JPH11281751A - 地中推進工法における埋設物探査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中推進工法において、埋設管等の埋設物の
破損を確実に防止できる埋設物探査方法及び装置を提供
する。 【解決手段】 媒質中の物体に向かって移動しながら波
動信号を放射し、物体からの反射信号を受信する送受信
工程Ｓ１と、受信反射信号の信号強度に対する移動距離
ｘと反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像デー
タを生成する２次元画像データ生成工程Ｓ２と、移動距
離ｘと反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、
２次元画像データの信号強度を特定の移動距離ｘにおけ
る反射時間ｔ毎に波動信号の媒質中における予め設定さ
れた複数の伝搬速度ｖ_i に対応する各傾きに沿って加算
する信号強度加算工程Ｓ３を順次実行し、その加算反射
信号強度の各伝搬速度ｖ_i 毎に設定された所定の臨界反
射時間ｔ_Bi以下の領域内の振幅値が所定の閾値Ｓ_T 以上
となる場合に物体へ向かう移動の停止を指示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、推進体に設けられ
たレーダ送受信部が媒質中をその媒質中の物体に向かっ
て移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射
した波動信号の前記物体からの反射信号を受信して、そ
の受信した前記反射信号の信号強度データに基づいて前
記物体の位置探査を行い、地中推進工法により地中に各
種管路を敷設等する際の既存埋設管等の地中埋設物の破
損を予防する地中推進工法における埋設物探査方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、埋設管や地中構造物等の地中埋設
物の位置検出方法としては、地表面を移動しながら地表
面から地中に向かって電磁波等の波動信号を放射し、地
中の物体から反射してくる反射信号を受信して、受信し
た前記反射信号の信号強度に対する地表面の移動距離ｘ
と前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標
（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成して、その２
次元画像データに対して合成開口処理やマイグレーショ
ン処理等の画像処理を行い、地中での波動信号の伝搬速
度を推定して当該物体の位置検出を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た地表面からの位置検出における従来の伝搬速度推定で
は、上述の画像処理を精度よく実行するには、本出願時
点で有効且つ実用的な計算機処理性能では前記マイグレ
ーション処理の場合で約４０秒程の処理時間が必要であ
り、リアルタイムで前方監視する必要のある地中推進工
法では当該処理時間の大幅な短縮が必要である。例え
ば、地中推進工法の一種であるボアモア工法の場合、推
進速度が標準で約３０ｃｍ／分であるため、当該処理時
間として数秒程度で処理できる位置検出方法が必要とな
る。

【０００４】また、地表面からの位置検出では、地中の
推進方向に一致して必ずしも地表面から探査可能でない
場合もあり、地中を推進しながらリアルタイムで物体の
位置検出が精度よくでき、埋設管等の埋設物に推進ヘッ
ドが接触して破損するのを確実に防止できることが望ま
れている。しかしながら、現状では、推進ヘッドに地中
探査用レーダの送受信部を設け、単に前方障害物の有無
を判断する機能を有するものが実用化されているに止ま
っており、かかる埋設物破損に対する予防は十分ではな
い。

【０００５】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、上記問題点を解消し、地中推
進工法において、埋設管等の埋設物の破損を確実に防止
できる埋設物探査方法及び装置を提供する点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の第一の特徴構成は、地中推進工法における埋
設物探査方法に関し、特許請求の範囲の欄の請求項１に
記載した如く、推進体に設けられたレーダ送受信部が媒
質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物
体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物
体からの反射信号を受信する送受信工程と、前記送受信
工程で受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物
体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの
反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを
生成する２次元画像データ生成工程と、前記移動距離ｘ
と前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、
前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元
画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおけ
る反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における
予め設定された複数の伝搬速度ｖ_i に対応する各傾きに
沿って加算する信号強度加算工程と、前記信号強度加算
工程で生成された前記各伝搬速度ｖ_i 毎の加算反射信号
強度の収斂度から前記媒質中の伝搬速度ｖ_P を特定し、
その伝搬速度ｖ_P を用いて前記物体までの距離を算出す
る物体距離算出工程とを、順次実行し、前記物体距離算
出工程で算出された距離が所定値以下の場合に、前記推
進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示する点にあ
る。

