JPH0363587A

JPH0363587A - 地中埋設物探査装置

Info

Publication number: JPH0363587A
Application number: JP1199682A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Abe; 阿部　友行
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-19

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、地中に埋設された水道管やケーブル等及び
埋没している不発弾等の位置を非破壊的に探査するに好
適な地中埋設物探査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の地中埋設物探査装置については、本出願
人から各種提案されている。概略を説明すれば、地中埋
設物探査装置のハード構成は、概ね、移動台車に位置検
出器と１個の発信専用アンテナと１個の受信専用アンテ
ナとを搭載してなる地中探査部と、表示手段を含むマイ
コンとを備えた構成となっている。かかる構成における
地中埋設物探査装置のソフト構成は次の通りである。探
査による埋設物（例えば、長手の水道管。以下同じ）の
位置の推定は、予め定めた探査エリヤにおいて、埋設管
が地表面に対して平行に埋設され、かつ、探査ライン（
移動台車の移動方向のライン）が埋設管の埋設方向と垂
直であるという仮定の下に行われる。Ｉ！ＩＴち、埋設
物上方の地表面の１本の探査ライン上の複数地点から電
波を発射してそのエコー波を受信することにより、各地
点におけるエコー波の伝播時間を基に、深さ方向と移動
方向とをパラメータとして、これらをマイコンにより演
算し、埋設管のエコー像を表示手段に形成せしめている
。このエコー像は送信電波の広がりに起因し、前記表示
手段において双曲線状の表示となる。かかる走査を複数
本の平行なる走査ラインで行い、これらで得られる複数
個のエコー像をオペレータが視認し、かつ、比較するこ
とにより埋設物の有無、埋設物間の識別、及びそれらの
大きさや方向を推定するものである。また他の従来例と
して、例えば特願昭６３−１１０１２１号の地中埋設物
探査装置は、ハード構成は上記と同じであるが、そのソ
フト構成に改良が加えられている。これは、上記オペレ
ータの判定がマイコンでなされる構成となっている。つ
まり、上記ソフト構成では、熟練したオペレータでも、
エコー像を視認しての判定は困難を極める。このため、
オペレータに替わりマイコンが複数個のエコー像を相互
比較し、そして共通要素を取り出すことにより、また予
め記憶した疑似エコー像と検出したエコ像とを比較する
ことにより、埋設物の３次元画像を導き出し、これによ
って埋設物の有無と、埋設物間の識別と、それらの大き
さや方向等を特定している。尚、水道管等の長手物にお
いて、これが斜めに埋設されている場合については、エ
コー像にズレが発生するが、この誤差を逆算し、埋設物
の３次元！ｉ像を導き出す構成となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の構成においては、次に掲げる
不都合がある。先ず、一般的構成の地中埋設物探査装置
の構成では、埋設管の位置の推定は、探査エリヤにおい
て、埋設管が地表面に対して平行に埋設され、かつ、探
査ラインが埋設管の埋設方向と垂直であるという仮定の
下に行われるやこの仮定が正しい場合は確かに高精度に
埋設管の位置を検出することができる。しかしながら、
それ以外の場合、即ち埋設管が上記仮定の条件を満たさ
ないで、斜めに埋設されている場合には、そのことに基
づき、検出値に誤差が生じ、精度良く埋設管の位置を検
出することができないという欠点がある。更に、表示手
段に埋設管のエコー像が表示されるのであるが、埋設管
以外の、例えば石等の異物のエコー像も共に表示される
ので、これら石等のエコー像と、埋設物のエコー像とを
表示手段上で識別することは、未熟練なオペレータは勿
論のこと、熟練したオペレータであっても、これらを識
別するのは困難を極めるという欠点がある。次に特願昭
６３−１１０１２１号の構成の装置ににおける不都合を
述べる。この構成にあっては、上記構成の欠点（つまり
埋設物の方向性と識別能力）を解決することはできるが
、次に掲げる不都合がある。この欠点は、１台の移動台
車を２本以上の探査ラインに沿って移動させる場合、移
動台車を正確に平行移動できないという不具合である。

