(57)【要約】本発明の一態様にかかる地下空洞検査システム（１）は、地下に埋設された管路内に設置され、ミューオンを検出可能な検出器（１１）と、管路が伸びる方向における検出器の位置を調整可能な位置調整部（１２）と、検出器（１１）で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、前記地下における空洞の位置を特定する解析部（１３）と、を備える。本発明により、地下における空洞を容易に検査することが可能な地下空洞検査システムを提供することができる。
2020194371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に埋設された管路内に設置され、ミューオンを検出可能な検出器と、
前記管路が伸びる方向における前記検出器の位置を調整可能な位置調整部と、
前記検出器で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、前記地下における空洞の位置を特定する解析部と、を備える、
地下空洞検査システム。
【請求項２】
前記位置調整部は、前記管路内の複数の位置に前記検出器を移動させ、
前記検出器は、前記管路内の複数の位置においてミューオンを検出し、
前記解析部は、前記複数の位置で検出されたミューオンのフラックス情報と、当該フラックス情報を取得した前記複数の位置の位置情報と、を用いて、前記地下における空洞の位置を特定する、請求項１に記載の地下空洞検査システム。
【請求項３】
前記解析部は、前記複数の位置におけるフラックス情報と、当該フラックス情報を取得した前記複数の位置の位置情報と、を用いて、前記検出器から前記空洞までの距離を求め、当該求めた距離に応じて前記検出された空洞の危険度をスコア化する、請求項２に記載の地下空洞検査システム。
【請求項４】
前記解析部は、前記検出器に到達したミューオンの経路上に存在する構造物の情報を更に用いて、前記地下における空洞の位置を特定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の地下空洞検査システム。
【請求項５】
前記構造物の情報には、前記構造物を構成している材料の密度に関する情報が含まれている、請求項４に記載の地下空洞検査システム。
【請求項６】
前記解析部は、前記検出器の位置情報と地図情報とを用いて、前記検出器の位置に対応する前記構造物の情報を取得する、請求項４または５に記載の地下空洞検査システム。
【請求項７】
前記管路内には、互いに直列に連結された複数の前記検出器が配置されており、
前記位置調整部は、前記連結されている複数の検出器の前記管路内における位置を同時に調整可能に構成されている、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の地下空洞検査システム。
【請求項８】
地下に埋設された管路内に設置された検出器を用いてミューオンを検出し、
前記検出器で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、前記地下における空洞の位置を特定する、
地下空洞検査方法。
【請求項９】
前記管路内の複数の位置に前記検出器を移動させて、前記管路内の複数の位置においてミューオンを検出し、
前記複数の位置で検出されたミューオンのフラックス情報と、当該フラックス情報を取得した前記複数の位置の位置情報と、を用いて、前記地下における空洞の位置を特定する、
請求項８に記載の地下空洞検査方法。
【請求項１０】
前記検出器に到達したミューオンの経路上に存在する構造物の情報を更に用いて、前記地下における空洞の位置を特定する、請求項８または９に記載の地下空洞検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地下空洞検査システム、及び地下空洞検査方法に関し、特に地下に形成された空洞を検査するための地下空洞検査システム、及び地下空洞検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
社会インフラ設備の一つとして、送電線や通信ケーブルなどを地下に埋設するための地下管路がある。地下管路の内部には通線管が設けられており、送電線や通信ケーブルなどはこの通線管内に収容される。【０００３】
特許文献１には、既設管と新管との間隙に充填されたモルタルの充填状態を検査する方法が開示されている。特許文献１に開示されている技術では、既設管と新管との間隙に充填されたモルタルの充填状態を超音波を用いて検査している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２８６６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、地下には地下管路（以下、単に管路とも記載する）などの様々なインフラ設備が埋設されている。このようなインフラ設備が経年劣化すると、地下に空洞ができる場合がある。また、地下水などの自然環境の影響によっても地下に空洞ができる場合がある。このように地下に空洞ができると、地表面が陥没するなどの問題が発生する。したがって、地下に形成されている空洞を容易に検査することができる技術が必要とされている。【０００６】
