(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進体に設けられたレーダ送受信部が媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信する送受信工程と、
前記送受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成工程と、
前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算工程と、
前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の収斂度から前記媒質中の伝搬速度ｖP を特定し、その伝搬速度ｖP を用いて前記物体までの距離を算出する物体距離算出工程とを、順次実行し、
前記物体距離算出工程で算出された距離が所定値以下の場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示することを特徴とする地中推進工法における埋設物探査方法。
【請求項２】
推進体に設けられたレーダ送受信部が媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信する送受信工程と、
前記送受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成工程と、
前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算工程とを、順次実行し、
前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖi 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内の振幅値が、所定の閾値ＳT 以上となる場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示することを特徴とする地中推進工法における埋設物探査方法。
【請求項３】
媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信するレーダ送受信部を推進体に設け、
前記レーダ送受信部が受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成手段と、
前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成手段が生成した前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算手段と、
前記信号強度加算手段で生成した前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖi 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内の振幅値が、所定の閾値ＳT 以上となる場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示する推進停止手段とを備えてなる地中推進工法における埋設物探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進体に設けられたレーダ送受信部が媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信して、その受信した前記反射信号の信号強度データに基づいて前記物体の位置探査を行い、地中推進工法により地中に各種管路を敷設等する際の既存埋設管等の地中埋設物の破損を予防する地中推進工法における埋設物探査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、埋設管や地中構造物等の地中埋設物の位置検出方法としては、地表面を移動しながら地表面から地中に向かって電磁波等の波動信号を放射し、地中の物体から反射してくる反射信号を受信して、受信した前記反射信号の信号強度に対する地表面の移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成して、その２次元画像データに対して合成開口処理やマイグレーション処理等の画像処理を行い、地中での波動信号の伝搬速度を推定して当該物体の位置検出を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した地表面からの位置検出における従来の伝搬速度推定では、上述の画像処理を精度よく実行するには、本出願時点で有効且つ実用的な計算機処理性能では前記マイグレーション処理の場合で約４０秒程の処理時間が必要であり、リアルタイムで前方監視する必要のある地中推進工法では当該処理時間の大幅な短縮が必要である。例えば、地中推進工法の一種であるボアモア工法の場合、推進速度が標準で約３０ｃｍ／分であるため、当該処理時間として数秒程度で処理できる位置検出方法が必要となる。
