(57)【要約】【課題】被覆鋼管の被覆損傷有無の検出精度と計測の応答速度を向上させる。【解決手段】計測区間毎のコンダクタンスを移動平均して損傷有無を判定する短期、中期、長期移動平均データの時系列データを作成する。模擬欠陥信号が入力したときに選択した短期移動平均データと他の移動平均データの時系列データから損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、模擬欠陥の信号成分とノイズとのＳＮ比から基準値となる移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する。選択された最適データ平均個数の基準値を使用して計測値である短期移動平均データのデータ平均個数を変化させて応答速度が最小となる短期移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択し、選択した最適データ平均個数で移動平均した基準値と計測値により損傷コンダクタンスの時系列データを作成して被覆鋼管の損傷有無を評価する。【選択図】    図３
2006250613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された被覆鋼管の損傷有無を検知する検知対象区間毎に設けられたセンサユニットから区間接地抵抗を入力して記憶するデータ入力工程と、
入力した計測区間毎の接地抵抗の逆数であるコンダクタンスを移動平均して損傷有無を判定する短期、中期、長期移動平均データの時系列データを作成する移動平均工程と、
初期設定時及び再設定時に、模擬欠陥信号が入力したときの短期移動平均データのいずれかを選択し、選択した短期移動平均データと他の移動平均データの時系列データから損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した損傷コンダクタンスの時系列データにおける模擬欠陥の信号成分と模擬欠陥信号が入力していない定常時におけるノイズとのＳＮ比から基準値となる移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する最適基準値選択工程と、
選択された最適データ平均個数の基準値を使用して計測値である短期移動平均データのデータ平均個数を変化させて模擬欠陥信号が入力したときの応答速度が最小となる短期移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する最適計測値選択工程と、
被覆鋼管の損傷を評価するとき、計測区間毎に最適データ平均個数で移動平均した基準値と計測値により損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した計測値の損傷コンダクタンスと基準値の損傷コンダクタンスとの差があらかじめ定めた閾値を超えたか否により被覆鋼管の損傷有無を評価する損傷判定工程とを有することを特徴とする被覆鋼管の損傷評価データの処理方法。
【請求項２】
信号発生装置と複数のセンサユニット及び中央管理装置を有し、
信号発生装置は、地中に埋設された被覆鋼管の検知対象区間の基準位置で地中に埋設された電極と被覆鋼管の管本体に接続され、監視信号を電極と管本体との間に印加し、
複数のセンサユニットは、それぞれ被覆鋼管の配管ラインに沿って所定計測区間をおいて設けられ、被覆鋼管の管対地電位と管内電流を検出し、検出した管対地電位と管内電流により区間接地抵抗を算出して中央管理装置に送り、
中央管理装置は、データ入力部とデータ記憶部と平均値演算部と最適基準値選択部と最適計測値選択部と最適値記憶部及び損傷判定部を有し、
データ入力部は、各センサユニットから各種データを入力し、
データ記憶部は、入力した各種データ及び処理データを記憶し、
平均値演算部は、入力した計測区間毎の接地抵抗の逆数であるコンダクタンスを移動平均して損傷有無を判定する短期、中期、長期移動平均データの時系列データを作成し、
最適基準値選択部は、初期設定時及び再設定時に、模擬欠陥信号が入力したときの短期移動平均データのいずれかを選択し、選択した短期移動平均データと他の移動平均データの時系列データから損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した損傷コンダクタンスの時系列データにおける模擬欠陥の信号成分と模擬欠陥信号が入力していない定常時におけるノイズとのＳＮ比から基準値となる移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択し、
