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JP7361255B2 - Vertical magnetic survey analysis system, vertical magnetic survey analysis device, and computer readable program - Google Patents
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Vertical magnetic survey analysis system, vertical magnetic survey analysis device, and computer readable program Download PDF

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特許法第30条第2項適用 第30条第2項適用、令和元年7月29日ウェブサイトで掲載 ウェブサイトのアドレス https://geonews.zenchiren.or.jp/e-Forum/2019/PDF/2019_109.pdfArticle 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies Article 30, Paragraph 2 applies, posted on the website on July 29, 2019 Website address: https://geonews. zenchiren. or. jp/e-Forum/2019/PDF/2019_109. pdf

特許法第30条第2項適用 第30条第2項適用、令和元年9月13日岡山コンベンションセンターにおいて開催された全地連「技術フォーラム2019」岡山で発表Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Application of Article 30, Paragraph 2, announced at the All-Junior Federation “Technology Forum 2019” held at the Okayama Convention Center on September 13, 2019, Okayama

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

鉛直磁気探査は、ボーリング孔(観測孔)へ検知器を挿入して周辺の磁気異常を検知することにより、地中に埋設された爆弾、鉄管、矢板等の磁性体(以下、単に「磁性体」と称す。)の距離や磁気量を調査する手法である(例えば、特許文献1等を参照)。この手法は、磁性体の埋設深度が大きく水平探査では検知出来ない場合や、磁性体の埋設位置を正確に把握したい場合などに有効である。 Vertical magnetic exploration involves inserting a detector into a borehole (observation hole) and detecting magnetic anomalies in the surrounding area. This is a method of investigating the distance and magnetic quantity of the magnetic field. This method is effective when the magnetic material is buried too deep to be detected by horizontal exploration, or when it is desired to accurately determine the buried position of the magnetic material.

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

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

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

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

そこで、本発明は、技術者の能力に左右されることなく常に高精度な解析結果を得ることのできる鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法、鉛直磁気探査解析システム、鉛直磁気探査解析装置、及びコンピュータ読み取り可能なプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis, a vertical magnetic survey analysis system, a vertical magnetic survey analysis device, and a method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis that can always obtain highly accurate analysis results regardless of the ability of an engineer. and a computer-readable program.

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

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記磁性体の埋設状態には、前記観測孔から前記磁性体までの離隔距離rが含まれてもよいIn order to solve the above problems, in the method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis according to the present invention, the buried state of the magnetic body may include a separation distance r from the observation hole to the magnetic body. .

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記磁性体の埋設状態には更に、前記磁性体の有する磁気量Mと、前記観測孔から見た前記磁性体の磁極の方向θとの少なくとも1つが含まれてもよいIn order to solve the above problems , in the method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis according to the present invention , the buried state of the magnetic body further includes a magnetic quantity M of the magnetic body, and a magnetic quantity M as seen from the observation hole. At least one of the direction θ of the magnetic pole of the magnetic material may be included.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記取得手順では、前記磁性体のサンプルの埋設状態を変化させつつ複数の信号波形の画像を取得し、それら複数の信号波形の画像に対して反転処理、拡縮処理、ノイズ処理の少なくとも1つを施すことより、前記教師データを拡充してもよいIn order to solve the above problems , in the method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis according to the present invention, in the acquisition step, images of a plurality of signal waveforms are acquired while changing the buried state of the magnetic sample, The teacher data may be expanded by performing at least one of inversion processing, scaling processing, and noise processing on the images of the plurality of signal waveforms.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記検知器は、一軸差動フラックスゲート型の磁気センサであることを特徴とする。 In order to solve the above problems , in a method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis according to the present invention, the detector is a uniaxial differential fluxgate type magnetic sensor.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法において、前記磁性体が不発弾であってもよいIn order to solve the above problems , in the method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis according to the present invention , the magnetic body may be an unexploded ordnance.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法により生成された推定モデルを管理する管理手段と、鉛直磁気探査用の検知器が生成した信号波形の画像を前記推定モデルへ入力することにより、地中における磁性体の埋設状態を推定する推定手段と、磁性体の埋設状態をユーザへ提示する提示手段とを備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析システムを提供する。 In order to solve the above problems, a management means for managing an estimation model generated by a method for generating an estimation model for vertical magnetic exploration analysis according to the present invention , and an image of a signal waveform generated by a detector for vertical magnetic exploration are provided. Provided is a vertical magnetic survey analysis system comprising an estimation means for estimating the buried state of a magnetic body underground by inputting it to an estimation model, and a presentation means for presenting the buried state of the magnetic body to a user. do.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析システムにおいて、前記推定手段は、前記推定モデルを用いない所定の計算式へ前記信号波形の寸法を当てはめることにより前記磁性体の埋設状態を計算し、前記提示手段は、推定した埋設状態と計算した埋設状態とを互いに比較可能な状態で前記ユーザへ提示してもよい。 In order to solve the above problems, in the vertical magnetic exploration analysis system according to the present invention , the estimation means estimates the buried state of the magnetic material by applying the dimensions of the signal waveform to a predetermined calculation formula that does not use the estimation model. and the presenting means may present the estimated buried state and the calculated buried state to the user in a state where they can be compared with each other.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析システムは、鉛直磁気探査用の検知器を更に備えてもよいIn order to solve the above problems, the vertical magnetic survey analysis system according to the present invention may further include a detector for vertical magnetic survey.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析システムに適用される鉛直磁気探査解析装置であって、前記推定手段及び前記提示手段を備えることを特徴とする鉛直磁気探査解析装置を提供する。 In order to solve the above problems, there is provided a vertical magnetic survey analysis device applied to the vertical magnetic survey analysis system according to the present invention , which is characterized by comprising the estimation means and the presentation means. do.

