JPS63127177A - 埋設物探査方法 - Google Patents

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） 本発明は、地中に埋設された水道管、ケーブル等の地中
埋設物の位置を検出する地中埋設物探査装置に関するも
のである。

（従来の技術） 従来において、移動台車搭載の送（１１がら地中に向け
て電波を発射し、これに対する地中埋設物からの反射波
を移動台車搭載の受信別で受信してその反０４波の伝搬
時間によって地中埋設物の位置。

深さを検出するようにしたレーダ方式の池中埋設物探査
装置が知られている。

このレーダ方式の地中哩股吻探査装置は、往復化＋１ｆ
２時間をΔｔＯ１電波が反ｑ・１シた即設物までの深さ
を７とすると、 ７−Ｖｇｏａｔｏ　　　　　　　・・・（１）という演
のを行うことにより、地中埋設物の深さ方向の位置を検
出Ｊるらのである。

この場合、電波伝搬速度Ｖ　は土壌の比誘電率ε、。に
よって変化し、真空中の電波伝＋１１２速度をＣとする
と、 ｖｇ−二　　　　　　　　・・・（２）ｆε「ｅ という関係に成ることが知られている。

従って、地中埋設物の深さＤＯを正確に検出するために
は土壌の比誘電率εｒｅを予め確認しておくことが必要
になる。

そこで、砂地、農地などの土質毎の比誘導率εｒｅの推
定値によって伝ＷＩ速度ｖｇを推定し、その推定の伝Ｉ
ＩＱ速度によって池中即設物の深さを検出ザるもの（光
１公判作所％７　Ｋ　Ｓ　Ｄ　３　Ａ　Ｍ型地中探査装
冒）がある。また、実際に土壌を採取して比誘電率εｒ
ｅを測定し、その測定値によって地中埋設物の深さを検
出する方法が提案されている（第２４回５ＩＣＥ学術ム
η演会１５０５「地中探査レーダの研究−その２」）。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前者の比誘電率εｒｅを推定するものでは、
εｒｅの変化分ΔεＲＥに対するｖｇの変化分をΔｖｇ
とすると、第（２）式からとなるため、εｒＯの推定誤
差が±２０％であった場合にはｖｇの誤差は±１０％と
なり、その結果として深さの検出誤差も±１０％となり
、充分な探査精度が青られないという問題がある。

一方、後右のε「Ｏを実際に測定する方法を用いるもの
では、精度は良いが、別途に比誘電率８（１１定器を準
αｈしなければならないため、経済的な負担が増大し、
また地表面がアスファルト等で覆われている場合には土
壌の採取が不可能となり、用途が限定されてしまうとい
う問題がある。

この場合、地中埋設物からの反射波によって伝＋１Ｑ速
度ｖｇを推定し、その推定値によって深さ７を検出する
方法が電子通信学会論文誌［地中レーダシステムＪ　　
（１９８６年６月ＶＯＬ、Ｊ６６−Ｂ、　Ｎｏ、６．　
Ｐ　７１３〜７２０）に示されているが、この方法によ
ればアスファルト下の地中埋設物の位置を検出し得るも
のの、行列計ｎなどの複雑な計０を行う必要があるため
、検出結果を得るまでに時間がかかるという問題がある
。

本発明の目的は、地中埋設物の位置を高精度でかつ簡単
な構成で短時間のうちに検出することができる地中Ｊ！
Ｉ！設物探香物探査装置することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、地中埋設物の深さ方向および移動台車の移動
方向をパラメータとして池中即設物のエコー像を表示す
る表示手段と、送信別から電波を光ｑ・１シながら移動
台車を一定距離移動させた時に得られる反射波の伝搬時
間に基づいて双曲線状の前記エコー像を形成し、１１０
記表示手段に表示させる第１の手段と、双曲線状の擬似
エコー像を形成して前記表示手段に表示させる第２の手
段と、前記擬似エコー像の表示位置を移動してその頂点
位置と間口部の広がりを地中埋設物のエコー酸に一致さ
せるための情報を前記第２の手段に入力する第３の手段
と、表示された２つのエコー像が一致した時の擬似エコ
ー像の頂点位置と間口部の広がりを示す情報によって地
中の電波の伝搬速度を筒出する第４の手段とを設け、こ
の第４の手段にＪ：って筒用された伝ＩｊＱ速度の値を
基に任意の地点におＣプる地中埋設物の位置を検出する
ように構成したものである。

（作用） 地中埋設物の上方の地表面の複数の地点において電波を
発射すると、各地点における反０１波の伝１１１２時間
の情報を基に形成したエコー像は送信電波の広がりに起
因して双曲線状となる。

