JP2021505890A - 電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗測定方法及び探査システム - Google Patents

電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗測定方法及び探査システム Download PDF

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Abstract

都市部の複雑な地表状況探査需要及び伝統的な高密度電気法では規則的な測定グリッドが必要だという不足に対して、本発明では、電極ランダム分布式の高密度電気比抵抗測定方法及び探査システムの設計を開示する。システムはセンターコンソール及び複数の収集ユニットにより構成されている。センターコンソールと収集ユニットとの間では無線ネットワーク通信で接続されている。収集ユニットは収集ステーション及び電気ケーブルで接続されているＧＰＳ測位付きの二つの電極により構成されている。電極の配置は現場の接地条件によりランダムに配置でき、電極に備えられているＧＰＳにより測定点の位置座標を提供する。収集ステーションはセンターコンソールに制御され、それぞれ給電或いは電位測定の二種類の作動モードを提供する。データ収集プロセスは並行測定モードを採用し、順番に一つの収集ユニットを選択して給電を行い、その他の全ての収集ユニットは電位測定を行う。この方法によれば、極めて高いデータ収集効率があり、且つ接地条件が柔軟であり、都市部及び通行困難な複雑地表環境の探査に適合している。【選択図】図３

Description

本発明は電気探査の技術分野に属し、具体的に、電極のランダム分布に基づく三次元高密
度電気比抵抗測定方法及び探査システムに関する。
高密度電気比抵抗法は普通の電気探査に基づいて発展したアレイ探査方法である。伝統的
な高密度電気法では、電気ケーブルを通して全ての電極を計器に直列接続して、計器内部
のプログラム制御スイッチで装置（例えばウェンナー、双極子―双極子等）の設置要求に
則って、全ての電極から装置の設置要求を満たす給電（Ａ、Ｂ）と測定（Ｍ、Ｎ）電極を
選択して自動測定を行い、さらには、対応するある一つの装置パラメーターの見かけ比抵
抗値Ｐｓを計算により得る。計器はプログラム制御スイッチを通して順に装置の係数を変
えて（即ち給電、測定点の位置を変えて）、異なる装置、異なる深さにおける一連の測定
点の見かけ比抵抗値を測定により得る。そして、室内データ処理（主に反転）を通して、
測定エリアの地下比抵抗分布特徴を得る。高密度電気法の優勢は、一回電極を配置するだ
けで、測定時に計器によりプログラム制御で電極を選択して、自動測定を実現できること
であり、これにより労力を省くだけではなく、データの収集効率も向上する。
しかしながら、従来の高密度電気法では、以下の不足が存在する：
１．規則的なグリッドで電極を配置するしかない。都市或いは複雑な環境状況において、
適当で規則的な矩形エリアを見つけて電極を配置することは難しく、高密度電気法の野外
での応用を厳しく制限している。
２．長い電気ケーブルで全ての電極を直列接続する。測定においても、電気ケーブルにお
ける電極の位置により直列且つ順に測定する。重たい電気ケーブルの接続が労働の強度を
増すだけではなく、障害物（河川、大型建築、交通幹線等）の存在も現場の電気ケーブル
の配置作業を難航させる
３．従来の高密度電気法三次元探査では、規則的なグリッドで測定点／測定ラインを配置
して、測定は測定ラインの二つの直交する方向に沿ってしかできず、一種の擬似三次元測
定でしかない。そして、従来の高密度電気法では、計器で測定するたびに、二つの電極対
（給電／測定）の四つの電極しか利用しておらず、収集の効率が比較的悪い。
本発明では、先行技術の欠点に対して、電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比
抵抗測定方法及び探査システムを提案する。具体的な技術案としては、以下の通りである
。
一種の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システムとして、前記シ
ステムはセンターコンソールと複数のデータ収集ユニットを含み、前記データ収集ユニッ
トは必要に応じてランダムに設置され、前記データ収集ユニットは収集ステーションと短
い電気ケーブルで接続されているＧＰＳ測位付きの二つの電極を含み、前記電極の位置は
現場の接地条件によって柔軟に設置され、何れのデータ収集ユニットも無線ネットワーク
通信でセンターコンソールと接続され、前記センターコンソールの指揮を受けて給電或い
は電位の測定を完成して、測定の結果をセンターコンソールまで送り返すことを特徴とす
る。
好ましくは、前記センターコンソールは中央制御コンピューター、無線通信制御ユニット
を含み、前記中央制御コンピューターは全てのデータ収集ユニットのデータ収集過程を制
御するためのもので、前記無線通信制御ユニットは制御モジュール、送信機、受信機及び
無線伝送アンテナを含み、前記無線通信制御ユニットは各収集ステーションとの無線接続
の確立、収集ステーションの登録・登記、命令発出の実行及び収集ステーションの状態監
視のためのものである。
