2017年5月7日日曜日

物理探査の教科書から

John M. Reynolds 「An Introduction to Applied and Environmental Geophysics 2nd Edition」の気になる箇所の備忘録です。地下水や物理探査、海外には良い教科書がありますね。

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主な地質の弾性波速度 p147
主な地質の比抵抗 p291
主な地質の比誘電率、電波速度、導電率 p551


表面波

波の伝播イメージ Fig 5.41
分散曲線(高次モード含む)Fig 5.40-41


EM法

1次磁場と測定した2次磁場の比から見かけ導電率を推定 p434 Box 11.1

見かけ導電率と多層地盤モデルの関係 cumulative response function の利用 p434 Box 11.2 Fig 11.8

EMデータから1次元多層地盤モデルの構築 inversion の利用 p437 11.2.4.2 computer analysis


GPR

電磁波は地中で減衰する。
→海水の表皮深さは1cm。wet clay で30cm。 p540-541 
→表皮深さと比抵抗の関係 Fig 13.5

減衰した電磁波で測定・推定された導電率は、理論導電率よりもかなり小さい。
→小さな導電率で表皮深度を過大に見積もることに注意(実際は導電率が高く、表皮深さが小さい) p541-542 Fig 13.6

表皮深さは地中レーダーの浸透深度とイコールではない。 p541

波長と鉛直方向の解像度の例 Table13.3

地下水位近傍で含水率が高くなると電磁波速度が落ちる→走時から計算した鉛直スケールが間延びする Fig13.12

主な地質の探査深度と波長の関係(物理探査ハンドブックにも同図あり)p553

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空中電磁探査で、表皮深度に1/2をかけて探査深度としている方がいらっしゃいましたが、案外、1次磁場の中間でないと2次磁場が減衰しきって返ってこれない、といった内容を考慮されていたのかもしれません。その場合、減衰した2次磁場から過大な比抵抗・表皮深度を求めないための補正というのも1手必要になるでしょう。

いずれにしても、上記の深度問題は単純な式で解けないようです。現状では分散曲線からの深度変換、EM探査からの深度変換ともに、逆解析を用いざるを得ないようです。それにはボーリング結果や検層結果との比較がより求められるのでしょう。p439には以下の通り記載されています。
However, there has yet to be an unequivocal demonstration of true depth discrimination being achieved using a fixed-dipole length, variable-frequency system. As with any modelled data, it is always sensible to test the results by using groundtruth information (e.g. from boreholes).

2017年5月1日月曜日

深層学習で岩石名判定 その2

Web サービスの利点の一つは、携帯端末からアクセスできることです。

岩石名の学習結果はサーバー(Labellio https://www.labell.io/)に保存されていますので、iPhone からアクセスできます。iPhoneで写真を撮り、サーバーに判別してもらい、結果を返してもらうといった流れです。

で、実施した結果がコチラ。

1.00って、出るのですね。色付きには、よほど自信があるようです。

残念。花崗岩ですが、dioriteの判定。写真が悪いのでしょうか?
色ナシは難しいにしても、この程度は正しく判定してほしいですね。

OK。色付きには自信ありのようです。

石英閃緑岩ですが、Gabroの判定。
ま、言いたいことは分かります。

わかりやすい流紋岩。ですが、スコアは低め。
何を迷っているのでしょう?

これはスコアが高い。
そういえば、教師データに似たような色の縞々がありました。

流理がないと正しく判定されないようです。

いえ、こちらは安山岩なのですが。
斑晶があれば流紋岩、なくて黒っぽいと安山岩、と学習しているのでしょうか?

