JP2003035772A - 隠蔽物体探査方法 - Google Patents

隠蔽物体探査方法

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JP2003035772A
JP2003035772A JP2001221512A JP2001221512A JP2003035772A JP 2003035772 A JP2003035772 A JP 2003035772A JP 2001221512 A JP2001221512 A JP 2001221512A JP 2001221512 A JP2001221512 A JP 2001221512A JP 2003035772 A JP2003035772 A JP 2003035772A
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dimensional
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JP2001221512A
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Inventor
Hideki Hayakawa
秀樹 早川
Jitsuo Koyabu
実男 小藪
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、径が小さい隠蔽物体を確実
に探査することができる隠蔽物体探査方法を提供するこ
とにある。 【解決手段】 アンテナを物体1,2を隠蔽している媒
質表面20a上で走査しながら、アンテナから電磁波を
媒質20中に放射し、反射信号をアンテナで受信し、受
信信号強度に対する媒質表面20a上の位置(x,y)
と反射時間tを座標(x,y,t)とする3次元ボクセ
ルデータを生成し、物体1,2の位置を探査する隠蔽物
体探査方法において、走査を第1方向に平行な複数の走
査線4aに沿って行なって第1ボクセルデータを生成記
憶する工程と、走査を第1方向と交差する第2方向に平
行な複数の走査線4bに沿って行なって第2ボクセルデ
ータを生成記憶する工程と、座標(x,y,t)毎に第
1及び第2ボクセルデータとの加算処理した結果に基づ
いて第3ボクセルデータを算出する工程とを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波を送受信す
ることのできる送受信アンテナを、物体を隠蔽している
媒質表面上で走査しながら、前記送受信アンテナから前
記電磁波を前記媒質中に放射し、前記媒質中に存在する
前記物体からの反射信号を前記送受信アンテナで受信
し、受信信号強度に対する前記媒質表面上の位置(x,
y)と反射時間tを座標(x,y,t)とする3次元ボ
クセルデータを生成し、前記媒質中に存在する物体の位
置を探査する隠蔽物体探査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の隠蔽物体探査方法として、例え
ば、コンクリート壁(媒質の一例)内に埋設されたコン
クリート隠蔽配管(物体の一例)をコンクリート壁表面
から探査する場合、電磁波によるパルス信号を放射する
と共に、隠蔽配管からの当該パルス信号の反射パルス信
号を受信する送受信アンテナを備えた探査装置を、コン
クリート壁表面上を走査させながら上記した反射パルス
信号を逐次受信し、その受信信号強度に対して走査位置
(x,y)と反射時間tとを座標とする3次元ボクセル
データを生成し、その3次元ボクセルデータに対して所
定の3次元ボクセルデータ処理等を施して、隠蔽配管の
位置を2次元表示或いは3次元表示するという探査方法
があり、このような探査方法としては、特開平9−28
1229号公報の「埋設物の探査方法および装置」に開
示されている方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような隠蔽物体探
査方法に利用される探査装置の送受信アンテナには、電
磁波の偏波特性という異方性があるため、媒質中に隠蔽
されている隠蔽物体が、径の細い鉄筋などのような特定
方向に長手軸を有する物体である場合には、放射する電
