JP6994431B2 - 金属探査システムおよび金属探査方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属探査システムおよび金属探査方法に関し、特に、地中に埋設される長尺な金属物（例えば、金属管）の存在を確認することが可能な金属探査システムおよび金属探査方法に関するものである。

従来から、掘削機械（例えば、ショベルカー）を用いて道路等を掘削する場合、事前に、工事場所付近に敷設される埋設管の埋設状況をガス会社等の管理事業者に確認したり、また、探査装置を用いて埋設管を探査するなどして、埋設管の破損・損傷を防止するようにしている。

しかしながら、このような作業を事前におこなったとしても、実際に埋設される埋設管の位置が異なっていたり、また、予想だにしなかった埋設管が埋設されている場合が少なくなく、かかる場合、掘削作業中に埋設管を破損・損傷してしまうおそれがあった。

そこで、このような問題を解消するため、例えば、特許文献１に記載のような技術が提案されている。
この特許文献１の技術は、
（ａ）所定情報が記憶されたトランスポンダを予め配管に固定して埋設する、
（ｂ）その後、地中を掘削する際に、掘削機械に取り付けられた送受信装置から呼び掛け信号を発し、トランスポンダからの応答信号を受信することで埋設管の存在を検出する、
ように構成されたものである。

このような技術によれば、埋設管の存在を精度よく検出することができるため、掘削機械による埋設管の破損・損傷を防止することが可能である。

特開平０７－３１７１０７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、配管を地中に埋設する際に、予めトランスポンダを固定しなければならないため、これを埋設する配管の全てに義務付けるのは、事実上、難しい、といった問題があった。

この点、特許文献１の技術は、埋設管の破損・損傷を防止する、といった観点において大きく貢献しているとはいいがたく、汎用性の面において改善の余地があるものであった。

ところで、いわゆるライフラインを構成する埋設管のうち、特に、ガス管および上下水道管においては、「金属部材」により形成されたものがその多くを占めているのが実情である。
このような実情を踏まえると、「金属部材」からなる埋設管の位置を把握しつつ、掘削作業をおこなうことが極めて重要といえる。

本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、汎用性が高く、埋設管の埋設位置を精度よく検出することが可能な金属探査システムおよび金属探査方法を提供することにある。

上記課題は、本発明にかかる金属探査システムによれば、地中に進入可能な地中進入部を有し、前記地中進入部を前記地中に進入させることで地中作業をおこなう地中作業装置と、前記地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する給電装置と、を備えた金属探査システムであって、前記地中進入部に設けられ、前記給電装置により電流が印可されることによって前記埋設対象に生じる磁界を検出する磁界検出部と、前記磁界検出部により検出された前記磁界に基づいて前記埋設対象に対する前記地中進入部の接近度合を算出する接近度合算出部と、を備え、前記給電装置は、前記接近度合算出部により算出された前記接近度合に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変する周波数可変部を有する、ことにより解決される。

同様に、上記課題は、本発明にかかる金属探査方法によれば、地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する電流印可工程と、地中作業をおこなう地中作業装置に設けられた地中進入部を前記地中に進入させる地中進入工程と、前記電流印可工程をおこなうことによって前記埋設対象に生じる磁界を前記地中進入部に設けられた磁界検出部で検出する磁界検出工程と、前記磁界検出工程をおこなうことによって検出された前記磁界に基づいて前記埋設対象に対する前記地中進入部の接近度合を算出する接近度合算出工程と、を備え、前記電流印可工程は、前記接近度合算出工程をおこなうことによって算出された前記接近度合に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変する周波数可変工程を含む、ことによっても解決することができる。

なお、ここでいう「地中作業装置」とは、それを用いて地中作業をおこなうことが可能なありとあらゆる装置を含む概念であり、土等を掘削するショベルカーや地中に穴を形成するボーリングマシンなどの機械のほか、手持ち式のもの、例えば、地中に突き刺して地中の埋設物を探査するいわゆる探査棒やスコップなどを含む意味である。

