JP6083965B2 - 埋設物探査システム - Google Patents

Description

本発明は、地中に探査用電磁波を放射して埋設物からの反射波を受信することにより埋設物を探査する探査装置を備えた埋設物探査システムに関する。

上記のような探査装置として、特許文献１には、地中に電磁波を送信するとともに、地中にある物体から反射して帰ってくる反射波を受信する送受信ユニットと、受信した反射波から生成された断面画像情報信号を用いて断面画像を表示する表示装置とを備えたレーダ型地中探査装置が記載されている。この装置では、送受信ユニットと表示装置とを装備した走行体を地面に設定された走査ラインに沿って走行させながら地中探査することで、表示装置に地中断面画像が表示される。作業者は、表示装置に表示された地中断面画像を見て、埋設物の有無や埋設管の深さ等を評価する。

ガス管などの埋設管に対する掘り起こし工事に先立って、できるだけ正確に工事対象となる埋設管の位置を把握しておかなければならず、上述したような装置を用いた埋設物探査が必要となる。ところが、近年、地面下には、埋設物として、ガス管、水道管、さらには光ファイバケーブル管などが密接して埋設されており、工事対象となる埋設管の位置を正確に把握することが難しくなっている。特に、異なる種類の埋設管が輻輳しているようなケースでは、表示装置に表示された地中断面画像等の探査データから、埋設管と埋設管以外の埋設物との区別、さらには埋設管の種別などを判定するためには、探査技術の知識と熟練が要求される。しかしながら、知識と熟練を有するエキスパートが常に探査現場にいるとは限らず、判定が困難な場合には、エキスパートに連絡をとってその判定を要請する、あるいはエキスパートによる探査作業を再度行うといったような必要が生じるが、これを実行するためには作業を一時的に中断しなければならない。

特開平１１‐１９０７７９号公報（段落番号〔０００９‐００１７〕、図１）

上記実情に鑑み、エキスパートが探査作業現場にいなくても、できる限りスムーズに信頼性の高い探査評価ができる技術が望まれている。

本発明による埋設物探査システムは、埋設物探査作業の対象となる所定の作業エリアにおいて設定された走査ラインに沿って地中に放射された探査用電磁波の埋設物からの反射波を処理して得られた探査データを表示部に表示するとともに、通信網を通じて前記探査データを伝送する探査装置と、前記走査ラインを規定する基準マーカを含む前記作業エリアの撮影画像を取得して外部に転送する撮影装置と、通信網を介して受け取った前記探査データと前記撮影画像とを対応付けて格納する探査情報格納部を備えるとともに前記作業エリアでの前記埋設物探査作業を管理する管理装置とを備え、前記探査装置は、前記反射波を処理して前記探査データを生成する第一信号処理部を含み、前記管理装置は、前記第一信号処理部よりも高機能な第二信号処理部を含み、前記第二信号処理部は、前記探査装置の前記表示部に表示された前記探査データに基づいて埋設物の有無を判定する作業者からの要請に応じて、前記探査情報格納部に格納された前記探査情報に対して判定容易化処理を行って、前記探査データよりも精度の高い判定容易探査データを生成し、前記判定容易探査データを前記探査装置に伝送する。

このシステムでは、埋設物探査作業を実施すべき作業エリア（一般には道路や歩道)に到着した作業者は、探査装置を用いて作業エリアにおいて設定された走査ラインに沿った探査作業を行い、探査結果としての探査データを得る。この探査データは画像化され表示部に表示されるので、作業者はこの画像を評価することで埋設管の位置を決定することができる。決定された埋設管の位置に基づいて、作業者は、その後に行われる掘り起こし工事のために、地面に直接埋設管位置を示す記号や標識を描いたり、埋設管地図図面を作成したりする。さらに、この探査作業の前後あるいはその途中において、作業エリアが撮影されるが、その撮影画像には、探査作業の走査ラインを位置的に規定するために利用できる基準マーカが含まれる。つまり、この撮影画像に写っている基準マーカを目印にして撮影画像に写っている作業エリアのどの位置が走査ラインとして利用されているかを推定することができる。所定の作業エリアの探査データと当該作業エリアの撮影画像は互いに対応付けられた（リンクされた）形態で、通信網を通じて管理装置に伝送して、探査情報格納部に格納される。これにより、もし現場で、探査データから埋設管の存在を確定できない場合や埋設管の位置を決定することができない場合、探査情報格納部に格納された探査データ及び撮影画像とから、より熟練されたエキスパートが新たな探査のための走査ラインの指示など、埋設管の位置を決定するための適切な助言を与えることができる。

