JP2013526706A - 地下水盆貯留追跡、浄化性能の監視および最適化のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

選択された監視地形において代表パラメータの監視および表示を行うためのシステムは、出力データを提供する、監視地形内の選択された測定場所に配置される複数のセンサ組（１０）を含む。コンピュータ（１８）は、センサ組からの出力を受信し、かつ選択されたモデルに対してセンサ組の出力データを処理する計算モジュール（２０８）と、計算モジュールにおけるパラメータの選択および処理データの選択された可視化の表示を行うための統合およびネットワーキングソフトウェア（２３）とを含み、監視端末（２０）は、ネットワーク（２１）を介して配置され、かつ統合およびネットワーキングソフトウェアの制御下でコンピュータに接続される。端末は、計算モジュールと通信し、計算モジュールからの結果を受信および表示する。
【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、Ｍａｒｋ Ｋｒａｍによって２０１０年５月１０日に出願された「地下水盆貯留追跡、浄化性能の監視および最適化のための方法および装置」（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＲＯＵＮＤＷＡＴＥＲ ＢＡＳＩＮ ＳＴＯＲＡＧＥ ＴＲＡＣＫＩＮＧ，ＲＥＭＥＤＩＡＴＩＯＮ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ）と題する米国仮特許出願第６１／３３３，１４０号明細書に基づく優先権を主張し、その開示内容を本明細書において援用する。本出願は、本出願と譲受人が同じであり、その開示内容を本明細書において援用する、２００７年９月１８日に出願された「インタラクティブロジック制御を用いた統合資源監視システム」（ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＲＥＳＯＵＲＣＥ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＶＥ ＬＯＧＩＣ ＣＯＮＴＲＯＬ）と題する出願番号第１１／８５７，３５４号明細書の一部継続出願である２０１０年１１月２３日に出願された出願番号第１２／９５２，５０４号明細書と同時係属している。

本発明は、概して、地下水資源および汚染を監視するための自動システムの分野に関し、特に、インターネット接続性があり、貯留、組成、速度、および汚染物質溶質流束の可視化および定量化と共に、個々および複数の地下水盆の制御分配を行うために、ネットワークを介したデータの蓄積および可視化または掲示能力を有する計算エンジンを用いたシステムに関する。

貯留水量および貯留体積の変化に関して地下水貯留盆を監視することは、重大な関心事となっている。地下水の過度なポンプによる揚水は、ますますありふれたものとなっている。このことは、特に米国南西部の乾燥地帯に当てはまる。最近のＧＡＯの報告書では、３６の州が１０年以内に厳しい水不足に直面するであろうとの主張がなされている［これは、７年前に発行されたものである。］、Ｕ．Ｓ．Ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ Ａｃｃｏｕｎｔａｂｉｌｉｔｙ Ｏｆｆｉｃｅ，Ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ：Ｓｔａｔｅｓ’ Ｖｉｅｗｓ ｏｆ Ｈｏｗ Ｆｅｄｅｒａｌ Ａｇｅｎｃｉｅｓ Ｃｏｕｌｄ Ｈｅｌｐ Ｔｈｅｍ Ｍｅｅｔ ｔｈｅ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ Ｅｘｐｅｃｔｅｄ Ｓｈｏｒｔａｇｅｓ，”ＧＡＯ−０３−５１４，Ｊｕｌｙ ２００３，ｐ１）］地下水貯留盆の管理者に、地下水採取活動と、地表水への影響、貯留盆内への塩水の侵入、地表水域との相互作用、および他の環境影響を含む盆の再活性化の自然過程とによって生じる動的な相互作用の継続的な理解を提供するためには、自動化されたインタラクティブな監視およびモデル化システムが必要である。さらに、監視対象の水盆（または他の選択された監視地形）への汚染物質の導入および拡散を監視するための要件および浄化性能の正確な評価は、地下水貯留盆の継続的な長期の存続性を確保するために重要である。さらに、質量流束の分布および大きさと、流動的養分の累積流出を理解することは、有害で持続不可能な生態学的状況に適切に対応できるためには必須である。

従って、盆または調査地域の水文地質学的モデル化の理解、並びに、モデル仮定の修正を行うためにリアルタイムデータに基づいたモデル調整、歴史的アーカイブ、および最適化資源管理を推進する活動の実施を包含する、計算能力を備えたセンサの統合に基づいた地下水資源および汚染物質の組成および移動を監視および可視化するためのシステムおよび方法を提供することが望ましい。