磁波の偏波面と隠蔽物体の長手軸とが垂直になると、隠
蔽物体の径が小さいために、送受信アンテナに返ってく
る反射信号の強度が、受信可能範囲の下限値以下となっ
てしまうことがある。従って、従来の隠蔽物体探査方法
においては、送受信アンテナの向きを固定したまま、一
方向に沿った走査を行なっているので、例えば、壁面に
隠蔽された格子状の鉄筋を探査する場合に、送受信アン
テナの偏波面に対して垂直方向を長手軸とする鉄筋を探
査することができないという問題が発生する。
【0004】従って、本発明の目的は、上記のような探
査装置を用いて径が小さい隠蔽物体を探査する場合で
も、確実に物体を探査することができる隠蔽物体探査方
法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る隠蔽物体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、電磁波
を送受信することのできる送受信アンテナを、物体を隠
蔽している媒質表面上で走査しながら、前記送受信アン
テナから前記電磁波を前記媒質中に放射し、前記媒質中
に存在する前記物体からの反射信号を前記送受信アンテ
ナで受信し、受信信号強度に対する前記媒質表面上の位
置(x,y)と反射時間tを座標(x,y,t)とする
3次元ボクセルデータを生成し、前記媒質中に存在する
物体の位置を探査する隠蔽物体探査方法において、前記
走査を、第1方向に平行な複数の第1走査線に沿って行
なって、前記3次元ボクセルデータとしての第1ボクセ
ルデータを生成して記憶する第1ボクセルデータ生成工
程と、前記走査を、前記第1方向と交差する第2方向に
平行な複数の第2走査線に沿って行なって、前記3次元
ボクセルデータとしての第2ボクセルデータを生成して
記憶する第2ボクセルデータ生成工程と、前記座標
(x,y,t)毎に、前記記憶した前記第1ボクセルデ
ータと前記第2ボクセルデータとを加算処理した結果に
より第3ボクセルデータを算出する第3ボクセルデータ
算出工程とを実行する点にある。
【0006】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、前記第1方向と前記第2方向とが直交している点
にある。
【0007】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、上述の第一又は二の特徴構
成に加えて、前記第3ボクセルデータ算出工程を実行す
る前に、前記第1ボクセルデータを前記第1走査線間で
補間演算する第1補間工程、及び、前記第2ボクセルデ
ータを前記第2走査線間で補間演算する第2補間工程の
少なくとも一方を実行する点にある。
【0008】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、上述の第一から三の何れか
の特徴構成に加えて、前記第1ボクセルデータと前記第
2ボクセルデータの両方、又は前記第3ボクセルデータ
に対して、合成開口処理又はマイグレーション処理を施
す処理工程を実行する点にある。
【0009】以下に作用並びに効果を説明する。上記本
発明に係る隠蔽物体探査方法の上記第一の特徴構成によ
れば、上記送受信アンテナを有する探査装置等の媒質表
面上における走査を、互いに交差する第1走査線及び第
2走査線に沿って行なって、第1ボクセルデータと第2
ボクセルデータとの2種類のボクセルデータを生成し、
それらの加算値又は平均値を用いて、第3ボクセルデー
タを算出するため、径が小さい隠蔽物体を探査する場合
でも、この第3ボクセルデータにより、その隠蔽物体の
存在を認識することができる。
【0010】即ち、小径の隠蔽物体の長手軸が第1方向
又は第2方向に平行である場合には、第1ボクセルデー
タ生成工程又は第2ボクセルデータ生成工程の一方の工
程においては、偏波面と隠蔽物体の長手軸とが垂直とな
って、反射信号の強度を充分に得ることができないが、
他方の工程においては、偏波面と隠蔽物体の長手軸とが
垂直にならないので、反射信号の強度を確実且つ充分に
得ることができる。よって、小径の隠蔽物体を探査した
場合でも、それらの工程で生成した第1ボクセルデータ