また、上記「地中進入部」とは、例えば、ショベルカーであれば、土砂等をすくいとるバケットが、探査棒であれば、地中に進入させる部分が、スコップであれば、土砂等をすくいとる部分が、それぞれ該当する。

さらに、上記「埋設対象」とは、電流を流すことが可能なありとあらゆる導電性部材を含む概念であり、その代表的なものとして、金属部材からなる配管（例えば、ガス管および上下水道管）が挙げられる。

上記構成では、
（ａ）「埋設対象」に電流を印可して、その周囲に生じる「磁界」を「地中進入部」に設けられた「磁界検出部」により検出可能な状態にする、
（ｂ）「地中進入部」を地中に進入させる、
（ｃ）「埋設対象」に対する「地中進入部」の接近度合を算出する、
（ｄ）「埋設対象」に対する「地中進入部」の接近度合に応じて「埋設対象」に印可する電流の周波数を可変する、
ように構成されている。

すなわち、上記構成では、「埋設対象」の周囲に生じる「磁界」を「地中進入部」に設けられた「磁界検出部」で検出することができるため、比較的高い精度で「埋設対象」の存在を確認することが可能である。この点、上記構成では、地中作業時に「埋設対象」を破損・損傷させてしまうことを有効に防止することができるものといえる。

また、上記構成では、電流を流すことが可能なものであれば、いかなる「埋設対象」であっても探査することが可能なため、汎用性に富んだものとすることができる。

さらに、上記構成では、地中に「地中進入部」を進入させていくのにしたがって、「埋設対象」に印可される電流の周波数を変化させるように構成されている。

ここで、上記構成のような電磁誘導式の装置では、「埋設対象」に対して、
・低い周波数（例えば、「１０ｋＨｚ」）の電流を流した場合、探査範囲（「磁界の範囲」）を拡大することができる反面、探査精度が低下（測定誤差（ノイズ等）が増大）してしまう一方、
・高い周波数（例えば、「８０ｋＨｚ」）の電流を流した場合、探査精度を向上することができる反面、探査範囲が狭まってしまう、
といった特性（メリットおよびデメリット）を有している。

そうすると、上記構成では、これら周波数による何れのメリットを生かすように、
・「地中進入部」と「埋設対象」との間の距離が離れている場合、低い周波数の電流を「埋設対象」に流す一方、
・これらの距離が近い場合、高い周波数の電流を「埋設対象」に流す、
ことで、消費電力を抑えつつ、「埋設対象」の存在を高い精度で検出することが可能となる。

これらをまとめると、上記構成を備えた本発明によれば、消費電力を抑えつつ、「埋設対象」の存在をより高い精度で検出することができ、汎用性に富んだものとすることが可能である。

なお、上記金属探査システムにかかる発明おいては、前記周波数可変部は、前記接近度合が大きくなるのにしたがって前記電流の周波数を上昇させる、と好適である。

また、上記金属探査システムにかかる発明においては、前記地中作業装置は、前記地中進入部を駆動する駆動部と、前記接近度合に応じて前記駆動部による前記地中進入部の駆動を制御する駆動制御部と、を有する、と好適である。

なお、上記金属探査システムにかかる発明においては、上記構成と密接に関連する他の構成として、地中に進入可能な地中進入部を有し、前記地中進入部を前記地中に進入させることで地中作業をおこなう地中作業装置と、前記地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する給電装置と、を備えた金属探査システムであって、前記地中進入部に設けられ、前記給電装置により前記電流が印可されることによって前記埋設対象に生じる磁界を検出する磁界検出部と、予め定めた基準高さ位置に対する前記地中進入部の上下位置を算出する上下位置算出部と、を備え、前記給電装置は、予め定めた基準高さ位置に対する前記地中進入部の上下位置に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変させる周波数可変部を有する、ように構成することが可能である。

