JP3488579B2

JP3488579B2 - 漏水位置検出方法および漏水位置検出装置

Info

Publication number: JP3488579B2
Application number: JP23678196A
Authority: JP
Inventors: 良雅米沢; 透佐野; 拓也田崎; 明彦江波戸; 博司佐藤; 義之佐藤
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Metropolitan Government
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Metropolitan Government
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: JPH1082712A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に埋設されて
いる水道管等の漏水位置を地表において推定検出する漏
水位置検出方法および漏水位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】老朽化等によって地中に埋設されている
水道管が破損すると、この破損箇所からいわるゆる漏水
が発生する。水道管からの漏水によって地中に浸透する
水の量は莫大なものであるといわれている。最近のよう
に水不足が重大な社会問題となつているときには、水道
管からの漏水をできるだけ少なくすることが水資源確保
のためにも重要である。

【０００３】ところで、地中に埋設されている水道管の
漏水位置を検知する方法としては、従来から幾つか考え
られている。

【０００４】代表的な例は人間の聴覚による方法であ
る。この方法では、水道管の地上に露出している部分、
たとえば弁の設けられている場所において、熟練作業者
が水道管を通して伝わる音を聴くことにより、その水道
管に漏水音（振動）が発生しているか否かを検知する。
この検知作業は、人間の聴覚および経験によるよるた
め、車の振動等による外部雑音の少ない深夜等に行われ
るのが一般的である。そして、水道管から漏水音が発生
していると検知されたときには、漏水音の最も大きい位
置を把握するために、作業者が地上を移動しながらマイ
ク（音聴センサ）や音聴棒を用いて音源を探査する。漏
水音の最も大きい位置を把握した時点で、その地面を掘
って水道管を露出させ、現実に漏水しているか否かを調
べ、必要な修復を行う。

【０００５】しかし、この検出方法では、時間的な制約
があるばかりか、作業者の感覚を主体にして行われるた
め、作業能率が非常に悪く、しかも漏水箇所を精度良く
見つけ出し難いという問題があった。

【０００６】一方、最近では、音響信号処理技術を応用
し、地表面に伝わる漏水エネルギの流れ方向を検出する
ことで、人間の感覚に頼ることなく、地中に存在する漏
水箇所を地上から検出する方法が提案されている。

【０００７】この方法では、図２７に示すように、地中
に埋設されている水道管１の一部分に漏水音センサ２を
取付けるとともに地表面３の２箇所に所定間隔ｄだけ離
間させて地表振動センサ４ａ，４ｂを配置し、この地表
振動センサ４ａ，４ｂを水道管１の配設経路に沿って移
動させ、このときに信号処理装置５で地表振動センサ４
ａ，４ｂの出力信号から漏水音センサ２で得られた信号
成分に関わりのある信号成分を相互相関処理で抽出し、
抽出された信号成分から地表面に伝わる漏水エネルギの
インテンシティを演算し、このインテンシティの大きさ
および極性から漏水位置Ｅを示すベクトルを得るように
している。

【０００８】すなわち、この方法では、漏水位置Ｅから
放射された漏水音が地中を伝播して地表振動センサ４
ａ，４ｂに入射するとき、地表振動センサ４ａ，４ｂの
位置の違いに起因して位相差が生じることに着目し、こ
の位相差をインテンシティとして捉え、このインテンシ
ティの大きさおよび極性から漏水位置Ｅを示すベクトル
（大きさおよび方向）を得るようにしている。

【０００９】しかしながら、このような音響信号処理技
術を応用した検出方法にあっても次のような問題あっ
た。

【００１０】すなわち、図２７に示す方法で用いるイン
テンシティは、音響分野でいうアクテイブインテンシテ
ィであり（以下、これを用いる方法をＡＩ法と称す）、
音の進行方向に垂直な単位面積を単位時間に通過する音
のエネルギで定義される。これは音圧（振動）と粒子速
度の時間平均の量であり、粒子速度項は２つの地表振動
センサ４ａ，４ｂで検出した音圧（振動）の差を積分す
ることで得られる。この手法は直接積分法と呼ばれ、空
間域での音源探査では広く用いられている。

【００１１】このＡＩ法を用いた図２７の装置で得られ
るインテンシティＩは、(1) 式で評価される。ただし、
漏水音は点音源から放射され、地中の伝播経路では減衰
はあるものの、反射はないものとする。

【００１２】Ｉ＝Ａsin(-kΔr-α) …(1) Δr ＝｛ (d+x)²+L²)}^0.5- (x²+L²) ^0.5 k＝ 2πｆ／V なお、 dは２つの地表振動センサの間隔、 xは測定位置
（漏水位置Ｅを原点として一方の基準となる地表振動セ
ンサまでの水平距離）、 Lは水道管の埋設深度、Δr は
漏水位置Ｅから２つの地表振動センサまでの伝播距離
差、αはセンサ設置誤差、 kは波数、ｆは周波数、 Vは
伝播速度、 Aは振幅（地中減衰分含む）である。

【００１３】ＡＩ法におけるインテンシティＩは、(1)
式から判るように、伝播距離差Δrとセンサ設置誤差α
によって大きく変化する。このうちセンサ設置誤差αと
は、地表面と各地表振動センサとの接触状態から生じる
漏水振動検出時間遅れのことである。

【００１４】今、センサ設置誤差αが零であると仮定す
ると、２つの地表振動センサ４ａ，４ｂを、その間隔ｄ
を保って水道管１に沿って移動させたときの測定位置ｘ
（ここでは漏水位置Ｅから２つの地表振動センサ４ａ，
４ｂの中間位置までの水平距離とする。）に対するイン
テンシティＩの大きさ（振動振幅）および極性は、図２
８(b) に示すように、漏水位置Ｅに近付くにしたがって
インテンシティＩが次第に大きくなり、さらに近付くと
一転して小さくなり、漏水位置Ｅの真上では零となる。
そして、２つの地表振動センサ４ａ，４ｂをさらに移動
させると、インテンシティＩの極性が反転し、その大き
さが次第に増加する。このときに得られる漏水位置推定
ベクトルは図２８(a) に示すように変化する。

