(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受振器が観測した複数の振動波データを記録し、記録した振動波データをデータ収集装置へ送信するデータ記録装置であって、
前記振動波データは、バイブレータが、予め設定された開始時刻、継続時間情報に基づいて発生させた同一パターンの複数回の振動に基づくものであり、
前記データ記録装置は、記録した複数回の振動の振動波データを、前記開始時刻を先頭とする振動波データに分割し、分割した各振動波データを加算処理することでデータ量を分割数分の１に削減し、前記データ収集装置へ送信し、
前記データ記録装置および前記バイブレータは位置情報取得部と前記データ収集装置とのデータ送受信部を有し、
前記データ記録装置は、前記位置情報取得部で取得したデータ記録装置自身の位置情報と、前記データ収集装置を介して受信した前記バイブレータの位置情報に基づいてデータ記録装置とバイブレータの距離を算出するとともに、振動波の伝播速度から振動波がデータ記録装置に到達する到達予想時刻を算出し、
前記算出した振動波の到達予想時刻を先頭とし、各回振動の開始時刻間隔と前記到達予想時刻に基づき予め定めた時間長の振動波データに分割し、前記分割した振動波データの加算処理を行うことを特徴とするデータ記録装置。
【請求項２】
請求項１に記載のデータ記録装置であって、
前記データ収集装置から、前記バイブレータの振動パターン情報を予め受信し、
前記複数回の振動の振動波データに対して、前記振動パターンを用いて相互相関処理を行うことにより、データ記録装置における振動波データの振幅および到達時間を算出し、算出した振動波データの振幅および到達時間を前記データ収集装置に送信することを特徴とするデータ記録装置。
【請求項３】
受振器が観測した複数の振動波データを記録したデータ記録装置から、振動波データを収集するデータ収集装置であって、
前記振動波データは、バイブレータが予め設定された開始時刻、継続時間情報に基づいて発生させた同一パターンの複数回の振動に基づくものであり、
前記データ収集装置は、前記バイブレータの振動パターンに関する情報を有するとともに前記振動パターンに関する情報を前記複数のデータ記録装置に送信し、
前記複数のデータ記録装置から、振動パターンを用いて相互相関処理を行った結果得られた振動波の振幅および到達時間情報を受信し、
前記複数のデータ記録装置から、さらに各データ記録装置の位置情報を受信し、
該位置情報に基づいて前記複数のデータ記録装置をグループ分けし、グループ内のデータ記録装置から受信した振幅および到達時間情報を比較することで、前記複数のデータ記録装置の取得データの正常性の判断を行うことを特徴とするデータ収集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理探査システムを構成する受振器などのセンサー装置が取得したデータの記録装置およびデータ処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油・天然ガス等の地下資源を採掘するためには、地下資源が存在する場所を特定する地下資源探査を行う必要がある。石油・天然ガス等の地下資源探査は例えば次のように段階を経て進める。まず、第１段階として、広域地質評価と呼ばれる評価を行う。広域地質評価では、探査対象地域の航空写真や衛星写真の解析、重力や磁力の分布等の調査を行い、地下深部における地下資源存在の可能性を評価して探査対象エリアを絞り込む。次に第２段階として、その絞り込んだエリアで物理探査を行う。物理探査とは、地表に対し人工的に物理現象を発生させて、その反応を測定することで地下の状態を解析する探査方法である。絞り込んだエリアで物理探査を用い、地下構造の解析および評価を行う。
【０００３】
物理探査において地下の地質構造を知るための有効な方法が反射法地震探査である。反射法地震探査は、地表に対し人工的な振動を与え、その振動により発生した弾性波が地中を伝播して地層境界面で反射することで発生した反射波を地表に設置した受振器で観測・記録し、反射波が観測されるまでの時間や反射波の振幅の変化を解析することで、地下構造を再現し把握する手法である。
【０００４】
この反射法地震探査を実施する際のシステムは、人工的に振動を発生させる震源、振動を観測する受振器、観測した振動を記録するデータ記録装置、記録されたデータを収集するデータ収集装置で構成される。
【０００５】
震源は、振動を発生させるエネルギー源のことである。ダイナマイト等の衝撃によりパルス状の波形を発生させる方法があるが、地表の損傷や安全上の問題があるため市街地ではダイナマイトの使用は難しい。そこで、非爆薬型震源としてバイブレータ方式が用いられる。バイブレータ方式は、地表面に振動装置を接触して振動させる方法である。バイブレータ方式では、地下の物性に応じて振動の周波数を設定し、弱い振動を数秒から数十秒印加する。バイブレータによって数秒から数十秒の長い時間弱い振動を複数回印加することによる振動エネルギーは、データ処理によりダイナマイト等の衝撃で発生するパルス状の振動エネルギーと同等となる。
受振器は、微小な振動を観測できるセンサーを搭載しており、観測した振動を、振動に応じたデータに変換するものである。
