JPH0758331B2 - 地中埋設物探査方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、合成開口法を用いた地中埋設物探査方式、
特に物標が埋設された土が異なる土質の縦方向の層で形
成されている場合の処理に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば昭和57年10月の物理探査学会の論文集第
59頁〜第60頁の論文「電磁波反射法による地下探査（そ
の２）」に示された従来の地中埋設物探査方式を示す説
明図である。図において、１はパイプ等の物標、２はこ
の物標１が埋設されている土、３は送信機、４はこの送
信機３に接続され、送信機３からのパルス信号を電磁波
として前記土２内に発射する送信アンテナ、５はこの送
信アンテナ４から発射された電磁波の物標１による反射
波を受信する受信アンテナで、送信アンテナ４との間隔
は適宜調整可能となっており、６はこの受信アンテナ５
に接続された受信機である。

次に動作について説明する。まず、送信アンテナ４と受
信アンテナ５との間隔がY₁に調整され、送信機３より例
えばモノサイクルパルスが送出される。このモノサイク
ルパルスは送信アンテナ４より電磁波として土２の中へ
発射され、その物標１により反射波が受信アンテナ５で
受信されて受信機６へ送られ、このモノサイクルパルス
の送信から受信までの時間T₁が計測される。次に、受信
アンテナ５を送信アンテナ４からY₂だけ離れた位置に移
動後、同様にしてモノサイクルパルスの送信から受信ま
での時間T₂が計測される。

ここで、物標１の埋設深度をＲ、土２の比誘電率をε_s
とすれば、信号送信から受信までの時間Ｔと両アンテナ
4,5の間隔Ｙとの間には なる関係がある。ここで、Ｃは光速である。

従って、このＴに前記計測時間T₁，T₂を、Ｙに設定間隔
Y₁，Y₂を代入して、ε_sとＲを未知数とする連立方程式
を解けば、土２の比誘電率ε_sを求めることができる。

このような比誘電率ε_sの測定とは別に、送信アンテナ
４と受信アンテナ５とをその間隔を固定したまま、その
配列方向と直角に移動してモノサイクルパルスの送受信
を行なって地中断面単位の反射波プロフィールデータを
収集し、前記比誘電率ε_sを用いてその反射波プロフィ
ールデータを合成開口処理して時間スケールでの画像デ
ータを得るとともに、前述の比誘電率ε_sを用いて地質
補正を行なってその時間スケールを長さスケールに変換
し、この画像データより土２の中に埋設された物標１の
探査画像出力を得ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の地中埋設物探査方式は以上のように構成されてい
るので、物標が埋設されている土の比誘電率の測定を反
射波プロフィールデータ収集のための測定とは全く別作
業として行なわねばならず、また、埋設されているパイ
プ等の補修あるいは新たな追加埋設等の工事における掘
削されたトレンチの埋め戻しには元の土は使われず別の
土が使われるため、このような場所では土質の異なる縦
方向の層が形成されて、場所によって比誘電率が異なる
ものとなるが、その物標が埋設されている土の層構造及
びそれぞれの層の比誘電率の把握は難かしく、従って、
合成開口処理、地質補正等を行なって得た物標の探査画
像出力も正確さを欠くものとなる等の問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、正確な探査画像出力が得られ、物標が埋設さ
れている土の比誘電率を求めるためだけの特別なデータ
収集作業を不要にした地中埋設物探査方式を得ることを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る地中埋設物探査方式は、収集した地中断
面単位の反射波プロフィールデータの不連続線に基づい
て前記地中断面を複数のエリアに分割し、その各々につ
いて比誘電率の設定値を順次変化させながら反射波プロ
フィールデータの合成開口処理を行ない、その結果の評
価から各エリア毎の土の比誘電率を求め、当該比誘電率
を用いて前記反射波プロフィールデータの物標の探査画
像出力を得るための合成開口処理、地質補正等を前記各
エリア毎に行なうものである。

