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JP7255804B2 - State quantity estimation method, state quantity estimation device, and program - Google Patents
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JP7255804B2 - State quantity estimation method, state quantity estimation device, and program - Google Patents

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Description

本発明は、犠牲陽極から流れる電流を推定するための状態量推定方法、状態量推定装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a state quantity estimation method, a state quantity estimation device, and a program for estimating a current flowing from a sacrificial anode.

水中に設置される鋼製の構造物の腐食を防止するために、一般的に犠牲陽極が用いられる。犠牲陽極には、鋼材よりも電気化学的にイオン化傾向が大きいアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属やそれらの合金が使用され、構造物に取り付けられ犠牲陽極自体が腐食することで、構造物の腐食を防止する。犠牲陽極は、経時的に消耗する性質があるため定期的に更新する必要がある。犠牲陽極の健全度の評価を行うため、また、更新時期を把握するために、犠牲陽極の体積測定や重量測定を行い、犠牲陽極の消耗度合を推定する方法がある。例えば、ダイバーが水中の犠牲陽極の周長測定を行い、体積を算出して残寿命を求める方法である。しかしながら、ダイバーによる測定は、安全面に懸念があるばかりか労力が大きく検査作業に時間を要し、コストが増加する。 Sacrificial anodes are commonly used to prevent corrosion of steel structures placed in water. Metals such as aluminum, zinc, and magnesium, which have a higher electrochemical ionization tendency than steel, and their alloys are used for the sacrificial anode. to prevent Sacrificial anodes tend to wear out over time and must be periodically renewed. In order to evaluate the soundness of the sacrificial anode and to grasp the renewal time, there is a method of measuring the volume and weight of the sacrificial anode to estimate the degree of consumption of the sacrificial anode. For example, a diver measures the perimeter of a sacrificial anode in water, calculates the volume, and obtains the remaining life. However, measurement by divers not only raises concerns about safety, but also requires a large amount of labor, takes time for inspection work, and increases costs.

出願人は、既に犠牲陽極の電流を推定し、犠牲陽極の更新時期を予測する手段を提案している(例えば特許文献1)。特許文献1に記載された手法によれば、水中において犠牲陽極の周囲の電位を測定するセンサを有する測定部と、測定部が取り付けられた移動体と、犠牲陽極の近傍に設置され移動体を鉛直方向に摺動させるガイド部とを備えている。この手法によれば、移動体を鉛直方向にガイド部に沿って移動させながらセンサにより検出された電位に基づいて、犠牲陽極から出力される電流を推定することができる。 The applicant has already proposed means for estimating the current of the sacrificial anode and predicting the timing of renewal of the sacrificial anode (for example, Patent Document 1). According to the method described in Patent Document 1, a measuring unit having a sensor for measuring the potential around the sacrificial anode in water, a moving body to which the measuring unit is attached, and a moving body installed near the sacrificial anode. and a guide portion that slides in the vertical direction. According to this method, the electric current output from the sacrificial anode can be estimated based on the potential detected by the sensor while moving the movable body along the guide portion in the vertical direction.

特開2019-002073号公報JP 2019-002073 A

特許文献1に記載された手法によれば、海中における移動体自身の位置は既知であり、ガイド部に沿って鉛直に移動するという仮定を行っていた。しかしながら、海洋環境においてはうねりや波浪といった様々な自然条件の影響により、犠牲陽極から出力される電流の推定の前提となる測定部の位置が必ずしもガイド部の位置とならず、推定結果が不正確となる場合があるという課題が生じていた。 According to the method described in Patent Literature 1, the position of the moving body itself in the sea is known, and it is assumed that the moving body moves vertically along the guide section. However, due to the influence of various natural conditions such as swells and waves in the marine environment, the position of the measurement part, which is the premise for estimating the current output from the sacrificial anode, does not necessarily correspond to the position of the guide part, resulting in inaccurate estimation results. There was a problem that it may become.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、移動体の位置が不明確な状態でも犠牲陽極から流れる電流を推定することができる状態量推定方法、状態量推定装置、及びプログラムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a state quantity estimation method, a state quantity estimation device, and a program capable of estimating a current flowing from a sacrificial anode even when the position of a moving object is unclear. for the purpose.

上記目的を達成するため、本発明は、電解質中において犠牲陽極で防食された金属製の構造物の電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定する状態量推定方法であって、所定時間の間において電位センサを有する移動体を移動させた際の前記犠牲陽極の周囲の前記電解質中の電位の測定値を取得するステップと、前記状態量推定モデルを用いて、前の状態から時間的に更新した次の状態を予測するステップと、前記測定値に基づいて前記次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を繰り返し行うステップと、前記移動体の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む前記状態量の推定値を算出するステップと、を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a state quantity estimation method for estimating an unknown state quantity representing the cathodic protection state of a metal structure protected by a sacrificial anode in an electrolyte using a state quantity estimation model. a step of obtaining a measured value of the potential in the electrolyte around the sacrificial anode when a moving body having a potential sensor is moved for a predetermined time; and using the state quantity estimation model, predicting the next state temporally updated from the previous state; repeating a filtering process of correcting the next state to a state probabilistically closest to the true value based on the measured value; and calculating an estimated value of the state quantity including the position and attitude of the moving body and the current output from the sacrificial anode.

本発明によれば、水中に設置された犠牲陽極の周囲で電位を測定する場合、移動体が波等の影響で位置及び姿勢が不安定な状態であっても、状態量推定を行うことにより、移動体の位置及び姿勢を算出すると共に、犠牲陽極の電流をも算出することができる。また、本発明によれば、算出された位置及び姿勢から、静電場解析により電位推定値に変換でき、犠牲陽極が形成する電場のみを測定対象とすることができる。本発明によれば、測定部を移動させるレール等の装置が不要となり、測定コストを低減すると共に、ダイバーによる測定を不要とし、安全性を向上させることができる。 According to the present invention, when measuring the potential around the sacrificial anode installed in water, even if the position and posture of the moving object are unstable due to the influence of waves, etc., the state quantity can be estimated by , the position and attitude of the moving body can be calculated, and the current of the sacrificial anode can also be calculated. Further, according to the present invention, the calculated position and orientation can be converted into an estimated potential value by electrostatic field analysis, and only the electric field formed by the sacrificial anode can be measured. According to the present invention, there is no need for a device such as a rail for moving the measurement unit, which reduces the measurement cost, eliminates the need for divers to perform measurements, and improves safety.

上記目的を達成するため、前記状態量推定モデルは、誤差を含む前記測定値から、時々刻々と変化する前記状態量を算出するものであり、前記状態量を時間的に更新する状態方程式と、前記状態量を測定値と同じ物理量である観測値に変換する観測方程式とを含み、相対的に位置が固定された複数の前記電位センサを有する前記移動体により前記犠牲陽極から不明確に離間した位置において不明確な姿勢の状態で観測時間A内において一定のサンプリング間隔Tでn個(n=A/T)の測定値を前記複数のセンサから繰り返し取得するステップと、前記状態方程式を用いて、時刻t=0のとき、前記状態量の初期状態を生成するステップと、前記状態方程式を用いてt=1、2、・・・A/Tのとき、前の状態量から次の状態量を予測するステップと、前記観測方程式を用いて予測した前記次の状態量を前記観測値に変換するステップと、前記観測値と前記測定値とに基づいて、前記推定値を算出する前記フィルタリング処理を行うステップと、を有するようにしてもよい。 In order to achieve the above object, the state quantity estimation model calculates the state quantity that changes from time to time from the measured value containing an error, and a state equation that temporally updates the state quantity; and an observation equation that converts the state quantity into an observed value that is the same physical quantity as the measured value, and is indefinitely spaced from the sacrificial anode by the moving body having a plurality of the potential sensors whose positions are relatively fixed. a step of repeatedly acquiring n (n=A/T) measured values from the plurality of sensors at a constant sampling interval T within an observation time A in a state of unclear attitude at a position; , at time t=0, the step of generating the initial state of the state quantity, and using the state equation, at t=1, 2, . . . converting the next state quantity predicted using the observation equation into the observed value; and the filtering process of calculating the estimated value based on the observed value and the measured value. and performing.

本発明によれば、犠牲陽極が形成する電場の測定値に基づいて、状態方程式と観測方程式を用いて状態量の推定値を繰り返し行う状態量推定を行うことで、犠牲陽極から出力される防食電流を推定することができる。 According to the present invention, based on the measured value of the electric field formed by the sacrificial anode, the state quantity estimation is performed by repeatedly estimating the state quantity using the state equation and the observation equation, so that the corrosion protection output from the sacrificial anode Current can be estimated.

上記目的を達成するため、前記状態量推定モデルはパーティクルフィルタであって、t=0のとき、前記状態量の情報を有する多数の粒子の初期状態を生成するステップと、前記状態方程式を用いてt=1、2、・・・A/Tのとき、前記粒子ごとに前記前の状態から前記次の状態を予測するステップと、前記観測方程式を用いて前記粒子ごとに予測した前記次の状態を前記観測値に変換するステップと、前記粒子ごとの前記観測値と前記測定値の尤度を算出して、正規化することで重み付けを行い、加重平均により前記推定値を求める前記フィルタリング処理を行うステップと、前記粒子の中から尤度が所定以上に高いものを抽出し、抽出された粒子を複製するリサンプリングのステップと、を有するようにしてもよい。 In order to achieve the above object, the state quantity estimation model is a particle filter, and when t = 0, a step of generating an initial state of a large number of particles having information on the state quantity, and using the state equation when t=1, 2, . . . A/T, predicting the next state from the previous state for each of the particles; and predicting the next state for each of the particles using the observation equation. into the observed value; and the filtering process of calculating the likelihood of the observed value and the measured value for each particle, weighting by normalization, and obtaining the estimated value by weighted average and a resampling step of extracting particles having a likelihood higher than a predetermined value from the particles and duplicating the extracted particles.

本発明によれば、パーティクルフィルタを用いた状態量推定において、尤度を用いて算出した状態量の推定値をフィルタリングすることにより、推定値を確率的に真値に近づけることができ、犠牲陽極から出力される防食電流を最も確からしく推定することができる。 According to the present invention, in state quantity estimation using a particle filter, by filtering the estimated value of the state quantity calculated using the likelihood, the estimated value can be stochastically approximated to the true value, and the sacrificial anode can most likely estimate the protection current output from

上記目的を達成するため、前記観測方程式は、偏微分方程式の離散化手法に基づいた電場解析を表す方程式を含むようにしてもよい。 To achieve the above object, the observation equation may include an equation representing an electric field analysis based on a discretization technique for partial differential equations.

