(57)【要約】【課題】土壌の測定データを取得してから土壌の固有熱抵抗を算出するまでの処理を簡略化し、高精度な土壌固有熱抵抗値を得ることができる。【解決手段】熱電対３ｂ〜３ｄにより検出された土壌の温度と、ヒータ３に通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを取得し、取得された測定データのうち、通電を開始してからの第１の経過時間ｔ１から該第１の経過時間ｔ１よりも後の第２の経過時間ｔ２までの測定データに近似した回帰直線を作成しておき、第１の経過時間ｔ１と第２の経過時間ｔ２との間における測定データと回帰直線との相関係数ρを算出し、算出された相関係数ρが所定の基準値０．８以上である場合に、回帰直線の勾配から第１及び第２の経過時間ｔ１、ｔ２での温度値θ１、θ２を算出し、第１及び第２の経過時間ｔ１、ｔ２と、第１及び第２の経過時間での温度値θ１、θ２とに基づいて、土壌の固有熱抵抗を算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌内に差し込まれる長尺な発熱体と、該発熱体の長手方向の所定部位に配置されて土壌の温度を検出する少なくとも一つの熱電対と、前記熱電対が検出した土壌の温度から前記土壌の熱抵抗を求める土壌固有熱抵抗測定装置であって、
前記熱電対により検出された前記土壌の温度と、前記発熱体に通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により取得された前記測定データのうち、前記通電を開始してからの第１の経過時間から該第１の経過時間よりも後の第２の経過時間までの前記測定データに近似した回帰直線を作成する回帰直線作成手段と、
前記第１の経過時間と前記第２の経過時間との間における前記測定データと前記回帰直線との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
前記相関係数算出手段により算出された相関係数が所定の基準値以上である場合に、前記回帰直線の勾配から前記第１及び第２の経過時間での温度値を算出する温度値算出手段と、
前記第１及び第２の経過時間と、前記第１及び第２の経過時間での前記温度値とに基づいて、前記土壌の固有熱抵抗を算出する固有熱抵抗算出手段と、を備えたことを特徴とする土壌固有熱抵抗測定装置。
【請求項２】
前記相関係数算出手段により算出された相関係数が所定の基準値未満である場合に、前記第１及び第２の経過時間を任意に再設定する再設定手段を備え、
前記回帰直線作成手段は、前記再設定手段により再設定された第１の経過時間から第２の経過時間までの前記測定データに近似した回帰直線を作成することを特徴とする請求項１記載の土壌固有熱抵抗測定装置。
【請求項３】
前記データ取得手段により取得された前記測定データから温度と経過時間とがなす対数グラフを描画するグラフ描画手段と、
前記データ取得手段により取得された前記測定データに対して、任意の前記測定データを削除するデータ削除手段と、を備え、
前記回帰直線作成手段は、前記データ削除手段により任意の前記測定データが削除された後の第１の経過時間から第２の経過時間までの測定データに近似した回帰直線を作成することを特徴とする請求項１記載の土壌固有熱抵抗測定装置。
【請求項４】
土壌内に差し込まれる長尺な発熱体と、該発熱体の長手方向の所定部位に配置されて土壌の温度を検出する少なくとも一つの熱電対と、前記熱電対が検出した温度から前記土壌の熱抵抗を求める土壌固有熱抵抗測定方法であって、
前記熱電対により検出された前記土壌の温度と、前記発熱体に通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを取得するデータ取得ステップと、
前記データ取得ステップにより取得された前記測定データのうち、前記通電を開始してからの第１の経過時間から該第１の経過時間よりも後の第２の経過時間までの前記測定データに近似した回帰直線を作成する回帰直線作成ステップと、
前記第１の経過時間と前記第２の経過時間との間における前記測定データと前記回帰直線との相関係数を算出する相関係数算出ステップと、
前記相関係数算出ステップにより算出された相関係数が所定の基準値以上である場合に、前記回帰直線の勾配から前記第１及び第２の経過時間での温度値を算出する温度値算出ステップと、
前記第１及び第２の経過時間と、前記第１及び第２の経過時間での前記温度値とに基づいて、前記土壌の固有熱抵抗を算出する固有熱抵抗算出ステップと、を備えたことを特徴とする土壌固有熱抵抗測定方法。
【請求項５】
土壌内に差し込まれる長尺な発熱体と、該発熱体の長手方向の所定部位に配置されて土壌の温度を検出する少なくとも一つの熱電対と、前記熱電対が検出した温度を計測データとして記録する記録装置と、前記記録装置から入力された計測データから前記土壌の熱抵抗を求める演算装置とを備えた土壌固有熱抵抗測定システムであって、
前記記録装置は、
前記熱電対により検出された前記土壌の温度と、前記発熱体に通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを記録するデータ記録手段を備え、
前記演算装置は、
前記記録装置から入力された前記測定データのうち、前記通電を開始してからの第１の経過時間から該第１の経過時間よりも後の第２の経過時間までの前記測定データに近似した回帰直線を作成する回帰直線作成手段と、
前記第１の経過時間と前記第２の経過時間との間における前記測定データと前記回帰直線との相関係数を算出する相関係数算出手段と、
