JP2001083256A - 埋設物探知方法及び埋設物探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型の埋設物を精度よく、安全に検出する。 【解決手段】 センサＡは、支持輪１１に複数の埋設棒
１２を垂直に取り付け、各埋設棒１２を地中に埋設し
て、各埋設棒１２に取着された超音波送受信器１４ａ、
１４ｂから順に超音波を送信させ、他の埋設棒の音波送
受信器でその音波を受信する。これらの受信信号を信号
処理装置Ｂで２値化し、保存しておく。全ての音波送受
信器１４ａ、１４ｂから送信された超音波の受信が完了
した時点で、表示装置Ｃにて、それらの２値化データを
輝度変換し、画像処理を施すことで３次元画像を得る。
この３次元画像から埋設物の形状を把握し、既存のもの
と照合することで、埋設物の種類を特定することができ
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、地中に埋設された
地雷等の物体を探知する埋設物探知方法及び埋設物探知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地雷等の埋設物探知方式とし
ては、赤外線、電磁誘導、地中レーダなど、いくつかの
方法が提案されている。

【０００３】例えば、比較的浅く埋められている対戦車
地雷は、周囲との温度差から、赤外線方式で高い確率で
検出できる。金属材料が多用されている地雷は、電磁誘
導を用いる金属探知器で検出される。地中レーダは、元
来、地中のパイプなどの検出を行うのに用いられるが、
地雷探知への応用が考えられている。

【０００４】しかしながら、赤外線方式では、対象が小
型であったり、埋設位置が草むらであったり、地中深く
に埋設していたりすると、検出が非常に困難になる。ま
た、電磁誘導方式では、プラスチック地雷のように金属
材料の使用が少なかったり、地中に金属片が多大に埋ま
っていたりすると、高感度の金属探知器を用いても対象
物の特定が非常に困難になる。さらに、地中レーダ方式
では、解像度が低く、検出物体の形状識別が困難であ
る。また、赤外線方式を除き、いずれの方式も目標物の
上方地表面に計測器を接触する必要があり、対象が地雷
の場合には非常に危険を伴う。

【０００５】世界中の生活圏に数億個単位の地雷が埋め
られており、開発途上国では農作地に埋められた地雷の
ために農業生産ができない状況にある。田畑にある小型
地雷を農業に差し支えない深さまで検出する方法及び装
置の開発が強く要望されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の埋
設物探知方法及び埋設物探知装置では、小型の地雷等の
埋設物を精度よくかつ安全に検出することが困難であっ
た。

【０００７】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたもので、金属、非金属製にかかわらず、小型の埋設
物を精度よく、しかも対象物が地雷であっても安全に検
出することのできる地中埋設物探知方法及び埋設物探知
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係る埋設物探知方法は、探知領域の周辺の
複数箇所に音波送信器と音波受信器をそれぞれ設置し、
各音波送信器から送信される音波を前記複数の音波受信
器で受信して、それぞれの受信信号を２値化し、全受信
信号を合成し画像処理することで、埋設物の形状と位置
を推定することを特徴とする。

【０００９】この方法において、前記複数の音波受信器
をさらに地中上下方向に複数箇所設置し、前記画像処理
で３次元処理することを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係る埋設物探知装置は、そ
れぞれ探知領域の周辺の複数箇所に埋設され、音波送受
信手段が探知領域内に向けて取着された複数の埋設棒
と、前記複数の埋設棒を支持する支持具と、前記複数の
埋設棒に取着されている音波送受信手段から順に音波を
発生させる送信手段と、この手段で順に送信される音波
を他の埋設棒の音波送受信手段で受信する受信手段と、
この受信手段により各埋設棒の音波送受信手段から出力
される受信信号を２値化して音波到達の有無に対応した
信号を生成する信号処理手段と、この信号処理手段で得
られた各音波送受信器からの２値化信号を合成し画像処
理して、前記探知領域内に存在する埋設物の形状と位置
を表示する表示手段とを具備して構成される。

【００１１】上記構成において、前記複数の埋設棒に、
それぞれ地中埋設部分の上下方向複数箇所に音波送受信
手段を取着しておき、前記送信手段及び受信手段は、前
記埋設棒に上下方向に取着された複数の音波送受信手段
から順に音波を発生させ、前記音波受信手段で各埋設棒
に上下方向に取着された複数の音波送受信手段でそれぞ
れ受信するものとし、前記信号処理手段及び表示手段
は、前記受信手段で得られる各受信信号を２値化して３
次元画像処理を施すことで、３次元立体画像と３次元位
置を表示することを特徴とする。

