JP2014098597A - 陥没の危険性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波レーダーを使用した陥没の危険性評価方法を提供する。
【解決手段】電磁波レーダーを用い、アスファルト舗装路面等の対象面Ｒにおける少なくとも所定の単位対象領域の全体にわたり、対象面Ｒに沿う方向に所定の間隔を空けて、対象面Ｒ上側から対象面Ｒ下へ電磁波を深さ方向に入射させるとともにその反射波を対象面Ｒ上側で検出することにより、各反射波検出位置４０における反射波データ５０を取得し、この取得した反射波データ５０に基づき、各反射波検出位置４０における強信号部位８１に基づき空洞８５を探査するとともに、空洞８５を検出したときには空洞天面の寸法Ｗ及び空洞８５天面の深度Ｐを求め、これら空洞天面の寸法Ｗが大きいほど、及び空洞８５天面の深度Ｐが浅いほど陥没の危険性が高いものとして、各反射波検出位置４０における陥没の危険性を評価する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、陥没の危険性評価方法に関するものである。

道路や滑走路、港湾におけるエプロン、その他の人や乗り物の通行面等の路面、物置場等における陥没は、表面下に発生する空洞が原因であるため、陥没を未然防止するには地中空洞の有無を探査する必要があり、その探査手法としては、特許文献１〜３に示されるように、電磁波レーダーを車両に搭載して道路を走行する非破壊探査が効率的である。空洞が発見された場合、補修工事として、路面等の表面から空洞に至る注入孔を削孔し、この注入孔から空洞内に固化材を充填することが一般的である。

しかしながら、空洞を発見したとしても、陥没の危険性が殆どないものもあり、そのような空洞まで補修工事を行うことは不経済である。よって、空洞の発見だけでなく、その空洞位置における陥没の危険性まで評価することが望まれているが、具体的手法は提案されていないのが現状である。

特開平５−８７９４５号公報 特開平８−６２３３９号公報 特開２００４−３０１６１０号公報

そこで、本発明の主たる課題は、電磁波レーダーを使用した陥没の危険性評価方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
電磁波レーダーを用い、対象面における少なくとも所定の単位対象領域の全体にわたり、対象面に沿う方向に所定の間隔を空けて、対象面上側から対象面下へ電磁波を深さ方向に入射させるとともにその反射波を対象面上側で検出することにより、各反射波検出位置における反射波データを取得し、
この取得した反射波データに基づき、各反射波検出位置における空洞を探査するとともに、空洞を検出したときには空洞天面の寸法及び空洞天面の深度を求め、これら空洞天面の寸法が大きいほど、及び空洞天面の深度が浅いほど陥没の危険性が高いものとして、各反射波検出位置における陥没の危険性を評価する、
ことを特徴とする陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
本発明者は、鋭意研究の結果、空洞天面の寸法及び深度であれば電磁波レーダーにより正確に取得可能であり、かつ陥没の危険性を的確に評価できるとの知見を得て本発明をなしたものである。本発明によれば、空洞を発見するだけでなく、その空洞を原因とした陥没の危険性を評価するため、陥没危険性の高い空洞を先に補修し、陥没危険性の極めて低い空洞は補修しない又は後回しにする等、適切な補修計画を容易に行うことができる。

なお、特許文献２には「立体的に得られた空洞上部の形状から舗装道路の陥没の危険性について順位を付ける」ことを開示しているが、空洞天面の寸法及び深度を指標にすることは開示されていない。

＜請求項２記載の発明＞
前記空洞天面の平面視形状を楕円近似したときの短辺を前記空洞天面の寸法として前記陥没の危険性を評価する、請求項１記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
陥没は空洞上側の層の崩落により発生するため、前述のとおり空洞天面の寸法が大きいほど陥没が発生し易くなるが、空洞が狭い幅で長く伸びている場合にはいくら長くても陥没の危険性は少ない。よって、本項記載のように空洞天面の形状を楕円近似したときの短辺を指標とするのが好ましい。

＜請求項３記載の発明＞
前記取得した反射波データに基づき、各反射波検出位置における埋設物を探査するか、又は埋設物の位置を既知としておくとともに、前記空洞を検出するとともにその周囲に埋設物を検出したときか、又は前記空洞を検出するとともにその周囲に既知の埋設物があるときには、陥没の危険性がより高いものとして前記評価を行う、請求項１又は２記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
対象面下に埋設物があると、その周囲に空洞が発生する可能性が高く、また発生した空洞の成長速度、上昇速度が速い。よって、そのような要因を加味して評価を行うことにより、より的確な評価を行うことができる。

＜請求項４記載の発明＞
対象面の交通量を評価するか又は既知としておくとともに、前記空洞を検出したときには、当該空洞を検出した対象面の交通量が多いほど当該空洞による陥没の危険性がより高いものとして前記陥没の危険性評価を行うか、又は当該空洞を検出した対象面の交通量が多いほど当該空洞による陥没時の影響度がより大きいという影響度評価を前記陥没の危険性評価に付加する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
対象面の交通量が多いほど荷重や振動がより多く加わることにより空洞が発生する可能性が高く、また発生した空洞の成長速度、上昇速度が速い。しかも、対象面の交通量が多いほど、陥没発生時の影響度（事故発生の確率が高くなる、渋滞度合がひどくなる等）が大きくなる。よって、そのような要因を加味して陥没の危険性評価を行ったり、影響度評価を付加したりすることにより、より的確な評価を行うことができる。