データ記録装置は受振器で観測した振動のデータを記録する装置である。データ収集装置は複数のデータ記録装置に記録されたデータを収集する装置である。
【０００６】
受振器が観測し、データ記録装置に記録され、データ収集装置が収集したデータは、計算機が設置された処理センタに送られる。処理センタでは、補正処理、相関処理、重合処理など複数の処理によりデータを解析し、地層の境界面を算出することで、地下構造図を作成する。なお、受振器は反射波以外に、地表面に沿って伝わる表面波や、風雨や自動車、作業者の歩行に起因する振動波も観測し、それらはノイズとなって反射波に重畳されている。データの解析では、ノイズを低減するような処理を行う必要がある。
【０００７】
また、受振器が観測したデータをデータ収集装置が収集するために、受振器とデータ記録装置とデータ収集装置間にデータ収集ネットワークが必要である。
データ収集ネットワークの一つとして、有線通信ネットワークシステムがある。有線通信ネットワークシステムは、受振器同士、受振器とデータ記録装置間、およびデータ記録装置とデータ収集装置間をケーブルで接続し、リアルタイムにデータをデータ収集装置に集約するシステムである。有線通信ネットワークシステムは、リアルタイムにデータを確認することができる利点があるが、装置間を接続するケーブル量が膨大となり、運搬に多くの労力がかかる。また探査エリアに受振器やケーブルを配備する作業量も大きくなるという問題がある。さらに、ケーブルの損傷による交換やケーブル内部の断線を確認する等のメンテナンスにかかる作業量も非常に大きくなるという問題もある。
【０００８】
近年では、分析の精度を上げるために、探査エリアに受振器を数千から数万個設置するような探査システムの構築が主流となっている。受振器を数万個用いるような探査システムを有線通信ネットワークシステムで構築すると、上述の問題が更に深刻となる。
【０００９】
この問題を解決するため、受振器同士および、データ記録装置とデータ収集装置間をケーブル接続せず、受振器とデータ記録装置を独立させた、ケーブルフリーシステムと呼ばれるシステムが開発されている。ケーブルフリーシステムは、受振器とデータ記録装置を探査エリアに一定期間設置し観測を行う。この間、受振器が取得したデータをデータ記録装置に蓄積し続ける。一定期間データ取得を行った後に受振器とデータ記録装置を回収し、データ記録装置に蓄積されたデータをデータ収集装置が収集するシステムである。ケーブルフリーシステムでは、ケーブルの運搬やメンテナンスに対する作業量が大幅に低減される。
【００１０】
しかし、ケーブルフリーシステムでは、探査エリアにおけるデータ取得期間が終了して取得したデータをデータ収集装置が収集するまで、データが正常に取得できたかどうかを確認することができない。つまり、受振器やデータ記録装置の故障や、受振器の設置方法の不備等により取得したデータが解析に利用できない等の問題が判明するのは、データ収集後であり、データ取得期間中はデータの正常性を確認できない。このため、多数の受振器にてデータ取得に不備があった場合、データの再取得が必要となる。
【００１１】
そこで、受振器およびデータ記録装置に無線通信機能を実装させることで、データ取得期間中であっても、データを無線通信を用いてデータ収集装置に集約させる、無線通信を用いた物理探査データ収集システムが提案されている。
例えば特許文献１では、受振器１から受振器２、受振器３へと順に無線通信を用いてデータを転送するような受振器間のデータリレー転送方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＵＳ２０１１／０１１６３４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
無線通信を用いた物理探査データの収集システムは、データ記録装置が、データ収集装置に送信するデータの種類に応じて２種類に分けられる。一つは取得したデータそのものを送信するシステムで、もう一つはクオリティコントロール（ＱＣ：Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）情報と呼ばれる受振器およびデータ記録装置の稼動状況、例えば電池残量や動作状態に関する情報だけを送信するシステムである。
【００１４】
データそのものを送信するシステムには、データ収集装置がデータを確認することでデータの正常性が確認できるという利点がある。一方、無線通信で送信するデータ容量が大きく、データ記録装置の消費電力が増大するという課題がある。１台の受振器およびデータ記録装置が取得するデータの量は１日あたり数ギガバイトとなる。データ記録装置が無線通信を用いてデータ収集装置へ送信するデータ量が膨大であるため、データ記録装置の無線通信にかかる消費電力が大きくなってしまう。膨大なデータを送信するために、受振器およびデータ記録装置には大容量の電池が必要となり、装置のコストや重量が上がってしまう。
【００１５】
ＱＣ情報だけを送信するシステムの場合、データ収集装置がデータそのものを確認することなくＱＣ情報により受振器およびデータ記録装置の動作状態が確認できるという利点がある。しかし、動作状態は確認できても、データ収集装置はデータそのものの正常性を確認できないという課題がある。
【００１６】