【００１２】ここで、前記送信手段及び受信手段は、前
記埋設棒それぞれに前記上下方向に取着された複数の音
波送受信手段から互いに異なるコードで変調された音波
を同時に送信させ、受信時にコード別に復調するように
したことを特徴とする。

【００１３】さらに、前記複数の埋設棒は、それぞれ地
中内で軸周りに回転可能であり、その一つを前記音波送
受信手段が前記探知領域の外側に向くように回転させ
て、当該埋設棒に取着されている音波送受信手段から音
波を発生させ、その反射波を受信することで、探知領域
外の埋設物の存在を検出する領域外埋設物概略位置検出
手段を備えることを特徴とする。

【００１４】さらに、前記受信手段で得られる各受信信
号から埋設物の透過率または散乱の度合を計測し、その
計測結果から埋設物の形状を推定することを特徴とす
る。

【００１５】さらに、予め探知しようとする複数種の埋
設物の形状をデータベース化しておき、前記表示手段で
表示される埋設物の形状を前記データベース化された形
状と比較し、その比較結果から探知された埋設物を特定
することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明に係る埋設物探知装置の構成
を示すものである。尚、ここでは説明を簡単にするた
め、２平方メートル、深さ50cm以内に埋設される地雷を
探知する場合を考える。

【００１８】この装置は、全体としてセンサＡ、信号処
理装置Ｂ及び表示装置Ｃからなる。

【００１９】センサＡは、鋼鉄製のパイプを直径300cm
のリング状に形成した支持輪１１に、30cm間隔で３１本
のプラスチック製の埋設棒１２を垂直に取り付けて固定
したものである。各埋設棒１２は、図２に取り出して示
すように、少なくとも先端部から50〜60cm程度が地中に
埋め込まれる。このため、先端部には、上からの力で地
面に入り易いように、先の尖った金属棒１３が装着され
る。また、埋設棒１２の埋設部分の上下端部２箇所に
は、支持輪１１の内側全域に向けて超音波を送信し、そ
の範囲からの超音波を受信する一対の超音波送受信器１
４ａ、１４ｂが取り付けられる。埋設棒１２は中空構造
をなし、超音波送受信器１４ａ、１４ｂの配線材は、図
示しないが、埋設棒１２、支持輪１１の空洞を通して、
支持輪１１の所定の箇所から引き出され、信号処理装置
Ｂに接続される。

【００２０】信号処理装置Ｂは、図３に示すように、各
埋設棒（No.1〜No.31）１２からの一対の超音波送受信
器１４ａ、１４ｂは、それぞれ互いに連動する切換スイ
ッチ１５ａ、１５ｂにより一対の超音波発信源１６ａ、
１６ｂと増幅器１７ａ、１７ｂとに選択的に接続され
る。超音波発信源１６ａ、１６ｂは互いに異なるコード
で変調された超音波を発生し、切換スイッチ１５ａ、１
５ｂに接続された一対の超音波送受信器１４ａ、１４ｂ
へ送出するものである。

【００２１】ここで、各埋設棒１２に対応する一対の切
換スイッチ１５ａ、１５ｂは、共にソレノイド１８を通
じて３１接点のロータリースイッチ１９の一端子に接続
されており、ロータリースイッチ１９により選択される
と、超音波発信源１６ａ、１６ｂ側に接続されることに
なる。ロータリースイッチ１９は切換制御器２０により
２秒毎に巡回的に切り換えられる。切換制御器２０の切
換時間はタイマー２１からのタイミング信号によって管
理される。

【００２２】また、上記超音波発信源１６ａ、１６ｂ
は、タイマー２１からのタイミング信号（切換制御器２
０へのタイミング信号と同期する）により、１秒間隔で
交互に駆動される。このため、ロータリースイッチ１９
により選択された埋設棒１２の超音波送受信器１４ａ、
１４ｂは、ロータリースイッチ１９により選択される
と、最初の１秒は地中上側の超音波送受信器１４ａから
超音波発信源１６ａの出力が送出され、次の１秒は地中
下側の超音波送受信器１４ｂから超音波発信源１６ｂの
出力が送出される。