基準マーカは、作業エリアのどこに走査ラインが位置するかどうかを規定するための目印、より簡単には走査ラインの出発点を規定する目印となるものなので、本発明の好適な実施形態の１つにおける基準マーカは、作業者によって前記作業エリアに付与される指標である。作業者によって付与される指標としては、例えば、チョークやペンキなどによって地面に描かれる線や記号、あるいは三角コーンやロープなどの物体も含まれる。これによって、現場にいない作業者であっても、撮影画像から、走査ラインが設定されている地面の状況の把握、あるいは地中の様子の推定が可能となる。

探査作業毎に取得される探査データと撮影画像とを対応付ける際に、この埋設物探査作業に関連する工事の種々の情報とも対応付けられると好都合である。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記探査データと前記撮影画像とは埋設物探査作業を規定する作業ＩＤによって対応づけられている。つまり、この作業ＩＤをリンクキーとして探査データと撮影画像とが対応付けられるだけでなく、該当探査作業の後に行われる道路掘り起こし作業や埋設物保守作業の内容等も引き出すことができる。

探査データと撮影画像とはそれぞれ別個に通信網を用いて管理部に伝送することができるが、伝送効率や処理効率を考慮すると、これらを一体化して、例えば同一ファイルに組み込むことが好ましい。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記撮影装置が前記探査装置に組み込まれており、前記探査データと前記撮影画像とは統合された探査情報として前記探査装置から前記管理装置に伝送される。

探査対象となっている埋設管（例えばガス管）の周囲に他の埋設管（例えば、水道管や光ファイバケーブル管など）が存在し、配管が輻輳している場合、表示部に表示されている探査データの画像から対象の埋設管の有無を特定することは難しい。また、石など破壊してもよい埋設物と有用埋設管とを区別することも難しい。しかしながら、現場に持ち運びできるポータブルな探査装置に内蔵するデータ処理（画像処理など）に較べてより高度なデータ処理を受信信号や探査データに対して施すことでより判定が容易となる場合が少なくない。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記探査装置の前記表示部に表示された探査データに基づいて埋設物の有無を判定する作業者からの要請に応じて、当該探査データに対して判定容易化処理を行う信号処理部が前記管理装置に含まれ、この信号処理部によって生成された判定容易探査データが前記探査装置に伝送されるように構成されている。

また、一般の作業者では判定が困難な探査データであっても、熟練された作業者であるエキスパートではより正確な判定ないしは適切な助言を与えることができる。このことから、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記探査装置の前記表示部に表示された探査データに基づいて埋設物の有無を判定する作業者からの要請に応じて、当該探査データに基づいて埋設物の有無を判定するエキスパートの端末に前記探査データと前記撮影画像とを転送するデータ転送部が前記管理装置に含まれている。

本発明による埋設物探査システムの基本原理を示すシステム模式図である。 本発明による埋設物探査システムの具体的な実施形態を説明する模式図である。 探査装置の機能ブロック図である。 視覚化された探査データの一例を示す画面図である。 管理装置としてのサーバシステムの機能ブロック図である。

本発明による埋設物探査システムの具体的な実施形態を説明する前に、図１のシステム模式図を用いて、このシステムの原理を簡単に説明する。
この埋設物探査システムは、データ管理センタなどに設置されている管理装置１と、所定の作業エリアに持ち込まれる現場作業機器としての探査装置３及び撮影装置５とを備え、管理装置１と探査装置３の間は、データ伝送可能に、インターネットや携帯電話回線網などの通信網２を通じて接続されている。撮影装置５は、探査装置３または管理装置１あるいはその両者に取得した撮影画像を転送するためのデータ伝送機能を有する。

探査装置３は、手押し式または自走式のレーダ探査装置であり、埋設物探査作業の対象となる所定の作業エリアにおいて設定された走査ラインＳＬに沿って走行しながら、アンテナ３１から探査用電磁波を地中に放射する。放射された電磁波の伝播経路に埋設管などの埋設物が存在するとそこで反射される。この反射されて戻ってくる反射波が信号処理部４２で処理され、次の段で目的となる埋設物の存在を評価する探査データとして利用される。例えば、この探査データに適切な画像処理を施し、地中断面図のような視覚化できる探査画像データとして、表示部３２に表示させることが可能である。作業者は、表示部３２に表示された探査画像から作業対象となる埋設管の地中位置を把握することができる。