本出願の実施形態には、選択された監視地形において代表パラメータを監視および表示するためのシステムが記載されている。複数のセンサ組は、監視地形内の選択された測定場所に配置され、出力データを提供する。コンピュータは、センサ組からの出力を受信し、かつ選択されたモデルに関するセンサ組の出力データを処理する計算モジュールと、計算モジュールにおけるパラメータの選択および処理データの選択された可視化の表示を行うための統合およびネットワーキングソフトウェアとを含む。監視端末は、ネットワークを介して配置され、統合およびネットワーキングソフトウェアの制御下でコンピュータに接続される。端末は、計算モジュールと通信し、計算モジュールの結果を受信および表示およびアーカイブする。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面に関連して考慮されれば、以下の詳細な説明を参照することによって、より理解されるであろう。

図１Ａは、実施形態例の物理的要素およびその機能的制御要素を示すブロック図である。 図１Ｂは、統合およびネットワーキングソフトウェアパッケージの選択された動作要素のブロック図である。 図２Ａは、地下水盆貯留追跡に関する第１の実施の機能性ディスプレイ表示である。 図２Ｂは、地下水盆貯留追跡に関する第１の実施の機能性ディスプレイ表示である。 図２Ｃは、地下水盆貯留追跡に関する第１の実施の機能性ディスプレイ表示である。 図３Ａは、地下水浸透速度に関する第２の実施の機能性ディスプレイ表示である。 図３Ｂは、汚染物質流束分布に関する第２の実施の機能性ディスプレイ表示である。 図４は、濃度（色付き）が流束よりも異なる（ベクトル長に比例し、濃度および速度の両方に依存する）ことを明示するための汚染物質流束計算のブロック図の概念化である。 図５は、本実施形態を用いた汚染物質流束監視方法例のフローチャートである。 図６Ａは、本システムによって作成された、ベクトルを描いた汚染物質流束のディスプレイ表示である。 図６Ｂは、図６Ａに示す汚染物質流束の三次元表現のディスプレイ表示である。 図７Ａは、自動化浄化性能監視（および再生可視化）の実施例に関するディスプレイ表示である。 図７Ｂは、自動化浄化性能監視（および再生可視化）の実施例に関するディスプレイ表示である。 図７Ｃは、自動化浄化性能監視（および再生可視化）の実施例に関するディスプレイ表示である。 図８Ａは、本実施形態の一般化実施の地図およびグラフのディスプレイ表示である。 図８Ｂは、本実施形態の一般化実施のグラフのディスプレイ表示である。 図９Ａは、経時的な汚染物質センサデータのグラフ表示のディスプレイ表示である。 図９Ｂは、タイムスタンプされたグリッド値の可視化と、モデル較正および最適化のために表形式でのエクスポートとが可能なモデル較正出力機能のディスプレイ表示である。 図１０は、複数の場所のシステム機能性および機能のブロック図である。

図面を参照すると、図１には、本発明のある実施形態の要素が示されている。現場センサ１０は、盆または選択された監視地形における様々な泉または他の測定場所に配置される。センサ自体は、流量計、温度センサ、圧力センサ、ｐＨセンサ、溶存酸素センサ、レベルセンサ、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、六価クロム、四塩化炭素、窒素基爆薬、ストロンチウム９０、硝酸塩、地球化学、気体化学、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、および調査中の監視場所の状態を表す他の物理的および化学的パラメータ等のデバイスを含むことができる。水位、溶存酸素、酸化還元電位、鉄種、窒素種、および汚染物質濃度を同時に監視するために記載した実施形態と共に、多くの市販のマルチセンサプラットフォームを配置することができる。幾つかの固体センサ（例えば、イオン選択電極）を現場に配置することができる。市販のセンサの大多数はケーブルを介してテレメトリ装置に接続されるが、その他のものは、無線伝送によって中央データロガーテレメトリ装置にデータを伝送することができる。

