JP2018048843A - 探査方法、及び探査装置 - Google Patents
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更に、土壌の比誘電率は、土壌の土質、含水率、地下水の流れ込みの有無等により変化するが、上記特許文献1に開示の技術では、この点につき十分に考慮された発明になっているとは言い難く、改善の余地があった。
土壌の表面としての地表面の探査領域を複数の走査ラインに沿って走査しているときに電磁波を土壌中へ放射するアンテナ送信器と、前記土壌中に存在する探査対象物からの反射波を受信するアンテナ受信器と、前記反射波から得られるデータをマイグレーションするマイグレーション処理により解析する制御装置とを備え、前記土壌中に存在する探査対象物の位置を探査する探査装置であって、その特徴構成は、
前記制御装置は、
前記探査領域を複数の前記走査ラインに沿って走査しているときに、前記アンテナ受信器にて受信した前記探査対象物からの前記反射波を、前記地表面の走査距離と前記反射波の反射時間とを座標軸とする断面データを前記走査ライン毎に取得する断面データ取得部と、
前記断面データ取得部にて前記断面データを得るときに併せて得られる土質判定関連情報に基づいて前記土壌の土質を判定すると共に、前記探査領域を均質の土質の均質土質領域毎に切り出す均質土質領域切出部と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々に対してマイグレーションする第1マイグレーション処理を実行して得られる前記土壌の深さ毎の比誘電率を、前記探査対象物の深さ毎にグループ化してマッピングした比誘電率マップを作成する比誘電率マップ作成部と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々において前記探査対象物の深さに対応する前記比誘電率を前記比誘電率マップから選択し、前記探査対象物毎に選択した前記比誘電率に基づいて前記断面データの夫々をマイグレーションする第2マイグレーション処理を実行し、前記均質土質領域での前記探査対象物及びその深さを示すマイグレーションデータを導出するマイグレーションデータ導出部とを有する点にある。
ここで、例えば、地下水等が流れ込んでいる地層においては、含水率が変化するため、その土壌の比誘電率が変化する。ただし、このような場合であっても、地下水が流れ込み含水率が変化し比誘電率が変化する地層は、略同じ深さの地層である。そこで、本願の発明者らは、上述した均質土質領域においては、同じ深さであれば、略均質の比誘電率となると仮定し、本発明を完成させた。
即ち、本願の発明者らは、比誘電率マップ作成部が、均質土質領域毎に、複数の断面データに基づいて算出される土壌の比誘電率を、探査対象物の深さ毎にグループ化してマッピングした比誘電率マップを作成するように構成し、マイグレーションデータ導出部が、均質土質領域においては、当該均質土質領域において作成された共通の比誘電率マップを用いて、上述の第2マイグレーション処理を実行し、均質土質領域での探査対象物の深さを示すマイグレーションデータを導出するように構成することで、深さ毎に比誘電率が異なる場合であっても、深さ毎に適切な比誘電率を用いてマイグレーション処理を行って、探査対象物の検出精度を大幅に向上できることを確認した。
更に、特定の均質土質領域にて作成される比誘電率マップは、特定の均質土質領域で共通して用いることができるから、この意味で、3次元の比誘電率マップと見なすことができ、マイグレーション処理に利用するデータ量を従来に比べ低減できる。
以上の如く、探査対象の探査領域の土壌に、土質及び比誘電率が異なる土壌が存在し、比誘電率が異なる土壌同士の土壌境界において、信号強度の強い反射波が発生する場合であっても、適切な比誘電率を算定し、当該比誘電率に基づいて適切な探査を実行可能な探査装置を実現できる。
尚、上記特徴構成において、『比誘電率マップを作成する際に、比誘電率を探査対象物の深さ毎にグループ化する』とは、例えば、特定の探査対象物の深さにおける複数の比誘電率の値を、平均化して、その深さの比誘電率とするような処理を意味するものとする。
また、上記特徴構成において、『均質な土質の土壌』とは、その土壌の全域において、同一深さにて測定される比誘電率は、略等しい値となる土壌のことを意味するものとする。
