(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面を移動する台車と、台車に搭載され地中に探査用電磁波を放射する送信アンテナと、送信アンテナと異なる距離離間して台車にそれぞれ搭載され埋設物からの反射波を受信する第１及び第２の受信アンテナと、
両受信アンテナの受信信号をそれぞれ記憶するバッファメモリと、
少なくとも一方の受信信号に基づいて深度を算出する深度算出回路と、
両受信信号を比較し、台車の移動方向と台車の移動距離および前記深度算出回路で算出した深度に基づいて受信信号の埋設物同定を行う同定回路と、
同定された埋設物の両受信信号の台車移動方向偏差を前記深度算出回路で算出した深度に応じた水平方向オフセットにて補正する補正回路と、
補正された両受信信号を合成する合成表示回路と、
を備えることを特徴とする地中探査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の地中探査装置において、
合成表示回路は、補正された両受信信号の和演算にて合成することを特徴とする地中探査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の地中探査装置において、
合成表示回路は、補正された両受信信号の差演算にて合成することを特徴とする地中探査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の地中探査装置において、
合成表示回路は、補正された両受信信号の積演算にて合成することを特徴とする地中探査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に探査用電磁波を放射して埋設物からの反射波を受信することにより埋設物を探査する地中探査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の地中探査装置においては、探査用電磁波を送信アンテナから地中に向けて放射し、探査用電磁波が土砂と電気的性質の異なる埋設物との境界面で反射され、反射波が受信アンテナに到達するまでの伝搬時間から反射物体までの距離を求め、地中探査装置が地表を移動することにより所望の地中画像を得ている。
【０００３】
この地中画像は、一つの受信アンテナにより受信された受信信号に基づいて形成されるため、地表による反射やその表面に沿う漏洩による干渉電磁波の影響により、小形状の埋設物からの微弱な反射波を識別するには限界があった。
【０００４】
このような問題を解決するために特許文献１には、複数の受信アンテナを送信アンテナの中心線に対して左右が線対称となるように配置し、干渉電磁波の影響を低減して埋設物からの微弱な反射波を識別する技術が開示されている。
【０００５】
また、埋設物の深度を正確に測定するためには地中の比誘電率を正確に測定する必要があるため、特許文献２には二つの受信アンテナを用いて地中の比誘電率を正確に測定し、埋設物の深度を測定する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１６６９７７号公報
【特許文献２】特開平１１−８４０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術は、二つの受信アンテナの中央に送信アンテナを配置して埋設物から両方向への反射波を両受信アンテナが受信し、二つの地中画像を作成して重ね合わせることで小形状の埋設物の識別を可能としている。
【０００８】
特許文献１に示される装置は、送信アンテナから二つの受信アンテナまでの経路の長さが同じであるため、両受信信号を単純に加算して埋設物からの信号を雑音や干渉電磁波から識別容易であるという利点を有する。しかしながら、一方で受信アンテナの配置を送信アンテナに対して偏在させたことによる効果を得ることができないという欠点があった。
【０００９】
例えば特許文献２に示されているように、送信アンテナ及び二つの受信アンテナを水平方向に一直線上で所定距離離間して配置する地中探査装置により、埋設物の正確な深度及び比誘電率を測定することが可能であるが、特許文献１の従来技術ではこのような測定が不可能であった。
【００１０】
しかしながら、特許文献２の従来技術では、送信アンテナから二つの受信アンテナまでのおのおの経路の長さが異なるため、送信アンテナから放射された探査用電磁波が同一埋設物で反射し、受信アンテナにてそれぞれ受信される経路及び角度が異なる。このため、得られた地中画像における埋設物の表示位置が異なり、そのままでは重ねて表示することができないという別の問題があった。
【００１１】
