2011年2月28日月曜日

土壌物理学

「土壌物理学」ウィリアム ジュリー + ロバート ホートン 著、取出伸夫 監訳
http://www.amazon.co.jp/土壌物理学

「SOIL PHYSICS」改訂第6版の訳本です。HYDRUSの関係で購入した本なんですが、いくつか驚かされた点がありました。

農業分野に特化した地下水関連の話かと思いきや、完全に地盤工学であつかっている領域とオーバーラップしていました。というより、コチラのほうが広範かつ詳細に扱われています。やはり、地表面付近の数10cmが問題となるため、扱っているスケールが小さく、より詳細なコンセプトモデルを作らないと、実現象を再現できないことが大きな理由でしょう。

特に7章、移流分散方程式の導出過程は面白いとおもいます。全体の濃度のやり取り(吸着や反応も含む)の中で、一部を取り出した形として説明されており、他の現象に注目するとどういった形になるかも説明されています。地盤工学のテキストに載っている導出よりも、全体像を理解しやすいと思います。名著といわれるはずです。

この中では、まだHP1については触れられていません。
反応項は、ある物質を対象として選定した場合の簡易な取り込み方であり、従来の記載に止まっています。多くの反応物質の中で、対象が互いに影響を与えながら増減する、しかもそれらは流速にも影響されるといった自然現象をモデル化するには地球化学コードとの連成が必要です。そのため、農業分野ではHP1が開発されたのだと思います。次回改訂に入るといいですね。

分野という先入観を捨てると、学ぶべきことがまだまだあることに気づかされた1冊でした。

2011年2月26日土曜日

GPGPU・CUDA

GPUで並列計算、すごそうですよね。

計算中遊んでいるGPUを活用できるなら、劇的に早くなるでしょう。CPUを使った並列計算ではコア数や今後の開発に限界がありますが、GPUだと並列処理能力が違いますし、現在でも伸びている分野です。CPU交換するよりも簡単ですし、期待しちゃいますよね。GPU対応のfortranコンパイラーも販売されています。
http://www.softek.co.jp/SPG/Pgi/Accel/
OpenMPと同じよな感覚でコマンドをはさんでいくだけのようです。それだけでGPUが使えるなら便利ですよね。

でも、結局はどこを並列化するか適切に判断しないと、パフォーマンス向上は期待できないんですよね。特に収束計算では難しい。

うーん。樫山先生がされているように、計算領域の分解で並列化するしかないのかな?やり方詳しくわかりません。土壌物理が終わったら、ちょっと調べてみましょうかね。

2011年2月24日木曜日

クリノメーター

AISTがGeoClino for iPhoneを開発しています。
http://itunes.apple.com/jp/app/geoclino-for-iphone/id398949364?mt=8#
Android版の説明書です。
http://www.gsinet.co.jp/software/download/geoclino_android/GeoClinoAndroid.pdf

面に当てるだけで測定でき、地図に走向傾斜が落ち、音声や写真(GPS情報入り)もリンク付けられ、SDカードやメールなどでデータが転送できる。しかもiPhone版は無料。欲しい機能の多くが盛り込まれています。まだバグもあるようですが、発想が良いですよね。

ただ、私がiPhoneで使うかというと、使いません。
以前、現場で急に傾斜を計る必要があり、iPhoneを代用しましたが、汚れ、傷、持つ場所が気になり、無理!と思ってしまいました。
今はきぃすとん通販のオイル入りプラスチック製を愛用しています。
http://www.clinocompass.com/clinocompass.html
針が固定できない、文字盤が厚く見づらいといった欠点がありますが、海水が降ってくる現場でほぼ毎日使っても、4年以上壊れませんでした。金属製や木製はいくら分解・清掃しても、1ヶ月くらいでOUTでしたから、すばらしい耐久力です。しかも、汚れたら丸ごと水洗いできます。やはりハードな環境に耐え、メンテナンスフリーの構造がいいですね。

私はクリノメータを4つ持っており、現場に応じて使い分けていますが、こいつの出番が多いですね。
沢がメインの踏査では、水の中に突っ込んで測れます。さすがにiPhoneを突っ込む気にはなれません。
施工合間の切羽観察では、短時間で多くのデータを取る事が可能なオイルダンプが有利です。ドライな山であれば、iPhoneで登録していくほうが早いかもしれませんね。

Android版はAUから防水が出ていますので、こちらなら使えるのかもしれません。
次に買い換えるときは、考えてみましょうか?