前記相関係数算出手段により算出された相関係数が所定の基準値以上である場合に、前記回帰直線の勾配から前記第１及び第２の経過時間での温度値を算出する温度値算出手段と、
前記第１及び第２の経過時間と、前記第１及び第２の経過時間での前記温度値とに基づいて、前記土壌の固有熱抵抗を算出する固有熱抵抗算出手段と、を備えたことを特徴とする土壌固有熱抵抗測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌固有熱抵抗を測定するのに好適な土壌固有熱抵抗測定装置、土壌固有熱抵抗測定方法、及び土壌固有熱抵抗測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力ケーブルを通して送電が可能となる送電容量は、電力ケーブルが埋設される土壌の周囲における土壌熱抵抗の影響を大きく受ける。このため、電力ケーブルを設計する場合、許容電流計算の基礎資料の一つとして、電力ケーブルの埋設ルートにおいて、土壌固有熱抵抗を測定して熱的条件を把握する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、「土壌熱抵抗測定器」について開示されている。特に、ヒータに通電を開始して土壌が加熱されてから２分後における計測温度θ２と、加熱開始２０分後における計算温度θ２０とを用い、下記式により、土壌固有熱抵抗値ｇを求める。
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さらに、土壌に差し込んだ探針体の３箇所の各計測温度により求めた土壌固有熱抵抗値を演算手段で平均化し、この平均値を土壌固有熱抵抗値として表示手段に表示するという技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、「土壌熱抵抗測定時の探針棒差し込み方法及びこれに使用するガイド棒」について開示されている。特に、土壌固有熱抵抗を測定する技術として、熱源と温度測定手段とを備える探針棒を土中に差し込んでおき、一定時間熱源で加熱したときの温度変化を温度測定手段で計測し、この温度勾配から演算により熱抵抗を求める技術が開示されている。
ここで、温度勾配とは、測定対象領域が直線状になるまで継続して得られた直線の傾きである。演算の方法としては、この直線状に２点の通電開始後の任意時間および任意時間時の温度、発熱体の深さ、熱源の消費電力から土壌固有熱抵抗を算出する。探針棒を一定時間熱源で加熱したときの温度変化を計測し、この温度勾配から熱抵抗を求める。
【０００５】
特許文献３には、片対数グラフに経過時間を示すｌｏｇ（ｔ）と温度との関係をプロットし、その温度勾配の傾きにより判断する。十分時間が経過し、ｌｏｇ（ｔ）と温度との関係に線形関係が成り立つと判断できた領域で、最小自乗法により近似を行って、ｌｏｇ（ｔ）と温度との勾配を算出するという技術が開示されている。
ここで、最小二乗法は、計測データの整理に使われる方法であり、ｎ個のデータ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、・・・・・・（ｘｎ，ｙｎ）から、最もフィットする直線をｙ＝ａｘ＋ｂとし、最小二乗法の式からａ、ｂを求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３５０３号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４４７８公報
【特許文献３】特開２００１−２８１０７１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
土壌固有熱抵抗を測定する場合、発熱源による土壌の加熱、土壌での温度変化の記録、土壌固有熱抵抗の算出をそれぞれの測定毎に行わなければならないため、複数の作業工程があり、作業者による各作業の負担が増え、煩雑になっていた。
特に、土壌固有熱抵抗を算出する前段階において、温度変化の記録として測定時間６０分程度の間に１分単位で測定してから記録するという作業があり、温度変化の記録から片対数グラフの作成、直線状となる領域内に回帰直線の決定、土壌固有熱抵抗の算出といった作業が繁雑である。また、作業者の解析経験に依存して、測定対象領域の判断が異なる場合があり、結果的に算出された土壌固有熱抵抗値にばらつきが生じ、算出精度の低下の要因となるといった問題があった。
【０００８】
また、土壌固有熱抵抗の算出を容易に行えるようにするために、任意時間（ｔ１，ｔ２）をあらかじめ設定しておく方法もあるが、測定対象となる土層構成によって温度変化が異なる他、測定地の土層構成も不明であるため、土壌固有熱抵抗値の算出精度の低下が懸念されるといった問題があった。
そこで、土壌固有熱抵抗の解析時に行う、片対数グラフの作成、直線状となる領域内に回帰直線の決定、土壌固有熱抵抗の算出等に要する作業に対して、精度を低下することなく簡略化することが切望されている。