【０００７】同第二の特徴構成は、地中推進工法におけ
る埋設物探査方法に関し、特許請求の範囲の欄の請求項
２に記載した如く、推進体に設けられたレーダ送受信部
が媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前
記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前
記物体からの反射信号を受信する送受信工程と、前記送
受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対する前
記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体か
らの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像デー
タを生成する２次元画像データ生成工程と、前記移動距
離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上におい
て、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２
次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘに
おける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中にお
ける予め設定された複数の伝搬速度ｖ_i に対応する各傾
きに沿って加算する信号強度加算工程とを、順次実行
し、前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度
ｖ_i 毎の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖ_i 毎に設
定された所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下の領域内の振幅値
が、所定の閾値Ｓ_T 以上となる場合に、前記推進体の前
記物体へ向かう移動の停止を指示する点にある。

【０００８】同第三の特徴構成は、地中推進工法におけ
る埋設物探査装置に関し、特許請求の範囲の欄の請求項
３に記載した如く、媒質中をその媒質中の物体に向かっ
て移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射
した波動信号の前記物体からの反射信号を受信するレー
ダ送受信部を推進体に設け、前記レーダ送受信部が受信
した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう
移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔ
を座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２
次元画像データ生成手段と、前記移動距離ｘと前記反射
時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元
画像データ生成手段が生成した前記２次元画像データの
前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ
毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定され
た複数の伝搬速度ｖ_i に対応する各傾きに沿って加算す
る信号強度加算手段と、前記信号強度加算手段で生成し
た前記各伝搬速度ｖ_i 毎の加算反射信号強度の前記各伝
搬速度ｖ_i 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下
の領域内の振幅値が、所定の閾値Ｓ_T 以上となる場合
に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示す
る推進停止手段とを備えてなる点にある。

【０００９】尚、上記第二及び第三の特徴構成におい
て、加算反射信号強度の振幅値は、極性にかかわらず、
その絶対値を意味する。

【００１０】以下に作用並びに効果を説明する。本発明
の第一の特徴構成によれば、前記２次元画像生成工程
で、反射信号強度を例えば輝度表示して得られる２次元
画像データにおける極大値、極小値等の特徴点は、前記
物体が前記レーダ送受信部の進行方向前方に位置してい
る場合は前記ｘ−ｔ平面上で直線上に配列し、前記物体
が前記レーダ送受信部の進行方向から外れて斜め方向に
位置する場合は地表面からの探査画像と同様に双曲線上
に配列するので、前記反射信号強度の特徴点が直線上に
配列している場合に、その配列方向の前記ｘ−ｔ平面上
での傾き（Δｘ／Δｔ）が前記波動信号の前記媒質中の
伝搬速度ｖ、或いは、前記反射時間ｔが前記レーダ送受
信部と前記物体との往復時間の場合は伝搬速度ｖの二分
の一の値に相当し、前記信号強度加算工程を、所定の移
動距離ｘの各反射時間ｔ毎に前記配列方向に所定距離分
実行することで、予め設定した伝搬速度ｖ_i の内、前記
加算反射信号強度の収斂度の最も大きくなる伝搬速度を
その媒質中の伝搬速度ｖ_P であるとして特定し、前記加
算反射信号強度が所定の閾値を超える反射時間ｔを抽出
し、その伝搬速度ｖ_P と反射時間ｔとから前記物体まで
の距離が算出でき、その距離が所定の閾値以下の場合に
前記推進体の推進の停止を指示することで前記物体への
接触を確実に防止でき、前記物体の破損を未然に回避す
ることができるのである。尚、前記物体が前記レーダ送
受信部の進行方向から僅かに外れて斜め方向に位置する
場合であっても、前記物体までの距離が離れている場合
は、前記反射信号強度の特徴点が略直線上に配列し、同
様の処理が可能であり、かかる場合であっても、前記物
体への接触を確実に防止でき、前記物体の破損を未然に
回避するこができるのである。

【００１１】以上、このように簡単な四則演算を繰り返
すだけの計算処理で前記物体までの距離が算出できるた
め、上述の従来方法に比べて処理時間の大幅な短縮が図
れると共に、操作者が前記物体までの距離を、前記２次
元画像データの前記反射信号強度の極大値、極小値の配
列画像から目測等によってマニュアルで求めるのに比べ
て、当該距離の算出が格段に高精度且つ高速化され、前
記物体への接触を確実に防止できるのである。

