JP2011220911A - 空中電磁探査法による地盤の解析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空中電磁法による電磁探査を行って取得した測定データに対し各種の補正、レベリングを行い、各測定点における比抵抗値を計算し、補間処理を行って、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成し、これを数値標高モデルのデータと組み合わせることにより、3次元比抵抗モデルを作成し、任意の鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データを生成し、このグリッド形式の比抵抗データに対し、比抵抗差分解析を行い、更に、ラプラシアン解析を行って、比抵抗値を評価値に変換して出力する。
【選択図】図1
Description
ステップ1:測定
ステップ2:測定データ全体のレベリング
ステップ3:飛行測線毎の測定データのレベリング
ステップ4:グリッディング及びグリッドレベリング
ステップ5:周波数毎のマッピング
ステップ6:DEMを利用した3次元比抵抗モデルの作成
ステップ7:任意の比抵抗鉛直断面図の作成
ステップ8:比抵抗差分解析
ステップ9:ラプラシアン鉛直断面解析
以下、上記各ステップについてそれぞれ詳細に説明する。
HEM(ヘリコプタを用いた空中電磁法)による電磁探査を行い、調査対象地盤における1次磁場に対する2次磁場の強さの割合を同相成分と離相成分とに分離して測定する。より具体的には、調査対象域に対して予め設定した飛行ルート(調査対象域を、複数本の平行な直線によって均一な幅(例えば、50m)の細長い帯状の領域に分割し、それらの分割された各領域の中央線を順番に縦断していくようなルート)に沿ってヘリコプタを飛行させながら連続的に電磁波の送受信を行い、予め設定した時間間隔(例えば、0.1秒間隔)をおいて測定データ(同相成分比I、離相成分比Q)を取得する。また、測定中に実際にヘリコプタが飛行したルート(飛行測線)、及び、飛行測線上の測定点(送受信を行った地点)の位置データ(緯度、経度情報)及び高度を、GPS及び高度計により記録する。尚、電磁波の送受信は、本実施形態においては、異なる六つの周波数(340Hz、1,500Hz、3,300Hz、6,900Hz、31,000Hz、140,000Hz)について同時に行う。
ステップ1の電磁探査によって取得した未加工の測定データは相対値であり、しかも、上述したようなドリフトによる「ずれ」を含んでいるため、測定中に高高度で電磁探査機器をリセットすることによって作成した基準ポイント(及び当該基準ポイントにおける「ずれ」の大きさの値)を利用して、測定データ全体の補正(レベリング)を行う。尚、この作業は、電磁探査(フライト)の終了後、地上にて行う。
ステップ2において全体の補正を行った測定データを、飛行測線毎の測定データ(測線データ)に分割し、測線データ毎に、それぞれレベリングを行う。具体的には、測線データのうち、周波数間の値に矛盾(ずれている点)が無いかどうか、また、飛行測線間の連続性から、エラーが無いかどうか目視によりチェックし、適宜測定データに修正量を手入力して修正する。
ステップ3における測定データのレベリングは、飛行測線単位のデータ調整(上下オフセット)であり、単純な平滑化のプロセスである。この段階では、測線単位のデータ内部には、有用な情報とエラーが混在している。そこで、ステップ3においてレベリングを行った測定データに対し、グリッディング及びグリッドレベリングを行う。グリッドレベリングは、飛行測線単位の測定データ内部からノイズを除去する作業であり、単純な平滑化のプロセスではない。
測定中にGPSによって取得した位置データを用いて、ステップ3においてレベリングを行った測定データから、調査対象域外の測定データを除外し、調査対象域内の測定データを抽出する。次に、抽出した測定データを構成する同相成分比I及び離相成分比Qの各値から、各測定点における比抵抗の値を計算する。尚、測定データを構成する飛行測線毎の測定値は、前述の通り、予め設定された時間間隔(0.1秒間隔)で取得されるが、飛行速度は必ずしも一定ではないため、飛行測線上の各測定点間の距離は均一にはならない。また、飛行測線についても、必ずしも直線であるとは限らず、更に、各飛行測線の間隔も均等ではない。
入力格子データには、測線方向に延びる縞状構造のエラーが含まれている可能性があるので、2次元的にこのエラーを除外する。より具体的には、同じ周波数の比抵抗値は平面的に急変しないため、一定の基準値を設けて周辺の格子点における比抵抗の値との比較を行い、エラーを除外する。
まず、入力格子データからバックグラウンド格子データを生成する。バックグラウンドは、ステップ3においてレベリングを行った測定データの長周期の傾向を示すものであり、バックグラウンド格子データは、入力格子データ上で、測線に直交する方向を長辺に、測線方向を短辺とする長方形領域を基本単位とするメディアンフィルター処理(2次元長方形領域フィルター処理)で得られる。これは、短辺も解析グリッドを複数含むことから2次元フィルター処理となる。メディアンフィルターの処理単位の形状は、測線データ間でも共通する長周期成分(バックグラウンド)と測線データに包含される有用な短周期成分の大きさから決定する。
