JP5126911B2 - System synchronization method for in-vehicle ground penetrating radar measuring device - Google Patents

System synchronization method for in-vehicle ground penetrating radar measuring device Download PDF

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本発明は、路面下に存在する空洞、埋設物、構造物などの地中構造を、路面上を走行しながら探査する地中レーダ装置による計測技術に関し、更に詳しく述べると、計測した地中レーダデータとGPSによる位置情報及びデジタルビデオ映像をリンクさせ、任意の場所の情報を正確に且つ容易に取り出せるようにした車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法に関するものである。   The present invention relates to a measurement technique using a ground penetrating radar apparatus that searches an underground structure such as a cavity, a buried object, or a structure existing under a road surface while traveling on the road surface. The present invention relates to a system synchronization method for a vehicle-mounted ground penetrating radar measuring apparatus in which data, GPS position information and digital video images are linked so that information on an arbitrary place can be accurately and easily extracted.

道路構造物の機能を維持し交通に支障のない状態にしておくためには、常に適切な維持管理を行うことが必要である。舗装構造をはじめとする道路構造物を効率的に調査する方法として、従来から地中レーダ探査が広く利用されている。この地中レーダ探査は、高周波数の電磁波を用いて非破壊で地下構造を高速・高精度で可視化する手法であり、道路構造物では路面下の空洞や人工的な埋設物(埋設管など)の調査に利用されている。   In order to maintain the function of the road structure and keep it in a state that does not hinder traffic, it is necessary to always perform appropriate maintenance. Conventionally, underground radar exploration has been widely used as a method for efficiently investigating road structures including pavement structures. This underground radar exploration is a non-destructive technique that visualizes underground structures with high speed and high accuracy using high-frequency electromagnetic waves. For road structures, cavities under the road surface and artificial buried objects (such as buried pipes) It is used for investigation.

道路構造物は長い距離に及ぶことから、地中レーダ計測装置を車両に搭載し、路面上を走行しながら、路面下の空洞や埋設管などの地中構造を探査することが行われている(特許文献1参照)。位置の特定は、地中レーダ装置を搭載した空洞探査車の位置検出装置によって行う。この先行技術では、位置検出装置は、車両の距離計と、車両の側方の状況を撮影する第1のビデオカメラ、車両の前方を撮影する第2のビデオカメラと、第1及び第2のビデオカメラで撮影した映像情報を記録するビデオレコーダとからなるビデオシステムから構成される。距離計による距離情報は、ビデオレコーダに入力されると共に、地中レーダ装置のデータレコーダにも記録される。   Since road structures extend over long distances, underground radar measuring devices are mounted on vehicles, and while traveling on the road surface, exploration of underground structures such as cavities and buried pipes under the road surface is being conducted. (See Patent Document 1). The position is specified by a position detecting device for a cavity search vehicle equipped with a ground penetrating radar device. In this prior art, the position detection device includes a vehicle distance meter, a first video camera that captures the situation on the side of the vehicle, a second video camera that captures the front of the vehicle, and first and second The video system includes a video recorder that records video information captured by a video camera. The distance information from the distance meter is input to the video recorder and also recorded in the data recorder of the ground penetrating radar device.

しかし、従来の車載型地中レーダ計測装置では、距離計の距離情報とビデオデータと地中レーダデータが正確にリンクしておらず、大雑把な関係は分かるものの、ビデオ映像から場所を特定しても、その場所に厳密に対応する地中レーダデータを取得することはできず、逆に地中レーダデータを指定しても、その取得地点を厳密に割り出すことはできなかった。つまり、従来技術では、距離情報やビデオデータは、あくまでも地中レーダデータの取得位置を見出すための目安に過ぎず、正確な位置情報を得ることが困難であった。   However, in the conventional in-vehicle ground penetrating radar measurement device, the distance information of the distance meter, the video data, and the ground penetrating radar data are not accurately linked, and although a rough relationship is known, the location is identified from the video image. However, it was impossible to acquire ground radar data that corresponded exactly to the location, and even if ground radar data was specified, the acquisition point could not be determined accurately. That is, in the prior art, the distance information and video data are only a guide for finding the acquisition position of the ground radar data, and it is difficult to obtain accurate position information.

特開平5−87945号公報JP-A-5-87945

本発明が解決しようとする課題は、路面下の空洞、埋設物、構造物などの地中構造を、路面上を走行しながら探査する車載型地中レーダ計測装置において、計測した地中レーダデータとGPSによる位置情報及びレーダデータ取得位置のデジタルビデオ映像を正確にリンクさせ、任意の場所の情報を正確に且つ容易に取り出すことができるようにすることである。   The problem to be solved by the present invention is that the ground penetrating radar data measured in the in-vehicle ground penetrating radar measuring device that searches the ground structure such as a cavity under the road surface, a buried object, or a structure while traveling on the road surface. The position information by GPS and the digital video image of the radar data acquisition position are accurately linked so that information of an arbitrary place can be accurately and easily extracted.

