JP2005345077A

JP2005345077A - 廃棄爆弾磁気探査システム

Info

Publication number: JP2005345077A
Application number: JP2004168967A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Asahina; 潔朝比奈; Kenji Tamai; 健司玉井; Toshio Hamada; 敏夫濱田; Kazuyoshi Harada; 一良原田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】海底に埋没している廃棄爆弾を効率よくかつ安全に識別してその埋没位置を精度よく特定できる磁気探査システムを提供することである。
【解決手段】磁気検出手段と、検出した磁気データの記録手段と、記録した磁気データの解析手段と、位置検出手段とを備え、記録手段に検出した磁気データと位置データとを記録し、この磁気データを解析して廃棄爆弾を識別し、その位置を特定する磁気探査システムで、記録した磁気データを二次元平面上に展開して磁気等高線図として表示し、この磁気等高線図から近接する正極と負極とを求め、この正極と負極の周りに廃棄爆弾が存在すると特定するようにし、また、その識別基準として、磁気異常体磁化方向が地磁気方向となす角度、正極と負極間の距離、正極と負極の周りの磁気モーメントの大きさと等価な磁化を有する仮想鉄球体の直径を用いたのである。
【選択図】図５

Description

この発明は、海底等に埋没する廃棄爆弾等の危険物を識別し、その位置を探索する磁気センサーを用いた探査システムに関する。

近年、海底に埋没した廃棄爆弾等の危険物の探索に磁気探査が行なわれている。この磁気探査は、通常、探査船から磁気センサーを海底の少し上に保つように吊り下げ、曳航船に曳かれて航行することにより行なわれる。廃棄爆弾等の不発弾は鉄製であるため帯磁しており、この帯磁が正常な地磁気の分布を局部的にゆがめるため、磁気センサーにより検出された磁気を連続的に記録して磁気異常点を見出し、埋没危険物の位置を把握する探査が行なわれる。そして、磁気異常点が判明したら、潜水士が金属探知機を用いて潜水探査を行なって埋没位置を確認し、堀削、揚収作業が行なわれる。この海底埋没物等の磁気探査については、曳航時に水中で上昇、蛇行や回転が発生せずに、常に海底と平行に保たれて、測定精度が高く測定作業性に優れた磁気探傷装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平８−３３２９９５号公報（［０００６］〜［００１４］）特開平７−３１８６６０号公報（［０００５］〜［００１２］）

しかし、従来の磁気探査では、探査船に測量装置は搭載しているものの、見出した磁気異常点の位置の具体的な特定方法やそれを引き起こすと考えられる磁気異常物の種類については明らかにされておらず、前記潜水探査による確認作業に時間を要する、また磁気異常物を識別する客観的手段がなく、全ての磁気異常物を揚収する必要があるなど、探査作業効率や安全上等の問題があった。

そこで、この発明の課題は、海底に埋没している廃棄爆弾等の危険物を効率よくかつ安全に識別してその埋没位置を精度よく特定できる磁気探査システムを提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

即ち、請求項１に係る廃棄爆弾磁気探査システムは、磁気検出手段と、検出した磁気データの記録手段と、記録した磁気データの解析手段と、位置検出手段とを備え、前記記録手段に検出した磁気データと位置データとを記録し、この磁気データを解析して廃棄爆弾を識別し、その位置を特定する廃棄爆弾磁気探査システムであって、前記記録した磁気データを前記解析手段により、二次元平面上に展開して磁気等高線図として表示し、この磁気等高線図から近接する正極と負極とを求め、この正極と負極の周りに廃棄爆弾が存在すると特定するようにしたことを特徴とする。

海底等に埋没している廃棄爆弾は、磁性物体であり、帯磁しているため、直立している場合など例外は除き、正極と負極が存在する。上記のように、検出した磁気データを二次元平面上に展開して表示した磁気等高線図から正極と負極とを求めることにより、危険物の存在位置を精度よく特定することができる。

請求項２に係る廃棄爆弾磁気探査システムは、前記正極と負極間を通る線分の、正極からみた負極の方向（以下磁気異常体磁化方向という）の地磁気北極方向に対する角度が所定の範囲にある場合に、廃棄爆弾と識別することを特徴とする。

