(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋設管１内にその管軸方向に移動体１０を移動させ、その移動体１０の移動位置をその移動体１０から発信する超音波により検知し、その移動体１０の移動位置検知により、前記埋設管１の位置を検出する埋設管の位置検出装置において、
上記移動体１０にその外周方向に上記超音波を発信する発信機１７を設け、地上にはその発信超音波を受ける受信機５を設け、かつ、上記移動体１０にその周囲等間隔に開閉脚可能な同一長さのアーム１２を設け、このアーム１２を開脚してその先端の車輪１３を埋設管１内面に当接することにより、移動体１０を埋設管１のほぼ中心軸上に位置するようにし、
さらに、上記アーム１２の２つを対峙させ、その両アーム１２を開脚して上記車輪１３を埋設管１内面に当接した状態でその先端間で超音波を送受し、その送受時間により、埋設管１の内径を測定するようにしたことを特徴とする埋設管の位置検出装置。
【請求項２】
埋設管１内にその管軸方向に移動体１０を移動させ、その移動体１０の移動位置をその移動体１０から発信する超音波により検知し、その移動体１０の移動位置検知により、前記埋設管１の位置を検出する埋設管の位置検出装置において、
上記移動体１０にその外周方向に上記超音波を発信する発信機１７を設け、地上にはその発信超音波を受ける受信機５を設け、かつ、上記移動体１０にその周囲等間隔に開閉脚可能な同一長さのアーム１２を設け、このアーム１２を開脚してその先端の車輪１３を埋設管１内面に当接することにより、移動体１０を埋設管１のほぼ中心軸上に位置するようにし、
さらに、上記アーム１２の先端に超音波探触子３０を設けて、この超音波探触子３０を埋設管１内面に当接させてその超音波探触子３０による超音波の埋設管外面の反射時間の検知により、埋設管１の管厚を測定することを特徴とする埋設管の位置検出装置。
【請求項３】
上記アーム１２の先端に超音波探触子３０を設けて、この超音波探触子３０を埋設管１内面に当接させてその超音波探触子３０による超音波の埋設管外面の反射時間の検知により、埋設管１の管厚を測定することを特徴とする請求項１に記載の埋設管の位置検出装置。
【請求項４】
上記超音波探触子３０の取付板３１を上記アーム１２に対し回転自在とし、その取付板３１を上記移動体１０に対しアーム１２のその移動体１０に対する任意角度に対して常に一定の角度位置になるようにしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の埋設管の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地中に埋設された、上水道管等の位置、深さ、管外径、管厚を検出する方法及びその検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
埋設管はその管路が老朽化すると、更新や維持管理のための補修をしなくてはならず、特に我が国の上水道施設の水道管は、老朽化した管路が多くなり、各地方自治体においてはその老朽管の更新は緊急課題となっている。その管路の更新や維持管理するに当たっては既設管路の埋設位置を正確に把握する必要がある。しかし、昭和初期ごろからの水道管の埋設位置を示す配管系路図が無い場合が多く、仮にあったとしても正確さが劣り、現状は、試し堀りを行って管路位置を確認した後、バイパス管の敷設後に更新工事をしている。
【０００３】
この試し堀りは、相当の無駄掘りとなっている。すなわち、その中にあってダクタイル以外の鋳鉄製水道管の敷設した時代はかなり古いので、土盛等の変遷を経て、土中のかなり深い箇所に埋設されており、かかる試し堀りの労力と工事期間に経済的損失が大きい。
【０００４】
因みに、老朽した管路の維持管理については、非開削によって水道管の内面をクリーニングする技術として特開昭６０−１１５７３７号公報が代表的な技術としてあるが、この技術の前提は管路の位置が正確に把握されている事で初めて可能である。
