JP2010217036A - Sensitivity-adapted backward analysis method in numerical analysis of resistivity method - Google Patents

Sensitivity-adapted backward analysis method in numerical analysis of resistivity method Download PDF

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the analysis resolution and the analysis efficiency in a backward analysis of the resistivity in physical probing. <P>SOLUTION: Each grid in a forward analysis grid and a backward analysis grid is composed of a triangular or tetrahedral unstructured grid. The backward analysis grid is composed so as to variably control a density of grid nodes. A sensitivity statistical value S<SB>S</SB>of each parameter is obtained from a formed sensitivity matrix. A function F<SB>S</SB>for controlling the density of the nodes in the backward analysis grid is obtained based on the obtained sensitivity statistical value S<SB>S</SB>. A sparseness of the density of the grid nodes in the backward analysis grid is corrected in response to the magnitude of the sensitivity and a change in a property value based on the function F<SB>S</SB>. The backward analysis grid is set again. The sensitivity matrix is formed again based on the backward analysis grid set again. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法に関する。   The present invention relates to a sensitivity-adapted inverse analysis method in numerical analysis of a specific resistance method.

近年、面積数平方kmに及ぶ大規模地滑りや豪雨時の多発的な斜面崩壊など比較的広い範囲にわたって地質条件に起因する地盤災害が発生したり、重金属や揮発性有機化合物等の汚染物質による地質汚染が増加している。また、複雑な地形と地質構造を有する地域での土木構造物建設の際には、精度の高い地盤調査に対するニーズが増加している。従来、このような広域の地下構造を三次元的に精度よくかつ低コストで解明するための調査法として、地盤についてある物理量を測定し、地下の物性値分布を推定する地下構造の物理探査方法が知られている。このような物理探査方法の解析では、地盤を小領域に分割し、それぞれの小領域に物性値を与えて得られる地盤モデルを設定し、この地盤モデルに対し、理論的に計算される理論値と実際に測定した実観測値との差の自乗和が最小になるように小領域の物性値を変化させ、地盤の物性分布を推定する逆解析が行われている(例えば、特許文献1参照。)。物理探査の逆解析では、物性値の理論計算を行うための順解析グリッドと、この順解析グリッドよりも粗く分割され、複数の順解析グリッドのセルのまとまり毎に物性値を定義するモデルグリッドが使用される。
特開2005−337746号公報(第10頁、図6)
In recent years, geological disasters due to geological conditions have occurred over a relatively wide range, such as large-scale landslides covering several square kilometers and frequent slope failures during heavy rains, and geology due to pollutants such as heavy metals and volatile organic compounds Contamination is increasing. In addition, there is an increasing need for highly accurate ground surveys when constructing civil engineering structures in areas with complex topography and geological structures. Conventionally, as an investigation method to elucidate such a wide-area underground structure three-dimensionally accurately and at low cost, a physical exploration method of the underground structure by measuring a physical quantity of the ground and estimating the physical property value distribution of the underground It has been known. In this geophysical exploration method analysis, the ground is divided into small areas, and a ground model obtained by assigning physical properties to each small area is set, and theoretical values calculated theoretically for this ground model. Inverse analysis is performed in which the physical property value of the small region is changed so that the square sum of the difference between the actual measured value and the actually measured value is minimized, and the physical property distribution of the ground is estimated (see, for example, Patent Document 1). .) In the inverse analysis of geophysical exploration, there is a forward analysis grid for theoretical calculation of physical property values and a model grid that is divided more roughly than this forward analysis grid and defines physical property values for each group of cells in multiple forward analysis grids. used.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-337746 (page 10, FIG. 6)

しかしながら、上記モデルグリッド(パラメータグリッド)では、格子状にグリッドを分割したり、電流源からの距離の3乗の逆数で自動的にメッシュ分割を行うようにし、観測点からの距離に応じて一定の規則で分割領域を拡大するような分割が行われている。逆解析では、個々のモデルグリッドに割り当てる物性値を繰り返し修正するが、その過程で、モデルグリッドの分割状況そのものが変更されることはない。このことにより実際の物性値分布に対して分割が不適正となり、解析の収束性の悪化を招くという問題がある。このため、従来は、解析の収束性の悪化を防ぐために、隣接グリッド間の平滑化や平坦化などの制約条件を付さなければならず、得られた情報を有効に活用し、測定データに含まれる地下の情報を充分に引き出すことができないという問題があった。特に、三次元探査や解析にあたっては、二次元探査やその解析に対し、未知物性値数が膨大となり、これを解くための計算時間が増大するとともに解析の安定性も著しく低下するという問題があった。   However, in the above model grid (parameter grid), the grid is divided into a lattice pattern, or mesh division is automatically performed by the inverse of the cube of the distance from the current source, and is constant according to the distance from the observation point. The division is performed so as to enlarge the division area according to the rule. In the inverse analysis, physical property values assigned to individual model grids are repeatedly corrected, but the model grid division state itself is not changed in the process. As a result, there is a problem that the division of the actual physical property value distribution is inappropriate and the convergence of the analysis is deteriorated. For this reason, conventionally, in order to prevent the convergence of the analysis from deteriorating, constraints such as smoothing and flattening between adjacent grids must be applied, and the obtained information can be used effectively for measurement data. There was a problem that the underground information contained therein could not be extracted sufficiently. In particular, three-dimensional exploration and analysis have the problem that the number of unknown physical property values is enormous for two-dimensional exploration and analysis, which increases the calculation time for solving this and significantly reduces the stability of the analysis. It was.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、測定された物性値データ群に対して物性値変化が関与する解析領域を過不足なく適切に設定することができ、解析範囲の決定にあたり地下構造の物性値分布に適合させてパラメータグリッドを変更し、解析の解像度と解析効率の向上を図ることができる比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and can appropriately set an analysis region in which a change in physical property value is involved with respect to a measured physical property value data group without excess or deficiency, and determine an analysis range. The purpose of this study is to provide a sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method that can improve the resolution and analysis efficiency of the analysis by changing the parameter grid according to the physical property value distribution of the underground structure. Is.

本発明の請求項1に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を小領域にそれぞれ分割したグリッド節点密度の高い順解析グリッドとこの順解析グリッドよりグリッド節点密度が低い逆解析グリッドとを設定するとともに、それぞれの小領域に実際に測定した観測データに基づいて求められた物性平均値を与えて得られるグリッドに物性値を付加した地盤モデルを設定し、設定された地盤モデルから理論的に計算される理論値と観測データとを比較し、誤差の範囲内であれば逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値の解析結果を出力して地盤の物性値分布を推定し、誤差の範囲外であれば、各観測データに対する各パラメータの感度を求めて感度行列を形成し、観測データの理論値と実測値との差と感度行列とに基づいて逆解析を行い、新たにパラメータ値を求め、求められたパラメータ値を逆解析グリッドに与え、地盤モデルの更新を繰り返して解析を行う解析法であって、順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成し、形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、求められた感度統計値に基づいて逆解析グリッドの節点密度を制御する関数を求め、この関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直すことを特徴とするものである。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 1 of the present invention is based on the input terrain information data, the electrode source position data, and the observation data obtained by actual measurement. Set up a forward analysis grid with a high grid node density and a reverse analysis grid with a lower grid node density than this forward analysis grid, as well as the average of the physical properties obtained based on the observation data actually measured in each small area Set a ground model with physical properties added to the grid obtained by giving values, compare the theoretical value theoretically calculated from the set ground model with the observed data, and perform reverse analysis if within the error range Output the analysis results of the grid and the physical property values defined in the grid to estimate the physical property value distribution of the ground. Determine the sensitivity of the parameter to form a sensitivity matrix, perform a reverse analysis based on the difference between the theoretical value of the observed data and the actual measurement value, and the sensitivity matrix, obtain a new parameter value, and reversely analyze the calculated parameter value An analysis method in which the analysis is performed by repeatedly applying the ground model to the grid, and each of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is constituted by a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis is performed. A function that configures the grid so that the grid node density is variably controlled, calculates the sensitivity statistics of each parameter from the formed sensitivity matrix, and controls the node density of the inverse analysis grid based on the obtained sensitivity statistics Based on this function, the grid node density of the inverse analysis grid is corrected according to the change in the physical property value and the sensitivity, and the inverse analysis grid is set again. , It is characterized in that the re-forming the sensitivity matrix based on the inverse analysis grids set again.

本発明の請求項1に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を小領域にそれぞれ分割したグリッド節点密度の高い順解析グリッドとこの順解析グリッドよりグリッド節点密度が低い逆解析グリッドとを設定するとともに、それぞれの小領域に実際に測定した観測データに基づいて求められた物性平均値を与えて得られるグリッドに物性値を付加した地盤モデルを設定し、設定された地盤モデルから理論的に計算される理論値と観測データとを比較し、誤差の範囲内であれば逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値の解析結果を出力して地盤の物性値分布を推定し、誤差の範囲外であれば、各観測データに対する各パラメータの感度を求めて感度行列を形成し、観測データの理論値と実測値との差と感度行列とに基づいて逆解析を行い、新たにパラメータ値を求め、求められたパラメータ値を逆解析グリッドに与え、地盤モデルの更新を繰り返して解析を行う解析法であって、順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成し、形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、求められた感度統計値に基づいて逆解析グリッドの節点密度を制御する関数を求め、この関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直すようにしたことにより、設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直した後、逆解析グリッドの物性値を修正する逆解析を行うので、解析の進行に伴って、地下領域を、実際に使われた観測データと地下比抵抗分布とに適合したグリッドに分割することができ、物性値変化が関与する解析領域を過不足なく適切に設定することができ、解析の解像度と解析効率が向上する。   In the sensitivity-adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 1 of the present invention, the underground space is made into a small region based on the input topographic information data, the electrode source position data, and the observation data obtained by actual measurement. Set up a forward analysis grid with a high grid node density and a reverse analysis grid with a lower grid node density than this forward analysis grid, as well as the average of the physical properties obtained based on the observation data actually measured in each small area Set a ground model with physical properties added to the grid obtained by giving values, compare the theoretical value theoretically calculated from the set ground model with the observed data, and perform reverse analysis if within the error range Output the analysis results of the grid and the physical property values defined in the grid to estimate the physical property value distribution of the ground, and if it is outside the error range, The sensitivity of the parameter is calculated to form a sensitivity matrix, and the inverse analysis is performed based on the difference between the theoretical value and the actual measurement value of the observation data and the sensitivity matrix, the parameter value is newly determined, and the calculated parameter value is inversely analyzed. An analysis method in which the analysis is performed by repeatedly applying the ground model to the grid, and each of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is constituted by a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis is performed. A function that configures the grid so that the grid node density is variably controlled, calculates the sensitivity statistics of each parameter from the formed sensitivity matrix, and controls the node density of the inverse analysis grid based on the obtained sensitivity statistics Based on this function, the grid node density of the inverse analysis grid is corrected according to the change in the physical property value and the sensitivity, and the inverse analysis grid is set. Since the sensitivity matrix is recreated based on the reconfigured inverse analysis grid, the sensitivity matrix is recreated based on the reconfigured inverse analysis grid, and then the physical properties of the inverse analysis grid Since the inverse analysis is performed to correct the values, as the analysis progresses, the underground area can be divided into grids that match the observation data actually used and the underground resistivity distribution, and changes in physical properties are involved. The analysis area to be performed can be set appropriately without excess and deficiency, and the resolution and efficiency of analysis are improved.

本発明の請求項2に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆順解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、前記物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするよう修正することを特徴とするものである。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 2 of the present invention is a part where the change in physical property value and sensitivity at the nodes of the reverse analysis grid are large when the density of the grid nodes of the inverse analysis grid is set. Then, the node density is increased, and correction is made so that the node density is lowered at a portion where the change in physical property value and sensitivity are small.

本発明の請求項2に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆順解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、前記物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするよう修正するようにしたことにより、物性値変化が大きく感度が強い部位では節点密度が高められ、物性値変化が小さく感度が弱い部位では節点密度が低くなるよう修正されるので、これを繰り返しながら逆解析を行うことにより、物性値変化が関与する解析領域を適切に設定することができ、過不足が発生しにくい。しかも、物性値変化の大きい領域では小領域が細かく分割されるので、解析の解像度を向上させることができ、データに含まれる地下情報を無駄なく充分に引き出すことができる。物性値変化の大きくない領域では、小領域が細かく分割されず、粗く分割されたままとなるので、計算負荷が減じられ、解析効率と安定性が向上する。   In the sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 2 of the present invention, when the density of the grid nodes of the inverse analysis grid is set, the physical property value change and the sensitivity at the nodes of the reverse analysis grid are large. Then, by increasing the nodal density and reducing the nodal density in areas where the physical property value change and sensitivity are small, the nodal density is increased and the physical property value changes in areas where the physical property value change is large and the sensitivity is high. Since the density of nodes is small and the node density is low, it is corrected so that the node density is low. By performing this inverse analysis, it is possible to appropriately set the analysis area in which changes in physical property values are involved, resulting in excess or deficiency. Hard to do. In addition, since the small region is finely divided in the region where the physical property value change is large, the resolution of the analysis can be improved, and the underground information contained in the data can be sufficiently extracted without waste. In the region where the change in the physical property value is not large, the small region is not divided finely and remains divided roughly, so that the calculation load is reduced and the analysis efficiency and stability are improved.

本発明の請求項3に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、各観測データに対して各パラメータの感度を求める際、観測データに対する感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定することを特徴とするものである。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 3 of the present invention corresponds to a grid whose sensitivity to the observation data is equal to or lower than a predetermined threshold when obtaining the sensitivity of each parameter for each observation data. The analysis region is determined by removing the parameter from the analysis parameter.