【０００４】
また、地表面からの位置検出では、地中の推進方向に一致して必ずしも地表面から探査可能でない場合もあり、地中を推進しながらリアルタイムで物体の位置検出が精度よくでき、埋設管等の埋設物に推進ヘッドが接触して破損するのを確実に防止できることが望まれている。しかしながら、現状では、推進ヘッドに地中探査用レーダの送受信部を設け、単に前方障害物の有無を判断する機能を有するものが実用化されているに止まっており、かかる埋設物破損に対する予防は十分ではない。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記問題点を解消し、地中推進工法において、埋設管等の埋設物の破損を確実に防止できる埋設物探査方法及び装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明の第一の特徴構成は、地中推進工法における埋設物探査方法に関し、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、推進体に設けられたレーダ送受信部が媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信する送受信工程と、前記送受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成工程と、前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算工程と、前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の収斂度から前記媒質中の伝搬速度ｖP を特定し、その伝搬速度ｖP を用いて前記物体までの距離を算出する物体距離算出工程とを、順次実行し、前記物体距離算出工程で算出された距離が所定値以下の場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示する点にある。
【０００７】
同第二の特徴構成は、地中推進工法における埋設物探査方法に関し、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した如く、推進体に設けられたレーダ送受信部が媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信する送受信工程と、前記送受信工程で受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成工程と、前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成工程で生成された前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算工程とを、順次実行し、前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖi 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内の振幅値が、所定の閾値ＳT 以上となる場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示する点にある。
【０００８】
同第三の特徴構成は、地中推進工法における埋設物探査装置に関し、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した如く、媒質中をその媒質中の物体に向かって移動しながら前記物体に波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体からの反射信号を受信するレーダ送受信部を推進体に設け、前記レーダ送受信部が受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成手段と、前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成手段が生成した前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔ毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算手段と、前記信号強度加算手段で生成した前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の前記各伝搬速度ｖi 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内の振幅値が、所定の閾値ＳT 以上となる場合に、前記推進体の前記物体へ向かう移動の停止を指示する推進停止手段とを備えてなる点にある。
【０００９】
尚、上記第二及び第三の特徴構成において、加算反射信号強度の振幅値は、極性にかかわらず、その絶対値を意味する。
【００１０】
以下に作用並びに効果を説明する。
