WO1996006367A1 - Procede et dispositif d'exploration du sous-sol - Google Patents

Description

明細書

地中探査方法及び地中探査装置 技術分野

本発明は、 地中に向けて発射した電磁波を受信し、 地中の状態を地面と平行な スライスレベルで探知でき、 さらに例えば地中に形成された空洞等を三次元的に 把握することができる地中探査方法および地中探査装置に関する。 背景技術

従来、 地中の探査、 特に地面より比較的浅い部分における探査としては、 舗装 道路下における空洞探査が知られている。

この舗装道路下における空洞探査には、 地中に向けて電磁波を発射する一つの 発信アンテナと、 地中からの反射波を受信する受信アンテナと、 該受信アンテナ で受信した反射波を処理して C R T上あるいは紙面上に可視像化する信号処理装 置とから構成された地中探査装置を使用し、 一般に該発信アンテナと該受信アン テナとは地面上を走行可能とする走行体にュニッ ト化して設けられている。 このような構成の走行体を探査車に取り付け、 該探査車を一般の車両と同じよ うに道路を走行させながら地中の探査を行い、 得られたデータを解析し、 その中 で例えば空洞が生じていると思われる箇所があると、 その周辺領域を詳細に調査 する。

つまり、 探査車による一次調査は、 探査車の走行方向における道路下の縦断面 を波形データとして得るもので、 空洞が生じていると思われる道路の周辺領域を 手押し式の走行体でメッシュ状に調査することで、 もしも空洞があれば平面的に それを知ることができることになる。

ところで、 このような従来の舗装道路下の空洞探査に代表される地中探査は、 走行体の移動方向に沿った縱断面の様子を波形として得る一次調査と、 該一次調 査によって得られた波形データを後日解析するという解析作業と、 該解析作業の 結果により再調査を要すると判定された場合に行われる二次調査とを要し、 一度 に所定の領域における舗装道路下の空洞の有無および大きさを知ることができな いという問題があった。

また、 二次調査で得られるデータは、 空洞の平面的な大きさだけであって、 空 洞の容積を知ることはできないものであった。

さらに、 舗装道路下の空洞は、 一定の厚さに舗装されたアスファルト下で生じ ることから、 路面から舗装部分下までのデータは元来不要であり、 その長さのデー 夕をキャンセルできれば、 データ処理の時間も短縮でき、 一方において空洞ので きる路面下の距離が予め分かっていれば、 その深さを指定し、 該深さ以下よりデー タを得るようにできれば便利である。

本発明の第 1の目的は、 舗装道路下等の地中の状態を一度の探査で三次元的に 知ることができる地中探査方法を提供することを目的とする。

本発明の第 2の目的は、 地中の任意の深さのデータを取得することができる地 中探査方法を提供することにある。

本発明の第 3の目的は、 第 1および第 2の目的を有効に実現できる地中探査装 置を提供することにある。 発明の開示

本発明の第 1の目的を実現する構成は、 請求項 1に記載のように、 電磁波発 信手段より地中に向けて打ち込まれた電磁波に対して、 その反射波を平面上の複 数の箇所で受信手段により受信し、 各受信手段で受信した受信データに基づき探 査領域の地中の状態を三次元的に解析することを特徴とする。

この構成によれば、 平面的な広がりでの地中状態のデータを得ることができる ので、 深度方向でのデータを加えることで三次元での地中状態を一度の探査で得 ることが可能となる。

また、 請求項 2に記載のように、 請求項 1に加えて、 三次元的に解析したデー 夕を画像情報として表示手段に出力させることにより、 地中状態を立体的に目視 することが可能となる。

本発明の第 2の目的を実現する構成は、 請求項 3に記載のように、 請求項 1ま たは 2において、 三次元的に解析したデータを地中深度毎に出力させることを特 徵とする。

この構成では、 任意の深度における平面的な地中データを出力することができ るので、 例えば指定した深度での地中状態を直ちに知ることができ、 他の深度の データ表示が不要であるというような場合に有効となる。

本発明の第 3の目的を実現する構成は、 請求項 4に記載のように、 電磁波を地 中にむけて打ち込む電磁波発信手段と、 探査領域に対して平面的に複数配置され、 該電磁波発信手段から地中に向けて打ち込まれた電磁波の反射を受信する受信手 段と、 該複数の受信手段で受信した各データと時系列的なデータに基づいて探査 領域の地中状態を三次元的に解析するデータ解析手段とを有することを特徴とす る。

この構成によれば、 例えばマトリックス上に配置した複数の受信手段により一 度に地中で反射した電磁波を受信させるという従来の地中探査装置では考えられ なかつた方式を採用することにより、 地中状態を三次元的に把握することができ ることとなる。