本発明の請求項3に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、各観測データに対して各パラメータの感度を求める際、観測データに対する感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定するようにしたことにより、感度が所定の閾値以下または感度のないグリッドは解析領域から除去されるので、観測データに対して有効な解析範囲にのみ基づいて解析が行われる。   In the sensitivity adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 3 of the present invention, when the sensitivity of each parameter is obtained for each observation data, the sensitivity to the observation data corresponds to a grid having a predetermined threshold value or less. By removing the parameters from the analysis parameters and determining the analysis area, grids with sensitivity below the specified threshold or no sensitivity are removed from the analysis area, so only the effective analysis range for the observation data is available. Based on the analysis.

本発明の請求項4に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を多数の小領域に分割し、グリッドの節点密度の高い格子を有する順解析グリッドと順解析グリッドより節点密度の低い格子を有する逆解析グリッドとをそれぞれ生成し、これら順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成する第1のステップと、送受信電極の組み合わせにより得られた観測データに基づいて地下の物性平均値を求め、その物性平均値を、生成された逆解析グリッドのメッシュの節点を接続した線また面で囲むセルに初期物性パラメータとして付与し初期モデルを設定する第2のステップと、設定された初期モデルに基づいて順解析グリッドの各セルに物性パラメータを付与し物性モデルを設定する第3のステップと、設定された物性モデルに基づいて順解析を行い、この物性モデルにおける実測と一致する電極の送受信配置で、この物性モデルに基づいて観測データに対する物理応答の理論値を求め、順解析グリッドの各節点におけるモデル理論解を求める第4のステップと、モデル理論解と観測データとを比較し誤差の範囲内か否かの収束判定を行う第5のステップと、第5のステップで、誤差の範囲内と判定された場合、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値を出力して解析を終了する第6のステップと、第5のステップで、誤差の範囲外と判定された場合、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、逆解析グリッドに対応する感度行列を形成する第7のステップと、第7のステップで形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、その感度統計値から逆解析グリッドに対応し感度に適合する関数を求め、この感度適合関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、感度適合関数に応じて設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直し、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定する第8のステップと、モデル理論解と観測データとの差と形成し直された感度行列とに基づいて逆解析を行い、物性パラメータを修正して新たな物性パラメータを求め、この新たに求められた物性パラメータを逆解析グリッドの各セルに付与して更新モデルを設定し、第3のステップの初期モデルを、この更新モデルに代えて第3のステップに復帰する第9のステップとを有することを特徴とするものである。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 4 of the present invention is based on the input topographic information data, the electrode source position data, and the observation data obtained by actual measurement. A forward analysis grid having a grid with a high node density of the grid and a reverse analysis grid having a grid with a node density lower than that of the forward analysis grid are generated, and each grid of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is generated. Is composed of a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis grid is configured to have a grid node density variably controlled, and observation data obtained by a combination of transmitting and receiving electrodes The average physical property value of the basement is calculated based on the above, and the physical property average value is calculated on the line or plane connecting the nodes of the mesh of the generated inverse analysis grid. A second step of setting an initial model by setting an initial physical property parameter to the cell, and a third step of setting a physical property model by assigning a physical parameter to each cell of the forward analysis grid based on the set initial model; The forward analysis is performed based on the set physical property model, and the theoretical value of the physical response to the observation data is obtained based on the physical property model with the electrode transmission / reception arrangement that matches the actual measurement in the physical property model. A fourth step for obtaining a model theoretical solution at the node, a fifth step for comparing the model theoretical solution and the observation data, and determining whether or not it is within the error range, and an error range in the fifth step In the sixth step and the fifth step in which the inverse analysis grid and the physical property value defined in the grid are output and the analysis is terminated, If it is determined that the difference is out of the range, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid, and a sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed in the seventh step and the seventh step. The sensitivity statistic of each parameter is obtained from the formed sensitivity matrix, the function corresponding to the inverse analysis grid corresponding to the sensitivity analysis is obtained from the sensitivity statistics, and the grid node density of the inverse analysis grid is calculated based on the sensitivity adaptation function. Correct the density according to the physical property value change and the sensitivity and re-set the inverse analysis grid, re-form the sensitivity matrix based on the inverse analysis grid re-set according to the sensitivity adaptation function, An eighth step of determining an analysis region by removing a parameter corresponding to a grid whose sensitivity is equal to or less than a predetermined threshold from the analysis parameter, and the difference and formation between the model theoretical solution and the observation data Inverse analysis is performed on the basis of the revised sensitivity matrix, the physical property parameter is corrected to obtain a new physical property parameter, and the newly obtained physical property parameter is assigned to each cell of the inverse analysis grid to update the model. And a ninth step of returning to the third step instead of the updated model as an initial model of the third step.

本発明の請求項4に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を多数の小領域に分割し、グリッドの節点密度の高い格子を有する順解析グリッドと順解析グリッドより節点密度の低い格子を有する逆解析グリッドとをそれぞれ生成し、これら順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成する第1のステップと、送受信電極の組み合わせにより得られた観測データに基づいて地下の物性平均値を求め、その物性平均値を、生成された逆解析グリッドのメッシュの節点を接続した線また面で囲むセルに初期物性パラメータとして付与し初期モデルを設定する第2のステップと、設定された初期モデルに基づいて順解析グリッドの各セルに物性パラメータを付与し物性モデルを設定する第3のステップと、設定された物性モデルに基づいて順解析を行い、この物性モデルにおける実測と一致する電極の送受信配置で、この物性モデルに基づいて観測データに対する物理応答の理論値を求め、順解析グリッドの各節点におけるモデル理論解を求める第4のステップと、モデル理論解と観測データとを比較し誤差の範囲内か否かの収束判定を行う第5のステップと、第5のステップで、誤差の範囲内と判定された場合、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値を出力して解析を終了する第6のステップと、第5のステップで、誤差の範囲外と判定された場合、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、逆解析グリッドに対応する感度行列を形成する第7のステップと、第7のステップで形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、その感度統計値から逆解析グリッドに対応し感度に適合する関数を求め、この感度適合関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、感度適合関数に応じて設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直し、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定する第8のステップと、モデル理論解と観測データとの差と形成し直された感度行列とに基づいて逆解析を行い、物性パラメータを修正して新たな物性パラメータを求め、この新たに求められた物性パラメータを逆解析グリッドの各セルに付与して更新モデルを設定し、第3のステップの初期モデルを、この更新モデルに代えて第3のステップに復帰する第9のステップとを有するようにしたことにより、第7のステップで求められた逆解析グリッドに対応する感度行列から感度適合関数を導き、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて変え、この感度に応じて設定し直された最新の逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直して解析が行われる。このため、解析の進行に伴って、地下領域を、実際に使われた観測データと地下比抵抗分布とに適合したグリッドに分割することができ、物性値変化が関与する解析領域を過不足なく適切に設定することができ、解析の解像度と解析効率が向上する。   In the sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 4 of the present invention, a large number of subsurface spaces are reduced based on the input topographic information data, electrode source position data, and observation data obtained by actual measurement. A forward analysis grid having a grid with a high node density of the grid and a reverse analysis grid having a grid with a node density lower than that of the forward analysis grid are generated, and each grid of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is generated. Is composed of a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis grid is configured to have a grid node density variably controlled, and observation data obtained by a combination of transmitting and receiving electrodes The average physical property value of the basement is calculated based on this, and the physical property average value is obtained by connecting the nodes of the mesh of the generated inverse analysis grid to the line or surface. A second step of setting an initial model by setting an initial physical property parameter to a surrounding cell, and a third step of setting a physical property model by assigning a physical parameter to each cell of the forward analysis grid based on the set initial model; The forward analysis is performed based on the set physical property model, and the theoretical value of the physical response to the observation data is obtained based on the physical property model with the electrode transmission / reception arrangement that matches the actual measurement in the physical property model. A fourth step for obtaining a model theoretical solution at the node, a fifth step for comparing the model theoretical solution and the observation data, and determining whether or not it is within the error range, and an error range in the fifth step In the sixth step and the fifth step, the analysis is finished by outputting the inverse analysis grid and the physical property value defined in the grid when it is determined that If it is determined that the error is out of the range, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid, and a sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed in the seventh step and the seventh step. The sensitivity statistic of each parameter is obtained from the formed sensitivity matrix, the function corresponding to the inverse analysis grid corresponding to the sensitivity analysis is obtained from the sensitivity statistics, and the grid node density of the inverse analysis grid is calculated based on the sensitivity adaptation function. Correct the density according to the physical property value change and the sensitivity and re-set the inverse analysis grid, re-form the sensitivity matrix based on the inverse analysis grid re-set according to the sensitivity adaptation function, An eighth step of determining an analysis region by removing a parameter corresponding to a grid having a sensitivity of a predetermined threshold value or less from the analysis parameter, and a difference and a shape between the model theoretical solution and the observation data Inverse analysis is performed on the basis of the reconstructed sensitivity matrix, the physical property parameter is corrected to obtain a new physical property parameter, and the newly obtained physical property parameter is assigned to each cell of the inverse analysis grid to update the model. And the 9th step of returning to the 3rd step instead of the updated model as the initial model of the 3rd step, the inverse analysis grid obtained in the 7th step. The latest inverse analysis grid, which is derived from the sensitivity matrix corresponding to, changes the density of the grid nodes of the inverse analysis grid according to the physical property value change and the sensitivity, and is reconfigured according to this sensitivity Based on, the sensitivity matrix is re-formed and the analysis is performed. For this reason, as the analysis progresses, the subsurface area can be divided into grids that match the observation data actually used and the subsurface resistivity distribution, so that the analysis area involved in the change in physical property values can be completed without excess or deficiency. It can be set appropriately, improving the resolution and efficiency of analysis.

本発明の請求項5に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、前記物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするよう修正することを特徴とするものである。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to claim 5 of the present invention is a portion where the physical property value change and sensitivity at the nodes of the inverse analysis grid are large when setting the density of the grid nodes of the inverse analysis grid. Then, the node density is increased, and correction is made so that the node density is lowered at a portion where the change in physical property value and sensitivity are small.

本発明の請求項5に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、前記物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするよう修正するようにしたことにより、逆解析中、各パラメータが充分な感度を持つと共に、不安定な要因の一つとなる過大な感度を有するパラメータが減らされ、観測値に含む地下情報を安定的かつ最大限に引き出すことができる。これを繰り返しながら逆解析を行うので、物性値変化が関与する解析領域を適切に設定することができ、過不足が発生しにくい。しかも、物性値変化の大きい領域では小領域が細かく分割されるので、解析の解像度が向上する。物性値変化の大きくない領域では、小領域が細かく分割されず、粗く分割されたままとなるので、計算負荷が減じられ解析効率と安定性が向上する。   In the sensitivity-adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 5 of the present invention, when setting the density of the grid nodes of the inverse analysis grid, the property value change and the sensitivity at the nodes of the inverse analysis grid are large. Then, by increasing the node density and modifying the physical property value change and sensitivity so that the node density is lowered, each parameter has sufficient sensitivity during reverse analysis, and causes unstable factors. The parameter with excessive sensitivity that becomes one is reduced, and the underground information included in the observation value can be stably and maximized. Since the inverse analysis is performed while repeating this, it is possible to appropriately set the analysis region in which the physical property value change is involved, and it is difficult for excess and deficiency to occur. In addition, since the small area is finely divided in the area where the physical property value change is large, the resolution of the analysis is improved. In the region where the change in physical property value is not large, the small region is not divided finely and remains divided roughly, so that the calculation load is reduced and the analysis efficiency and stability are improved.

本発明の請求項6に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、感度適合関数が、比抵抗法における逆解析グリッドの最適な節点密度関数であり、
次式、
=a(1+b|S
式中、F:感度適合関数、
:感度行列から求めた感度統計値であって、感度統計値は感度行列を通したすべての送受信電極組と地下空間座標の関数でもある、
c:次元に関わる常数、
a:設定した最大解像度と解析領域の範囲と関わる常数、
b:設定した相対解像度と関わる常数
で求められることを特徴とするものである。
In the sensitivity adaptation inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 6 of the present invention, the sensitivity adaptation function is an optimal node density function of the inverse analysis grid in the resistivity method,
The following formula,
F S = a (1 + b | S S | C )
Where F S : sensitivity adaptation function,
S S : Sensitivity statistic obtained from the sensitivity matrix, and the sensitivity statistic is also a function of all transmission / reception electrode sets and underground space coordinates through the sensitivity matrix.
c: constant related to dimension,
a: a constant related to the set maximum resolution and the range of the analysis area,
b: It is obtained by a constant related to the set relative resolution.

本発明の請求項6に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、感度適合関数が、比抵抗法における逆解析グリッドの最適な節点密度関数であり、
次式、
=a(1+b|S
式中、F:感度適合関数、
:感度行列から求めた感度統計値であって、感度統計値は感度行列を通したすべての送受信電極組と地下空間座標の関数でもある、
c:次元に関わる常数、
a:設定した最大解像度と解析領域の範囲と関わる常数、
b:設定した相対解像度と関わる常数
で求められるようにしたことにより、逆解析グリッドのグリッド節点密度を感度に適合させて最適に変更することができるので、解析解像度と解析効率が向上する。
In the sensitivity adaptation inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 6 of the present invention, the sensitivity adaptation function is an optimal node density function of the inverse analysis grid in the resistivity method,
The following formula,
F S = a (1 + b | S S | C )
Where F S : sensitivity adaptation function,
S S : Sensitivity statistic obtained from the sensitivity matrix, and the sensitivity statistic is also a function of all transmission / reception electrode sets and underground space coordinates through the sensitivity matrix.
c: constant related to dimension,
a: a constant related to the set maximum resolution and the range of the analysis area,
b: Since it is determined by a constant related to the set relative resolution, the grid node density of the inverse analysis grid can be optimally changed according to the sensitivity, so that the analysis resolution and analysis efficiency are improved.

