JP2021143853A - Method for generating estimation model for perpendicular magnetism survey analysis, perpendicular magnetism survey analysis system, perpendicular magnetism survey analysis device, and computer-readable program - Google Patents

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Abstract

To provide a method for generating an estimation model for perpendicular magnetism survey analysis, a perpendicular magnetism survey analysis system, a perpendicular magnetism survey analysis device, and a computer-readable program.SOLUTION: A method for generating an estimation model for perpendicular magnetism survey analysis for generating an estimation model (28) for estimating a buried state of a magnetic body under the ground from signal waveform of a detector for surveying perpendicular magnetism inserted into an observation hole includes an acquisition step of acquiring correlation between a buried state (r, M, θ) of a magnetic body under the ground, and an image (Im) of signal waveform generated by a detector for surveying perpendicular magnetism, and a learning step for allowing a convolution neural network using acquired teacher data to learn an estimation model and for storing a learned estimation model (28).SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、不発弾などが埋設されている土地の地表から鉛直下向きにボーリング孔(観測孔)を掘削し、その観測孔を検知器で走査することにより周辺磁場を探査する鉛直磁気探査に関する。さらに詳しくは、鉛直磁気探査解析に用いられる鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法、鉛直磁気探査解析システム、鉛直磁気探査解析装置、及びコンピュータ読み取り可能なプログラムに関する。 The present invention relates to a vertical magnetic exploration in which a boring hole (observation hole) is excavated vertically downward from the ground surface of a land in which an unexploded bullet or the like is buried, and the peripheral magnetic field is explored by scanning the observation hole with a detector. More specifically, the present invention relates to a method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis used for vertical magnetic exploration analysis, a vertical magnetic exploration analysis system, a vertical magnetic exploration analysis device, and a computer-readable program.

鉛直磁気探査は、ボーリング孔(観測孔)へ検知器を挿入して周辺の磁気異常を検知することにより、地中に埋設された爆弾、鉄管、矢板等の磁性体(以下、単に「磁性体」と称す。)の距離や磁気量を調査する手法である(例えば、特許文献1等を参照)。この手法は、磁性体の埋設深度が大きく水平探査では検知出来ない場合や、磁性体の埋設位置を正確に把握したい場合などに有効である。 In vertical magnetic exploration, a detector is inserted into a boring hole (observation hole) to detect magnetic anomalies in the surrounding area, and magnetic materials such as bombs, iron pipes, and sheet piles buried in the ground (hereinafter, simply "magnetic materials"). This is a method for investigating the distance and the amount of magnetism (see, for example, Patent Document 1 and the like). This method is effective when the burial depth of the magnetic material is large and cannot be detected by horizontal exploration, or when it is desired to accurately grasp the burial position of the magnetic material.

この鉛直磁気探査では、ケーブルの先端に取り付けられた円柱状の検知器(例えば、特許文献2等を参照)を観測孔へ挿入しながら、検知器から出力される信号波形を記録していく。この信号波形は、例えばペンレコーダーによって測定紙へリアルタイムで記録することが可能であるので、現場の技術者は、当該信号波形に基づき安全性を確認しながら観測孔の掘削を進め、深い位置までの探査を行うことができる。 In this vertical magnetic exploration, a columnar detector attached to the tip of the cable (see, for example, Patent Document 2 and the like) is inserted into the observation hole, and the signal waveform output from the detector is recorded. Since this signal waveform can be recorded in real time on the measuring paper by, for example, a pen recorder, the technician at the site advances the excavation of the observation hole while confirming the safety based on the signal waveform, and goes to a deep position. Can be explored.

近年になると、検知器から出力された信号波形をデジタルデータとしてモバイルPC(PC:Personal Computer)へ収録し、専用のソフトウエアで波形を表示させたり、CAD図として保存したりすることも可能になった。現場の技術者は、モバイルPCを事務所へ持ち帰った後、CAD図上で特徴的な波形の寸法(最大振幅ΔHmax,周期2x)を読み取り、所定の計算式へ当てはめることによって、観測孔から磁性体までの離隔距離rや磁性体の磁気量Mを正確に計算することができる。 In recent years, it has become possible to record the signal waveform output from the detector as digital data on a mobile PC (PC: Personal Computer), display the waveform with dedicated software, and save it as a CAD diagram. became. Scene technician, after brought back mobile PC to the office, the dimensions of the characteristic waveform on the diagram CAD (maximum amplitude [Delta] H max, period 2x 0) reads, by fitting the predetermined formula, observation holes It is possible to accurately calculate the separation distance r from the magnetic material to the magnetic material and the magnetic charge M of the magnetic material.

特開平11−183633号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-183633 特開2014−126440号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-126440

しかしながら、この磁気探査をはじめとする物理探査では、技術者の判断による解析が主流であり、解析結果の信憑性や正確性は技術者の能力に委ねられているのが現状である。上述した鉛直磁気探査においては、信号波形をCAD図として保存できるものの、技術者がPCの画面上で信号波形の寸法(最大振幅ΔHmax,周期2xなど)を測るといった手作業を要するので、解析結果の信憑性や正確性は手作業の精度に大きく左右されていた。 However, in geophysical exploration such as this magnetic exploration, analysis based on the judgment of engineers is the mainstream, and the credibility and accuracy of analysis results are currently left to the abilities of engineers. In the above-described vertical magnetic survey, although capable of storing signal waveforms as CAD drawings, technician dimension (maximum amplitude [Delta] H max, periodic 2x 0, etc.) of the signal waveform on the screen of the PC since it takes a manual such measure, The credibility and accuracy of the analysis results were greatly influenced by the accuracy of manual work.

そこで、本発明は、技術者の能力に左右されることなく常に高精度な解析結果を得ることのできる鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法、鉛直磁気探査解析システム、鉛直磁気探査解析装置、及びコンピュータ読み取り可能なプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, a vertical magnetic exploration analysis system, a vertical magnetic exploration analysis device, which can always obtain highly accurate analysis results without being influenced by the ability of engineers. And to provide computer readable programs.

上記課題を解決するために請求項1に記載の本発明に係る発明は、地中の観測孔に挿入された鉛直磁気探査用の検知器の信号波形に基づき磁性体の埋設状態を推定するための推定モデルを生成する鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法であって、地中における磁性体の埋設状態と、鉛直磁気探査用の検知器が生成した信号波形の画像との対応付けを、教師データとして取得する取得手順と、取得した教師データを用いた畳み込みニューラルネットワークにより推定モデルを学習させ、学習済みの推定モデルを保存する学習手順と、を含むことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法を提供する。 In order to solve the above problem, the invention according to the present invention according to claim 1 is for estimating the buried state of the magnetic material based on the signal waveform of the detector for vertical magnetic exploration inserted in the observation hole in the ground. This is a method of generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, which generates an estimation model for vertical magnetic exploration. For vertical magnetic exploration analysis, which includes an acquisition procedure to be acquired as teacher data and a learning procedure to train an estimated model by a convolutional neural network using the acquired teacher data and save the learned estimated model. A method for generating an estimation model is provided.

上記課題を解決するために請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記磁性体の埋設状態には、前記観測孔から前記磁性体までの離隔距離rが含まれることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 2 is the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to claim 1. It is characterized in that the separation distance r to the body is included.

上記課題を解決するために請求項3に記載の本発明は、請求項2に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記磁性体の埋設状態には更に、前記磁性体の有する磁気量Mと、前記観測孔から見た前記磁性体の磁極の方向θとの少なくとも1つが含まれることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention according to claim 3 further has the magnetic material in the embedded state in the method for generating the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to claim 2. It is characterized in that at least one of the magnetic charge M and the direction θ of the magnetic poles of the magnetic material as seen from the observation hole is included.

上記課題を解決するために請求項4に記載の本発明は、請求項3に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記取得手順では、前記磁性体のサンプルの埋設状態を変化させつつ複数の信号波形の画像を取得し、それら複数の信号波形の画像に対して反転処理、拡縮処理、ノイズ処理の少なくとも1つを施すことより、前記教師データを拡充することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention according to claim 4 changes the embedded state of the magnetic sample in the acquisition procedure in the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to claim 3. It is characterized in that the teacher data is expanded by acquiring images of a plurality of signal waveforms and performing at least one of inversion processing, scaling processing, and noise processing on the images of the plurality of signal waveforms. ..

上記課題を解決するために請求項5に記載の本発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記検知器は、一軸差動フラックスゲート型の磁気センサであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention according to claim 5 is the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to any one of claims 1 to 4, wherein the detector is uniaxially differential. It is characterized by being a fluxgate type magnetic sensor.