本発明によれば、上記観測方程式を偏微分方程式の離散化手法に従って解くことで電位の計測値を用いて犠牲陽極から出力される防食電流を推定することができる。 According to the present invention, the anticorrosion current output from the sacrificial anode can be estimated using the potential measurement value by solving the observation equation according to the discretization method of the partial differential equation.

また、本発明は、電解質中において犠牲陽極で防食された金属製の構造物の電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定する状態量推定装置であって、所定時間の間において電位センサを有する移動体を移動させた際の前記犠牲陽極の周囲の前記電解質中の電位の測定値を取得する取得部と、前記状態量推定モデルを用いて、前の状態から時間的に更新した次の状態を予測し、前記測定値に基づいて前記次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を繰り返し、前記移動体の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む前記状態量の推定値を算出する推定部と、を有することを特徴としている。 Further, the present invention is a state quantity estimating device for estimating an unknown state quantity representing the cathodic protection state of a metal structure protected by a sacrificial anode in an electrolyte using a state quantity estimating model, Using an acquisition unit that acquires a measured value of the potential in the electrolyte around the sacrificial anode when the moving body having the potential sensor is moved during time, and the state quantity estimation model, predicting the temporally updated next state, repeating filtering processing for correcting the next state to a state probabilistically closest to the true value based on the measured values, and determining the position, posture, and sacrifice of the moving body and an estimating unit that calculates an estimated value of the state quantity including the current output from the anode.

上記目的を達成するため、前記移動体を更に備え、前記移動体は、本体部と、前記本体部に設けられ、鉛直方向に沿って形成された水中翼と、を備えるようにしてもよい。 In order to achieve the above object, the moving body may be further provided, and the moving body may include a body portion and a hydrofoil provided on the body portion and formed along a vertical direction.

本発明によれば、移動体が水中を移動する際に、本体部に水中翼が形成されていることにより、本体部の動きが安定し、計測値のばらつきを低減し、状態量推定の精度を向上させることができる。 According to the present invention, when the mobile body moves in the water, the hydrofoil is formed in the main body, so that the movement of the main body is stabilized, the variation in the measured values is reduced, and the state quantity estimation accuracy is improved. can be improved.

上記目的を達成するため、前記本体部は、管状、錐状、多面体形状、枠状のいずれか一つの形状に形成されているようにしてもよい。 In order to achieve the above object, the main body may be formed in any one of a tubular shape, a conical shape, a polyhedral shape, and a frame shape.

本発明によれば、本体部を単純な形状で構成しつつも、水中の抵抗を低減すると共に、製造工程を簡略化してコストダウンすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while comprising a main-body part by a simple shape, while reducing underwater resistance, a manufacturing process can be simplified and cost can be reduced.

また、本発明は、電解質中において犠牲陽極で防食された金属製の構造物の電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定するプログラムであって、コンピュータに、所定時間の間において電位センサを有する移動体を移動させた際の前記犠牲陽極の周囲の前記電解質中の電位の測定値を取得させ、前記状態量推定モデルを用いて、前の状態から時間的に更新した次の状態を予測させ、前記測定値に基づいて前記次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を繰り返させ、前記移動体の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む前記状態量の推定値を算出させることを特徴としている。 Further, the present invention provides a program for estimating an unknown state quantity representing the state of cathodic protection of a metal structure protected by a sacrificial anode in an electrolyte using a state quantity estimation model, wherein a computer stores a predetermined Acquire a measured value of the potential in the electrolyte around the sacrificial anode when moving the moving body having the potential sensor during time, and use the state quantity estimation model to temporally change the state from the previous state Predicting the updated next state, repeating filtering processing for correcting the next state to a state probabilistically closest to the true value based on the measured values, and determining the position and orientation of the moving body and the sacrificial anode. It is characterized in that an estimated value of the state quantity including the current to be output is calculated.

本発明によれば、水中に設置された犠牲陽極の周囲で電位を測定する場合、移動体が波等の影響で位置及び姿勢が不安定な状態であっても、状態量推定モデルを用いることにより、移動体の位置及び姿勢を算出すると共に、犠牲陽極から出力される電流をも算出することができる。 According to the present invention, when the electric potential is measured around the sacrificial anode installed in water, the state quantity estimation model can be used even if the position and posture of the moving object are unstable due to the influence of waves and the like. Therefore, it is possible to calculate the position and attitude of the moving body and also the current output from the sacrificial anode.

本発明によれば、移動体の位置及び姿勢が不明確な状態でも犠牲陽極から出力される電流を推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the current output from the sacrificial anode even when the position and attitude of the moving body are unclear.

構造物に設けられた犠牲陽極の近傍の電位測定状況を示す図である。It is a figure which shows the electric potential measurement situation of the vicinity of the sacrificial anode provided in the structure. 状態量推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a state quantity estimation apparatus. モデル化した測定部を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a modeled measurement unit; 状態量推定の処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the flow of state quantity estimation processing; 推定部30において実行される処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the flow of processing executed in an estimating unit 30. FIG. 数値実験の模擬測定データ生成に用いたパラメータを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing parameters used for generating simulated measurement data for numerical experiments; 数値実験に用いた状態方程式と粒子生成条件のパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter of the equation of state and particle generation conditions which were used for the numerical experiment. 数値実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a numerical experiment. 推定される電位の数値実験の結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing results of numerical experiments on estimated potentials; 移動体の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a mobile body. 移動体の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the moving body; 移動体の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the moving body; 移動体の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the moving body; 移動体の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the moving body; 移動体の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the moving body; 移動体の他の構造を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another structure of the moving body;

以下、図面を参照にしつつ、本発明の状態量推定方法、状態量推定装置、及びプログラムの実施形態について説明する。 Embodiments of the state quantity estimation method, the state quantity estimation device, and the program according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に示されるように、犠牲陽極Pは、例えば、海中に配置された金属製の構造物Uの近傍に所定距離離間して芯金等の固定部Qを介して取り付けられている。犠牲陽極Pは、例えば、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の金属やそれらの合金が使用されている。犠牲陽極Pは、海中だけでなく、地中に設けられていてもよい。 As shown in FIG. 1, the sacrificial anode P is attached, for example, in the vicinity of a metal structure U placed in the sea with a predetermined distance therebetween via a fixing portion Q such as a metal core. The sacrificial anode P is made of, for example, a metal such as aluminum, zinc, magnesium, or an alloy thereof. The sacrificial anode P may be provided not only in the sea but also in the ground.

犠牲陽極Pと鋼材との間には、イオン化傾向の差異によって生じる電位差により犠牲陽極Pから構造物Uに向かって海水を電解質として定常的に防食電流(電流I)が流れており、構造物Uを構成する鋼材が電気防食される。このとき犠牲陽極Pの周囲には、犠牲陽極Pから鋼材に電流が流れることにより、電場が形成されている。 Between the sacrificial anode P and the steel material, an anti-corrosion current (current I) steadily flows from the sacrificial anode P toward the structure U using seawater as an electrolyte due to a potential difference caused by a difference in ionization tendency. is galvanically protected. At this time, an electric field is formed around the sacrificial anode P by a current flowing from the sacrificial anode P to the steel material.

図2及び図3に示されるように、状態量推定装置1は、犠牲陽極Pの周囲の電位を測定する測定部2と、測定部2に設けられた移動体10と、端末装置15とを備える。状態量推定装置1は、移動体10を用いて犠牲陽極Pの近傍の電位を測定し、測定結果に基づいて犠牲陽極Pで防食された金属製の構造物Uの電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定するものである。状態量推定装置1は、経時的に移動する移動体10の位置を追跡し、各時刻における移動体10の位置と犠牲陽極から出力される電流の推定値を算出する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the state quantity estimation device 1 includes a measurement unit 2 that measures the potential around the sacrificial anode P, a moving body 10 provided in the measurement unit 2, and a terminal device 15. Prepare. The state quantity estimating device 1 measures the electric potential in the vicinity of the sacrificial anode P using the moving body 10, and based on the measurement result, an unknown electric potential representing the cathodic protection state of the metal structure U protected by the sacrificial anode P. State quantity is estimated using a state quantity estimation model. The state quantity estimation device 1 tracks the position of the moving body 10 that moves over time, and calculates the estimated value of the position of the moving body 10 and the current output from the sacrificial anode at each time.

移動体10は、例えば、ワイヤ等で水中に吊下された状態から鉛直上方に引き上げられ、または沈降させるように形成された移動体である。移動体10は、鉛直方向に移動するだけでなく横方向や斜め方向に移動してもよい。即ち、移動体10の移動方向に制限は無く、任意の方向に移動するものであってもよい。移動体10の構造については、後に詳述する。 The moving body 10 is, for example, a moving body formed so as to be lifted vertically upward from a state of being suspended in water by a wire or the like, or to be lowered. The moving body 10 may move not only in the vertical direction, but also in the horizontal direction or the oblique direction. That is, the moving direction of the moving body 10 is not limited, and the moving body 10 may move in any direction. The structure of the moving body 10 will be detailed later.

移動体10には、複数(例えば、4個)のセンサo,a,b,cが設けられている。複数のセンサo,a,b,cは、電位を検出する電位センサである。複数のセンサo,a,b,cは、例えば、位置計測の基準となるセンサをoとして、3軸方向に3個のセンサa,b,cが所定距離離間すると共に、互いになす角度を一定とした位置関係を保持するように移動体10に取り付けられている。相対位置が固定された複数のセンサo,a,b,cにより、電位が検出され測定値が取得される。測定値は、電位もしくは各センサ間の電位差もしくはその両方が用いられる。 A moving body 10 is provided with a plurality of (for example, four) sensors o, a, b, and c. A plurality of sensors o, a, b, and c are potential sensors that detect potential. The plurality of sensors o, a, b, and c are set such that, for example, a sensor serving as a reference for position measurement is set to o. It is attached to the moving body 10 so as to maintain the positional relationship of . A plurality of sensors o, a, b, and c whose relative positions are fixed detect potentials and obtain measured values. The measured values are potentials, potential differences between sensors, or both.

