JPH01187483A - 埋設物探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分９）〕 この発明は、地中唇に埋設されたガス管や水道管、各種
ケーブル等に対して地上から電波を放射するとともにそ
の１コーを受信し、この受信したエコーの表示器への表
示に基づいて上記地中埋設物の位置（深度を含む）を計
測する地中埋設物探査装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、こうしたレーク方式を採用した埋設物探査装置
にあっては、上記地上から発したパルス状電波の所要と
する反射の有無、すなわち上記エコーの受信の有無から
物標とする地中埋設物の有無を、また同パルス状電波を
送信してからそのエコーが受信されるまでの時間から同
埋設物の埋設深度をそれぞれ検出するようにしている。

すなわちいま、第６図（ａ）に示すような送信トリガの
発生に基づき、第６図（ｂ）に示す態様で送信パルス（
電波パルス）を形成してこれを地中に発したときに、同
第６図（Ｃ）に示す如く時間ＴＥ後にその物標埋設物か
らの反射エコーが受信されたとすると、この反射エコー
の受信によって物標埋設物の存在が認識され、またこれ
と同時に、上記電波伝搬時間Ｔ、に基づいて同埋設物の
埋設深度が測定される。

したがって、こうした探査装置において、その物標とす
る埋設物の深度を正確に求めるためには、上記電波伝搬
時間Ｔ［についての精度良い同定が不可欠であり、ひい
ては該伝搬時間Ｔ１の直接の目安となる反射エコーの前
縁部（第６図（Ｃ＞にＦにて示す部分）についての精度
良い抽出が不可欠である。

ここに従来は、上記受信される反射エコーを表示器を通
じて可視像化するに際し、同エコーを適宜に量子化して
ディジタル信号に変換した後、これをコンピュータ等に
取り込んでそのエコーレベルに応じたランク付け（例え
ば色分けや明度弁は等）を施すなどの前処理を行なうこ
とで、表示されるエコー像の視認性向上を図るようにし
ていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来は、上記の前処理を行なうに際し、第７図（ａ）に
示されるような受信信号（反射エコー）を例えば同第７
図（ｂ）に示すような態様で量子化してこれをディジタ
ル信号に変換するのであるが、こうしたＡ／Ｄ　（アナ
ログ／ディジタル）変換処理のみでは、反射エコーの上
記前縁部Ｆについてこれを十分に視認することはできず
、たとえこの後に表示のための上述した前処理を施した
ところで、このエコー前縁部Ｆの十分な視認を保証する
ことは難しかった。したがって結局は、同反射エコーの
振幅レベルの大きい部分、すなわち第７図にＰｌあるい
はＰ２にて示す部分がより目につくこととなり、これを
エコー前縁部と誤認して前記電波伝搬時間Ｔ、について
の正確な同定に支承を来たすことも少なくなかった。

また、「電波通信学会論文誌’　８３／６ＶＯＩＪ６６
−Ｂ　　Ｎｏ、６　７１３頁〜７２０頁の論文「地中レ
ーダシステム」荒井郁男、鈴本務著」などにも示されて
いるように、物標が深い（遠い）位置にあればある程そ
の反ｔ）Ｉｌ、コーの振幅レベルは小さくなることが知
られている。したがって、たとえ同一の物標であったと
しても、その８！設される深さやレーダ装置からの距離
が奴なれば、これから反射されるエコーの振幅レベルも
大ぎく異なることとなる。

このため、例えば埋設されたある１つの物標に対応して
振幅レベルのＷなる複数の反射エコーが得られるような
場合、これらが全て同一物標を示す同一波形のエコーで
ある旨視認することが困難であるばかりか、物標が高い
（遠い）位置にあってその反射エコーの振幅レベルが小
さくなるような場合には、同エコーについての上述した
前縁部Ｐの抽出も更に困難となって、電波伝搬時間Ｔ。