次に、入力格子データから、バックグラウンド格子データを差し引くこと(差分処理)により、測線データの内部に包含される長周期成分を除去する。この処理によって得られたデータを、便宜上「仮出力格子データ」と呼ぶこととする。この仮出力格子データは、入力格子データの内部に包含される長周期成分を除去したに過ぎず、未だ、有用な情報とエラーが混在している。
ここで、エラー成分を分離するため、あえて有用な情報である短周期成分を除去する。短周期成分の除去は、仮出力格子データの測線方向を長辺、解析グリッドサイズを短辺とする処理単位(解析グリッドサイズは基本単位であることから1次元フィルターとなる)で、メディアンフィルター処理(1次元フィルター処理)を行うことで達成できる。尚、この処理の結果得られる格子データを、便宜上「エラー値格子データ」と呼ぶこととする。
そして、入力格子データからエラー値格子データを差し引くこと(差分処理)により、有用な情報のみを反映したレベリング済み格子データを生成する。
ステップ4において生成した飛行測線毎の比抵抗データを基に、飛行測線間の比抵抗データを補間するとともに、再びグリッディングを行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成し、周波数毎に比抵抗平面図を作成する。補間は、例えば、クリギング法によって行う。
空中電磁法によって取得した測定データには、各測定点の地盤標高の情報は含まれていない。そのため、調査対象地盤の3次元的な比抵抗モデルを作成するためには、地表面の数値標高モデル(DEM)が必要となる。本実施形態においては、ステップ5において生成した周波数毎のグリッド形式の比抵抗データと、別途準備したDEMデータとを組み合わせることにより、任意の3次元位置の比抵抗値を取り出せる比抵抗モデルを作成する。尚、この3次元比抵抗モデルは、2次元データのセット(ステップ5において生成した周波数毎のグリッド形式の比抵抗データ(比抵抗平面図)、及び、DEM)と、それにアクセスするプログラム(データアクセスプログラム)によって作成する。
ステップ6において作成した3次元比抵抗モデルから、調査対象地盤において着目したい任意の鉛直断面についての比抵抗分布を図化して出力する。具体的には、当該断面における地盤の輪郭形状、及び、グリッド間隔を1mに設定した格子座標をプロットするとともに、各格子点の座標に係るグリッド形式の比抵抗データを生成し、これを図化して比抵抗鉛直断面図を作成する。尚、ここでは、着目したい任意の鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データから、比抵抗鉛直断面図を作成しているが、次のステップを実行するためには、グリッド形式の比抵抗データが得られればよく、必ずしも図化を行って比抵抗鉛直断面図を作成しなければならない訳ではない。
空中電磁法による電磁探査においては、送信される電磁波の周波数が低いほど、地盤中への透入深度は深くなる。従って、低い周波数の電磁波によって取得された比抵抗データは、高い周波数の電磁波によって取得された比抵抗データよりも深い位置の地盤情報を反映していることになる。但し、送信される電磁波は地表から投入されるため、低い周波数の電磁波によって取得された比抵抗データは、より浅い地盤(より高い周波数の透入深度の地盤)の影響を受けることになり、その結果、ステップ7において作成した比抵抗鉛直断面図(当該断面図の元となる鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データ)においては、深部ほど、誤差の累積が大きくなる。そこで、この深度方向の累積誤差を取り除くために、ステップ7において作成した比抵抗鉛直断面図の元となる鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データに対し、比抵抗差分解析を行う。
調査対象地盤において着目したい任意の鉛直断面について、ステップ7により生成したグリッド形式の比抵抗データを用いてコンター図を作成し、比抵抗分布を可視化すれば、その断面における比抵抗構造が把握できる。しかし、コンター図によって比抵抗分布を可視化しただけでは、探査の目的となる地盤の状況を明確に表現できない場合がある。より具体的には、調査対象地盤中における地下水或いは断層破砕帯の検出を目的として探査を行う場合、次のような問題がある。
ステップ1:測定
ステップ2:測定データ全体のレベリング
ステップ3:飛行測線の測定データのレベリング
ステップ4:飛行測線直下の比抵抗鉛直断面図の作成
ステップ5:比抵抗差分解析
ステップ6:ラプラシアン鉛直断面解析
ステップ1:測定
ステップ2:測定データ全体のレベリング
ステップ3:飛行測線毎の測定データのレベリング
ステップ4:グリッディング及びグリッドレベリング
ステップ5:周波数毎のマッピング
ステップ6:周波数毎のラプラシアン平面解析
ステップ1:測定
ステップ2:測定データ全体のレベリング
ステップ3:飛行測線毎の測定データのレベリング
ステップ4:グリッディング及びグリッドレベリング
ステップ5:周波数毎のマッピング
ステップ6:DEMを利用した3次元比抵抗モデルの作成
ステップ7:ラプラシアン水平断面解析・等深度平面解析
ステップ1:測定
ステップ2:測定データ全体のレベリング
ステップ3:飛行測線毎の測定データのレベリング
