JP2005283383A - 埋設物探査方法および埋設物探査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 埋設物を高精度に測定することが可能な埋設物探査方法、および埋設物探査装置を提供する。
【解決手段】 地雷等の地中に埋設された埋設物１，２の位置を探査する際に、地表面温度が降下する冷却過程、望ましくは冷却が鈍り始め定常状態に近づくまでの間の温度変化が緩やかになるときに、赤外線カメラ３により地表面を撮像して地表面の熱画像を得、得られた熱画像を用いて地中の埋設物１，２の位置を探査する。これにより、高精度の埋設物探査が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は地雷等の地中に埋設された物体を検知する埋設物探査方法、および埋設物探査装置に関するものである。

従来の埋設物探査方法は、爆発物等が埋設されていると考えられる埋設エリアに、冷却または加熱した浸透液を散布し、散布後のエリア内の温度分布を赤外線カメラで撮影し、その温度差プロファイルによって、爆発物等の埋設物の位置を測定していた（例えば、特許文献１参照。）。
上記浸透液は浸透性が高く、冷却または加熱できる化学物質または薬剤が添加されており、例えば外気温度が１０℃から３５℃においては冷却触媒、１０℃以下では加熱用触媒を用い、浸透液が埋設物に到達したときに生じる周囲との温度差を利用して、その形状を探知していた。

特開２００２−３０３６８０号公報（第３−４頁、図２）

従来の探査方法では、温度がほぼ一定の浸透液を地表面に一様に散布するため、地表面の温度が直ちに一様に浸透液の温度となり、例え埋設物が地中にあったとしても、埋設物の有無による温度差が生じ難く、探知が困難であった。また、散布後しばらく時間が経過して浸透液が埋設物にまで達し、埋設物の温度や熱容量の影響を受けて埋設物近傍の地中に温度差が生じたとしても、浸透液の比熱容量が土壌や埋設物のそれに比べて大きいため、埋設物による温度差が浸透液を含んだ土壌に伝わり難い。その結果、埋設物の温度差が地表面に反映され難くなり、温度プロファイルに明確な差があらわれず探知が困難となるという問題点があった。
また、浸透液を一様に散布することは物理的に困難であるため、散布ムラが原因となり温度プロファイルに誤差が生じる可能性があった。
さらに、浸透液の散布に手間が手間がかかったり、浸透液に含まれる化学物質による環境汚染の可能性があるという問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、埋設物の位置を高精度に探査することが可能な埋設物探査方法、および装置を提供することを目的としている。

この発明に係る埋設物探査方法は、赤外線カメラで地表面の熱画像を撮像するステップと、地表面温度が降下する冷却過程における地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査するステップとを備えたものである。

また、ヒータにより地面を加熱するステップと、赤外線カメラで地表面の熱画像を撮像するステップと、ヒータによる加熱終了後、地表面温度が降下する冷却過程における地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査するステップとを備えたものである。

また、赤外線カメラで地表面の熱画像を撮像するステップと、土壌が乾燥状態のときの地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査するステップとを備えたものである。

さらに、この発明に係る埋設物探査装置は、地表面の熱画像を撮像する赤外線カメラと、上記赤外線カメラで得られた熱画像を用いて、周囲との温度差が顕著な部分を抽出し、地中の埋設物の位置を探知する演算手段と、地表面温度が降下する冷却過程において上記赤外線カメラまたは上記演算手段を動作させる動作制御手段とを備えたものである。

また、地表面の熱画像を撮像する赤外線カメラと、上記赤外線カメラで得られた熱画像を用いて、周囲との温度差が顕著な部分を抽出し、地中の埋設物の位置を探知する演算手段と、土壌が乾燥状態のときに上記赤外線カメラまたは上記演算手段を動作させる動作制御手段とを備えたものである。

この発明による埋設物探査方法では、地表面温度が降下する冷却過程における地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査しており、埋設物が埋設されている箇所とその周辺部との温度差が顕著に現れる時期を選んで埋設物を探査しているので、高精度な探査が可能となる。

また、この発明による埋設物探査方法では、土壌が乾燥状態のときの地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査しており、埋設物が埋設されている箇所とその周辺部との温度差が顕著に現れる土壌の状態を選んで埋設物を探査しているので、高精度な探査が可能となる。