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2012.12.25追記
アンドロイド版のアプリ・説明書が変更されていました。iPhone 版とは異なります。App Store のサポートリンクは、この GSI 社のままですが。

データ変換

大量のTXTデータを扱うとき、その場しのぎでEXCELのマクロを組むことがよくあります。
で、後々「これなんだった?」というようなこともあれば、そのままテコ入れせずに使い続けることもあります。今日もそのようなマクロ付きブックを整理してました。2種UPしています。

MVS(gvg) to SoilPlus 
https://sites.google.com/site/geochemist001/resources/gvg-to-soilplus
MVSから書き出した推定面のグリッドデータを、SoilPlusに貼り付けるためのグリッドデータに変換します。ただ、SoilPlus2010ではこれらのデータを使って平滑面を作るため、ズレが生じてしまいます。

totxt3d データ並べ替え(Dtransu3D)
Dtransu3Dに付属の totxt3d で抽出したデータを、節点毎にまとめます。
水位や濃度変化など、グラフ作成が楽になると思います。

2011年2月21日月曜日

土壌汚染問題の解法の将来

地盤工学会誌に掲載されている講座「土の化学・物理」、なんといいますか、少し核心からずれたところで一生懸命、問題解決に取り組まれている印象を受けました。2月号を読んだ感想です。

化学の問題を、化学の解説を交えながら、最後は化学ツールを使わず、問題を解かないで終わっているところが、そういう印象につながったのだと思います。
一般的な土木の問題では、工学ツールを使って妥協点を見つけながら解いていますが、こういう汚染問題も化学ツールを使って、同じ感覚で解いて良いと思います。FEMを使うからといって、高度なinputを使えるわけではありません。化学ツールも同じです。現時点で化学ツールでの解法はあるのですから、最良のinputを集める方法を研究・議論・規定する努力の方が有益ですし、将来の技術者につながると思います。汚染問題に携わる研究者の方々には、そこを期待したいですね。

問題を解く手法があり、そのための試験・調査があるという流れが良いでしょう。試験法が紹介されていても、その結果を使う設計手法がなければ意味がありません。パラメーターだけで問題は解決できないのです。

さて、土壌の本を読んでいますが、コチラは進んでいますね。当分は勉強です。

2011年2月20日日曜日

HP1 その2

降雨量の入れ方、分かりました。
地表からあふれた水を排除するか、湛水させるかも選択できます。

これで、一通りの使い方が分かりました。
あとはプログラムの癖を掴んで、エラーのかからないモデルを組み、計算するだけです。
ほぼ8割は終わったようなもんです。(といいつつ、9割から10割へ詰めるのが大変なんですが。)

ところで、訳本の原著を調べようとして作者の名前を見てみると、「Van Genuchten」という有名な名前が書かれていました。あの不飽和浸透特性の名前の方と同じ方でしょうか?てっきり過去の研究者かと思っていましたが・・・

HPに写真も出ていますね。

HP1

HP1 ( HYDRUS-1D - PHREEQC )、比較的簡単です。
1次元なので手間が少ないし、PHREEQC側のinputの修正もほとんど必要ありませんでした。

PHREEQC側はinputファイルがそのまま使えそうです。PHREEQCのGUIで作ってしまった方が良いでしょう。クセはSolution No.の与え方でしょうか?TRANSPORT時のSolution 0は使いません。以下の通りです。

"Notes on HP1"p9より http://www.pc-progress.com/Documents/BLG-1068.pdf
The following solution composition numbering is used throughout this manual:
• Numbers 1001 – 2000: to define initial solutions for the mobile water phase.
• Numbers 2001 – 3000: to define initial solutions for the immobile water phase.
• Numbers 3001 – 4000: to define upper boundary solutions
• Numbers 4001 – 5000: to define lower boundary solutions

Dual Porosityが使えるんですね。岩盤だけかと思ったら、土壌でも。

TRANPORTは以下の通り。

HP1マニュアルp23より http://www.pc-progress.com/Documents/hp1.pdf
The input file phreeqc.in must contain the keyword TRANSPORT together with the
option -cells indicating the number of cells. No additional information is required
after the keyword (e.g., dispersivity and molecular diffusion are all defined in the
input files of HYDRUS-1D), although –punch_cells and –punch_frequency
can be used to control the output.