同様に、上記金属探査方法にかかる発明においても、上記構成と密接に関連する他の構成として、地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する電流印可工程と、地中作業をおこなう地中作業装置に設けられた地中進入部を前記地中に進入させる地中進入工程と、前記電流印可工程をおこなうことによって前記埋設対象に生じる磁界を前記地中進入部に設けられた磁界検出部で検出する磁界検出工程と、予め定めた基準高さ位置に対する前記地中進入部の上下位置を算出する上下位置算出工程と、を備え、前記電流印可工程は、前記上下位置算出工程をおこなうことによって算出された前記上下位置に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変する周波数可変工程を含む、ように構成することもできる。

上記他の構成にかかる金属探査システムおよび金属探査方法においても、「埋設対象」と「地中進入部」との間の距離に応じて「埋設対象」に印可する電流の周波数を変化させることが可能なため、上述した発明と同様に、消費電力を抑えつつ、「埋設対象」の存在をより高い精度で検出することができ、汎用性の高いものとすることができる。

なお、上記他の構成にかかる金属探査システムにおいては、前記周波数可変部は、前記上下位置が下方になるのにしたがって前記電流の周波数を上昇させる、と好適である。

また、上記他の構成にかかる金属探査システムにおいては、前記地中作業装置は、前記地中進入部を駆動する駆動部と、前記上下位置に応じて前記駆動部による前記地中進入部の駆動を制御する駆動制御部と、を有する、と好適である。

以上のように、本発明にかかる金属探査システムおよび金属探査方法によれば、簡易な構成でありながらも、消費電力を抑えつつ、埋設対象の存在をより高い精度で検出することできるばかりか、汎用性に富んだものとすることができる。

本実施形態にかかる金属探査システムを説明するための説明図である。 図１の金属探査システムのブロック図である。 図１の金属探査システムの制御処理を示すフロー図である。 管路の周囲に生じる磁界を模式的に示した模式図である。

以下、本発明の一形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態にかかる金属探査システムを説明するための説明図、図２は図１の金属探査システムのブロック図、図３は図１の金属探査システムの制御処理を示すフロー図、図４は管路の周囲に生じる磁界を模式的に示した模式図である。

図１は、本実施形態にかかる金属探査システム１を用いて、地中に埋設された金属製の水道管Ｐを探査している様子を示す図である。なお、上記金属探査システム１と、水道管Ｐとが、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「金属探査システム」と、「埋設対象」とに該当する。

図１に示すように、本実施形態にかかる金属探査システム１は、掘削機械１０と、給電装置２０とを備えている。なお、上記掘削機械１０と、給電装置２０とが、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「地中作業装置」と、「給電装置」とに該当する。

掘削機械１０は、いわゆるショベルカーであって、旋回可能な機体１１に対して、複数のブーム１２Ａ，１２Ｂおよび土砂等をすくい取るバケット１３の順で互いに回動自在に連結されている。なお、上記ブーム１２Ａ，１２Ｂおよびバケット１３が特許請求の範囲に記載の「地中に進入可能な地中進入部」に該当する。

掘削機械１０それ自体は、公知であるため、詳しい説明は省略するが、本実施形態においても、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃに通じる油路を切り換える駆動部（例えば、油圧回路）１７を制御することによって（図２参照）、ブーム１２Ａ，１２Ｂおよびバケット１３がそれぞれ上下方向に移動されるように構成されている。なお、上記駆動部１７が特許請求の範囲に記載の「駆動部」に該当する。

本実施形態にかかる掘削機械１０は、（先端側の）ブーム１２Ｂの内側外面に磁界検出部１６が取り付けられている。この磁界検出部１６は、後述する水道管Ｐの周囲に生じる磁界Ｍを検出することが可能な公知の磁気センサである。なお、上記磁界検出部１６が特許請求の範囲に記載の「磁界検出部」に該当する。

給電装置２０は、探査対象である金属製の水道管Ｐの周囲に磁界Ｍを生じさせる装置であって、掘削機械１０に設けられる磁界検出部１６とともに、いわゆる電磁誘導式の探査装置（電磁誘導型ロケータ）を構成する。

