JP3318207B2 - 探査能力導出方法並びに装置、及び、探査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、媒質の表面を移動
しながら、電磁波または音波による波動信号を前記媒質
中へ放射し、前記媒質中に存在する物体からの反射信号
を受信して、前記媒質中に存在する物体の位置を探査す
る探査方法及び装置に関し、更に詳しくは、前記探査方
法及び装置に対する、探査能力を導出する方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁波または音波による波動信号を媒質
中へ放射し、媒質中に存在する物体からの反射信号を受
信して、前記媒質中に存在する物体の位置を探査する探
査方法または装置の一つとして、音波の反射を利用して
水中物体を探知する探査方法または装置がある。この種
の探査方法または装置においては、水中物体を探知する
センサの探知能力を計算し、探知能力可能領域を表示す
る目標存在領域表示方法が採用されている。前記目標存
在領域表示方法の一例が特開昭６３−２６１１８２号公
報に開示されており、図１０にその処理手順を示す。

【０００３】図１０において、水中物体探知装置は、水
中物体を探知するセンサ９１と、前記センサ９１の探知
能力値を計算するセンサ能力計算部９２と、水中の音波
伝搬距離に応じた伝搬損失を計算する伝搬状況計算部９
３と、前記センサ能力計算部９２のセンサの探知能力値
と前記伝搬状況計算部９３の伝搬損失をもとに水中物体
の探知可能領域を求める探知可能領域計算部９４、前記
センサ能力計算部９２、伝搬状況計算部９３、及び、探
知可能領域計算部９４の動作を制御するための各種制御
命令、データ等を入力する入力部９５と、センサの探知
能力値や伝搬状況等を記憶する記憶部９６と、前記セン
サ９１の探知情報や、センサ能力計算部９２・伝搬状況
計算部９３・探知可能領域計算部９４の計算結果等を表
示する表示部９７とから構成される。

【０００４】センサ能力計算部９２において、センサの
探知能力値は、［探知能力値］＝［音源の強さ］−
｛［水中雑音レベル］−［センサの指向性利得］＋［セ
ンサの検出しきい値（探知確率）］｝により計算され、
探知確率を変えることにより、それに応じた探知能力値
を計算する。伝搬状況計算部９３は入力部９５から入力
される水温データ・水深データ・天候データ・水中物体
の出す音波の周波数等に基づいて音波の伝搬距離に対す
る伝搬損失を計算する。

【０００５】図１１（イ）は伝搬状況計算部９３によっ
て求められた音波の伝搬距離に対する伝搬損失の特性の
一例である。図１１（ロ）において、探知能力値は入力
部９５より入力される探知確率ａをもとにセンサ能力計
算部９２により求められる。そして、伝搬損失が探知能
力値より小さい領域（図中斜線部分）では、センサ９１
が探知確率ａに応じた水中物体を探知できる能力を有し
ていることを意味している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
る探査能力を導出する方法を、例えば、媒質中に存在す
る物体の位置を探査する探査方法の一例である電磁波を
用いた地中探査に適用しようとした場合、伝搬状況を計
算するためには、送信機の送信出力、受信機の検出可能
な最小信号強度、使用する電磁波の周波数、使用するア
ンテナの利得、探査する地中の導電率及び比誘電率等の
値が必要となる。しかしながら、探査システムの性能を
示す、送信機の送信出力、受信機の検出可能な最小信号
強度、使用する電磁波の周波数、使用するアンテナの利
得等は事前に知ることができるが、探査する地中の導電
率及び比誘電率は、土壌の種類、探査時の含水率によっ
て変化し、しかも、探査領域内で（特に深さ方向に）不
均質な分布となっているため、掘削せずにこれらの値を
求めることは極めて困難である。このため、上記従来技
術による処理手順を電磁波を用いた地中探査に適用する
ことができなかった。本発明は上述のような従来技術の
有する問題点を解消するためになされたものであり、従
来技術において処理されていた伝搬状況の計算を行わ
ず、つまり、探査媒質中を伝搬する波動信号に係わる媒
質定数（地中探査においては、地中の導電率及び比誘電
率）を知ることなく、「どの深さ（距離）まで有効に探
査信号が届き、対象物体から反射して返ってくるのか」
を示す有効反射深度を自動的に判断でき、媒質中に存在
する物体の位置を探査する探査方法及び装置において、
簡単にその探査能力を知ることのできる探査能力導出方
法及び装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕この目的を達成するための本発明に係わる第一
の特徴構成は、探査能力導出方法に関し、特許請求の範
囲の欄の請求項１に記載した通り、媒質の表面を移動し
ながら、電磁波または音波による波動信号を前記媒質中
へ放射し、前記媒質中に存在する物体からの反射信号を
受信する送受信工程と、前記波動信号の前記物体からの
反射時間ｔに応じた増幅率または減衰率で前記反射信号
の振幅を補正する信号強度調整工程と、前記振幅補正後
の受信信号強度に対する前記媒質表面上の移動距離ｘと
反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを
生成する２次元画像データ生成工程とを順次実行し、前
記媒質中に存在する物体の位置を探査する探査方法にお
いて、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記
２次元画像データに対して、反射時間ｔ毎に前記各画像
データの移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を所定の
計算により求まる特定値で置換することで移動距離ｘ方
向に一様化し、前記振幅補正後の１次元反射時間強度分
布を求める１次元化工程と、前記１次元化工程で求めた
前記１次元反射時間強度分布に対し前記振幅補正の逆補
正に相当する補正を施し、前記振幅補正前の１次元反射
時間強度分布を求める逆補正工程と、前記１次元化工程
で得られた前記１次元反射時間強度分布において、信号
強度が前記振幅補正後の受信信号の有効性を判定する第
１閾値以下となる最小の反射時間である第１有効反射時
間を求める第１判定工程と、前記振幅補正前の１次元反
射時間強度分布に対して、信号強度が前記振幅補正前の
受信信号の有効性を判定する第２閾値以下となる最小の
反射時間である第２有効反射時間を求める第２判定工程
と、前記第１有効反射時間と前記第２有効反射時間の小
さい方を真の有効反射時間とする第３判定工程とを実行
して、反射時間ｔの有効範囲を求め、前記探査方法の探
査能力を導出する点にある。