本発明は、地中レーダ装置、距離計、複数のデジタルビデオカメラ、デジタルビデオ映像に計測経過時間を写し込むタイムコードジェネレータ、及びGPS装置を装備し、走行しながら路面下を探査する車載型地中レーダ計測装置において、計測した地中レーダデータとGPSによる位置情報及びデジタルビデオ映像をリンクさせるシステム同期方法であって、基準となる時間パルスと距離計に基づき距離パルスを発生する時間・距離信号コントローラを用い、前記地中レーダ装置は、前記距離パルスを受けて走行時に単位距離毎に一定数のレーダ波形収録を行って、前記時間パルスと共に地中レーダデータとして記録するように構成され、前記時間パルス毎に、(a)時間パルスの累積個数、(b)走行した累積距離、(c)タイムコードジェネレータのスーパーインポーズ時間、及び(d)GPS座標、を記録した同期ファイルを生成し、前記時間パルスを媒介として、地中レーダデータのレーダ波形トレース位置と、同期ファイルのGPS座標、スーパーインポーズ時間とを対応付けるようにしたことを特徴とする車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法である。   The present invention is equipped with a ground radar device, a distance meter, a plurality of digital video cameras, a time code generator that captures a measured elapsed time in a digital video image, and a GPS device, and is mounted on a vehicle to search under the road surface while traveling. A system synchronization method for linking measured ground penetrating radar data with GPS position information and digital video images in a middle radar measurement apparatus, and a time / distance signal for generating a distance pulse based on a reference time pulse and a distance meter Using the controller, the ground penetrating radar device is configured to record a certain number of radar waveforms for each unit distance during traveling in response to the distance pulse, and record the ground pulse data together with the time pulse as the ground radar data, For each time pulse, (a) cumulative number of time pulses, (b) cumulative distance traveled, (c) time code A synchronization file in which the superimpose time of the generator and (d) GPS coordinates are recorded is generated, and the radar waveform trace position of the ground radar data, the GPS coordinates of the synchronization file, and the superimpose are generated using the time pulse as a medium. This is a system synchronization method for an in-vehicle ground penetrating radar measuring apparatus characterized by associating time.

ここで、時間・距離信号コントローラから送られた任意の時間パルス発信時でのレーダ波形トレース位置を、
(1)地中レーダデータの時間パルスの累積個数
(2)同期ファイルに記録された時間パルス発信時の累積距離
の両方から求める。また、任意のレーダ波形トレース位置でのGPS座標とスーパーインポーズ時間は、時間パルスのレーダ波形トレース位置を用いて線形補間により求める。更に、ビデオ再生実時間長をビデオ内スーパーインポーズ時間長で除した補正係数を用いて、任意のレーダ波形トレース位置でのビデオ再生位置を補正計算し、地中レーダデータの任意のレーダ波形トレース位置とデジタルビデオ映像を対応させる。
Here, the radar waveform trace position at the time of arbitrary pulse transmission sent from the time / distance signal controller
(1) Cumulative number of time pulses of ground penetrating radar data (2) Obtained from both accumulated distances at time pulse transmission recorded in the synchronization file. Further, the GPS coordinates and the superimpose time at an arbitrary radar waveform trace position are obtained by linear interpolation using the radar waveform trace position of the time pulse. Furthermore, using the correction coefficient obtained by dividing the actual video playback time length by the in-video superimpose time length, the video playback position at any radar waveform trace position is corrected and calculated, and any radar waveform trace of the ground radar data is calculated. Corresponding position and digital video image.

本発明に係る車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法は、時間・距離信号コントローラを用いて同期ファイルを生成し、計測後に該同期ファイルを用いてソフトウエア上の処理を行うことによって、計測された地中レーダデータの、GPSによる位置情報及びビデオカメラの映像による位置再現性を効率よく且つ高精度で行うことができる。これにより路面下の空洞、埋設管、地中構造物の正確な位置情報が得られ、それをもとに、探査結果をデータベース化することで、過年度の探査結果との比較が可能になる。そのため、空洞の発達の様子を検討したり、探査後の詳細調査地点の選定も効率的に実施することが可能となる。   The system synchronization method of the in-vehicle ground penetrating radar measurement apparatus according to the present invention generates a synchronization file using a time / distance signal controller, and performs measurement on the software using the synchronization file after measurement. It is possible to efficiently and accurately perform the position reproducibility of the ground penetrating radar data based on the position information by GPS and the image of the video camera. This makes it possible to obtain accurate positional information of cavities, buried pipes, and underground structures under the road surface. Based on this information, the search results are compiled into a database, which can be compared with previous search results. For this reason, it is possible to examine the development of the cavity and to select the detailed survey point after the exploration efficiently.

本発明に係る車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法の概念図。The conceptual diagram of the system synchronization method of the vehicle-mounted underground radar measuring device which concerns on this invention. 地中レーダ計測装置を搭載した路面下探査車の説明図。Explanatory drawing of a subsurface exploration vehicle equipped with a ground penetrating radar measurement device. 時間・距離信号コントローラを組み込んだ地中レーダ計測装置の一実施例を示すブロック図。The block diagram which shows one Example of the underground radar measuring device incorporating the time and distance signal controller. 時間・距離信号コントローラの処理フロー。Processing flow of time / distance signal controller. 時間・距離信号コントローラと各機器とのタイミングチャート。Timing chart of time / distance signal controller and each device. 時間パルス情報を含んだ地中レーダデータの概念図。A conceptual diagram of ground penetrating radar data including time pulse information.

