JP2018205052A

JP2018205052A - 電気探査システム及び電気探査方法

Info

Publication number: JP2018205052A
Application number: JP2017109075A
Authority: JP
Inventors: 聡出雲谷; Satoshi Izumoya; 竹内　睦雄; Mutsuo Takeuchi; 睦雄竹内
Original assignee: Geo Vest Co Ltd
Current assignee: Geo Vest Co Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】任意の数の電極を配置可能であるとともに、ケーブルの配線作業を簡略化することができる電気探査システムを提供する。【解決手段】測定対象地域に設置される複数の電極３１と、複数の電極３１に電流を供給する電源１１と、複数の電極３１を電気的に接続する電位測定用電線と、複数の電極３１のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定部と、一対の電流電極間に流れる電流値及び一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する見掛比抵抗値算出手段と、を有するデータ処理装置２１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、地盤の構造を探査する電気探査システムに関する。

電気探査は、岩石や鉱物の種類によって比抵抗、透磁率、誘電率および電気化学的分極などに関する電気的性質が異なることに基づく地盤や地下の構造を探査する手法であり、人工的または自然的要因によって発生した電界の諸量を測定することによって地下の構造や状態の推定、存在する鉱物の種類などを検出、産業廃棄物処理場やコンクリート構造物のひび割れなどを検出することが可能である。電気探査法には、極めて多岐にわたる電界の形式やその観測方法があるが、電気的性質の中でも最も重要な位置を占めるのが比抵抗であり、これを利用して地質の分布と構造の推定が広く行われている。なお、体積比抵抗は、物質中の電流の流れにくさを示す物性値であり、単位体積当たりの抵抗率を表し、単位はΩ・ｍである。電気探査比抵抗法では、測定した地盤の電位差に基づき、体積比抵抗値に相当する見掛比抵抗（ａｐｐａｒｅｎｔｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ。あるいは単に比抵抗とも称する）を計算し、この値を解析に用いる。見掛比抵抗は、岩石や土壌の間隙率、含水率、変質状態、間隙水のイオン濃度や温度により変動する。従って、地下の比抵抗分布から地下構造を推定することが可能である。

見掛比抵抗を測定する電気探査法は、一対の電流電極の間に電流Ｉを流し、他の一対の電位電極間の電位差Ｅを測定する。電気探査法は、電極系の移動の仕方によって２種類に分類できる。一つは、電極系を構成する電極を一定の位置関係に維持した状態で測線に沿って移動させながら測定を行う比抵抗水平探査である。もう一つは、全体の電極系の中心の位置を任意の点に固定した状態で電極間隔を変えながら測定を行い、その点における深度方向の比抵抗変化を検出する比抵抗垂直探査である。

一方、電位差を測定する他の電気探査法として、電荷を蓄えることができる容量や放電に要する時間が、鉱物の種類により異なることを利用するＩＰ（ＩｎｄｕｃｅｄＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）法（強制分極法）がある。電極間に電流を流した際に、金属鉱物では、岩石との境界に分極が生じ、電源切断後に電位差が減衰する。電流送信時の電位差と電源切断後の電位差を一定時間間隔に測定し、電位差の比、充電率を解析に使用する手法である。なお、ＩＰ法は、見掛比抵抗を測定する電極を利用して、同時に測定することが可能である。

見掛比抵抗を測定するために用いられる電極配置として、二極法、三極法、ウェンナー法、シュランベルジャー法、ダイポール・ダイポール法など多数の方法が知られているが、いずれの方法であっても、任意の測線に沿って電極を移動させる必要がある。このため、電極を移動・切替える作業と測定値を記録する作業が煩雑であり、探査時間がかかること、及び、データ解析が測定終了後となり、測定データの質を確認することが現場でできない問題があった。これに対し、非特許文献１では、予め多数の電極を配置し、それらの電極の内、任意のそれぞれ一対の電極を電流電極と電位電極として接続して測定を行い、測定データをパソコンに送信する切替装置を有する電気探査システムが開示されている。

しかしながら、この電気探査システムであっても、各電極間と電極を切り替える制御装置とを電線で結合する必要がある。通常、この電線は、多芯ケーブルが用いられているが、配置できる電極の数が、ケーブルの仕様によって制約を受ける問題がある。例えば、２４芯ケーブルを用いた場合、電極の数が２５個になった場合には、そのままでは測定することができない。また、所定の芯を所定の電極に接続する必要があり、ケーブルを配線する作業が煩雑であった。一方、測定データは、アナログで制御装置のデータ取込手段に送信されるため、測定ノイズや電位低下等の影響を受けて、測定値の質に問題を生じる場合があった。更に、高深度探査では、電流量を大きくする必要があるが、制御装置にて電流量も制御されることから、探査の規模に適した電流量を使用することも難しかった。

計測自動制御学会東北支部第１６０回研究集会（１９９６年５月２４日）資料番号１６０−２

本発明は、任意の数の電極を配置することが可能で、各電極間と制御装置とを接続する電線の数を減らし、ケーブルの配線作業と簡略化することと、測定データをデジタル信号として送信することにより、測定ノイズや電位低下などの影響を排除することを目的とする。併せて、探査に用いる電流量を自由に設定できるようにすることも目的とする。