【０００５】
従来の管路の位置を検出する技術としては、特開平７−２５３４７３号公報に記載のものがある。その埋設管探査用検出装置は、埋設管に電流を通電する事により発生する磁界を検知して埋設管を検出する。また、埋設管の埋設深さ（垂直方向）を検出する技術としては、特開平９−１０１３７３号公報に記載のものがある。その埋設物の検査方法は、埋設管に電流を通電する事によって発生する磁界を検知し、その際、受信器の内部に、上下方向に間隔を置いて３個の検出コイルを水平状に配置し、２個の検出コイルの組合わせで、各々の検出コイル間の差動電圧を求め演算して、埋設管の埋設深さを探査している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記各従来技術は、いずれも埋設管に発生する磁界によって検出しており、磁界は周辺に悪影響を及ぼし易く、好ましくない。また、深い埋設管の場合には、磁界を強くせねばならず、その悪影響も大きくなるうえに、磁界が広がり、正確さに欠ける。さらに、磁界によっては埋設管の管径や管厚を検出できない。
【０００７】
この発明は、磁界以外の方法でもって、埋設管の位置を正確に検出し得るようにすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、この発明は、埋設管内にその管軸方向に移動体を移動させ、その移動体の移動位置を検知することにより、前記埋設管の位置を検出するようにしたのである。その移動体が検知し易いもの、例えば、超音波を発信するものであれば、超音波の指向性によって、その移動体を正確に検知でき、その移動履歴から管の水平位置を検出し得る。
【０００９】
この超音波による検出の場合、埋設管内部からの信号となるため、その位置も正確となり、また、超音波は伝達層の変化面で反射するため、管内面、管外面、地表面で反射し、その反射波の到達時間を検知することにより、その管径、管厚、埋設深さを検出できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態としては、埋設管内にその管軸方向に移動体を移動させるとともに、その移動体から超音波を地表に向かって発信させて、その超音波の到達位置及び時間、減衰度などによって、移動体の位置、深さ、すなわち埋設管の位置、深さを検出する方法を採用する。このとき、移動体に姿勢制御機能を付与すれば、その移動が円滑となる。
【００１１】
また、地表での検出位置を複数にすれば、各検出位置における各検出値に基づき、三角法などによって移動体の位置を正確に確認することができる。このようにすれば、移動体の位置・深さを連続的に測定し得る（詳細は実施例参照）。
【００１２】
この方法を成す装置としては、上記移動体にその外周方向に超音波を発信する発信機を設け、地上にはその発信超音波を受ける受信機を設けた構成を採用する。
【００１３】
このとき、その移動体に受信器を設け、この受信器により、埋設管内面及び外面で反射する超音波を検知するものとし得る。管内外面で反射した超音波の到達時間が異なるため、その差により埋設管の外径及び管厚を検出する。この管内径、管厚の検出データは外部に無線・有線などにより伝達すればよいが、伝達せずに、移動体内で演算記憶し、移動体の回収後に取出すようにしてもよい。
【００１４】
上記埋設管が上水道管であれば、その水流に乗せて上記移動体を移動させることにより、移動用の手段が不要となる。この場合、上水道管の上流部に移動体挿入用上ステーションを設け、下流部には前記移動体を回収する下ステーションを設け、両ステーションは、前記上水道管に連通可能であるとともに遮断可能であり、上ステーションでは、遮断状態で上記移動体を受け入れて水道圧と同じ水圧にした後、密封連通状態にして移動体を上水道管に導き入れ、下ステーションでは、水道圧と同じ水圧にした密封連通状態で上記移動体を上水道管から受け入れ、その後、遮断状態とするようにして、移動体を水道管に入れ、又は回収する。このとき、上ステーションに設けた巻上げ機からのロープに移動体を繋ぎ、そのロープの繰り出しにつれて移動体を上水道管内に移動させるようにするとよい。