＜請求項５記載の発明＞
前記対象面が車道であり、前記空洞を検出したときには、前記車道における前記空洞の検出位置が車両走行の多い位置であるほど陥没の危険性がより高いものとして前記陥没の危険性評価を行うか、又は前記車道における前記空洞の検出位置が車両走行の多い位置であるほど陥没時の影響度がより大きいという影響度評価を前記陥没の危険性評価に付加する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
対象面が車道の場合、車道内における車両走行の多い位置ほど（例えば、路肩内よりも車線内の方が車両走行が多い、車線であっても交差点内の方が車両走行が多い等）、荷重や振動がより多く加わることにより空洞が発生する可能性が高く、また発生した空洞の成長速度、上昇速度が速い。しかも、車道内における車両走行の多い位置ほど、陥没発生時の影響度（事故発生の確率が高くなる、渋滞度合がひどくなる等）が大きくなる。よって、そのような要因を加味して陥没の危険性評価を行ったり、影響度評価を付加したりすることにより、より的確な評価を行うことができる。

＜請求項６記載の発明＞
前記空洞を検出したとき、前記空洞天面より上側に位置する層の支持力を求め、この支持力が強いほど陥没の危険性がより低いものとして前記陥没の危険性評価を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
空洞の天面の寸法及び深度が同じでも、空洞天面より上側に位置する層の支持力により陥没危険性が変化するため、この支持力を加味して評価を行うことにより、より的確な評価を行うことができる。

＜請求項７記載の発明＞
探査車両を走行させながら、車幅方向及び走行方向にそれぞれ所定の間隔で車両から対象面下へ電磁波を深さ方向に入射させるとともにその反射波を検出することにより、車幅方向及び走行方向ともに１０ｃｍ以下の間隔で各位置の反射波データを取得する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
このように細かく反射波データを取得することにより、空洞や埋設物等の形状・寸法を高精度に求めることができ、より高精度の評価を行うことができる。それでいて、探査車両で対象面を走行するだけで反射波データを取得でき、二次調査も不要であるため、交通規制不要、交差点も対応可能、緊急時に対応可能等の利点もある。

＜請求項８記載の発明＞
前記陥没の危険性の評価結果に基づき、地図及び地球表面写真の少なくとも一方上にその位置の陥没の危険性を表示した陥没危険性マップを作成する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。

（作用効果）
このような陥没危険性マップを作成することにより、調査計画や補修計画における全体像の把握が容易となる。

以上のとおり、本発明によれば、電磁波レーダーを使用した陥没の危険性評価が可能となる。

電磁波レーダーの概略図である。 レーダーシステムのブロック図である。 レーダーシステムのセンサ配列例を示す平面図である。 レーダーシステムのセンサ配列例を示す平面図である。 探査車の概略図である。 レーダーシステムの処理プロセスを示す概略図である。 反射波データの取得概要を示す概略図である。 反射波データの多値化原理を示す説明図である。 走行方向縦断面画像、水平断面画像、及び車幅方向縦断面画像の図である。 空洞の検出原理を示す説明図である。 空洞の例を示す走行方向縦断面画像である。 空洞天面の寸法及び深度の説明図である。 陥没の危険性評価基準を示す図である。 空洞成長要因を示す説明図である。 空洞成長要因を示す説明図である。 空洞成長要因を示す説明図である。 空洞成長要因を示す説明図である。 空洞成長要因（枝管）を有する場合の水平断面画像である。 陥没危険性マップである。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
＜対象面＞
本発明の対象面Ｒは、陥没の危険性のある場所の表面であれば特に限定されず、例えば道路や滑走路、港湾におけるエプロン、その他の人や乗り物の通行面等の路面の他、物置場等、あらゆる場所の表面を対象とすることができる。また、対象面Ｒが舗装面（アスファルト舗装、コンクリート舗装等、舗装の種類を問わない）であるか非舗装面であるかは問わない。

＜計測＞
本発明は電磁波レーダーを用いて対象面Ｒ下の探査を行う。電磁波レーダーとしては、GSSI社（米国）製の各種電磁波レーダーシステム（例えばSIR3000等）、日本無線社製RCレーダー（例えばハンディサーチNJJ-95B等）、アイレック技建社製のコンクリート構造物の鉄筋探査装置（例えばライトエスパー）、コマツエンジニアリング社製のレーダー探査機（例えばアイアンシーカ）等、公知のものを特に限定無く用いることができるが、送受信センサを多数並設したレーダーシステムが高効率・高精度であるため好ましい。以下、具体例について説明する。

図１は電磁波レーダーの概略図である。符号ａは電磁波の送受信アンテナおよび送受信回路を一体的にケースに組み込んだセンサａ、符号ｃはｎ個のセンサａを並列に連結してアレイ状としたアレイアンテナ、符号ｂはアレイアンテナｃを構成する各センサａに対して夫々スイッチングにより機能の切り替えを行い、個々に送受信および信号処理を行うようにするコントロールユニットをそれぞれ示している。なお、アレイアンテナｃとコントロールユニットｂとによりレーダーシステムｋを構成している。

レーダーシステムに用いられるセンサａとしては、ステップ波形によるインパルス発信を用いたものであって、周波数が０．５〜３ＧＨｚの中心帯域を持つものが好適であり、特に周波数を１ＧＨｚ以上として探査を行うと、波長が短いことから深さ方向の分解能が向上する。深さ方向の分解能は特に限定されないが、５ｃｍ未満であるのが好ましい。一方、電磁波は周波数が高くなるにつれて、物体中での減衰が激しくなるが、２ＧＨｚ以下で探査を行えば、ある程度の深度（４０ｃｍ以上）まで十分な探査を行うことができる。