作業エリアは、一般的には管轄地区の歩道や道路などの特定区画であり、この作業エリア内で予め決められたパターンで走査ラインＳＬが設定される。その際、この走査ラインを規定する基準マーカＭが指標として作業エリアの表面に付与される。ここでいう、走査ラインＳＬを規定する基準マーカＭとは、例えば走査ラインＳＬの起点、中間点、終点などを示す文字や記号であり、チョークやペンキなどで直接地表に描画してもよいし、三角コーンなどの標識体を地面に載置してもよい。あるいは、走査ラインＳＬを示す線を描画する方法やロープを載置するような方法でも走査ラインＳＬを規定する基準マーカＭを作り出すことができる。つまりこの基準マーカＭの地表の位置により、実際の走査位置と、その走査位置での探査データとが関係付けられることが重要である。図１の例では、基準マーカＭ（Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3）は、３本の走査ラインＳＬ（ＳＬ1、ＳＬ2、ＳＬ3）の各起点に黒丸と操作方向を示す矢印とからなる、地面にチョークで描かれた記指標である。

撮影装置５は、基準マーカＭを含む作業エリアを撮影する。取得された撮影画像には、基準マーカＭが含まれているので、この撮影画像から、探査作業時の作業エリアの地面における走査ラインＳＬの位置と、その走査ラインＳＬで得られた探査データとを関係づけることが可能となる。このことは、作業現場から空間的に離れた場所での探査データの再評価や、作業後の再評価を可能にする。特に、地面にマンホールなどの埋設管の点検口などが存在していた場合など、それらによって地中の状態を推定することができると、探査データの評価がより正確なものとなる。

このため、撮影装置５は、取得した撮影画像を外部に転送する機能を有する。例えば、撮影装置５から探査装置３を介して管理装置１に転送してもよいし、あるいは、撮影装置５から直接管理装置１に転送してもよい。転送には、データ通信を用いるのが好都合であるが、ＵＳＢメモリなどのポータブルメモリを用いて物理的に撮影画像を移動させてもよい。

撮影装置５を探査装置３に組み込んだ形態では、探査装置３の内部で、探査データと撮影画像とが統合された探査情報として生成され、この探査情報はリアルタイム処理またはバッチ処理で探査装置３から管理装置１に通信網２を介して伝送することができる。

探査装置３は、探査データを特定作業エリアでの埋設物探査作業結果として、通信網２を介して管理装置１に伝送する。その際、対応する撮影画像が入力されていれば、この撮影画像と一緒に伝送する。いずれにせよ、撮影装置５で取得された撮影画像は探査データと対応付けて管理装置１の探査情報格納部１２に格納される。撮影画像と探査データとの対応付けには、該当する埋設物探査作業を規定するコードがリンクキーとして用いられると好都合であるので、ここでは、埋設物探査作業毎に与えられる作業ＩＤが用いられる。これによって、埋設物探査作業に関する情報、例えば、地図を含む作業場所データ、作業場所における配管データ、作業取引データなどと、撮影画像及び探査データがリンクされる形態で、探査情報格納部１２に格納される。

図１に示されたシステムでは、埋設管探査に熟練したエキスパートが取り扱う端末６も通信網２に接続されている。つまり、探査装置３の表示部３２に表示された探査データに基づいて埋設物の有無を判定する作業者からの要請に応じて、当該探査データに基づいて埋設物の有無を判定するエキスパートの端末６に探査データと撮影画像とを転送するデータ転送部１３が管理装置１に含まれている。従って、探査作業において、現場では埋設物の有無等の探査評価が難しい探査データが発生した場合は、直ちに、エキスパートの端末６に該当探査データとこれに対応する撮影画像とが転送され、エキスパートの判定ないしは助言を求めることができる。

探査装置３に搭載されている信号処理部４２により、埋設物の有無を判定することが容易になる探査画像が表示部３２に表示されるが、探査装置３に備えられたプロセッサの演算能力は制限されているので、高機能な信号処理は不可能である。このため、図1に示すシステムでは、さらに、管理装置１には、探査装置３の信号処理部４２に備えられたものよりさらに優れた判定容易化処理を行うことができる信号処理部１４も含まれている。この信号処理部１４は、現場の作業者からの要請により探査装置３から伝送されてきた受信信号あるいは探査データに対して判定容易化処理を行い、得られたより精度の高い探査データを探査装置３に送り返す。この管理装置１における判定容易化処理には、受信信号を周波数帯域に変換して周波数依存探査データの生成、探査データの輪郭強調処理やレベル調整処理などの画像処理、探査データの三次元化、探査データの統計的解析などが含まれている。