【００１５】
また、上記移動体にはその周囲等間隔に開閉脚可能な同一長さのアームを設け、このアームを開脚してその先端の車輪を埋設管内面に当接することにより、移動体を埋設管のほぼ中心軸上に位置するようにし得る。移動体が管軸上を移動すれば、管路の軸線を決定することができて、埋設管の幅（水平位置）も正確に把握できる。このため、更新時等において、掘削する際、矢板を打って安全を図る作業時に、掘削部（埋設管の両側）に対して確実に矢を打ち込むことができ、試し堀り、無駄掘りが極力少なくなる。
【００１６】
このアームを設けた場合には、そのアームの２つを対峙させて、その両アームの先端間で超音波を送受することにより埋設管の内外径を検知するようにすることができる。このとき、受信は、移動体内でも、アームの先端でもよい。
【００１７】
また、アームの開脚度によっても管内径を測定でき、この測定値を採用して、超音波による管内径の測定に代え得る。また、上記反射板に超音波探触子を設けて、超音波測定に代えて、この探触子により管厚を測定し、この管厚と管内径の測定値により管外径を検出し得る。この場合、反射板は単なる超音波取付板となり、反射機能は不要となる。
【００１８】
このとき、超音波探触子の取付板をアームに対し回転自在とし、その取付板を移動体に対しアームのその移動体に対する任意角度に対して常に一定の角度位置になるようにすることが好ましい。一般に、超音波探触子は被測定面に直角に接する必要があり、アームの開脚度に関係なく、その直角に接するようにするためである。
【００１９】
【実施例】
一実施例を図１乃至図３に示し、この実施例では、上水場近傍の埋設位置が判明している上水道管から下流部で埋設位置が判明している上水道管などを用いて、埋設上水道管１から成る管路Ａの埋設位置を得ようとする上流側（図２（ａ））と下流側（同（ｂ））に、それぞれ補助管２でもって、上ステーションＳ1 と下ステーションＳ2 を形成する。この両ステーションＳ1 とＳ2 の距離は、移動体１０が動ける長さであれば、数十メートルから、数百メートル、数キロメートルさらには数十キロメートルと任意である。補助管２と立上り管２ａの間には図示しないシャッターを設けて補助管２内が水道管１と遮断されるようにするとともに、補助管２の開口端はシャッター又は閉塞板３でもって密封可能とする。両ステーションＳ1 、Ｓ2 の形成は、旧管を取除き、補助管２等の付いた新管を管路Ａに介設してもよい。また、ステーションＳ 1、Ｓ2 の向きは、上向き、横向き、斜上向き等と任意である。
【００２０】
移動体１０は、図３に示すように半割状の楕円体１１から成り、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、アルミニウム等の耐蝕性のもの、好ましくはチタンでもって製作する。その楕円体１１の周囲４等分位に同じく同一長さの耐蝕性のアーム１２を設け、このアーム１２は図示しない駆動機によって実線から鎖線のごとく開脚自在になっており、同一角度β開脚することにより、その先端の車輪１３が埋設管１の内面に当接し、楕円体１１が管１の軸心に位置する。楕円体１１の後端からは導杆１４が導き出され、この導杆１４にナイロン製テグス等から成るロープ１５が繋がれている。ロープ１５は上ステーションＳ1 内のウィンチ４から繰り出されており、このロープ１５の繰り出し速度に応じて、楕円体１１は水流に乗って下流側に移動する。
【００２１】
楕円体１１内にはＡ／Ｄ変換器、ＣＰＵなどを有するコントロール機器１６が設けられており、このコントロール機器１６によって、後述の発信機の制御及び外部からの指示を受信する。楕円体１１の後端の超音波発信機１７は管外周方向に超音波を放射状に発し、この超音波を地上の受信機５により受信し、その方向及び到達時間によって、移動体１０の位置及び深さ、すなわち、管路Ａの水平（平面）位置及び深さを検出する。例えば、到達時間は、移動体１０の発信機からの発信時と受信機５の受信時の差により測定し、その発信時間は移動体１０から受信機５又はコントロール本部にその発信時を伝達して到達時間を算出する。到達時間が算出できれば、その時間×超音波の速度により、受信機５から埋設管１（移動体１０）までの距離を算出（測定）できる。この受信機５から移動体１０までの距離及び方向（ベクトル）によって、埋設管１（移動体１０）の水平位置及び深さを測定し得る。
