JP6817657B2 - シンプルプロファイリング(spm)手法の変換プログラムおよびシンプルプロファイリング(spm)手法の変換方法 - Google Patents
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Description
非特許文献1: 長 郁夫、先名重樹「極小微動アレイによる浅部構造探査システム−大量データの蓄積と利活用に向けて−」,Synthesiology Vol.9 No.2 pp86-96(May.1016)
しかしながら、極小アレイおよび不規則微動アレイを設置して、微動計測を行う場合、機器の設置の精度が求められる。そのため、経験豊富な熟練者でなければ、微動観測を実施することができないという問題がある。
しかしながら、これには深さ方向の誤差およびS波速度の誤差が大きいという問題がある。
一局面に従うシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、微動アレイ解析により得られる表面波のレイリー波の分散曲線を第1処理で変換する第1変換処理と、第1変換処理により得られたデータの不連続部位を抽出する第1抽出処理と、分散曲線を第2処理で変換する第2変換処理と、第2変換処理により得られたデータの不連続部位を抽出する第2抽出処理と、第1抽出処理により抽出された不連続部位および第2抽出処理により抽出された不連続部位が両方表れるポイントを検出する検出処理とを有し、検出処理から不連続断面を抽出する、ものである。
その結果、地質構造境界が明確となり、容易に精度の高いシンプルプロファイリングを実施することができる。これにより、地質学の専門家だけでなく多くの一般ユーザが、高精度の地盤の観測および解析をすることができる。
第2の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面に従うシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、第1変換処理は、分散曲線を、周波数および波長の関係に変換する第11変換処理と、第11変換処理により変換されたデータを、周波数および深さに変換する第12変換処理と、第12変換処理により変換されたデータに対してH/Vスペクトルの値をプロットする第13変換処理と、を含んでもよい。
第3の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面または第2の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、第2変換処理は、分散曲線を、波長および位相速度の関係に変換する第21変換処理と、第21変換処理に変換されたデータを深さおよびS波速度に変換する第22変換処理と、第22変換処理に変換されたデータを深さおよび共振周波数に変換する第23変換処理と、第23変換処理により変換されたデータに対して共振周波数をH/Vスペクトルの周波数と仮定し、H/Vスペクトルの値をプロットする第24変換処理と、を含んでもよい。
第4の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面に従うシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、第1抽出処理は、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の谷部を抽出し、抽出部位を不連続部位と判定する第1検出部と、第2抽出処理は、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の山部を抽出し、抽出部位を不連続部位と判定する第2検出部と、を含んでもよい。
なお、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の谷部は、H/Vスペクトルの第一波に対して+150%以上およびまたは−150%以下を超過する差が生じた場合の谷部であることがより好ましく、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の所定区間における山部は、H/Vスペクトルの第一波に対して+150%以上およびまたは−150%以下を超過する差が生じた場合の山部であることがより好ましい。
第5の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面から第4の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、検出処理は、隣接する山部および隣接する谷部との周波数の差、またはH/Vスペクトルの値の比が閾値よりも小さい場合、高周波数側にあらわれる山部および谷部を除外してもよい。
第6の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面から第5の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、検出処理は、所定の山部から高周波数側へ向けて次の山部のH/V値の方が小さい場合、高周波数側にあらわれる山部と谷部を除外してもよい。