海水に浸漬した構造物Uを構成する鋼材の自然電位は、状況によって値が異なるので、測定値に電位差を用いることで、未知の値である鋼材の自然電位の影響をキャンセルできる。電位差による測定値を取得することは実現場の測定において特に有効となる。移動体10には、複数のセンサo,a,b,cに追加されて水深計やレーザー距離計など位置を測定する他のセンサが設けられていてもよい。これらの位置が把握できる他のセンサにより、後述の状態方程式に基づく推定値の精度を向上させることができる。 Since the natural potential of the steel material constituting the structure U immersed in seawater varies depending on the situation, the influence of the unknown natural potential of the steel material can be canceled by using the potential difference as the measured value. Obtaining a potential difference measurement is particularly effective in real field measurements. In addition to the plurality of sensors o, a, b, and c, the moving body 10 may be provided with other sensors for measuring the position, such as a water depth gauge and a laser rangefinder. Other sensors capable of grasping these positions can improve the accuracy of estimated values based on the equation of state described later.

移動体10と端末装置15とは、例えば、有線または無線で接続される。移動体10と端末装置15とは、必ずしも接続される必要はなく、移動体10の測定時のデータが記憶された記憶媒体を介して端末装置15に読み込ませたり、移動体10からネットワークを介したデータ通信等により端末装置15に取得させたりするものであってもよい。 The mobile unit 10 and the terminal device 15 are connected by wire or wirelessly, for example. The mobile unit 10 and the terminal device 15 do not necessarily have to be connected. Alternatively, the terminal device 15 may obtain the information through data communication or the like.

端末装置15は、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォン等により構成される。端末装置15は、例えば、測定部2が取得した測定値を取得する取得部20と、取得部20が取得した測定値に基づいて、移動体10の位置及び犠牲陽極から出力される電流を推定する推定部30と、推定部30の演算結果を表示する表示部40と、を備える。取得部20は、測定部2から測定データを取得するインタフェースである。 The terminal device 15 is configured by, for example, a personal computer, a tablet terminal, a smart phone, or the like. For example, the terminal device 15 estimates the position of the moving body 10 and the current output from the sacrificial anode based on the acquisition unit 20 that acquires the measurement values acquired by the measurement unit 2 and the measurement values acquired by the acquisition unit 20. and a display unit 40 for displaying the calculation result of the estimation unit 30 . The acquisition unit 20 is an interface that acquires measurement data from the measurement unit 2 .

推定部30は、測定部2から取得した測定値に基づいて、測定部2の位置と犠牲陽極Pの電流の推定値を算出する。推定部30は、例えば、測定部2の自己位置、姿勢、及び犠牲陽極Pから出力される電流の推定値を、パーティクルフィルタを用いた状態量推定により算出する。推定部30の演算手法については後述する。 The estimating unit 30 calculates estimated values of the position of the measuring unit 2 and the current of the sacrificial anode P based on the measured values obtained from the measuring unit 2 . The estimating unit 30 calculates, for example, the self-position and orientation of the measuring unit 2 and the estimated values of the current output from the sacrificial anode P by state quantity estimation using a particle filter. A calculation method of the estimation unit 30 will be described later.

推定部30は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。 The estimation unit 30 is implemented by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit) executing a program (software). Some or all of these functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and FPGA (Field-Programmable Gate Array), or may be realized by software. It may be realized by cooperation of hardware. The program may be stored in advance in a storage device such as a HDD (Hard Disk Drive) or flash memory, or may be stored in a removable storage medium such as a DVD or CD-ROM. It may be installed in the storage device by being attached.

表示部40は、推定部30の演算結果を出力する。表示部40は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、LED(Light Emitting Diode)ディスプレイ等の表示装置である。 A display unit 40 outputs the calculation result of the estimation unit 30 . The display unit 40 is, for example, a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display), an organic EL (Electro Luminescence) display, an LED (Light Emitting Diode) display, or the like.

次に、推定部30により実行される状態推定の処理について説明する。 Next, state estimation processing executed by the estimation unit 30 will be described.

推定部30は、測定部2により測定される測定値に基づいて状態量を推定する。測定値は、移動体10を備える測定部2により波等の影響を受けて不安定に移動しながら測定される犠牲陽極Pの近傍の電位である。従って測定値は、犠牲陽極Pから不明確に離間した位置において不明確な姿勢の状態の移動体10に相対的な位置関係が保たれるように設けられた複数のセンサを備える測定部2により測定される。 The estimation unit 30 estimates state quantities based on the measured values measured by the measurement unit 2 . The measured value is the potential in the vicinity of the sacrificial anode P measured by the measuring unit 2 having the moving body 10 while moving unstably under the influence of waves or the like. Therefore, the measured values are obtained by the measuring unit 2 having a plurality of sensors provided so as to maintain a relative positional relationship with the moving body 10 in an indefinite posture state at a position indefinitely separated from the sacrificial anode P. measured.

推定部30は、このような観測環境において、状態量推定方法に基づいて犠牲陽極Pから出力される電流を推定する。状態量推定方法とは、状態量推定モデルを用いて未知の状態を推定する手法である。状態量推定モデルは、時々刻々と変化する状態量を算出するものである。状態量推定モデルは、状態方程式(システム方程式)と観測方程式によって記述され、以下の(1)と(2)の過程がある。ここで、状態方程式とは、ある時点の状態量を時間的に更新して新たな状態量を推定する式である。状態方程式は、例えば、状態xに確率的なノイズを付加して時刻t+1の状態xt+1を推定する式である。観測方程式とは、状態量を測定値と同じ物理量である観測値に変換する式である。観測方程式は、例えば、状態xに基づいて確率的なノイズを付加して観測値yを生成する。 The estimation unit 30 estimates the current output from the sacrificial anode P based on the state quantity estimation method in such an observation environment. A state quantity estimation method is a method of estimating an unknown state using a state quantity estimation model. The state quantity estimation model calculates a state quantity that changes from moment to moment. The state quantity estimation model is described by a state equation (system equation) and an observation equation, and has the following processes (1) and (2). Here, the state equation is an equation for estimating a new state quantity by temporally updating the state quantity at a certain point in time. The state equation is, for example, an equation for estimating state x t+1 at time t+ 1 by adding probabilistic noise to state x t . An observation equation is a formula for converting a state quantity into an observed value, which is the same physical quantity as a measured value. The observation equation, for example, adds probabilistic noise based on states x t to produce observations y t .

(1)予測:離散化された状態方程式に基づいて時刻tの状態xを予測し、観測方程式に基づいて観測値yを算出する。(2)フィルタリング:時刻1~時刻tの観測時間内に測定された測定値に基づいて状態xを推定する過程であり、予測した観測値と測定値から未知の状態xを確率的に推定する。 (1) Prediction: Predict the state xt at time t based on the discretized state equation, and calculate the observed value yt based on the observation equation. (2) Filtering: A process of estimating the state x t based on the measured values measured during the observation time from time 1 to time t. presume.

ここで、状態量推定手法には、パーティクルフィルタ(粒子フィルタ)、拡張カルマンフィルタや無香カルマンフィルタなどの非線形カルマンフィルタが用いられる。 Here, a nonlinear Kalman filter such as a particle filter, an extended Kalman filter, or an unscented Kalman filter is used for the state quantity estimation method.

図4Aは、状態推定手法に基づく状態推定方法の処理の流れを示すフローチャートである。状態方程式及び観測方程式を含む状態量推定モデルに基づいて、状態空間を構築する(ステップS1)。例えば、推定部30に状態方程式及び観測方程式を実行させるプログラムを予め端末装置15に入力する。電解質中の犠牲陽極の周囲で移動体10を移動させ測定部2により電位の測定値を取得する(ステップS2)。 FIG. 4A is a flowchart showing the processing flow of a state estimation method based on the state estimation method. A state space is constructed based on a state quantity estimation model including a state equation and an observation equation (step S1). For example, a program that causes the estimation unit 30 to execute the state equation and the observation equation is input to the terminal device 15 in advance. The moving body 10 is moved around the sacrificial anode in the electrolyte, and the measurement unit 2 acquires the measured value of potential (step S2).

推定部30は、初期状態の状態量を生成する(ステップS3)。初期状態は、例えば、操作者が端末装置15に任意の値を入力することで与えられる。推定部30は、観測方程式を用いて生成した状態量に基づいて観測値を算出する(ステップS4)。推定部30は、測定部2から得られた計測値と算出した観測値に基づいて次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を行い、測定部の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む状態量の推定値を算出する(ステップS5)。 The estimator 30 generates state quantities in the initial state (step S3). The initial state is given, for example, by the operator inputting arbitrary values into the terminal device 15 . The estimation unit 30 calculates an observed value based on the state quantity generated using the observation equation (step S4). Based on the measured values obtained from the measuring unit 2 and the calculated observed values, the estimating unit 30 performs filtering processing for correcting the next state to a state that is probabilistically closest to the true value. An estimated state quantity including the current output from the sacrificial anode is calculated (step S5).

推定部30は、状態方程式を用いて推定値を時間的に遷移させた状態量に更新する(ステップS6)。推定部30は、ステップ7で計測期間が終了する等の一定の終了条件が成立するか否かを判定し、終了条件でないと判定した場合、処理をステップ4に戻す。推定部30は、ステップ7で終了条件が成立した場合、繰り返し処理を終了する。上記処理により、推定部30は、移動体10の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む状態量の推定値を最も真値に近くなるように算出する。 The estimating unit 30 updates the estimated value to a state quantity that is temporally transitioned using the state equation (step S6). The estimating unit 30 determines in step 7 whether or not a certain end condition such as the end of the measurement period is satisfied. The estimating unit 30 terminates the repetitive processing when the termination condition is satisfied in step 7 . Through the above processing, the estimating unit 30 calculates the estimated values of the state quantities including the position and posture of the moving body 10 and the current output from the sacrificial anode so as to be closest to the true values.

以下、一例としてベイズ推定の一手法として知られるパーティクルフィルタを用いた状態量推定について説明する。推定部30は、パーティクルフィルタに基づく予測、観測、及びリサンプリングの手順を繰り返す処理を用いて移動体10の位置、姿勢、及び犠牲陽極Pから出力される電流を算出する。 State quantity estimation using a particle filter, which is known as one method of Bayesian estimation, will be described below as an example. The estimating unit 30 calculates the position and orientation of the moving body 10 and the current output from the sacrificial anode P using processing that repeats the procedure of prediction, observation, and resampling based on the particle filter.