上記課題を解決するために請求項6に記載の本発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記磁性体が不発弾であることを特徴とする。 In order to solve the above problem, in the present invention according to claim 6, the magnetic material is unexploded in the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to any one of claims 1 to 5. It is characterized by that.

上記課題を解決するために請求項7に記載の本発明は、請求項1から6のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法により生成された推定モデルを管理する管理手段と、鉛直磁気探査用の検知器が生成した信号波形の画像を前記推定モデルへ入力することにより、地中における磁性体の埋設状態を推定する推定手段と、磁性体の埋設状態をユーザへ提示する提示手段とを備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析システムを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention according to claim 7 manages the estimation model generated by the method for generating the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to any one of claims 1 to 6. By inputting the means and the image of the signal waveform generated by the detector for vertical magnetic exploration into the estimation model, the estimation means for estimating the buried state of the magnetic material in the ground and the buried state of the magnetic material to the user. Provided is a vertical magnetic tomography analysis system characterized by providing a presentation means for presentation.

上記課題を解決するために請求項8に記載の本発明は、請求項7に記載の鉛直磁気探査解析システムにおいて、前記推定手段は、前記推定モデルを用いない所定の計算式へ前記信号波形の寸法を当てはめることにより前記磁性体の埋設状態を計算し、前記提示手段は、推定した埋設状態と計算した埋設状態とを互いに比較可能な状態で前記ユーザへ提示することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention according to claim 8 is the vertical magnetic tomography analysis system according to claim 7, wherein the estimation means transfers the signal waveform to a predetermined calculation formula that does not use the estimation model. The buried state of the magnetic material is calculated by fitting the dimensions, and the presenting means presents the estimated buried state and the calculated buried state to the user in a state in which they can be compared with each other.

上記課題を解決するために請求項9に記載の本発明は、請求項7または8に記載の鉛直磁気探査解析システムにおいて、鉛直磁気探査用の検知器を更に備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention according to claim 9 is characterized in that the vertical magnetic exploration analysis system according to claim 7 or 8 further includes a detector for vertical magnetic exploration.

上記課題を解決するために請求項10に記載の本発明は、請求項7から9のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析システムに適用される鉛直磁気探査解析装置であって、前記推定手段及び前記提示手段を備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析装置を提供する。 The present invention according to claim 10 in order to solve the above problems is a vertical magnetic exploration analysis device applied to the vertical magnetic exploration analysis system according to any one of claims 7 to 9, and is the estimation. Provided is a vertical magnetic tomography analysis apparatus including the means and the presentation means.

上記課題を解決するために請求項11に記載の本発明は、請求項10に記載の鉛直磁気探査解析装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラムを提供する。 To solve the above problems, the present invention according to claim 11 provides a computer-readable program, which comprises operating a computer as the vertical magnetic tomography analysis apparatus according to claim 10.

本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法によれば、地中における磁性体の埋設状態と、鉛直磁気探査用の検知器が生成した信号波形の画像との対応付けを教師データとして畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolution Neural Network)により推定モデルを学習させるので、ユーザ(技術者)がPCの画面上で信号波形の寸法(振幅ΔH,変化の周期2xなど)を測るという手作業を要しない。 According to the method of generating the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention, the correspondence between the buried state of the magnetic material in the ground and the image of the signal waveform generated by the detector for vertical magnetic exploration is used as the teacher data. convolutional neural networks: since (CNN convolution neural network) by train the estimation model, a user (technician) dimension (amplitude [Delta] H, periodic 2x 0, etc. change) of the signal waveform on the screen of the PC manual work that measure I don't need it.

ここで、磁性体の埋設状態とは、例えば、観測孔から磁性体までの離隔距離rと、磁性体の磁気量Mと、観測孔から見た前記磁性体の磁極の方向θ(仰俯角)との組み合わせである。 Here, the embedded state of the magnetic material is, for example, the separation distance r from the observation hole to the magnetic material, the magnetic amount M of the magnetic material, and the direction θ (elevation / depression angle) of the magnetic pole of the magnetic material as seen from the observation hole. It is a combination with.

そして、信号波形の形状(パターン)と磁性体の埋設状態との間には強い相関がある。例えば、磁性体の離隔距離rが短いほど信号波形の変化の周期2xは短くなり、磁性体の離隔距離rが短く磁性体の磁気量Mが大きいほど信号波形の振幅ΔHも大きくなることは既に知られている(後述する計算式(1),(2)を参照)。さらに、本願発明者等の実験によると、観測孔から見た磁性体の磁極の方向θに応じて信号波形の形状(パターン)のタイプがMV型、M型、V型、S型、逆S型、逆V型、逆M型、逆MV型などの間で変化することも判明している。 Then, there is a strong correlation between the shape (pattern) of the signal waveform and the embedded state of the magnetic material. For example, the period 2x 0 of changes in separation distance r is shorter signal waveform of the magnetic material becomes shorter, the magnetic charge M is too large signal waveform separation distance r is short magnetic of the magnetic amplitude ΔH also increased the It is already known (see formulas (1) and (2) described later). Furthermore, according to experiments by the inventors of the present application, the types of signal waveform shapes (patterns) are MV type, M type, V type, S type, and inverted S according to the direction θ of the magnetic poles of the magnetic material seen from the observation hole. It has also been found to vary between type, inverted V type, inverted M type, inverted MV type and the like.

しかも、畳み込みニューラルネットワークは、画像の特徴点を捉えることが得意であるから、信号波形の形状(パターン)の特徴を画像認識し、信号波形の形状(パターン)と強い相関を有した磁性体の埋設状態を推定するのに好適である。 Moreover, since the convolutional neural network is good at capturing the feature points of the image, it recognizes the characteristics of the shape (pattern) of the signal waveform and has a strong correlation with the shape (pattern) of the signal waveform. It is suitable for estimating the buried state.

したがって、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法によれば、磁性体の埋設状態(例えば、離隔距離r、磁気量M、磁極の方向θの組み合わせ)を推定する高性能な推定モデルを確実に生成できるという効果が得られる。 Therefore, according to the method of generating the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention, high-performance estimation for estimating the embedded state of the magnetic material (for example, the combination of the separation distance r, the magnetic charge M, and the direction θ of the magnetic poles). The effect is that the model can be generated reliably.

また、本発明に係る鉛直磁気探査解析システム、鉛直磁気探査解析装置、又はコンピュータ読み取り可能なプログラムによれば、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法により生成した推定モデルを用いて磁性体の埋設状態を推定するので、ユーザ(技術者)の能力に左右されることなく常に高精度な解析結果を得ることができるという効果が得られる。 Further, according to the vertical magnetic exploration analysis system, the vertical magnetic exploration analysis device, or the computer-readable program according to the present invention, the estimation model generated by the generation method of the estimation model for the vertical magnetic exploration analysis according to the present invention is used. Since the buried state of the magnetic material is estimated, it is possible to obtain an effect that highly accurate analysis results can always be obtained without being influenced by the ability of the user (engineer).

図1は、本発明に係る鉛直磁気探査解析システムの一例が適用される鉛直磁気探査システムを説明する概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a vertical magnetic exploration system to which an example of the vertical magnetic exploration analysis system according to the present invention is applied. 図2は、鉛直磁気探査方法の手順を説明するフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating the procedure of the vertical magnetic exploration method. 図3は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの入力データ及び出力データを説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating input data and output data of the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention. 図4は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a method of generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention. 図5は、本発明に係る本発明に係る鉛直磁気探査解析装置による解析の手順を説明するフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of analysis by the vertical magnetic tomography analysis apparatus according to the present invention according to the present invention. 図6は、本発明に係る本発明に係る鉛直磁気探査解析装置の表示画面を説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a display screen of the vertical magnetic tomography analysis apparatus according to the present invention according to the present invention. 図7は、差分信号波形の表示エリアを説明する説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a display area of the difference signal waveform. 図8は、解析結果の表示エリアを説明する説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a display area of the analysis result. 図9は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルにより推定した離隔距離と真値(実測値)との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the separation distance estimated by the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention and the true value (actual measurement value). 図10は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルにより推定した離隔距離と計算式により計算した離隔距離との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the separation distance estimated by the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention and the separation distance calculated by the calculation formula. 図11は、サーバの代わりにデスクトップPCを用いたシステムを説明する構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram illustrating a system using a desktop PC instead of a server. 図12は、モバイルPCにAIを搭載したシステムを説明する構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram illustrating a system in which AI is mounted on a mobile PC. 図13は、掘削工程でAI判定を利用した鉛直磁気探査方法の手順を説明するフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating the procedure of the vertical magnetic exploration method using the AI determination in the excavation process. 図14は、掘削工程におけるAI判定を説明する説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the AI determination in the excavation process.

以下、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法、鉛直磁気探査解析システム、鉛直磁気探査解析装置、及びコンピュータ読み取り可能なプログラムが適用される鉛直磁気探査システムの一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, a vertical magnetic exploration analysis system, a vertical magnetic exploration analysis device, and a vertical magnetic exploration system to which a computer-readable program is applied will be described. ..

1.鉛直磁気探査システム
図1は、本発明に係る鉛直磁気探査解析システムの一例が適用される鉛直磁気探査システムを説明する概略構成図である。
1. 1. Vertical magnetic exploration system FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a vertical magnetic exploration system to which an example of the vertical magnetic exploration analysis system according to the present invention is applied.

図1に示すとおり、鉛直磁気探査システム1は、地中を鉛直下向きに掘削して円柱状の観測孔11を穿設するボーリングマシン10と、観測孔11に円柱状の検知器21を挿入して磁気探査を行う鉛直磁気探査解析システム2とを備える。 As shown in FIG. 1, the vertical magnetic exploration system 1 inserts a boring machine 10 that excavates the ground vertically downward to drill a columnar observation hole 11 and a columnar detector 21 inserted into the observation hole 11. It is equipped with a vertical magnetic exploration analysis system 2 that performs magnetic exploration.

鉛直磁気探査解析システム2は、観測孔11へ挿入される検知器21と、検知器21に接続されるケーブル22と、ケーブル22を介して検知器21に接続される管制装置23と、管制装置23の出力端子へ接続されるAD変換器24と、AD変換器24を介して管制装置23に接続されるモバイルPC25(鉛直磁気探査解析装置の一例)と、インターネットなどのネットワーク26に接続されたサーバ27とを備える。 The vertical magnetic tomography analysis system 2 includes a detector 21 inserted into the observation hole 11, a cable 22 connected to the detector 21, a control device 23 connected to the detector 21 via the cable 22, and a control device. The AD converter 24 connected to the output terminal of the 23, the mobile PC 25 (an example of the vertical magnetic tomography analysis device) connected to the control device 23 via the AD converter 24, and the network 26 such as the Internet were connected. It includes a server 27.

検知器21は、例えば0.5〜2m程度の間隔をおいて一対の磁気検知コイルを同軸で配置した一軸差動フラックスゲート型の磁気センサであり、これら一対の磁気検知コイルの差動信号が検知器21より出力される。この差動信号においては、一対の磁気コイルが個別に出力する信号のノイズ(地球磁場などの環境要因や検知器21の振動などに起因したノイズ)が打ち消し合う。なお、検知器21は、差動信号のほかに、先端側側のコイルが単独で出力する地磁気信号を出力することも可能である。また、検知器21における一対の磁気検知コイルの間隔は、必要な探索範囲の広さや必要な分解能などに応じて適当に設定される。 The detector 21 is a uniaxial differential fluxgate type magnetic sensor in which a pair of magnetic detection coils are coaxially arranged at intervals of, for example, about 0.5 to 2 m, and the differential signals of the pair of magnetic detection coils are It is output from the detector 21. In this differential signal, the noise of the signals output individually by the pair of magnetic coils (noise caused by environmental factors such as the earth's magnetic field and the vibration of the detector 21) cancel each other out. In addition to the differential signal, the detector 21 can also output a geomagnetic signal that the coil on the tip side independently outputs. Further, the distance between the pair of magnetic detection coils in the detector 21 is appropriately set according to the required search range and the required resolution.

管制装置23は、観測孔21を走査中の検知器21から出力されてくる差動信号と、検知器21の深度とを互いに対応づけてAD変換器24へ出力することができる。AD変換器24は、検知器21から出力される深度付きの差動信号をAD変換してからモバイルPC25へ出力し、モバイルPCは、その内部メモリに格納された所定のプログラムに従って、深度付きの差動信号を、所定のフォーマット(CSV形式)で内部メモリへ保存する。 The control device 23 can output the differential signal output from the detector 21 scanning the observation hole 21 and the depth of the detector 21 to the AD converter 24 in association with each other. The AD converter 24 AD-converts the differential signal with depth output from the detector 21 and then outputs the differential signal to the mobile PC 25, and the mobile PC has a depth according to a predetermined program stored in its internal memory. The differential signal is stored in the internal memory in a predetermined format (CSV format).

なお、管制装置23は、バッテリーから検知器21へ供給される電力をユーザ(技術者)がオン/オフするスイッチと、検知器21から出力される差動信号(及び先端側コイルから出力される地磁気信号)のレベルを表示する表示部と、検知器21から出力される差動信号(及び先端側コイルから出力される地磁気信号)の感度をユーザ(技術者)が切り替えるための調節部と、検知器21から出力される差動信号(及び先端側コイルから出力される地磁気信号)のオフセットをユーザ(技術者)が調整をするための調節部とを備える。なお、モバイルPC25は、所定のプログラムに従って動作し、管制装置23の側から与えられる差動信号(又は先端側コイルから出力される地磁気信号)を監視し、そのレベルに一定以上の変化が現れた場合(検知器直下に磁性体が埋設されている可能性を示す「磁気異常」が現れた場合)に警報を発する。 The control device 23 has a switch for the user (engineer) to turn on / off the power supplied from the battery to the detector 21, and a differential signal output from the detector 21 (and output from the tip side coil). A display unit that displays the level of the geomagnetic signal), an adjustment unit for the user (engineer) to switch the sensitivity of the differential signal (and the geomagnetic signal output from the tip side coil) output from the detector 21, and an adjustment unit. It is provided with an adjusting unit for the user (engineer) to adjust the offset of the differential signal (and the geomagnetic signal output from the tip side coil) output from the detector 21. The mobile PC 25 operates according to a predetermined program, monitors the differential signal given from the control device 23 side (or the geomagnetic signal output from the tip side coil), and a change of a certain level or more appears in the level. In this case (when a "magnetic anomaly" appears, which indicates that a magnetic material may be buried directly under the detector), an alarm is issued.

2.鉛直磁気探査方法
図2は、鉛直磁気探査方法の手順を説明するフローチャートである。図2に示すとおり、鉛直磁気探査解析システム1を利用した鉛直磁気探査方法では、先ず、ユーザ(技術者)が調査地点にボーリングマシン10を設置し(S11)、鉛直下向きに深さ1mの観測孔11を掘削する(S12)。そして、ユーザ(技術者)が観測孔11に検知器21を挿入し、観測孔11の底面より1m直下についての磁気探査を実施する(S13)。このときユーザ(技術者)は、差動信号又は地磁気信号に基づいて磁気異常の有無を確認し(S14)、磁気異常があった場合(S14YES)には、連続測定の手順(S16)に移行し、磁気異常がなかった場合(S14NO)には、更に1m掘進して磁気探査及び確認を行う(S12〜S14)。そして、これら掘進から確認までの一連の手順(S12〜S14)は、磁気異常があるか(S14YES)又は観測孔11の底面が予定深度(例えば11m)に到達するまで(S15YES)、繰り返される。
2. Vertical Magnetic Tomography Method FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of the vertical magnetic tomography method. As shown in FIG. 2, in the vertical magnetic exploration method using the vertical magnetic exploration analysis system 1, the user (engineer) first installs the boring machine 10 at the survey point (S11) and observes vertically downward at a depth of 1 m. The hole 11 is excavated (S12). Then, the user (engineer) inserts the detector 21 into the observation hole 11 and performs magnetic exploration about 1 m below the bottom surface of the observation hole 11 (S13). At this time, the user (engineer) confirms the presence or absence of a magnetic anomaly based on the differential signal or the geomagnetic signal (S14), and if there is a magnetic anomaly (S14YES), the process proceeds to the continuous measurement procedure (S16). If there is no magnetic anomaly (S14NO), further 1 m is dug for magnetic exploration and confirmation (S12 to S14). Then, the series of procedures (S12 to S14) from excavation to confirmation are repeated until there is a magnetic anomaly (S14YES) or the bottom surface of the observation hole 11 reaches the planned depth (for example, 11 m) (S15YES).

その後、観測孔11の底面(下端)から孔口(上端)まで検知器21を一定速度で走査することにより連続測定を行い、その期間中に検知器21が出力した差動信号の信号波形(及び地磁気信号の信号波形)のデータをモバイルPC25の内部メモリへ保存する(S16)。その後、差動信号の信号波形に対する解析(後述)が実施される(S17)。 After that, continuous measurement is performed by scanning the detector 21 from the bottom surface (lower end) of the observation hole 11 to the hole opening (upper end) at a constant speed, and the signal waveform of the differential signal output by the detector 21 during that period ( And the signal waveform of the geomagnetic signal) is saved in the internal memory of the mobile PC 25 (S16). After that, an analysis (described later) on the signal waveform of the differential signal is performed (S17).

なお、掘削中に磁性体30への接触の危険(磁気異常)が認められた場合(S14YES)は、ボーリング孔の位置(観測孔11の位置)をずらす等の措置を講じて探査を継続してもよい。 If the danger of contact with the magnetic material 30 (magnetic anomaly) is observed during excavation (S14YES), the exploration is continued by taking measures such as shifting the position of the boring hole (position of the observation hole 11). You may.

また、磁気異常が認められた深度については、検知器21を複数回にわたって鉛直方向へ走査してデータの再現性を確認してもよい。 Further, with respect to the depth at which the magnetic anomaly is recognized, the detector 21 may be scanned a plurality of times in the vertical direction to confirm the reproducibility of the data.

3.サーバ
図1に示したサーバ27は、プログラムやデータを格納する記憶部、プログラムを実行するプロセッサ、ネットワーク26を介してモバイルPC25からの要求を受け付ける通信インタフェース、サーバ管理者からの入力を受け付けるユーザインタフェースなどを備えると共に、所定のアルゴリズム(ここでは畳み込みニューラルネットワークとする。)によって学習された学習済みの推定モデル28を備えている。学習済みの推定モデル28は、畳み込みニューラルネットワークの認識器に相当するプログラムであって、学習の結果として当該認識器の結合状態を予め記憶したものである。本実施形態では、地中における磁性体30の埋設状態を推定する際に学習済みの推定モデル28を利用する。以下では、学習済みの推定モデル28を必要に応じて単に「推定モデル28」又は「AI」と称する。
3. 3. Server The server 27 shown in FIG. 1 has a storage unit for storing programs and data, a processor for executing programs, a communication interface for receiving requests from a mobile PC 25 via a network 26, and a user interface for receiving input from a server administrator. It also has a trained estimation model 28 trained by a predetermined algorithm (here, a convolutional neural network). The trained estimation model 28 is a program corresponding to a recognizer of a convolutional neural network, and stores the coupling state of the recognizer in advance as a result of learning. In the present embodiment, the learned estimation model 28 is used when estimating the buried state of the magnetic body 30 in the ground. In the following, the trained estimation model 28 will be simply referred to as “estimation model 28” or “AI” as necessary.

サーバ27のプロセッサは、推定モデル28を管理し、モバイルPC25からネットワーク26及び通信インタフェースを介して差動信号波形のデータ(画像Im)を受信すると、画像Imを推定モデル28へ入力することにより、地中における磁性体30の埋設状態を推定する。 The processor of the server 27 manages the estimation model 28, and when it receives the differential signal waveform data (image Im) from the mobile PC 25 via the network 26 and the communication interface, it inputs the image Im into the estimation model 28. The buried state of the magnetic body 30 in the ground is estimated.

そして、サーバ27のプロセッサは、推定した磁性体30の埋設状態を、ネットワーク26を介してモバイルPC25へ提供する。サーバ27から提供された磁性体30の埋設状態は、モバイルPC25の画面等を介してユーザ(技術者)へ提示される。 Then, the processor of the server 27 provides the estimated embedded state of the magnetic material 30 to the mobile PC 25 via the network 26. The embedded state of the magnetic material 30 provided by the server 27 is presented to the user (engineer) via the screen of the mobile PC 25 or the like.

4.推定モデル
図3は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの入力データ及び出力データを説明する説明図である。図3に示すとおり本実施形態の推定モデル28は、畳み込みニューラルネットワークにより学習された学習済みの推定モデルであって、観測孔11へ挿入された鉛直磁気探査用の検知器21の差動信号波形のデータ(画像Im)から、地中における磁性体30の埋設状態を推定する推定モデル(鉛直磁気探査解析用推定モデル)である。以下、磁性体30の埋設状態として、観測孔11から磁性体30までの離隔距離rと、磁性体30の有する磁気量Mと、観測孔11から見た磁性体30の磁極の方向(仰俯角)θとの組み合わせを想定する(図1参照)。
4. The estimation model FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the input data and the output data of the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention. As shown in FIG. 3, the estimation model 28 of the present embodiment is a trained estimation model learned by the convolutional neural network, and is a differential signal waveform of the detector 21 for vertical magnetic exploration inserted into the observation hole 11. This is an estimation model (estimation model for vertical magnetic exploration analysis) that estimates the buried state of the magnetic material 30 in the ground from the data (image Im). Hereinafter, as the buried state of the magnetic body 30, the separation distance r from the observation hole 11 to the magnetic body 30, the magnetic charge M of the magnetic body 30, and the direction (elevation / depression angle) of the magnetic poles of the magnetic body 30 as seen from the observation hole 11 ) Assuming a combination with θ (see FIG. 1).

5.推定モデルの生成方法
図4は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法を説明する説明図である。この推定モデルの生成方法は主にサーバ27によって実行される。
5. Method of Generating Estimated Model FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a method of generating an estimated model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention. The method of generating this estimation model is mainly executed by the server 27.

サーバ27のプロセッサは、地中における磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)と、鉛直磁気探査用の検知器21が生成した差動信号波形の画像Imとの対応付けを教師データとして取得する取得手順と、取得した教師データを用いた畳み込みニューラルネットワークにより推定モデル28を学習させ、学習済みの推定モデル28を保存する学習手順とを実行する。 The processor of the server 27 teaches the correspondence between the buried state of the magnetic body 30 (combination of r, M, and θ) in the ground and the image Im of the differential signal waveform generated by the detector 21 for vertical magnetic exploration. The acquisition procedure to be acquired as data and the learning procedure to train the estimation model 28 by the convolutional neural network using the acquired teacher data and save the learned estimation model 28 are executed.

図4に示すとおり教師データは、磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)の異なる複数の差動信号波形の画像Imである。これらの差動信号波形の画像Imは、上述した鉛直磁気探査システム1又はこれと同じ仕様のシステムを用いて取得することができる。例えば、深度11mの観測孔11をボーリングマシン10で穿設し、その観測孔11から水平方向に遠隔した位置へ磁性体30のサンプル(模擬爆弾,鉄管など)を埋設し、孔底から孔口に向かって検知器21を所定速度で走査することにより、差動信号波形のデータ(画像Im)を取得する。さらに、磁性体30のサンプルの埋設状態(r,M,θの組み合わせ)を約400通りに変化させつつ、約400枚の画像Imを取得する。ここで、本願発明者等の実験によると、これら400枚の画像Imは、差動信号波形のパターンタイプ(S型、V型、M型、MW型の別)によって概ね4種類に分類することができた。また、同一のパターンタイプに属する画像Im同士を比較すると、上下又は左右に反転している、上下又は左右のサイズが異なる、或いは、ノイズ周波数又はノイズ量が異なる、という差異が見られた。
そこで本実施形態では、このように4種類に分類可能な約400枚の画像Imに対してそれぞれ上下左右に反転させる反転処理、画像Imを上下左右に拡縮する拡縮処理、及び人工的にノイズを加えるノイズ処理を施すことによって、教師データの数を約6万個に増大させた。これによって、実測を伴うことなく教師データの数を増やすことが可能である(拡充できる)。その結果、推定モデル28を簡単かつ確実に高性能化できると考えられる。
As shown in FIG. 4, the teacher data is an image Im of a plurality of differential signal waveforms having different buried states (combinations of r, M, and θ) of the magnetic material 30. Images of these differential signal waveforms Im can be acquired using the above-mentioned vertical magnetic exploration system 1 or a system having the same specifications. For example, an observation hole 11 having a depth of 11 m is drilled by a boring machine 10, a sample of a magnetic material 30 (simulated bomb, iron pipe, etc.) is embedded at a position horizontally distant from the observation hole 11, and a hole mouth is formed from the bottom of the hole. By scanning the detector 21 at a predetermined speed toward the image, data (image Im) of the differential signal waveform is acquired. Further, about 400 images Im are acquired while changing the embedded state (combination of r, M, and θ) of the sample of the magnetic material 30 in about 400 ways. Here, according to the experiments of the inventors of the present application, these 400 images Im are roughly classified into four types according to the pattern type of the differential signal waveform (S type, V type, M type, and MW type). I was able to do it. Further, when comparing the images Im belonging to the same pattern type, it was found that the images were inverted vertically or horizontally, the size of the vertically or horizontally was different, or the noise frequency or the amount of noise was different.
Therefore, in the present embodiment, about 400 images Im that can be classified into four types are flipped vertically and horizontally, and the image Im is scaled vertically and horizontally, and noise is artificially added. By applying noise processing to be added, the number of teacher data was increased to about 60,000. This makes it possible to increase (expand) the number of teacher data without actual measurement. As a result, it is considered that the estimation model 28 can be easily and surely improved in performance.

6.鉛直磁気探査解析装置
図5は、本発明に係る本発明に係る鉛直磁気探査解析装置による解析の手順を説明するフローチャートである。この解析の手順は、モバイルPC25の内部メモリに格納されたプログラムに従ってモバイルPC25が実行するものである。
6. Vertical Magnetic Tomography Analysis Device FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of analysis by the vertical magnetic tomography analysis device according to the present invention according to the present invention. This analysis procedure is executed by the mobile PC 25 according to a program stored in the internal memory of the mobile PC 25.

図5に示すとおり、モバイルPC25のプロセッサは、ユーザ(技術者)が指定した差動信号波形のCSVデータ(CSVファイル)と、これに対応する地磁気信号波形のCSVデータ(CSVファイル)とを内部メモリから読み込み(S171)、差動信号波形及び地磁気信号波形をそれぞれグラフとして画面へ表示する(S172,図6符号A2,A3)。 As shown in FIG. 5, the processor of the mobile PC 25 internally contains CSV data (CSV file) of the differential signal waveform specified by the user (engineer) and CSV data (CSV file) of the corresponding geomagnetic signal waveform. It is read from the memory (S171), and the differential signal waveform and the geomagnetic signal waveform are displayed on the screen as graphs (S172, FIGS. 6A2 and A3).

次に、モバイルPC25のプロセッサは、グラフ(図6符号A2,A3)に現れた波形の各ポイント(図7)をユーザ(技術者)に指定させる(S173,図7)。この指定により、基準となる深度d,解析範囲AA,差動信号波形の周期2x,最大振幅ΔHmaxなどが特定される。なお、ユーザ(技術者)による指定の方法については後述する。 Next, the processor of the mobile PC 25 causes the user (engineer) to specify each point (FIG. 7) of the waveform appearing in the graph (reference numerals A2 and A3 in FIG. 6) (S173, FIG. 7). This specification, a primary depth d, the analysis range AA, period 2x 0 of the differential signal waveform, such as the maximum amplitude [Delta] H max is specified. The method of designation by the user (engineer) will be described later.

次に、モバイルPC25のプロセッサは、ユーザ(技術者)が指定した各ポイントに基づいて差動信号波形の周期2x,最大振幅ΔHmaxなどの寸法を読み取り、ネットワーク26を介してサーバ27へ当該寸法(周期2x,最大振幅ΔHmax)を送信する。サーバ27は、推定モデル28を用いない以下の計算式(1),(2)へ周期2x,最大振幅ΔHmaxの値を当てはめることにより磁性体30の離隔距離r’及び磁性体30の磁気量M’を計算し、計算した離隔距離r’及び磁気量M’の値をネットワーク25を介してモバイルPC25へ送信する。そして、モバイルPC25は、ネットワーク25を介して離隔距離r’及び磁気量M’を受信する(S174)。 Next, the processor of the mobile PC 25 reads dimensions such as a period 2 x 0 and a maximum amplitude ΔH max of the differential signal waveform based on each point specified by the user (engineer), and transmits the dimensions to the server 27 via the network 26. The dimensions (period 2 x 0 , maximum amplitude ΔH max ) are transmitted. The server 27 applies the values of the period 2 x 0 and the maximum amplitude ΔH max to the following calculation formulas (1) and (2) without using the estimation model 28, so that the separation distance r'of the magnetic body 30 and the magnetism of the magnetic body 30 are applied. The quantity M'is calculated, and the calculated values of the separation distance r'and the magnetic charge M'are transmitted to the mobile PC 25 via the network 25. Then, the mobile PC 25 receives the separation distance r'and the magnetic charge M'via the network 25 (S174).

r’={(x+0.5)(x−0.5)}2/3×{(x+0.5)2/3+(x−0.5)2/3}…(1) r '2 = {(x 0 +0.5) (x 0 -0.5)} 2/3 × {(x 0 +0.5) 2/3 + (x 0 -0.5) 2/3} ... (1)

M’=ΔHmax(0.5+r’)3/2×10…(2) M '= ΔH max (0.5 2 + r' 2) 3/2 × 10 ... (2)

次に、モバイルPC25のプロセッサは、サーバ27から受信した離隔距離r’及び磁気量M’を画面に表示する(S175,図6の符号A4,図8)。 Next, the processor of the mobile PC 25 displays the separation distance r'and the magnetic charge M'received from the server 27 on the screen (reference numerals A4 and 8 in S175 and FIG. 6).

一方、モバイルPC25のプロセッサは、解析範囲AA(図7)に属する差動信号のデータを画像Imとて生成し、生成した画像Imを、ネットワーク26を介してサーバ27へ送信する。画像Imを受信したサーバ27は、画像Imを推定モデル28へ入力することにより、磁性体30の離隔距離r、磁気量M、磁極の方向θを推定し、ネットワーク26を介して離隔距離r、磁気量M、磁極の方向θを、モバイルPC25へ送信する。これによって、モバイルPC25は、磁性体30の離隔距離r、磁気量M、磁極の方向θを取得することができる(S176)。 On the other hand, the processor of the mobile PC 25 generates the data of the differential signal belonging to the analysis range AA (FIG. 7) as the image Im, and transmits the generated image Im to the server 27 via the network 26. The server 27 that has received the image Im estimates the separation distance r, the magnetic charge M, and the direction θ of the magnetic poles of the magnetic body 30 by inputting the image Im into the estimation model 28, and the separation distance r, via the network 26, The magnetic charge M and the direction θ of the magnetic poles are transmitted to the mobile PC 25. As a result, the mobile PC 25 can acquire the separation distance r of the magnetic body 30, the magnetic charge M, and the direction θ of the magnetic poles (S176).

次に、モバイルPC25のプロセッサは、サーバ27から受信した離隔距離r、磁気量M、及び磁極の方向θを画面に表示する(S177,図6符号A4,図8)。
以上の結果、計算式で計算した離隔距離r’及び磁気量M’と、推定モデル28で推定した離隔距離r、磁気量M、磁極の方向θとが比較可能な状態でユーザ(技術者)へ提示される(図8)。なお、このとき深度dも一緒に表示されることが望ましい。
Next, the processor of the mobile PC 25 displays the separation distance r, the magnetic charge M, and the direction θ of the magnetic poles received from the server 27 on the screen (S177, reference numeral A4 in FIG. 8).
As a result of the above, the user (engineer) can compare the separation distance r'and the magnetic quantity M'calculated by the calculation formula with the separation distance r, the magnetic quantity M, and the magnetic pole direction θ estimated by the estimation model 28. It is presented to (Fig. 8). At this time, it is desirable that the depth d is also displayed.

7.表示画面
図6は、本発明に係る本発明に係る鉛直磁気探査解析装置の表示画面を説明する説明図である。この表示画面は、モバイルPCの内部メモリに格納されたプログラムに従ってモバイルPC25のプロセッサがモバイルPCの画面へ表示するものである。
7. Display screen FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a display screen of the vertical magnetic tomography analysis apparatus according to the present invention according to the present invention. This display screen is displayed on the screen of the mobile PC by the processor of the mobile PC 25 according to the program stored in the internal memory of the mobile PC.

図6の表示画面の上部には、差動信号波形のデータのファイルをユーザ(技術者)が指定するためのエリアA1が設けられている。 At the upper part of the display screen of FIG. 6, an area A1 for a user (engineer) to specify a file of differential signal waveform data is provided.

図6の表示画面の中央左寄りには、検知器21の先端側コイルが単独で生成した地磁気信号波形がグラフとして表示されるエリアA2と、検知器21が生成した差動信号波形がグラフとして表示されるエリアA3(図7参照)とが並べて設けられている。 On the left side of the center of the display screen of FIG. 6, the area A2 in which the geomagnetic signal waveform generated independently by the coil on the tip side of the detector 21 is displayed as a graph and the differential signal waveform generated by the detector 21 are displayed as a graph. Area A3 (see FIG. 7) is provided side by side.

図6の表示画面の中央右寄りには、推定モデル28が推定した離隔距離r,磁気量M,磁極の方向θと、計算式で計算した離隔距離r’,磁気量M’とを一覧可能な状態で表示するためのエリアA4(図8参照)が設けられている。
図6の表示画面の下部には、サーバ27を介して行われた解析に係る実行ログが時系列順に表示されるエリアA5が設けられている。
On the right side of the center of the display screen of FIG. 6, the separation distance r, the magnetic charge M, and the magnetic charge direction θ estimated by the estimation model 28, and the separation distance r'and the magnetic charge M'calculated by the calculation formula can be listed. An area A4 (see FIG. 8) for displaying the state is provided.
At the bottom of the display screen of FIG. 6, an area A5 is provided in which execution logs related to the analysis performed via the server 27 are displayed in chronological order.

8.差動信号波形の表示エリア
図7は、差分信号波形の表示エリアA3を説明する説明図である。ユーザ(技術者)は、差分信号波形の表示エリアA3を目視しつつ、マウスによるポインティング又は数値入力を行うことにより、差動信号波形の半周期xの上端深度及び下端深度を指定することができる。これによって、モバイルPC25は、差動信号波形の周期2xを特定することができる。
8. Display area of the differential signal waveform FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a display area A3 of the differential signal waveform. The user (engineer) can specify the upper end depth and the lower end depth of the half cycle x 0 of the differential signal waveform by pointing with the mouse or inputting a numerical value while visually observing the display area A3 of the difference signal waveform. can. Thus, the mobile PC25 can identify the period 2x 0 of the differential signal waveform.

また、ユーザ(技術者)は、差分信号波形の表示エリアA3を目視しつつ、マウスによるポインティング又は数値入力を行うことにより、差動信号波形において最も振幅が大きくなるピークの接線を指定することができる。これによって、モバイルPC25は、差動信号波形の最大振幅ΔHmaxを特定することができる。 Further, the user (engineer) can specify the tangent line of the peak having the largest amplitude in the differential signal waveform by performing pointing or numerical input with the mouse while visually observing the display area A3 of the difference signal waveform. can. Thereby, the mobile PC 25 can specify the maximum amplitude ΔH max of the differential signal waveform.

また、ユーザ(技術者)は、差分信号波形の表示エリアA3を目視しつつ、マウスによるポインティング又は数値入力を行うことにより、基準となる深度dを指定することができる。なお、基準となる深度dは、地磁気信号波形のグラフ(図6の符号A2)に基づいてユーザ(技術者)が指定してもよい。 Further, the user (engineer) can specify the reference depth d by pointing with the mouse or inputting a numerical value while visually observing the display area A3 of the difference signal waveform. The reference depth d may be specified by the user (engineer) based on the graph of the geomagnetic signal waveform (reference numeral A2 in FIG. 6).

また、ユーザ(技術者)は、差分信号波形の表示エリアA3を目視しつつ、マウスによるポインティング又は数値入力を行うことにより、解析範囲AAの上端深度および下端深度を指定することができる。なお、モバイルPC25は、深度dを中心とした所定範囲を自動的に解析範囲AAと定めてもよい。 Further, the user (engineer) can specify the upper end depth and the lower end depth of the analysis range AA by performing pointing or numerical input with the mouse while visually observing the display area A3 of the difference signal waveform. The mobile PC 25 may automatically set a predetermined range centered on the depth d as the analysis range AA.

6.解析結果の表示エリア
図8は、解析結果の表示エリアA4を説明する説明図である。図8に示すとおり、解析結果の表示エリアA4には、磁極の方向θを表示するエリアA41と、離隔距離rを表示するエリアA42と、深度dを表示するエリアA43と、磁気量Mを表示するエリアA44と、最大振幅ΔHmaxを表示するエリアA51と、周期2x0を表示するエリアA52と、離隔距離r’を表示するエリアA53と、磁気量M’を表示するエリアA54と、磁気量M”を表示するエリアA61とが設けられている。なお、磁気量M”は、推定モデル28で推定した離隔距離rと、前述した最大振幅ΔHmaxとを計算式(2)へ当てはめることにより、サーバ27のプロセッサが計算した磁気量である。
6. Analysis result display area FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an analysis result display area A4. As shown in FIG. 8, in the analysis result display area A4, an area A41 for displaying the direction θ of the magnetic pole, an area A42 for displaying the separation distance r, an area A43 for displaying the depth d, and a magnetic charge M are displayed. Area A44, area A51 displaying the maximum amplitude ΔH max , area A52 displaying the period 2x0, area A53 displaying the separation distance r', area A54 displaying the magnetic charge M', and magnetic charge M. An area A61 for displaying "" is provided. The magnetic charge M "is obtained by applying the separation distance r estimated by the estimation model 28 and the above-mentioned maximum amplitude ΔH max to the calculation formula (2). This is the magnetic charge calculated by the processor of the server 27.

9.推定モデルの評価
図9は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルにより推定した離隔距離と真値(実測値)との関係を示すグラフである。図9に示すとおり、推定モデル28で推定した離隔距離rは、離隔距離の真値と比較すると多少の誤差が生じていたものの、この誤差は±0.5m程度の範囲内に収まっている。
9. Evaluation of Estimated Model FIG. 9 is a graph showing the relationship between the separation distance estimated by the estimated model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention and the true value (measured value). As shown in FIG. 9, the separation distance r estimated by the estimation model 28 has a slight error as compared with the true value of the separation distance, but this error is within a range of about ± 0.5 m.

図10は、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルにより推定した離隔距離と計算式により計算した離隔距離との関係を示すグラフである。図10に示すとおり、推定モデル28で推定した離隔距離rは、計算式で計算した離隔距離r’よりも若干大きめの値を示す傾向があった。また、離隔距離と重量(すなわち磁気量)との組み合わせによって離隔距離rは特徴的な分布を示しており、例えば150mm砲弾サイズでは離隔距離2m以下での精度は高く、500kg爆弾サイズでは3m以上の離隔距離でやや小さめの値が出やすいといった結果が得られた。 FIG. 10 is a graph showing the relationship between the separation distance estimated by the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention and the separation distance calculated by the calculation formula. As shown in FIG. 10, the separation distance r estimated by the estimation model 28 tends to show a slightly larger value than the separation distance r'calculated by the calculation formula. In addition, the separation distance r shows a characteristic distribution depending on the combination of the separation distance and the weight (that is, the magnetic charge). For example, the accuracy at the separation distance of 2 m or less is high for the 150 mm shell size, and 3 m or more for the 500 kg bomb size. The results showed that a slightly smaller value was likely to be obtained at the separation distance.

なお、ここでは、離隔距離rの推定誤差についてしか検証していないが、推定モデル28は磁気量Mや磁極の方向θについても一定の精度で推定することができると考えられる。なぜなら、差動信号波形の最大振幅ΔHmaxと磁性体30の磁気量Mとの間に相関性があることは周知であり、差動信号波形のパターンタイプ(MV型、M型、V型、S型、逆S型、V型、逆M型、逆MV型の別)と磁極の方向θとの間に相関性があることは、本願発明者等の実験から判明しているからである(図4参照)。 Although only the estimation error of the separation distance r is verified here, it is considered that the estimation model 28 can also estimate the magnetic charge M and the direction θ of the magnetic poles with a certain accuracy. This is because it is well known that there is a correlation between the maximum amplitude ΔH max of the differential signal waveform and the magnetic amount M of the magnetic material 30, and the pattern types of the differential signal waveform (MV type, M type, V type, This is because it has been found from experiments by the inventors of the present application and the like that there is a correlation between the S type, the inverted S type, the V type, the inverted M type, and the inverted MV type) and the magnetic pole direction θ. (See FIG. 4).

10.実施形態の効果
本実施形態によれば、磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)と、検知器21が生成した差動信号波形の画像Imとの対応付けを教師データとして畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolution Neural Network)により推定モデル28を学習させるので、ユーザ(技術者)が画面上で差動信号波形の寸法(振幅ΔH,変化の周期2xなど)を測るという手作業を要しない。
10. Effect of Embodiment According to this embodiment, the correspondence between the buried state of the magnetic body 30 (combination of r, M, and θ) and the image Im of the differential signal waveform generated by the detector 21 is convolved as teacher data. neural network: since (CNN Convolution neural network) by train the estimation model 28, the user (technician) is a differential signal waveform of dimensions (amplitude [Delta] H, periodic 2x 0 such changes) on the screen manually that measure I don't need it.

そして、差動信号波形の形状(パターン)と磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)との間には強い相関がある。例えば、磁性体30の離隔距離rが短いほど差動信号波形の変化の周期2xは短くなり、磁性体30の離隔距離rが短く磁性体30の磁気量Mが大きいほど差動信号波形の最大振幅ΔHmaxも大きくなることは既に知られている(計算式(1),(2)を参照)。さらに、本願発明者等の実験によると、観測孔11から見た磁性体30の磁極の方向θに応じて差動信号波形のパターンタイプがMV型、M型、V型、S型、逆S型、逆V型、逆M型、逆MV型などの間で変化することも判明している(図4)。 Then, there is a strong correlation between the shape (pattern) of the differential signal waveform and the embedded state (combination of r, M, θ) of the magnetic body 30. For example, the period 2x 0 of changes in separation distance r is short enough differential signal waveform of the magnetic body 30 becomes shorter, the differential signal waveform as distance r of the magnetic member 30 is large magnetic charge M of shorter magnet 30 It is already known that the maximum amplitude ΔH max also increases (see formulas (1) and (2)). Further, according to an experiment by the inventors of the present application, the pattern types of the differential signal waveforms are MV type, M type, V type, S type, and inverted S according to the direction θ of the magnetic poles of the magnetic body 30 seen from the observation hole 11. It has also been found to change between types, inverted V types, inverted M types, inverted MV types, and the like (Fig. 4).

しかも、畳み込みニューラルネットワークは、画像の特徴点を捉えることが得意であるから、差動信号波形の形状(パターン)の特徴を画像Imとして認識し、差動信号波形の形状(パターン)と強い相関を有した磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)を推定するのに好適である。 Moreover, since the convolutional neural network is good at capturing the feature points of the image, it recognizes the feature of the shape (pattern) of the differential signal waveform as an image Im and strongly correlates with the shape (pattern) of the differential signal waveform. It is suitable for estimating the buried state (combination of r, M, and θ) of the magnetic material 30 having the above.

したがって、畳み込みニューラルネットワークによる学習済み推定モデル28を用いた本実施形態によれば、磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)を高精度に推定することができる。 Therefore, according to the present embodiment using the trained estimation model 28 by the convolutional neural network, the embedded state (combination of r, M, and θ) of the magnetic body 30 can be estimated with high accuracy.

11.その他
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
11. Others As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described in detail, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and is within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Needless to say, various modifications and changes are possible.

11−1.AIの追加学習
例えば、上述したシステムにおいては、推定モデル28を新たな教師データで追加学習させることにより推定モデル28を更新してもよい。このような更新を繰り返せば、時間経過に応じて推定モデル28の性能をアップすることができる。
11-1. Additional learning of AI For example, in the system described above, the estimation model 28 may be updated by additionally learning the estimation model 28 with new teacher data. By repeating such an update, the performance of the estimation model 28 can be improved over time.

11−2.機能の割り当て
例えば、上述したシステムにおける機能の割り当ては上述したものに限定されることはなく、サーバ27の側に搭載された機能の一部又は全部は、モバイルPC25の側に搭載されてもよいし、モバイルPC25の側に搭載された機能の一部はサーバ27の側に搭載されてもよい。また、モバイルPC25に搭載された機能の一部(推定結果を表示する機能、サーバにアクセスする機能など)は、不図示のデスクトップPCに搭載されてもよい。また、管制装置23,AD変換器24の機能の一部をモバイルPC25の側へ搭載してもよいし、AD変換器24及びモバイルPC25の機能の一部又は全部を管制装置23の側へ搭載してもよい。また、サーバ27の代わりにPCを用いることも可能であり、例えばオフィスなどに設置されたデスクトップPC127をサーバ27の代わりに使用してもよい(図11を参照)。
11-2. Allocation of functions For example, the allocation of functions in the above-mentioned system is not limited to the above-mentioned ones, and some or all of the functions installed on the server 27 side may be installed on the mobile PC 25 side. However, some of the functions mounted on the mobile PC 25 side may be mounted on the server 27 side. Further, some of the functions installed in the mobile PC 25 (function of displaying the estimation result, function of accessing the server, etc.) may be installed in a desktop PC (not shown). Further, a part of the functions of the control device 23 and the AD converter 24 may be mounted on the side of the mobile PC 25, or a part or all of the functions of the AD converter 24 and the mobile PC 25 may be mounted on the side of the control device 23. You may. It is also possible to use a PC instead of the server 27, and for example, a desktop PC 127 installed in an office or the like may be used instead of the server 27 (see FIG. 11).

11−3.AI搭載のモバイルPC
また、図12に示すとおり推定モデル28を予めモバイルPC25へ搭載(インストール)しておけば、モバイルPC25がネットワーク26へ接続できない現場で推定モデル28を利用することが可能となる。また、その場合において、教師データを用いた畳み込みニューラルネットワークにより推定モデル28を学習させる処理(推定モデル28を生成する処理)は、サーバ27(図1)が実行してもよいし、オフィスなどに設置されたデスクトップPC127(図11)が実行してもよい。学習済みの推定モデル28は、ネットワーク26を介してモバイルPC25へインストールすることが可能だからである。また、サーバ27(図1)又はデスクトップPC127(図11)が推定モデル28を追加学習により更新した場合には、ネットワーク26を介して更新後の推定モデル28をモバイルPC25へ改めてインストール(プログラムを更新)すればよい。また、サーバ27(図1)又はデスクトップPC127(図11)は、追加学習に必要な追加教師データをネットワーク26経由で収集してもよい。
11-3. AI-equipped mobile PC
Further, if the estimation model 28 is mounted (installed) on the mobile PC 25 in advance as shown in FIG. 12, the estimation model 28 can be used at the site where the mobile PC 25 cannot connect to the network 26. Further, in that case, the process of learning the estimation model 28 by the convolutional neural network using the teacher data (the process of generating the estimation model 28) may be executed by the server 27 (FIG. 1), or in an office or the like. The installed desktop PC 127 (FIG. 11) may be executed. This is because the trained estimation model 28 can be installed on the mobile PC 25 via the network 26. When the server 27 (FIG. 1) or the desktop PC 127 (FIG. 11) updates the estimation model 28 by additional learning, the updated estimation model 28 is re-installed on the mobile PC 25 via the network 26 (program is updated). )do it. Further, the server 27 (FIG. 1) or the desktop PC 127 (FIG. 11) may collect additional teacher data necessary for additional learning via the network 26.

11−4.AIを用いた直下判定
また、現場における掘削工程でAIを利用した直下判定を行ってもよい。図13は、掘削工程でAI判定を利用した鉛直磁気探査方法の手順を説明するフローチャートである。図13のフローにおいて図2のフローとの相違点は、ステップS14〜S16の間にステップS101,S102,S103が挿入された点にある。
11-4. Direct judgment using AI Further, direct judgment using AI may be performed in the excavation process at the site. FIG. 13 is a flowchart illustrating the procedure of the vertical magnetic exploration method using the AI determination in the excavation process. The difference between the flow of FIG. 13 and the flow of FIG. 2 is that steps S101, S102, and S103 are inserted between steps S14 to S16.

図13のフローにおいて、掘削中1mごとの観測時に異常波形の初期と思われる波形が認められた場合には(S14YES)、観測孔11の直下に磁性体30が存在するか否かを前述した推定モデル28(AI)で推定する(S101)。そして、推定モデル28が観測孔11の直下に磁性体30が存在していると推定した場合には(S101YES)、直ちに掘削を終了して(S103)からステップS16へ移行し(S103)、そうでない場合には(S101NO)、更なる掘削を行うべくステップS15へ移行する。 In the flow of FIG. 13, when a waveform that seems to be the initial stage of the abnormal waveform is observed during the observation every 1 m during excavation (S14YES), it is described above whether or not the magnetic material 30 exists directly under the observation hole 11. Estimate with the estimation model 28 (AI) (S101). Then, when the estimation model 28 estimates that the magnetic material 30 exists directly under the observation hole 11 (S101YES), the excavation is immediately completed (S103) and the process proceeds to step S16 (S103). If not (S101NO), the process proceeds to step S15 for further excavation.

このような推定モデル28の学習では、地中における磁性体30の埋設状態として、離隔距離r及び深度dの属するエリアの分類(図14の分類1〜9の別)と、鉛直磁気探査用の検知器21が生成した差動信号波形の画像Imとの対応付けを、教師データとして用いればよい。その場合、学習済みの推定モデル28は、磁性体30の存在するエリアが分類1〜9の何れであるかを推定することが可能となる。よって、上述したステップS102では、例えば、磁性体30の属するエリアの分類が「1」であるか否かを推定モデル28で推定し、分類が「1」であるとの推定結果が出た場合には、観測孔11の直下に磁性体30が存在する(ステップS102YES)と判定し、そうでない場合には、観測孔11の直下に磁性体30が存在しない(ステップS102NO)と判定すればよい。 In the learning of such an estimation model 28, as the buried state of the magnetic body 30 in the ground, the classification of the area to which the separation distance r and the depth d belong (separate classifications 1 to 9 in FIG. 14) and the vertical magnetic exploration are performed. The association of the differential signal waveform generated by the detector 21 with the image Im may be used as the teacher data. In that case, the trained estimation model 28 can estimate which of the categories 1 to 9 the area where the magnetic body 30 exists. Therefore, in step S102 described above, for example, when the estimation model 28 estimates whether or not the classification of the area to which the magnetic material 30 belongs is "1", and the estimation result that the classification is "1" is obtained. It may be determined that the magnetic body 30 exists directly under the observation hole 11 (step S102YES), and if not, it may be determined that the magnetic body 30 does not exist directly under the observation hole 11 (step S102NO). ..

11−4.システムの更新
また、例えば不発弾探査はボーリングを行いながら深度1mごとに不発弾の有無を測定するものであるため、推定モデルによる推定精度が低いと大事故につながる危険性を有している。このため推定モデルによって迅速に人為的な誤差無く推定ができることは、事故を防ぐ意味でも大きな価値があるといえる。本実施形態のシステムについては、ユーザインタフェースについても様々に変形可能である。また、本実施形態では、計算式を用いた結果と推定モデルを用いた結果とを比較できるようなツールとして汎用性を高めるよう工夫をすることが可能である。さらには、比較に基づき準備された新規な教師データで推定モデルを逐次学習(追加学習)させたり(推定モデルを更新したり)、離隔距離50cm以下の極近の教師データで推定モデルを更に学習させたり(推定モデルを更新したり)することで、推定精度の向上及び適用範囲の拡大を図ることができる。また、解析のたびに新しい教師データを学習できるようにシステムを構築することもできる。
11-4. System update For example, unexploded ordnance exploration measures the presence or absence of unexploded ordnance at a depth of 1 m while boring, so if the estimation accuracy by the estimation model is low, there is a risk of a major accident. Therefore, it can be said that the ability to quickly estimate without human error using the estimation model is of great value in terms of preventing accidents. The system of the present embodiment can be variously modified with respect to the user interface. Further, in the present embodiment, it is possible to devise to enhance the versatility as a tool that can compare the result using the calculation formula and the result using the estimation model. Furthermore, the estimated model is sequentially learned (additional learning) with new teacher data prepared based on the comparison (the estimated model is updated), and the estimated model is further learned with the nearest teacher data with a separation distance of 50 cm or less. By making it (update the estimation model), it is possible to improve the estimation accuracy and expand the applicable range. It is also possible to build a system so that new teacher data can be learned each time analysis is performed.

1 鉛直磁気探査システム
10 ボーリングマシン
2 鉛直磁気探査解析システム
21 検知器
22 ケーブル
23 管制装置
24 AD変換器
25 モバイルPC
27 サーバ
28 推定モデル
20 推定モデル
26 ネットワーク
30 磁性体
r 離隔距離
M 磁気量
θ 磁極の方向
1 Vertical magnetic exploration system 10 Boring machine 2 Vertical magnetic exploration analysis system 21 Detector 22 Cable 23 Control device 24 AD converter 25 Mobile PC
27 Server 28 Estimated model 20 Estimated model 26 Network 30 Magnetic material r Separation distance M Magnetic charge θ Direction of magnetic poles

Claims (11)

地中の観測孔に挿入された鉛直磁気探査用の検知器の信号波形に基づき磁性体の埋設状態を推定するための推定モデルを生成する鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法であって、
地中における磁性体の埋設状態と、鉛直磁気探査用の検知器が生成した信号波形の画像との対応付けを、教師データとして取得する取得手順と、
取得した教師データを用いた畳み込みニューラルネットワークにより推定モデルを学習させ、学習済みの推定モデルを保存する学習手順と、
を含むことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法。
It is a method of generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis that generates an estimation model for estimating the buried state of a magnetic material based on the signal waveform of a detector for vertical magnetic exploration inserted in an observation hole in the ground.
An acquisition procedure for acquiring the correspondence between the buried state of the magnetic material in the ground and the image of the signal waveform generated by the detector for vertical magnetic exploration as teacher data, and
A learning procedure that trains an estimation model by a convolutional neural network using the acquired teacher data and saves the trained estimation model.
A method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, which comprises.
請求項1に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、
前記磁性体の埋設状態には、
前記観測孔から前記磁性体までの離隔距離rが含まれる
ことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法。
In the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to claim 1.
In the embedded state of the magnetic material,
A method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, characterized in that the separation distance r from the observation hole to the magnetic material is included.
請求項2に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、
前記磁性体の埋設状態には更に、
前記磁性体の有する磁気量Mと、
前記観測孔から見た前記磁性体の磁極の方向θと
の少なくとも1つが含まれる
ことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法。
In the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to claim 2.
Further, in the embedded state of the magnetic material,
The magnetic charge M of the magnetic material and
A method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, which comprises at least one of the directions θ of the magnetic poles of the magnetic material as seen from the observation hole.
請求項3に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、
前記取得手順では、
前記磁性体のサンプルの埋設状態を変化させつつ複数の信号波形の画像を取得し、それら複数の信号波形の画像に対して反転処理、拡縮処理、ノイズ処理の少なくとも1つを施すことより、前記教師データを拡充する
ことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法。
In the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to claim 3.
In the acquisition procedure,
By acquiring images of a plurality of signal waveforms while changing the embedded state of the magnetic sample, and performing at least one of inversion processing, scaling processing, and noise processing on the images of the plurality of signal waveforms. A method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, which is characterized by expanding teacher data.
請求項1から4のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、
前記検知器は、
一軸差動フラックスゲート型の磁気センサである
ことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法。
In the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to any one of claims 1 to 4.
The detector is
A method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, which is characterized by being a uniaxial differential fluxgate type magnetic sensor.
請求項1から5のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、
前記磁性体が不発弾である
ことを特徴とする鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法。
In the method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to any one of claims 1 to 5.
A method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis, characterized in that the magnetic material is unexploded.
請求項1から6のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法により生成された推定モデルを管理する管理手段と、
鉛直磁気探査用の検知器が生成した信号波形の画像を前記推定モデルへ入力することにより、地中における磁性体の埋設状態を推定する推定手段と、
磁性体の埋設状態をユーザへ提示する提示手段と
を備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析システム。
A management means for managing the estimation model generated by the method for generating the estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to any one of claims 1 to 6.
An estimation means for estimating the buried state of a magnetic material in the ground by inputting an image of a signal waveform generated by a detector for vertical magnetic exploration into the estimation model, and an estimation means.
A vertical magnetic exploration analysis system characterized by being provided with a presentation means for presenting the buried state of a magnetic material to a user.
請求項7に記載の鉛直磁気探査解析システムにおいて、
前記推定手段は、
前記推定モデルを用いない所定の計算式へ前記信号波形の寸法を当てはめることにより前記磁性体の埋設状態を計算し、
前記提示手段は、
推定した埋設状態と計算した埋設状態とを互いに比較可能な状態で前記ユーザへ提示する
ことを特徴とする鉛直磁気探査解析システム。
In the vertical magnetic exploration analysis system according to claim 7.
The estimation means
The embedded state of the magnetic material is calculated by applying the dimensions of the signal waveform to a predetermined calculation formula that does not use the estimation model.
The presentation means
A vertical magnetic exploration analysis system characterized in that the estimated buried state and the calculated buried state are presented to the user in a state in which they can be compared with each other.
請求項7または8に記載の鉛直磁気探査解析システムにおいて、
鉛直磁気探査用の検知器を更に備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析システム。
In the vertical magnetic exploration analysis system according to claim 7 or 8.
A vertical magnetic exploration analysis system characterized by further equipped with a detector for vertical magnetic exploration.
請求項7から9のいずれか一項に記載の鉛直磁気探査解析システムに適用される鉛直磁気探査解析装置であって、
前記推定手段及び前記提示手段を備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析装置。
A vertical magnetic exploration analysis device applied to the vertical magnetic exploration analysis system according to any one of claims 7 to 9.
A vertical magnetic tomography analysis apparatus including the estimation means and the presentation means.
請求項10に記載の鉛直磁気探査解析装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム。 A computer-readable program according to claim 10, wherein the computer functions as the vertical magnetic exploration and analysis apparatus.
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