第7の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面から第6の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、検出処理は、所定の谷部から高周波数側へ向けて次の谷部のH/V 値の方が小さい場合、高周波数側にある山部と谷部を除外してもよい。
第8の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面から第7の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、微動アレイ解析により得られる表面波のデータをインターネットを経由しクラウドに保存し、クラウド上のサーバを用いて第1処理、第1抽出処理、第2処理、および第2抽出処理を行うことができる。
さらに、多くの一般ユーザが利用することにより、様々な地点で測定された大量のデータが地図情報とあわせてクラウド上に蓄積され、広範囲かつ高密度高分解能の大量のデータを蓄積することができる。これによって、局所で精度の高い測定ができるとともに、地震災害軽減など広範囲のゾーニングにも活用することができる。
第9の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムは、一局面から第8の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換プログラムにおいて、第1抽出処理およびまたは第2抽出処理は、人工知能による深層学習を用いて不連続部位の抽出を行うことができる。
第10の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、微動アレイ解析により得られる表面波のレイリー波の分散曲線を、周波数および波長の関係に変換する第11変換工程と、第11変換工程により変換されたデータを、周波数および深さに変換する第12変換工程と、第12変換工程により変換されたデータに対してH/Vスペクトルの値をプロットする第13変換工程と、を含むものである。
第11の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、微動アレイ解析により得られる表面波のレイリー波の分散曲線を第1工程で変換する第1変換工程と、第1変換工程により得られたデータの不連続部位を抽出する第1抽出工程と、分散曲線を第2工程で変換する第2変換工程と、第2変換工程により得られたデータの不連続部位を抽出する第2抽出工程と、第1抽出工程により抽出された不連続部位および第2抽出工程により抽出された不連続部位が両方表れるポイントを検出する検出工程と、検出工程から不連続断面を抽出するものである。
その結果、容易に精度の高いシンプルプロファイリングを実施することができる。
また、第1変換工程、第1抽出工程、第2変換工程、第2抽出工程、検出工程がクラウドに配設されることで、多数の各地で計測された微動アレイ解析により得られる表面波のレイリー波の分散曲線を容易に処理することができる。
第12の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、第11の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法において、第1変換工程は、分散曲線を、周波数および波長の関係に変換する第11変換工程と、第11変換工程により変換されたデータを、周波数および深さに変換する第12変換工程と、第12変換工程により変換されたデータに対してH/Vスペクトルの値をプロットする第13変換工程と、を含んでもよい。
第13の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、第11または第12の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法において、第2変換工程は、分散曲線を、波長および位相速度の関係に変換する第21変換工程と、第21変換工程に変換されたデータを深さおよびS波速度に変換する第22変換工程と、第22変換工程に変換されたデータを深さおよび共振周波数に変換する第23変換工程と、第23変換工程により変換されたデータに対して共振周波数をH/Vスペクトルの周波数と仮定し、H/Vスペクトルの値をプロットする第24変換工程と、を含んでもよい。
第14の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、第11の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法において、第1抽出工程は、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の谷部を抽出し、抽出部位を不連続部位と判定する第1検出部と、第2抽出工程は、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の山部を抽出し、抽出部位を不連続部位と判定する第2検出部と、を含んでもよい。
なお、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の所定区間における谷部は、H/Vスペクトルの第一波に対して+150%以上およびまたは−150%以下を超過する差が生じた場合の谷部であることがより好ましく、H/Vスペクトルの第一波に対して+100%以上およびまたは−100%以下を超過する差が生じた場合の山部は、H/Vスペクトルの第一波に対して+150%以上およびまたは−150%以下を超過する差が生じた場合の山部であることがより好ましい。
