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確率インバージョンによる地中内部の可視化

研究課題

研究課題/領域番号 22K20601
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0604:社会経済農学、農業工学およびその関連分野
研究機関京都大学

研究代表者

Koch Michael・Conrad  京都大学, 農学研究科, 特定助教 (50964524)

研究期間 (年度) 2022-08-31 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードinverse problems / transdimensional / interface detection / RJMCMC / HMC / layer detection / 逆解析 / 機能診断
研究開始時の研究の概要

自然斜面の亀裂や水みち,地中のパイプラインといった地中や構造物の内部に存在する空洞形状の確率的なイメージング(可視化)を可能にすることで,自然斜面や地盤の安定性や浸透性能の評価,構造物の機能診断やその後の維持管理等に貢献する。現在の空洞探査においては,空洞形状を明確に検出できない問題があり,また内部の可視化精度も高くない。本研究は上記課題を克服するものであり,空洞の数が不明な場合であっても,空洞(固体と空洞の界面)を正確に検出できる一般的な手法を開発する。

研究実績の概要

The research focuses on visualizing subsurface accurately via stochastic inversion, identifying parameters like elastic modulus and interface geometry. The 1-D transdimensional MCMC algorithm, developed initially, now handles correlated and uncorrelated data. Tested on synthetic and real geotechnical data, it precisely detects subsurface layers, depths, and spatial properties, outperforming competitors computationally. Its standout feature is capturing uncertainty in subsurface stratification. A manuscript detailing these findings is under journal review.
Experimental results were mixed despite using a new apparatus. While hydraulic head measurements were precise, outflow rate measurements still show significant errors, albeit less than phase 1. We're reassessing our experimental approach.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

The 1-D transdimensional algorithm developed in phase 1 of this project did not work well on real data (especially for correlated data). This algorithm was improved in the last year and is now able to quantify the uncertainty in number of layers, depth of layer interfaces and random field properties of each layer. This novel algorithm developed has given a valuable insight that accounting for correlations in observation data is of vital importance. This knowledge is now being used in the development of the 2-D transdimensional algorithm.

The new experimental apparatus helped solve some issues in the experimentation program. However, some complications still exist in measuring the outflow rate and we are working on methods to improve the fidelity of these measurements.

今後の研究の推進方策

After the successful development and validation of the 1-D transdimensional algorithm on different types of cone penetration test data, work is ongoing to develop the transdimensional HMCID algorithm for void detection.

During the development of the 1-D algorithm, the PI has learnt of a method to integrate cone penetration as well as geophysical data (such as electromagnetic data) to develop higher quality 2-D images of the subsurface by repeated use of 1-D transdimensional algorithms. To this end, I am currently collaborating with geophysicists at Geoscience Australia to integrate the 1-D transdimensional algorithm for cone penetration data (already developed in this project) with their 1-D transdimensional algorithm (open source program known as HiQGA) for electromagnetic data.

A few more trials will be made to obtain reliable measurement results. Learnings from past trials have helped us make improvements in obtaining reliable data. We will continue to modify the device till suitable observations are obtained.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Assessment of HMC Parameter Updates for Piping Zone Boundary Detection2022

    • 著者名/発表者名
      Michael C. Koch, Kazunori Fujisawa and Akira Murakami
    • 雑誌名

      Proceedings of the 8th International Symposium on Geotechnical Safety and Risk (ISGSR)

      巻: - ページ: 478-483

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hydraulic Conductivity Field Marginalization in HMC Based Estimation of Piping Zone Boundary2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Fujisawa, Michael C. Koch, Misato Osugi and Akira Murakami
    • 雑誌名

      Proceedings of the 8th International Symposium on Geotechnical Safety and Risk (ISGSR)

      巻: - ページ: 863-867

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Inversion approaches for explicit identification of the geometry of objects in a continuum2024

    • 著者名/発表者名
      Koch Michael Conrad
    • 学会等名
      Exploring For The Future (EFTF) seminar series, Geoscience Australia
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Bayesian inversion in a trans-dimensional framework for subsurface stratification2024

    • 著者名/発表者名
      Koch Michael Conrad
    • 学会等名
      Research Institute for Mathematical Sciences Workshop ‘Some approaches on ill-posed problems -theory and practice-’, Kyoto University
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Reversible Jump estimation of subsurface stratification using Hamiltonian Monte Carlo method2023

    • 著者名/発表者名
      Murata Kazumi, Koch Michael Conrad and Fujisawa Kazunori
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Advantages of simultaneous estimation of shape and physical properties using Hamiltonian Monte Carlo method2023

    • 著者名/発表者名
      Shibata Tatsuya, Koch Michael Conrad and Fujisawa Kazunori
    • 学会等名
      第58回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Assessment of HMC Parameter Updates for Piping Zone Boundary Detection2022

    • 著者名/発表者名
      Michael C. Koch, Kazunori Fujisawa and Akira Murakami
    • 学会等名
      8th International Symposium for Geotechnical Safety & Risk
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hydraulic Conductivity Field Marginalization in HMC Based Estimation of Piping Zone Boundary2022

    • 著者名/発表者名
      Kazunori Fujisawa, Michael C. Koch, Misato Osugi and Akira Murakami
    • 学会等名
      8th International Symposium for Geotechnical Safety & Risk
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reversible Jump MCMC を用いた地層分布の推定2022

    • 著者名/発表者名
      松本 祐弥, Koch Michael, 藤澤 和謙
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Hamiltonian Monte Carloを用いた水みち形状と透水係数分布の同時推定2022

    • 著者名/発表者名
      柴田 達哉, Koch Michael, 藤澤 和謙
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [図書] Inverse Problems - Recent Advances and Applications2023

    • 著者名/発表者名
      Michael Conrad Koch, Kazunori Fujisawa and Akira Murakami
    • 総ページ数
      19
    • 出版者
      IntechOpen
    • ISBN
      9781803552231
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-09-01   更新日: 2024-12-25  

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