本発明に係る電気探査システムは、地盤の電位を測定し、地盤の構造を探査する電気探査システムであって、
測定対象地域に設置される複数の電極と、
複数の電極に電流を供給する電源と、
複数の電極を電気的に接続する電位測定用電線と、
複数の電極のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定部と、一対の電流電極間に流れる電流値及び一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する見掛比抵抗値算出手段と、を有するデータ処理装置と、
複数の電極のそれぞれに設けられ、電極指定部から送信される一対の電流電極及び一対の電位電極を指定する指定信号に基づき電源から供給される電流及び電位測定用電線との接続を切り替えるスイッチと、指定信号に基づき一対の電流電極間に流れる電流値及び一対の電位電極間の電位差を測定する測定器と、電源から供給される電流を受電して一対の電流電極に通電する受電部と、を有する複数の電極制御部と、
データ処理装置と複数の電極制御部との間に設けられる通信手段と、を備える電気探査システムである。

本発明に係る電気探査システムであれば、任意の数の電極を配置することが可能であるとともに、各電極間と制御装置とを接続する電線の数を減らし、ケーブルの配線作業を簡略化することにより作業効率の向上が図れる。また、測定データをデジタル信号として送信することにより、測定ノイズや電位低下などの影響を排除することができるとともに、データ処理装置にデータを直接取り込むことから、測定データの品質と探査結果の確認を現場で行うことも可能である。併せて、電源から直接各電極に電流を供給することにより、探査に用いる電流量を自由に設定できるようにすることもできる。

本発明に係る電気探査システムは、電源から複数の電極に配線される電流線をさらに備え、
電源は、電流線を介して複数の電極に電流を供給する、電気探査システムである。

電源より電流線を介して複数の電極に電流を供給すれば、電流を確実に供給することができる。

本発明に係る電気探査システムの電源は、複数の電極に電流を無線で供給する、電気探査システムである。

無線で送電すれば、電源と各電極の間に電流線を配線する必要がなく、より配線作業を簡略化することができる。

本発明に係る電気探査システムの電極制御部は、電極に脱着可能に設けられる、電気探査システムである。

電極制御部が電極に脱着可能に設けられていると、探査対象地域を継続的にモニタリングする場合に、測定を行わない期間は、電極から電極制御部と各配線を取り外した上で各電極を探査対象地域に設置したままとすることが可能である。一定期間経過後に、再度測定を行う際に電極制御部と各配線を各電極に再度取り付ければ良く、各電極を設置する準備作業を省くことができことに加え、電極を設置する度に電極の設置位置が移動することを防止でき、電極設置位置から生じる測定誤差を防止することができる。

本発明に係る電気探査システムの通信手段は、データ処理装置と複数の電極制御部との間に接続される通信線又は無線である、電気探査システムである。

本発明による電気探査システムの通信手段であれば、確実に通信することが可能であり、無線であれば、更に通信線を配線する必要がなく、探査の準備作業の効率を向上することができる。

本発明による電気探査システムの通信線は、ＬＡＮケーブルである、電気探査システムである。

通信線がＬＡＮケーブルであれば、１本の通信線で各電極間とデータ処理装置を接続することが可能であり、通信線の配線を簡略化することができ、また、ＬＡＮケーブルから電極制御部用の動作用電力を供給することができる。

本発明に係る電気探査システムの電極制御部は、更に、ＧＰＳより電極の位置情報を取得するＧＰＳセンサ―を有する電気探査システムである。

本発明の電気探査システムであれば、電極の位置を自動的に検知することが可能であり、電極の位置を測量する必要がなく、探査作業を迅速に行うことができる。

本発明に係る電気探査方法は、
測定対象地域に設置される複数の電極を設置する電極設置工程と、
電流を供給する電源と複数の電極とを無線又は有線で接続し、複数の電極と電位測定用電線とを電気的に接続し、複数の電極のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定部と、一対の電流電極間に流れる電流値及び一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する見掛比抵抗値算出手段と、を有するデータ処理装置と複数の電極とを無線又は有線で接続する、電線・通信線接続工程と、
ＧＰＳより複数の電極の位置情報を取得する電極位置取得工程と、
各複数の電極の設置状況を確認する電極接地状況確認工程と、
複数の電極のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定工程と、一対の電流電極間に流れる電流値及び一対の電位電極間の電位差を測定する電流値・電位測定工程と、電流値と電位差をデジタル信号に変換する測定値デジタル処理工程と、データ処理装置がデジタル信号に変換された電流値と電位差を受信する測定値受信工程と、一対の電流電極間に流れる電流値及び一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する測定値管理工程と、算出された見掛比抵抗値から測定結果を判定する測定結果判定工程と、を含む測定工程と、からなる電気探査を行う電気探査方法である。

本発明に係る電気探査方法であれば、各電線及び通信線の配線が容易であり、探査作業を迅速に行うことができる。

本発明によれば、任意の数の電極を配置することが可能であり、各電極間と制御装置とを接続する電線の数を減らし、煩雑なケーブルの配線作業を簡略化することができる。また、測定データをデジタル信号として送信することにより、測定ノイズや電位低下などの影響を排除することもできる。併せて、探査に用いる電流量を自由に設定することもできる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気探査システムの構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態に係る電気探査システムの電極制御部の構成を示す模式図である。図３は、本発明の一実施形態に係る電気探査の手順を示す作業フロー図である。図４は、本発明の一実施形態に係る電気探査システムの電極位置取得工程の構成を示す。図５は、本発明の一実施形態に係る電気探査システムの電極接地状況確認工程の構成を示す。図６は、本発明の一実施形態に係る電気探査システムの電位測定工程の構成を示す。図７は、本発明の第３の変形例に係る電気探査システムの構成を示す模式図である。図８は、本発明の第３の変形例に係る電気探査システムの電極制御部の構成を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電気探査システム１の構成を示す。電気探査システム１は、電源１１、複数の電極３１、電極制御部３３、電流線１２、電位測定用電線１４、通信手段（不図示）及びデータ処理装置２１と、を備える。