上記課題に鑑み本発明の目的は、地下に形成されている空洞を容易に検査することが可能な地下空洞検査システム、及び地下空洞検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様にかかる地下空洞検査システムは、地下に埋設された管路内に設置され、ミューオンを検出可能な検出器と、前記管路が伸びる方向における前記検出器の位置を調整可能な位置調整部と、前記検出器で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、前記地下における空洞の位置を特定する解析部と、を備える。【０００８】
本発明の一態様にかかる地下空洞検査方法は、地下に埋設された管路内に設置された検出器を用いてミューオンを検出し、前記検出器で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、前記地下における空洞の位置を特定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、地下に形成されている空洞を容易に検査することが可能な地下空洞検査システム、及び地下空洞検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの構成例を説明するためのブロック図である。
【図２】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。
【図３】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。
【図５】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。
【図８】実施の形態にかかる地下空洞検査システムの他の構成例を説明するための断面図である。
【図９】実施の形態にかかる地下空洞検査方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態にかかる地下空洞検査システムでは、ミュオグラフィー技術を用いている。ミュオグラフィーは、天空から降り注ぐ宇宙線ミューオンを線源としており、ミューオンの高い透過性を利用することで、観察対象物の内部を非破壊で観察・可視化することができる技術である。
【００１２】
ミュオグラフィーでは、観察対象物を通過したミューオンの数を、検出器を用いて測定する必要がある。検出器に入射するミューオンの経路は、検出器の天頂方向を基準軸とした場合の天頂角θと地平面における方位角φとを用いて表すことができる。観察対象物を通過したミューオンは、その飛行経路に存在する物質の密度に応じてエネルギー損失量が変化する。エネルギー損失が大きくなると、観察対象物の原子核との散乱が大きくなり、検出器から外れた飛行経路を辿ることになる。これはミューオン数の減少として観測される。
【００１３】
したがってミュオグラフィーでは、観察対象物を通過したミューオンの数を観測することで、観察対象物の内部を非破壊で調べることができる。具体的には、ミューオンのフラックス（すなわち、単位時間、単位面積、単位立体角当たりの方向別飛来数）を観測することで、観察対象物の内部を調べることができる。以下、本実施の形態にかかる地下空洞検査システムについて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態にかかる地下空洞検査システムの構成例を説明するためのブロック図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる地下空洞検査システム１は、検出器１１、位置調整部１２、及び解析部１３を備える。
【００１５】
図２、図３は、本実施の形態にかかる地下空洞検査システムの使用状態を説明するための断面図である。図２は管路２２の断面図、図３は管路２２が伸びる方向における断面図である。図２に示すように、管路２２は断面が略円形の鋼管を用いて構成されており、地下２１に埋設されている。管路２２の内部には、地下空洞検査システム１の検出器１１が設けられている。
【００１６】
図３に示すように、管路２２は地下２１において水平方向に伸びており、管路２２の両端部には各々地下サイト３１、３２が設けられている。例えば、管路２２を検査する際は、各々の地下サイト３１、３２に人が入って作業する。また、上述のように管路２２には検出器１１が設けられている。検出器１１は、管路２２が伸びる方向に沿って移動することができる。例えば、検出器１１の形状は円筒形状とすることができる。
【００１７】
図２、図３に示すように、地下２１には空洞２６ができる場合がある。具体的には、地下２１に埋設されているインフラ設備の経年劣化や自然環境の影響によって地下２１の任意の場所に未知の空洞２６ができる場合がある。このように地下２１に空洞２６ができると、地表面が陥没したりするなどの問題が発生する。本実施の形態にかかる地下空洞検査システム１では、このような地下２１の空洞２６を非破壊で検査することができる。
【００１８】
