電界検知器１との関係を表す図である。 点電流源発生装置１００と電界検知器１との関係を表す図である。 点電流源に対する鏡像点電流源（電極）を表す図である。

符号の説明

１ 電界検知器、２ Ａ／Ｄ変換器、３ データ収集器、３Ａ データ処理部、３Ｂ データ記録部、４ 導電率推定器、５ 水深計、６ 傾斜計、１０ 導電率推定装置、１
００ 点電流源発生装置、２００ ボート、２０１ バッテリ。

Claims (11)

1. 点電流源として所定の電流量を供給する電流源を、海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させた際に海中に生じる電界を、所定の深度の位置に設けられた検知手段が設定された３軸方向の成分毎に検知して数値化し、データとして時系列に収集する工程と、
   前記海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、推定手段が海底質の導電率を推定する工程と
   を有することを特徴とする海底質の導電率推定方法。
2. 前記検知手段に設定されたある前記軸の方向に沿って前記電流源を移動させることを特徴とする請求項１に記載の海底質の導電率推定方法。
3. ＧＰＳに基づいて得られる、前記検知手段と前記電流源との相対位置を既知の値として前記パラメータの値を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の海底質の導電率推定方法。
4. 前記海水と前記海底質との導電率の比を表す前記パラメータの値から、既知の海水の導電率を代入し、前記海底質の導電率を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の海底質の導電率推定方法。
5. 前記最小自乗法にガウス・ニュートン法を適用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の海底質の導電率推定方法。
6. 海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動する、点電流源として所定の電流量を供給する点電流源装置と、
   該点電流源装置の電流供給により海中に生じる電界を３軸方向の各成分で検知する、所定の深度の位置に設けられた検知装置と、
   前記検知手段が検知した各軸方向の電界成分を電界データとして時系列に記録するデータ記録装置と、
   前記海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、海底質の導電率を推定する推定装置と
   を備えることを特徴とする海底質の導電率推定システム。
7. 点電流源として所定の電流量を供給する電流源を、海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させたときに、海中に生じる電界を３軸方向の各成分で検知する、所定の深度の位置に設けられた検知手段と、
   前記検知手段が検知した各軸方向の電界成分を電界データとして時系列に記録するデータ記録手段と、
   前記海中に生じる電界の成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界の成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づいて、海底質の導電率を推定する推定手段と
   を備えることを特徴とする海底質の導電率推定装置。
8. 前記推定手段は、前記海水と前記海底質との導電率の比を表す前記パラメータの値から、既知の海水の導電率を代入し、前記海底質の導電率を推定することを特徴とする請求項７に記載の海底質の導電率推定装置。
9. 点電流源として所定の電流量を供給する電流源を海水面下一定距離で海水面に平行に等速直線で移動させることで海中に発生する電界を、所定の深度の位置に設けられた検知手段が３軸方向の成分毎に検知して数値化し、時系列に収集したデータに対し、
   前記海中に発生する電界成分と海水面及び海底面を境界として仮想的に設定した鏡像電極に基づく電界成分との和で表す式を満足するように決定したパラメータの値に基づく海底質の導電率の推定をコンピュータに行わせることを特徴とする海底質の導電率推定方法のプログラム。
10. 前記海水と前記海底質との導電率の比を表す前記パラメータの値から、既知の海水の導電率を代入し、前記海底質の導電率を推定することを特徴とする請求項９に記載の海底質の導電率推定方法のプログラム。
11. 前記最小自乗法にガウス・ニュートン法を適用することを特徴とする請求項９又は１０に記載の海底質の導電率推定方法のプログラム。
    

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