JP7246039B2 - 地面の密度または水分の計測機能を有する移動体および地面計測方法 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 ２０１８年８月１６日、公益社団法人土木学会発行の平成３０年度土木学会全国大会第７３回年次学術講演会講演概要集（番号：ＶＩ－６９８，タイトル：散乱型ＲＩ密度水分計による非接触計測の実験） ２０１８年８月１６日、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｃａｄｅｍｉｅｓ．ｊｐ／ａｃｃｏｕｎｔ／ｌｏｇｉｎ ２０１８年８月２９日、平成３０年度土木学会全国大会第７３回年次学術講演会

本発明は、地面の密度または水分の計測機能を有する移動体および地面計測方法に関する。

地面の水分量や密度を計測する方法として、ＲＩセンサが知られている。
ＲＩセンサは主に透過型と散乱型の２種類の方式に分かれている。
透過型のＲＩセンサは、放射線（密度計ではガンマ線、水分計では中性子線を用いる。）を放出する棒状の線源（線源棒）を地盤に打ち込み、地表面にその放射線を検出する検出器を設置する。そして、線源棒から地中に放出された放射線が、地盤中を通過して検出器に到達し、その量から地盤の密度または水分を割り出すことができる。
一方、散乱型のＲＩセンサは、線源と検出器を地盤の表面上に同時に配置して放射線を検出するものであり、非破壊で密度または水分を計測することができる。

土木の盛土現場では、透過型のＲＩセンサは一般的に使用されている。これは、散乱型のＲＩセンサは、地表面の凹凸によってデータが不安定になりやすいためである。
しかし、道路工事や盛土工事などで地盤材料の締固めに用いる振動ローラを遠隔操作で無人化施工する場合などには、線源（線源棒）を地盤に打ち込むための孔を削孔する作業が必須なため、迅速かつ連続的な測定が困難であり、また、線源の打ち込み作業を遠隔操作することが難しいなどの理由から、透過型のＲＩセンサを使用できない場合があった。

その他、以下の特許文献１には、盛土施工時に土質を測定する方法として、ロードローラにマイクロ波照射器およびマイクロ波測定器を設け、土から反射されたマイクロ波の強度と、土の抵抗率、体積、含水率または乾燥密度との相関関係を用いて土の乾燥密度や含水比を測定する発明が開示されている。
しかし、マイクロ波の計測は比較的狭い範囲であるため、ロードローラによる転圧箇所を点状に計測しているに過ぎない。

特開２０１８－９６８２４号公報

そこで、本発明は、散乱型のＲＩセンサを用いて精度良く計測データの取得が可能な手段の提供を目的とする。
また、本発明は、計測データを面的に取得することが可能な手段の提供をもう一つの目的とする。

本願の第１発明は、走向によって移動可能に構成し、地面の密度または水分の計測機能を有する、移動体であって、前記移動体の機体から下方に張り出し、かつ伸縮機構を設けた、腕部と、地面との接触によって回転する、回転体と、前記回転体に収容して、地面の密度または水分を計測可能な、散乱型のＲＩセンサと、を少なくとも備え、前記散乱型のＲＩセンサは、放射線を放出する、線源と、前記線源の両側に配置し、前記線源から放出したのち、地中で散乱して地表へと放出された前記放射線を検出する、検出器と、線源と各検出器との間に配置する、遮蔽体と、を備えたことを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記回転体の周壁に、放射線の透過部を設けてあることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１発明または第２発明において、前記移動体が、振動ローラであることを特徴とする。
また、本願の第４発明は、前記第１発明乃至第３発明のうち何れか１つの発明に記載の移動体を用いて地面の密度または水分を計測する方法であって、前記移動体の移動とともに前記回転体を地面で回転させながら、前記移動体の現在位置および前記散乱型のＲＩセンサの計測値を記録していくことを特徴とする。

本発明によれば、以下に記載する効果を奏する。
（１）散乱型のＲＩセンサを用いるため、透過型のＲＩセンサのように線源棒を地盤に打ち込む作業が不要である。よって、計測作業を無人で行う現場での実施に好適である。
（２）移動体の移動に伴って回転体が地面に接触しながら回転走向することにより、計測データを面的に取得することが可能となる。
（３）回転体の内部に収容した散乱型のＲＩセンサと、計測対象である地面との距離が一定に保たれるため、各計測箇所での計測誤差が生じにくく、計測データの安定性に優れる。
（４）移動しながら計測する際に、回転体の同じ部位が常に地面に接触し続けることが無いことから、地面の材料を引きずることも無く、地面の凹凸の発生を誘引することもない。
（５）回転体の周壁に透過部を設けることにより、回転体の素材の影響を低下させて、線源からの放射線をより確実に地盤に到達させ、また地盤からの放射線をより確実に検出器に到達させることができる。
（６）振動ローラによる地面の転圧作業と同時に、地面の水分または密度の計測作業を行うことができる。よって、転圧作業を中断することなくスピーディーな計測が可能となる。
（７）自律制御型の振動ローラを用いることにより、転圧作業と計測作業を無人実施することができる。