【００１２】尚、前記波動信号が電磁波の場合、媒質の
比誘電率εとその媒質中の伝搬速度ｖとの間に、ｃ₀ を
光速として、ｖ＝ｃ₀ ／ε^1/2 の関係が成り立つが、前
記伝搬速度ｖ_i を予め設定する代わりに、媒質中の伝搬
速度ｖと一義的に対応する媒質の比誘電率εや、これら
の等価な定数を設定しても同様の作用が得られる。とこ
ろで、例えば媒質が地中の土壌である場合、その土質に
よって比誘電率εが異なり、通常の川砂の比誘電率が
８、粘土の比誘電率が１５であるのに対して、地下水を
多く含有する土壌では、比誘電率が約８０と大きくな
る。従って、本特徴構成によれば、前記物体距離算出工
程の前半部分で、前記媒質中の伝搬速度ｖ_P から媒質の
比誘電率εが特定され、或いは、前記信号強度加算工程
で前記複数の伝搬速度ｖ_i を設定する代わりに、複数の
比誘電率ε_i を設定する場合は、比誘電率εが直接特定
されるため、その比誘電率εより同時に媒質の特性を知
ることができ、例えば、地下水を多く含有する土壌であ
る等の媒質自体に不都合がある場合等を事前に検知する
こともできるのである。

【００１３】同第二または第三の特徴構成によれば、上
述の第一の特徴構成と略同様の効果が、前記物体までの
距離を最終的に算出しなくても前記推進体の推進の停止
を指示することができるため、より敏速な対応が可能と
なり前記物体への接触をより確実に防止できるのであ
る。即ち、本特徴構成において、前記信号強度加算工程
或いは手段で生成された前記各伝搬速度ｖ_i 毎の加算反
射信号強度の振幅値の前記各伝搬速度ｖ_i 毎に設定され
た所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下の領域内のものが、所定
の閾値Ｓ_T 以上となる場合、その座標点（ｖ_i ，ｔ_j ）
は必ず所定の臨界距離以下となることから、前記推進体
が前記物体に所定距離まで接近していることが簡易に且
つ精度良く判定できるのである。

【００１４】ここで、前記閾値Ｓ_T として前記レーダ送
受信部が受信する反射信号強度の定常ノイズやランダム
ノイズを含むバックラウンドノイズを前記信号強度加算
工程或いは手段で加算した場合のバックラウンドノイズ
レベルよりも相対的に一定レベル大きな信号値とするこ
とで、これらノイズの影響を除去した高精度の判定が可
能となるのである。特に、前記加算反射信号強度の振幅
値をｖ−ｔ平面上にプロットして、伝搬速度分布画像を
生成して目視により判定する場合に、前記閾値Ｓ_T によ
る閾値処理を施すことで、容易に正確な判定が行えるよ
うになるのである。尚、前記閾値Ｓ_T として、例えば、
前記バックラウンドノイズレベルよりも相対的に１０ｄ
Ｂ（振幅で約３．１６倍）大きな値が望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る地中推進工法におけ
る埋設物探査方法及び埋設物探査装置を、地中埋設管等
の埋設物探査に適用した実施の形態につき、図面に基づ
いて説明する。

【００１６】図１に示すように、地中推進工法で使用す
る推進装置システム１０は、先端に掘削用のドリルを設
けた地中推進移動用の推進ヘッド１１と、この推進ヘッ
ド１１の基端側に接続され地上に配置される推進駆動装
置１２との間を連結する連結ロッド１３と、これらの制
御を行う制御装置１４を搭載した制御車１５とから構成
される。尚、この構成は、従来のフローモール工法に使
用される推進装置と基本的に同構成である。

【００１７】本実施形態では、前記推進ヘッド１１に、
媒質中（本実施形態においては地中）を低損失で伝送可
能な中心周波数が例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの単発
パルスの波動信号を前記推進ヘッド１１の先端部分から
前方に向けて放射し、且つ、前記推進ヘッド１１の推進
方向前方に埋設された埋設管等の物体１に入射してその
表面で反射散乱した反射波の一部を前記波動信号の反射
信号として受信するレーダ送受信部２が設けられてい
る。前記レーダ送受信部２は具体的には電磁波を送受信
するアンテナと送受信用の電子回路を構成する電子回路
部から構成されている。更に、前記レーダ送受信部２が
受信した前記反射信号を処理して本発明方法を具体的に
実行する位置検出処理装置３が地上の前記制御車１５内
に前記制御装置１４とともに設けられている。この位置
検出処理装置３は、後述する本発明方法の主要な工程
を、計算機処理によって実行する。また、この計算機処
理は通常のストアードプログラム方式のコンピュータシ
ステムで所定の実行プログラムを処理することで行われ
る。以上の構成より前記推進装置システム１０に係る部
分を除いたものが本発明に係る埋設物探査装置を構成す
るが、埋設物探査装置に前記推進装置システム１０の一
部または全部が含まれてもシステム全体としての機能は
実質的には同じである。