〔作用〕

この発明における地中埋設物探査方式は、反射波プロフ
ィールデータの不連続線に従って地中断面が複数のエリ
アに分割され、そのエリア毎に土の比誘電率が求めら
れ、得られた比誘電率を用いて各エリア毎にそれぞれ合
成開口処理、地質補正等を行なうことにより正確な物標
の探査画像出力が得られるようにするとともに、前記各
エリアの土の比誘電率も前記探査画像出力を得るために
収集した反射波プロフィールデータを比誘電率の設定値
を変化させながら合成開口処理して得ることによって、
土の比誘電率を求めるためだけの特別な測定作業を不要
とした。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図においてST1は地中断面を複数のエリアに分割するス
テップ、ST2はステップST1に続く前記各エリア毎に土の
比誘電率ε_siを算定するステップ、ST3はステップST2に
続く全エリアでの処理の完了を検出するステップ、ST4
はステップST3に続く前記各エリア毎に反射波プロフィ
ールデータの合成開口処理を行なうステップ、ST5はST4
に続く全エリアでの処理の完了を検出するステップ、ST
6はステップST5に続く各エリア毎に地質補正の処理を行
なうステップ、ST7はステップST6に続く全エリアでの処
理の完了を検出するステップであり、ステップST3の分
岐からはステップST2へ、ステップST5の分岐からはステ
ップST4へ、ステップST7の分岐からはステップST6へそ
れぞれ処理が戻される。また、11は収集された反射波プ
ロフィールデータ、12は合成開口処理の結果得られた時
間スケールでの画像データ、13はそれを地質補正した長
さスケールによる画像データである。

次に動作について説明する。まず、地中断面単位の反射
波プロフィールデータ11の収集が行なわれる。第２図は
この反射波プロティールデータの収集を説明するための
説明図で、図中、１〜６は第３図に同一符号で示す従来
のそれらに相当するものである。また、７は反射波プロ
フィールデータを合成開口処理して物標の探査画像出力
を作成する制御処理手段、８は前記反射波プロフィール
データ、探査画像出力等を表示する出力表示手段、９は
前記制御手段へ操作情報等の入力を行なう入力手段であ
る。送信アンテナ４と受信アンテナ５は相互間隔が所定
値ｙに固定され、両アンテナ4,5の配置方向に直角な矢
印Ｘで示す方向に一定ピッチで移動している。その移動
の都度、送信アンテナ４からは例えばモノサイクルパル
スが発射され、その反射波が受信アンテナ５で受信され
る。従って、物標１からの反射波は両アンテナ4,5が物
標１の真上にある時最も短時間で戻り、これからずれる
とそのずれの量に応じてその時間も長くなる。即ち、物
標１の深さをＲ、両アンテナ4,5の相互間隔をｙ、物標
１が埋設されている土２の比誘電率をε_s、光の速度を
Ｃとすると、物標１の真上から両アンテナ4,5を結ぶ線
までの距離（以下、アンテナ位置という）ｘと反射波が
戻るまでの時間ｔとの間には、 の関係がある。この式は と変形することができ、これは を頂点（ただし、時間軸の負領域は考えない）とし、 を漸近線とする双曲線である。

第１図に11で示す反射波プロフィールデータは、物標１
が土質の異なる３つの層にそれぞれ１つずつ埋設された
場合の各測定ポイントにおける反射波の理想波形のゼロ
クロス点を破線で結んだもので、各物標１の真上の反射
波のみが実線で例示されている。このゼロクロス点を結
んだ破線は、各層の土の比誘電率の違いによる電磁波の
伝搬速度の差、あるいは屈折等によってスムーズな双曲
線とはならず、各層の境界部分に不連続な部分を生じて
いる。また、上辺には送信アンテナ４から受信アンテナ
５への直接カップリングによる波形も示されている。

このようにして収集された反射波プロフィールデータ11
は、出力表示装置８に表示され、ステップST1における
地中断面のエリア区分に用いられる。即ち、出力表示装
置８に表示された反射波プロフィールデータを観察した
操作者は、前記反射波のゼロクロス点を結ぶ線が不連続
となる部分を識別して、その不連続線の座標x₁とx₂とを
入力手段９打鍵入力する。制御処理手段７はこの不連続
線の座標x₁，x₂に基づいて、地中断面を、座標x₁以下の
第１エリアと、座標x₁とx₂の間の第２エリアと、座標x₂
以上の第３エリアに３分割する。

次に、ステップST2にて、第１エリアの土の比誘電率ε
_s1の算定が行なわれる。即ち、ステップST2において
は、まず、比誘電率の設定値を初期値から適宜方法で順
次変化させてゆき、各設定値毎に前記第１エリア内の反
射波プロフィールデータを合成開口処理してその画像デ
ータを得る。前述の如く双曲線の形状は比誘電率によっ
て変化するものであるため、比誘電率の前記設定値が第
１エリアの土の比誘電率ε_s1から離れている場合には、
その双曲線の形状が大きく異なって、合成開口処理を行
なってその頂点部にはわずかな部分のデータしか集積で
きず、前記画像データ上の物標スポットは極めて低いも
のとなる。しかしながら、前記設定値が第１エリアの土
の比誘電率ε_s1に近づくと相曲線の形状は似たものとな
り、等しくなれば一致して、多くの部分のデータがその
頂点部に集積され、前記画像データ上には高いシャープ
な物標スポットが得られる。この物標スポットの尖鋭度
を評価して、第１エリアの土の比誘電率ε_s1を算定す
る。ここで、前記物標スポットの尖鋭度の評価方法とし
ては、物標スポットを所定のレベルでスライスしてその
断面積と高さの比をとる、あるいは各画像データ間で物
標スポットの高さを同一の値に規格化してその体積を比
較する等、種々なものが考えられる。