本発明は、地中レーダ装置、光学距離計、複数のデジタルビデオカメラ、デジタルビデオ映像に計測経過時間を写し込むタイムコードジェネレータ(TCG)、及びGPS装置を装備し、走行しながら路面下を探査する車載型地中レーダ計測装置において、計測した地中レーダデータとGPSによる位置情報及びデジタルビデオ映像をリンクさせるシステム同期方法である。   The present invention is equipped with a ground penetrating radar device, an optical distance meter, a plurality of digital video cameras, a time code generator (TCG) that captures the measured elapsed time in a digital video image, and a GPS device. This is a system synchronization method for linking measured ground penetrating radar data with GPS position information and digital video images.

本発明では、基準となる時間パルスと距離計に基づき距離パルスを発生する時間・距離信号コントローラを用いる。前記地中レーダ装置は、距離計に基づく前記距離パルスを受けて走行時に単位距離毎に一定数のレーダ波形収録を行う。それらのレーダ波形トレースは、時間・距離信号コントローラからの前記時間パルスと共に地中レーダデータとして記録するように構成される。従って、地中レーダデータでは、計測開始からの累積レーダ波形トレース数と累積距離が1対1で対応することから、時間パルス記録位置におけるレーダ波形トレース位置は、あらかじめ設定した単位距離毎のレーダ波形トレース数を用いて求めることができる。他方、車載PCにて、図1に示すように、前記時間・距離信号コントローラからの時間パルス発信時t1,t2,・・・に、(a)時間パルスの累積個数、(b)走行した累積距離、(c)タイムコードジェネレータのスーパーインポーズ時間、及び(d)GPS座標、を記録した同期ファイルを生成する。つまり、同期ファイルでは、ある時刻での距離計位置、ビデオ内表示時刻、GPSによる経度、緯度、高度が、一定の時間間隔dtで記録されることになる。従って、計測後にソフトウエア上の処理によって、時間パルスを媒介として、地中レーダデータのレーダ波形トレース位置と、同期ファイルのGPS座標、スーパーインポーズ時間とを一定の時間間隔dtで同期させることができ、相互のデータ間での正確な対応付けが可能となる。   In the present invention, a time / distance signal controller that generates a distance pulse based on a reference time pulse and a distance meter is used. The underground radar device receives the distance pulse based on a distance meter and records a certain number of radar waveforms for each unit distance during traveling. These radar waveform traces are configured to record as ground radar data along with the time pulses from the time and distance signal controller. Therefore, in the ground penetrating radar data, since the cumulative number of radar waveform traces and the cumulative distance from the start of measurement correspond one-to-one, the radar waveform trace position at the time pulse recording position is the radar waveform for each preset unit distance. It can be determined using the number of traces. On the other hand, in the in-vehicle PC, as shown in FIG. 1, at the time pulse transmission time t1, t2,... From the time / distance signal controller, (a) cumulative number of time pulses, (b) cumulative travel A synchronization file is generated in which the distance, (c) time code generator superimpose time, and (d) GPS coordinates are recorded. That is, in the synchronization file, the distance meter position at a certain time, the display time in the video, the longitude, latitude, and altitude by GPS are recorded at a constant time interval dt. Therefore, by processing on the software after measurement, the radar waveform trace position of the ground radar data, the GPS coordinates of the synchronization file, and the superimpose time can be synchronized at a constant time interval dt using the time pulse as a medium. This enables accurate association between the mutual data.

ここで、時間・距離信号コントローラから送られた任意の時間パルス発信時でのレーダ波形トレース位置は、
(1)地中レーダデータの時間パルスの累積個数
(2)同期ファイルに記録された時間パルス発信時の累積距離
のいずれか一方から求めることができる。しかし、地中レーダデータへの時間パルス記録の欠損があった場合、上記(1)のみでは誤差が生じるため、上記(1)と(2)の両方を採用することで信頼性を高めることができる。
Here, the radar waveform trace position at the time of arbitrary time pulse transmission sent from the time / distance signal controller is
(1) Cumulative number of time pulses of ground penetrating radar data (2) Can be obtained from any one of accumulated distances at time pulse transmission recorded in a synchronization file. However, if there is a lack of time pulse recording in the ground penetrating radar data, an error occurs only in the above (1), so that the reliability can be improved by adopting both the above (1) and (2). it can.

任意のレーダ波形トレース位置でのGPS座標とスーパーインポーズ時間は、時間パルスのレーダ波形トレース位置を用いて線形補間により求めることができる。また、ビデオ再生実時間長をビデオ内スーパーインポーズ時間長で除した補正係数を用いて、任意のレーダ波形トレース位置でのビデオ再生位置を補正計算し、地中レーダデータの任意のレーダ波形トレース位置とデジタルビデオ映像を正確に対応させることができる。   The GPS coordinate and the superimpose time at an arbitrary radar waveform trace position can be obtained by linear interpolation using the radar waveform trace position of the time pulse. Also, using the correction coefficient obtained by dividing the actual video playback time length by the superimposition time length in the video, the video playback position at any radar waveform trace position is corrected and calculated, and any radar waveform trace of the ground radar data is calculated. The position and the digital video image can be accurately matched.