【００１８】前記位置検出処理装置３は、図２に示すよ
うに、マイクロプロセッサ、半導体メモリ、磁気記憶装
置、その他周辺デバイス等からなる一般的なコンピュー
タシステムと同等のハードウェア構成を有する演算処理
部４と、入出力装置として、前記レーダ送受信部２が受
信したアナログ信号である前記反射信号を入力可能なア
ナログ信号入力部５と、そのアナログ信号を所定分解能
でリアルタイムに量子化するＡ／Ｄ変換部６、後述する
種々の２次元画像データや処理結果を表示するＣＲＴデ
ィスプレーや液晶ディスプレー等の画像表示装置７と、
各種命令をキー入力可能なキーボード装置８等を具備し
ている。尚、前記位置検出処理装置３の詳細なハードウ
ェア構成は、上記の如く、一般的なコンピュータシステ
ムと同様であるため、詳細な説明は割愛する。

【００１９】他方、前記位置検出処理装置３の機能的構
成は、図２に示すように、前記レーダ送受信部２が受信
した前記反射信号の信号強度に対する前記物体１に向か
う移動距離ｘと前記波動信号の前記物体１からの反射時
間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成す
る２次元画像データ生成手段２０と、前記移動距離ｘと
前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前
記２次元画像データ生成手段２０が生成した前記２次元
画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおけ
る反射時間ｔ_j 毎に、前記波動信号の前記媒質中におけ
る予め設定された複数の伝搬速度ｖ_i に対応する各傾き
に沿って加算する信号強度加算手段２１と、前記信号強
度加算手段２１で生成した前記各伝搬速度ｖ_i 毎の加算
反射信号強度Ｓ_ijの前記各伝搬速度ｖ_i 毎に設定された
所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下の領域内の振幅値が、所定
の閾値Ｓ_T 以上となる場合に、前記推進ヘッド１１の推
進を停止させるべく前記制御装置１４に対して推進停止
を指示、若しくは、操作者に対して警報を発する推進停
止手段２２と、前記信号強度加算手段２１で生成した前
記各伝搬速度ｖ_i 毎の前記加算反射信号強度Ｓ_ijの収斂
度から前記媒質中の伝搬速度ｖ_P を特定し、その伝搬速
度ｖ_P を用いて前記物体１までの距離を算出する物体距
離算出手段２３とを、前記演算処理部４が備える構成と
なっている。

【００２０】図３に示すように、本実施の形態において
は、前記埋設物探査装置が、送受信工程Ｓ１、２次元画
像データ生成工程Ｓ２、信号強度加算工程Ｓ３、推進停
止工程Ｓ４、物体距離算出工程Ｓ５の各工程を順次実行
して、前記推進ヘッド１１と前記物体１との間の距離を
算出して、前記物体１の位置探査を行う。尚、前記推進
停止工程Ｓ４は所定条件を満足した場合にのみ実行する
ものとする。

【００２１】前記送受信工程Ｓ１では、前記推進ヘッド
１１の推進によって前記レーダ送受信部２が前記物体１
に向かって移動しながら、前記物体１に向かって、つま
り推進方向前方に前記波動信号を放射し、その放射した
波動信号の前記物体１からの反射信号を受信する。尚、
受信した反射信号は、必要に応じて増幅処理または雑音
除去処理を施して、前記位置検出処理装置３にリアルタ
イムで伝送する。

【００２２】前記２次元画像データ生成工程Ｓ２では、
前記２次元画像データ生成手段２０が、前記送受信工程
Ｓ１で受信した前記反射信号を前記アナログ信号入力部
５で受信した後に、前記Ａ／Ｄ変換部６で反射信号の振
幅値、つまり、反射信号強度を所定のサンプリング間隔
（本実施形態では０．１４０６ｎｓ）で、所定のビット
数のバイナリデータに量子化する。従って、ストローク
計等により前記受信信号を受信する毎の前記物体１に向
かう移動距離ｘが計算でき、この移動距離ｘと前記サン
プリング間隔で計時される前記波動信号の前記物体１か
らの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像デー
タを生成する。

【００２３】前記２次元画像データの一例として、図４
に示すように、画像サイズが、横軸ｘ（移動距離ｘ）２
００ピクセル、縦軸ｙ（反射時間ｔ）２５６ピクセルで
構成されている。前記移動距離ｘについては、実際の移
動距離ｘ_P 、つまり前記推進ヘッド１１の現在位置ｘ_P
より推進方向側（＋ｘ方向）では反射信号を受信してい
ないので反射信号強度は０として前記２次元画像データ
が生成されている。また、前記反射時間ｔは実際には前
記波動信号放射時点を０ｎｓとする前記波動信号が前記
物体１を往復する伝搬時間のサンプリングタイミングを
表しており、反射時間ｔの計測が０ｎｓから３６ｎｓま
で行われ、各移動距離ｘ毎に２５６の反射時間ｔのサン
プリング点での受信反射信号の量子化が行われている。

