JP7579574B2

JP7579574B2 - 空洞調査システム

Info

Publication number: JP7579574B2
Application number: JP2021147544A
Authority: JP
Inventors: 裕二出口; 英樹鈴木; 成毅後藤; 晃一鳥屋尾; タケル平井
Original assignee: 東邦地水株式会社
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2024-11-08
Anticipated expiration: 2041-09-10
Also published as: JP2023040518A

Description

本発明は、空洞を調査するための空洞調査システムに関するものである。

従来の空洞調査システムとして、特許文献１に記載されるものがあった。これによれば、電動ウインチと、コントローラユニットと、モニターテレビと、電動ウインチによりケーブルを介してボーリング孔内を昇降される撮影計測用ゾンデとを備え、該撮影計測用ゾンデに地下空洞内部を写真撮影するスチルカメラと、方位計と、空洞内の側壁までの距離を計測する距離計とを搭載していた。

特開２００３－１３０６４１号公報

しかし、上記の空洞調査システムでは、その運用にあたり、ボーリング等調査により、その地点における地下空洞の有無を確認し、ボーリング地点を碁盤目状に配置することにより、平面的な地下空洞の分布を推定していたので、効率的かつ迅速に地下空洞調査を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、効率的かつ迅速に地下空洞調査を行うことができる空洞調査システムを提供するものである。

請求項１記載の発明では、地上に配される地上機器と、前記地上機器と接続され地下空洞内を計測する地下計測機器と、を備え、前記地下空洞に連通する通路を介して前記地下空洞内を計測する空洞調査システムであって、
前記地上機器は、
前記地下空洞内及び前記地下空洞に連通する通路内において、前記地下計測機器を移動可能とする移動手段と、
前記地下計測機器の調査地点の平面位置情報を取得する位置検出手段と、
前記地上機器及び前記地下計測機器を制御する制御手段と、
を有し、
前記地下計測機器は、
所定の深度において、前記地下空洞の壁面の有無及び前記壁面までの距離を含む壁面情報を取得する壁面検出手段と、
前記壁面検出手段が検出した、前記壁面情報に関連付けられて検出される方位情報を取得する方位検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記平面位置情報と、前記壁面情報と、前記方位情報と、に基づいて、前記地下空洞に連通する通路の次調査地点を報知する。

これによれば、平面位置情報と、壁面情報と、方位情報に基づいて、調査地点における地下空洞の拡がりを確認して、地下空洞に連通する通路の次調査地点を、地下空洞上に配置することが可能となる。よって、効率的かつ迅速に地下空洞調査を行うことが可能となる。

また、前記制御手段は、
前記壁面情報及び前記方位情報を構成する、前記地下空洞の前記壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、前記壁面情報及び前記方位情報を構成する、前記壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、前記壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、となる値を導き出すことで、前記地下空洞に連通する通路の次調査地点を報知する。

これによれば、地下空洞の壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、となる値を導き出すことで、調査地点における地下空洞の拡がりを確認して、地下空洞に連通する通路の次調査地点を、地下空洞上に配置することが可能となる。よって、効率的かつ迅速に地下空洞調査を行うことが可能となる。

また、前記地下空洞内に貯留する液体の流向、流速を測定可能な流向・流速測定手段を備え、
前記制御手段は、測定された前記液体の流向、流速を参照して、前記地下空洞に連通する通路の次調査地点を報知する。

これによれば、測定された液体の流向、流速を参照することで、地下空洞に連通する通路の次調査地点の精度を向上させることができる。

また、前記地下空洞内を撮像可能な撮像手段と、
前記地下空洞内を照射可能な光源と、
を備え、
前記光源は、白色、緑色、青色、赤色、黄色の単色光、それらの混合光、を発光する。