そこで、このエコー１象に対し双曲線上の擬似工コー像
を重ね合せる操作を行う。その結果、２つのエコー像が
重なり合ったならは′、エコー像の頂点位置と開口部の
広がりが擬似エコー像の情報によって判別するので、こ
の頂点位置と間口部の広がりを示す情報によって地中の
電波伝搬速度ｖｇを簡単に口出することができる。そし
て、Ｖ９が口出できたならば任意の位置における伝搬時
間の情報との関係によって地中１！［！膜力の位置を容
易に０出することができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、大
別して移動台中１と本体部２とによって構成されている
。移動台中１は地中の埋設物３に向ｔプて電波を発射す
る送信１１１０およびアンテナ１１と、ｙＪＵ設物膜力
らの反射波を受信する受信機１２および受信アンテナ１
３と、移動台車１が単位距離移動する毎に１１１！Ｉの
パルスを発生する距離センサ１４とから構成されている
。また、本体部２は距離センサ１４からのパルス信号と
受信１３１２で受信した反射波信号とに基づいて埋設物
３のエコー像を形成する演ｔ５装ｆｆｆ２０と、形成さ
れたエコー像を表示する表示装置２１とから構成されて
いる。

第２図は表示装置２１の表示面の詳細を示した平面図で
あり、表示面には埋設物３のエコー像４および後述の擬
似エコー像５を表示する第１の表示部２１０と、擬似エ
コー像５の水平および垂直方向の表示位置を押圧操作に
よって移動させる位置移動スイッチの画像を表示する第
２の表示部２１１と、擬似エコー酸５の双曲線間口部の
広がりを抑圧操作によって可変するための広がり情報入
力スイッチの画像を表示する第３の表示部２１２とが設
けられ、表示面全体には抑圧操作位置を検出する透明の
タッチパネル（図示せず）が取イ・１けられ、このタッ
チパネルによって位置移動スイッチＪ３よび広がり盾報
入カスイッチの操作を検出するように構成されている。

以上の構成において、移動台車１を地表面を移動させな
がら送信機１０から電波を光射すると、埋設物３のエコ
ー像４は双曲線状となる。すなわち、第３図（ａ）に示
すように、移動台車１が地表面を移動する時の距離の座
標軸をＸ、地中に向かう深さ方向の距離を示す座標軸を
７とし、１！Ｉ！設物３が点Ｃで示す座標＜ｘｏ　、　
ｚｏ　＞に存在したものとすると、送受信アンテナ１１
．１３が点Ｃの真上の点已に位置している場合、埋設物
３は点Ｂ、Ｃ間の距１ｉｉ１ｔＡｃに対応する深さくＺ
Ｏ）におけるエコー像として観測することができる。

一方、送信電波はその伝搬方向に広がりを持つているた
め、送受信アンテナ１１．１３が点Ｃの真上から左方向
にずれた貞Ａに移動した場合にも埋設物３のエコー像を
観測することができる。この場合のエコー像は、点ＡＣ
間の距離 （（Ｘ−ｘｏ　）　　＋ＺＯ２）　１／２に対応する深
さの点りにおいて観測することができφ。従って、移動
台車１を移動した時の点Ｄ（Ｘ、Ｚ）の軌跡、すなわち
埋設物３のエコー像４は Ｚ＝ＡＤ ＝（（Ｘ−ｘｏ　）２＋ＺＯ２）　”２＝ＡＣ・・・　
（４） で表される双曲線状となる。

一方、送信アンテナ１１から光射した電波が受信アンテ
ナ１３に受信されるまでの往復伝１癩時間ΔｔＯと、電
波伝搬速度ｖｇおよび埋設物３の深さＺとの間には、 の関係がある。

従って、第（４）式と第（５）式とにより、＝ｖｇ　・
ｔ　　　　　　　　　　　・・・（６）の関係が成立す
る。但し、１０は点Ｂにおける伝搬時間、ｔは点Ａにお
ける伝搬時間であり、またｔｏ、ｖｇは未知数である。

一方、表示５ｖＩｉ２１の表示部２１０に表示させる擬
似エコー像５および埋設物３の１コ−像４は、第３図（
ｂ）に擬似エコー像５を代表して図示しているように横
軸が台車１の距離軸Ｘ、ａｔ軸が時間軸ｔである。従っ
て、埋設物３のエコー伝は深さ方向の距離軸７が時間軸
ｔに変換されて表示されるものとなる。

そこで、第４図（ａ）に示すように、所定の広がりを持
った擬似エコー像５を表示部２１０の任意の位置に表示
させ、その頂点位置（ｘｏ　、　　ｔｏ　）と広がり係
数αを表示部２１１，２１２のスイッチ像の抑圧操作に
よって変えて埋設物３のエコー像と中ね合わせた時の像
が×・を座と系で次のような関係になっていたものとす
る。