一般に、海底に埋没している廃棄爆弾等の磁性物体には、長期にわたって放置されると、その向き、即ち検出された磁気異常体磁化方向が地磁気の北極方向に近づくように磁力が作用する。この廃棄爆弾等の危険物は、戦時中または終戦前後に投下・投棄されて海底に埋没しているため、投棄・投下された埋没方向が不規則な方向でも、現時点まで相当の時間が経過しているため、磁気異常体が地磁気の北極方向または地磁気の北極に近い方向を向いていると推定される。このため、磁気異常体磁化方向の地磁気の北極方向に対する角度の範囲を、廃棄爆弾であるかどうかの判定基準に用いることができる。それにより、埋没した廃棄爆弾の識別精度が向上し、その揚収作業効率の向上に寄与する。なお、廃棄爆弾が直立して埋没している場合は地磁気等高線図などの他情報を勘案して識別することとなる。

請求項３に係る廃棄爆弾磁気探査システムは、前記正極と負極の距離、正極と負極の周りの測定磁場分布に最も近い磁場分布から求めた仮想鉄球体の大きさ、およびその磁気特性が所定の範囲にある場合に廃棄爆弾と識別することを特徴とする。

前記二次元平面上に展開した検出磁気分布の正極と負極との距離、および前記仮想鉄球体の大きさ、および磁気特性から、海底に埋没した物体の大きさを推定できるため、これらの因子を考慮することにより、廃棄爆弾を識別することが可能であり、識別精度が向上する。

この発明では、海底に埋没した廃棄爆弾等の危険物を磁気探査により識別し、その位置を把握するにあたり、測定磁気データを二次元平面上に展開して正極と負極、およびこの磁極間の距離、磁極の方向および磁束密度等を求めて識別するようにしたので、その識別精度が向上する。そして、測定磁気データの検出位置をＲＴＫ方式のＧＰＳシステムで探知するようにしたので、二次元平面上に測定磁気データとともに、その検出位置を精度よく展開することができる。それにより、探査後の海底での廃棄爆弾等の位置確認に要する時間が短縮されるため、その揚収作業を安全に効率よく行なうことができる。

以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図５に基づいて説明する。

図１は、海底に埋没する投棄された廃棄爆弾、即ち廃棄爆弾の磁気探査状況を模式的に示したものである。筏で形成された磁気探査を行なう探査台１の側端部にプローブ取付け架台２が吊下げワイヤーＷを用いて複数吊るされ、このプローブ取付け架台２に、磁気検出手段のフラックスゲート型磁気センサーのプローブ３が、その先端と海底面との間に数十センチ程度の所要の間隔Ｌが存在するように支持されている。探査台１には、前記磁気センサーにより検出された磁気データの記録手段であるデータロガー４、記録した磁気データの解析手段であるパソコン５および位置検出手段であるＧＰＳ（Global Positioning System）システムの移動局６が搭載され、この移動局６が探査位置検出の基準点となっている。移動局６に加えて、ＧＰＳシステムの固定局（図示省略）が、岸壁等の所要の位置に配置されている。

前記ＧＰＳシステムの固定局は、ＲＴＫ（Real Time Kinematics）方式により、最小限４個の人工衛星からの位置情報を一旦受信し、この位置情報を探査台１とともに移動する移動局６に、例えば、１秒毎に送信する。この１秒毎の位置と探査台１の移動速度から、磁気データとその位置をデジタルデータとして、データロガー４に記録することができる。そして、探査台１はロープ７により曳航船８に接続されて、曳航船８に曳航されて探査領域を磁気探査する。このようにして、廃棄爆弾の磁気探査システムが構成されている。

図２は、地上での基礎磁気試験を行なうために、地上磁気探査領域Ｒに、消磁した模擬弾を所要の間隔を保って、それぞれ北（磁北）方向に配置した状況を示したものである。この磁気探査領域Ｒ上を、フラックスゲート型磁気センサーのプローブ３を支持した探査台を移動させて探査した結果を図３に示す。図３は、プローブによって検出された磁気データを、前記データロガー４およびパソコン５を用いて記録・解析して二次元平面上に展開した磁気マップ（磁気分布）である。

前記測定した磁気分布の二次元平面上への展開は、上記の地上での基礎磁気実験の場合を例にとると、次のようにして行なうことができる。まず、磁気探査領域の頂点の座標（Ｘ−Ｙ座標系）、例えば、図２に示した地上磁気探査領域Ｒの場合では、頂点Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄の座標をＧＰＳシステム上で定義する。前記探査台ともに移動する移動局に、ＧＰＳシステムの固定局から送信される位置情報を、検出された磁気分布とともにデジタルデータとして、データロガー４に記録することができる。この位置情報とともに記録された磁気分布の測定データを解析手段のパソコン５で解析するにあたり、ＧＰＳシステムの位置情報と、磁気探査領域のフィールド情報、即ちＸ−Ｙ座標値とを対応付ける。このように、磁気分布の検出位置を探査領域の座標に変換すれば、測定した磁気分布から、磁気探査領域内の位置に対応した磁気等高線図を作成することができる。この磁気等高線図から図３に示した磁気マップが得られ、この磁気マップに現れた各磁気パターンから、正負の磁極（最大、最小磁束密度の位置）をそれぞれ判別できる。このようにして、各磁気パターンの正極および負極とそれらの位置を検出することができる。