これによれば、撮像手段により、地下空洞内を可視化したうえで、白色光によるハレーションが発生しても、鮮明な画像を得ることできる。

本発明の一実施形態の空洞調査システムの概略構成図である。同実施形態の動作のフローチャートである。計測情報と画像情報の重ね合わせた状態の説明図である。

本発明における空洞調査システムの一実施形態を図面に基づいて説明する。

空洞調査システム１０は、図１に示すように、地上に配される地上機器２０と、地上機器２０と接続され地下空洞２１０内を計測する地下計測機器１００と、を備え、地下空洞２１０に連通する通路としてのボアホール２００を介して地下空洞２１０内を計測するものである。

地上機器２０は、制御装置３０と、モニタ・ＰＣ４０と、記録装置５０と、昇降装置６０と、ＧＰＳレシーバ７０と、から構成されている。

制御手段としての制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成されている。制御装置３０は、地上機器２０を構成する他の機器と、地下計測機器１００を構成する機器と接続されて、信号の授受を行う。制御装置３０は、地上機器２０を構成する他の機器と、地下計測機器１００を構成する機器に動作指令信号を送り、地上機器２０を構成する他の機器と、地下計測機器１００を構成する機器から、検出値、計測値等を受け取る。そして、受け取った信号を解析して、地下空洞２１０の壁面の有無、地下空洞２１０に連通する通路の次調査地点を導出するものである。

モニタ・ＰＣ４０は、既存のパーソナルコンピュータが用いられ、制御装置３０と接続され、マウス、キーボード等から構成される入力部と、液晶ディスプレイ等から構成される表示部として機能する。

記録装置５０は、半導体メモリ、ハードディスク装置、コンパクト・ディスク装置等から構成され、制御装置３０と接続されている。

移動手段としての昇降装置６０は、地下空洞２１０を計測するための、既存の昇降装置が用いられ、制御装置３０と接続されている。昇降装置６０のカウンタにより、地下計測機器１００の深度情報（ＧＬ－○○ｍ）を取得する。

ＧＰＳレシーバ７０は、既存のＧＰＳレシーバが用いられ、制御装置３０と接続されている。ＧＰＳレシーバ７０により、平面位置情報（ボアホール孔口の、緯度、経度、標高）を取得する。

地下計測機器１００は、筐体１１０と、ケーブル１２０と、方位検出装置１３０と、光源１４０と、カメラ１５０と、ソナー・レーザー１６０と、流向流速計１７０と、を備えて、地下空洞２１０内を計測するものである。

筐体１１０は、防水性を有し、本実施形態では、図示していないが、固定部と、固定部に対して回動可能な回動部と、を有している。回動部は、固定部に配設されたモータ等の駆動装置により、鉛直方向を軸として回動可能とされている。また、回動部は、方位検出装置１３０と、光源１４０と、カメラ１５０と、ソナー・レーザー１６０と、流向流速計１７０と、が配設されている。

ケーブル１２０は、既存のケーブルが用いられ、ボアホール２００内を挿通するように配されるとともに、地上に設立されたやぐら８０を介して配され、一端が筐体１１０に、他端が昇降装置６０に取り付けられ、ケーブル１２０の送り出し、巻き戻しにより、筐体１１０を上下動可能としている。

方位検出手段としての方位検出装置１３０は、既存の方位検出装置が用いられ、制御装置３０と接続されている。方位検出装置１３０は、磁気センサにより、方位情報（北を０度としたときの角度、後述する壁面情報と関連付けられた角度、方位）を取得する。

光源１４０は、既存のＬＥＤライトが用いられ、制御装置３０と接続されている。光源１４０は、方位検出装置１３０の下、かつ、カメラ１５０を上下方向において挟み込むように配設されている。光源１４０は、白色光の他に、青色光や緑色光、赤色光、黄色光など単色光との切り替えや、これらを合わせた混合光の発色、光量調整が可能とされている。

撮像手段としてのカメラ１５０は、既存のカメラが用いられ、制御装置３０と接続されている。カメラ１５０は、地下空洞２１０内の静止画、動画等を撮影し、その画像情報を取得する。