【０００８】同第二の特徴構成は、探査能力導出方法に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した通り、
上述の第一の特徴構成が対象とする同じ探査方法におけ
る前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次
元画像データに対して、反射時間ｔ毎に前記各画像デー
タの移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を所定の計算
により求まる特定値で置換することで移動距離ｘ方向に
一様化し、前記振幅補正後の１次元反射時間強度分布を
求める１次元化工程と、前記１次元化工程で求めた前記
１次元反射時間強度分布に対し前記振幅補正の逆補正に
相当する補正を施し、振幅補正前の１次元反射時間強度
分布を求める逆補正工程と、前記逆補正工程で求めた前
記振幅補正前の１次元反射時間強度分布に対し前記振幅
補正と同等の補正を施し、前記振幅補正後の１次元反射
時間強度分布と置換する第２補正工程と、前記第２補正
工程で得られた前記振幅補正後の１次元反射時間強度分
布において、信号強度が前記振幅補正後の受信信号の有
効性を判定する第１閾値以下となる最小の反射時間であ
る第３有効反射時間を求める第４判定工程と、前記振幅
補正前の１次元反射時間強度分布に対して、信号強度が
前記振幅補正前の受信信号の有効性を判定する第２閾値
以下となる最小の反射時間である第２有効反射時間を求
める第２判定工程と、前記第３有効反射時間と前記第２
有効反射時間の小さい方を真の有効反射時間とする第５
判定工程とを実行して、反射時間ｔの有効範囲を求め、
前記探査方法の探査能力を導出する点にある。

【０００９】同第三の特徴構成は、探査能力導出方法に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した通り、
上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記１次元
化工程において、工程の先頭部分に、前記２次元画像デ
ータの移動距離ｘ毎の反射時間ｔ方向の信号波形を前記
信号波形の包絡線で置換する工程を追加した点にある。

【００１０】同第四の特徴構成は、探査能力導出方法に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した通り、
上述の第一、第二、または第三の特徴構成に加えて、前
記各工程に存在する前記振幅補正後の１次元反射時間強
度分布及び前記振幅補正前の１次元反射時間強度分布の
内の少なくとも一つの１次元反射時間強度分布に対し
て、反射時間ｔ方向の信号波形に対してスムージング処
理を施し、スムージング処理前の原１次元反射時間強度
分布と置換する点にある。

【００１１】同第五の特徴構成は、探査能力導出方法に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した通り、
上述の第四の特徴構成に加えて、前記スムージング処理
が前記１次元反射時間強度分布を反射時間ｔの所定の関
数で置換する処理であり、カーブフィッティング処理に
より前記関数を特定する点にある。

【００１２】同第六の特徴構成は、探査能力導出方法に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した通り、
上述の第一、第二、第三、第四または第五の特徴構成に
加えて、前記１次元化工程において、前記所定の計算
が、反射時間ｔ毎に前記各画像データの移動距離ｘ方向
の各受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン値を
求める計算である点にある。

【００１３】同第七の特徴構成は、探査能力導出装置に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した通り、
媒質の表面を移動しながら、電磁波または音波による波
動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質中に存在する物
体からの反射信号を受信する送受信手段と、前記波動信
号の前記物体からの反射時間ｔに応じた増幅率または減
衰率で前記反射信号の振幅を補正する信号強度変調手段
と、前記振幅補正後の受信信号を入力して受信信号強度
に対する前記媒質表面上の移動距離ｘと反射時間ｔを座
標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを出力する２次元
画像データ生成手段とを備えてなる、前記媒質中に存在
する物体の位置を探査する探査装置に対する探査能力を
導出可能であって、前記２次元画像データを入力して、
反射時間ｔ毎に前記各画像データの移動距離ｘ方向の前
記各受信信号強度を所定の計算により求まる特定値で置
換することで移動距離ｘ方向に一様化し、前記振幅補正
後の１次元反射時間強度分布を出力する１次元化手段
と、前記振幅補正後の１次元反射時間強度分布を入力可
能で、入力された１次元反射時間強度分布に対して、前
記信号強度変調手段で実行する前記振幅補正の逆補正に
相当する補正を施し、前記振幅補正前の１次元反射時間
強度分布を出力する逆補正手段と、任意の１次元反射時
間強度分布と所定の信号強度閾値を入力可能で、入力さ
れた１次元反射時間強度分布の信号強度が前記信号強度
閾値以下となる最小の反射時間を有効反射時間として出
力する有効反射時間抽出手段と、前記有効反射時間を入
力可能で、二つの入力値を比較して小さい方を選択して
出力する比較選択手段とを備えている点にある。