【００２４】また、所定のビット数で量子化された前記
反射信号強度は、前記画像表示装置７においては、強度
０を中間輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合に高
輝度で、負の場合に低輝度で表示している。尚、表示輝
度の階調数は前記量子化ビット数で決定される。図４で
は、便宜上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分を破
線、低輝度部分を実線で、模擬的に表示してある。

【００２５】図４に示す２次元画像データをより視覚的
に理解するために、図５に、前記移動距離ｘの３点につ
いて、反射信号波形を３次元的に図示する。

【００２６】ところで、図４の２次元画像データの場
合、受信反射信号の軌跡Ｔが直線であるため、その直線
の延長線上の横軸ｘとの交点ｘ₀ （移動距離ｘの８０ピ
クセル付近）に前記物体１が存在し、且つ、このまま直
進すれば、前記物体１と衝突することが分かる。また、
受信反射信号の軌跡Ｔが直線ではなく双曲線を描いてお
れば、前記物体１は前記推進ヘッド１１の推進方向から
斜め方向にずれていることが分かる。このように、前記
２次元画像データの画像表示より、推進方向前方に前記
物体１が存在すると判明すれば、前記物体１までの距離
を正確に計算するために、次工程以降の各処理を行う。

【００２７】前記信号強度加算工程Ｓ３を実行する前
に、先ず、前記波動信号の前記媒質中の伝搬速度ｖを複
数通り仮設定しテーブル化しておく。ここで、伝搬速度
ｖとある移動距離ｘでの反射時間ｔとの関係は、ｔ＝２
（ｘ₀ −ｘ）／ｖで表され、前記軌跡Ｔの傾きが伝搬速
度ｖの逆数の２倍に相当する。尚、前記軌跡Ｔの傾きと
伝搬速度ｖとの関係は、前記２次元画像データの座標軸
の取り方や前記反射時間ｔを往復時間とせずに片道の伝
搬時間とすることによって変化する。本実施形態では、
前記複数の伝搬速度ｖ_i は次式の数１で定義される関係
を満足するように予め２０通りを仮設定している。ｉは
１〜２０の自然数である。

【００２８】

【数１】 ｌｏｇ₁₀（ｖ／ｃ₀ ）＝−０．４−（ｉ−
１）＊０．０２

【００２９】前記信号強度加算工程Ｓ３では、図３に示
すように、前記信号強度加算手段２１が、前記仮設定さ
れた２０通りの伝搬速度ｖ_i をｉ＝１〜２０の順に逐次
選択する（サブステップ＃１）。尚、前記各伝搬速度ｖ
_i は予め仮設定したものを選択するのではなく、数１を
計算して前記各伝搬速度ｖ_i を逐次設定しても構わな
い。

【００３０】次に、サブステップ＃１で選択或いは設定
された一つの伝搬速度ｖ_i に対して、その伝搬速度ｖ_i
で特定されるｘ−ｔ平面上の傾きに沿って、前記２次元
画像データ生成工程Ｓ２で生成された前記２次元画像デ
ータの前記信号強度を加算する加算開始点の設定を行
う。具体的には、現在位置である移動距離ｘ_P における
縦軸ｙ方向の各ピクセルに対応する反射時間ｔ_j を設定
する（サブステップ＃２）。

【００３１】次に、前記移動距離ｘ_P とサブステップ＃
２で設定された前記反射時間ｔ_j からなる座標点（ｘ
_P ，ｔ_j ）を始点として、サブステップ＃１で設定され
た伝搬速度ｖ_i の二分の一に対応する傾き（Δｘ／Δ
ｔ）で前記移動距離ｘ_P から−ｘ方向へ１６ピクセル分
の移動距離ｘ₁ までの反射信号強度データを加算して、
その加算反射信号強度をＳ_ijとする（サブステップ＃
３）。ここで、前記移動距離ｘ_P から前記移動距離ｘ₁
までの長さは、推進距離にして約２０ｃｍに相当する。
このように加算範囲を限定するのは、前記物体１から遠
方になるほど受信する反射信号強度が小さくなり、更
に、Ｓ／Ｎ比が悪くなる反射信号強度を、前記信号強度
加算工程Ｓ３における加算処理から除外するためであ
り、加算結果である前記加算反射信号強度Ｓ_ij自体のＳ
／Ｎ比の向上が図れ、後行程における前記加算反射信号
強度Ｓ_ijの収斂度の判定がより明確になるのである。ま
た、むやみに多くのデータの加算を繰り返さないため、
処理時間の短縮が図れるのである。

