(57)【要約】【課題】複数の加速度検出ユニットを用いて目的物の探査を行う物理探査システムにおいて、各加速度検出ユニットの設置に過度の労力を要することなく、目的物の正確な探査を行う。【解決手段】複数の加速度検出ユニットを有する物理探査システムであって、加速度検出ユニットのそれぞれは、少なくとも一軸の加速度検出軸を有し、該加速度検出軸に沿った加速度を検出する加速度検出部と、物理探査システムによって目的物の探査が行われる場所の地磁気を検出する地磁気検出部と、地磁気検出部によって検出された地磁気の方向に基づいて所定の補正軸を設定し、該所定の補正軸に従って加速度検出部によって検出された加速度を補正する補正部と、を備える。そして、それぞれの加速度検出ユニットが備える補正部において設定された所定の補正軸に従って、該補正部によって補正された加速度のそれぞれの整合がとられる。【選択図】図３
2010169533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中で受ける加速度を検出する加速度検出ユニットを複数有し、該加速度検出ユニットからの出力に基づいて地中に存在する目的物を探査する物理探査システムであって、
前記加速度検出ユニットのそれぞれは、
少なくとも一軸の加速度検出軸を有し、該加速度検出軸に沿った加速度を検出する加速度検出部と、
前記物理探査システムによって目的物の探査が行われる場所の地磁気を検出する地磁気検出部と、
前記地磁気検出部によって検出された地磁気の方向に基づいて所定の補正軸を設定し、該所定の補正軸に従って前記加速度検出部によって検出された加速度を補正する補正部と、を備え、
前記物理探査システムは、それぞれの前記加速度検出ユニットが備える前記補正部において設定された前記所定の補正軸に従って、該補正部によって補正された加速度のそれぞれの整合をとることで、目的物の探査を行う、
物理探査システム。
【請求項２】
前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記補正部は、前記地磁気検出部によって検出された地磁気方向に基づいて、前記加速度検出ユニットの全てに共通する前記所定の補正軸を設定し、該共通の所定の補正軸に従って、前記加速度検出部によって検出された加速度を補正し、
前記物理探査システムは、前記共通の所定の補正軸に従って、前記加速度検出ユニットの前記補正部によって補正された加速度から目的物の探査を行う、
請求項１に記載の物理探査システム。
【請求項３】
前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記地磁気検出部は、検出される地磁気方向が直交するように二軸の地磁気検出軸を有し、
前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記補正部は、前記二軸の地磁気検出軸に基づいて前記所定の補正軸を設定する、
請求項１又は請求項２に記載の物理探査システム。
【請求項４】
前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記加速度検出部は、水平方向に直交する二軸の加速度検出軸と、鉛直方向の一軸の加速度検出軸とを有し、該加速度検出ユニットが探査場所に設置されたときの各加速度検出軸の初期検出値に基づいて、各加速度検出軸の検出値を補正し、該補正値を加速度検出部の検出値として出力する、
請求項１から請求項３の何れかに記載の物理探査システム。
【請求項５】
地中に存在する目的物の探査を行う物理探査システムにおいて複数使用される加速度検出ユニットであって、
少なくとも一軸の加速度検出軸を有し、該加速度検出軸に沿った加速度を検出する加速度検出部と、
前記物理探査システムによって目的物の探査が行われる場所の地磁気を検出する地磁気検出部と、
前記地磁気検出部によって検出された地磁気の方向に基づいて所定の補正軸を設定し、該所定の補正軸に従って前記加速度検出部によって検出された加速度を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された加速度を、前記物理探査システムに含まれる複数の加速度検出ユニットのうちの一の加速度検出ユニットの検出として、該物理探査システムに出力する出力部と、
を備える加速度検出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサの加速度検出に基づいて地中に存在する目的物の探査を行う物理探査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地中に存在する目的物を探査する方法として地震探査法が知られている。当該地震探査法では、地表近くで爆薬や起震車両等により振動を発生させ、地中にその振動を伝播させる。そして、その伝播振動は、例えば地中の岩盤の固さが変化する領域（障害物、擾乱、岩石層の変化）において、伝播速度が変化し、一部反射する。そこでこの反射した信号を加速度センサで検出することで、地中の目的物の空間的位置を測ることが可能となる（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地中に存在する目的物を探査する方法として、地中から伝播する振動を加速度センサで検出する方法や、地表近くで発生させた振動を地中に伝播させ、その反射振動を同様に加速度センサで検出する方法がある。本発明は、これらの方法を含み、地中で受ける加速度に基づいて地中の目的物の探査を行う物理探査システムの課題を解決しようとするものである。