なお、本発明者の知見によれば、砂地盤では空洞の発生し易い深度は６０ｃｍ程度までであり、また陥没の危険性を考慮する必要がある深度も６０ｃｍ程度までである。よって、空洞探査の場合、使用する電磁波の周波数をこの深度範囲に適切な周波数、すなわち中心帯域が１〜２ＧＨｚの周波数に限定することで、空洞等の検出精度が向上するだけでなく、不必要な深度の探査を行わないため探査効率及び評価効率が向上するようになる。

コントロールユニットｂによりコントロールされた各センサａからは、対象面Ｒから内部に向けて略垂直に電磁波が発振される。そして、対象面Ｒ下からの反射波は各センサａに受信される。各センサａで受信された反射波は、コントロールユニットｂを介してアナログ信号からデジタル信号に変換されたデータとしてデータ処理装置に出力される。

レーダーシステムｋは、より具体的には図２に示すように構成することができる。すなわち、レーダーシステムｋにおけるセンサａは送信部Ｔｘと受信部Ｒｘとにより構成され、ｎ個のセンサａへの給電は、例えばコントロールユニットｂに設けられた電源電池３１により供給され、また該電源電池はコントロールユニットｂ内の各回路に給電される。

ｎ個のセンサａの送信部への送信指令は、スイッチ切り替え制御回路３４が第１切り替えスイッチ３４ａを順次切り替えることにより、順次送信を行うようになっており、この切替のタイミングはタイミング源発振回路３３ｂで発生した数十ＭＨｚのクロックパルスにより行われ、例えばタイミングクロックパルスの周期毎に順次スイッチングされ、数μｓ後にはアレイアンテナのｎ個のセンサａを一巡する。

各センサａの送信部Ｔｘで発信された電磁波は、測定対象物に対して反射と透過を繰り返し、その内部状況を反射信号としてセンサａの受信部Ｒｘで受信する。受信された反射信号は、同期信号発生回路３３からの同期信号に従ってサンプリングされ、低周波の受信信号１〜ｎに変換されて各センサから出力される。各センサから出力された受信信号は、スイッチ切り替え回路３４にて、Ａ／Ｄ変換回路３５およびバッファ３６により信号の処理が行われ、第２切り替えスイッチ３４ｂの切り替えにより順次データ処理装置へ出力される。

図３の（ａ）は、レーダーシステムｋが図１に示す単配列状態を示しており、車幅方向（副走査方向）におけるセンサａの間隔をｄとすると、この単配列状態の分解能はｄとなる。これに対し、図３の（ｂ）に示すように、ｎ列の単配列のアレイアンテナｃ１を千鳥状にｍ行配列することにより、このアレイアンテナｃ２は、ｍ倍の分解能を得ることができ、これにより水平解像度が決定される。そして、単配列時におけるアレイアンテナｃ１の分解能ｄに対し、ｍ行配列するアレイアンテナｃ２は、ｄ／ｍの分解能となる。また、図４に示すように、センサａをｍ行×ｎ列に配列したアレイアンテナｃ３としても良い。この構成では、アレイアンテナｃ３を移動させることなく一度にｍ行×ｎ列の範囲で探査を行える。

探査に際しては、作業員がアンテナを逐次移動させながら測定を行っても良いが、図５に示すように、レーダーシステムｋを搭載した自動車等の探査車１０で対象面Ｒを走行しながら、対象面Ｒにおける調査対象領域の全体にわたり、走行方向に所定の間隔を空けて探査を行うのが望ましい。図５に示す探査車１０は、レーダーシステムｋの他に、光学式距離計（回転式距離計でも良い）１１、対象面Ｒの状況を撮像するためのカメラ１２、ＧＰＳ装置１３を搭載しており、これらの出力信号がデータ処理装置１４に入力されるように構成されている。データ収録装置１４としては、汎用のコンピュータを用いることができる。図示例では、データ処理装置１４等の機器を牽引する構造となっているため、データ処理装置１４等の機器を制御するための制御装置１５を車両に搭載している。

レーダーシステムｋにおけるセンサａの配列方向を副走査方向とし、副走査方向および電磁波の発信方向に対して直交する方向を主走査方向とすると、レーダーシステムｋの主走査方向は探査車１０の走行方向となっており、走行に伴う移動距離は距離計１１からデータ処理装置１４に対して入力されるようになっている。

図６は、レーダーシステムｋを主走査方向に移動させて得られた情報を処理するプロセスを示している。レーダーシステムｋは検査対象である対象面Ｒ上に支持され、主走査方向に沿って移動される。その際、コントロールユニットｂは、例えばｎ個のセンサａ（１，２，・・・・ｎ）を順に駆動し、副走査方向の各位置における反射波データが主走査方向について時々刻々と出力する。つまり、図７に示すように、反射波データ（強度（振幅）及び深度（時間））４２は、主走査方向に所定の反射波検出間隔（走行方向の位置間隔）で、且つ副走査方向に所定の反射波検出間隔（センサ配列間隔）で定まる各検出位置４１で取得される。これらの検出間隔は適宜定めることができるが、１０ｃｍ以下（当然ではあるが０は含まず、０より広い間隔となる）であることが望ましく、例えば１〜５ｃｍ程度とすることができる。主走査方向の反射波検出間隔（走行方向の位置間隔）と、副走査方向の反射波検出間隔（センサ配列間隔）とは異ならしめることができ、例えば、前者を１〜５ｃｍ程度とし、後者をそれよりも広く、例えば６〜１０ｃｍ程度とすることができる。