最適計測値選択部は、選択された最適データ平均個数の基準値を使用して計測値である短期移動平均データのデータ平均個数を変化させて模擬欠陥信号が入力したときの応答速度が最小となる短期移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択し、
最適値記憶部は、選択した基準値と計測値の最適データ平均個数を計測区間毎に記憶し、
損傷判定部は、被覆鋼管の損傷有無を評価するとき、計測区間毎に最適データ平均個数で移動平均した基準値と計測値により損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した計測値の損傷コンダクタンスと基準値の損傷コンダクタンスとの差があらかじめ定めた閾値を超えたか否により被覆鋼管の損傷有無を評価することを特徴とする損傷監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地中に埋設された被覆鋼管の損傷評価データの処理方法及び損傷監視装置、特に損傷検出精度と計測の応答速度の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に埋設された被覆鋼管は鋼自体の腐食を防ぐため、外面を被覆して土壌と絶縁している。この被覆鋼管の被覆が例えば土木工事等で掘削機械等に接触して傷が付くと、鋼自体が土壌と接触して腐食する可能性がある。この鋼自体に腐食が生じることを防止するため地中に埋設された被覆鋼管の被覆に対する損傷の状態を常時監視することが必要である。
【０００３】
この埋設された被覆鋼管の損傷の有無を監視する方法として、例えば特許文献１に示すように、交流電源により被覆鋼管に設けた基準点から被覆鋼管に一定の信号電流を流し、被覆鋼管の異なる２地点において被覆鋼管の対地電位である管対地電位を測定し、被覆鋼管の２地点間の電位差を利用し、電圧降下法により各地点毎に被覆鋼管に流れる管内電流を測定し、測定した２地点の管対地電位と電流値とにより被覆鋼管の２地点間の接地抵抗を演算し、この接地抵抗がある基準値より大きいときに、その２地点間の被覆に損傷があると判定している。そして被覆鋼管を管路に沿って多数の区間を設け、区間毎に接地抵抗を求め、区間接地抵抗や区間接地抵抗の逆数であるコンダクタンスの変化を基に被覆鋼管の被覆損傷の有無を判定し、損傷が生じた区間を特定するようにしている。
【０００４】
前記のように被覆鋼管の各区間の接地抵抗（コンダクタンス）を求めるとき、接地抵抗は気候等により１日内や年間で変動する。また、接地抵抗を求めるために測定した管対地電位や管内電流に含まれるノイズによる接地抵抗の変化を埋設鋼管の損傷発生と誤認するおそれがある。この接地抵抗の変動やノイズによる損傷の誤検出を防止するため、特許文献２に示すように、測定した時系列データを移動平均し、移動平均したデータの現時点と過去の時点の値を比較して測定データの変化を検出している。
【特許文献１】特開平９−１８９５０５号公報
【特許文献２】特開平９−３３４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に示すように、例えば接地抵抗の時系列データを移動平均しても、移動平均データ個数により、図１１に示すように、移動平均した時系列データは大きく異なる。図１１において、Ａは移動平均データ個数が１０の場合、Ｂは移動平均データ個数が５０の場合、Ｃは移動平均データ個数が３００の場合、Ｄは移動平均データ個数が６００の場合、Ｅは移動平均データ個数が１２００の場合の時系列データを示す。この移動平均データ個数を適切に選択しないとＳＮ比が悪くなるとともに、損傷を迅速に検出することができなくなってしまう。
【０００６】