前記均質土質領域切出部は、前記断面データに関連するバックグランドノイズと前記断面データに関連するシステムノイズとの双方のノイズレベルが等しくなる深さを、前記土質判定関連情報としての土質判定深さとして導出し、当該土質判定深さに基づいて前記土壌の土質を判定する点にある。
即ち、均質土質領域切出部は、断面データに関連するバックグランドノイズと断面データに関連するシステムノイズとの双方のノイズレベルが等しくなる深さを、土質判定関連情報としての土質判定深さとして導出し、当該土質判定深さに基づいて土壌の土質を判定する構成を採用することにより、従来の探査装置の制御構成を大きく変えることなく、制御ロジックを追加するのみで、土壌の土質を良好に判定している。
前記均質土質領域切出部は、前記アンテナ受信器が受信する前記探査対象物からの前記反射波の反射強度から導出され、前記断面データにおいてデータの信頼性が担保できる限界深さであるデータ信頼性深さを前記土質判定関連情報とし、前記データ信頼性深さに基づいて前記土壌の土質を判定する点にある。
前記比誘電率マップ作成部は、前記比誘電率マップにて前記探査対象物の深さ毎にグループ化した前記比誘電率をマッピングする際に、前記均質土質領域において等しい深さでは前記比誘電率が同等値になると仮定して前記比誘電率をマッピングすることが好ましい。
前記比誘電率マップ作成部は、前記比誘電率マップにおいて、前記比誘電率の値がマッピングされない領域では、所定の手法により補間した前記比誘電率をマッピングする点にある。
前記マイグレーションデータ導出部は、前記断面データにおいて前記探査対象物が存在しない場合、他の前記断面データに対する前記第2マイグレーション処理において、前記比誘電率マップから最も多く選択される前記比誘電率に基づいて、前記第2マイグレーション処理を実行することが好ましい。
土壌の表面としての地表面の探査領域を複数の走査ラインに沿って走査しているときにアンテナ送信器からの電磁波を土壌中へ放射し、前記土壌中に存在する探査対象物からの反射波をアンテナ受信器にて受信し、前記反射波から得られるデータを制御装置によりマイグレーションするマイグレーション処理により解析し、前記土壌中に存在する探査対象物の位置を探査する探査方法であって、その特徴構成は、
前記探査領域を複数の前記走査ラインに沿って走査しているときに、前記アンテナ受信器にて受信した前記探査対象物からの前記反射波を、前記地表面の走査距離と前記反射波の反射時間とを座標軸とする断面データを前記走査ライン毎に取得する断面データ取得工程と、
前記断面データ取得工程にて前記断面データを得るときに併せて得られる土質判定関連情報に基づいて前記土壌の土質を判定すると共に、前記探査領域を均質の土質の均質土質領域毎に切り出す均質土質領域切出工程と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々に対してマイグレーションする第1マイグレーション処理を実行して得られる前記土壌の深さ毎の比誘電率を、前記探査対象物の深さ毎にグループ化してマッピングした比誘電率マップを作成する比誘電率マップ作成工程と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々において前記探査対象物の深さに対応する前記比誘電率を前記比誘電率マップから選択し、前記探査対象物毎に選択した前記比誘電率に基づいてマイグレーションする第2マイグレーション処理を実行し、前記均質土質領域での前記探査対象物及びその深さを示すマイグレーションデータを導出するマイグレーションデータ導出工程とを有する点にある。
尚、当該実施形態にあっては、探査対象物はガス管等の埋設管Xとし、図面においても埋設管Xが埋設されている場合の断面データを図示している。