（（ｘ−ｘＯ）＋（α・１ｏ）） ＝α・ｔ　　　　　　　　　　　・・・（７）すると、
第（６）式と第（７）式の係数比較によって次の関係が
成立する。

ＶＣ＋＝２α　　　　　　　　　　・・・（８）この場
合、αは双曲線状の擬似エコー状５の間口部の広がりを
可変するもので、広がりを大きくする場合はαが大ぎく
なるように表示部２１２に表示されたスイッチ像の抑圧
操作によって可変される。

従って、第４図（ｂ）に示すように、２つのエコー像４
，５の重ね合わせ操作によって埋設物３のエコー（’Ａ
　４の頂点位置Ｐの座標を擬似エコー像５の頂点位置の
座標（ｘＯ，ｔｏ）として求めることができる。また、
双曲線の開口部の広がりも擬似エコー像５の広がりの値
αによって求めることができる。この結果、ｖｇが第（
８）式によって求まり、このｖｇとｔｏとを第（５）式
に代入して計拝することにより、埋設物３のエコー像４
の頂点位置８！標、すなわち深さＺを簡単に求めること
ができる。

以上のような原理に基づいて埋設′ｌ１７Ｉ３の深さＺ
が検出されるが、そのためにはまず埋設物３のエコー像
４を表示さゼる必要がある。そこで、本実施例では移動
台車１をＸ軸方向で移り」させながら一定距離移動する
毎に（距離センサ１４が１個のパルスを出力する毎に）
送信アンテナ１１から電波を発射し、埋設物３からの反
６４波を受信アンテナ１３で受信させ、その受信信号を
演峰装置２０に入力して受信強度別にサンプリングさせ
る動作を複数回繰返し、Ｘ軸上の複数地点に亘って受信
強度別のサンプリング情報を抽出し、各地点におけるり
゛ンブリング情報をｔ軸上で大きさの順に対応した表示
色の信号に変換し、前述したような双曲線状のエコー＠
４を表示させるようになっている。

このようにしてエコ一体４が表示されたならば、次に擬
似エコー像５が演惇装置２０によって形成され、表示部
２１０の適宜の位置に表示されると共に、位置移動スイ
ッチおよび広がり情報入力スイッチの画像も表示部２１
１，２１２にそれぞれ表示される。

この状態で、擬似エコー４３１５をエコー像４に巾ね合
わせるために位置移動スイッチの操作が行なわれると、
演０装置２０は「↑」、「↓」、「→」、「←」の各ス
イッチが操作されるたびにエコー像５の初期表示位置座
標＜ｘｓ　、　ｔｓ　）に一定値を加締して更新する。

同様に、広がり情報人力スイッチの操作に対しても初期
表示状態のエコー像５の広がり係数αＳに一定値を加締
して更新する。

そシテ、更新の都度新たな（ｉｒｉｘｓ’、　ｔＳ’、
　（ＸＳ’に対応した擬似エコー像５を第（７）式によ
って形成して表示部２１０に表示させる。

この結果、擬似エコー像５と埋設物のエコー像４とが完
全に巾なり合う状態担ったらこの時のαＳ゛を第く８）
式に代入して伝搬速度■９を算出する。この後は、以上
のようにして求めたｖｇとエコー像５の頂点に対応した
探査位置における伝搬時間Δ℃０との」含せによって第
（５）式の演篩を実行し、深さＺを算出する。

なお、埋設物３のエコー像４は送信■１０の送信トリガ
（第５図（ａ））または送信波（第５図（ｂ））の立上
りタイミングから受信ｎ１２での受信波（第５図〈Ｃ）
）の立上りタイミングまでの時間へｔＯに対応したｔ軸
上の位置に表示されるが、擬似エコー像５を重ね合わせ
る場合、受信波の立上りタイミングではエコー像５の表
示色が充分に変化していないことも考えられるので、第
６図に示すようにエコーｅ＊４の上方で擬似エコー像５
を重ね合わせた方が良い。

一方、αＳを更新する際の増減値は、第（７）式かられ
かるように２乗倍で効いてくるため、αＳ°が急変し、
更新操作が難しくなることが考えられるので、平方根の
増減値で更新するようにすれば変化の大きさが緩和され
るため、操作し易くなる。

ところで、以上の実施例では、エコー酸４をカラー表示
するようにしているが、白／黒の単色表示とし、最大受
信感度でのエコー〇のみを表示させるようにしてもよい
。また、タッチパネルの操作によって擬似エコー像５の
位置や広がりを可変しているが、機械接点式スイッチ、
あるいはキーボード、ジ］イスティック等の各種の入力
手段に適宜に置換して用いることができる。また、擬似
エコー像を小ね合わせる時のｘｓ’、　ｔｓ’、αＳ°
の増減値は一定値として説明したが、エコー株４との距
離が大きく離れている場合には増減値を大きくし、一定
範囲まで接近したら増減値を小さくするようにすれば、
操作性がさらに向上する。