【００３２】そして、その加算反射信号強度Ｓ_ijを、横
軸を前記伝搬速度ｖ_i 、縦軸を前記反射時間ｔ_j とする
ｖ−ｔ平面上にプロットして、伝搬速度分布画像を生成
する（サブステップ＃４）。

【００３３】以上の要領で、サブステップ＃１〜＃４を
ｉ＝１〜２０、ｊ＝１〜２５６の範囲で繰り返し前記伝
搬速度分布画像を完成して前記信号強度加算工程Ｓ３を
終了する。尚、ｉ、ｊの繰り返しループは特に何れが先
であっても構わない。

【００３４】前記伝搬速度分布画像の一例として、図６
に示すように、横軸ｉ（伝搬速度ｖ _i 、ｉ＝１〜２０、
横軸方向数ピクセルを１データとして表示）、縦軸ｙ
（反射時間ｔ_j ）２５６ピクセルとして構成されてい
る。また、前記加算反射信号強度Ｓ_ijは、図３に例示し
た前記２次元画像データと同様に前記画像表示装置７に
おいては、強度０を中間輝度で表示し、信号強度の極性
が正の場合に高輝度で、負の場合に低輝度で表示してい
る。更に、便宜上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分
を破線、低輝度部分を実線で、模擬的に表示してある。

【００３５】前記推進停止工程Ｓ４では、前記推進停止
手段２２が、前記信号強度加算工程で生成された前記各
伝搬速度ｖ_i 毎の加算反射信号強度Ｓ_ijに対して、所定
の閾値Ｓ_T より小さいものは０とし、前記閾値Ｓ_T 以上
となるものだけを、そのままの階調を維持したまま保存
する閾値処理を施し（サブステップ＃７）、前記閾値処
理後の加算反射信号強度Ｓ_ijの振幅値が前記各伝搬速度
ｖ_i 毎に予め設定された所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下の
領域内に存在するか否かを判定し（サブステップ＃
８）、存在しない場合は次ステップの前記物体距離算出
工程Ｓ５に移行し、存在する場合は、前記推進ヘッド１
１の推進を停止させるべく前記制御装置１４に対して推
進停止を指示し（サブステップ＃９）、前記物体距離算
出工程Ｓ５に移行する。

【００３６】ここで、前記閾値Ｓ_T としては、前記レー
ダ送受信部２が受信する反射信号強度の定常ノイズやラ
ンダムノイズを含むバックラウンドノイズを前記信号強
度加算手段２１が加算した場合のバックラウンドノイズ
レベルよりも相対的に１０ｄＢ（振幅で約３．１６倍）
大きな値を使用する。この結果、前記閾値Ｓ_T を前記バ
ックラウンドノイズレベルより一定レベル以上大きな信
号値とすることで、これらノイズの影響を除去した高精
度の判定が可能となるのである。また、前記各伝搬速度
ｖ_i とそれに対応する前記各臨界反射時間ｔ_Biは次式の
数２で表される関係にあり、数２で算出される臨界距離
ｄ_B は、各ｉ間で一定で、前記物体１への接近が許容さ
れる最短距離（例えば、３０ｃｍ）となるように予め設
定されている。

【００３７】

【数２】 ｄ_B ＝ｖ_i ＊ｔ_Bi／２

【００３８】前記物体距離算出工程Ｓ５では、前記物体
距離算出手段２３が前記信号強度加算工程Ｓ３で生成さ
れた前記伝搬速度分布画像の前記加算反射信号強度Ｓ_ij
の最大値よりその収斂度を判断し、当該最大値を与える
前記媒質中の伝搬速度ｖ_P と前記移動距離ｘ_P における
反射時間ｔ_P を決定し、前記物体１までの距離（ｘ₀−
ｘ_P ）を次式の数３により算出する。

【００３９】

【数３】 （ｘ₀ −ｘ_P ）＝ｖ_P ＊ｔ_P ／２

【００４０】図６に示す伝搬速度分布画像の場合では、
ｉ＝１１、即ち、ｖ_P ＝７．５３６ｃｍ／ｎｓ（７．５
３６＊１０⁷ ｍ／ｓ）、ｊ＝９２、即ち、ｔ_j ＝１２．
９３ｎｓ、（ｘ₀ −ｘ_P ）＝４８．７３ｃｍと算出され
る。

