JPH09297183A

JPH09297183A - 地中探査装置及びその信号処理方法

Info

Publication number: JPH09297183A
Application number: JP8132667A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Shinpo; 哲也新保
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】異物を自動的に検知したときにその検知結果
を分かりやすく表示し、自動検知の信頼性を向上する地
中探査装置及びその信号処理方法を提供する。【解決手段】地中を移動しつつ地中に電磁波を放射
し、異物からの反射波を受信し、同一進行方向の異なる
探査距離位置のそれぞれにおいて得た上記受信信号を比
較し、この受信信号に基づいて算出される電波伝搬速度
Ｖ又は比誘電率εが探査中の土質に応じた所定範囲以内
に入っているときに、受信信号の極大点の位置と、算出
した電波伝搬速度Ｖ又は比誘電率εとによって求められ
る疑似エコー像を表示する地中探査装置及びその信号処
理方法である。また、検知した複数の異物の内、２つの
異物の位置が所定の位置関係にあるとき、この２つの異
物に対応する像の表示色を通常時の色と変えて表示す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に電磁波を放
射して異物を探査する地中探査装置及びその信号処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル等のシールド工事を行なう際に
掘進機が地下構築物や配管等の異物と干渉するのを防止
するために、掘進機に地中探査装置を搭載したものが多
く使用されるようになって来ている。この地中探査装置
は、レーダ技術を応用したもので、地中に電磁波を放射
し、地中からの反射波を受信して掘進方向前方に上記異
物が存在するか否かを検知するようになっている。しか
し、受信した電磁波には、地中の異物からの反射波（エ
コー）ばかりでなく、雑音信号も含まれている。したが
って、上記地中探査装置は、この雑音信号と真の反射波
の信号とを区別して異物からの反射波を抽出し、これに
基づいて実際の異物の存在を検知するようにしている。

【０００３】このような地中探査装置として、例えば特
開平７−２３４２８６号公報に記載されたものが知られ
ている。同公報には実施例に合わせていくつかの検知方
法が示されているが、以下図５〜図１０に基づいて同公
報の中の一つの検知方法について説明する。図５及び図
６は、掘進機の側面断面図及び正面図を表している。同
図において、掘進機２０の前端部には、回動して地中を
掘削するためのカッタヘッド２２が設けられており、ま
た、カッタヘッド２２には掘進機２０の前方に向けて送
信アンテナ２４と受信アンテナ２６とが取り付けてあ
る。これらの送受信アンテナ２４、２６は、送受信装置
２８にケーブルを介して接続している。送受信アンテナ
２４、２６はカッタヘッド２２の回動中心から回転半径
Ｒの位置に取り付けられており、カッタヘッド２２と共
に所定回転数で回転している。送信アンテナ２４は、送
受信装置２８で発生したパルス状の電磁波３０を前方の
地中へ放射する。受信アンテナ２６は、地中に存在する
異物３２からの反射波３４等を捉え、この信号を送受信
装置２８に送る。

【０００４】送受信装置２８はロータリコネクタ３６を
介して信号処理装置３８に接続されており、受信アンテ
ナ２６からの信号を増幅したのち、受信信号として信号
処理装置３８に送る。信号処理装置３８は例えばマイク
ロコンピュータを中心としたコンピュータシステムで構
成されていて、詳細は後述するように、上記受信信号か
ら雑音信号を除去し、残った信号に基づいて所定の処理
を行ない、これが真のエコー信号であった場合に埋設管
等の異物３２が有りと判断する。信号処理装置３８に
は、掘進機２０前方の地中の状態をＢスコープ表示する
表示装置４０と、掘進機２０前方の地中に異物３２の存
在を検知したとき、その旨を報知するための警報器４２
とが接続されている。

【０００５】さて、図７は、送信アンテナ２４がある回
転角に位置しているときの受信アンテナ２６からの受信
信号のＡスコープ表示及び強度判定の例を表している。
図７（１）において、横軸は送信アンテナ２４が電磁波
３０を発振してから受信アンテナ２６に反射波３４が受
信されるまでの時間を表し、縦軸はこの受信信号の強度
を表している。信号処理装置３８は送信アンテナ２４が
ある回転角θ（図６参照）にあるときに図７（１）に示
すような受信信号を入力し、この信号を所定時間毎にＡ
／Ｄ変換したデータを所定のメモリ内に記憶する。そし
て、送信アンテナ２４の所定の回転角毎に上記のように
受信データを記憶している。送信アンテナ２４が一回転
したときに、図７（２）に示すように上記それぞれの回
転角に対する記憶データが所定閾値Ｅs より大きいか否
かを判断し（２値化）、大きいときはこれに対応した回
転角θ及び時間ｔを記憶する。このようにして２値化さ
れた受信信号を送信アンテナ２４の一回転毎にＢスコー
プ表示した例を、図８に表している。Ｂスコープ表示の
横軸は送信アンテナ２４の回転角を表し、縦軸は図７
（１）における時間軸と同様である。なお、この時間軸
は、送信アンテナ２４から異物までの距離と等価である
とみなされる。

