JPH1090433A

JPH1090433A - 空洞探査装置及びレーダ搭載車

Info

Publication number: JPH1090433A
Application number: JP8248034A
Authority: JP
Inventors: Masataka Ikeda; 雅孝池田
Original assignee: Fuji Subsurface Information Ltd
Current assignee: Fuji Subsurface Information Ltd
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】大口径埋設管の周囲に存在する空洞を高精度
で探査することのできる空洞探査装置及びレーダ搭載車
を提供する。【解決手段】電磁波を発射してその反射波から空洞等
を探査するレーダ装置を搭載し、大口径埋設管内を移動
自在としたレーダ搭載車５と、前記レーダ搭載車５を駆
動する等の駆動制御を実行する制御装置６と、空洞の位
置や距離及び探査画像等を表示出力するディスプレイ７
とより空洞探査装置４を構成する。レーダ搭載車５は、
電磁波を発射し反射波を回収するアンテナ８と、反射波
を解析するレーダ本体９と、前記アンテナ８を収納する
アンテナ収納体１０と、前記アンテナ収納体１０を上下
方向に移動させるアンテナ昇降機構１１と、大口径埋設
管内を走行する搭載台車１３とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大口径下水道管等
の大口径埋設管の周囲に存在する空洞を探査する空洞探
査装置及びレーダ搭載車に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における流域下水道事業の拡大とと
もに、幹線管渠として多数の大口径下水道管が敷設され
るようになってきた。このような大口径下水道管は十分
な基礎工事の下で埋設されるため、当初においてその周
囲に空洞が発生することは少ないが、年月と共に車両通
行による振動、雨水の侵入等によってその周囲の土砂が
流動し、小さな空洞が発生することがある。この空洞が
成長すると、特に大口径下水道管は主要幹線道路直下に
埋設されるため、道路の陥没による重大事故を引き起こ
しかねず、安全対策面から空洞探査の必要性が認識され
ている。

【０００３】このような地中にある空洞を探査する方法
としては、従来、地表面に設置したレーダ装置のアンテ
ナより地中に向けて電磁波を発射し、その反射波を捕捉
することによって、地中にある空洞を探査する方法が知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
地表面からの探査では、大口径埋設管とその周囲に発生
した小さな空洞とを識別することは困難であり、空洞を
見落とすなどして、高精度の探査ができないという問題
があった。また、レーダによる探査方法では探査可能な
範囲が地表面から地中深さ２ｍ程度までに限られるた
め、約５ｍ程度までの深さに埋設される大口径下水道管
の場合には、その周囲に存在する空洞を探査できないと
いう問題もあった。

【０００５】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑み、大口径下水道管等の大口径埋設管の周囲
に存在する空洞を高精度で探査することのできる空洞探
査装置及びレーダ搭載車を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】先ず、レーダーによる空
洞探査方法の原理を説明する。地中の各場所において物
性（ここでは電磁波の電波特性をいう）が異なれば、そ
の物性境界面において電磁波は反射、屈折、散乱する。
レーダーによる空洞探査方法の原理は、この物性境界面
における電磁波の反射を観測し、その観測記録から逆に
地中の物性境界面の分布を推定しようとするものであ
る。すなわち、地上に直線状の測線を設定し、その測線
上に極めて小さな間隔で多数の測点Ｏを設け、これら測
点Ｏにおいて順次、図１に示す如く、アンテナ１より地
中に向けて電磁波を発射し、物性境界面Ｂｏにおけるそ
の反射波をほぼ同一の地上の点においてアンテナ１によ
り捕捉する。ここで、反射波の伝播時間と反射面（物性
境界面Ｂｏ）までの深さは比例するから、捕捉した反射
波を制御装置２により処理して反射波の記録（反射波の
時間変化の記録）とし、これら反射波の記録を測点Ｏ順
に並べてディスプレイ３上に表示すれば、その表示（以
下、探査画像という）は測点Ｏ下の地中の物性境界面Ｂ
ｏの分布に対応したものとなる。よって、この探査画像
を解析することにより、地上において地中の状態を調べ
ることができることになる。

【０００７】発射した電磁波が物性境界面Ｂｏにおいて
反射して戻ってくるまでの時間（反射波の伝播時間）を
ｔ、地表面から地中の反射面（物性境界面Ｂｏ）までの
深さをｄ、電磁波の伝播速度をｖとすると、ｔ＝２ｄ／ｖ・・・（１）が成り立ち、この式を用いれば、反射波の伝播時間ｔよ
り物性境界面Ｂｏまでの深さｄが求まる。電磁波の伝播
速度ｖは、弾性波探査（屈折法）と同様の測定を行う
か、ｖ＝ｃ／（εμ）^1/2 ・・・（２）の関係を用いるかの何れかの方法により決定することが
できる。但し、ｃは真空中の光速度、ε及びμは媒質の
誘電率及び透磁率である。