ステップ4:グリッディング及びグリッドレベリング
ステップ5:周波数毎のマッピング
ステップ6:DEMを利用した3次元比抵抗モデルの作成
ステップ7:ラプラシアン鳥瞰解析
2:電磁探査機器、
3:送信コイル、
4:地盤、
5:渦電流、
6:受信コイル
Claims (5)
- ヘリコプタを用いた空中電磁法による電磁探査を行い、調査対象地盤における1次磁場に対する2次磁場の強さの割合を同相成分と離相成分とに分離して測定するステップ1と、
前記ステップ1の電磁探査によって取得した測定データ全体について、ドリフトによるずれを補正するステップ2と、
前記ステップ2において全体の補正を行った測定データを、飛行測線毎の測定データに分割し、それぞれレベリングを行うステップ3と、
前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データから、各測定点における比抵抗の値を計算し、補間処理を行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成し、このグリッド形式の比抵抗データと、前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データとからなる入力格子データを生成し、この入力格子データに対しグリッドレベリングを行って、2次元的にエラーを除外してレベリング済み格子データを求め、このレベリング済み格子データから、飛行測線毎の比抵抗データを生成するステップ4と、
前記ステップ4において生成した飛行測線毎の比抵抗データを基に、飛行測線間の比抵抗データを補間するとともに、再びグリッディングを行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成するステップ5と、
前記ステップ5において生成した周波数毎のグリッド形式の比抵抗データと、数値標高モデルのデータとを組み合わせることにより、3次元比抵抗モデルを作成するステップ6と、
前記ステップ6において作成した3次元比抵抗モデルから、任意の鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データを生成するステップ7と、
前記ステップ7において生成した任意の鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データに対し、深度方向の累積誤差を取り除くために比抵抗差分解析を行うステップ8と、
前記ステップ8において比抵抗差分解析を行ったグリッド形式の比抵抗データに対し、スムージング処理を行い、このスムージング処理を行ったグリッド形式の比抵抗データに対し、ラプラシアンフィルターを適用することにより、当該グリッド形式の比抵抗データを構成するすべての格子点の比抵抗値を、評価値に変換して出力するステップ9とを順次実行することにより、調査対象地盤において着目したい任意の鉛直断面についての比抵抗構造を可視化して出力することを特徴とする地盤の解析方法。 - ヘリコプタを用いた空中電磁法による電磁探査を行い、調査対象地盤における1次磁場に対する2次磁場の強さの割合を同相成分と離相成分とに分離して測定するステップ1と、
前記ステップ1の電磁探査によって取得した測定データ全体について、ドリフトによるずれを補正するステップ2と、
前記ステップ2において全体の補正を行った測定データについてレベリングを行うステップ3と、
前記ステップ3においてレベリングを行った測定データから、飛行測線直下の鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データを生成するステップ4と、
前記ステップ4において生成した飛行測線直下の鉛直断面についてのグリッド形式の比抵抗データに対し、深度方向の累積誤差を取り除くために比抵抗差分解析を行うステップ5と、
前記ステップ5において比抵抗差分解析を行ったグリッド形式の比抵抗データに対し、スムージング処理を行い、このスムージング処理を行ったグリッド形式の比抵抗データに対し、ラプラシアンフィルターを適用することにより、当該グリッド形式の比抵抗データを構成するすべての格子点の比抵抗値を、評価値に変換して出力するステップ6とを順次実行することにより、飛行測線直下の鉛直断面についての比抵抗構造を可視化して出力することを特徴とする地盤の解析方法。 - ヘリコプタを用いた空中電磁法による電磁探査を行い、調査対象地盤における1次磁場に対する2次磁場の強さの割合を同相成分と離相成分とに分離して測定するステップ1と、
前記ステップ1の電磁探査によって取得した測定データ全体について、ドリフトによるずれを補正するステップ2と、
前記ステップ2において全体の補正を行った測定データを、飛行測線毎の測定データに分割し、それぞれレベリングを行うステップ3と、
前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データから、各測定点における比抵抗の値を計算し、補間処理を行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成し、このグリッド形式の比抵抗データと、前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データとからなる入力格子データを生成し、この入力格子データに対しグリッドレベリングを行って、2次元的にエラーを除外してレベリング済み格子データを求め、このレベリング済み格子データから、飛行測線毎の比抵抗データを生成するステップ4と、