図１に示す検出器１１は、上述のように管路２２の内部に設けられている。検出器１１は、位置調整部１２を用いて管路２２が伸びる方向に沿って位置を調整可能に構成されている。例えば、位置調整部１２は、ボールねじとモータとを用いて構成することができる。具体的には、ボールねじの可動部（ナット）に検出器１１を固定し、モータを用いてねじ軸を回転させることで検出器１１（可動部）を移動させることができる。このとき、ロータリエンコーダ等を用いてモータの回転数を計測することで、検出器１１の位置を検出することができる。検出器１１の位置情報は、位置調整部１２から解析部１３に供給される。例えば、検出器１１の投入位置を原点として、管路２２内における検出器１１の位置を特定することができる。
【００１９】
また、例えば位置調整部１２は、ワイヤーと、ワイヤーを巻き取る巻取機と、を用いて構成してもよい。具体的には、検出器１１にワイヤーを取り付け、このワイヤーを巻取機で巻き取ることで、検出器１１の位置を調整することができる。ワイヤーの巻き取りはモータを用いて行ってもよく、また手動で行ってもよい。例えば検出器１１に小型のカメラを搭載しておき、管路２２の継ぎ目などを目印として、検出器１１の位置を特定してもよい。検出器１１の位置の特定は人が行ってもよく、この場合は人が解析部１３に検出器１１の位置情報を入力してもよい。
【００２０】
また、管路２２には砂などの充填剤が充填されていてもよい。この場合は、例えば、検出器１１とドリルとが一体化されたロボットを管路２２内に設置してもよい。ドリルで充填剤を掘りながらロボットが移動することで、検出器１１を管路２２内において移動させることができる。
【００２１】
検出器１１は、地下２１を通過したミューオンを検出可能に構成されている。検出器１１で検出されたミューオンに関する情報は解析部１３に供給される。なお、解析部１３は、検出器１１および位置調整部１２と離間した位置（つまり別々の場所）に設けてもよい。
【００２２】
検出器１１には、例えば、原子核乾板、シンチレータ、ガスタイプの検出器などを用いることができる。原子核乾板は、フィルム形状の検出器である。一例を挙げると、原子核乾板は、プラスチックのベースの上にＡｇＢｒの結晶とゼラチンで構成されるジェルを塗布した構造を持つ。このＡｇの結晶部分にミューオン（荷電粒子）の軌跡が残るように構成されている。また、原子核乾板を焦点深度を変えつつスキャニングし、各焦点深さで点として観測されるミューオンの痕跡を線として復元することで、ミューオンの入射方向を特定することができる。
【００２３】
シンチレータは、ミューオン（荷電粒子）がプラスチックなどの半透明な物質中を通過する際に発するシンチレーション光を利用する検出器である。シンチレーション光は、光電子増倍管を用いて増幅されて信号として取り出される。
【００２４】
ガスタイプの検出器は、気体中をミューオンが飛行するときに、気体を構成する分子が持つ電子がミューオンとのクーロン力相互作用によって分子から叩き出され、分子がイオン化する現象を利用して、ミューオンを検出する検出器である。叩き出された電子を強い外部電場で加速することで、増幅した電気信号を作り出すことができる。ガスタイプの検出器として、例えば、多線比例式検出器（ＭＷＰＣ：Multi-Wire Proportional Chamber）を用いることができる。また、ガスタイプの検出器は、検出器内部を通過したミューオンの空間的な位置情報を取得することができる。ミューオンの空間的な位置情報をリアルタイムで取得できる点を考慮すると、ガスタイプの検出器を用いることが好ましい。なお、本実施の形態において使用する検出器１１は上述の検出器に限定されることはなく、これら以外の検出器を用いてもよい。
【００２５】
図１に示す解析部１３は、検出器１１で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、地下２１における空洞２６の位置を特定する。具体的に説明すると、位置調整部１２は、管路２２内の複数の位置に検出器１１を移動させる。検出器１１は、管路２２内の複数の位置においてミューオンを検出する。解析部１３は、複数の位置で検出されたミューオンのフラックス情報と、当該フラックス情報を取得した複数の位置の位置情報と、を用いて、地下２１における空洞２６の位置を特定する。
【００２６】
すなわち、本実施の形態にかかる地下空洞検査システムは、管路２２内において検出器１１の移動（位置調整）、ミューオンの測定、フラックス情報の解析、検出器１１の移動（位置調整）、ミューオンの測定、フラックス情報の解析、・・・、を繰り返すことで、地下２１における空洞２６の位置を特定することができる。
【００２７】
図４に示すように地下２１に空洞がない場合と、図５に示すように地下２１に空洞２６がある場合とでは、検出器１１で検出されるミューオンのフラックスが異なる。すなわち、観測されるミューオンの数は、ミューオンが通過する経路の密度と長さに依存する。具体的には、ミューオンが通過する経路の密度が高い場合は、ミューオンが経路上で散乱される確率が高くなるため、観測されるミューオンの数が少なくなる。逆に、ミューオンが通過する経路の密度が低い場合は、ミューオンが経路上で散乱される確率が低くなるため、観測されるミューオンの数が多くなる。