電源１１は、交流又は矩形波の電流を複数の電極３１に供給する電源である。なお、電源１１は、所定の交流又は矩形波の電流を所定の電極３１に供給できれば、例えば、蓄電池や発電機であっても良く、また、電源１１より交流又は直流の電流を供給し、矩形波の発生を電極制御部３３で行っても良い。一方、探査対象地域の面積が広範囲に亘る場合や地下深部の探査を行う場合には、三相２００Ｖの電源であれば、確実に電流を流すことができる。

複数の電極３１は、金属製の棒状の電極棒であり、探査対象地域内に探査計画に従って所定の測線の所定の位置に設置される。なお、電極３１は、探査の対象地盤に電流を流すこと並びに電位の測定が可能でれば、金属製の電極棒に限られない。コンクリートやアスファルトのように電極棒を直接打設することができない場合には、例えば、電極３１を探査対象の表面に密着して設置することができる低抵抗導電性高分子ゲルと用いた電極を用いることができる。

電極制御部３３は、複数の電極３１のそれぞれに脱着可能に設けられる。図２に、本発明の実施形態に係る電気探査システム１の電極制御部３３の構成を示す。電極制御部３３は、指定信号に基づき電流線及び電位測定用電線との接続を切り替えるスイッチ３５と、一対の電極３１に流れる電流電極間電流値及び他の一対の電極３１に対する電位電極間電位差の測定をする測定器３６と、ＧＰＳより位置情報を取得するＧＰＳセンサ―３７と、スイッチ３５、測定器３６、ＧＰＳセンサ―３７、及びデータ処理装置２１との通信とを制御する制御盤３４と、電流線１２、電位測定用電線１４及び後述の通信線２２と接続するコネクタ３８を有する。

制御盤３４は、中央処理装置（ＣＰＵ（不図示）））が搭載された小さなコンピュータボード（マイコンボード）であって、ＣＰＵにより例えば記憶装置（不図示）に記憶された専用プログラムを実行することにより、後述の各手段を発現する。なお、制御盤３４は、本発明のための専用のマイコンボードに限られず、これらの手段を有すれば、汎用のマイコンボードでよい。例えば、ＡＲＤＵＩＮＯ（国際登録番号１０２８１９０）又はＡＲＤＵＩＮＯの互換機であれば、容易にこれらの手段を発現することができる。

図３は、本発明の実施形態に係る電気探査の手順を示す作業フロー図であり、図４、図５及び図６は、それぞれ電極位置取得工程１０３、電極接地状況確認工程１０４及び測定工程１０５の構成を示す。以下、制御盤３４について、図３〜６を参照して、説明する。

制御盤３４は、データ処理装置２１と通信する電極通信部１６１と、データ処理装置２１から受信した位置情報取得信号に基づいてＧＰＳセンサ―３７が位置情報取得手段３０４によりＧＰＳより取得したＧＰＳ位置情報を電極位置情報に変換する位置情報変換手段３０５と、データ処理装置２１から受信した接地状況確認信号に基づいて測定器３６が測定手段４０４により測定した電位差をデジタル信号に変換するデジタル変換手段４０５と、を有する。デジタル変換手段４０５は、データ処理装置２１から受信した電極指定信号に基づきスイッチ３５を作動して電流線及び電位測定用電線の接続を切替手段５０４により切り替え、測定手段５０５により測定器３６が電流電極間電流値及び電位電極間電位差を測定し、デジタル変換手段４０５により電流電極間電流値及び電位電極間電位差をデジタル信号に更に変換し、測定値情報とする。また、電極通信部１６１は、データ処理装置２１から位置情報取得信号を受信する位置情報取得信号受信手段３０３と、電極位置情報をデータ処理装置２１に送信する電極位置情報送信手段３０６と、データ処理装置２１から接地状況確認信号を受信する接地状況確認信号受信手段４０３と、電位差をデータ処理装置２１に送信する電位値送信手段４０６と、データ処理装置２１から電極指定信号を受信する電極指定信号受信手段５０３と、及び、測定値情報をデータ処理装置２１に送信する測定値送信手段５０７と、を有する。

電流線１２は、電源１１から各電極３１に直列に配線されている。

電位測定用電線１４は、各電極３１間を直列に配線されている。なお、電流線１２と電位測定用電線１４それぞれは、単芯ケーブルであって一体として束に纏められた状態、又は、電流線１２と電位測定用電線１４として配線される多芯ケーブルであれば、配線作業がより容易となり、好ましい。