このシステムにより、複数の泉または測定場所を監視することができ、その結果、図示したように複数組の現場センサが存在する。ほとんどの場合、現場センサは、システムの制御および報告要素を包含する、通常１２で表される制御センタから離れている。各測定場所における、またはその付近の送信器１４、および制御センタの位置に存在する受信器１６等のテレメトリシステムは、センサからのデータ転送を生じさせる。データは、制御センタによる検索用に、現場センサによってインターネットへと直接送られてもよい。図面では無線伝送が描かれているが、実際の実施形態では、テレメトリ送信方式は、当業者に公知の任意の適用可能な形態のものでよい。複数のセンサ組の自動化制御は、２００５年７月５日に発行された「ＧＩＳに基づくリアルタイム監視および報告システム」（ＧＩＳ ＢＡＳＥＤ ＲＥＡＬ−ＴＩＭＥ ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ ＡＮＤ ＲＥＰＯＲＴＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ）と題した、その開示内容が本明細書において援用される米国特許第６，９１５，２１１号明細書に開示されるような実施形態例において実施される。

後により詳細に説明を行うような統合地理情報システム（ＧＩＳ）機能または測定場所の位置に基づいた地理的依存パラメータの計算用の他の自動化空間データプロセッサを含む、遠隔測定されたセンサデータの処理を行うためのコンピュータ１８が設けられる。ストレージシステム１９は、コンピュータによるアクセス用に準備され、リアルタイムおよび／または履歴データの処理用に受信したセンサデータを保存する。図面に図示するように表示端末２０を設け、後に説明するように、分散監視およびシステム出力に基づく決定を行うために、インターネットまたは他のネットワーク２１を介して相互接続される複数の物理的表示画面または要素を含んでいてもよい。表示端末に加えて、または端末ディスプレイに対する一体型の表示として、警告／警報システム２２が設けられる。代替の実施形態では、ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ（ＳＣＡＤＡ）システムの関与の場合のように、携帯電話またはページャ等の通信機器の自動ダイヤルも実現される。

システム構成および操作コンポーネントは、コンピュータまたはサーバに内在する計算モジュールを含む統合およびネットワーキングソフトウェアパッケージ２３によって制御される。このパッケージによりユーザは、使用されるセンサおよびテレメトリシステムの種類の選択、表示オプション（例えば、背景地図、記号および地図要素、等高線オプション、時系列解析、色彩設計等）の確立、データ収集の頻度、地球統計学的データの処理オプションの制御、およびモデル、警報、および緊急対応プロトコルの従事が可能である。

図１Ｂに示すように、統合およびネットワーキングソフトウェアパッケージは、コンピュータおよび端末に対する本発明の方法の実施を提供し、端末のユーザに提示される表示の作成および操作のためのグラフィック要素と、センサからのデータの計算および処理のための制御要素との両方を有するモジュールを含む。

図１Ｂにおいてブロック図の形式で示し、後に説明する図面においてはモニタ上に表示されるように、管理制御１００には、システムが監視する場所またはプロジェクトに関する管理データの入力を提供する場所／プロジェクト設定１０２、メタデータ追跡１０４、プロジェクトの空間的範囲を規定する地理空間処理領域制御１０６、およびシステムに対して制約データの挿入を可能にする静的データアップロード１０８が含まれる。

端末上の上に画像を作成および提示する二次元画像制御１１０には、プロジェクト１１２ａ、チャネル１１２ｂ等の地図要素制御１１２、、アルファ制御１１４、ベクトル制御１１６、航空地図表示１１８、ロードマップ表示１２０、ラベル１２２、ビン制御１２４、等高線制御１２６、メッシュノードデータ制御１２８、累積貯留変化制御１３０、および累積流束制御１３２が含まれる。層制御１３４は、監視場所の位置、等高線、および他の地図作成コード等の個々の要素の選択された表示を提供する。

Ｚ倍率１４０、間隔制御１４２、メッシュアルファ制御１４４、ピッチズーム１４６、パン１４８、スタック１５０、高度１５２、等値面制御１５４、トランセクトスライスおよびビューイング制御１５５、およびトランセクト可視化制御１５６による累積流出等の三次元画像制御１３８も提供される。

再生制御１６０、時系列制御１６２、およびチャネル変更制御１６４等の動画および連続表示制御１５８が提供される。ユーザ選択可能制御１６６は、多変数解析制御１７０等の計算モジュールによって行われる解析の種類に応じて設けられる。エクスポート制御１７２等の保存結果のデータの取り扱いを行うための制御も設けられる。