取得される各検出位置４０の反射波データ５０は、各検出位置４０の位置情報と関連付けて、データ処理装置１４に内蔵又は接続された図示しない記憶装置に記録される。この際、各検出位置４０の位置情報の生データは、主走査方向移動距離及び副走査方向のセンサ配列間隔であるが、必要に応じて三次元座標に変換し、生データと併せて記録することができ、また、反射波データ５０は波形データであるが、必要に応じて他のデータとともに記録することができる。

＜空洞の検出＞
上述の計測により対象面Ｒにおける調査対象領域の全体にわたり反射波データ５０を取得したならば、次いで取得データ５０の解析を行い、空洞を検出する。空洞の検出手法は特に限定されず、特許文献３記載の手法も採用することができる他、例えば以下に述べるように対象面Ｒ下の画像を作成し、この画像を基に空洞を検出することができる。

すなわち、取得データ５０に基づいて、各反射波検出位置４０における各深度の反射波強度（振幅）を濃淡で表現した走行方向縦断面画像（図９参照。横軸が走行方向距離、縦軸が深さ。）を作成する。例えば図８に示すように、各反射波検出位置４０における各深度の反射波強度を多値化する。多値化は適宜の手法で行うことができるが、例えば反射波強度０を中央値として正側の上限値７０及び負側の下限値７１をそれぞれ設定し、強度下限値７０から強度上限値７１までの反射波強度値の範囲を等分で多段階化（３以上であれば良いが、２５６や６５５３６程度であると後述の可視化画像の作成上も好適）し、各反射波検出位置４０における各深度の反射波強度が該当する段数を、その位置の多値化反射波強度とすることができる。また、「深度」は、電磁波の伝播速度と、電磁波の送信から反射波の受信までの時間とから求めることができる。そして、図９に示すように、横軸を走行方向距離とし、縦軸を深さとして、各走行方向位置及び各深度の多値化反射波強度の階調を有する単位画素を二次元的に配列することにより、走行方向縦断面画像８０を作成することができる。なお、図９中の各画像の十字線は画像間の対応位置を示すものである。この走行方向縦断面画像８０は、車幅方向の全ての反射波検出位置４０について作成する他、いずれか一つ（例えば車幅方向中央）又は複数（例えば車幅方向両端部と中央部の三か所等）のみ作成しても良い。走行方向縦断面画像８０は、反射波データ５０取得のための車両走行中にリアルタイムに作成しても良いし、反射波データ５０を取得後にまとめて作成しても良い。また、本発明の知見によると、空洞は６０ｃｍ以浅に多く、深い位置にある空洞は陥没の原因となり難いため、所定深さ（１．５ｍ等）以浅に限定して走行方向縦断面画像８０を作成するのも一つの好ましい形態である。

走行方向縦断面画像８０だけでは、空洞判別は困難であるため、例えば図９に示すように任意の深度における反射波強度を濃淡で表現した水平断面画像９０や、任意の走行方向位置における車幅方向縦断面画像１００を作成し、これら画像８０，９０，１００から総合的に判断することが望ましい。これら水平断面画像９０及び車幅方向縦断面画像１００は例えば前述の走行方向縦断面画像８０と同様の方法により作成することができる。すなわち、水平断面画像９０は、各反射波検出位置４０における各深度の反射波強度を多値化し、横軸を走行方向距離とし、縦軸を車幅方向距離とし、目的の深さにおける各位置の多値化反射波強度の階調を有する単位画素を二次元的に配列することにより作成することができる。また、車幅方向縦断面画像１００は、各反射波検出位置４０における各深度の反射波強度を多値化し、横軸を車幅方向距離とし、縦軸を深さとし、目的の走行方向位置における各位置の多値化反射波強度の階調を有する単位画素を二次元的に配列することにより作成することができる。これらの画像９０，１００を作成する場合、位置が異なる空洞が複数ある場合には、空洞ごとに画像９０，１００を作成することができる。また、もちろん空洞と異なる任意の位置でも画像９０，１００を作成することができる。

空洞を探す場合、先ず縦断面画像８０，１００を用いることが望ましい。例えば縦断面画像８０，１００では反射波が正極性で周囲よりも強度の強い部位（以下、強信号部位ともいう）、つまり図示例では白い層状の部分の下側に黒い層状の部分が重なる部位８１が、空洞である可能性が高い。よって、この強信号部位８１を空洞として検出することができる。図１０は、通常のアスファルト舗装面下の層構造、反射波極性、及び走行方向縦断面画像８０の関係の一例を示した比較図である。この例では、空洞の無い場所では、図１０（ａ）に示すように下層へ向かうに従い比誘電率εrは大きくなり、対象面Ｒ及び層間の反射波は負極性（画像では黒から白）を示すのに対して、空洞のある場所では、図１０（ｂ）に示すように、空洞部位の比誘電率εrが最も小さくなり、空洞の天面で電磁波が正極性で反射し（画像では白から黒）、空洞天面の形状が現れる。

空洞を探すときには、反射極性及び反射波強度以外に、強信号部位８１の形状も参考となる。例えば図１１（ａ）に示すくさび形（又はドーム形）の強信号部位８１は、空洞部位に発生するもののうち最も一般的なものである。この形状は、独立空洞がドーム形状を有することが多いことに起因している。これに対し、図１１（ｂ）に示す断続的な強信号部位８１は多条管の上部やコンクリート版の撤去際における空洞に多く発生するものであり、図１１（ｃ）に示す強信号部位８１は、構造物脇における圧密沈下に起因する空洞で発生するものである。また、図１１（ｄ）に示す強信号部位８１は、舗装構造の変化点（打換箇所等）における空隙で発生するものである。よって、強信号部位８１の形状と、これらの形状との一致性を評価して、一致する場合には空洞として検出することができる。