【０００６】図８（１）において、画面上部に平行線状
に現れた像１０は雑音信号であり、送信アンテナ２４か
ら直接受信アンテナ２６に入る電磁波による、いわゆる
ダイレクトカップリングによる像である。また、像１２
も雑音信号であるが、いわゆる同期雑音信号や非同期雑
音信号による像である。そして、像１３が実際の異物か
らのエコーによる像である。これらの受信信号から真の
エコー信号を抽出するために、雑音信号による像１０及
び像１２を除去する必要がある。まず像１０は、例えば
掘進機２０が掘削している探査現場と同じ土質で、かつ
異物が存在しない土質の探査データを予め求めておいて
これを参照データとして記憶しておき、上記生の受信デ
ータからこの参照データを減算することによって、除去
される。図８（２）は、像１０が除去された後の表示を
示している。

【０００７】また、像１２は、以下のようにして除去さ
れる。一つの方法として、例えば、上記受信アンテナ２
６がｎ回目に一回転する間に掘進機２０が掘進した距離
Ｌnを別途機械的に計測し、この掘進距離Ｌn と、予め
与えられた土の仮定比誘電率εx と、前記送信から受信
までの時間ｔ（図８の縦軸に対応する）とに基づいて、
Ｂスコープ表示上の掘進距離Ｌn を推定する。そして、
ｎ−１回目の一回転時に記憶した受信データ（像１０が
除去されている）を推定掘進距離Ｌn だけ上方に、すな
わち距離が近くなる方に平行移動させる。さらに、この
平行移動させたｎ−１回目の受信データと、今回のｎ回
目の受信データとの論理積の演算を行ない、この結果を
表示装置４０にＢスコープ表示する。このときのｎ−１
回目の受信データのＢスコープ表示が図８（３）で表さ
れるとすると、掘進機２０の掘進に伴って、真の異物に
よるエコーの像１３は上記推定掘進距離Ｌn だけ上方に
移動するはずである。したがって、上記平行移動させた
ｎ−１回目の受信データと、ｎ回目の受信データとは重
なった状態になり、両データの論理積の演算によって像
１３は受信データとして残る。反対に、像１２は、掘進
機２０の掘進距離とは関係しないため、Ｂスコープ表示
上の同じ位置に現れることになる。したがって、上記の
ように平行移動させても、ｎ−１回目の受信データと、
ｎ回目の受信データとは重ならない。これによって、両
データの論理積の演算の結果、像１２を除去することが
可能となる。上記のことは、ｎ−２回目の受信データに
ついても同様のことが言えるので、これらの三つの受信
データの論理積の演算を行うことにより、確実に像１２
を除去することが可能となる。

【０００８】このようにして抽出されて残ったエコー像
１３に基づいて、さらに以下の処理を行ない、真の異物
からのエコーか否かを探査する。地中の異物として最も
探知したい物は、図９に示したような人工的に埋設され
た例えば水道管、ガス管、下水管、通信ケーブル管等の
埋設管１４が殆どである。そこで、説明を簡単にするた
め、探査対象が埋設管１４であるとする。図９（１）、
（２）はそれぞれ掘進機２０と埋設管１４の側面図及び
正面図を表し、図９（３）はこの場合のＢスコープ表示
を表す。同図では、この埋設管１４は地面に対して鉛直
方向に、かつ掘進機２０の掘進方向に対して直角方向に
埋設されている例を示しており、埋設管１４の径は掘進
機２０の径より小さいものとする。このような埋設管１
４の場合のエコー信号のＢスコープ表示は、図９（３）
のように放物線又は双曲線状になることは良く知られて
いる。この双曲線の頂点１５は埋設管１４の表面の内で
掘進機２０に最も近い所を表しており、頂点１５ではエ
コー信号の強度（図７（１）における縦軸）が所定範囲
以内の周囲の信号に対して最大になっている。以後の説
明では、この最大の位置を局所的な極大点（θx 、ｔx
）で表す。また、通常の探査時のＢスコープ表示には
複数の頂点１５が現れる場合があり、これらの極大点を
それぞれ（θx1、ｔx1）（θx2、ｔx2）…（θxn、ｔx
n）と表す。

