(57)【要約】【課題】観測データを解析するための前処理を容易にする。【解決手段】長期的な物理量を観測して得た第１の観測データ群と共に前記第１の観測データの物理量に影響を与える他の物理量の変動成分（第２の観測データ）を収録し、前記各観測データの時間スケールを解析に適合するようにスプライン補間法または線形補間法を選択的に適用して補間する前処理を行った後に解析手段でデータ解析を行う。【選択図】図３
2010014580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長期的な物理量を観測して得た第１の観測データ群と共に前記第１の観測データの物理量に影響を与える他の物理量の変動成分（第２の観測データ）を収録し、前記各観測データの時間スケールを解析手段に適合するようにスプライン補間法と線形補間法を選択的に適用して補間する前処理を行った後に、所定の解析手段により前記第１の観測データの物理量と該第１の観測データの物理量に影響を与える第２の観測データの物理量の変動成分を解析し、第１の観測データの物理量に影響を与える第２の観測データの物理量による変動成分を分離した前記第１の観測データの物理量のデータを算出し、各種データの表示あるいは収納を行うことを特徴とする観測データ処理方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の観測データの物理量は、地下の複数深度における地下水圧であり、
前記物理量に影響を与える第２の観測データの物理量は、潮汐の潮位、大気圧の物理量の何れか一方または両方であることを特徴とする観測データ処理方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記所定の解析手段は、潮汐解析プログラムであることを特徴とする観測データ処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３の１項において、
前記解析前の観測データ及び解析データをディスプレイ上に表示することにより、変動成分の主要因子を視覚化して把握することができるようにすることを特徴とする観測データ処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４の１項において、
収録している第１の観測データの時間スケールが所定の期間以下であるときにはスプライン補間法により観測データを補間し、所定の期間を越えているときには線形補間法により観測データを補間することを特徴とする観測データ処理方法。
【請求項６】
請求項１〜４の１項において、
収録している第１の観測データに欠測がある場合は、物理量に影響を与える第２の観測データの物理量の変動成分の周期のある比率の時間よりも長い欠測部分に対する補間は線形補間法により行うことを特徴とする観測データ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理現象を時系列で観測して得た観測データの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度、湿度、潮汐、気圧、水圧、風速及び風向などの物理現象を観測して得られる観測データは、複数の変動要因の影響を受ける。例えば、地下岩盤内の間隙水圧観測データは、大気圧や潮汐の影響を受けることが知られている。
【０００３】
観測対象の観測データを分析し、これらの変動要因の影響を分離するための解析技術として、潮汐や大気圧変動の影響を受ける観測データから潮汐変動成分や大気圧変動成分、ノイズ成分を分離する潮汐解析プログラムが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７５２０５号公報
【非特許文献１】統計数理研究所彙報  第３２巻  ７１〜８５  石黒真木夫、佐藤忠弘、田村良明、大江昌嗣  潮汐データ解析  プログラムＢＡＹＴＡＰ−Ｇの紹介
【非特許文献２】Computer  Science  Monograph，２２，５６〜１１７  M．  Ishiguro、  Y．Tamura  “ＢＡＹＴＡＰ−Ｇ”ｉｎ  ＴＩＭＳＡＣ−８４，The  Institute  of  Mathematics、Tokyo、Japan
【非特許文献３】Geophysical  Journal  International，１０４，５０７〜５１６，Y．Tamura、t．Sato、M．Ooe、M．Ishiguro  “Ａ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  ｆｏｒ  ｔｉｄａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｂａｙｅｓｉａｎ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ”
【非特許文献４】地球潮汐データの解析，時系列解析の実際II（赤池弘次、北川源四郎編），田村良明  朝倉書店，１５１〜１６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、観測対象の観測データを分析し、この観測データから変動要因の影響を分離するためには、蓄積した観測データを解析プログラムが扱える時間間隔のデータに変換することが必要となり、観測データの時間スケールを調整（補間）する前処理技術が必要となる。