これによって、計測された地中レーダデータの、GPSによる位置情報、及びビデオカメラ映像による位置の再現を効率的に且つ高精度で行うことが可能となる。   This makes it possible to efficiently and accurately reproduce the position information of the measured ground penetrating radar data using GPS and the position of the video camera image.

図2は、本発明で用いる路面下探査車の一例であり、各機器の配置状況を平面と側面とで示している。この路面下探査車は、自走する機器搭載車両10と、それに牽引されるアンテナ搭載車両12とからなる。機器搭載車両10は、前方及び左右両側方を撮影する合計3台のデジタルビデオカメラ14、GPS装置16、カーナビゲーションシステム(カーナビ)18、非接触で測定可能な光学距離計20、及びその他必要な各種制御機器やディスプレイ、記録機器(ハードディスク)、車載PC(パソコン)などを装備しており、運転者の他、測定者などが搭乗する。他方、アンテナ搭載車両12は、1車線全体を一度に測定できるように、低背の台車の左右及び中央に6組の送受信アンテナ22を配置し、機器搭載車両10と接続されている電気ケーブルによって電力の供給を受けると共に信号の授受が行われる構成である。ここでアンテナ搭載車両12をトレーラ形式としているのは、機器搭載車両に組み込み一体化するよりも車両及び機器からのノイズが低減されるためためである。   FIG. 2 is an example of a subsurface exploration vehicle used in the present invention, and shows the arrangement state of each device by a plane and a side surface. This subsurface exploration vehicle includes a device-equipped vehicle 10 that is self-propelled and an antenna-equipped vehicle 12 that is pulled by the vehicle. The equipment-equipped vehicle 10 includes a total of three digital video cameras 14, a GPS device 16, a car navigation system (car navigation system) 18, an optical distance meter 20 that can be measured in a non-contact manner, and other necessary items. It is equipped with various control devices, displays, recording devices (hard disks), in-vehicle PCs (personal computers), etc., as well as drivers, measurers and so on. On the other hand, the antenna-equipped vehicle 12 has six sets of transmission / reception antennas 22 arranged on the left and right and the center of the low-profile carriage so that the entire lane can be measured at one time. In this configuration, power is supplied and signals are exchanged. The reason why the antenna-equipped vehicle 12 is in the trailer type is that noise from the vehicle and the device is reduced as compared with the case where the antenna-equipped vehicle 12 is integrated into the device-equipped vehicle.

本発明における地中レーダ計測装置の概略構成を図3に示す。破線で囲まれている部分が、本発明で使用している時間・距離信号コントローラ30である。   FIG. 3 shows a schematic configuration of a ground penetrating radar measuring apparatus according to the present invention. A portion surrounded by a broken line is the time / distance signal controller 30 used in the present invention.

まず、周辺の機器構成から説明する。GPS装置16からの位置情報(緯度、経度、高度)及び累積距離が車載PC32に送信される。前方及び左右両側方の高感度カメラシステム14からのデジタルビデオ映像及びカーナビ18からの地図情報、タイムコードジェネレータ(TCG)34からの経過時間情報はマルチビューワ36を介してビデオキャプチャー機能を備えた前記車載PC32に送られる。これら3つのビデオ画像とカーナビ画像は4分割画面となって液晶ディスプレイ38に表示され、タイムコードジェネレータ34による経過時間も液晶ディスプレイ38に表示される。また、マイク40からの音声情報も、車載PC32に記録される。   First, the peripheral device configuration will be described. Position information (latitude, longitude, altitude) and cumulative distance from the GPS device 16 are transmitted to the in-vehicle PC 32. The digital video image from the high-sensitivity camera system 14 on both the front and left and right sides, the map information from the car navigation system 18 and the elapsed time information from the time code generator (TCG) 34 are provided with a video capture function via the multi-viewer 36. It is sent to the in-vehicle PC 32. The three video images and the car navigation image are displayed on the liquid crystal display 38 as a four-divided screen, and the elapsed time by the time code generator 34 is also displayed on the liquid crystal display 38. Audio information from the microphone 40 is also recorded in the in-vehicle PC 32.

地中レーダ測定系は、3台の地中レーダ装置42に、それぞれ各2台のアンテナ22が接続された構成である。アンテナはボウタイ型でもよいし、ホーン型でもよい。各地中レーダ装置42は、それぞれ指定したタイミングで測定し、得られたレーダ波形トレースを地中レーダデータとして記録するハードディスク(HDD)が設けられている。   The underground radar measurement system has a configuration in which two antennas 22 are connected to three underground radar devices 42, respectively. The antenna may be a bow tie type or a horn type. The mid-range radar device 42 is provided with a hard disk (HDD) that records the obtained radar waveform trace as ground radar data, measuring at each designated timing.