の同定に際して生じる上記不都合もより深刻なものとな
る。

この発明は、電波伝搬時間についての正確な同定を可能
にする探査′ａ置を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、地中埋設物の深さ方向および移動台車の移動
方向をパラメータとして地中ｊｌｌ動物エコー像を表示
する表示手段と、送信機から電波を発射しながら移動台
車を一定距離移動さゼた時に得られる反射波の伝搬時間
に基づいて双曲線状の前記エコー像を形成し、このエコ
ー像の信号強度を例えば階調度や色等によって人が識別
できる態様で前記表示手段に表示させる第１の手段と、
双曲線状の擬似エコー像を形成して前記表示手段に表示
させる第２の手段と、前記擬似エコー像の表示位置を移
動してその頂点位置と開口部の広がりを前記エコー像の
うち最大振幅レベルに対応するエコー像に一致させるた
めの情報を前記第２の手段に入力する第３の手段と、前
記最大振幅レベルに対応するエコー像が前記擬似エコー
像に一致した時の該擬似エコー像の頂点位置と開口部の
広がりを示す情報によって地中の電波の伝搬ｉ度を算出
する第４の手段とを具え、この第４の手段によって算出
された伝搬速度の値を基に任意の地点における地中埋設
物の位置を検出するように構成したものである。

（作　用〕 地中ｊ！Ｉ！設物の動物の地表面の複数の地点において
電波を発射すると、各地点における反射波の伝搬時間の
情報を基に双曲線のエコー像が形成され前記表示手段上
に表示される。

そして、この双曲線状のエコー像に擬似エコー像を重ね
合わせることによりエコー像の双曲線を特定するわけで
あるが、本案では、擬似エコー像を従来のようにエコー
前縁部に対応する双曲線に重ね合わせるのではなく、エ
コー像のうち最大振幅レベルに対応するエコー像に対し
、上記擬似エコー像を重ね合わせるようにする。この最
大振幅レベルに対応する双曲線部分はその観測が極めて
容易であるので誤認が少ない。

そして、上記最大振幅レベルのエコー像が擬似エコー像
に重なり合ったならば、エコー像の頂点位置と開口部の
広がりが擬似エコー像の情報によって判別されるので、
この頂点位置と開口部の広がりを示す情報によって地中
の電波伝搬速度ｖｇか算出することができる。なお、こ
の算出の際、受信波の検出部の位相を前縁部から最大振
幅レベル部までズラせたことによる補正を行なう。そし
て、ｖｇが算出できたならば任意の位置における伝搬時
間の情報との関係によって地中埋設物の位置を算出する
。

（実施例〉 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、大
別して移動台車１と本体部２とによって構成されている
。移動台車１は地中の埋設物３に向けて電波を発射する
送信機１０およびアンテナ１１と、埋設物３からの反射
波を受＠する受＠機１２および受信アンテナ１３と、移
動台車１が単位距離移動する毎に１個のパルスを発生す
る距離センサ１４とから構成されている。また、本体部
２は距離センサ１４からのパルス信号と受信機１２で受
信した反射波信号とに基づいてｊ！［！動物３のエコー
像を形成する演算装置２０と、形成されたエコー像を表
示する表示装置２１とから構成されている。

第２図は表示装置２１の表示面の詳細を示した平面図で
あり、表示面には埋設物３の双曲線エコー像４および後
述の擬似エコー像５（Ｑはこの頂点マークを示す）を表
示する第１の表示部２１０と、擬似エコー像５の水平お
よび垂直方向の表示位置を抑圧操作によって移動させる
位置移動スイー　〇　− ッチの画像を表示する第２の表示部２１１と、擬似エコ
ー像５の両駅曲線開口部の広がりを抑圧操作によって可
変するための広がり情報入力スイッチの画像を表示する
第３の表示部２１２とが設けられ、表示面全体には抑圧
操作位置を検出する透明のタッチパネル（図示せず〉が
取付けられ、このタッチパネルによって位置移動スイッ
チおよび広がり情報入力スイッチの操作を検出するよう
に構成されている。