また、作業者の解析経験年数に係わらず、差異が極めて低い土壌固有熱抵抗値を得ることが可能な土壌固有熱抵抗測定装置、土壌固有熱抵抗測定方法、及び土壌固有熱抵抗測定システムが切望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、土壌の測定データを取得してから土壌の固有熱抵抗を算出するまでの処理を簡略化し、高精度な土壌固有熱抵抗値を得ることができる土壌固有熱抵抗測定装置、土壌固有熱抵抗測定方法、及び土壌固有熱抵抗測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するたに、請求項１記載の発明は、土壌内に差し込まれる長尺な発熱体と、該発熱体の長手方向の所定部位に配置されて土壌の温度を検出する少なくとも一つの熱電対と、前記熱電対が検出した土壌の温度から前記土壌の熱抵抗を求める土壌固有熱抵抗測定装置であって、前記熱電対により検出された前記土壌の温度と、前記発熱体に通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを取得するデータ取得手段と、前記データ取得手段により取得された前記測定データのうち、前記通電を開始してからの第１の経過時間から該第１の経過時間よりも後の第２の経過時間までの前記測定データに近似した回帰直線を作成する回帰直線作成手段と、前記第１の経過時間と前記第２の経過時間との間における前記測定データと前記回帰直線との相関係数を算出する相関係数算出手段と、前記相関係数算出手段により算出された相関係数が所定の基準値以上である場合に、前記回帰直線の勾配から前記第１及び第２の経過時間での温度値を算出する温度値算出手段と、前記第１及び第２の経過時間と、前記第１及び第２の経過時間での前記温度値とに基づいて、前記土壌の固有熱抵抗を算出する固有熱抵抗算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱電対により検出された土壌の温度と、発熱体に通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを取得し、取得された測定データのうち、通電を開始してからの第１の経過時間から該第１の経過時間よりも後の第２の経過時間までの測定データに近似した回帰直線を作成しておき、第１の経過時間と第２の経過時間との間における測定データと回帰直線との相関係数を算出し、算出された相関係数が所定の基準値以上である場合に、回帰直線の勾配から第１及び第２の経過時間での温度値を算出し、第１及び第２の経過時間と、第１及び第２の経過時間での温度値とに基づいて、土壌の固有熱抵抗を算出することで、土壌の測定データを取得してから土壌の固有熱抵抗を算出するまでの処理を簡略化し、高精度な土壌固有熱抵抗値を得ることができる。
この結果、従来行っていた片対数グラフの作成、直線状となる領域内に回帰直線の決定、土壌固有熱抵抗の算出などの土壌固有熱抵抗の解析作業に要する作業の精度を落とすことなく簡略化することができ、作業者の解析経験年数に係わらず、差異が極めて低い土壌固有熱抵抗値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】土壌に埋設された電力ケーブルの断面図とその熱等価回路を示す図である。
【図２】探針棒を地中に埋め込み、発熱源に一定の電力を供給したときの温度上昇を測定することを示す図である。
【図３】土壌における温度特性と経過時間との関係をグラフで示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る土壌固有熱抵抗測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る土壌固有熱抵抗測定装置による土壌固有熱抵抗の算出処理について説明するためのフローチャートである。
【図６】メッセージを含むメッセージボックスの表示例を示す図である。
【図７】測定データである温度変化測定記録データの一例を示す図である。
【図８】対数グラフが印刷されたシート紙の一例を示す図である。
【図９】対数グラフと回帰直線とが印刷されたシート紙の一例を示す図である。
【図１０】表示部の表示画面上に表示されている対数グラフの一例を示す図である。
【図１１】表示部の表示画面上に対数グラフとともに回帰直線が表示されていることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、土壌の固有熱抵抗測定の原理について説明する。
＜電力ケーブルの送電容量（ケーブル設計―許容電流計算）＞
電力ケーブルの許容電流は、連続もしくは繰り返し通電したときにその発生損失による温度上昇によっても絶縁体の寿命を損なわないで流し得る電流であり、この発生損失が熱流となり電力ケーブルの表面に伝導され周囲へ放散する。ここで、発生損失は、電力ケーブルに電流を流すことによって、導体（導体損失）、金属シース・遮蔽（シース損失）等から発生し、電圧を印加することによって絶縁体（誘電体損失）から発生する。
図１に示すように、電力ケーブル１ｂを内包した管路１を土壌に布設する場合、管路１の内壁と電力ケーブル１ｂとの間に防食層１ａが充填されている。ここで、電力ケーブル１ｂは、断面の中心に配置される導体１ｄと、導体１ｄを被覆する絶縁体１ｃと、絶縁体１ｃを被覆する金属シース層１ｅとを備えている。
電力ケーブルの熱等価回路は、図１に示すように、土壌温度Ｔ２として導体温度Ｔ１との間に、土壌熱抵抗Ｒ５、ケーブル表面放散熱抵抗Ｒ３、防食層熱抵抗Ｒ２、絶縁体熱抵抗Ｒ１を順次つなげた熱抵抗回路となる。
【００１３】
＜土壌固有熱抵抗測定の概要＞
図２に示す説明図を参照して、土壌の温度上昇特性を測定するための各装置について説明する。
電力ケーブルの送電容量を決定する場合、電流によって生じる電力ケーブルの温度上昇を計算しておく必要がある。そのためには、温度媒質である土壌、すなわち、電力ケーブルが埋設されている周囲の土壌の固有熱抵抗値を測定して、その熱的条件を的確に把握しておく必要がある。
固有熱抵抗値の測定方法には、「土壌を採取して実測する方法」と「原位置における探針法」とがある。一般に、「原位置における探針法」による測定が簡単で経済的であるため、広く採用されている。
【００１４】