まだ、雨の入れ方の詳細を理解していません。境界条件として変動水頭、流量の入れ方は分かったのですが、雨量の項目が見当たりません。換算するのでしょうか?明日、HYDRUSのマニュアルに書いてあるか探してみましょう。
あと、エラーで落ちることがあります。計算中に落ちたり、変動水頭入力中に落ちたり。経験上、こういった落ち方はinputの数字に問題があることが多いので、明日以降チェックしていきましょう。

関連するテキストは3冊購入しました。2冊は月曜日に届きます。楽しみです。

2011年2月19日土曜日

DtransuでNaN

Dtransuで7日間計算した結果が出ました。

結果を見て愕然。HeadとConc.にNaNが書き出されていました。うまく動いていたモデルなので、途中でチェックを入れてませんでした。反省。
Pressure Head は出てるのに、Headが書き出されない理由が分からず、座標をチェック。並行して地層研にも確認をしていたところ、遅延係数に0が入っていました。材料値が一列ずれていたという単純ミス。正しい材料値を入れると、両方ともNaNは消えました。

しかし、HeadのNaNが消えた理由が分かりません。
遅延0のまま浸透流で計算すると、NaNは出ず、移流分散で計算するとNaNが出ます。
なぜでしょう?

2011年2月17日木曜日

HYDRUS - PHREEQC

HYDRUS-1D使ってみました。
海外のプログラムなので差分だと思ってましたが、FEMですね。

とりあえず、チュートリアルや資料を読み、飽和定常-反応計算をまわしてみました(飽和1次元ならPHREEQC単体でできますが・・・)。PCを触ってたのは30分くらいでしょうか。気合を入れて望んだ割にはあっさりできてしまいました。まあ、今まで不飽和輸送と化学反応を別々に計算していた訳ですし、植生の影響する土壌の計算をしたいわけでもないですから、連成プログラムになったからといって新たなパラメーターが増えるわけではありません。当然といえば当然です。

ただ、雨の入れ方(非定常)が分かりませんでした。あと、反応を考慮した輸送方程式の導出についても疑問点がありました。マニュアルを会社に忘れてきたので、明日、確認してみましょう。

反応部分はPHREEQCのGUIで作り、HYDRUSへコピペしたほうが早いですね。kinetic ratesの組み込みは「たぶんこうすれば計算できるのでは?」というレベルまでです。こちらも明日以降ですね。

HYDRUSは土壌、特に植生の影響を受ける地表付近の計算に特化しているようです。オリジナルはUSSLのようですから、そちらを目的に作られたのでしょうね。私のように、機能の一部だけを利用するのは邪道なのかもしれません。

2011年2月16日水曜日

HYDRUS

昨晩見つけました。
http://www.pc-progress.com/en/Default.aspx?h1d-hp1

PHREEQCと連成できるようです!
これで不飽和輸送-化学反応連成が解決できそうです。(1Dですが)

どれぐらいのポテンシャルを有しているのか分かりませんが、期待大です。
日本でも土壌の分野で使われているようですね。
訳書購入についてメールしました。

楽しみです。

化学特性の相互関係

「Chemical Equilibria in Soils」には名前の通り、たくさんの平衡定数(図)が掲載されています。
発行は1979年で、かなり古い本です。今の化学計算は、このような過去の多くの研究者の努力によって成り立っていることを痛感します。私の仕事は未来に受け継がれるものはないですが、ひとつでも残さないといけないという気持ちになりました。

備忘録です。
よく出てくる化学特性の関係式です。いろんな資料に載っていますが、1箇所にまとめておきましょう。経験式、理論式、定義があります。

Ionic Strength (濃度ベース)- 電気伝導度(millimhos cm^-1 at 25℃)