データの正常性は、受振器およびデータ記録装置で取得したデータから反射波を復元し、反射波の振幅や到達タイミングなどの情報を抽出することにより確認できる。しかし、前述したように、受振器およびデータ記録装置で取得される反射波には多くのノイズが重畳しているため、反射波とノイズのＳＮ比を向上させるような処理を行わなければ振幅や到達タイミングなどの情報を抽出することができない。
【００１７】
本発明は、データ記録装置が、データ収集装置にデータを送信する物理探査システムにおいて、データ記録装置が、データ収集装置に無線通信で送信するデータ容量を削減し、データ記録装置における消費電力を低減させることを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、データ記録装置が、データ収集装置にＱＣ情報を送信する物理探査システムにおいて、データ収集装置でデータの正常性確認を行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明においては、バイブレータが予め設定された開始時刻、継続時間情報に基づいて発生させた同一パターンの複数回の振動を、受振器が観測し、受振器が観測した複数の振動波データを記録するデータ記録装置が、記録した複数の振動波データを、複数の振動波データに分割し、分割した各振動波データを加算処理し、分割数分の１に削減し、データ収集装置へ送信するようにした。
【００２０】
また、本発明においては、受振器が観測した複数の振動波データを記録したデータ記録装置から、振動波データを収集するデータ収集装置が、バイブレータの振動パターンに関する情報を複数のデータ記録装置に送信し、複数のデータ記録装置から、振動パターンを用いて相互相関処理を行った結果得られた振動波の振幅および到達時間情報を受信するようにした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、データ記録装置内において、受振器が観測した信号のＳＮ比を向上させるデータ処理を行うことができ、その処理により無線通信で送信するデータ容量を低減でき、無線通信で送信における電力消費を低減できる。
また、本発明によれば、受振器および／またはデータ記録装置が、データ収集装置にＱＣ情報を送信する物理探査システムにおいて、データ収集装置でデータの正常性確認を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例における物理探査システムの構成を説明する図である。
【図２】本発明の一実施例におけるデータ記録装置の構成を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例におけるデータ収集装置の構成を説明する図である。
【図４】本発明の一実施例におけるデータ記録装置のパラメータ格納部およびデータ収集装置のパラメータ格納部のパラメータ格納イメージを説明する図である。
【図５】本発明の一実施例におけるデータ記録装置における前処理を説明する図である。
【図６】本発明の一実施例におけるデータ収集装置のパラメータ格納部ならびにデータ記録装置のパラメータ格納部および演算データ格納部のデータ格納イメージ図を説明する図である。
【図７】本発明の一実施例におけるデータ記録装置におけるデータ処理方法を説明する図である。
【図８】本発明の一実施例におけるデータ記録装置の構成を説明する図である。
【図９】本発明の一実施例におけるデータ収集装置のパラメータ格納部およびデータ記録装置のパラメータ格納部のパラメータ格納イメージを説明する図である。
【図１０】相互相関処理について説明する図である。
【図１１】本発明の一実施例におけるデータ記録装置の演算データ格納部のデータ格納イメージを説明する図である。
【図１２】本発明の一実施例におけるデータ収集装置の構成を説明する図である。
【図１３】本発明の一実施例におけるデータ収集装置の表示部の表示例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施例におけるデータ収集装置の表示部の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
まず、本発明が適用される物理探査システム全体の構成を説明する。
図１は、本発明の一実施例における物理探査システムの構成を説明する図である。
【００２５】
物理探査システムは、地表に振動を印加するバイブレータ１０１、振動を測定する受振器１０２、受振器が測定したデータを内部の記録領域に格納するデータ記録装置１０３、データ記録装置１０３に格納されたデータを収集するデータ収集装置１０４、データ記録装置が、内部に格納したデータをデータ収集装置に送信する際にデータ送信を中継する中継装置１０５で構成される。図１において、データ記録装置１０３ａは、バイブレータの近傍に位置し、データ記録装置１０３ｂは、バイブレータの遠方に位置する。
図１に示した例では、受振器１０２とデータ記録装置１０３間は有線回線で接続され、データ記録装置１０３と中継装置１０５間は無線通信を行い、中継装置１０５とデータ収集装置１０４は有線回線で接続される構成を例として示している。これ以外にも、受振器１０２とデータ記録装置１０３間、中継装置１０５とデータ収集装置１０４間も、無線回線で接続される構成としてもよい。
【００２６】