通信手段（不図示）は、電極通信部１６１、ルーター２４、通信線２２、スイッチングハブ（不図示）及びデータ処理装置通信部１５１からなり、データ処理装置２１と電極制御部３３との間で通信を行う。通信線２２は、ＬＡＮケーブであって、一端はルーター２４を介してデータ処理装置２１に接続し、他端はスイッチングハブ（不図示）を介して電極制御部３３に接続している。なお、通信線２２は、データ処理装置２１と電極制御部３３が簡便にデータ処理装置通信部１５１と電極通信部１６１を介して通信ができればよく、例えば、光ケーブルであっても良い。また、ルーター２１及びスイッチングハブ（不図示）も同様に、データ処理装置２１と電極制御部３３が簡便にデータ処理装置通信部１５１と電極通信部１６１を介して通信ができれば良く、他の通信装置であっても良い。

通信線２２がＬＡＮケーブルである場合、ＬＡＮケーブルを介して電極制御部３３に駆動用電力を供給することが可能である。また、電極制御部３３の駆動用電力は、電流線１２又は電極制御部３３に設けられた直流電源（不図示）から供給することも可能である。

データ処理装置２１は、画面２３と中央処理装置（ＣＰＵ（不図示））を有する装置であり、ＣＰＵにより例えば記憶装置（不図示）に記憶された専用プログラムを実行することにより、後述する各手段を発現する。なお、データ処理装置２１は、本発明のための専用の装置である必要はなく、これらの手段を有すれば、パーソナルコンピュータ（パソコン）でも良い。ノートブックタイプのパソコン又はタブレットであれば、携行性に優れており、なお良い。また、スマートフォンは、画面２３が小さく測定結果表示の視認性に劣るものの、これらの手段を有すれば、スマートフォンであっても良い。

なお、スマートフォンやタブレットなどで、直接インターネットに接続することが可能であれば、測定したデータを探査を行っている現場から他所設置されたコンピュータに直接送信し、このコンピュータでデータを解析することもできる。また、複数の技術者でリアルタイムにデータを共有することも可能である。

データ処理装置２１は、各電極３１に電極位置情報を取得するように指示する位置情報取得指示手段３０１、各電極３１から受信した電極位置に基づき電極の位置を特定する電極位置特定手段３０８、特定した電極位置情報を格納する位置情報格納手段３０９、各電極３１の接地状況を確認する指示を行う接地状況確認指示手段４０１、各電極３１より受信した電位値情報に基づき接地状況を判定し、接地状況を画面２３に表示する接地状況判定手段４０８、複数の電極のうち一対の電極３１を一対の電流電極及び別の一対の電極３１を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定部と、指定された電極３１のスイッチ３５を作動して２本の電流線及び電位測定用電線の接続を切り替える切替手段５０４により切り替え、指定信号に基づき測定手段５０５により測定器３６が電流電極間電流値及び電位電極間電位差を測定する電極を指定する電極指定手段５０１、各電極３１から受信した測定値情報を格納する測定値情報格納手段５０９、各電極３１から受信した測定値情報に基づき、見掛比抵抗値並びに充電率を算出し、画面２３に表示する見掛比抵抗値算出手段５１０、算出された見掛比抵抗値が異常値であるか否かを判定する見掛比抵抗値判定手段５１１、算出された見掛比抵抗値を格納するデータ格納手段５１２、及び、各電極と通信を行うデータ処理装置通信部１５１を有する。

また、データ処理装置通信部１５１には、各電極３１に位置情報取得信号を送信する位置情報取得信号送信手段３０２、各電極３１から電極位置情報を受信する電極位置情報受信手段３０７、各電極３１に接地状況確認信号を送信する接地状況確認信号送信手段４０２、各電極３１から電位値情報を受信する電位値情報受信手段４０７、及び、指定された電流電極及び電位電極から測定値情報を受信する測定値情報受信手段５０８を含む。

次に、本発明の実施形態に係る電気探査システムの第１の変形例について説明する。第１の変形例の電気探査システム１は、本発明の実施形態と同様に、電源１１、複数の電極３１、電極制御部３３、電流線１２、電位測定用電線１４、通信手段（不図示）及びデータ処理装置２１と、を備える。

第１の変形例に係る電気探査システムの電源１１、電極３１、電流線１２、電位測定用電線１４及びデータ処理装置２１の構成は、本発明の実施形態の構成と同様である。第１の変形例の各電極３１には、電極制御部３３が脱着可能に設けられている。

第1の変形例の電極制御部３３は、データ処理装置２１と通信を行う通信手段（不図示）と、指定信号に基づき電流線１２及び電位測定用電線１４との接続を切り替えるスイッチ３５と、電流電極間電流値及び電位電極間電位差の測定をする測定器３６と、ＧＰＳより位置情報を取得するＧＰＳセンサ―３７と、通信手段（不図示）、スイッチ３５、測定器３６及びＧＰＳセンサ―３７を制御する制御盤３４と、電極制御部３３に動力を供給する直流電源（不図示）と、を有する。

一方、通信手段（不図示）は、電極データ処理装置通信部１５１、通信線２２、電極通信装置（不図示）及び電極通信部１６１からなり、データ処理装置２１と電極制御部３３との間で通信を行う。各電極制御部３３間には、ＬＡＮケーブルからなる通信線２２が接続され、ＬＡＮケーブル３１の端末には、データ処理装置２１と無線で通信する通信装置（不図示）が接続されている。電極通信装置（不図示）は、データ処理装置とデータ処理装置通信部を介して通信可能であれば良く、例えば、無線ルーターであれば良く、他の通信装置であっても良い。