標準自由エネルギー-標準エンタルピー-標準エントロピー


平衡定数(activityベース)-自由エネルギー


標準酸化還元電位-平衡定数(activityベース)
oxidized + ne- ←→ reduced


酸化還元電位( Half Cell )-pe

2011年2月14日月曜日

地下水コンター

触針式水位計で井戸の水位を観測していたのですが、井戸の標高を測って地下水コンターを書きました。(例によって事が起こってから動くパターンです。)

使用中の井戸が多く、「自記式で未使用時の定常水位を把握しないと意味がない」と思っていましたが、図化すると大まかな地下水流動方向がつかめました。考えるよりまず行動でした。今後の観測箇所も絞ることができそうです。

触針式でも馬鹿にできないですね。

反省です。

2011年2月12日土曜日

Google Translate

iPhoneアプリで「Google Translate」が、現時点の無料アプリNo.1になっています。
http://itunes.apple.com/jp/app/google-translate/id414706506?mt=8

音声入出力ができます。着目点がいいでですね。さすがGoogle。
辞書アプリは3つ入れてますが、新たに仲間に加えました。
ただ、音声認識率は私の発音が悪いので、とても低いです。

発音チェックに良いかもしれません。

Ordinary krigingによるPoint Estimationの手順

オーム社より「地球統計学とクリギング法」という本が平成22年11月に出ていました。私が知る限り、日本語の参考書は3冊目です。RにgeoRを組み込めば使えるそうです。3冊の中では一番詳しく書かれているように思います。
ただ、好みもあるでしょうが、私は海外の図書のほうがわかりやすいと思いました。

以下、「An Introduction to Applied Geostatistics」より備忘録

基本式
C∙w=D

  1. VarigramモデルもしくはCovariance Functionの作成。以下は、後者C(h)を利用した場合。
  2. Distance Tableの作成・・・推定ポイントおよび既存データ間の距離をmatrix表示する。p294
  3. 1,2よりC Matrixの作成・・・既存データ間の距離よりC(h)を計算。Error Varianceを求めるために(Lagrange Parameter)最後に1行、1列「1」を付ける
  4. 1,2よりD Matrixの作成・・・推定ポイントと既存データの距離よりC(h)を計算
  5. 3よりCのinverse(C-1)作成
  6. w=C-1・Dよりw Matrix作成・・・重みが算出される
  7. ・・・Σ(w×既存データの値)より、推定ポイントの値を求める。
  8. ・・・推定ポイントのMinimized Estimation Variance を求める。


デジタル機器の発達と要求される仕事量

「デジタル機器が我々をサポートしてくれているはずなのに、仕事量が増えていく。」

なるほどと思いますね。
携帯電話のエリアが広がり便利になった反面、どこからでも連絡が取れ、PCもネットにつながるようになりました。現場にいても、急ぎの仕事を片付けられる環境になっています。
移動中も、本を読んだり策略を練る時間が、PCでの仕事の処理時間に変わりました。
最近感じていることは、VPN。どこからでもWANにアクセスできるようになったので最初は便利と思えましたが、プライベートとの境がなくなりました。PCがなくても、iPhoneでWAN内のPCにアクセスし、リモートコントロールできるようになっています。
VoIP技術はスマートフォン+Skypeなどのビデオ通話を可能にし、電話しながら複数の人物に現地の映像を送ることができるようになりました。
ハード面ではCPUが発達し、同時にいくつもの処理が可能になりました。

確かに便利です。
反面、要求される処理スピードが非常に早くなり、確実に仕事量が増えました。

休むための切り替えも必要になりました。

2011年2月9日水曜日

SoilPlus2010+GEORAMA3.2 (ボクセルメッシュの取り込み)

SoilPlusでGEORAMA3.2より吐き出したボクセルメッシュデータ(nas)を読み込み、モデルを作る方法です。


①GEORAMA3.2で作成したNASTRAN形式のデータをSoilPlusで読み込む

②左のツリーから「属性」を右クリックし編集

  • すでに属性は地質毎に区分されており、IDが振られている。そのIDに対して要素タイプ(立体)と材料の組み合わせを作成する
  • 左ツリーの「メッシュ」をクリック、プロパティウィンドウのシェーディングカラーを属性に変更すると色が変わる