【０００５】
ここで、地中の目的物をより正確に探査するためにも、地中からの加速度をより多くの検出ユニットで検出するのが好ましい。実際に、現在においても通常１００個程度の検出ユニットを用い、多い場合には１万個以上の検出ユニットを用いることもある。ここで、検出ユニットには、少なくとも一軸の加速度検出軸が設けられ、場合によっては二軸、三軸の検出軸が設けられる。このように検出ユニットに設けられた検出軸は、検出ユニットが複数個となることで検出ユニット間の軸の向きが一致せず、それぞれの検出値を目的物の正確な探査のために使用することが困難となる可能性がある。また、探査に当たり検出ユニットを設置する際に、加速度の検出軸の向きを揃えるようにしてもよいが、検出ユニットに設置に要する労力がその数とともに増大する。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の加速度検出ユニットを用いて目的物の探査を行う物理探査システムにおいて、各加速度検出ユニットの設置に過度の労力を要することなく、目的物の正確な探査を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明に係る物理探査システムにおいて、加速度検出ユニットに地磁気を検出する地磁気検出部を設け、その検出された地磁気に従って、検出された加速度を補正することとした。地磁気は、地球の磁場によって形成されるものであって、物理探査システムが探査を行う範囲内では概ね同一と考えられる。そこで、この地磁気を各加速度検出ユニットに共通し得る絶対座標軸的として利用することで、たとえ設置時に各加速度検出ユニットにおける加速度検出軸にばらつきがあったとしても、この地磁気を利用してそのばらつきを抑えるように各加速度検出ユニットの出力を補正することが可能となる。
【０００８】
詳細には、本発明は、地中で受ける加速度を検出する加速度検出ユニットを複数有し、該加速度検出ユニットからの出力に基づいて地中に存在する目的物を探査する物理探査システムであって、前記加速度検出ユニットのそれぞれは、少なくとも一軸の加速度検出軸を有し、該加速度検出軸に沿った加速度を検出する加速度検出部と、前記物理探査システムによって目的物の探査が行われる場所の地磁気を検出する地磁気検出部と、前記地磁気検出部によって検出された地磁気の方向に基づいて所定の補正軸を設定し、該所定の補正軸に従って前記加速度検出部によって検出された加速度を補正する補正部と、を備える。そして、前記物理探査システムは、それぞれの前記加速度検出ユニットが備える前記補正部において設定された前記所定の補正軸に従って、該補正部によって補正された加速度のそれぞれの整合をとることで、目的物の探査を行う。
【０００９】
本発明に係る物理探査システムでは、加速度検出部によって検出された加速度に基づいて地中の目標物の探査が行われる。なお、加速度検出ユニットが検出するのは、上述したような地震探査法（すなわち、地表近くで発生させた振動の反射波を検知することで目的物の探査を行う方法）による加速度だけではなく、地中の様々な要因によって生じる振動に起因する加速度も含まれ、更にこれら以外の加速度であっても、それが地中の目的物の存在に起因するものであれば構わない。
【００１０】
ここで、加速度検出部によって検出される加速度の検出軸方向は、各加速度検出ユニット毎にばらつく可能性がある。しかし、上記物理探査システムでは、地磁気検出部によって行われる、いわば絶対座標軸的な探査場所における地磁気の検出と、補正部によって行われる、所定の補正軸の設定および加速度の補正によって、物理探査システムは、各加速度検出ユニットから出力される補正後の加速度の整合をとることが可能となる。すなわち、加速度検出ユニット毎にばらつきが極めて少ない地磁気に基づいた所定の補正軸が設定されることで、元来、検出方向にばらつきがある加速度検出ユニット毎の検出加速度を、当該所定の補正軸に従わせることにより、各加速度検出ユニットから最終的に出力される加速度の向きのばらつきを抑えることができ、以て目的物の探査を極めて高精度に行うことができる。
【００１１】
付言すると、地磁気に基づいた所定の補正軸が加速度検出ユニット毎に設定されることになるため、加速度検出部の加速度検出軸の向きを考慮しながら慎重に加速度検出ユニットの設置を行う必要がなくなる。したがって、本発明に係る物理探査システムでは、目的物の探査を行うに当たり、加速度検出ユニットの設置に要する労力を軽減しながらも、高精度な探査が自動的に担保されることになる。
【００１２】