本実施形態では、埋設された水道管Ｐの任意の二点に交流電流ＡＣを流し、これにより生じる磁界（交流磁界）Ｍを、磁界検出部１６で検出することで、水道管Ｐの「埋設位置」および「埋設深度」を求める、いわゆる「二点検出法」を採用している。

具体的には、本実施形態では、給電装置２０の出力端子Ｔ１および入力端子Ｔ２と、埋設された水道管Ｐの二箇所の露出部分Ｅ１，Ｅ２（本実施形態では、給水メータＷＭの継手部分およびバルブＶのフランジ部分）とを、それぞれ、ケーブルＣ１，Ｃ２を介して接続して、水道管Ｐに所定周波数の交流電流ＡＣを流すようにしている。

水道管Ｐに交流電流ＡＣを流すと、一方の出力端子Ｔ１、ケーブルＣ１、水道管Ｐ、ケーブルＣ２および入力端子Ｔ２といった順で流れる閉ループが形成され、水道管Ｐの周囲には、軸方向に沿って同心円状の磁界（交流磁界）Ｍが生じるようになる。

この状態で、水道管Ｐの上方において磁界検出部１６を走査することによって、磁界Ｍを検出することができ、水道管Ｐの「埋設位置」や「埋設深度」は、この検出された磁界Ｍの強度等に基づいて求めることが可能となっている。
このような「埋設位置」および「埋設深度」を求める手法については、いまや公知であるため、詳しい説明を省略するが、例えば、「埋設位置」については、磁界検出部１６を水平方向に移動させることにより、また、「埋設深度」については、磁界検出部１６を上下方向に移動させることにより、それぞれ、求めることが可能である。

なお、本実施形態では、水道管Ｐの「埋設位置」や「埋設深度」を「二点検出法」を用いて求めるように構成したが、いわゆる「一点検出法」を用いて求めることも可能である。この場合、給電装置２０の出力端子Ｔ１と水道管Ｐの任意の一点、例えば、給水メータＷＭの継手部分とをケーブルＣ１を介して接続すればよい。

次に、金属探査システム１を構成する掘削機械１０および給電装置２０の電気的な構成について図１および図２を参照しつつ説明する。

まず、掘削機械１０について説明する。
図１および図２に示すように、掘削機械１０は、制御部１５と、上述した磁界検出部１６と、駆動部１７と、報知部１８と、通信部１９とを有している。なお、上記制御部１５が特許請求の範囲に記載の「接近度合算出部」および「駆動制御部」に該当する。

制御部１５は、磁界検出部１６、駆動部１７、報知部１８および通信部１９と電気的に接続されている。
制御部１５は、駆動部１７を含む掘削機械１０全体の動作を司る装置であって、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や記憶装置などを有している。

詳しくは後述するが、制御部１５は、掘削位置の下方に水道管Ｐが埋設されていると判定すると、
・磁界検出部１６により検出された磁界Ｍの強度等に基づいて、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離を算出する、
・上記算出した距離に応じて、水道管Ｐに印可される交流電流ＡＣの周波数を変更等するための「周波数設定信号」を給電装置２０に送信するとともに、駆動部１７による油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限する、
などの制御をおこなう。

制御部１５の記憶装置には、掘削機械１０の基本動作を司る基本情報や、磁界検出部１６により検出された磁界Ｍに基づいて磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離を求めるための「距離算出情報」が記憶されるほか、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離に関する「距離情報」などが記憶されている。

この「距離情報」について具体的にいえば、記憶装置には、
・交流電流ＡＣの周波数を「第１周波数」（例えば、「１０ｋＨｚ」）にするための「第１安全距離情報」（例えば、「３.５ｍ」以上、以下、この距離を「第１安全距離」と称す）、
・交流電流ＡＣの周波数を「第２周波数」（例えば、「３０ｋＨｚ」）にするための「第２安全距離情報」（例えば、「２．５ｍ」以上「３．５ｍ」未満、以下、この距離を「第２安全距離」と称す）、
・交流電流ＡＣの周波数を「第３周波数」（例えば、「８０ｋＨｚ」）にするための「第３安全距離情報」（例えば、「１．５ｍ」以上「２．５ｍ」未満、以下、この距離を「第３安全距離」と称す）、および、
・駆動部１７による油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限するための「駆動制限距離情報」（例えば、「１．５ｍ」未満、以下、この距離を「駆動制限距離」と称す）、
などが記憶されている。