壁面検出手段としてのソナー・レーザー１６０は、既存のソナー・レーザーが、用いられ、制御装置３０と接続されている。ソナー・レーザー１６０は、地下空洞２１０の壁面までの距離計測を行い、壁面情報、詳説すれば、各計測点の位置情報（ＸＹＺ座標データ）を取得する。取得した、各計測点の位置情報（ＸＹＺ座標データ）は、レーダーチャートや３Ｄ表示としてモニタ・ＰＣ４０に表示可能とされている。

流向流速計１７０は、既存の流向流速計が用いられ、制御装置３０と接続されている。流向流速計１７０は、地下空洞２１０内の地下水の流向、流速を計測し、その情報（北を０度としたときの角度、毎秒ｍ）を取得する。

記録装置５０に記憶される情報としては、ＧＰＳレシーバ７０により取得した、平面位置情報（ボアホール孔口の、緯度、経度、標高）、方位検出装置１３０が計測した、方位情報（北を０度としたときの角度、壁面情報と関連付けられた角度、方位）、カメラ１５０が撮影した画像情報、ソナー・レーザー１６０が取得した、壁面情報、詳しくは各計測点の位置情報（ＸＹＺ座標データ）、流向流速計１７０が取得した、地下水の流向と流速情報（北を０度としたときの角度、毎秒ｍ）、が挙げられる。

なお、上記の情報は、組み合わされて関連付けがなされて、記録装置５０に記憶される。

次に、空洞調査システム１０の機能作用を、図２のフローチャートに基づいて説明する。

まず、調査地点の平面位置情報を取得する（Ｓ１１）。詳説すれば、ボアホール２００孔口で、ＧＰＳレシーバ７０により平面位置情報、換言すれば、ボアホール２００孔口の、緯度、経度、標高を取得する。

次に、地下計測機器１００を、昇降装置６０により、やぐら８０を介して、ケーブル１２０の送り出し、巻き戻しをすることで、ボアホール２００空洞内に降下、静置させる（Ｓ１２）。

そして、地下計測機器１００の深度情報を取得する（Ｓ１３）。詳説すれば、昇降装置６０のカウンタにより、地下計測機器１００の深度情報を取得する。

地下計測機器１００の深度情報を取得したら、地下計測機器１００の方位情報を取得する（Ｓ１４）。詳説すれば、方位検出装置１３０により北を０度として水平方向時計回りに方位角度の設定をする。

方位角度の設定をしたら、ソナー・レーザー１６０による多点距離を計測する（Ｓ１５）。詳説すれば、ソナー・レ－ザ－１６０を用いて水平角度１～２度毎に０～３６０度まで距離計測を行い、各計測点の位置情報をＸＹＺ座標データとして取得する。そのとき、方位検出装置１３０により取得した方位情報と、位置情報とが関連付けられる。

ソナー・レーザー１６０により、多点距離を計測したら、カメラ１５０、光源１４０による画像を取得する（Ｓ１６）。詳説すれば、カメラ１５０を用いて水平角度０～３６０度の画像情報を取得する。このとき、光源１４０の発色や光量を調整して、鮮明な画像情報を取得する。

画像情報を取得したら、計測情報と画像情報の重ね合わせをする（Ｓ１７）。詳説すれば、ソナー・レーザー１６０で取得した計測点の位置情報とカメラ１５０が取得した画像情報は、図３に示すように、地上機器２０のモニタ・ＰＣ４０に並べて表示するとともに、画像情報上に計測結果を重ね合わせて表示する。計測値は取得したＸＹＺ座標から算出した距離と角度を表示する。

そして、地下計測機器１００の水平０～３６０度データを取得できたかを判定する（Ｓ１８）。Ｓ１８で、ＹＥＳであれば、Ｓ１９に進み、ＮＯであれば、Ｓ１５に戻る。Ｓ１９で計測が終了する。

計測が終了したら、地下空洞２１０の水平方向の延長や拡がりが特定できたかを判定する（Ｓ２０）。Ｓ２０で、ＹＥＳであればＳ２１に進み、ＮＯであれば処理を終了する。

詳説すれば、ソナー・レーザー１６０を用いた距離計測により取得した各計測点のＸＹＺ座標は、地下計測機器１００の周囲水平３６０度の点群として、レーダーチャートや３Ｄ点群としてモニタ・ＰＣ４０上に表示する。この点群の分布形状から地下計測器周囲の壁の形状を特定する。