パッケージ内のプロジェクト管理機能１７４は、文書保存場所またはライブラリ１７６、ガントチャート１７８への地理空間リンクによるプロジェクト追跡の転送、および電子メール追跡１８０を包含することができる。データ追跡および報告システム全体に対して、パスワード保護されたウェブ加入により端末からアクセスすることができるので、個々のユーザにとってソフトウェアのダウンロードは必要ない。

給水の管理および最適化のための地下水盆貯留追跡（ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｂａｓｉｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ）（ＧＢＳＴ）システムとしての実施形態のある実施例においては、盆の水位の監視、水位変化の判定／報告、および貯留変化の判定／報告を実現することができる。集中型のウェブ基盤報告書配布を行うシステム出力により、資源管理者にリアルタイムで決定が可能な質の情報が提供され、自動応答（リアルタイム速度調整）を実施することが可能である。水文地質学的システムのデータ保存能力は、盆に関する歴史的記録および報告システムを提供する。将来の配分および包括的な流域管理計画を遂行することができる。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示すように、ＧＢＳＴは、図２Ａに示される最初の水位分布（選択されたチャネル１１２ｂとしての地下水高度）を計算および表示するために、測定場所としての複数の泉の位置２００において水位センサデータを用いる。逆距離重み付け、クリギング、または他の選択された計算代替手段、図２Ｂに示す選択された時点間の水位変化（選択されたチャネル１１２ｂとしての地下水変化）、および図２Ｃに示す、同一場所の貯留容量分布で乗算した水位変化分布として定義される体積貯留変化（選択されたチャネル１１２ｂとしての）を含み得る多変数解析制御１７０から選択された地球統計学的解析を用いて補間を計算する。水位変化および貯留容量分布は、貯留変化分布を決定し、選択された時間ステップ間の累積体積変化を推定するために自動的に処理される。複数の盆２０４および２０６の同時監視を可能にするために、断層２０２等の地下水分水嶺も表示される。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示すように、システムが使用可能な二次元制御は、モニタ上に表示される選択可能ボタンとして、ユーザが容易にアクセスすることができる。

盆における水分布等の計算された、または仮想のチャネルは、盆または他の監視地形を通る水の伝達を計算するための計算モジュール２０８（図１Ａにおいて、コンピュータに組み込まれたソフトウェアの一部として図示）によってシステム内で決定される。図示された実施形態の場合は、従来のデータ収集法を用いて、速度および濃度分布に関する初期モデルを作成する。最初の水力学的情報および濃度は、高分解能ピエゾコーン／膜界面プローブ等のセンサ、および泉やボーリングからのデータおよび地層の従来の分析を用いて、測定場所で得ることができる。次に、計算モジュールは、モデル例として、三次元（３Ｄ）のダーシーの法則（透水係数、有効孔隙率、水頭および勾配分布）を解くことにより、ダーシー速度および浸透速度分布を決定する。後により詳細に説明するように、同一場所の濃度値で乗算した場合、汚染物質流束分布を決定することができる。次に、計算されたデータの表示が提供され、測定場所に存在するセンサによる自動時限測定を用いて、その更新が行われる。

計算モジュールによって行われる計算は、静的データセット（例えば、透水係数および有効孔隙率）および動的データセット（例えば、水頭および濃度）を共に含み、これらは、選択可能チャネルとしてシステムによって表示されることも可能である。次に、実際の測定を用いて、反復測定および収集されたセンサデータの処理によって初期モデルのパラメータを更新することもできる。他の静的データを計算モデルに入力してもよい。季節的変化の観測、または自然または人為的要因による質量除去の割合の数値化および監視を自動化構成で行う。これまでに得られた定数および輸送予測モデルは、空間および時間で測定可能であり、一旦その特定の時間で、その特定の場所におけるデータが観測されると、またはシステムを用いた補間に基づいて推定されると、後に評価することが可能なパラメータの数値化モデル予測を提供する。次に、予測および観測間の相違を減らすために、予測モデルを修正することができる。この方法により、配水人、浄化の専門家、及び他の責任のある関係者らが、資源を綿密に監視し、タイムリーに報告書を作成および掲示することが可能となる。従来の方法では、１つの漸進的な盆の貯留結果を計算するために、現在のところ数週間から数か月必要となるが、本実施形態によれば、インターネット接続を有するどの場所からでも瞬く間にこれらのタイプの重要な報告書を管理者が得ることが可能となる。浄化性能の監視に関しては、多くの場合、従来の方法を用いて現場データが収集された時から３〜６か月間は、流束概念化結果の処理および可視化が行われないが、本実施形態によれば、浄化の管理者が、数秒でこれらの報告書にアクセスできる。