上記課題を解決するために本発明に係る鉛直磁気探査解析装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラムを提供する。 In order to solve the above problems, a computer-readable program is provided that causes a computer to function as a vertical magnetic survey analysis device according to the present invention .

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

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

そして、信号波形の形状(パターン)と磁性体の埋設状態との間には強い相関がある。例えば、磁性体の離隔距離rが短いほど信号波形の変化の周期2xは短くなり、磁性体の離隔距離rが短く磁性体の磁気量Mが大きいほど信号波形の振幅ΔHも大きくなることは既に知られている(後述する計算式(1),(2)を参照)。さらに、本願発明者等の実験によると、観測孔から見た磁性体の磁極の方向θに応じて信号波形の形状(パターン)のタイプがMV型、M型、V型、S型、逆S型、逆V型、逆M型、逆MV型などの間で変化することも判明している。 There is a strong correlation between the shape (pattern) of the signal waveform and the buried state of the magnetic material. For example, the shorter the separation distance r between the magnetic bodies, the shorter the period 2x0 of change in the signal waveform, and the shorter the separation distance r between the magnetic bodies and the greater the magnetic amount M of the magnetic bodies, the greater the amplitude ΔH of the signal waveform. This is already known (see calculation formulas (1) and (2) described later). Furthermore, according to experiments conducted by the present inventors, the types of signal waveform shapes (patterns) are MV type, M type, V type, S type, and reverse S type depending on the direction θ of the magnetic pole of the magnetic material as seen from the observation hole. It has also been found that it changes among the following types: type, inverted V type, inverted M type, inverted MV type, etc.

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

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

また、本発明に係る鉛直磁気探査解析システム、鉛直磁気探査解析装置、又はコンピュータ読み取り可能なプログラムによれば、本発明に係る鉛直磁気探査解析用推定モデルの生成方法により生成した推定モデルを用いて磁性体の埋設状態を推定するので、ユーザ(技術者)の能力に左右されることなく常に高精度な解析結果を得ることができるという効果が得られる。 Further, according to the vertical magnetic survey analysis system, vertical magnetic survey analysis device, or computer readable program according to the present invention, an estimation model generated by the method for generating an estimation model for vertical magnetic survey analysis according to the present invention is used. Since the buried state of the magnetic material is estimated, the effect is that highly accurate analysis results can always be obtained regardless of the ability of the user (engineer).