ここで、上記物理探査システムにおいて、前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記補正部は、前記地磁気検出部によって検出された地磁気方向に基づいて、前記加速度検出ユニットの全てに共通する前記所定の補正軸を設定し、該共通の所定の補正軸に従って、前記加速度検出部によって検出された加速度を補正し、前記物理探査システムは、前記共通の所定の補正軸に従って、前記加速度検出ユニットの前記補正部によって補正された加速度から目的物の探査を行うようにしてもよい。このように、各加速度検出ユニットが備える補正部が設定する所定の補正軸を当所から共通する軸、例えば、地磁気のＳ極からＮ極へ向かう軸に設定しておけば、各加速度検出ユニットから出力信号を得る物理探査システムの本体側での処理を軽減することができる。もちろん、各加速度検出ユニットで設定される所定の補正軸を異なるものとしてもよいが、その場合でも、所定の補正軸は各加速度検出ユニットにおいて共通の地磁気に基づいて設定されたものであるから、異なる所定の補正軸同士の相関関係は物理探査システムにとっては既知であり、したがって、各加速度検出ユニット間での加速度の整合をとることは可能である。
【００１３】
また、上述までの物理探査システムにおいて、前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記地磁気検出部は、検出される地磁気方向が直交するように二軸の地磁気検出軸を有し、そして、前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記補正部は、前記二軸の地磁気検出軸に基づいて前記所定の補正軸を設定するようにしてもよい。このようにすることで、地磁気の方向をより正確に検出することが可能となる。また、加速度検出部が二軸以上の加速度検出軸を有する場合には、そのうち二軸の加速度検出軸によって形成される平面と、この二軸の地磁気検出軸を同一平面上に配置させることで、加速度検出部による検出加速度の補正を容易に行うことができる。また、地磁気検出軸は、三軸以上であってもよい。一般的に、その軸数が増えることにより地磁気検出におけるＳ／Ｎ比が高くなるため、より正確な地磁気の検出が可能となる。
【００１４】
ここで、上述までの物理探査システムにおいて、前記加速度検出ユニットのそれぞれが備える前記加速度検出部は、水平方向に直交する二軸の加速度検出軸と、鉛直方向の一軸の加速度検出軸とを有し、該加速度検出ユニットが探査場所に設置されたときの各加速度検出軸の初期検出値に基づいて、各加速度検出軸の検出値を補正し、該補正値を加速度検出部の検出値として出力するように構成してもよい。各加速度検出軸の設置時の初期検出値を利用することで、加速度検出ユニット毎に、各加速度検出軸に対応する基準面に対する加速度検出ユニットのずれを補正することができる。その上で、上述したように、地磁気を用いた加速度検出ユニット同士のずれを補正することで、最終的には、より正確な目的物の探査を行うことができる。
【００１５】
さらに、本発明を物理探査システムに使用される加速度センサユニットの側面からも捉えることができる。すなわち、本発明は、地中に存在する目的物の探査を行う物理探査システムにおいて複数使用される加速度検出ユニットであって、少なくとも一軸の加速度検出軸を有し、該加速度検出軸に沿った加速度を検出する加速度検出部と、前記物理探査システムによって目的物の探査が行われる場所の地磁気を検出する地磁気検出部と、前記地磁気検出部によって検出された地磁気の方向に基づいて所定の補正軸を設定し、該所定の補正軸に従って前記加速度検出部によって検出された加速度を補正する補正部と、前記補正部によって補正された加速度を、前記物理探査システムに含まれる複数の加速度検出ユニットのうちの一の加速度検出ユニットの検出として、該物理探査システムに出力する出力部と、を備える。また、上述までの物理探査システムに関する技術的思想は、この加速度センサユニットにも適用可能である。
【発明の効果】
【００１６】
複数の加速度検出ユニットを用いて目的物の探査を行う物理探査システムにおいて、各加速度検出ユニットの設置に過度の労力を要することなく、目的物の正確な探査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る物理探査システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る物理探査システムに含まれる加速度検出ユニットとデータ収集装置との接続関係を示す図である。
【図３】図２に示す加速度検出ユニットの機能ブロック図である。
【図４】加速度検出ユニットの傾斜を説明する概念図である。
【図５】地磁気を検出するための原理を示す図である。
【図６】図２に示す複数の加速度検出ユニット間の加速度検出軸がずれた状態を示す図である。
【図７】図２に示す加速度検出ユニットが傾いた状態で設置されたときに、該ユニットに作用する加速度を示す図である。
【図８】図２に示す加速度検出ユニットで実行される初期化制御のフローを示す図である。
【図９】図２に示す加速度検出ユニットで実行される加速度検出制御のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る物理探査システム１の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、地中に存在する原油等のリザーバを探査するための物理探査システム１の概略構成を示す。物理探査システム１は、振動源から発せられ地中を伝播する振動波が、地中のリザーバに到達したときに生じる反射波を、加速度を介して検出し、それによりリザーバが地中のどの領域に位置するのかを判断するという、いわゆる地震探査法を用いた地中の探査を行う。地震探査法自体は公知の技術であるため、本明細書ではその詳細な説明は省略する。