図4Bは、推定部30において実行される処理の流れを示すフローチャートである。推定部30は、移動体10の位置、姿勢、犠牲陽極Pから出力される電流について状態空間モデルを構築する。パーティクルフィルタを用いて推定する手段として移動体10が存在する領域に含まれるN個(Nは自然数)の粒子を設定する。推定部30は、まず、位置、姿勢、及び電流値の情報がランダムに与えられた多数(N個)の粒子を空間に散布して初期状態を生成する(ステップS10)。次に、推定部30は、離散化された状態方程式を用いてN個の粒子が前の状態から時間的に遷移した次の状態の予測値を算出する(ステップS12)。 FIG. 4B is a flow chart showing the flow of processing executed in the estimation unit 30. As shown in FIG. The estimation unit 30 constructs a state space model for the position and posture of the moving body 10 and the current output from the sacrificial anode P. FIG. N particles (N is a natural number) included in the area where the moving object 10 exists are set as means for estimation using a particle filter. The estimating unit 30 first generates an initial state by scattering a large number (N) of particles, to which position, orientation, and current value information is randomly given, in space (step S10). Next, the estimating unit 30 uses the discretized state equation to calculate the predicted value of the next state after the N particles temporally transition from the previous state (step S12).

推定部30は、算出したN個の粒子の位置、姿勢を含む状態の予測値に基づいて各センサo,a,b,cの位置(以下電位測定位置)をN個算出する。そして、推定部30は、算出した各センサo,a,b,cの位置及び電流値に基づいて境界要素法を用いた静電場解析を行い、各センサo,a,b,cの電位測定位置において計測される電位の観測値をN個の粒子ごとに観測方程式を用いて算出する(ステップS14)。 The estimation unit 30 calculates N positions (hereinafter referred to as potential measurement positions) of the respective sensors o, a, b, and c based on the predicted values of the states including the calculated positions and orientations of the N particles. Then, the estimation unit 30 performs electrostatic field analysis using the boundary element method based on the calculated positions and current values of the sensors o, a, b, and c, and measures the potentials of the sensors o, a, b, and c. An observed value of the potential measured at the position is calculated using an observation equation for each of N particles (step S14).

次に、推定部30は、各センサo,a,b,cから取得した電位の測定値と算出された観測値の推定値とから各粒子の尤度を求める。そして、これらの尤度を正規化することで重み付けし、加重平均を行うことで推定値を算出する(ステップS16)。即ち、推定部30は、移動体10の位置における観測値の推定値が測定値の真値に近付くように電位を確率的に求めるフィルタリング処理を行う。 Next, the estimation unit 30 obtains the likelihood of each particle from the measured potential values obtained from the sensors o, a, b, and c and the calculated estimated values of the observed values. Then, these likelihoods are weighted by normalization, and weighted averaging is performed to calculate an estimated value (step S16). That is, the estimating unit 30 performs filtering processing to stochastically obtain the potential so that the estimated value of the observed value at the position of the moving body 10 approaches the true value of the measured value.

次に、推定部30は、N個の粒子の中から尤度が所定以上に高い粒子を抽出し、抽出された粒子を複製し、新たにN個の粒子を生成して空間に散布するリサンプリングを行う(ステップS18)。次に、ステップS20において推定部30は、計測期間が終了する等の一定の終了条件が成立するか否かを判定し、終了条件でないと判定した場合、処理をステップ12に戻す。推定部30は、ステップ20で終了条件が成立した場合、繰り返し処理を終了する。 Next, the estimating unit 30 extracts particles having a likelihood higher than a predetermined value from among the N particles, copies the extracted particles, generates new N particles, and scatters them in space. Sampling is performed (step S18). Next, in step S<b>20 , the estimating unit 30 determines whether or not a certain end condition such as the end of the measurement period is satisfied. The estimating unit 30 terminates the repetitive processing when the termination condition is satisfied in step 20 .

次に推定部30において実行されるステップS10からS20の各処理の内容について、詳細に説明する。 Next, the contents of each process of steps S10 to S20 executed in the estimation unit 30 will be described in detail.

先ず、ステップS10の処理について説明する。 First, the processing of step S10 will be described.

推定部30は、N個の粒子を生成する処理を以下の式(1)に基づいて行う。下付き文字tは時刻を表し、上付き文字Tは行列の転置を表す。ただし、tは観測時間Aと一定のサンプリング間隔Tに依存し、その範囲は1~A/Tであり、A/Tは自然数である。

Figure 0007255804000001
式(1)は、犠牲陽極Pの重心を3次元座標系の原点として、測定部2の推定すべき複数のパラメータを含む状態量を状態ベクトルXとして表現したものである。原点は予め解析領域内(もしくは構造物上)の任意の点を設定してもよい。原点は、例えば、構造物の端部に設定してもよいし、構造物の任意の位置に設定してもよい。状態ベクトルXは、例えば、測定部2の基準点の3次元座標のパラメータx,y,zと、測定部2の姿勢を表すオイラー角のパラメータα,β,γと、電流Iとの7個のパラメータを含む。測定部2の姿勢は、オイラー角のみではなく、回転ベクトル、回転行列、クォータニオンなど他の表現方法が用いられてもよい。測定部2の基準点の座標は、2次元座標であってもよい。 The estimation unit 30 performs processing for generating N particles based on the following equation (1). The subscript t represents time and the superscript T represents matrix transpose. However, t depends on the observation time A and a constant sampling interval T, and ranges from 1 to A/T, where A/T is a natural number.
Figure 0007255804000001
Equation (1) expresses a state quantity including a plurality of parameters to be estimated by the measurement unit 2 as a state vector X, with the center of gravity of the sacrificial anode P as the origin of the three-dimensional coordinate system. An arbitrary point within the analysis area (or on the structure) may be set in advance as the origin. For example, the origin may be set at the end of the structure, or may be set at any position on the structure. The state vector X is, for example, seven parameters of three-dimensional coordinate parameters x, y, and z of the reference point of the measuring unit 2, Euler angle parameters α, β, and γ representing the attitude of the measuring unit 2, and the current I. contains the parameters of The orientation of the measurement unit 2 may be represented by other representation methods such as rotation vectors, rotation matrices, quaternions, etc., in addition to Euler angles. The coordinates of the reference point of the measurement unit 2 may be two-dimensional coordinates.

基準点とは、原点に対するоの座標である。оを基準点として、測定部2の位置及び回転を計算する。測定部2は、測定中に様々な海洋環境の影響を受けて回転するため、状態ベクトルXにおいてオイラー角のパラメータα,β,γを用いて姿勢が表現されている。 The reference point is the coordinate of ? with respect to the origin. The position and rotation of the measurement unit 2 are calculated with о as a reference point. Since the measurement unit 2 rotates under the influence of various marine environments during measurement, the state vector X uses Euler angle parameters α, β, and γ to express the attitude.

電流Iは犠牲陽極Pから出力される電流である。電流Iは、測定の間は定常値として設定されている。 A current I is a current output from the sacrificial anode P. The current I is set as a steady value during the measurement.

推定部30は、初期状態(時刻t=0)において、正規分布に従った乱数を発生させて状態ベクトルXの各パラメータに初期値を与え、状態ベクトルXに基づくN個の粒子を生成する。 In the initial state (time t=0), the estimation unit 30 generates random numbers according to a normal distribution to give initial values to parameters of the state vector X, and generates N particles based on the state vector X.

次に、ステップS12の処理について説明する。 Next, the processing of step S12 will be described.

推定部30は、生成したN個の粒子の時間的に遷移した状態を推定する処理を以下の式(2)に基づいて行う。式(2)は、前回(時刻t)の状態から所定時間後(時刻t+1)の移動体10の姿勢、位置、及び電流の推定値を算出する状態方程式である。前回の状態とは、初期状態(時刻t=0)の場合は初期状態を示し、繰り返し処理の過程では後述のリサンプリング後の状態(時刻t)を示す。 The estimating unit 30 performs a process of estimating temporally transitioned states of the generated N particles based on the following equation (2). Equation (2) is a state equation for calculating the attitude, position, and current estimated values of the moving body 10 after a predetermined time (time t+1) from the previous state (time t). The previous state indicates the initial state in the case of the initial state (time t=0), and indicates the state after resampling (time t), which will be described later, in the process of repeated processing.

Figure 0007255804000002
ここで、Fは非線形の関数であり、wはシステムノイズを表す。ただし、システムノイズwは正規分布に従う。Fは、例えば、後述のようにランダムウォークモデルが用いられる。推定部30は、式(2)に基づいて、前回(時刻t)の状態から所定時間後(時刻t+1)に遷移したN個の粒子の状態を予測した予測値を算出する。
Figure 0007255804000002
where F is the nonlinear function and wt represents system noise. However, the system noise wt follows a normal distribution. For F, for example, a random walk model is used as described later. Based on Equation (2), the estimation unit 30 calculates a predicted value that predicts the state of N particles that transitioned after a predetermined time (time t+1) from the previous state (time t).

次に、ステップS14の処理について説明する。 Next, the processing of step S14 will be described.

推定部30は、各センサo,a,b,cの位置において観測される電位の観測値の推定値をN個の粒子ごとに算出する。ステップS12で算出したN個の粒子のパラメータは、位置、姿勢及び電流が算出されている。予測した位置、姿勢のパラメータを用いることで、各センサo,a,b,cの位置が算出される。 The estimation unit 30 calculates an estimated value of the observed value of the potential observed at each of the positions of the sensors o, a, b, and c for each of the N particles. The parameters of the N particles calculated in step S12 are the position, orientation and current. The positions of the sensors o, a, b, and c are calculated using the predicted position and orientation parameters.

測定部2において基準点はセンサоの位置に設定される。予測した座標が与えられたセンサоの位置を粒子の位置とすると、測定部2は剛体なので、センサa,b,cの位置は、センサоの位置に対して相対位置が常に一定となる。 A reference point in the measuring unit 2 is set at the position of the sensor . Assuming that the position of the sensor ? given the predicted coordinates is the position of the particle, the positions of the sensors a, b, and c are always constant relative to the position of the sensor ?, since the measurement unit 2 is a rigid body.

推定部30は、算出した位置及び姿勢の値に基づいてセンサa,b,cの位置(3次元座標)を算出する。このとき、複数のセンサo,a,b,cの位置を電位測定位置と呼ぶ。基準点となるセンサoの三次元座標と測定部2の姿勢が与えられたときの各センサa,b,cの位置に相当する電位測定位置を算出する具体的な方法は以下の通りである。 The estimation unit 30 calculates the positions (three-dimensional coordinates) of the sensors a, b, and c based on the calculated position and orientation values. At this time, the positions of the plurality of sensors o, a, b, and c are called potential measurement positions. A specific method for calculating the potential measurement positions corresponding to the positions of the sensors a, b, and c when the three-dimensional coordinates of the sensor o serving as the reference point and the orientation of the measurement unit 2 are given is as follows. .