難しそうな写真でしたが、正解。
悩んでいるところ、なんとなく理解できます。

これも玄武岩でしたが、判定は安山岩。
斑晶が見えない場合は色で判定しているのでしょう。
写真の撮り方も影響するようです。

黒味が強いと、正しい判定。色ですね。



地学を習いたての中学生が色と形で判定している感覚に近いでしょうか(それしか情報を与えていないので当然ですが)。ま、1枚の写真のみから判定するのであれば、人もこの程度かもしれません。
岩石名判定の場合、拡大した画像や偏光顕微鏡写真などを組み合わせないと精度向上は望めないようです。人が通常利用する複数種類のデータを与え、組み合わせを考慮させないと、正しく判別してくれないのは当然でしょう。

そうすると、見た目だけで土軟硬を判定させるのは、ちょっと難しいということになります。人は必ず、ハンマーで叩いて判断しますので。
例えば打音を組み合わせるだけでも、かなりの精度が望めるように思えます。これは、以前にも書き残していた通りです。

他の分野でも、画像だけでは簡単に行き詰まるでしょう。近い将来では「画像+α」のような判別器が一般化するかもしれません。技術的には現段階でも問題ないでしょうから。


2017年4月30日日曜日

深層学習で岩石名判定

The GWに入り時間ができましたので、Deep Learning を利用した岩判定について手を動かすことにしました。

この分野、ここ1年ほどで一般化・普及したような印象を受けます。開発環境にしてもソースにしてもネットを見ればゴロゴロ転がっていますし、利用する側も多様なアイデアで望んでいるように伺えます。土木分野でも、これからは1つの重要なツールになるでしょう。

最初は画像認識をベースにしている最新のソースを拾いにいこうかと考えました。が、それ以前に学習させる材料が乏しい状況。こちらのデータを十分に整備する方が、全体として精度向上に効果的です。判別機は刻々プロによって改良されていますので、年々、公開済みの最新版を利用すれば、1度作って使い続けるより良い結果が出ると思われます。

ということで、まずは公開されている画像判別機を検索。

すぐに引っかかりました。今回はコチラ。京セラさんの web サービスです。
Labellio
http://www.kccs.co.jp/release/2016/0113/
https://www.labell.io/

webで画像を集める機能も実装されており、手ぶらでも向かって行けます。

試しに、軟岩、中硬岩を検索。

残念ながら、まともなデータは集まりませんでした。

で、土軟硬は早々にあきらめ、岩石名判定に移行。

火成岩を9種類検索してみますと、簡単に1種100枚以上の画像データが集まります。
これは便利。PCに画像を集めさせ、それを学習して判別できるようになる。良い設計ですね。

残念ながら、収集時点でいくつかおかしなデータを集めてきており、それをもとにした学習結果も accuracy 45% 程度。いえ、画像の選別をさせてもらえません?パラメータ調整させてもらえません?状態でしたが、その辺はタッチできないようです。

で、画像を自分で用意することに。
といっても、別のソフトでWebで集めさせた6種の岩石画像から、おかしなものを除くだけです。結果、basalt は50枚強、他は100~150枚集まりました。
で、画像を UP すること1時間程度(時間かかりすぎ)。
学習すること1000 epochで10分程度(調整したい)。
結果は accuracy 60%。orz
用意した画像のスケールを合わせたり、背景をトリムしたりするなど、提供画像の質を上げると、もっと向上するでしょう。


このようなサービスは今後増えていくものと思われます。提供側にとってもニーズの把握やデータ収集が容易になる利点があるのかもしれません。
公開されている写真を集めてAIに見せて学習させるような形態であり、集めた画像を公表するものではないので著作権上の問題はないと思われます。が、サービス側での利用形態によっては OUT になる場合が出てくると思います。今後、配慮すべき事項でしょう。
また、自分でデータを集めて育つAIというのも、近い将来、使いモノになるレベルで台頭することになるでしょう。ま、その場合でも、良いデータセットを持っている人の方が有利になるとは思われますが(長期的には分かりません)。
技術の伝承、企業存続という観点を含め、個人知をデータとして整理しておくとが、より重要になりそうです。


2017年4月23日日曜日

石灰岩のモデル化

石灰岩の支持に関する文献です。

清住真「空洞を有する石灰岩層上基礎の支持力特性」
http://tdl.libra.titech.ac.jp/hkshi/xc/contents/pdf/300246273/1

アカデミックな内容を期待しましたが、残念ながら数値実験で空洞位置と支持力の関係を整理されただけの内容でした。(先日の「地下水流動解析の高度化」の文献を思い出しました。)