【００２０】
地震探査法により反射波に基づいて地中のリザーバを効率的に検知するためには、反射波によって生じる加速度の大きさ、向きをより正確に捕らえることが必要であり、そこで、本実施例では、後述する図３に示すようにｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の三軸からなる加速度検出軸を有する加速度検出ユニット１０が用いられる。ｘ軸、ｙ軸はともに直交するとともに、水平面を形成する検出軸であり、ｚ軸は鉛直方向に延びる検出軸である。このように互いに直交する三軸の加速度検出軸を有する加速度検出ユニット１０を用いることで、反射波によって生じる加速度の大きさと向きを正確に検出でき、地中のリザーバの効率的な探査に貢献する。
【００２１】
このような加速度検出ユニット１０によって行われる加速度検出に基づく地震探査法では、当然のことながら加速度検出ユニット１０の数を可及的に増やし、反射波の検出エリアをより広く、且つよりその検出密度をより高密度にするのが好ましい。このようにすることで、地中に存在するリザーバの広がる領域をより正確に探査することが可能となる。そこで、本実施例に係る物理探査システム１では、図２に示すように、複数の加速度検出ユニット１０を網羅的に接続し、各加速度検出ユニット１０からの出力値、すなわち各加速度検出ユニットが有している三軸の加速度検出軸での加速度の値を、統括的にデータの収集を行うデータ収集装置２に集約し、そこで収集データを解析することで、地中に存在するリザーバの探査が行われる。
【００２２】
そこで、まず物理探査システム１の概略構成について、図２に基づいて説明する。物理探査システム１では、複数の加速度検出ユニット１０が通信ライン５によって直列に連結された状態で、データ収集スレーブ装置３に接続されている。そして、更にデータ収集スレーブ装置３同士が、通信ラインであるＬＡＮ回線６によって接続されるとともに、これらのデータ収集スレーブ装置３とデータ収集装置２との中継を行う中継装置４がＬＡＮ回線６によって接続される。したがって、最終的に加速度のデータが集約されるデータ収集装置２と各加速度検出ユニット１０は、データ収集スレーブ装置３、中継装置４を介して接続されることになる。
【００２３】
このデータ収集スレーブ装置３は、一台が担当する複数の加速度検出ユニット１０から送られてくる出力としての加速度データを、一時的にバッファし、データ収集装置２での処理能力に応じて、それをある程度まとめて又は順次該データ収集装置２へと送信する。このとき、データ収集スレーブ装置３とデータ収集装置２との距離が長くなりすぎると送信信号の減衰が顕著となるため、そのような場合に中継装置４による信号増幅が行われる。また、データ収集装置２は、各加速度検出ユニット１０からの出力データの集約の開始
、または停止の制御を行うが、地震探査法を行う物理探査システム１では、正確な加速度データの収集の観点から、この開始、停止信号の伝送は極めて重要である。そこで、本実施例では、この出力データ集約の開始、停止を行う制御信号は、ＬＡＮ回線６とは別に敷設された制御回線７（図２中、点線で示される）を介して、データ収集装置２から各データ収集スレーブ装置３へと送られる。
【００２４】
このように多数の加速度検出ユニット１０を含む物理探査システム１では、地中からの反射波をより広い領域で、且つ高密度で検出することができるため、地中のリザーバの探査が効率的に行われることが期待される。しかし、上述したように、各加速度検出ユニット１０には三軸の加速度センサが設けられており、特に水平面を形成する二軸の加速度センサ（ｘ軸およびｙ軸の加速度センサ）においては、加速度検出ユニット間でその軸の向きにずれが生じている場合がある。そのような場合、ある加速度検出ユニット１０のｘ軸の加速度検出値と、別の加速度検出ユニット１０のｘ軸の加速度検出値とでは、物理的に同条件下での検出値と言うことができない。そのため、全ての加速度検出ユニット１０における加速度検出軸の向きを事前に揃えるべくその設置を行おうとすると、当該設置に要する労力は極めて大きくなり、これはより正確な探査を行おうとして加速度検出ユニットの数が増加するほど顕著となる。
【００２５】
そこで、物理探査システム１に含まれる加速度検出ユニット１０では、水平面を形成するｘ軸およびｙ軸の加速度センサの検出軸の向きの、加速度検出ユニット１０間のずれを踏まえ、各加速度検出ユニット１０での物理的条件が同じとなるように補正をすることで、より正確な探査が行えるように加速度検出ユニット１０を図３に示すように構成した。なお、図３は、加速度検出ユニット１０を構成する各種センサと、これらによる検出値を処理するための機能部をイメージ化して示したものである。ここで、示される機能部は、加速度検出ユニット１０に含まれる演算処理装置内で所定の制御プログラムが実行されることで、または加速度検出ユニット１０に含まれるデバイスを利用して実現される。以下に、加速度検出ユニット１０の構成について、図３に基づいて説明する。
【００２６】