本発明の第一の特徴構成によれば、前記２次元画像生成工程で、反射信号強度を例えば輝度表示して得られる２次元画像データにおける極大値、極小値等の特徴点は、前記物体が前記レーダ送受信部の進行方向前方に位置している場合は前記ｘ−ｔ平面上で直線上に配列し、前記物体が前記レーダ送受信部の進行方向から外れて斜め方向に位置する場合は地表面からの探査画像と同様に双曲線上に配列するので、前記反射信号強度の特徴点が直線上に配列している場合に、その配列方向の前記ｘ−ｔ平面上での傾き（Δｘ／Δｔ）が前記波動信号の前記媒質中の伝搬速度ｖ、或いは、前記反射時間ｔが前記レーダ送受信部と前記物体との往復時間の場合は伝搬速度ｖの二分の一の値に相当し、前記信号強度加算工程を、所定の移動距離ｘの各反射時間ｔ毎に前記配列方向に所定距離分実行することで、予め設定した伝搬速度ｖi の内、前記加算反射信号強度の収斂度の最も大きくなる伝搬速度をその媒質中の伝搬速度ｖP であるとして特定し、前記加算反射信号強度が所定の閾値を超える反射時間ｔを抽出し、その伝搬速度ｖP と反射時間ｔとから前記物体までの距離が算出でき、その距離が所定の閾値以下の場合に前記推進体の推進の停止を指示することで前記物体への接触を確実に防止でき、前記物体の破損を未然に回避することができるのである。
尚、前記物体が前記レーダ送受信部の進行方向から僅かに外れて斜め方向に位置する場合であっても、前記物体までの距離が離れている場合は、前記反射信号強度の特徴点が略直線上に配列し、同様の処理が可能であり、かかる場合であっても、前記物体への接触を確実に防止でき、前記物体の破損を未然に回避するこができるのである。
【００１１】
以上、このように簡単な四則演算を繰り返すだけの計算処理で前記物体までの距離が算出できるため、上述の従来方法に比べて処理時間の大幅な短縮が図れると共に、操作者が前記物体までの距離を、前記２次元画像データの前記反射信号強度の極大値、極小値の配列画像から目測等によってマニュアルで求めるのに比べて、当該距離の算出が格段に高精度且つ高速化され、前記物体への接触を確実に防止できるのである。
【００１２】
尚、前記波動信号が電磁波の場合、媒質の比誘電率εとその媒質中の伝搬速度ｖとの間に、ｃ0 を光速として、ｖ＝ｃ0 ／ε1/2 の関係が成り立つが、前記伝搬速度ｖi を予め設定する代わりに、媒質中の伝搬速度ｖと一義的に対応する媒質の比誘電率εや、これらの等価な定数を設定しても同様の作用が得られる。
ところで、例えば媒質が地中の土壌である場合、その土質によって比誘電率εが異なり、通常の川砂の比誘電率が８、粘土の比誘電率が１５であるのに対して、地下水を多く含有する土壌では、比誘電率が約８０と大きくなる。
従って、本特徴構成によれば、前記物体距離算出工程の前半部分で、前記媒質中の伝搬速度ｖP から媒質の比誘電率εが特定され、或いは、前記信号強度加算工程で前記複数の伝搬速度ｖi を設定する代わりに、複数の比誘電率εi を設定する場合は、比誘電率εが直接特定されるため、その比誘電率εより同時に媒質の特性を知ることができ、例えば、地下水を多く含有する土壌である等の媒質自体に不都合がある場合等を事前に検知することもできるのである。
【００１３】
同第二または第三の特徴構成によれば、上述の第一の特徴構成と略同様の効果が、前記物体までの距離を最終的に算出しなくても前記推進体の推進の停止を指示することができるため、より敏速な対応が可能となり前記物体への接触をより確実に防止できるのである。即ち、本特徴構成において、前記信号強度加算工程或いは手段で生成された前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度の振幅値の前記各伝搬速度ｖi 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内のものが、所定の閾値ＳT 以上となる場合、その座標点（ｖi ，ｔj ）は必ず所定の臨界距離以下となることから、前記推進体が前記物体に所定距離まで接近していることが簡易に且つ精度良く判定できるのである。
【００１４】
ここで、前記閾値ＳT として前記レーダ送受信部が受信する反射信号強度の定常ノイズやランダムノイズを含むバックラウンドノイズを前記信号強度加算工程或いは手段で加算した場合のバックラウンドノイズレベルよりも相対的に一定レベル大きな信号値とすることで、これらノイズの影響を除去した高精度の判定が可能となるのである。特に、前記加算反射信号強度の振幅値をｖ−ｔ平面上にプロットして、伝搬速度分布画像を生成して目視により判定する場合に、前記閾値ＳT による閾値処理を施すことで、容易に正確な判定が行えるようになるのである。尚、前記閾値ＳT として、例えば、前記バックラウンドノイズレベルよりも相対的に１０ｄＢ（振幅で約３．１６倍）大きな値が望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る地中推進工法における埋設物探査方法及び埋設物探査装置を、地中埋設管等の埋設物探査に適用した実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すように、地中推進工法で使用する推進装置システム１０は、先端に掘削用のドリルを設けた地中推進移動用の推進ヘッド１１と、この推進ヘッド１１の基端側に接続され地上に配置される推進駆動装置１２との間を連結する連結ロッド１３と、これらの制御を行う制御装置１４を搭載した制御車１５とから構成される。尚、この構成は、従来のフローモール工法に使用される推進装置と基本的に同構成である。
