JP2000329848A - 探査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地表面上を移動しながら波動信号を媒質中
へ放射して媒質中の物体からの反射信号を受信し、反射
信号強度に対する地表面上の位置と反射時間ｔを座標
（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ，ｔ）とする４次元データを生成
し、その４次元データに基づいて物体の位置を検出する
探査方法において、波動信号を送受信する送受信装置の
地表面上での位置合わせが容易で、実用的な探査速度を
確保でき、位置計測精度の高い探査方法を提供する。 【解決手段】 送受信装置１０を支持する固定車輪７_R
の移動距離と移動方向と傾きを、固定車輪７_R に設けた
距離計１９と３軸角度センサ２９により計測し、固定車
輪７_R の始発点Ｓと初期姿勢から決まる計測座標系にお
ける固定車輪７_Rの位置座標とその姿勢状態（Ｘ，Ｙ，
Ｚ，δ，θ，φ）を算出し、その結果から送受信装置１
０内の所定の位置座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、媒質の表面を移動
しながら、電磁波または音波による波動信号を媒質中へ
放射して、媒質中に存在する物体からの反射信号を受信
し、その受信した反射信号強度に対する媒質表面上の位
置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）と波動信号の物体からの反射時
間ｔを座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ，ｔ）とする４次元デー
タを生成し、その４次元データに基づいて物体の位置を
探査する探査方法及び装置、或いは、媒質の表面を移動
しながら、電磁波または音波による波動信号を媒質中へ
放射して、媒質中に存在する物体によって強度または位
相が変化した波動信号を受信し、その受信した波動信号
の前記物体によって変化した強度若しくは位相に対する
媒質表面上の位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を座標とする３
次元データを生成し、その３次元データに基づいて物体
の位置を探査する探査方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な探査方法及び装置としては、電
磁波の反射を用いて地中にある埋設物または空洞を探査
する探査方法または装置があり、例えば、三井造船技報
第１５２号、ｐｐ．１８〜２４「３アンテナ素子を有す
る地中埋設物探査レーダ」（１９８４年６月）に開示さ
れている方法が知られている。この「３アンテナ素子を
有する地中埋設物探査レーダ」の場合、レーダセンサ部
の三つの自在車輪の内の二つにロータリエンコーダを装
備し、この二つのロータリエンコーダの出力値即ち移動
距離から前記レーダセンサ部の三つのアンテナ素子の移
動軌跡を計測するように構成されている。

【０００３】また、従来の探査方法及び装置では、反射
信号受信点の媒質表面上の位置を、媒質表面を平面であ
ると想定して２次元座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ）で表し、その媒
質表面上の位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ）と反射信号の物体からの
反射時間ｔを座標（ｘ₀ ，ｙ ₀ ，ｔ）とする３次元デー
タを生成し、その３次元データに基づいて物体の位置を
探査するものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記探査方法または装
置では、電磁波を放射及び受信するアンテナが媒質の表
面上を２次元的に移動するため、かかるアンテナの位置
を前記媒質表面上で特定する必要がある。また、前記３
アンテナ素子を有する地中埋設物探査レーダの場合で
は、前記３アンテナ素子の中心部の位置を前記媒質表面
上で特定する必要がある。このように前記アンテナ等の
位置を前記媒質表面上で特定する場合、当該位置を別途
前記媒質表面上の所定の基準位置と位置合わせを行なう
必要がある。しかしながら、前記アンテナまたは前記中
心部の位置は、前記アンテナ等を支持及び保護する筐体
によって遮蔽され、作業者が視覚的に直接確認できず、
前記媒質表面上の所定の基準位置と位置合わせが困難で
あった。

【０００５】更に、３次元データに基づいて物体の位置
を探査する方法では、媒質表面を平面と想定しているた
め、当該表面が平坦でない場合や、曲面や一部に傾斜面
を有する場合には、位置計測精度が低下するという問題
がある。

【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消するためになされたものであり、その目的は、媒質
表面形状にかかわらず、探査装置の媒質表面上での位置
合わせが容易で、且つ、媒質表面上での位置計測精度が
高い探査方法及び装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る探査方法の第一の特徴構成は、特許請求
の範囲の欄の請求項１に記載した通り、媒質の表面を移
動しながら、電磁波または音波による波動信号を前記媒
質中へ放射し、前記媒質中に存在する物体からの反射信
号を受信する送受信工程と、前記送受信工程で受信した
反射信号強度に対する前記媒質表面上の位置（ｘ₀ ，ｙ
₀ ，ｚ₀ ）と前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔ
を座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ，ｔ）とする４次元データを
生成する４次元データ生成工程とを順次実行し、前記４
次元データに基づいて前記物体の位置を探査する探査方
法であって、前記波動信号を送受信可能な送受信装置を
移動可能に支持する固定車輪の移動距離を、前記固定車
輪に設けた距離計によって計測し、前記送受信装置の移
動中における前記固定車輪の移動方向（δ，θ）或いは
移動方向（δ，θ）の変化とその移動方向回りの前記固
定車輪の傾き（φ）或いは傾き（φ）の変化を、前記送
受信装置または前記固定車輪に設けた３軸角度センサに
よって計測し、その計測した前記移動距離、前記移動方
向（δ，θ）或いは移動方向（δ，θ）の変化、及び、
前記傾き（φ）或いは傾き（φ）の変化から、前記固定
車輪の始発点と初期姿勢から決定される計測座標系にお
ける前記固定車輪の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその姿勢
状態（δ，θ，φ）を導出する位置姿勢導出工程と、前
記位置姿勢導出工程で導出された前記固定車輪の位置座
標と姿勢状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）から、前記計
測座標系における前記送受信装置の所定箇所の位置座標
（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める位置換算工程とを実行す
る点にある。

【０００８】ところで、計測座標系における前記固定車
輪の姿勢状態（δ，θ，φ）は、その位置座標（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）の各座標軸を基準にして決定される。つまり、
移動方向（δ，θ）はＸ、Ｙ、Ｚ座標軸或いはＸＹ、Ｙ
Ｚ、ＺＸ座標面を基準に定義される２変数δ、θで決定
される。例えば、図５に示すように、δはＸＹ面と移動
方向Ａの成す角或いはＺ軸方向と移動方向Ａの成す角の
余角で定義でき、θは移動方向Ａと平行な直線をＸＹ面
に垂直に投影してなる直線とＹ軸方向の成す角で定義で
きる。また、前記位置姿勢導出工程における前記固定車
輪の姿勢状態（δ，θ，φ）の基準方向（δ＝０，θ＝
０，φ＝０）は前記固定車輪の移動開始時の初期姿勢で
決定される。ここで、δの極性は移動方向ＡのＺ軸方向
成分の極性と一致し、θの極性はＺ軸正方向に向かって
時計回りを正とし、φの極性は移動方向Ａに向かって時
計回りを正とする。尚、各極性は夫々正負逆転しても構
わない。

【０００９】尚、前記固定車輪と前記送受信装置の相対
的な位置関係は固定されているため、前記３軸角度セン
サは前記送受信装置または前記固定車輪の何れに設けら
れていても前記送受信装置及び前記固定車輪の両方の移
動方向或いは移動方向の変化を計測することができる。