第３図は表示部２１０ヘエコー像４を表示するための構
成等を示すもので、トリが回路１１０は、一定周期毎に
トリガパルスを発振する回路であり、送信回路１０′で
は、こうしたトリガパルスの光振に同期して所要のレー
ダパルスの発生、増幅を行なって、これを送信アンテナ
１１に給電する。

送信アンテナ１１からは、こうした給電に伴なって地中
へ向けての電波が発射される。

一方、受信アンテナ１３を介して受信し１ｃ反射信号は
受信回路１２′で受信される。この受信信号（反射エコ
ー）は、Ｒｆアンプ１１５にて増幅された後、Ｒｆ／Ｌ
ｆ（高周波／低周波）変換回路１２０を通じて所定の低
周波信号に変換される。

こうして低周波信号に変換された受信信号は、Ａ／Ｄ変
換回路１３０にて先の第７図に示す態様でサンプリング
、量子化され、ディジタル信号に変換される。このＡ／
Ｄ変換回路１３０の出力は、表示用メモリ書込制御回路
１７０に加えられる。

一方、トリガ回路１１０から発生されたトリガ信号は、
送信回路１０′に加えられるのと同時に、Ｒｆ／Ｌ　ｆ
変換回路１２０にも入力されて、前記Ｒｆアンプ１１５
を通じて増幅された受信信号と共に低周波の信号に変換
される。この低周波に変換されたトリガ信号は、垂直同
期信号発生回路１４０に入力されて、当該物標について
の２次元断面影像を表示する際に垂直方向の座標を指示
する垂直同期信号の形成に利用される。そしてこの形成
出力される垂直同期信号も表示用メモリ書込制御回路１
７０に加えられる。

また、距離センサ１４は、当該実施例装置の移動に伴な
ってこれが所定距離移動する毎に１個のパルスを出力す
るものである。該センサ１４の出力パルスすなわち距離
計測信号は、水平同期信号発生回路１６０に入力されて
、当該物標についての２次元断面映像を表示する際に水
平方向の座標を指示する水平同期信号の形成に利用され
る。この水平同期信号発生回路１６０を通じて形成出力
される水平同期信号も表示用メモリ書込制御回路１７０
に加えられる。

こうして表示用メモリ書込制御回路１７０には、垂直同
期信号発生回路１４０および水平同期信号発生回路１６
０を通じて発生された２次元上の座標に対応する情報が
、またＡ／Ｄ変換回路１３０からの受信信号データがそ
れぞれ人ツノされることとなる。

表示用メモリ書込制御回路１７０は、上記垂直同期信号
および水平同期信号に基づいて上記受信信号データの表
示用メモリ１７１への書込制御を行なう回路である。す
なわち該表示用メモリ書込制御回路１７０では、上記垂
直同期信号および水平同期信号に対応して得られる座標
値を表示用メモリ１７１の番地値に逐次変換するととも
にＡ／Ｄ変換回路１３０からの受信信号データを同表示
用メモリ１７１の対応する番地に書込むよう動作する。

そして表示信号発生回路１８０は、上記受信信号データ
の値に応じた色分けや明度力は等の前述したランク付け
を行なうなどして、モニタＴＶ等の表示器に対する表示
用信号を発生層る回路であり、その動作に際しては、上
記表示用メモリ１７１に書込まれた内容（受信信号デー
タ）を順次読出しながら、例えば２次元ラスクスキャン
して、その各当該するランクを示す表示用信号を表示器
に表示せしめるよう動作する。