ステップST3では、全エリアでこの処理が完了したか否
かを識別しており、以後、第２エリア及び第３エリアで
も全く同様の処理が行なわれ、それぞれのエリアの土の
比誘電率ε_s2，ε_s3が算定される。ステップST3で全エ
リアでのこの処理の完了を検出すると、処理をステップ
ST4に移し、探査画像出力を得るための反射波プロフィ
ールデータの合成開口処理を行なう。

ステップST4では、まず、第１エリアの反射波プロフィ
ールデータの合成を前記ステップST2で算出した第１エ
リアの土の比誘電率ε_s1に基づいて行ない、双曲線の頂
点部にそのデータを集積してその影像の重みによる物標
スポットを形成する。以下ステップST5の作用によって
第２エリア及び第３エリアについても同様の処理が行な
われ、第１図に12で示す画像データを得る。この画像デ
ータ12は各物標スポットの影像の重みが黒点の密度で表
示されている。

得られた画像データ12は縦軸が時間スケールであり、こ
れを物標の埋設深度を表示する長さスケールに変換する
ため、ステップST6とステップST7によって各エリア毎に
順次地質補正が行なわれる。即ち、前記ステップST2に
て算定された各エリアの土の比誘電率ε_s1〜ε_s3を用い
て、各エリアにおける地中の電磁波の伝搬速度を求め、
これに基づいてそれぞれエリアの画像データのスケール
を時間スケールから長さスケールに変換して第１図に13
で示す画像データを得る。

この画像データ13は見易く出力処理されて探査画像出力
として出力表示手段８に表示される。

なお、上記実施例では地中断面を３つのエリアに分割す
る場合について説明したが、前記不連続線の存在本数に
応じて所定数のエリアに分割されるものである。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、地中断面を反射波プ
ロフィールデータの不連続線に基づいて複数のエリアに
分割し、その反射波プロフィールデータより各エリア毎
に土の比誘電率の算定を行ない、これを用いて合成開口
処理及び地質補正を前記各エリア毎に行なう構成とした
ので、前記土の比誘電率を求めるためだけの特別な測定
作業は不要となり、さらに物標の埋設されている土が縦
方向に複雑な層構造をなしていても正確な探査画像出力
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による地中埋設物探査方式
を示すフローチャート、第２図は反射波プロフィールデ
ータの収集を説明するための説明図、第３図は従来の地
中埋設物探査方式を示す説明図である。 １は物標、２は物標１が埋設されている土、３は送信
機、４は送信アンテナ、５は受信アンテナ、６は受信
機、７は制御処理手段、８は出力表示手段、９は入力手
段。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の間隔で配された送信アンテナと受信
   アンテナを、その配列方向と略直角の方向に一定のピッ
   チで地表に沿って移動させながら、前記送信アンテナよ
   り地中へ向けて発信したパルス信号の反射波を前記受信
   アンテナにて受信して、地中断面単位の反射波プロフィ
   ールデータを収集するための手段と、前記反射波プロフ
   ィールデータを合成開口処理して物標の探査画像出力を
   作成する制御処理手段と、前記反射波プロフィールデー
   タ、探査画像出力等を表示する出力表示手段と、前記制
   御処理手段に操作情報等の入力を行なう入力手段とを備
   えた地中埋設物探査装置において、前記制御処理手段
   は、前記出力表示手段に表示される前記反射波プロフィ
   ールデータの不連続線に基づいて、前記入力手段より入
   力される座標情報に従って前記地中断面を複数のエリア
   に分割し、当該エリアの各々において、適宜変化させな
   がら順次設定してゆく比誘電率の設定値毎に前記反射波
   プロフィールデータの合成開口処理を行ない、その結果
   を評価して、前記各エリアにおける土の実際の比誘電率
   を決定し、前記物標の探査画像出力を得るための合成開
   口処理、及び地質補正の処理を前記各エリア毎に、対応
   する前記土の実際の比誘電率を用いて行なうことを特徴
   とする地中埋設物探査方式。