本発明の請求項7に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、感度適合関数が求められると、直前の逆解析グリッドをバックグランドグリッドとしてグリッド節点の密度を感度適合関数に比例させて作り直し、作り直されたグリッドを有する最新の逆解析グリッドに基づいて、感度行列を形成し直すことを特徴とするものである。   In the sensitivity-adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 7 of the present invention, when the sensitivity adaptation function is obtained, the density of the grid nodes is proportional to the sensitivity adaptation function using the immediately preceding inverse analysis grid as the background grid. The sensitivity matrix is re-formed based on the latest inverse analysis grid having the re-created grid.

本発明の請求項7に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、感度適合関数が求められると、直前の逆解析グリッドをバックグランドグリッドとしてグリッド節点の密度を感度適合関数に比例させて作り直し、作り直されたグリッドを有する最新の逆解析グリッドに基づいて、感度行列を形成し直すようにしたことにより、新しいグリッドを生成するには、予め空間関数を定義するための格子を用意して生成しなければならないが、直前の逆解析グリッドをバックグランドグリッドとして用いることにより、別の空間関数に従った新しいグリッドを生成する必要がなくなるので、解析作業が効率化される。   In the sensitivity-adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 7 of the present invention, when the sensitivity adaptation function is obtained, the density of the grid nodes is proportional to the sensitivity adaptation function using the immediately preceding inverse analysis grid as the background grid. In order to generate a new grid by preparing the sensitivity matrix based on the latest inverse analysis grid with the re-created grid, a grid for defining the spatial function is prepared in advance. However, by using the immediately preceding inverse analysis grid as the background grid, it is not necessary to generate a new grid according to another spatial function, so that the analysis work is made efficient.

本発明の請求項8に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、形成し直された感度行列のうち、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析対象から除いて解析領域を決定して感度行列を割り出し、この割り出された感度行列に基づいて解析を行うことを特徴とするものである。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to claim 8 of the present invention excludes a parameter corresponding to a grid whose sensitivity is equal to or lower than a predetermined threshold from the analysis target from among the regenerated sensitivity matrix. The analysis region is determined, a sensitivity matrix is determined, and analysis is performed based on the determined sensitivity matrix.

本発明の請求項8に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、形成し直された感度行列のうち、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析対象から除いて解析領域を決定して感度行列を割り出し、この割り出された感度行列に基づいて解析を行うようにしたことにより、感度が所定の閾値以下または感度のないグリッドは解析領域から除去されるので、測定値に対して有効な解析範囲にのみ基づいて解析が行われる。   In the sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 8 of the present invention, a parameter corresponding to a grid whose sensitivity is equal to or lower than a predetermined threshold is excluded from the analysis target in the regenerated sensitivity matrix. Since the analysis region is determined and the sensitivity matrix is calculated, and the analysis is performed based on the calculated sensitivity matrix, the sensitivity is equal to or lower than the predetermined threshold value or the grid having no sensitivity is removed from the analysis region. The analysis is performed based only on the effective analysis range for the measured value.

本発明の請求項1に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を小領域にそれぞれ分割したグリッド節点密度の高い順解析グリッドとこの順解析グリッドよりグリッド節点密度が低い逆解析グリッドとを設定するとともに、それぞれの小領域に実際に測定した観測データに基づいて求められた物性平均値を与えて得られるグリッドに物性値を付加した地盤モデルを設定し、設定された地盤モデルから理論的に計算される理論値と観測データとを比較し、誤差の範囲内であれば逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値の解析結果を出力して地盤の物性値分布を推定し、誤差の範囲外であれば、各観測データに対する各パラメータの感度を求めて感度行列を形成し、観測データの理論値と実測値との差と感度行列とに基づいて逆解析を行い、新たにパラメータ値を求め、求められたパラメータ値を逆解析グリッドに与え、地盤モデルの更新を繰り返して解析を行う解析法であって、順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成し、形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、求められた感度統計値に基づいて逆解析グリッドの節点密度を制御する関数を求め、この関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直すようにしているので、解析の進行に伴って、地下領域を、実際に使われた観測データと地下比抵抗分布とに適合したグリッドに分割することができ、物性値変化が関与する解析領域を過不足なく適切に設定することができ、解析の解像度が向上するとともに、計算負荷が減じられ解析効率が向上する。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 1 of the present invention is based on the input terrain information data, the electrode source position data, and the observation data obtained by actual measurement. Set up a forward analysis grid with a high grid node density and a reverse analysis grid with a lower grid node density than this forward analysis grid, as well as the average of the physical properties obtained based on the observation data actually measured in each small area Set a ground model with physical properties added to the grid obtained by giving values, compare the theoretical value theoretically calculated from the set ground model with the observed data, and perform reverse analysis if within the error range Output the analysis results of the grid and the physical property values defined in the grid to estimate the physical property value distribution of the ground. Determine the sensitivity of the parameter to form a sensitivity matrix, perform a reverse analysis based on the difference between the theoretical value of the observed data and the actual measurement value, and the sensitivity matrix, obtain a new parameter value, and reversely analyze the calculated parameter value An analysis method in which the analysis is performed by repeatedly applying the ground model to the grid, and each of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is constituted by a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis is performed. A function that configures the grid so that the grid node density is variably controlled, calculates the sensitivity statistics of each parameter from the formed sensitivity matrix, and controls the node density of the inverse analysis grid based on the obtained sensitivity statistics Based on this function, the grid node density of the inverse analysis grid is corrected according to the change in the physical property value and the sensitivity, and the inverse analysis grid is set again. Since the sensitivity matrix is re-formed based on the reconfigured inverse analysis grid, the subsurface area is adapted to the actually used observation data and the subsurface resistivity distribution as the analysis progresses. It is possible to divide the grid into the grids, and to appropriately set the analysis area in which the physical property value change is concerned without excess or deficiency, improving the resolution of the analysis and reducing the calculation load and improving the analysis efficiency.

本発明の請求項4に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法は、入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を多数の小領域に分割し、グリッドの節点密度の高い格子を有する順解析グリッドと順解析グリッドより節点密度の低い格子を有する逆解析グリッドとをそれぞれ生成し、これら順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成する第1のステップと、送受信電極の組み合わせにより得られた観測データに基づいて地下の物性平均値を求め、その物性平均値を、生成された逆解析グリッドのメッシュの節点を接続した線また面で囲むセルに初期物性パラメータとして付与し初期モデルを設定する第2のステップと、設定された初期モデルに基づいて順解析グリッドの各セルに物性パラメータを付与し物性モデルを設定する第3のステップと、設定された物性モデルに基づいて順解析を行い、この物性モデルにおける実測と一致する電極の送受信配置で、この物性モデルに基づいて観測データに対する物理応答の理論値を求め、順解析グリッドの各節点におけるモデル理論解を求める第4のステップと、モデル理論解と観測データとを比較し誤差の範囲内か否かの収束判定を行う第5のステップと、第5のステップで、誤差の範囲内と判定された場合、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値を出力して解析を終了する第6のステップと、第5のステップで、誤差の範囲外と判定された場合、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、逆解析グリッドに対応する感度行列を形成する第7のステップと、第7のステップで形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、その感度統計値から逆解析グリッドに対応し感度に適合する関数を求め、この感度適合関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、感度適合関数に応じて設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直し、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定する第8のステップと、モデル理論解と観測データとの差と形成し直された感度行列とに基づいて逆解析を行い、物性パラメータを修正して新たな物性パラメータを求め、この新たに求められた物性パラメータを逆解析グリッドの各セルに付与して更新モデルを設定し、第3のステップの初期モデルを、この更新モデルに代えて第3のステップに復帰する第9のステップとを有するようにしているので、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて変え、この感度に応じて設定し直された最新の逆解析グリッドに基づいて解析を行うことができ、解析の進行に伴って、地下領域を、実際に使われた観測データと地下比抵抗分布とに適合したグリッドに分割することができ、物性値変化が関与する解析領域を過不足なく適切に設定することができ、解析の解像度が向上するとともに、計算負荷が減じられ解析効率が向上する。   The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to claim 4 of the present invention is based on the input topographic information data, the electrode source position data, and the observation data obtained by actual measurement. A forward analysis grid having a grid with a high node density of the grid and a reverse analysis grid having a grid with a node density lower than that of the forward analysis grid are generated, and each grid of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is generated. Is composed of a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis grid is configured to have a grid node density variably controlled, and observation data obtained by a combination of transmitting and receiving electrodes The average physical property value of the basement is calculated based on the above, and the physical property average value is calculated on the line or plane connecting the nodes of the mesh of the generated inverse analysis grid. A second step of setting an initial model by setting an initial physical property parameter to the cell, and a third step of setting a physical property model by assigning a physical parameter to each cell of the forward analysis grid based on the set initial model; The forward analysis is performed based on the set physical property model, and the theoretical value of the physical response to the observation data is obtained based on the physical property model with the electrode transmission / reception arrangement that matches the actual measurement in the physical property model. A fourth step for obtaining a model theoretical solution at the node, a fifth step for comparing the model theoretical solution and the observation data, and determining whether or not it is within the error range, and an error range in the fifth step In the sixth step and the fifth step in which the inverse analysis grid and the physical property value defined in the grid are output and the analysis is terminated, If it is determined that the difference is out of the range, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid, and a sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed in the seventh step and the seventh step. The sensitivity statistic of each parameter is obtained from the formed sensitivity matrix, the function corresponding to the inverse analysis grid corresponding to the sensitivity analysis is obtained from the sensitivity statistics, and the grid node density of the inverse analysis grid is calculated based on the sensitivity adaptation function. Correct the density according to the physical property value change and the sensitivity and re-set the inverse analysis grid, re-form the sensitivity matrix based on the inverse analysis grid re-set according to the sensitivity adaptation function, An eighth step of determining an analysis region by removing a parameter corresponding to a grid whose sensitivity is equal to or less than a predetermined threshold from the analysis parameter, and the difference and formation between the model theoretical solution and the observation data Inverse analysis is performed on the basis of the revised sensitivity matrix, the physical property parameter is corrected to obtain a new physical property parameter, and the newly obtained physical property parameter is assigned to each cell of the inverse analysis grid to update the model. Since the initial model of the third step has a ninth step for returning to the third step instead of the updated model, the density of the grid nodes of the inverse analysis grid is changed by changing the physical property value. The analysis can be performed based on the latest inverse analysis grid that has been reconfigured according to the sensitivity, and the subsurface area is actually used as the analysis progresses. Can be divided into grids suitable for the observed observation data and the distribution of underground resistivity, the analysis area involved in the change in physical property values can be set appropriately without excess and deficiency, and the resolution of the analysis can be improved. Moni, calculation load is reduced analysis efficiency is improved.