実施例１に係るＲＩ計測装置の概略図。 本発明に係るＲＩ計測装置を移動体に取り付けた状態の概略図。 実施例２に係るＲＩ計測装置の概略図。

本発明に係るＲＩ計測装置は、飛行または走向によって移動可能な移動体に取り付ける装置であり、計測対象である地面との接触によって回転する回転体と、前記回転体に収容して、地面の密度または水分を計測可能な、散乱型のＲＩセンサと、を少なくとも備える。
移動体を移動させながら連続して計測を行うことにより、計測対象の地面の水分や密度を面的に計測することもできる。
また散乱型のＲＩセンサを用いることにより、線源を計測対象に打ち込む作業が不要となり、遠隔操作などによる無人での計測作業の実施に好適である。
また、ＲＩセンサを覆う回転体が、移動体の移動に伴って回転するため、計測対象の地面を乱すことがない。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。

＜１＞概要
情報処理技術（ＩＣＴ）を用いた盛土の品質管理は、従来のＲＩ法などの現場密度試験による締め固めた土の密度や含水比などを点状に測定する品質規定方式に代わり、施工前に行われる試験盛土により決定したまき出し厚さや締固め回数をＴＳ・ＧＮＳＳを用いて面的に管理する工法規定方式となっている。
この工法規定方式による盛土の品質管理では、従来の品質管理方式において実施されていた品質管理試験の省略や締固め状況の早期把握による工期短縮が期待できる。
しかし、「土」という材料は、施工の良否はもとより、含水比や粒度分布などにより、品質が大きく左右される。上記した品質管理方式では、施工前に目視による色合いや触土による性状確認、ＲＩ法や電子レンジ法などによる含水比測定を行い、事前に実施した土質試験と同じ材料であるかを確認・判断することになっている。
しかし、その判断は熟練した技術者の経験と知識が必要であり、ましてや施工される大量の土を対象として前述した試験を全量実施することは実質不可能である。
また、それ以前に土は鋼材などとは異なり、均質な性状を有している材料ではなく、土取場や掘削深度によって性状が異なるのが一般的である。
このようなことから、本発明は、ＩＣＴ土工における品質管理について、施工前、施工中の管理に加えて、新たな品質管理方法を追加することで更なる品質向上を目的とするものである。

＜２＞全体構成
本発明に係るＲＩ計測装置Ａは、振動ローラＢなどの重機や、ドローンなどのＵＡＶなど、飛行または走向によって移動可能な移動体に取り付けて使用する装置である。
本発明に係るＲＩ計測装置Ａは、計測対象である地面との接触によって回転する回転体１と、前記回転体１に収容して、地面の密度または水分を計測可能な、散乱型のＲＩセンサ２と、を備える。
以下、図１を参照しながら、地盤の密度を測定可能なＲＩ計測装置の詳細について説明する。

＜３＞回転体
回転体１は、移動体の移動に伴い、計測対象である地面との接触によって回転する部材である。
回転体１は、移動体の移動方向に対して直交する方向を回転軸として回転可能に構成し、内部の中空部分にＲＩセンサを収容する。
本実施例では、回転体１を、アルミ製の内管１０および外管２０で構成している。
内管１０の内部にはＲＩセンサ２を収容し、内管１０の両端は移動体から伸びる腕部に取り付ける固定軸１１を設けている。よって、内管１０は移動体の移動によって回転せずに、所定の位置に位置決めされている。
外管２０は、固定軸１１に設けたベアリング２１を介して内管１０の外周に取り付けており、移動体の移動時に、地面と接触することによって回転動作する。

＜４＞ＲＩセンサ
ＲＩセンサ２は、地面の密度または水分を計測可能するための装置である
本発明では、散乱型のＲＩセンサを用いる。
散乱型のＲＩセンサ２（以下、単に「ＲＩセンサ２」という。）は、放射線を放出する線源３０と、放出した放射線が土中の構成物質によって散乱し、地表に放出する放射線検出する検出器４０からなり、これらを回転体の内部に収容している。
ＲＩセンサ２を構成する線源３０および検出器４０は、回転体の回転に連動せずに常に地面を向いた姿勢で保持される態様で収容する。
本実施例では、内管１０の内部にＲＩセンサ２を収容しており、内管１０の略中央に線源３０を配置し、内管１０の両側に検出器４０を配置している。
線源３０と検出器４０の間には、鉛製の遮蔽体５０を配置している。