時間・距離信号コントローラ30は、内部の時刻発生器44で生じる方形波によって所望の周期で時間パルスを発生し、また光学距離計20からの出力パルスを利用して距離パルスを発生し、システムの動作タイミングを制御する。更に、手動により任意の時刻にハンドマークを出力可能なハンドマーカ46を備えている。時刻発生器44からの方形波パルスは、周期可変の分周器48a,48bに入力し、所望の周期の時間パルス(例えば0.5秒毎に生成する)として切替器50a,50bに入力する。ハンドマーカ46から発生したハンドマークも前記切替器50a,50bに入力する。これらの切替器50a,50bでは、時間パルスとハンドマークとの切替を行う。そして、いずれか一方の信号がゲート52a,52bに入力する。光学距離計20からの出力パルスは分周器54で分周され、例えば移動距離1cm当たり1パルスの距離パルスが生じるように調整されて、前記地下レーダ装置42に入力する。地下レーダ装置42は、この距離パルスのタイミングでレーダ波形収録を行い、計測結果を地中レーダデータとしてハードディスクに記録する。   The time / distance signal controller 30 generates a time pulse at a desired cycle by a square wave generated by the internal time generator 44, and generates a distance pulse by using an output pulse from the optical distance meter 20 to Control the operation timing. Furthermore, the hand marker 46 which can output a hand mark manually at arbitrary time is provided. The square wave pulse from the time generator 44 is input to the variable frequency dividers 48a and 48b, and is input to the switches 50a and 50b as time pulses of a desired period (for example, generated every 0.5 seconds). . The hand mark generated from the hand marker 46 is also input to the switching devices 50a and 50b. These switchers 50a and 50b switch between time pulses and hand marks. Then, one of the signals is input to the gates 52a and 52b. The output pulse from the optical distance meter 20 is divided by a frequency divider 54, adjusted so that, for example, a distance pulse of 1 pulse per 1 cm of moving distance is generated, and input to the underground radar device 42. The underground radar device 42 records a radar waveform at the timing of this distance pulse, and records the measurement result on the hard disk as ground radar data.

光学距離計20の出力パルスの時間間隔によって車速判定器56で車速判定を行い、その結果が前記ゲート52a,52bの制御信号となる。例えば時速300m以上でゲートをON、時速300m未満でゲートをOFFにする。従って、時速300m未満では時間パルスは出力しない。一方のゲート52aから出力した時間パルス(及びハンドマーク)は、タイムコードジェネレータ34に入力し、タイムコード(経過時間)に変換され、デジタルビデオ映像にスーパーインポーズされて記録され表示される。また、他方のゲート52bから出力した時間パルス(及びハンドマーク)は、地中レーダ装置42に入力して地中レーダデータに時間パルスを加えた形で記録すると共に、車載PC32に入力して、そのタイミングで、GPS装置で計測された累積距離情報及びGPS位置情報、ビデオ内表示時刻の取り込みを行い、時間パルスの累積個数も含めて同期ファイルが作成される。   The vehicle speed determination unit 56 determines the vehicle speed according to the time interval of the output pulse of the optical distance meter 20, and the result is a control signal for the gates 52a and 52b. For example, the gate is turned on at a speed of 300 m / h or more, and the gate is turned off at a speed of less than 300 m / h. Therefore, no time pulse is output at a speed less than 300 m / h. The time pulse (and hand mark) output from one gate 52a is input to the time code generator 34, converted into a time code (elapsed time), superimposed on a digital video image, and recorded and displayed. Further, the time pulse (and hand mark) output from the other gate 52b is input to the ground penetrating radar device 42 and recorded in the form of adding the time pulse to the ground penetrating radar data, and is input to the in-vehicle PC 32, At that timing, the cumulative distance information and GPS position information measured by the GPS device and the in-video display time are taken in, and a synchronization file is created including the cumulative number of time pulses.

図4に時間・距離信号コントローラとGPS装置の処理フローを、図5には時間・距離信号コントローラと各機器とのタイミングチャートを示す。時間・距離信号コントローラでは、光学距離計からの信号を受け、車速判定器で時速300m以上の車速を検知すると各種データの取得を開始する。走行LEDが点灯し、地中レーダ装置は、光学距離計からの距離パルスを受けて、あらかじめ設定された通りに単位距離毎に一定数のデータ(例えば計測距離1m毎に20レーダ波形トレース)を取得する。時速300m未満では、走行LEDは消灯しHOLD状態となり、地中レーダ装置による計測が停止すると共に、車載PCによる同期ファイルの記録も停止する。この間、ビデオカメラ映像の記録は継続し、タイムコードジェネレータによる経過時間のビデオカメラ内へのスーパーインポーズも動作を継続する。なお、走行時には、GPS入力があれば距離累計値とGPS位置情報を出力し、GPS入力がなければ距離累計値のみを出力する。   FIG. 4 shows a processing flow of the time / distance signal controller and the GPS device, and FIG. 5 shows a timing chart of the time / distance signal controller and each device. When the time / distance signal controller receives a signal from the optical distance meter and detects a vehicle speed of 300 m / h or more by the vehicle speed determination device, it starts acquiring various data. The traveling LED lights up, and the ground penetrating radar device receives a distance pulse from the optical rangefinder and, as previously set, outputs a certain number of data for each unit distance (for example, 20 radar waveform traces for every 1 meter of measurement distance). get. When the speed is less than 300 m / hour, the traveling LED is turned off and is in the HOLD state, the measurement by the ground radar device is stopped, and the recording of the synchronous file by the in-vehicle PC is also stopped. During this time, recording of the video camera video continues, and superimposition of the elapsed time in the video camera by the time code generator also continues to operate. When traveling, if there is a GPS input, the accumulated distance value and GPS position information are output, and if there is no GPS input, only the accumulated distance value is output.