そして、 この地中探査装置の構成としては、 請求項 5に記載のように、 電磁波 発信手段は一の発信ァンテナのみ有する方式、 あるいは請求項 6に記載のように、 電磁波発信手段の発信アンテナを各受信手段と一体的に構成し、 発振器からの電 磁波を分配手段により選択可能に該各発信ァンテナに送る方式等があり、 前者の方式では発信手段が少なくて済、 後者の方式では小出力で高精度に地中 の三次元的探査が可能となる。

また、 データ解析手段により解析した地中デ一タを任意の深度毎に画像表示さ せる表示手段を有することにより、 任意の深度での地中状態を目視することが可 能となる。 図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明の第 1の実施例を示し、 （a ) は探査装置の概略平面図、 ( b ) はその概略断面図を示す。 第 2図は、 第 1の実施例により得られたデータ をタイムスライスレベルで解析した状態を示す図。 第 3図は、 複雑に入り組んだ 地中配管を示す概略図で、 （a ) は三次元状態での地中配管、 （b ) は従来方式 で解析した地中配管の状態を示す。 第 4図は、 第 2の実施例を示し、 （a ) は探 査装置の概略平面図、 （b ) は発振器、 分配器および各モジュールとの関係を示 す概略図、 （c ) は （a ) の断面図を示している。

発明を実施するための最良の形態

第 1図は本発明における地中探査方法の第 1の実施例を示す概略図である。

1は地中探査に用いられる電磁波を地面に向けて発射する発信アンテナ及び発 振器をュニッ ト化したトランスミ ッター、 2は トランスミ ッター 1の発信アンテ ナから発射され地中から反射した電磁波を受信するレシーバ一群で、 このレシ一 バー群 2は m x n列にレシーバー 2 aを配置した構成としており、 レシーバ一 2 a は受信アンテナと受信機とをュニッ ト化されている。 トランスミ ッター 1はレシ一 バー群 2とは離れて配置され、 電磁波を地面に対して斜めに打ち込む。

1つのトランスミ ッター 1の発信ァンテナから電磁波を斜めに向けて地面に打 ち込むことにより、 地中より反射する電磁波の反射領域は m x n列のマトリ ック スに配置されたレシーバー群 2の受信領域を充分カバーし、 したがってレシーバー 群 2の m X n列の平面的領域で同時に地中の状態を探査することができる。 各レシーバー 1 _aから得られる地中のデータは深度方向における断面的な波形 データである一次データであるが、 列方向に n個並ぶレシーバーの一次データを つなぎ合わせると深度 （H ) X nの大きさの断面でのデータ （二次データ） が得 られ、 さらにこの二次データを行方向に m個並ぶレシーバ一列の二次データとつ なぎ合わせれば、 H X n x mの大きさの立体的な地中データが得られることにな る。

このような m X n個のレシーバーからなるレシ一バー群により得られたデータ を画像処理することにより、 その領域の地中状態を立体的に表示させることがで き、 またタイムスライス処理を行うことにより、 第 2図に示すように、 指定の深 度 （H_n ) 毎の平面データも得ることができる。 さらに、 立体的な地中データを第 3図の （a ) に示すように斜視図として画像 処理することもでき、 第 3図の （b ) のように断面的な地中データしか得られな かった従来の探査方法に比べ、 例えば地下に埋設されているガス管や水道管等の 埋設管の配管状態を知ることができることになる。

このような トランスミ ッター 1とレシーバ一群 2とは、 例えば車輪を有する手 押し式の走行体 （不図示） に取り付けられ、 一つの領域の探査を終えると、 例え ば隣の領域に走行体を移動させて探査を続ける。

地中の状態を立体的に知り得ることができ、 これを画像処理等の処理を施すこ とにより、 例えば地下に形成されている空洞の容積を算出することができ、 した がって、 道路の陥没を防ぐ為に空洞を埋める補修作業に要するセメント等の充填 材料の量を即座に知ることができることになる。

また、 鋪装道路の陷没の原因となる舗装道路下の空洞の形状は必ずしも一定で はなく、 空洞上部の形状によって、 舗装道路の陥没の危険性が非常に高いものか ら比較的低いものまである程度特定することができる。

このため、 立体的に得られた空洞上部の形状から舗装道路の陥没の危険性につ いて順位を付けることで、 実際に即応した空洞の補修作業を実施することができ る。

さらに、 舗装道路下の空洞探査に際し、 コンク リートゃァスフアルト等の舗装 部分の厚さは予め知ることができるので、 画像処理の際に該誧装部分の厚さを除 き、 それ以下の地中データについて処理を行うようにすれば、 画像処理に要する 時間を短縮することができる。

また、 舗装道路下において空洞のできる範囲はある程度決まっているので、 こ の深度での平面的データで空洞の存在の有無を判断し、 空洞が存在しなければ、 その領域での探査を中止し、 これをブザー、 ランプ等で操作者に知らせ、 空洞が あれば探査を続行するようにすることもできる。