【０００９】ここで、図１０は掘進機２０と埋設管１４
との位置関係を示している。同図において、埋設管１４
と掘進機２０の前端面との水平距離をＤ、また、正面視
で掘進機２０の回動中心と埋設管１４との水平距離をｄ
とする。一方、土中の電波伝搬速度Ｖは、光速をＣ、土
の比誘電率をεs 、比透磁率をμs とすると、

【数１】Ｖ＝Ｃ／（εs ・μs ）^1/2 で表される。このとき、送信アンテナ２４からの電磁波
３０による埋設管１４からのエコー時間ｔは、

【数２】ｔ＝２・｛（Ｒ・COS θ−ｄ）²＋Ｄ²｝^1/2／Ｖで求めることができる。

【００１０】そこで、埋設管１４に対するエコーの受信
データから、各極大点（θx 、ｔx）を求める。すなわ
ち、所定の回転角θ毎の受信信号の強度と受信時間ｔを
記憶している前記メモリ内で、回転角θと受信時間ｔに
関する座標（θ、ｔ）の所定のエリア内において強度に
ついての前記極大点を探し出し、この極大点に対する回
転角θx と時間ｔx を記憶する。このとき、数式２にお
いて距離ｄは、

【数３】ｄ＝Ｒ・COS θx として求められ、また、水平距離Ｄは、

【数４】Ｄ＝ｔx ・Ｖ／２で求められることになる。したがって、数式２における
変数は、回転角θと電波伝搬速度Ｖだけとなる。

【００１１】次に、ｎ回転目の各極大点をＰn1、Ｐn2、
〜Ｐnnとして記憶する。また、ｎ−１回転目の受信デー
タにも各極大点Ｐn1、Ｐn2、〜Ｐnnのθ方向の位置に対
応する位置に極大点が有れば、この極大点をＰ(n-1)1、
Ｐ(n-1)2、〜Ｐ(n-1)nとして対応させる。そして、各極
大点に対応するｎ回転目及び（ｎ−１）回転目の時間を
それぞれｔy(n)、ｔy(n-1)としたとき、この対応時間ｔ
y(n)とｔy(n-1)との時間差Ｔ、及び機械的に別途計測さ
れた掘進距離Ｌにより、下記の数式５に基づいて電波伝
搬速度Ｖが求められる。

【数５】Ｖ＝２・Ｌ／Ｔよって、各極大点Ｐn1、Ｐn2、〜Ｐnnに対応させて、そ
れぞれの時間差Ｔから数式５により電波伝搬速度Ｖを算
出する。

【００１２】そして、これらの算出した電波伝搬速度Ｖ
が、予め土の真の電波伝搬速度Ｖsに近い値として設定
した所定の電波伝搬速度範囲Ｖss内に有るか否かを判断
する。上記で算出した複数の電波伝搬速度Ｖの内少なく
とも一つでも電波伝搬速度範囲Ｖss内に有れば、真の埋
設管１４からのエコー信号有りと判断し、警報器４２に
よって警報を発生させてオペレータに知らせる。このよ
うにして、掘進機２０の前方に埋設管１４等の異物があ
ることが自動的に探知される。

【００１３】なお、以上の説明の中で、普通の土では
「比透磁率μs ＝１」であるから、上記電波伝搬速度Ｖ
は比誘電率εs によって数式「Ｖ＝Ｃ／（εs ）^1/2」
で表してもよい。この場合は、送信アンテナ２４からの
電磁波３０による埋設管１４からのエコーの時間ｔは、
この比誘電率εs を仮定的に設定した仮定比誘電率εx
とおくと、数式２に基づいて、

【数６】ｔ＝２・（εx ）^1/2・｛（Ｒ・COS θ−ｄ）
²＋Ｄ²｝^1/2／Ｃで求めることができる。そして、上記各極大点に対応す
るｎ回転目及び（ｎ−１）回転目の時間をそれぞれｔy
(n)、ｔy(n-1)としたとき、機械的に別途計測された掘
進距離Ｌにより、比誘電率εs1は、