及び第2ボクセルデータの少なくとも一方により、その
隠蔽物体の位置を捉えることができ、第1及び第2ボク
セルデータを加算又は加算後2で除して平均化して得た
第3ボクセルデータは、小径の隠蔽物体の位置をも認識
できる確実なものとなる。
【0011】更に、同第二の特徴構成によれば、第1ボ
クセルデータ生成工程で上記送受信アンテナを走査させ
る方向である第1方向と、第2ボクセルデータ生成工程
で上記送受信アンテナを走査させる方向である第2方向
とが直交しているので、夫々のボクセルデータ生成工程
において反射信号の強度を充分に得ることができない隠
蔽物体の長手軸方向領域が、互いに90°ずれた状態と
なり、一方のボクセルデータ生成工程において反射強度
が小さかった隠蔽物体に対しては、他方のボクセルデー
タ生成工程では充分大きな反射強度を得ることができ、
このように生成した2つの3次元ボクセルデータを単純
に加算処理して全体的に均質な3次元ボクセルデータを
導出することができる。
【0012】更に、同第三の特徴構成によれば、第1ボ
クセルデータ又は第2ボクセルデータを、互いに隣接す
る走査線間において、sinc関数、スプライン関数、
又は線形で補間演算することにより、夫々の走査線の間
隔を粗くしても、第1方向及び第2方向に充分密なボク
セルデータを得ることができるため、送受信アンテナの
走査の作業効率を向上することができる。
【0013】更に、同第四の特徴構成によれば、第3ボ
クセルデータ自身、又はそれの因子となる第1及び第2
ボクセルデータに対して、合成開口処理又はマイグレー
ション処理を施すことで、媒質表面に平行な位置(x,
y)面内の分解能を向上することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る隠蔽物体探
査方法(以下、本探査方法という。)の一実施の形態
を、探査対象媒質であるコンクリート壁内に埋設された
探査対象物体であるコンクリート隠蔽配管と鉄筋とをコ
ンクリート壁表面から探査する実施例につき、図面に基
づいて説明する。
【0015】図1に示すように、本探査方法を使用し
て、コンクリート壁20内に埋設されたコンクリート隠
蔽物体をコンクリート壁表面20aから探査する場合、
前記壁表面20aに位置確認用シート4を粘着テープ等
を使用して装着し、前記位置確認用シート4の表面に付
された走査線4a,4bに沿って、片手で操作可能な小
型軽量の探査装置5を走査させながら、前記探査装置5
から例えば100MHz〜1GHzの電磁波によるパル
ス信号を前記壁20内に向けて放射し、前記壁20内に
存在する鉄筋1,2からの反射信号を受信し、その受信
信号強度を一定移動距離毎にサンプリングして受信信号
強度データを生成する。
【0016】本探査方法に使用する前記位置確認用シー
ト4は、前記位置確認用シート4を装着した状態でも前
記壁表面20aの観察ができるように、透明な材質で作
製されている。また、シート4には、一辺の長さが50
0mmの正方形内において、水平方向(第1方向の一
例)に平行で、鉛直方向において50mm間隔でずれて
配設された複数の走査線4aと、鉛直方向(第2方向の
一例)に平行で、水平方向において50mm間隔でずれ
て配設された複数の走査線4bとが格子状に印刷されて
いる。
【0017】本探査方法に使用する前記探査装置5は、
図2に示すように、外形寸法の縦横高さが大体200m
m×150mm×100mmで、片手で把持し移動操作
可能なハンドル6を備え、更に、四隅に車輪7を配置し
て縦方向に直進可能に構成されている。また、底面中央
部には前記パルス信号を放射する送信アンテナ8と前記
反射信号を受信する受信アンテナ9が縦方向(進行方
向)に前後して設置されている。前記探査装置5内部に
は、前記送信アンテナ8から送信されるパルス信号を発
生する送信部10と、前記受信アンテナ9で受信した反
射信号を復調増幅し、必要に応じて振幅補正や波形スム
ージングや雑音除去処理を行う受信部11と、前記受信
部11で処理された受信信号を一定移動距離毎にサンプ
リングしてA/D変換し、その一定移動距離毎の受信信
号強度データを生成し、その受信信号強度データを移動
距離x又はyと前記反射信号の反射時間tを座標(x,