【００４１】更に、前記物体１までの距離算出に加え
て、波動信号が電磁波であることから、前記伝搬速度ｖ
と前記媒質の比誘電率εとの関係は、ｃ₀ を光速とし
て、ｖ＝ｃ₀ ／ε^1/2 で表され、前記伝搬速度ｖ_P の結
果から、ε＝１５．８（粘土質）と判明し、地下水等を
多量に含有していないと判定することができる。

【００４２】次に、本埋設物探査方法並びに装置の探査
精度を確認するために、図７に示す実験用土槽１６で本
埋設物探査方法を実施した実験例を説明する。本実験で
は前記物体１として口径２５ｍｍの鋼管を使用し、前記
推進ヘッド１１を前記物体１から５０ｃｍの距離から１
０ｃｍの距離まで移動させながら、前記２次元画像デー
タ生成工程Ｓ２、前記信号強度加算工程Ｓ３、前記推進
停止工程Ｓ４を夫々実行して、２次元画像データ、加算
反射信号強度Ｓ_ij、前記閾値処理後の加算反射信号強度
Ｓ_ijを求めた。

【００４３】図８に、横軸が移動距離ｘ（０〜１６０ピ
クセル）、縦軸が反射時間ｔ（０〜２０ｎｓｅｃ）の画
像サイズで表示した前記２次元画像データを示す。図９
に、前記閾値処理前の加算反射信号強度Ｓ_ijを、横軸を
前記伝搬速度ｖ_i（ｉ＝１〜２０）、縦軸を前記反射時
間ｔ_j （０〜２０ｎｓｅｃ）とするｖ−ｔ平面上にプロ
ットした伝搬速度分布画像として示す。尚、図８に示す
反射信号強度、及び、図９に示す前記加算反射信号強度
Ｓ_ijは、夫々図４及び図６と同じ要領で、強度０を中間
輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合に高輝度で、
負の場合に低輝度で表示し、更に、便宜上、中間輝度を
紙面地色で、高輝度部分を破線、低輝度部分を実線で、
更に、ノイズ等の表示を割愛して模擬的に表示してあ
る。更に、前記各伝搬速度ｖ_i とそれに対応する前記各
臨界反射時間ｔ_Biとの関係を、図９中に一点鎖線で示
す。ここで、数２で算出される臨界距離ｄ_B は３０ｃｍ
としている。従って、前記一点破線で示される臨界反射
時間ｔ_Bi線より上側（反射時間が小）の推進停止領域に
信号強度の振幅値が前記閾値Ｓ_T 以上の部分が存在すれ
ば、前記推進ヘッド１１の推進の停止を指示する。

【００４４】また、図９に示す伝搬速度分布画像より、
最も収斂度の高い伝搬速度ｖ_i に対応してｖ＝ｃ₀ ／ε
^1/2 の関係から一義的に求まる媒質の比誘電率εが１
７．４と求まり、予め別途測定した本実験例で使用した
土壌の比誘電率が約１８であることから、本発明に係る
埋設物探査方法での媒質中の伝搬速度推定精度が十分に
実用に供せられるレベルであることが確認できた。

【００４５】図１０に、前記閾値処理後の加算反射信号
強度Ｓ_ijを、横軸を前記伝搬速度ｖ _i （ｉ＝１〜２
０）、縦軸を前記反射時間ｔ_j を前記物体１までの距離
ｄ（０〜１００ｃｍ）に変換し、ｖ−ｄ平面上にプロッ
トした伝搬速度分布画像として示す。尚、この場合も、
強度０を中間輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合
に高輝度で、負の場合に低輝度で表示し、更に、便宜
上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分を破線、低輝度
部分を実線で表示し、前記臨界距離ｄ_B （３０ｃｍ）を
一点破線で示してある。尚、図１０では前記閾値処理を
施しているため、図９で表示を割愛したノイズや微弱な
信号部分は除去されているため表示されない。

【００４６】以下に別実施形態を説明する。 〈１〉前記信号強度加算工程Ｓ３におけるサブステップ
＃３の前記加算反射信号強度Ｓ_ijの計算において、前記
移動距離ｘ₁ は必ずしも前記移動距離ｘ_P から−ｘ方向
へ１６ピクセル分の位置でなくても構わない。例えば、
前記送受信工程Ｓ１を開始したｘ＝０の位置であっても
構わないし、前記送受信工程Ｓ１において初めて有効な
信号強度を受信した位置を適宜使用するようにしても構
わない。