このように縦断面画像に基づいて強信号部位８１を発見したら、次に強信号部位８１における水平断面画像９０に基づき、強信号部位８１の形状と管等の埋設物の形状との一致性を評価して、一致しない場合にのみ空洞として検出するのも好ましい。これにより、反射極性だけでは区別し難い埋設物と空洞とを判別することができる。特にこのような水平断面画像９０を作成する場合、反射波検出を１０ｃｍ以下という細かい間隔で行うと、管等の埋設物の形状がはっきりと表れるため、空洞と埋設物との違いを見分け易い。また、対象面Ｒ下に埋設物があると、その周囲に空洞が発生する可能性が高いため、図１８に示すように、埋設物１２２の強信号部位８２に接する又は重なる強信号部位８１を検出した場合、空洞８５の可能性は極めて高いものと判断することができる。

以上に述べた空洞や埋設物の検出処理は、作業員が目視で行うことができるが、コンピュータ（前述のデータ処理装置１４でも良く、別のものでも良い）により取得データを直接情報処理することにより行っても良く、その場合には画像を生成する必要はない。

＜陥没危険性の評価＞
空洞を検出したときには、図１２に示すように、空洞８５の天面の寸法Ｗ及び天面の深度Ｐを求める。空洞８５の天面の寸法Ｗ及び深度Ｐは、作業員が画像８０，９０，１００の印刷物を定規により計測したり、画像８０，９０，１００の寸法計測位置をコンピュータに入力（指定）してコンピュータにより算出したり、コンピュータにより画像８０，９０，１００を画像解析したりすることにより求めることができる。そして、図１３に示すように、これら空洞天面の寸法Ｗが大きいほど、及び空洞８５天面の深度Ｐが浅いほど陥没の危険性が高いものとして、各反射波検出位置４０における陥没の危険性を評価する。このように、空洞８５を発見するだけでなく、その空洞８５を原因とした陥没の危険性を評価することにより、陥没危険性の高い空洞８５を先に補修し、陥没危険性の極めて低い空洞８５は補修しない又は後回しにする等、適切な補修計画を容易に行うことができる。

陥没は空洞８５上側の層の崩落により発生するため、前述のとおり空洞天面の寸法Ｗが大きいほど陥没が発生し易くなる。よって、空洞８５の天面の寸法Ｗとしては、天面の面積、長径、短径等適宜定めることができるが、空洞８５が狭い幅で長く伸びている場合にはいくら長くても陥没の危険性は少ない。よって、空洞天面の寸法Ｗとしては、図１２（ｂ）に示すように、空洞８５天面の形状を楕円近似したときの短辺Ｗを用いるのが好ましい。楕円近似による短辺の算出手法は特に限定されず、公知の手法を適宜用いることができるが、例えば前述の水平断面画像を作成し、所定の反射強度以上の部分を空洞８５と仮定して画像解析によりエッジの座標を検出し、このエッジを最小二乗法等で楕円近似することにより短辺を算出することができる。

空洞８５の天面の深度Ｐも適宜定めることができ、基準位置を対象面Ｒではなく、アスファルト混合物層の下面等の任意の位置としたり、空洞８５の天面における深度計測部位を空洞８５の天面の周縁部としたりすることもできるが、反射波データ５０から正確に取得できる点で基準位置は対象面Ｒとすることが望ましく、また陥没との相関の高さの点で空洞８５の天面における深度計測部位は空洞８５の天面の最上部とするのが好ましい。つまり、図１２に示すように、空洞８５の天面の深度Ｐは対象面Ｒから空洞８５の天面の最上部までの深さとするのが最も好ましい。

この評価方法では、空洞８５の天面の寸法及び空洞８５天面の深度Ｐの両方を指標にする限り、その重み付けについては適宜定めることができ、例えば図１３（ａ）に示すように、空洞天面の寸法Ｗを横軸に、空洞８５天面の深度Ｐを縦軸にとり、原点（空洞天面の寸法Ｗが０、空洞８５天面の深度Ｐが０）を通る所定傾きの直線により複数の陥没危険度の領域に区画し、検出空洞８５がその天面寸法及び天面深度によりどの領域に属するかによって、その空洞８５に起因する陥没危険性をランク（図示例では危険度の高いものからＡ，Ｂ，Ｃの順にランクを付ける）や点数等により評価することができる。

また、検出した空洞８５の天面寸法が小さくても浅い位置にある場合は陥没の危険性が高く、さらに、空洞８５の天面寸法を正確に検出できない場合もあるため、図１３（ａ）に示す評価基準を図１３（ｂ）や図１３（ｃ）に示す評価基準のように変形し、所定深度以浅のものは天面寸法に関係なく陥没危険性のランクや点数を高く付けるのも好ましい評価手法である。なお、この所定深度は、図示例では２０ｃｍ程度としているが、これに限定されるものではなく、例えば１０〜３０ｃｍ程度に設定しても良い。