【００２３】上記ロータリースイッチ１９によって選択
されていない埋設棒１２の一対の超音波送受信器１４
ａ、１４ｂは受信状態となっている。各送受信器１４
ａ、１４ｂの受信出力は、それぞれ切換スイッチ１５
ａ、１５ｂを介して、増幅器１７ａ、１７ｂで増幅さ
れ、２値化処理器２２ａ、２２ｂで２値化された後、記
憶装置２３に供給される。この記憶装置２３は、２値化
処理器２２ａの出力が与えられる一対の記憶部２３１
ａ、２３２ａと２値化処理器２２ｂの出力が与えられる
一対の記憶部２３１ｂ、２３２ｂを備え、タイマー２１
からのタイミング信号（切換制御器２０へのタイミング
信号と同期する）に基づいて最初の１秒間は記憶部２３
１ａ、２３１ｂのみをアクティブ状態とし、次の１秒間
は記憶部２３２ａ、２３２ｂのみをアクティブ状態とす
る。すなわち、記憶部２３１ａ、２３１ｂには、地中上
側の超音波送受信器１４ａから送出された超音波の受信
信号２値化出力が格納され、記憶部２３２ａ、２３２ｂ
には、地中下側の超音波送受信器１４ｂから送出された
超音波の受信信号２値化出力が格納される。

【００２４】上記埋設棒１２毎の記憶装置２３に格納さ
れた２値化データはロータリースイッチ１９の１走査毎
に読み出され、表示装置Ｃの画像処理部２４に送られ
る。この画像処理部２４は、３１系統からの２値化デー
タを３次元処理し、輝度変調を施して画像信号を生成す
るもので、この画像信号はディスプレイ２５に送られ、
立体的に画像表示される。

【００２５】上記構成において、図４及び図５を参照し
てその動作を説明する。

【００２６】まず、上記センサＡの支持輪１１を、小型
のシャベル車の先端に取り付け、比較的柔らかい畑や田
に押し入れて、埋設棒１２を50〜60cmほど埋め込む。こ
のとき、埋設棒１２が地雷に当たって爆発するおそれが
あるが、作業者は防護車両内にいるため、危険性はな
い。また、埋設棒１２は偶々地雷の爆発により破損して
しまうが、その交換は容易である。

【００２７】信号処理装置Ｂ及び表示装置Ｃは上記シャ
ベル車に搭載しておく。センサＡを設置後、ケーブルに
よって車両内の信号処理装置Ｂに接続する。尚、この間
の接続において、無線技術を利用してもかまわない。

【００２８】電源投入により探知処理を開始すると、初
期設定によりロータリースイッチ１９の選択切換によっ
て、２秒間、第１埋設棒１２の一対の超音波送受信器１
４ａ、１４ｂがそれぞれ超音波発信源１６ａ、１６ｂに
接続される。最初の１秒間は超音波発信源１６ａから第
１コードで変調された超音波信号が地中で上側に位置す
る超音波送受信器１４ａに送られ、次の１秒間は超音波
発信源１６ｂから第２コードで変調された超音波信号が
地中で下側に位置する超音波送受信器１４ｂに送られ、
それぞれ支持輪１１によって定まる探知領域内に向けて
送出される。

【００２９】このとき、第２〜第３１埋設棒１２に設け
られた超音波送受信器１４ａ、１４ｂは、それぞれ第
１、第２コード変調超音波の受信状態となる。この様子
を平面的に見ると、図４に示すようになる。また、深さ
方向に見た場合、最初の１秒間は、図５（ａ）に示すよ
うに、地中上側の超音波送受信器１４ａの送信出力を他
の埋設棒１２の上下両方の送受信器１４ａ、１４ｂで受
信し、次の１秒間は、図５（ｂ）に示すように、地中下
側の超音波送受信器１４ｂの送信出力を他の埋設棒１２
の上下両方の送受信器１４ａ、１４ｂで受信することに
なる。

【００３０】ここで、図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示
すように、探知領域内に埋設物が存在すると、その領域
内に送出された超音波は、その一部が埋設物によって遮
蔽されるため、埋設物の影となる超音波送受信器１４
ａ、１４ｂには到達せず、影の領域に入らなかった送受
信器のみが受信可能である。埋設物に当たった超音波は
埋設物によってほぼ吸収されるため、その反射波レベル
は送信波に比して十分低いものとなっている。物体透過
型の処理方式では、物体の透過量から物質を推定するこ
とが可能である。

【００３１】土の密度により、波長は空中の１／２〜１
の間にあり、10cmの物体を見るには5cmの分解能が必要
となる。このとき、5cmの波長、すなわち17kHzの超音波
を使用すればよい。分解能を上げるには、さらに送信周
波数を上げればよい。３ｍ程度の距離ならば、減衰は10
dB以下と考えられるので、通常市販の送受信器で十分で
ある。また、音速が地中で８００ｍであるとすれば、最
大探知距離３ｍでは3.75msとなり、１秒あれば十分受信
処理が可能である。