第15の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、第11から第14の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法において、検出工程は、隣接する山部および隣接する谷部との周波数の差、またはH/Vスペクトルの値の比が閾値よりも小さい場合、高周波数側にあらわれる山部および谷部を除外してもよい。
第16の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、第11から第15の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法において、検出工程は、所定の山部から高周波数側へ向けて次の山部のH/V値の方が小さい場合、高周波数側にあらわれる山部と谷部を除外してもよい。
第17の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法は、第11から第16の発明にかかるシンプルプロファイリング手法の変換方法において、検出工程は、所定の谷部から高周波数側へ向けて次の谷部のH/V 値の方が小さい場合、高周波数側にある山部と谷部を除外してもよい。
311 第11処理部
312 第12処理部
313 第13処理部
321 第21処理部
322 第22処理部
323 第23処理部
324 第24処理部
410 第1検出部
420 第2検出部
以下、本実施の形態におけるシンプルプロファイリング(以下、単にSPMと呼ぶ。)手法の変換方法について説明を行う。
本実施の形態にかかるSPM手法の変換方法およびSPM手法の変換プログラムは、微動アレイ解析により得られた表面波のレイリー波の分散曲線を用いて精度の高いS波速度構造および不連続深度を自動的に出力する。
図2はSPM手法の変換プログラムの第1段階の処理、第2段階の処理、ロバスト処理の一例を示すフローチャートである。
図3は微動アレイ解析により得られた表面波のレイリー波の分散曲線の一例を示す模式図であり、図4は周波数および波長のデータに変換した一例を示す模式図であり、図5は深さおよび周波数に変換した一例を示す模式図であり、図6は図5の周波数に応じてH/Vスペクトルをプロットした一例を示す模式図である。
第11処理部311は、以下の式に従い処理を行う。
第11処理部311は、式(1)を用いて処理を行うことにより、図4のデータに変換される。
第12処理部312は、式(2)を用いて処理を行うことにより、図5のデータに変換される。具体的に定数aは、0.375である。
この場合、初めての山部(PEAK)の出現後に、低周波数側から高周波数側へ向けて順に、山部(PEAK)と谷部(VALLEY)との両方が表れる部位を検出する。
これにより、山部と谷部の検出を効果的に行うことができる。なお、閾値の設定にあたっては、H/Vスペクトルの周波数の限定のみ行ってもよいし、長周期側からの一定の数の検出のみ行ってもよい良いし、両方を組み合わせて検出してもよい。
次に、第2段階の処理について説明を行う。また、図7は位相速度および波長のデータに変換した一例を示す模式図であり、図8は深さおよびS波速度に変換した一例を示す模式図であり、図9は深さおよび共振周波数に変換した一例を示す模式図であり、図10は図9の共振周波数に応じてH/Vスペクトルをプロットした一例を示す模式図である。
第21処理部321は、上記の式(1)に従い処理を行う。
第21処理部321は、式(1)を用いて処理を行うことにより、図7のデータに変換される。
平滑化されたスペクトルの微係数が、「0」となる点を低周波数側から順にサーチして山部(PEAK)を同定する。
まず、ステップS4の処理およびステップS15の処理で得られたデータについて山部および谷部の両方が同時に現れる深さDの部分を不連続断面として抽出する(ステップS21)。
続いて、ロバスト処理部430におけるロバスト処理について説明を行う。
さらに、谷部があるが、山部があるか判定できない場合、谷部に対して2.5倍の周波数に暫定的な山部を置く。
得られた山部と、谷部との両方表れる部位ごとに、山部に対応する深度と、谷部に対応する深度とを、平均してH/Vスペクトル深度変換の代表値とする。
特に、計測データを持ち帰って解析を行う従来の手法と比較して、計測データをクラウド上に提供するだけで処理を行うことができる。また、容易に精度の高いシンプルプロファイリングを実施することができる。
Claims (7)
- 微動アレイ解析により得られる表面波のレイリー波の分散曲線を変換する第1変換処理と、
前記第1変換処理により得られたデータの不連続部位を抽出する第1抽出処理と、
前記分散曲線を変換する第2変換処理と、
前記第2変換処理により得られたデータの不連続部位を抽出する第2抽出処理と、
前記第1抽出処理により抽出された不連続部位および前記第2抽出処理により抽出された不連続部位が両方表れるポイントを検出する検出処理とを有し、
前記第1変換処理は、
前記分散曲線を、周波数と波長との関係に変換する第11変換処理と、