ところで、陥没危険性を評価する上で、空洞８５の成長や上昇は極めて重要である。すなわち、対象面Ｒ下に存在する空洞８５は、周辺環境等によって発生から陥没に至るまでの成長、上昇の速度が異なるため、陥没危険性を評価するにあたり、このような成長要因を加味し、成長要因があるときには陥没の危険性がより高いとして、ランクを上げる又は加点する等により、陥没危険性の評価を行うことが好ましい。例えば、図１４（ａ）に示すタイプの空洞８５は、護岸擁壁１１０や橋台等に破損あるいは隙間１１１が発生し、地盤１００内に海水等が浸入し、海では干満差や波、河川では増水等により、地盤内へ水が流入・流出を繰返し、徐々に土砂が浸食されて形成され、成長・上昇していくものである。なお、符号１００はアスファルト混合物層を示し、符号１０１は路盤層を示し、符号１０２は路床を含む地盤層を示している。また、図１４（ｂ）に示すタイプの空洞８５は、地震等や地盤沈下により地下埋設管１２１，１２２にずれ・破損が発生（特に下水道の本管１２１と枝管１２２との接続）し、集中豪雨時など破損部から土砂が管１２１，１２２内に流出して空洞８５が発生し、成長・上昇していくものである。これらは土砂の吸出しによる空洞８５と分類することができ、急速に成長、上昇するものである。よって、これらの成長要因がある場合には、空洞８５の天面寸法及び深度による評価結果を基本として、それよりも危険性が高いものと評価する（例えば、前述の危険度Ｂのものを次のランクＡとしたり、前述の危険度Ａのものに成長要因を示す「＋」を付けてＡ＋としたりする等）ことができる。

これに対して、図１５（ａ）に示すタイプの空洞８５は、構造物１３０施工時の転圧不足によるゆるみが経年で圧密沈下することにより形成されるか、又は構造物１３０により地下水の流れが変化して、水みち１３１が発生し、雨水浸入や地下水変動により、地盤の細粒分が水みちに流出して形成され、成長・上昇していくものである。また、図１５（ｂ）に示すタイプの空洞８５は、特に電話・電気・ＣＡＢ等の多条管１４０周辺や埋設物の輻輳箇所等において、敷設時の転圧不足によるゆるみが存在するときに、経年で圧密沈下することにより形成され、成長・上昇していくものである。図１６（ａ）に示すタイプの空洞８５は、埋戻材１５０に栗石やコンクリートガラ等が混入し、その周りに多数の空隙が存在するときに、経年で圧密沈下することにより形成され、成長・上昇していくものである。図１６（ｂ）に示すタイプの空洞８５は、シールド管や推進管等の管１６０の掘削による局部的なゆるみが上方に向かうとき、分散せずに一方向に集中することにより形成され、成長・上昇していくものである。図１７（ａ）に示すタイプの空洞８５は、存置物１７０（仮設土留めや人孔、死管等）周辺に局部的なゆるみが存在ときに、経年で圧密沈下することにより形成され、成長・上昇していくものである。図１７（ｂ）に示すタイプの空洞８５は、コンクリート版やスラグなどの堅固な層下の路盤・路床が矢印で示すように不等沈下することにより形成され、成長・上昇していくものである。これらは、土砂の圧密沈下による空洞８５と分類することができ、ある程度締め固まると成長が止まるものであるが、何も成長要因が無い場合と比較すれば、危険性は高まるものである。よって、これらの成長要因がある場合には、空洞８５の天面寸法及び深度による評価結果を基本として、それよりも危険性が高いものと評価する（例えば、前述の危険度Ｂのものを次のランクＡとしたり、前述の危険度Ａのものに成長要因を示す「＋」を付けてＡ＋としたりする等）ことができる。

さらに、これらの成長要因の種類によって、危険性の程度を異なる評価とすることもできる。例えば、成長要因が「土砂の吸出し」の場合には「土砂の圧密沈下」の場合と比較して成長速度が速く、成長が止まらないため、土砂の圧密沈下よりも危険性を高く評価することができる。成長要因が「土砂の圧密沈下」の場合は、ある程度締め固まると成長が止まるため、危険性の評価を高くしない（基本の評価結果のままとする）こともできる。

また、これらの成長要因には、位置が既知の埋設物（地上から地中に延在する埋設物のように地上で位置を把握できる埋設物を含む）以外に、埋設物１２１，１２２，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０のような予め把握できないものもある。よって、空洞８５探査だけでなく、成長要因となる埋設物１２１，１２２，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０についても、前述の走行方向縦断面画像８０や水平断面画像を作成・利用して探査し、図１８に示すように、空洞８５を検出するとともにその周囲に枝管１２２等の埋設物を検出したときには、成長要因ありとして、陥没の危険性の評価をより高いものとするのは好ましい形態である。位置が既知の埋設物についても同様に、空洞８５を検出するとともにその周囲に既知の埋設物があるときには、成長要因ありとして、陥没の危険性の評価をより高いものとするができる。

特に後述するように、同一の反射波検出位置４０における反射波データ５０の新旧比較に基づき対象面Ｒ下の変化をモニタリングする場合には、空洞８５の成長及び上昇をモニタリングして、成長速度や上昇を求め、速度が所定値以上のものについては、陥没の危険性の評価をより高いものとするのも好ましい形態である。

また、例えば車道や歩道における交通量等、対象面Ｒの交通量が多いほど荷重や振動がより多く加わり、対象面Ｒが車道の場合には、車道内における車両走行の多い位置ほど（例えば、路肩内よりも車線内の方が車両走行が多い、車線であっても交差点内の方が車両走行が多い等）、荷重や振動がより多く加わる。よってこれらの場合、空洞８５が発生する可能性が高く、また発生した空洞８５の成長速度、上昇速度が速い。しかも、これらの場合ほど、陥没発生時の影響度（事故発生の確率が高くなる、渋滞度合がひどくなる等）が大きくなる。よって、これらの要因を加味して陥没の危険性評価を行ったり、影響度評価を付加したりすることにより、より的確な評価を行うことも提案する。