前の例において水位に関して示したように、図１Ａに関して記載したようなマルチセンサプラットフォームを泉の位置に配置し、実質的に関心のあるいずれの時間ステップにおいても、各センサのタイプごとに等高線地図を自動的に作成することができる。さらに、後により詳細に説明するように、ＧＩＳ内の地理空間解析能力を用いて、組み合わせたセンサデータセット（例えば、汚染物質濃度および酸化還元電位）を自動的にマッピングすることができる。

図２Ｄは、ＧＢＳＴシステムの計算および表示におけるシステム動作のフローチャート例を提供する。選択された監視地形における地下水パラメータの監視および表示の方法は、監視を行う１つまたは複数の地下水盆を規定することによって達成される（ステップ２００２）。貯留係数分布をステップ２００３において規定し、次に、各盆内の測定場所としての複数の泉の位置において、水位センサデータを取得する（ステップ２００４）。泉の位置間で初期水位分布を計算する（ステップ２００６）。次に、選択した時点間の泉の位置間での水位変化分布を計算する（ステップ２００８）。次に、泉の位置間での体積貯留変化分布を計算することができる（ステップ２０１０）。各計算は、ユーザが選択した多変数解析制御を用いて達成される。仮想チャネルとしての計算されたデータは、次に、ユーザによって選択された静的および動的データチャネルおよび地理空間データと共に表示される（ステップ２０１２）。

実施形態の第２の実施例では、センサに基づいた水位によって決定された地下水浸透速度分布が表示される。水位センサの測定値が動的データチャネルとしてシステムによって処理されるたびに、静的データチャネルである、以前に推定された透水係数および有効孔隙率分布を用いて、仮想チャネルとして速度分布を自動的に作成する。

図３Ａおよび３Ｂは、実施の出力例を実例説明する。図３Ａは、網掛け等高線３０２として、泉の位置３００に対して比較的低い浸透速度を示す。図３Ｂは、ベクトル方向インジケータ３０４を用いることにより、汚染物質流束のさらなる可視化を提供している。インジケータ３０４は、事実上、質量移動を表す大きさおよび方向を持つベクトルである。ベクトルの位置および大きさは、ユーザ設定により、システムが作成する。設定には、メッシュ粒度、境界泉の端の位置によって規定される領域の長さを超えるパーセンテージとしての境界処理領域サイズ、セルの高さ（三次元の場合）およびグリッドサイズ、異方性、Ｚ倍率、および上にベクトルが表示される各ノードを規定する他の特徴が含まれる。各ベクトルは、方向および長さを決定するために、空間的に最も近くのベクトルを考慮に入れる。図３Ｂに示す可視化には、層制御１３４によって選択される汚染物質の浸透速度のベクトルおよび等高線の両方が含まれる。図示したように、監視場所の位置を含む選択された層は、カラー等高線を用いて、または用いずに表示することができる。図４は、流出４０２または他のソースによる汚染物質の流束モデル化のブロック図である。汚染物質は、等高線４０４によって指定される様々な濃度レベルをもたらす地質学的地形に浸透する。モデル用の制御面４０６を確立し、システムは、監視地形を通る汚染物質の伝達を計算するための計算モデルを用いる。ユーザが決定した汚染物質レベルを選択することができ、それらの相対的レベルの流束は、個々に、濃度に速度を掛けたものに比例する長さを有するベクトル値４０８として表される。制御面トランセクトに関する累積流束値（または質量／時間単位の質量流出）を時間ステップ毎に計算することもできる（４１０）。浄化の有効性（例えば、ソース制御面を通る質量流出の減少）を評価するために、経時的にこれを追跡することができる。時間ステップ毎のこの累積スカラー値（時間当たりの質量単位）を時系列として描画することにより、質量移動の変化量を推定することができる。さらに、複数の制御面を同時に監視することにより、実践者がソース強度の自然および人為的減衰を評価することができる。