この結果、探査性能面で検出値に誤差が生じ、操作上、
探査に時間を要すという欠点が生じている。尚、これら
従来技術において、形状及び埋設態様が不特定の埋設物
（例えば不発弾）を３次元的に正確に探査するのは、実
際上はぼ不可能である。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、短時間、かつ、
高精度に埋設物を探査することができ、更に、埋設物形
状及び埋設態様が不特定の埋設物であっても、これを探
査し得る地中埋設物探査装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を遠戚するため、本発明に係わる地中埋設物探
査装置は、移動台車搭載の送ｆＪ機から地中に向けて発
射した電波が地中の埋設物で反射し、このエコー波を前
記移動車搭載の受信機で受信し、このエコーの伝播時間
により埋設物の位置を検出するレーダ方式の地中埋設物
探査装置において、位置検出器と、第１の送信アンテナ
と、第１の受信アンテナと、第２の送信アンテナと、第
２の受信アンテナと、マイコンとを備え、第１の送信ア
ンテナと第１の受信アンテナとで作る第１のエコー波で
なるエコー画像のデータと、第２の送信アンテナと第２
の受信アンテナとで作る第２のエコー波でなるエコー画
像のデータと、第１の送信アンテナと第２の受信アンテ
ナとで作る第３のエコー波でなるエコー画像のデータと
、前記位置検出器から送られてくる位置情報とを基に、
前記マイコンにおいて、それら各々のエコー画像の位置
を演算し、第１のエコー画像位置と第２のエコー画像位
置とで結ばれる直線に対し、第３のエコー画像位置が予
め定めた許容範囲内に存在するとき、これら３個のエコ
ーＩ！ｉ像の各々の埋設物が同一の埋設物であると判定
する構成とした。

〔作用〕

本発明は、埋設物について、３次元の全体画像を斉精度
に得ることがねらいである。即ち上記構成によれば、移
動台車搭載の発信アンテナと、受信アンテナと、位置検
出装置とにおいて、発信アンテナと受信アンテナとを結
ぶ方向に移動台車を移動させることにより、この方向と
、深さ方向とからなる２次元断面画像の双曲線でなるエ
コー画像を３ｆｌｌ得ることができる０通常、３次元画
像を得るには、２つのエコー画像を得てこれらを結合す
ればよい、しかしながら、２つのエコー画像を単に結合
しても、これらが互いに異物のエコー像であれば無意味
である。そこで上記構成では、３個のエコー画像を同定
するに、第５図又は第６図に示すように、任意の２つの
エコー画像（例えば４２１と４２３）の位置を結ぶ直線
りから予め定めた許容周囲δを設け、この許容周囲δ内
に、他の１つのエコーＩｉｉ像（４２２）が存在すると
き、これら３個のエコーｉｉ！！１４１１の各々の埋設
物は同−理設物であると判定するようにしている。尚、
例えば前記任意の２つのエコー画像は４２１と４２２又
は４２２と４２３であって、他の１つのエコー画像が４
２３又は４２１であってもよい、そこで１，３つエコー
画像の位置はそのままの検出位置で結合された３次元画
像で表され、許容周囲δの大小により直線か曲線か、平
面か曲面か、直立体か曲立体かが示されるようになる。