すなわち、対象面Ｒの交通量を加味する場合は、対象面Ｒの交通量を評価するか又は既知としておくとともに、空洞８５を検出したときには、当該空洞８５を検出した対象面Ｒの交通量が多いほど当該空洞８５による陥没の危険性がより高いものとして陥没の危険性評価を行う（例えば、前述の危険度Ｂのものを次のランクＡとしたり、前述の危険度Ａのものに成長要因を示す「＋」を付けてＡ＋としたりする等）ことができる。これに代えて、当該空洞８５を検出した対象面Ｒの交通量が多いほど当該空洞８５による陥没時の影響度がより大きいという影響度評価を陥没の危険性評価に付加することもできる。例えば、車道の場合、全国道路・街路交通情勢調査（道路交通センサス）一般交通量調査集計表から、空洞８５を検出した道路の混雑度を取得し、下記表１に示す混雑度及び影響度対応表に基づいて、陥没が発生した際の影響度（交通規制による渋滞度合い）をランク付けにより評価することもできる。

また、空洞８５の車道内発生位置を加味する場合は、空洞８５を検出したときには、車道における空洞８５の検出位置が車両走行の多い位置であるほど陥没の危険性がより高いものとして陥没の危険性評価を行う（例えば、前述の危険度Ｂのものを次のランクＡとしたり、前述の危険度Ａのものに成長要因を示す「＋」を付けてＡ＋としたりする等）ことができる。これに代えて、例えば表２に示すように、車道における空洞８５の検出位置が車両走行の多い位置であるほど陥没時の影響度がより大きいという影響度評価を陥没の危険性評価に付加することもできる。

他方、空洞８５の天面の寸法及び深度が同じでも、空洞８５天面より上側に位置する層の支持力が強いほど陥没危険性は低下する。よって、これを加味して、空洞８５天面より上側に位置する層の支持力が強いほど、空洞８５の天面寸法及び深度による評価結果を基本として、それよりも危険性が低いものと評価する（例えば、前述の危険度Ａのものを次のランクＢとしたり、前述の危険度Ａのものに危険性低下要因を示す「−」を付けてＡ−としたりする等）ことができる。例えば、図１４等に示すアスファルト舗装面の場合、等値換算係数を支持力とみなして評価することができ、この場合における各層の厚さは、既知の値を採用しても良いし、前述の反射波データ５０や走行方向縦断面画像８０から作業員が計測したり、コンピュータ（前述のデータ処理装置１４でも良く、別のものでも良い）により反射波データ５０を直接情報処理する若しくは縦断面画像を画像解析したりすることにより求めることができる。

＜モニタリング＞
同じ対象面Ｒについて、１年や半年等、所定の期間を空けて、電磁波レーダーによる対象面Ｒ下の探査を繰り返し行い、同一の反射波検出位置４０における反射波データ５０自体又は反射波データ５０を加工して得られる加工データ（例えば前述の走行方向縦断面画像８０、車幅方向縦断面画像１００、水平断面画像９０）の新旧比較に基づき、当該単位対象領域における対象面Ｒ下の変化、例えば、空洞８５の発生、成長及び上昇をモニタリングすることができる。これにより、例えば空洞８５の発生はもちろん、成長や上昇の早い空洞８５等と、遅い空洞８５等との区別をすることが可能となり、補修の必要性の評価や、補修計画の策定が容易となる。すなわち、対象面Ｒ下深くに空洞８５を発見した場合、その時点では陥没の危険性が少ないと判断できるが、上昇や成長が早い場合は陥没の危険性が高く、補修の必要性は高いものとなる。よって、上述のように空洞８５の発生、成長及び上昇をモニタリングすると、陥没の危険性を評価することもできる。

前述のとおり、対象面Ｒ下に埋設物１２１，１２２，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０があると、その周囲に空洞８５が発生する可能性が高く、また発生した空洞８５の成長速度、上昇速度が比較的に速い。よって、反射波データ５０に基づき埋設物を検出したときに、埋設物の検出位置の周辺における反射波データ５０の新旧比較に基づき、空洞発生、成長及び上昇をモニタリングすると、空洞モニタリングをより効率的に行うことができる。

また、前述のとおり、例えば車道や歩道における交通量等、対象面Ｒの交通量が多いほど荷重や振動がより多く加わり、対象面Ｒが車道の場合には、車道内における車両走行の多い位置ほど（例えば、路肩内よりも車線内の方が車両走行が多い、車線であっても交差点内の方が車両走行が多い等）、荷重や振動がより多く加わる。よってこれらの場合、空洞８５が発生する可能性が高く、また発生した空洞８５の成長速度、上昇速度が速い。しかも、これらの場合ほど、陥没発生時の影響度（事故発生の確率が高くなる、渋滞度合がひどくなる等）が大きくなる。よって、交通量が所定値以上の対象面Ｒについてモニタリングしたり、対象面Ｒが車道路面であるときには車線内（交差点含む）をモニタリングしたりすることにより、空洞モニタリングをより効率的に行うことができる。交通量が所定値以上の対象面Ｒは、例えば、車道の場合、全国道路・街路交通情勢調査（道路交通センサス）一般交通量調査集計表における交通量や混雑度が所定値以上の道路とすることができる。