加速度検出ユニット１０には、上述したように互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の三軸の加速度センサ１１ｘ、１１ｙ、１１ｚが設けられている。これらの加速度センサは受けた加速度に応じた電圧を出力するものであり、これらにより三次元での加速度検出が可能となっている。ここで、加速度検出ユニット１０では、各軸の加速度センサによる検出値がそのままデータ収集スレーブ装置３に送られるのではなく、加速度検出ユニット１０が設置された斜面の傾斜状況に基づいて、検出された加速度の傾斜補正が加速度センサ傾斜補正部１２ａによって行われる。一方で、加速度検出ユニット１０には、加速度センサ１１ｘ〜１１ｚの検出値を補正するために用いられる第一地磁気センサ１３ａと第二地磁気センサ１３ｂが設けられ、これらの地磁気センサはその検出方向が互いに直交している。そして、当該ユニット１０では、検出加速度の場合と同様に、これらの地磁気センサの検出値に対する斜面の傾斜状況に基づいた傾斜補正が、地磁気センサ傾斜補正部１２ｂによって行われる。そして、これらの傾斜補正された検出加速度と検出地磁気を利用して、補正軸決定部１４と加速度補正部１５によって検出加速度の補正（以下、「地磁気補正」という。）が行われた後に、出力部１６によってデータ収集スレーブ装置３へのデータ送信が行われる。
【００２７】
ここで、加速度センサ傾斜補正部１２ａによる各加速度検出軸での傾斜補正について図４に基づいて説明する。加速度検出ユニット１０における設置時の傾斜については、当該傾斜状態では、加速度検出ユニット１０は、図４に示すように、Ｘ軸回りで角度ψ、Ｙ軸回りで角度θ傾いている状態であると考える。ここで、加速度ユニット１０に搭載される三台の加速度センサ１１ｘ、１１ｙ、１１ｚが、基準水平面に設置された際のセンサ出力（基準出力）をＶｘ、Ｖｙ、Ｖｚとする。この基準水平面については、Ｘ軸とＹ軸によっ
て水平面が形成され、Ｚ軸方向にのみ重力による加速度が作用する。したがって、基準水平面における各加速度センサの出力は、Ｖｘ＝０、Ｖｙ＝０、Ｖｚ＝１Ｇである。
【００２８】
そして、加速度検出ユニット１０が斜面に配置された状態でのセンサの出力を、各軸それぞれｖｘ、ｖｙ、ｖｚとすると、一般的なオイラーの式により、以下の式１が成立する。
【数１】
2010169533.tif 000003
ここで、上記行列において、
Ｃψ＝ｃｏｓψ、Ｃθ＝ｃｏｓθ、Ｓψ＝ｓｉｎψ、Ｓθ＝ｓｉｎθである。
【００２９】
上記式１に従うことで、各加速度センサによって検出された検出値を利用することで、Ｃψ等の各パラメータの値が算出される。このように加速度センサ傾斜補正部１２ａは、各加速度センサの基準出力を利用することで、加速度検出ユニットが配置されている斜面の傾斜に関するパラメータを算出する。
【００３０】
次に、地磁気センサ傾斜補正部１２ｂによる各地磁気センサ１３ａ、１３ｂの傾斜補正について説明する。なお、第一地磁気センサ１３ａおよび第二地磁気センサ１３ｂは、ＭＩ効果(Magneto Impedance Effect)を応用した地磁気センサであり、検出される外部磁界の方向が互いに直交するように配置されている。詳細には、第一地磁気センサ１３ａの地磁気検出軸は、ｘ軸加速度センサ１１ｘの検出軸と同じ向きであり、第二地磁気センサ１３ｂの地磁気検出軸は、ｙ軸加速度センサ１１ｙの検出軸と同じ向きである。
【００３１】
ここで、第一地磁気センサ１３ａによって直接検出される磁場成分をＨｘ、第二地磁気センサ１３ｂによって直接検出される磁場成分をＨｙとすると、加速度検知ユニット１０が設置される場所での地磁気の向きは、北向き（Ｙ軸）から方位角θｈだけ傾く。そして、この方位角θｈについては、以下の式が成立する。
ｔａｎθｈ＝Ｈｘ／Ｈｙ  ・・・（式２）
【００３２】
ただし、この第一地磁気センサ１３ａおよび第二地磁気センサ１３ｂも加速度検出ユニット１０内に収容されているため、これらも加速度センサと同様に、加速度検出ユニット１０の傾斜状態の影響を受ける。そこで、加速度センサ傾斜補正部１２ａによって算出された、傾斜に関する上記パラメータ（Ｃψ等）を利用して、地磁気センサ傾斜補正部１２ｂは、各地磁気センサの直接の検出値の補正を、以下に示す式３に従って行う。ここで、地球における北方向をＹ軸とし、それに対応する第二地磁気センサ１３ｂの出力をＶｎｙとし、該Ｙ軸に直交するＸ軸に対応する第一地磁気センサ１３ａの出力をＶｘｙとするとともに、傾斜状態に設置されたときの第二地磁気センサ１３ｂと第一地磁気センサ１３ａの出力をｖｎｙ、ｖｓｘとする。
【数２】
2010169533.tif 000004
【００３３】
以上が、加速度センサ傾斜補正部１２ａおよび地磁気センサ傾斜補正部１２ｂによる傾斜補正であるが、次に、補正軸決定部１４と加速度補正部１５による地磁気補正について説明する。上述したように、物理探査システム１においては複数の加速度検出ユニット１０が接続されるため、同じ加速度検出軸であっても加速度検出ユニット間において軸の方向にずれが生じ、加速度検出のための物理的条件が一致しない状況が生まれる。その状態で加速度検出を行っても、正確な地中探査を行うことの妨げとなる虞がある。そこで、補正軸決定部１４と加速度補正部１５による地磁気補正は、この加速度検出ユニット間での加速度検出軸の方向のずれによる影響を、地磁気センサの検出を利用して解消するものである。