この発明は、このような短所を改善し、被覆鋼管の被覆損傷有無の検出精度と計測の応答速度を向上することができる被覆鋼管の損傷評価データの処理方法及び塗覆装損傷監視装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明における被覆鋼管の損傷評価データの処理方法は、被覆鋼管の損傷有無を検知する検知対象区間毎に設けられたセンサユニットから区間接地抵抗を入力して記憶するデータ入力工程と、入力した計測区間毎の接地抵抗の逆数であるコンダクタンスを移動平均して損傷有無を判定する短期、中期、長期移動平均データの時系列データを作成する移動平均工程と、初期設定時及び再設定時に、模擬欠陥信号が入力したときの短期移動平均データのいずれかを選択し、選択した短期移動平均データと他の移動平均データの時系列データから損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した損傷コンダクタンスの時系列データにおける模擬欠陥の信号成分と模擬欠陥信号が入力していない定常時におけるノイズとのＳＮ比から基準値となる移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する最適基準値選択工程と、選択された最適データ平均個数の基準値を使用して計測値である短期移動平均データのデータ平均個数を変化させて模擬欠陥信号が入力したときの応答速度が最小となる短期移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する最適計測値選択工程と、被覆鋼管の損傷を評価するとき、計測区間毎に最適データ平均個数で移動平均した基準値と計測値により損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した計測値の損傷コンダクタンスと基準値の損傷コンダクタンスとの差があらかじめ定めた閾値を超えたか否により被覆鋼管の損傷有無を評価する損傷判定工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
この発明の被覆鋼管の損傷監視装置は、信号発生装置と複数のセンサユニット及び中央管理装置を有し、信号発生装置は、地中に埋設された被覆鋼管の検知対象区間の基準位置で地中に埋設された電極と被覆鋼管の管本体に接続され、監視信号を電極と管本体との間に印加し、複数のセンサユニットは、それぞれ被覆鋼管の配管ラインに沿って所定計測区間をおいて設けられ、被覆鋼管の管対地電位と管内電流を検出し、検出した管対地電位と管内電流により区間接地抵抗を算出して中央管理装置に送り、中央管理装置はデータ入力部とデータ記憶部と平均値演算部と最適基準値選択部と最適計測値選択部と最適値記憶部及び損傷判定部を有し、データ入力部は、各センサユニットから各種データを入力し、データ記憶部は、入力した各種データ及び処理データを記憶し、平均値演算部は、入力した計測区間毎の接地抵抗の逆数であるコンダクタンスを移動平均して損傷有無を判定する短期、中期、長期移動平均データの時系列データを作成し、最適基準値選択部は、初期設定時及び再設定時に、模擬欠陥信号が入力したときの短期移動平均データのいずれかを選択し、選択した短期移動平均データと他の移動平均データの時系列データから損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した損傷コンダクタンスの時系列データにおける模擬欠陥の信号成分と模擬欠陥信号が入力していない定常時におけるノイズとのＳＮ比から基準値となる移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択し、最適計測値選択部は、選択された最適データ平均個数の基準値を使用して計測値である短期移動平均データのデータ平均個数を変化させて模擬欠陥信号が入力したときの応答速度が最小となる短期移動平均データの最適データ平均個数を計測区間毎に選択し、最適値記憶部は、選択した基準値と計測値の最適データ平均個数を計測区間毎に記憶し、損傷判定部は、被覆鋼管の損傷有無を評価するとき、計測区間毎に最適データ平均個数で移動平均した基準値と計測値により損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した計測値の損傷コンダクタンスと基準値の損傷コンダクタンスとの差があらかじめ定めた閾値を超えたか否により被覆鋼管の損傷有無を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