データの新旧比較は、前述の走行方向縦断面画像８０や水平断面画像を作成する等して、作業員が目視で行うことができるが、コンピュータにより取得データを直接情報処理することにより行っても良く、その場合には画像を生成する必要はない。また、比較の際に、同一位置における新旧の反射波強度の差を取り、その差分強度が所定値以上である部位、又はそれが走行方向や車幅方向に連続する部位を、変化のあった位置として検出しても良い。このために、差分強度による走行方向縦断面画像８０や水平断面画像９０、車幅方向縦断面画像１００を作成することもできる。

＜マップ化＞
空洞の調査計画や補修計画を立てるためには、陥没の危険性の全体像を地域等のレベルで把握することが望ましい。そこで、前述の陥没の危険性の評価結果に基づき、図１９に示すように、地図（航空写真や、地図と航空写真若しくはその他の写真との組み合わせでも良い）２００上の道路表示部２０１等の調査位置に、その位置の陥没の危険性を表示した陥没危険性マップを作成するのも好ましい。表示形態は特に限定されない。例えば、陥没の危険性表示は、その位置に危険性表示マーク２０２等を付すことができる。また、図示形態のように、道路表示部２０１の色を調査の済んでいる調査区間と未調査区間とで異ならしめたり、危険度別に危険性表示マーク２０２の色や模様、形状、大きさを異ならしめたりするのも好ましい。さらに、図示形態のように地域毎に危険度の高さや、未調査・調査済みに応じた色分けや模様分けをするのも好ましい。図示形態は、空洞発見数のみを考慮した表示形態であるが、危険度のみを考慮した表示形態や、空洞数及び危険度の両方を考慮した表示形態、他の要素を加味した表示形態等、適宜の変更が可能である。地域の設定についても、図示形態のように正方形で区画する他、三角形や六角形等の適宜の形状に区画したり、あるいは住所に基づく区画としたりする等、適宜設定することができる。さらにまた、この陥没危険性マップは、防災マップや、浸水マップ、地震時の揺れやすさマップ等の他のマップと統合するのも一つの好ましい形態である。

本発明は、道路や滑走路、港湾におけるエプロン、その他の人や乗り物の通行面等の路面、物置場等、あらゆる場所の陥没の危険性を評価するのに利用でき、対象面が舗装面（アスファルト舗装、コンクリート舗装等、舗装の種類を問わない）であるか非舗装面であるかを問わず利用できるものである。

Ｐ…天面の深度、Ｒ…対象面、Ｗ…空洞天面の寸法、ａ…センサ、ｋ…電磁波レーダーシステム、１０…探査車、１１…光学式距離計、１２…カメラ、１３…ＧＰＳ装置、１４…データ処理装置、１５…制御装置、４０…反射波検出位置、５０…反射波データ、８０…走行方向縦断面画像、８１…強信号部位、８５…空洞、９０…水平断面画像、１００…車幅方向縦断面画像。

Claims (8)

1. 電磁波レーダーを用い、対象面における少なくとも所定の単位対象領域の全体にわたり、対象面に沿う方向に所定の間隔を空けて、対象面上側から対象面下へ電磁波を深さ方向に入射させるとともにその反射波を対象面上側で検出することにより、各反射波検出位置における反射波データを取得し、
   この取得した反射波データに基づき、各反射波検出位置における空洞を探査するとともに、空洞を検出したときには空洞天面の寸法及び空洞天面の深度を求め、これら空洞天面の寸法が大きいほど、及び空洞天面の深度が浅いほど陥没の危険性が高いものとして、各反射波検出位置における陥没の危険性を評価する、
   ことを特徴とする陥没の危険性評価方法。
2. 前記空洞天面の平面視形状を楕円近似したときの短辺を前記空洞天面の寸法として前記陥没の危険性を評価する、請求項１記載の陥没の危険性評価方法。
3. 前記取得した反射波データに基づき、各反射波検出位置における埋設物を探査するか、又は埋設物の位置を既知としておくとともに、前記空洞を検出するとともにその周囲に埋設物を検出したときか、又は前記空洞を検出するとともにその周囲に既知の埋設物があるときには、陥没の危険性がより高いものとして前記評価を行う、請求項１又は２記載の陥没の危険性評価方法。
4. 対象面の交通量を評価するか又は既知としておくとともに、前記空洞を検出したときには、当該空洞を検出した対象面の交通量が多いほど当該空洞による陥没の危険性がより高いものとして前記陥没の危険性評価を行うか、又は当該空洞を検出した対象面の交通量が多いほど当該空洞による陥没時の影響度がより大きいという影響度評価を前記陥没の危険性評価に付加する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。
5. 前記対象面が車道であり、前記空洞を検出したときには、前記車道における前記空洞の検出位置が車両走行の多い位置であるほど陥没の危険性がより高いものとして前記陥没の危険性評価を行うか、又は前記車道における前記空洞の検出位置が車両走行の多い位置であるほど陥没時の影響度がより大きいという影響度評価を前記陥没の危険性評価に付加する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。
6. 前記空洞を検出したとき、前記空洞天面より上側に位置する層の支持力を求め、この支持力が強いほど陥没の危険性がより低いものとして前記陥没の危険性評価を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。
7. 探査車両を走行させながら、車幅方向及び走行方向にそれぞれ所定の間隔で車両から対象面下へ電磁波を深さ方向に入射させるとともにその反射波を検出することにより、車幅方向及び走行方向ともに１０ｃｍ以下の間隔で各位置の反射波データを取得する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。
8. 前記陥没の危険性の評価結果に基づき、地図及び地球表面写真の少なくとも一方上にその位置の陥没の危険性を表示した陥没危険性マップを作成する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の陥没の危険性評価方法。