【００１７】
本実施形態では、前記推進ヘッド１１に、媒質中（本実施形態においては地中）を低損失で伝送可能な中心周波数が例えば１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの単発パルスの波動信号を前記推進ヘッド１１の先端部分から前方に向けて放射し、且つ、前記推進ヘッド１１の推進方向前方に埋設された埋設管等の物体１に入射してその表面で反射散乱した反射波の一部を前記波動信号の反射信号として受信するレーダ送受信部２が設けられている。前記レーダ送受信部２は具体的には電磁波を送受信するアンテナと送受信用の電子回路を構成する電子回路部から構成されている。
更に、前記レーダ送受信部２が受信した前記反射信号を処理して本発明方法を具体的に実行する位置検出処理装置３が地上の前記制御車１５内に前記制御装置１４とともに設けられている。この位置検出処理装置３は、後述する本発明方法の主要な工程を、計算機処理によって実行する。また、この計算機処理は通常のストアードプログラム方式のコンピュータシステムで所定の実行プログラムを処理することで行われる。以上の構成より前記推進装置システム１０に係る部分を除いたものが本発明に係る埋設物探査装置を構成するが、埋設物探査装置に前記推進装置システム１０の一部または全部が含まれてもシステム全体としての機能は実質的には同じである。
【００１８】
前記位置検出処理装置３は、図２に示すように、マイクロプロセッサ、半導体メモリ、磁気記憶装置、その他周辺デバイス等からなる一般的なコンピュータシステムと同等のハードウェア構成を有する演算処理部４と、入出力装置として、前記レーダ送受信部２が受信したアナログ信号である前記反射信号を入力可能なアナログ信号入力部５と、そのアナログ信号を所定分解能でリアルタイムに量子化するＡ／Ｄ変換部６、後述する種々の２次元画像データや処理結果を表示するＣＲＴディスプレーや液晶ディスプレー等の画像表示装置７と、各種命令をキー入力可能なキーボード装置８等を具備している。尚、前記位置検出処理装置３の詳細なハードウェア構成は、上記の如く、一般的なコンピュータシステムと同様であるため、詳細な説明は割愛する。
【００１９】
他方、前記位置検出処理装置３の機能的構成は、図２に示すように、前記レーダ送受信部２が受信した前記反射信号の信号強度に対する前記物体１に向かう移動距離ｘと前記波動信号の前記物体１からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する２次元画像データ生成手段２０と、前記移動距離ｘと前記反射時間ｔで構成されるｘ−ｔ平面上において、前記２次元画像データ生成手段２０が生成した前記２次元画像データの前記信号強度を、特定の移動距離ｘにおける反射時間ｔj 毎に、前記波動信号の前記媒質中における予め設定された複数の伝搬速度ｖi に対応する各傾きに沿って加算する信号強度加算手段２１と、前記信号強度加算手段２１で生成した前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度Ｓijの前記各伝搬速度ｖi 毎に設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内の振幅値が、所定の閾値ＳT 以上となる場合に、前記推進ヘッド１１の推進を停止させるべく前記制御装置１４に対して推進停止を指示、若しくは、操作者に対して警報を発する推進停止手段２２と、前記信号強度加算手段２１で生成した前記各伝搬速度ｖi 毎の前記加算反射信号強度Ｓijの収斂度から前記媒質中の伝搬速度ｖP を特定し、その伝搬速度ｖP を用いて前記物体１までの距離を算出する物体距離算出手段２３とを、前記演算処理部４が備える構成となっている。
【００２０】
図３に示すように、本実施の形態においては、前記埋設物探査装置が、送受信工程Ｓ１、２次元画像データ生成工程Ｓ２、信号強度加算工程Ｓ３、推進停止工程Ｓ４、物体距離算出工程Ｓ５の各工程を順次実行して、前記推進ヘッド１１と前記物体１との間の距離を算出して、前記物体１の位置探査を行う。尚、前記推進停止工程Ｓ４は所定条件を満足した場合にのみ実行するものとする。
【００２１】
前記送受信工程Ｓ１では、前記推進ヘッド１１の推進によって前記レーダ送受信部２が前記物体１に向かって移動しながら、前記物体１に向かって、つまり推進方向前方に前記波動信号を放射し、その放射した波動信号の前記物体１からの反射信号を受信する。尚、受信した反射信号は、必要に応じて増幅処理または雑音除去処理を施して、前記位置検出処理装置３にリアルタイムで伝送する。