【００２２】
その移動体１０の位置及び深さの検出において、受信機５からは移動体１０の存在する方向のみを検出する場合には、図４に示す三角法によって、移動体１０の位置及び深さを検出する。例えば、移動体１０を一定距離ごとに停止させ、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、その停止位置において、一の地点Ｗ1 で、移動体１０の鉛直方向に対する方向α1 を測定し、その地点Ｗ1 からＸ離れた他の地点Ｗ2 で、同じく移動体１０の鉛直方向に対する方向α2 を測定し、同図（ｂ）に示すように、その離れた距離Ｘ、方向α1 、α2 に基づき、地表面に対する高さ（深さ）Ｚを三角法により算出して、その移動体１０の地表からの深さ及び位置を測定する。このとき、地表面を特定し得ない場合には、同図（ｃ）に示すように、測定点を３点Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 とし、その３点Ｗ1 、Ｗ2 、Ｗ3 のなす面を地表面として、移動体１０の位置・深さＺを測定する。同図、α3 は地点Ｗ3 における移動体１０の鉛直方向に対する方向、Ｘ2 、Ｘ3 は地点Ｗ3 とＷ2 又はＷ1 との距離を示す。
【００２３】
一方、受信機５からは移動体１０の存在する方向がわからず、到達時間がわかる場合には、受信機５から移動体１０までの距離が算出できるため、その距離を２地点Ｗ1 ・・・以上で測定し、その距離に基づき同じく図４の三角法によって移動体１０（埋設管１）の水平位置及び深さを算出し得る。
【００２４】
このように、受信機５が一台であると、図４の三角法によれば移動体１０を停止させた状態で測定しなければならない。このため、図５に示すように、受信機５を２台設ければ、図４（ｂ）に示した測定を連続的に行え、さらに、３台設ければ、同（ｃ）に示した測定を連続的に行うことができ、いずれも、移動体１０を動かした状態で測定し得る。受信機５の数を４以上とすれば、測定精度を上げることができる。但し、移動体１０の位置算出が煩雑となる。
【００２５】
楕円体１１の前端の超音波発信受信機１８は前方に超音波を発し、その反射超音波を受信して、前方の障害物等を認識する。また、楕円体１１の前端には姿勢制御フラップ１９が設けられており、このフラップ１９は図示しない搭載駆動機により作動されて、移動体１０を真直ぐ進行させたり、所要の方向に進路変更させる。したがって、前記障害物等を認識すると、その認識信号は、図示しないコントロール本部に無線伝達され、その指令を待つ。例えば、異形管継手（屈曲部）においては" 進行”、遮断弁で通常通水の場合には" 進行”の指令を受け、遮断弁が遮断されている場合は、その遮断弁の手前の位置に通常変更通路があるので、コントロール本部では、ロープ１５を少し引き戻して、変更通路を感知してフラップ１９を介して移動体１０の進路を変更する。この動作は、図８のＣブロック参照。
【００２６】
上記対峙するアーム１２の先端には超音波反射板２０が設けられ、この反射板２０には超音波発信受信機が付設されている。このため、アーム１２が開脚した状態で、超音波を相手アーム１２側に放射すると、まず、反射板２０で反射し、つぎに、管外面で反射する。その両反射時間及び時間差を検知することにより、管内径、管外径及び管厚を検出し得る。
【００２７】
なお、移動体１０の比重は２．５程度とし、電源はバッテリーを搭載すればよいが、測定距離が長く、例えば、数キロメートル以上となって、バッテリーでは十分でない場合には、ロープ１５に電源線を付与したり、ロープ１５そのものを電源線とする。また、ロープ（電源線）１５には長さ方向適宜間隔に浮き２１を設けて導かれ易くする。図中、２２はアームガイドである。