【００１４】同第八の特徴構成は、探査能力導出装置に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項８に記載した通り、
上述の第七の特徴構成に加えて、前記振幅補正前の１次
元反射時間強度分布を入力可能で、入力された１次元反
射時間強度分布に対して、前記信号強度変調手段で実行
する前記振幅補正と同等の補正を施し、前記振幅補正後
の１次元反射時間強度分布を出力する順補正手段を備え
ている点にある。

【００１５】同第九の特徴構成は、探査能力導出装置に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項９に記載した通り、
上述の第七または第八の特徴構成に加えて、前記２次元
画像データの移動距離ｘ毎に反射時間ｔ方向の信号波形
を前記信号波形の包絡線で置換する２次元画像平滑化手
段を、前記１次元化手段に追加した点にある。

【００１６】同第十の特徴構成は、探査能力導出装置に
関し、特許請求の範囲の欄の請求項１０に記載した通
り、上述の第七、第八、または第九の特徴構成に加え
て、任意の１次元反射時間強度分布を入力可能で、入力
された１次元反射時間強度分布に対して、反射時間ｔ方
向の信号波形に対するスムージング処理を施すスムージ
ング処理手段を備えている点にある。

【００１７】同第十一の特徴構成は、探査能力導出装置
に関し、特許請求の範囲の欄の請求項１１に記載した通
り、上述の第十の特徴構成に加えて、前記スムージング
処理手段が、前記入力された１次元反射時間強度分布に
応じて、予め設定された反射時間ｔの関数に対してカー
ブフィッティング処理を行い、前記入力された１次元反
射時間強度分布を前記カーブフィッティング処理後の前
記関数で表される信号強度で置換するカーブフィッティ
ング処理手段である点にある。

【００１８】同第十二の特徴構成は、探査能力導出装置
に関し、特許請求の範囲の欄の請求項１２に記載した通
り、上述の第七、第八、第九、第十、または第十一の特
徴構成に加えて、前記１次元化手段が、複数の入力デー
タに対し２乗平均値を計算する２乗平均値計算手段、ま
たは、複数の入力データに対し２乗メジアン値を計算す
る２乗メジアン値計算手段を備えている点にある。

【００１９】同第十三の特徴構成は、探査装置に関し、
特許請求の範囲の欄の請求項１３に記載した通り、媒質
の表面を移動しながら、電磁波または音波による波動信
号を前記媒質中へ放射し、前記媒質中に存在する物体か
らの反射信号を受信する送受信手段と、前記波動信号の
前記物体からの反射時間ｔに応じた増幅率または減衰率
で前記反射信号の振幅を補正する信号強度変調手段と、
前記振幅補正後の受信信号を入力して受信信号強度に対
する前記媒質表面上の移動距離ｘと反射時間ｔを座標
（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを出力する２次元画
像データ生成手段と、上述の第七、第八、第九、第十、
第十一、または第十二の特徴構成による探査能力導出装
置と、前記２次元画像データ及び前記探査能力導出装置
の出力結果を表示可能な出力装置とを備えている点にあ
る。

【００２０】以下に作用を説明する。第一、第二、第
七、または第八の特徴構成によれば、探査によって得ら
れた前記２次元画像データを１次元化した１次元反射時
間強度分布を用いることで、反射時間の有効性を判定す
るのに処理するデータ量が大幅に圧縮でき、且つ、受信
した前記反射信号の受信入力端での有効性、つまり、受
信機の検出可能な最小信号強度より大きいかの判定（第
２判定工程）と、受信した前記反射信号の受信出力端で
の有効性、つまり、前記受信機の雑音レベルより大きい
かの判定（第１判定工程または第４判定工程）の二つの
判定工程を組み合わせることにより、従来技術のように
伝搬状況等を媒質定数とモデル式を用いて計算すること
なく、実際に計測された受信信号強度分布の値のみか
ら、有効反射深度を導出することができるのである。こ
こで、受信機とは、前記送受信工程と前記信号強度調整
工程または前記送受信手段と前記信号強度変調手段にお
ける反射信号の受信増幅に係わる信号処理部を指す。
尚、前記２次元画像データを１次元化することの有効性
は、例えば、媒質が土壌である場合、土壌の媒質定数が
主として深さ方向に変化し、地表面に平行な面では略一
様である場合が多いことに基づいている。

【００２１】第三または第九の特徴構成によれば、前記
１次元反射時間強度分布が正負両極性にわたる０値を含
む変動の激しい分布になる場合があっても、前記２次元
画像データの段階で反射時間強度分布を反射時間ｔ方向
に対して、ゆるやかに変化する分布となり、１次元化工
程での誤差が小さくなり、結果として、滑らかな変化の
１次元反射時間強度分布が得られ、精度良く有効反射深
度を導出することができるのである。

【００２２】また、第四または第十の特徴構成によれ
ば、直接滑らかな変化の１次元反射時間強度分布が得ら
れ、精度良く有効反射深度を導出することができるので
ある。尚、第一の特徴構成に基づく場合は、前記１次元
化工程、前記逆補正工程、並びに、前記第１判定工程に
おける前記振幅補正後の各１次元反射時間強度分布、及
び、前記逆補正工程、並びに、前記第２判定工程におけ
る前記振幅補正前の各１次元反射時間強度分布の内の少
なくとも一つの前記１次元反射時間強度分布に対して、
反射時間ｔ方向の信号波形に対してスムージング処理を
施し、更に、第二の特徴構成に基づく場合は、前記１次
元化工程、前記逆補正工程、前記第２補正工程、並び
に、前記第４判定工程における前記振幅補正後の各１次
元反射時間強度分布、及び、前記逆補正工程、前記第２
補正工程、並びに、前記第２判定工程における前記振幅
補正前の各１次元反射時間強度分布の内の少なくとも一
つの前記１次元反射時間強度分布に対して、反射時間ｔ
方向の信号波形に対してスムージング処理を施す。尚、
第一乃至第三の特徴構成における、前記二つの判定工程
（第１判定工程と第２判定工程、または、第４判定工程
と第２判定工程）に使用する１次元反射時間強度分布の
両方に対して、スムージング処理が必要な場合におい
て、一方が他方の逆補正工程または順補正工程で求まる
１次元反射時間強度分布である場合は、その他方の１次
元反射時間強度分布にだけスムージング処理を施すだけ
で、両方の１次元反射時間強度分布に対して効果的にス
ムージング処理を施すことが可能である。