この方法は、図２に示すように、内部に長尺な発熱体であるヒータ３ａと、ヒータ３ａの長手方向の所定部位に配置されて土壌の温度を検出する熱電対３ｂ〜３ｄを有する金属製のパイプからなる探針棒３を地中に差し込む。次いで、発電機及び電源ユニット２から発熱源となるヒータ３ａに一定の電力を供給しておく。次いで、地表から８００ｍｍ、１２００ｍｍ、１６００ｍｍの深さに差し込んだ探針棒３に設けられた熱電対３ｂ〜３ｄにより検出される温度データを測定器４に取得する。
この方法では、作業者は、測定器４で取得した３点の温度データを目視確認して片対数グラフ用紙にプロットし、３点の温度上昇特性に基づいて熱抵抗を算出する。
【００１５】
図３は土壌における温度特性と経過時間との関係を示すグラフ図である。
このとき、土壌固有熱抵抗ｇ〔℃・ｃｍ／Ｗ〕は、ヒータの長さＬ〔ｃｍ〕、消費電力Ｗ〔Ｗ〕、ヒータ加熱後の温度―時間曲線が直線となる範囲の任意の時間ｔ１、ｔ２〔分〕、ｔ１、ｔ２のときの探針棒の表面温度θ１、θ２〔℃〕から、
2014122818.tif 000004
と求められる。
図３に示すように、グラフ上において、時間軸に対して片対数を採用する。図３では、ヒータ３ａに通電を開始して上昇領域になり、次に、測定対象領域がある勾配を有する直線状になり、飽和領域に入るまで測定を継続し、得られた測定対象領域の直線の傾きが熱抵抗となる。
【００１６】
＜測定箇所毎の温度変化＞
測定した個所における温度特性から回帰直線を決定する。
測定個所が異なる場合、測定値毎に測定対象領域が異なることから、測定時の任意時間をあらかじめ設定しておく方法では、求めた土壌固有熱抵抗値の算出精度が低下する恐れがある。
そこで、本発明の第１実施形態では、現地での測定方法は、図２に示すように、「原位置における探針法」による測定とし、土壌内での温度データの記録を記録媒体であるデータロガー５（記録装置）に記録しておく。そして、現地又は室内環境において、データロガー５からパーソナルコンピュータＰＣに温度データを取り込むことで、パーソナルコンピュータＰＣに搭載されているアプリケーションソフトウエアでのデータ処理により片対数グラフを自動作成させる。
【００１７】
図４に示すブロック図を参照して、本発明の第１実施形態に係る土壌固有熱抵抗測定装置の構成について説明する。なお、なお、図４に示す構成は、データロガー５（記録装置）と、データロガー５から入力された計測データから土壌の熱抵抗を求める土壌固有熱抵抗測定装置２０（演算装置）とを備えた土壌固有熱抵抗測定システムに適用することができる。
土壌固有熱抵抗測定装置２０は、Ｉ／Ｆ部２１と、キーボード２２と、マウス２３と、Ｉ／Ｏ部２４と、ハードディスク２５と、ＲＡＭ部２６と、表示部２７と、表示制御部２８と、制御部２９と、プリンタ部３０とを備えている。Ｉ／Ｆ部２１は、データロガー５に接続されている通信ケーブルの一端と接続し、所定の通信プロトコルに従ってデータ通信を行う。Ｉ／Ｏ部２４は、キーボード２２と接続して作業者による操作で入力される文字コードを制御部２９に出力する。またＩ／Ｏ部２４は、マウス２３と接続し、作業者による操作で入力される操作情報を制御部２９に出力する。
【００１８】
ハードディスク２５は、過去の測定データ、オペレーティングシステムＯＳ、及びアプリケーションソフトウエアを記憶する。ＲＡＭ部２６は、データロガー５から受信した測定データ、制御部２９のワークエリアとして制御データを一時的に記憶する。また、ＲＡＭ部２６は、制御部２９によりハードディスク２５からオペレーティングシステムＯＳ及びアプリケーションソフトウエアについてのプログラムを読み出して当該ＲＡＭ部２６上に展開する。
表示制御部２８は、画像データを展開するためのＶＲＡＭを有し、ＶＲＡＭから読み出した画像データを表示部２７に出力する。表示部２７は、表示制御部２８から入力される画像データを表示画面に表示する。
制御部２９は、ハードディスク２５からオペレーティングシステムＯＳ及びアプリケーションソフトウエアについてのプログラムを読み出してＲＡＭ部２６上に展開し、該プログラムを順次に実行することで当該装置に備えている各部の動作を制御する。プリンタ部３０は、制御部２９からの指示に応じて、対数グラフや回帰直線などの画像データをシート紙に印刷する。
【００１９】
＜土壌固有熱抵抗の算出処理＞
図５に示すフローチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係る土壌固有熱抵抗測定装置による土壌固有熱抵抗の算出処理について説明する。
まず、ステップＳ１０では、制御部２９は、データロガー５からＩ／Ｆ部２１を介してＲＡＭ部２６に測定データを取り込み、該測定データをハードディスク２５に記憶する。図７は、測定データである温度変化測定記録データの一例を示す図である。なお、測定データは、図２に示す熱電対３ｂ〜３ｄにより検出された土壌の温度θと、ヒータ３ａに通電を開始してからの経過時間である通電時間ｔとからなる。
【００２０】
次いで、ステップＳ１５では、制御部２９は、ＲＡＭ部２６に記憶された測定データから通電時間ｔと測定温度θを抽出し、通電時間ｔに対して自然対数Ｌｏｇｅｔを算出して横軸に、測定温度θを縦軸にプロットしてＲＡＭ部２６上に対数グラフを展開して作成する。ＲＡＭ部２６上に作成された対数グラフに関する画像データを表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭ上に転送することで、図１０に示すように、表示部２７の表示画面上に対数グラフが表示される。
