JP2005522702A

JP2005522702A - パラメトリック変換を用いて物体の位置を特定するための方法および装置

Info

Publication number: JP2005522702A
Application number: JP2003584767A
Authority: JP
Inventors: オリスタリオ，マイケル・エル; ハンセン，ソーキルド; ミラー，ダグラス・イー
Original assignee: ウィッテンテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US6700381B2; CN1672066A; AU2003218471A1; US20030189427A1; EP1495346A1; WO2003087881A1

Abstract

パラメトリック変換を用いて目標となる物体の位置を特定するための装置は、信号注入器（６０６）を用い、目標となる物体（６１０）の少なくとも一部は埋設されており、該装置はさらに、磁界受信器（８０２）と、磁界受信器（８０２）が受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるためのマッチングプロセッサ（６０４）と、パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体（６１０）の位置を特定するための位置特定プロセッサ（６０４）とを用いる。パラメトリック変換を用いて目標となる物体（６１０）の位置を特定するための方法は、少なくとも一部が埋設されている目標となる物体（６１０）内に信号を注入し、目標となる物体から放射された磁界を受け、受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させ、パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体（６１０）の位置を特定する。

Description

発明の背景
この方法は、パラメトリック変換（parametric inversion）のシステムおよび方法に関し、より特定的には、物体の位置を特定するためのパラメトリック変換のシステムおよび方法に関する。

掘削中に地表下の精密な地図を得て、水、ガス、および電気の配管等の既存の公共事業設備に損傷が及ぶことを回避することが重要である。たとえば、新規の管が或る領域に設置されるべき際に、その領域にあるどのような既存の管の位置をも認識して、新規の管用の溝が掘削される際に、既存の管に損傷が及ぶことを回避しなければならない。地表下の正確な地図が建設現場に存在しないことによって毎年何千もの管が破損し、修理費用が何十億ドルにも上る。

管の位置を特定する従来の機器では、単一周波数の電流が管内に注入され、この電流の磁界が、単一の手持ち式装置により地表で測定される。１本の真直ぐな管のみが存在する場合、管の位置を特定する従来の機器は、地表での磁界の測定値から管の方向および深さを正確に判定することができる。しかしながら、２本以上の管が存在するか、または管が大きく曲がっている場合、この従来の機器は、管の位置を正確に推定することができない。このように推定できない理由は、管の位置を特定する従来の機器により使用される方法が、地下に１本の管しか存在していないという仮定に基づいているためである。この発明のパラメトリック変換のシステムおよび方法は、この限定的な仮定に基づかず、このシステムおよび方法を用いて、複雑な環境にある多数の管および曲がった管の位置を正確に特定することができる。

この発明との整合性を有するパラメトリック変換システムは、従来のシステムの欠点を克服することができる。さらに、この発明と整合するパラメトリック変換システムは、移動車両、トレーラー、または可搬の筐体（housing）上に装着可能であり、それによってシステムが移動するのに伴い、地表下の画像を生成することができる。

発明の概要
この発明は、パラメトリック変換を用いて物体の位置を特定するための方法論を提供する。この発明のさらに別の特徴および利点は以下の説明に明示され、その或る部分は、この説明から明らかになるか、または、この発明を実施することによって認識され得る。この発明の目的および他の利点は、記載される説明、この発明の請求項、および添付の図面で具体的に示される方法および装置によって認識かつ獲得されるであろう。

これらの利点および他の利点を達成するために、および、具体化されかつ概要が説明されるこの発明の目的に従い、この発明に従ったシステムは、パラメトリック変換を用いて物体の位置を特定する。パラメトリック変換を用いて目標となる物体の位置を特定するための装置は、目標となる物体内に信号を注入することのできる信号注入器を備え、目標となる物体の少なくとも一部は埋設されており、この装置はさらに、磁界受信器と、磁界受信器が受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメ
トリック磁界分布モデルを整合させるためのマッチングプロセッサと、パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定するための位置特定プロセッサとを備える。

パラメトリック変換を用いて目標となる物体の位置を特定するための方法は、少なくとも一部が埋設されている、目標となる物体内に信号を注入するステップと、目標となる物体から放射された磁界を受けるステップと、受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるステップと、パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定するステップとを含む。

上述の一般的な説明および以下の詳細な説明はともに、例示および説明のためのものであり、請求項に記載された発明のさらなる説明を提供することが意図される。

明細書に組込まれかつ明細書の一部を形成する添付の図面は、この発明の実施例を例示し、上述の一般的な説明および後述の実施例の詳細な説明とともに、この発明の原理を説明する役割を果たす。