【００２８】
この実施例は以上の構成であり、まず、上ステーションＳ1 において、補助管２を水道管１と遮断状態で、移動体１０及びウィンチ４を設置した後、密封する。つぎに、シャッターを開いて水道管１と連通するとともに補助管２内を同一水圧とし、コントロール本部からの指令により、移動体１０を水道管１内に送り込む。移動体１０は外部からの指令に基づくウィンチ４の作動により、ロープ１５の繰り出しに伴って水流とともに移動させ、測定必要個所に到達したことを確認する。この確認は、ロープ１５の繰り出し量、移動体１０からの発信超音波の受信等で行う。また、測定必要個所とは、更新管部であって、予め想定（概略位置）される個所であり、受信機５が待機している。移動体１０がその個所に到れば、移動体１０の移動とともに、超音波を発したり、受信して、管内外径、管厚を検出するとともに、地上の受信機５によってその位置、すなわち管路Ａの水平位置が検出される。このとき、受信機５は移動体１０に従って、自動又は手動により移動体１０の動きに倣って移動する。
【００２９】
下ステーションＳ2 に移動体１０が至れば、フラップ１９を介しその補助管１内に移動体１０を導いて、シャッターを閉める。この状態で、移動体１０を取出すとともに、ロープ１５は引き戻す。以上の作用を各ステーション間で繰り返すことにより、埋設管１の水平位置、管内外径及び管厚を検出する。
【００３０】
管厚を測定する手段としては、図６及び図７に示すように、アーム１２先端に超音波探触子３０を設けて行うことができる。すなわち、図６（ａ）、（ｂ）のごとく、楕円体１１の外面に、各アーム１２に対応して固定歯車３１及び駆動歯車３２を回転自在に設け、この両歯車３１、３２を楕円体１１外面上のスライドラック３３に噛み合わせている。固定歯車３１の軸はアーム１２の軸と共用し、駆動歯車３２は、中間歯車３４を介して従動歯車３５に噛み合い、従動歯車３５はアーム１２に回転自在に取付けられて、各歯車３２、３４、３５はリンク３６で連結されている。
【００３１】
アーム１２の先端には、上記反射板２０に代わる取付板３７が回転自在に設けられており、この取付板３７に歯車３８が固定されて、この歯車３８と従動歯車３５はタイミングベルト、ワイヤー、チェーンなどの伝達体３９で連結されている。このため、図６（ａ）から（ｂ）のように、スライドラック３３が動いてアーム１２が固定歯車３１を介して揺動すると（回動すると）、その揺動によって、駆動歯車３２が回転し、中間歯車３４、従動歯車３５、伝達体３９を介して歯車３８が回転して、取付板３７が移動体１０の軸線（管１内面）に対し常に平行とされる。このとき、図６（ｂ）のごとく、アーム１２が倒伏しても、各歯車３２、３４、３５及びリンク３６は干渉しないように横方向（歯車の軸方向）にズラしてある。
【００３２】
超音波探触子３０は図７に示すように取付板３７に摺動可能に嵌合したホルダー４１に固定され、このホルダー４１は取付板３７のガイド４２に嵌合して直線状に出没する。ホルダー４１の基部はねじ４１ａとなっており、このねじ４１ａにウォームギア４３ａが噛み合い、このウォームギア４３ａにウォーム４３ｂが噛み合っている。ウォームギア４３ａとウォーム４３ｂは取付板３７に固定のギアボックス４４に収められて、図示しない駆動機により、ウォーム４３ｂを回すと、ウォームギア４３ａ、ねじ４１ａとしてホルダー４１（超音波探触子３０）が出没する。
【００３３】
この超音波探触子３０付のアーム１２及び受信機５を２台使った測定はつぎのようにして行う。まず、上記実施例と同様にして、移動体１０を管路１内に移動させ、測定必要箇所に移動体１０が近づいてくると、超音波発信機１７からの信号を受信機５が受信して最適位置に移動し、平面位置と埋設深さの測定を図４の態様で行う。このとき、上ステーションＳ1 の巻き上げ装置４を正逆回転させて、移動体１０（アーム１２は開脚している。）を送ったり戻したりさせて正確な測定値を割出す。この動作は上述の実施例でも行うとよい。