また、この発明による埋設物探査方法では、ヒータにより地面を加熱し、加熱終了後、地表面温度が降下する冷却過程における熱画像を用いて地中の埋設物を探査しており、埋設物が埋設されている箇所とその周辺部との温度差が顕著に現れる時期を選んで埋設物を探査しているので、高精度な探査が可能となる。また、季節に関係なく温度の時間変化量が大きくなり、識別が容易になる。また、土壌が湿っていても、ヒータによる過熱により乾燥するため、識別が容易になる。

また、この発明による埋設物探査装置は、地表面温度が降下する冷却過程において赤外線カメラまたは演算手段を動作させる動作制御手段を備えているので、埋設物が埋設されている箇所とその周辺部との温度差が顕著に現れる時期の熱画像を得ることが可能となるため、高精度な探査が可能となる。

また、この発明による埋設物探査装置は、土壌が乾燥状態のときに赤外線カメラまたは演算手段を動作させる動作制御手段を備えているので、埋設物が埋設されている箇所とその周辺部との温度差が顕著に現れる土壌の状態の熱画像を得ることが可能となるため、高精度な探査が可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わる埋設物探査装置を示す図である。図１において、地表面から深さ数ｃｍ〜十数ｃｍ付近に地中埋設物１、２が埋設されている。地中埋設物１、２としては、例えば対人地雷など、その大きさが数ｃｍ程度のものであり、金属製やプラスチック製、木製など、様々な種類のものがある。ここでは一例として埋設物１を金属製地雷、埋設物２をプラスチック製地雷とする。埋設物の探査では、これらが埋設されていると考えられる付近の地表面を赤外線カメラ３で撮像し、地表面の温度プロファイルに対応した熱画像を得る。例えば、図１では埋設物１、２が埋設されている箇所の地表面をそれぞれＡおよびＢ、何も埋設されていない箇所の地表面をＣとし、赤外線カメラ３は地表面Ａ、Ｂ、Ｃを視野に入れている。なお、赤外線カメラ３としては、公知のものが使用でき、多くの素子を二次元方向に配列し電子的にスキャンするものや、単一素子により視野を機械的にスキャンするものを使用するとよい。その波長範囲は０．７〜１００μｍであり、その中でも７〜１４μｍ付近に高い感度を持つのものがよい。赤外線カメラ３で得られた熱画像は、演算装置５により周辺部との温度差が顕著な部分を抽出して埋設物の箇所をマッピングする。その結果は、メモリ４に保存され、また表示装置６により埋設箇所が画面に表示される

このような埋設物探査装置を用い、埋設物を探査するためには、Ａ、Ｂ、Ｃの各地表面に温度差が生じる必要があるが、そのためには地表面に熱の出入り、すなわち加熱または冷却の過程が必要となる。地表面の加熱に有効な手段は太陽光の直射で、エネルギー密度が高く効果的な熱源である。なお、地雷埋設地域の多くは低緯度から中緯度地域の太陽高度が高い地域であるため、効果的な加熱が可能である。
加熱や冷却の過程では、物体に加えた熱量、物体から逃げる熱量、物体の温度、物体の熱容量などにより温度変化の速度に違いが生じ、その温度変化量はいろいろな条件に左右されるが、発明者らによって繰り返しなされた実験により、地中埋設物の探査に有効な条件があることが明らかとなった。本発明はこのような知見に基いてなされたものである。

図２に、晴天時における地表面温度（実際には０．５ｃｍ深さの地表面温度）を３日間測定した結果を示す。また、図２では、地中に埋設物がない場合（Ｃ）の地表面温度を実線で示し、地中に埋設物がある場合（１０ｃｍ深さにスチール缶があるもの（Ａ）とアクリル塊があるもの（Ｂ））の地表面温度を点線で示している。

Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの場合の地表面の温度プロファイルをとった結果、図２に示すように、日の出から昼過ぎにかけての地表面温度上昇時においては、Ａ、Ｂ、Ｃ３箇所とも急激に温度上昇が見られるものの、Ａ、Ｂ、Ｃの間の温度差は小さく、その差の判別が比較的難しい。他方、昼過ぎから夜間を経て日の出までの間の温度下降時、すなわち土壌からの熱７の放出が多くなる冷却時においては、地中に埋設物のあるＡおよびＢの箇所と、埋設物の無いＣの箇所との間には顕著な温度差が見られ、その判別が比較的容易であった。この傾向は、とりわけ夜間において顕著であった。このような特徴は測定した３日間すべてに同様に現われた傾向であり、再現性があった。図２の結果より、埋設物の有無を測定する測定時間帯は、太陽が南中する正午頃（１２時頃）から翌朝の日出（６時頃）まで（図中Ｘ）の時間帯が望ましい。さらに望ましくは、冷却過程の初期よりも冷却が鈍り始め定常状態に近づくまでの間の温度変化が緩やかになるとき、すなわち日没後（１８時頃）から翌朝の日出（６時頃）までの夜間（図中Ｙ）が良い。