この発明の詳細な説明
埋設された物体の位置をパラメトリック変換を用いて特定するための方法および装置を開示する。図１は、この発明との整合性を有する、埋設された物体をパラメトリック変換を用いて特定するための装置１００の一実施例である。装置１００は、クランプ１０２と、送信器１０４と、受信器１０６と、信号プロセッサ１０８（図示していないがマッチングプロセッサおよび位置特定プロセッサを含む）とを備える。クランプ１０２は、たとえば誘導性クランプまたは導電性クランプであり得る。この発明との整合性を有する一実施例において、送信器１０４および受信器１０６は、多数の送信アレイ要素および受信アレイ要素をそれぞれ含む。たとえば図２のブロック図に示すように、受信器１０６は、受信器１０６の作動方向に対して垂直にアライメントされた受信器要素のアレイ２０２を含む。代替的に受信器１０６は、合成アレイ、すなわち、地上で動かされてアレイをシミュレートする１つの受信器であり得る。

レイディオディテクション・コーポレイション（Radiodetection Corp.）は、送信器１０４およびクランプ１０２の動作を実行するのに適した（誘導性結合用だけでなく導電性結合用の）クランプを含むモデルＨＣｔｘ−２送信器を販売している。受信器１０６は、送信器の周波数で磁界を検出する。この発明との整合性を有する実施例で使用するための適切な受信器の一例は、レイディオディテクションのＰＤＬ−２受信器を含む。

図３は、埋設された物体の位置をパラメトリック変換を用いて特定するために、この発明との整合性を有する一実施例が用いられ得る環境の概略図である。図３では、消火栓３０２が地面３０４から突出している。目標となる管３０６は消火栓３０２に水を供給する。目標となる管３０６に沿って補助的な管３０８が延びる。装置３００は、この発明との整合性を有する受信器１０６と、信号プロセッサ１０８と、送信器１０４と、クランプ１０２とを備え、近接する他の物体、たとえば補助的な管３０８の存在により混乱することなく、目標となる管３０６の位置を正確に特定する。

この発明との整合性を有する一実施例を用い、埋設された物体の位置を特定するために、オペレータは、地上に表出した物体、たとえば消火栓３０２の一部にクランプ１０２を配置する。ここで送信器１０４は、クランプ１０２を介して消火栓３０２に結合されており、目標となる管３０６内に、たとえば約１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲の信号を注入
する。したがって、受信器の周波数で発振する電流が、目標となる管３０６において生じる。

目標となる管３０６に流れる電流により、近接する管、たとえば補助的な管３０８に電流が流れる。目標となる管および補助的な管における電流はともに、受信器１０６を用いて地面３０４の上または上方で測定することのできる磁界を生じさせる。この発明との整合性を有する一実施例において、目標となる管および補助的な管を通って流れる電流に対応する磁界は、地面３０４の上方における２つ以上の高度で、受信器１０６によって受けられる。たとえば、受信器１０６は、地面でおよび地面から１フィート上方で磁界を受けるように位置付けられ得る。信号プロセッサ１０８は、受信器１０６が受信した磁界信号を処理して、磁界の二次元マップを提供する。

この発明との整合性を有する別の実施例において、送信器１０４は、多数の周波数を同時に送信するように変更される。クランプ１０２は、送信器が生成した各周波数において、誘導性または導電性の態様で多数の管に結合するように変更される。したがって、１本の管につき１つの周波数が注入される状態で、異なる周波数の電流が、多数の管内に同時に注入され得る。この手法の下では、異なる送信器周波数を受ける管の各々が、目標となる管と考えられる。受信器１０６は、異なる送信器周波数で磁界を受ける。信号プロセッサ１０８は、異なる周波数で受信器１０６が受信した磁界信号を処理して磁界の二次元マップを作成し、埋設された物体の位置を特定する。

この発明との整合性を有する、２本の管内に信号を注入することによって物体の位置を特定するための一実施例を図４に示す。図３の要素に加え、図４は、受信器４１２と、信号プロセッサ４１４と、送信器４１６とを含む第２の装置４１０を備える。４１０は図４において別個の装置として描かれているが、多数の受信器、信号プロセッサ、および送信器を１つの筐体内で（全体的にまたは部分的に）組合せることができる。さらに、別個の受信器の要素、信号プロセッサの要素、および送信器の要素として示されているものを組合せることもできる。

図４では、消火栓３０２は管３０６に接続し、消火栓４１８は管３０８に接続する。装置３００のクランプ１０２は消火栓３０２に接続され、クランプ４２０は消火栓４１８に接続される。消火栓への接続が行なわれた後に、装置３００は、消火栓３０２を介して第１の周波数の信号を管３０６内に注入し、装置４１０は、消火栓４１８を介して第２の周波数の信号を管３０８内に注入する。装置３００および装置４１０内の受信器および信号プロセッサは、２つの送信器周波数で注入された信号に対応する磁界を処理して、地下にある管の位置を特定する。