そこで、本発明に係る地中探査装置は、特許文献１に示されるような小形状の埋設物の重ね合わせによる識別機能を維持しながら、特許文献２で示される正確な深度を測定する機能の二つを併せ持つ地中探査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような目的を実現するために、本発明に係る地中探査装置は、地表面を移動する台車と、台車に搭載され地中に探査用電磁波を放射する送信アンテナと、送信アンテナと異なる距離離間して台車にそれぞれ搭載され埋設物からの反射波を受信する第１及び第２の受信アンテナと、両受信アンテナの受信信号をそれぞれ記憶するバッファメモリと、少なくとも一方の受信信号に基づいて深度を算出する深度算出回路と、両受信信号を比較し、台車の移動方向と台車の移動距離および深度に基づいて受信信号の埋設物同定を行う同定回路と、同定された埋設物の両受信信号の台車移動方向偏差を前記深度算出回路で算出した深度に応じた水平方向オフセットにて補正する補正回路と、補正された両受信信号を合成する合成表示回路と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る地中探査装置において、合成表示回路は、補正された両受信信号の和演算にて合成することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る地中探査装置において、合成表示回路は、補正された両受信信号の差演算にて合成することを特徴とする。
【００１５】
さらにまた、本発明に係る地中探査装置において、合成表示回路は、補正された両受信信号の積演算にて合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明を用いると、 小形状の埋設物の識別機能を維持しながら、正確な深度を測定する機能の二つを併せ持つ地中探査装置を提供することをが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１８】
図１には地中探査装置１００の全体構成が示されている。地中探査装置１００は、車輪３１によって地表面を移動する台車１０と、台車１０の移動方向と移動距離とを検出するロータリエンコーダ１４と、台車１０に搭載され地中に探査用電磁波を放射する送信アンテナ１１と、送信アンテナ１１と異なる距離離間して台車１０にそれぞれ搭載され埋設物からの反射波を受信する第１及び第２の受信アンテナ（１２，１３）と、制御部１５と、を含んでいる。
【００１９】
制御部１５は、両受信アンテナ（１２，１３）の受信信号をそれぞれ記憶するバッファメモリ２１と、記憶された少なくとも一方の受信信号から埋設物の深度を算出する深度算出回路２４と、両受信信号を比較し、台車１０の移動方向距離と深度の両者に基づいて受信信号の埋設物同定を行う同定回路２２と、同定された埋設物の両受信信号の台車移動方向偏差を深度値から補正する補正回路２３と、補正された両受信信号を合成する合成表示回路２５と、操作スイッチ２６と、を備えている。
【００２０】
なお、合成表示回路２５は、操作スイッチ２６からの入力に応じて後述する演算表示を実行し、操作者に対して埋設物に関する様々な情報を提供する。
【００２１】
図２は、地中探査装置１００が地表面に沿って埋設管４０の上を移動する場合の探査用電磁波の伝達経路を示している。地中探査装置１００には、送信アンテナ１１と受信アンテナ１（１２）が距離ａ離間して配置されており、送信アンテナ１１と受信アンテナ２（１３）は距離“ａ＋ｂ”離間して配置されている。図２（Ａ）は装置１００が測定スタート点から距離Ｘ移動して埋設管４０の上に移動した状態を示しており、図２（Ｂ）は進行方向に装置１００が距離ｃ移動（Ｘ＋ｃ）した状態を示している。
【００２２】
図２（Ａ）の状態では送信アンテナ１１から放射された探査用電磁波が埋設管４０の境界面で反射して受信アンテナ１３にＴ２時間で到達する。以下、この伝達経路を平行型２という。図２（Ｂ）の状態では送信アンテナ１１から放射された探査用電磁波が埋設管４０の境界面で反射して受信アンテナ１２にＴ１時間で到達する。以下、この伝達経路を平行型１という。装置１００は、送受信アンテナ（１１，１２，１３）の離間距離と、到達時間Ｔ２，Ｔ１と、に基づいて特許文献２の公知技術で算出した比誘電率から埋設管４０の深度ｄを算出する。なお、比誘電率と深度ｄの算出方法の説明は省略する。
【００２３】
図３には、地中探査装置１００によって得られた地中画像を示し、地中画像を受信アンテナ（１２，１３）の設置位置により補正する処理の概要が示されている。なお、受信アンテナ（１２）で得られた平行型１における同一埋設物のエコーを破線で示し、受信アンテナ（１３）で得られた平行型２における同一埋設物のエコーを実線で示す。
【００２４】
図３の地中画像に示されるように、深度は同じであるが、エコーの表示位置と形状とは一致しない。これは、送受信アンテナの離間距離によるものである。そこで、本実施形態では平行型１と平行型２で得られた地中画像から同一深度の同一埋設物のエコーを探す処理を同定回路２２で実行する。同定回路２２によって得られた同一埋設物のエコーは次に示す処理により補正される。
【００２５】
受信アンテナ１３を基準とし、受信アンテナ１３から平行型１における同一埋設物のエコー（破線）までの距離は“ｂ＋ａ／２”であり、受信アンテナ１３から平行型２における同一埋設物のエコー（実線）までの距離は“（ａ＋ｂ）／２”である。二つのエコーのオフセット距離は“ｂ／２”であるので、この水平方向オフセットを与えることにより同一埋設物のエコーは一致する。本実施形態では、水平方向オフセット処理を補正回路２３で実行している。