【数７】 εs1＝｛（ｔy(n)−ｔy(n-1)）・Ｃ／（２・Ｌ）｝² で求められる。ここで、ｔy(n)−ｔy(n-1)は時間差Ｔで
あり、ｎ回転目の掘進時における掘進時間に相当してい
る。各Ｐn1、Ｐn2、〜Ｐnnに対応させてそれぞれの上記
比誘電率εs1を算出し、この比誘電率εs1の内少なくと
もいずれか一つのが所定の比誘電率範囲εss以内に有れ
ば、上記と同様に真の埋設管１４からのエコー信号有り
と判断してもよい。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
地中探査装置においては、異物を自動探知した場合に警
報を発生させるだけなので、オペレータは異物からのエ
コー信号が正しく検知されているかどうかが不安となっ
ている。すなわち、エコー信号の中には前述のように各
種の雑音信号が混在しており、この雑音信号の中には埋
設管のエコー信号と同じような放物線又は双曲線状にＢ
スコープ表示されるものもある。このとき、上記のよう
に雑音による像を除去する処理を行った後でも、完全に
この像が除去されない場合もあり、これによって異物と
誤認されて警報を発生することもある。したがって、オ
ペレータは自動的に検知された異物が真の埋設管１４で
あるか否かを確認する必要があり、自動検知後の確認作
業を余儀なくされている。

【００１５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、異物を自動的に検知したときにその検知
結果を分かりやすく表示し、自動検知の信頼性を向上で
きる地中探査装置及びその信号処理方法を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、地中を移動しつつ地中に電磁波を
放射し、異物からの反射波を受信し、同一進行方向の異
なる探査距離位置のそれぞれにおいて得た上記受信信号
を比較し、この受信信号に基づいて算出される電波伝搬
速度Ｖ又は比誘電率εが探査中の土質に応じた所定範囲
以内に入っているか否かを判定する地中探査装置の信号
処理方法において、上記算出された電波伝搬速度Ｖ又は
比誘電率εが所定範囲以内に入っているときに、上記受
信信号の極大点の位置と、上記算出した電波伝搬速度Ｖ
又は比誘電率εとによって求められる疑似エコー像を表
示する方法としている。

【００１７】また、請求項４に記載の発明は、地中を移
動しつつ地中に電磁波を放射し、異物からの反射波を受
信する送受信装置２８と、同一進行方向の異なる探査距
離位置のそれぞれにおいて送受信装置２８が受信した上
記反射波信号を比較し、この反射波信号に基づいて算出
される電波伝搬速度Ｖ又は比誘電率εが探査中の土質に
応じた所定範囲以内に入っているか否かを判定する信号
処理装置３８と、信号処理装置３８を介して入力した上
記反射波信号による像を表示する表示装置４０とを備え
た地中探査装置において、上記信号処理装置３８は、上
記算出した電波伝搬速度Ｖ又は比誘電率εが所定範囲以
内に入っているときに、上記反射波信号による像の極大
点の位置と、上記算出した電波伝搬速度Ｖ又は比誘電率
εとによって疑似エコー像を求め、求めた疑似エコー像
を表示装置４０に出力するようにする。

【００１８】請求項１及び請求項４に記載の発明による
と、受信した反射波信号に基づいて算出した電波伝搬速
度Ｖ又は比誘電率εが所定範囲以内に入っているとき
に、対応する反射波信号による像が真の異物からの像で
あると判定し、このときの反射波信号による像の極大点
の位置と、上記算出した電波伝搬速度Ｖ又は比誘電率ε
とに基づいて、極大点近傍の疑似エコー像を算出して表
示する。これによって、オペレータは真の異物と判断し
た像と疑似エコー像とを表示上で比較できるので、地中
探査装置が自動的に検知した異物が正しいか否かを容易
に判断できる。したがって、自動検知後の確認作業が容
易になると共に、検知の信頼性を向上できる。

【００１９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の地中探査装置の信号処理方法において、前記表
示された疑似エコー像を前記受信信号による像に一致す
るように移動させ、一致したときのこの疑似エコー像の
極大点の位置及び広がりの調整量に基づいて異物の距離
を求めて表示する方法としている。

【００２０】請求項２に記載の発明によると、前記疑似
エコー像が表示された後、オペレータがこの疑似エコー
像を実際の受信信号による像に一致するように移動させ
たときに、信号処理装置はこの一致したときの疑似エコ
ー像の極大点の位置及び広がりの調整量に基づいて対応
する異物の距離を求めて表示するようにしている。これ
によって、精度良く異物の距離が算出され、かつ表示さ
れるので、オペレータの確認が容易となり、異物の自動
検知の信頼性を向上できる。