【００２８】
具体的に説明すると、図４に示すミューオンの経路４１、及び図５に示すミューオンの経路４６では、共にミューオンの経路に空洞２６が存在しないので、ミューオンの経路４１のフラックスとミューオンの経路４６のフラックスは同程度となる。
【００２９】
一方、図４に示すミューオンの経路４２には空洞が存在しないが、図５に示すミューオンの経路４７には空洞２６が存在するので、図５に示すミューオンの経路４７のフラックスのほうが、図４に示したミューオンの経路４２のフラックスよりも多くなる。つまり、図５に示すミューオンの経路４７では、砂よりも密度の低い空洞２６（空気）をミューオンが通過するため、図４に示したミューオンの経路４２よりも、空洞２６の分だけフラックスが多くなる。
【００３０】
同様に、図４に示すミューオンの経路４３には空洞が存在しないが、図５に示すミューオンの経路４８には空洞２６が存在するので、図５に示すミューオンの経路４８のフラックスのほうが、図４に示したミューオンの経路４３のフラックスよりも多くなる。
【００３１】
本実施の形態にかかる地下空洞検査システム１は、このような測定を検出器１１を中心とした各々の天頂角θおよび各々の方位角φにおいて実施している。したがって、地下の様々な方向において空洞を検査することができる。
【００３２】
このように本実施の形態にかかる地下空洞検査システム１では、管路２２内に検出器１１を設け、管路２２内の複数の位置においてミューオンを検出し、検出されたミューオンのフラックス情報を用いて地下２１の空洞２６の位置を特定している。ミューオンは天空のあらゆる方向から飛来するので、ミューオンを用いることで地下２１の空洞２６を容易に検査することができる。
【００３３】
更に、本実施の形態にかかる地下空洞検査システム１では、予め設置されている既設管路２２の内部に検出器１１を設けているので、地下２１に検出器１１を容易に設置することができる。
【００３４】
図６に示すように、解析部１３は、複数の位置におけるフラックス情報と、当該フラックス情報を取得した複数の位置の位置情報と、を用いて、複数の空洞２６、２９の情報を分離してもよい。具体的に説明すると、例えば検出器１１_２の位置でミューオンを検出した場合、ミューオンの検出範囲は範囲５２となる。この場合は、空洞２６の位置と空洞２９の位置とが垂直方向において重なっているので、空洞２６の情報と空洞２９の情報とを分離することは困難である。
【００３５】
一方、検出器１１_１の位置でミューオンを検出した場合はミューオンの検出範囲は範囲５１であるので、空洞２９のみを検出することができる。また、検出器１１_３の位置でミューオンを検出した場合はミューオンの検出範囲は範囲５３であるので、空洞２９のみを検出することができる。そして解析部１３は、検出器１１_２の位置におけるフラックス情報に加えて、検出器１１_１の位置におけるフラックス情報及び検出器１１_３の位置におけるフラックス情報の少なくとも一方を更に用いる。これにより、空洞２６の情報と空洞２９の情報とを分離することができる。すなわち、トモグラフィーを用いることで、空洞２６の情報と空洞２９の情報とを分離することができる。
【００３６】
例えば、解析部１３は、検出器１１から各々の空洞２６、２９までの距離を求め、当該求めた距離に応じて各々の空洞２６、２９の危険度をスコア化するようにしてもよい。例えば、解析部１３は、空洞の位置が地表に近いほど危険度が高くなるようにしてもよい。具体的には、解析部１３は、空洞２９のほうが空洞２６よりも地表に近いので、空洞２９のほうが危険度を示すスコアが高くなるようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態では、解析部１３は、検出器１１に到達したミューオンの経路上に存在する構造物の情報を更に用いて、地下２１における空洞２６の位置を特定してもよい。例えば、図７に示すように、地下２１には管路２２以外にも様々な構造物６１が埋設されている。例えば、構造物６１は他の管路や地下鉄などである。また、地上にも様々な構造物６２、６３が存在する。例えば、構造物６２はビルであり、構造物６３は戸建て住宅である。
【００３８】
このような構造物６１〜６３がミューオンの経路上に存在すると、検出器１１で検出されるミューオンの数（フラックス）に影響が出てくる。つまり、構造物６１は土（砂）と異なる密度を有する。また、構造物６２、６３は空気と異なる密度を有する。したがって、ミューオンの経路上に構造物６１〜６３が存在すると、検出器１１で検出されたミューオンのフラックス情報を解析する際に、これらがノイズとして現れる。具体的には、検出器１１_１の位置でミューオンを検出する場合は、検出器１１_１の検出範囲５１に構造物６１、６２、６３が含まれるので、構造物６１、６２、６３の影響を受ける。検出器１１_２の位置でミューオンを検出する場合は、検出器１１_２の検出範囲５２に構造物６２、６３が含まれるので、構造物６２、６３の影響を受ける。同様に、検出器１１_３の位置でミューオンを検出する場合は、検出器１１_３の検出範囲５３に構造物６２、６３が含まれるので、構造物６２、６３の影響を受ける。