【００２２】
前記２次元画像データ生成工程Ｓ２では、前記２次元画像データ生成手段２０が、前記送受信工程Ｓ１で受信した前記反射信号を前記アナログ信号入力部５で受信した後に、前記Ａ／Ｄ変換部６で反射信号の振幅値、つまり、反射信号強度を所定のサンプリング間隔（本実施形態では０．１４０６ｎｓ）で、所定のビット数のバイナリデータに量子化する。従って、ストローク計等により前記受信信号を受信する毎の前記物体１に向かう移動距離ｘが計算でき、この移動距離ｘと前記サンプリング間隔で計時される前記波動信号の前記物体１からの反射時間ｔを座標（ｘ，ｔ）とする２次元画像データを生成する。
【００２３】
前記２次元画像データの一例として、図４に示すように、画像サイズが、横軸ｘ（移動距離ｘ）２００ピクセル、縦軸ｙ（反射時間ｔ）２５６ピクセルで構成されている。前記移動距離ｘについては、実際の移動距離ｘP 、つまり前記推進ヘッド１１の現在位置ｘP より推進方向側（＋ｘ方向）では反射信号を受信していないので反射信号強度は０として前記２次元画像データが生成されている。また、前記反射時間ｔは実際には前記波動信号放射時点を０ｎｓとする前記波動信号が前記物体１を往復する伝搬時間のサンプリングタイミングを表しており、反射時間ｔの計測が０ｎｓから３６ｎｓまで行われ、各移動距離ｘ毎に２５６の反射時間ｔのサンプリング点での受信反射信号の量子化が行われている。
【００２４】
また、所定のビット数で量子化された前記反射信号強度は、前記画像表示装置７においては、強度０を中間輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合に高輝度で、負の場合に低輝度で表示している。尚、表示輝度の階調数は前記量子化ビット数で決定される。図４では、便宜上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分を破線、低輝度部分を実線で、模擬的に表示してある。
【００２５】
図４に示す２次元画像データをより視覚的に理解するために、図５に、前記移動距離ｘの３点について、反射信号波形を３次元的に図示する。
【００２６】
ところで、図４の２次元画像データの場合、受信反射信号の軌跡Ｔが直線であるため、その直線の延長線上の横軸ｘとの交点ｘ0 （移動距離ｘの８０ピクセル付近）に前記物体１が存在し、且つ、このまま直進すれば、前記物体１と衝突することが分かる。また、受信反射信号の軌跡Ｔが直線ではなく双曲線を描いておれば、前記物体１は前記推進ヘッド１１の推進方向から斜め方向にずれていることが分かる。
このように、前記２次元画像データの画像表示より、推進方向前方に前記物体１が存在すると判明すれば、前記物体１までの距離を正確に計算するために、次工程以降の各処理を行う。
【００２７】
前記信号強度加算工程Ｓ３を実行する前に、先ず、前記波動信号の前記媒質中の伝搬速度ｖを複数通り仮設定しテーブル化しておく。ここで、伝搬速度ｖとある移動距離ｘでの反射時間ｔとの関係は、ｔ＝２（ｘ0 −ｘ）／ｖで表され、前記軌跡Ｔの傾きが伝搬速度ｖの逆数の２倍に相当する。尚、前記軌跡Ｔの傾きと伝搬速度ｖとの関係は、前記２次元画像データの座標軸の取り方や前記反射時間ｔを往復時間とせずに片道の伝搬時間とすることによって変化する。
本実施形態では、前記複数の伝搬速度ｖi は次式の数１で定義される関係を満足するように予め２０通りを仮設定している。ｉは１〜２０の自然数である。
【００２８】
【数１】
ｌｏｇ10（ｖ／ｃ0 ）＝−０．４−（ｉ−１）＊０．０２
【００２９】
前記信号強度加算工程Ｓ３では、図３に示すように、前記信号強度加算手段２１が、前記仮設定された２０通りの伝搬速度ｖi をｉ＝１〜２０の順に逐次選択する（サブステップ＃１）。
尚、前記各伝搬速度ｖi は予め仮設定したものを選択するのではなく、数１を計算して前記各伝搬速度ｖi を逐次設定しても構わない。
【００３０】
次に、サブステップ＃１で選択或いは設定された一つの伝搬速度ｖi に対して、その伝搬速度ｖi で特定されるｘ−ｔ平面上の傾きに沿って、前記２次元画像データ生成工程Ｓ２で生成された前記２次元画像データの前記信号強度を加算する加算開始点の設定を行う。具体的には、現在位置である移動距離ｘP における縦軸ｙ方向の各ピクセルに対応する反射時間ｔj を設定する（サブステップ＃２）。
【００３１】
次に、前記移動距離ｘP とサブステップ＃２で設定された前記反射時間ｔj からなる座標点（ｘP ，ｔj ）を始点として、サブステップ＃１で設定された伝搬速度ｖi の二分の一に対応する傾き（Δｘ／Δｔ）で前記移動距離ｘP から−ｘ方向へ１６ピクセル分の移動距離ｘ1 までの反射信号強度データを加算して、その加算反射信号強度をＳijとする（サブステップ＃３）。ここで、前記移動距離ｘP から前記移動距離ｘ1 までの長さは、推進距離にして約２０ｃｍに相当する。