なお、電極制御部３３の動力源は、直流電源（不図示）に代えて、電流線から供給しても良い。また、直流電源（不図示）に代えて、通信装置（不図示）に電源を備えても良い。

次に、本発明の実施形態に係る電気探査システムの第２の変形例について説明する。第２の変形例の電気探査システム１は、電源１１、複数の電極３１、電極制御部３３、電流線１２、電位測定用電線１４、通信手段（不図示）及びデータ処理装置２１と、を備える。

第２の変形例に係る電気探査システムの電源１１、電流線１２、電位測定用電線１４及びデータ処理装置２１の構成は、本発明の実施形態の構成と同様である。

複数の電極３１が、本発明の実施形態と同様に、探査対象地域内に探査計画に従って測線の所定の位置に設置されている。また、第２の変形例に係る各電極３１には、指定信号に基づき電流線及び電位測定用電線との接続を切り替えるスイッチ３５と、電流電極間電流値及び電位電極間電位差の測定をする測定器３６と、ＧＰＳより位置情報を取得するＧＰＳセンサ―３７と、スイッチ３５、測定器３６及びＧＰＳセンサ―３７を制御する制御盤３４と、データ処理装置２１と無線で通信する電極制御部通信装置４１と、電極制御部３３及び電極通信部１６１に動力を供給する直流電源（不図示）と、を有する電極制御部３３が脱着可能に設けられている。なお、電極制御部３３の動力源は、直流電源（不図示）に代えて、電流線から供給しても良い。

通信手段（不図示）は、電極通信部１６１、電極制御部３３に設けた制御部通信装置４１、ルーター２４、及びデータ処理装置通信部１５１からなり、電極通信部１６１とデータ処理通信部１５１は、制御部通信装置４１とルーター２４を介して無線で通信する。なお、電極通信部１６１とデータ処理通信部１５１が無線で通信できればよく、ルーター２４は、他の通信装置であっても良い。また、電極通信部１６１とデータ処理通信部１５１は、制御部通信装置４１がＷｉＦｉ通信機能を持ち、例えばＭＱＴＴブローカーが実装されていれば、ルーター２４を介すことなく、無線で通信することができる。無線で通信が行われること、及び、通信線を介してデータ処理装置２１から電極制御部３３に電極制御部３３の駆動用電源を供給する必要がないことから、通信線２２の配線が不要であり、煩雑な通信線配線作業を省くことができ、探査準備作業の効率がより向上する。

次に、第３の変形例について、説明する。

図７は、第３の変形例に係る電気探査システム１の構成を示す。電気探査システム１は、電源１１、複数の電極３１、電極制御部３３、1本の電位測定用電線１４、通信手段（不図示）及びデータ処理装置２１と、を備える。

電源１１は、本発明の実施形態と同様に、交流又は矩形波の直流電流を複数の電極３１に供給する電源である。また、電源１１は複数の電極に電流を無線で供給する送電部（不図示）を有する。

複数の電極３１は、本発明の実施形態と同様に、探査対象地域内に探査計画に従って所定の測線の所定の位置に設置される。

電極制御部３３も、本発明の実施形態と同様に、複数の電極３１のそれぞれに脱着可能に設けられる。図８に、第３の変形例に係る電気探査システム１の電極制御部３３の構成を示す。電極制御部３３は、電源より無線で受電する受電部３９と、指定信号に基づき電源より受電する電流及び電位測定用電線との接続を切り替えるスイッチ３５と、一対の電極３１に流れる電流電極間電流値及び他の一対の電極３１に対する電位電極間電位差の測定をする測定器３６と、ＧＰＳより位置情報を取得するＧＰＳセンサ―３７と、データ処理装置２１と通信する制御部通信装置４１と、スイッチ３５、測定器３６、ＧＰＳセンサ―３７、及びデータ処理装置２１との通信を制御する制御盤３４と、電位測定用電線１４と接続するコネクタ３８を有する。

制御盤３４は、本発明の実施形態と同様に、中央処理装置（ＣＰＵ（不図示）））が搭載された小さなコンピュータボード（マイコンボード）であって、ＣＰＵにより例えば記憶装置（不図示）に記憶された専用プログラムを実行することにより、後述の各手段を発現する。

次に、第３の変形例電気探査に係る制御盤３４について、図３〜６を参照して、説明する。

制御盤３４は、データ処理装置２１と通信する電極通信部１６１と、データ処理装置２１から受信した位置情報取得信号に基づいてＧＰＳセンサ―３７が位置情報取得手段３０４によりＧＰＳより取得したＧＰＳ位置情報を電極位置情報に変換する位置情報変換手段３０５と、データ処理装置２１から受信した接地状況確認信号に基づいて測定器３６が測定手段４０４により測定した電位差（以下、「電位値」ともいう。）をデジタル信号に変換するデジタル変換手段４０５と、を有する。デジタル変換手段４０５は、データ処理装置２１から受信した電極指定信号に基づきスイッチ３５を作動して受電部３９及び電位測定用電線の接続を切替手段５０４により切り替え、測定手段５０５により測定器３６が電流電極間電流値及び電位電極間電位差を測定し、デジタル変換手段４０５により電流電極間電流値及び電位電極間電位差をデジタル信号に更に変換し、測定値情報とする。また、電極通信部１６１は、データ処理装置２１から位置情報取得信号を受信する位置情報取得信号受信手段３０３と、電極位置情報をデータ処理装置２１に送信する電極位置情報送信手段３０６と、データ処理装置２１から接地状況確認信号を受信する接地状況確認信号受信手段４０３と、電位値をデータ処理装置２１に送信する電位値送信手段４０６と、データ処理装置２１から電極指定信号を受信する電極指定信号受信手段５０３と、及び、測定値情報をデータ処理装置２１に送信する測定値送信手段５０７と、を有する。