このように冷却時に、埋設物の有無により温度差が生じることは、地表面から埋設物を含む地中にかけての熱容量の差に起因するものであり、通常、埋設物は土より比熱が大きいため冷却され難く、上記のような温度差が生じると考えられる。また、一般に埋設物、特に地雷を埋設する際は、一旦土を掘り起こして埋設物を設置して、再び土を埋設物の上にかけることになるため、土壌の空気含有量が多くなる。土壌の空気含有量に違いが生じることにより、土壌の熱容量が周辺部といっそう異なるようになり、温度差が生じるものと考えられる。したがって、土壌から熱が逃げる夜間を中心とした冷却時に埋設物の有無による温度差が顕著にあらわれるため、この時間帯に赤外線カメラによる熱画像を撮像し、得られた熱画像を用いて探査することで、高精度な探査が可能となる。
特に地雷の位置を探査するには、以上に示した冷却過程の熱画像を用いる方法が有効となる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２による埋設物探査方法を説明する図である。埋設物探査装置は図１と同様のものを用いるが、本実施の形態においては、土壌８の水分量に着目して、埋設物を探査する点に特徴がある。
図４は、発明者らの実験により、地表面温度（実際には０．５ｃｍ深さの地表面温度）を３日間測定した結果を示すものであり、晴天時と降雨時との両方を含むデータである。図２と同様、地中に埋設物がない場合（Ｃ）、地中に埋設物がある場合（１０ｃｍ深さにスチール缶があるもの（Ａ）とアクリル塊があるもの（Ｂ））の結果を示す。また、図４では、地中に埋設物がない場合（Ｃ）の地表面温度を実線で示し、地中に埋設物がある場合（１０ｃｍ深さにスチール缶があるもの（Ａ）とアクリル塊があるもの（Ｂ））の地表面温度を点線で示している。また、測定場所では、１日目は晴天であったが、２日目の４時から５時にかけて、および、１７時から１８時にかけて、図４に示すような多量の降水量があった。

Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの場合の地表面の温度プロファイルをとった結果、図４に示すように、１日目の晴天時は地面が乾燥しており、このときは実施の形態１で述べたように、埋設物の有無により地表面に温度差が生じ、温度下降時すなわち冷却時に温度差が大きくなった。特に夜間においてその傾向は顕著であった。一方、２日目の朝（４時から５時にかけて）に多量の降水があり、地面が湿潤状態になった以後は、埋設物の有無による温度差が非常に小さくなり、両者の判別が困難な状況となった。
このような傾向は、土壌が水分を多量に含有したことによって熱容量が大きくなり、地表面から埋設物を含む地中にかけてのＡ、Ｂ、Ｃにおける熱容量の差が小さくなったことに起因するものと考えられる。したがって、湿潤状態のときは温度差が生じにくく、土壌の水分量が少ない乾燥土壌では埋設物の有無による温度差が顕著にあらわれるため、土壌が乾燥している状態で赤外線カメラにより地表面の熱画像を撮像し、得られた熱画像を用いて探査することで、埋設物の高精度な探査が可能となる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３による埋設物探査装置の構成を示す図であり、図１の装置に対し、さらに温度変化検知手段９とスタートトリガ発生装置１０とが具備されている。温度変化検知手段９とスタートトリガ発生装置１０は動作制御手段を構成し、地表面温度が降下する冷却過程において演算装置５を動作させる。実施の形態１において述べたように、埋設物を高精度に探査するには、土壌が冷却の過程にあるときの熱画像を用いて探査することが必要となる。本実施の形態では、地表面の温度分布を赤外線カメラ３で測定し、地表面温度の時間変化の様子を温度変化検知手段９によりモニタしている。温度変化検知手段９において地表面温度が下降しはじめたことを検知すると、スタートトリガ発生器１０が動作し、メモリ４、演算装置５、表示装置６の稼動を開始する。この後、実施の形態１で述べたと同様にして、埋設物の位置を抽出しマッピングを行う。この動作は、地表面の温度が上昇に転じる日の出まで継続する。この構成により、容易に、地表面の冷却時における熱画像が得られるため、埋設物の探査を高精度に行うことができる。