③構造物の属性を変更する

  • モデル→要素→パラメータ変更で属性の3Dをオン
  • 選択フィルタで3D要素を選び、構造物の要素をクリックして選択する
  • 属性がない場合は、三角ボタン→3D要素で作成できる
  • 二段目以降にもある場合には、上部から表示し左のツリーより属性を右クリック、付与した要素を非表示にすると下位要素を選択できる
  • 上部から表示し要素を囲むようにマウスをドラックすると深度方向すべての要素が選択される。この場合As層表示、Ag層非表示にしておけばAg層は選択されない

④構造物の深度を調整する

  • 左ツリーより構造物の属性のみ表示する
  • 同メッシュセットを右クリックし、新規のメッシュセットを選ぶ
  • 作成したメッシュセットを右クリック、メッシュセット→アイテムの追加で構造物の接点を選択し追加(同じ構造物でも標高でセットを分けておけば後で楽)
  • モデル→接点→テーブルで作成したメッシュセットを選択、追加
  • 表のZ座標を修正すればOK。コピペ可

⑤井戸などの揚水点の設置

  • 新規メッシュセットを作成し、上部から表示した状態で井戸の接点を囲むようにドラックする(Z方向すべて選択される)そのメッシュセットのみ表示
  • モデル→接点→テーブルで、そのメッシュセットを選択し震度を確認する
  • 左ツリーよりメッシュセット右クリック→アイテムの追加/除外で、該当深度の接点以外を削除
  • モデル→境界条件→水頭もしくは流量でストレーナー深度の接点を選択

⑥計算後井戸の流量を見たい時

  • 左のウィンドウから「結果表示」をクリック(無い時はウィンドウ→結果表示ウィンドウ)
  • その他接点出力→Other Flow Rateを右クリック→テーブルフィルタリングで井戸のメッシュセットを選択 
  • 右クリック→EXCELへ書き出しで計算可能

SoilPlus2010+GEORAMA3.2 (ソリッドの分割)

SoilPlusでGEORAMA3.2より吐き出した境界面データ(GDO)を読み込み、ソリッド分割しながらモデルを作る方法です。

①ファイル→新規
②ファイル→読み込み→ジオメトリ→DFX3D ・・・構造物の3次元CADデータ読み込み
③サーフェス→平面パッチ、Coonsパッチ ・・・構造物サーフェスの作成
④サーフェス→押し出し ・・・ソリッド化。余分な場所があればソリッドの分割後、削除
⑤ファイル→読み込み→ジオメトリー→GDオプション→GDO読み込み ・・・GEORAMAデータ読み込み
⑥ソリッド→ソリッドの埋め込み ・・・ベースソリッドに構造物を埋め込む
⑦ジオメトリー→修繕→フェイス・エッジのマッチ
・・・埋め込んだソリッドのサーフェスを一致させておくと、後で節点が共有される
⑧ソリッド→ソリッドの分割 ・・・ソリッドを地層境界で分割する。
必ず「隣接するソリッドのフェイスも分割」にチェックを入れること!
分割にできない場合は面を少し動かすと分割できることがある

2011年2月7日月曜日

Geostatistics

「An Introduction to Applied Geostatistics」+「Applied Geostatistics with SGeMS」+Wikiより、備忘録兼ねて。
BloggerはTeXコマンドを図に変換してくれるんですね。便利です。


Measures of Spread
Variance
     (標本分散)
   (不偏分散)
Standard deviation
    (Standard Deviation of the Sample) 
   (Sample Standard Deviation)
Interquartile Range


Measures of Shape
Coefficient of Skewness

Coefficient of Variation


Comparing Two Distributions
q-q plot
Scatterplot

Correlation
Correlation Coefficient

Covariance

Moment of Inertia


Linear Regression
y=ax+b  

Spatial Description
h-Scatterplot       V(t)とV(t+h)の分布
x=V(t)= vi、y=V(t+h)= vjとすると、Moment of Inertia = Semivariogramとなる。(Semiは1/2の意)
Semivariogram


Kriging
Simple kriging

Ordinary kriging


Indicator Kriging 

The ordinary kriging of indicators at several cutoffs, using a separatevariogram model for each cutoff, is usually referred to simply asindicator kriging.
Median Indicator Kriging 
There is an approximation to indicator kriging that, in many situations,produces very good results. This approximation consists of using thesame variogram model for the estimation at all cutoffs. The variogrammodel chosen for all cutoffs is most commonly developed from theindicator data at a cutoff close to the median. This procedure isusually referred to as median indicator kriging.