【００２３】第五または第十一の特徴構成によれば、特
に１次元反射時間強度分布の変動が激しい場合、特定の
関数でカーブフィッティング処理することで、直接滑ら
かな変化の１次元反射時間強度分布が得られ、精度良く
有効反射深度を導出することができるのである。尚、本
手法は、反射時間強度分布が物理的にモデル化できる場
合において、特に有効であり、電磁波による地中探査の
場合の反射波の受信機入力端での受信レベルに関して
は、物理的なモデル化が可能であり、前記逆補正後の１
次元反射時間強度分布に適用することで良好な効果が期
待でき、第二または第八の特徴構成と併用することで、
第４判定工程に使用する前記振幅補正後の１次元反射時
間強度分布に対しても、別段のスムージング処理を施さ
ずとも、両方の１次元反射時間強度分布に対して滑らか
な変化の１次元反射時間強度分布を得ることができるの
である。

【００２４】第六または第十二の特徴構成によれば、前
記２次元画像データから１次元反射時間強度分布を生成
する一次元化工程または手段が、容易に構成できるので
ある。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１に示すように、媒質である土
壌１にガス等の流体を配送する鋼管などの物体２が埋設
されており、送受信手段である送受信機１０とデータ解
析手段であるデータ解析装置２０を備えた探査装置３が
地表面を移動しながら、前記物体２の埋設位置を探査す
る。前記送受信機１０は例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ
の図２（１）に例示する単発のパルス信号を送信回路１
３で発生し、送信アンテナ１１より電磁波として土壌１
に放射する。前記送信アンテナ１１より放射された電磁
波の中の物体に入射した入射波４は物体２表面で反射散
乱し、その中の反射波５が受信アンテナ１２で受信され
た後、受信回路１４において、図２（２）に例示するよ
うな受信信号として復調増幅される。前記送信アンテナ
１１より放射され、受信アンテナ１２で受信されるまで
の時間差ΔＴは土壌１の表面から物体２までの距離と土
壌１の比誘電率εまたは電磁波の伝搬速度ｖより一義的
に決定される。送信アンテナ１１と受信アンテナ１２は
一定間隔で地表面に対向して配置され、図１中のｘ方向
に物体２を横切るように移動する。

【００２６】前記送受信機１０に、前記受信回路１４の
増幅部の利得を前記時間差ΔＴに応じて変調する信号強
度変調手段１５を設け、前記時間差ΔＴが長くなるにつ
れて土壌１を伝搬する前記パルス信号の損失が大きくな
り、受信信号強度が減衰するのを振幅補正し、前記時間
差ΔＴ、つまりは反射時間ｔの増加に対して急激に減衰
しない受信信号強度分布を得ることができ、次段以降の
信号処理に必要な信号強度を確保する。具体的には、前
記信号強度変調手段１５は前記単発のパルス信号の送信
タイミングに同期して、前記時間差ΔＴの増加に伴い減
衰率を所定の変化率で自動的に低下させる減衰器で構成
され、前記増幅部の所定個所に挿入してある。

【００２７】データ解析装置２０はマイクロコンピュー
タや半導体メモリ等によって構成されるデータ処理部２
１と外部からの操作指示を入力するキーボード等の入力
部２２と各処理段階での画像データや出力結果を表示す
る陰極線管ディスプレイや液晶ディスプレイ等の表示部
２３と前記各処理段階での画像データや出力結果等を保
管格納する磁気ディスク等の外部補助記憶部２４から構
成されている。受信回路１４において受信信号は、前記
信号強度変調手段１５による振幅補正後に、波形のスム
ーシング等の雑音除去処理やＡ／Ｄ変換処理等の前置処
理が施され、ディジタル信号として前記データ処理部２
１へ出力される。前記データ解析装置２０では前記ディ
ジタル化された受信信号より、物体２を含む土壌１の鉛
直面内の断面画像を、前記アンテナ１１及び１２の移動
距離ｘと前記反射波５の前記物体２からの反射時間ｔを
座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データとして生成す
る。ここで、受信信号強度を複数階調で輝度表示し、図
２（２）に示すように、信号強度の正値を白（輝度
大）、信号強度の負値を黒（輝度小）、信号強度０を中
間階調として表示部２３に表示する。

【００２８】図３に示すように、前記データ処理部２１
は、制御部３０、２次元画像データ生成手段３１、１次
元化手段３２、逆補正手段３３、順補正手段３４、有効
反射時間抽出手段３６、比較選択手段３７、カーブフィ
ッティング処理手段３８、出力処理手段３９、内部デー
タバス４０、制御・アドレスバス４１から構成されてい
る。尚、前記１次元化手段３２は２乗平均値計算手段
（図示せず）または２乗メジアン値計算手段（図示せ
ず）を備えている。上述のように、前記データ処理部２
１は、マイクロコンピュータや半導体メモリ等によって
具体的に構成されるが、図３に示す各機能手段はこれら
マイクロコンピュータや半導体メモリ等の一部または全
部を使用して、内部データバス４０、制御・アドレスバ
ス４１によって有機的に結合されることで実現される。