中継装置１０５は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの方式で無線通信する機能と、光ファイバもしくは同軸ケーブルを用いた有線通信を行う機能を持ち、データ記録装置１０３と無線通信を行う。
【００２７】
データ収集装置１０４は、光ファイバもしくは同軸ケーブルを用いた有線通信を行う機能を持ち、中継装置１０５と通信を行う。また、データ収集装置１０４は、データを収集する機能と、バイブレータ１０１およびデータ記録装置１０３を制御する機能を持つ。データ収集装置１０４は、これらの装置を制御するためのパラメータをデータ記録装置１０３には中継装置１０５を介して送信し、バイブレータ１０１には無線通信を用いて送信する。データ収集装置１０４とバイブレータ１０１間の無線通信は、データ記録装置１０３と中継装置１０５間の無線通信とは異なる無線通信方式を用いてもよい。
【００２８】
バイブレータ１０１は、地表に振動を印加する機能の他に、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）信号などから時刻情報や位置情報を取得する機能と、取得した時刻情報と位置情報を管理する機能、無線通信を行う機能を持ち、データ収集装置１０４と通信を行う。バイブレータ１０１は、データ収集装置１０４から送信されたパラメータに基づいた振動を地表に印加する。
【００２９】
図２は、本発明の一実施例におけるデータ記録装置の構成を説明する図である。
データ記録装置１０３は、メムス（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いた受振器とのインタフェースとなる受振器ＩＦ（ＭＥＭＳ）２０８、ジオフォンを用いた受振器とのインタフェースとなる受振器ＩＦ（ジオフォン）２０９、受振器ＩＦ（ジオフォン）２０９から入力されたジオフォンが観測した速度情報のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２１０、デジタル信号に変換した速度情報に伝達関数をかけて加速度情報に変換する伝達関数部２１１、受振器ＩＦ２０８が受信したデータおよび伝達関数部２１１が加速度情報に変換したデータを保存する取得データ格納部２１５、取得データ格納部２１５に保存されたデータに分割や加算や乗算等の演算処理を行う演算部２０６、演算部２０６での処理結果等を格納する演算データ格納部２０１、演算データ格納部２０１に格納されたデータをＷｉ−Ｆｉ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの無線方式を用いて中継装置に送信する無線送信部２０３、中継装置からの無線通信信号を受信しデータの復調を行う無線受信部２０２、復調したデータからパラメータを取り出し格納するパラメータ格納部２０４、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部２０７、受信したＧＰＳ信号から抽出した時刻情報を管理する時刻管理部２０５、データ記録装置１０３の各部を駆動させるための電池２１３、電池２１３を充電する際の外部装置とのインタフェースとなる充電ＩＦ２１４、取得データ格納部２１５内のデータを取り出す際の外部装置とのインタフェースとなる外部装置ＩＦ２１２、から構成される。
【００３０】
図３は、本発明の一実施例におけるデータ収集装置の構成を説明する図である。
データ収集装置１０４は、バイブレータを制御するためのパラメータを格納するパラメータ格納部（バイブレータ）３０１、中継装置１０５との通信のインタフェースとなる有線ＩＦ３０２、有線ＩＦで受信したデータを格納するデータ格納部３０３、格納されたデータを表示する表示部３０４、バイブレータとの無線通信を行う無線送受信部３０５、データ記録装置１０３を制御するためのパラメータを格納するパラメータ格納部（データ記録装置）３０６から構成される。
【００３１】
次に、本実施例における、受振器１０２、データ記録装置１０３、データ収集装置１０４、バイブレータ１０１、中継装置１０５の動作を、振動印加前、振動印加途中、振動印加後の３ステップに分けて説明する。
【００３２】
まず、バイブレータ１０１による振動印加前における各装置の動作について説明する。
探査エリアに、受振器１０２、データ記録装置１０３、中継装置１０５、データ収集装置１０４、バイブレータ１０１を配備する。
データ収集装置１０４は、オペレータが設定したバイブレータ１０１が地表に印加する振動の印加回数、各回の印加開始時刻、各回の印加時間長をパラメータ格納部（バイブレータ）３０１に格納している。バイブレータに関するパラメータは、予め設定しておいてもよいし、探査エリアの状況に合わせて、設定し直すことも可能である。また、データ収集装置１０４は、バイブレータ１０１が地表に印加する振動の印加回数、各回の印加開始時刻、各回の印加時間長、データ記録装置１０３がデータを取得する際のサンプリング時間をパラメータ格納部（データ記録装置）３０６に格納している。データ収集装置１０４はパラメータ格納部（バイブレータ）３０１にある情報をバイブレータ１０１に、パラメータ格納部（データ記録装置）３０６にある情報をデータ記録装置１０３に送信する。
バイブレータ１０１は、データ収集装置１０４から送信された振動の印加回数、各回の印加開始時刻、各回の印加時間長を取得し保持する。