【００１５】したがって、２つの地表振動センサ４ａ，
４ｂを水道管１に沿って移動させ、インテンスティＩの
極性が＋（−）から−（＋）に転じる零点位置、つまり
漏水位置推定ベクトルが零の位置を求めれば、その位置
が漏水位置Ｅの真上であることから、漏水位置Ｅを知る
とができる。なお、漏水位置Ｅから離れた位置では，漏
水位置推定ベクトルが反転するが、振幅が小さくなるこ
とから検知精度には影響を与えない。

【００１６】上述した例はセンサ設置誤差αが零と仮定
した場合であるが、実際の検出現場ではセンサ設置誤差
αを零にすることは不可能である。すなわち、漏水位置
Ｅを推定検出するには２つの地表振動センサ４ａ，４ｂ
を地表面に沿って移動させる必要があるので、地表振動
センサ４ａ，４ｂを配置する形態としては、必然的に地
表面にセンサを単に置くだけの形態となる。センサの重
量を大きくしたり、地表面との間に音響整合要素を介在
させたりしても地表面の形状や固さ等によってセンサと
地表面との接触状態が大きく変わり、センサ設置誤差α
を零にすることはできない。

【００１７】このように、センサ設置誤差αが入り込む
と、図２８(c) に示すように、インテンシティＩの振幅
ばかりか極性も変化する。したがって、漏水位置検知の
推定精度Ｘｒを漏水位置Ｅからたとえば周囲50cmと限定
した場合、この範囲内でインテンシティＩが反転してい
れば問題ないが、インテンシティＩの反転位置がこの範
囲を越えた場合には、漏水位置Ｅを正しく検出できない
ことになる。たとえば、地表振動センサ４ａ，４ｂの間
隔が20cmで200Hz の漏水エネルギを検出する場合、セン
サ設置誤差αが位相遅れにして20度のときは、図２９
(a) に示すように、インテンシティＩの反転位置が推定
精度Ｘｒの範囲外となってしまう。また、センサ設置誤
差αが位相遅れにして100 度のときには、図２９(b) に
示すように、推定精度Ｘｒの範囲外でもインテンシティ
Ｉが反転しないので、漏水位置Ｅの方向を知ることもで
きない。

【００１８】このように、(1) 式で示されるインテンシ
ティＩは，地表振動センサの間隔 dと周波数 f と伝播
速度 Vと測定位置 xと配管埋設深度 Lとによって変化す
る。そして、ある検出場において、伝播速度 V、配管埋
設深度 Lが一定であると仮定した場合でも、センサ間隔
dと周波数 fとの違いにより、センサ設置誤差αの影響
を受ける割合が変化する。このため、図２７に示される
方法では、漏水位置Ｅを望まれる推定精度Ｘｒで検出す
ることが困難であった。

【００１９】また、図２７に示される方法では、条件が
理想的に満たされた場合でも、そのインテンスティＩ
が、図２８(b) に示すように、漏水位置Ｅの真上で零と
なってしまうため、漏水位置推定ベクトルも零となる。
漏水位置近傍では、本来漏水から受けるエネルギが大き
いにも拘らず、この有効な情報を漏水位置椎定ベクトル
に反映できないという問題があった。

【００２０】なお、通常の空間域における音源探査で利
用するインテンシティも上述したアクティブインテンシ
ティの原理を使っている。しかし、この場合には漏水位
置の真上で見られるような上述した問題は生じない。こ
れは、音源探査の場合には空間に音源信号検出用マイク
を互いに直交するｘｙｚ軸上に複数設置することがで
き、１つの軸上のインテンシティ射影成分がたとえ零に
なつても、他の軸上の射影成分が大きさを持つことか
ら、最終的にインテンシティは３軸のベクトルの合成と
なり、エネルギ量を少なく算出することがないことによ
る。

【００２１】漏水位置検出の場合においても、もしも地
中にセンサを埋設できれば、深さ（鉛直）方向に伝わる
エネルギ量を検出できるので、漏水位置真上の地表面イ
ンテンシティが零になっても、深さ（鉛直）方向のイン
テンシティが最大となり、通常の空間域における音源探
査と同様の探査機能を発揮させることができる。しか
し、漏水位置検出では現実問題として地下にセンサを埋
設することはできないので、地下方向のインテンシティ
を漏水位置推定ベクトルに加えることができず、漏水エ
ネルギを最大限に利用することはできない。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、音響信号
処理技術を応用した漏水位置検出方法は、人間の聴覚に
頼る方法に比べて自由度が大きい。しかし、アクティブ
インテンシティ法を用いた従来の漏水位置検出方法で
は、地表面と地表振動センサとの接触状態から生じる漏
水振動検出時間遅れ、つまりセンサ設置誤差の影響でイ
ンテンシティの大きさや極性が変化し、これが原因して
所望の推定精度で漏水位置を検出することが困難であっ
た。また、アクティブインテンシティ法を用いる従来の
漏水位置検出方法では、漏水エネルギの有効利用を図る
ことができないため、この面からも精度の高い漏水位置
検出ができない問題があった。