図３に示した磁気マップには、図２の１０個の模擬弾の配置に非常によく対応して１０個の磁気パターンが現れていることが分かる。このように、磁気探査によって検出した磁気分布を、探査領域についての二次元平面上に展開して、正極と負極とを求めることにより、海底に埋没した磁性物体の廃棄爆弾の位置を精度よく特定することができる。

前記廃棄爆弾のように、製造後数十年以上経過した強磁性体は、永久磁化が磁気測定時のバックグランド程度に衰退していることが知られている。このため、永久磁化が衰退した廃棄爆弾などの古い強磁性体の磁化は、地磁気による誘導磁化が主となるため、磁気異常体磁化方向は埋没当初の方向とは無関係に、直立している場合を除いて地磁気の北極方向となる。一方、最近投棄された強磁性体は、永久磁化と誘導磁化の両方を有し、永久磁化に支配されるため、投棄されて埋没した方向を指向し、その方向に規則性はない。前述の模擬弾を電気消磁法および熱処理法によって消磁し、その磁気異常体磁化方向を地上での追加基礎磁気実験で調査した結果、当初、北東方向、または北西方向に配置した模擬弾全数が地磁気方向（南北方向）指向することが確認された。このことは、前記の永久磁化がなくなれば、磁気異常体磁化方向は誘導磁化の方向、即ち地磁気の北極方向に向くことを示している。廃棄爆弾の埋没位置周辺に他の強磁性体が存在していたり、磁気探査時の測定誤差などを考慮すると、海底では、必ずしも全ての廃棄爆弾が地磁気北極方向に埋没しているとは限らないため、ここでは、地磁気方向±３０°の範囲に指向している強磁性体を廃棄爆弾と見なすことにした。

前記正極と負極の周りの測定磁場分布に最も近い磁場分布を発生する仮想鉄球体の大きさを、初期値として埋没深さ方向を考慮した三次元座標位置、磁気の強さおよび向きを与えて平面磁場分布を計算し、この平面磁場分布と前記測定磁場分布との差分が最小となるように繰り返し計算を行なって、前記三次元座標位置、磁気の強さおよび向きを最適化することにより求めることができる。この仮想鉄球体の大きさ（直径）と、前記正極と負極間の距離とから、海底等に埋没している強磁性体の大きさを定量的に判別でき、廃棄爆弾の識別精度が向上する。

このように、磁気異常体磁化方向が地磁気方向となす角度、正極と負極との距離、前記正極と負極の周りの測定磁場分布に最も近い磁場分布を発生する仮想鉄球体の大きさ、およびその磁気特性に基づいて、探査した強磁性体が廃棄爆弾であるかどうかを識別することができる。

海中での磁気探査試験を行なうために、海底にロープで描いた一辺が５ｍの四角形状の探査領域に、探査対象物の模擬弾を配置し、図１に示した探査台１のプローブ取付け架台２にプローブ３を約５００ｍｍで４本支持させ、前記曳航船８で探査台１を曳航して、前記探査領域１を探査した。プローブ３によって検出された磁気データを、前述のように前記データロガー４およびパソコン５を用いて記録・解析して二次元平面上に展開した磁気マップを図４に示す。前記探査対象物の配置はすべて潜水作業であるため、前述の地上での基礎磁気探査試験の場合のように正確な配置はできなかったにも拘わらず、図４に示した磁気マップから、探査対象物の配置の形が明確に現れており、前述のように、検出した磁気データを二次元展開することにより、精度よく探査対象物の埋没位置を特定できることがわかる。