データ記録装置１０３は、データ収集装置１０４から送信されたパラメータと、その他にＧＰＳ信号から得たデータ記録装置１０３の位置情報をパラメータ格納部２０４に格納する。
図４（ａ）に、本発明の一実施例におけるデータ記録装置のパラメータ格納部のデータ格納イメージ図を示す。
図４（ｂ）に、本発明の一実施例におけるデータ収集装置のパラメータ格納部（バイブレータ）のデータ格納イメージ図を示す。
またデータ記録装置１０３は、ＧＰＳ信号から得た時刻情報を時刻管理部２０５に格納する。
【００３３】
次に、バイブレータ１０１による振動印加途中における各装置の動作について説明する。
バイブレータ１０１は、データ収集装置から予め無線通信により受信し、バイブレータ内部に保持している印加回数、各回の印加開始時刻、各回の印加時間長に従って、地表に振動を印加する。
データ記録装置１０３は、データ記録装置１０３内のパラメータ格納部２０４に格納された振動の印加開始時刻と印加時間長とサンプリング時間に従い、初回振動開始から最終振動回の印加時間長後の予め設定した時間まで受振器が観測した振動波データを取得し続け、データ記録装置１０３の取得データ格納部２１５に保存する。
【００３４】
最後に、バイブレータ１０１による振動の印加後における各装置の動作について説明する。
データ記録装置１０３は取得した振動波データに後述する前処理を行った後、振動波データとデータ記録装置１０３の位置情報を無線通信を用いて中継装置１０５に送信する。中継装置１０５は有線通信を用いてデータ収集装置１０４に振動波データと位置情報を送信することで、データ収集装置１０４はデータを収集する。
本実施例では、データ記録装置１０３が前処理を実施することにより、無線送信するデータ量を削減している。
【００３５】
次に前処理の方法について説明する。
図５は、本発明の一実施例におけるデータ記録装置が行う前処理を説明する図である。
バイブレータ１０１は、全く同じ振動パターンを再現し、その振動パターンを複数回印加することができる。そのため、受振器１０２は、全く同じパターンの反射波にノイズが重畳した振動波を観測することになる。また、図５に示すように、データ記録装置１０３に保存されたデータをバイブレータの各振動印加開始時刻を先頭に分割すると、それぞれの分割データの同じ位置に反射波データが含まれることになる。
【００３６】
データ記録装置１０３の演算部２０６は、取得データ格納部２１５に保存されたデータを、バイブレータの各振動印加開始時刻を先頭にデータを分割し（Ｓ５０１）、それらのデータを足し合わせ、演算データ格納部２０１に加算データとして格納する（Ｓ５０２）。データ記録装置１０３は以上の前処理を行い、生成した加算データを中継装置１０５に送信する。
【００３７】
反射波のパターンは毎回同じである一方、ノイズは回毎に異なる。従って上記の加算処理により、反射波部分が強められたデータを生成することができ、データの有効性を失わずにデータ量を１／印加回数に削減することができる。また、反射波部分が強められることにより、反射波とノイズのＳＮ比が向上する。
【００３８】
データ記録装置１０３の取得データ格納部２１５に保存されたデータは、データ記録装置１０３を探査エリアから回収した後に、外部装置ＩＦ２１２から出力することで収集される。
受振器がジオフォンである場合、上述の前処理の前に、伝達関数処理部２１１にて受振器の観測データであり相対速度を絶対加速度に変換する処理を行う。
本実施例における受振器１０２とデータ記録装置１０３は、一体型の装置であってもよい。
【実施例２】
【００３９】
実施例２では、データ記録装置における前処理として、別の処理を用いることによるデータの削減方法について説明する。
本実施例における全体のシステム構成は実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００４０】
本実施例における各装置の動作について、振動印加前、振動印加途中、振動印加後の３ステップに分けて説明する。なお、実施例１と同じ動作をする部分については、説明を省略する。
【００４１】
まず、振動印加前における各装置の動作について、実施例１で記した動作以外について説明する。
バイブレータ１０１は、ＧＰＳ信号からバイブレータ１０１の位置情報を取得し、取得した位置情報を無線通信を用いてデータ収集装置１０４へ送信する。データ収集装置１０４は、実施例１のパラメータに加えて、バイブレータ１０１から送信された位置情報をパラメータ格納部（バイブレータ）３０１に格納し、パラメータ格納部（データ記録装置）３０６には、実施例１のパラメータに加えて、バイブレータによる振動の反射波が探査エリアを伝播する想定伝播速度を格納する。想定伝搬速度については後述する。
図６（ａ）に、本発明の一実施例におけるデータ収集装置のバイブレータ用パラメータ格納部のデータ格納イメージ図を示す。
図６（ｂ）に、本発明の一実施例におけるデータ記録装置のパラメータ格納部のデータ格納イメージ図を示す。
図６（ｃ）に、本発明の一実施例におけるデータ記録装置の演算データ格納部のデータ格納イメージ図を示す。
【００４２】