【００２３】そこで本発明は、上述した従来のアクティ
ブインテンシティ法が持つ不具合を解消でき、検出精度
の向上に寄与できる漏水位置検出方法および漏水位置検
出装置を提供することを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る漏水位置検出方法では、地中に埋設
されている配管の漏水位置を推定検出するに当り、配管
の一部分に漏水音センサを取付けるとともに、漏水音信
号に含まれる複数の周波数成分を対象にし、対象とする
周波数成分に対応させて間隔をそれぞれ異ならせた実質
的に複数対の地表振動センサを地表面に移動可能に配置
し、これら複数対の地表振動センサの出力信号から漏水
音センサで得られた信号とは関わりのない雑音信号を相
互相関処理でそれぞれ除去し、この処理を経た各対をな
す信号を用いて地表面に伝わる漏水エネルギのうちの上
記信号を出力した対をなす地表振動センサが対象にして
いる周波数成分のアクティブインテンシティをそれぞれ
演算し、各アクティブインテンシティの大きさおよび極
性から対象とする周波数成分毎に漏水位置推定ベクトル
をそれぞれ求めるようにしている。

【００２５】また、上記目的を達成するために、請求項
２に係る漏水位置検出方法では、地中に埋設されている
配管の漏水位置を推定検出するに当り、配管の一部分に
漏水音センサを取付けるとともに、漏水音信号に含まれ
る複数の周波数成分を対象にし、対象とする周波数成分
に対応させて間隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対
の地表振動センサを地表面に移動可能に配置し、これら
複数対の地表振動センサの出力信号から漏水音センサで
得られた信号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理
でそれぞれ除去し、この処理を経た各対をなす信号を用
いて地表面に伝わる漏水エネルギのうちの上記信号を出
力した対をなす地表振動センサが対象にしている周波数
成分のアクティブインテンシティをそれぞれ演算すると
ともに上記周波数成分のリアクティブインテンシティを
それぞれ演算し、ベクトルの方向については上記アクテ
ィブインテンシティの極性を用い、ベクトル大きさにつ
いては上記リアクティブインテンシティの大きさを用い
て対象とする周波数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそ
れぞれ求めるようにしている。

【００２６】また、上記目的を達成するために、請求項
４に係る漏水位置検出装置では、地中に埋設されている
配管の一部分に取付けられる漏水音センサと、漏水音信
号に含まれる複数の周波数成分を検出対象にして地表面
に移動可能に配置され、対象とする周波数成分に対応さ
せて間隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対の地表振
動センサと、これら複数対の地表振動センサの出力信号
から前記漏水音センサで得られた信号とは関わりのない
雑音信号を相互相関処理でそれぞれ除去する手段と、こ
の手段を経た各対をなす信号を用いて地表面に伝わる漏
水エネルギのうちの上記信号を出力した対をなす地表振
動センサが対象にしている周波数成分のアクティブイン
テンシティをそれぞれ演算する手段と、各アクティブイ
ンテンシティの大きさおよび極性から対象とする周波数
成分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求める手段と
を備えている。

【００２７】また、上記目的を達成するために、請求項
５に係る漏水位置検出装置では、地中に埋設されている
配管の一部分に取付けられる漏水音センサと、漏水音信
号に含まれる複数の周波数成分を対象にして地表面に移
動可能に配置され、対象とする周波数成分に対応させて
間隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対の地表振動セ
ンサと、これら複数対の地表振動センサの出力信号から
前記漏水音センサで得られた信号とは関わりのない雑音
信号を相互相関処理でそれぞれ除去する手段と、この手
段を経た各対をなす信号を用いて地表面に伝わる漏水エ
ネルギのうちの上記信号を出力した対をなす地表振動セ
ンサが対象にしている周波数成分のアクティブインテン
シティをそれぞれ演算するとともに上記周波数成分のリ
アクティブインテンシティをそれぞれ演算する手段と、
ベクトルの方向については前記アクティブインテンシテ
ィの極性を用い、ベクトル大きさについては前記リアク
ティブインテンシティの大きさを用いて対象とする周波
数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求める手段
とを備えている。

【００２８】なお、請求項１，２に係る漏水位置検出方
法および請求項４，５に係る漏水位置検出装置におい
て、複数の周波数成分に対応させて配置される実質的に
複数対の地表振動センサは、対象とする周波数が低いほ
ど間隔が広く設定される。

【００２９】前述の如く、ＡＩ法で漏水位置を推定する
場合には、アクティブインテンシティの大きさおよび極
性から漏水位置推定ベクトルを求める。発明者等の実験
研究によると、ＡＩ法を適用した場合、漏水位置の推定
精度Ｘｒを一定とすると、この推定精度Ｘｒを満たすセ
ンサ設置誤差αの許容範囲が地表振動センサの間隔と周
波数帯域とによって大きく異なることを見出した。

【００３０】たとえば、推定精度Ｘｒが50cmで、地表振
動センサの間隔が20cmの場合、1kHzの信号成分を対象に
したときには、センサ設置誤差αが角度にして遅れ位相
・進み位相を合わせて110 度の範囲でも推定精度Ｘｒを
満たす。しかし、同じ地表振動センサの間隔20cmでも20
0Hz の信号成分を対象にしたときには、推定精度Ｘｒを
満たすセンサ設置誤差αの範囲は35度と非常に狭く、ほ
とんど余裕がない。また、地表振動センサの間隔が50cm
の場合、400Hz の信号成分を対象にしたときには、セン
サ設置誤差αの範囲が110 度でも推定精度Ｘｒを満た
す。しかし、同じ地表振動センサの間隔50cmでも600Hz
以上の信号成分を対象にしたときには、推定精度Ｘｒを
満たすセンサ設置誤差αの許容範囲は0 度である。

【００３１】このように、漏水位置の推定精度Ｘｒを一
定としたとき、この推定精度Ｘｒを満たすセンサ設置誤
差αの許容範囲は地表振動センサの間隔と周波数帯域と
によって異なり、総じて対象とする周波数が低いほど間
隔を広くすれば、センサ設置誤差αの許容範囲が広がる
傾向にあることが判った。

【００３２】この知見に基いて、請求項１，４に係る検
出方法および検出装置では、漏水音信号に含まれる複数
の周波数成分を対象にし、複数の周波数成分に対応させ
て実質的に複数対の地表振動センサを配置し、これら対
をなす地表振動センサが対象にしている周波数成分のア
クティブインテンシティをそれぞれ演算し、各アクティ
ブインテンシティの大きさおよび極性から対象とする周
波数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求めてい
る。

【００３３】したがって、請求項１，４に係る検出方法
および検出装置では、ＡＩ法を採用しているにも拘ら
ず、センサ設置誤差αの影響を少なくでき、精度の高い
漏水位置推定が可能となる。

【００３４】一方、請求項２，５に係る検出方法および
検出装置では、基本的には請求項１，４に係る検出方法
および検出装置で採用している手法を採用し、最終的な
信号処理の段階で、各周波数成分のアクティブインテン
シティとリアクティブインテンシティとをそれぞれ演算
し、ベクトルの方向についてはアクティブインテンシテ
ィの極性を用い、ベクトル大きさについてはリアクティ
ブインテンシティの大きさを用いて対象とする周波数成
分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求めている。

【００３５】したがって、請求項２，５に係る検出方法
および検出装置では、センサ設置誤差αの影響を少なく
できるとともに、本来、漏水エネルギが最も大きい位置
である漏水位置真上における漏水位置推定ベクトルの大
きさを最大にすることができるので、より精度の高い漏
水位置推定が可能となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施形態を説明する。

【００３７】図１には本発明の一実施形態に係る漏水位
置検出装置のブロック構成図が示されている。

【００３８】この装置は、大きく分けて、地中に埋設さ
れている水道管１１の一部分、たとえば地上に露出して
いる弁部分等に取付けられる漏水音センサ１２と、漏水
音信号に含まれる複数の周波数成分を検出対象にして地
表面１３に移動可能に配置され、対象とする周波数成分
に対応させて間隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対
の地表振動センサ１４〜１８と、これら地表振動センサ
１４〜１８の出力信号から漏水音センサ１２で得られた
信号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理でそれぞ
れ除去する相互相関処理部１９と、この処理部１９を経
た各対をなす信号を用いて地表面１３に伝わる漏水エネ
ルギのうちの上記信号を出力した対をなす地表振動セン
サが対象にしている周波数成分をそれぞれ抽出処理する
信号処理部２０と、抽出された各周波数成分を用いて各
周波数成分毎に各アクティブインテンシティを算出する
算出部２１と、算出された各アクティブインテンシティ
の大きさおよび極性から対象とする周波数成分毎に漏水
位置推定ベクトルをそれぞれ求めて表示する漏水位置推
定ベクトル表示装置２２とで構成されている。

【００３９】ここで、地表振動センサ１４〜１８は、対
をなすもの同志が所定の間隔を設けて直線上に配置され
ている。すなわち、この例では図２に示すように、地表
振動センサ１４を共通センサとして用い、この地表振動
センサ１４から距離Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄離れた位置
に地表振動センサ１５〜１８が配置されている。この配
置から判るように、地表振動センサ１４と１５、地表振
動センサ１４と１６、地表振動センサ１４と１７、地表
振動センサ１４と１８とがそれぞれ対をなしている。

【００４０】さらに詳しく説明すると、地表振動センサ
１４と１５とは、たとえば1kHz成分を対象にしてＸ₁＝
20cmに設定されており、地表振動センサ１４と１６とは
たとえば600Hz 成分を対象にしてＸ₂＝30cmに設定され
ており、地表振動センサ１４と１７とはたとえば400Hz
成分を対象にしてＸ₃＝40cmに設定されており、地表振
動センサ１４と１８とはたとえば200Hz 成分を対象にし
てＸ₄＝50cmに設定されている。

【００４１】これら地表振動センサ１４〜１８は、共通
に支持部材２３に支持されており、図示しない移動配設
機構によって水道管１１の配設経路に沿って地表面３に
所定の測定送り間隔で載置される。

【００４２】なお、対をなして配置される地表振動セン
サの設け方は、上記例に限られるものではなく、たとえ
ば図３に示すように、各周波数成分専用のものを２個ず
つ用意し、これら対をなすもの同士で間隔の小さいもの
ほど中央部に位置するように配置してもよい。また、移
動配設機構に代えて作業者の手で地表振動センサ群を移
動載置してもよいし、さらに一対の地表振動センサだけ
用意し、両センサの間隔を作業者の手で順次変更する方
式も採用できる。

【００４３】一方、前記算出部２１は、対をなす周波数
成分信号を使ってアクテブインテンシティを算出する。
具体的には、一方の信号の振動振幅をＰ₁とし、他方の
信号の信号振幅をＰ₂とすると、インテンシティＩを、

【数１】

【００４４】として求める。なお、Ｋは地表振動センサ
の間隔を含む係数で、Ｚは（Ｐ₁−Ｐ₂）の単位時間積
分値である。

【００４５】なお、図中、Ｅは水道管１１からの漏水位
置を示している。

【００４６】このように、この例に係る漏水位置検出装
置では、漏水音信号に含まれる複数の周波数成分を対象
にし、これら複数の周波数成分に対応させて間隔が異な
る実質的に複数対の地表振動センサ１４〜１８を配置
し、これら対をなす地表振動センサが対象にしている周
波数成分のアクティブインテンシティをそれぞれ演算
し、各アクティブインテンシティの大きさおよび極性か
ら対象とする周波数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそ
れぞれ求めている。

【００４７】したがって、ＡＩ法を採用しているにも拘
らず、センサ設置誤差αの影響を少なくでき、精度の高
い漏水位置推定が可能となる。

【００４８】以下、この理由をシミュレーション結果に
基いて説明する。

【００４９】図４には検出対象周波数を200 Hzとし、地
表振動センサの間隔を40cmに設定したときの測定位置Ｘ
とセンサ設置誤差αとの違いによるアクティブインテン
シティＩの変化が示されている。インテンシティＩの大
きさは等高線で示され、中央部に位置する等高線ほど絶
対値が大である。また、ハッチングで示される領域とド
ットで示される領域とではインテンシティＩの極性が反
転している。横軸は測定位置Ｘを表し、原点が漏水位置
Ｅである。縦軸はセンサ設置誤差αを表し、遅れ位相18
0 度から進み位相180 度までを示している。図中、縦２
本の点線は漏水位置の推定精度Ｘｒを表し、ここでは50
cmとしている。

【００５０】ＡＩ法を適用した漏水位置推定では、前述
のようにインテンシティＩの反転位置を用いて漏水位置
Ｅを推定する。そこで、以下に示す条件のもとで、セン
サ設置誤差αの許容範囲を調べた。

【００５１】漏水位置推定の条件 (1) 条件１：推定精度Ｘｒ内（２本の点線で囲まれた範
囲内）でのみインテンシティＩが１回反転すること。 (2) 条件２：上記の範囲外の測定範囲（たとえば漏水位
置Ｅから周囲 2m ）では反転してはいけないこと。

【００５２】なお、条件１を満足しても反転箇所が複数
存在する場合には漏水位置Ｅを推定できないので、条件
２は必要である。

【００５３】上記条件を満たす範囲を調べてみると、図
４においては、インテンシティＩが零の領域（最も外側
に位置している等高線より外側の領域）が上述した縦２
本の線と交わった点Ａにおけるセンサ設置誤差αが漏水
位置推定可能な限界値となり、この点を通る２本の横軸
で囲まれた範囲がセンサ設置誤差αの許容範囲となる。
この例の条件では、進み位相約45度、遅れ位相約25度ま
でのセンサ設置誤差αならば推定精度Ｘｒに影響を与え
ないことになる。

【００５４】代表的な例として、地表振動センサの間隔
を20cmにして200Hz ，1kHzの信号成分を検出対象とした
場合、地表振動センサの間隔を40cmにして1kHzの信号成
分を検出対象とした場合について図５、図６、図７に示
す。

【００５５】このようにして各例について調べたとこ
ろ、地表振動センサの間隔の違いによる周波数毎のセン
サ設置誤差許容範囲は表１に示す結果となった。

【００５６】

【表１】

【００５７】表１において、それぞれの条件で遅れ位相
と進み位相とが同じ数値でないのは測定位置Ｘを漏水位
置Ｅの真上から基準となる地表振動センサまでの距離と
したためで、漏水位置Ｅの真上から２つのセンサ間の中
心までの距離とすれば同じ数値となる。したがって、最
終的な評価はこれらの合計、すなわちセンサ設置誤差α
の許容範囲（表中：全範囲の数値）となる。

【００５８】図８には地表振動センサの間隔の違いによ
る周波数毎のセンサ設置誤差αの許容範囲が示されてい
る。

【００５９】この図から判るように、低周波数帯域では
地表振動センサの間隔ｄを大きくした方がセンサ設置誤
差αの許容範囲が拡大する。一方、高周波数帯域では波
長が短いことから、間隔ｄを小さくした方がよいことが
判る。

【００６０】１つの地表振動センサの間隔についてみる
と、低周波数域では周波数が高くなるほどセンサ設置誤
差αの許容範囲は大きくなるが、途中で周波数が高くな
るほど逆に許容範囲が小さくなる。この傾向はどの地表
振動センサの間隔にもみられる。理由は条件２が原因で
ある。周波数が高くなるにつれインテンシティＩの反転
箇所が増え易くなるからである。仮に、インテンシティ
Ｉの反転箇所の個数にこだわらず、条件１のみでセンサ
設置誤差αの許容範囲を求めれば、図中の折れ線はすべ
て右上がりとなる。このような理由から中間の周波数帯
域では、地表振動センサの間隔の大きさに許容範囲が比
例しない結果となる。

【００６１】このように、この例に係る漏水位置検出装
置では、周波数帯域毎に地表振動センサの間隔を変えて
いるので、センサ設置誤差αの影響を軽減できることに
なり、ＡＩ法を採用しているにも拘らず、精度の高い漏
水位置推定を行なえることになる。

【００６２】図９には本発明の別の実施形態に係る漏水
位置検出装置のブロック構成図が示されている。

【００６３】なお、この図では、図１と同一機能部分が
同一符号で示されている。したがって、重複する部分の
詳しい説明は省略する。

【００６４】この例に係る漏水位置検出装置では、地表
振動センサ１４〜１８の設け方、相互相関処理部１９の
構成、対象とする周波数成分を抽出する信号処理部２０
の構成が図１に示される装置と同じである。信号処理部
２０で抽出された各周波数成分信号の処理形態が異なっ
ている。

【００６５】すなわち、信号処理部２０で抽出された各
周波数成分信号は、一方においてはアクティブインテン
シティを算出する算出部２４に導入されて対象とする周
波数成分毎にアクティブインテンシティが算出され、他
方においてはリアクティブインテンシティを算出する算
出部２５に導入されて対象とする周波数成分毎にリアク
ティブインテンシティが算出される。

【００６６】ここで、算出部２５は、図１０に地表振動
センサ１４と１５との対、地表振動センサ１４と１６と
の対の処理系を示すように、一方の信号を90度遅らせる
位相器２６に通し、この位相器２６を通った一方の信号
と通らない他方の信号とを使ってインテンシティ、つま
りリアクティブインテンシティを算出させている。この
ように、この例では対象とする周波数成分毎にアクティ
ブインテンシティとリアクティブインテンシティとが算
出される。

【００６７】対象とする周波数成分毎に算出されたアク
ティブインテンシティとリアクティブインテンシティと
は、漏水位置推定ベクトル表示装置２７に導入される。
この漏水位置推定ベクトル表示装置２７では、ベクトル
の方向についてはアクティブインテンシティの極性を用
い、ベクトル大きさについてはリアクティブインテンシ
ティの大きさを用いて対象とする周波数成分毎に漏水位
置推定ベクトルをそれぞれ求め、これを表示する。

【００６８】このような構成であると、対象としている
周波数成分毎に最適な地表振動センサの間隔で地表振動
を検出していることによる利点、つまりセンサ設置誤差
αの影響を小さくできることに加え、最終的な信号処理
の段階で、各周波数成分のアクティブインテンシティと
リアクティブインテンシティとをそれぞれ演算し、ベク
トルの方向についてはアクティブインテンシティの極性
を用い、ベクトル大きさについてはリアクティブインテ
ンシティの大きさを用いて対象とする周波数成分毎に漏
水位置推定ベクトルをそれぞれ求めているので、本来、
漏水エネルギが最も大きい位置である漏水位置真上にお
ける漏水位置推定ベクトルの大きさを最大にすることが
でき、より精度の高い漏水位置推定が可能となる。

【００６９】すなわち、ＡＩ法はエネルギの流れが伴う
インテンシティを用いる方法であり、センサ設置誤差α
を無視すると、(1) 式から判るように伝播距離差Δｒ＝
０となる漏水位置Ｅの真上において地表面方向に伝わる
インテンシティが零となる。もしも地中にセンサを埋設
できれば地中を伝わるインテンシティを検出できるの
で、漏水位置Ｅの真上でも合成したインテンシティは最
大となる。しかし、漏水位置推定の場合には、地中にセ
ンサを設置できないことから、上述した手法は採用でき
ない。

【００７０】そこで、この例では漏水位置推定ベクトル
の大きさ（振動振幅）には図１１(c) に示すリアクティ
ブインテンシティ（これを用いる方法を以後、ＲＩ法と
称す）の大きさを用い、ベクトルの方向には図１１(b)
に示すアクティブインテンシティの極性を用いる。ＲＩ
は電気系や機械系の無効パワーに対応し、音圧（振動）
の変化のみでエネルギの伝播はない物理量である。

【００７１】このようにＡＩ法とＲＩ法との両方を用い
て最終的に漏水位置推定ベクトルを算出する手法を、こ
こではＷＬＩ法(Water-Leak-Intensity 法）と呼ぶこと
にする。

【００７２】ＷＬＩ法で求められた漏水位置推定ベクト
ルは、図１１(a) に示すように、漏水位置に近づくほど
大きくなり、真上で最大となり、これを境にして極性が
反転して小さくなっていく。漏水位置から離れた位置で
もインテンシティが反転しないように振幅項に絶対値を
付けている。

【００７３】図１２には図１に示す装置が採用している
ＡＩ法と図９に示す装置が採用しているＷＬＩ法とを地
表振動センサの間隔を変えて比較したときのインテンシ
ティＩの計算結果が示されている。なお、ＷＬＩ法の最
大値が漏水位置の真上からずれているのは、地表振動セ
ンサの間隔分で本質的な問題ではない。

【００７４】次に、センサ設置誤差αの影響について説
明する。

【００７５】図１３から図１６には、ＷＬＩ法を採用し
たときの測定位置Ｘとセンサ設置誤差αとの違いによる
インテンシティＩの変化が示されている。これらの図に
おいてもインテンシティＩの大きさは等高線で示され、
中央部に位置する等高線ほど絶対値が大である。また、
ハッチングで示される領域とドットで示される領域とで
はインテンシティＩの極性が反転している。横軸は測定
位置Ｘを表し、原点が漏水位置Ｅである。縦軸はセンサ
設置誤差αを表し、遅れ位相180 度から進み位相180 度
までを示している。図中、縦２本の点線は漏水位置の推
定精度Ｘｒを表し、ここでは50cmとしている。図中の割
れ目のような部分がインテンシティＩが最大となり、符
号が反転する位置である。

【００７６】ＷＬＩ法においてもインテンシティＩの反
転を用いて漏水位置Ｅを推定する。そこで、以下に示す
条件のもとで、センサ設置誤差αの許容範囲を調べた。

【００７７】漏水位置推定の条件 (1) 条件１：推定精度Ｘｒ内（２本の点線で囲まれた範
囲内）でのみインテンシティＩが１回反転すること。 (2) 条件２：上記の範囲外の測定範囲（たとえば漏水位
置から周囲2m）で反転してはいけないこと。 (3) 条件３：インテンシティＩが零になっても反転しな
ければ、その位置は反転箇所とは見なさない。

【００７８】ＷＬＩ法ではインテンシティＩが零となる
が反転しない位置が存在するため、条件３を追加した。
反転さえしなければ漏水と間違えて判断することはな
い。

【００７９】図１３においては、割れ目に当たる位置が
図中縦２本の点線と交わった点Ａにおけるセンサ設置誤
差αが漏水位置を推定可能な限界値であり、この点を通
る２本の横軸で囲まれた範囲がセンサ設置誤差αの許容
範囲となる。

【００８０】このような地表振動センサの間隔の違いに
よる周波数毎のセンサ設置誤差許容範囲をまとめたとこ
ろ表２に示す結果が得られた。

【００８１】

【表２】

【００８２】図１７には地表振動センサの間隔の違いに
よる周波数毎のセンサ設置誤差許容範囲が示されてい
る。

【００８３】同図から、低周波数帯域では地表振動セン
サの間隔ｄを大きくした方が、センサ設置誤差許容範囲
が拡大することが判る。一方、高周波数帯域では波長が
短いことから、地表振動センサの間隔ｄを小さくした方
がよいことが判る。

【００８４】１つの地表振動センサの間隔についてみる
と、低周波数では周波数が高くなるほどセンサ設置誤差
許容範囲は大きくなるが、途中で周波数が高くなるほど
逆に誤差許容範囲は小さくなる。この傾向はどの地表振
動センサの間隔にもみられる。ただし、ＡＩ法と比較す
ると、許容範囲は低い周波数域で変化している。このよ
うな理由から中間の周波数帯域では許容範囲は地表振動
センサの間隔の大きさに比例しない結果となる。

【００８５】いずれにせよＷＬＩ法においても、周波数
帯域毎に地表振動センサの間隔を変えた方がセンサ設置
誤差αの影響を軽減できることが判る。

【００８６】ＡＩ法とＷＬＩ法を単純に見比べると、セ
ンサ設置誤差許容範囲はほぼ全ての帯域でＡＩ法の方が
大きいが、ＡＩ法とＷＬＩ法では特徴が全く違うことか
ら、比較することはできない。しかし、ＷＬＩ法の方が
漏水位置近傍で精度が大幅に向上することから、この手
法を採用し、かつ周波数帯域毎に最適な地表振動センサ
の間隔で測定すれば推定の精度を向上させることができ
る。

【００８７】ＷＬＩ法の有効性を実験により検証したの
で、以下にその結果を説明する。

【００８８】図１８に示すように加振機４１を取付けた
配管４２を地下約１ｍに埋設し、配管４２の一点を周期
加振して点音源４３を作り出し、これを模擬漏水とし
た。また、地表面４４に配置した２つの加速度センサ４
５，４６で地表面に伝播する模擬漏水信号を検出し、こ
の検出信号と周期信号発生器４７の出力信号とを用いて
処理装置４８で相互相関処理を行い、模擬漏水と無相関
な雑音を除去した後、ＷＬＩ法およびＡＩ法で模擬漏水
位置推定ベクトルを算出して表示させた。このとき、２
つの加速度センサ４５，４６を配管４２と平行に配置
し、配管４２に沿って移動しながら測定を行い、模擬漏
水位置推定ベクトルの変化を調べた。

【００８９】実験結果の一例を図１９に示す。図中実線
はＷＬＩ法での結果を示し、破線はＡＩ法での結果を示
している。これは400Hz の信号を対象とし、加速度セン
サ４５，４６の間隔を50cmにし、測定間隔50cmで５点測
定したときの結果である。横軸は測定位置を示し、縦軸
は模擬漏水（加振源）位置椎定ベクトルの大きさを示
す。中央の番号４の位置が模擬漏水位置である。

【００９０】測定分解能が粗いので図１２のような曲線
を確認することはできないが、ＷＬＩ法（実線）では模
擬漏水位置でベクトルの絶対値が最大となり、この位置
を境にしてベクトルの極性が反転しているのが判る。

【００９１】図２０から図２４には周波数毎に最適な地
表振動センサの間隔を選んで模擬漏水位置の真上でＡＩ
法とＷＬＩ法とのインテンシティの大きさを比較した結
果が示されている。これらの図から判るように、全てに
おいてＷＬＩ法の方がインテンシティが大きくなってい
る。

【００９２】図２５および図２６にはＷＬＩ法で推定し
たときの地表振動センサの間隔の違いによる推定ベクト
ルの違いが示されている。

【００９３】これらの図から判るように、低周波数(200
Hz) では地表振動センサの間隔を大きくする方が、また
高周波数(800Hz) では地表振動センサの間隔を小さくす
る方が、模擬漏水位置でベクトルの絶対値が最大とな
り、かつベクトルの極性も正しく反転している。なお、
全ての周波数帯域で、最適地表振動センサの間隔がシミ
ュレーション結果と定量的には一致しなかつたが、定性
的には一致していることが確認された。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
人間の聴覚に頼ることなく、また雑音の多い昼間におい
ても容易に地中内配管に存在する漏水位置を精度よく推
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る漏水位置検出装置の
ブロック構成図

【図２】同装置における地表振動センサの配置例を説明
するための図

【図３】地表振動センサの異なる配置例を説明するため
の図

【図４】ＡＩ法における測定位置とセンサ設置誤差αと
の違いによるインテンシティを示す図

【図５】ＡＩ法における測定位置とセンサ設置誤差αと
の違いによるインテンシティを示す図

【図６】ＡＩ法における測定位置とセンサ設置誤差αと
の違いによるインテンシティを示す図

【図７】ＡＩ法における測定位置とセンサ設置誤差αと
の違いによるインテンシティを示す図

【図８】ＡＩ法において地表振動センサの間隔をパラメ
ータとして周波数とセンサ設置誤差許容範囲との関係を
示す図

【図９】本発明の別の実施形態に係る漏水位置検出装置
のブロック構成図

【図１０】同装置の信号処理系を局部的に取り出して示
す図

【図１１】同装置によって算出された漏水位置推定ベク
トルの特徴を説明するための図

【図１２】同装置（ＷＬＩ法）と図１に示す装置（ＡＩ
法）との手法の違いを説明するためのインテンシティ図

【図１３】ＷＬＩ法における測定位置とセンサ設置誤差
αとの違いによるインテンシティを示す図

【図１４】ＷＬＩ法における測定位置とセンサ設置誤差
αとの違いによるインテンシティを示す図

【図１５】ＷＬＩ法における測定位置とセンサ設置誤差
αとの違いによるインテンシティを示す図

【図１６】ＷＬＩ法における測定位置とセンサ設置誤差
αとの違いによるインテンシティを示す図

【図１７】ＷＬＩ法において地表振動センサの間隔をパ
ラメータとして周波数とセンサ設置誤差許容範囲との関
係を示す図

【図１８】ＷＬＩ法の有効性を検証するための模擬漏水
試験の概要説明図

【図１９】ＷＬＩ法とＡＩ法とを比較した試験結果を示
す図

【図２０】模擬漏水位置真上においてＷＬＩ法とＡＩ法
とで測定したときのインテンシティの大きさを比較して
示す図

【図２１】模擬漏水位置真上においてＷＬＩ法とＡＩ法
とで測定したときのインテンシティの大きさを比較して
示す図

【図２２】模擬漏水位置真上においてＷＬＩ法とＡＩ法
とで測定したときのインテンシティの大きさを比較して
示す図

【図２３】模擬漏水位置真上においてＷＬＩ法とＡＩ法
とで測定したときのインテンシティの大きさを比較して
示す図

【図２４】模擬漏水位置真上においてＷＬＩ法とＡＩ法
とで測定したときのインテンシティの大きさを比較して
示す図

【図２５】ＷＬＩ法において地表振動センサの間隔の違
いによる位置推定ベクトルの違いを示す図

【図２６】ＷＬＩ法において地表振動センサの間隔の違
いによる位置推定ベクトルの違いを示す図

【図２７】ＡＩ法を用いた従来の漏水位置検出装置の概
略構成図

【図２８】従来の装置で算出した漏水位置推定ベクトル
を説明するための図

【図２９】従来の装置の問題点を説明するための図

【符号の説明】

１１…水道管（配管）１２…漏水音センサ１３…地表面１４〜１８，１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６
ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ…地表振動センサ１９…相互相関処理部２０…信号処理部２１，２４，２５…算出部２２，２７…漏水位置推定ベクトル表示装置２３…移動配設機構によって搬送制御される支持部材２６…位相器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田崎拓也東京都新宿区西新宿２丁目８番１号東京都水道局内 (72)発明者江波戸明彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者佐藤博司東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者佐藤義之東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (56)参考文献特開平５−256726（ＪＰ，Ａ) 特開平６−273223（ＪＰ，Ａ) 特開平５−79899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 3/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地中に埋設されている配管の漏水位置を推
定検出するに当り、上記配管の一部分に漏水音センサを
取付けるとともに、漏水音信号に含まれる複数の周波数
成分を対象にし、対象とする周波数成分に対応させて間
隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対の地表振動セン
サを地表面に移動可能に配置し、これら複数対の地表振
動センサの出力信号から前記漏水音センサで得られた信
号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理でそれぞれ
除去し、この処理を経た各対をなす信号を用いて地表面
に伝わる漏水エネルギのうちの上記信号を出力した対を
なす地表振動センサが対象にしている周波数成分のアク
ティブインテンシティをそれぞれ演算し、各アクティブ
インテンシティの大きさおよび極性から対象とする周波
数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求めるよう
にしたことを特徴とする漏水位置検出方法。
【請求項２】地中に埋設されている配管の漏水位置を推
定検出するに当り、上記配管の一部分に漏水音センサを
取付けるとともに、漏水音信号に含まれる複数の周波数
成分を対象にし、対象とする周波数成分に対応させて間
隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対の地表振動セン
サを地表面に移動可能に配置し、これら複数対の地表振
動センサの出力信号から前記漏水音センサで得られた信
号とは関わりのない雑音信号を相互相関処理でそれぞれ
除去し、この処理を経た各対をなす信号を用いて地表面
に伝わる漏水エネルギのうちの上記信号を出力した対を
なす地表振動センサが対象にしている周波数成分のアク
ティブインテンシティをそれぞれ演算するとともに上記
周波数成分のリアクティブインテンシティをそれぞれ演
算し、ベクトルの方向については上記アクティブインテ
ンシティの極性を用い、ベクトル大きさについては上記
リアクティブインテンシティの大きさを用いて対象とす
る周波数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求め
るようにしたことを特徴とする漏水位置検出方法。
【請求項３】前記複数の周波数成分に対応させて配置さ
れる実質的に複数対の地表振動センサは、対象とする周
波数が低いほど間隔が広く設定されることを特徴とする
請求項１または２に記載の漏水位置検出方法。
【請求項４】地中に埋設されている配管の漏水位置を推
定検出する装置であって、前記配管の一部分に取付けられる漏水音センサと、漏水音信号に含まれる複数の周波数成分を検出対象にし
て地表面に移動可能に配置され、対象とする周波数成分
に対応させて間隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対
の地表振動センサと、これら複数対の地表振動センサの出力信号から前記漏水
音センサで得られた信号とは関わりのない雑音信号を相
互相関処理でそれぞれ除去する手段と、この手段を経た各対をなす信号を用いて地表面に伝わる
漏水エネルギのうちの上記信号を出力した対をなす地表
振動センサが対象にしている周波数成分のアクティブイ
ンテンシティをそれぞれ演算する手段と、前記各アクティブインテンシティの大きさおよび極性か
ら対象とする周波数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそ
れぞれ求める手段とを具備してなることを特徴とする漏
水位置検出装置。
【請求項５】地中に埋設されている配管の漏水位置を推
定検出する装置であって、前記配管の一部分に取付けられる漏水音センサと、漏水音信号に含まれる複数の周波数成分を対象にして地
表面に移動可能に配置され、対象とする周波数成分に対
応させて間隔をそれぞれ異ならせた実質的に複数対の地
表振動センサと、これら複数対の地表振動センサの出力信号から前記漏水
音センサで得られた信号とは関わりのない雑音信号を相
互相関処理でそれぞれ除去する手段と、この手段を経た各対をなす信号を用いて地表面に伝わる
漏水エネルギのうちの上記信号を出力した対をなす地表
振動センサが対象にしている周波数成分のアクティブイ
ンテンシティをそれぞれ演算するとともに上記周波数成
分のリアクティブインテンシティをそれぞれ演算する手
段と、ベクトルの方向については前記アクティブインテンシテ
ィの極性を用い、ベクトル大きさについては前記リアク
ティブインテンシティの大きさを用いて対象とする周波
数成分毎に漏水位置推定ベクトルをそれぞれ求める手段
とを具備してなることを特徴とする漏水位置検出装置。