平成 31 年度学長裁量研究成果報告（様式２号）その２

島原市におけるボーリングコアの画像解析と透水係数の推定
研究年度

平成 31 年度

研究代表者名 平岡 透
共同研究者名 片山 徹也
１．はじめに現在，日本各地で地下水の汚染が問題となっており，地下水汚染の対策を行う必要がある．そのためには，数値計算を用いて汚染が広がってきた過程を再現することや汚染対策の効果について検討を加えることが必要となる．数値計算で必要となる透水係数や分散係数などのパラメータの設定において，経済的条件や土地条件から単一の観測孔しか設けることができないことが多いため，トレーサー試験によって各種パラメータの値を求めていることが多い．
本研究では，トレーサー試験を行わずに，ボーリングコアの画像を取得して，画像解析によって透水係数の値を推定する方法を開発することを目的とする．ボーリングコアは，ボーリングの際に必ず得られるので，別途手間が発生しない．本研究の方法が確立できれば，トレーサー試験よりも簡易かつ安価に透水係数を求めることができる．本研究の対象地域として，硝酸性窒素による地下水汚染が生じている長崎県島原市を取り上げる．しかしながら，ボーリングコアの状態が悪かったため，今回は長崎市浦上川で採取された川砂を用いて砂礫試料を作成し，その表面画像と飽和透水係数を用いた実験を行った．

２．研究成果２．１ ボーリングコアの撮影
2019 年 9 月 5 日に長崎大学でボーリングコアの撮影を行った．ボーリングコアは，2012
年 9 月 18 日から 2019 年 11 月 30 日にかけて，島原市立三会小学校（島原市中原町 1462）で行われた地下水観測孔およびオールコアボーリングの業務（長崎大学中川啓教授担当）で採取されたものである．ボーリング孔は内径 5.1cm，深度 50m であり，長崎大学に保存されているボーリングコアは 1m 間隔で 50 本に分割されて保存されている．撮影したボーリングコアの一例を図 1 に示す．

図 1 撮影したボーリングコア1

平成 31 年度学長裁量研究成果報告（様式２号）その２

２．２ 川砂による砂礫試料の撮影
2019 年 11 月 22 日に長崎大学で川砂による砂礫試料の撮影を行った．砂礫試料は，長崎市浦上川で採取したものである．採取地点は，長崎大学文教キャンパスから北東方向に約 1km のところに位置し，山間部と平野部の中間に位置しており，川底には砂や礫の堆積物が見られた．採取した川砂は，ふるいによって 3 種類に分類した．ふるいは目開き 0.5mm，1 mm，2 mm，4 mm の 4 種類を使用し，0.5-1.0，1.0 - 2.0，2.0 - 4.0 mm の範囲に残存したものをそれぞれ砂礫試料 A，B，C と定義した．砂礫試料 A，B，C を一定の混合比で組み合わせることによって 25 種類の砂礫試料を作成した．撮影した砂礫試料の一例を図 2に示す．砂礫試料の透水係数は，定水位透水試験を用いて求めた．

図 2 撮影した砂礫試料
２．３

砂礫試料画像からの特徴量の抽出

砂礫試料画像から特徴量を抽出するために，同時生起行列から 13 種類の特徴量を計算した．同時生起行列に基づく行列の要素は，平行移動，拡大・縮小，45°，90°，135°の回転に関し不変である．
２．４ 特徴量と透水係数の相関分析
13 種類の特徴量と透水係数の相関分析を行った．この結果を表 1 に示す．
表 1 特徴量と透水係数の相関係数
特徴量

相関係数

特徴量

相関係数

f10.49985

f80.44325

f2-0.68288

f9-0.43806

f30.71261

f10-0.67151

f40.44772

f11-0.68275

f50.68777

f12-0.74105

f6-0.68187

f130.71095

f70.46412

2平成 31 年度学長裁量研究成果報告（様式２号）その２２．５

特徴量と透水係数の重回帰分析

13 種類の特徴量と透水係数の重回帰分析を行った．13 種類の特徴量を用いた重回帰分
析の結果を表 2 に示す．また，最終的に最適な 4 種類の特徴量を用いた重回帰分析の結果を表 3 に示す．また，4 種類の特徴量を用いた重回帰分析による予測値と残差の結果を表4 に示す．
表 2 13 種類の特徴量を用いた重回帰分析の結果
説明変数

係数

標準誤差

t値

p値

切片

-145.7167

239.7130-0.6079

0.5546-668.0064

376.5730

f12736.0372

487.1998

1.51080.1567-325.4800

1797.5544

f3-47.6262

242.3353-0.19650.8475-575.6294

480.3770

f13298.7520

496.7638

0.6014

0.5588-783.6033

1381.1074

f5-20.6715

59.3245-0.3484

0.7335-149.9285

108.5854

f20.4020

0.4171

0.96370.3542-0.5068

1.3108f11-61.7627

22.6626-2.7253

0.0184-111.1403-12.3851

f6-0.03230.0097-3.31450.0062-0.0535-0.0111f10-0.25160.7022-0.35830.7264-1.7815

1.2783f1

2903.6119

3824.6737

0.7592

0.4624-5429.6362

11236.8600

f7

0.00010.00400.0324

0.9747-0.0086

0.0088f4

0.00050.01600.0324

0.9747-0.03430.0353f8

140.4518

116.7431

1.20310.2521-113.9095

394.8132f9-64.4298

65.6911-0.9808

0.3461-207.5583

78.69880.8709決定係数

下限 95%

自由度修正済み決定係数

上限 95%

0.6585

表 3 4 種類の特徴量を用いた重回帰分析の結果

t値

p値

4.0297

4.19680.000448.505925.3175

217.0522

41.91195.17880.00004

129.6255

304.4790

f11-35.0067

6.6337-5.27710.00003-48.8445-21.1689

f6-0.0347

0.0071-4.87700.00009-0.0496-0.0199f8

24.1957

4.56075.30530.0000314.682333.7092

説明変数

係数

切片

16.9117

f12

決定係数

標準誤差

0.8158

下限 95%

自由度修正済み決定係数

上限 95%

0.77903平成 31 年度学長裁量研究成果報告（様式２号）その２

表 4 予測値と残差
試料名

透水係数(cm/s)

予測値

残差A

0.1982090.19282

0.00538

B0.625274

0.49208

0.13319

C0.646581

0.565940.08064

AB110.240938

0.26957-0.02863

AB120.272911

0.32501-0.05210

AB130.301884

0.223150.07873

AB210.216289

0.23658-0.02029

AB310.167738

0.157260.01048

BC110.451516

0.53679-0.08527

BC120.460889

0.50905-0.04816

BC130.643711

0.516410.12730

BC210.490630

0.54605-0.05542

BC310.478969

0.477700.00127ABC111

0.317013

0.270410.04660

ABC1120.216749

0.26972-0.05297

ABC1130.264488

0.35131-0.08682

ABC1210.310105

0.34563-0.03552

ABC131

0.326489

0.253070.07342

ABC2110.238635

0.31521-0.07658

ABC3110.1602520.17382-0.01357

ABC1230.322179

0.311170.01101

ABC2130.198444

0.27585-0.07741

ABC2310.224609

0.24595-0.02134

ABC3120.181352

0.09300

0.08835

ABC3210.189012

0.19132-0.00230

３．おわりに砂礫試料画像から透水係数を予測する式を導出するために，画像解析により画像の特徴量を求め，透水試験により求めた透水係数と特徴量を用いて重回帰分析を行った結果についてまとめた．
今後の課題は，本研究の成果をボーリングコア画像に適用することである．

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