【００１０】同第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加
えて、前記固定車輪が前記媒質表面上に指定された少な
くとも二つの媒質基準点を通過した時に、前記計測座標
系上に前記媒質基準点に対応する計測基準点をマークす
るか、或いは、前記固定車輪が前記計測座標系上に指定
された少なくとも二つの計測基準点を通過した時に、前
記媒質表面上に前記計測基準点に対応する媒質基準点を
マークすることによって、前記計測座標系の前記各計測
基準点と前記媒質表面上の座標系の前記各媒質基準点と
を相互に対応付ける座標系相関工程を有する点にある。
ここで、媒質基準点或いは計測基準点をマークすると
は、夫々、前記媒質表面上或いは前記計測座標系上にお
いて当該基準点を識別可能にすることを意味する。

【００１１】同第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加
えて、前記相互に対応する媒質基準点と計測基準点を少
なくとも２組とし、その内の１組を夫々前記媒質表面上
の座標系と前記計測座標系の夫々の原点とし、他の１組
の前記媒質基準点の前記媒質表面上の座標系における位
置座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）を求め、その媒質基準点に
対応する前記計測基準点の位置座標（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ
₁ ）を前記位置姿勢導出工程により求め、前記計測基準
点の位置座標（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）の各座標値を前記媒
質基準点の位置座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）の各座標値と
一致させるべく、前記計測座標系の座標軸の方向と縮尺
を補正する計測座標補正工程を有する点にある。

【００１２】同第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項４に記載した通り、上記第一、第二または第三
の特徴構成を有する探査方法において、前記送受信工程
実行時に、前記媒質中に存在する物体からの反射信号を
受信する代わりに、前記媒質中に存在する物体によって
強度または位相が変化した波動信号を受信し、且つ、前
記４次元データ生成工程を実行する代わりに、前記送受
信工程で受信した波動信号の前記物体によって変化した
強度若しくは位相に対する前記媒質表面上の位置（ｘ
₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を座標とする３次元データを生成する
３次元データ生成工程を実行し、前記４次元データの代
わりに、前記３次元データ生成手段が生成した前記３次
元データに基づいて前記物体の位置を探査する点にあ
る。

【００１３】更に、本発明に係る探査装置の第一の特徴
構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した通
り、媒質の表面を移動しながら、電磁波または音波によ
る波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質中に存在す
る物体からの反射信号を受信する送受信装置と、前記送
受信装置が受信した反射信号強度に対する前記媒質表面
上の位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）と前記波動信号の前記物
体からの反射時間ｔを座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ，ｔ）と
する４次元データを生成する４次元データ生成手段とを
備え、前記４次元データ生成手段が生成した前記４次元
データに基づいて前記物体の位置を探査する探査装置で
あって、前記送受信装置を支持する固定車輪と、前記固
定車輪の移動距離を計測可能な距離計と、前記固定車輪
の移動方向（δ，θ）或いは移動方向（δ，θ）の変化
とその移動方向回りの前記固定車輪の傾き（φ）或いは
傾き（φ）の変化を計測可能な３軸角度センサと、前記
距離計によって計測された前記固定車輪の移動距離と前
記３軸角度センサによって計測された前記送受信装置の
移動中における前記固定車輪の移動方向（δ，θ）或い
は移動方向（δ，θ）の変化とその移動方向回りの前記
固定車輪の傾き（φ）或いは傾き（φ）の変化から、前
記固定車輪の始発点と初期姿勢から決定される計測座標
系における前記固定車輪の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とそ
の姿勢状態（δ，θ，φ）を導出する位置姿勢導出手段
と、前記位置姿勢導出手段が導出した前記固定車輪の位
置座標と姿勢状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）から、前
記計測座標系における前記送受信装置の所定箇所の位置
座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める位置換算手段とを備
えてなる点にある。即ち、上記探査方法の第一の特徴構
成における各工程を各別に上記要領で処理するための手
段を夫々に備えてなるものであり、よって、本特徴構成
と上記探査方法の第一の特徴構成とは、発明の本質にお
いて共通するものであり、同一の作用効果を奏する。

【００１４】本発明に係る探査装置の第二の特徴構成
は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した通り、上
記第一の特徴構成を有する探査装置において、前記送受
信装置は、前記媒質中に存在する物体からの反射信号を
受信する代わりに、前記媒質中に存在する物体によって
強度または位相が変化した波動信号を受信し、前記４次
元データ生成手段の代わりに、前記送受信装置が受信し
た波動信号の前記物体によって変化した強度若しくは位
相に対する前記媒質表面上の位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）
を座標とする３次元データを生成する３次元データ生成
手段を備え、前記４次元データの代わりに、前記３次元
データ生成手段が生成した前記３次元データに基づいて
前記物体の位置を探査する点にある。即ち、上記本発明
に係る探査方法の第一の特徴構成の一部を同第四の特徴
構成で置換してなる探査方法における各工程を各別に記
載した要領で処理するための手段を夫々に備えてなるも
のであり、よって、本特徴構成と上記本発明に係る探査
方法の第四の特徴構成とは、発明の本質において共通す
るものであり、同一の作用効果を奏する。

【００１５】以下に作用並びに効果を説明する。本発明
に係る探査方法の第一の特徴構成によれば、先ず、前記
位置姿勢導出工程において、前記距離計と前記３軸角度
センサによって前記固定車輪の位置座標と姿勢状態
（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）を逐次３次元的に導出し
て、その移動軌跡を前記計測座標系において特定するこ
とができ、前記位置換算工程により前記４次元データ生
成工程で使用する前記送受信装置の所定箇所、例えば、
送信受信アンテナの中間位置の移動軌跡を前記計測座標
系において特定することができる。かかる前記固定車輪
の位置及び前記送信受信アンテナの中間位置の特定が３
次元的に行われるため、媒質表面形状が平面でない場合
であっても、高精度な位置計測が可能となる。更に、前
記媒質表面上の探査開始地点において、前記送受信装置
を前記媒質表面上の基準点と位置合わせする際に、前記
固定車輪は実際に前記媒質表面に接地し、その接地状態
が作業者によって視覚的に直接確認できるため、位置合
わせが容易にでき、その結果、位置合わせ精度が向上す
るため、前記送受信装置の所定箇所の位置計測精度の向
上が図れるのである。ここで、前記固定車輪の取り付け
位置が前記送受信装置に対して固定されていても、前記
固定車輪が接地面に対し垂直軸芯周りに回動自在な自在
車輪であり、且つ、前記３軸角度センサがその自在車輪
に直接設置されている場合は、前記自在車輪についての
前記位置姿勢導出工程は実行できるが、前記自在車輪の
向きと前記送受信装置の向きが不定となり、前記位置換
算工程によって前記送受信装置の所定箇所の位置計測が
不能となるのである。つまり、前記自在車輪と前記送受
信装置の所定箇所との間の方向を含む相対位置関係を特
定するための別途手段、例えば、前記自在車輪と前記送
受信装置の双方に３軸角度センサを設ける等の手当てが
必要となる。従って、本特徴構成の如く、移動距離の計
測に係る車輪の向きと前記送受信装置の向きの相対関係
を固定することで、かかる別途手段が不要となるのであ
る。但し、固定車輪と言えども、ある程度の車軸の振れ
や遊び等は、計測誤差範囲内で当然に許容されるもので
ある。