基準点となる電位測定位置oと電位測定位置a,b,c間の相対位置ベクトルを定数ベクトルa,b,cと表記する(図3参照)。基準点となる電位測定位置oと各電位測定位置a,b,cとの関係は式(3)に従う。

Figure 0007255804000003
ただし、Ezαtyβtzγtは回転行列であり、以下の式(4)で表される。
Figure 0007255804000004
なお、0はゼロベクトルである。推定部30は、式(3)、式(4)に基づいて、測定部2の位置と姿勢の値を用いて、電位測定位置p(p=o,a,b,c)を算出する。電位測定位置p(p=o,a,b,c)において観測されるのは電位の値なので、推定部30は、電位と電位測定位置pとの関係を算出する。 Relative position vectors between the potential measurement position o t serving as a reference point and the potential measurement positions at , b t , and c t are expressed as constant vectors a, b, and c (see FIG. 3). The relationship between the potential measurement position o t serving as the reference point and each potential measurement position at , b t , c t conforms to Equation (3).
Figure 0007255804000003
However, E zαt E yβt E zγt is a rotation matrix and is represented by the following equation (4).
Figure 0007255804000004
Note that 0 is the zero vector. The estimating unit 30 calculates the potential measurement position p (p=o t , a t , b t , c t ) using the position and orientation values of the measuring unit 2 based on Equations (3) and (4). Calculate Since what is observed at the potential measurement position p (p=o t , at , b t , c t ) is the potential value, the estimator 30 calculates the relationship between the potential and the potential measurement position p.

次に、推定部30は、算出した電位測定位置p(p=o,a,b,c)に基づいて、犠牲陽極Pから出力される電流Iが与えられたときの電位測定位置における電位φ(φ=φotφatφbtφct)を静電場解析により算出する。非線形関数Hを用いた観測方程式は以下の式(5)のようにモデル化できる。Yは観測値をまとめた観測ベクトル、Hは非線形の関数、vは観測ノイズを表す。

Figure 0007255804000005
Next, the estimating unit 30 measures the potential when the current I output from the sacrificial anode P is applied, based on the calculated potential measurement position p (p=o t , at , b t , c t ). A potential φ ppot φ at φ bt φ ct ) at the position is calculated by electrostatic field analysis. An observation equation using the nonlinear function H can be modeled as shown in Equation (5) below. Yt is an observation vector that summarizes observed values, H is a nonlinear function, and vt is observation noise.
Figure 0007255804000005

以下、静電場解析について説明する。電解質(海水)に囲まれた領域Ωを考え、領域内においてイオンの損失や増加が生じないと仮定する。領域Ω内の電位φは以下の式(6)のラプラス方程式を満たす。本実施形態では、電位φは金属に対する海水の電位を考えている。そのため、通常電気化学で用いる溶液に対する金属の電位の符号を逆転させている。 The electrostatic field analysis will be described below. Consider a region Ω surrounded by electrolyte (seawater) and assume that no ion loss or gain occurs within the region. The potential φ in the region Ω satisfies the Laplace equation of the following equation (6). In this embodiment, the potential φ is the potential of seawater with respect to metal. Therefore, the sign of the potential of the metal with respect to the solution normally used in electrochemistry is reversed.

Figure 0007255804000006
式(6)より通常の境界要素法の定式化に従い、境界積分方程式(7)を導く。ただし、Γは境界、iは電流密度を表す。
Figure 0007255804000007
定電位、定電流密度の条件下では式(7)は式(8)のように変形できる。
Figure 0007255804000006
From the equation (6), the boundary integral equation (7) is derived according to the usual formulation of the boundary element method. However, Γ represents the boundary and i represents the current density.
Figure 0007255804000007
Under conditions of constant potential and constant current density, equation (7) can be transformed into equation (8).

Figure 0007255804000008
sは犠牲陽極Pの表面積を、κは電気伝導度を表す。ここでφ(q,p)は3次元ラプラス方程式の基本解であり、次式(9)で表される。
Figure 0007255804000009
上式において、rは境界上の点qから領域内部の点pまでのベクトルrの大きさを表す。式(8)を離散化することで、電位測定位置pにおける電位推定値を数値的に解くことができる。
Figure 0007255804000008
s represents the surface area of the sacrificial anode P, and κ represents the electrical conductivity. Here, φ * (q, p) is the basic solution of the three-dimensional Laplace's equation and is represented by the following equation (9).
Figure 0007255804000009
In the above equation, r represents the magnitude of vector r from point q on the boundary to point p inside the region. By discretizing equation (8), the potential estimated value at the potential measurement position p can be numerically solved.

次に、ステップS16の処理について説明する。 Next, the processing of step S16 will be described.

は、各センサo,a,b,cの電位の測定値としても得られるので、推定部30は、観測値の推定値と電位の測定値とを比較して観測値の推定値に対応するN個の粒子の尤度を算出する。 Since Yt can also be obtained as a measured potential value of each sensor o, a, b, and c, the estimator 30 compares the estimated value of the observed value with the measured potential value to obtain the estimated value of the observed value. Calculate the likelihood of the corresponding N particles.

推定部30は、各センサo,a,b,cから取得部20を介して電位の測定値を取得する。時刻tにおける電位測定位置をo,a,b,cとし、各測定位置における電位の測定値をφot,φat,φbt,φctと表記する。電位測定位置pで測定された電位の測定値には、ノイズ成分が含まれている。 The estimation unit 30 acquires measured values of potentials from the sensors o, a, b, and c via the acquisition unit 20 . Let the potential measurement positions at time t be o t , a t , b t , and c t , and the potential measurement values at the respective measurement positions be denoted as φ ot , φ at , φ bt , and φ ct . A noise component is included in the potential measurement value measured at the potential measurement position p.

次に、尤度の求め方と加重平均について説明する。 Next, how to obtain the likelihood and the weighted average will be described.

測定された電位φ'は、式(10)に示すように電位の真の値φとノイズεに分離することができる。

Figure 0007255804000010
このノイズεが平均0、標準偏差Rのガウス分布に従うとすると、尤度Pは式(11)により算出できる。
Figure 0007255804000011
ただし、xは各粒子の情報から求めた電位の観測値である。 The measured potential φ' can be separated into the true value of the potential φ and the noise ε as shown in equation (10).
Figure 0007255804000010
Assuming that this noise ε follows a Gaussian distribution with an average of 0 and a standard deviation of R, the likelihood P can be calculated by equation (11).
Figure 0007255804000011
However, x is the observed value of the potential obtained from the information of each particle.

推定部30は、尤度が大きいともっともらしく、その粒子が持つ情報は信頼でき、小さいとあまり信頼できないと評価する。本実施形態では、センサo,a,b,cの4箇所で電位の測定を行うため、測定値は4種類存在する。そのため、尤度も4種類算出する(P,P,P,P)。上述したような尤度を使った評価をするためには、尤度を一つにまとめる必要がある。そこで推定部30は、式(12)を用い、尤度を統一して取り扱う。尤度は確率と同様に取り扱うことができ、4種類の尤度は「PかつPかつPかつP」の関係にあるので、積により一つにまとめられる。 The estimating unit 30 evaluates that the information possessed by the particle is plausible when the likelihood is large, and that the information possessed by the particle is reliable, and is not very reliable when the likelihood is small. In this embodiment, since the potential is measured at four points of the sensors o, a, b, and c, there are four types of measured values. Therefore, four types of likelihoods are also calculated (P o , P a , P b , P c ). In order to perform evaluation using likelihoods as described above, it is necessary to combine the likelihoods into one. Therefore, the estimation unit 30 uses Equation (12) to unify the likelihoods. Likelihoods can be handled in the same way as probabilities, and since the four types of likelihoods have a relationship of "Po and Pa and Pb and Pc ", they are combined into one by the product.

Figure 0007255804000012
続いて推定部30は、得られた尤度を、式(13)を用いて正規化し、重みとして処理する。
Figure 0007255804000013
ただしNは粒子数であり、iは粒子に割り振ったIDである。推定部30は、式(14)を用いてこの重みを使って加重平均を行い、推定値を算出する。
Figure 0007255804000014
加重平均を行うことにより、推定値に対する信頼のできる粒子(尤度の大きな粒子)の寄与を大きくすることができる。
Figure 0007255804000012
Subsequently, the estimation unit 30 normalizes the obtained likelihood using equation (13) and processes it as a weight.
Figure 0007255804000013
where N is the number of particles and i is the ID assigned to the particles. The estimator 30 performs weighted averaging using this weight using Equation (14) to calculate an estimated value.
Figure 0007255804000014
Weighted averaging makes it possible to increase the contribution of reliable particles (particles with high likelihood) to the estimated value.

次に、ステップS18の処理について説明する。 Next, the processing of step S18 will be described.

推定部30は、N個の粒子の中から尤度が所定以上に高い粒子を抽出するリサンプリングを行う。推定部30は、抽出した粒子を複製することでN個の粒子を生成して空間に散布する。新たに散布されたN個の粒子は、前回の状態のN個の粒子が存在する領域よりも、移動体10の位置の真値により近い領域に散布される。推定部30は、時刻を遷移させ、ステップS12からの処理を繰り返す。即ち、推定部30は、算出した次の状態を示すN個の粒子を確率的に真値に近づけるように次の状態を修正するフィルタリング処理を繰り返す。 The estimating unit 30 performs resampling to extract particles having a likelihood higher than a predetermined value from among the N particles. The estimation unit 30 duplicates the extracted particles to generate N particles and scatter them in space. The newly dispersed N particles are dispersed in an area closer to the true value of the position of the moving body 10 than in the area where the N particles in the previous state exist. The estimation unit 30 changes the time and repeats the process from step S12. That is, the estimating unit 30 repeats filtering processing for correcting the next state so that the calculated N particles indicating the next state probabilistically approach the true value.

推定部30は、上記処理を例えば、移動体10で計測した時間内でA/T回繰り返す。これにより、推定部30は、各時刻における移動体10の位置、姿勢および犠牲陽極から出力される電流を推定し、電位の推定値を更新することができる。 The estimation unit 30 repeats the above process A/T times within the time measured by the moving body 10, for example. As a result, the estimator 30 can estimate the position and posture of the moving body 10 and the current output from the sacrificial anode at each time, and update the estimated value of the potential.