一方また、第（７）式によって擬似エコー像を形成して
いるが、この第（７）式においてはｔ。

が変化すると双曲線の広がりも変わってくる。しかし、
次のような方法を用いれば、双曲線の広がりを変えずに
上下方向く時間軸方向）の平行移動のみにすることがで
きる。

１ｙなわも、第（７）式の両辺を２乗すると、（ｘ−ｘ
ｏ　）２＋（ａ　−ｔｏ　）２＝（α・ｔ）２　　　　
　　　　　・・・（，９）となる。

そこで、α・ｔｏ　＝Ｄ、ｔ１　＝Ｑとして変形すると
、 （Ｘ−ｘｏ　）”　＋［）２ ＝α　・（ｔ−ｔｌ　）　　　　　・・・（１０）とな
る。よって、位置移動スイッチの操作に対しては、 「↑」が操作された場合・・・・・・ｔ１←ｔｌ　−Ｍ
「↓」が操作された場合・・・・・・ｔ１←ｔ１＋Ｍ「
←」が操作された場合・・・・・・ＸＯ←ＸＯ−Ｎ「→
」が操作された場合・・・・・・ｘＯ←ｘＯ＋Ｎとして
ｔｌ　、ｘＯを増減値Ｍ、Ｎで更新し、また広がり情報
入力スイッチの操作に対しては、「←→」が操作された
場合、 α←α十Ｆ（α） ｔＯ←ｔｏ＋ｔｌ ｔ１←Ｏ Ｄ←α・ｔ。

とし、さらに「→←」が操作された場合、α←α−Ｆ（
２） ｔＯ←ｔｏ＋ｔ１ ｔ１←Ｏ Ｄ←α・ｔ。

として擬似エコー像５の形成を行えば、広がりを変えず
に上下方向の平行移動のみとすることができる。なお、
Ｆ（α）はαとの間に定めた関数値である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明においては、地中埋設物のエ
コー酸の位置と双曲線状の開口部の広がりを擬似エコー
像を重ね合わせることによって検出し、その検出値を基
に土壌の電波伝搬速度を算出して地中埋設物の位置を検
出するようにしたため、土壌の比誘導率の測定器が不要
となり、安価な構成にすることができたうえ、アスファ
ルト下の地中埋設物の位置も精度良く検出することがで
きる。さらに、土壌の比誘電率の推定値を用いないため
、推定誤差による位置検出誤差がなくなり、高精度の位
置検出を行うことができる。また、行列計口などの複雑
な演０を行なわないため、短時間のうちに位置検出結果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
表示装置の表示画面の詳細を示す平面図、第３図はエコ
ー像が双曲線状になることを説明するための説明図、第
４図は埋設物エコー像に対して擬似エコー像を川ねる操
作を説明するための説明図、第５図は送信電波と受信電
波の時間関係を示すタイムチャート、第６図は擬似エコ
ー像を即設物エコー像に中ね合わせる時の位置関係を詳
細に示した説明図である。 １・・・移動台車、２・・・本体部、３・・・即設物、
４・・・ｙＪ！設物膜力−像、５・・・擬似エコー像、
１０・・・送信門、１２・・・受信機、２０・・・演口
装置、２１・・・表示装置。 １ｔ″７：−で 出願人代理人　本　村　高　久　　１．“・す〜、ヨ゛
１： 第１図 つ１ パ°　　第２図 Ｂ 第３図（Ｇ） 第３図（ｂ）

Claims (1)

1. 【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の
   地中埋没物による反射波を移動台車搭載の受信機で受信
   し、前記反射波の伝搬時間によつて地中埋設物の位置を
   検出するレーダ方式の埋設物探査装置において、 地中埋設物の深さ方向および移動台車の移動方向をパラ
   メータとして地中埋設物のエコー像を表示する表示手段
   と、 送信機から電波を発射しながら移動台車を一定距離移動
   させた時に得られる反射波の伝搬時間に基づいて双曲線
   状の前記エコー像を形成し、前記表示手段に表示させる
   第１の手段と、 双曲線状の擬似エコー像を形成して前記表示手段に表示
   させる第２の手段と、 前記擬似エコー像の表示位置を移動してその頂点位置と
   間口部の広がりを地中埋設物のエコー像に一致させるた
   めの情報を前記第２の手段に入力する第３の手段と、 表示された２つのエコー像が一致した時の擬似エコー像
   の頂点位置と開口部の広がりを示す情報によって地中の
   電波の伝搬速度を算出する第４の手段と を具え、この第４の手段によつて算出された伝搬速度の
   値を基に任意の地点における地中埋設物の位置を検出す
   るようにしたことを特徴とする地中埋設物探査装置。