【０００８】例えば図２（Ａ）に示す如く、地中深さｄ
のところに周囲と異なる物性の球状の物体Ｏｂ（半径
ｒ）が存在する場合、その物体Ｏｂの直上を通過する測
線上で実施したレーダーによる観察記録は、図２（Ｂ）
に示したようになる。すなわち、その物体Ｏｂの直上点
から距離ｘ離れた点における反射波の伝播時間ｔは、式
（１）より、ｔ＝２｛（ｄ²＋ｘ²）^1/2−ｒ｝／ｖ・・・（３）であるから、測線上の各点で観測した反射波の記録を時
間軸の原点（ｔ＝０）を揃えて順に並べれば、反射波の
伝播時間ｔは、図２（Ｂ）に示すような双曲線として表
示される。これを反射波の双曲線パターンという。尚、
地中空洞も含めて、地中に存在する塊状或いは棒状の物
体をレーダーにより探査する場合、この双曲線パターン
が探査画像を解析する際の基本となるが、実際には塊状
或いは棒状の物体の周辺形状は不均一であることが多
く、双曲線パターンも乱れたものとなる。

【０００９】ところで、測点Ｏを地上に設けると、複数
の探査対象Ｏｂが近接している場合には、それらを識別
するのが困難となることがある。また、測点Ｏを地上に
設けると、探査対象Ｏｂが深い位置にある場合には、反
射波が微弱となって探査不能となることもある。一方、
探査対象Ｏｂとの位置関係が明確であり、連続的に測点
Ｏを設定できるのであれば、測点Ｏを地中に設けること
は何ら差し支えない。そこで、本発明の空洞探査装置
は、測点Ｏを地中に埋設された大口径下水道管等の大口
径埋設管内に設定し、各測点Ｏにおいて管外に電磁波を
発射し、その反射波を観測することにより大口径埋設管
の周囲に発生した空洞を探査する、という探査原理を適
用したものである。

【００１０】かかる探査原理を適用した本発明の空洞探
査装置は、電磁波を発射してその反射波から空洞等を探
査するレーダ装置を搭載し、大口径埋設管内を移動自在
としたレーダ搭載車と、前記レーダ搭載車を駆動する等
の駆動制御を実行する制御装置と、空洞の位置や距離及
び探査画像等を表示出力するディスプレイとより構成さ
れるものである。

【００１１】又、本発明のレーダ搭載車は、電磁波を発
射し反射波を回収するアンテナと、反射波を解析するレ
ーダ本体と、前記アンテナを収納するアンテナ収納体
と、前記アンテナ収納体を上下方向に移動させるアンテ
ナ昇降機構と、大口径埋設管内を走行する搭載台車とか
ら構成されるものである。

【００１２】上記レーダ搭載車には、前記アンテナ収納
体を所定角度傾斜させるアンテナ傾斜機構を装備させ、
前記搭載台車を安定的に走行させる台車姿勢安定機構を
装備させることが好ましい。又、小型テレビカメラを搭
載してもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の空洞探査装置及び
レーダ搭載車の一実施形態について、図面を参照して説
明する。

【００１４】空洞探査装置４は、図３に示すように、電
磁波を発射してその反射波を解析するレーダ装置を搭載
し、大口径埋設管内を移動自在としたレーダ搭載車５
と、レーダ搭載車５を駆動する等の駆動制御を実行する
制御装置６と、空洞の位置や距離及び探査画像等を表示
出力するディスプレイ７とより構成される。

【００１５】レーダ搭載車５は、図４乃至図６に示すよ
うに、電磁波を発射し反射波を回収するアンテナ８と、
反射波を解析するレーダ本体９と、アンテナ８を収納す
るアンテナ収納体１０と、アンテナ収納体１０を上下方
向に移動させるアンテナ昇降機構１１と、アンテナ収納
体１０を所定角度傾斜させるアンテナ傾斜機構１２と、
大口径埋設管内を走行する搭載台車１３と、搭載台車１
３を安定的に走行させる台車姿勢安定機構１４とから構
成される。

【００１６】アンテナ８としては、中心周波数５００Ｍ
Ｈｚ、外形寸法１５０×３００×３６０ｍｍのＧＳＳＩ
社製ＭＯＤＥＬ３１０２を、レーダ本体９としては、測
定レンジ５〜２０００ｎｓｅｃ、スキャンレート８〜６
４スキャン／ｓｅｃのＧＳＳＩ社製ＳＹＳＴＥＭIIを使
用した。