上述したように、推定部30は、式(1)に示した7種類のパラメータが与えられたときに、電位測定位置pを算出し、電位測定位置pにおける電位の計算を行って、計算結果に基づいて犠牲陽極Pから出力される電流Iを算出することができる。 As described above, the estimating unit 30 calculates the potential measurement position p when given the seven types of parameters shown in equation (1), calculates the potential at the potential measurement position p, and calculates the calculation result The current I output from the sacrificial anode P can be calculated based on.

以下、推定部30により実行される処理の有効性を数値実験により検証する。具体的には、実環境を模擬した境界要素法計算を行い、予め設定した電位測定位置における電位を計算し、乱数により生成した誤差を付加して模擬測定データとする。そして、模擬測定データに対して本手法を適用し、犠牲陽極Pの電流、移動体10自身の位置および姿勢を推定する。本数値実験では、一つの犠牲陽極Pが形成する電場から推定値を求める問題を扱った。 The effectiveness of the processing executed by the estimating unit 30 will be verified by numerical experiments below. Specifically, a boundary element method calculation simulating an actual environment is performed to calculate the potential at a preset potential measurement position, and an error generated by a random number is added to obtain simulated measurement data. Then, this method is applied to the simulated measurement data to estimate the current of the sacrificial anode P and the position and orientation of the moving body 10 itself. In this numerical experiment, the problem of obtaining an estimated value from the electric field formed by one sacrificial anode P was dealt with.

図5には、数値実験の模擬測定データ生成に用いたパラメータが示されている。実験では、犠牲陽極Pの重心を原点とする右手座標系を用いた。犠牲陽極は0.05W×0.05D×0.5Hmの直方体とし、出力電流は1Aとした。測定線は原点から0.2m離れた鉛直線とし、測定線上の31箇所において電位を計算した。各電位測定位置はoを基準点として以下のように表すことができる。すなわち、a,b,cはそれぞれ、基準点からx軸方向に+0.25m、y軸方向に+0.25m、z軸方向に+0.25mの位置である。 FIG. 5 shows parameters used to generate simulated measurement data for numerical experiments. In the experiment, a right-handed coordinate system with the center of gravity of the sacrificial anode P as the origin was used. The sacrificial anode was a cuboid of 0.05W×0.05D×0.5Hm, and the output current was 1A. The measurement line was a vertical line 0.2 m away from the origin, and potentials were calculated at 31 points on the measurement line. Each potential measurement position can be expressed as follows using ot as a reference point. That is, a t , b t , and c t are positions +0.25 m in the x-axis direction, +0.25 m in the y-axis direction, and +0.25 m in the z-axis direction from the reference point.

上述のように測定位置を仮定し、各時刻における測定位置を予め算出する。ただし、オイラー角α,β,γ、水深方向のz座標はそれぞれ+0.2度、-0.3度、0度、-0.05mの条件で移動するとした。そして、各時刻における4箇所の測定位置における電位を算出した。また、これらの電位に正規分布N(0,0.001)に従う乱数を加えて模擬測定データとした。括弧内の各成分は正規分布の平均値と標準偏差であり、電気伝導率は4.5S/mとした。 Assuming the measurement position as described above, the measurement position at each time is calculated in advance. However, it is assumed that the Euler angles α, β, γ and the z coordinate in the depth direction are +0.2 degrees, −0.3 degrees, 0 degrees, and −0.05 m, respectively. Then, the potential at the four measurement positions at each time was calculated. Random numbers following a normal distribution N (0, 0.001) were added to these potentials to obtain simulated measurement data. Each component in parentheses is the average value and standard deviation of normal distribution, and the electrical conductivity was set to 4.5 S/m.

実験では、状態方程式は、式(15)に示すランダムウォークモデルに従うとした。

Figure 0007255804000015
bは入力ベクトルであり、一定時間後の移動体10の移動量を表す。 In the experiment, the equation of state was assumed to follow the random walk model shown in Equation (15).
Figure 0007255804000015
b is an input vector representing the amount of movement of the moving body 10 after a certain period of time.

図6には、数値実験に用いた状態方程式と粒子生成条件のパラメータが示されている。図中のAveとSDはそれぞれ正規分布の平均値と標準偏差を表す。また粒子生成条件とは、初期の時間ステップにおける粒子を生成するための条件である。計算の時間ステップΔtは1s、ステップ数は31、そして粒子数は3,000とした。 FIG. 6 shows the equation of state and the parameters of the particle generation conditions used in the numerical experiment. Ave and SD in the figure represent the average value and standard deviation of the normal distribution, respectively. Also, the particle generation conditions are conditions for generating particles at the initial time step. The calculation time step Δt was 1 s, the number of steps was 31, and the number of particles was 3,000.

図7(a),(c)に示されるように、x,z座標の推定値が正解値を十分な精度で再現できている様子が認められた。図7(b)に示されるように、y座標の初期の時間ステップにおいて異なる座標が推定され、時間を経るに従って正解値に収束している様子が認められた。粒子生成時の条件が正解値と異なる曖昧なパラメータを有するため、このように異なる座標が推定された。以上により、初期の粒子生成条件が不明な場合でも状態量の推定が可能であることが確認された。 As shown in FIGS. 7A and 7C, it was confirmed that the estimated values of the x and z coordinates were able to reproduce the correct values with sufficient accuracy. As shown in FIG. 7(b), different coordinates were estimated at the initial time step of the y-coordinate, and it was observed that the y-coordinate converged to the correct value as time passed. Such different coordinates were estimated because the conditions during particle generation have ambiguous parameters that differ from the correct values. From the above, it was confirmed that the state quantity can be estimated even when the initial particle generation conditions are unknown.

図7(d),(e),(f)に示されるように、各オイラー角の推定において、状態方程式が実際の測定部の姿勢をモデル化できていないと推察された。すなわち、各オイラー角における入力ベクトルは模擬測定データとは異なるパラメータであり、システムノイズは標準偏差の大きな曖昧なパラメータとした。本数値実験では、上述したパラメータとして入力ベクトルに0度、システムノイズにはN(0,2)の正規分布に従う乱数を用いた。 As shown in FIGS. 7(d), (e), and (f), in estimating each Euler angle, it was inferred that the state equation could not model the actual posture of the measurement unit. That is, the input vector at each Euler angle is a parameter different from the simulated measurement data, and the system noise is an ambiguous parameter with a large standard deviation. In this numerical experiment, random numbers following a normal distribution of 0 degree for the input vector and N(0, 2) for the system noise were used as the parameters described above.

推定結果のグラフから、推定値は正解値を十分な精度で再現できていることが認められた。これは、標準偏差が大きいシステムノイズを用いたためである。以上の結果から、状態方程式が実際の状態を反映できていない場合でも十分な精度で状態量を推定できることが確認された。図7(g)から、陽極出力電流の推定値は、正解値と比較して誤差約3%と十分な精度で推定できていた。 From the graph of the estimation results, it was confirmed that the estimated values were able to reproduce the correct values with sufficient accuracy. This is because system noise with a large standard deviation was used. From the above results, it was confirmed that the state quantity can be estimated with sufficient accuracy even when the state equation cannot reflect the actual state. From FIG. 7(g), the estimated value of the anode output current was able to be estimated with sufficient accuracy with an error of about 3% compared to the correct value.

図8に、基準点oにおける電位の測定値の推定結果を示す。正解値において、t=16s付近で電位が卑化している様子が認められた。これは、模擬測定データに加えた測定誤差の影響である。移動体10が犠牲陽極付近を通過したため、t=16s付近で電位が貴化し、電位のピークが現れている。測定時の位置誤差の影響が大きい犠牲陽極近傍を含めて、推定値が正解値を再現できていた。 FIG. 8 shows the estimation result of the potential measurement value at the reference point o. In the correct value, it was observed that the potential became base in the vicinity of t=16s. This is the effect of the measurement error added to the simulated measurement data. Since the moving body 10 passed near the sacrificial anode, the potential becomes noble near t=16s, and a potential peak appears. The estimated values were able to reproduce the correct values, including the vicinity of the sacrificial anode, which is greatly affected by the positional error during measurement.

上述したように、状態量推定装置1によれば、電位の測定値から移動体10自身の位置と陽極出力電流を推定する一般化状態推定問題を、パーティクルフィルタを用いて解くことにより、移動体10自身の位置や姿勢が未知な条件下でも、陽極出力電流を適切に評価できることができる。状態量推定装置1によれば、犠牲陽極Pの測定において測定部2を移動させるための水中に設置されるレール等の装置が不要となり、測定コストを低減すると共に、ダイバーによる測定を不要とし、安全性を向上させることができる。 As described above, according to the state quantity estimating device 1, the generalized state estimation problem of estimating the position of the moving body 10 itself and the anode output current from the measured potential value is solved by using a particle filter, so that the moving body Even under the condition that the position and orientation of 10 itself are unknown, the anode output current can be evaluated appropriately. According to the state quantity estimating device 1, a device such as a rail installed in water for moving the measuring unit 2 in the measurement of the sacrificial anode P becomes unnecessary, which reduces the measurement cost and eliminates the need for divers to measure. Safety can be improved.

次に、移動体10の構造について説明する。水中を移動する移動体10は、種々の形状により形成されていてもよい。上述したように、移動体10は、ワイヤ(不図示)等により吊下げられ、水中を任意の方向に移動する物体である。移動体10は、犠牲陽極Pにより生じる電場により電磁誘導を受けないように、樹脂等で形成されている。移動体10は、金属を絶縁被覆したもの、セラミックコーティングしたもの、FRP、木材等の他の材料が用いられてもよい。移動体10は、電磁誘導を受けない材料であればどのような材料で形成されていてもよい。 Next, the structure of the moving body 10 will be described. The moving body 10 that moves in water may be formed in various shapes. As described above, the moving body 10 is an object suspended by a wire (not shown) or the like and moving in any direction in water. The moving body 10 is made of resin or the like so as not to be subjected to electromagnetic induction by the electric field generated by the sacrificial anode P. As shown in FIG. The moving body 10 may be made of metal coated with insulation, ceramic-coated, FRP, wood, or other materials. The moving body 10 may be made of any material as long as it is not subject to electromagnetic induction.