図1は、本発明実施例に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法を工程順に説明するフローチャートである。(実施例1)FIG. 1 is a flowchart for explaining a sensitivity-adapted inverse analysis method in numerical analysis of a specific resistance method according to an embodiment of the present invention in the order of steps. (Example 1) 図2の(A)、(B)はそれぞれ、図1の方法に用いられる解析の一例に係る二次元地盤モデルの説明図およびその電極系配置の説明図である。2A and 2B are respectively an explanatory diagram of a two-dimensional ground model and an explanatory diagram of an electrode system arrangement thereof according to an example of analysis used in the method of FIG. 図3の(A)、(B)はそれぞれ、上記感度適合解析法(Sensitivity Adaptive Inversion、SAI法)による解析の一例を示す説明図および順解析グリッドの説明図である。3A and 3B are an explanatory diagram showing an example of analysis by the sensitivity adaptive analysis method (Sensitivity Adaptive Inversion, SAI method) and an explanatory diagram of a forward analysis grid, respectively. 図4の(A)、(B)はそれぞれ、上記感度適合解析法(SAI法)による解析の一例を示す説明図および初期逆解析グリッドの説明図である。4A and 4B are an explanatory diagram showing an example of analysis by the sensitivity matching analysis method (SAI method) and an explanatory diagram of an initial inverse analysis grid, respectively. 図5は、感度適合関数の実例と感度のないパラメータグリッドを除去する範囲の実例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a sensitivity matching function and an example of a range in which a parameter grid having no sensitivity is removed. 図6の(A)、(B)はそれぞれ、上記感度適合解析法(SAI法)による解析の進行に伴って、逆解析グリッドが変化する状態を示す説明図である。FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams showing a state in which the inverse analysis grid changes as the analysis by the sensitivity matching analysis method (SAI method) proceeds. 図7の(A)、(B)はそれぞれ、上記感度適合解析法(SAI法)による解析の進行に伴って、逆解析グリッドが変化する状態を示す説明図および解析結果図である。FIGS. 7A and 7B are an explanatory diagram and an analysis result diagram showing a state in which the inverse analysis grid changes as the analysis by the sensitivity matching analysis method (SAI method) proceeds. 図8は図1の方法に用いられる解析の他の例に係る三次元地盤モデルの説明図である。(実施例2)FIG. 8 is an explanatory diagram of a three-dimensional ground model according to another example of analysis used in the method of FIG. (Example 2) 図9は、図8の地盤モデルについて解析の初期逆解析グリッドの状態でx=7.5mにおけるY−Z断面に投影したモデルグリッドの接点分布を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the contact distribution of the model grid projected on the YZ cross section at x = 7.5 m in the state of the initial inverse analysis grid of the analysis of the ground model of FIG. 図10は、図8の地盤モデルについて図9の状態からさらに解析の進行に伴い逆解析グリッドが変化した状態でx=7.5mにおけるY−Z断面に投影したモデルグリッドの接点分布を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the contact distribution of the model grid projected on the YZ cross section at x = 7.5 m in the state where the reverse analysis grid is changed from the state of FIG. 9 with the progress of analysis for the ground model of FIG. FIG. 図11は、図8の地盤モデルについて図10の状態からさらに解析の進行に伴い逆解析グリッドが変化した状態でx=7.5mにおけるY−Z断面に投影したモデルグリッドの接点分布を示す断面図である。FIG. 11 is a cross section showing the distribution of contact points of the model grid projected on the YZ cross section at x = 7.5 m in the state where the reverse analysis grid is changed from the state of FIG. FIG. 図12は、図8の地盤モデルについて図9の状態でy=7.5mにおけるX−Z断面に投影したモデルグリッドの点分布を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a point distribution of a model grid projected on the XZ cross section at y = 7.5 m in the state of FIG. 9 in the ground model of FIG. 図13は、図8の地盤モデルについて図10の状態でy=7.5mにおけるX−Z断面に投影したモデルグリッドの点分布を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a point distribution of a model grid projected on the XZ cross section at y = 7.5 m in the state of FIG. 10 for the ground model of FIG. 図14は、図8の地盤モデルについて図11の状態でy=7.5mにおけるX−Z断面に投影したモデルグリッドの点分布を示す断面図である。14 is a cross-sectional view showing a point distribution of a model grid projected on the XZ cross section at y = 7.5 m in the state of FIG. 11 in the ground model of FIG. 図15は、図8の地盤モデルについて図9の状態でz=−7.5mにおけるX−Y断面に投影したモデルグリッドの点分布を示す断面図である。15 is a cross-sectional view showing a point distribution of a model grid projected on the XY cross section at z = −7.5 m in the state of FIG. 9 in the ground model of FIG. 図16は、図8の地盤モデルについて図10の状態でz=−7.5mにおけるX−Y断面に投影したモデルグリッドの点分布を示す断面図である。16 is a cross-sectional view showing the point distribution of the model grid projected on the XY cross section at z = −7.5 m in the state of FIG. 10 for the ground model of FIG. 図17は、図8の地盤モデルについて図11の状態でz=−7.5mにおけるX−Y断面に投影したモデルグリッドの点分布を示す断面図である。17 is a cross-sectional view showing a point distribution of a model grid projected on the XY cross section at z = −7.5 m in the state of FIG. 11 for the ground model of FIG. 図18は、図11についてx=7.5mの断面における逆解析の結果を示す逆解析結果図である。FIG. 18 is a reverse analysis result diagram showing the result of the reverse analysis in the cross section of x = 7.5 m with respect to FIG. 図19は、図14についてy=7.5mの断面における逆解析の結果を示す逆解析結果図である。FIG. 19 is a reverse analysis result diagram showing the result of the reverse analysis in the cross section of y = 7.5 m with respect to FIG. 図20は、図18についてz=−7.5mの断面における逆解析の結果を示す逆解析結果図である。FIG. 20 is a reverse analysis result diagram showing the result of the reverse analysis in the cross section of z = −7.5 m with respect to FIG. 図21は、従来の比抵抗法の数値解析における逆解析法を工程順に説明するフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart for explaining the inverse analysis method in the numerical analysis of the conventional specific resistance method in the order of steps. 図22は、図8の三次元地盤モデルについて図21に示す従来の逆解析法を用いて解析の進行に伴いx=7.5mにおけるY−Z断面に投影した逆解析のグリッド図である。FIG. 22 is a grid diagram of the inverse analysis in which the three-dimensional ground model of FIG. 8 is projected onto the YZ section at x = 7.5 m with the progress of analysis using the conventional inverse analysis method shown in FIG. 図23は、図22の状態でy=7.5mにおけるX−Z断面に投影した逆解析のグリッド図である。FIG. 23 is a grid diagram of inverse analysis projected on the XZ section at y = 7.5 m in the state of FIG. 図24は、図22の状態でz=−7.5mにおけるX−Y断面に投影した逆解析のグリッド図である。FIG. 24 is a grid diagram of inverse analysis projected on the XY cross section at z = −7.5 m in the state of FIG. 22. 図25は、図22についてx=7.5mの断面における逆解析の結果を示す逆解析結果図である。FIG. 25 is a reverse analysis result diagram showing the result of the reverse analysis in the cross section of x = 7.5 m with respect to FIG. 図26は、図22についてy=7.5mの断面における逆解析の結果を示す逆解析結果図である。FIG. 26 is a reverse analysis result diagram showing the result of the reverse analysis in the cross section of y = 7.5 m with respect to FIG. 図27は、図22についてz=−7.5mの断面における逆解析の結果を示す逆解析結果図である。FIG. 27 is a reverse analysis result diagram showing the result of reverse analysis in the cross section of z = −7.5 m with respect to FIG. 図28の(A)ないし(C)はそれぞれ、従来のモデルグリッドの配置で不適合の例を示す説明図である。FIGS. 28A to 28C are explanatory diagrams showing examples of nonconformity in the conventional model grid arrangement. 図29の(A)、(B)はそれぞれ、既知の空洞を探査するにあたり、本発明に係る方法を用いて解析した解析結果と、モデルグリッドを固定する従来の方法を用いて解析した解析結果とを比較して示す解析結果の比較図である。(実施例3)FIGS. 29A and 29B show analysis results analyzed using the method according to the present invention and the analysis results analyzed using the conventional method of fixing the model grid in searching for a known cavity, respectively. It is a comparison figure of the analysis result shown by comparing. (Example 3) 図30の(A)、(B)はそれぞれ、本発明の非構造的な格子を説明する説明図である。FIGS. 30A and 30B are explanatory views for explaining the unstructured lattice of the present invention. 図31は、各イタレーションの相対平均二乗誤差RMSの変化を示す変化図である。FIG. 31 is a change diagram showing a change in the relative mean square error RMS of each iteration.

解析の解像度と解析効率の向上を図るという目的を、入力された地形情報データと電極のソース位置データとに基づいて、地下空間を小領域にそれぞれ分割したグリッド節点密度の高い順解析グリッドとこの順解析グリッドよりグリッド節点密度が低い逆解析グリッドとを設定するとともに、それぞれの小領域に実際に測定した観測データに基づいて求められた物性平均値を与えて得られる地盤モデルを設定し、設定された地盤モデルから理論的に計算される理論値と観測データとを比較し、誤差の範囲内であれば逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値の解析結果を出力して地盤の物性値分布を推定し、誤差の範囲外であれば、各観測データに対する各パラメータの感度を求めて感度行列を形成し、観測データの理論値と実測値との差と感度行列とに基づいて逆解析を行い、新たにパラメータ値を求め、求められたパラメータ値を逆解析グリッドに与え、地盤モデルの更新を繰り返して解析を行う解析法であって、順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成し、形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、求められた感度統計値に基づいて逆解析グリッドの節点密度を制御する関数を求め、この関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直すようにし、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆解析グリッドの節点における物性値変化が大きい部位と感度が強い部位では節点密度を高め、物性値変化が小さい部位と感度が弱い部位では節点密度を低くするよう修正し、各観測データに対して各パラメータの感度を求める際、観測データの測定値に対する感度が所定の閾値以下のグリッドを解析用パラメータから外して解析領域を決定するようにしたことにより実現した。   Based on the input terrain information data and electrode source position data, the forward analysis grid with a high node density and grid nodes divided into small areas based on the input topographic information data and electrode source position data, Set up a reverse analysis grid with a grid node density lower than that of the forward analysis grid, and set up a ground model obtained by giving the average value of physical properties obtained based on actually measured observation data to each small area The theoretical values calculated theoretically from the obtained ground model are compared with the observed data, and if it is within the error range, the analysis results of the inverse analysis grid and the physical property values defined in the grid are output to output the physical properties of the ground Estimate the value distribution, and if it is out of the error range, find the sensitivity of each parameter for each observation data, form a sensitivity matrix, and calculate the theoretical and actual values of the observation data This is an analysis method that performs inverse analysis based on the difference between the two and the sensitivity matrix, obtains a new parameter value, assigns the obtained parameter value to the inverse analysis grid, and performs analysis by repeatedly updating the ground model. Each analysis grid and inverse analysis grid is composed of a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis grid is configured so that the grid node density is variably controlled. From the obtained sensitivity statistics, a function for controlling the nodal density of the inverse analysis grid is obtained, and based on this function, the density of the grid nodal density of the inverse analysis grid is calculated. Modify according to the magnitude of change and sensitivity, reset the inverse analysis grid, and re-form the sensitivity matrix based on the reset inverse analysis grid When setting the density of the grid nodes of the inverse analysis grid, increase the node density in the part where the physical property value change is large and the part where the sensitivity is strong, and the node is small in the part where the physical property value change is small and the part where the sensitivity is weak Modified to reduce the density, and when determining the sensitivity of each parameter for each observation data, the analysis area is determined by removing the grid whose sensitivity to the measurement value of the observation data is below the predetermined threshold from the analysis parameters. It was realized by doing.

以下、図面に示す実施例により本発明を説明する。図1は、本発明に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法を工程順に説明するフローチャート、図2は、図1の方法に用いられるモデル地盤の一例を示す説明図である。比抵抗モデル地盤は、図2の(A)に示すように、比抵抗が100Ωmの大地に三種類の比抵抗異常体が埋設されている地盤モデルである。図2の(B)に示す電極系により測定される観測データは数値解析により求め、これらのデータに5%のランダムノイズを与え、実測データとして解析される。
まず、図2の(A)に示すような二次元地盤比抵抗モデルを想定し、その比抵抗構造を解明するのが探査の目的である。比抵抗法によりその比抵抗構造を解明するために、図2の(B)に示すように、地表と地下に電極el(図2(A)、(B)の参照)から構成される電極系elsysを設定する。電極位置座標と地表地形座標は既知であり、この電極系から選出した4本の電極を一組(送信電極2本と受信電極2本)として、送信電流と受信電位差とを実測により観測する。このように選出された4本の電極組が、全部でn組があり、それぞれについて送信電流と受信電位差が観測されたものとする。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining the sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to the present invention in the order of steps, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the model ground used in the method of FIG. As shown in FIG. 2A, the specific resistance model ground is a ground model in which three types of specific resistance abnormal bodies are embedded in the ground having a specific resistance of 100 Ωm. The observation data measured by the electrode system shown in FIG. 2B is obtained by numerical analysis, and 5% random noise is given to these data and analyzed as actual measurement data.
First, the purpose of exploration is to elucidate the resistivity structure assuming a two-dimensional ground resistivity model as shown in FIG. In order to elucidate the resistivity structure by the resistivity method, as shown in FIG. 2B, an electrode system composed of electrodes el (see FIGS. 2A and 2B) on the ground surface and underground Set elsys. The electrode position coordinates and the surface topographic coordinates are known, and the transmission current and the reception potential difference are observed by actual measurement with a set of four electrodes selected from this electrode system (two transmission electrodes and two reception electrodes). It is assumed that the four electrode groups selected in this way have a total of n, and the transmission current and the reception potential difference are observed for each of them.

以下、第1の実施例に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法について、図1に示す解析手順に従って説明する。解析を始めるに際し、まず、地形座標データ、電極位置データ及び実測による観測データ(送信電流と受信電位差)を入力する(図1に示すStep A(第1のステップ)のS1参照)。   Hereinafter, a sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to the first embodiment will be described according to the analysis procedure shown in FIG. When starting the analysis, first, topographical coordinate data, electrode position data, and observation data (transmission current and reception potential difference) by actual measurement are input (see S1 of Step A (first step) shown in FIG. 1).

これらのデータに基づいて、地下空間の離散化を行うため地下空間を非構造的な格子により多数の小領域cl(本実施例では三角形の小領域、図3の(A)、(B)参照)に分割し、図3の(A)、(B)に示すようなグリッドの節点nlの密度の高い格子を有する順解析グリッドと、図4の(A)、(B)に示すような順解析グリッドよりも節点密度の低い格子を有する逆解析グリッドをそれぞれ設定し、逆解析グリッドは、グリッド節点密度が可変に制御されるように、すなわち、隣り合う節点間距離が可変に制御されるように構成される(図1に示すStep AのS2およびS3参照)。   In order to discretize the underground space based on these data, the underground space is divided into a large number of small regions cl (in this embodiment, triangular small regions, see FIGS. 3A and 3B) by an unstructured grid. ) And a forward analysis grid having a high density grid of grid nodes nl as shown in FIGS. 3A and 3B, and a sequence as shown in FIGS. 4A and 4B. Each of the inverse analysis grids having a grid having a node density lower than that of the analysis grid is set, so that the grid density of the inverse analysis grid is variably controlled, that is, the distance between adjacent nodes is variably controlled. (Refer to S2 and S3 of Step A shown in FIG. 1).

次に、入力された各データを用いて、見掛け比抵抗を求め、地下平均比抵抗を計算する。地下平均比抵抗は次式で表される。   Next, using the input data, the apparent resistivity is obtained, and the average underground resistivity is calculated. The average underground resistivity is expressed by the following equation.