【００１６】前記位置姿勢導出工程における前記固定車
輪の姿勢状態（δ，θ，φ）の基準方向（δ＝０，θ＝
０，φ＝０）は前記固定車輪の移動開始時の初期姿勢で
決定されるが、その基準方向が前記媒質表面上で予定さ
れている移動開始時の進行方向と異なると、前記計測座
標系がもはや正確に前記媒質表面上の位置座標を反映し
なくなり、前記送受信装置の所定箇所の位置計測が正確
に行えなくなる場合がある。

【００１７】しかし、同第二の特徴構成によれば、前記
計測座標系と前記媒質表面上の座標系との間で少なくと
も二つの基準点間の対応付けがされるため、前記両座標
系の間に齟齬があるか否かの判断ができ、前記計測座標
系で特定された前記送受信装置の所定箇所の移動軌跡
を、前記媒質表面上でそのまま使用できるか否かの判断
ができるのである。また、前記両座標系の間に齟齬があ
ると判定された場合、上述の如く少なくとも二つの基準
点間の対応付けがされるため、少なくとも、前記両座標
系の座標軸の回転を補正でき、前記計測座標系の座標軸
方向を前記媒質表面上で予定されている移動開始時の進
行方向と一致させることができ、前記計測座標系で特定
された前記送受信装置の所定箇所の移動軌跡を、前記媒
質表面上において特定することができるのである。とこ
ろで、前記媒質基準点及び前記計測基準点の一つを、前
記両座標系の原点として選択すると、前記両座標系の座
標軸の回転の補正が容易にできる。

【００１８】更に、同第三の特徴構成によれば、前記相
互に対応する媒質基準点と計測基準点の１組を前記媒質
表面上の座標系と前記計測座標系の夫々の原点とし、前
記他の１組の媒質基準点の前記媒質表面上の座標系にお
ける位置座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）を求め、前記計測座
標補正工程で、その前記媒質表面上の座標系で特定され
た前記媒質基準点の位置座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）と、
それに対応する前記位置姿勢導出工程により求められた
前記計測座標系の前記計測基準点の位置座標（Ｘ₁ ，Ｙ
₁ ，Ｚ₁ ）について、夫々の座標値が一致するように、
前記計測座標系の座標軸の方向と縮尺を補正することが
できる。この結果、前記指定車輪の移動軌跡に沿った探
査距離が長くなって、位置計測誤差が過大に累積して
も、前記補正によって当該誤差を一定範囲内に収めるこ
とができ、前記指定車輪の移動軌跡の前記媒質表面上に
おける位置計測を正確に行え、更に、前記位置換算工程
によって前記送受信装置の所定箇所の移動軌跡が前記正
確に計測された前記指定車輪の移動軌跡から換算できる
ため、前記送受信装置の所定箇所の前記媒質表面上での
位置計測における必要な計測精度を確保することができ
る。

【００１９】同第四の特徴構成によれば、４次元データ
に基づいて行う探査方法以外に、３次元データに基づい
て行う探査方法においても、上記した第一乃至第三の特
徴構成の作用効果を奏することができるのである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る探査方法及
び装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に
示すように、本発明に係る探査装置は、送受信装置１０
とデータ解析装置２０を備えてなる。前記送受信装置１
０は、送受信機１６を備え、媒質である土壌１の表面即
ち地表面６を移動しながら、電磁波による波動信号を前
記土壌１中へ放射し、前記土壌１中に埋設されたガス等
の流体を配送する鋼管等の物体２からの反射信号を受信
する送受信工程を実行し、前記データ解析装置２０は、
前記送受信機１６が受信した反射信号強度に基づいて前
記物体２の埋設位置を探査する。

【００２１】更に詳しくは、前記送受信工程において、
前記送受信機１６は例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの図
２（イ）に例示する単発のパルス信号を送信回路１３で
発生し、送信アンテナ１１より電磁波として土壌１に放
射する。前記送信アンテナ１１より放射された電磁波の
内の物体に入射した入射波４は前記物体２表面で反射散
乱し、その中の反射波５が受信アンテナ１２で受信され
た後、受信回路１４において、図２（ロ）に例示するよ
うな受信信号として復調増幅される。前記送信アンテナ
１１より放射され、前記受信アンテナ１２で受信される
までの時間差ΔＴは前記地表面６から前記物体２までの
距離と土壌１の比誘電率εまたは電磁波の伝搬速度ｖよ
り一義的に決定される。前記送信アンテナ１１と前記受
信アンテナ１２は一定間隔で前記地表面６に対向して配
置され、図１中のｙ方向に前記物体２を横切るように移
動し、更に、前記物体２の配設方向である紙面表裏方向
のｘ方向にも移動する。

【００２２】前記送受信機１６に、前記受信回路１４の
増幅部の利得を前記時間差ΔＴに応じて変調する信号強
度変調手段１５を設け、前記時間差ΔＴが長くなるにつ
れて土壌１を伝搬する前記パルス信号の損失が大きくな
り、受信信号強度が減衰するのを振幅補正し、前記時間
差ΔＴ、つまりは反射時間ｔの増加に対して急激に減衰
しない受信信号強度分布を得ることができ、次段以降の
信号処理に必要な信号強度を確保する。具体的には、前
記信号強度変調手段１５は前記単発のパルス信号の送信
タイミングに同期して、前記時間差ΔＴの増加に伴い減
衰率を所定の変化率で自動的に低下させる減衰器で構成
され、前記増幅部の所定個所に挿入してある。

【００２３】前記データ解析装置２０はマイクロコンピ
ュータや半導体メモリ等によって構成されるデータ処理
部２１と外部からの操作指示を入力するキーボード等の
入力部２２と各処理段階での画像データや出力結果を表
示する陰極線管ディスプレイや液晶ディスプレイ等の表
示部２３と前記各処理段階での画像データや出力結果等
を保管格納する磁気ディスク等の外部補助記憶部２４か
ら構成されている。前記受信回路１４において受信信号
は、前記信号強度変調手段１５による振幅補正後に、波
形のスムージング等の雑音除去処理やＡ／Ｄ変換処理等
の前置処理が施され、ディジタル信号として前記データ
処理部２１へ出力される。前記データ処理部２１に設け
られた４次元データ生成手段２５では、前記ディジタル
化された受信信号より、前記物体２を含む土壌１の断面
画像を、前記アンテナ１１及び１２の中間位置１７であ
る送受信位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）と前記反射波５の前
記物体２からの反射時間ｔを座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ，
ｔ）とする４次元データ（３次元画像データの一例）を
生成し、４次元データ生成工程を実行する。ここで、受
信信号強度を複数階調で輝度表示し、図２（ロ）に示す
ように、信号強度の正値を白（輝度大）、信号強度の負
値を黒（輝度小）、信号強度０を中間階調として前記表
示部２３に表示する。