制御部１５は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第１安全距離」、「第２安全距離」または「第３安全距離」であると判定すると、そのことを示す情報を、給電装置２０に送信するとともに、駆動部１７および報知部１８に出力する制御をおこなう。
一方、制御部１５は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「駆動停止距離」であると判定すると、そのことを示す情報を、駆動部１７および報知部１８に出力する制御をおこなう。

詳しくは後述するが、制御部１５は、「第１安全距離」であると判定すると「第１周波数設定信号」を、「第２安全距離」であると判定すると「第２周波数設定信号」を、「第３安全距離」であると判定すると「第３周波数設定信号」を、それぞれ、給電装置２０に送信するとともに、その距離であることを示す所定の「報知信号」（例えば、音声信号や画像信号）を、報知部１８に出力する制御をおこなう。
これにより、給電装置２０においては、各「周波数設定信号」に対応した周波数の交流電流ＡＣが水道管Ｐに印可される一方、報知部１８においては、例えば、スピーカであれば、その距離に応じた報知音を鳴動させ（「距離」が短くなるのにしたがって間隔が短くなるように鳴動させる等）、表示装置であれば、その距離等が表示されることとなる。

また、制御部１５は、「駆動制限距離」であると判定すると、「駆動制限信号」と、「駆動制限距離」に達していることを示す「報知信号」とを、それぞれ、駆動部１７と、報知部１８とに出力する制御をおこなう。
これにより、駆動部１７においては、バケット１３がその位置よりも下方へ移動しないようにするため、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限する一方、報知部１８においては、その状態であることを示す報知がおこなわれることとなる。
油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限したのは、バケット１３がその位置よりも下方へ移動した場合、水道管Ｐを破損・損傷（以下、「損傷等」と称す）させてしまう可能性が高まるからである。なお、この状態では、バケット１３がその位置よりも下方に「不必要」に移動しなければよいため、バケット１３の上方への移動については制限する必要はなく、また、下方への移動については、安全に作業をおこなうことができるのであれば、必ずしも、禁止しなくてもよい。この場合、例えば、バケットの下方への移動速度を普段よりも遅くなるようにすることも可能である。

報知部１８は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が、「第１安全距離」～「第３安全距離」および「駆動停止距離」となった場合に、その状態になっていることを作業者に報知するための装置であって、制御部１５から出力される信号に基づいて作動されるように構成されている。なお、このような報知部１８は、上述したようなスピーカや表示装置などを、例えば、機体１１の操縦席等に設けることによって実現することが可能である。

通信部１９は、給電装置２０と無線通信または有線通信することが可能なインターフェイスであって、各種情報を送受信するためのものである。

次に、給電装置２０について説明する。
図２に示すように、給電装置２０は、制御部２１と、周波数可変部２２と、通信部２３とを有している。なお、上記周波数可変部２２が特許請求の範囲に記載の「周波数可変部」に該当する。

制御部２１は、例えば、中央処理装置や記憶装置などが搭載されたマイコン（Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ）により構成され、周波数可変部２２および通信部２３と電気的に接続されている。
本実施形態において、制御部２１は、主として、掘削機械１０から送信された「第１周波数設定信号」～「第３周波数設定信号」に基づいて、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を設定（変更）する制御をおこなう。