【０００６】
また、出力結果を把握するためには、解析結果データ及び入力データをディスプレイ上に表示することにより、変動成分の主要因子を視覚化する技術も必要となる。
【０００７】
従来は、長期間に亘って蓄積される膨大な量の観測データを処理するにあたって、これらを処理操作するために長時間を要していた。
【０００８】
本発明の１つの目的は、観測データを解析手段に適合するように補間するための好ましい補間方法を提案することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、観測データに所定の長期間にわたる欠測があっても実現象から乖離した解析が行われるのを防止することができる観測データ処理方法を提案することにある。
【００１０】
さらに本発明の他の目的は、観測データの欠落等に対する所定の補間方法を実行することにより、習熟を要しないで迅速に実行できる観測データ処理方法を提案することにある。
【００１１】
さらに本発明の他の目的は、観測データ処理に関連する各種のデータ及び潮汐解析後の各種のデータを同一画面で連動し、かつ、必要に応じて拡大して確認できる観測データ処理方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、長期的に物理現象を観測して得られる時系列の観測データを収録し、この観測データの時間スケールを解析プログラムに適合するように補間する前処理を行った後、所定の解析手段（解析プログラム）により前記観測データに影響を与えている変動成分を解析する観測データ計算処理を適用することにより、一連の観測データ処理を短時間に行うことができる方法及びシステムを実現するものである。
【００１３】
長期間に亘って蓄積される膨大な量の観測データから該観測データに影響を与えている変動成分を分析する処理を一括して行うことにより、特に、前処理したデータを解析プログラムに取り込んだり、解析結果を可視化するための処理プログラムに取り込んだりするためのデータの受け渡しにかかる時間を大幅に低減する。
【００１４】
具体的には、長期的に物理量を観測して得た第１の観測データ群と共に前記第１の観測データの物理量に影響を与える他の物理量（第２の観測データ）を収録し、前記各観測データの時間スケールを解析に適合するようにスプライン補間法または線形補間法を選択的に適用して補間する前処理を行った後に、所定の解析手段により前記第１の観測データの物理量と該第１の観測データの物理量に影響を与える第２の観測データの物理量の変動成分を解析し、第１の観測データの物理量に影響を与える第２の観測データの物理量による変動成分を分離した前記第１の観測データの物理量のデータを算出し、各種データの表示あるいは収納を行う構成である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、長期間に亘って蓄積される膨大な量の観測データから、この観測データに影響を与えている変動成分を分離する一連の処理を自動化する方法及びシステムを構築することができる。
【００１６】
また、観測データの時間スケールを補間する前処理においては、スプライン補間法と線形補間法を併用して選択的に適用することによって、解析プログラムの入力データ作成において、観測データを実現象に近い形に短時間のうちに効率良く補間することができる。
【００１７】
また、観測データの欠落等に対する所定の補間方法を実行することにより、習熟を要しないで、簡単に、かつ迅速に観測データの処理を実現できる。
【００１８】
さらに、観測データ処理に関連する各種のデータ及び潮汐解析後の各種のデータを同一画面で連動し、かつ、必要に応じて拡大して確認できる表示の実現により、各観測データ間あるいは潮汐解析結果データ間の関連性を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
物理現象の観測データ収集において、観測期間中に欠測があった場合やサンプリング間隔を観測途中で切り替えた場合は、観測データの時系列間隔が不規則となる（図１参照）。このような不規則な時系列間隔をもった観測データの補間にスプライン補間法を一様に適用すると、データ間隔が近傍のデータ群と比較して大きい個所（長期欠測やサンプリング間隔切り替え前後）において補間ラインが大きく褶曲し、実現象から大きく乖離した補間データになってしまう場合がある（図２参照）。
【００２０】
そこで、解析プログラムに適合するデータを得るためのデータ補間は、基本的にはスプライン補間法により行うが、データ間隔が近傍のデータ群よりも大きい個所（長期欠測やサンプリング間隔切り替え前後）については、線形補間法を適用する（図３参照）。
【００２１】
例えば、基本的に、１５分間隔でサンプリングした観測データ群のうち、ある期間に１日の欠測があった場合は、この１日の欠測期間のデータ補間は線形補間法で対応し、その他の期間はスプライン補間法で対応する。
【００２２】