【００２９】図４及び図５に、前記データ処理部２１で
の典型的なデータ処理手順のフローチャートを示す。図
５に示すデータ処理手順は、図４に示すデータ処理手順
と本質的に同等であるため、先ず、図５に示すフローチ
ャートに基づいて、前記データ処理部２１でのデータ処
理手順及び各部の動作に付いて説明する。尚、図４及び
図５に示すデータ処理手順の相違点については後述す
る。

【００３０】図５において、開始ポイントでは、受信信
号は前記受信回路１４及び前記信号強度変調手段１５に
より、前述のように既に前記振幅補正を含む前置処理が
されており、前記ディジタル化された受信信号は反射時
間ｔに対し一定のサンプリング期間Δｔでサンプリング
されている。２次元画像データ生成工程Ｓ１において、
２次元画像データ生成手段３１を用いて、前記ディジタ
ル化された受信信号は、前記Ａ／Ｄ変換処理されたとき
の量子化ビット幅で、移動距離ｘと前記反射波５の前記
物体２からの反射時間ｔで決定される座標（ｘ，ｔ）が
アドレス信号にエンコードされ、２次元画像データとし
て前記データ処理部内のメモリ２１ａの所定の領域に格
納される。

【００３１】図５に示す１次元化工程Ｓ２において、前
記１次元化手段３２が前記メモリ２１ａに格納された前
記２次元画像データの各画像データ（受信信号強度に相
当する振幅値）に対して、反射時間ｔ毎に移動距離ｘ方
向の２乗平均値または２乗メジアン値を前記２乗平均値
計算手段または前記２乗メジアン値計算手段を用いて計
算し、前記２次元画像データをその計算結果と置換する
ことで移動距離ｘ方向に一様化し、前記振幅補正後の１
次元反射時間強度分布を求める。図９（イ）に示す前記
２次元画像データが画面表示されたものの特徴部分のみ
を抽出した説明図の探査画像に対して、その２次元画像
データを前記１次元化工程Ｓ２において１次元化した前
記振幅補正後の１次元反射時間強度分布を図６に示す。

【００３２】図５に示す逆補正工程Ｓ４において、前記
逆補正手段３３を用いて、前記１次元化工程Ｓ２で求め
た前記１次元反射時間強度分布に対し、前記信号強度変
調手段１５による前記振幅補正と前記受信回路１４の増
幅部の利得分を総合した前記受信回路１４の反射時間ｔ
に依存する入出力レベル間の全振幅補正の逆補正に相当
する補正を施し、振幅補正前の１次元反射時間強度分布
を求める。図６に示す前記振幅補正後の１次元反射時間
強度分布に対して、前記逆補正工程Ｓ４において逆補正
を施した前記振幅補正前の１次元反射時間強度分布を図
７（図中実線）に示す。

【００３３】図５に示すカーブフィッティング処理工程
Ｓ７において、前記逆補正工程Ｓ４で求めた前記振幅補
正前の１次元反射時間強度分布に対して、前記カーブフ
ィッティング処理手段３８により、反射時間ｔの関数ｆ
（ｔ）＝ａ＋ｂ＊ｌｏｇ（ｔ）＋ｃｔを用いて、パラメ
ータａ、ｂ、ｃをカーブフィッティング処理により特定
して得られる前記関数ｆ（ｔ）で前記振幅補正前の１次
元反射時間強度分布を置換することで前記振幅補正前の
１次元反射時間強度分布をスムージング処理する。図７
において実線で示す前記振幅補正前の１次元反射時間強
度分布に対して、得られたカーブフィッティング処理後
の前記振幅補正前の１次元反射時間強度分布を、図７に
破線で示す。

【００３４】尚、図６及び図７において、縦軸は１次元
化された受信信号強度の電力値を対数表示（デシベル表
示）し、横軸は反射時間ｔを画素数（ピクセル）表示し
ている。ここで、前記カーブフィッティング処理工程Ｓ
７において、反射時間ｔの関数として、ｆ（ｔ）＝ａ＋
ｂ＊ｌｏｇ（ｔ）＋ｃｔを使用する根拠は、一般に地中
レーダシステムにおいて、受信電力の対数関数が、送信
電力、アンテナ利得、地中物体のレーダ断面積、伝搬媒
質による散乱損失等に依存し、反射時間ｔ（物体の深
さ）に依存しない定数項と、反射時間ｔの対数関数に比
例する拡散減衰項と、反射時間ｔに比例する土壌減衰項
からなる多項式で表されることが知られており、前記関
数ｆ（ｔ）の第１項、第２項、第３項に夫々相当するこ
とに基づいている。結果として、カーブフィッティング
処理に任意の関数を使用する場合に比べ、理論的な裏付
けがあるため、スムージング処理の精度が上がるのであ
る。

【００３５】図５に示す第２判定工程Ｓ５において、前
記有効反射時間抽出手段３６に、前記カーブフィッティ
ング処理工程Ｓ７においてスムージング処理された前記
振幅補正前の１次元反射時間強度分布と、信号強度が前
記振幅補正前の受信信号の有効性を判定する第２閾値と
を入力し、前記有効反射時間抽出手段３６の出力より、
前記第２閾値以下となる最小の反射時間である第２有効
反射時間を求める。図７に破線で示すカーブフィッティ
ング処理後の前記振幅補正前の１次元反射時間強度分布
において、前記受信回路１４の検出可能な最小信号強度
より前記第２閾値として−４ｄＢを設定した場合、第２
有効反射時間は約２５２ピクセルとなる。