t)又は(y,t)とする2次元データとして保存する
データ処理部12と、前記データ処理部12で生成され
た前記2次元データを前記探査装置5の上面に設けられ
た表示画面13上に階調表示する表示部14と、前記送
信部10、前記受信部11、前記データ処理部12等に
対する操作を行うための入力操作部15を備えている。
【0018】前記表示画面13上に階調表示される2次
元画像データの一例を図3に示す。ここで、前記階調表
示は、例えば、信号強度が正の場合は強度が大きい程輝
度が高く、負の場合は強度が小さい程輝度が低く、信号
強度0を中間輝度で表示する。図3に示すように、移動
距離xを横軸に反射時間tを縦軸にした双曲線が表示さ
れ、各双曲線の頂点に対応する位置(x,t)に配管や
鉄筋等が存在することが分かる。
【0019】しかし、かかる2次元画像では、配管や鉄
筋等の埋設状況を3次元的に把握することができない。
従って、前記データ処理部12で生成されるデータを前
記壁表面20a上の位置(x,y)に拡張する必要があ
る。
【0020】本実施例における前記コンクリート壁20
は、実験用に作製されたもので、図4に示すように、2
00mm間隔の格子状に配設された呼び名D13,D1
6の鉄筋1,2が内部に隠蔽されている。また、長手軸
が鉛直方向に沿った鉄筋1は、かぶり(壁表面20aか
らの深さ)が40mmで、長手軸が水平方向に沿った鉄
筋2は、かぶりが60mmである。更に、コンクリート
壁20内には、ななめ45度に長手軸を有する径34m
mのプラスチック管3をかぶりが90mmで隠蔽されて
いる。
【0021】次に、前記探査装置5を前記位置確認用シ
ート4の格子状の走査線4a,4bに沿って走査して探
査する方法について図5に基づいて説明する。尚、以
後、説明の便宜上、x方向を水平方向にy方向を鉛直方
向に割り当てて説明する。
【0022】本探査方法では、格子状に配設された4本
の鉄筋1,2と管3とをカバーする探査範囲を設定し、
その探査範囲内において、前記探査装置5を走査させ、
所定のパーソナルコンピュータ上に形成された3次元デ
ータ処理部(図示せず)において前記壁表面20a上の
位置(x,y)と反射時間tを座標(x,y,t)とす
る3次元ボクセルデータを生成する。
【0023】詳しくは、先ず、探査装置5をx方向に平
行な複数の走査線4aに沿って走査して、このとき前記
探査装置5の前記データ処理部12で生成された座標を
(x,t)とする前記2次元データを、前記3次元デー
タ処理部に所定の通信経路を介して転送し、前記3次元
データ処理部において前記壁表面20a上の位置(x,
y)と反射時間tを座標(x,y,t)とする第1ボク
セルデータを生成する第1ボクセルデータ生成工程(工
程100)を11回実行した。ここで、第1ボクセルデ
ータ生成工程においては、y座標値は、走査線4aのy
方向の間隔と、元の前記2次元データが何番目の走査線
4aに対するデータであるかで特定され、x座標値は前
記2次元データのx座標値と同じである。
【0024】さらに、探査装置5をy方向に平行な複数
の走査線4bに沿って走査して、このとき前記探査装置
5の前記データ処理部12で生成された座標を(y,
t)とする前記2次元データを、前記3次元データ処理
部に転送し、前記3次元データ処理部において前記壁表
面20a上の位置(x,y)と反射時間tを座標(x,
y,t)とする第2ボクセルデータを生成する第2ボク
セルデータ生成工程(工程100)も11回実行した。
ここで、第2ボクセルデータ生成工程においては、x座
標値は、走査線4bのx方向の間隔と、元の前記2次元
データが何番目の走査線4bに対するデータであるかで
特定され、y座標値は前記2次元データのy座標値と同
じである。
【0025】次に、前記3次元データ処理部は、第1ボ
クセルデータ生成工程で生成した第1ボクセルデータ
を、互いに隣接する走査線4a間において、sinc関
数、スプライン関数、又は線形等の所定の補間演算によ
り補間処理する第1補間工程(工程101)を実行した
後に、3次元合成開口処理又は3次元マイグレーション
処理する第1処理工程(工程102)を実行する。
【0026】また、前記3次元データ処理部は、第2ボ