、被覆鋼管の計測区間毎に基準値と計測値の移動平均データ個数を最適値に設定し、設定した移動平均データ個数により被覆鋼管の損傷を評価する移動平均データを作成するから、被覆鋼管の損傷を評価するときのＳＮ比と計測の応答時間を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１はこの発明の損傷監視装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、損傷監視装置１は地中２に埋設された被覆鋼管３の被覆損傷有無を評価するものであり、信号発生装置４と複数のセンサユニット５ａ〜５ｎ及び中央管理装置６を有する。この損傷監視装置１で被覆鋼管３の損傷有無を検知する検知対象区間は、適当な間隔をおいて設けた複数の検出地点Ｔａ〜Ｔｎにより複数の測定区間に分割され、各検出地点Ｔａ〜Ｔｎに、被覆鋼管３の管本体に接続された計測線を有するターミナルを立ち上げている。
【００１１】
信号発生装置４は、検知対象区間の基準位置Ｐで地中２に埋設された電極７と被覆鋼管３の管本体に接続され、監視信号を電極７と管本体との間に印加する。センサユニット５ａ〜５ｎは、それぞれ各検出地点Ｔａ〜Ｔｎに設けられ、被覆鋼管３の対地電位を示す管対地電位と隣接する検出地点間における被覆鋼管３の電位差を検出する。そして検出した電位差と被覆鋼管３の導体抵抗から隣接する検出地点間に流れる管内電流を演算し、管対地電位と管内電流により区間接地抵抗を算出して、算出した区間接地抵抗や管対地電位等のデータを伝送路から中央管理装置６に送る。
【００１２】
損傷発生時にセンサユニット５ａ〜５ｎから入力する区間接地抵抗Ｒｍは、損傷がないときの区間接地抵抗Ｒｓと損傷抵抗Ｒｄの並列合成抵抗になるとし、損傷抵抗Ｒｄは下記（１）で求められる。
【００１３】
【数１】
2006250613.tif 000003
【００１４】
この（１）式の区間接地抵抗Ｒｍ，Ｒｓと損傷抵抗Ｒｄの逆数であるコンダクタンスＧｍ，Ｇｓと損傷コンダクタンスＧｄに書き換えると下記（２）式になり、損傷コンダクタンスＧｄの変化により被覆鋼管３の損傷有無を評価することができる。
Ｇｄ＝Ｇｓ−Ｇｍ          （２）
【００１５】
中央管理装置６は、センサユニット５ａ〜５ｎから入力する区間接地抵抗を基にして被覆鋼管３の各計測区間の損傷有無を評価するものであり、図２のブロック図に示すように、中央処理装置８と操作表示部９とデータ入力部１０とデータ記憶部１１と平均値演算部１２と最適基準値選択部１３と最適計測値選択部１４と最適値記憶部１５と損傷判定部１６及び出力部１７を有する。
【００１６】
中央処理装置６は装置全体の処理を制御する。データ入力部１０はセンサユニット５ａ〜５ｎから送られる区間接地抵抗等のデータを一定周期Ｔ、例えば１０秒毎に入力する。データ記憶部１１はデータ入力部１０で入力した検知データを計測区間毎に記憶するとともに各種データを記憶する。
【００１７】
平均値演算部１２はデータ記憶部１１に記憶した計測区間毎の接地抵抗の逆数であるコンダクタンスを移動平均して損傷有無を判定するデータを作成する。すなわち接地抵抗（コンダクタンス）の１日中や年間における変動やノイズの影響を小さくするため接地抵抗の逆数であるコンダクタンスの移動平均を下記（２）式で算出する。
【００１８】
【数２】
2006250613.tif 000004
【００１９】
（１）式において、ＧｍＡはコンダクタンスの移動平均値、Ｇｉは時刻ｉ（秒）に求めたコンダクタンス、ｊは最新時刻、ｎは移動平均データ個数、ｎＴは移動平均時間である。この移動平均データ個数ｎは区間接地抵抗（コンダクタンス）の変動周期を考慮し、例えばｎ＝１０，２０，５０の短期移動平均と、例えばｎ＝１００，３００の中期移動平均と、例えばｎ＝６００，１０００の長期移動平均を計算し、短期移動平均データＧｍＡＳを損傷の有無を評価する計測値、中期移動平均データＧｍＡＭと長期移動平均データＧｍＡＬを損傷の有無を評価する基準値とする。
【００２０】