ソナー・レーザー１６０を用いた計測では確認できない、岩や木材といった材質の違いや、残柱あるいは支保工のような構造物は、光源１４０とカメラ１５０を用いた鮮明な画像情報上に重ね合わせて、表示した計測結果より判定する。

さらに流向流速計１７０により地下空洞２１０内の地下水の流向と流速情報を取得することで、地下空洞２１０内の地下水の流動方向、すなわち地下空洞２１０の延長情報を取得することができる。例えば、流速が遅ければ、地下空洞２１０が閉塞していると判断し、流速が速ければ、地下空洞２１０が拡がっていると判断することができる。また、流向方向に、地下空洞２１０が拡がっていると判断することができる。

ソナー・レーザー１６０計測による地下計測機器１００の周囲水平３６０度の点群情報に、画像情報や流向と流速情報を重ね合わせることで、地下空洞２１０の水平方向の延長や拡がりの特定精度を上げる。

Ｓ２０において、地下空洞２１０の水平方向の延長や拡がりが特定できる場合には、次調査地点の水平方向の距離と角度の決定・報知を行う（Ｓ２１) 。

詳説すれば、地下空洞２１０の水平方向の延長や拡がりを特定した後、ソナー・レーザー１６０計測点群情報をもとに、地下空洞２１０の延長上中央部に次調査地点の位置を設定する。

本実施形態では、壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、となる値を導き出すことで、次調査地点の水平方向の距離と角度の設定が行われる。

なお、上記の、壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、のそれぞれの「中央部」は、所定の数値だけでなく、一定の幅を持った数値の範囲を含むものとする。

次調査地点は、レーダーチャートや３Ｄ点群として、モニタ・ＰＣ１６０に表示するとともに、ＸＹＺ座標から算出した地下計測機器１００からの距離と角度もあわせてモニタ・ＰＣに表示して報知する。

次調査地点の水平方向の距離と角度の決定・報知を行ったら、Ｓ１１に戻る。このとき、空洞調査システム１０を、次調査地点に移動させる。

以上、説明したように、本実施形態の空洞調査システム１０では、地上に配される地上機器２０と、地上機器２０と接続され地下空洞２１０内を計測する地下計測機器１００と、を備え、地下空洞２１０に連通する通路としてのボアホール２００を介して地下空洞２１０内を計測する空洞調査システムであって、
地上機器２０は、
地下空洞２１０内及びボアホール２００内において、地下計測機器１００を移動可能とする移動手段としての昇降装置６０と、
地下計測機器１００の調査地点の平面位置情報を取得する位置検出手段としてのＧＰＳレシーバ７０と、
地上機器２０及び地下計測機器１００を制御する制御手段としての制御装置３０と、
を有し、
地下計測機器１００は、
所定の深度において、地下空洞２１０の壁面の有無及び壁面までの距離を含む壁面情報を取得する壁面検出手段としてのソナー・レーザー１６０と、
ソナー・レーザー１６０が検出した、壁面情報に関連付けられて検出される方位情報を取得する方位検出手段としての方位検出装置１３０と、
を有し、
制御装置３０は、
平面位置情報と、壁面情報と、方位情報と、に基づいて、ボアホール２００の次調査地点を報知する。

これによれば、平面位置情報と、壁面情報と、方位情報と、に基づいて、調査地点における地下空洞２１０の拡がりを確認して、ボアホール２００の次調査地点を、地下空洞２１０上に配置することが可能となる。よって、効率的かつ迅速に地下空洞調査を行うことが可能となる。

また、制御装置３０は、
壁面情報及び方位情報を構成する、地下空洞２１０の壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、壁面情報及び方位情報を構成する、壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、となる値を導き出すことで、ボアホール２００の次調査地点を報知する。

これによれば、地下空洞２１０の壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、となる値を導き出すことで、調査地点における地下空洞２１０の拡がりを確認して、ボアホール２００の次調査地点を、地下空洞２１０上に配置することが可能となる。よって、効率的かつ迅速に地下空洞調査を行うことが可能となる。