【００２６】
図４は、地中探査装置１００で得られた地中画像のエコー合成イメージを示している。受信アンテナＲ１（１２）によるエコーと受信アンテナＲ２（１３）によるエコーから上述した同定回路２２にて同一埋設物のエコーを同定し、補正回路２３にて水平方向オフセットを与えて補正する。さらに、合成表示回路２５はエコーの重ね合わせ表示をする。
【００２７】
図５には、地中探査装置１００によって得られた（Ａ）平行型１と（Ｂ）平行型２の受信信号を用いた演算表示（Ｃ，Ｄ）を示している。また、地中画像の中の４本の矢印は埋設管の位置を示し、近接した２本の埋設管とその他２本の埋設管とのエコーが示されている。
【００２８】
合成表示回路２５による演算表示は、重なり合った平行型１と平行型２の二つの受信信号の各データを演算することにより二つの画像間で相関のあるデータを強調するものである。例えば図５に示す（Ｃ）和演算は、平行型１と平行型２の和を取る演算であり、アベレージング効果により滑らかな画像が得られる。図５（Ｃ）の和演算において近接した２本の埋設管からのエコーが強調され、歪んだエコーとして表示されていることが分かる。
【００２９】
図５に示す（Ｄ）差演算は、平行型１と平行型２との差分を求める演算であり、相関性のあるデータが弱まり、ノイズ性のデータが強まる。このため、差演算においてノイズ性の異常データがない場合は正常な測定であることがわかる。このように差演算は、測定結果を評価する場合に用いられ、データ検証用として使用される。
【００３０】
図６には、地中探査装置１００によって測定された受信信号による空洞や埋設管の強調処理結果が示されている。図６に示す（Ｅ）積演算は、平行型１と平行型２の積を求める演算であり、相関性のあるデータを明瞭にする。また、他の積演算と区別するため（単純）と示した。図６に示す（Ｆ）積演算（負極性）は、平行型１と平行型２の負極性データのみを積し、演算結果に“−１”を積することにより、空洞反射などが明瞭になる。これは例えば地中探査装置１００において、空洞からの反射波は負極を示すことが多く、逆に埋設管からは正極の反射波が得られることから、このような演算を施すことにより空洞を際だたせることが可能となる。
【００３１】
図６に示す（Ｇ）積演算（正極性）は、平行型１と平行型２の正極性データのみを積することで埋設管反射などを明瞭にする。また、（Ｈ）積演算（両極性）は、（Ｆ）積演算（負極性）と（Ｇ）積演算（正極性）の和を取ることにより、空洞反射と埋設管反射とを明瞭にする。
【００３２】
なお、地中の比誘電率が非均一な場合や電磁波の伝達経路が図２又は図３に示した単純モデリング通りにならない場合があるため、二つの地中画像の同一埋設物のエコーが同定処理や補正処理を用いても画像ずれが発生する。そこで、本実施形態では、例えば積演算（正極性又は両極性）を得た後に、再度、同定回路２２にてエコーのピークが最大となる位置を見つけて、後段の補正回路２３により再補正する。この処理により、地中画像ぼけに対応することが可能となる。なお、このような再同定及び再補正は、自動的に処理してもよいし手動により処理を開始してもよい。
【００３３】
以上、上述したように、本実施形態に係る地中探査装置を用いることにより、小形状の埋設物の識別機能と、正確な深度を測定する機能との二つを併せ持つ地中探査装置を提供することが可能となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、単一の平行型１と平行型２との受信信号を利用したエコー合成表示の流れを示したが、これに限定するものではなく、複数回測定した平行型１と平行型２との受信信号を利用することも可能である。その場合、単一の受信信号を利用した場合に比べて、土砂などの媒質の非均一性による誤差を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る地中探査装置の全体構成図である。
【図２】電磁波の伝達経路を説明する。
【図３】地中画像を受信アンテナの設置位置により補正する概要を示す概要図である。
【図４】地中画像の合成イメージ図である。
【図５】地中探査装置によって得られた演算表示のイメージ図である。
【図６】地中探査装置によって得られた演算表示のイメージ図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  台車、１１  送信アンテナ、１２  受信アンテナ、１３  受信アンテナ、１４  ロータリエンコーダ、１５  制御部、２１  バッファメモリ、２２  同定回路、２３  補正回路、２４  深度算出回路、２５  合成表示回路、２６  操作スイッチ、３１  車輪、４０  埋設管、１００  地中探査装置。
【図１】
0004613141.tif 000002
【図２】
0004613141.tif 000003
【図３】
0004613141.tif 000004
【図４】
0004613141.tif 000005
【図５】
0004613141.tif 000006
【図６】
0004613141.tif 000007