つまり、前記判定ファクターである許容周囲δは、これ
を大きくとれば、直線又は平面形状を含む曲線又は曲面
形状の埋設物を示し、逆に許容周囲δを小さくとれば、
直線又は平面形状の埋設物を示す、尚、許容周囲δの大
小差と、同−理設物であるか否かの判断リスクとの関係
について述べれば、本来的に３つのエコー！像は互いに
異なる位置の画像であるため、そのリスク差は同様であ
る。つまり、許容周囲δが小さいからと言って同一物で
あるとは限らないし、δが大きいからと言って異物であ
るとは限らない、そこで、許容周囲δは、探査対象物の
大きさ、形状又は探査エリアの広さ等の賭条件により、
所望の値に、かつ、段階的に設定することができるよう
にしである。これは、より現実的な仮定（つまり許容周
囲δの大小）を設定し、先ず埋設物の３次元ｗ像を得る
ことに主体をおいている。そして、１１８！Ｉの探査で
得られる３次元画像つつ、従前の３次元Ｉｌｉ像と次に
３次元画像とを順に同定して行くことにより、埋設物の
具体的形状（平面か曲面か）と、埋設態様とをより具体
的に把握できるようにしている。この場合、表示画像が
示す全体画像は、未熟なオペレータであっても、直ちに
異物か否かを判定することができる。例えば、オペレー
タが見てこの世の実在物と照合し、奇貨に感する３次元
画像が表れた場合でも、前記許容周囲δを種々の値に変
更することにより、従前に同定されていたものが異物と
されることもあり、逆に、従前に異物として捕らえてい
たものも、同定されることもある。かかる許容周囲δの
変更操作はキーボードからの入力等の簡単な手段により
可能となる。即ち、オペレータの熟練度に係わりなく、
埋設物の具体的形状及び埋設形態を把握することができ
るようになる。そしてこのような同定操作におけるオペ
レータの判断行為は、上記の通り、３次元画像と実在物
との比較のみであり、これはオペレータの熟練度に無関
係となる。

をマイコンが記憶し、この探査を複数回繰り返し〔実施
例〕以下実施例を図面を参照して説明する。第１図は本発明
に係わる地中埋設物探査装置の第１実施例を示すブロッ
ク図である。同図において、地中埋設物探査装置は、位
置検出器１７と、４個のアンテナ（各々２個の送信専用
アンテナと受信専用アンテナ）を備える地中探査部１０
と、マイコン４０とを備えた構成となっている。詳しく
は、地中探査部１０は、通常の電磁波反射方式の原理に
基づき、地中の断面画像を形成するものであり、移動台
車に搭載されている。この地中探査部１０は、電波を発
射するタイミングを与えるためのトリガ信号を出力する
トリガ発生器１１と、このトリガ信号を２個のアンテナ
に分配する分配５１２と、分配されたトリガ信号に従っ
てパルス信号を発生するパルス発生Ｂ１３１．１３２と
、発生したパルス信号に従って＠磁波２１．２２を発射
する送信アンテナ１４１．１４２と、埋設物３０から反
射したエコー波２３．２４を受信する受信アンテナ１４
３．１４４と、受信したエコー波２３２４を受信！１５
１，１５２を介してディジタル信号に変換するＡ／Ｄコ
ンバータ１６１，１６２と、移動台車が単位距離移動す
る毎に１１ＩＩのパルスを発生して移動台車の位置を検
出する位置センサ１７とから構成されている。送信アン
テナ１４１．１４２と、受信アンテナ１４３．１４４と
は、第２図（ａ）に示すように、移動台車５０に搭載さ
れている。即ち、同図（ｂ）に示すように、送信アンテ
ナ１４１と受信アンテナ１４３とを結ぶ線と、送信アン
テナ１４２と受信アンテナ１４４とを結ぶ線とは平行で
あり、かつ、送信アンテナ１４１．１４２と、受信アン
テナ１４３．１４４とはそれぞれのアンテナの長手方向
の延長線上に配置されている０次にマイコン４０は、演
算部４１と、２次元断面画像なるエコー画像とこれらの
結合である３次元画像とを表示するＴＶモニタ４２と、
外部条件の入力手段であるキーボード４３と、メモリ４
４１〜４４３．４５１〜４５３とを備えている。つまり
位置センサ１７からの位置信号と、Ａ／Ｄコンバータ１
６１．１６２からの３種のエコー画像による２次元断面
画像のデータ信号とがマイコン４０の演算部４１に入力
される。この演算部４１にはかかるデータの入力に加え
、更にキーボード４３からもオペレータ操作による信号
が入力される。そしてこれら入力信号を基づき、後述す
る処理が行われる。メモリ４４１〜４４３．４５１〜４
５３はそれぞれ記憶容量の大きいものであって、メモリ
４５１〜４５３は、例えば第３図に示すように、移動台
車５０が探査エリヤ６０をＸ方向に走査したとき、後述
する処理により得られる３個のエコーｍ像を形成せしめ
る２次元断面画像データを記憶する。他方メモリ４４１
はキーボード４３からの外部条件データを記憶する。メ
モリ４４２は、後述する処理によって得られる埋設物の
３次元Ｉｉｉ像データを記憶する、また、メモリ４４３
は、後述する処理によって前記３次元Ｉｉ像を結合した
埋設物全体の３次元画像データを記憶する。これらメモ
リ４４１〜４４３．４５１〜４５３は、演算部４１によ
り、書き込みと、読み出しとがなされ、その出力は適宜
Ｔ■モニタ４２上に表示される。埋設物３０の探査は、
本実施例でも最終的には埋設物（本実施例では埋設管と
する）の姿勢、つまり埋設管の３次元的姿勢を演算によ
って求め、これを出力表示するものである。そこで第３
図に示すように、先ず初期設定として、探査エリヤ６０
と、その基準点Ｐ。とを設定する。即ち、第１図及び第
３図に示すように、オペレータによりキーボード４３か
ら、走査エリヤ６０と、その基準点Ｐ、とのデータが入
力される。これと同時に、例えばマンホール６１の位置
データやその他の外部位置データもこのキーボード４３
から入力される。これらの各位置データは、第３図に示
すＸＹＺ座標系の３次元データとして、演算部４１を介
してメモリ４４１に格納される０次に第３図に示すよう
に、上記探査エリヤ６０内の異なる場所において、探査
ライン１０を設定する。この探査ラインｌ、はＸ軸に平
行である。そしてこの走査ラインｉ、に沿って移動台車
５０を移動させて地中の探査を行い、−度に３種の２次
元断面画像を得る。即ち、仮に移動台車５０略中心が探
査ライン１０の上を移動すると、送信アンテナ１４１と
受信アンテナ１４３とは探査ライン１．からｙ＋Ｍれる
、走査ラインｌ。に平行なうイン１＋上を移動すること
になる。