このように加算範囲を限定するのは、前記物体１から遠方になるほど受信する反射信号強度が小さくなり、更に、Ｓ／Ｎ比が悪くなる反射信号強度を、前記信号強度加算工程Ｓ３における加算処理から除外するためであり、加算結果である前記加算反射信号強度Ｓij自体のＳ／Ｎ比の向上が図れ、後行程における前記加算反射信号強度Ｓijの収斂度の判定がより明確になるのである。また、むやみに多くのデータの加算を繰り返さないため、処理時間の短縮が図れるのである。
【００３２】
そして、その加算反射信号強度Ｓijを、横軸を前記伝搬速度ｖi 、縦軸を前記反射時間ｔj とするｖ−ｔ平面上にプロットして、伝搬速度分布画像を生成する（サブステップ＃４）。
【００３３】
以上の要領で、サブステップ＃１〜＃４をｉ＝１〜２０、ｊ＝１〜２５６の範囲で繰り返し前記伝搬速度分布画像を完成して前記信号強度加算工程Ｓ３を終了する。尚、ｉ、ｊの繰り返しループは特に何れが先であっても構わない。
【００３４】
前記伝搬速度分布画像の一例として、図６に示すように、横軸ｉ（伝搬速度ｖi 、ｉ＝１〜２０、横軸方向数ピクセルを１データとして表示）、縦軸ｙ（反射時間ｔj ）２５６ピクセルとして構成されている。また、前記加算反射信号強度Ｓijは、図３に例示した前記２次元画像データと同様に前記画像表示装置７においては、強度０を中間輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合に高輝度で、負の場合に低輝度で表示している。更に、便宜上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分を破線、低輝度部分を実線で、模擬的に表示してある。
【００３５】
前記推進停止工程Ｓ４では、前記推進停止手段２２が、前記信号強度加算工程で生成された前記各伝搬速度ｖi 毎の加算反射信号強度Ｓijに対して、所定の閾値ＳT より小さいものは０とし、前記閾値ＳT 以上となるものだけを、そのままの階調を維持したまま保存する閾値処理を施し（サブステップ＃７）、前記閾値処理後の加算反射信号強度Ｓijの振幅値が前記各伝搬速度ｖi 毎に予め設定された所定の臨界反射時間ｔBi以下の領域内に存在するか否かを判定し（サブステップ＃８）、存在しない場合は次ステップの前記物体距離算出工程Ｓ５に移行し、存在する場合は、前記推進ヘッド１１の推進を停止させるべく前記制御装置１４に対して推進停止を指示し（サブステップ＃９）、前記物体距離算出工程Ｓ５に移行する。
【００３６】
ここで、前記閾値ＳT としては、前記レーダ送受信部２が受信する反射信号強度の定常ノイズやランダムノイズを含むバックラウンドノイズを前記信号強度加算手段２１が加算した場合のバックラウンドノイズレベルよりも相対的に１０ｄＢ（振幅で約３．１６倍）大きな値を使用する。この結果、前記閾値ＳT を前記バックラウンドノイズレベルより一定レベル以上大きな信号値とすることで、これらノイズの影響を除去した高精度の判定が可能となるのである。
また、前記各伝搬速度ｖi とそれに対応する前記各臨界反射時間ｔBiは次式の数２で表される関係にあり、数２で算出される臨界距離ｄB は、各ｉ間で一定で、前記物体１への接近が許容される最短距離（例えば、３０ｃｍ）となるように予め設定されている。
【００３７】
【数２】
ｄB ＝ｖi ＊ｔBi／２
【００３８】
前記物体距離算出工程Ｓ５では、前記物体距離算出手段２３が前記信号強度加算工程Ｓ３で生成された前記伝搬速度分布画像の前記加算反射信号強度Ｓijの最大値よりその収斂度を判断し、当該最大値を与える前記媒質中の伝搬速度ｖP と前記移動距離ｘP における反射時間ｔP を決定し、前記物体１までの距離（ｘ0 −ｘP ）を次式の数３により算出する。
【００３９】
【数３】
（ｘ0 −ｘP ）＝ｖP ＊ｔP ／２
【００４０】
図６に示す伝搬速度分布画像の場合では、ｉ＝１１、即ち、ｖP ＝７．５３６ｃｍ／ｎｓ（７．５３６＊１０7 ｍ／ｓ）、ｊ＝９２、即ち、ｔj ＝１２．９３ｎｓ、（ｘ0 −ｘP ）＝４８．７３ｃｍと算出される。
【００４１】
更に、前記物体１までの距離算出に加えて、波動信号が電磁波であることから、前記伝搬速度ｖと前記媒質の比誘電率εとの関係は、ｃ0 を光速として、ｖ＝ｃ0 ／ε1/2 で表され、前記伝搬速度ｖP の結果から、ε＝１５．８（粘土質）と判明し、地下水等を多量に含有していないと判定することができる。
【００４２】
次に、本埋設物探査方法並びに装置の探査精度を確認するために、図７に示す実験用土槽１６で本埋設物探査方法を実施した実験例を説明する。
本実験では前記物体１として口径２５ｍｍの鋼管を使用し、前記推進ヘッド１１を前記物体１から５０ｃｍの距離から１０ｃｍの距離まで移動させながら、前記２次元画像データ生成工程Ｓ２、前記信号強度加算工程Ｓ３、前記推進停止工程Ｓ４を夫々実行して、２次元画像データ、加算反射信号強度Ｓij、前記閾値処理後の加算反射信号強度Ｓijを求めた。
【００４３】
図８に、横軸が移動距離ｘ（０〜１６０ピクセル）、縦軸が反射時間ｔ（０〜２０ｎｓｅｃ）の画像サイズで表示した前記２次元画像データを示す。