【００３９】
このような場合、解析部１３は、検出器１１_１〜１１_３に到達したミューオンの経路上に存在する構造物６１、６２、６３の情報を更に用いて、地下２１における空洞２６の位置を特定してもよい。このとき、構造物６１、６２、６３の情報として、構造物６１、６２、６３を構成している材料の密度に関する情報を用いてもよい。
【００４０】
例えば、ミューオンの経路上に想定よりも密度の高い構造物がある場合は、検出されるミューオンの数が、想定されるミューオンの数よりも少なくなる。解析部１３は、この少なくなった分のミューオンの数を補正することで、構造物に起因するノイズを除去することができる。逆に、ミューオンの経路上に想定よりも密度の低い構造物がある場合は、検出されるミューオンの数が、想定されるミューオンの数よりも多くなる。解析部１３は、この多くなった分のミューオンの数を補正することで、構造物に起因するノイズを除去することができる。
【００４１】
このとき解析部１３は、各々の構造物６１、６２、６３の種類に応じて、ミューオン数の補正量を変えてもよい。例えば、構造物６２と構造物６３とを比較すると、構造物６２はビルであるので、構造物６３（戸建て住宅）よりも密度が高く、また高さも高い。この場合、解析部１３は、構造物６２の補正量を構造物６３の補正量よりも大きくすることで、ミューオン数をより正確に補正することができる。
【００４２】
例えば、解析部１３は、ミューオンを検出した際の検出器１１の位置情報と地図情報とを用いて、検出器１１の位置に対応する構造物の情報を取得してもよい。例えば、解析部１３はデータベース（不図示）に接続されており、このデータベースには、地図情報として、位置情報と構造物（建物、地下鉄、管路など）の情報とが対応づけて格納されている。解析部１３は、データベースを参照することで、検出器１１の位置に対応する構造物の情報を取得することができる。
【００４３】
図８は、本実施の形態にかかる地下空洞検査システムの他の構成例を説明するための断面図である。本実施の形態にかかる地下空洞検査システムでは、図８に示すように、管路２２内に複数の検出器１１ａ〜１１ｃを設けてもよい。複数の検出器１１ａ〜１１ｃは、連結部材１５ａ、１５ｂを用いて互いに直列に連結してもよい。このように、複数の検出器１１ａ〜１１ｃを互いに直列に連結することで、複数の検出器１１ａ〜１１ｃの管路内における位置を同時に調整可能することができる。
【００４４】
複数の検出器１１ａ〜１１ｃを用いた場合は、１つの検出器を用いた場合よりも、管路２２全体を検査するのに必要な時間を短縮することができる。
【００４５】
図９は、本実施の形態にかかる地下空洞検査方法を説明するためのフローチャートである。本実施の形態にかかる地下空洞検査方法は、上述の地下空洞検査システム１を用いることで実施することができる。
【００４６】
本実施の形態にかかる地下空洞検査方法では、まず管路２２内に設置された検出器１１を用いてミューオンを検出する（ステップＳ１）。そして、検出器１１で検出されたミューオンのフラックス情報を解析して、地下２１における空洞２６の位置を特定する（ステップＳ２）。
【００４７】
具体的には、管路２２内の複数の位置に検出器１１を移動させて、管路２２内の複数の位置においてミューオンを検出する。そして、複数の位置で検出されたミューオンのフラックス情報と、当該フラックス情報を取得した複数の位置の位置情報と、を用いることで、地下２１における空洞２６の位置を特定することができる。更に、本実施の形態にかかる地下空洞検査方法では、検出器１１に到達したミューオンの経路上に存在する構造物の情報を更に用いて、地下２１における空洞２６の位置を特定してもよい。
【００４８】
なお、本実施の形態にかかる地下空洞検査方法については、上述した地下空洞検査システムの動作と同様であるので重複した説明は省略する。本実施の形態にかかる地下空洞検査方法により、地下に形成されている空洞を容易に検査することが可能になる。
【００４９】
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１  地下空洞検査システム
１１  検出器
１２  位置調整部
１３  解析部
２１  地下
２２  管路
２６、２９  空洞
３１、３２  地下サイト
６１、６２、６３  構造物
【図１】
2020194371.tif 000003
【図２】
2020194371.tif 000004
【図３】
2020194371.tif 000005
【図４】
2020194371.tif 000006
【図５】
2020194371.tif 000007
【図６】
2020194371.tif 000008
【図７】
2020194371.tif 000009
【図８】
2020194371.tif 000010
【図９】
2020194371.tif 000011
【国際調査報告】
2020194371.tif 000012
2020194371.tif 000013
2020194371.tif 000014
2020194371.tif 000015