好ましくは、前記収集ステーションは制御モジュール、給電モジュール、内蔵電源モジュ
ール、測定モジュール、外付け昇圧電源モジュール、無線通信アンテナ、電気ケーブルイ
ンターフェースを含み、前記制御モジュールは前記センターコンソールの命令を受信して
、給電或いは電位の測定を行うようにデータ収集ユニットを制御して、そして収集された
データを前記センターコンソールまで送り返すためのものであり；
前記給電モジュールは前記収集ステーションと接続されている二つの電極に給電するため
のものであり；
前記測定モジュールは前記収集ステーションと接続されている二つの電極の電位差或いは
給電電流を測定するためのものであり；
前記内蔵電源モジュールは収集ステーションの内部に給電して、前記給電モジュールに電
源を提供するためのものであり；
前記外付け昇圧電源モジュールは必要に応じて前記データ収集ユニットに補充電源を提供
して、給電電流と電圧を増大させる。
好ましくは、前記ＧＰＳ測位付きの電極は電極とＧＰＳアンテナを含み、前記電極とＧＰ
Ｓアンテナは何れも前記短い電気ケーブルに接続されて、短い電気ケーブルを通してＧＰ
Ｓデータを前記収集ステーションに送り返す。
好ましくは、前記ＧＰＳアンテナは磁気吸着方式で電極の頂端に設置されている。
上記の何れか一項に記載の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査シス
テムで実現する電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗測定方法は並行測定
方法を採用し、具体的に、以下になる：
（１）センターコンソールにより全てのデータ収集ユニットに対して登録・登記して、番
号を付け；
（２）収集を始めてから、センターコンソールにより番号で一つのデータ収集ユニットを
給電ユニットとして指定して、その他の全てのデータ収集ユニットを電位測定ユニットと
して、電位の測定を行い；
（３）一回の測定が完成したら、、センターコンソールにより番号で次のデータ収集ユニ
ットを給電ユニットとして指定して、その他の全てのデータ収集ユニットを電位測定ユニ
ットとして、電位の測定を行い；
（４）全てのデータ収集ユニットが順番に一回ずつ給電を行ったら、測定過程全体を完成
する。
背景技術と比べて、本発明が有する有益効果は以下になる：
１．電極配置の方法が柔軟である。地表の状況により、測定点の位置を柔軟に配置して、
何れ一つの収集ステーションも一対の電極（電極対）を管理しており、電極対のピッチと
方向は固定したピッチ或いは規則的なグリッドに限定されず、現場の接地条件により柔軟
に配置されて、本当の三次元測定を実現する。
２．収集ステーションの無線通信管理モード。何れ一つの収集ステーションも短い電気ケ
ーブルで自身が管理している二つの電極を管理するだけで済み、収集ステーション同士は
独立しており、センターコンソールだけと無線通信で交信し（命令の受信とデータのアッ
プロード）、全ての電極間の重たくて長い電気ケーブルによる接続を避けて、測定ステー
ション間の長い電気ケーブル同士の相互直列接続による多数の不便（特に河川、建築等の
地表障害物）を失くして、現場の配置作業の効率を大いに向上する。
３．収集ステーションの並行動作モード。測定時、一つの収集ステーションは給電を担当
し、その他の全ての収集ステーションは同時に電位の測定を行う。Ｎ個の電極の場合、伝
統的なウェンナー法では、一回の収集タスクを完成するには、（Ｎ＊ｎ−３＊ｎ＊（ｎ＋
１））／２回の測定（Ｎは総電極数、ｎは隔離の層数）が必要になるが、本発明によれば
、全ての収集ステーションは並行動作モードを採用するので、Ｎ／２回の測定だけで測定
エリア全体の収集タスクを完成できるので、収集効率を大いに向上する。
４．システムが簡単で、拡張力が強い。分散システム自身の特徴により、システムのメイ
ン制御コンピューター及び収集ステーションに対するハードウェア性能要求は高くなく、
実現しやすいが、統合された分布システムは全体として性能が強い上に拡張しやすく、三
次元探査の展開に非常に有利である。しかも、全ての収集ステーションは完全に同じなの
で、メーカーのロット生産に有利なだけではなく、収集現場の交換や修理にも便利である
。
本発明で使われるセンターコンソールの構造模式図である。 本発明で使われるデータ収集ユニットの構造模式図である。 本発明の測定システムの配置と収集方式の模式図である。 通常の双極子―双極子収集方式の測定点の配置模式図である。 本発明の並行収集方式の測定点の配置模式図である。
以下では、添付図面と好ましい実施例に基づいて本発明を説明することで、本発明の目的
及び効果はより明らかになる。以下では、添付図面と実施例を組み合わせて、本発明をさ
らに詳しく説明する。ここで説明する具体的な実施例は本発明を解釈するためだけに使わ
れるのであって、本発明を限定するために使われるのではないと理解しておくべきである
。
一種の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システムとして、前記シ
ステムはセンターコンソールと複数のデータ収集ユニットを含み、前記データ収集ユニッ
トは必要に応じてランダムに設置され、前記データ収集ユニットは収集ステーションと短