また、地下空洞２１０内に貯留する地下水の流向、流速を測定可能な流向・流速測定手段としての流向流速計１７０を備え、
制御装置３０は、測定された地下水の流向、流速を参照して、地下空洞２１０に連通する通路の次調査地点を報知する。

これによれば、測定された地下水の流向、流速を参照することで、地下空洞２１０に連通する通路の次調査地点の精度を向上させることができる。

また、地下空洞２１０内を撮像可能な撮像手段としてのカメラ１５０と、
地下空洞２１０内を照射可能な光源１４０と、
を備え、
前記光源１４０は、白色、緑色、青色、赤色、黄色の単色光、それらの混合光、を発光する。

これによれば、カメラ１５０により、地下空洞２１０内を可視化したうえで、白色光によるハレーションが発生しても、鮮明な画像を得ることできる。

本発明の空洞調査システムは上記構成に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない限り各種の設計変更等が可能である。

例えば、地下空洞２１０に連通する通路として、ボアホール２００で説明したが、斜抗、横抗等その他の坑口で実施することができる。

また、筐体１１０は、固定部と、固定部に対して回動可能な回動部と、を備える構成としていたが、そのようにせずに、筐体１１０自体が回動する構成とすることもできる。

また、ソナー・レーザー１６０の両方を備える構成としたが、いずれか一方で構成することも可能である。

また、次調査地点の報知は、モニタ・ＰＣに表示して報知する以外に、音声、光を用いたドット表示、その他の手段による報知を行うことができる。

また、液体は、地下水以外の液体を含むものとする。

１０空洞調査システム
２０地上機器
３０制御装置
６０昇降装置
７０ＧＰＳレシーバ
１００地下計測機器
１３０方位検出装置
１４０光源
１５０カメラ
１６０ソナー・レーザー
１７０流向流速計
２００ボアホール
２１０地下空洞

Claims

地上に配される地上機器と、前記地上機器と接続され地下空洞内を計測する地下計測機器と、を備え、前記地下空洞に連通する通路を介して前記地下空洞内を計測する空洞調査システムであって、
前記地上機器は、
前記地下空洞内及び前記地下空洞に連通する通路内において、前記地下計測機器を移動可能とする移動手段と、
前記地下計測機器の調査地点の平面位置情報を取得する位置検出手段と、
前記地上機器及び前記地下計測機器を制御する制御手段と、
を有し、
前記地下計測機器は、
所定の深度において、前記地下空洞の壁面の有無及び前記壁面までの距離を含む壁面情報を取得する壁面検出手段と、
前記壁面検出手段が検出した、前記壁面情報に関連付けられて検出される方位情報を取得する方位検出手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記平面位置情報と、前記壁面情報と、前記方位情報と、に基づいて、前記地下空洞に連通する通路の次調査地点を報知することを特徴とする空洞調査システム。
前記制御手段は、
前記壁面情報及び前記方位情報を構成する、前記地下空洞の前記壁面までの距離が検出されなかった方位の中央部、かつ、前記壁面情報及び前記方位情報を構成する、前記壁面までの距離が検出されなかった方位を挟んで、前記壁面までの距離が検出された最も遠い位置にある二点の中央部、となる値を導き出すことで、前記地下空洞に連通する通路の次調査地点を報知することを特徴とする請求項１記載の空洞調査システム。
前記地下空洞内に貯留する液体の流向、流速を測定可能な流向・流速測定手段を備え、
前記制御手段は、測定された前記液体の流向、流速を参照して、前記地下空洞に連通する通路の次調査地点を報知することを特徴とする請求項１又は２記載の空洞調査システム。
前記地下空洞内を撮像可能な撮像手段と、
前記地下空洞内を照射可能な光源と、
を備え、
前記光源は、白色、緑色、青色、赤色、黄色の単色光、それらの混合光、を発光することを特徴とする請求項１、２又は３記載の空洞調査システム。