制御装置Sは、半導体集積回路等のハードウェアとソフトウェアとが協働する形態で設けられるものであり、図2に示すように、探査領域SAを複数の走査ラインSLに沿って走査しているときに、アンテナ受信器20bにて受信した埋設管Xからの反射波を、地表面の走査距離と反射波の反射時間とを座標軸とする断面データを走査ラインSL毎に取得する断面データ取得部S1と、断面データ取得部S1にて断面データを得るときに併せて得られる土質判定関連情報に基づいて土壌の土質を判定すると共に、探査領域SAを均質の土質の均質土質領域毎に切り出す均質土質領域切出部S2と、均質土質領域毎に、複数の断面データの夫々に対してマイグレーションする第1マイグレーション処理を実行して得られる土壌の深さ毎の比誘電率を、埋設管Xの埋設深さ毎にグループ化してマッピングした比誘電率マップを作成する比誘電率マップ作成部S3と、均質土質領域毎に、複数の断面データの夫々において埋設管Xの埋設深さ毎に、当該深さに対応する比誘電率を比誘電率マップから選択し、選択した比誘電率に基づいて断面データの夫々をマイグレーションする第2マイグレーション処理を実行し、均質土質領域での埋設管X及びその埋設深さを示すマイグレーションデータを導出するマイグレーションデータ導出部S4と、マイグレーションデータ上で表示される探査対象物が連続した連続した埋設管Xであるかを判定する連続管判定部S5とを備えている。
また、当該実施形態において、『均質な土質の土壌』とは、その土壌の全域において、均質深さにて測定される比誘電率は、略等しい値となる土壌のことを意味するものとする。
基準マーカMは、走査ラインSLの起点、中間点、終点等を示す文字や記号であり、チョークやペンキなどで直接地表に描画される他、三角コーン等の標識体を地面に載置されて示されるものである。尚、走査ラインSLの位置関係が、予め制御装置Sにおいて判明している場合、基準マーカMを付与しなくても構わない。
図1の例では、基準マーカMは、3本の走査ラインSLの各起点に●と操作方向を示す矢印とから成る指標であり、地表にチョークにて描かれている。走査ラインSLは、作業者が、探査対象物としての埋設管Xの予想される埋設状況に応じて、任意の間隔及び方向で設定される。
当該断面データ取得工程(#01)は、従来技術と変わるところがない。
ここで、土壌へ向けて電磁波を送信する場合、特定深さに埋設される埋設物からの反射波の強度は、土壌の土質毎に異なる値となることが知られている。このため、断面データにおいてデータの信頼性が担保できる限界深さであるデータ信頼性深さは、土壌の土質毎に変化する。例えば、図5に示す例では、土質が砂である場合のデータ信頼性深さ(図5(a)において点線で示す深さ)は、土質が真砂土である場合のデータ信頼性深さ(図5(b)において点線で示す深さ)よりも深くなっている。
そこで、均質土質領域切出工程(#02)では、均質土質領域切出部S2は、アンテナ受信器20bが受信する埋設管Xからの反射波の強度から導出され、断面データにおいてデータの信頼性が担保できる限界深さであるデータ信頼性深さを土質判定関連情報とし、データ信頼性深さに基づいて土壌の土質を判定するように構成している。
本願にあっては、均質土質領域切出部S2は、探査領域SAのうち、データ信頼性深さが均質である探査領域SAを、均質土質領域であるとして切り出し、図示しない記憶部に記憶し、均質土質領域切出工程(#02)以降の工程(以下の♯03〜♯05の工程)では、当該均質土質領域毎に、各処理が実行される。
そこで、比誘電率マップ作成工程(#03)にあっては、比誘電率マップ作成部S3が、均質土質領域毎に、複数の断面データの夫々に対してマイグレーションする第1マイグレーション処理を実行して土壌の深さと比誘電率との関係を得る。
具体的には、図4で示した断面データを例に挙げると、その値は、例えば、以下の〔表1〕に示すような値となり、断面データを第1マイグレーション処理したマイグレーションデータにより、〔表1〕に示す値に加えて、埋設管Xの埋設深さが得られる。
即ち、比誘電率マップ作成部S3は、比誘電率マップにて埋設管Xの埋設深さ毎にグループ化した比誘電率をマッピングする際に、均質土質領域において等しい深さでは比誘電率が同等値になると仮定して、比誘電率をマッピングする。
尚、『比誘電率が同等値である』とは、一般的に知られる土壌中を探査する探査装置において、誤差として認められる範囲(例えば、深さ1mで±10%の範囲)を考慮すれば、比誘電率が等しい値となることを意味するものとする。
即ち、マイグレーションデータ導出部S4は、単一の断面データに複数の埋設管Xの候補点が存在する場合、深さ方向で、候補点が含まれる領域毎に断面データを分離して、第2マイグレーション処理を実行して、マイグレーションデータを得る。