【００２４】更に、前記４次元データに基づいてデータ
解析を行い、前記物体２の埋設位置を正確に探査するた
めには、前記送受信位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）が前記地
表面６を移動した移動軌跡の前記地表面６上での座標系
である地表座標系での位置座標を正確に特定する必要が
ある。そこで、図３及び図４に示すように、前記送受信
装置１０には、前記送受信装置１０を支持するととも
に、前記送受信装置１０が前記地表面６上を自在に移動
できるように、回転軸が同軸の一対の固定車輪７_R ，７
_L と自在車輪１８が取り付けられており、前記固定車輪
７_R の移動距離Ｄを計測可能な距離計１９と、前記固定
車輪７_R の移動方向Ａ（δ，θ）の初期姿勢からの変化
（Δδ，Δθ）とその移動方向Ａ回りの前記固定車輪７
_R の傾きφの初期姿勢からの変化（Δφ）を計測可能な
３軸角度センサ２９と、位置姿勢導出手段３０と、位置
換算手段３１が設けられている。

【００２５】前記位置姿勢導出手段３０は、前記距離計
１９によって計測した前記固定車輪７_R の移動距離Ｄ
と、前記３軸角度センサ２９によって計測された前記送
受信装置１０が移動中の前記固定車輪７_R の移動方向Ａ
の変化ΔδとΔθ及び前記固定車輪７_R の傾きの変化Δ
φから、前記固定車輪７_R の始発点Ｓと初期姿勢から決
定される計測座標系における前記固定車輪７_R の位置座
標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその姿勢状態（δ，θ，φ）を導出
する。

【００２６】前記位置換算手段３１は前記位置姿勢導出
手段３０が導出した前記固定車輪７ _R の位置座標と姿勢
状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）から、前記計測座標系
における前記送受信装置１０の所定箇所の位置座標（Ｘ
₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める。ここで、前記送受信装置１
０の所定箇所は、前記アンテナ１１及び１２の中間位置
１７であり、前記送受信位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）と前
記位置座標（Ｘ₀ ，Ｙ ₀ ，Ｚ₀ ）とは、異なる座標系に
おいて夫々同じ位置を示すものである。

【００２７】尚、本実施形態では、前記計測座標系のＹ
軸方向を、前記始発点Ｓでの前記固定車輪７_R の移動方
向とし、Ｚ軸方向を、前記始発点Ｓでの前記固定車輪７
_R の接地面の法線方向とし、Ｘ軸方向を、Ｚ軸方向を上
にしてＹ軸方向に向かって右手方向でＹ軸及びＺ軸両方
向に直交する方向として、前記計測座標系が定められて
いる。また、前記固定車輪７_R の移動方向（δ，θ）
は、図５に示すように、δがＸＹ面と移動方向Ａの成す
角或いはＺ軸方向と移動方向Ａの成す角の余角で、θが
移動方向Ａと平行な直線をＸＹ面に垂直に投影してなる
直線とＹ軸方向の成す角で夫々定義される。δ、θ、φ
の前記始発点Ｓでの初期値は何れも０である。δの極性
は移動方向ＡがＸＹ平面に対して＋Ｚ方向に傾いている
場合を正方向とし、θの極性はＺ軸正方向に向かって時
計回りを正方向とし、φの極性は移動方向Ａに向かって
時計回りを正方向とする。また、説明の便宜上、前記地
表面６上の座標は小文字で、前記計測座標系の座標は大
文字で区別する。

【００２８】前記距離計１９は、最小検出距離が５ｍｍ
のロータリエンコーダ８からなり、前記移動距離Ｄを計
測可能に構成されている。前記移動距離Ｄは前記固定車
輪７ _R が前進後退した前記始発点Ｓからの積算距離であ
るが、前進時は加算され、後退時は減算される。従っ
て、前記移動距離Ｄが増加している時は、前記送受信装
置１０が前進しており、逆に、前記移動距離Ｄが減少し
ている時は、前記送受信装置１０が後退していることに
なる。尚、前記ロータリエンコーダ８が前進後退を検出
できる原理は、前記ロータリエンコーダ８のスリットに
対して９０°位相が異なるように２つの光センサが配置
され、例えば、前記二つの光センサの出力パルスの一方
が他方より９０°位相が進んでいる場合は前進であり、
逆に９０°位相が遅れている場合は後退であると判定で
きるのである。また、前記３軸角度センサ２９は、例え
ば、ピエゾジャイロ等のジャイロを用いて構成されてい
る。

【００２９】図６に示すように、前記位置姿勢導出手段
３０は、位相判別エッジ検出部９と、アップダウンカウ
ンタ２６と、演算処理部２７とで構成されており、前記
位置換算手段３１は前記演算処理部２７の一部によって
構成されている。具体的には、前記位置姿勢導出手段３
０及び前記位置換算手段３１は、前記データ解析装置２
０と同様にマイクロコンピュータ、論理回路、及び、半
導体メモリ等によって構成されている。

【００３０】前記位相判別エッジ検出部９は、前記ロー
タリエンコーダ８の前記二つの光センサの出力パルスＲ
_{1 ,} Ｒ₂ を入力して、前記固定車輪７_R の前進後退を判
別し、前記出力パルスＲ_{1 ,} Ｒ₂ のエッジを検出して、
カウントアップ信号Ｒ_UPとカウントダウン信号Ｒ_DNを出
力する。図７に、前記出力パルスＲ_{1 ,} Ｒ₂ と前記カウ
ントアップ信号Ｒ_UPの信号波形の一例を示す。この場
合、前記出力パルスＲ₁が前記出力パルスＲ₂ より９０
°位相が進んでおり、前記固定車輪７_R が前進状態で、
前記カウントアップ信号Ｒ_UPが出力されている。ここ
で、前記カウントアップ信号Ｒ_UPまたは前記カウントダ
ウン信号Ｒ_DNの各パルス間隔が前記ロータリエンコーダ
８の最小検出距離に対応する。

【００３１】前記アップダウンカウンタ２６は、前記位
相判別エッジ検出部９が出力する前記カウントアップ信
号Ｒ_UPと前記カウントダウン信号Ｒ_DNを入力し、前記固
定車輪７_R の前記移動距離Ｄに対応するカウント値Ｃを
出力する。前記演算処理部２７に入力された前記カウン
ト値Ｃは所定の出力形式で前記送信回路１３に送信さ
れ、前記送信回路１３は前記単発のパルス信号を前記カ
ウント値Ｃに同期して発生し、前記送信アンテナ１１よ
り前記土壌１に向けて放射する。

【００３２】次に、前記演算処理部２７における、前記
位置姿勢導出手段３０による前記計測座標系における前
記固定車輪７_R の位置座標とその姿勢状態（Ｘ，Ｙ，
Ｚ，δ，θ，φ）を導出する位置姿勢導出工程について
説明する。

【００３３】前記３軸角度センサ２９が、前記送受信装
置１０が移動中の前記固定車輪７_Rの移動方向Ａ（δ，
θ）の変化Δδ、Δθ及び前記固定車輪７_R の傾きの変
化Δφを、前記始発点Ｓでの前記固定車輪７_R の初期姿
勢（δ＝０，θ＝０，φ＝０）を基準として計測するこ
とにより、前記固定車輪７_R の任意地点での姿勢状態
（δ，θ，φ）は直接計測される。一方、前記移動距離
Ｄは前記最小検出距離に前記カウント値Ｃを乗じて求め
られる。