なお、上記実施の形態３においては、地表面温度が下降し始めたらスタートトリガ発生器１０を動作させたが、温度変化検知手段９において地表面温度の温度降下の程度を検知し、温度降下が鈍り始めてからスタートトリガ発生器１０を動作させるようにしてもよい。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４による埋設物探査装置の構成を示す図であり、図１の装置に対し、さらにスタートトリガ発生器１０と照度計１１とが具備されている。照度計１１とスタートトリガ発生装置１０は動作制御手段を構成し、地表面温度が降下する冷却過程において赤外線カメラ３および演算装置５を動作させる。本実施の形態では、照度計１１により探査場所の照度を測定する。一般に、屋外照度は日の出から太陽が南中するまでの間は増加して南中時に極大となり、その後日没にかけて照度は減少していく。照度が減少の過程に入ったときは地表面の温度が冷却の過程に入ったことを意味する。実施の形態１において述べたように、埋設物を高精度に探査するには、土壌が冷却の過程にあるときの熱画像を用いて探査することが必要となる。したがって、照度計１１の照度測定結果により地表面温度が冷却の過程に入ったと判断されたときに、スタートトリガ発生器１０によって赤外線カメラ３をはじめとした各機器の稼動を開始する。熱画像の撮像は、照度計の測定値が上昇に転じ、ある一定値を超えたとき、すなわち夜間を経て明朝の日の出の時刻まで継続する。この構成により、容易に、地表面の冷却時における熱画像が得られるため、埋設物の探査を高精度に行うことができる。

なお、上記実施の形態４においては、照度が減少し始めたらスタートトリガ発生器１０を動作させたが、照度が減少し始めた後、所定値（例えば夜間を示す値）以下になったらスタートトリガ発生器１０を動作させるようにしてもよい。

実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５による埋設物探査装置の構成を示す図であり、図１の装置に対し、さらにスタートトリガ発生器１０とタイマ１２とが具備されている。タイマ１２とスタートトリガ発生装置１０は動作制御手段を構成し、地表面温度が降下する冷却過程において赤外線カメラ３および演算装置５を動作させる。実施の形態１において述べたように、埋設物を高精度に探査するには、土壌が冷却の過程にあるときの熱画像を用いて探査することが必要となる。一般に地表面の温度は太陽の南中時刻、すなわち正午前後に極大となり、正午から明朝の日の出までが冷却の時間帯となる。本実施の形態では測定現場の時刻を刻んだタイマ１２を備えており、時刻が正午になったときにスタートトリガ１０により赤外線カメラ３をはじめ各機器の稼動を開始する。熱画像の撮像は、タイマ１２の時刻が明朝の日の出に相当する時刻まで継続する。この構成により、容易に、地表面の冷却時における熱画像が得られるため、埋設物の探査を高精度に行うことができる。

なお、上記実施の形態５においては、時刻が正午になったときにスタートトリガ発生器１０を動作させたが、日没の時間になったらスタートトリガ発生器１０を動作させるようにしてもよい。

実施の形態６．
図８は本発明の実施の形態６による埋設物探査装置を示す図であり、図１の装置に対し、さらにスタートトリガ発生器１０と水分計１３が具備されている。水分計１３とスタートトリガ発生装置１０は動作制御手段を構成し、土壌が乾燥状態のときに赤外線カメラ３および演算装置５を動作させる。実施の形態２において述べたように、埋設物を高精度に探査するには、現場の土壌が乾燥した状態の熱画像を用いて探査することが有効である。本実施の形態では、水分計１３により地面（土壌）の水分をモニタし、水分量があらかじめ定められた値以下になったときにスタートトリガ発生器１０により赤外線カメラ３をはじめとした各機器の稼動を開始する。この構成により、容易に、土壌が乾燥している状態にて赤外線カメラ３の熱画像による埋設物探査を行うことができるため、高精度な探査が可能となる。
なお、より高精度な測定を行うため、さらに前記実施の形態３、４、５に示すような温度変化検知手段や照度計、タイマなどを組み合わせることもできる。この構成により、容易に、土壌が乾燥状態で、かつ冷却時における地表面の熱画像を得ることができるため、さらに高精度化が期待できる。

