15:45 〜 16:00
[SGD01-07] 新しいGNSS音響測位解析ソフトウェア（SeaGap）の開発
キーワード：GNSS音響観測、ソフトウェア、海底測地観測
2011年東北地方太平洋沖地震以降，海底地殻変動観測の重要性が知れ渡るようになった．GNSS音響結合方式（GNSS-A）による海底地殻変動観測は，東北沖地震の地震時・地震後変位を捉えた他，南海トラフにおける固着の蓄積を捉えるなど，その観測成果が多く報告されるようになってきている．また，日本国外でもカスカディアやアラスカなどで観測網の拡大が進められている．加えて，近年は多くの分野でデータのオープン化が進み始めており，GNSS-A観測データについても海上保安庁を中心に観測データの公開が始まってきている(e.g., Watanabe+, 2020, Zenodo)．一方，拡大する観測網と蓄積されていくデータに対して，GNSS-A測位解析ソフトウェアは海上保安庁の研究グループが公開しているGARPOS (Watanabe+, 2020, Front. Earth Sci.) しか存在しておらず，GNSS解析ソフト（例えば，RTKLIBやBernese）のようにユーザが解析ソフトを選ぶ余地がない．こうしたGNSS-A解析ソフトウェアの状況は，ユーザの数を増やし，GNSS-Aデータを多様な研究者が解析・研究することによる発展がされにくい状況になりうる．
そこで，東北大学で発展させてきた解析手法を実行するユーザフレンドリなソフトウェア SeaGap（Software of the enhanced analysis for GNSS-acoustic positioning）の開発を試みた．東北大学の解析手法は，音速の時間変化のモデル化にGNSS測位におけるZenith Total Delayに類似したNadir Total Delayを採用している他，音響測距1ショット毎のキネマティックアレイ測位手法・MCMCを用いた音速の水平勾配を同時推定する手法など様々なアプローチが存在するという特徴がある．一方で，これらの解析プログラムは走時計算にかかる計算コストも踏まえて基本的にfortranで作成されており，新規ユーザには扱いにくい状況であった．そこで，SeaGapの開発にあたって，計算言語にはJuliaを採用した．Juliaはpythonと同様に可読性が高い言語であるが，それと同時に非常に速い計算性能を誇る言語でもある．
SeaGapのデータフォーマットはGARPOSを参考として作成している．GARPOSのデータファイルをそのまま流用することはできないが，その変換にさほど難しいデータ整形は必要とならない．GNSS-A観測データのデータフォーマットの統一化は現在議論が進んでいる段階であるが，統一化されたデータフォーマットに対応したSeaGapのバージョンアップが後々必要になるかもしれない．
現行のSeaGapは，Tomita & Kido (2022)の測位解析手法をベースに以下の解析機能を備えている：① 精密・近似走時の順計算 ② 音響測距グループ毎のキネマティックアレイ測位手法（e.g., Kido+, 2006） ③ NTD時間変化を3次Bスプライン関数でモデル化したスタティックアレイ測位手法 ④ ③と同時にGNSSアンテナ-海上局トランスデューサオフセットを同時推定する手法 ⑤ ③と同時に深部勾配を直接推定する手法 ⑥ NTD時間変化を3次Bスプライン関数でモデル化した各海底局位置を推定するスタティック測位手法 ⑦ MCMCを用いた浅部勾配・勾配深度を同時推定するスタティックアレイ測位手法．これらの測位解析関数に加え，これらの解析結果を描画する後処理関数などGNSS-Aデータ解析に便利な関数を多数実装している．
なお，SeaGapの開発にあたってオンラインマニュアルの充実も図っている．オンラインマニュアルにはSeaGapの備える関数群の説明のほか，チュートリアルも多く載せており，開発者の指導がなくとも他の研究者が気軽に扱えることを目指している．上記のようにユーザフレンドリなGNSS-A測位解析ソフトウェアの開発を進めており，現在Githubにて仮公開している（https://github.com/f-tommy/SeaGap）．今後は試験ユーザの意見も取り入れつつ，より使いやすいソフトウェアに仕上げていきたい．
そこで，東北大学で発展させてきた解析手法を実行するユーザフレンドリなソフトウェア SeaGap（Software of the enhanced analysis for GNSS-acoustic positioning）の開発を試みた．東北大学の解析手法は，音速の時間変化のモデル化にGNSS測位におけるZenith Total Delayに類似したNadir Total Delayを採用している他，音響測距1ショット毎のキネマティックアレイ測位手法・MCMCを用いた音速の水平勾配を同時推定する手法など様々なアプローチが存在するという特徴がある．一方で，これらの解析プログラムは走時計算にかかる計算コストも踏まえて基本的にfortranで作成されており，新規ユーザには扱いにくい状況であった．そこで，SeaGapの開発にあたって，計算言語にはJuliaを採用した．Juliaはpythonと同様に可読性が高い言語であるが，それと同時に非常に速い計算性能を誇る言語でもある．
SeaGapのデータフォーマットはGARPOSを参考として作成している．GARPOSのデータファイルをそのまま流用することはできないが，その変換にさほど難しいデータ整形は必要とならない．GNSS-A観測データのデータフォーマットの統一化は現在議論が進んでいる段階であるが，統一化されたデータフォーマットに対応したSeaGapのバージョンアップが後々必要になるかもしれない．
現行のSeaGapは，Tomita & Kido (2022)の測位解析手法をベースに以下の解析機能を備えている：① 精密・近似走時の順計算 ② 音響測距グループ毎のキネマティックアレイ測位手法（e.g., Kido+, 2006） ③ NTD時間変化を3次Bスプライン関数でモデル化したスタティックアレイ測位手法 ④ ③と同時にGNSSアンテナ-海上局トランスデューサオフセットを同時推定する手法 ⑤ ③と同時に深部勾配を直接推定する手法 ⑥ NTD時間変化を3次Bスプライン関数でモデル化した各海底局位置を推定するスタティック測位手法 ⑦ MCMCを用いた浅部勾配・勾配深度を同時推定するスタティックアレイ測位手法．これらの測位解析関数に加え，これらの解析結果を描画する後処理関数などGNSS-Aデータ解析に便利な関数を多数実装している．
なお，SeaGapの開発にあたってオンラインマニュアルの充実も図っている．オンラインマニュアルにはSeaGapの備える関数群の説明のほか，チュートリアルも多く載せており，開発者の指導がなくとも他の研究者が気軽に扱えることを目指している．上記のようにユーザフレンドリなGNSS-A測位解析ソフトウェアの開発を進めており，現在Githubにて仮公開している（https://github.com/f-tommy/SeaGap）．今後は試験ユーザの意見も取り入れつつ，より使いやすいソフトウェアに仕上げていきたい．