【００３４】また、単位時間当りの前記固定車輪７_R が
前進後退した距離をΔとすれば、前記固定車輪７_R の位
置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、数１、数２及び数３で与えら
れる。

【００３５】

【数１】Ｘ＝−∫Δｃｏｓδｓｉｎθｄｔ

【数２】Ｙ＝∫Δｃｏｓδｃｏｓθｄｔ

【数３】Ｚ＝∫Δｓｉｎδｄｔ

【００３６】ここで、前記単位時間当りの移動距離Δと
前記固定車輪７_R の姿勢状態（δ，θ，φ）は共に時間
ｔの関数であるが、実際の演算処理は、数１、数２、数
３の代わりに離散表現の更新式数４、数５及び数６を用
いて、前記固定車輪７_R の移動距離Ｄに一定の増減があ
った場合に実行する。具体的には、前記送受信工程の実
行と同様に、前記カウント値Ｃに同期して前記位置姿勢
導出工程を実行するため、前記一定の増減量は５ｍｍで
ある。

【００３７】

【数４】 Ｘ_n+1 ＝Ｘ_n −（Ｄ_n+1 −Ｄ_n ）ｃｏｓδ_n ｓｉｎθ_n

【数５】 Ｙ_n+1 ＝Ｙ_n ＋（Ｄ_n+1 −Ｄ_n ）ｃｏｓδ_n ｃｏｓθ_n

【数６】Ｚ_n+1 ＝Ｚ_n ＋（Ｄ_n+1 −Ｄ_n ）ｓｉｎδ_n

【００３８】ここで、Ｄ_n+1 及びＤ_n は前記移動距離Ｄ
の内の前記固定車輪７_R の移動距離のｎ＋１番目及びｎ
番目の演算処理位置での値を夫々示している。また、δ
_n ，θ_n は前記３軸角度センサ２９の検出出力である前
記固定車輪７_R の移動方向の初期姿勢からの変化Δδ
_n ，Δθ_n をｎ番目の演算処理位置でサンプリングした
値であり、当該ｎ番目の演算処理位置での前記固定車輪
７_R の移動方向δ，θである。

【００３９】以上、数４、数５及び数６から、前記計測
座標系における前記固定車輪７_R の位置座標と姿勢状態
（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）を導出することができる。

【００４０】次に、前記位置換算手段３１が、前記位置
姿勢導出手段３０が導出した前記固定車輪７_R の位置座
標と姿勢状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）から、前記計
測座標系における前記送受信装置１０の所定箇所である
前記アンテナ１１及び１２の中間位置１７の位置座標
（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める位置換算工程について説
明する。前記固定車輪７_R の位置を原点、前記固定車輪
７_R の回転軸方向をＸ軸方向、進行方向をＹ軸方向とす
る前記送受信装置１０上の座標系を仮定して、その座標
系における前記アンテナ１１及び１２の中間位置１７の
座標を（−Ｗ，−Ｖ，Ｕ）とすると、この前記送受信装
置１０上の座標系は前記計測座標系に対して前記固定車
輪７_R の姿勢状態（δ，θ，φ）だけ傾いていることに
相当することから、前記中間位置１７の位置座標（Ｘ
₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）は数７、数８及び数９で算出される。

【００４１】

【数７】Ｘ₀ ＝Ｘ−Ｗ（ｃｏｓφｃｏｓθ−ｓｉｎφｓ
ｉｎδｓｉｎθ）＋Ｖｃｏｓδｓｉｎθ＋Ｕ（ｓｉｎφ
ｃｏｓθ＋ｃｏｓφｓｉｎδｓｉｎθ）

【数８】Ｙ₀ ＝Ｙ−Ｗ（ｃｏｓφｓｉｎθ＋ｓｉｎφｓ
ｉｎδｃｏｓθ−Ｖｃｏｓδｃｏｓθ＋Ｕ（ｓｉｎφｓ
ｉｎθ−ｃｏｓφｓｉｎδｃｏｓθ）

【数９】Ｚ₀ ＝Ｚ＋Ｗｓｉｎφｃｏｓδ−Ｖｓｉｎδ＋
Ｕｃｏｓφｃｏｓδ

【００４２】ここで、Ｗは前記一対の固定車輪７_R ，７
_L の間隔の半値であり、Ｖは前記中間位置１７と前記固
定車輪７_R の回転軸との距離であり、Ｕは前記固定車輪
７_Rと前記中間位置１７の高低差に相当し、本実施形態
では前記中間位置１７が前記両固定車輪７_R ，７_L の接
地点の中間点より後方上側に位置している。尚、本実施
形態で使用する前記送受信装置１０では、前記間隔の半
値Ｗは３２５ｍｍで、前記距離Ｖは２１０ｍｍで、高低
差Ｕは５０ｍｍである。この位置換算工程は、前記位置
姿勢導出工程で前記固定車輪７_R の位置座標と姿勢状態
（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）が演算される毎に実行され
る。

【００４３】次に、前記位置姿勢導出工程と前記位置換
算工程を、前記地表座標系において例えば、ｙ軸正方向
に１０００ｍｍ、ｘ軸負方向に２０００ｍｍの長方形領
域を走査して実行する場合について説明する。

【００４４】前記位置姿勢導出工程と前記位置換算工程
を実行して得られる前記計測座標系での前記固定車輪７
_R の軌跡を平面視したものを図８に、また、前記計測座
標系での前記中間位置１７の位置座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ
₀ ）と前記固定車輪７_R の軌跡を平面視したものを図９
に、夫々模式的に示す。尚、図９において、実線は前記
中間位置１７の軌跡を、破線は前記固定車輪７_R の軌跡
を表し、図８と図９の前記固定車輪７_R の軌跡は同一の
ものである。

【００４５】上記実施例において、前記送受信装置１０
は、前記地表座標系の原点から座標点（０，１０００，
ｚ_T ）の第１折返点Ｔまで直進し、同第１折返点Ｔで折
り返し、以降、ｙ＝０ｍｍとｙ＝１０００ｍｍの間を往
復しながら、−ｘ方向に進み、最終的に（−２０００，
１０００，ｚ_P ）まで移動している。ここで、前記地表
面６上に設定した媒質基準点Ｍ、本実施例では前記始発
点Ｓ及び前記第１折返点Ｔに、予めマークしておき、前
記固定車輪７_R が必ずそのマーク上を通過することで、
前記媒質基準点Ｍとそれに対応する前記計測座標系での
計測基準点Ｎを識別して、前記地表座標系と前記計測座
標系を対応付ける座標系相関工程を実行する。この結
果、前記媒質基準点Ｍと前記計測基準点Ｎの夫々の固有
の座標系での位置座標を比較することで、前記計測座標
系と前記地表座標系間の齟齬が把握でき、前記計測座標
系を前記地表座標系として実効的に使用可能か否かの判
断が可能となる。かかる座標系相関工程により、前記位
置姿勢導出工程で導出された前記固定車輪７_R の位置座
標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から直接導出される前記中間位置１７
の位置座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）が、前記地表面６上で
の前記送受信位置（ｘ ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）として、前記４
次元データに基づいて行われるデータ解析にそのまま使
用できるか否かの見極めが可能となるのである。