電位測定用電線１４は、本発明の実施形態と同様に、単芯ケーブルであって、各電極３１間を直列に配線されている。

通信手段（不図示）は、電極通信部１６１、制御部通信装置４１、ルータ−２４、及びデータ処理装置通信部１５１からなり、データ処理装置２１と電極制御部３３は、制御部通信装置４１とルータ−２４を介して無線で通信を行う。電極制御部３３の駆動用電力は、電源１１から受電した電流又は電極制御部３３に設けられた直流電源（不図示）から供給する。

なお、データ処理装置２１と電極制御部３３は、本発明の実施形態と同様に、通信線２２を介して通信を行っても良く、第１の変形例と同様に、通信線２２の端末に設けた電極通信装置（不図示）を介して通信を行っても良い。

データ処理装置２１は、本発明の実施形態と同様に、画面２３と中央処理装置（ＣＰＵ（不図示））を有する装置であり、ＣＰＵにより例えば記憶装置（不図示）に記憶された専用プログラムを実行することにより、本発明の実施形態と同様の各手段を発現する。

次に本発明に係る電気探査の方法について説明する。

図３の電気探査の手順を示すブロック図に基づいて説明する。

先ず、電極設置工程１０１において、探査対象地域に探査計画に基づき、所定の測線の所定の各位置に電極制御部３３を取り付けた電極３１を設置する。次に、電線・通信線接続工程１０２において、任意の位置に設置された電源１１から電流電線１２を配線し、また、各電極３１間に電位測定電線１４を配線し、電流電線１２と電位測定電線１４のケーブルを電極３１に設けられた電極制御部３３のコネクタ３８を介して直列に接続する。なお、第２の実施形態の場合は、電源１１から各電極３３に無線で送電することから、電位測定電線１４のみを各電極３３間に直列に配線し、接続すれば良く、より簡便に配線作業を行うことができる。

また、任意の位置に設置されたデータ処理装置２１から通信線２２を各電極３１にコネクタ３８を介して配線し、直列に接続する。一方、第１の変形例の場合には、各電極間を通信線２２に配線し、通信線２２の端末に通信装置４１を接続する。また、第２及び第３の変形例の場合には、電極制御部３３の通信装置４１とデータ処理装置２１が無線で通信することから、通信線２２の配線が不要であり、より迅速に電気探査の準備を行うことができる。

次に、電極位置取得工程１０３において、データ処理装置２１は、位置情報取得指示手段３０１により位置情報取得信号をデータ処理装置通信手段３０２を経由して通信線２２を介する有線又は無線で各電極３１に送信する。一方、各電極は、データ処理装置２１より電極制御部３３の位置情報取得信号受信手段３０３により受信した位置情報取得信号に基づいて、ＧＰＳセンサ―３７でＧＰＳよりＧＰＳ位置情報を取得する。制御盤３４は、ＧＰＳ位置情報を電極位置情報として、電極位置情報送信手段３０６にてデータ処理装置２１に送信する。データ処理装置２１は、受信した電極位置情報に基づき電極位置特定手段３０８にて電極の位置を特定し、位置情報格納手段３０９にて格納する。各電極位置を、ＧＰＳ位置情報を用いて取得することができることから、各電極の位置を測量する測量作業を省略することができ、大幅に作業効率を向上させることができる。

また、電極接地状況確認工程１０４において、データ処理装置２１は接地状況確認指示手段にて接地状況確認指示信号を設置状況確認信号送信手段を介して各電極制御部３３に送信する。各電極制御部３３は、接地状況確認信号受信手段にて受信した接地状況確認指示信号に基づき、測定器３６で電位差を測定する。制御盤３４は、電位値をデジタル信号に変換の上、電位値送信手段にてデータ処理装置２１に送信する。一方、データ処理装置２１は、電位値受信手段で受信した電位値を基づいて、各電極３１の設置状況を確認しデータ処理装置に備えられた画面２３に表示する。もし、測定値が所定値以下であって設置不良と判断された場合には、警報を画面２３に警報を表示する。設置が不良と警告された電極３１については、電流量を変更して測定を行い、接地状況を再確認する。再確認を行っても設置不良と判断された電極３１については、再度設置した上で、改めて、電極接地状況を確認する。

各電極の接地状況が良好であることを確認の上で、電極指定工程１１１において、データ処理装置２１は、探査計画に従って、電極指定手段５０１により一対の電極を一対の電流電極と、また他の一対の電極を一対の電位電極として指定し、電極指定信号通信手段５０２にて指定したそれぞれの電極３１に電極指定信号を送信する。指定されたそれぞれの電極３１の制御部３４は、電極指定信号受信手段５０３により受信した電極指定信号に従って、スイッチ３５を作動させて電流線１２又は電位測定線１４との接続を切り替え、それぞれ一対の電流電極と一対の電位電極とする。そして、電流値・電位測定工程１１２において、一対の電流電極間を流れる電流電極間電流値と一対の電位電極間の電位電極間電位差を測定器３６にて測定する。制御盤３４は、測定値デジタル処理工程１１３で測定された電流電極間電流値と電位電極間電位差をデジタル信号に変換の上、測定値送信手段５０７にてデータ処理装置２１に送信する。