い電気ケーブルで接続されているＧＰＳ測位付きの二つの電極を含み、前記電極の位置は
現場の接地条件によって柔軟に設置され、何れのデータ収集ユニットも無線ネットワーク
通信でセンターコンソールと接続され、前記センターコンソールの指揮を受けて給電或い
は電位の測定を完成して、測定の結果をセンターコンソールまで送り返す。
前記センターコンソールは収集システム全体の大脳中枢及び命令制御センターであり、中
央制御コンピューター、無線通信制御ユニットを含み、図１に示すように、さらにディス
プレイ、キーボード、各種類のインタフェース等のコンピューター周辺機器を含んでも良
い。中央制御コンピューターでは収集ソフトウェアを実行し、前記中央制御コンピュータ
ーは全てのデータ収集ユニットのデータ収集過程（観測システムのパラメーター設定、収
集ステーションの状態監視、データ収集命令の発信、収集過程の監視、データの送り返し
、表示及び保存等の機能を含む）を制御するためのもので、前記無線通信制御ユニットは
制御モジュール、送信機、受信機及び無線伝送アンテナを含み、前記無線通信制御ユニッ
トは収集ソフトウェアの制御の下で、各収集ステーションとの無線接続の確立、収集ステ
ーションの登録・登記、命令発出の実行及び収集ステーションの状態監視を行うためのも
のである。無線通信制御ユニットは全二重動作モードを採用する。
前記収集ステーションは制御モジュール、給電モジュール、内蔵電源モジュール、測定モ
ジュール、外付け昇圧電源モジュール、無線通信アンテナ、電気ケーブルインターフェー
スを含み、図２に示すように、前記制御モジュールは前記センターコンソールの命令を受
信して、給電或いは電位の測定を行うようにデータ収集ユニットを制御して、そして収集
されたデータを前記センターコンソールまで送り返すためのものであり；
制御モジュールはさらに、自身のシステムの運転管理、自己診断、測定及びデータの保存
やアップロード等の一連の過程におけるシステムの各モジュールに対する制御を担当する
。
前記給電モジュールは前記収集ステーションと接続されている二つの電極に給電するため
のものであり；給電の命令を受けたら、電気ケーブルに接続されている二本の電極を通し
て地下へ給電し；
前記測定モジュールは前記収集ステーションと接続されている二つの電極の電位差或いは
給電電流を測定するためのものであり；
前記内蔵電源モジュールは収集ステーションの内部に給電して、前記給電モジュールに電
源を提供するためのものであり；
前記外付け昇圧電源モジュールは必要に応じて前記データ収集ユニットに補充電源を提供
して、給電電流と電圧を増大させる。
前記ＧＰＳ測位付きの電極は電極とＧＰＳアンテナを含み、前記電極とＧＰＳアンテナは
何れも前記短い電気ケーブルに接続されて、短い電気ケーブルを通してＧＰＳデータを前
記収集ステーションに送り返す。
ＧＰＳアンテナは電極の位置情報を直接取得するためのものであり、電極の頂端への出し
入れを便利にするために、アンテナは磁気吸着設計を採用する。ＧＰＳと電極は同じ多芯
電気ケーブルを共用する。何れの収集ステーションにも二本の電気ケーブル、二つのＧＰ
Ｓアンテナ及び二本の電極が備えられている
本発明の収集システムは伝統的な高密度電気法によるシステムとは異なる収集方法（図３
−５）を採用する。図４に示すように、伝統的な高密度電気法では、プログラム制御スイ
ッチにより毎回四個の電極だけを給電（ＡＢ）と測定（ＭＮ）電極として選択し、そして
終わるまで、順に他の電極を選択して測定を続ける。本発明によれば、センターコンソー
ルにより、給電電極対（ＡＢ）を提供するように一つの収集ステーションを指定すると共
に、その他の全ての収集ステーションに接続されている電極を測定電極として、同時に並
行測定を行う。そして、給電タスクは次の番号の収集ステーションに移され、その他の全
ての収集ステーション（給電タスクを担当する一つ前の収集ステーションを含む）は測定
タスクを実行する。全ての収集ステーションが順に給電タスクを実行し終えたら、当該測
定エリアのタスクが完成する。図５に示すように、具体的な収集方法は以下になる：
上記の三次元高密度電気比抵抗探査システムで実現する電極のランダム分布に基づく三次
元高密度電気比抵抗測定方法は並行測定方法を採用し、具体的に、以下になる：
（１）センターコンソールにより全てのデータ収集ユニットに対して登録・登記して、番
号を付け；
（２）収集を始めてから、センターコンソールにより番号で一つのデータ収集ユニットを
給電ユニットとして指定して、その他の全てのデータ収集ユニットを電位測定ユニットと
して、電位の測定を行い；
（３）一回の測定が完成したら、、センターコンソールにより番号で次のデータ収集ユニ
ットを給電ユニットとして指定して、その他の全てのデータ収集ユニットを電位測定ユニ
ットとして、電位の測定を行い；
（４）全てのデータ収集ユニットが順番に一回ずつ給電を行ったら、測定過程全体を完成
する。
当業者にとって、以上に述べたことが発明の好ましい実例に過ぎず、発明を制限するため
のものではないと理解できる。当業者にとって依然として、前記の各実例に記載された技
術案に対して修正したり、或いはその中の一部の技術的特徴を等価置換したりすることは
可能である。本発明の精神及び原則内で行われた修正、等価置換等はいずれも本発明の保
護範囲内に含まれるべきである。