システムによって達成される方法を図５に示す。ステップ５０２において、従来のデータ収集法に基づいて、水位および濃度分布に関する初期モデルを作成する。次に、ステップ５０４において、透水係数、水頭および勾配分布を用いて、三次元でダーシーの法則を解く。有効孔隙率を組み込むことにより、浸透速度分布をレンダリングすることもできる。また、初期濃度分布に同一場所の初期速度値を乗算することによって、初期質量流束分布もレンダリングされる。

次に、ステップ５０６において、選択された監視地形において、カスタマイズされた三次元監視泉ネットワークを作成する。センサ組は、高分解能流量計、温度センサ、圧力センサ、ｐＨセンサ、溶存酸素センサ、レベルセンサ、ＴＣＥ、Ｃｒ（ＶＩ）、四塩化炭素、窒素基爆薬、ＳＲ９０、硝酸塩、地球化学、気体化学、ＢＯＤ、ＣＯＤ、およびベイドスゾーンにおける蒸気成分を含んでいてもよい。

次に、ステップ５０８において、センサを介して水位および濃度を動的に監視する。ステップ５１０において、水頭を勾配分布に変換し、次に、ステップ５１２において、速度および流束分布について計算モデルを解く。

次に、ステップ５１４において、三次元で、かつユーザ定義の特定のトランセクトに関して流束分布を追跡する。次に、ステップ５１６において、ユーザ定義の浄化測定基準を用いて、プルーム状態（安定、縮小等）に基づいた浄化の有効性を計算する。

記載の実施形態に関しては、浸透速度（ν）は、
ν＝Ｋｉ／ρ
（式中、Ｋ＝透水係数、ｉ＝動水勾配、およびρ＝有効孔隙率）として計算される。

次に、汚染物質流束を、
Ｆ＝ν［Ｘ］（質量／長さ２−時間；ｍｇ／ｍ２−ｓ）
（式中、ν＝浸透速度（長さ／時間；ｍ／ｓ）および［Ｘ］＝溶質濃度（質量／体積；ｍｇ／ｍ３））として決定する。流束および質量流出計算および可視化のために、浸透速度の代わりにダーシー速度を使用することもできる。

次に、図６Ａに示すような測定場所６００の可視化がシステムによってディスプレイに提供され、ここでは、等高線６０２は、汚染物質の流束分布を示し、ベクトル６０４は、計算された汚染物質流束の流れ方向を示す。色分けまたは同様の印を用いて様々な汚染物質チャネル１１２ｂ（図示した例ではストロンチウム）を別々に表示してもよく、層制御１３４を用いることによって、オーバーレイの様々なユーザ選択による組み合わせ、または濃度の総計を示し、浄化の有効性の判定に用いることができる。濃度測定結果は、自動浄化性能の監視を行うために、自動的に質量流出推定値に変換することができる。図６Ｂは、汚染物質流束の分布の三次元可視化６０６を示す。

図７Ａ、７Ｂ、および７Ｃは、時系列の浄化性能監視のためのシステムからの出力表示形式例を示す。図７Ａは、センサ組の監視場所７０４を描いた三次元表示の選択された監視地形７０２と共に初期状態を示す。汚染物質流束分布を三次元および選択されたトランセクトである中心線７０６および行１（７０８）で表す。次に、計算システムは、センサ出力を表示するトランセクトの定義および汚染物質流束の計算を可能にする。図示するように、中心線に沿った第１のトランセクト７０６は、領域および泉のある区域の中心を通っておおよそ右（北東）から左（南西）への流れ方向に向かい、流れに対して垂直かつ泉の第１の行に対して平行に配向した行１に沿った第２のトランセクト７０８により、汚染物質移動の可視化が可能となる。ヒストグラム７１０、７１２、および７１４はそれぞれ、総体積、中心線トランセクト、および行１トランセクトに関する選択された汚染物質チャネルの時系列値を示し、測定された時間ステップ間の体積および選択されたトランセクト中を移動する累積流束（質量流出）を表示する。図７Ｂは、時系列内の第２の時間増分における、三次元、中心線トランセクト、および行１トランセクトを示し、図７Ｃは、第３の時間増分に関するデータを示す。表示システムにより、活発なプルーム７１６および浄化効果の可視化のための時系列動画表示が可能となる。様々なトランセクトの選択により、上記のような速度、流束、および流出の表示を用いて、センサ組によって測定され、かつシステムによって計算された移動の可視化が可能となる。