図５は、この発明との整合性を有する、目標となる物体の位置を特定するための方法のフロー図であり、この方法は、送信器１０４が生成した信号を、クランプ１０２を介して目標となる物体内に注入するステップ（ステップ５０２）を含む。受信器１０６は、目標となる物体から放射された磁界を受ける（ステップ５０４）。信号プロセッサ１０８は、受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデル（式１において与えられるもの等）を整合させる（ステップ５０６）。信号プロセッサ１０８は、パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定する（ステップ５０８）。

上述の信号プロセッサの機能は、メモリに格納されたソフトウェアプログラムを実行する１台のプロセッサまたは一群のプロセッサを用いて実行され得、ソフトウェアは、上述のシステムの各動作と関連する。さらに、この発明の範囲との整合性を有する実施例において、この明細書で説明する機能は、ハードウェアで、または、上述の機能をハードウェアおよびソフトウェアの要素間に割当てる実施例で、全面的に実行することができる。この発明の範囲との整合性を有していると当業者が認識するこれらの実施例および他の実施例は、依然としてこの発明の範囲内に存在する。

上で規定したシステムの要素の動作は、埋設された物体の位置を迅速かつ正確に特定するための効率のよいシステムを提供する。したがって、この発明に従い、可搬の移動構造を含む多くの種類の構造内に、開示されたシステムの要素を収容して、当該領域をリアルタイムで迅速かつ正確に調査することが可能となり得る。

図６は、この発明との整合性を有する、目標となる物体の位置を特定するためのシステムを有する移動車両６００の図である。伸長可能かつ収縮可能なクランプ６０２が移動車両６００上に取付けられる。ユニット６０８は、信号プロセッサ６０４および送信器６０６を収容する。クランプ６０２は、消火栓６１２にクランプすることにより、目標となる管６１０内に、送信器６０６が生成した信号を注入する。受信器６１４はアーム６１６に取付けられ、アーム６１６は車両６００の後部に取付けられる。信号プロセッサ６０４は、上でより詳細に説明したように受信器６１４が受信した信号を処理して、ディスプレイ６１６上に目標となる物体の画像を表示することができる。

図７は移動車両６００の図であり、ここでユニット７０８は、信号プロセッサ６０４を収容するが送信器を含まない。その代わりに、送信器７０６が消火栓６１２にクランプしており、移動車両によって運搬されない。

図８は、この発明との整合性を有する移動車両８００の図であり、ここで、受信器６１４、信号プロセッサ６０４、送信器６０６、およびクランプ６０２の１つ以上は、トレー
ラー８０２内に収容されて、この車両の後方において目標となる物体６１０上を牽引され得る。

図９は、この発明との整合性を有する位置特定システムを含む可搬の筐体９０２の図である。図９に示す実施例において、筐体９０２は、上でより詳細に説明したように、クランプ、送信器、受信器、および信号プロセッサを含む。オペレータ９０４は、ハンドル９０６を用いて、可搬の筐体９０２を地面上で案内することができる。可搬の筐体９０２は、たとえば車輪９０８または輪止め（図示せず）を有し得る。可搬の筐体９０２の一実施例を十分に軽量にして、オペレータがシステム全体を運び得るようにすることもでき、それによって筐体を地面上で案内するための車輪、輪止め、または同様の構造に対する必要性を減じる。

この発明の開示された実施例に対して、この発明の精神または範囲から逸脱することなくさまざまな変更例および変形例を作成できることが、当業者には明らかであろう。したがって、この発明は、この発明の変更例および変形例が前掲の請求項およびその等価物の範囲内に収まっている限り、これらを包含することが意図される。

この発明との整合性を有する、物体の位置を特定するための装置の一実施例のブロック図である。この発明との整合性を有する受信器の一実施例のブロック図である。物体の位置を特定するために使用可能な、この発明の一実施例の概略図である。物体の位置を特定するために使用され得る、この発明の一実施例の概略図である。この発明との整合性を有する、物体の位置を特定するための方法のフロー図である。この発明との整合性を有する、物体の位置を特定するための、移動車両ベースのシステムの一実施例の概略図である。この発明との整合性を有する、物体の位置を特定するための、移動車両ベースのシステムの一実施例の概略図である。この発明との整合性を有する、物体の位置を特定するための、移動車両ベースのシステムの一実施例の概略図である。この発明との整合性を有する、可搬の位置特定装置の一実施例の概略図である。