尚、マイグレーションデータ導出部S4は、断面データにおいて埋設管Xが存在しない場合、他の断面データに対する第2マイグレーション処理において、比誘電率マップから最も多く選択される比誘電率に基づいて、第2マイグレーション処理を実行し、マイグレーションデータを得る。
当該連続管判定工程では、複数の断面データ1〜Nを第2マイグレーション処理することで得られたマイグレーションデータ(以下、二次元マイグレーションデータと呼ぶ)の隣接する夫々に関し、埋設管Xが存在する可能性が高い位置にマーカを付す。そして、隣接する一の二次元マイグレーションデータに付されるマーカ(以下、第1マーカと呼ぶ)と、隣接する他の二次元マイグレーションデータに付されるマーカ(以下、第2マーカと呼ぶ)とが所定距離内に存在するという第1条件と、第1マーカから第2マーカへ向かうベクトルの延長線上に、第1マーカ及び第2マーカが付された二次元マイグレーションデータとは別の二次元マイグレーションデータのマーカが存在するという第2条件との双方を満たすときに、第1マーカと第2マーカとが付された埋設管Xが連続していると判定する。
尚、連続管判定工程(#05)では、連続管判定部S5が、複数の均質土質領域の境界における埋設管Xの連続判定も実行可能に構成されており、これにより、探査領域SAの全体において、埋設管Xの連続判定を実施される。
次に、探査装置100及びそれを用いた探査方法を用いて、実際に埋設管Xを探査した場合の探査結果について、図9に基づいて説明する。
探査環境は、宇都宮で、関東ローム層において、以下の〔表2〕に示す条件にて、複数の走査ラインSLを、X方向と当該X方向に直交するY方向とに設定し、断面データを取得し、上述した埋設管Xの探査を実行した。
因みに、探査領域では、0.5mと1.0mの埋設深さ夫々にて埋設管Xが埋設されており、土壌の比誘電率は、0.5mの深さで10、1.0mの深さで17である。
(1)上記実施形態にあっては、埋設データ導出部は、埋設データとして、3次元ボクセルデータを生成する例を示した。しかしながら、埋設データとして、断面データを第2マイグレーション処理した2次元データ(マイグレーションデータの一例)のみを生成するものも、本願の権利範囲に含むものとする。
しかしながら、複数の走査ラインSLは、平行する複数の第1走査ラインSLに加え、第1走査ラインSLに直交する複数の第2走査ラインSLから構成されていても構わない。
しかしながら、異なる土質の土壌同士の境界は、略鉛直方向に沿って延びていない場合も、本願の権利範囲に含むものとする。
しかしながら、これらの機能部位は、すべての機能を有する一体の機能部位として設けられていても構わない。
また、制御装置Sは、例えば、探査対象部が連続管でない場合等には、連続管判定部S5を設けず、マイグレーションデータとしての3次元ボクセルデータを、連続管判定を行うことなく、直接表示するように構成しても構わない。
例えば、均質土質領域切出部S2は、均質土質領域切出工程(#02)において、断面データに関連するバックグランドノイズ(断面データを取得したときに乗るノイズ)と、断面データに関連するシステムノイズ(断面データで反射波の表示が最適化されるように画像処理したときに現れるノイズ)との双方のノイズレベルが等しくなる深さを、土質判定関連情報としての土質判定深さとして導出するように構成しても構わない。
20b :アンテナ受信器
100 :探査装置
S :制御装置
S1 :断面データ取得部
S2 :均質土質領域切出部
S3 :比誘電率マップ作成部
S4 :マイグレーションデータ導出部
SA :探査領域
SL :走査ライン
X :埋設管
Claims (7)
- 土壌の表面としての地表面の探査領域を複数の走査ラインに沿って走査しているときに電磁波を土壌中へ放射するアンテナ送信器と、前記土壌中に存在する探査対象物からの反射波を受信するアンテナ受信器と、前記反射波から得られるデータをマイグレーションするマイグレーション処理により解析する制御装置とを備え、前記土壌中に存在する探査対象物の位置を探査する探査装置であって、
前記制御装置は、
前記探査領域を複数の前記走査ラインに沿って走査しているときに、前記アンテナ受信器にて受信した前記探査対象物からの前記反射波を、前記地表面の走査距離と前記反射波の反射時間とを座標軸とする断面データを前記走査ライン毎に取得する断面データ取得部と、