このシステムの実施形態は、任意に選択された監視地形に対して配置されたセンサ組からの所望の測定パラメータセットに対して一般化ケースで用いることができる。図８Ａ、８Ｂ、および８Ｃに示すように、センサのタイプおよび監視地形における位置に基づいて、様々な一般化パラメータセットまたはチャネルを作成することができる。図８Ａは、果樹園またはブドウ園における含湿量測定システムの実施を実例説明する。複数のセンサ組８０２が果樹園８０３に配置されている。各センサは、チャネル１１２ｂとして体積含水量の測定を行う。センサ８０２ａ、８０２ｂ、および８０２ｃの３つの特定の時間値グラフ８０４ａ、８０４ｂ、および８０４ｃを示す。マウスを時系列グラフ上で動かすと、そのデータポイントに関する情報が掲示される。それぞれの場所を取り囲む濃度の可視化は、マップビュー制御によって選択された絵で表した二次元可視化における等高線８０３として示される。

図８Ｂは、選択された時点または時間範囲の棒グラフ形式８０５で示される２５のセンサ場所の各々における体積含水（湿）量の代替の特定時間表示を示している。

図９Ａは、表示が選択され、時間値グラフ８０８ａ、８０８ｂ、８０８ｃ、および８０８ｄをそれぞれ提供する４つの特定のセンサＮＰ１（８０６ａ）、ＮＰ３（８０６ｂ）、ＮＰ４（８０６ｃ）、およびＮＰ６（８０６ｄ）の時変値を有する、プロジェクト１１２ａとして選択された原子力施設を取り囲むセンサ組の現場における選択チャネル１１２ｂとしてのストロンチウム９０の値の類似の時系列表示を用いて第２の代替実施を実例説明する。

図９Ｂは、実際の測定場所９０２を示す地図形式でのクロムＣｒ（ＶＩ）等高線という別のチャネル選択、表示された所望の仮想チャネルに関して適用された多変数解析に関連する計算ノード９０４、およびモデル値（例えば、モデル較正および最適化）との比較のためにエクスポートすることができる関連ノード補間値９０６を示している。

図１０は、本明細書の実施形態に記載したシステムの機能性の一般化ブロック図である。プロジェクト１１２ａとしてシステムによって選択可能な様々なプロジェクト場所に関するセンサパッケージ１０は、統合およびネットワーキングソフトウェア２３によって獲得される（１００２）データを提供する。計算モデル２０８は、データに適したユーザによって選択されるデータ変換（１００４）を行い、時刻歴解析を行うためにストレージ１９からの履歴データを統合することにより、選択されたプロジェクト場所に対して適切であるように、システムによってモニタ２０上に表示を行うためにデータ正規化（１００６）を提供する。次に、更新データを、ストレージへとアーカイブして戻す。このシステムにより、センサ入力の定義を行う際の完全な柔軟性、計算モジュールによって達成される計算、各プロジェクトの単独的表示の可視化が可能となる。

特許法の要求に従って本発明を詳細に記載したが、当業者であれば、本明細書に開示した特定の実施形態に対する変更および置換を認識するであろう。このような変更は、以下の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲および意図に包含される。

Claims (18)