図9に示されるように、移動体10は、円管状に形成された本体部11を備える。電位を測定する複数のセンサo、a、b、cは、本体部11に相対的な位置関係が保たれるように設けられている。複数のセンサo、a、b、cは、相対的な位置関係が保たれるのであればどのような取り付け位置であってもよい。複数のセンサo、a、b、cは、本体部11の内部に取り付けられ、移動体10が移動した際の抵抗が低減されると共に、ケーブルの引っ掛かりが防止される。移動体10には、複数本の電位センサが最低限設けられていればよいが、精度を向上させるために水深計やレーザー距離計など移動体10の位置情報を取得するような機器が更に設けられていてもよい。 As shown in FIG. 9, the moving body 10 includes a body portion 11 formed in a circular tubular shape. A plurality of sensors o, a, b, and c for measuring electric potential are provided so as to maintain relative positional relationship with the main body 11 . The plurality of sensors o, a, b, and c may be attached at any position as long as the relative positional relationship is maintained. A plurality of sensors o, a, b, and c are attached inside the main body 11 to reduce resistance when the moving body 10 moves and prevent cables from being caught. The moving body 10 may be provided with at least a plurality of potential sensors, but in order to improve accuracy, a device such as a water depth gauge or a laser rangefinder for acquiring position information of the moving body 10 may be further provided. may have been

本体部11の内側の壁面11Aには、管軸L方向に沿って複数の水中翼12が形成されている。水中翼12は、例えば、壁面11Aの周方向に等間隔に3個設けられている。水中翼12は、管軸L方向から見て本体部11の中心に向かって突出するように形成されている。水中翼12の個数は増減されてもよい。水中翼12は、本体部11の側面側に設けられていてもよい。水中翼12が形成されることにより、移動体10が鉛直方向に移動した際に本体部11が水平方向に移動することや、管軸L周りに回転することが抑制され、安定性が向上する。 A plurality of hydrofoils 12 are formed along the pipe axis L direction on an inner wall surface 11A of the body portion 11 . For example, three hydrofoils 12 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the wall surface 11A. The hydrofoil 12 is formed so as to protrude toward the center of the main body 11 when viewed from the pipe axis L direction. The number of hydrofoils 12 may be increased or decreased. The hydrofoil 12 may be provided on the side surface of the main body 11 . By forming the hydrofoil 12, when the movable body 10 moves in the vertical direction, the main body 11 is suppressed from moving in the horizontal direction and rotating around the pipe axis L, thereby improving stability. .

図10に示されるように、移動体10は、三角断面の管状に形成された本体部11を備える。本体部11は、3枚の矩形の板状体11a,11b,11cの互いの長辺が接して形成されている。板状体11a,11b,11cは、水中翼として機能する。電位を測定する複数のセンサo、a、b、cは、本体部11に相対的な位置関係が保たれるように設けられている。複数のセンサo、a、b、cは、本体部11の内部に取り付けられ、移動体10が移動した際の抵抗が低減されると共に、ケーブルの引っ掛かりが防止される。 As shown in FIG. 10, the moving body 10 includes a tubular main body 11 having a triangular cross section. The body portion 11 is formed by contacting the long sides of three rectangular plate-like bodies 11a, 11b, and 11c. Plate-like bodies 11a, 11b, and 11c function as hydrofoils. A plurality of sensors o, a, b, and c for measuring electric potential are provided so as to maintain relative positional relationship with the main body 11 . A plurality of sensors o, a, b, and c are attached inside the main body 11 to reduce resistance when the moving body 10 moves and prevent cables from being caught.

板状体11a,11b,11cにより移動体10の構成が簡略化されると共に、水中翼として機能することにより、移動体10が鉛直方向に移動した際に本体部11が水平方向に移動することや、管軸L周りに回転することが抑制され、安定性が向上する。 The plates 11a, 11b, and 11c simplify the structure of the moving body 10 and function as hydrofoils, so that the main body 11 moves horizontally when the moving body 10 moves vertically. Also, the rotation around the tube axis L is suppressed, and the stability is improved.

図11に示されるように、移動体10は、本体部11が3本の円管11B,11C,11Dが組み合わされて形成されてもよい。円管11B,11C,11Dは、水中翼として機能する。電位を測定する複数のセンサo、a、b、cは、本体部11に相対的な位置関係が保たれるように設けられている。複数のセンサo、a、b、cは、本体部11の内部に取り付けられ、移動体10が移動した際の抵抗が低減されると共に、ケーブルの引っ掛かりが防止される。 As shown in FIG. 11, the moving body 10 may be formed by combining three circular pipes 11B, 11C, and 11D with the body portion 11 thereof. The circular tubes 11B, 11C, and 11D function as hydrofoils. A plurality of sensors o, a, b, and c for measuring electric potential are provided so as to maintain relative positional relationship with the main body 11 . A plurality of sensors o, a, b, and c are attached inside the main body 11 to reduce resistance when the moving body 10 moves and prevent cables from being caught.

円管11B,11C,11Dにより移動体10の構成が簡略化されると共に、水中翼として機能することにより、移動体10が鉛直方向に移動した際に本体部11が水平方向に移動することや、管軸L周りに回転することが抑制され、安定性が向上する。 The circular tubes 11B, 11C, and 11D simplify the configuration of the moving body 10, and function as hydrofoils, so that when the moving body 10 moves vertically, the main body 11 moves horizontally. , the rotation around the tube axis L is suppressed, and the stability is improved.

図12に示されるように、本体部11が3本の円管11B,11C,11Dが組み合わされて形成された移動体10は、内部の3本の円管11B,11C,11Dが互いに接する部分が切り取られて円管11B,11C,11Dの側面のみで形成されてもよい。移動体10は、このように形成されることにより、水中移動時の抵抗が低減されると共に、円管11B,11C,11Dが水中翼として機能する。従って、移動体10は、鉛直方向に移動した際に本体部11が水平方向に移動することや、管軸L周りに回転することが抑制され、安定性が向上する。 As shown in FIG. 12, moving body 10 in which main body 11 is formed by combining three circular pipes 11B, 11C, and 11D has a portion where three internal circular pipes 11B, 11C, and 11D are in contact with each other. may be cut off and formed only by the side surfaces of the circular tubes 11B, 11C, and 11D. By forming the moving body 10 in this way, resistance during underwater movement is reduced, and the circular tubes 11B, 11C, and 11D function as hydrofoils. Therefore, when the moving body 10 moves in the vertical direction, the main body 11 is prevented from moving in the horizontal direction and rotating around the tube axis L, thereby improving the stability.

図13に示されるように、移動体10は、本体部11が矩形の枠体で形成されていてもよい。移動体10は、2次元で電位を測定するように複数のセンサo、a、cが相対的な位置関係が保たれるように本体部11に設けられている。複数のセンサo、a、cは、本体部11の外部に設けられている。本体部11には、移動を安定化させるために水中翼が設けられていてもよい。枠状に形成された移動体10により、構成を簡略化することができる。 As shown in FIG. 13, the moving body 10 may have a main body 11 formed of a rectangular frame. The moving body 10 is provided in the body part 11 so that the relative positional relationship between the plurality of sensors o, a, and c is maintained so as to measure the electric potential two-dimensionally. A plurality of sensors o, a, and c are provided outside the body portion 11 . The body portion 11 may be provided with hydrofoils for stabilizing movement. The structure can be simplified by the moving body 10 formed in a frame shape.

図14に示されるように、本体部11が矩形の枠体で形成された移動体10は、3次元で電位を測定するように本体部11の下部にアーム状の突出部13が形成されている。電位を測定する複数のセンサo、a、b、cは、本体部11に相対的な位置関係が保たれるように設けられている。複数のセンサo、a、b、cは、本体部11の外部に設けられている。本体部11には、移動を安定化させるために水中翼が設けられていてもよい。枠状に形成された移動体10により、構成を簡略化することができる。 As shown in FIG. 14, a moving body 10 having a main body 11 formed of a rectangular frame has an arm-shaped projecting portion 13 formed at the lower portion of the main body 11 so as to measure potential in three dimensions. there is A plurality of sensors o, a, b, and c for measuring electric potential are provided so as to maintain relative positional relationship with the main body 11 . A plurality of sensors o, a, b, and c are provided outside the body portion 11 . The body portion 11 may be provided with hydrofoils for stabilizing movement. The structure can be simplified by the moving body 10 formed in a frame shape.

本体部11は、矩形の枠体で形成されるだけでなく、三角形や多角形の枠体で形成されていてもよい。また、これらの本体部11には、1つ以上のアーム状の突出部を設けて、奥行き方向の測定を可能にした形状としてもよい。 The body portion 11 may be formed not only by a rectangular frame but also by a triangular or polygonal frame. Further, the main body portion 11 may be provided with one or more arm-shaped protrusions to enable measurement in the depth direction.

図15に示されるように、移動体10は、本体部11が三角錐状に形成されていてもよい。本体部11は、4枚の三角形の板状体11E,11F,11G,11Hが組み合わされて形成されている。電位を測定する複数のセンサo、a、b、cは、本体部11に相対的な位置関係が保たれるように設けられている。複数のセンサo、a、b、cは、本体部11の外部に取り付けられる。 As shown in FIG. 15, the moving body 10 may have a main body 11 formed in a triangular pyramid shape. The body portion 11 is formed by combining four triangular plate-like bodies 11E, 11F, 11G, and 11H. A plurality of sensors o, a, b, and c for measuring electric potential are provided so as to maintain relative positional relationship with the main body 11 . A plurality of sensors o, a, b, and c are attached to the outside of the body portion 11 .

移動体10は、例えば、鉛直下方向に沈降させるとセンサc方向に流体の流線が集中し、後流の発生が抑制され、水中抵抗が低減される。また、2個の本体部11を上下反対方向に接続し、上下方向に移動して水の抵抗を低減させるようにしてもよい。また、本体部11には、移動を安定化させるために水中翼が設けられていてもよい。本体部11は、三角錐の他、円錐、四角錐等の他の錐状の形状に形成されていてもよい。本体部11の形状は、この他、柱体、錐体、双錐体などの多面体形状に形成されてもよい。 For example, when the moving body 10 is caused to sink vertically downward, the streamlines of the fluid concentrate in the direction of the sensor c, the generation of a wake is suppressed, and the underwater resistance is reduced. Alternatively, the two main bodies 11 may be connected vertically opposite to each other and moved vertically to reduce water resistance. Further, the body portion 11 may be provided with hydrofoils for stabilizing movement. The main body part 11 may be formed in a pyramid shape other than a triangular pyramid, such as a cone, a square pyramid, or the like. The body portion 11 may also have a polyhedral shape such as a columnar body, a pyramidal body, or a bipyramidal body.