前記ステップ4において生成した飛行測線毎の比抵抗データを基に、飛行測線間の比抵抗データを補間するとともに、再びグリッディングを行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成するステップ5と、
前記ステップ5において生成した周波数毎のグリッド形式の比抵抗データに対し、スムージング処理を行い、このスムージング処理を行ったグリッド形式の比抵抗データに対し、ラプラシアンフィルターを適用することにより、当該グリッド形式の比抵抗データを構成するすべての格子点の比抵抗値を、評価値に変換して出力するステップ9とを順次実行することにより、調査対象地盤の周波数毎の水平断面についての比抵抗構造を可視化して出力することを特徴とする地盤の解析方法。 - ヘリコプタを用いた空中電磁法による電磁探査を行い、調査対象地盤における1次磁場に対する2次磁場の強さの割合を同相成分と離相成分とに分離して測定するステップ1と、
前記ステップ1の電磁探査によって取得した測定データ全体について、ドリフトによるずれを補正するステップ2と、
前記ステップ2において全体の補正を行った測定データを、飛行測線毎の測定データに分割し、それぞれレベリングを行うステップ3と、
前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データから、各測定点における比抵抗の値を計算し、補間処理を行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成し、このグリッド形式の比抵抗データと、前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データとからなる入力格子データを生成し、この入力格子データに対しグリッドレベリングを行って、2次元的にエラーを除外してレベリング済み格子データを求め、このレベリング済み格子データから、飛行測線毎の比抵抗データを生成するステップ4と、
前記ステップ4において生成した飛行測線毎の比抵抗データを基に、飛行測線間の比抵抗データを補間するとともに、再びグリッディングを行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成するステップ5と、
前記ステップ5において生成した周波数毎のグリッド形式の比抵抗データと、数値標高モデルのデータとを組み合わせることにより、3次元比抵抗モデルを作成するステップ6と、
前記ステップ6において作成した3次元比抵抗モデルから、等間隔の複数の仮想水平断面、或いは、仮想等深度平面についてのグリッド形式の比抵抗データを抽出し、それぞれのグリッド形式の比抵抗データについて、ラプラシアン解析を実行し、それらの結果を再構築するステップ7とを順次実行することにより、調査対象地盤において着目したい任意の水平断面、或いは、等深度平面についての比抵抗構造を可視化して出力することを特徴とする地盤の解析方法。 - ヘリコプタを用いた空中電磁法による電磁探査を行い、調査対象地盤における1次磁場に対する2次磁場の強さの割合を同相成分と離相成分とに分離して測定するステップ1と、
前記ステップ1の電磁探査によって取得した測定データ全体について、ドリフトによるずれを補正するステップ2と、
前記ステップ2において全体の補正を行った測定データを、飛行測線毎の測定データに分割し、それぞれレベリングを行うステップ3と、
前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データから、各測定点における比抵抗の値を計算し、補間処理を行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成し、このグリッド形式の比抵抗データと、前記ステップ3においてレベリングを行った飛行測線毎の測定データとからなる入力格子データを生成し、この入力格子データに対しグリッドレベリングを行って、2次元的にエラーを除外してレベリング済み格子データを求め、このレベリング済み格子データから、飛行測線毎の比抵抗データを生成するステップ4と、
前記ステップ4において生成した飛行測線毎の比抵抗データを基に、飛行測線間の比抵抗データを補間するとともに、再びグリッディングを行い、周波数毎にグリッド形式の比抵抗データを生成するステップ5と、
前記ステップ5において生成した周波数毎のグリッド形式の比抵抗データと、数値標高モデルのデータとを組み合わせることにより、3次元比抵抗モデルを作成するステップ6と、
前記ステップ6において作成した3次元比抵抗モデルから、等間隔の複数の仮想鉛直断面、及び/又は、仮想水平断面についてのグリッド形式の比抵抗データを抽出し、それぞれのグリッド形式の比抵抗データについて、ラプラシアン解析を実行し、それらの結果を再構築するステップ7とを順次実行することにより、調査対象地盤において着目したい複数の鉛直断面、及び/又は、水平断面についての複合的な比抵抗構造を容易に把握できる鳥瞰図を出力することを特徴とする地盤の解析方法。
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