石灰岩が空隙を有することは、地質屋さんにとって常識です。
ボーリング調査をしていると、亀裂の溶食、空洞化、流入土砂の充填などに遭遇します。が、断面図に岩線を入れて設計者に渡した段階で、そのイメージは通常の岩盤と同様に受け取られがちになります。設計者が石灰岩を知らない、現物を見ないといった理由だけでなく、地質屋が空洞の規模や配置を全て図示することができないといったこと(力不足)も一因でしょう。

空洞だけならまだ良いのですが、鍾乳洞の天井が落盤・埋没してしまうと、基岩深度に大きな起伏を生じてしまいます。5m程度離れただけで15m程度の落差を生じているケースもありました。さらに、落盤した岩塊が中途半端に残ったままでは、ボーリング深度を誤る可能性も生じます。
結果、上記の文献にもあるように、(特に若い)石灰岩を支持層としない、といったようなローカルルールが生まれるケースも出て来るのでしょう。

問題のウェイトは、空洞への対処法よりも、その位置・規模をモデル化できないことの方がはるかに大きいと思われます。これらを解決するために電気探査や微重力探査などが実施されているようですが、まだまだ経済的な設計に供する精度には追いついていません。おそらく、将来的にも困難ではないかと考えています。

では解決法はないのか?といいますと、あるでしょう。

地球統計学です。
SISIM と計測結果を使うなど、統計学的手法なら解決できると思います(苦手なので、ボヤッとした書き方ですが)。地質屋さんは敗北を喫したようで嫌がるかもしれませんが、現象を再現できるモデル化は可能かと思われます。
ただ、統計処理できる調査数がないとダメですよね。大きな現場でないと難しいでしょうか(小さな現場でも、数掘ればOKなのですけど)。

ま、機会があれば整理してみましょう。



2017年4月22日土曜日

機器の修理

昨年、McSEIS-SX が壊れました。

OSが立ち上がらず、リインストールも不可。プロンプトもままならない状態でした。HDDを換装すれば直るだろう程度に考えていました。古い機械ですので、一抹の不安はありましたが。

修理に出したところ、「HDD故障、在庫なし、修理不可」で帰ってきました。
SXW があるので弾性波は問題ないのですが、PS検層のソフトがこちらにしかありません。故障中は SXW で波を取って処理をしていたのですが、やや手間です。

昨年倉庫にしまった98の在庫がたくさんありますので、何とかなるでしょう、と分解してみました。が、ダメ。特殊な形状のソケットで接続されていますし、ドライブも特注品のようです。もったいないですが、諦めるしかないようです。部品取りに使えるかもしれませんので、寝かせておきますが。


もう一つ。TV のチューナーが壊れてしまいました。

ネットで調べてみると、この機種の病気みたいなもので、100円程度のトランジスターの交換で直るとのこと(直接の原因は設計仕様にあるため、数年たつとまた同じところが壊れるようです)。
メーカーでは修理不可で新機種との交換になるとのこと。1万円以上かかるそうですので、自分で部品交換することにしました。

2mm×3mmのトランジスターに端子が6本出ています。基盤についている壊れたトランジスターをはがし取り、新しいものを取り付けます。非常に細かい作業になるのですが、取引先の方が精密機器用のコテ等一式を貸してくださり、なんとか作業は完了しました。

電源を入れると、復活!直りました。不細工な出来でしたが、嬉しいですね。


PS、エラスト、湧水圧、BTV、LLT 等の古い機械を、部品交換やメーカー修理で使い続けています。それらの修理は現場でも必要に迫られることがあります。動かない、測定できない、で現場を止めるわけには参りません。そのためには機器修理の知識・経験を身に付けておく必要があります。中には失敗する経験も必要でしょう。
また、予備の部品を準備し、修理道具とともに携帯しておく必要があります。状態が良くない場合には、レンタル品を手配しておき複線化の手も打つ場合もあります。

機器を1部品の故障で捨てるのはもったいないですし、ユーザーの能力不足のようにも思えます。今後、壊れていく機器に対し十分な能力をもって「廃棄」と判断できるよう、ユーザー側も努力しないといけないでしょう。

2017年4月16日日曜日

不明瞭な H/V スペクトル

微動 H/V の結果に引っかかっていました。

なぜ綺麗なピークが出ない個所が多いのか?単純に構造物に近い影響?それ以外の原因は?
なぜ、浅めの結果が出たのか?