クセルデータ生成工程で生成した第2ボクセルデータも
同様に、互いに隣接する走査線4b間において、上記同
様の補間演算により補間処理する第2補間工程(工程2
01)を実行した後に、3次元合成開口処理又は3次元
マイグレーション処理する第2処理工程(工程202)
を実行する。
【0027】例えば、上記のようにして得られた第2ボ
クセルデータのみで3次元処理結果を得た場合において
は、図6に示すように、走査線4bに平行な鉄筋1を認
識することができない。これは、第2ボクセルデータを
生成する第2ボクセルデータ生成工程において、送信ア
ンテナ8から放射するパルス信号の偏波面が、鉄筋1の
長手軸と垂直となって、鉄筋1から受信アンテナ9に返
ってくる反射信号の強度を充分に得ることができないか
らである。
【0028】そこで、本探査方法において、前記3次元
データ処理部は、x方向に平行な走査線4aに沿った走
査を行なって得られた第1ボクセルデータと、y方向に
平行な走査線4bに沿った走査を行なって得られた第2
ボクセルデータとの両方を、加算又は平均化処理して、
第3ボクセルデータを算出する第3ボクセルデータ算出
工程(工程300)を実行し、その第3ボクセルデータ
から3次元処理結果を出力するのである(工程30
1)。このようにして出力された3次元処理結果は、図
7に示すように、格子状に配設された小径の鉄筋1,2
及び管3の全ての隠蔽物体を認識可能となる。
【0029】また、前記3次元ボクセルデータから図6
及び図7に示す3次元処理結果を得るまでの具体的なデ
ータ処理方法は本発明の本旨ではないため説明は割愛す
る。
【0030】以下に別実施形態を説明する。 〈1〉 上記第1ボクセルデータ生成工程における探査
装置5の走査線4aに沿った走査方向と、上記第2ボク
セルデータ生成工程における探査装置5の走査線4bに
沿った走査方向とは、x方向及びy方向のように直交し
ていることが最適であるが、別に、夫々の走査方向は、
できるだけ大きい角度で互いに交差していても構わな
い。さらに、これらの走査線4a,4bは、水平及び鉛
直方向でなくても構わない。また、探査装置5を複数の
走査線4a,4bに沿って走査させるために、その走査
線4a,4bを印刷した上記位置確認用シート4を、コ
ンクリート壁表面20aに貼り付けたが、別に、位置確
認用シート4を用いずに、コンクリート壁表面20aに
直接上記走査線4a,4bを描いても構わない。
【0031】〈2〉前記探査装置5は、必ずしも上記実
施形態のものに限定されるものではない。例えば、前記
表示画面13及び前記表示部14を備えず、前記データ
処理部12で生成された移動距離xと反射時間tを座標
(x,t)とする前記2次元データを外部の前記3次元
データ処理部へ転送する機能を備えた構成であっても構
わない。
【0032】〈3〉前記探査装置5を前記位置確認用シ
ート4上の前記走査線4a,4bに沿って移動させる場
合、前記探査装置5の前記送信アンテナ8と前記受信ア
ンテナ9が走査線4a,4b上を通過するように移動さ
せるのが基本である。しかし、前記送信アンテナ8と前
記受信アンテナ9が前記探査装置5の底面に設置されて
いることから位置合わせが困難な場合は、前記車輪7の
一つを位置合わせ用に指定して、その指定車輪が走査線
4a,4b上を通過するように前記探査装置5を移動さ
せても構わない。この場合、前記指定車輪と前記送信ア
ンテナ8と前記受信アンテナ9の中間点との間の相対位
置関係に基づいて、指定車輪の位置座標(x,y)を真
の送受信位置の座標に変換すればよい。
【0033】〈4〉上記実施形態では、本探査方法を前
記コンクリート壁20内に埋設された前記プラスチック
管3と前記鉄筋1及び2とを前記コンクリート壁表面2
0aから探査する場合に使用した実施例を示したが、本
探査方法は、例えば地中埋設管等の他の探査対象に適用
しても構わない。また、探査範囲の広狭等に合わせて、
前記位置確認用シート4、前記探査装置5、及び走査線
4a,4bの間隔の大きさ等は適宜変更可能である。
【0034】〈5〉 上記の実施の形態において、第1
ボクセルデータ及び第2ボクセルデータの両方を、補間
工程101,201において、sinc関数、スプライ