前記海中磁気探査試験結果から検出した磁気分布の正極と負極の位置とその距離、磁気異常体磁化方向、および前記正極と負極の周りの測定磁場分布に最も近い磁場分布を発生する磁気モーメントから求めた仮想鉄球体の大きさ、およびその磁気特性の算出結果に基づいた廃棄爆弾の１つの判定基準例を以下に示す。海底に埋没した模擬弾の場合、検出した正極と負極との距離は、最大でも１３０ｃｍ程度であり、仮想鉄球体の直径は１３ｃｍ〜４９ｃｍである。これらの実測データから、正極と負極との距離、および仮想鉄球体の大きさ、および磁束密度を適正範囲に設定することができ、磁気探査により検出した物体が廃棄爆弾であるかどうかの判定基準とすることができる。なお、測定誤差を見込んで、ここでは、前記正極と負極間の距離は最大１５０ｃｍとし、前記仮想鉄球体の直径の範囲は、上限側をやや延長して１３ｃｍ〜５０ｃｍ、磁束密度は、絶対値で表示して５ｎＴ以上とすることが望ましい。なお、図３、図４に示した模擬弾の磁気マップの各磁気パターンでは、正極と負極が１：１に対応し、これらの正負の磁極の境界がスムーズであることがわかる。このような磁気分布のパターンも、検出した強磁性体が廃棄爆弾等の危険物であるかどうかの判定基準として用いることができる。

図５に磁気探査における廃棄爆弾等の危険物の識別のフローを示す。ステップ１（Ｓ１）では、磁気探査領域の座標を規定して解析手段のパソコンに入力する。ステップ２（Ｓ２）では、ＧＰＳシステムからの位置データと磁気探査領域の座標とを対応付ける。ステップ３（Ｓ３）では、検出した磁気データから磁気探査領域の座標系に磁気等高線図を作成する。ステップ４（Ｓ４）では、磁気等高線図から正極と負極を求める。ステップ５（Ｓ５）では、正極と負極から求められる磁気異常体磁化方向が所定の範囲（地磁気方向±３０°）に入っているかどうかを判定する。ステップ６（Ｓ６）では、正極と負極間（ピーク間）距離が所定の値以下であるかどうかを判定する。ステップ７（Ｓ７）では、仮想球体の直径が所定の範囲にあるかどうかを判定する。ステップ８（Ｓ８）では、正極の磁気強度が所定の値以上であるかどうかを判定する。ステップ９（Ｓ９）では、磁気分布のパターンが前記の境界スムーズ型かどうかを判定する。ステップ（Ｓ５）からステップ（Ｓ９）までの判定条件を全て満たす場合に、検出した対象物が廃棄爆弾であると見なすことができる。なお、前記ステップ５からステップ９までの判定は必ずしもこの順番でなくてもよく、各判定条件から総合的に判断して、廃棄爆弾であるかどうかを識別することが好ましい。また、廃棄爆弾と形状がよく似たドラム缶などでも、上記判定条件を全て満たす場合があるが、これ以上細かく判定条件を規定しても、かえって模擬弾を見逃す虞がある。このため、上記判定条件を全て満足した対象物を模擬弾と見なすことが、見落とし防止という観点からも妥当である。

この発明は、浚渫域等の海底に埋没する廃棄爆弾を識別し、その位置を特定する手段として利用することができる。また、陸上でも、地面に埋没する爆発物等の危険物の探査にも利用可能である。

この発明の実施形態の磁気探査状況を示す模式図である。基礎磁気試験での模擬弾の配置を示す説明図である。基礎磁気試験で検出した磁気マップ（図面代用写真）である。海中磁気探査実験で検出した磁気マップ（図面代用写真）である。実施形態の磁気探査のフローを示す説明図である。

符号の説明

１・・・探査台
２・・・プローブ取付け架台
３・・・プローブ
４・・・データロガー
５・・・パソコン
６・・・移動局
７・・・ロープ
８・・・曳航船

Claims

磁気検出手段と、検出した磁気データの記録手段と、記録した磁気データの解析手段と、位置検出手段とを備え、前記記録手段に検出した磁気データと位置データとを記録し、この磁気データを解析して廃棄爆弾を識別し、その位置を特定する廃棄爆弾磁気探査システムであって、前記記録した磁気データを前記解析手段により、二次元平面上に展開して磁気等高線図として表示し、この磁気等高線図から近接する正極と負極とを求め、この正極と負極の周りに廃棄爆弾が存在すると特定するようにしたことを特徴とする廃棄爆弾磁気探査システム。
前記正極と負極間を通る線分の、正極からみた負極の方向の地磁気北極方向に対する角度が所定の範囲にある場合に、廃棄爆弾と識別することを特徴とする請求項１に記載の廃棄爆弾磁気探査システム。
前記正極と負極の距離、正極と負極の周りの測定磁場分布に最も近い磁場分布から求めた仮想鉄球体の大きさ、およびその磁気特性が所定の範囲にある場合に廃棄爆弾と識別することを特徴とする請求項１または２に記載の廃棄爆弾磁気探査システム。