上記数式、数1において、ρmean:平均比抵抗、n:観測データ数、ρai:i番目の見かけ比抵抗である。見かけ比抵抗は次式で表される。 In the above mathematical formula (1), ρ mean : average specific resistance, n: number of observation data, ρ ai : i-th apparent specific resistance. Apparent specific resistance is expressed by the following equation.

上記数式、数2において、ΔU:i番目電極組の受信電極間に観測された電位差(V)、I:i番目電極組の送信電極間に流す電流(A)、K:i番目電極組の電極係数である。計算された地下平均比抵抗を初期逆解析グリッドに初期物性パラメータとして付与し、初期地盤モデルを設定する(図1のStep B(第2のステップ)参照)。 In the above mathematical expression (2), ΔU i : potential difference (V) observed between the receiving electrodes of the i-th electrode group, I i : current (A) flowing between the transmitting electrodes of the i-th electrode group, K i : i-th It is an electrode coefficient of an electrode set. The calculated subsurface average resistivity is assigned as an initial physical property parameter to the initial inverse analysis grid, and an initial ground model is set (see Step B (second step) in FIG. 1).

なお、メッシュとグリッドは概念上近い用語であり、格子とも呼ばれる。本実施例においては、グリッドは局所的なメッシュをいい、メッシュはグリッドを連接するネットワーク(連接関係)の全般をいう。その構成は、ともに三つの要素からなる。それは、節点(あるグリッド点)と節点を連接する線(二次元)あるいは面(三次元)とセルから構成される。メッシュの節点を連接する線(面)で囲む最も単純な空間範囲はセルという。通常、節点が変わらなくても連接する方法は多くある。節点を連接する方法は格子生成法(Mesh Generation Method)による。格子生成法では、大別すると、構造的な生成法と非構造的な生成法とがある。前者は通常四角形(二次元)あるいは六面体(三次元)を基本セルとしてメッシュを作る。後者は、通常三角形(二次元)あるいは四面体(三次元)を基本セルとしてメッシュを作る。既知の地下物性モデル、境界とソースからの物理場応答を求める問題は順問題という。順問題を解く解析は順解析という。既知のソース、境界と測定された物理場データから、その原因となる地下物性分布を推定する問題は逆問題という。逆問題を解く解析は逆解析という。逆解析の過程に、通常、順解析を含む。物理探査において逆問題を解く場合は、地下空間を多くのセル(小領域)に分割し、それぞれのセルの構成要素に物性値を与える必要がある。この場合、セルは重複しないで、全解析領域を埋め尽くす必要がある。このような地下領域の分割を地下空間の離散化といい、正しく離散化させるには適切な格子生成法を用いる必要がある。順解析に使われる格子を順解析グリッドfwg、逆解析のパラメータを定義する格子を逆解析グリッドivg(パラメータグリッドあるいはモデルグリッド)という。逆解析においては、これら順解析グリッドと逆解析グリッドの2種類のメッシュの外縁境界とコントロールされた空間が完全に一致することが求められる。   Note that mesh and grid are conceptually similar terms and are also called lattices. In this embodiment, the grid refers to a local mesh, and the mesh refers to the entire network (connected relationship) that connects the grids. The composition is composed of three elements. It consists of a node (a grid point) and a line (two-dimensional) or surface (three-dimensional) connecting the nodes and a cell. The simplest spatial range that encloses mesh nodes with connecting lines (surfaces) is called a cell. There are usually many ways to connect even if the nodes do not change. The method of connecting the nodes is based on the mesh generation method. The lattice generation method is roughly classified into a structural generation method and an unstructured generation method. The former usually creates a mesh with a quadrilateral (2D) or hexahedron (3D) as a basic cell. In the latter case, a mesh is usually created with a triangular (two-dimensional) or tetrahedron (three-dimensional) as a basic cell. The problem of obtaining physical field responses from a known underground physical property model, boundary and source is called a forward problem. Analysis that solves a forward problem is called forward analysis. The problem of estimating the underlying physical property distribution from known sources, boundaries, and measured physical field data is called an inverse problem. Analysis that solves the inverse problem is called inverse analysis. The reverse analysis process usually includes forward analysis. When solving the inverse problem in geophysical exploration, it is necessary to divide the underground space into many cells (small areas) and give physical property values to the components of each cell. In this case, it is necessary to fill the entire analysis area without overlapping the cells. Such division of the underground region is called discretization of the underground space, and it is necessary to use an appropriate grid generation method in order to discretize correctly. The grid used for the forward analysis is called the forward analysis grid fwg, and the grid defining the parameters for the reverse analysis is called the reverse analysis grid ivg (parameter grid or model grid). In the inverse analysis, it is required that the outer edge boundaries of the two types of meshes of the forward analysis grid and the inverse analysis grid coincide with the controlled space completely.

上記第2のステップStep Bで、初期モデルが設定されると、次に、設定された初期モデルに基づいて順解析グリッドの各セルに物性パラメータを付与し物性モデルを設定する(図1のStep C(第3のステップ)参照)。すなわち、初期モデルにより順解析グリッドに比抵抗値ρを割り当てる。次に、設定された物性モデルに基づいて順解析を行い、この物性モデルにおける実測と一致する電極の送受信配置で、この物性モデルに基づいて観測データに対する物理応答の理論値を求め、順解析グリッドの各節点におけるモデル理論解を求める(図1の第4のステップStep D参照)。   When the initial model is set in the second step Step B, the physical property parameter is assigned to each cell of the forward analysis grid based on the set initial model to set the physical property model (Step 1 in FIG. 1). C (see third step)). That is, the specific resistance value ρ is assigned to the forward analysis grid according to the initial model. Next, forward analysis is performed based on the set physical property model, and the theoretical value of the physical response to the observation data is obtained based on this physical property model with the electrode transmission / reception arrangement that matches the actual measurement in this physical property model, and the forward analysis grid The model theoretical solution at each node is obtained (see the fourth step Step D in FIG. 1).

次に、モデル理論解と観測データとを比較し誤差の範囲内か否かの収束判定を行う(図1の第5のステップStep E参照)。そして、この第5のステップStep Eで、誤差の範囲内と判定された場合、すなわち、計算されたモデル理論解と実際に測定された観測値とを比較し、モデル理論解と観測値との差が誤差の範囲内と判別された場合、つまり、モデル理論解と観測値との相対平均二乗誤差RMSが充分小さくなったと判別された場合(図31参照)、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値ρを出力して解析を終了する(図1の第6のステップStep F参照)。図31の相対平均二乗誤差RMSの変化に示されるように、解析用データに5%のランダムノイズを加えているため、RMSはそのノイズレベル付近に収束すれば、RMSは充分に小さくなったといえる。実際の探査中のデータに対するRMSの判別基準は実測データのノイズレベルを推定する上で設定される。ここでモデル理論解と観測値との相対平均二乗誤差RMSは次式で表される。   Next, the model theoretical solution is compared with the observation data to determine whether or not the error is within the error range (see the fifth step Step E in FIG. 1). Then, if it is determined in the fifth step Step E that it is within the error range, that is, the calculated model theoretical solution is compared with the actually measured observation value, and the model theoretical solution and the observed value are compared. When the difference is determined to be within the error range, that is, when it is determined that the relative mean square error RMS between the model theoretical solution and the observed value is sufficiently small (see FIG. 31), the inverse analysis grid and the grid are defined. The physical property value ρ thus output is output to complete the analysis (see the sixth step Step F in FIG. 1). As indicated by the change in the relative mean square error RMS in FIG. 31, since 5% random noise is added to the analysis data, it can be said that the RMS is sufficiently small if the RMS converges near the noise level. . The RMS discriminant standard for the data currently being searched is set for estimating the noise level of the actually measured data. Here, the relative mean square error RMS between the model theoretical solution and the observed value is expressed by the following equation.

一方、第5のステップStep Eで、誤差の範囲外と判定された場合、すなわち、計算されたモデル理論解と実際に測定された観測値とを比較し、モデル理論解と観測値との相対平均二乗誤差RMSが充分小さくなっていなかったと判別された場合、順解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、感度行列を形成する(図1の第7のステップStep G参照)。すなわち、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する感度ベクトルを求める。観測データに対するパラメータの感度とは、地下に作成したセル1単位のパラメータの物性値を変化させたときに生じる、観測データに対する物理応答の変化量のことである。感度行列とは、i番目の観測データに対するj番目のパラメータの感度を行列のi行j列に置き、この操作をすべてのiとjに対して行って、生成した行列のことをいう。つまり、図1の第7のStep Gで求められる観測データに対するパラメータの感度が、地下に作成したセル1単位のパラメータの物性値を変化させたときに生じる、観測データに対する物理応答の変化量であって、感度行列が、i番目の観測データに対するj番目のパラメータの感度を行列のi行j列に置き、この操作を1からn行と1からm列(i、j、m、nは自然数)とに対してすべて行って生成した感度行列である。   On the other hand, if it is determined in the fifth step Step E that it is out of the error range, that is, the calculated model theoretical solution and the actually measured observation value are compared, and the model theoretical solution is compared with the observed value. When it is determined that the mean square error RMS is not sufficiently small, the sensitivity of each parameter with respect to each observation data is obtained for each node of the forward analysis grid, and a sensitivity matrix is formed (see the seventh step Step G in FIG. 1). ). That is, a sensitivity vector for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid. The sensitivity of the parameter to the observation data refers to the amount of change in the physical response to the observation data that occurs when the physical property value of the parameter for one cell created underground is changed. The sensitivity matrix is a matrix generated by placing the sensitivity of the j-th parameter for the i-th observation data in i rows and j columns of the matrix and performing this operation on all i and j. In other words, the sensitivity of the parameter to the observation data obtained in the seventh Step G in FIG. 1 is the amount of change in the physical response to the observation data that occurs when the physical property value of the parameter for one cell created underground is changed. The sensitivity matrix places the sensitivity of the j-th parameter for the i-th observation data in the i-row and j-column of the matrix, and this operation is performed from 1 to n rows and 1 to m columns (i, j, m, n are This is a sensitivity matrix generated by performing all processing on natural numbers).

次に、第7のステップStep Gで形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、その感度統計値から逆解析グリッドに対応し感度に適合する関数Fを求める(図1の第8のステップStep HのS4参照)。感度適合関数Fは、感度統計値から求められ、比抵抗法における逆解析グリッドの最適な節点密度関数であり、
次の(4)式により求められる。
=a(1+b|S )・・・・・(4)
式中、F:感度適合関数、S:感度行列から求めた感度統計値、c:次元に関わる常数、a:設定した最大解像度と解析領域の範囲と関わる常数、b:設定した相対解像度と関わる常数である。
感度統計値Sは、あるモデルにおいて、一つのパラメータの感度が送受信の組み合わせにより大きく異なっているので、最適な節点密度関数を求めるために、代表的な感度値は、それらの感度値から統計方法で選別される。選別された感度値を感度統計値Sという。
Next, a sensitivity statistical value of each parameter is obtained from the sensitivity matrix formed in the seventh step Step G, and a function F S corresponding to the inverse analysis grid and corresponding to the sensitivity is obtained from the sensitivity statistical value (first step in FIG. 1). (See S4 in Step H of Step 8). The sensitivity fitting function F S is obtained from sensitivity statistics, and is an optimal node density function of the inverse analysis grid in the resistivity method.
It is obtained by the following equation (4).
F S = a (1 + b | S S | C ) (4)
In the equation, F S : Sensitivity adaptation function, S S : Sensitivity statistical value obtained from sensitivity matrix, c: Constant related to dimension, a: Constant related to the set maximum resolution and analysis region range, b: Set relative resolution Is a constant involved.
Sensitivity statistic S S, in one model, the sensitivity of the one parameter is significantly different by the combination of transmission and reception, in order to obtain the optimum node density function, typical sensitivity values, statistics from their sensitivity value Sorted by method. The selected sensitivity value is referred to as a sensitivity statistical value S S.

次に、この感度適合関数Fに基づいて、現時点の逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直す(図1の第8のステップStep HのS5参照)。すなわち、感度適合関数Fが求められると、直前の逆解析グリッドをバックグランドグリッドとしてグリッド節点の密度を感度適合関数Fに比例させて作り直す。このとき、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆解析グリッドの節点における物性値変化が大きい部位と感度が強い部位では節点密度を高め、すなわち、節点間の距離を縮め、逆解析グリッドの節点における物性値変化が小さい部位と感度が弱い部位では節点密度を低く、すなわち、節点間の距離を広げるよう修正する。こうして新たな逆解析グリッドを作る。 Next, based on the sensitivity adaptation function F S , the density of the grid node density of the current inverse analysis grid is corrected according to the change in the physical property value and the sensitivity, and the inverse analysis grid is reset (see FIG. 1 (see S5 of Step H). That is, when the sensitivity adaptation function F S is obtained, the density of the grid nodes is made proportional to the sensitivity adaptation function F S using the immediately preceding inverse analysis grid as a background grid. At this time, when setting the density of the grid nodes of the inverse analysis grid, increase the node density in the part where the physical property value change at the node of the inverse analysis grid is large and the part where the sensitivity is strong. Correction is made so that the node density is low, that is, the distance between the nodes is increased, in the part where the change in the physical property value at the nodes of the grid is small and the part where the sensitivity is weak. This creates a new inverse analysis grid.

なお、通常、ある空間関数に従って新しいグリッドを生成する際には、予めその空間関数を定義するための格子を用意しなければならない。バックグランドグリッドは、そのような空間関数を定義する格子のことであり、格子生成に使われる格子のことである。ここでは、バックグランドグリッドの空間領域は生成しようとするグリッドの空間領域を包含する必要がある。   Normally, when a new grid is generated according to a certain spatial function, a grid for defining the spatial function must be prepared in advance. The background grid is a grid that defines such a spatial function, and is a grid used for grid generation. Here, the spatial area of the background grid needs to include the spatial area of the grid to be generated.