図９に、前記閾値処理前の加算反射信号強度Ｓijを、横軸を前記伝搬速度ｖi （ｉ＝１〜２０）、縦軸を前記反射時間ｔj （０〜２０ｎｓｅｃ）とするｖ−ｔ平面上にプロットした伝搬速度分布画像として示す。
尚、図８に示す反射信号強度、及び、図９に示す前記加算反射信号強度Ｓijは、夫々図４及び図６と同じ要領で、強度０を中間輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合に高輝度で、負の場合に低輝度で表示し、更に、便宜上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分を破線、低輝度部分を実線で、更に、ノイズ等の表示を割愛して模擬的に表示してある。
更に、前記各伝搬速度ｖi とそれに対応する前記各臨界反射時間ｔBiとの関係を、図９中に一点鎖線で示す。ここで、数２で算出される臨界距離ｄB は３０ｃｍとしている。従って、前記一点破線で示される臨界反射時間ｔBi線より上側（反射時間が小）の推進停止領域に信号強度の振幅値が前記閾値ＳT 以上の部分が存在すれば、前記推進ヘッド１１の推進の停止を指示する。
【００４４】
また、図９に示す伝搬速度分布画像より、最も収斂度の高い伝搬速度ｖi に対応してｖ＝ｃ0 ／ε1/2 の関係から一義的に求まる媒質の比誘電率εが１７．４と求まり、予め別途測定した本実験例で使用した土壌の比誘電率が約１８であることから、本発明に係る埋設物探査方法での媒質中の伝搬速度推定精度が十分に実用に供せられるレベルであることが確認できた。
【００４５】
図１０に、前記閾値処理後の加算反射信号強度Ｓijを、横軸を前記伝搬速度ｖi （ｉ＝１〜２０）、縦軸を前記反射時間ｔj を前記物体１までの距離ｄ（０〜１００ｃｍ）に変換し、ｖ−ｄ平面上にプロットした伝搬速度分布画像として示す。尚、この場合も、強度０を中間輝度で表示し、信号強度の極性が正の場合に高輝度で、負の場合に低輝度で表示し、更に、便宜上、中間輝度を紙面地色で、高輝度部分を破線、低輝度部分を実線で表示し、前記臨界距離ｄB （３０ｃｍ）を一点破線で示してある。
尚、図１０では前記閾値処理を施しているため、図９で表示を割愛したノイズや微弱な信号部分は除去されているため表示されない。
【００４６】
以下に別実施形態を説明する。
〈１〉前記信号強度加算工程Ｓ３におけるサブステップ＃３の前記加算反射信号強度Ｓijの計算において、前記移動距離ｘ1 は必ずしも前記移動距離ｘP から−ｘ方向へ１６ピクセル分の位置でなくても構わない。
例えば、前記送受信工程Ｓ１を開始したｘ＝０の位置であっても構わないし、前記送受信工程Ｓ１において初めて有効な信号強度を受信した位置を適宜使用するようにしても構わない。
【００４７】
〈２〉上記実施の形態において、前記信号強度加算工程Ｓ３を実行後、前記推進停止手段２２が前記推進停止工程Ｓ４を実行せずに、前記物体距離算出手段２３が前記物体距離算出工程Ｓ５を実行し、そこで算出された前記物体１までの距離が前記臨界距離ｄB 以下の場合に、前記推進ヘッド１１の推進の停止を指示するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る埋設物探査方法及び装置を適用する推進装置システムを示す説明図
【図２】本発明に係る埋設物探査方法を実行する位置検出処理装置を示すブロック図
【図３】本発明に係る埋設物探査方法の一実施の形態を説明するフローチャート
【図４】２次元画像データ生成工程で生成される２次元画像データの一例を示す説明図
【図５】図４に示す２次元画像データの一部の反射信号波形を３次元的に図示する反射信号波形図
【図６】信号強度加算工程で生成される伝搬速度分布画像の一例を示す説明図
【図７】本実験例に使用する実験用土槽を示す説明図
【図８】本実験例における２次元画像データ生成工程で生成される２次元画像データを示す説明図
【図９】本実験例における信号強度加算工程で生成される閾値処理前の伝搬速度分布画像を示す説明図
【図１０】本実験例における閾値処理後の伝搬速度分布画像を示す説明図
【符号の説明】
１    物体
２    レーダ送受信部
３    位置検出処理装置
４    演算処理部
５    アナログ信号入力部
６    Ａ／Ｄ変換部
７    画像表示装置
８    キーボード装置
１０  推進装置システム
１１  推進ヘッド
１２  推進駆動装置
１３  連結ロッド
１４  制御装置
１５  制御車
１６  実験用土槽
２０  ２次元画像データ生成手段
２１  信号強度加算手段
２２  推進停止手段
２３  物体距離算出手段
Ｓ１  送受信工程
Ｓ２  ２次元画像データ生成工程
Ｓ３  信号強度加算工程
Ｓ４  推進停止工程
Ｓ５  物体距離算出工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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