以上の構成において、移動台車１を地表面を移動させな
がら送信Ｉ！１０から電波を発射すると、埋設物３のエ
コー像４は第４図（ａ）に示した如く双曲線状となる。

すなわち、第４図（ａ）に示すように、移動台車１が地
表面を移動する時の距離の座標軸をＸ、地中に向かう深
さ方向の距離を示す座標軸を７とし、埋設物３が点Ｃで
示す座６ｉ（Ｘ、Ｚｏ）に存在たものとすると、送受信
アンテナ１１．１３が点Ｃの真上の点Ｂに位置している
場合、埋設物３は点Ｂ、Ｃ間の距離■に対応する深さ（
Ｚｏ）におけるエコー像として観測することができる。

一方、送信電波はその伝搬方向に広がりを持つているた
め、送受信アンテナ１１．１３が点Ｃの真上から左方向
にずれた点Ａに移動した場合にも埋設物３のエコー像を
観測することができる。この場合のエコー像は、点Ｎて
間の距離 ２２１／２ （（ｘ−ｘ　　）　　十Ｚｏ） に等しい深さの点りに対応するものとなる。従って、移
動台車１を移動した時の点Ｄ　（Ｘ、Ｚ）の軌跡、すな
わち埋設物３のエコー像４は−Ｎで　　　　　　　　　
　　・・・（１）で表される双曲線状となる。

一方、送信アンテナ１１から発射した電波が受信アンテ
ナ１３に受信されるまでのエコー遅延時間ｔと、電波伝
搬速度ＶＧおよび埋設物３の深さＺとの間には、 の関係がある。

従って、第（１）時と第（２）式とにより、の関係が成
立する。但し、ｔｏは点Ｂにおける送信波伝搬時間であ
り、ｔ、ＶＱは未知数である。

一方、表示装置２１の表示部２１０に表示さぜる埋設物
３のエコー像４は、第４図（ｂ）に図示しているように
横軸が台車１の距離軸Ｘ、縦軸が時間軸ｔである。すな
わち、埋設物３のエコー像は深さ方向の距離軸Ｚが時間
軸ｔに変換されて表示されるものとなる。

ここで、受信波のＡ／Ｄ変換出力は前記したように第７
図（ｂ）に示したようなデジタル波形となるため、表示
部２１０上の表示画像は実際には第４図（ｂ）に示すよ
うになる。すなわち、第４図（ｂ）において、−点鎖線
で示す双曲線は反射エコー４の前縁部Ｆに対応している
部分であるが、この部分は信号レベルがＯであるため背
景と混同し、表示画面上では視認は不可能である。しか
し、反射エコーのピーク部分Ｐ１（第７図参照）に対応
する画像領域４Ｐ（第４図（ｂ）のハツチング部分）は
その信号レベルが最大振幅に対応するので、色を付けた
場合は表示色を明瞭に視認することができ、また階調変
化の表示画像の場合は全黒または全白の目立つ階調とな
り、視認が非常に容易である。

そこで、本装置においては、このピーク部分４Ｐに擬似
エコー像５を重ね合わせるようにする。

ところで、第６図に示した受信波の周期をτとすると上
記前縁部Ｆと頂点部Ｐの位相差はτ／４である。したが
ってピーク部分のエコー像に重ね合わせた擬似エコー像
５の双曲線は、第（３）式で表わされる前縁部Ｆのエコ
ー像に対応する双曲線間数からｔ軸方向にＬ／４だけ平
行移動した双曲線 で現わされる。

次に、擬似エコー像５の重ね合わせの動作を説明する。

まず、第５図（ａ＞に示すように、所定の広がりを持っ
た擬似エコー像５を表示部２１０の任意の位置に表示さ
せるとともに、その頂点マークＱの位置と広がり係数α
を前記表示部２１１゜２１２のスイッチ像を抑圧操作に
よって変えてピーク部分に対応するエコー像４Ｐと田ね
合わせる。

この時、該擬似エコー像５がｘ−を座標系で次のような （（ｘ−ｘ　　）２＋（α−ｔｏ’）２）””〇 一α・ｔ　　　　　　　　　　　　　・・・（５）とい
った関係になっているものとすると、上記第（４）式と
この第（５）式の係数比較によって次の関係が成立する
。