また、周期性が認められる観測データに対してスプライン補間法と線形補間法を選択的に適用する場合の選択は、前述したように対象期間のデータ間隔と近傍のデータ間隔との相対的な相違を判断基準とする以外に、観測データの周期を基準の目安とすることもできる。例えば、潮汐は半日（１２時間）周期の変動が最も大きい。そこで、潮汐の周期を目安として、１／４周期の３時間、半周期の６時間、１周期分の１２時間などのように基準を設定し、データ間隔が設定した前記基準よりも小さい期間ではスプライン補間法を適用し、データ間隔が前記基準よりも大きい期間では線形補間法を適用して補間するようにする。これは、観測データに対して支配的な周期よりもデータ間隔または欠測期間が長い場合には、スプライン補間法を適用して補間しても必ずしも実現象に近い補間結果が得られないためである。そこで、このような期間については、処理が簡便な線形補間法を適用することで処理に要する負担を軽減することができるとともに、実現象から乖離した補間データとなることを防止することができる。
【００２３】
観測データの時間スケールを補間する前処理は、基本的にはスプライン補間法で行うが、処理時間短縮のためには線形補間法を採用することも可能である。
【実施例１】
【００２４】
図４は、観測データ処理システムのブロック図である。
【００２５】
１は、観測対象の第１の観測データとなる地下の複数深度の地下水圧を検出する地下水圧センサ、２〜４は、前記第１の観測データの物理量に影響を与える第２の観測データを検出するためのセンサであり、２は、潮位センサ、３は、大気圧センサ、４は、その他のセンサである。
【００２６】
５は、前記各センサ１〜４から出力する検出データを所定の時間間隔で取得して観測データとして収録する観測データ収録装置である。
【００２７】
６は小型コンピュータであり、６ａは本体、６ｂは入力装置、６ｃは表示装置、６ｄは外部記憶装置である。この小型コンピュータ６は、前記観測データ収録装置５から観測データを読み込んで処理するデータ処理プログラムを内蔵する。
【００２８】
図５は、観測データ処理システムにおけるデータ処理手順を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップＳ１
観測データ収録装置５は、各センサ１〜４から出力する検出データを任意の時間間隔で観測データとして定められたファイル形式で観測データ収録ファイルに収録する。後で必要なデータを見つけ易いように、この観測データ収録ファイルには、固有の観測データファイル名を付して保存する。
【００３０】
ステップＳ２
小型コンピュータ６は、以下の手順で処理を実行する。まず、観測データ収録装置５から観測データを読み込む。具体的には後述する。
【００３１】
ステップＳ３
観測データ毎に表示領域を設定して各観測データおよび編集データをグラフ表示する。このデータの表示処理には、表示範囲の拡大／縮小、表示単位を切り替える処理機能と、表示範囲の拡大／縮小に対応して表示領域の時間軸を連動させて拡大／縮小する処理機能と、観測データと編集データを対比させて表示する処理機能を持たせる。
【００３２】
ステップＳ４
データ編集の必要性を判定して処理を分岐する。ここで、データ編集の必要性は、表示されたデータに含まれる不適切なデータ（観測データの解析に適さないデータ）の有無を目視によって判定して入力する。
【００３３】
ステップＳ５
不適切なデータが含まれているときに行うデータ編集処理であり、不適切なデータを削除または置換（編集）する処理を選択的に実行する。具体的には後述する。
【００３４】
ステップＳ６
観測データまたは編集用観測データに対するデータ補間の必要性を判定して処理を分岐する。データ解析に適合するデータ形態でないときにはデータ補間が必要である。編集用観測データから不適切なデータを削除したり、観測データに欠測期間が含まれていたり、データ収録間隔が長すぎるときにはデータ補間が必要となる。
【００３５】
ステップＳ７
補間データを作成して編集用観測データを解析に適合するデータ形態に補間（編集）する。具体的には後述する。
【００３６】
ステップＳ８
編集用観測データまたは補間して編集した編集済み観測データの解析（潮汐解析）処理を実行する。この解析処理自体は、前述したような既知の解析処理プログラムを任意に適用して実行する。
【００３７】
ステップＳ９
データ毎に表示領域を設定して解析結果（データ）と観測データを並べてグラフ表示する。このデータの表示処理には、表示範囲の拡大／縮小、表示単位を切り替える処理機能と、表示範囲の拡大／縮小に対応して表示領域の時間軸を連動させて拡大／縮小する処理機能を持たせる。
【００３８】
ステップＳ１０
解析結果（データ）を解析作業データファイルに保存する。
【００３９】
ステップＳ１１
解析結果（データ）を複数回の解析作業データを統合する統合ファイルに統合する。
【００４０】
図６は、前記ステップＳ２における観測データ読み込みの具体的な処理手順を示すフローチャートである。
【００４１】
ステップＳ２００１
観測データ収録装置５から目的の各観測データを読み込むために、観測データファイル指定入力画面を表示する。
【００４２】
ステップＳ２００２
入力装置６ｂから入力される試錐孔名称と観測データファイル名を取得する。