時間・距離信号コントローラからは一定時間間隔dtで時間パルスが発信される。発信された時間パルスは地中レーダデータに記録されると共に、時間パルス発信時における下記の情報が、同期ファイルとして車載PCに保存される。
(a)時間パルスの累積個数
(b)時間パルスが発信された時の累積距離
(c)時間パルスが発信された時のビデオカメラ映像に写し込まれたスーパーインポーズ時間
(d)時間パルスが発信された時のRTK−GPSによる位置情報
A time pulse is transmitted from the time / distance signal controller at a constant time interval dt. The transmitted time pulse is recorded in the ground penetrating radar data, and the following information at the time of the time pulse transmission is stored in the in-vehicle PC as a synchronization file.
(A) Cumulative number of time pulses (b) Cumulative distance when time pulses are transmitted (c) Superimpose time (d) Time pulses captured in video camera images when time pulses are transmitted Location information by RTK-GPS at the time of transmission

このようにして、時間・距離信号コントローラからの時間パルスのタイミングで記録された同期ファイルを用いて、以下の手順で専用ソフトウエア上の処理を行い、レーダ波形トレース位置と、GPS座標、デジタルビデオファイル再生位置を対応づける。   In this way, using the synchronization file recorded at the timing of the time pulse from the time / distance signal controller, the processing on the dedicated software is performed by the following procedure, and the radar waveform trace position, GPS coordinates, digital video Associate the file playback position.

図6に、時間・距離信号コントローラからの時間パルス情報を含んだ地中レーダデータの概念図を示す。時間パルスの間隔が狭くなっている部分は車速が遅くなっている状態、時間パルスの間隔が広くなっている部分は車速が速くなっている状態、時間パルスが等間隔の部分は一定速度で走行している状態ということになる。地中レーダデータでは、計測開始からの累積レーダ波形トレース数と光学距離計による距離データは1対1で対応することから、時間パルス記録位置におけるレーダ波形トレース位置は、あらかじめ設定した単位距離毎のレーダ波形トレース数を用いることで求められる。時間・距離信号コントローラからの信号に基づき、システム同期用に記録される情報は以下の通りである。
Glat(k):GPS座標・緯度
Glon(k):GPS座標・経度
Galt(k):GPS座標・高度
D(k) :光学式距離センサの位置
TI(k) :ビデオカメラ映像内のスーパーインポーズ時間
FIG. 6 shows a conceptual diagram of ground penetrating radar data including time pulse information from the time / distance signal controller. The part where the time pulse interval is narrow is in the state where the vehicle speed is slow, the part where the time pulse interval is wide is in the state where the vehicle speed is fast, the part where the time pulse is equally spaced runs at a constant speed It will be in the state of doing. In the ground penetrating radar data, the cumulative number of radar waveform traces from the start of measurement and the distance data by the optical distance meter correspond one-to-one, so the radar waveform trace position at the time pulse recording position is set for each preset unit distance. It is obtained by using the number of radar waveform traces. Information recorded for system synchronization based on signals from the time / distance signal controller is as follows.
Glat (k): GPS coordinate / latitude Glon (k): GPS coordinate / longitude Galt (k): GPS coordinate / altitude D (k): Position of optical distance sensor TI (k): Super-in in video camera image Pause time

任意のレーダ波形トレース位置とGPS座標及びスーパーインポーズ時間との対応付けは、以下の手順で行う。   Correspondence between an arbitrary radar waveform trace position, GPS coordinates, and superimpose time is performed according to the following procedure.

(1)地中レーダデータより、レーダ波形トレース位置PT(k) を次の方法で求める。
(1−1)地中レーダデータ内の時間パルスの累積個数から求める。先頭からk+1個目にあるパルスのレーダ波形トレース位置PT(k) を、地中レーダデータの先頭から時間パルス数を累積する。
(1−2)時間パルス発信時の距離計位置D(k) から、
PT(k) =D(k) ・s
s:単位距離毎のレーダ波形トレース数
で求める。地中レーダデータへの時間パルス記録の欠損があった場合、上記(1−1)のみでは誤差が生じるため、2種類の異なる方法を採用することで測定の信頼性を高めることができる。
(1) The radar waveform trace position PT (k) is obtained from the ground radar data by the following method.
(1-1) Obtained from the cumulative number of time pulses in ground penetrating radar data. The radar waveform trace position PT (k) of the pulse at the (k + 1) th from the beginning is accumulated as the number of time pulses from the beginning of the ground radar data.
(1-2) From the distance meter position D (k) at the time of pulse transmission,
PT (k) = D (k) · s
s: Obtained by the number of radar waveform traces per unit distance. When there is a lack of time pulse recording in the ground penetrating radar data, an error occurs only in the above (1-1), so that the reliability of measurement can be improved by adopting two different methods.