ン関数、又は線形等の所定の補間演算により補間処理し
たが、別に、一方のボクセルデータのみを補間しても構
わない。また、両ボクセルデータを、処理工程102,
202において、3次元合成開口処理又は3次元マイグ
レーション処理した後に、第3ボクセルデータを算出し
たが、別に、第1ボクセルデータ及び第2ボクセルデー
タに対しては上記処理を行なわずに、算出した第3ボク
セルデータに対して、3次元合成開口処理又は3次元マ
イグレーション処理しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る隠蔽物体探査方法で探査を実施し
ている状況を示す説明図
【図2】探査装置のブロック構成図
【図3】探査装置に付属の表示画面上に階調表示された
2次元画像データの一表示例を示す図
【図4】コンクリート壁内に埋設された鉄筋等の配置を
示す正面図
【図5】本発明に係る隠蔽物体探査方法のデータ処理手
順を示すフロー図
【図6】第2ボクセルデータのみの3次元処理結果の一
表示例を示す図
【図7】本発明にかかる隠蔽物体探査方法で得られる3
次元処理結果の一表示例を示す図
【符号の説明】
1,2 鉄筋(物体) 3 プラスチック管(物体) 4 位置確認用シート 4a 走査線 4b 走査線 5 探査装置 8 送信アンテナ 9 受信アンテナ 12 データ処理部 15 入力操作部 20 コンクリート壁(媒質) 20a コンクリート壁表面(媒質表面) 100 第1ボクセルデータ生成工程 101 第1補間工程(補間工程) 102 第1処理工程(処理工程) 200 第2ボクセルデータ生成工程 201 第2補間工程(補間工程) 202 第2処理工程(処理工程) 300 第3ボクセルデータ算出工程

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁波を送受信することのできる送受信
    アンテナを、物体を隠蔽している媒質表面上で走査しな
    がら、前記送受信アンテナから前記電磁波を前記媒質中
    に放射し、前記媒質中に存在する前記物体からの反射信
    号を前記送受信アンテナで受信し、受信信号強度に対す
    る前記媒質表面上の位置(x,y)と反射時間tを座標
    (x,y,t)とする3次元ボクセルデータを生成し、
    前記媒質中に存在する物体の位置を探査する隠蔽物体探
    査方法において、 前記走査を、第1方向に平行な複数の第1走査線に沿っ
    て行なって、前記3次元ボクセルデータとしての第1ボ
    クセルデータを生成して記憶する第1ボクセルデータ生
    成工程と、 前記走査を、前記第1方向と交差する第2方向に平行な
    複数の第2走査線に沿って行なって、前記3次元ボクセ
    ルデータとしての第2ボクセルデータを生成して記憶す
    る第2ボクセルデータ生成工程と、 前記座標(x,y,t)毎に、前記記憶した前記第1ボ
    クセルデータと前記第2ボクセルデータとを加算処理し
    た結果により第3ボクセルデータを算出する第3ボクセ
    ルデータ算出工程とを実行することを特徴とする隠蔽物
    体探査方法。
  2. 【請求項2】 前記第1方向と前記第2方向とが直交し
    ていることを特徴とする請求項1に記載の隠蔽物体探査
    方法。
  3. 【請求項3】 前記第3ボクセルデータ算出工程を実行
    する前に、前記第1ボクセルデータを前記第1走査線間
    で補間演算する第1補間工程、及び、前記第2ボクセル
    データを前記第2走査線間で補間演算する第2補間工程
    の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項1
    又は2に記載の隠蔽物体探査方法。
  4. 【請求項4】 前記第1ボクセルデータと前記第2ボク
    セルデータの両方、又は前記第3ボクセルデータに対し
    て、合成開口処理又はマイグレーション処理を施す処理
    工程を実行することを特徴とする請求項1から3の何れ
    か1項に記載の隠蔽物体探査方法。
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