【００４７】〈２〉上記実施の形態において、前記信号
強度加算工程Ｓ３を実行後、前記推進停止手段２２が前
記推進停止工程Ｓ４を実行せずに、前記物体距離算出手
段２３が前記物体距離算出工程Ｓ５を実行し、そこで算
出された前記物体１までの距離が前記臨界距離ｄ_B 以下
の場合に、前記推進ヘッド１１の推進の停止を指示する
ようにしても構わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る埋設物探査方法及び装置を適用す
る推進装置システムを示す説明図

【図２】本発明に係る埋設物探査方法を実行する位置検
出処理装置を示すブロック図

【図３】本発明に係る埋設物探査方法の一実施の形態を
説明するフローチャート

【図４】２次元画像データ生成工程で生成される２次元
画像データの一例を示す説明図

【図５】図４に示す２次元画像データの一部の反射信号
波形を３次元的に図示する反射信号波形図

【図６】信号強度加算工程で生成される伝搬速度分布画
像の一例を示す説明図

【図７】本実験例に使用する実験用土槽を示す説明図

【図８】本実験例における２次元画像データ生成工程で
生成される２次元画像データを示す説明図

【図９】本実験例における信号強度加算工程で生成され
る閾値処理前の伝搬速度分布画像を示す説明図

【図１０】本実験例における閾値処理後の伝搬速度分布
画像を示す説明図

【符号の説明】

１ 物体 ２ レーダ送受信部 ３ 位置検出処理装置 ４ 演算処理部 ５ アナログ信号入力部 ６ Ａ／Ｄ変換部 ７ 画像表示装置 ８ キーボード装置 １０ 推進装置システム １１ 推進ヘッド １２ 推進駆動装置 １３ 連結ロッド １４ 制御装置 １５ 制御車 １６ 実験用土槽 ２０ ２次元画像データ生成手段 ２１ 信号強度加算手段 ２２ 推進停止手段 ２３ 物体距離算出手段 Ｓ１ 送受信工程 Ｓ２ ２次元画像データ生成工程 Ｓ３ 信号強度加算工程 Ｓ４ 推進停止工程 Ｓ５ 物体距離算出工程

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 推進体に設けられたレーダ送受信部が媒
   質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物
   体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物
   体からの反射信号を受信する送受信工程と、 前記送受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対
   する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記
   物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画
   像データを生成する２次元画像データ生成工程と、 前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平
   面上において、前記２次元画像データ生成工程で生成さ
   れた前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移
   動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記
   媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖ_i に対
   応する各傾きに沿って加算する信号強度加算工程と、 前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖ_i
   毎の加算反射信号強度の収斂度から前記媒質中の伝搬速
   度ｖ_P を特定し、その伝搬速度ｖ_P を用いて前記物体ま
   での距離を算出する物体距離算出工程とを、順次実行
   し、 前記物体距離算出工程で算出された距離が所定値以下の
   場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指
   示することを特徴とする地中推進工法における埋設物探
   査方法。
2. 【請求項２】 推進体に設けられたレーダ送受信部が媒
   質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物
   体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物
   体からの反射信号を受信する送受信工程と、 前記送受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対
   する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記
   物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画
   像データを生成する２次元画像データ生成工程と、 前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平
   面上において、前記２次元画像データ生成工程で生成さ
   れた前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移
   動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記
   媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖ_i に対
   応する各傾きに沿って加算する信号強度加算工程とを、
   順次実行し、 前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖ_i
   毎の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖ_i 毎に設定さ
   れた所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下の領域内の振幅値が、
   所定の閾値Ｓ_T 以上となる場合に、前記推進体の前記物
   体へ向かう移動の停止を指示することを特徴とする地中
   推進工法における埋設物探査方法。
3. 【請求項３】 媒質中をその媒質中の物体に向かって移
   動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した
   波動信号の前記物体からの反射信号を受信するレーダ送
   受信部を推進体に設け、 前記レーダ送受信部が受信した前記反射信号の信号強度
   に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の
   前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次
   元画像データを生成する２次元画像データ生成手段と、 前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平
   面上において、前記２次元画像データ生成手段が生成し
   た前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動
   距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒
   質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖ_i に対応
   する各傾きに沿って加算する信号強度加算手段と、 前記信号強度加算手段で生成した前記各伝搬速度ｖ_i 毎
   の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖ_i 毎に設定され
   た所定の臨界反射時間ｔ_Bi以下の領域内の振幅値が、所
   定の閾値Ｓ_T 以上となる場合に、前記推進体の前記物体
   へ向かう移動の停止を指示する推進停止手段とを備えて
   なる地中推進工法における埋設物探査装置。