最適基準値選択部１３は、初期設定時及び再設定時に、模擬欠陥信号が入力したときの短期移動平均データＧｍＡＳのいずれかを選択し、選択した短期移動平均データＧｍＡＳと他の移動平均データの時系列データから損傷コンダクタンスの時系列データを作成し、作成した損傷コンダクタンスの時系列データにおける模擬欠陥の信号成分Ｓと模擬欠陥信号が入力していない定常時におけるノイズＮとのＳＮ比から基準値となる中期移動平均データＧｍＡＭと長期移動平均データＧｍＡＬの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する。最適計測値選択部１４は選択された最適データ平均個数の基準値を使用して計測値である短期移動平均データＧｍＡＳのデータ平均個数を変化させて模擬欠陥信号をオンにしたときの応答速度が最小となる短期移動平均データＧｍＡＳの最適データ平均個数を計測区間毎に選択する。最適値記憶部１５は基準値の最適データ平均個数と計測値の最適データ平均個数を計測区間毎に記憶する。
【００２１】
損傷判定部１６は、被覆鋼管３の損傷有無を評価するとき、計測区間毎に最適データ平均個数で移動平均した基準値と計測値により損傷コンダクタンスＧｄＡを算出し、算出した損傷コンダクタンスＧｄＡがあらかじめ設定した閾値を超えたとき、被覆鋼管３に損傷が生じたと判定する。出力部１７は損傷判定部１６の判定結果を警報装置等に出力する。
【００２２】
この損傷監視装置１に被覆鋼管３の損傷を評価するための基準値と計測値の最適な移動平均データ個数を設定するときの処理を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００２３】
中央管理装置６のデータ入力部１０はセンサユニット５ａ〜５ｎから送られる区間接地抵抗のデータを一定周期Ｔ、例えば１０秒毎に一定時間例えば２４時間入力する。この区間接地抵抗のデータを中央管理装置６で入力しているとき、各測定区間で被覆鋼管３に模擬欠陥を与え、模擬欠陥信号も入力する。中央処理装置８は入力した区間接地抵抗のデータを測定区間毎にデータ記憶部１１に逐次記憶する（ステップＳ１）。平均値演算部１２はデータ記憶部１１に記憶した区間接地抵抗の逆数であるコンダクタンスの移動平均データを複数の移動平均データ個数ｎ、例えばｎ＝２０，５０，３００，６００，１２００を使用して作成する（ステップＳ２）。この状態で中央処理装置８は最適基準値選択部１３の処理を開始させる。最適基準値選択部１３は、まず、計測値となる移動平均データ、例えば移動平均データ個数ｎ＝２０の短期移動平均データＧｍＡＳを選択する（ステップＳ３）。次に、選択した移動平均データ個数ｎ＝２０の短期移動平均データＧｍＡＳとｎ＝５０，３００，６００，１２００の中期移動平均データＧｍＡＭと長期移動平均データＧｍＡＬにより、（２）式で損傷コンダクタンスＧｄＡを演算して、図４に示すように、異動平均データ個数ｎ＝５０，３００，６００，１２００毎の損傷コンダクタンスＧｄＡの時系列データを作成する（ステップＳ４）。最適基準値選択部１３は作成した損傷コンダクタンスＧｄＡの時系列データから模擬欠陥の信号成分Ｓを算出し、図５に示すように、移動平均データ個数に対する損傷コンダクタンスＧｄＡの信号成分Ｓの変化を算出する（ステップＳ５）。次に、最適基準値選択部１３は、図６に示すように、模擬欠陥信号が入力していない定常時における損傷コンダクタンスＧｄＡの時系列データの標準偏差σを計算し（ステップＳ６）、算出した標準偏差σの３倍である３σをノイズ成分Ｎとして選択する（ステップＳ７）。そして信号成分Ｓとノイズ成分Ｎから、図７に示すように、損傷コンダクタンスＧｄＡのＳＮ比を算出し（ステップＳ８）、算出したＳＮ比があらかじめ設定された閾値、例えば２以上となる移動平均データ個数、例えば約２１０以上を基準値となる移動平均データ個数の最適値として選択する（ステップＳ９）。
【００２４】
中央処理装置８は最適基準値選択部１３で選択した基準値となる移動平均データ個数を最適値記憶部１５に記憶すると最適計測値選択部１４の処理を開始させる。最適計測値選択部１４は、まず、ＳＮ比が閾値、例えば２より十分に大きい移動平均データ個数、例えば６００を基準値の移動平均データ個数として選択し、他の移動平均データ個数を変化させたときの損傷コンダクタンスＧｄＡの時系列データを作成する（ステップＳ１０）。そして図８に示すように、作成した損傷コンダクタンスＧｄＡの模擬欠陥信号が入力してから定常時における損傷コンダクタンスＧｄＡの時系列データの標準偏差σに対して一定倍数、例えば６倍を超えるまでの時間を計測の応答時間とし、図９に示すように、基準値に移動平均データ個数６００より小さい移動平均データ個数毎に算出する（ステップＳ１１）。この算出した移動平均データ個数の中から計測の応答時間が最小になる移動平均データ個数、例えば５０を計測値となる移動平均データ個数の最適値として選択する（ステップＳ１２）。