データ処理装置２１は、測定値受信工程１１４では、測定値受信手段５０８で電流電極間電流値と電位電極間電位差を受信し、電流電極間電流値と電位電極間電位差を測定値格納手段５０９で格納する。次に、測定値管理工程１１５では、電流電極間電流値及び電位電極間電位差並びに電流電極と電位電極の位置情報を用いて、見掛比抵抗値算出手段５１０にて地盤の見掛比抵抗値を算出し、画面２３に表示する。また、電流電極間電流値と電位電極間電位差の測定と見掛比抵抗値の算出を複数回行った上で、見掛比抵抗値判定手５１１にて、算出された見掛比抵抗値を判定する。算出された見掛比抵抗値が異常値である場合には、異常値である旨画面２３に表示するとともに、電流電極に流す電流量を変更し、指定した各一対の電流電極と電位電極の電流電極間電流値と電位電極間電位差を再度測定し、見掛比抵抗値を再度算出して異常値ではないことを確認する。なお、再度測定を行っても異常値が表示される場合には、これらの電極３１の接地状況の確認の上、必要に応じて再測定を行い、取得したデータの品質を保つ。なお、ＩＰ法で探査を行う場合には、見掛比抵抗値算出手段５１０にて充電率も算出する。

データ処理装置２１は、予め定められた探査計画に基づき、順次一対の電極を一対の電流電極と、また他の一対の電極を一対の電位電極として指定する電極指定工程１１１から地盤の見掛比抵抗値を判定する測定値管理工程１０９を繰り返し実施する。そして、測定結果管理工程１１６において、予め定められた探査計画に基づき、測定結果を取得した後に測定結果の検証を行い、異常値が見出された場合には、異常値に係る電極について、再度測定を行う。また、探査対象地域全体の測定終了後にも、同様にデータ処理装置２１の画面２３で測定結果全体において異常値の有無を検証し、必要に応じて再度測定を実施する。その上で、測定結果をデータ処理装置２１のデータ格納手段５１２にて格納する。

一方、例えば、地下水などの流動状況や、産業廃棄物処理場やコンクリート構造物のひび割れなどを継続的にモニタリングする場合には、探査対象地域の測定終了後、電極３１から電極制御部３３及び各配線を取り外し、電極３１は、そのまま設置して置く。一定期間経過後、再度電極３１に電極制御部３３及び各配線を設置して、再度測定を行うことにより、産業廃棄物処理場やコンクリート構造物のひび割れなどの状況、地熱や地下水などの地下の流体の流動状況や移動状況などを、継続的にモニタリングすることができる。

なお、本発明に係る電気探査システム及び電気探査方法は、地盤そのものの構造の探査に限定されるものでなく、地盤の見掛比抵抗値あるいは充電率として測定される、地下の構造や埋設物の状態、存在する鉱物、産業廃棄物処理場やコンクリート構造物のひび割れ、地熱や地下水などの地下の流体の貯留・流動状況や移動状況、その他地盤及び地表面下の状態を探査するための探査を含む。

本発明は、任意の数の電極を自由に設定することができるとともに、煩雑な配線作業が簡素化されていること、及び、電極位置がＧＰＳセンサ―に取得することより測量作業が不要であること、によって、探査を行う為の準備作業が迅速に行うことができる。また、各電極３１とデータ処理装置２１はＬＡＮケーブル又は無線を介してデジタル信号で通信を行うことから、測定ノイズや電位低下の影響を受けることが少ない。一方、任意の電源を設けることにより、探査対象地域が広い場合や地下深部の探査を行う場合にも対応可能である。

一方、従来の探査法では測定工程１０５を実施するために、高額な専用の機器を必要としたが、本発明では、汎用のパソコンを使用することができ、機器導入の費用を軽減できる。また、このパソコンはデータ処理装置２１として使用することもでき、
調査対象の現地でリアルタイムに測定結果を処理することが可能であり、、探査結果の品質確認並びに作業の迅速化を図ることができる。

１電気探査システム
１１電源
１２電流線
１３電位測定用電線
２１データ処理装置
２２通信線
２３画面
２４ルーター
３１電極
３３電極制御部
３４制御盤
３５スイッチ
３６測定器
３７ＧＰＳセンサ―
３８コネクタ
３９受電部
４０ハブ
４１制御部通信装置
１０１電極設置工程
１０２電極・通信線接続工程
１０３電極位置取得工程
１０４電極接地状況確認工程
１０５測定工程
１１１電極指定工程
１１２電流値・電位測定工程
１１３測定値デジタル処理工程
１１４測定値受信工程
１１５測定値管理工程
１１６測定結果管理工程
１５１データ処理装置通信部
１６１電極通信部
３０１位置情報取得指示手段
３０２位置情報取得信号送信手段
３０３位置情報取得信号受信手段
３０４位置情報取得手段
３０５位置情報変換手段
３０６電極位置情報送信手段
３０７電極位置情報受信手段
３０８電極位置特定手段
３０９位置情報格納手段
４０１接地状況確認指示手段
４０２接地状況確認信号送信手段
４０３接地状況確認信号受信手段
４０４測定手段
４０５デジタル変換手段
４０６電位値送信手段
４０７電位値受信手段
４０８接地状況判定手段
４０９電極再設置
５０１電極指定手段
５０２電極指定信号送信手段
５０３電極指定信号受信手段
５０４切替手段
５０７測定値祖維新手段
５０８測定値情報受信手段
５０９測定値格納手段
５１０見掛比抵抗算出手段
５１１見掛比抵抗値判定手段
５１２データ格納手段