制御部２１の記憶装置には、給電装置２０の基本動作を司る基本情報が記憶されるほか、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数に関する「周波数情報」などが記憶されている。
この「周波数情報」について具体的にいえば、記憶装置には、
・「第１周波数設定信号」を受信したときに設定する「第１周波数情報」（例えば、「１０ｋＨｚ」、以下、この周波数を「第１周波数」と称す）、
・「第２周波数設定信号」を受信したときに設定する「第２周波数情報」（例えば、「３０ｋＨｚ」、以下、この周波数を「第２周波数」と称す）、
・「第３周波数設定信号」を受信したときに設定する「第３周波数情報」（例えば、「８０ｋＨｚ」、以下、この周波数を「第３周波数」と称す）、および、
・探査対象（水道管Ｐ）に最初に交流電流ＡＣを印可する際の「初期周波数情報（デフォルト周波数情報）」（例えば、「１０ｋＨｚ」、以下、この周波数を「デフォルト周波数」と称す）、
などが記憶されている。

周波数可変部２２は、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を可変するための回路であって、公知の周波数変換回路（例えば、インバータ）を用いて構成することができるものである。この周波数可変部２２は、一端が１００Ｖや２００Ｖの交流電源（商用電源）等に接続される一方、他端が出力端子Ｔ１および入力端子Ｔ２に接続されている。なお、出力端子Ｔ１および入力端子Ｔ２は、上述したように、ケーブルＣ１およびケーブルＣ２を介して、水道管Ｐの所定箇所（露出部分Ｅ１，Ｅ２）に接続されるようになっている（図１参照）。

通信部２３は、掘削機械１０の通信部１９と同様な構成を有し、当該通信部１９と有線または無線通信することが可能なインターフェイスである。

次に、掘削機械１０の制御部１５によっておこなわれる制御処理（金属探査方法）について図１～図４を参照しつつ説明する。
本制御処理は、掘削機械１０と給電装置２０とが互いに通信可能な状態となっており、かつ、探査対象（本実施形態では、「水道管Ｐ」）に「デフォルト周波数」の交流電流ＡＣが印可されていることを条件に実行されるように構成されている。なお、上記「水道管Ｐ」に交流電流ＡＣを印可する作業が、特許請求の範囲に記載の「電流印可工程」に該当する。

（ステップＳ１０１）
図３に示すように、掘削機械１０の制御部１５は、まず、ステップＳ１０１において、掘削動作中であるか否かの判定をおこなう。
具体的に、制御部１５は、ブーム１２Ａ，１２Ｂおよびバケット１３を動作させる駆動部１７が駆動しているか否かを判定する。
制御部１５は、駆動部１７が駆動していると判定すると、ステップＳ１０２に処理を移し、駆動していないと判定すると、本制御処理を終了する。なお、上記バケット１３等を地中に進入させる動作が特許請求の範囲に記載の「地中進入工程」に該当する。

（ステップＳ１０２）
制御部１５は、ステップＳ１０２において、水道管Ｐの周囲に生じている磁界Ｍが、磁界検出部１６によって検出されているか否かを判定する。なお、本実施形態では、上述したように、本制御処理をおこなっている状態で、水道管Ｐに所定周波数（「第１周波数」～「第３周波数」および「デフォルト周波数」）の交流電流ＡＣが印可されているため、水道管Ｐの「上方周辺」の場所で掘削作業をおこなっていれば、磁界検出部１６により磁界Ｍが検出されることとなる。
制御部１５は、磁界検出部１６によって磁界Ｍが検出されていると判定すると、ステップＳ１０３に処理を移し、磁界Ｍが検出されていないと判定すると、本制御処理を終了する。なお、上記水道管Ｐの周囲に生じている磁界Ｍを磁界検出部１６で検出する作業が、特許請求の範囲に記載の「磁界検出工程」に該当する。

（ステップＳ１０３）
制御部１５は、ステップＳ１０３において、掘削位置の下方に水道管Ｐが埋設されているか否かを判定する。なお、このような判定は、公知の「埋設位置」を求める手法（例えば、磁界検出部１６を水平方向に移動（機体１１を左右方向に旋回）させたときに検出された磁界Ｍのピーク値に基づいて求める手法）を適宜採用することにより実現することが可能である。
制御部１５は、掘削位置の下方に、水道管Ｐが埋設されていると判定すると、ステップＳ１０４に処理を移し、水道管Ｐが埋設されていないと判定すると、本制御処理を終了する。なお、掘削位置の下方に水道管Ｐが埋設されていないことが明らかな場合（例えば、他の電磁誘導型ロケータ等探査装置によって探査しても、このことが明らかな場合）には、給電装置２０による交流電流ＡＣの印可を停止してもよい（ステップＳ１０２およびステップＳ１０３で「Ｎｏ」と判定）。このようにすれば、無駄な電力の消費を防止することが可能となる。