【００２１】また、請求項３に記載の発明は、地中を移
動しつつ地中に電磁波を放射し、異物からの反射波を受
信し、この反射波から異物の位置を検知する地中探査装
置の信号処理方法において、上記検知した複数の異物の
内、２つの異物の位置が所定の位置関係にあるとき、こ
の２つの異物に対応する像の表示色を通常時の色と変え
て表示する方法としている。

【００２２】また、請求項５に記載の発明は、地中を移
動しつつ地中に電磁波を放射し、異物からの反射波を受
信する送受信装置２８と、送受信装置２８が受信した上
記反射波信号に基づいて異物の位置を検知する信号処理
装置３８と、信号処理装置３８を介して入力した上記反
射波信号による像を表示する表示装置４０とを備えた地
中探査装置において、上記信号処理装置３８は、上記検
知した複数の異物の内、２つの異物の位置が所定の位置
関係にあるとき、この２つの異物に対応する像の表示色
を通常時の色と変えて表示装置４０に出力するようにす
る。

【００２３】請求項３及び請求項５に記載の発明による
と、自動検知した複数の異物の内、２つの異物の位置が
掘進機に対して所定の位置関係（例えば、鉛直方向、又
は水平方向）にあるとき、この２つの異物は同一の埋設
管等の管状物標であると判断する。そして、管状物標と
推定した異物に対応する疑似エコー像や実際の受信信号
による像の表示色を通常時の色と変えて表示するように
している。これによって、オペレータは管状物標と判断
された像を容易に見分けることができるので、真の異物
か否かを判断する際の確認作業が容易となり、また自動
検知の信頼性を向上できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、図１〜図３を参照して、
実施形態を説明する。本発明における構成は、図５、６
と同様とする。また、本発明においては、前述の先行技
術と同様に埋設管１４等を探知することを主目的として
おり、ここでは図１０に示したのと同様の掘進機２０と
埋設管１４との位置関係であるとする。すなわち、埋設
管１４と掘進機２０の前端面との水平距離をＤ、また、
正面視で掘進機２０の回動中心と埋設管１４との水平距
離をｄとする。

【００２５】図１は、このような場合の受信信号のＢス
コープ表示例を表している。ただし、同図は、前述のダ
イレクトカップリングによる像や同期雑音信号及び非同
期雑音信号による像は除去されているものである。ま
た、これらの雑音による像の除去方法は、前述の従来技
術の公報に記載されている各実施例におけるいずれの方
法によってもよい。同図において、Ｐ(n-1)1、Ｐ(n-1)
2、〜Ｐ(n-1)nは（ｎ−１）回転目の受信信号の各極大
点であり、また同様にＰn1、Ｐn2、〜Ｐnnはｎ回転目の
受信信号の各極大点である。図１において、各極大点に
対応するｎ回転目及び（ｎ−１）回転目の時間をそれぞ
れｔy(n)、ｔy(n-1)としたとき、この時間差Ｔと、機械
的に別途計測された掘進距離Ｌとにより、前述の数式５
に基づいて電波伝搬速度Ｖが求められる。

【数５】Ｖ＝２・Ｌ／Ｔ

【００２６】次に、本実施形態における信号処理装置３
８の処理フローチャートを図２に基づいて説明する。こ
こで、各ステップ番号はＳを付して示している。以下の
フローチャートは、従来技術の説明時に示した処理の中
で、真の異物からのエコー信号有りと判断して警報を発
生した後に実施する処理を表している。（Ｓ１）極大点Ｐn1、Ｐn2、〜Ｐnnの個数を求め、これ
をＮ個とする。（Ｓ２）次に、前記数式５に基づいて、各極大点に対応
する各電波伝搬速度Ｖn を算出する。（Ｓ３）Ｓ２で求めた各電波伝搬速度Ｖn と、各極大点
に対応する回転角θxn及び時間ｔy(n)を使用して、各極
大点に対応する距離ｄn 、Ｄn をそれぞれ数式３及び数
式４に基づいて算出する。すなわち、数式３において、
θ＝θxnとし、数式４において、ｔx ＝ｔy(n)、Ｖ＝Ｖ
n として求める。