ｖａ＝２α　　　　　　　　　　　・・・（６）ここに
、（ｘｏ　、　ｔｏ’）は擬似双曲線５の頂点座標（頂
点マークＱの座標）であり、また前述した位相差τ／４
の関係からｔｏ’＝ｔｏ＋τ／４である。そしてこのＱ
の座標は表示部２１１のスイッチ像によりその増減が指
示され決定される。また、αは擬似エコー像５の開口部
の広がりのファクタで、広がりを大きくする場合はαが
大きくなるように、また小さくする場合はαが小さくな
るように表示部２１２に表示されたスイッチ像の抑圧操
作によって可変される。

従って、第５図（ｂ）に示すように、ピーク部分の双曲
線領域４Ｐと擬似エコー像５が重なり合ったとき、エコ
ー像４Ｐの頂点位置の座標を擬似１コー像５の頂点マー
クＱの座標（ｘｏ、ｔｏｏ）として求めることができる
。さらに前記したごと＜ｔｏ’−ｔｏ十τ／４であるこ
とから、前縁部のエコー像の頂点位置の座標（ｘｏ　、
　ｔＯｏ）を持ちめることができる。また、エコー像４
を形成する双曲線開口部の広がりも擬似エコー像５の広
がりの値αによって求めることができる。この結果、Ｖ
Ｑ（電波伝＃ｌ速度）が第（６）式によって求まり、こ
のｖｇと１０　　（埋設物３の真上地点Ｂにおけるエコ
ー遅延時間）とを第（２）式に代入して計算することに
より、埋設物３のエコー像４の頂点位置座標、すなわち
深さ７を簡単に求めることができる。

このようにこの実施例では擬似エコー像５を反射波の最
大振幅レベルに対応するエコー像に重ね合わせるように
しているので、これらエコー像を一致させる作業を非常
に容易なものとすることができ、かつ高精度の位置検出
を行なうことができる。すなわち、擬似エコー像５を重
ね合わせる場合、第７図（ｂ）に示す受信波の前縁部Ｆ
では、対応するエコー像の表示色が充分に変化しておら
ず、表示部２１０の画像上その観測が困難となり、上記
重ね合ねゼが精度良く行なわれない。一方、同図（ｂ）
に未す受信波の頂点部Ｐ１では、対応する表示色の発色
が充分であり、かつその観測がきわめて容易であるので
、上記重ね合わせ操作をぎわめで精度良く行なうことが
できる。

すだ、実施例では、擬似エコー像５を第７図（ｂ）に示
す受信波の最大振幅レベル（最大値）である頂点Ｐ１に
対応するエコー像に重ね合わせるようにしているが、同
図（ｂ）に示す受信波の最大振幅レベル（雌小値）であ
る頂点部Ｐ２に対応するエコー像に重ね合わせるように
しても勿論よい。

また、タッチパネルの操作によって擬似エコー像５の位
置や広がりを可変しているが、機械接点式スイッチ、あ
るいはキーボード、ジョイスティック等の各種の入力手
段に適宜に置換して用いることができる。

一方また、第（５）式によって擬似エコー像を形成して
いるが、この第（５）式においてはｔ゛０が変化すると
双曲線の広がりも変わってくる。しかし、次のような方
法を用いれば、双曲線の広がりを変えずに上下方向（時
間軸方向）の平行移動のみにすることができる。

簡単のため、ここでは第（５）式の両辺を２乗して示す
。すなわち、 （ｘ−ｘＯ）　２＋　（α−ｔｏｏ）２＝（α・ｔ）２
　　　　　　　　　・・・（７）は第（５）式と等価の
式である。