１電気探査システム
１１電源
１２電流線
１４電位測定用電線
２１データ処理装置
２２通信線
２３画面
２４ルーター
３１電極
３３電極制御部
３４制御盤
３５スイッチ
３６測定器
３７ＧＰＳセンサ―
３８コネクタ
３９受電部
４０ハブ
４１制御部通信装置
１０１電極設置工程
１０２電極・通信線接続工程
１０３電極位置取得工程
１０４電極接地状況確認工程
１０５測定工程
１１１電極指定工程
１１２電流値・電位測定工程
１１３測定値デジタル処理工程
１１４測定値受信工程
１１５測定値管理工程
１１６測定結果管理工程
１５１データ処理装置通信部
１６１電極通信部
３０１位置情報取得指示手段
３０２位置情報取得信号送信手段
３０３位置情報取得信号受信手段
３０４位置情報取得手段
３０５位置情報変換手段
３０６電極位置情報送信手段
３０７電極位置情報受信手段
３０８電極位置特定手段
３０９位置情報格納手段
４０１接地状況確認指示手段
４０２接地状況確認信号送信手段
４０３接地状況確認信号受信手段
４０４測定手段
４０５デジタル変換手段
４０６電位値送信手段
４０７電位値受信手段
４０８接地状況判定手段
４０９電極再設置
５０１電極指定手段
５０２電極指定信号送信手段
５０３電極指定信号受信手段
５０４切替手段
５０７測定値祖維新手段
５０８測定値情報受信手段
５０９測定値格納手段
５１０見掛比抵抗算出手段
５１１見掛比抵抗値判定手段
５１２データ格納手段

Claims

地盤の電位差を測定し、地盤の構造を探査する電気探査システムであって、
測定対象地域に設置される複数の電極と、
前記複数の電極に電流を供給する電源と、
前記複数の電極を電気的に接続する電位測定用電線と、
前記複数の電極のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定部と、前記一対の電流電極間に流れる電流値及び前記一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する見掛比抵抗値算出手段と、を有するデータ処理装置と、
前記複数の電極のそれぞれに設けられ、前記電極指定部から送信される前記一対の電流電極及び前記一対の電位電極を指定する指定信号に基づき前記電源から供給される電流との受電及び前記電位測定用電線との接続を切り替えるスイッチと、前記指定信号に基づき前記一対の電流電極間に流れる電流値及び前記一対の電位電極間の電位差を測定する測定器と、前記電源から供給される電流を受電して前記一対の電流電極及び前記一対の電位電極に通電する受電部と、を有する複数の電極制御部と、
前記データ処理装置と前記複数の電極制御部との間に設けられる通信手段と、を備える電気探査システム。
前記電源から前記複数の電極に配線される電流線をさらに備え、
前記電源は、前記電流線を介して前記複数の電極に電流を供給する、請求項1に記載の電気探査システム。
前記電源は、前記複数の電極に電流を無線で供給する、請求項1に記載の電気探査システム。
前記電極制御部は、前記電極に脱着可能に設けられた、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気探査システム。
前記通信手段は、前記データ処理装置と前記複数の電極制御部との間に接続される通信線又は無線である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気探査システム。
前記通信線は、ＬＡＮケーブルである、請求項５に記載の電気探査システム。
前記電極制御部は、更に、ＧＰＳより前記複数の電極の位置情報を取得するＧＰＳセンサ―を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気探査システム。
地盤の電位差を測定し、地盤の構造を探査する電気探査の方法であって、
測定対象地域に設置される複数の電極を設置する電極設置工程と、
電流を供給する電源と前記複数の電極とを無線又は有線で接続し、前記複数の電極と電位測定用電線とを電気的に接続し、前記複数の電極のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定部と、前記一対の電流電極間に流れる電流値及び前記一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する見掛比抵抗値算出手段と、を有するデータ処理装置と前記電極とを無線又は有線で接続する、電線・通信線接続工程と、
ＧＰＳより前記複数の電極の位置情報を取得する電極位置取得工程と、
各前記複数の電極の設置状況を確認する電極接地状況確認工程と、
前記複数の電極のうちの一対の電極を一対の電流電極に及び別の一対の電極を一対の電位電極にそれぞれ指定する電極指定工程と、前記一対の電流電極間に流れる電流値及び前記一対の電位電極間の電位差を測定する電流値・電位測定工程と、前記電流値と前記電位差をデジタル信号に変換する測定値デジタル処理工程と、前記データ処理装置がデジタル信号に変換された前記電流値と前記電位差を受信する測定値受信工程と、前記一対の電流電極間に流れる電流値及び前記一対の電位電極間の電位差から地盤の見掛比抵抗値並びに充電率を算出する測定値管理工程と、算出された見掛比抵抗値から測定結果を判定する測定結果判定工程と、を含む測定工程と、からなる電気探査の方法。