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海底地殻変動観測における 解析手法の高度化

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海底地殻変動観測における 解析手法の高度化 - PowerPoint PPT Presentation


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海底地殻変動観測における 解析手法の高度化. 生田領野・田所敬一・安藤雅孝・奥田隆・杉本慎吾 ベサナグレンダ(名古屋大学) 久野正博(三重県科学技術振興センター). 目次. 海底地殻変動計測システム 音速構造・局位置推定手法の改良 計測手法改良案 今後の検討課題 音響システム 海中音速構造の空間変化. アンテナ位置の決定. 超音波送受信装置の 位置の決定. 音波の 走時(往復時間 /2) から海底局位置を決定. 1 .海底地殻変動計測システム. GPS 衛星. 方位・回転測定装置 ( サテライトコンパス ). 船上局 (超音波送受信装置). 海底局

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Presentation Transcript
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海底地殻変動観測における解析手法の高度化

生田領野・田所敬一・安藤雅孝・奥田隆・杉本慎吾

ベサナグレンダ(名古屋大学)

久野正博(三重県科学技術振興センター)

2005年度年次報告会@センター

slide2
目次
  • 海底地殻変動計測システム
  • 音速構造・局位置推定手法の改良
  • 計測手法改良案
  • 今後の検討課題
    • 音響システム
    • 海中音速構造の空間変化

2005年度年次報告会@センター

slide3

アンテナ位置の決定

超音波送受信装置の

位置の決定

音波の走時(往復時間/2)から海底局位置を決定

1.海底地殻変動計測システム

GPS衛星

方位・回転測定装置

(サテライトコンパス)

船上局

(超音波送受信装置)

海底局

(超音波送受信装置)

2005年度年次報告会@センター

slide4

(Xc,Yc,Zc)

(Xa,Ya,Za)

(Xa,Ya,Za)

(Xb,Yb,Zb)

V(ta)

V(ta)

V(ta)

V(tc)

V(tb)

V(tb)

Tb2

T2

Tc2

Tc1

(x2,y2,z2)

(x2,y2,z2)

(x2,y2,z2)

Tb1

T1

T1

Tb3

Tc3

T3

未知数の数;座標9成分+速度N個

 連立方程式の数;3N個

(x1,y1,z1)

(x1,y1,z1)

(x1,y1,z1)

(x1,y1,z1)

……

……

(x3,y3,z3)

(x3,y3,z3)

(x3,y3,z3)

音波の走時Tから

海底局の位置(xi, yi, zi)と海中の音速 V (t)を知りたい.

2.解析手法の改良

船上局の位置(X,Y,Z)

V(ta)

2005年度年次報告会@センター

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2.解析手法の改良

測線の分割

分割の評価

各測線の速度係数(Aj)・

海底局位置(ri)の推定

×A1,2,3,..,i

tobs-tpre=

現状の解析モデル

  •  複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通.
  •  ある時間長さの測線で速度構造が一定

初期位置の推定

3局の重心位置を「局位置」とする

2005年度年次報告会@センター

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従来の解析モデル;

2.解析手法の改良

・測線の切れ目が不連続.残差が不連続になる.

2005年度年次報告会@センター

slide7

新たな解法;

2.解析手法の改良
  •  複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通.
  •  ある時間長さの測線で速度構造が一定
  •  複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通.
  • 速度構造は滑らかに時間変化する.

速度構造f(t)

音速

時間t

・速度の時間変化f(t)を3次B-spline関数の重ね合わせで表現

・f が滑らか=>∂2f/∂t2が0に近い

2005年度年次報告会@センター

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解を評価

新たな解法;

2.解析手法の改良
  •  複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通.
  •  ある時間長さの測線で速度構造が一定
  •  複数の海底局を同時に呼んだときの速度構造が共通.
  • 速度構造は滑らかに時間変化する.

初期位置の推定

滑らかさを調整するハイパーパラメターを指定

速度係数としてのスプライン係数・海底局位置の推定

2005年度年次報告会@センター

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新たな解法;

2.解析手法の改良

・測線の切れ目は連続になり,残差の不連続も小さくなる.

2005年度年次報告会@センター

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新解析法の検証; -主に数値実験から-

2.解析手法の改良

最も適当な滑らかさを探す.

適当な局位置と速度構造の変化を与え,走時(擬似データ)を合成.

前半-後半の局位置のバラつき具合

ABIC

与えた局位置からのズレ

様々な音速構造の滑らかさで海底局位置を解く

ハイパーパラメター=音速変化の滑らかさの指標

滑らか

2005年度年次報告会@センター

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新解析法の検証; -主に数値実験から-

2.解析手法の改良

与えた&推定された速度構造

求められた海底局位置

与えた局位置

真値に最も近い解

ハイパーパラメターが一桁変っても

音速構造の滑らかさはほとんど

(~2cm程度)変らない.

ABIC

前後半比較

理想的な擬似データではABICで最適な滑らかさを推定して良さそう.

2005年度年次報告会@センター

slide12

新解析法の検証; -実際のデータでは?-

2.解析手法の改良

例;2004年7月,熊野灘における観測

前半-後半の局位置のバラつき具合

求められた海底局位置

前後半比較

ABIC最小

ABIC

収束しない

実際のデータではABICは最適な規準となり得ないようである.

原因は考察中…

ハイパーパラメター=音速変化の滑らかさの指標

滑らか

2005年度年次報告会@センター

slide13

複数局を呼んでいる部分(全体の約半分)のみを用いて推定すると・・・複数局を呼んでいる部分(全体の約半分)のみを用いて推定すると・・・

3.計測手法改良案 –数値実験から-

-1.現状の観測デザイン

「局位置」の真値☆

と推定値+

2004年7月

適当な速度構造の変化を与え,理論走時を合成する.

解のバラつき具合は変らない

Unit12

Unit13

Unit14

1km

一局のみ呼んでいる部分は局位置の推定に寄与していない.

2005年度年次報告会@センター

slide14
3.計測手法改良案 –数値実験から-

各海底局位置の真の位置からのばらつき

水平

Unit12

3つの海底局の重心から外に向かって大きなばらつきが生じる.

Unit13

Unit14

全局をどこからでも同時に呼べるようにすることで,現在より各局の水平のばらつきを抑えることができるはず.

鉛直投影

2005年度年次報告会@センター

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理論波形の自己相関

4.今後の検討課題

1.音響装置の周波数特性

信号と理論波形の相互相関(左図拡大)

ピークが不明瞭

周波数領域で振幅処理を行ったもの

トランスデューサの位相特性を見直す必要がある.

2005年度年次報告会@センター

slide16
4.今後の検討課題

音速構造の空間変化    例;2005年8月18日,熊野灘

現在時間変化に比べれば小さいが,最後には空間変化が問題になってくる.

2005年度年次報告会@センター

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5.まとめ
  • 海底地殻変動観測における解析のモデルを見直した.
  • 滑らかに時間変化する速度構造をモデルに組み込んだ.
  • 理想的な数値実験ではABICで最適な滑らかさを決められたが,実際のデータでは更に検討が必要.
  • 観測デザインについて,現状では一局ずつしか呼ばない部分が無駄であることが判った.
  • どこからでも全ての局を呼び出せる音響装置が望まれる.

2005年度年次報告会@センター