【００３４】
ここで、図６に、一つのモデルとして、二つの加速度検出ユニット１０においてｘ軸とｙ軸がずれた状態を示す。各加速度検出ユニット１０の内部では、それぞれのｘ軸、ｙ軸とは互いに直交しているが（図６中のｘ１とｙ１、ｘ２とｙ２）、加速度検出ユニット１０間では、向きが大きくずれている。このように加速度検出ユニット１０間で、各加速度検出軸の物理的条件が異なると、それぞれの軸で検出された加速度の意味も異なってくるため、地中のリザーバの正確な探査が困難となる。そこで、本実施例での地磁気補正では、これらの加速度検出ユニット１０に共通する補正軸（補正ｘ軸、補正ｙ軸）が補正軸決定部１４によって決定される。
【００３５】
具体的には、補正軸決定部１４は、図６に示す共通の補正軸を決定するための重要な要素である、各加速度検出ユニットにおける地磁気の向きを表す方位角を算出する。式２に示すように、一応の方位角はθｈで算出されるが、これには加速度検出ユニットの傾斜状態が反映されていない。そこで、より正確な方位角φは、式３による算出結果を利用して以下の式４で表すことができる。
【数３】
2010169533.tif 000005
【００３６】
すなわち、この方位角φは、各加速度検出ユニットが、共通の補正軸（Ｙ軸）となる気方向を向く軸からＺ軸周りにどの程度回転した状態に配置されているかを表す角である。したがって、補正軸決定部１４は、この方位角φを算出することにより、図６に示すような複数の加速度検出ユニットに共通する補正軸を決定することになる。
【００３７】
次に加速度補正部１５であるが、上記式１、３、４に基づいて、各加速度検出ユニットに共通する軸、すなわち補正軸決定部１４が決定した軸に従って、各加速度検出ユニットが有する三軸の加速度を補正する。言い換えると、上記式１、３、４で算出されたオイラー角ψ、θ、φを利用することで、各加速度検出ユニット毎に、そこで検出された三軸の加速度を共通の補正軸へ変換する。具体的には、下記の式５に従って、加速度補正部１５は、各加速度センサによって直接に検出された加速度の補正を行う。
【数４】
2010169533.tif 000006
ここで、上記行列において、
Ｃφ＝ｃｏｓφ、Ｓφ＝ｓｉｎφであり、Ｖｇｘ、Ｖｇｙ、Ｖｇｚは、各軸の補正後の出力である。
この加速度補正部１５の働きにより、各加速度検出ユニットから出力される加速度に関するデータが、共通の軸に従ったデータとなる。なお、この補正後の加速度のデータは、出力部１６によってデータ収集スレーブ装置３に送信される。
【００３８】
そして、各加速度検出ユニット１０の出力部１６から送信された補正加速度は、データ収集スレーブ装置３のバッファ部３１に一時的に蓄積され、その後データ収集装置２からの指示に従って、最終的にデータ収集装置２の補正加速度収集部２１に集約される。そして、ここに集約された補正後の加速度データに基づいて、目的物探査部２２が、地中の様子をディスプレイ（図示せず）に表示し、目的物の探査を行う。
【００３９】
ここで、加速度検出ユニット１０には、該ユニットが検出場所に設置されたときに、当該設置状態が加速度の検出に好ましい状態ではないことを検知するための設置エラー通知部１７ａ、１７ｂが設けられる。設置エラー通知部１７ａは、三台の加速度センサ１１ｘ〜１１ｚによって直接検出される加速度（加速度センサ傾斜補正部１２ａによって補正される前の加速度）に基づいて、設置エラーの通知を行い、設置エラー通知部１７ｂは、二台の地磁気センサ１３ａ〜１３ｂによって直接検出される地磁気（地磁気センサ傾斜補正部１２ｂによって補正される前の地磁気）に基づいて、設置エラーの通知を行う。
【００４０】
先ず、設置エラー通知部１７ａによるエラー通知について説明する。図７は、加速度検出ユニット１０が斜面に設置された場合の、該ユニット作用する加速度を表した図である。なお、ｘ軸とｙ軸については、両軸とも水平面を構成する軸であり、本実施例では代表的にｘ軸についてのみ説明を行う。当業者においては、ｙ軸についてもｘ軸と同様の現象が生じることは理解できる。図７（ａ）は加速度検出ユニット１０がその設置時において、ｘ軸における基準水平面より角度θｘだけ傾斜して設置されている状態を示している。
【００４１】
ここで、図７（ｂ）に示すように、ｘ軸加速度センサ１１ｘに水平軸（傾斜が無ければ本来ｘ軸となった軸）に沿った加速度ａｘが作用したとき、当該センサには重力加速度ｇに起因するｘ軸方向の加速度も作用している。したがって、ｘ軸加速度センサの出力電圧をｖｘとすると、ｖｘは以下に示す式６で表すことができる。
ｖｘ＝Ｖ０・（ａｘ・ｃｏｓθｘ−ｇ・ｓｉｎθｘ）＋Ｖｏｆｆｓｅｔｘ  ・・・（式６）
Ｖ０：加速度１Ｇあたりの出力電圧
Ｖｏｆｆｓｅｔｘ：加速度がかかっていない状態におけるオフセット電圧であり、これはユニット使用前に計測により既知とされる。
【００４２】
式６を変形し、次ぎの式を得る。
ｖｘ＝Ｖ０・ａｘ・ｃｏｓθｘ＋（Ｖｏｆｆｓｅｔｘ−Ｖ０・ｇ・ｓｉｎθｘ）  ・・・（式７）
ここで、ＶＸ＝Ｖｏｆｆｓｅｔｘ−Ｖ０・ｇ・ｓｉｎθｘ  ・・・（式８）とおくと、
式７より次ぎの式９を得る。
ｖｘ＝Ｖ０・ａｘ・ｃｏｓθｘ＋ＶＸ  ・・・（式９）
【００４３】