（ステップＳ１０４）
制御部１５は、ステップＳ１０４において、磁界検出部１６から水道管Ｐまでの距離を算出する処理をおこなう。なお、このような判定は、公知の「埋設深度」を求める手法（例えば、磁界検出部１６を上下方向に移動（ブーム１２Ａ，１２Ｂを上下方向に移動）させたときに変位する磁界Ｍの強度等に基づいて算出する手法）を適宜採用することにより実現することが可能である。
制御部１５は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離を算出した後、ステップＳ１０５に処理を移す。なお、上記制御部１５によるステップＳ１０４の処理が特許請求の範囲に記載の「接近度合算出工程」に該当する。

（ステップＳ１０５）
制御部１５は、ステップＳ１０５において、上記ステップＳ１０４の処理で算出した距離が「第１安全距離」（例えば、「３．５ｍ」）以上であるか否かを判定する。
制御部１５は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第１安全距離」であると判定すると、ステップＳ１０６に処理を移し、これらの距離が「第１安全距離」でないと判定すると、ステップＳ１０７に処理を移す。

（ステップＳ１０６）
制御部１５は、ステップＳ１０６において、「第１周波数設定信号」を給電装置２０に送信するとともに、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第１安全距離」であることを示す「報知信号」を報知部１８に出力する制御をおこなう。
これにより、給電装置２０の制御部２１においては、「第１周波数」（例えば、「１０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣが水道管Ｐに印可されるように制御する一方（図４の磁界「Ｍ１」参照）、報知部１８においては、「第１安全距離」であることを示す報知がおこなわれることとなる。
制御部１５は、給電装置２０に「第１周波数設定信号」を送信するとともに、報知部１８に所定の「報知信号」を出力する制御をおこなった後、本制御処理を終了する。なお、制御部１５による上記ステップＳ１０６の処理、後述するステップＳ１０８の処理およびステップＳ１１０の処理が、特許請求の範囲に記載の「周波数可変工程」に該当する。

（ステップＳ１０７）
制御部１５は、ステップＳ１０７において、上記ステップＳ１０４の処理で算出した距離が「第２安全距離」（例えば、「２．５ｍ」）以上であるか否かを判定する。
制御部１５は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第２安全距離」であると判定すると、ステップＳ１０８に処理を移し、これらの間の距離が「第２安全距離」でないと判定すると、ステップＳ１０９に処理を移す。

（ステップＳ１０８）
制御部１５は、ステップＳ１０８において、「第２周波数設定信号」を給電装置２０に送信するとともに、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第２安全距離」であることを示す「報知信号」を報知部１８に出力する制御をおこなう。
これにより、給電装置２０の制御部２１においては、「第２周波数」（例えば、「３０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣが水道管Ｐに印可されるように制御する一方（図４の磁界「Ｍ２」参照）、報知部１８においては、「第２安全距離」であることを示す報知がおこなわれることとなる。
制御部１５は、給電装置２０に「第２周波数設定信号」を送信するとともに、報知部１８に所定の「報知信号」を出力する制御をおこなった後、本制御処理を終了する。

（ステップＳ１０９）
制御部１５は、ステップＳ１０９において、上記ステップＳ１０４の処理で算出した距離が「第３安全距離」（例えば、「１．５ｍ」以上「２．５ｍ」未満）であるか否かを判定する。
制御部１５は、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第３安全距離」であると判定すると、ステップＳ１１０に処理を移し、これらの間の距離が「第３安全距離」でないと判定すると、ステップＳ１１１に処理を移す。