上述したそれぞれの移動体10は、必ずしも水位計を取り付ける必要はないが、水位計を取り付けることで、水位計の情報を用いて状態量推定装置1の推定精度を向上させてもよい。移動体10へのセンサの配置は2次元的であってもよいし、3次元的であってもよい。しかし、状態量推定装置1の推定精度を向上させるためには3次元的にセンサを配置することが望ましい。上述したそれぞれの移動体10に、錘を吊下げて安定性を向上させるようにしてもよい。 Although each moving body 10 described above does not necessarily need to be equipped with a water level gauge, the estimation accuracy of the state quantity estimating device 1 may be improved using the information of the water level gauge by attaching the water level gauge. The arrangement of the sensors on the moving body 10 may be two-dimensional or three-dimensional. However, in order to improve the estimation accuracy of the state quantity estimation device 1, it is desirable to arrange the sensors three-dimensionally. A weight may be suspended from each moving body 10 described above to improve stability.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では状態量推定において、パーティクルフィルタを用いていたが、拡張カルマンフィルタ、無香カルマンフィルタ等他の状態量推定方法を用いてもよい。また、測定部10の姿勢は、オイラー角の他に、回転ベクトル、回転行列、クォータニオン等を用いてもよい。また、静電場解析に用いる偏微分方程式の離散化手法は、境界要素法の他に、有限要素法、有限体積法、差分法等を用いてもよい。また、防食電流推定方法は、犠牲陽極Pから出力される電流だけでなく、構造物に生じる腐食の評価や、電気設備、装置の電流測定の評価に用いてもよい。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, a particle filter is used for state quantity estimation, but other state quantity estimation methods such as an extended Kalman filter and an unscented Kalman filter may be used. Further, the orientation of the measurement unit 10 may use a rotation vector, a rotation matrix, a quaternion, or the like, in addition to the Euler angles. Besides the boundary element method, the finite element method, the finite volume method, the finite difference method, etc. may be used as the discretization method of the partial differential equation used for the electrostatic field analysis. In addition, the anti-corrosion current estimation method may be used not only for the current output from the sacrificial anode P, but also for evaluation of corrosion occurring in structures and evaluation of current measurement of electrical equipment and devices.

1 状態量推定装置
2 測定部
10 移動体
11 本体部
11a、11b、11c、11E、11F、11G、11H 板状体
11A 壁面
11B、11C、11D 円管
12 水中翼
13 突出部
15 端末装置
20 取得部
30 推定部
40 表示部
a、b、c、o センサ
1 State quantity estimation device 2 Measurement unit 10 Moving body 11 Main unit 11a, 11b, 11c, 11E, 11F, 11G, 11H Plate-like object 11A Wall surface 11B, 11C, 11D Circular pipe 12 Hydrofoil 13 Protrusion 15 Terminal device 20 Acquisition Unit 30 Estimation unit 40 Display unit a, b, c, o Sensor

Claims (8)

電解質中において犠牲陽極で防食された金属製の構造物の電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定する状態量推定方法であって、
所定時間の間において電位センサを有する移動体を移動させた際の前記犠牲陽極の周囲の前記電解質中の電位の測定値を取得するステップと、
前記状態量推定モデルを用いて、前の状態から時間的に更新した次の状態を予測するステップと、
前記測定値に基づいて前記次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を繰り返し行うステップと、
前記移動体の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む前記状態量の推定値を算出するステップと、を有する、
状態量推定方法。
A state quantity estimation method for estimating an unknown state quantity representing the cathodic protection state of a metal structure protected by a sacrificial anode in an electrolyte using a state quantity estimation model,
obtaining a measurement of the potential in the electrolyte surrounding the sacrificial anode when moving a moving body having a potential sensor for a predetermined time;
predicting the next state temporally updated from the previous state using the state quantity estimation model;
Repeating a filtering process for correcting the next state to a state probabilistically closest to the true value based on the measured value;
and calculating an estimated value of the state quantity including the position and orientation of the moving body and the current output from the sacrificial anode.
State quantity estimation method.
前記状態量推定モデルは、誤差を含む前記測定値から、時々刻々と変化する前記状態量を算出するものであり、前記状態量を時間的に更新する状態方程式と、前記状態量を測定値と同じ物理量である観測値に変換する観測方程式とを含み、
相対的に位置が固定された複数の前記電位センサを有する前記移動体により前記犠牲陽極から不明確に離間した位置において不明確な姿勢の状態で観測時間A内において一定のサンプリング間隔Tでn個(n=A/T)の測定値を前記複数のセンサから繰り返し取得するステップと、
前記状態方程式を用いて、時刻t=0のとき、前記状態量の初期状態を生成するステップと、
前記状態方程式を用いてt=1、2、・・・A/Tのとき、前の状態量から次の状態量を予測するステップと、
前記観測方程式を用いて予測した前記次の状態量を前記観測値に変換するステップと、
前記観測値と前記測定値とに基づいて、前記推定値を算出する前記フィルタリング処理を行うステップと、を有する、
請求項1に記載の状態量推定方法。
The state quantity estimating model calculates the state quantity that changes from time to time from the measured value that includes an error, and includes a state equation that temporally updates the state quantity and the state quantity as the measured value. and an observation equation that transforms the same physical quantity into an observed value,
In a state of indefinite posture at a position indefinitely separated from the sacrificial anode by the moving body having a plurality of the potential sensors whose positions are relatively fixed, n samples are collected at a constant sampling interval T within the observation time A. repeatedly obtaining (n=A/T) measurements from the plurality of sensors;
generating an initial state of the state quantity at time t=0 using the state equation;
a step of predicting the next state quantity from the previous state quantity when t=1, 2, . . . A/T using the state equation;
converting the next state quantity predicted using the observation equation into the observed value;
and performing the filtering process of calculating the estimated value based on the observed value and the measured value.
The state quantity estimation method according to claim 1.
前記状態量推定モデルはパーティクルフィルタであって、
t=0のとき、前記状態量の情報を有する多数の粒子の初期状態を生成するステップと、
前記状態方程式を用いてt=1、2、・・・A/Tのとき、前記粒子ごとに前記前の状態から前記次の状態を予測するステップと、
前記観測方程式を用いて前記粒子ごとに予測した前記次の状態を前記観測値に変換するステップと、
前記粒子ごとの前記観測値と前記測定値の尤度を算出して、正規化することで重み付けを行い、加重平均により前記推定値を求める前記フィルタリング処理を行うステップと、
前記粒子の中から尤度が所定以上に高いものを抽出し、抽出された粒子を複製するリサンプリングのステップと、を有する、
請求項2に記載の状態量推定方法。
The state quantity estimation model is a particle filter,
generating an initial state of a number of particles having information of the state quantity when t=0;
predicting the next state from the previous state for each of the particles when t=1, 2, . . . A/T using the equation of state;
converting the predicted next state for each particle into the observed value using the observation equation;
calculating the likelihood of the observed value and the measured value for each of the particles, performing weighting by normalization, and performing the filtering process to obtain the estimated value by a weighted average;
a resampling step of extracting particles with a likelihood higher than a predetermined value from the particles and duplicating the extracted particles;
The state quantity estimation method according to claim 2.
前記観測方程式は、偏微分方程式の離散化手法に基づいた電場解析を表す方程式を含む、
請求項2に記載の状態量推定方法。
The observation equation includes an equation representing an electric field analysis based on a partial differential equation discretization technique,
The state quantity estimation method according to claim 2.
電解質中において犠牲陽極で防食された金属製の構造物の電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定する状態量推定装置であって、
所定時間の間において電位センサを有する移動体を移動させた際の前記犠牲陽極の周囲の前記電解質中の電位の測定値を取得する取得部と、
前記状態量推定モデルを用いて、前の状態から時間的に更新した次の状態を予測し、前記測定値に基づいて前記次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を繰り返し、前記移動体の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む前記状態量の推定値を算出する推定部と、を有する、
状態量推定装置。
A state quantity estimating device for estimating an unknown state quantity representing the state of cathodic protection of a metal structure protected by a sacrificial anode in an electrolyte using a state quantity estimating model,
an acquisition unit that acquires a measured value of the potential in the electrolyte around the sacrificial anode when the moving body having the potential sensor is moved for a predetermined time;
Filtering processing for predicting the next state temporally updated from the previous state using the state quantity estimation model, and correcting the next state to a state probabilistically closest to the true value based on the measured value. and an estimating unit that calculates an estimated value of the state quantity including the position and orientation of the moving body and the current output from the sacrificial anode,
State quantity estimator.
前記移動体を更に備え、
前記移動体は、本体部と、
前記本体部に設けられ、鉛直方向に沿って形成された水中翼と、
を備える、
請求項5に記載の状態量推定装置。
further comprising the moving body;
The moving body includes a main body,
a hydrofoil provided in the main body and formed along a vertical direction;
comprising a
The state quantity estimation device according to claim 5 .
前記本体部は、管状、錐状、多面体形状、枠状のいずれか一つの形状に形成されている、
請求項6に記載の状態量推定装置。
The main body is formed in any one of tubular, conical, polyhedral, and frame shapes,
The state quantity estimating device according to claim 6.
電解質中において犠牲陽極で防食された金属製の構造物の電気防食状態を表す未知の状態量を、状態量推定モデルを用いて推定するプログラムであって、
コンピュータに、
所定時間の間において電位センサを有する移動体を移動させた際の前記犠牲陽極の周囲の前記電解質中の電位の測定値を取得させ、
前記状態量推定モデルを用いて、前の状態から時間的に更新した次の状態を予測させ、
前記測定値に基づいて前記次の状態を確率的に最も真値に近い状態に修正するフィルタリング処理を繰り返させ、
前記移動体の位置、姿勢及び前記犠牲陽極から出力される電流を含む前記状態量の推定値を算出させる、
プログラム。
A program for estimating an unknown state quantity representing the cathodic protection state of a metal structure protected by a sacrificial anode in an electrolyte using a state quantity estimation model,
to the computer,
Acquiring a measured value of the potential in the electrolyte around the sacrificial anode when a moving body having a potential sensor is moved for a predetermined period of time;
Using the state quantity estimation model, predict the next state temporally updated from the previous state,
repeating the filtering process of correcting the next state to a state probabilistically closest to the true value based on the measured value;
calculating an estimated value of the state quantity including the position and orientation of the moving body and the current output from the sacrificial anode;
program.
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