【００４６】図８に示すように、前記計測座標系では、
前記第１折返点Ｔの座標が（０，１０００，ｚ_T ）から
僅かにずれているが、これは、前記始発点Ｓにおいて、
前記固定車輪７_R の移動方向が、前記地表座標系のｙ軸
方向に完全に一致していない場合や、前記位置姿勢導出
工程における前記固定車輪７_R の姿勢状態（δ，θ，
φ）の演算誤差、或いは、前記最小検出距離に基づく前
記移動距離Ｄの量子化誤差、前記固定車輪７_R の空転に
よる前記移動距離Ｄの誤差等が累積する場合等が理由と
して考えられる。

【００４７】従って、前記座標系相関工程において、前
記計測座標系と前記地表座標系間の許容限度を超える齟
齬が確認された場合は、前記位置姿勢導出工程及び前記
位置換算工程を再実行するか、前記媒質基準点Ｍと前記
計測基準点Ｎの夫々の固有の座標系での位置座標が一致
するように、前記計測座標系の座標軸の方向や縮尺を補
正する計測座標補正工程を行うことで、最終的に前記送
受信位置（ｘ₀ ，ｙ₀，ｚ₀ ）が正確に得られる。この
結果、前記４次元データに基づいてデータ解析を行い、
前記物体２の埋設位置を正確に探査することができる。

【００４８】以下、前記計測座標補正工程について説明
する。前記計測座標補正工程では、かかる誤差を補正す
る方法として、前記始発点Ｓを前記両座標系の原点とし
て、その原点を基準とする縮尺補正係数ａ_C 、座標軸の
回転補正角δ_C とθ_C を設定し、これら縮尺補正係数ａ
_C と回転補正角δ_C とθ_C を前記媒質基準点Ｍ及び計測
基準点Ｎの位置座標から算出することにより行う。先
ず、図８または図９に示す前記固定車輪７_R の最終位置
Ｐ等において、前記媒質基準点Ｍ及び計測基準点Ｎの位
置座標間において数１０、数１１及び数１２に示す関係
式が成り立つ。

【００４９】

【数１０】ｘ₁ ＝ａ_C （Ｘ₁ ｃｏｓθ_C −Ｙ₁ ｃｏｓδ
_C ｓｉｎθ_C＋Ｚ₁ ｓｉｎδ_C ｓｉｎθ_C ）

【数１１】ｙ₁ ＝ａ_C （Ｘ₁ ｓｉｎθ_C ＋Ｙ₁ ｃｏｓδ
_C ｃｏｓθ_C−Ｚ₁ ｓｉｎδ_C ｃｏｓθ_C ）

【数１２】 ｚ₁ ＝ａ_C （Ｙ₁ ｓｉｎδ_C ＋Ｚ₁ ｃｏｓδ_C ）

【００５０】数１０、数１１及び数１２を変形して、前
記縮尺補正係数ａ_C を導出する数１３が得られる。

【００５１】

【数１３】ａ_C ＝｛（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ＋ｚ₁ ² ）／（Ｘ
₁ ² ＋Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）｝^1/2

【００５２】また、｜Ｙ₁ ｜≧｜Ｚ₁ ｜、（Ｙ₁ ² ＋Ｚ
₁ ² ）^1/2 ≠０と仮定して、数１２の両辺をａ_C と（Ｙ
₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 で除した式を基に変形すると、前記
回転補正角δ_C を導出するための数１４（Ｙ₁ ＞０の場
合）及び数１５（Ｙ₁ ＜０の場合）が得られる。

【００５３】

【数１４】δ_C ＝−α＋ｓｉｎ^-1｛ｚ₁ ／（ａ_C （Ｙ₁
² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 ）｝

【数１５】δ_C ＝−α＋ｓｉｎ^-1｛−ｚ₁ ／（ａ_C （Ｙ
₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 ）｝

【００５４】また、数１４におけるαは数１６で、数１
５におけるαは数１７で夫々定義されている。尚、数１
４は、数１２の両辺をａ_C と（Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 で
除した式に、数１６で与えられるαの式を夫々代入し、
数１５は、数１２の両辺をａ _C と（Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）
^1/2 で除した式に、数１７で与えられるαの式を夫々代
入し、｜α｜≦π／４とし、｜δ_C ｜≦π／４と仮定す
ることにより導出される。

【００５５】

【数１６】ｃｏｓα＝Ｙ₁ ／（Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 ， ｓｉｎα＝Ｚ₁ ／（Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2

【数１７】 ｃｏｓα＝−Ｙ₁ ／（Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2 ， ｓｉｎα＝−Ｚ₁ ／（Ｙ₁ ² ＋Ｚ₁ ² ）^1/2

【００５６】上記説明では、｜Ｙ₁ ｜≧｜Ｚ₁ ｜と仮定
したが、｜Ｙ₁ ｜＜｜Ｚ₁ ｜の場合は、αの正弦と余弦
が逆になるだけで同様に、数１４と数１５が導出され
る。

【００５７】また、｜ｙ₁ ｜≧｜ｘ₁ ｜、（ｘ₁ ² ＋ｙ
₁ ² ）^1/2 ≠０と仮定し、数１０の両辺にｃｏｓθ_C を
乗じて（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 で除した式と、数１１の
両辺にｓｉｎθ_C を乗じて（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 で除
した式とを各辺足し合わせて得られる式を基に変形する
と、前記回転補正角θ_C を導出するための数１８（ｙ ₁
＞０の場合）及び数１９（ｙ₁ ＜０の場合）が得られ
る。

【００５８】

【数１８】θ_C ＝−β＋ｓｉｎ^-1｛ａ_C Ｘ₁ ／（ｘ₁ ²
＋ｙ₁ ² ）^1/2 ｝

【数１９】θ_C ＝−β＋ｓｉｎ^-1｛−ａ_C Ｘ₁ ／（ｘ₁
² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 ｝

【００５９】また、数１８におけるβは数２０で、数１
９におけるβは数２１で夫々定義されている。数１８
は、数１０の両辺にｃｏｓθ_C を乗じて（ｘ₁ ² ＋ｙ₁
² ）^{1/ 2} で除した式と、数１１の両辺にｓｉｎθ_C を乗
じて（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 で除した式とを各辺足し合
わせて得られた式に、数２０で与えられるβの式を夫々
代入し、数１９は、数１０の両辺にｃｏｓθ_C を乗じて
（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2で除した式と、数１１の両辺に
ｓｉｎθ_C を乗じて（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 で除した式
とを各辺足し合わせて得られた式に、数２１で与えられ
るβの式を夫々代入し、｜β｜≦π／４とし、｜θ_C ｜
≦π／４と仮定することにより導出される。

【００６０】

【数２０】ｃｏｓβ＝ｙ₁ ／（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 ， ｓｉｎβ＝ｘ₁ ／（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2

【数２１】 ｃｏｓβ＝−ｙ₁ ／（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2 ， ｓｉｎβ＝−ｘ₁ ／（ｘ₁ ² ＋ｙ₁ ² ）^1/2

【００６１】上記説明では、｜ｙ₁ ｜≧｜ｘ₁ ｜と仮定
したが、｜ｙ₁ ｜＜｜ｘ₁ ｜の場合は、βの正弦と余弦
が逆になるだけで同様に、数１８と数１９が導出され
る。