前記第11変換処理により変換されたデータを、周波数と深さとの関係に変換する第12変換処理と、
前記第12変換処理により変換されたデータの深さに対してH/Vスペクトルの値をプロットする第13変換処理と、を含み、
前記第2変換処理は、
前記分散曲線を、波長対位相速度の関係に変換する第21変換処理と、
前記第21変換処理に変換されたデータを深さとS波速度との関係に変換する第22変換処理と、
前記第22変換処理に変換されたデータを深さと共振周波数との関係に変換する第23変換処理と、
前記第23変換処理により変換されたデータに対して共振周波数をH/Vスペクトルの周波数と仮定し、前記第23変換処理により変換されたデータの深さに対して前記H/Vスペクトルの値をプロットする第24変換処理と、を含み、
前記第1抽出処理は、前記第13変換処理で作成されたプロットを深さの深い側から走査し、H/Vスペクトルの第一波の山と谷に対して山と谷の高さがより大きい山谷のスペクトルの谷部を抽出し、前記抽出部位を不連続部位と判定する第1検出部を含み、
前記第2抽出処理は、前記第24変換処理で作成されたプロットを深さの深い側から走査し、H/Vスペクトルの第一波の山と谷に対して山と谷の高さがより大きい山谷のスペクトルの山部を抽出し、前記抽出部位を不連続部位と判定する第2検出部を含み、
前記検出処理は、前記第1抽出処理により抽出された不連続部位の深さと前記第2抽出処理により抽出された不連続部位の深さとが一致する場合に、一致する深さの部分を不連続断面として検出する、シンプルプロファイリング(SPM)手法の変換プログラム。 - 前記検出処理において、前記第1抽出処理により抽出された不連続部位の深さと前記第2抽出処理により抽出された不連続部位の深さとが一致しない場合に、前記第1抽出処理により抽出された不連続部位の深さと前記第2抽出処理により抽出された不連続部位の深さとの平均値を算出して不連続断面の深さとする、請求項1に記載のシンプルプロファイリング(SPM)手法の変換プログラム。
- 前記検出処理は、
隣接する山部および隣接する谷部との周波数の差、またはH/Vスペクトルの値の比が閾値よりも小さい場合、高周波数側にあらわれる山部および谷部を除外する、請求項1または2に記載のシンプルプロファイリング(SPM)手法の変換プログラム。 - 前記微動アレイ解析により得られる表面波のデータをインターネットを経由しクラウドに保存し、クラウド上のサーバを用いて前記第1処理、前記第1抽出処理、前記第2処理、および前記第2抽出処理を行う、請求項1から3のいずれか1項に記載のSPM変換プログラム。
- 前記第1抽出処理およびまたは前記第2抽出処理は、人工知能による深層学習を用いて不連続部位の抽出を行う、請求項1から4のいずれか1項に記載のSPM変換プログラム。
- 微動アレイ解析により得られる表面波のレイリー波の分散曲線を第1工程で変換する第1変換工程と、
前記第1変換工程により得られたデータの不連続部位を抽出する第1抽出工程と、
前記分散曲線を第2工程で変換する第2変換工程と、
前記第2変換工程により得られたデータの不連続部位を抽出する第2抽出工程と、
前記第1抽出工程により抽出された不連続部位および前記第2抽出工程により抽出された不連続部位が両方表れるポイントを検出する検出工程とを有し、
前記第1変換工程は、
前記分散曲線を、周波数と波長との関係に変換する第11変換工程と、
前記第11変換工程により変換されたデータを、周波数と深さとの関係に変換する第12変換工程と、
前記第12変換工程により変換されたデータの深さに対してH/Vスペクトルの値をプロットする第13変換工程と、を含み、
前記第2変換工程は、
前記分散曲線を、波長と位相速度との関係に変換する第21変換工程と、
前記第21変換工程に変換されたデータを深さとS波速度との関係に変換する第22変換工程と、
前記第22変換工程に変換されたデータを深さと共振周波数との関係に変換する第23変換工程と、
前記第23変換工程により変換されたデータに対して共振周波数をH/Vスペクトルの周波数と仮定し、前記第23変換工程により変換されたデータの深さに対して前記H/Vスペクトルの値をプロットする第24変換工程と、を含み、
前記第1抽出工程は、前記第13変換工程で作成されたプロットを深さの深い側から走査し、H/Vスペクトルの第一波の山と谷に対して山と谷の高さがより大きい山谷のスペクトルの谷部を抽出し、前記抽出部位を不連続部位と判定する第1検出部を含み、
前記第2抽出工程は、前記第24変換工程で作成されたプロットを深さの深い側から走査し、H/Vスペクトルの第一波の山と谷に対して山と谷の高さがより大きい山谷のスペクトルの山部を抽出し、前記抽出部位を不連続部位と判定する第2検出部を含み、
前記検出工程は、前記第1抽出工程により抽出された不連続部位の深さと前記第2抽出工程により抽出された不連続部位の深さとが一致する場合に、一致する深さの部分を不連続断面として検出する、シンプルプロファイリング(SPM)手法の変換方法。 - 前記検出工程は、
隣接する山部および隣接する谷部との周波数の差、またはH/Vスペクトルの値の比が閾値よりも小さい場合、高周波数側にあらわれる山部および谷部を除外する、請求項6に記載のシンプルプロファイリング(SPM)手法の変換方法。
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