【００４３】
ステップＳ２００３
観測データ収録ファイルから試錐孔情報を読み込む。
【００４４】
ステップＳ２００４
指定された観測データ収録ファイルから観測データを読み込む。
【００４５】
ステップＳ２００５
読み込んだ観測データを保持して編集作業するための編集用観測データファイルを作成する。
【００４６】
ステップＳ２００６
読み込んだ観測データを編集用観測データとして編集用観測データファイルへ書き込んで保持する。
【００４７】
ステップＳ２００１からステップＳ２００６に関連する具体的な操作について図７を参照して説明する。
【００４８】
まず、小型コンピュータ本体６ａの表示装置６ｃの表示画面から「新規作成」ダイアログを指定し、観測データを読み込むための観測データファイル指定入力画〔図７のａ）〕を表示させる。
【００４９】
次に、観測データファイル指定入力画面に読み込み対象とする「試錐孔名称」と「観測データファイル名」を入力装置６ｂを使用して入力し、ボタンクリックすることで、観測データ収録装置５の指定された観測データ収録ファイルから観測データを読み込む。
【００５０】
図７のｂ）は、指定された観測データ収録ファイルから読み込んだ観測データのうち、間隙水圧と気圧データを表示した表示画面事例である。
【００５１】
図８は、前記ステップＳ５におけるデータ編集処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【００５２】
試錐孔の各観測区間にデータロガーの不具合等により、解析に利用するには不都合な観測データが発生する。この処理は、編集用観測データにおける不都合なデータを削除または置換する処理である。
【００５３】
ステップＳ５００１
編集処理選択指示入力画面を表示する。この実施例では、選択する編集処理として、不適切なデータの削除処理と置換処理を選択的に指示可能に表示する。
【００５４】
ステップＳ５００２
入力装置６ｂから入力される処理選択入力情報を取得する。
【００５５】
ステップＳ５００３
取得した処理選択入力情報に応じて処理を分岐する。
【００５６】
ステップＳ５００４
削除処理が選択されると、削除データ指定入力画面を表示する。削除データ指定のために、データの種類（例えば、水圧データ、気圧データ）と、データ削除期間を設定する項目を表示する。
【００５７】
ステップＳ５００５
入力装置６ｂから入力される削除データ指定入力情報を取得する。
【００５８】
ステップＳ５００６
編集用観測データから削除指定入力情報に該当するデータを削除する。
【００５９】
ステップＳ５００７
不適切なデータを削除した編集済み観測データをファイルに書き込む。
【００６０】
ステップＳ５００８
置換処理が選択されると、置換データ指定入力画面を表示する。置換データ指定のために、データの種類（例えば、水圧データ、気圧データ）とデータ置換期間及び置換に使用する観測データファイル名を設定する項目を表示する。
【００６１】
ステップＳ５００９
入力装置６ｂから入力される設定情報を取得する。
【００６２】
ステップＳ５０１０
設定情報に従って、置換に使用する置換用観測データを読み込む。
【００６３】
ステップＳ５０１１
指定された編集用観測データを置換用観測データで置換し、ステップＳ５００７に移って不適切なデータを置換した編集済み観測データをファイルに書き込む。
【００６４】
ステップＳ５００１からステップＳ５０１１に関連する具体的な操作について図９を参照して説明する。
【００６５】
図９のａ）は、前述した図７のｂ）の指定された観測データ収録ファイルから読み込んだ観測データのうちの間隙水圧を表示したものである。
【００６６】
ここで、表示データを目視し、試錐孔の各観測区間にデータロガーの不具合等によって解析に不都合な観測データが発生していないかを確認する。
【００６７】
観測データに通常は発生しないような異常値がある、あるいは読み取りが不可能なデータ等が発生している場合には、その部分についてのデータ削除〔図９のａ）の画面では切り取りと表示〕を実行する。
【００６８】
一方、データロガーの故障等によりある区間の観測データが全く観測（収録）できなかった場合で、例えば気圧データにおいて、近場の気圧データの観測データで代替ができる場合には、観測できなかった区間の気圧データを代替できる気圧データに置き換える置換処理を実行する。
【００６９】
これらのデータ削除と置換の操作は、図９のａ）の時間軸（横軸）の区間をマウスカーソルでドラッグするなどして指定し、右クリックで現れる画面上で処理内容を選択することで、データ削除（画面では切り取り）あるいは置換を選択的に指定するようにして行なう。
【００７０】
その後、データ削除の場合には、前述したマウスカーソルで指定した内容について、図９のｂ）のような確認画面（画面では部分削除と表示）を表示し、ＯＫボタンをクリックすることでデータ削除を実行させる。
【００７１】
一方、データ置換の場合には、前述したマウスカーソルで指定した内容について、図９のｃ）のような確認画面（画面ではデータの置換）を表示し、置換するデータが格納されている格納ファイル名を指定し、ＯＫボタンをクリックすることでデータの置換を実行させる。
【００７２】