他方送信アンテナ１４２と受信アンテナ１４４とは探査
ラインｌｌからライン１１に反対側にｙ。

履れる、走査ラインｌゆに平行なうインＩｔ上を移動す
ることになる。今、第１図に示すように、トリガ発生器
１１で発生したトリガ信号は、分配器１２によって第１
〜第３の３つの信号に順次切り換えられる。第１の信号
はパルス発生器１３１ニヨってｍｌのパルス信号に変え
られ、送信アンテナ１４１から電磁波２１が照射される
。この電磁波２１は地中の埋設管３０によって反射し、
受信アンテナ１４３により受信される。受信されたエコ
ー波２３は受信器１５１を介してＡ／Ｄコンバータ１６
１によりディジタル信号に変換されるこのディジタル信
号は演算部４１で位置センサ１７からの位置情報と照合
され、定められた距離（Ｘ方向）毎の情報として計寞さ
れた上、第１の真像情報４５１１としてメモリ４５１に
格納される０次に、トリガ発生８１１で発生し、分配器
１２によって分配された第３の信号は、パルス発生器１
３２により第３のパルス信号に変えられる。

この第３のパルス信号により送信アンテナ１４２から電
磁波２２が照射され、地中の埋設物３０によって反射し
、受信アンテナ１４４により受信される。受信アンテナ
１４４により受信されたエコー波２４は受信器１５２を
介してＡ／Ｄコンバータ１６２でディジタル信号に変換
される。このディジタル信号も、演算部４１で位置セン
サ１７からの位置情報と照合され、定められた距離（Ｘ
方向）毎の情報として計算された上、第３の画像情ＩＩ
　４５３１として、メモリ４５３に格納される。

最後に、トリガ発生器１１で発生し、分配５１２により
分配された第３の信号は、パルス発生器１３１により第
３のパルス信号に変えられる。この第３のパルス信号に
より送信アンテナ１４１から電磁波２１が照射され、地
中の埋設管３０によって反射し、受信アンテナ１４４に
より受信される、送信アンテナ１４１と受信アンテナ１
４４とは第２図（ｂ）に示す通り、対角状に配置されて
いるため、送信アンテナ１４１と、受信アンテナ１４４
の中央部の深さ方向（２方向〉の情報を含むことになる
。送信アンテナ１４４が受信したエコー　ａ　ハ受信５
１５２を介してＡ／Ｄコンバータ１６２でディジタル信
号に変換される。このディジタル信号も、演算部４１で
位置センサ１７からの位置情報と照合され、定められた
距離（Ｘ方向）毎の情報として計算された上、第２の画
像情報４５２１としてメモリ４５２に格納される。