1. 選択された監視地形において代表パラメータを監視および表示するためのシステムにおいて、
   監視地形内の選択された測定場所に配置されて、出力データを提供する複数のセンサ組（１０）と、
   前記センサ組からの出力を受信し、かつ
   前記センサ組の出力データを静的データチャネルの選択されたモデルに対する動的データチャネルとして処理することにより、仮想チャネルを提供する計算モジュール（２０８）と、
   前記計算モジュールにおけるパラメータの選択および前記静的、動的、および仮想チャネルからの処理データの選択された可視化の表示を行うための統合およびネットワーキングソフトウェア（２３）と、
   を有するコンピュータ（１８）と、
   ネットワーク（２１）を介して配置され、かつ前記統合およびネットワーキングソフトウェアの制御下で、前記コンピュータに接続されることにより、前記計算モジュールと通信し、前記計算モジュールからの結果を受信および表示する複数の監視端末（２０）であって、前記計算モジュールは、前記結果を表示するために、複数の選択可能チャネルおよび制御（１００、１１０、１３８、１５８、１６６）に応答する、複数の監視端末（２０）と、
   を含むことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記計算モジュール（２０８）は、データ出力用のトランセクトを定義する手段を含むことを特徴とするシステム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記計算モジュール（２０８）は、前記モデルによって処理されるデータのベクトル表示を行うための手段を含むことを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記計算モジュール（２０８）は、前記センサ組から受信した出力に基づいて、モデルパラメータのインタラクティブ調整を行うための手段を含むことを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記監視地形は地下水盆を含み、前記センサの選択された一部は水位を検出し、前記モデルは、浸透速度を表すために、ダーシーの法則またはダーシーの法則の変形を含むことを特徴とするシステム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記監視地形は地下水盆を含み、前記センサの選択された一部は水位を検出し、前記モデルは水位分布を計算することを特徴とするシステム。
7. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記センサの選択された一部は汚染物質濃度を検出し、前記ベクトル表示は、汚染物質流束の大きさを表すことを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記制御は、管理制御（１００）、二次元画像制御（１１０）、三次元画像制御（１３８）、および動画および連続表示制御（１５８））のセットから選択されることを特徴とするシステム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記二次元画像制御は、地図要素制御（１１２）、アルファ制御（１１４）、ベクトル制御（１１６）、航空地図表示（１１８）、ロードマップ表示（１２０）、ラベル（１２２）、ビン制御（１２４）、等高線制御（１２６）、メッシュノードデータ制御（１２８）、累積貯留変化制御（１３０）、および累積流束制御（１３２）および層制御（１３４）を含むことを特徴とするシステム。
10. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記三次元画像制御は、Ｚ倍率（１４０）、間隔制御（１４２）、メッシュアルファ制御（１４４）、ピッチズーム（１４６）、パン（１４８）、スタック（１５０）、高度（１５２）、および等値面（１５４）制御を含むことを特徴とするシステム。
11. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記動画および連続表示制御は、再生制御（１６０）、時系列制御（１６２）、およびチャネル変更制御（１６４）を含むことを特徴とするシステム。
12. 選択された監視地形において地下水パラメータを監視および表示する方法において、
    監視を行う１つまたは複数の地下水盆を規定するステップと、
    各盆内の測定場所としての複数の泉の位置において、水位センサデータを獲得するステップと、
    前記泉の位置間の初期水位分布を計算するステップと、
    選択された時点間の前記泉の位置間の水位変化分布を計算するステップと、
    前記泉の位置間の体積貯留変化分布を計算するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、各計算ステップは、逆距離重み付けおよびクリギングのセットから選択される多変数解析制御から選択される地球統計学的解析を用いることを含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１２に記載の方法において、水位変化および貯留容量分布を自動的に処理することによって、貯留変化分布の決定および選択された時間ステップ間の累積体積変化の推定を行うことを特徴とする方法。
15. 選択された監視地形において代表パラメータの監視および表示を行う方法において、
    従来のデータ収集法に基づいて水位および濃度分布用の初期モデルを作成するステップと、
    透水係数、有効孔隙率、濃度、水頭および勾配分布について三次元でダーシーの法則を解くステップと、
    前記選択された監視地形において、カスタマイズされた三次元監視泉ネットワークを作成するステップと、
    前記監視対象の泉にセンサ組を設置するステップと、
    前記センサを介して水位および濃度を動的に監視するステップと、
    水頭を勾配分布へと変換し、速度および流束分布について解くステップと、
    三次元で、かつ特定のユーザ定義トランセクトに関する流束分布を追跡するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、前記代表パラメータは汚染物質を含み、前記センサ組は、流量計、温度センサ、圧力センサ、ｐＨセンサ、溶存酸素センサ、レベルセンサ、トリクロロエチレン（ＴＣＥ）、六価クロム、四塩化炭素、窒素基爆薬、ストロンチウム９０、硝酸塩、地球化学、気体化学、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、および他の物理的および化学的パラメータのセットから選択されたセンサを組み込むことを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、ユーザ定義の浄化測定基準を用いて、プルーム状態に基づいた浄化の有効性を計算するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１５に記載の方法において、流束分布を追跡する前記ステップは、ソース制御面を通る累積流束変化および体積の自動決定をさらに含むことを特徴とする方法。

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