次に、第8のステップStep HのS5で新たな逆解析グリッドが作り直されると、この逆解析グリッドに基づいて、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、新たな逆解析グリッドに対応する感度行列を形成し直す(図1の第8のステップStep HのS6参照)。すなわち、再度、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する感度ベクトルを求める。そして、形成し直された感度行列のうち、感度が所定の閾値以下のグリッドを解析対象から除いて解析領域を決定して解析用の感度行列を割り出す(図1の第8のステップStep HのS6および図5参照)。次に、観測データのモデル理論解と実測の観測データの差と新たに割り出された感度行列を使って逆解析を行い、物性パラメータを修正して新たな物性パラメータを求め、この新たに求められた物性パラメータを逆解析グリッドの各セルに付与して更新モデルを設定し(図1の第9のステップStep I参照)、第3のステップStep Cの初期モデルを、この更新モデルに代えて第3のステップStep Cに復帰する(図1の第9のステップStep Iから第3のステップStep Cへの復帰参照)。   Next, when a new inverse analysis grid is recreated in S8 of the eighth step Step H, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid based on this inverse analysis grid, and a new A sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed again (see S6 in the eighth step Step H in FIG. 1). That is, again, a sensitivity vector for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid. Then, of the regenerated sensitivity matrix, the grid whose sensitivity is equal to or lower than a predetermined threshold is excluded from the analysis target, the analysis region is determined, and the sensitivity matrix for analysis is determined (in the eighth step Step H of FIG. 1). (See S6 and FIG. 5). Next, reverse analysis is performed using the difference between the model theoretical solution of the observed data and the actually observed data and the newly determined sensitivity matrix, and the physical parameter is corrected to obtain a new physical property parameter. An updated model is set by assigning the obtained physical property parameters to each cell of the inverse analysis grid (see the ninth step Step I in FIG. 1), and the initial model in the third step Step C is replaced with this updated model. The process returns to the third step Step C (see the return from the ninth step Step I to the third step Step C in FIG. 1).

すなわち、第9のステップStep Iでは、モデルグリッドへ修正された比抵抗で割り当て、第3のステップStep Cに戻り、再び、収束判定まで反復計算を行い、第5のステップStep Eで誤差の範囲内と判定されると、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値ρを出力して解析を終了する(第6のステップStep F参照)。第5のステップStep Eで誤差の範囲外と判定されると、上記第7のステップStep Gから第9のステップStep Iまでを繰り返すようになっている。図6の(A)、(B)および図7の(A)は、感度適合逆解析法において、図2(A)、(B)に示す第1の実施例のデータを解析する際の逆解析グリッドの変化の状況を示している。図7の(B)は、その逆解析結果が物性モデルに再現された様子を示す。   That is, in the ninth step Step I, the modified specific resistance is assigned to the model grid, the process returns to the third step Step C, the iterative calculation is performed again until the convergence determination, and the error range in the fifth step Step E. If it is determined to be inside, the inverse analysis grid and the physical property value ρ defined in the grid are output, and the analysis is terminated (see the sixth step Step F). If it is determined in the fifth step Step E that it is out of the error range, the seventh step Step G to the ninth step Step I are repeated. 6 (A), (B) and FIG. 7 (A) show the inverse when analyzing the data of the first embodiment shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B) in the sensitivity adaptive inverse analysis method. The analysis grid changes. FIG. 7B shows a state in which the inverse analysis result is reproduced in the physical property model.

図5は、感度適合関数の実例と感度のないパラメータグリッドを除去する範囲の実例を示す説明図で、電極範囲から曲線(半円状曲線)の内側は有効な解析領域であり、その外側の逆解析グリッドのセルに対応するパラメータは実際の逆解析パラメータから除外するようになっている。このため、解析の進行に伴い、地下領域を実際に使われた観測データと地下比抵抗分布に適合したグリッドに分割することができ、測定されたデータ群に対して物性値変化が関与する解析領域を過不足なく適切に設定することができる。しかも、解析範囲の決定にあたり地下構造の物性値分布に適合させてモデルグリッドのグリッドを変更することができ、解析解像度と解析効率の向上を図ることができる。このように、上記実施例に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、求められた感度適合関数F に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を制御するグリッド節点密度変更手段を設けているので、解析の進行に伴い逆解析グリッドを感度に適合させて修正することができる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a sensitivity matching function and an example of a range in which a parameter grid having no sensitivity is removed. The inside of the curve (semicircular curve) from the electrode range is an effective analysis region, The parameters corresponding to the cells of the inverse analysis grid are excluded from the actual inverse analysis parameters. For this reason, as the analysis progresses, the subsurface area can be divided into grids that match the actual observation data and the subsurface resistivity distribution, and analysis that involves changes in the physical properties of the measured data group. The area can be set appropriately without excess or deficiency. In addition, in determining the analysis range, the grid of the model grid can be changed in conformity with the distribution of physical property values of the underground structure, and the analysis resolution and analysis efficiency can be improved. As described above, in the sensitivity-adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to the above-described embodiment, the grid node density change for controlling the density of the grid nodes of the inverse analysis grid based on the obtained sensitivity adaptation function F S. Since the means is provided, the inverse analysis grid can be corrected to suit the sensitivity as the analysis progresses.

次に、上記実施例に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法の作用について説明する。上記実施例に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、解析の収束判定で、誤差の範囲外となった場合、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、逆解析グリッドに対応する感度行列が形成され、この感度行列に基づいて、感度適合関数Fが求められる。感度適合関数Fが求められると、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密は、物性値変化と感度との大きさに応じて修正され、逆解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするように修正されて、当該逆解析グリッドが設定し直される。このため、解析では感度がより正確に反映される。しかも所定の閾値に達しないグリッドは解析対象から除かれるので、計算負荷が軽減される。このように、本実施例に係る比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法では、有効な感度適合関数Fの適用により逆解析のパラメータを修正する毎に、モデルグリッドの分割状況を修正し、解析パラメータ数を最適化し、地下の物性値分布に適合したモデルグリッドの分割を行い、解析範囲を自動的に決定するようにしている。そして、観測点から遠い領域における解析精度も向上させることができる。これによりモデルグリッド分割にかかる主観性を低減し、自動的に観測データに適合した必要かつ充分なグリッド節点を正確な位置に配置することにより、計算量を節約することと観測データに含まれる地下情報を最大限に引き出すことができる。 Next, the operation of the sensitivity adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to the above embodiment will be described. In the sensitivity-adaptive inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to the above embodiment, when the convergence of the analysis is out of the error range, the sensitivity of each parameter for each observation data is set for each node of the inverse analysis grid. Then, a sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed, and a sensitivity adaptation function F S is obtained based on the sensitivity matrix. When the sensitivity adaptation function F S is obtained, the density of the grid node density of the inverse analysis grid is corrected according to the magnitude of the physical property value change and the sensitivity, and the physical property value change and the sensitivity at the node of the inverse analysis grid are large. The part is corrected so as to increase the node density and the part having a small change in physical property value and sensitivity to decrease the node density, and the inverse analysis grid is reset. For this reason, sensitivity is reflected more accurately in the analysis. In addition, since the grid that does not reach the predetermined threshold is excluded from the analysis target, the calculation load is reduced. As described above, in the sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the resistivity method according to the present embodiment, the model grid division state is corrected each time the inverse analysis parameters are corrected by applying an effective sensitivity adaptation function F S. Then, the number of analysis parameters is optimized, and the model grid is divided according to the distribution of physical property values in the basement to automatically determine the analysis range. And the analysis precision in the area | region far from an observation point can also be improved. This reduces the subjectivity of the model grid division and automatically places necessary and sufficient grid nodes that fit the observation data at the correct location, thereby saving computational complexity and the underground data included in the observation data. Information can be extracted to the maximum.

次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例では、物理探査の一例として図8に示す電気探査を取り上げ、図1に示す本発明のモデルグリッド(パラメータモデルグリッド)の分割態様を比抵抗分布に応じて修正して解析を行った結果(図9ないし図17参照)と、図21ないし図27に示す本発明と異なりモデルグリッドの分割態様を比抵抗分布に応じて修正しないで解析を行った従来のケースによる結果(図22ないし図24参照)とを比較して説明する。比抵抗モデル地盤は、図8に示すように、比抵抗が100Ωmの大地に比抵抗が1Ωmで一辺が5mの立方体の低比抵抗体Xが埋設されているモデル地盤が設定される。比抵抗モデル地盤が設定されると、直交2測線の電極系で2極法による二次元電気探査(電極間隔4m)を行ったときの測定値を数値解析により求め、これらのデータに3%のランダムノイズを与えたものをモデル測定値とし、モデル測定値により三次元逆解析を行った。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the electric exploration shown in FIG. 8 is taken as an example of the physical exploration, and the division of the model grid (parameter model grid) of the present invention shown in FIG. 1 is corrected according to the specific resistance distribution for analysis. The results obtained (see FIGS. 9 to 17) and the results according to the conventional case where the analysis was performed without modifying the model grid division mode according to the specific resistance distribution, unlike the present invention shown in FIGS. 22 to 24) will be described. As shown in FIG. 8, the specific resistance model ground is a model ground in which a cubic low specific resistance body X having a specific resistance of 1 Ωm and a side of 5 m is embedded in a ground having a specific resistance of 100 Ωm. When the resistivity model ground is set, the measured value when two-dimensional electric exploration (electrode spacing 4m) by the bipolar method is performed with the electrode system of the orthogonal two survey lines is obtained by numerical analysis. What gave random noise was used as a model measurement value, and a three-dimensional inverse analysis was performed using the model measurement value.

図9ないし図11はそれぞれ、図8の比抵抗モデル地盤について、本発明に係る方法に基づいて求められたx=7.5mにおけるY−Z断面に投影したモデルグリッドの点分布を示すもので、図9は、初期モデルグリッドの接点分布を、図10は、同じく、本発明の第3のステップStep Cに復帰して反復計算を2回行ったモデルグリッドの接点分布を、図11は、同じく反復計算を8回行った最終のモデルグリッドの接点分布を示している。同様に、図12ないし図14はそれぞれ、初期モデルグリッド、反復計算を2回行ったモデルグリッド、同じく反復計算を8回行った最終のモデルグリッドのそれぞれについて、y=7.5mにおけるX−Z断面に投影したモデルグリッドの点分布を示すものである。同様に、図15ないし図17はそれぞれ、初期モデルグリッド、反復計算を2回行ったパラメータモデルグリッド、同じく反復計算を8回行った最終のパラメータモデルグリッドのそれぞれについて、z=−7.5mにおけるX−Y断面に投影したモデルグリッドの点分布を示すものである。   9 to 11 show the point distribution of the model grid projected on the YZ cross section at x = 7.5 m obtained based on the method according to the present invention for the specific resistance model ground of FIG. 9 shows the contact distribution of the initial model grid, FIG. 10 similarly shows the contact distribution of the model grid obtained by performing the iterative calculation twice after returning to the third step Step C of the present invention, and FIG. Similarly, the distribution of the contact points of the final model grid after 8 iterations is shown. Similarly, FIG. 12 to FIG. 14 show the XZ at y = 7.5 m for each of the initial model grid, the model grid that has been subjected to two iterations, and the final model grid that has been repeated eight times. It shows the point distribution of the model grid projected on the cross section. Similarly, FIGS. 15 to 17 respectively show an initial model grid, a parameter model grid that has been subjected to iterative calculations twice, and a final parameter model grid that has also been subjected to eight iterations at z = −7.5 m. It shows the point distribution of the model grid projected on the XY cross section.

他方、パラメータモデルグリッドを固定した従来の方法(図21のフローチャート参照)では、地下構造が未知であることから、図8に示す電極系の配置に応じて、調べたい地下領域の範囲で、グリッド間隔が規則的なグリッド分割を行う。このグリッド分割は、主観的で、一旦モデルグリッドが分割されると、解析終了まで固定され、解析を通じて分割態様が変更されることがない。   On the other hand, in the conventional method in which the parameter model grid is fixed (see the flowchart in FIG. 21), since the underground structure is unknown, the grid is set in the range of the underground region to be examined according to the arrangement of the electrode system shown in FIG. Perform grid division with regular intervals. This grid division is subjective. Once the model grid is divided, it is fixed until the end of the analysis, and the division mode is not changed through the analysis.