次に、上記ハード構成における本発明の中心となるソフ
ト構成を述べる。第４図は上記ＴＶモニタ４２で表示さ
れる探査ライン１．１．及びｌ。

に対応する２次元画像を示したものであるが、同図に示
すように、ＴＶモニタ４２の画面上には第３図の埋設管
３０に対応する双曲線状のエコー画像３１が、また図示
しないが他の埋設物に対応する双曲線状のエコー画像７
０か、また地表面に対応するエコー画像８０が、その他
図示しないが石等の異物のエコー画像が共に表示される
。これら埋設管等が表示ｍ面上で双曲線状のエコーｍ像
としてｔｌ！測される原理及び埋設物の深さの決定過程
については、特願昭６３−１１０１２１号に述べられて
いると同様である。そこで本発明に係わり、かつ、中心
となるソフト構威を以下説明する。

各探査ラインｌ＠　１．　ｌ！に対応する埋設管３０の
２次元位置データＰ・　＜ｘ、、ｙａｋ、Ｐｒ　　（Ｘ
＋　、Ｙｒ　）、Ｐｘ　　（Ｘｔ　、Ｙｚ　）は、メモ
リ４４１に記憶された基準点Ｐｏ等の外部入力データに
より、Ｙ方向との関係を有するようになり、この結果、
座標上での３次元位置データルｏ　　＜ｘ。

、Ｙｏ、Ｚ１ン、Ｐ＋（Ｘ＋、Ｙｒ、Ｚ＋）、Ｐ（Ｘｚ
、Ｙｔ、、Ｚｚ）となル、コれら各３次元位置データは
メモリ４４２に蓄積され、必要の応じてＴＶモニタに表
示される。

次にｆｌ！！１部４１は部上１４４２の記憶内容に基づ
いて、これらの３次元位置データが同−埋設物によるも
のか又は異物によるものかの判定を行う、同一物であれ
ば連続性がある。従って、いずれか２個の３次元位置デ
ータ間を直線りで結び、更にこのｔＬ線りの外周に任意
量の許容範囲δを設ける。この許容範囲δ内に第３の３
次元位置データが存在すれば連続性があるものとみなし
、これら３次元位置データが同一物についての異なる部
位の位置であると判定する。即ち、本実施例では、探査
ライン１１に対応する３次元位置データＰ１（Ｘ＋　、
Ｙｔ　、Ｚ＋　）と、探査ラインＥｘに対応する３次元
位置データＰｚ　　（Ｘｉ　、Ｙｔ　、Ｚｏ　）とにお
いて、Ｐｏ。（ＸＯｏ−＜ｘ＋＋Ｘ、）／２、Ｙｏｏ＝
　（Ｙｔ　＋Ｙｚ　）／２、Ｚ　ｓｏ　＝　（Ｚ　Ｉ＋
　Ｚ　り／２）なる座１　（Ｘ６゜、Ｙｏ。、Ｚｏｏ）
を算出し、これに許容範囲±δを下式の通り加え、この
範囲内に探査ライン１０に対応する位置情報Ｐ６　　（
Ｘｏ、Ｙａ、Ｚｏ）が存在するか否かを比較している。

・Ｘｏ。−δ≦Ｘ、≦ｘ０゜＋δ ・Ｙ、、−δ≦Ｙ、≦Ｙ０゜＋δ ・Ｚ、。−δ≦２０≦２．。＋δ 但し、許容範囲δはキーボード４３からの入力により自
在に変更することができるようになっている。かかる埋
設物の３次元画像データもメモリ４４２に蓄積され、必
要の応じてＴＶモニタで表示されるようになっている。