(2)任意のレーダ波形トレース番号X∈PT(0)≦X≦PT(n-1)について、それぞれのレーダ波形トレース位置でのGPS位置情報[経度TGlat(X)、緯度TGlon(X)、高度TGalt(X)]と、スーパーインポーズ時間TTI(X) を、次式のようにしてパルス位置での値を用いて線形補間する。
区間k∈PT(k) ≦X≦PT(k+1)について、
TGlat(X)=A1・X+B1
A1=[Glat(k+1)−Glat(k)]/[PT(k+1)−PT(k-1)]
B1=[PT(k+1)・Glat(k)−PT(k)・Glat(k+1)]/[PT(k+1)−PT(k)]
TGlon(X)=A2・X+B2
A2=[Glon(k+1)−Glon(k)]/[PT(k+1)−PT(k-1)]
B2=[PT(k+1)・Glon(k)−PT(k)・Glon(k+1)]/[PT(k+1)−PT(k)]
TGalt(X)=A3・X+B3
A3=[Galt(k+1)−Galt(k)]/[PT(k+1)−PT(k-1)]
B3=[PT(k+1)・Galt(k)−PT(k)・Galt(k+1)]/[PT(k+1)−PT(k)]
TTI(X)=A4・X+B4
A4=[TI(k+1)−TI(k)]/[PT(k+1)−PT(k-1)]
B4=[PT(k+1)・TI(k)−PT(k)・TI(k+1)]/[PT(k+1)−PT(k)]
(2) For any radar waveform trace number X∈PT (0) ≦ X ≦ PT (n−1), GPS position information at each radar waveform trace position [longitude TGlat (X), latitude TGlon (X), The altitude TGalt (X)] and the superimpose time TTI (X) are linearly interpolated using the values at the pulse positions as in the following equation.
For the interval kεPT (k) ≦ X ≦ PT (k + 1)
TGlat (X) = A1 ・ X + B1
A1 = [Glat (k + 1) −Glat (k)] / [PT (k + 1) −PT (k−1)]
B1 = [PT (k + 1) · Glat (k) −PT (k) · Glat (k + 1)] / [PT (k + 1) −PT (k)]
TGlon (X) = A2 ・ X + B2
A2 = [Glon (k + 1) -Glon (k)] / [PT (k + 1) -PT (k-1)]
B2 = [PT (k + 1) · Glon (k) −PT (k) · Glon (k + 1)] / [PT (k + 1) −PT (k)]
TGalt (X) = A3 ・ X + B3
A3 = [Galt (k + 1) −Galt (k)] / [PT (k + 1) −PT (k−1)]
B3 = [PT (k + 1) · Galt (k) −PT (k) · Galt (k + 1)] / [PT (k + 1) −PT (k)]
TTI (X) = A4 ・ X + B4
A4 = [TI (k + 1) -TI (k)] / [PT (k + 1) -PT (k-1)]
B4 = [PT (k + 1) · TI (k) −PT (k) · TI (k + 1)] / [PT (k + 1) −PT (k)]

レーダ波形トレース位置とデジタルビデオファイルとの対応付けは、以下の手順で任意のレーダ波形トレース位置でのデジタルビデオ再生位置を取得することにより行う。
(1)ビデオ再生開始位置でのスーパーインポーズ時刻TIsを、ビデオ画像から取得する。
(2)ビデオ再生終了位置でのスーパーインポーズ時刻TIeを、ビデオ画像から取得する。
(3)デジタルビデオファイルの再生時間長VLを取得する。
(4)任意のレーダ波形トレース位置Xでのビデオ内スーパーインポーズ時刻TI(X)から、次式を用いて対応するデジタルビデオ再生位置VT(X)を計算する。
VT(X)=(TI(X)−TIs)・a
但し、a=VL/(TIe−TIs)
この補正係数aは、ビデオ内スーパーインポーズ時刻が進む速度とビデオ再生速度が僅かに異なる場合があるため、同期精度を向上するために設定している。
The radar waveform trace position and the digital video file are associated with each other by acquiring a digital video reproduction position at an arbitrary radar waveform trace position according to the following procedure.
(1) The superimpose time TIs at the video playback start position is acquired from the video image.
(2) The superimpose time TIe at the video playback end position is acquired from the video image.
(3) The playback time length VL of the digital video file is acquired.
(4) From the in-video superimpose time TI (X) at an arbitrary radar waveform trace position X, the corresponding digital video playback position VT (X) is calculated using the following equation.
VT (X) = (TI (X) −TIs) · a
However, a = VL / (TIe-TIs)
The correction coefficient a is set in order to improve synchronization accuracy because the speed at which the in-video superimposition time advances and the video playback speed may be slightly different.