第 4図は本発明の第 2の実施例を示す。

本実施例は、 送信用のアンテナと受信用のアンテナおよび受信機をュニッ ト化 したモジュール 1 1 aを m x n列のマトリ ックス状に配置し、 全体として平板な 形状とした送受信部 1 1に分配器 1 2を接続し、 発振器 1 3からの電磁波を分配 器 1 2を介して送受信部 1 1の各モジュール 1 1 aに送る。 この分配器 1 2は、 例えば行毎の n個のモジュール 1 1 a、 あるいは列毎の m個のモジュール 1 1 a、 さらには任意のモジュール 1 1 aの各送信用のアンテナに一度に電磁波を送るこ とができるようにしており、 例えば行毎の n個のモジュール 1 1 aに電磁波を送 りモ一ドを選択すると、 順次他の行のモジュールに電磁波を送るように切り替え、 その都度送信の行われたモジュールの受信機により地中から反射した電磁波を受 信する。

本実施例では、 第 4図の （c ) に示すように、 電磁波を送信アンテナより略真 下に向けて発射することができると共に、 地中からの反射波も略真上で受信する ことができることになり、 第 1図に示す第 1の実施例の場合に比較して地中の探 査精度が飛躍的に向上し、 また小出力で高精度のデータを取得することができる。 本実施例の場合も第 1の実施例と同様に、 各モジュール 1 1 aにおいて受信し た受信デー夕が m X nの平面において深度方向において時系列的に得られるので、 これらのデータに対して三次元処理を施すことにより、 第 2図あるいは第 3図の ような画像データを得ることが可能となる。

また、 発振器 1 3には、 第 4図の （c ) に示すように、 高周波用発振器 1 3 a、 中周波用発振器 1 3 b、 低周波用発振器 1 3 cの電磁波発振器を用意することに より、 探査目的に応じて最適周波数での探査を行える。 例えば、 浅い深度での探 査を目的とする場合には高周波用発振器 1 3 a、 深い深度での探査を目的とする 場合には低周波用発振器 1 3 cを使用することにより、 高精度での探査を維持す ることができる。 産業上の利用可能性

請求項 1に記載の発明によれば、 平面的な広がりでの地中状態のデ—夕を得る ことができるので、 深度方向でのデータを加えることで三次元での地中状態を一 度の探査で得ることが可能となる。

請求項 2に記載の発明によれば、 三次元的に解析したデータを画像情報として 表示手段に出力させることにより、 地中状態を立体的に目視することが可能とな る。

請求項 3に記載の発明によれば、 任意の深度における平面的な地中データを出 力することができるので、 例えば指定した深度での地中状態を直ちに知ることが でき、 他の深度のデータ表示が不要であるというような場合に有効となる。 請求項 4に記載の発明によれば、 例えばマトリ ックス上に配置した複数の受信 手段により一度に地中で反射した電磁波を受信させるという従来の地中探査装置 では考えられなかった方式を採用することにより、 地中状態を三次元的に把握す ることができることとなる。

請求項 5および 6に記載の発明によれば、 発信手段が少なくて済、 また小出力 で高精度に地中の三次元的探査が可能となる。

請求項 7に記載の発明によれば、 データ解析手段により解析した地中データを 任意の深度毎に画像表示させる表示手段を有することにより、 任意の深度での地 中状態を目視することが可能となる。

Claims

請求の範囲 . 電磁波発信手段より地中に向けて打ち込まれた電磁波に対して、 その反射波 を平面上の複数の箇所で受信手段により受信し、 各受信手段で受信した受信デー 夕に基づき探査領域の地中の状態を三次元的に解析することを特徴とする地中 探査方法。

. 請求項 1において、 三次元的に解析したデータを画像情報として表示手段に 出力させることを特徴とする地中探査方法。

. 請求項 1または 2において、 三次元的に解析したデータを地中深度毎に出力 させることを特徴とする地中探査方法。

. 電磁波を地中にむけて打ち込む電磁波発信手段と、 探査領域に対して平面的 に複数配置され、 該電磁波発信手段から地中に向けて打ち込まれた電磁波の反 射を受信する受信手段と、 該複数の受信手段で受信した各データと時系列的な データに基づいて探査領域の地中状態を三次元的に解析するデータ解析手段と を有することを特徴とする地中探査装置。

. 請求項 4において、 電磁波発信手段は一の発信アンテナのみ有することを特 徴とする地中探査装置。

. 請求項 4において、 電磁波発信手段の発信アンテナを各受信手段と一体的に 構成し、 発振器からの電磁波を分配手段により選択可能に該各発信ァンテナに 送ることを特徴とする地中探査装置。

. 請求項 4、 5または 6において、 データ解析手段により解析した地中データ を任意の深度毎に画像表示させる表示手段を有することを特徴とする地中探査 装置。