Claims (6)

  1. 電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システムであって、前記システ
    ムはセンターコンソールと複数のデータ収集ユニットを含み、前記データ収集ユニットは
    必要に応じてランダムに設置され、前記データ収集ユニットは収集ステーションと短い電
    気ケーブルで接続されているＧＰＳ測位付きの二つの電極を含み、前記電極の位置は現場
    の接地条件によって柔軟に設置され、何れのデータ収集ユニットも無線ネットワーク通信
    でセンターコンソールと接続され、前記センターコンソールの指揮を受けて給電或いは電
    位の測定を完成して、測定の結果をセンターコンソールまで送り返すことを特徴とする
    電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システム。
  2. 前記センターコンソールは中央制御コンピューター、無線通信制御ユニットを含み、前記
    中央制御コンピューターは全てのデータ収集ユニットのデータ収集過程を制御するための
    もので、前記無線通信制御ユニットは制御モジュール、送信機、受信機及び無線伝送アン
    テナを含み、前記無線通信制御ユニットは各収集ステーションとの無線接続の確立、収集
    ステーションの登録・登記、命令発出の実行及び収集ステーションの状態監視のためのも
    のであることを特徴とする
    請求項１に記載の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システム。
  3. 前記収集ステーションは制御モジュール、給電モジュール、内蔵電源モジュール、測定モ
    ジュール、外付け昇圧電源モジュール、無線通信アンテナ、電気ケーブルインターフェー
    スを含み、前記制御モジュールは前記センターコンソールの命令を受信して、給電或いは
    電位の測定を行うようにデータ収集ユニットを制御して、そして収集されたデータを前記
    センターコンソールまで送り返すためのものであり； 前記給電モジュールは前記収集ス
    テーションと接続されている二つの電極に給電するためのものであり； 前記測定モジュ
    ールは前記収集ステーションと接続されている二つの電極の電位差或いは給電電流を測定
    するためのものであり； 前記内蔵電源モジュールは収集ステーションの内部に給電して
    、前記給電モジュールに電源を提供するためのものであり； 前記外付け昇圧電源モジュ
    ールは必要に応じて前記データ収集ユニットに補充電源を提供して、給電電流と電圧を増
    大させることを特徴とする
    請求項１に記載の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システム。
  4. 前記ＧＰＳ測位付きの電極は電極とＧＰＳアンテナを含み、前記電極とＧＰＳアンテナは
    何れも前記短い電気ケーブルに接続されて、短い電気ケーブルを通してＧＰＳデータを前
    記収集ステーションに送り返すことを特徴とする
    請求項１に記載の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システム。
  5. 前記ＧＰＳアンテナは磁気吸着方式で電極の頂端に設置されていることを特徴とする
    請求項４に記載の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗探査システム。
  6. 請求項１−５の何れか一項に記載の電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗
    探査システムで実現する電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗測定方法で
    あって、前記方法は並行測定方法を採用し、具体的に、以下になる： （１）センターコ
    ンソールにより全てのデータ収集ユニットに対して登録・登記して、番号を付け； （２
    ）収集を始めてから、センターコンソールにより番号で一つのデータ収集ユニットを給電
    ユニットとして指定して、その他の全てのデータ収集ユニットを電位測定ユニットとして
    、電位の測定を行い； （３）一回の測定が完成したら、、センターコンソールにより番
    号で次のデータ収集ユニットを給電ユニットとして指定して、その他の全てのデータ収集
    ユニットを電位測定ユニットとして、電位の測定を行い； （４）全てのデータ収集ユニ
    ットが順番に一回ずつ給電を行ったら、測定過程全体を完成する
    ことを特徴とする電極のランダム分布に基づく三次元高密度電気比抵抗測定方法。
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