【００２７】（Ｓ４）各極大点Ｐnnの中で、それぞれの
２点間の距離ｄn 同士及び距離Ｄn同士が所定の許容範
囲以内で接近している２点があるか否かを判断する。す
なわち、ｄna≒ｄnb、かつＤna≒Ｄnbを満たすような２
つの極大点Ｐna、Ｐnbが有るか否かを判断し、有るとき
はＳ５に進み、無いときはエンドに進んで処理を終了す
る。（Ｓ５）Ｓ４で求めた極大点Ｐna及びＰnbに対応する回
転角θの内、一方が数式「０°＜θ＜１８０°」を満た
し、かつ他方が数式「１８０°＜θ＜３６０°」を満た
しているか否かを判断する。ここで、θは０°〜３６０
°の範囲以内の値をとるものとする。このステップでの
判断は、図１０に示すように埋設管１４が鉛直方向に伸
びているので、この埋設管１４のエコー信号の極大点が
０°及び１８０°の位置（水平線に平行な線）を境にし
て「０°〜１８０°」及び「１８０°〜３６０°」の範
囲に対称に現れることに因るものである。そして、上記
判断の結果、両条件を満たしているときはＳ６に進み、
そうでないときはエンドに進んで処理を終了する。（Ｓ６）Ｓ５の両条件を満たしている極大点Ｐna及びＰ
nbには、管状物標であることを示すフラグＦk を付けて
記憶する。

【００２８】（Ｓ７）以下のＳ８〜Ｓ９の処理をＮ回繰
り返して実行し、Ｎ回繰り返しが終了したときはＳ１０
へ進む。（Ｓ８）数式２に上記の各極大点Ｐnnに対応する距離ｄ
n 、距離Ｄn 及び電波伝搬速度Ｖn を代入し、この極大
点の回転角θxnを中心にした前後の所定範囲θs におけ
るエコー受信までの時間ｔを算出する。（Ｓ９）Ｓ８で算出した、各極大点の所定範囲θs にお
ける各点（θ，ｔ）をカラーでＢスコープ表示する。こ
こで、以後の説明では、この算出した各点（θ，ｔ）に
よって表示された像を疑似エコー像１７と呼ぶ。図１に
は、疑似エコー像１７を実際の像１３と対比させて表示
している様子を示している。この際、管状物標を示す前
記フラグＦk の有無によって、例えばフラグＦk が付し
てある極大点の所定範囲θs に対応する疑似エコー像１
７の表示色は赤とし、他の極大点に対応する疑似エコー
像１７の表示色は黄とするように、表示色を通常時の色
と変える。これによって、オペレータは、実際の探査エ
コー像１３と疑似エコー像１７とを容易に区別すること
ができると共に、管状物標と推定される極大点に対応す
る疑似エコー像１７も容易に判別できる。したがって、
この表示を確認して、真の埋設管か否かを判断すること
が容易となる。

【００２９】（Ｓ１０）オペレータは、疑似エコー像１
７と実際の探査エコー像１３との位置がずれていると判
断したときに、疑似エコー像１７が実際の探査エコー像
１３と一致するように、疑似エコー像１７の極大点（θ
x , ｔx ）及び極大点周囲のエコー像の広がりを調整す
る。このとき、信号処理装置３８はこの調整操作に従っ
て疑似エコー像１７を補正し、より正しい距離ｄn 、距
離Ｄn を表示する。このＳ１０での疑似エコー像１７の
調整について、以下に詳細に説明する。数式２は回転角
θとエコー受信までの時間ｔとの関係を表しており、こ
の関係を直交座標系で表示したものがＢスコープ表示と
なる。このとき、数式２によって表される時間ｔは、回
転角θに対して放物線状又は双曲線状に下方に開口した
曲線として表示される。そして、この放物線状又は双曲
線状の曲線の極大点（θx ,ｔx ）は、回転角θが数式
３「ｄ＝Ｒ・COS θx 」を満足する位置に相当すること
は容易に分かる。よって、数式２によって算出した各点
（θ, ｔ）をＢスコープ表示した疑似エコー像１７にお
いて、疑似エコー像１７の極大点を何らかの方法により
移動させて実際の探査エコー像１３の極大点に一致させ
た場合、この極大点の移動量を計測することによって真
の極大点（θx , ｔx ）が正確に求められる。これは、
数式３によって水平距離ｄn が精度良く求められること
を意味する。また、数式２において電波伝搬速度Ｖの値
を所定量ずつ更新し、この更新値により疑似エコー像１
７を表示させることは、上記双曲線の開口部の広がりを
調整することと等価となる。したがって、疑似エコー像
１７の広がりを調整して実際の探査エコー像１３に一致
させた場合、このときの電波伝搬速度Ｖの調整量を計測
することによって、真の電波伝搬速度Ｖを正確に求める
ことができる。これは、数式４によって水平距離Ｄn が
精度良く求められることを意味する。以上が、Ｓ１０で
疑似エコー像１７の補正により正しい距離ｄn 、距離Ｄ
n が算出できることの根拠である。