前記断面データ取得部にて前記断面データを得るときに併せて得られる土質判定関連情報に基づいて前記土壌の土質を判定すると共に、前記探査領域を均質の土質の均質土質領域毎に切り出す均質土質領域切出部と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々に対してマイグレーションする第1マイグレーション処理を実行して得られる前記土壌の深さ毎の比誘電率を、前記探査対象物の深さ毎にグループ化してマッピングした比誘電率マップを作成する比誘電率マップ作成部と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々において前記探査対象物の深さ毎に、当該深さに対応する前記比誘電率を前記比誘電率マップから選択し、選択した前記比誘電率に基づいて前記断面データの夫々をマイグレーションする第2マイグレーション処理を実行し、前記均質土質領域での前記探査対象物及びその深さを示すマイグレーションデータを導出するマイグレーションデータ導出部とを有する探査装置。 - 前記均質土質領域切出部は、前記断面データに表れるバックグランドノイズと前記断面データに表れるシステムノイズとの双方のノイズレベルが等しくなる深さを、前記土質判定関連情報としての土質判定深さとして導出し、当該土質判定深さに基づいて前記土壌の土質を判定する請求項1に記載の探査装置。
- 前記均質土質領域切出部は、前記アンテナ受信器が受信する前記探査対象物からの前記反射波の反射強度から導出され、前記断面データにおいてデータの信頼性が担保できる限界深さであるデータ信頼性深さを前記土質判定関連情報とし、前記データ信頼性深さに基づいて前記土壌の土質を判定する請求項1に記載の探査装置。
- 前記比誘電率マップ作成部は、前記比誘電率マップにて前記探査対象物の深さ毎にグループ化した前記比誘電率をマッピングする際に、前記均質土質領域において等しい深さでは前記比誘電率が同等値となると仮定してマッピングする請求項1〜3の何れか一項に記載の探査装置。
- 前記比誘電率マップ作成部は、前記比誘電率マップにおいて、前記比誘電率の値がマッピングされない深さでは、所定の手法により補間した前記比誘電率をマッピングする請求項1〜4の何れか一項に記載の探査装置。
- 前記マイグレーションデータ導出部は、複数の前記断面データの夫々において前記探査対象物が存在しない場合、前記比誘電率マップから最も多く選択される前記比誘電率に基づいて、前記第2マイグレーション処理を実行する請求項1〜5の何れか一項に記載の探査装置。
- 土壌の表面としての地表面の探査領域を複数の走査ラインに沿って走査しているときにアンテナ送信器からの電磁波を土壌中へ放射し、前記土壌中に存在する探査対象物からの反射波をアンテナ受信器にて受信し、前記反射波から得られるデータを制御装置によりマイグレーションするマイグレーション処理により解析し、前記土壌中に存在する探査対象物の位置を探査する探査方法であって、
前記探査領域を複数の前記走査ラインに沿って走査しているときに、前記アンテナ受信器にて受信した前記探査対象物からの前記反射波を、前記地表面の走査距離と前記反射波の反射時間を座標軸とする断面データを前記走査ライン毎に取得する断面データ取得工程と、
前記断面データ取得工程にて前記断面データを得るときに併せて得られる土質判定関連情報に基づいて前記土壌の土質を判定すると共に、前記探査領域を均質の土質の均質土質領域毎に切り出す均質土質領域切出工程と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々に対してマイグレーションする第1マイグレーション処理を実行して得られる前記土壌の深さ毎の比誘電率を、前記探査対象物の深さ毎にグループ化してマッピングした比誘電率マップを作成する比誘電率マップ作成工程と、
前記均質土質領域毎に、複数の前記断面データの夫々において前記探査対象物の深さ毎に、当該深さに対応する前記比誘電率を前記比誘電率マップから選択し、選択した前記比誘電率に基づいて前記断面データの夫々をマイグレーションする第2マイグレーション処理を実行し、前記均質土質領域での前記探査対象物及びその深さを示すマイグレーションデータを導出するマイグレーションデータ導出工程とを有する探査方法。
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