WEP40

測量シミュレーションとデータの⽐較
A Comparison Between The Simulation & Data
In The Accelerator Control Survey
岡安 雄⼀ @ KEK

1. 概要

・2020 年より全⻑約 650 m の KEK 電⼦陽電⼦⼊射器に全系測量を導⼊ [1]．
・網解析で得られる測量誤差分布は，周期性のあるリング型加速器と異なり，特異な分布を⽰し，再現性がある．器械点と共通基準点† の配置に改善の余地あり．
(† : 3 器械点以上により重複測量される基準点の意)

⽬的 :1. 全ての機器が同⼀平⾯上を基準に配置 (測地線の影響なし)，空調等の外乱なしで実測量を可能な限り再現した測量シミュレーションを Hexagon 社 Spatial Analyzer
Ultimate (SA) で構築 [2]．
2. 器械点と共通基準点を最適化し，測量誤差の低減を図る．
3. ⼀連のシミュレーションに必要な情報を開⽰し，誰もが簡単に測量シミュレーションが可能になることを⽬指す．

2. 測量実データの解析

表 1 : セクター毎の⻑さ，ユニット数，電磁⽯数，参照基準点数

3. 測量シミュレーション
境界条件 :
Case 1 : ユニット当たりの器械点 1，参照基準点 2 (実測量と同じ条件)
Case 2 : ユニット当たりの器械点 2，参照基準点 6の 2 ケースについて仮想的に網測量・網計算を実施．
本報告での検証 :・Case1 VS. Case 2 で測量誤差は果たして改善されるか︖
・Case 1 と実測量の測量誤差⽐較計算に必要な情報 :1) 全器械点の座標 (レーザートラッカーのみ) :器械点名，x, y, zをリスト化して instrument.txt などの ASCII 形式で⽤意．
2) 各レーザートラッカー器械点で測量する基準点の座標 :器械点名，基準点名，x, y, zをリスト化して meas.txt などの ASCII 形式で⽤意．
レーザートラッカー測量データに相当．
器械点から基準点までの距離に応じて絶対距離精度・絶対⾓度精度をモンテカルロで加算．
3) デジタルレベル⽔準データ :図 1 : KEK 電⼦陽電⼦⼊射器における全系測量．
⽅⾓・セクター・座標系の定義も追記した．

使⽤する測量機器 :・Leica AT401 レーザートラッカー
絶対距離精度 : ±10 μm，絶対⾓度精度 : ±15 μm + 6 μm/m
・Trimble DiNi 0.3 デジタルレベル
0.3 mm/km (往復)
測量 & 解析⽅法 :・各ユニット 1 器械点で基準点をレーザートラッカーで測量．
A ~ 5 セクターまで移動しながら計 63 器械点で共通基準点を繋ぎながら網測量．
・A ~ 5 セクター間を⽚道 9 器械点，往復 18 器械点で 10 点の基準点⽔準をデジタルレベルで測量．
・デジタルレベルのデータセットを固定点として重み係数を設定し，レーザートラッカーのデータと併せて重み付き網解析．
・空調は他の作業者の安全を考慮して常時作動．

dini, 基準点名，zをリスト化．dini.csv などのカンマ区切り csv 形式で⽤意．測量データに相当．
器械点から基準点までの距離に応じて⽔準測量精度をモンテカルロで加算．

4) Measurement Plan (MP) スクリプトファイル
測量データを呼び込み，網解析を実⾏．詳細はプロシーディングスを参照．
計算で使⽤したソフト :Hexagon 社 Spatial Analyzer Ultimate※ 廉価版の Spatial Analyzer Professional では MP が使⽤できないので注意．
※ その他，⼆次元の制限はあるが測量誤差楕円を Microsoft Excel Visual Basic forApplications (VBA) で計算するコードは松井⽒より無償で公開されている [4]．
計算結果 :計算

実測

図 4 : 計算で得られた測量誤差分布 (左) と実測 (右) の⽐較．

・Case 2 は Case 1 に⽐べ，各ユニット当たりの器械点数 2 倍，参照基準点数 3 倍．
・測量誤差 Ux, Uy, Uz いずれも Case 2 は Case 1 に⽐べて半減．
リング型並みに低減される．
図 2 : 設計座標を基準とした基準点の x (δx) 分布 (左) と測地線補正を適⽤した基準点の⽔準 (z) 分布．
・実測 Ux の極⼤値・極⼩値分布，Uy の J-arc 近傍のステップ構造，Uz の平坦度までも〇 と △ はそれぞれ 2020 年，2021 年のデータで □ は 2021 年と 2020 年の差分．
が計算で再現された．
・x (東⻄⽅向) は J-arc 出⼝から 5 セクター終端にかけて 0.12 – 0.13 μrad の勾配．
・⼀⽅実測は計算の Case 1 (実測相当) に⽐べ Ux, Uy, Uz いずれも ~10 % 程度⼤きい．
・2021 年と 2020 年の x ⽅向の差分は 2 セクター終端 (400 m) 辺りから⼀意増加．
これは SPring-8 での実績から空調の外乱の影響と判断して概ね差し⽀えない．
建屋境界と重なることから，経年変化を監視する．
・⽔準は -1.6 mm ~ 0.5 mm の間に収束．

4. まとめ・網測量・網解析を仮想的に⾏うシミュレーションを開発，必要なツールを全て公開し，誰もが容易に測量シミュレーションが可能となることを⽬指した．
・実測の境界条件を可能な限り反映した計算で得られる測量誤差分布は，実測のそれを良く再現したが，誤差の⼤きさについては空調の外乱と考えられる．
・現状に⽐べ，器械点数を 2 倍，参照基準点数を 3 倍とすれば，測量誤差は半減することが⾒込まれる．

図 3 : 測量誤差 Ux, Uy, Uz の⽐較．左は KEK 電⼦陽電⼦⼊射器 (2020, 2021 年)，

右は SPring-8 (2018 年)．
・リング型加速器の測量誤差雲(2D では誤差楕円 [3]) はリング中⼼から動径⽅向へ分布．
・ワンパスの⼊射器では測量誤差はほぼ東⻄⽅向に分布．且つ特徴的な分布．
・2021 年にバイパス通路に器械点を設置したため，Ux (C ~ 3) で傾向が異なる．

[1] Y. Okayasu, “Survey Report For KEK Injector Linac in Tsukuba Campus”, Proc. 18th Annual
Meeting of PASJ, Aug. 9 – 12 (2021), Online, pp. 618 – 624.
[2] Y. Okayasu et al., “Control survey and analysis for the KEK e-/e+ injector linac”, Rev. Sci.
Instrum. 94 (2023) 075107. doi : 10.1063/5.0155651[3] S. Matsui et al., “From Survey to Fluctuations and Vibration Measurement for Causes ofMisalignment”, 加速器 Vol. 20, No. 1 (2023) pp. 20 – 34.
[4] S. Matsui et al., “Adjustment Program of the Horizontal Survey Network with Relative ErrorEllipse”, Proc. 12th Annual Meeting of PASJ, Aug.5–7 (2015), Tsuruga, Japan, pp.140 – 145.
第 20 回⽇本加速器学会年会 船橋市