（ステップＳ１１０）
制御部１５は、ステップＳ１１０において、「第３周波数設定信号」を給電装置２０に送信するとともに、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「第３安全距離」であることを示す「報知信号」を報知部１８に出力する制御をおこなう。
これにより、給電装置２０の制御部２１においては、「第３周波数」（例えば、「８０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣが水道管Ｐに印可されるように制御する一方（図４の磁界「Ｍ３」参照）、報知部１８においては、「第３安全距離」であることを示す報知がおこなわれることとなる。
制御部１５は、給電装置２０に「第３周波数設定信号」を送信するとともに、報知部１８に所定の「報知信号」を出力する制御をおこなった後、本制御処理を終了する。

（ステップＳ１１１）
制御部１５は、ステップＳ１１１において、「駆動制限信号」と、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「駆動制限距離」に達していることを示す「報知信号」とを、それぞれ駆動部１７と、報知部１８とに出力する制御をおこなう。
なお、本制御処理は、上記ステップＳ１０９の処理で磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が、「第３安全距離」（例えば、「１．５ｍ」以上「２．５ｍ」未満）でないと判定された場合、すなわち、「駆動制限距離」（例えば、「１．５ｍ」未満）に達している場合におこなわれるようになっている。
これにより、駆動部１７においては、バケット１３がその位置よりも下方へ移動しないように、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限する一方、報知部１８においては、その状態であることを示す報知がおこなわれることとなる。

以上のように、本実施形態では、
（ａ）水道管Ｐに交流電流ＡＣを印可して、その周囲に生じる磁界Ｍを、掘削機械１０の先端側のブーム１２Ｂに設けられた磁界検出部１６により検出できる状態にする、
（ｂ）バケット１３等を地中に進入させる、
（ｃ）磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が接近していくのにしたがって、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を「第１周波数」（例えば、「１０ｋＨｚ」）→「第２周波数」（例えば、「３０ｋＨｚ」）→「第３周波数」（例えば、「８０ｋＨｚ」）といったように段階的に上昇させる、
（ｄ）磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「駆動制限距離」（例えば、「１．５ｍ」未満）に達した場合、バケット１３の下方への移動を制限する、
ように構成されている。

すなわち、本実施形態では、水道管Ｐの周囲に生じる磁界Ｍを、掘削機械１０の磁界検出部１６で検出することが可能なため、比較的高い精度で水道管Ｐの存在を確認することが可能である。この点、本実施形態では、掘削機械１０による掘削作業時に、水道管Ｐを損傷等させてしまうことを有効に防止することができるものといえる。

また、本実施形態では、水道管Ｐに対して、
・磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が離れている場合、ノイズ等により探査精度が低下するものの、範囲の広い磁界Ｍ（図４の磁界「Ｍ１」参照）を生じさせる「第１周波数」（例えば、「１０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣを印可する一方、
・これらの距離が接近している場合、範囲が狭くなるものの、探査精度の高い磁界Ｍ（図４の磁界「Ｍ３」参照）を生じさせる「第３周波数」（例えば、「８０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣを印可する、
ように構成されているため、消費電力を抑えつつも、水道管Ｐの存在を高い精度で検出することが可能である。

さらに、本実施形態では、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「駆動制限距離」（例えば、「１．５ｍ」未満）に達した場合、バケット１３の下方への移動を制限するように構成されているため、水道管Ｐの損傷等を確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、金属製の水道管Ｐに交流電流ＡＣを印可して探査をおこなったが、導電性を有する、ありとあらゆる「埋設対象」にも、本実施形態の技術（本発明）を適用することが可能である。この点、本発明は、汎用性に優れたものといえる。

また、本実施形態では、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離に応じて「段階的」に変化させるように構成したが（「第１周波数」→「第２周波数」→「第３周波数」）、これらの距離に応じて「連続的」に変化させることも可能である。

さらに、本実施形態（以下、「第１実施形態」と称す）では、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離に応じて変化させるように構成したが、地面に対するバケット１３の進入量に応じて変化させることも可能である。なお、このような進入量は、例えば、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの各