JP4289578B2 - 埋設ケーブル探査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、埋設ケーブル探査方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、電磁誘導現象を利用して地下に埋設された送電線の埋設深度を検出する埋設ケーブル探査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
一旦地中に埋設されたガス管，上水道管，下水道管，電力ケーブル等の埋設物について、その埋設物を修理したり、または、その埋設物の近傍に新たな埋設物を埋設するような工事を行う場合には、既存の埋設物の埋設位置を調べる必要が生じる。これらの埋設物を現場において掘り起こすことなく、地上から容易に埋設位置を検出できる手法として、埋設物標識システムが知られている。
【０００３】
埋設物標識システムにおいては、埋設物を地中に埋設する際に、その埋設物の埋設位置情報を予め無線タグに記憶しておき、埋設物に取り付けておくことで、工事の際には、この無線タグを電磁波に応答せしめ地上の無線装置により無線タグに記憶された埋設位置情報を読み取ることで、埋設物の深度情報を得ることが可能である。しかしながら、埋設物の深度は常に一定ではなく、地殻変動の発生，道路整備等の自然的，人工的な環境変化によって年月の経過と共に変化することも多い。したがって、上記の手法では埋設時の深度しか得られないので、埋設物の深度が変化した場合には現状における埋設物の正確な深度を測定することができないことが問題となっている。
【０００４】
電力設備の運用においては、これまで予知保全や予防保全という視点で技術やノウハウの蓄積がなされてきており、地中に埋設された送電設備に故障、不良が見つかった場合に実施される補修工事においては、地中に埋設された送電ケーブルなどの地中設備の位置を非開削で正確に測定するための探査手法の開発が強く望まれてきた。前記の埋設物標識システムと同様に、地中の埋設物の位置検出を目的として、地殻や埋設物に関する物理量の測定を行ない、測定値から地下構造を推定する物理探査手法が提案されてきた。物理探査手法としては，これまで、電磁誘導法、地下レーザー法、または、それらの併用法の適用が検討されてきた。
【０００５】
電磁誘導法は、地下埋設物に対して、磁界送信源から間接的に誘導磁界を与えることで、管路から発生する２次磁界を受信磁気センサーによって測定し、測定値の変化から埋設管路の水平位置、垂直位置が検出する物理探査手法である。電磁誘導法は、磁界送信源と受信磁気センサーとの位置関係、受信磁気センサーの設置位置、測定磁界の方向、埋設物の位置の推定方法などにより様々な手法に細分化されるが、どの手法においても、外来のノイズの中で精度の高い測定を行なうためには、大掛かりな磁界送信源を用意する必要があり、特に都市部においては外界のノイズも大きいことや、また、建造物や道路などの測定環境などによっては設置場所の確保や装置の運搬に困難が伴うことが問題となっている。
【０００６】
地下レーダー法は、一般には１０ＭＨｚ以上の電磁波の反射、屈折、透過現象を利用して地下構造のイメージングを行なう手法である。地下レーダー法においても、電磁誘導法と同様、外来のノイズの問題や、測定装置の設置場所の確保、装置の運搬の難しさが、解決されるべき課題として残されており、さらには、深い位置の埋設物を対象とした場合には検出精度が著しく低下するという可探深度に関しても技術的な改善が求められている。
【０００７】
以上に示したように電磁誘導法や地下レーダー法には、いくつかの技術的な課題が残されていることや、また、地下の送電ケーブルを探査対象とする場合には、工事現場での一時的な測定であることから、搬送や設置が簡便であることが必須であることから、実用的なレベルには達した埋設ケーブル探査手法が開発されていないのが現状である。
【０００８】
この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、搬送、設置、および操作が簡便であり、高い精度での埋設された送電ケーブルの位置検出が可能となる埋設ケーブル探査方法を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、地下に埋設された送電ケーブルを発生源とする微弱な交流磁界を磁界測定装置により地表上で測定し、この磁界の測定値から送電ケーブルの埋設位置を算出する埋設ケーブル探査方法において、磁界測定装置の垂直方向に一定間隔離して設置し、磁界測定装置の進行方向および地面垂直方向の磁界密度を同時に測定可能な２個の磁気センサーにより、送電ケーブルに対してそれぞれ水平、垂直方向（２軸）の各磁界を同時に計測し、前記２個の磁気センサーの計測結果に基づき、送電ケーブルの相配列を判断し、予め各送電ケーブル相配列毎に作成したデータベースを用い、送電ケーブルの深さと、平面位置を同時に探査することを特徴とする埋設ケーブル探査方法を提供する。
【００１０】
この出願の発明の埋設ケーブル探査方法は、送電ケーブルに流れる電流および送電ケーブルからの垂直距離を変数とした理論計算により送電ケーブルを発生源とする交流磁界を算出し、送電ケーブルに流れる電流および送電ケーブルからの垂直距離をインデックスとして算出された交流磁界の値を配列に格納して構築されたデータベースを用いることを特徴とする。
【００１１】
この出願の発明の埋設ケーブル探査方法は、前記データベースを構成する配列のインデックスである送電ケーブルの電流を設定し、同様に配列のインデックスである垂直距離を変動させ前記磁界測定装置を用いて測定された磁界と、配列に格納された値とが一致するか、または近い値をとる場合についての垂直距離を２つの磁気センサーについてそれぞれ求めるステップと、求められた２つの磁気センサーのそれぞれに対応する垂直距離の差が磁気センサーの間隔と一致するか否かを判定し、一致しない場合には最初のステップへ戻ることで新たにケーブルの電流を設定し、さらに前記のステップを繰り返し、また、一致した場合には下方に設置された磁気センサーと送電ケーブルとの垂直距離から下方に設置された磁気センサーの高さを引いた値を送電ケーブルの埋設深度として決定するものである。さらに、この出願の発明は、上記の各ステップをコンピュータにより機能させるプログラムとして記録されていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体をも提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１３】
この出願の発明の埋設ケーブル探査方法においては、地下に埋設された送電ケーブルを流れる交流電流を発生源とする交流磁界を、地表上において磁界測定装置により測定し、この磁界の測定値から送電ケーブルの埋設深度を求める。地表面における測定は、埋設された送電ケーブルを横断する方向に磁界測定装置を移動させながら行なわれる。
【００１４】
磁界測定装置は、図１に例示するように、２つの磁気センサー（１）（２）と、これらの磁気センサーによる測定値を保存するためのコンピュータ（３）と、磁界測定装置が地表を移動するための移動機構（４）によって構成される。２つの磁気センサー（１）（２）の位置関係は、水平位置が等しく、また、高さ方向には一定の間隔Ｌ´が設けられており、それぞれの磁気センサーの地表からの高さは、上方磁気センサー（１）がＨ０、下方の磁気センサー（２）がＨ１となるように設定されている。
【００１５】
磁気センサーとしては、コイルやループアンテナなどの誘導電圧センサーが用いられる。また、磁気センサーは、磁界測定装置の進行方向および地面垂直方向、または、磁界測定装置の進行方向、地面垂直方向、および磁界測定装置の進行方向と垂直な方向の磁束密度を同時に測定可能な２軸／３軸誘導電圧センサーが用いられる。
【００１６】
この出願の発明の埋設ケーブル探査方法では、まず、送電ケーブルを発生源とする交流磁界を、送電ケーブルに流れる電流Ｉおよび送電ケーブルからの垂直距離Ｌを変数として理論計算により算出し、さらに、送電ケーブルに流れる電流Ｉおよび送電ケーブルからの垂直距離Ｌをインデックスとして、前記の理論計算で算出された交流磁界を配列Ｂ（Ｉ，Ｌ）に格納し、データベースを構築する。送電ケーブルの相配列によって、発生する磁界が異なることから、このデータベースは送電ケーブルの相配列ごとに用意される。
【００１７】
この出願の発明の埋設ケーブル探査方法においては、送電ケーブルに対してそれぞれ水平、垂直方向（２軸）の各磁界を同時に計測することが可能な２個のセンサーを、垂直方向に一定間隔離して設置し、これらセンサーにより測定される計測結果に基づき、送電線の平面位置の探査を行なう。
【００１８】
この出願の発明の埋設ケーブル探査方法における埋設ケーブルの検出の手順について図２および図３を用いて説明する。
【００１９】
図２に示すように、磁界測定装置の進行方向にｘ軸を、ｘ軸に垂直な地面水平方向にｙ軸を、そして、地面垂直方向にｚ軸をとる。測線に沿って磁界測定装置を走査することで、上方に設置された磁気センサーにて誘導される起電力のｘ軸方向成分Ｖ０ｘおよびｚ軸方向成分Ｖ０ｚが、また、下方に設置された磁気センサーにて誘導される起電力のｘ軸方向成分Ｖ１ｘおよびｚ軸方向成分Ｖ１ｚが測線上の測定点において測定され、測定された値は、コンピュータにデジタルデータとして入力され、補助記憶装置に保存される（図３（Ａ））。
【００２０】
補助記憶装置に保存された２個のセンサーの計測結果に基づき、送電ケーブルの相配列についての判断がなされる。例えば、２回線同相タイプと２回線Ｌタイプとでは、それぞれ図４および図５に示したように、送電ケーブルと磁界測定装置との水平距離に対する各センサーにおける起電力の分布が異なることから、移動距離に対する起電力の分布を調べることで、相配列を判断することが可能である（図３（Ｂ））。
【００２１】
次いで、補助記憶装置に保存されたＶ０ｘ、Ｖ０ｚ、Ｖ１ｘ、Ｖ１ｚは、磁気センサーの特性（巻数、面積など）に依存する特性係数で除算され、それぞれのセンサー位置における磁束密度の各方向の成分としてＢ０ｘ、Ｂ０ｚ、Ｂ１ｘ、Ｂ１ｚに変換される。さらに、合成磁束密度Ｂ０、Ｂ１が次式により算出される（図３（Ｃ））。
【００２２】
【数１】

【００２３】
【数２】

【００２４】
埋設された送電ケーブルを横断する方向に磁界測定装置を移動させたとき、送電ケーブルの直上においてＢ０およびＢ１の値は最大となる。
【００２５】
最大となるＢ０およびＢ１に対しては、それぞれについて近い値が前記のデータベースに格納された磁界の中から探索される。このとき、まず送電ケーブルの電流Ｉを設定し（図３（Ｄ））、送電ケーブルと磁気センサーとの距離Ｌを変化させ（図３（Ｅ））、これらのインデックスに対応するデータベース中の配列Ｂ（Ｉ，Ｌ）から、Ｂ０およびＢ１に近い値を探索する。データベース中から見つけられたＢ０およびＢ１に近い値に対応する送電ケーブルと磁気センサーとの距離を、それぞれＬ０、Ｌ１とするとき、
【００２６】
【数３】

【００２７】
が成り立つならば、送電ケーブルの埋設深度Ｄは、次式
【００２８】
【数４】

【００２９】
として与えられる（図３（Ｆ））。もしも、式（III）が成立しない場合には、電流値を変化させ、さらに以上の手順を繰り返す。
【００３０】
なお、データベースの探索の際には、送電ケーブルの配列タイプは事前に既知のものであるから、探査対象となる送電ケーブルの相配列タイプに対応した配列Ｂ（Ｉ，Ｌ）のみを対象とした探索が行われる。
【００３１】
以上の方法は、コンピュータにより機能させるプログラムとしてコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に記録される。
【００３２】
また、この出願の発明の埋設ケーブル探査方法においては、前記の通り、３軸誘導電圧センサーを用いてもよく、この場合には磁界測定装置の進行方向と垂直な方向の磁束密度により、送電ケーブルの走行方向の湾曲を調べることも可能となる。
【００３３】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００３４】
【実施例】
実施例１
データベース構築に用いられる理論式について示す。
【００３５】
図６に示すように、測定点ＳよりＨ（ｍ）の距離にＡ相、Ｂ相、Ｃ相から構成される３相交流の送電ケーブルが、それぞれ間隔ｄ（ｍ）で埋設されているとする。このとき、それぞれの相の送電ケーブルに流れる電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣは、各相が実効値Ｉ（Ａ）の潮流であるとするならば、Ｐｈａｓｏｒ表示により次式で表される。
【００３６】
【数５】

【００３７】
３相の送電ケーブルを発生源とする測定点Ｓにおける磁束密度の各方向成分は、ビオ・サバールの法則により、
【００３８】
【数６】

【００３９】
【数７】

【００４０】
で表される。電流Ｉと距離Ｈの値を一定の刻み値で変化させ、式（V）〜（IX）を用いた反復演算を実行し、電流Ｉと距離Ｈをインデックスとして配列Ｂ（Ｉ，Ｈ）に計算値が格納されることで、データベースの構築が行われる。ただし、これらの値は複素数であるので、配列Ｂ（Ｉ，Ｈ）には振幅が格納される。
実施例２
図７に示すような測定装置を用いて、地表より埋設された送電ケーブルの探査を実施した。測定装置を送電ケーブルの走行方向と垂直方向に、すなわち送電ケーブルを横断する方向に走査し、磁気センサーに誘導される電圧を測定し、その値が最大となる地点を求める。磁気センサーの誘導電圧が最大値から磁束密度の値を求め、データベースの探索を実行し、前記の手順に従い決定した送電ケーブルの埋設深度と対応する水平位置を図８に示した。
【００４１】
埋設された送電ケーブルは、図９に示すように管路に設置されており、管路の上端の深度は２．０ｍであった。また、水平方向の位置は、左端が図８における０．６５ｍの位置、右端が図６における１．１５ｍの位置に対応する。図８に示した結果は、７回測定を繰り返したものであるが、実際の送電ケーブルの位置を十分な精度で検出していることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳しく説明した通り、この出願の発明により、搬送、設置、および操作が簡便であり、高い精度での埋設された送電ケーブルの位置検出が可能となる埋設ケーブル探査方法が提供される。この出願の発明の埋設ケーブル探査方法は、これまでの電磁誘導法や地下レーダー法においては必須とされていた磁界送信源を必要としないことから、測定システムとして小型かつ軽量な形態を実現し、搬送や設置などの手間が簡略化される。また、ケーブルの埋設深度が変化した場合にも対応できることから、その実用化が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明に係る磁界測定装置の構成を示した概要図である。
【図２】磁界測定装置と送電ケーブルの位置関係を示した概要図である。
【図３】この出願の発明の埋設ケーブル探査方法における送電ケーブルの埋設深度の算出方法を示した流れ図である。
【図４】２回線同相タイプの送電線の作る磁界により２個のセンサーに誘導される起電力と水平距離との関係を示したグラフである。
【図５】２回線Ｌタイプの送電線の作る磁界により２個のセンサーに誘導される起電力と水平距離との関係を示したグラフである。
【図６】この出願の発明の実施例における３相の送電ケーブルと測定点との位置関係を示した概要図である。
【図７】この出願の発明の実施例で使用された磁界測定装置の写真である。
【図８】この出願の発明の実施例において、検出結果として得られた埋設された送電ケーブルの水平位置ｘと、水平位置ｘに対応する埋設深度Ｄとを示したグラフである。
【図９】この出願の発明の実施例において探査対象となった送電ケーブルと管路の実際の位置を示した概略図である。
【符号の説明】
１ 磁気センサー
２ 磁気センサー
３ コンピュータ
４ 移動機構
２１ 磁界測定装置

Claims (5)

1. 地下に埋設された送電ケーブルを発生源とする微弱な交流磁界を磁界測定装置により地表上で測定し、この磁界の測定値から送電ケーブルの埋設位置を算出する埋設ケーブル探査方法において、磁界測定装置の垂直方向に一定間隔離して設置し、磁界測定装置の進行方向および地面垂直方向の磁界密度を同時に測定可能な２個の磁気センサーにより、送電ケーブルに対してそれぞれ水平、垂直方向（２軸）の各磁界を同時に計測し、前記２個の磁気センサーの計測結果に基づき、送電ケーブルの相配列を判断し、予め各送電ケーブル相配列毎に作成したデータベースを用い、送電ケーブルの深さと、平面位置を同時に探査することを特徴とする埋設ケーブル探査方法。
2. 送電ケーブルに流れる電流および送電ケーブルからの垂直距離を変数とした理論計算により送電ケーブルを発生源とする交流磁界を算出し、送電ケーブルに流れる電流および送電ケーブルからの垂直距離をインデックスとして算出された交流磁界の値を配列に格納して構築されたデータベースを用いることを特徴とする請求項１記載の埋設ケーブル探査方法。
3. 水平位置が等しく、また、高さ方向に間隔が設けられ設置された２つの磁気センサーを具備する磁界測定装置を地上で送電ケーブルの走行方向と垂直に走査させ、埋設された送電ケーブルを発生源とする磁界を測定することを特徴とする請求項１記載の埋設ケーブル探査方法。
4. 請求項２記載のデータベースを構成する配列のインデックスである送電ケーブルの電流を設定し、同様に配列のインデックスである垂直距離を変動させ請求項３に記載された磁界測定装置を用いて測定された磁界と、配列に格納された値とが一致するか、または近い値をとる場合についての垂直距離を２つの磁気センサーについてそれぞれ求めるステップと、求められた２つの磁気センサーのそれぞれに対応する垂直距離の差が磁気センサーの間隔と一致するか否かを判定し、一致しない場合には最初のステップへ戻ることで新たにケーブルの電流を設定し、さらに前記のステップを繰り返し、また、一致した場合には下方に設置された磁気センサーと送電ケーブルとの垂直距離から下方に設置された磁気センサーの高さを引いた値を送電ケーブルの埋設深度として決定することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の埋設ケーブル探査方法。
5. 請求項４記載の各ステップをコンピュータにより機能させるプログラムとして記録されていることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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