【００３２】第２〜第３１埋設棒の超音波送受信器１４
ａ、１４ｂの受信信号は、それぞれ増幅器１７ａ、１７
ｂで増幅された後、２値化処理器２２ａ、２２ｂで２値
化され、最初の１秒間の２値化データ（地中上側の送受
信器１４ａから送信された信号の受信データ）は記憶装
置２３の記憶部２３１ａ、２３１ｂに格納され、次の１
秒間の２値化データ（地中下側の送受信器１４ｂから送
信された信号の受信データ）は記憶装置２３の記憶部２
３２ａ、２３２ｂに格納される。

【００３３】探知開始の２秒後、ロータリースイッチ１
９の選択切換によって、２秒間、第２埋設棒１２の一対
の超音波送受信器１４ａ、１４ｂがそれぞれ超音波発信
源１６ａ、１６ｂに接続され、第１埋設棒が選択された
場合と同じ処理がなされ、以後、順次第３１埋設棒まで
同様の信号処理がなされる。

【００３４】すなわち、受信処理においては、各受信信
号を増幅して２値化し、タイマー機能によって地中上側
受信と下側受信とに振り分ける。したがって、上側受信
信号は、例えば第１埋設棒から送信されたとすれば、第
２から第３１までの受信信号の列となる。下側受信にお
いても同様であるから、それぞれ３０個のデータが２秒
ごとに送信点を変えて３１個あり、上下受信点で６２個
のデータが得られる。さらに、送信点を１秒ごとに上下
に切り換えることで、１分以内に１２８個のデータが得
られ、３１個の記憶装置２３に格納される。

【００３５】上記記憶装置２３に格納された受信データ
を、１走査ごとに画像処理部２４に送り、各受信点の２
値化データを輝度変調し、走査線上に並べ、補間処理す
ることで、３次元画像を生成してディスプレイ２５に表
示する。

【００３６】具体的に説明すると、送信された音響エネ
ルギーは、送信点から見て物体で隠れる受信点では受信
されない。しだかって、画像処理において、送信点から
受信点に走査線が動くようにすれば、その上で輝度変調
された明るい線は物体方向を除いて光ることになる。こ
れを送信点ごとに繰り返せば、物体部分は周囲より黒く
写り、物体像ができる。これを少なくとも４面作成する
ことで、物体の３次元的形状を表示することができ、そ
の形状から物体が地雷であるか否かを推定することが可
能となる。

【００３７】物体の透過率や散乱を考慮に入れ、物体形
状をさらに詳細に推定すると、よりいっそう精度を向上
させることができる。この技術は、現在、Ｘ線ＣＴスキ
ャン装置で行っている透過率を測定する方法が利用でき
る。さらに、既知の各種地雷等の形状をデータベース化
し、順次比較して最も似ていると思われるものを選択す
れば、効率よく埋設物が何であるか識別することができ
る。

【００３８】上記構成による埋設物探知装置を用いれ
ば、現状では例えば２メートル平方を調べるのに１日か
かると云われていた作業が、識別処理を含めて数分で７
平方メートル程度を探索することが可能となる。土壌の
硬さが柔らかく、地雷数量が少量と予測される場合に
は、支持輪１１の直径をさらに広くすれば、より効率よ
く探知作業を行うことができる。

【００３９】尚、上記構成においては、１地点の探知作
業終了後、センサＡを隣接領域に埋め込む場合、埋設棒
が地雷に当たってしまうおそれがある。そこで、一回目
は例外として、次に移動させる方向にある埋設棒１２を
支持輪１１の外側に向け、その超音波送受信器１４ａま
たは１４ｂから超音波を送信し、その反射波を受信計測
することで、次の探知領域における埋設物の存在を検知
することができる。この処理により物体が認識されれ
ば、その距離、方向を求めることも埋設棒１２の回転で
可能である。

【００４０】以上述べた寸法、使用周波数、範囲、深さ
等のパラメータは、実際の運用において適宜変更しても
よいことは勿論である。また、上記実施形態では、埋設
棒を円形配列としたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、探知領域を特定できるならば、どのような形
状であってもよい。

【００４１】また、上記実施形態では、１つの埋設棒に
２個の超音波送受信器を設けるようにしたが、３個以上
とすれば、さらに地中上下方向の解像度を上げることが
できる。また、地中上下の超音波送信を時分割するよう
にしたが、超音波発信源の発信出力がコード変調されて
いることを利用して、受信時にコード別に復調するよう
にすれば、地中上下の送受信器から同時に送信すること
ができるので、探知処理時間をさらに短縮することが可
能となる。また、超音波送受信器は、送受別体のもので
あってもよい。この場合、送信器数と受信器数が異なっ
てもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、金属、非
金属製にかかわらず、小型の埋設物を精度よく、しかも
対象物が地雷であっても安全に検出することのできる地
中埋設物探知方法及び埋設物探知装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る埋設物探知装置の一実施形態の構
成を示すブロック図。