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

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

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

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

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

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

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

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

2.鉛直磁気探査方法
図2は、鉛直磁気探査方法の手順を説明するフローチャートである。図2に示すとおり、鉛直磁気探査解析システム1を利用した鉛直磁気探査方法では、先ず、ユーザ(技術者)が調査地点にボーリングマシン10を設置し(S11)、鉛直下向きに深さ1mの観測孔11を掘削する(S12)。そして、ユーザ(技術者)が観測孔11に検知器21を挿入し、観測孔11の底面より1m直下についての磁気探査を実施する(S13)。このときユーザ(技術者)は、差動信号又は地磁気信号に基づいて磁気異常の有無を確認し(S14)、磁気異常があった場合(S14YES)には、連続測定の手順(S16)に移行し、磁気異常がなかった場合(S14NO)には、更に1m掘進して磁気探査及び確認を行う(S12~S14)。そして、これら掘進から確認までの一連の手順(S12~S14)は、磁気異常があるか(S14YES)又は観測孔11の底面が予定深度(例えば11m)に到達するまで(S15YES)、繰り返される。
2. Vertical Magnetic Exploration Method FIG. 2 is a flowchart illustrating the procedure of the vertical magnetic exploration method. As shown in Fig. 2, in the vertical magnetic survey method using the vertical magnetic survey analysis system 1, the user (engineer) first installs the boring machine 10 at the survey point (S11), and observes vertically downward to a depth of 1 m. A hole 11 is excavated (S12). Then, the user (engineer) inserts the detector 21 into the observation hole 11, and performs magnetic survey 1 m directly below the bottom of the observation hole 11 (S13). At this time, the user (engineer) checks whether there is a magnetic anomaly based on the differential signal or geomagnetic signal (S14), and if there is a magnetic anomaly (S14YES), the user (engineer) moves to the continuous measurement procedure (S16). However, if there is no magnetic anomaly (S14 NO), the excavation is further carried out by 1 m and magnetic exploration and confirmation are performed (S12 to S14). A series of steps (S12 to S14) from excavation to confirmation are repeated until there is a magnetic anomaly (S14 YES) or until the bottom of the observation hole 11 reaches the planned depth (for example, 11 m) (S15 YES).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

次に、モバイルPC25のプロセッサは、ユーザ(技術者)が指定した各ポイントに基づいて差動信号波形の周期2x,最大振幅ΔHmaxなどの寸法を読み取り、ネットワーク26を介してサーバ27へ当該寸法(周期2x,最大振幅ΔHmax)を送信する。サーバ27は、推定モデル28を用いない以下の計算式(1),(2)へ周期2x,最大振幅ΔHmaxの値を当てはめることにより磁性体30の離隔距離r’及び磁性体30の磁気量M’を計算し、計算した離隔距離r’及び磁気量M’の値をネットワーク25を介してモバイルPC25へ送信する。そして、モバイルPC25は、ネットワーク25を介して離隔距離r’及び磁気量M’を受信する(S174)。 Next, the processor of the mobile PC 25 reads the dimensions such as the period 2x 0 and the maximum amplitude ΔH max of the differential signal waveform based on each point specified by the user (engineer), and sends it to the server 27 via the network 26. Send the dimensions (period 2x 0 , maximum amplitude ΔH max ). The server 27 calculates the separation distance r' of the magnetic body 30 and the magnetism of the magnetic body 30 by applying the values of the period 2x 0 and the maximum amplitude ΔH max to the following calculation formulas (1) and (2) that do not use the estimation model 28. The amount M' is calculated, and the calculated values of the separation distance r' and the magnetic amount M' are transmitted to the mobile PC 25 via the network 25. Then, the mobile PC 25 receives the separation distance r' and the magnetic amount M' via the network 25 (S174).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

8.差動信号波形の表示エリア
図7は、差分信号波形の表示エリアA3を説明する説明図である。ユーザ(技術者)は、差分信号波形の表示エリアA3を目視しつつ、マウスによるポインティング又は数値入力を行うことにより、差動信号波形の半周期xの上端深度及び下端深度を指定することができる。これによって、モバイルPC25は、差動信号波形の周期2xを特定することができる。
8. Differential Signal Waveform Display Area FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the differential signal waveform display area A3. The user (engineer) can specify the upper end depth and lower end depth of the half cycle x 0 of the differential signal waveform by pointing with a mouse or inputting numerical values while visually observing the display area A3 of the differential signal waveform. can. This allows the mobile PC 25 to specify the period 2x0 of the differential signal waveform.