このとき、表示部２７の表示画面上にグラフ印刷ボタン４１が表示されている。制御部２９は、当該グラフ印刷ボタン４１がマウス２３の操作に応じてクリックされたか否かを判断する。当該グラフ印刷ボタン４１がマウス２３の操作に応じてクリックされた場合には、制御部２９は、ＲＡＭ部２６上に展開されている対数グラフの表示データをプリンタ部３０に出力する。この結果、プリンタ部３０から対数グラフが印刷されたシート紙（図８参照）が排紙される。
【００２１】
次いで、ステップＳ２０では、制御部２９は、ＲＡＭ部２６上に展開された対数グラフに対して、仮の固定時間としてｔ１＝１０分、ｔ２＝４０分を設定し、時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成する。図１１に示すように、表示部２７の表示画面上に対数グラフとともに回帰直線が表示される。
このとき、表示部２７の表示画面上にグラフ印刷ボタン４１が表示されている。制御部２９は、当該グラフ印刷ボタン４１がマウス２３の操作に応じてクリックされたか否かを判断する。当該グラフ印刷ボタン４１がマウス２３の操作に応じてクリックされた場合には、制御部２９は、ＲＡＭ部２６上に展開されている対数グラフと回帰直線との表示データをプリンタ部３０に出力する。この結果、プリンタ部３０から対数グラフと回帰直線とが印刷されたシート紙（図９参照）が排紙される。
【００２２】
ここで、説明の簡略化のため、対数グラフ上の各点（Ｌｏｇｅｔ，θ）をＸＹ座標系の各点（Ｘ，Ｙ）と読み替えて説明する。
まず、ＸＹ座標軸における２点の座標（Ｘｓ，Ｙｓ）、（Ｘｅ，Ｙｅ）で定義しておく。回帰直線を求める処理においては、ＸＹ座標軸で位置を定義された１点に注目し、それを座標（Ｘｉ，Ｙｉ）の形で表現する。
注目点（Ｘｉ，Ｙｉ）の座標、即ち（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、……、（Ｘｉ，Ｙｉ）、……（Ｘｎ，Ｙｎ）、…の軌跡を直線で近似すれば、この直線と水平線（Ｘ軸）との角度が直線の傾きに相当する。
【００２３】
座標（Ｘｉ，Ｙｉ）の軌跡の線形近似は、回帰分析を行うことにより求めることができる。Ｘに対するＹの回帰直線を求める方法は、簡単には以下のようになる。
Ｘに対するＹの回帰直線の式は、
Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ            （２）
の形で表され、ＡをＸに対するＹの回帰係数（直線勾配）と言う。
Ａ＝｛ＮΣＸｉＹｉ−（ΣＸｉ）（ΣＹｉ）｝／｛ＮΣＸｉ２−（ΣＸｉ）２｝（３）
によってＡを求め、次に、
Ｂ＝ΣＹｉ／Ｎ−ＡΣＸｉ／Ｎ        （４）
によってＢを求める。
【００２４】
次いで、ステップＳ２３では、制御部２９は、測定対象領域内の時間範囲ｔ１−ｔ２の各点（Ｘｉ，Ｙｉ）と式（２）で示す回帰直線との相関係数ρを算出する。
相関係数は処理手順（式（２）〜（４））に加え、以下の処理を追加することによって得られる。
すなわち、ＸとＹの立場を逆にすると、もう１つの回帰直線ができる。Ｙに対するＸの回帰直線の式は、
Ｘ＝ＣＹ＋Ｄ        （５）
であり、この場合に、
Ｃ＝｛ＮΣＸｉＹｉ−（ΣＸｉ）（ΣＹｉ）｝／｛ＮΣＹｉ２−（ΣＹｉ）２｝（６）
によってＣを求め、次に、
Ｄ＝ΣＸｉ／Ｎ−ＣΣＹｉ／Ｎ        （７）
によってＤを求める。ＸとＹの相関係数ρとすると、式（３）（６）から、
ρ＝±√｜ＡＣ｜        （８）
となる。なお、式（８）における符号の選択は、ＡまたはＣの分子の符号とする。相関係数ρの絶対値が１に近いほど、座標の直線近似が良好であることを示す。
なお、上述したステップＳ１５、Ｓ２０、Ｓ２３にあっては、それぞれ対数グラフ、回帰直線、相関係数ρを作成及び算出したが、このような手法とは別に、エクセル（登録商標）のような周知の表計算アプリケーションソフトウエアを用いて算出してもよい。
【００２５】
次いで、ステップＳ２５では、制御部２９は、算出した回帰直線の相関係数ρが例えば０．８（基準値）以上か否かを判断する。回帰直線の相関係数ρが０．８以上である場合には、ステップＳ３０に進む。一方、回帰直線の相関係数ρが０．８未満である場合には、ステップＳ４０に進む。
回帰直線の相関係数ρが０．８以上である場合、ステップＳ３０では、制御部２９は、直線勾配（Ａ）からｔ１、ｔ２時の温度θ１、θ２を算出する。
【００２６】
ステップＳ３５では、制御部２９は、時間ｔ１、ｔ２、温度θ１、θ２を式（１）に代入して土壌固有熱抵抗ｇを算出する。制御部２９は、算出された土壌固有熱抵抗ｇを示すテキストコードを表示制御部２８に出力する。表示制御部２８では、該テキストコードを表示データに変換して表示部２７に表示する。この結果、図１１に示すように、表示部２７の表示画面には土壌固有熱抵抗ｇが表示される。
なお、図５に示すフローチャートでは、説明を簡略化するため、例えば土壌表面化０．８ｍの深さの測定データに基づいて土壌固有熱抵抗ｇを算出したが、これとは別に、１．２ｍ、１．６ｍの深さの測定データに基づいて土壌固有熱抵抗ｇを算出してもよい。
【００２７】
＜時間範囲ｔ１、ｔ２の移動＞
一方、回帰直線の相関係数ρが０．８未満である場合、土壌の土質に起因して時間範囲、すなわち、ステップＳ２０において回帰直線を求めた際の時間範囲ｔ１＝１０分、ｔ２＝４０分という設定が不適切であることが考えられる。
そこで、ステップＳ４０では、制御部２９は、表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭに対してテキスト画像を描画しておき、例えば「時間範囲ｔ１、ｔ２を移動して下さい。」というメッセージのテキスト画像を含むメッセージボックスを表示部２７の表示画面に表示する。ここで、作業者によるマウス２３でのカーソル操作に応じて表示部２７の表示画面上に表示されている時間範囲ｔ１、ｔ２の位置が移動されるので、移動後の時間範囲ｔ１、ｔ２を新たに採用する。