【００３４】
その後、移動体１０の切り替え手段が働いて、超音波発信機１７からの超音波は管１内面で反射された信号を移動体１０に内蔵されている受信機で受信し、その信号を演算することで内径を測定し、同時に、超音波探触子３０を突出させて管１内面に当接させ、その厚みを測定して、前記内径に加算することで外径を測定する。この測定値は移動体１０に内蔵した記憶装置に蓄積され、下ステーションＳ2 から取出した移動体１０から記録を読み取り、埋設管１の内径、外径を測定する。このとき、探触子３０は水中にあるので測定は良好である。超音波による探触子３０での測定は、液体の媒体を必要とする。
【００３５】
埋設管１の位置・深さ測定（測定Ａ）と管内径の測定（測定Ｂ）は時間差を以て行い、前者は、地上にある受信機５からの測定開始信号で起動する。この場合の信号は、電波（電磁波、レーダが適している。）による。Ａ測定が完了すれば、後者測定開始の信号を地上にある受信機５から発信する、あるいは、ロープ１５に信号伝達の光ファイバケーブルを設けて、そのケーブルを介して行う。両測定時の超音波発信は、移動体１０に内蔵するトリガ回路によってパルス信号に基づいて行う。この測定ブロックを図８に示す。このＡ測定とＢ測定の切換え動作は図１の実施例でも同様にするとよい。
【００３６】
なお、移動体１０は自己推進機能を設けて、自動移動するようにしてもよい。この際、その移動制御は、無線で行っても、有線でもよい。無線の場合は、ロープ１５は省略し得る。また、移動体１０（楕円体１１）からの発信超音波の管内面及び管外面の反射信号によってその管内外径を検出し得るようにもし得る。さらに、埋設管１の内径は、アーム１２の開脚度β、例えば、｛（ｓｉｎβ×アーム１２の揺動支点からローラ１３の管内面接触点までの距離）＋（アーム１２の揺動支点から移動体１０の中心までの距離）｝×２によって得ることもできる。また、浮子２１には図５に示すものなどを採用し得て、この浮子２１は楕円球状のため、引っ掛かる恐れがなく、円滑に移動する。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は、以上のようにして、管路内を動く移動体の検知によって管路の位置等を検出するようにしたので、その検出精度が高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の概略図
【図２】同実施例の要部を示し、（ａ）は上ステーションの概略図、（ｂ）は下ステーションの概略図
【図３】図１の要部拡大図
【図４ａ】同実施例の作用説明図
【図４ｂ】同実施例の作用説明図
【図４ｃ】同実施例の作用説明図
【図５】他の実施例の概略図
【図６ａ】同実施例の作用図
【図６ｂ】同実施例の作用図
【図７】同実施例の要部を示し、（ａ）は超音波探触子取付板部分の平面図、（ｂ）は同要部断面図
【図８】同実施例の作用ブロック図
【符号の説明】
Ａ  管路
Ｓ1   上ステーション
Ｓ2   下ステーション
１  埋設管（水道管）
２  補助管
４  ウィンチ
５  地上受信機
１０  移動体
１１  楕円体
１２  アーム
１３  車輪
１５  ロープ（電源線）
１６  コントロール機器
１７、１８  超音波発信・受信機
１９  姿勢制御フラップ
２０  反射板
３０  超音波探触子
３１、３２、３４、３５、３８  歯車
３６  リンク
３７  超音波探触子取付板
３８  タイミングベルト（伝達体）
４１  超音波探触子ホルダー
４３ａ  超音波探触子移動用ウォームギア
４３ｂ  超音波探触子移動用ウォーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７】
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【図８】
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