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

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

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

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

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

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

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

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

そして、差動信号波形の形状(パターン)と磁性体30の埋設状態(r,M,θの組み合わせ)との間には強い相関がある。例えば、磁性体30の離隔距離rが短いほど差動信号波形の変化の周期2xは短くなり、磁性体30の離隔距離rが短く磁性体30の磁気量Mが大きいほど差動信号波形の最大振幅ΔHmaxも大きくなることは既に知られている(計算式(1),(2)を参照)。さらに、本願発明者等の実験によると、観測孔11から見た磁性体30の磁極の方向θに応じて差動信号波形のパターンタイプがMV型、M型、V型、S型、逆S型、逆V型、逆M型、逆MV型などの間で変化することも判明している(図4)。 There is a strong correlation between the shape (pattern) of the differential signal waveform and the buried state of the magnetic body 30 (combination of r, M, and θ). For example, the shorter the separation distance r between the magnetic bodies 30, the shorter the period 2x0 of change in the differential signal waveform. It is already known that the maximum amplitude ΔH max also increases (see calculation formulas (1) and (2)). Furthermore, according to the experiments conducted by the inventors of the present application, the pattern type of the differential signal waveform is MV type, M type, V type, S type, and reverse S type depending on the direction θ of the magnetic pole of the magnetic body 30 as seen from the observation hole 11. It has also been found that it varies among the following types: type, inverted V type, inverted M type, and inverted MV type (Figure 4).

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

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

11.その他
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
11. Others As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. , it goes without saying that various modifications and changes are possible.

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

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

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

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

図13のフローにおいて、掘削中1mごとの観測時に異常波形の初期と思われる波形が認められた場合には(S14YES)、観測孔11の直下に磁性体30が存在するか否かを前述した推定モデル28(AI)で推定する(S101)。そして、推定モデル28が観測孔11の直下に磁性体30が存在していると推定した場合には(S101YES)、直ちに掘削を終了して(S103)からステップS16へ移行し(S103)、そうでない場合には(S101NO)、更なる掘削を行うべくステップS15へ移行する。 In the flow of FIG. 13, if a waveform that seems to be the initial stage of an abnormal waveform is observed during observation every 1 m during excavation (S14YES), it is determined whether or not the magnetic material 30 exists directly under the observation hole 11. Estimation is performed using the estimation model 28 (AI) (S101). If the estimation model 28 estimates that the magnetic material 30 exists directly under the observation hole 11 (S101 YES), the process immediately ends the excavation (S103) and moves to step S16 (S103). If not (S101 NO), the process moves to step S15 to perform further excavation.

このような推定モデル28の学習では、地中における磁性体30の埋設状態として、離隔距離r及び深度dの属するエリアの分類(図14の分類1~9の別)と、鉛直磁気探査用の検知器21が生成した差動信号波形の画像Imとの対応付けを、教師データとして用いればよい。その場合、学習済みの推定モデル28は、磁性体30の存在するエリアが分類1~9の何れであるかを推定することが可能となる。よって、上述したステップS102では、例えば、磁性体30の属するエリアの分類が「1」であるか否かを推定モデル28で推定し、分類が「1」であるとの推定結果が出た場合には、観測孔11の直下に磁性体30が存在する(ステップS102YES)と判定し、そうでない場合には、観測孔11の直下に磁性体30が存在しない(ステップS102NO)と判定すればよい。 In such learning of the estimation model 28, as the buried state of the magnetic material 30 underground, the classification of the area to which the separation distance r and the depth d belong (classifications 1 to 9 in FIG. 14), and the classification of the area for vertical magnetic survey. The correspondence between the differential signal waveform generated by the detector 21 and the image Im may be used as the teacher data. In that case, the learned estimation model 28 can estimate which of classifications 1 to 9 the area where the magnetic body 30 is present is. Therefore, in step S102 described above, for example, if the estimation model 28 estimates whether or not the classification of the area to which the magnetic body 30 belongs is "1", and the estimation result that the classification is "1" is obtained. If so, it may be determined that the magnetic body 30 exists directly under the observation hole 11 (step S102 YES), and if not, it may be determined that the magnetic body 30 does not exist directly under the observation hole 11 (step S102 NO). .

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

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

Claims (10)

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