【図２】同実施形態のセンサに用いられる埋設棒の具体
的な構造を示す図。

【図３】同実施形態の具体的な回路構成を示すブロック
図。

【図４】同実施形態において、一つの送信点から送出さ
れた超音波が探知領域周辺に配置した受信点に到達する
様子を示す図。

【図５】同実施形態において、地中上下に配置した送信
点からそれぞれ地中上下に配置された受信点に到達する
様子を示す図。

【符号の説明】

Ａ…センサ Ｂ…信号処理装置 Ｃ…表示装置 １１…支持輪 １２…埋設棒 １３…金属棒 １４ａ、１４ｂ…超音波送受信器 １５ａ、１５ｂ…切換スイッチ １６ａ、１６ｂ…超音波発信源 １７ａ、１７ｂ…増幅器 １８…ソレノイド １９…ロータリースイッチ ２０…切換制御器 ２１…タイマー ２２ａ、２２ｂ…２値化処理器 ２３…記憶装置 ２３１ａ、２３２ａ、２３１ｂ、２３２ｂ…記憶部 ２４…画像処理装置 ２５…ディスプレイ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】探知領域の周辺の複数箇所に音波送信器と
   音波受信器をそれぞれ設置し、各音波送信器から送信さ
   れる音波を前記複数の音波受信器で受信して、それぞれ
   の受信信号を２値化し、全受信信号を合成して画像処理
   することで、埋設物の形状と位置を推定することを特徴
   とする埋設物探知方法。
2. 【請求項２】前記複数の音波受信器をさらに地中上下方
   向に複数箇所設置し、前記画像処理で３次元処理するこ
   とを特徴とする請求項１記載の埋設物探知方法。
3. 【請求項３】それぞれ探知領域の周辺の複数箇所に埋設
   され、音波送受信手段が探知領域内に向けて取着された
   複数の埋設棒と、 前記複数の埋設棒を支持する支持具と、 前記複数の埋設棒に取着されている音波送受信手段から
   順に音波を発生させる送信手段と、 この手段で順に送信される音波を他の埋設棒の音波送受
   信手段で受信する受信手段と、 この受信手段により各埋設棒の音波送受信手段から出力
   される受信信号を２値化して音波到達の有無に対応した
   信号を生成する信号処理手段と、 この信号処理手段で得られた各音波送受信器からの２値
   化信号を合成し画像処理して、前記探知領域内に存在す
   る埋設物の形状と位置を表示する表示手段とを具備する
   ことを特徴とする埋設物探知装置。
4. 【請求項４】前記複数の埋設棒に、それぞれ地中埋設部
   分の上下方向複数箇所に音波送受信手段を取着してお
   き、 前記送信手段及び受信手段は、前記埋設棒に上下方向に
   取着された複数の音波送受信手段から順に音波を発生さ
   せ、前記音波受信手段で各埋設棒に上下方向に取着され
   た複数の音波送受信手段でそれぞれ受信するものとし、 前記信号処理手段及び表示手段は、前記受信手段で得ら
   れる各受信信号を２値化して３次元画像処理を施すこと
   で、３次元立体画像と３次元位置を表示することを特徴
   とする請求項３記載の埋設物探知装置。
5. 【請求項５】前記送信手段及び受信手段は、前記埋設棒
   それぞれに前記上下方向に取着された複数の音波送受信
   手段から互いに異なるコードで変調された音波を同時に
   送信させ、受信時にコード別に復調するようにしたこと
   を特徴とする請求項４記載の埋設物探知装置。
6. 【請求項６】さらに、前記複数の埋設棒は、それぞれ地
   中内で軸周りに回転可能であり、その一つを前記音波送
   受信手段が前記探知領域の外側に向くように回転させ
   て、当該埋設棒に取着されている音波送受信手段から音
   波を発生させ、その反射波を受信することで、探知領域
   外の埋設物の存在を検出する領域外埋設物概略位置検出
   手段を備えることを特徴とする請求項３記載の埋設物探
   知装置。
7. 【請求項７】さらに、前記受信手段で得られる各受信信
   号から埋設物の透過率または散乱の度合を計測し、その
   計測結果から埋設物の形状を推定することを特徴とする
   請求項３記載の埋設物探知装置。
8. 【請求項８】さらに、予め探知しようとする複数種の埋
   設物の形状をデータベース化しておき、前記表示手段で
   表示される埋設物の形状を前記データベース化された形
   状と比較し、その比較結果から探知された埋設物を特定
   することを特徴とする請求項３記載の埋設物探知装置。