【００６２】数１０、数１１及び数１２は任意の媒質基
準点Ｍ及び計測基準点Ｎに適用できることから、以上算
出された前記縮尺補正係数ａ_C と前記回転補正角δ_C 、
θ_Cを数１０、数１１及び数１２に代入し、前記位置座
標（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）として前記固定車輪７_R の軌跡
の前記計測座標系での位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を代入し
て、前記計測座標補正工程後の前記固定車輪７_R の軌跡
（ｘ，ｙ，ｚ）が得られる。更に、前記位置座標（Ｘ
₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）として前記中間位置１７の前記計測座
標系での位置座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を代入して前記
計測座標補正工程後の前記中間位置１７の位置座標であ
る前記送受信位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）が得られる。

【００６３】以上、前記位置姿勢導出工程、前記位置換
算工程、前記座標系相関工程、前記計測座標補正工程を
夫々実行して前記送受信位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）が正
確に得られるため、前記４次元データに基づいてデータ
解析を行い、前記物体２の埋設位置を正確に探査するこ
とができるのである。

【００６４】尚、前記４次元データに基づいて前記物体
２の埋設位置を求める工程は、既存の探査方法を使用す
れば良く、前記工程の詳細は本発明の本質部分でないた
め説明を割愛する。

【００６５】（別実施形態）以下に他の実施形態を説明
する。 〈１〉上記実施形態では、前記位置姿勢導出工程に使用
する固定車輪として、前記一対の固定車輪７_R ，７_L の
内の右側の固定車輪７_R を使用したが、左側の固定車輪
７_L に前記距離計１９を設けて、その左側の固定車輪７
_L で前記移動距離Ｄを計測するようにしても構わない。
また、前記一対の固定車輪７_R ，７_L は必ずしも夫々の
回転軸が同軸である必要はなく、前記移動距離Ｄの計測
に係る車輪が固定車輪であればよい。従って、前記固定
車輪７_R ，７_L の位置に自在車輪を設け、前記自在車輪
１８の位置に前記移動距離Ｄの計測に係る固定車輪を設
けるようにしても構わない。

【００６６】〈２〉上記実施形態において、数１、数２
及び数３の代わりに使用する離散表現の更新式は、必ず
しも数４、数５及び数６に限定されるものではない。例
えば、数４と数５におけるｃｏｓδ_n 、数６におけるｓ
ｉｎδ_n 、数４におけるｓｉｎθ_n 、及び、数５におけ
るｃｏｓθ_n の代わりに、ｎ＋１番目の演算処理位置で
サンプリングした前記固定車輪７_R の移動方向（δ
_n+1 ，θ_n+1 ）に基づくｃｏｓδ_n+1 とｃｏｓδ_n の平
均値、同じくｓｉｎδ_n+1 とｓｉｎδ_n の平均値、同じ
くｓｉｎθ_n+1 とｓｉｎθ_n の平均値、及び、同じくｃ
ｏｓθ_n+1 とｃｏｓθ _n の平均値を使用しても構わな
い。

【００６７】〈３〉上記各実施形態では、前記３軸角度
センサ２９の検出出力は、前記固定車輪７_R の移動方向
Ａ（δ，θ）の初期姿勢からの変化とその移動方向Ａ回
りの前記固定車輪７_R の傾きφの初期姿勢からの変化で
あって、結果として前記固定車輪７_R の移動方向と傾き
（δ，θ，φ）を計測するものであったが、前記固定車
輪７_R の移動方向と傾き（δ，θ，φ）を直接検出する
ものであっても構わない。また、前記３軸角度センサ２
９は結果として前記固定車輪７_R の移動方向と傾き
（δ，θ，φ）を計測可能なものであれば、その検出出
力は、角速度や角加速度であっても構わない。

【００６８】〈４〉上記実施形態では、前記座標系相関
工程において、前記地表面６上に前記始発点Ｓ及び前記
第１折返点Ｔ等の前記媒質基準点Ｍを予めマークしてお
き、前記固定車輪７_R が必ずそのマーク上を通過するこ
とで、前記媒質基準点Ｍとそれに対応する前記計測座標
系での計測基準点Ｎを識別していたが、そうする代わり
に、前記固定車輪７_R が前記計測座標系上に指定された
前記計測基準点を通過した時に、その計測基準点Ｎに対
応する媒質基準点を前記地表面６上にマークするように
しても構わない。

【００６９】〈５〉上記実施の形態では、前記最小検出
距離が５ｍｍで、前記固定車輪７_R ，７_L の間隔の半値
Ｗは３２５ｍｍで、前記中間位置１７と前記固定車輪７
_R の回転軸との距離Ｖは２１０ｍｍで、前記固定車輪７
_R の接地点と前記中間位置１７の高低差Ｕは５０ｍｍで
あるとしたが、これらの値は一例であり、必ずしも上記
実施の形態の値に限定されるものではない。

【００７０】〈６〉上記実施の形態において、前記デー
タ処理部２１に前記４次元データ生成手段２５を設ける
代わりに、３次元データ生成手段を設け、後述する３次
元データ生成工程を実行し、前記４次元データの代わり
に、前記３次元データ生成手段が生成した前記３次元デ
ータに基づいて前記物体の位置を探査するようにしても
構わない。前記３次元データ生成工程について説明す
る。先ず、前記送受信工程において、前記送信アンテナ
１１より前記媒質１中に放射された波動信号が前記媒質
１中に存在する物体２によってその強度または位相が変
化したものを前記送受信装置１０が受信する。前記３次
元データ生成工程では、前記送受信装置１０が受信した
波動信号の強度または位相に対する前記媒質表面上の位
置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀）を座標とする３次元データを生
成する。

【００７１】この場合においても、前記位置姿勢導出工
程、前記位置換算工程、前記座標系相関工程、前記計測
座標補正工程を夫々実行して前記送受信位置（ｘ₀ ，ｙ
₀ ，ｚ₀ ）が正確に得られるため、前記３次元データに
基づいてデータ解析を行い、前記物体２の埋設位置を正
確に探査することができるのである。尚、前記３次元デ
ータに基づいて前記物体２の埋設位置を求める工程は、
既存の探査方法を使用すれば良く、前記工程の詳細は本
発明の本質部分でないため説明を割愛する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る探査装置のブロック構成図