次に、本発明による埋設物探査システムの具体的な実施形態の１つを説明する。ここでは、探査すべき埋設物は、ガス導管である埋設管である。基本的な構成は図1を用いて説明したシステムと同じであるが、図２に示すように、探査装置３は、作業者によって手押し走行される探査台車３ａと作業者によって操作されるタブレット端末３ｂとから構成されている。また、撮影装置５としてのデジタルカメラ（静止画and/or動画）はタブレット端末３ｂに組み込まれている。タブレット端末３ｂには、通信網２としての携帯電話回線または公衆無線ＬＡＮを通じてインターネットに接続し、管理装置１との間でデータ伝送を行う機能を有する。探査台車３ａとタブレット端末３ｂとはＵＳＢケーブルを介してデータ伝送可能に接続されている。

図３から明らかなように、探査台車３ａに装備されている地中レーダ探査ユニットは、好ましくは複数のアンテナ素子からなるアンテナ３１、このアンテナ３１を通じてマイクロ波領域のパルス状の電磁波を地中に向けて所定の繰り返し周波数で放射するための、高周波電源４４と送信部４５、及びアンテナ３１を通じて地中から反射してきた反射波を受信する受信部４６を備えている。探査台車３ａには、さらに、受信部４６で受け取った受信信号を増幅する増幅部４７、増幅され受信信号を処理して探査データを生成する信号処理部４２、表示部３２が装備されている。表示部３２は、作業者が探査結果を視覚的に確認しやすくするように探査データを画像データ化する表示画像生成部３２ａと、画像データを表示するフラットパネルディスプレイ３２ｂからなる。フラットパネルディスプレイ３２ｂで表示される視覚化された探査データの一例が、図４に示されている。フラットパネルディスプレイ３２ｂは、探査台車３ａの上面に、探査台車３ａを手押しする作業者から良く見えるように傾斜姿勢で設けられている液晶パネルである。

探査台車３ａは、チョークで地面に描画された指標である基準マーカＭを起点として、ないしは基準マーカＭから所定の位置を起点として設定される走査ラインＳＬに沿って移動させられるが、その移動距離ないしは移動点を検出する位置検出センサユニット３３が装備されている。この位置データは信号処理部４２に送られ、探査データと探査位置を対応づけるために利用される。位置検出センサユニット３３は、簡単には走行車輪に連結したロータリエンコーダによって構築することができるが、ＧＰＳやジャイロによって構築しても良い。

信号処理部４２による、画像処理を含む信号処理自体は公知であり、例えば、上述した特許文献１や特開２００７−２６３８８２号にそのような信号処理の例が記載されている。

タブレット端末３ｂには、操作入力及び情報表示のためのタッチパネルディスプレイ及び作業エリアを撮影するためのデジタルカメラ５が搭載されている。さらに、デジタルカメラ５によって取得された撮影画像と探査台車３ａから入力された探査データとを作業ＩＤでリンクした探査情報を生成する探査情報生成部４３や、この探査装置３を用いて行われる埋設管探査作業の内容を示す作業情報を管理する作業情報管理部４０がプログラムの実行を通じて、このタブレット端末３ｂ内に構築される。探査情報生成部４３で生成された探査情報は、タッチパネルディスプレイに表示されるだけでなく、通信網２を介して管理装置１に伝送される。また、必要の場合には、メール機能やファイル交換機能を用いてエキスパートの端末６に探査情報などを直接送ることも可能である。

管理装置１は、図５に示されているように、管理センタに設置されたサーバシステムとして構築されており、種々のサーバやデータベースを備えており、クライアントからの要求に応じて種々の情報を提供することができる。そのような情報はインターネットを介して行われるので、ここでの入出力部１１はＷＥＢサーバとして構成されている。従って、この実施形態の管理装置では、図１を用いて説明した基本システムに含まれていた探査情報格納部１２やデータ転送部１３や信号処理部１４以外に、地図サーバ１５や作業管理サーバ１６を備えている。信号処理部１４は、アプリケーションサーバとして構成されており、クライアントである探査装置３からの要求により、送られてきた受信信号and/or探査データを入力として、探査装置３の信号処理部４２に備えられたものよりさらに優れた判定容易化処理を行って、当該探査装置３に送る機能を有する。ここでいうさらに優れた判定容易化処理の一例は、高速フーリエ変換等の周波数分析を用いた信号解析である。

地図サーバ１５には、この埋設物探査システムを運用するガス会社が管轄する地域の住宅地図、配管地図などが格納されている。作業管理サーバ１６には、発生したガス管工事に伴う作業内容が格納されている。その作業内容には、実際のガス管工事に先立って行われる埋設管探査作業内容も含まれている。埋設管探査作業時には、この埋設管探査作業内容は探査装置３のタブレット端末３ｂにダウンロードされる。従って、作業者は、タブレット端末３ｂのディスプレイ４４を通じて、対象となるガス管が埋め込まれている地図等を含む埋設管探査作業内容を確認することができる。