このように路面上を走行しながら探査する地中レーダ計測において、同期ファイルを作成し、時間パルスを組み込んだ地中レーダデータを用いることによって、計測した地中レーダデータとGPSによる位置情報及び取得位置のデジタルビデオ映像を正確にリンクさせ、路面下の空洞、埋設物、構造物などの地中構造について、任意の場所の情報を容易に取り出すことが可能となる。   In the measurement of ground penetrating radar that travels on the road surface in this way, by creating a synchronization file and using ground penetrating radar data incorporating a time pulse, the measured ground penetrating radar data and position information and acquisition by GPS It is possible to accurately link the digital video image of the position, and easily extract information on an arbitrary place with respect to underground structures such as cavities under the road, buried objects, and structures.

14 ビデオカメラ
16 GPS装置
18 カーナビ
20 光学距離計
22 アンテナ
30 時間・距離信号コントローラ
32 車載PC
34 タイムコードジェネレータ
36 マルチビューア
38 液晶ディスプレイ
42 地中レーダ装置
44 時刻発生器
14 Video Camera 16 GPS Device 18 Car Navigation 20 Optical Distance Meter 22 Antenna 30 Time / Distance Signal Controller 32 Car PC
34 Time code generator 36 Multi viewer 38 Liquid crystal display 42 Ground penetrating radar device 44 Time generator

Claims (4)

地中レーダ装置、距離計、複数のデジタルビデオカメラ、デジタルビデオ映像に計測経過時間を写し込むタイムコードジェネレータ、及びGPS装置を装備し、走行しながら路面下を探査する車載型地中レーダ計測装置において、計測した地中レーダデータとGPSによる位置情報及びデジタルビデオ映像をリンクさせるシステム同期方法であって、
基準となる時間パルスと距離計に基づき距離パルスを発生する時間・距離信号コントローラを用い、前記地中レーダ装置は、前記距離パルスを受けて走行時に単位距離毎に一定数のレーダ波形収録を行って、前記時間パルスと共に地中レーダデータとして記録するように構成され、前記時間パルス毎に、(a)時間パルスの累積個数、(b)走行した累積距離、(c)タイムコードジェネレータのスーパーインポーズ時間、及び(d)GPS座標、を記録した同期ファイルを生成し、前記時間パルスを媒介として、地中レーダデータのレーダ波形トレース位置と、同期ファイルのGPS座標、スーパーインポーズ時間とを対応付けるようにしたことを特徴とする車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法。
In-vehicle ground penetrating radar measuring device that is equipped with a ground penetrating radar device, a distance meter, a plurality of digital video cameras, a time code generator that captures the elapsed time of measurement in a digital video image, and a GPS device, and that searches under the road surface while traveling A system synchronization method for linking measured ground penetrating radar data with GPS position information and digital video images,
Using a time / distance signal controller that generates a distance pulse based on a reference time pulse and a distance meter, the ground radar device receives the distance pulse and records a certain number of radar waveforms for each unit distance during travel. The time pulse is recorded as ground radar data, and for each time pulse, (a) the cumulative number of time pulses, (b) the accumulated distance traveled, and (c) the super code of the time code generator. A synchronization file in which the pause time and (d) GPS coordinates are recorded is generated, and the radar waveform trace position of the ground radar data is associated with the GPS coordinates of the synchronization file and the superimpose time using the time pulse as a medium. A system synchronization method for an in-vehicle ground penetrating radar measuring apparatus, characterized in that it is configured as described above.
時間・距離信号コントローラから送られた任意の時間パルス発信時でのレーダ波形トレース位置を、
(1)地中レーダデータの時間パルスの累積個数
(2)同期ファイルに記録された時間パルス発信時の累積距離
の両方から求める請求項1記載の車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法。
The radar waveform trace position at the time of arbitrary time pulse transmission sent from the time / distance signal controller
(1) The system synchronization method for an onboard ground penetrating radar measurement apparatus according to claim 1, wherein the system synchronization method is obtained from both the cumulative number of time pulses of ground radar data (2) the cumulative distance at the time pulse transmission recorded in the synchronization file.
任意のレーダ波形トレース位置でのGPS座標とスーパーインポーズ時間を、時間パルスのレーダ波形トレース位置を用いて線形補間により求める請求項2記載の車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法。   3. The system synchronization method for an on-vehicle ground penetrating radar measurement apparatus according to claim 2, wherein the GPS coordinates and the superimpose time at an arbitrary radar waveform trace position are obtained by linear interpolation using the radar waveform trace position of the time pulse. ビデオ再生実時間長をビデオ内スーパーインポーズ時間長で除した補正係数を用いて、任意のレーダ波形トレース位置でのビデオ再生位置を補正計算し、地中レーダデータの任意のレーダ波形トレース位置とデジタルビデオ映像を対応させる請求項3記載の車載型地中レーダ計測装置のシステム同期方法。   Using the correction coefficient obtained by dividing the actual video playback time length by the superimpose time length in the video, the video playback position at any radar waveform trace position is corrected and calculated. 4. The system synchronization method for an in-vehicle ground penetrating radar measuring apparatus according to claim 3, wherein the digital video image is supported.
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