＜５＞使用方法
図２を参照しながら、本発明に係るＲＩ計測装置Ａの使用方法の一例について説明する。
図２に、本実施例に係るＲＩ計測装置Ａを移動体に取り付けた状態の例を示す。本実施例では、移動体として振動ローラＢを想定しており、振動ローラＢの前後に設けたローラの間から下方に張り出す腕部Ｂ１に、本発明に係るＲＩ計測装置Ａを取り付けている。なお、腕部Ｂ１には別途伸縮機構を設け、計測作業時に腕部Ｂ１を伸ばして、回転体１を地面に押し当てた状態とするように構成してもよい。
また、ＲＩ計測装置Ａを振動ローラＢの機体に取り付ける機構として、パンタグラフ機構や、球継ぎ手を用いた牽引手段を採用することで、旋回時の走行追従性を向上させることができる。

本実施例に係る構成によれば、振動ローラＢによる地面の転圧作業と同時に、地面の水分または密度の計測作業を行うことができる。よって、転圧作業を中断することなくスピーディーな計測が可能となる。
また、振動ローラＢによって転圧済みの地表面であれば、密実で凹凸の少ない状態であると考えられるため、散乱型のＲＩセンサ２であっても計測データが不安定になることが無く、精度良い計測作業が可能となる。
また、振動ローラＢでもって測定面の凹凸を解消しながら連続計測を行うことができる。
また、振動ローラＢを構成するローラは、そりのように地表面に接触し続ける部材と比較して、骨材などの材料を引きずりにくいため、転圧面を荒らしにくい点でも有益であり、これらの効果は、特に転圧回数が少ない現場において原著にみられる。
また、自律制御型の振動ローラＢに、ＧＮＳＳ，ＴＳ，ＧＰＳなどの位置検出手段を設けておけば、転圧データと計測データとを連動させて、地面の密度が不足している箇所を面的に表示する情報処理を行うことによって、再転圧を要する箇所を精度良く検出することができる。

本発明に係るＲＩ計測装置Ａの第２実施例について、図３を参照しながら説明する
本発明に係るＲＩ計測装置Ａは、回転体１の周壁に、線源３０と検出部と地面との間に介在する部位に放射線の透過性を増すための透過部を設けても良い。
図３（ａ）は、透過部として、内管１０および外管２０のそれぞれに貫通孔１２，２２を設けた構成を示している。
図３（ｂ）は、透過部として、外管２０に薄肉部２３を設けた構成を示している。
本実施例によれば、回転体を構成する素材の影響を低下させて、線源３０からの放射線を地盤により確実に到達させ、また地盤からの放射線を検出器４０により確実に到達させることができる。

Ａ：ＲＩ計測装置
Ｂ：振動ローラ
１ ：回転体
２ ：ＲＩセンサ
１０：内管
１１：固定軸
１２：貫通孔
２０：外管
２１：ベアリング
２２：貫通孔
２３：薄肉部
３０：線源
４０：検出器
５０：遮蔽体

Claims (4)

1. 走向によって移動可能に構成し、地面の密度または水分の計測機能を有する、移動体であって、
   前記移動体の機体から下方に張り出し、かつ伸縮機構を設けた、腕部と、
   地面との接触によって回転する、回転体と、
   前記回転体に収容して、地面の密度または水分を計測可能な、散乱型のＲＩセンサと、
   を少なくとも備え、
   前記散乱型のＲＩセンサは、
   放射線を放出する、線源と、
   前記線源の両側に配置し、前記線源から放出したのち、地中で散乱して地表へと放出された前記放射線を検出する、検出器と、
   線源と各検出器との間に配置する、遮蔽体と、を備えたことを特徴とする、
   移動体。
2. 前記回転体の周壁に、放射線の透過部を設けてあることを特徴とする、
   請求項１に記載の移動体。
3. 前記移動体が、振動ローラであることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の移動体。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の移動体を用いて地面の密度または水分を計測する方法であって、
   前記移動体の移動とともに前記回転体を地面で回転させながら、前記移動体の現在位置および前記散乱型のＲＩセンサの計測値を記録していくことを特徴とする、
   地面の計測方法。

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