実施の形態７．
図９は本発明の実施の形態７による埋設物探査装置を示す図であり、図１の装置に対し、さらにヒータ１４を具備している。赤外線カメラにより地表面の熱画像を撮像して埋設物を高精度に探査するためには、土壌に温度変化を生じさせることが不可欠である。また、実施の形態１でも述べたように、加熱後の冷却過程、特に冷却過程の初期よりも冷却が鈍り始め定常状態に近づくまでの間における熱画像を用いることにより高精度な探査が可能となる。したがって、ヒータ１４により土壌を加熱し、土壌が一定温度に達したときにヒータ１４の稼動を停止し、停止後の冷却時における熱画像を実施の形態１と同様にして撮像し、撮像されたこの熱画像を用いて埋設物を探査する。この構成により、埋設物探査の高精度化が可能となる。

本実施の形態７による埋設物探査方法では、ヒータにより地面を加熱し、加熱終了後、地表面温度が降下する冷却過程における熱画像を撮像しており、埋設物が埋設されている箇所とその周辺部との温度差が顕著に現れる時期を選んで埋設物を探査しているので、高精度な探査が可能となる。また、季節に関係なく温度の時間変化量が大きくなり、識別が容易になる。また、土壌は実施の形態２と同様、乾燥状態の方が高精度に探査できるが、土壌が湿っていても、ヒータによる過熱により乾燥するため、埋設物の探査がより容易になる。

本発明の実施の形態１に係わる埋設物探査装置を示す図である。 本発明の実施の形態１による埋設物探査方法を説明する図である。 本発明の実施の形態２による埋設物探査方法を説明する図である。 本発明の実施の形態２による埋設物探査方法を説明する図である。 本発明の実施の形態３による埋設物探査装置を示す図である。 本発明の実施の形態４による埋設物探査装置を示す図である。 本発明の実施の形態５による埋設物探査装置を示す図である。 本発明の実施の形態６による埋設物探査装置を示す図である。 本発明の実施の形態７による埋設物探査装置を示す図である。

符号の説明

１，２ 地中埋設物、３ 赤外線カメラ、４ メモリ、５ 演算装置、６ 表示装置、７ 熱、８ 土壌、９ 温度変化検知手段、１０ スタートトリガ発生器、１１ 照度計、１２ タイマ、１３ 水分計、１４ ヒータ。

Claims (11)

1. 赤外線カメラで地表面の熱画像を撮像するステップと、地表面温度が降下する冷却過程における地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査するステップとを備えたことを特徴とする埋設物探査方法。
2. ヒータにより地面を加熱するステップと、赤外線カメラで地表面の熱画像を撮像するステップと、ヒータによる加熱終了後、地表面温度が降下する冷却過程における地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査するステップとを備えたことを特徴とする埋設物探査方法。
3. 地表面温度の温度降下が鈍り始め定常状態に近づくまでの期間における地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査することを特徴とする請求項１または２記載の埋設物探査方法。
4. 土壌が乾燥状態のときの地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の埋設物探査方法。
5. 赤外線カメラで地表面の熱画像を撮像するステップと、土壌が乾燥状態のときの地表面の熱画像を用いて地中の埋設物を探査するステップとを備えたことを特徴とする埋設物探査方法。
6. 地表面の熱画像を撮像する赤外線カメラと、上記赤外線カメラで得られた熱画像を用いて、周囲との温度差が顕著な部分を抽出し、地中の埋設物の位置を探知する演算手段と、地表面温度が降下する冷却過程において上記赤外線カメラまたは上記演算手段を動作させる動作制御手段とを備えたことを特徴とする埋設物探査装置。
7. 動作制御手段は地表面の温度変化を検知する温度変化検知手段を備え、上記温度変化検知手段により検知された地表面の温度降下および温度上昇に応じて、赤外線カメラまたは演算手段を動作させることを特徴とする請求項６記載の埋設物探査装置。
8. 動作制御手段は照度計を備え、上記照度計により測定された照度の変化に応じて、赤外線カメラまたは演算手段を動作させることを特徴とする請求項６記載の埋設物探査装置。
9. 動作制御手段はタイマーを備え、上記タイマーにより所定の時間帯に、赤外線カメラまたは演算手段を動作させることを特徴とする請求項６記載の埋設物探査装置。
10. 地表面の熱画像を撮像する赤外線カメラと、上記赤外線カメラで得られた熱画像を用いて、周囲との温度差が顕著な部分を抽出し、地中の埋設物の位置を探知する演算手段と、土壌が乾燥状態のときに上記赤外線カメラまたは上記演算手段を動作させる動作制御手段とを備えたことを特徴とする埋設物探査装置。
11. 動作制御手段は地面の水分を測定する水分計を備え、地面の水分が所定値以下のときに、赤外線カメラまたは演算手段を動作させることを特徴とする請求項１０記載の埋設物探査装置。

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