【００３０】また、疑似エコー像１７の調整操作は、次
のようにして行われる。図３は、この調整のためのキー
スイッチを備えた表示装置４０の詳細を表している。表
示部４１はグラフィック表示が可能なＣＲＴ装置や液晶
装置等で構成されており、実際の探査エコーや疑似エコ
ーが表示される。第１のスイッチ部４４には疑似エコー
像１７の表示位置を水平又は垂直に移動させるための位
置移動スイッチが設けられており、第２のスイッチ部４
５には疑似エコー像１７の双曲線開口部の広がりを可変
するための広がり情報入力スイッチを設けている。この
ような表示装置４０による操作方法は、まず第１のスイ
ッチ部４４の位置移動スイッチ「↑」、「↓」、
「→」、「←」の押下によって、疑似エコー像１７の極
大点の位置（θx , ｔx ）を所定量ずつ移動させ、実際
のエコー像１３の極大点に一致させる。さらに、第２の
スイッチ部４５の広がり情報入力スイッチの押下によっ
て、疑似エコー像１７の双曲線開口部の広がりが所定量
ずつ調整され、実際のエコー像１３に近似させる。この
とき、信号処理装置３８は、疑似エコー像１７の極大点
の位置（θx , ｔx ）から、エコー像１３の極大点の真
の位置（θx , ｔx ）を精度良く演算することができ
る。そして、同様に、信号処理装置３８はこのときの広
がりから数式２に基づく電波伝搬速度Ｖをより精度良く
演算することができる。したがって、これらの極大点の
位置（θx , ｔx ）及び電波伝搬速度Ｖから、数式３及
び数式４に基づいてより正しい距離ｄn 、距離Ｄn を演
算し、これを表示部４１に表示が可能となる。

【００３１】なお、これまでの説明では、管状物標と推
定されたエコー像に対応する疑似エコー像１７の表示色
を通常時と変えているが、これに限らずに、例えば疑似
エコー像１７の代わりに実際のエコー像１３の表示色を
変えるようにしてもよい。この場合でも、オペレータは
表示色の違いによって管状物標と推定される像が容易に
分かるので、真の異物か否かの判断がやり易くなる。

【００３２】また、上記の処理フローチャートにおいて
は、各極大点に対応する各電波伝搬速度Ｖn に基づい
て、距離ｄn 及び距離Ｄn を算出したり、また疑似エコ
ー像１７を算出して表示しているが、本発明はこれに限
定されるものではない。すなわち、各極大点に対応する
各比誘電率εs1に基づいて、上記と同様の処理を行って
もよい。この場合には、数式７によって各極大点に対応
する各比誘電率εs1を求め、この各比誘電率εs1に基づ
いて数式６によって（εx ＝εs1とする）距離ｄn 及び
距離Ｄn を算出することができる。また、これらの比誘
電率εs1、距離ｄn 及び距離Ｄn に基づいて数式６によ
って疑似エコー像１７を算出して表示することが可能と
なる。

【００３３】また、Ｓ５においては、埋設管１４が鉛直
方向に伸びている例について説明しているが、これに限
定されず、例えば水平方向に伸びている場合でもこのよ
うな判断が可能である。すなわち、図４に示すように埋
設管１４が水平方向に、かつ掘進方向に直角に伸びてい
る場合には、そのエコー像１３の極大点は回転角θが９
０°及び２７０°の位置（鉛直方向の線）を境にして対
称な位置に現れる。そして、この場合のエコー時間ｔ
は、前記数式２の代わりに、

【数８】ｔ＝２・｛（Ｒ・SIN θ−ｄ）²＋Ｄ²｝^1/2／Ｖによって、あるいは、前記数式６の代わりに、

【数９】ｔ＝２・（εx ）^1/2・｛（Ｒ・SIN θ−ｄ）
²＋Ｄ²｝^1/2／Ｃによって求められる。このとき、上記Ｓ３では、数式
「ｄ＝Ｒ・SIN θx 」に基づいて距離ｄn を求め、数式
４等に基づいて距離Ｄn が求められる。次に、Ｓ５にお
いては、Ｓ４で求めた極大点Ｐna及びＰnbに対応する回
転角θの内、一方が数式「９０°＜θ＜２７０°」を満
たし、かつ他方が数式「０°≦θ＜９０°又は２７０°
＜θ≦３６０°」を満たしているか否かを判断する。そ
して、この判断の結果、両条件を満たしているときはＳ
６に進み、そうでないときはエンドに進んで処理を終了
するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるエコー像表示の例である。