次いで、ステップＳ４５では、制御部２９は、ＲＡＭ部２６上に展開された対数グラフに対して、新たに採用された時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成する。この結果、表示部２７の表示画面上に対数グラフとともに新たな回帰直線が表示される。
【００２８】
このように、算出された相関係数ρが基準値０．８未満である場合に、第１及び第２の経過時間ｔ１、ｔ２を任意に再設定することを可能とし、再設定された第１の経過時間ｔ１から第２の経過時間ｔ２までの測定データに近似した回帰直線を作成する。これにより、測定データに含まれるばらつきが多い領域のデータを排除することができ、後段のステップにおいて算出される土壌固有熱抵抗値のばらつきを少なくできる。
【００２９】
ステップＳ５０では、制御部２９は、表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭに対してテキスト画像を描画しておき、例えば図１１に示す表示画面に「測定誤りか？」というメッセージのテキスト画像を含むメッセージボックス３１（図６（ａ）参照）を表示する。制御部２９は、当該メッセージボックス３１に含まれる「なし」ボタン３１ａ又は「あり」ボタン３１ｂがマウス２３の操作に応じてクリックされたか否かを判断する。ここで、「なし」ボタン３１ａが操作された場合はステップＳ５５に進む。一方、「あり」ボタン３１ｂが操作された場合はステップＳ６５に進む。
「なし」ボタンが操作された場合、ステップＳ５５では、制御部２９は、直線勾配（Ａ）から時間ｔ１、ｔ２時の温度θ１、θ２を算出する。次いで、ステップＳ６０では、制御部２９は、時間ｔ１、ｔ２、温度θ１、θ２を式（１）に代入して土壌固有熱抵抗ｇを算出する。制御部２９は、算出された土壌固有熱抵抗ｇを示すテキストコードを表示制御部２８に出力する。表示制御部２８では、該テキストコードを表示データに変換して表示部２７に表示する。この結果、図１１に示すように、表示部２７の表示画面には土壌固有熱抵抗ｇが表示される。
【００３０】
＜測定誤り対策＞
表示部２７の表示画面に表示された対数グラフや回帰直線から極端に外れた位置に測定データがある場合、特異点が表示される。作業者により「あり」ボタン３１ｂが操作された場合、測定データの一部に誤りデータが混在していることを想定する。
そこで、ステップＳ６５では、制御部２９は、表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭに対してテキスト画像を描画しておく。例えば図１０に示す表示画面に「誤り温度データを削除して下さい」というメッセージのテキスト画像を含むメッセージボックス３３を表示する。
【００３１】
ここで、作業者が、表示部２７の表示画面に表示されている温度データを目視確認し、一部の数値に誤りがあることを発見したとする。作業者によるマウス２３の操作に応じて、表示部２７の表示画面に表示されているカーソルが温度データの数値上（図１０、右側、ファイル入力画面）に移動される。次いで、マウス２３のダブルクリック操作が検出された場合に、制御部２９は、当該数値をＲＡＭ部２６から削除する。
ステップＳ６５において、誤りデータが削除されたので、ステップＳ７０では、制御部２９は、ＲＡＭ部２６に記憶された測定データから通電時間ｔと測定温度θを抽出する。そして、制御部２９は、通電時間ｔに対して自然対数Ｌｏｇｅｔを算出して横軸に、測定温度θを縦軸にプロットしてＲＡＭ部２６上に対数グラフを展開して作成する。ＲＡＭ部２６上に作成された対数グラフに関する画像データを表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭ上に転送することで、図１０に示すように、表示部２７の表示画面上に対数グラフが表示される。次いで、制御部２９は、ＲＡＭ部２６上に作成された対数グラフに対して、新たに採用された時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成する。この結果、表示部２７の表示画面上に対数グラフとともに新たな回帰直線が表示される。
【００３２】
このように、取得された測定データから温度と経過時間とがなす対数グラフを描画し、取得された測定データに対して、任意の測定データを削除することを可能としておく。次いで、任意の測定データが削除された後の第１の経過時間ｔ１から第２の経過時間ｔ２までの測定データに近似した回帰直線を作成する。これにより、測定データに含まれるばらつきが多い領域のデータを削除することができ、後段のステップにおいて算出される土壌固有熱抵抗値のばらつきを少なくできる。
【００３３】
次いで、ステップＳ７５では、制御部２９は、直線勾配（Ａ）からｔ１、ｔ２時の温度θ１、θ２を算出する。次いで、ステップＳ８０では、制御部２９は、時間ｔ１、ｔ２、温度θ１、θ２を式（１）に代入して土壌固有熱抵抗ｇを算出する。制御部２９は、算出された土壌固有熱抵抗ｇを示すテキストコードを表示制御部２８に出力する。表示制御部２８では、該テキストコードを表示データに変換して表示部２７に表示する。この結果、図１１に示すように、表示部２７の表示画面には土壌固有熱抵抗ｇが表示される。