この埋設物探査システムにおけるデータの流れを以下に説明する。
（１）管理装置１−＞探査装置３（タブレット端末３ｂ）
埋設管探査作業を識別する作業ＩＤ、埋設管探査作業内容を示す指示書、地図、注意事項、高度信号処理結果。
（２）探査台車３ａ−＞タブレット端末３ｂ。
受信データ、探査データ、探査位置データ。
（３）探査装置３（タブレット端末３ｂ）−＞管理装置１
探査情報（探査データ＋撮影画像＋探査位置データ）、探査位置データ、受信データ、探査データ、探査位置データ、探査判定結果、高度信号処理の要請、エキスパートへのヘルプ要請。
（４）管理装置１（orタブレット端末３ｂ）−＞エキスパートの端末６
探査情報、地図データ。
（５）エキスパートの端末６−＞タブレット端末３ｂ
探査判定結果、探査判定助言。

〔別実施の形態〕
（１）本発明における探査用電磁波による探査は広い意味で用いられており、電界または磁界あるいはその両方の変動に基づくすべての探査を含んでいる。
（２）上述した実施形態では、基準マーカは、作業者によって作業エリアに地面に描画される文字や記号などの描画指標または作業エリアの地面に載置される指標物体であると説明されたが、撮影画像に画像処理的に直接付与されるような形態であってもよい。
（３）探査装置３の各機能は、別体のユニットに分けて構成してもよいし、統合化してもよい。また、管理装置１の各機能も、１つのサーバシステムではなく、インターネット等の通信網で接続された複数のサーバシステムに分散されてもよい。

本発明は、地中埋設物を地表からレーザ（電磁波）を用いて探査する埋設物探査システムに適用することができる。

１ ：管理装置
１１：入出力部
１２：探査情報格納部
１３：データ転送部
１４：信号処理部
２ ：通信網（インターネット、携帯電話回線網）
３ ：探査装置
３１：アンテナ
３２：表示部（フラットパネルディスプレイ）
３３：位置検出センサユニット
４ ：制御ユニット
４１：入出力部
４２：信号処理部
４３：探査情報生成部
５ ：撮影装置（デジタルカメラ）
６ ：エキスパートの端末
Ｍ ：基準マーカ
ＳＬ：走査ライン

Claims (5)

1. 埋設物探査作業の対象となる所定の作業エリアにおいて設定された走査ラインに沿って地中に放射された探査用電磁波の埋設物からの反射波を処理して得られた探査データを表示部に表示するとともに、通信網を通じて前記探査データを伝送する探査装置と、
   前記走査ラインを規定する基準マーカを含む前記作業エリアの撮影画像を取得して外部に転送する撮影装置と、
   通信網を介して受け取った前記探査データと前記撮影画像とを対応付けて探査情報として格納する探査情報格納部を備えるとともに前記作業エリアでの前記埋設物探査作業を管理する管理装置と、を備え、
   前記探査装置は、前記反射波を処理して前記探査データを生成する第一信号処理部を含み、
   前記管理装置は、前記第一信号処理部よりも高機能な第二信号処理部を含み、
   前記第二信号処理部は、前記探査装置の前記表示部に表示された前記探査データに基づいて埋設物の有無を判定する作業者からの要請に応じて、前記探査情報格納部に格納された前記探査情報に対して判定容易化処理を行って、前記探査データよりも精度の高い判定容易探査データを生成し、前記判定容易探査データを前記探査装置に伝送する埋設物探査システム。
2. 前記基準マーカは、作業者によって前記作業エリアに付与される指標である請求項１に記載の埋設物探査システム。
3. 前記探査データと前記撮影画像とは埋設物探査作業を規定する作業ＩＤによって対応づけられる請求項１または２に記載の埋設物探査システム。
4. 前記撮影装置が前記探査装置に組み込まれており、前記探査データと前記撮影画像とは統合された前記探査情報として前記探査装置から前記管理装置に伝送される請求項３に記載の埋設物探査システム。
5. 前記探査装置の前記表示部に表示された探査データに基づいて埋設物の有無を判定する作業者からの要請に応じて、当該探査データに基づいて埋設物の有無を判定するエキスパートの端末に前記探査データと前記撮影画像とを転送するデータ転送部が前記管理装置に含まれる請求項１から４のいずれか一項に記載の埋設物探査システム。

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