データ収集装置１０４は、パラメータ格納部（バイブレータ）３０１にある情報をバイブレータ１０１に、パラメータ格納部（データ記録装置）３０６にある情報をデータ記録装置１０３に送信する。この時のデータ収集装置１０４のパラメータ格納部３０１（バイブレータ）は、図６（ａ）に示すように、バイブレータの位置情報と、バイブレータが振動を印加する回毎の印加開始時刻、印加時間長の情報を格納している。
データ記録装置１０３のパラメータ格納部２０４は、図６（ｂ）に示すように、サンプリング時間、バイブレータの位置情報、データ記録装置の位置情報、想定伝搬速度に加え、バイブレータが振動を印加する回毎の印加開始時刻、印加時間長の情報を持つ。
【００４３】
データ記録装置１０３における実施例１で記した以外の動作として、演算部２０６は、パラメータ格納部２０４にあるデータ記録装置１０３自身がＧＰＳ信号から取得したデータ記録装置１０３の位置情報と、データ収集装置１０４から送信されてきたバイブレータ１０１の位置情報を用いて、データ記録装置１０３とバイブレータ１０１の距離を算出し、演算データ格納部２０１に格納する。そして演算部２０６は、算出したデータ記録装置１０３とバイブレータ１０１の距離と反射波の想定伝播速度を基に、バイブレータによる振動の反射波がデータ記録装置１０３の位置に到達する伝播時間と反射波到達予想時刻を算出し、演算データ格納部２０１に格納する。伝播速度は一般的な地震波の伝播速度から求まるが、地下の構造や物質により異なるため、伝播時間と到達予測時刻の演算に用いる想定伝播速度は、探査エリアで想定される伝播速度よりも速い速度を用いる。
【００４４】
振動印加途中と振動印加後の前処理以外の各装置の動作については、実施例１と同じであるため、説明は省略する。
【００４５】
次に図７を用いて、本実施例における前処理の方法について説明する。
本実施例では、図７に示すように、データ記録装置１０３の演算部２０６は、取得データ格納部２１５に保存されているデータを、パラメータ格納部２０４に格納された各振動印加回の反射波の到達予想時刻を先頭に分割し（Ｓ７０１）、分割したデータを足し合わせることで、反射波部分が強められたデータを生成する。そして演算部２０６は、足し合わせにより生成したデータを加算データとして演算データ格納部２０１に格納する（Ｓ７０２）。
図６（ｃ）に、本発明の一実施例におけるデータ記録装置の演算データ格納部の格納データのイメージを示す。
図６（ｃ）に示すように、データ記録装置の演算データ格納部にはバイブレータとデータ記録装置の距離の演算結果と、印加回数毎の反射波到達予測時刻の計算結果と、反射波の到達予想時刻を先頭に分割し、分割したデータを足し合わせた加算データを格納している。
データ記録装置１０３は以上の前処理を行い、生成した加算データを中継装置１０５に送信する。
【００４６】
図７に示すように、各振動印加回の反射波の到達予想時刻は、バイブレータの遠方に位置するデータ記録装置１０３ｂにおいては、バイブレータの近傍に位置するデータ記録装置１０３ａよりも遅くなる。図７では、データ記録装置に記録されたデータを、各振動印加回の反射波の到達予想時刻を先頭とし、バイブレータにおける次回の振動の開始時刻までの時間長で分割する例を示している。分割データ長は、振動の開始時刻間隔に基づいて設定する他、振動の印加時間長に基づいて設定することも考えられる。
このようにバイブレータとの距離に応じてデータの分割開始タイミングを変えることで、実施例１で生成したデータよりもさらに反射波到達までのノイズ部分のデータ量を削減することができる。
【実施例３】
【００４７】
実施例３では、本発明のデータ記録装置におけるデータの前処理方法の別の例について説明する。
本実施例における全体のシステム構成は、実施例１および２と同じであるため説明は省略する。
本実施例におけるデータ記録装置１３０は、実施例１で記した機能部の他に、演算データ格納部２０１に格納されたデータから振幅や時刻情報などを抽出する反射波検出部８０１を持つ。
図８は、本発明の一実施例におけるデータ記録装置の構成を説明する図である。
本実施例における各装置の動作について、バイブレータによる振動印加前、振動印加途中、振動印加後の３ステップに分けて説明する。
【００４８】
振動印加前における各装置の動作について、実施例２と異なる部分の動作について説明する。
図９（ａ）は、本発明の一実施例におけるデータ収集装置のパラメータ格納部のデータ格納イメージを説明する図である。  図９（ｂ）は、本発明の一実施例におけるデータ記録装置のパラメータ格納部のデータ格納イメージを説明する図である。
本実施例では、データ収集装置１０４のパラメータ格納部（バイブレータ）３０１に、実施例２に記したパラメータに加えて、バイブレータ１０１が印加する振動パターンに関する情報も格納する。そして、データ収集装置１０４は、バイブレータ１０１が印加する振動パターンに関する情報を、パラメータ格納部（データ記録装置）３０６にも格納する。データ収集装置１０４は、データ収集装置１０４内のパラメータ格納部（バイブレータ）３０１にある情報をバイブレータ１０１に送信し、また、パラメータ格納部（データ記録装置）３０６にある情報をデータ記録装置１３０に送信する。この結果、本実施例においては、データ記録装置１３０のパラメータ格納部２０４には、図９（ｂ）に示すように、バイブレータが振動を印加する回数毎に、印加開始時刻、印加時間長、さらにはサンプリング時間、バイブレータの位置情報、データ記録装置の位置情報が格納される他、本実施例ではバイブレータの振動パターンが格納される。