使用試験において、例えば経験年数が３年以上の熟練者、未経験者等の３名が土壌固有熱抵抗測定装置２０を使用して土壌固有熱抵抗ｇの解析精度の確認した結果、熟練者と未経験者との差は±３℃・ｃｍ／Ｗ以内であった。作業者の解析経験数にかかわらず、土壌固有熱抵抗の解析作業における精度が向上したことには以下の要因がある。すなわち、片対数グラフの作成、直線状となる領域内に回帰直線の決定、計測データと回帰直線とがなす相関係数の判断、土壌固有熱抵抗の算出等を自動化したことで、処理時間が大幅に短縮できるたからである。また、時間範囲ｔ１、ｔ２の再設定、誤り温度データの削除等の処理を付加したことで、土壌固有熱抵抗値のばらつきを少なくできたからである。
【００３４】
このように、熱電対３ｂ〜３ｄにより検出された土壌の温度と、ヒータ３ａに通電を開始してからの経過時間とからなる測定データを取得する。そして、取得された測定データのうち、通電を開始してからの第１の経過時間ｔ１から該第１の経過時間ｔ１よりも後の第２の経過時間ｔ２までの測定データに近似した回帰直線を作成しておく。さらに、第１の経過時間ｔ１と第２の経過時間ｔ２との間における測定データと回帰直線との相関係数ρを算出し、算出された相関係数ρが所定の基準値以上である場合に、回帰直線の勾配Ａから第１及び第２の経過時間ｔ１、ｔ２での温度値θ１、θ２を算出する。そして、第１及び第２の経過時間と、第１及び第２の経過時間ｔ１、ｔ２での温度値θ１、θ２とに基づいて、土壌の固有熱抵抗ｇを算出する。これにより、土壌の測定データを取得してから土壌の固有熱抵抗ｇを算出するまでの処理を簡略化し、高精度な土壌固有熱抵抗値を得ることができる。
この結果、従来行っていた片対数グラフの作成、直線状となる領域内に回帰直線の決定、土壌固有熱抵抗の算出などの土壌固有熱抵抗の解析作業に要する作業の精度を落とすことなく簡略化することができる。さらに、作業者の解析経験年数に係わらず、差異が極めて低い土壌固有熱抵抗値を得ることができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
第１実施形態にあっては、図５に示すステップＳ２０において、制御部２９が、ＲＡＭ部２６上に展開された対数グラフに対して、仮の固定時間としてｔ１＝１０分、ｔ２＝４０分を設定しておく。そして、時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成するように構成していた。
これに対して、第２実施形態では、図５に示すステップＳ３５、Ｓ６０、Ｓ８０において、土壌固有熱抵抗値を算出したときの時間範囲ｔ１、ｔ２に解析作業を行った際の日時データを付加してハードディスク２５に記憶しておくように構成する。そして、次回の解析作業時に、ステップＳ２０において、制御部２９が、ＲＡＭ部２６上に展開された対数グラフに対して、ハードディスク２５から最新の日時データが付加された時間範囲ｔ１、ｔ２を読み出す。そして、該時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成するように構成する。
【００３６】
電力ケーブルの埋設予定地に対して、通常、現地作業におけるそれぞれの測定地点は例えば数十ｍ〜数百ｍ間隔に設定している。このため、それぞれの測定地点の地層や地質の変化が少ない場合があり、複数の測定地点の測定データを一括して収集しておくことが想定できる。
このような場合に、ハードディスク２５から最新の日時データが付加された時間範囲ｔ１、ｔ２を読み出し、該時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成する。次いで、ステップＳ２３において、制御部２９は、測定対象領域内の時間範囲ｔ１−ｔ２の各点（Ｘｉ、Ｙｉ）と式（２）で示す回帰直線との相関係数ρを算出する。
測定地点が近い場合、互いの測定地点での地層や地質の変化が少ないので、相関係数ρが０．８以上になることが多いため、解析作業に要する処理時間を短縮することができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
第１実施形態にあっては、ステップＳ４０において、制御部２９は、表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭに対してテキスト画像を描画しておき、例えば「時間範囲ｔ１、ｔ２を移動して下さい。」というメッセージのテキスト画像を含むメッセージボックスを表示部２７の表示画面に表示する。ここで、作業者によるマウス２３の操作に応じて表示部２７の表示画面上に表示されている時間範囲ｔ１、ｔ２の位置が移動されるので、移動後の時間範囲ｔ１、ｔ２を新たに採用するように構成されている。
これに対して、第３実施形態では、例えば、任意の時間範囲を４０分間に固定した場合において、表示画面上に表示されている片対数グラフ上の温度点付近（例えば、５分）に対して、作業者がマウス２３を操作してカーソルを近づけてクリックしたこととする。ここで、表示画面上のクリック点に相当する時間をｔ１とする。次いで、ステップＳ４５において、時間範囲ｔ１、ｔ２が経過時間５分〜４５分となる測定データから回帰直線を描画し、その勾配からｔ１（１０分）・ｔ２（４０分）時の温度θ１、θ２を逆計算して土壌固有熱抵抗を算出するように構成してもよい。
【００３８】
電力ケーブルの埋設予定地においては、実際の現地作業におけるそれぞれの測定地点で、地層や地質の変化が著しいエリアがある。複数の異なる測定地点の測定データを順次収集してデータロガー５に記憶しておくことが想定できる。
このような場合に、解析作業毎に時間範囲ｔ１、ｔ２を変更し、該時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成する。次いで、ステップＳ４５において、制御部２９は、測定対象領域内の時間範囲ｔ１−ｔ２の各点（Ｘｉ、Ｙｉ）と式（２）で示す回帰直線との相関係数ρを算出する。