すなわち、図22ないし図24に示す逆解析グリッドを固定して逆解析法を用い、地下構造の物理探査を行う従来の方法では、まず、最小の観測電極間隔(図8の電極の間隔4m参照)を基準とし、逆解析グリッド(図22〜図24参照)と順解析グリッドを設定し、平均見かけ比抵抗値の計算を行って、初期パラメータ値として、逆解析グリッドと順解析グリッドに付与し、初期モデルを設定する。順解析グリッドは、入力された地形情報のデータと電極位置のデータと実測による観測データとに基づいて、地下空間の離散化を行うため地下空間を多数の小領域に分割し、グリッドの節点密度の高い格子を有するグリッドである。順解析グリッドの各セルは、節点が4点の四面体(または、節点が8点の六面体)からなる構造的な格子により構成される。次に、上記入力された地形情報のデータと電極位置のデータと実測による観測データとに基づいて、地下空間を多数の小領域に分割し、順解析グリッドより節点密度の低い格子を有する逆解析グリッドを生成して設定する(図21の第1のステップStep aのS1〜S3参照)。逆解析グリッドの各セルは、図22〜図24に示すように、節点が8点の六面体の構造的な格子により構成される。そして、逆解析グリッドは、グリッド節点の位置が一旦決定されると、解析を通じて変更されることがない(図21のフローチャート参照)。   That is, in the conventional method of performing geophysical exploration of the underground structure using the inverse analysis method with the inverse analysis grid shown in FIGS. 22 to 24 fixed, first, the minimum observation electrode interval (see the electrode interval 4 m in FIG. 8). ) As a reference, set the inverse analysis grid (see FIGS. 22 to 24) and the forward analysis grid, calculate the average apparent resistivity value, and assign it as the initial parameter value to the reverse analysis grid and the forward analysis grid. Set the initial model. The forward analysis grid divides the underground space into a number of small areas to discretize the underground space based on the input terrain information data, electrode position data, and observed observation data. It is a grid having a high lattice. Each cell of the forward analysis grid is constituted by a structural grid composed of a tetrahedron having four nodes (or a hexahedron having eight nodes). Next, based on the input topographic information data, electrode position data, and observed observation data, the underground space is divided into a number of small areas, and an inverse analysis with a grid with a lower node density than the forward analysis grid. A grid is generated and set (see S1 to S3 in the first step Step a in FIG. 21). As shown in FIGS. 22 to 24, each cell of the inverse analysis grid is composed of a hexahedral hexagonal lattice having eight nodes. The inverse analysis grid is not changed through analysis once the position of the grid node is determined (see the flowchart of FIG. 21).

次に、送受信電極の組み合わせにより得られた比抵抗の観測データに基づいて地下の平均物性値を求め、その平均物性値を、生成された逆解析グリッドの節点を接続した線または面で囲むセルに初期物性パラメータとして付与し、初期モデルを設定する(図21の第2のステップStep b参照)。このとき、初期モデルグリッドは、図22〜図24に示すように、主観的、規則的で分割され、しかも、グリッドの分割は固定されている。上記第2のステップStep bで、初期モデルグリッドが設定されると、次に、設定された初期モデルグリッドに基づいて順解析グリッドの各セルに物性パラメータを付与し物性モデルを設定する(図21の第3のステップStep c参照)。すなわち、初期モデルグリッドにより順解析グリッドに比抵抗値ρを割り当てる。次に、付与された物性パラメータに基づいて順解析を行い、この物性モデルにおける実測と一致する電極の送受信配置で、この物性モデルに基づいて観測データに対する物理応答の理論値を求め、順解析グリッドの各節点におけるモデル理論解を求める(図21の第4のステップStep d参照)。   Next, the average physical property value of the underground is obtained based on the observation data of the specific resistance obtained by the combination of the transmitting and receiving electrodes, and the average physical property value is surrounded by a line or plane connecting the nodes of the generated inverse analysis grid. Are set as initial physical property parameters, and an initial model is set (see the second step Step b in FIG. 21). At this time, the initial model grid is divided subjectively and regularly as shown in FIGS. 22 to 24, and the division of the grid is fixed. When the initial model grid is set in the second step Step b, a physical property model is set by assigning physical property parameters to each cell of the forward analysis grid based on the set initial model grid (FIG. 21). 3rd step of step c)). That is, the specific resistance value ρ is assigned to the forward analysis grid by the initial model grid. Next, forward analysis is performed based on the assigned physical property parameters, and the theoretical value of the physical response to the observation data is obtained based on the physical property model with the electrode transmission / reception arrangement that matches the actual measurement in this physical property model, and the forward analysis grid The model theoretical solution at each node is obtained (see the fourth step Step d in FIG. 21).

次に、モデル理論解と観測データとを比較し誤差の範囲内か否かの収束判定を行う(図21の第5のステップStep e参照)。そして、この第5のステップStep eで、誤差の範囲内と判定された場合、すなわち、計算されたモデル理論解と実際に測定された観測値とを比較し、モデル理論解と観測値との相対平均二乗誤差RMSが充分小さくなったと判別された場合、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値ρを出力して解析を終了する(図21の第6のステップStep f参照)。   Next, the model theoretical solution is compared with the observation data to determine whether or not the error is within the error range (see the fifth step Step e in FIG. 21). If it is determined in the fifth step Step e that it is within the error range, that is, the calculated model theoretical solution and the actually measured observation value are compared, and the model theoretical solution and the observed value are compared. When it is determined that the relative mean square error RMS has become sufficiently small, the inverse analysis grid and the physical property value ρ defined in the grid are output to complete the analysis (see the sixth step Step f in FIG. 21).

一方、第5のステップStep eで、誤差の範囲外と判定された場合、すなわち、計算されたモデル理論解と実際に測定された観測値とを比較し、モデル理論解と観測値との相対平均二乗誤差RMSが充分小さくならなかったと判別された場合、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、逆解析グリッドに対応する感度行列を形成する。すなわち、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する感度ベクトルを求め、感度行列を形成する(図21の第7のステップStep g参照)。観測データのモデル理論解と実測の観測データの差と感度行列を使って逆解析を行い、物性パラメータを修正して新たな物性パラメータを求め、この新たに求められた物性パラメータを逆解析グリッドの各セルに付与して、第3のステップStep cの初期モデルグリッドを、この更新モデルに代えて第3のステップStep cに復帰する(図21の第8のステップStep hから第3のステップStep cへの復帰参照)。すなわち、第8のステップStep hでは、モデルグリッドへの比抵抗割り当てを修正して第3のステップStep cに戻り、再び、収束判定まで反復計算を行い、第5のステップStep eで誤差の範囲内と判定されると、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値ρを出力して解析を終了する(第6のステップStep f参照)。第5のステップStep eで誤差の範囲外と判定されると、上記第7のステップStep g、そして第8のステップStep hから第3のステップStep cに戻り繰り返すようになっている。逆解析グリッドの分割状況は解析を通じて変更されないため、できるだけ細かく分割すると、物性値パラメータ数が増大してしまう。物性値パラメータ数が増大すると、これらを決定するため、多量の観測データの取得が必要になってしまい、計算時間が増大する。さらに、観測点から遠ざかるほどモデルグリッドの観測値に対する感度が小さくなるため、観測点から遠いほど分割を粗くするのが好ましいが、一旦、モデルグリッドの分割状況が決定されると、解析の途中で変更することができず、分割状況を変更するには、最初からやり直さなければならない。   On the other hand, if it is determined that the error is out of the error range in the fifth step Step e, that is, the calculated model theoretical solution is compared with the actually measured observation value, and the model theoretical solution and the observation value are compared. When it is determined that the mean square error RMS is not sufficiently small, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid, and a sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed. That is, a sensitivity vector for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid, and a sensitivity matrix is formed (see the seventh step Step g in FIG. 21). Inverse analysis is performed using the difference between the model theory solution of the observation data and the observation data of the measurement and the sensitivity matrix, the physical property parameter is corrected to obtain a new physical property parameter, and the newly obtained physical property parameter is obtained from the inverse analysis grid. Assigned to each cell, the initial model grid of the third step Step c is returned to the third step Step c instead of this updated model (from the eighth step Step h to the third step Step in FIG. 21). See Return to c). That is, in the eighth step Step h, the specific resistance assignment to the model grid is corrected, the process returns to the third step Step c, the calculation is repeated until the convergence determination, and the error range in the fifth step Step e. If it is determined to be inside, the inverse analysis grid and the physical property value ρ defined in the grid are output and the analysis is terminated (see the sixth step Step f). If it is determined that the error is out of the error range in the fifth step Step e, the process returns from the seventh step Step g and the eighth step Step h to the third step Step c. Since the division state of the inverse analysis grid is not changed through the analysis, if the division is performed as finely as possible, the number of physical property value parameters increases. When the number of physical property parameter parameters increases, a large amount of observation data needs to be acquired in order to determine these parameters, and calculation time increases. Furthermore, since the sensitivity to the observation value of the model grid decreases as the distance from the observation point decreases, it is preferable to roughen the division as the distance from the observation point increases. It cannot be changed, and to change the split status, you have to start over.

図22〜図24はそれぞれ、図8の比抵抗モデル地盤について、モデルグリッドを固定した従来の方法に基づいて、x=7.5mにおけるY−Z断面に投影したモデルグリッドの節点分布を、y=7.5mにおけるX−Z断面に投影したモデルグリッドの節点分布を、さらに、z=−7.5mにおけるX−Y断面に投影したモデルグリッドの節点分布を示している。これら節点分布から明らかなように、モデルグリッドを固定した従来の方法では、観測データに対して感度のない領域までグリッドを配置したり、節点密度がデータに含まれる情報の区分能力以上に密に設定したりすることになるので、解析計算に無駄を生じる。また、係る従来の方法では、感度が充分ある範囲で節点密度が低く配置され、データに含まれる情報が充分に利用されず、解析の解像度が低下する虞がある。また、グリッド分割が解析終了まで固定であるため、図28の(A)〜(C)に示すように、比抵抗分布に対してグリッドの大きさや境界が不適切な場合が生じ、解析精度の低下の原因となる。すなわち、図28の(A)は、比抵抗分布に対してモデルグリッドが大きい場合を、図28の(B)は、比抵抗分布に対してモデルグリッドが小さい場合を、図28の(C)は、比抵抗分布境界とモデルグリッド分割が一致せず、比抵抗分布境界とモデルグリッドが斜交している場合をそれぞれ示している。   22 to 24 respectively show the nodal distribution of the model grid projected on the YZ section at x = 7.5 m based on the conventional method in which the model grid is fixed for the resistivity model ground of FIG. The nodal distribution of the model grid projected on the XZ cross section at = 7.5 m and the nodal distribution of the model grid projected on the XY cross section at z = −7.5 m are shown. As is clear from these node distributions, with the conventional method with a fixed model grid, the grid is arranged up to an area that is not sensitive to observation data, or the node density is more dense than the ability to classify information contained in the data. Since it will be set, it will be useless in analysis calculation. Further, in such a conventional method, the node density is low in a range where sensitivity is sufficiently high, information included in the data is not sufficiently used, and the analysis resolution may be lowered. In addition, since the grid division is fixed until the end of the analysis, as shown in FIGS. 28A to 28C, the grid size and the boundary may not be appropriate for the specific resistance distribution. Causes a drop. 28A shows a case where the model grid is large with respect to the specific resistance distribution, and FIG. 28B shows a case where the model grid is small with respect to the specific resistance distribution. Shows the case where the resistivity distribution boundary and the model grid division do not match, and the resistivity distribution boundary and the model grid cross each other.

これに対し、本発明の第2の実施例では、例えば、図9ないし図11に示されるように、反復計算毎に比抵抗分布に適合するようにモデルグリッドの分割状況を修正して再配置を行い、データについて感度のある領域に絞って解析を行うようになっている。つまり、図22ないし図24に示すモデルグリッドを固定した例では、低比抵抗体Xの領域に含まれるパラメータグリッド数は4個のまま変わらないが、図9〜図11に示すパラメータモデルグリッドを感度適合関数に応じて修正する例では、0個から4個、4個から20個と増大し、低比抵抗体Xの範囲の再現精度を向上させている。また、図9〜図11からも明らかなように、低比抵抗体Xのある領域で細分化されることがわかる。さらに、図18ないし図20はそれぞれ、本発明の第2の実施例に基づいて導かれた逆解析の結果をCASE1として、モデルグリッドを固定して行った従来の逆解析の結果(図25〜図27参照)をCASE2として互いに比較して示すもので、100Ωmの地盤に1Ωmの低比抵抗体Xがある地盤モデルについて探査データを順解析により求め、これに3%のノイズを加えたデータを逆解析したものである。従来法のCASE2でも、モデルの範囲に低比抵抗体Xが再現されているが、解析された比抵抗値は本発明より大きく、位置もずれている。さらに、低比抵抗体Xの周囲に高比抵抗の偽像が生じている。これに対し、本発明のCASE1の比抵抗断面を見ると、CASE2に較べて、低比抵抗体Xがより明瞭に、かつ、より正確な位置に解析されており、偽像の少ない精度の高い解析結果が得られていることがわかる。   On the other hand, in the second embodiment of the present invention, for example, as shown in FIGS. 9 to 11, the division state of the model grid is corrected and rearranged so as to match the specific resistance distribution for each iterative calculation. The analysis is performed by narrowing down the data to a sensitive area. That is, in the example in which the model grid shown in FIGS. 22 to 24 is fixed, the number of parameter grids included in the region of the low resistivity X remains unchanged, but the parameter model grids shown in FIGS. In the example of correction according to the sensitivity adaptation function, the number increases from 0 to 4, 4 to 20, and the reproduction accuracy of the range of the low specific resistance element X is improved. Further, as is apparent from FIGS. 9 to 11, it can be seen that the low resistivity X is subdivided in a certain region. Further, FIGS. 18 to 20 respectively show the results of the conventional inverse analysis performed with the model grid fixed (CASE1) with the result of the inverse analysis derived based on the second embodiment of the present invention as CASE1 (FIGS. 25 to 25). Fig. 27) shows the CASE2 as a comparison with each other, and the exploration data is obtained by forward analysis for a ground model with a low specific resistance X of 1 Ωm on the ground of 100 Ωm, and 3% noise is added to this. This is a reverse analysis. Even in the conventional CASE 2, the low resistivity X is reproduced in the model range, but the analyzed resistivity value is larger than that of the present invention, and the position is also shifted. Furthermore, a false image of high specific resistance is generated around the low specific resistance body X. On the other hand, when the specific resistance cross section of CASE 1 of the present invention is seen, the low specific resistance body X is analyzed more clearly and at a more accurate position than CASE 2 and has high accuracy with few false images. It can be seen that the analysis results are obtained.