かかる実施例の効果を、非直線の埋設物を埋設し、探査
した例で述べる。即ち第６図に示すように、略字形の固
形物を地中に埋め、これを実施例の装置で探査すると、
はぼ同形の３次元画像を得ることができる。

上記実施例では、埋設物の姿勢を示す３次元の直線方程
式を求める際に、−度の台車の移動で、３１の２次元画
像データが得られるため、探査がスピードアップできる
こと、更に３１の２次元画像データの位置関係が予め固
定化されているので、特願昭６３−１１０１２１号の構
成のように３回の台車の移動で求める３種の２次元画像
データを用いる場合と比較して、高精度に検出すること
ができること、更に実際埋設物の全体３次元画像を得ら
れることの効果を奏する。尚、その他の実施例として、
アンテナの数を自在に変更し、−括して全体像を得るこ
ともできる。また上記実施例では可変可能としたのは許
容範囲δのみであるが、探査対象物又は探査エリヤに対
応して、更に各アンテナ間距離を可変とすることにより
、探査を効率よく行うこともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係わる地中埋設物探査装
置によれば、送信アンテナと受信アンテナとを兼用とし
て、２個の送受信アンテナで３個のエコー画像を得るよ
うにした構成であるため、短時間、かつ、高精度に埋設
物を探査でき、更に、形状及び埋設態様が不特定の埋設
物であってもこれを探査することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明に係わる地中埋設物探査装置の一実
施例を概略的に示すブロック図第２図・・・本発明に係
わる地中埋設物探査装置の実物概要図であって、（ａ）
アンテナの移動台車への搭載図、（ｂ）はアンテナの配
置図第３図・・・埋設管の埋設態様を三次元的に示す斜
視図第４図・・・ＴＶモニタに表示される二次元断面画像を
例示した概略図第５図・・・埋設管探査の模式図であって、（ａ）は移
動台車による埋設管の探査の概略説明図、（ｂ）は（ａ
）に対応する３種の２次元断面画像と許容範囲δとを説
明する図第６図・・・不定形埋設物探査の模式図であって（ａ）
は移動台車による埋設物の探査の概略説明図、（ｂ）は
（ａ）に対応する３Ｉｌの２次元断面画像と許容１ｉＩ
ＩＩＩｌδとを説明する図ｎ・・・アンテナ δ・・・許容周囲Ｐｏ・・・基準点１ｏ　１１＋　ｌｘ　　・・・探査ライン１０・・・地
中探査部１１・・・トリガ発生器１２・・・分配器１３１．１３２・・・パルス発生器１４１．１４２・・・送信アンテナ１４３．１４４・・・受信アンテナ１５１．１５２・・・受信器１６１．１６２・・・Ａ／Ｄコンバータ１７・・・位置
検出器３０・・・埋設物４０・・・マイコン４１・・・演算部４２・・・ＴＶモニタ４３・・・キーボード４４１〜４４３．４５１〜４５３・・・メモリ５０・・
・移動台車６０・・・探査エリヤ６１・・・マンホール

Claims

【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が
地中の埋設物で反射し、このエコー波を前記移動車搭載
の受信機で受信し、このエコーの伝播時間により埋設物
の位置を検出するレーダ方式の地中埋設物探査装置にお
いて、位置検出器と、第１の送信アンテナと、第１の受
信アンテナと、第２の送信アンテナと、第２の受信アン
テナと、マイコンとを備え、第１の送信アンテナと第１
の受信アンテナとで作る第１のエコー波でなるエコー画
像のデータと、第２の送信アンテナと第２の受信アンテ
ナとで作る第２のエコー波でなるエコー画像のデータと
、第１の送信アンテナと第２の受信アンテナとで作る第
３のエコー波でなるエコー画像のデータと、前記位置検
出器から送られてくる位置情報とを基に、前記マイコン
において、それら各々のエコー画像の位置を演算し、第
１のエコー画像位置と第２のエコー画像位置とで結ばれ
る直線に対し、第３のエコー画像位置が予め定めた許容
範囲内に存在するとき、これら３個のエコー画像の各々
の埋設物が同一の埋設物であると判定する構成を特徴と
する地中埋設物探査装置。