振動パターンに関する情報として、本実施例ではバイブレータ１０１が印加する振動波形データを格納するが、バイブレータ１０１が印加する振動波形を生成するために必要なパラメータ値、もしくは事前に定義しておいた振動パターンの選択などの情報でもよい。
【００４９】
振動印加途中と振動印加後の前処理以外の各装置の動作については、実施例２と同じであるため、説明は省略する。
【００５０】
本実施例における前処理の方法について説明する。
バイブレータ１０１が地表に印加する振動は、地下を伝播することで振幅が小さく多くのノイズが重畳した反射波としてデータ記録装置１３０で取得される。しかし、本実施例では、データ記録装置１３０はパラメータ格納部２０４にバイブレータ１０１の振動パターンの情報を有しており、バイブレータ１０１が印加する振動パターンは特定できている。そのため、データ記録装置１３０で取得したデータとバイブレータ１０１が印加した振動パターンの相互相関処理を行うことでデータ記録装置１３０が取得データから反射波の到達タイミングを得ることができる。
【００５１】
ここで、相互相関処理について説明する。
図１０は、相互相関処理について説明する図である。
２つの波形データのうち、データ記録装置１３０が取得した振動波データをｆ（ｔ）、バイブレータ１０１が印加する振動波データをｇ（ｔ）、Ｎをデータ数とすると、相互相関関数Ｓ（τ）は、次式で表される。
【００５２】
【数１】
0006324290.tif 000002
これは振動波データｆ（ｔ）に、振動波データｇ（ｔ）を時間τずらして乗算し加算することを繰り返し行い相関値Ｓ（τ）を得るもので、ある時間ずらした時に相互の振動波データに高い相関があれば高い相関値Ｓ（τ）を得ることができる。上記に従い、データ記録装置１３０が取得した振動波データｆ（ｔ）に、バイブレータ１０１が印加する振動波データｇ（ｔ）を時間をずらして乗算し加算することを繰り返すことにより、反射波の振幅およびタイミングを得ることができる。
【００５３】
例として、図１０（ａ）にバイブレータによる印加振動波形ｇ（ｔ）を、図１０（ｂ）にデータ記録装置の振動波形ｆ（ｔ）を示す。ここで、ｆ（ｔ）はｇ（ｔ）を時間Δｔだけずらしたものとする。この二つの相互相関を取ることで、図１０（ｃ）に示すパルス波形を得ることができる。このパルス波形から、２つの振動波データは時間Δｔずれた点で高い相関があることがわかる。なお、時間Δｔはデータ記録装置１３０の位置までの反射波の伝播時間を意味する。
また、相互相関により得られた（ｃ）に示すパルス波形のエネルギーは、（ｂ）に示す長時間の小さい振幅の振動波が持つ振動エネルギーと等価であることを意味する。つまり、パルス波形の振幅はデータ記録装置１３０で取得した反射波の振幅である。以上から、相互相関処理でパルス波形を得ることで、データ記録装置１３０にて取得した反射波の振幅および到達時刻が特定できる。
【００５４】
本実施例におけるデータ記録装置１３０では、上記の相互相関処理を演算部２０６にて行う。詳細には、演算部２０６は、実施例２で記した動作に従い、取得データ格納部２１５に保存されたデータを分割して足し合わせて加算データを生成し、演算データ格納部２０１に格納する。次に、演算部２０６は、パラメータ格納部２０４にある振動パターンに関する情報を基に、バイブレータ１０１が印加した振動波データを生成し、演算データ格納部２０１に格納する。そして演算部２０６は、演算データ格納部２０１に格納されている加算データとバイブレータの振動波データの相互相関処理を行い、反射波のパルス波形データを生成し、演算データ格納部２０１に格納する。
【００５５】
データ記録装置１３０の反射波検出部８０１は、演算データ格納部２０１の反射波のパルス波形データから、単位時間あたりの振幅の変化量が予め設定した値よりも大きい箇所を変化量の大きい順に複数点特定し、それぞれの箇所における振幅値とデータ先頭からのずれ時間を抽出することにより反射波の振幅と到達時刻情報を得る。そして、反射波検出部８０１は抽出した振幅と到達時刻の情報を演算データ格納部２０１に格納する。また、パラメータ格納部２０４に格納されている位置情報を演算データ格納部２０１に格納する。
図１１に、本発明の一実施例におけるデータ記録装置の演算データ格納部のデータ格納イメージを示す。
本実施例では、データ記録装置１３０の演算データ格納部２０１には、バイブレータとデータ記録装置の距離の演算結果、印加回毎の反射波到達予想時刻の演算結果、データ収集装置から送信されてきたバイブレータの振動波形データ、データ記録装置自身が取得した位置情報、加算データの他、相互相関処理により抽出した、反射波のパルス波形データ、反射波の振幅、反射波の到達時刻、が格納されている。
【００５６】
データ記録装置１３０は以上の前処理を行い、演算データ格納部２０１に格納された反射波の振幅と反射波の到達時刻情報およびデータ記録装置の位置情報を中継装置１０５に送信する。中継装置１０５はそれらデータをデータ収集装置１０４に送信する。
このように、データ記録装置１３０が送信するデータは反射波の振幅と到達時刻情報とデータ記録装置の位置情報だけであるため、送信するデータ量を実施例２よりもさらに小さくすることができる。
【００５７】