【００１７】アンテナ収納体１０は、上端を開放した箱
体であって、上方よりアンテナ８を挿入し、アンテナ８
の上端部を突出させた状態で固定できるようにしてあ
る。アンテナ収納体１０の両側面の前後部にはローラ取
付部材１５を固着し、このローラ取付部材１５に圧縮バ
ネ１６を介してローラ支持部材１７を上下方向に可動自
在に連結してある。そして、このローラ支持部材１７に
案内ローラ１８を軸支してある。又、アンテナ収納体１
０にアンテナ８を固定した時、アンテナ８の上面と案内
ローラ１８の上端面との高低差を５ｃｍ以下に設定して
ある。

【００１８】アンテナ昇降機構１１は、図４乃至図６に
示すように、支持体１９に下端部を固定し、上端部を前
記アンテナ収納体１０の底面に固定したジャッキであっ
て、ハンドル軸２０を回転することにより伸縮して、ア
ンテナ収納体１０を上下方向に移動できるようになって
いる。

【００１９】アンテナ傾斜機構１２は、図６に示すよう
に、前記支持体１９の支軸２１にプーリー２２を固定
し、アンテナ傾斜用モータ２３の軸２３ａにプーリー２
４を固定し、これらプーリー２２，２４にベルト２５を
掛け渡したものであり、アンテナ傾斜用モータ２３を作
動させることにより支軸２１を回動させ、アンテナ収納
体１０を所定角度傾斜できるようになっている。ここ
で、アンテナ収納体１０は、支軸２１を中心として左右
に１５°程度傾斜できるのが好ましい。

【００２０】搭載台車１３は、図４乃至図６に示すよう
に、上部筐体２６、中間部筐体２７及び下部筐体２８と
よりなる。図４及び図５に示すように、上部筐体２６の
上面前部には小型テレビカメラ２９とライト３０を載置
し、内部には前記レーダ本体９を格納してある。そし
て、アンテナ収納体１０内のアンテナ８と上部筐体２６
内のレーダ本体９とをアンテナ用ケーブル３１で接続
し、後面には電源兼モニター用ケーブル３２の一端部を
接続してある。図４乃至図７に示すように、下部筐体２
８の両側の前後部には車輪３３を配設してあり、内部に
は搭載台車駆動用モータ３４を配設し、その軸３４ａに
固定したプーリー３５、ベルト３６、プーリー３７、可
変減速機構３８を介して、駆動力を車軸３９に伝達する
駆動機構４０を構成してある。又、車軸３９にはエンコ
ーダ４１を連結してある。さらに、下部筐体２８の底面
には錘４２を装着自在とし、前後面にはロープ装着部材
４３を固着してある。

【００２１】台車姿勢安定機構１４は、図４乃至図６に
示すように、中間部筐体２７に設置されており、前後方
向に伸縮自在とした前後伸縮支持杆４４の先端部に支持
体４５を固定し、この支持体４５の両側端部に左右方向
に伸縮自在とした左右伸縮支持杆４６を配設してある。
左右伸縮支持杆４６の先端部には傾斜自在とした支持軸
４７を枢支し、この支持軸４７に圧縮バネ４８を介して
支持部材４９を取り付け、この支持部材４９に補助車輪
５０を軸支してある。尚、支持軸４７には調整部材５１
を螺合してあり、調整部材５１を適宜回転することによ
り、支持部材４９を上下動できるようにしてある。

【００２２】制御装置６及びディスプレイ７は、図３に
示すように、大口径下水道管外の空洞探査装置搭載車両
５２内に設置され、制御装置６には前記電源兼モニター
用ケーブル３２の他端部を接続してある。尚、ディスプ
レイ７は、画面が２分割表示可能であり、探査画像及び
管内映像を同時に表示出力できるようになっている。

【００２３】次に、本発明の空洞探査装置４及びレーダ
搭載車５の作用を、以下に使用方法とともに説明する。

【００２４】先ず、大口径下水道管５３の上流側のマン
ホール５４及び下流側のマンホール５５の蓋５６，５７
を取り外し、上流側のマンホール５４の開口よりガイド
ロープ５８の一端部を降下させ、大口径下水道管５３内
を通過させ、下流側のマンホール５５の開口より取り出
す。そして、ガイドロープ５８の一端部はウインチ（図
示せず）等に固定しておく。

【００２５】上流側のマンホール５４近傍に空洞探査装
置搭載車両５２の後部を位置させ、後部ドアを開いてレ
ーダ搭載車５を取り出し、レーダ搭載車５の前面のロー
プ装着部材４３に前記ガイドロープ５８の他端部を結着
する。その後、レーダ搭載車５を台車（図示せず）等に
載せ、その台車の四隅部にワイヤー等を結着して、レー
ダ搭載車５を載せた台車をマンホール５４内に降下さ
せ、大口径下水道管５３の底壁に到達させる。