2011年2月5日土曜日

実効雨量による影響評価

施工によって地下水に問題が起きそうな場合、通常はボーリング+試験+観測+解析をセットで提案します。御都合上無理であれば、そこから項目を削っていくのですが、施工前の連続観測だけははずせません。このデータがないと施工の影響評価ができないのです。しかし、これすら実施されないケースもあります。問題が起こるかどうかわからない時点で、無駄になるかもしれない観測にお金をかけたくないのでしょう。

そして、実施していない現場に限って問題が発生し、何とかして影響評価をお願いしたいというケースが多いように思います。そうなっては純粋な技術論ではどうしようもありません。

施工前からの自記式水位計データのみでも、統計的手法や実効雨量との相関から、影響評価が可能となります。実効雨量の利用は、地すべり観測便覧にも載っている古い手法ですね。最近では「地すべり地下水排除工効果判定マニュアル(案)」でも使用されています。
http://www.pwri.go.jp/team/landslide/kanrisya/groundwater_manual/groundwater%20manual_1.1.pdf

線形か指数形かで相関を取っているだけ。アプリは10,000以上のパラメーターの組み合わせから最も相関係数の高いケースを選んでくれる。必要であれば、形状の合うケースを選びなおす。シンプルです。説明も簡単で理解しやすい点が長所です。
古くても、シンプルなものは強いですね。

2011年2月2日水曜日

地球統計学と地質リスク

絶対論的に地質図(亀裂構造図、透水係数分布図、岩級区分図など)を書ける地質屋さんは、確率論によるシミュレーション結果を軽んじる(あるいは避ける)傾向があるようです。ひとつの事実の発見で予測を覆すことができるからかもしれません。「現場を見てないのに何がわかるか?」といった精神論も含まれているかもしれません。
しかし、地球統計学は有用なツールで、知らない地質屋よりも、知っている地質屋のほうが優位と考えています。ま、これは他の手法でも言える事です。

地質リスクではシミュは使っていませんね。(個人的には、使ってこそ調査ポイントが絞れると考えますが。)下の動画は、昔、N値50以上(軟岩)の存在確率をGSMMIのIndicator krigingで計算し、 結果をMicroAVSに流して可視化した例です。


一般的な構造物調査のように、データの少ない中で地質屋さんが計算する場合には、バリオグラムのトレンドをとる際に(地質的根拠を踏まえた)恣意的な操作をすると思います。そうなると、その結果より統計的価値を見つけるのは難しいでしょう。上の動画もそういった材料の少ない中で試行した例です。見た目は良いですが、内容は地質断面以上のことは表現できていません。材料やパラメーターの部分で統計的にどうなのか?といった結果です。お客様には出せないものです。
また、こういった補間の精度や分布確率表示は、調査していないところで低く、調査したところで高いといった当たり前の結果になりがちです。

これを統計の結果だとして「確率の低いところから潰しましょう」という流れになると、調査密度の粗な箇所から調査しましょうといった当たり前の方針になりそうです。それでは従来と同じです。
浅層の地質や統計処理できるだけのデータが得られない場合がほとんどの実務において、確率を定量化することができないといった根本的問題もあります。落としどころはやはり土研の脇坂氏の考えあたりになると思います。
http://phreeqc.blogspot.com/2011/01/blog-post_25.html
今後、地質リスク学会や他の団体がどういった定量化を目指すのか、興味があるところです。

本来、多くの小プロジェクトでは、これらの問題を解決するのは経験豊富な地質屋さんの調査計画立案技量とプレゼン技量(と熱意)にあったはずだと考えます。大プロジェクトのように地球統計学を持ち込むことは、無理があるでしょう。個人的には確率の定量化よりも、経験の伝達こそが地質リスクの予防に効果的だと思います。(それで短期的に仕事が増えるわけではないので、表立って主張するほどのことでもありませんね。)

SGeMS乗り換えついでに地球統計学の本を最初から眺めています。私も人のことは言えず、確率論は必要と思いながらも興味がないため、何度見直してもすぐに忘れてしまいます。何度も繰り返しましょう。