なお本実施例では、実施例２に従って加算データを生成したが、実施例１に従って生成した加算データを用いてもよい。
【実施例４】
【００５８】
実施例４では、データ収集装置におけるデータの正常性の確認方法について説明する。
図１２は、本発明の一実施例におけるデータ収集装置の構成を説明する図である。
データ収集装置１４０は、実施例１の図３と異なる部分として、データ格納部３０３に格納されたデータの比較を行うデータ比較部１２０１を有する。
【００５９】
データ収集装置１４０におけるデータ記録装置にて取得したデータの正常性の確認方法について説明する。
データ収集装置１４０は、実施例３にてデータ記録装置１３０から送信された反射波の振幅と到達時刻情報および位置情報をデータ格納部３０３に格納し、それを表示部３０４に表示する。
【００６０】
図１３は、本発明の一実施例におけるデータ収集装置の表示部の表示イメージを説明する図である。  図の中心にあるバツ印はバイブレータ１０１の位置を表し、バツ印の周囲にある円はデータ記録装置１３０を表す。
各円の大きさは各データ収集装置が観測した反射波の振幅の大きさを表しており、データ記録装置１３０が観測した反射波の振幅が大きいほど半径を大きく表示する。各円の内側の色もしくはパターンは、反射波の到達時刻を表しており、図１３では、バイブレータによる振動印加開始時刻からの時間が経過するほど色が薄くなるように表示する。
【００６１】
これにより、バイブレータ１０１周辺のデータ記録装置は、バイブレータによる振動印加開始時刻から早い時間で大きい振幅の反射波を観測したことを表すことができ、バイブレータ１０１から遠方のデータ記録装置は、バイブレータによる振動印加開始時刻から一定時間経過後に弱い振幅の反射波を観測したことを表すことができる。
【００６２】
データ収集装置１４０のデータ比較部１２０１は、データ格納部３０３に格納されているデータ記録装置の位置情報から隣接する複数台のデータ記録装置でグループを設定する。そして、グループ内のデータ記録装置の反射波の振幅と到達時刻情報を比較し、振幅の大きさや到達時刻の差が予め設定した範囲を超える場合に、表示部にデータ取得に不備がある可能性のあるグループを表示させる。
【００６３】
図１４は、本発明の一実施例におけるデータ収集装置の表示部の表示イメージを説明する図である。
図１４においても、図１３と同様に、図の中心にあるバツ印はバイブレータ１０１の位置を、バツ印の周囲にある円はデータ記録装置１３０を表し、各円の大きさは各データ収集装置が観測した反射波の振幅が大きいほど半径を大きく、反射波の到達時刻については、振動印加開始時刻からの時間が経過するほど色が薄くなるように表示している。図１４の一点鎖線は、振幅の大きさや到達時刻の差が予め設定した範囲を超えるために、データ取得に不備がある可能性のあるデータ記録装置のグループを示している。
図１４に表示例を示すような可視的な表示を行うことにより、グループ内のデータ記録装置が取得したデータに不備がある可能性を容易に判断できる。
以上のようにデータ収集装置１４０にて、データ記録装置で取得したデータの正常性を確認することができる。
【００６４】
以上説明したように、データ記録装置が、データ収集装置にＱＣ情報だけを送信する物理探査システムにおいても、データ記録装置が受振器およびデータ記録装置で取得した反射波のＳＮ比を向上させて反射波の振幅や到達タイミングなどの情報を抽出し、その情報をデータ収集装置に送信することで、データ収集装置でデータの正常性確認を行うことができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０１  バイブレータ
１０２  受振器
１０３、１３０  データ記録装置
１０４、１４０  データ収集装置
１０５  中継装置
２０１  演算データ格納部
２０２  無線受信部
２０３  無線送信部
２０４  パラメータ格納部
２０５  時刻管理部
２０６  演算部
２０７  ＧＰＳ信号受信部
２０８  受振器ＩＦ（ＭＥＭＳ）
２０９  受振器ＩＦ（ジオフォン）
２１０  Ａ／Ｄ変換部
２１１  伝達関数処理部
２１２  外部装置ＩＦ
２１３  電池
２１４  充電ＩＦ
２１５  取得データ格納部
３０１  パラメータ格納部（バイブレータ）
３０２  有線ＩＦ
３０３  データ格納部
３０４  表示部
３０５  無線送受信部
３０６  パラメータ格納部（データ記録装置）
８０１  反射波検出部
１２０１  データ比較部
【図１】
0006324290.tif 000003
【図２】
0006324290.tif 000004
【図３】
0006324290.tif 000005
【図４】
0006324290.tif 000006
【図５】
0006324290.tif 000007
【図６】
0006324290.tif 000008
【図７】
0006324290.tif 000009
【図８】
0006324290.tif 000010
【図９】
0006324290.tif 000011
【図１０】
0006324290.tif 000012
【図１１】
0006324290.tif 000013
【図１２】
0006324290.tif 000014
【図１３】
0006324290.tif 000015
【図１４】
0006324290.tif 000016