【００３６】図５に示す第２補正工程Ｓ８において、前
記順補正手段３４で、前記カーブフィッティング処理工
程Ｓ７においてスムージング処理された前記振幅補正前
の１次元反射時間強度分布に対して、前記逆補正工程Ｓ
４で行う逆補正の逆補正に相当する順補正、つまりは、
前記信号強度変調手段１５による前記振幅補正と前記受
信回路１４の増幅部の利得分を総合した前記受信回路１
４の反射時間ｔに依存する入出力レベル間の全振幅補正
に相当する順補正を行い、スムージング処理された前記
振幅補正後の１次元反射時間強度分布を求め、前記１次
元化工程Ｓ２で求めた前記振幅補正後の１次元反射時間
強度分布と置換する。図７に破線で示すカーブフィッテ
ィング処理後の前記振幅補正前の１次元反射時間強度分
布に対して、順補正を行った結果を図８に示す。

【００３７】図５に示す第４判定工程Ｓ９において、前
記有効反射時間抽出手段３６に、前記第２補正工程Ｓ８
で求めた前記振幅補正後の１次元反射時間強度分布と、
信号強度が前記振幅補正後の受信信号の有効性を判定す
る第１閾値とを入力し、前記有効反射時間抽出手段３６
の出力より、前記第１閾値以下となる最小の反射時間で
ある第３有効反射時間を求める。図８に示す実質的にス
ムージング処理されている前記振幅補正後の１次元反射
時間強度分布において、前記受信回路１４の雑音レベル
より前記第１閾値として１８ｄＢを設定した場合、第３
有効反射時間は約３４２ピクセル以上となる。

【００３８】図５に示す第５判定工程Ｓ１０において、
前記比較選択手段３７に、前記第２判定工程Ｓ５及び前
記第４判定工程Ｓ９で求めた、第２有効反射時間及び第
３有効反射時間を夫々入力し、両者の小さい方を真の有
効反射時間として、前記比較選択手段３７の出力より取
り出す。図９（イ）に示す前記探査画像に対して上述の
一連の処理を施した結果得られた真の有効反射時間は、
図９（ロ）に示すように、約２５２ピクセルとなる。

【００３９】尚、図９（ロ）に、図９（イ）に示す前記
探査画像に対応する実際の２次元画像を作業者の主観評
価した結果を併せて表示する。図中、黒丸が実際に視覚
的に検出できた埋設管で、白丸が視覚的には検出できな
かった埋設管である。図９（ロ）に示すように、埋設管
の深さを検出できる限界を示す反射時間が、上述の手順
により自動的に求めた有効反射時間と略一致しているこ
とが確認できる。

【００４０】（別実施形態）以下に他の実施形態を説明
する。

【００４１】図５に示すデータ処理手順（以下、手順
Ｂ）の代わりに、図４に示すデータ処理手順（以下、手
順Ａ）を実行しても構わない。手順Ａと手順Ｂの相違点
は、手順Ａの第１判定工程Ｓ３と手順Ｂの第４判定工程
Ｓ９は、いづれも前記振幅補正後の１次元反射時間強度
分布の信号強度が前記振幅補正後の受信信号の有効性を
判定する第１閾値以下となる最小の反射時間である第１
有効反射時間を求める点で同じ処理内容であるが、手順
Ａは、前記１次元化工程Ｓ２で求めた前記振幅補正後の
１次元反射時間強度分布を使用する点で手順Ｂと相違す
る。手順Ａの第３判定工程Ｓ６と手順Ｂの第５判定工程
Ｓ１０も、二つの有効反射時間の内の小さい方を選択す
る処理である点で全く同等の処理である。以上より、手
順Ａと手順Ｂの間で本質的な処理内容の相違はない。手
順Ｂは前記逆補正工程Ｓ４の後に前記カーブフィッティ
ング処理工程Ｓ７を設けてあるが、手順Ａにおいても、
前記１次元化工程Ｓ２または前記逆補正工程Ｓ４の後に
別の関数を用いたカーブフィッティング処理工程を別途
設けても構わない。

【００４２】手順Ａにおいて、前記第１判定工程Ｓ３は
前記１次元化工程Ｓ２の後で、前記第３判定工程Ｓ６の
前であれば、任意の工程後に実行しても構わない。ま
た、手順Ｂにおいて、前記第２判定工程Ｓ５は前記逆補
正工程Ｓ４の後で、前記第５判定工程Ｓ１０の前であれ
ば、任意の工程後に実行しても構わない。

【００４３】手順Ａまたは手順Ｂにおいて、カーブフィ
ッティング処理工程の代わりに、任意の１次元反射時間
強度分布の各データ値に対して、局所平均値や、局所加
重平均値、局所メディアン等を用いるスムージング処理
や、弛緩法等によるその他の平滑化手法を用いたスムー
ジング処理を施すのも好ましい実施の形態である。