Claims

少なくとも一部が埋設されている、目標となる物体の位置を特定するための方法であって、
目標となる物体内に信号を注入するステップと、
目標となる物体から放射された磁界を受けるステップと、
前記受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるステップと、
前記パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定するステップとを含む、方法。
前記整合させるステップは、少なくとも２つの実質的に線形の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを選択するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
前記整合させるステップは、前記目標となる物体内の実質的に湾曲した領域を、少なくとも２つの線形の物体としてモデル化するパラメトリック磁界分布モデルを選択するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
目標となる物体以外の物体内に少なくとも１つの追加の信号を注入して磁界を生成するステップをさらに含み、
前記整合させるステップは、注入された少なくとも１つの追加の信号を用いて整合を生じるサブステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
目標となる物体の位置を表示するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記目標となる物体から放射された磁界を受けるステップは、目標となる物体の上方の少なくとも２つの高度で磁界を受けるサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
少なくとも一部が埋設されている、目標となる物体の位置を特定するための装置であって、
目標となる物体内に信号を注入することのできる信号注入器と、
磁界受信器と、
前記磁界受信器が受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるためのマッチングプロセッサと、
前記パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定するための位置特定プロセッサとを備える、装置。
前記マッチングプロセッサは、少なくとも２つの実質的に線形の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを含む、請求項８に記載の装置。
前記マッチングプロセッサは、前記目標となる物体内の実質的に湾曲した領域を、少なくとも２つの線形の物体としてモデル化するパラメトリック磁界分布モデルを含む、請求項８に記載の装置。
目標となる物体以外の物体内に少なくとも１つの追加の信号を注入して磁界を生成するための注入器をさらに備え、
前記マッチングプロセッサは、注入された少なくとも１つの追加の信号を用いて整合を生じるためのプロセッサをさらに含む、請求項８に記載の装置。
目標となる物体のディスプレイをさらに備える、請求項８に記載の装置。
前記信号注入器、前記磁界受信器、前記マッチングプロセッサ、および前記位置特定プロセッサの少なくとも１つが、モバイルプラットホームに取付けられる、請求項８に記載の装置。
前記信号注入器、前記磁界受信器、前記マッチングプロセッサ、および前記位置特定プロセッサの少なくとも１つが、ポータブルプラットホームに取付けられる、請求項８に記載の装置。
少なくとも一部が埋設されている、目標となる物体の位置を特定するように適合された、コンピュータで使用するためのコンピュータプログラムプロダクトであって、コンピュータ読取可能なコード手段を格納するためのコンピュータ読取可能な媒体を備え、前記コンピュータ読取可能なコード手段は、コンピュータによって実行されると、コンピュータに目標となる物体の位置を特定させることができ、コンピュータ読取可能なコード手段は、
目標となる物体内に信号を注入するステップと、
目標となる物体から放射された磁界を受けるステップと、
前記受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるステップと、
前記パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定するステップとを含む方法を、コンピュータに実行させるためのコンピュータ読取可能な命令を含む、コンピュータプログラムプロダクト。
少なくとも一部が埋設されている、目標となる物体の位置を特定するための装置であって、
目標となる物体内に信号を注入するための手段と、
目標となる物体から放射された磁界を受けるための手段と、
前記受けた磁界に、目標となる物体および少なくとも１つの他の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるための手段と、
前記パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体の位置を特定するための手段とを備える、装置。
前記整合させるための手段は、少なくとも２つの実質的に線形の物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを選択するための手段をさらに含む、請求項１８に記載の装置。
前記整合させるための手段は、前記目標となる物体内の実質的に湾曲した領域を、少なくとも２つの線形の物体としてモデル化するパラメトリック磁界分布モデルを選択するた
めの手段をさらに含む、請求項１８に記載の装置。
目標となる物体以外の物体内に少なくとも１つの追加の信号を注入して磁界を生成するための手段をさらに備え、
前記整合させるための手段は、注入された少なくとも１つの追加の信号を用いて整合を生じるための手段をさらに含む、請求項１８に記載の装置。
前記注入するための手段、前記受けるための手段、前記整合させるための手段、および前記位置を特定するための手段の少なくとも１つは、モバイルプラットホームに取付けられる、請求項１８に記載の装置。
前記注入するための手段、前記受けるための手段、前記整合させるための手段、および前記位置を特定するための手段の少なくとも１つは、ポータブルプラットホームに取付けられる、請求項１８に記載の装置。
少なくとも一部が埋設されている、目標となる物体の位置を特定するための方法であって、
目標となる物体内に第１の信号を注入するステップと、
少なくとも一部が埋設されている補助的な物体内に第２の信号を注入するステップと、
目標となる物体に起因する第１の周波数で磁界を受けるステップと、
補助的な物体に起因する第２の周波数で第２の磁界を受けるステップと、
前記第１の磁界および前記第２の磁界に、少なくとも２つの物体に対応するパラメトリック磁界分布モデルを整合させるステップと、
前記パラメトリック磁界分布モデルからのパラメータを用いて目標となる物体および補助的な物体の位置を特定するステップとを含む、方法。