【００２５】
中央処理装置８は最適基準値選択部１３と最適計測値選択部１４の処理を計測区間毎に実行させ、選択した基準値と計測値の移動平均データ個数を計測区間毎に最適値記憶部１５に記憶して被覆鋼管３の損傷を評価するための基準値と計測値の最適な移動平均データ個数の設定処理を終了する。
【００２６】
中央管理装置６で被覆鋼管３の損傷を評価するときの処理を図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００２７】
中央管理装置６のデータ入力部１０はセンサユニット５ａ〜５ｎから送られる区間接地抵抗のデータを一定周期Ｔ、例えば１０秒毎に一定時間例えば２４時間入力して測定区間毎にデータ記憶部１１に逐次記憶する（ステップＳ２１）。損傷判定部１６はデータ記憶部１１に記憶した計測区間毎の区間接地抵抗の時系列データに対して計測区間毎に最適値記憶部１５に記憶した基準値と計測値の移動平均データ個数を使用して接地抵抗の逆数であるコンダクタンスの移動平均データを作成する（ステップＳ２２）。そして作成した基準値の移動平均データと計測値の移動平均データにより損傷コンダクタンスを作成し（ステップＳ２３）、作成した計測値の損傷コンダクタンスと基準値の損傷コンダクタンスとの差があらかじめ定めた閾値を超えたか否により被覆鋼管３の損傷有無を評価する（ステップＳ２５）。中央処理装置８はこの評価結果を操作表示部９に表示するとともに出力部１７から出力する。
【００２８】
このように基準値と計測値の移動平均データ個数を最適値に設定し、設定した移動平均データ個数により被覆鋼管３の損傷を評価する移動平均データを作成することにより、ＳＮ比と計測の応答時間を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の損傷監視装置の構成を示すブロック図である。
【図２】中央管理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】基準値と計測値の最適移動平均データ個数の選択処理を示すフローチャートである。
【図４】短期移動平均データ個数２０の場合における損傷コンダクタンスの時系列信号を示す変化特性図である。
【図５】移動平均データ個数に対する損傷コンダクタンスの変化特性図である。
【図６】移動平均データ個数に対する定常時における損傷コンダクタンスの標準偏差の変化特性図である。
【図７】短期移動平均データ個数２０の場合における損傷コンダクタンスのＳＮ比の変化特性図である。
【図８】欠陥を計測するときの応答時間を示す応答コンダクタンスの変化特性図である。
【図９】移動平均データ個数に対する応答時間の変化特性図である。
【図１０】欠陥有無の評価処理を示すフローチャートである。
【図１１】異なる移動平均データ個数で移動平均した接地抵抗の時系列データを示す変化特性図である。
【符号の説明】
【００３０】
１；損傷監視装置、２；地中、３；被覆鋼管、４；信号発生装置、
５；センサユニット、６；中央管理装置、７；電極、８；中央処理装置、
９；操作表示部、１０；データ入力部、１１；データ記憶部、
１２；平均値演算部、１３；最適基準値選択部、１４；最適計測値選択部、
１５；最適値記憶部、１６；損傷判定部、１７；出力部。
【図１】
2006250613.tif 000005
【図２】
2006250613.tif 000006
【図３】
2006250613.tif 000007
【図４】
2006250613.tif 000008
【図５】
2006250613.tif 000009
【図６】
2006250613.tif 000010
【図７】
2006250613.tif 000011
【図８】
2006250613.tif 000012
【図９】
2006250613.tif 000013
【図１０】
2006250613.tif 000014
【図１１】
2006250613.tif 000015