【００４４】前記信号強度変調手段１５は減衰器の代わ
りに増幅器であっても構わない。また、図４または図５
に示す前記逆補正工程Ｓ４において、前記受信回路１４
の反射時間ｔに依存する入出力レベル間の全振幅補正の
逆補正でなくとも、反射時間ｔに依存する振幅補正を相
対的に逆補正できれば、逆補正後の絶対レベルは任意で
構わない。但し、反射時間ｔに依存しない絶対レベルの
変動分は、前記第２判定工程Ｓ５において、前記第２閾
値に対し前記絶対レベルの変動分に相当する分を補正す
る必要が生じるが、前記有効反射時間抽出手段３６の入
力である前記振幅補正前の１次元反射時間強度分布と前
記第２閾値が同様にレベルシフトしただけであり、処理
結果は前記第２判定工程Ｓ５と同じになる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
探査媒質中を伝搬する波動信号に係わる媒質定数を知る
ことなく、「どの深さ（距離）まで有効に探査信号が届
き、対象物体から反射して返ってくるのか」を示す有効
反射深度を自動的に判断でき、媒質中に存在する物体の
位置を探査する探査方法及び装置において、簡単にその
探査能力を知ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】探査装置のブロック構成図

【図２】送信信号と受信信号の波形図

【図３】データ解析装置の機能ブロック図

【図４】本発明のデータ処理手順を示すフローチャート

【図５】本発明のデータ処理手順を示すフローチャート

【図６】本発明の１次元反射時間強度分布の一例を示す
サンプル図

【図７】本発明の１次元反射時間強度分布の一例を示す
サンプル図

【図８】本発明の１次元反射時間強度分布の一例を示す
サンプル図

【図９】本発明のデータ処理手順に使用した探査画像と
処理結果を示す説明図。

【図１０】従来技術の処理手順を示すブロック図

【図１１】従来技術の処理内容を示す説明図

【符号の説明】

１ 媒質 ２ 物体 ３ 探査装置 ４ 入射波 ５ 反射波 １０ 送受信手段 １１ 送信アンテナ １２ 受信アンテナ １３ 送信回路 １４ 受信回路 １５ 信号強度変調手段 ２０ データ解析手段 ２１ データ処理部 ２１ａ メモリ ２２ 入力部 ２３ 表示部 ２４ 外部補助記憶部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−64081（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−222284（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−142284（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−174837（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 3/12 G01S 13/88 G01V 1/00