【図２】本発明に係わる信号処理フローチャートの例を
表す。

【図３】本発明に係わるエコー像の調整用のスイッチを
備えた表示装置の例である。

【図４】掘進機と埋設管との他の位置関係の例を示す。

【図５】掘進機の側面断面図である。

【図６】掘進機の正面図である。

【図７】受信信号のＡスコープ表示及び強度判定の例を
表す。

【図８】受信信号のＢスコープ表示の例を表す。

【図９】掘進機と埋設管の側面図、正面図及びＢスコー
プ表示例を表す。

【図１０】掘進機と埋設管との位置関係を示す。

【符号の説明】

１０、１２、１３像１４埋設管１５頂点１７疑似エコー像２０掘進機２２カッタヘッド２４送信アンテナ２６受信アンテナ２８送受信装置３０電磁波３２異物３４反射波３６ロータリコネクタ３８信号処理装置４０表示装置４１表示部４２警報器４４第１のスイッチ部４５第２のスイッチ部Ｖ土中の電波伝搬速度Ｃ光速 εs 土の比誘電率 μs 土の比透磁率 εx 仮定比誘電率Ｌ、Ｌn 掘進距離 θ 回転角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中を移動しつつ地中に電磁波を放射
し、異物からの反射波を受信し、同一進行方向の異なる
探査距離位置のそれぞれにおいて得た上記受信信号を比
較し、この受信信号に基づいて算出される電波伝搬速度
(v) 又は比誘電率 (ε) が探査中の土質に応じた所定範
囲以内に入っているか否かを判定する地中探査装置の信
号処理方法において、上記算出された電波伝搬速度(v) 又は比誘電率 (ε) が
所定範囲以内に入っているときに、上記受信信号の極大
点の位置と、上記算出した電波伝搬速度(v) 又は比誘電
率 (ε) とによって求められる疑似エコー像を表示する
ことを特徴とする地中探査装置の信号処理方法。
【請求項２】請求項１に記載の地中探査装置の信号処
理方法において、前記表示された疑似エコー像を前記受信信号による像に
一致するように移動させ、一致したときのこの疑似エコ
ー像の極大点の位置及び広がりの調整量に基づいて異物
の距離を求めて表示することを特徴とする地中探査装置
の信号処理方法。
【請求項３】地中を移動しつつ地中に電磁波を放射
し、異物からの反射波を受信し、この反射波から異物の
位置を検知する地中探査装置の信号処理方法において、上記検知した複数の異物の内、２つの異物の位置が所定
の位置関係にあるとき、この２つの異物に対応する像の
表示色を通常時の色と変えて表示することを特徴とする
地中探査装置の信号処理方法。
【請求項４】地中を移動しつつ地中に電磁波を放射
し、異物からの反射波を受信する送受信装置(28)と、同
一進行方向の異なる探査距離位置のそれぞれにおいて送
受信装置(28)が受信した上記反射波信号を比較し、この
反射波信号に基づいて算出される電波伝搬速度(v) 又は
比誘電率 (ε) が探査中の土質に応じた所定範囲以内に
入っているか否かを判定する信号処理装置(38)と、信号
処理装置(38)を介して入力した上記反射波信号による像
を表示する表示装置(40)とを備えた地中探査装置におい
て、上記信号処理装置(38)は、上記算出した電波伝搬速度
(v) 又は比誘電率 (ε)が所定範囲以内に入っていると
きに、上記反射波信号による像の極大点の位置と、上記
算出した電波伝搬速度(v) 又は比誘電率 (ε) とによっ
て疑似エコー像を求め、求めた疑似エコー像を表示装置
(40)に出力することを特徴とする地中探査装置。
【請求項５】地中を移動しつつ地中に電磁波を放射
し、異物からの反射波を受信する送受信装置(28)と、送
受信装置(28)が受信した上記反射波信号に基づいて異物
の位置を検知する信号処理装置(38)と、信号処理装置(3
8)を介して入力した上記反射波信号による像を表示する
表示装置(40)とを備えた地中探査装置において、上記信号処理装置(38)は、上記検知した複数の異物の
内、２つの異物の位置が所定の位置関係にあるとき、こ
の２つの異物に対応する像の表示色を通常時の色と変え
て表示装置(40)に出力することを特徴とする地中探査装
置。