日本建築学会「建築基礎構造設計のための地盤評価Q&A」には、下記の様な指摘があります。

微動H/Vから地盤の固有周期を評価できる条件
・地盤が概ね水平構造
・H/Vピークがどの地層を基盤層として反映しているかが既知であること。
・基盤層と堆積層のS波速度コントラストが概ね3倍程度以上。

微動H/Vから工学的基盤の傾斜が分かる条件
・傾斜が概ね10度以下(それ以上になると、ピークが不明瞭となる)

上記を勘案すると、今回の現場でピークが綺麗でなかった理由として、まずは岩盤の傾斜が10度以上で不規則であったことが挙げられるでしょう。ま、それはそれで有益な情報です。

もう一つ。深度が浅めに推定された理由として、岩盤直上の玉石層より上位のピークを反映されている可能性が考えられます。が、玉石層より上だけなら水平構造なので、ピークが明瞭でない事と矛盾します。中途半端に複合するのでしょうか?

PS検層結果から レイリー波基本モードの H/V スペクトルを図化できるようですが、私は知識を有しておらずできません。これができると、後者は解決し、もう一歩前進すると思うのですが。クリアーしなければならない課題です。

さらに、不規則地盤の H/V スペクトルと数値解析の逆解析を用いて、2次元S波速度構造を求められるようです。これができると、前者も解決します。課題ですね。

微動結果から支持層深度や傾斜を求めるためには、このような計算・評価手法を身に付けないとなりません。
方針は見えました。あとは己次第でしょうか。
この分野の基礎力のない私には、遠い道のように見えますが、一歩ずつ進めましょう。


2017年4月12日水曜日

簡易揚水試験

先日実施した簡易揚水試験の結果を整理しています。

簡易揚水試験については林野庁「治山技術基準(地すべり防止編)」に記載があります。
http://www.rinya.maff.go.jp/j/sekou/kizyun/gijutu_kijun.html

実施上の細かな点は、新潟県の仕様書等に書かれています。

新潟県林業土木業務委託標準仕様書
http://www.pref.niigata.lg.jp/rinsei/1289250084702.html
(簡易揚水試験)
第2152条 簡易揚水試験は設計図書又は監督員の指示により掘進中のボーリング孔を使用して行うものとし、一定のボーリング区間ごとに掘進を止めて測定するものとする。
2 試験層厚(試験区間)は、5m毎に行うことを標準とするが、設計図書又は監督員の指示により5m以下で行うことができるものとする。
3 ケーシングパイプは無水掘で挿入し、孔壁に密着させて上層からの水の流入を防ぐものとする。
4 試験区間を5mで行う場合は水位を孔底から6mに保ち、40分間揚水を継続する。ただし、6m以浅の試験孔又は水位が孔底より5m低い場合はこの限りではない。
5 水位回復測定は、揚水後ただちに開始し、水位回復約10cm毎に所要時間を測定し、80分間継続して測定するものとする。
6 試験区間が8m以浅の場合は、ポンプを使用しそれ以深はベーラを使用する。
7 水位測定は電気的な触針式水位計を使用し、測定間隔が密に測定できるものとする。
8 試験の結果は、水位回復曲線を作成し、各区間の透水係数を求め、地質柱状図に揚水量と透水係数を表示して取りまとめるものとする。
この簡易揚水試験ですが、いくつか問題点も指摘されているようです。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jls2003/42/5/42_5_421/_pdf

式が統一されていないとのことですが、林野の場合は治山技術基準、それ以外で地盤工学会の揚水試験を準用(Jacob式)になるでしょうか?

揚水試験結果の整理ソフトは、現在の支店にはありません。回復だけならEXCELでもできるでしょう、とネットで探してみたのですが、案外ないですね。ま、全国的には流行っていないということなのでしょう。

海外では USGS のサイトに一式揃っていました。さすがです。
https://nevada.usgs.gov/tech/excelforhydrology/listing_and_description.htm

今回はその中から Pumping_Cooper-Jacob_RECOVERY.xls を使用。単位を自由に選択できるところが良いですね。
これで整理すると、OK。
相応のデータが得られました。