前回の解析作業時の測定地点とは異なる測定地点を対象とし、地点毎に地層や地質の変化が著しいエリアである場合でも、第３実施形態に示す処理を実行する。これにより、任意の時間範囲を１回のクリック操作で容易に変更でき、解析作業に要する時間を短縮することができる。
【００３９】
＜第４実施形態＞
第１実施形態にあっては、ステップＳ４０、Ｓ４５での処理を終えた後に、ステップＳ５０において、制御部２９が、表示制御部２８に設けられたＶＲＡＭに対してテキスト画像を描画しておく。例えば図１１に示す表示画面に「測定誤りか？」というメッセージのテキスト画像を含むメッセージボックス３１を表示しておき、当該メッセージボックス３１に含まれる「なし」ボタン３１ａ又は「あり」ボタン３１ｂがマウス２３の操作に応じてクリックされたか否かを判断するように構成されていた。
これに対して、第４実施形態では、ステップＳ４０、Ｓ４５での処理を終えた後に、制御部２９は、経過時間ｔ１−ｔ２内の各点と回帰直線（Ｓ４５で作成）との相関係数ρを算出しておく。そして、算出した相関係数ρが０．８以上か否かを判断し、回帰直線の相関係数ρが０．８以上である場合には測定誤りがないとみなし、ステップＳ５５に進むように構成してもよい。
【００４０】
これにより、ステップＳ４０において、任意に設定された時間範囲ｔ１、ｔ２を新たに採用し、ステップＳ４５では、ＲＡＭ部２６上に展開された対数グラフに対して、新たに採用された時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成する。次いで、経過時間ｔ１−ｔ２内の各点と回帰直線との相関係数ρを算出し、回帰直線の相関係数ρが０．８以上である場合には測定誤りがないとみなす。次いで、ステップＳ５５において、制御部２９は、直線勾配（Ａ）からｔ１、ｔ２時の温度θ１、θ２を算出する。次いで、ステップＳ６０では、制御部２９は、時間ｔ１、ｔ２、温度θ１、θ２を式（１）に代入して土壌固有熱抵抗ｇを算出する。制御部２９は、算出された土壌固有熱抵抗ｇを示すテキストコードを表示制御部２８に出力する。表示制御部２８では、該テキストコードを表示データに変換して表示部２７に表示する。この結果、図１１に示すように、表示部２７の表示画面には土壌固有熱抵抗ｇが表示される。
これにより、任意に設定された時間範囲ｔ１、ｔ２を新たに採用してから、土壌固有熱抵抗ｇを算出するまでの処理を高速化することができる。第４実施形態に示す処理を実行することで、解析作業に要する時間を短縮することができる。
【００４１】
＜第５実施形態＞
第１実施形態にあっては、ステップＳ６５において、誤りデータをＲＡＭ部２６から削除した後に、ステップＳ７０において、新たに採用された時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似して回帰直線を作成しておく。次いで、ステップＳ７５において、直線勾配（Ａ）からｔ１、ｔ２時の温度θ１、θ２を算出するように構成されていた。
これに対して、第５実施形態では、ステップＳ６５において、誤りデータをＲＡＭ部２６から削除した後に、ステップＳ７０において、新たに採用された時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成しておく。次いで、新たに採用された経過時間ｔ１−ｔ２内の各点と回帰直線（Ｓ７０で作成）との相関係数を算出しておき、算出した相関係数ρが０．８以上か否かを判断し、回帰直線の相関係数ρが０．８以上である場合には測定誤りがないとみなし、ステップＳ７５に進む。一方、回帰直線の相関係数ρが０．８未満である場合には測定誤りがあるとみなし、ステップＳ６５に進むように構成してもよい。
【００４２】
これにより、誤りデータをＲＡＭ部２６から削除した後に、新たに採用された時間範囲ｔ１−ｔ２の温度データに近似した回帰直線を作成しておく。次いで、新たに採用された経過時間ｔ１−ｔ２内の各点と回帰直線との相関係数ρを算出しておき、回帰直線の相関係数ρが０．８以上である場合に、直線勾配（Ａ）からｔ１、ｔ２時の温度θ１、θ２を算出する。次いで、時間ｔ１、ｔ２、温度θ１、θ２を式（１）に代入して土壌固有熱抵抗ｇを算出する。
このように、誤りデータをＲＡＭ部２６から削除してから、精度が高い土壌固有熱抵抗ｇを算出するまでの処理を高速化することができる。第５実施形態に示す処理を実行することで、解析作業に要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…管路、１ａ…防食層、１ｂ…電力ケーブル、１ｃ…絶縁体、１ｄ…導体、１ｅ…金属シース層、２…電源ユニット、３…探針棒、３ａ…ヒータ、３ｂ…熱電対、３ｃ…熱電対、３ｄ…熱電対、４…測定器、５…データロガー、２０…土壌固有熱抵抗測定装置、２１…Ｉ／Ｆ部、２２…キーボード、２３…マウス、２４…Ｉ／Ｏ部、２５…ハードディスク、２６…ＲＡＭ部、２６…当該ＲＡＭ部、２７…表示部、２８…表示制御部、２９…制御部、３０…プリンタ部、３１…メッセージボックス、３１ａ…ボタン、３１ｂ…ボタン、３３…メッセージボックス、４１…グラフ印刷ボタン
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014122818.tif 000012
【図９】
2014122818.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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