ここで、ＶＸは、ｘ軸加速度センサ１１ｘにｘ軸方向の加速度ａｘが作用していないとき、すなわち加速度検出ユニット１０が所定の箇所に設置されたときの初期検出値であることが分かる。この初期検出値ＶＸは、式３よりオフセット電圧とｘ軸方向における傾斜角を反映するものであるから、この初期検出値を利用することで、加速度検出ユニット１０が設置されたときのｘ軸方向の傾斜角θｘを算出することが可能である。そこで、加速度センサ傾斜補正部１２ａは、以下の式１０に従って傾斜角θｘを算出する。
【数５】
2010169533.tif 000007
同様にｙ軸の傾斜角θｙも以下の式１１に従って算出される。
【数６】
2010169533.tif 000008
なお、Ｖｏｆｆｓｅｔｙ、ＶＹの定義は、Ｖｏｆｆｓｅｔｘ、ＶＸの定義に準ずる。
【００４４】
次に、図７（ｃ）に基づいてｚ軸における傾斜補正について説明する。図７（ｃ）に示すように、ｚ軸加速度センサ１１ｚに鉛直軸（傾斜が無ければ本来ｚ軸となった軸）に沿った加速度ａｚが作用したとき、当該センサには重力加速度ｇに起因するｚ軸方向の加速度も作用している。したがって、ｚ軸加速度センサ１１ｚの出力電圧をｖｚとすると、ｖｚは以下に示す式１２で表すことができる。
ｖｚ＝Ｖ０・（ａｚ・ｃｏｓθｚ−ｇ・ｃｏｓθｚ）＋Ｖｏｆｆｓｅｔｚ  ・・・（式１２）
Ｖ０：加速度１Ｇあたりの出力電圧
Ｖｏｆｆｓｅｔｚ：加速度がかかっていない状態におけるオフセット電圧であり、これはユニット使用前に計測により既知とされる。
【００４５】
式１２を変形し、次ぎの式１３を得る。
ｖｘ＝Ｖ０・ａｚ・ｃｏｓθｚ＋（Ｖｏｆｆｓｅｔｚ−Ｖ０・ｇ・ｃｏｓθｚ）  ・・・（式１３）
ここで、ＶＺ＝Ｖｏｆｆｓｅｔｚ−Ｖ０・ｇ・ｃｏｓθｚ  ・・・（式１４）とおくと、式１３より次ぎの式１５を得る。
ｖｚ＝Ｖ０・ａｚ・ｃｏｓθｚ＋ＶＺ  ・・・（式１５）
【００４６】
また、θｚは、θｘとθｙとの幾何学的相関により、以下の式で算出される。
【数７】
2010169533.tif 000009
【００４７】
ここで、ｘ軸加速度センサ１１ｘの初期検出値と、ｙ軸加速度センサ１１ｙの初期検出値に基づいて、式５および式６からθｘとθｙを算出することが可能である。そして、更に式１１から、θｚを算出することが可能である。このとき算出されたθｘとθｙが仮に
５°であったとすると、各軸の加速度センサの出力電圧は以下のようになる。
ｖｘ＝０．９９６・Ｖ０・ａｘ＋ＶＸ  ・・・（式１７）
ｖｙ＝０．９９６・Ｖ０・ａｙ＋ＶＹ  ・・・（式１８）
ｖｚ＝０．９９２・Ｖ０・ａｚ＋ＶＺ  ・・・（式１９）
【００４８】
このように傾斜角θｘ、θｙが５°程度であれば、初期検出値ＶＸ、ＶＹ、ＶＺを除き、加速度検出ユニット１０が傾斜することによる影響は微小であると考えられる。そこで、設置エラー通知部１７ａによるエラー通知は、傾斜角θｘ、θｙが５°を超える場合には、初期検出値ＶＸ、ＶＹ、ＶＺを除いても傾斜角の影響が無視できない程度であると判断し、エラーを通知する。この制御については、後述する。
【００４９】
次に、設置エラー通知部１７ｂによるエラー通知ついて説明する。当該通知部は、第一地磁気センサ１３ａと第二地磁気センサ１３ｂによって直接算出された地磁気の方位角（すなわち、地磁気センサ傾斜補正部１２ｂによって補正される前の検出結果に従った方位角）であって、式２によって算出される方位角が利用される。具体的には、加速度検出ユニット１０が始めて設置されたときの方位角と加速度検出時の方位角との差分が、一定の値を超えるとき、該加速度ユニット１０の向きが大きく変動し、該加速度ユニット１０は加速度の検出に適切な状態にはないと考えて、エラーを通知するものである。この制御については、後述する。
【００５０】
以上までが、本実施例に係る物理探査システムおよび加速度検出ユニットの構成である。当該物理探査システム１では、各加速度検出ユニット１０において、共通の基準軸となる補正軸が決定され、それに従って各加速度センサの検出値が補正されるため、加速度検出ユニット間に存在する加速度検出軸のばらつきによる影響を解消することができる。その結果、地中の目的物の探査をより正確に行うことができる。また、地磁気を利用して補正軸を決定するため、安定した共通軸に基づいた補正が可能となる。そのため、加速度検知ユニット１０の設置において、各軸の加速度センサの向きをそれほど厳密に揃える必要がなくなり、これはユーザの負担軽減に資する。
【００５１】
ここで、物理探査システム１における加速度検出のための制御について、図８および図９に基づいて説明する。図８は、物理探査システム１の設置時に行われる初期化制御のフローを示す。この初期化制御は、上記設置エラー通知部１７ａ、１７ｂによって実行される。先ず、Ｓ１０１では、加速度検出ユニット１０に設置されている三軸の加速度センサにおける初期検出値ＶＸ、ＶＹ、ＶＺが検出される。これらの初期検出値は、上記の通り、各加速度センサのオフセット出力と設置された位置の傾斜角を反映するセンサの出力値である。次に、Ｓ１０２では、式１０および式１１に従って、ｘ軸における傾斜角θｘとｙ軸における傾斜角θｙが算出される。その後、Ｓ１０３で、検出された傾斜角θｘとθｙのうち少なくともいずれかが５°以下であるか否かが判定される。この閾値である５°は、上述したように加速度検知ユニット１０の加速度検知を傾斜角に影響なく行えるか否かの観点から決定されたものである。Ｓ１０３で肯定判定されるとＳ１０４へ進み、否定判定されるとＳ１０６へ進む。