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 媒質の表面を移動しながら、電磁波また
   は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
   中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
   と、前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔに応じた
   増幅率または減衰率で前記反射信号の振幅を補正する信
   号強度調整工程と、前記振幅補正後の受信信号強度に対
   する前記媒質表面上の移動距離ｘと反射時間ｔを座標
   （ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画
   像データ生成工程とを順次実行し、前記媒質中に存在す
   る物体の位置を探査する探査方法において、 前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元
   画像データに対して、反射時間ｔ毎に前記各画像データ
   の移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を所定の計算に
   より求まる特定値で置換することで移動距離ｘ方向に一
   様化し、前記振幅補正後の１次元反射時間強度分布を求
   める１次元化工程と、前記１次元化工程で求めた前記１
   次元反射時間強度分布に対し前記振幅補正の逆補正に相
   当する補正を施し、前記振幅補正前の１次元反射時間強
   度分布を求める逆補正工程と、前記１次元化工程で得ら
   れた前記１次元反射時間強度分布において、信号強度が
   前記振幅補正後の受信信号の有効性を判定する第１閾値
   以下となる最小の反射時間である第１有効反射時間を求
   める第１判定工程と、前記振幅補正前の１次元反射時間
   強度分布に対して、信号強度が前記振幅補正前の受信信
   号の有効性を判定する第２閾値以下となる最小の反射時
   間である第２有効反射時間を求める第２判定工程と、前
   記第１有効反射時間と前記第２有効反射時間の小さい方
   を真の有効反射時間とする第３判定工程とを実行して、
   反射時間ｔの有効範囲を求め、前記探査方法の探査能力
   を導出する探査能力導出方法。
2. 【請求項２】 媒質の表面を移動しながら、電磁波また
   は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
   中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信工程
   と、前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔに応じた
   増幅率または減衰率で前記反射信号の振幅を補正する信
   号強度調整工程と、前記振幅補正後の受信信号強度に対
   する前記媒質表面上の移動距離ｘと反射時間ｔを座標
   （ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画
   像データ生成工程とを順次実行し、前記媒質中に存在す
   る物体の位置を探査する探査方法において、 前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元
   画像データに対して、反射時間ｔ毎に前記各画像データ
   の移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を所定の計算に
   より求まる特定値で置換することで移動距離ｘ方向に一
   様化し、前記振幅補正後の１次元反射時間強度分布を求
   める１次元化工程と、前記１次元化工程で求めた前記１
   次元反射時間強度分布に対し前記振幅補正の逆補正に相
   当する補正を施し、振幅補正前の１次元反射時間強度分
   布を求める逆補正工程と、前記逆補正工程で求めた前記
   振幅補正前の１次元反射時間強度分布に対し前記振幅補
   正と同等の補正を施し、前記振幅補正後の１次元反射時
   間強度分布と置換する第２補正工程と、前記第２補正工
   程で得られた前記振幅補正後の１次元反射時間強度分布
   において、信号強度が前記振幅補正後の受信信号の有効
   性を判定する第１閾値以下となる最小の反射時間である
   第３有効反射時間を求める第４判定工程と、前記振幅補
   正前の１次元反射時間強度分布に対して、信号強度が前
   記振幅補正前の受信信号の有効性を判定する第２閾値以
   下となる最小の反射時間である第２有効反射時間を求め
   る第２判定工程と、前記第３有効反射時間と前記第２有
   効反射時間の小さい方を真の有効反射時間とする第５判
   定工程とを実行して、反射時間ｔの有効範囲を求め、前
   記探査方法の探査能力を導出する探査能力導出方法。
3. 【請求項３】 前記１次元化工程において、工程の先頭
   部分に、前記２次元画像データの移動距離ｘ毎の反射時
   間ｔ方向の信号波形を前記信号波形の包絡線で置換する
   工程を追加した請求項１または２記載の探査能力導出方
   法。
4. 【請求項４】 前記各工程に存在する前記振幅補正後の
   １次元反射時間強度分布及び前記振幅補正前の１次元反
   射時間強度分布の内の少なくとも一つの１次元反射時間
   強度分布に対して、反射時間ｔ方向の信号波形に対して
   スムージング処理を施し、スムージング処理前の原１次
   元反射時間強度分布と置換する請求項１、２または３記
   載の探査能力導出方法。
5. 【請求項５】 前記スムージング処理が前記１次元反射
   時間強度分布を反射時間ｔの所定の関数で置換する処理
   であり、カーブフィッティング処理により前記関数を特
   定する請求項４記載の探査能力導出方法。
6. 【請求項６】 前記１次元化工程において、前記所定の
   計算が、反射時間ｔ毎に前記各画像データの移動距離ｘ
   方向の各受信信号強度の２乗平均値または２乗メジアン
   値を求める計算である請求項１、２、３、４または５記
   載の探査能力導出方法。
7. 【請求項７】 媒質の表面を移動しながら、電磁波また
   は音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒質
   中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信手段
   と、前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔに応じた
   増幅率または減衰率で前記反射信号の振幅を補正する信
   号強度変調手段と、前記振幅補正後の受信信号を入力し
   て受信信号強度に対する前記媒質表面上の移動距離ｘと
   反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを
   出力する２次元画像データ生成手段とを備えてなる、前
   記媒質中に存在する物体の位置を探査する探査装置に対
   する探査能力導出装置であって、 前記２次元画像データを入力して、反射時間ｔ毎に前記
   各画像データの移動距離ｘ方向の前記各受信信号強度を
   所定の計算により求まる特定値で置換することで移動距
   離ｘ方向に一様化し、前記振幅補正後の１次元反射時間
   強度分布を出力する１次元化手段と、前記振幅補正後の
   １次元反射時間強度分布を入力可能で、入力された１次
   元反射時間強度分布に対して、前記信号強度変調手段で
   実行する前記振幅補正の逆補正に相当する補正を施し、
   前記振幅補正前の１次元反射時間強度分布を出力する逆
   補正手段と、任意の１次元反射時間強度分布と所定の信
   号強度閾値を入力可能で、入力された１次元反射時間強
   度分布の信号強度が前記信号強度閾値以下となる最小の
   反射時間を有効反射時間として出力する有効反射時間抽
   出手段と、前記有効反射時間を入力可能で、二つの入力
   値を比較して小さい方を選択して出力する比較選択手段
   とを備えている探査能力導出装置。
8. 【請求項８】 前記振幅補正前の１次元反射時間強度分
   布を入力可能で、入力された１次元反射時間強度分布に
   対して、前記信号強度変調手段で実行する前記振幅補正
   と同等の補正を施し、前記振幅補正後の１次元反射時間
   強度分布を出力する順補正手段を備えている請求項７記
   載の探査能力導出装置。
9. 【請求項９】 前記２次元画像データの移動距離ｘ毎に
   反射時間ｔ方向の信号波形を前記信号波形の包絡線で置
   換する２次元画像平滑化手段を、前記１次元化手段に追
   加した請求項７または８記載の探査能力導出装置。
10. 【請求項１０】 任意の１次元反射時間強度分布を入力
    可能で、入力された１次元反射時間強度分布に対して、
    反射時間ｔ方向の信号波形に対するスムージング処理を
    施すスムージング処理手段を備えている請求項７、８ま
    たは９記載の探査能力導出装置。
11. 【請求項１１】 前記スムージング処理手段が、前記入
    力された１次元反射時間強度分布に応じて、予め設定さ
    れた反射時間ｔの関数に対してカーブフィッティング処
    理を行い、前記入力された１次元反射時間強度分布を前
    記カーブフィッティング処理後の前記関数で表される信
    号強度で置換するカーブフィッティング処理手段である
    請求項１０記載の探査能力導出装置。
12. 【請求項１２】 前記１次元化手段が、複数の入力デー
    タに対し２乗平均値を計算する２乗平均値計算手段、ま
    たは、複数の入力データに対し２乗メジアン値を計算す
    る２乗メジアン値計算手段を備えている請求項７、８、
    ９、１０または１１記載の探査能力導出装置。
13. 【請求項１３】 媒質の表面を移動しながら、電磁波ま
    たは音波による波動信号を前記媒質中へ放射し、前記媒
    質中に存在する物体からの反射信号を受信する送受信手
    段と、前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔに応じ
    た増幅率または減衰率で前記反射信号の振幅を補正する
    信号強度変調手段と、前記振幅補正後の受信信号を入力
    して受信信号強度に対する前記媒質表面上の移動距離ｘ
    と反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データ
    を出力する２次元画像データ生成手段とを備えてなる、
    前記媒質中に存在する物体の位置を探査する探査装置で
    あって、 請求項７、８、９、１０、１１、または１２記載の探査
    能力導出装置と、前記２次元画像データ及び前記探査能
    力導出装置の出力結果を表示可能な出力装置を備えてな
    る探査装置。