ここで、α・ｔＯ°＝Ｄ、ｔｌ　＝Ｏとしてこれを変形
すると、 （Ｘ−ｘｏ　＞２　＋Ｄ２ ２　　　　　　２　　　　　・・・（８）＝α　・（１
−１１＞ となる。よって、位置移動スイッチの操作に対しては、 「↑」が操作された場合・・・・・・ｔ１←ｔ１−Ｍ「
↓」が操作された場合・・・・・・ｔ１←ｔｌ　＋Ｍ「
←」が操作された場合・・・・・・ｘＯ＋ｘＯ−Ｎ「→
」が操作された場合・・・・・・ＸＯ←ＸＯ＋Ｎとして
ｔｌ　、ｘｏを増減値Ｍ、Ｎで更新し、猿だ広がり情報
入力スイッチの操作に対しては、「←→」が操作された
場合、 α←α十Ｆ　（α） ｔＯ゛←ｔ　Ｏ’＋　ｔ　１ ｔｌ　←Ｏ Ｄ←α　・　ｔＯ゛ とし、さらに「→←」が操作された場合、α←α十Ｆ（
α） ｔＯ°←ｔｏ’＋ｔ１ ｔ１←Ｏ Ｄ←α・ｔＯ。

として擬似エコー像５の形成を行えば、広がりを変えず
に上下方向の平行移動のみとづることができる。なお、
Ｆ（α）はαとの間に定めた関数値である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明においては、地中埋設物のエ
コー像の位置と双曲線状の開口部広がりを、擬似エコー
像とエコー像のうち反射波の最大振幅レベルに対応する
エコー像とを一致さすることによって検出するようにし
ているので、その電波送受信にかかる伝ｗ１詩間（速度
）測定、すなゎち当該物標の位置（含埋設深度）測定を
容易かつ正確なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
表示装置の表示画面の詳細を示す平面図、第３図は表示
器の駆動回路の構成例を示すブロック図、第４図（ａ）
はエコー像を双曲線状になることを説明するための説明
図、第４図（ｂ）は実際の表示画面を示す概念図、第５
図は埋設物エコー像に対して擬似エコーを重ねる操作を
説明するだめの説明図、第６図は送信電波と受信電波の
時間関係を示すタイムチャート、第７図は受信電波（受
信信号）のＡ／Ｄ変換処理出力等を示すタイムチャート
である。 １・・・移動台車、２・・・本体部、３・・・埋設物、
４・・・エコー像、５・・・擬似エコー像、１０・・・
送信機、１２・・・受信機、２０・・・演算装置、２１
・・・表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　移動台車搭載の送信機から地中に向けて発射した電波
   の地中埋没物による反射波を移動台車搭載の受信機で受
   信し、前記反射波の伝搬時間によって地中埋設物の位置
   を検出するレーダ方式の埋設物探査装置において、 地中埋設物の深さ方向および移動台車の移動方向のパラ
   メータとして地中埋設物のエコー像を表示する表示手段
   と、 送信機から電波を発射しながら移動台車を一定距離移動
   させた時に得られる反射波の伝搬時間に基づいて双曲線
   状の前記エコー像を形成し、前記表示手段に前記エコー
   像の信号強度をそれぞれ識別できる態様で表示させる第
   １の手段と、 双曲線状の擬似エコー像を形成して前記表示手段に表示
   させる第２の手段と、 前記擬似エコー像の表示位置を移動してその頂点位置と
   開口部の広がりを前記エコー像のうち最大振幅レベルに
   対応するエコー像に一致させるための情報を前記第２の
   手段に入力する第３の手段と、 前記最大振幅レベルに対応するエコー像が前記擬似エコ
   ー像に一致した時の該擬似エコー像の頂点位置と開口部
   の広がりを示す情報によつて地中の電波の伝搬速度を算
   出する第４の手段と を具え、この第４の手段によつて算出された伝搬速度の
   値を基に任意の地点における地中埋設物の位置を検出す
   るようにしたことを特徴とする埋設物探査装置。