【００５２】
Ｓ１０４では、第一地磁気センサ１３ａと第二地磁気センサ１３ｂとによって地磁気の検出が行われ、更にＳ１０５では、この時点での地磁気の方位角を初期地磁気方位角θｈ０として決定する。
【００５３】
また、Ｓ１０６では、Ｓ１０３で否定判定されたことをもって、ユーザに対して加速度検出ユニットの設置エラーを通知する。すなわち、傾斜角θｘまたはθｙの少なくともいずれかが５°を超えた状態となっているため、その傾斜角の影響により正確な加速度検出が困難であると判断し、設置エラーを通知するものであり、当該通知は、設置エラー通知
部１７ａによって実行される。通知されたユーザは、それをデータ収集装置２のディスプレイ上で確認でき、再度、該当する加速度検出ユニット１０の設置をやり直すか、当該加速度検出ユニット１０によるデータ収集を停止するかを決める。
【００５４】
このように図８に示す初期化制御により、各加速度検出ユニット１０を適切な状態にスタンバイさせることができる。なお、Ｓ１０５で決定された初期地磁気方位角θｈ０は、後述する加速度検出制御において使用される。
【００５５】
次に、図９に基づいて、加速度検出制御が行われる。この加速度検出制御により、各加速度検出ユニット１０による加速度の検出が行われる。まず、Ｓ２０１では、加速度検出のための指示をデータ収集装置２から受け、検出が開始される。次に、Ｓ２０２では、加速度検出ユニット１０が置かれた状態で、傾斜角が５°以内にあるか否かが判定される。当該判定処理は、図８に示すＳ１０３の判定処理と実質的に同一である。Ｓ２０２で肯定判定されるとＳ２０３へ進み、否定判定されるとＳ２１１へ進む。なお、Ｓ２１１では、ユーザへの設置エラーの通知が行われる。当該通知は、上記Ｓ１０６における通知と同じである。
【００５６】
Ｓ２０３では第一地磁気センサ１３ａおよび第二地磁気センサ１３ｂによって、当該処理が行われる時点での地磁気方位角θｈの検出が行われる。この処理は、図８に示すＳ１０４およびＳ１０５の処理と実質的に同一である。その後、Ｓ２０４で、初期化制御で決定された初期地磁気方位角θｈ０とＳ２０３で検出された地磁気方位角θｈの差の絶対値が、１０°以内に収まっているか否かが判定される。すなわち、当該判定処理では、加速度検出ユニット１０が設置された時点と計測が行われている時点とで、各地磁気センサの向きにずれが生じていないかが判断される。これが判断されることで、何らかの理由で設置当所と比べてずれが大きくなってしまった加速度検出ユニット１０を検知することができ、場合によってはデータの収集を行うユニットとしての立場を剥奪してもよい。そこで、Ｓ２０４で肯定判定されるとＳ２０５へ進み、否定判定されるとＳ２１１へ進む。なお、Ｓ２１１では、ユーザへの設置エラーの通知が行われる。当該通知は、設置エラー通知部１７ｂによる通知となる。
【００５７】
そして、Ｓ２０５以降の処理において、加速度検出ユニット１０による加速度データの検出が行われることになる。まず、Ｓ２０５では、三軸の加速度センサによる加速度の検出と、二軸の地磁気センサによる地磁気の検出が行われる。ここで検出される加速度は、いわば補正がされていない生の加速度データである。次に、Ｓ２０６で、この検出された加速度データに対して、上記加速度センサ傾斜補正部１２ａによる傾斜補正処理が行われる。
【００５８】
その後、Ｓ２０７で、第一、第二地磁気センサによって検出された地磁気データに対して、上記地磁気センサ傾斜補正部１２ｂによる傾斜補正が行われる。その後、Ｓ２０８で、Ｓ２０６およびＳ２０７の処理の結果も踏まえて、上記補正軸決定部による共通補正軸に関する重要な要素である方位角φが決定され、以て補正用共通軸の設定が行われることになる。この結果、Ｓ２０９の処理により、式５で示した検出加速度の補正のための補正行列（式５を参照）が確定され、Ｓ２１０において、上記加速度補正部１５によって加速度の補正処理が行われる。
【００５９】
また、Ｓ２１１のエラー通知が行われた後は、当該加速度検出ユニット１０での加速度検出は中止される（Ｓ２１２）。
【００６０】
このように図８に示す初期化制御と図９に示す加速度検出制御によって、物理探査システム１の地震探査法による地中のリザーバの探査を正確に行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６１】
１  物理探査システム
２  データ収集装置
３  データ収集スレーブ装置
１０  加速度検出ユニット
１１ｘ  ｘ軸加速度センサ
１１ｙ  ｙ軸加速度センサ
１１ｚ  ｚ軸加速度センサ
１３ａ  第一地磁気センサ
１３ｂ  第二地磁気センサ
【図１】
2010169533.tif 000010
【図２】
2010169533.tif 000011
【図３】
2010169533.tif 000012
【図４】
2010169533.tif 000013
【図５】
2010169533.tif 000014
【図６】
2010169533.tif 000015
【図７】
2010169533.tif 000016
【図８】
2010169533.tif 000017
【図９】
2010169533.tif 000018