【図２】送信信号と受信信号の波形図

【図３】本発明に係る送受信装置における固定車輪の取
り付け状態を示す説明図であって、Ｚ軸方向から平面視
した図

【図４】本発明に係る送受信装置における固定車輪の取
り付け状態を示す説明図であって、Ｚ軸方向と固定車輪
の移動方向の両方に垂直な方向から側面視した図

【図５】本発明に係る計測座標系における固定車輪の移
動方向と傾きを示す説明図

【図６】本発明に係る位置姿勢導出手段のブロック構成
図

【図７】出力パルスＲ_{1 ,} Ｒ₂ とカウントアップ信号Ｒ
_UPの信号波形図

【図８】固定車輪の軌跡の一例を示す平面図

【図９】固定車輪と送受信アンテナの中間位置の軌跡の
一例を示す平面図

【符号の説明】

１ 媒質 ２ 物体 ４ 入射波 ５ 反射波 ６ 地表面 ７_R 固定車輪 ８ ロータリエンコーダ ９ 位相判別エッジ検出部 １０ 送受信装置 １６ 送受信機 １７ 中間位置 １９ 距離計 ２０ データ解析装置 ２１ データ処理部 ２５ ４次元データ生成手段 ２６ アップダウンカウンタ ２７ 演算処理部 ２９ ３軸角度センサ ３０ 位置姿勢導出手段 ３１ 位置換算手段 Ａ 固定車輪の移動方向 Ｍ 媒質基準点 Ｎ 計測基準点 Ｐ 最終位置 Ｓ 始発点 Ｔ 第１折返点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J070 AB01 AC01 AD02 AE07 AF02 AH02 AH04 AH09 AH13 AH14 AH31 AH33 AH34 AJ02 AJ08 AJ14 AK04 AK22 AK33 AK40 BD10 BG02 BG03 BG11 5J083 AA02 AB20 AC40 AD01 AE06 AF04 AF13 AG20 BA01 BD01 BE06 BE08 BE11 BE17 BE19 BE39 BE52 BE60 CA02 EA03 EA09 EA18 EB02 EB05 EB06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒質の表面を移動しながら、電磁波また
   は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
   中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
   と、前記送受信工程で受信した反射信号強度に対する前
   記媒質表面上の位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）と前記波動信
   号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ
   ₀ ，ｔ）とする４次元データを生成する４次元データ生
   成工程とを順次実行し、前記４次元データに基づいて前
   記物体の位置を探査する探査方法であって、 前記波動信号を送受信可能な送受信装置を移動可能に支
   持する固定車輪の移動距離を、前記固定車輪に設けた距
   離計によって計測し、前記送受信装置の移動中における
   前記固定車輪の移動方向（δ，θ）或いは移動方向
   （δ，θ）の変化とその移動方向回りの前記固定車輪の
   傾き（φ）或いは傾き（φ）の変化を、前記送受信装置
   または前記固定車輪に設けた３軸角度センサによって計
   測し、その計測した前記移動距離、前記移動方向（δ，
   θ）或いは移動方向（δ，θ）の変化、及び、前記傾き
   （φ）或いは傾き（φ）の変化から、前記固定車輪の始
   発点と初期姿勢から決定される計測座標系における前記
   固定車輪の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその姿勢状態
   （δ，θ，φ）を導出する位置姿勢導出工程と、 前記位置姿勢導出工程で導出された前記固定車輪の位置
   座標と姿勢状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）から、前記
   計測座標系における前記送受信装置の所定箇所の位置座
   標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める位置換算工程とを実行
   することを特徴とする探査方法。
2. 【請求項２】 前記固定車輪が前記媒質表面上に指定さ
   れた少なくとも二つの媒質基準点を通過した時に、前記
   計測座標系上に前記媒質基準点に対応する計測基準点を
   マークするか、或いは、前記固定車輪が前記計測座標系
   上に指定された少なくとも二つの計測基準点を通過した
   時に、前記媒質表面上に前記計測基準点に対応する媒質
   基準点をマークすることによって、前記計測座標系の前
   記各計測基準点と前記媒質表面上の座標系の前記各媒質
   基準点とを相互に対応付ける座標系相関工程を有する請
   求項１記載の探査方法。
3. 【請求項３】 前記相互に対応する媒質基準点と計測基
   準点を少なくとも２組とし、その内の１組を夫々前記媒
   質表面上の座標系と前記計測座標系の夫々の原点とし、
   他の１組の前記媒質基準点の前記媒質表面上の座標系に
   おける位置座標（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）を求め、その媒質
   基準点に対応する前記計測基準点の位置座標（Ｘ₁ ，Ｙ
   ₁ ，Ｚ₁ ）を前記位置姿勢導出工程により求め、前記計
   測基準点の位置座標（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）の各座標値を
   前記媒質基準点の位置座標（ｘ ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）の各座
   標値と一致させるべく、前記計測座標系の座標軸の方向
   と縮尺を補正する計測座標補正工程を有する請求項２記
   載の探査方法。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の探査方法に
   おいて、 前記送受信工程実行時に、前記媒質中に存在する物体か
   らの反射信号を受信する代わりに、前記媒質中に存在す
   る物体によって強度または位相が変化した波動信号を受
   信し、 前記４次元データ生成工程を実行する代わりに、前記送
   受信工程で受信した波動信号の前記物体によって変化し
   た強度若しくは位相に対する前記媒質表面上の位置（ｘ
   ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を座標とする３次元データを生成する
   ３次元データ生成工程を実行し、 前記４次元データの代わりに、前記３次元データ生成手
   段が生成した前記３次元データに基づいて前記物体の位
   置を探査することを特徴とする探査方法。
5. 【請求項５】 媒質の表面を移動しながら、電磁波また
   は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
   中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信装置
   と、前記送受信装置が受信した反射信号強度に対する前
   記媒質表面上の位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）と前記波動信
   号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ
   ₀ ，ｔ）とする４次元データを生成する４次元データ生
   成手段とを備え、前記４次元データ生成手段が生成した
   前記４次元データに基づいて前記物体の位置を探査する
   探査装置であって、 前記送受信装置を支持する固定車輪と、 前記固定車輪の移動距離を計測可能な距離計と、 前記固定車輪の移動方向（δ，θ）或いは移動方向
   （δ，θ）の変化とその移動方向回りの前記固定車輪の
   傾き（φ）或いは傾き（φ）の変化を計測可能な３軸角
   度センサと、 前記距離計によって計測された前記固定車輪の移動距離
   と前記３軸角度センサによって計測された前記送受信装
   置の移動中における前記固定車輪の移動方向（δ，θ）
   或いは移動方向（δ，θ）の変化とその移動方向回りの
   前記固定車輪の傾き（φ）或いは傾き（φ）の変化か
   ら、前記固定車輪の始発点と初期姿勢から決定される計
   測座標系における前記固定車輪の位置座標（Ｘ，Ｙ，
   Ｚ）とその姿勢状態（δ，θ，φ）を導出する位置姿勢
   導出手段と、 前記位置姿勢導出手段が導出した前記固定車輪の位置座
   標と姿勢状態（Ｘ，Ｙ，Ｚ，δ，θ，φ）から、前記計
   測座標系における前記送受信装置の所定箇所の位置座標
   （Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求める位置換算手段とを備えて
   なる探査装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の探査装置において、 前記送受信装置は、前記媒質中に存在する物体からの反
   射信号を受信する代わりに、前記媒質中に存在する物体
   によって強度または位相が変化した波動信号を受信し、 前記４次元データ生成手段の代わりに、前記送受信装置
   が受信した波動信号の前記物体によって変化した強度若
   しくは位相に対する前記媒質表面上の位置（ｘ ₀ ，ｙ
   ₀ ，ｚ₀ ）を座標とする３次元データを生成する３次元
   データ生成手段を備え、 前記４次元データの代わりに、前記３次元データ生成手
   段が生成した前記３次元データに基づいて前記物体の位
   置を探査することを特徴とする探査装置。