図29の(A)、(B)はそれぞれ、既知の空洞を探査するにあたり、本発明に係る方法を用いて解析した解析結果と、モデルグリッドを固定する従来の方法を用いて解析した解析結果とを比較して示すもので、図29の(A)に示す解析結果では、高比抵抗分布により既知の空洞位置Cvが解析されたが、図29の(B)では、不明瞭であった。   FIGS. 29A and 29B show analysis results analyzed using the method according to the present invention and the analysis results analyzed using the conventional method of fixing the model grid in searching for a known cavity, respectively. In the analysis result shown in FIG. 29A, the known cavity position Cv was analyzed by the high specific resistance distribution, but in FIG. 29B, it was unclear. .

なお、上記実施例では、地下構造の物理探査を行うにあたり、電気探査による例を示したが、これに限られるものではなく、表面波や反射波、振動や放射線、イオンあるいは応力やひずみによる探査にも適用可能であることはいうまでもない。また、上記実施例では、順解析グリッドおよび逆解析グリッドの設定にあたり、図30の(A)に示すように、各グリッドを節点(ノード)が3点の三角形(N1−N2−N3)とした非構造的格子で構成しているがこれに限られるものではなく、図30の(B)に示すように、節点が4点の四面体(n1−n2−n3−n4)からなる非構造的な格子により構成してもよい。   In the above-described embodiment, an example of electrical exploration was shown in performing geophysical exploration of the underground structure, but the present invention is not limited to this, and exploration using surface waves, reflected waves, vibration, radiation, ions, stress, or strain Needless to say, this is also applicable. In the above embodiment, when setting the forward analysis grid and the inverse analysis grid, as shown in FIG. 30A, each grid is a triangle (N1-N2-N3) with three nodes (nodes). Although it is configured by an unstructured lattice, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 30B, an unstructured structure consisting of tetrahedrons (n1-n2-n3-n4) having four nodes. You may comprise by a simple lattice.

fwg 順解析グリッド
ivg 逆解析グリッド
ivg モデルグリッド
rsm 地盤モデル
ρ 物性値(比抵抗値)
N1−N2−N3 グリッド節点
パラメータの感度統計値
感度適合関数
el 電極
nl グリッド接点
cl グリッドセル
fwg forward analysis grid
ivg inverse analysis grid
ivg model grid
rsm Ground model ρ Physical property (specific resistance)
N1-N2-N3 Grid nodes S S parameter sensitivity statistics F S sensitivity fitting function
el electrode
nl grid contact
cl Grid cell

Claims (8)

入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を小領域にそれぞれ分割したグリッド節点密度の高い順解析グリッドとこの順解析グリッドよりグリッド節点密度が低い逆解析グリッドとを設定するとともに、それぞれの小領域に実際に測定した観測データに基づいて求められた物性平均値を与えて得られるグリッドに物性値を付加した地盤モデルを設定し、設定された地盤モデルから理論的に計算される理論値と観測データとを比較し、誤差の範囲内であれば逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値の解析結果を出力して地盤の物性値分布を推定し、誤差の範囲外であれば、各観測データに対する各パラメータの感度を求めて感度行列を形成し、観測データの理論値と実測値との差と感度行列とに基づいて逆解析を行い、新たにパラメータ値を求め、求められたパラメータ値を逆解析グリッドに与え、地盤モデルの更新を繰り返して解析を行う解析法であって、
順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成し、
形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、求められた感度統計値に基づいて逆解析グリッドの節点密度を制御する関数を求め、この関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直すことを特徴とする比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。
Based on the input terrain information data, electrode source position data, and observed observation data, the forward analysis grid with a high grid node density that divides the underground space into small areas, and the grid node density is lower than this forward analysis grid In addition to setting a reverse analysis grid, a ground model with physical property values added to the grid obtained by giving the average physical property values obtained based on the actually measured observation data to each small area was set and set Compare the theoretical value theoretically calculated from the ground model and the observed data, and if within the error range, output the analysis result of the inverse analysis grid and the physical property value defined in that grid, and distribute the physical property value of the ground If it is out of the error range, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained to form a sensitivity matrix, and the theoretical and actual measurement values of the observation data are calculated. Perform inverse analysis based on the difference between the sensitivity matrix of the newly calculated parameter values, given the determined parameter values to the inverse analysis grid, a analysis method for analyzing by repeating update of the ground model,
Each grid of the forward analysis grid and the reverse analysis grid is configured by a triangular or tetrahedral unstructured grid, and the inverse analysis grid is configured so that the grid node density is variably controlled.
The sensitivity statistic of each parameter is obtained from the formed sensitivity matrix, a function for controlling the node density of the inverse analysis grid is obtained based on the obtained sensitivity statistic, and the grid node density of the inverse analysis grid is obtained based on this function. The ratio is characterized by reconfiguring the inverse analysis grid after correcting the density of the material according to the change in the physical property value and the sensitivity, and re-forming the sensitivity matrix based on the reconfigured inverse analysis grid. Sensitivity compatible inverse analysis method in numerical analysis of resistance method.
逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、前記物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするよう修正することを特徴とする請求項1に記載の比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。   When setting the density of the grid nodes of the inverse analysis grid, increase the node density at the part where the physical property value change and sensitivity at the node of the inverse analysis grid are large, and decrease the node density at the part where the physical property value change and sensitivity are small The sensitivity compatible inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to claim 1, wherein the method is modified as follows. 各観測データに対して各パラメータの感度を求める際、観測データに対する感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。   The analysis area is determined by removing the parameter corresponding to the grid whose sensitivity to the observation data is a predetermined threshold value or less from the analysis parameter when determining the sensitivity of each parameter for each observation data. A sensitivity-compatible inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method described in 2. 入力された地形情報データと電極のソース位置データと実測による観測データとに基づいて、地下空間を多数の小領域に分割し、グリッドの節点密度の高い格子を有する順解析グリッドと順解析グリッドより節点密度の低い格子を有する逆解析グリッドとをそれぞれ生成し、これら順解析グリッドと逆解析グリッドとの各グリッドを、三角形または四面体の非構造的な格子により構成するとともに、逆解析グリッドを、グリッド節点密度が可変に制御されるよう構成する第1のステップと、
送受信電極の組み合わせにより得られた観測データに基づいて地下の物性平均値を求め、その物性平均値を、生成された逆解析グリッドのメッシュの節点を接続した線また面で囲むセルに初期物性パラメータとして付与し初期モデルを設定する第2のステップと、
設定された初期モデルに基づいて順解析グリッドの各セルに物性パラメータを付与し物性モデルを設定する第3のステップと、
設定された物性モデルに基づいて順解析を行い、この物性モデルにおける実測と一致する電極の送受信配置で、この物性モデルに基づいて観測データに対する物理応答の理論値を求め、順解析グリッドの各節点におけるモデル理論解を求める第4のステップと、
モデル理論解と観測データとを比較し誤差の範囲内か否かの収束判定を行う第5のステップと、
第5のステップで、誤差の範囲内と判定された場合、逆解析グリッドとそのグリッドに定義された物性値を出力して解析を終了する第6のステップと、
第5のステップで、誤差の範囲外と判定された場合、逆解析グリッドの節点毎に各観測データに対する各パラメータの感度を求め、逆解析グリッドに対応する感度行列を形成する第7のステップと、
第7のステップで形成された感度行列から各パラメータの感度統計値を求め、その感度統計値から逆解析グリッドに対応し感度に適合する関数を求め、この感度適合関数に基づいて、逆解析グリッドのグリッド節点密度の疎密を物性値変化と感度との大きさに応じて修正して当該逆解析グリッドを設定し直し、感度適合関数に応じて設定し直された逆解析グリッドに基づいて感度行列を形成し直し、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析用パラメータから外して解析領域を決定する第8のステップと、
モデル理論解と観測データとの差と形成し直された感度行列とに基づいて逆解析を行い、物性パラメータを修正して新たな物性パラメータを求め、この新たに求められた物性パラメータを逆解析グリッドの各セルに付与して更新モデルを設定し、第3のステップの初期モデルを、この更新モデルに代えて第3のステップに復帰する第9のステップとを有することを特徴とする比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。
Based on the input topographic information data, electrode source position data, and measured observation data, the underground space is divided into a large number of small areas, and a forward analysis grid and a forward analysis grid having a grid with a high node density. An inverse analysis grid having a grid with a low node density is generated, and each of the forward analysis grid and the inverse analysis grid is configured by a triangular or tetrahedral unstructured grid. A first step configured to variably control the grid node density;
Based on the observation data obtained by the combination of the transmitting and receiving electrodes, the average physical property value of the underground is obtained, and the initial physical property parameter is measured in a cell that is surrounded by a line or plane connecting the nodes of the mesh of the generated inverse analysis grid. And a second step of setting the initial model as
A third step of setting a physical property model by assigning physical property parameters to each cell of the forward analysis grid based on the set initial model;
The forward analysis is performed based on the set physical property model, and the theoretical value of the physical response to the observation data is obtained based on this physical property model with the electrode transmission / reception arrangement that matches the actual measurement in this physical property model. A fourth step to find a model theoretical solution in
A fifth step of comparing the model theoretical solution with the observed data and determining whether or not the error is within the error range;
A sixth step of outputting the inverse analysis grid and the physical property value defined in the grid and ending the analysis when it is determined in the fifth step that it is within the error range;
In the fifth step, when it is determined that the error is out of the range of error, the sensitivity of each parameter for each observation data is obtained for each node of the inverse analysis grid, and a sensitivity matrix corresponding to the inverse analysis grid is formed; ,
A sensitivity statistical value of each parameter is obtained from the sensitivity matrix formed in the seventh step, a function corresponding to the inverse analysis grid and matching the sensitivity is obtained from the sensitivity statistical value, and the inverse analysis grid is obtained based on the sensitivity adaptation function. The density of the node density of the grid is corrected according to the change in the physical property value and the magnitude of the sensitivity, the inverse analysis grid is reset, and the sensitivity matrix based on the inverse analysis grid reset according to the sensitivity adaptation function An eighth step of determining an analysis region by removing a parameter corresponding to a grid whose sensitivity is equal to or lower than a predetermined threshold value from the analysis parameter;
Inverse analysis is performed based on the difference between the model theoretical solution and the observed data and the reconstructed sensitivity matrix, the physical property parameter is corrected to obtain a new physical property parameter, and the newly obtained physical property parameter is inversely analyzed. A specific resistance characterized by having an updated model set by giving to each cell of the grid, and an initial model of the third step replacing the updated model with a ninth step of returning to the third step Sensitivity adaptive inverse analysis method in numerical analysis of the method.
逆解析グリッドのグリッド節点の疎密を設定する際、逆解析グリッドの節点における物性値変化と感度とが大きい部位では節点密度を高め、前記物性値変化と感度とが小さい部位では節点密度を低くするよう修正することを特徴とする請求項4に記載の比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。   When setting the density of the grid nodes of the inverse analysis grid, increase the node density at the part where the physical property value change and sensitivity at the node of the inverse analysis grid are large, and decrease the node density at the part where the physical property value change and sensitivity are small The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to claim 4, wherein the method is modified as follows. 感度適合関数は、比抵抗法における逆解析グリッドの最適な節点密度関数であり、
次式、
=a(1+b|S
式中、F:感度適合関数、
:感度行列から求めた感度統計値であって、感度統計値は感度行列を通したすべての送受信電極組と地下空間座標の関数でもある、
c:次元に関わる常数、
a:設定した最大解像度と解析領域の範囲と関わる常数、
b:設定した相対解像度と関わる常数
で求められることを特徴とする請求項4または5に記載の比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。
The sensitivity fitting function is the optimal node density function of the inverse analysis grid in the resistivity method,
The following formula,
F S = a (1 + b | S S | C )
Where F S : sensitivity adaptation function,
S S : Sensitivity statistic obtained from the sensitivity matrix, and the sensitivity statistic is also a function of all transmission / reception electrode sets and underground space coordinates through the sensitivity matrix.
c: constant related to dimension,
a: a constant related to the set maximum resolution and the range of the analysis area,
6. The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to claim 4, wherein b is obtained as a constant related to the set relative resolution.
感度適合関数が求められると、直前の逆解析グリッドをバックグランドグリッドとしてグリッド節点の密度を感度適合関数に比例させて作り直し、作り直されたグリッドを有する最新の逆解析グリッドに基づいて、感度行列を形成し直すことを特徴とする請求項6に記載の比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。   When the sensitivity adaptation function is obtained, the previous inverse analysis grid is used as the background grid, and the density of the grid nodes is reconstructed in proportion to the sensitivity adaptation function, and the sensitivity matrix is calculated based on the latest inverse analysis grid having the reconstructed grid. The sensitivity-matching inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to claim 6, wherein the method is re-formed. 形成し直された感度行列のうち、感度が所定の閾値以下のグリッドに対応するパラメータを解析対象から除いて解析領域を決定して感度行列を割り出し、この割り出された感度行列に基づいて逆解析を行うことを特徴とする請求項4ないし7のうちいずれか1に記載の比抵抗法の数値解析における感度適合逆解析法。   Of the regenerated sensitivity matrix, the parameter corresponding to the grid whose sensitivity is equal to or lower than the predetermined threshold is excluded from the analysis target, the analysis area is determined, the sensitivity matrix is calculated, and the inverse is performed based on the calculated sensitivity matrix. 8. The sensitivity-adapted inverse analysis method in the numerical analysis of the specific resistance method according to any one of claims 4 to 7, wherein analysis is performed.
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