図１０は、ステップＳ７における補間データ作成処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【００７３】
潮汐解析の入力データは、一定時間間隔のデータ形態であることが必要であることから、編集用観測データから３次スプライン補間法を用いて３０分間隔のデータ（補間データ）を作成し、補間データファイルに保存する。補間データファイルとしては、気圧データ補間ファイルと各観測区間の水圧データ補間ファイルを作成する。試錐孔の各観測区間に設置されたデータロガーの不調により発生した観測データの欠落や編集処理（削除）したことにより消失した編集用観測データの長期的な欠測期間については、３次スプライン補間法では好ましい補間データを作成することが困難であることから、欠測期間が長い部分については、線形補間法により補間データを作成する。
【００７４】
ステップＳ７００１
未処理の編集用観測データ（各観測区間の水圧データ、気圧データ）の有無を確認して処理を分岐する。
【００７５】
ステップＳ７００２
未処理の編集用観測データが存在する場合には、編集用観測データの先頭データを読み込む。
【００７６】
ステップＳ７００３
次のデータの有無を確認して処理を分岐する。
【００７７】
ステップＳ７００４
次のデータを読み込む。
【００７８】
ステップＳ７００５
読み込んだ２つのデータの観測日時が閾値よりも離れているかどうかを確認して処理を分岐する。
【００７９】
ステップＳ７００６
２つのデータの観測日時が閾値よりも離れている場合には、この２つのデータ間を所定間隔（例えば、３０分間隔）の線形補間データで補間する。
【００８０】
ステップＳ７００７
ステップＳ７００３における確認において、次のデータがない場合には、編集用観測データについて、３次スプライン補間法により、所定時間間隔（例えば、３０分間隔）の補間データを作成する。
【００８１】
ステップＳ７００８
補間データを補間データファイルに書き込んで保存する。
【００８２】
ステップＳ７００１〜ステップＳ７００８では、データロガーの不調により発生した観測データの欠落や編集処理（削除）したことにより消失した編集用観測データの長期的な欠測の補間について記載したが、定常状態で発生するデータ補間について次に記載する。
【００８３】
解析処理を行う際のデータは、所定時間間隔（例えば、３０分間隔）のデータを基に解析することから、例えば、図１１に示すように、「2008/06/15 14:00日時」のデータが必要な場合に、その日時の観測データが必ずしも存在するとは限らない。
【００８４】
その場合には、必要な日時の前後２つずつの観測データから必要な日時のデータを補間する。この図１１の例では、前の観測データＡとＢ、後の観測データＣとＤの計４個から補間関数を導き出し、その関数を基に必要な日時（この場合は「2008/06/15 14:00日時」）のＸ値を補間する。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】観測データを示すグラフである。
【図２】図１に示す観測データをスプライン補間法を用いて補間した編集済み観測データを示すグラフである。
【図３】図１に示す観測データをスプライン補間法と線形補間法を選択的に用いて補間した編集済み観測データを示すグラフである。
【図４】本発明の実施例である観測データ処理システムのブロック図である。
【図５】図４に示した観測データ処理システムにおけるデータ処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図５に示したデータ処理手順における観測データ読み込みの具体的な手順を示すフローチャートである。
【図７】図６の観測データ読み込み、ならびに、その読み込みデータの表示に関連する小型コンピュータの入、出力の画面例である。
【図８】図５に示したデータ処理手順におけるデータ編集処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図９】図８に示したデータ編集処理の削除処理、置換処理に関する具体的な入、出力の画面例である。
【図１０】図５に示したデータ処理手順における補間データ作成処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１１】潮汐解析に必要な日時に対する観測データのデータ補間の一例である。
【符号の説明】
【００８６】
１…地下水圧センサ、２…潮位センサ、３…大気圧センサ、４…その他のセンサ、５…観測データ収録装置、６…小型コンピュータ、６ａ…本体、６ｂ…入力装置、６ｃ…表示装置、６ｄ…外部記憶装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010014580.tif 000007
【図６】
2010014580.tif 000008
【図７】
2010014580.tif 000009
【図８】
2010014580.tif 000010
【図９】
2010014580.tif 000011
【図１０】
2010014580.tif 000012
【図１１】
2010014580.tif 000013