【００２６】次に、大口径下水道管５３内の作業者は、
図４乃至図６に示すように、前後伸縮支持杆４４、左右
伸縮支持杆４６を適宜伸長し、支持軸４７を適宜傾斜さ
せ、調整部材５１を適宜回転して、各補助車輪５０を大
口径下水道管５３の下部壁面の適宜位置に当接させて、
レーダ搭載車５の姿勢を安定状態とする。そして、ハン
ドル軸２０を回転してアンテナ収納体１０を上方に移動
し、大口径下水道管５３の上部壁面に案内ローラ１８を
当接させて、大口径下水道管５３の上部壁面とアンテナ
８の上面とのクリアランスを５ｃｍ以下に設定する。

【００２７】さらに、レーダ搭載車５の後面のロープ装
着部材４３に別のガイドロープの一端部を結着した後、
制御装置６を操作して搭載台車駆動用モータ３４を作動
させ、レーダ搭載車５を所定速度で走行させる。走行
時、アンテナ収納体１０の圧縮バネ１６、台車姿勢安定
機構１４の圧縮バネ４８は緩衝作用を果たすから、大口
径下水道管５３内に若干の凹凸があってもレーダ搭載車
５の走行には支障はない。

【００２８】レーダ搭載車５を大口径下水道管５３の上
流側のマンホール５４から下流側のマンホール５５へと
走行させつつ、アンテナ８により電磁波を送受信するこ
とにより、ディスプレイ７には探査画像が連続的に表示
出力される。車軸３９にエンコーダ４１を連結してある
から、その探査画像が大口径下水道管５３のどの位置に
おけるものかも一目で分かるようになっている。又、デ
ィスプレイ７は２分割表示できるので、小型テレビカメ
ラ２９により大口径下水道管５３内の映像も連続的に表
示出力され、空洞探査と同時に、大口径下水道管５３内
の損傷、漏水箇所を容易に把握することもできる。

【００２９】レーダ搭載車５が下流側のマンホール５５
まで到達したら、マンホール５５の開口より取り出し、
再度、上流側のマンホール５４内に降下させる。そし
て、作業者は、図４乃至図６に示すように、上記と同様
な設定作業に加え、アンテナ傾斜用モータ２３を作動さ
せてアンテナ収納体１０を所定角度傾斜させる。その
後、上記と同様に、制御装置６を操作して搭載台車駆動
用モータ３４を作動させ、レーダ搭載車５を所定速度で
走行させ、空洞探査を実施する。

【００３０】

【発明の効果】本発明の空洞探査装置及び当該装置用レ
ーダ搭載車によれば、大口径下水道管等の大口径埋設管
の周囲に存在する空洞を高精度で探査することができ、
道路の陥没による重大事故を防止できる等、効果的な安
全対策を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーダーを用いた地中探査方法の概念図であ
る。

【図２】レーダーを用いて地中の物体を探査する方法を
説明する図であり、（Ａ）は地中に球状の物体が存在す
る場合の断面図であり、（Ｂ）はその球状の物体を探査
した場合の探査画像を示す図である。

【図３】本発明の空洞探査装置の使用状態図である。

【図４】本発明のレーダ搭載車の側面図である。

【図５】本発明のレーダ搭載車の正面図である。

【図６】本発明のレーダ搭載車の背面図である。

【図７】本発明のレーダ搭載車の下部筐体の拡大図であ
る。

【符号の説明】

４空洞探査装置５レーダ搭載車６制御装置７ディスプレイ８アンテナ９レーダ本体１０アンテナ収納体１１アンテナ昇降機構１２アンテナ傾斜機構１３搭載台車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波を発射してその反射波から空洞等
を探査するレーダ装置を搭載し、大口径埋設管内を移動
自在としたレーダ搭載車と、前記レーダ搭載車を駆動す
る等の駆動制御を実行する制御装置と、空洞の位置や距
離及び探査画像等を表示出力するディスプレイとより構
成される空洞探査装置。
【請求項２】電磁波を発射し反射波を回収するアンテ
ナと、反射波を解析するレーダ本体と、前記アンテナを
収納するアンテナ収納体と、前記アンテナ収納体を上下
方向に移動させるアンテナ昇降機構と、大口径埋設管内
を走行する搭載台車とからなるレーダ搭載車。
【請求項３】前記アンテナ収納体を所定角度傾斜させ
るアンテナ傾斜機構を装備したことを特徴とする請求項
２に記載のレーダ搭載車。
【請求項４】前記搭載台車を安定的に走行させる台車
姿勢安定機構を装備したことを特徴とする請求項２又は
３に記載のレーダ搭載車。
【請求項５】小型テレビカメラを搭載したことを特徴
とする請求項２乃至４いずれかに記載のレーダ搭載車。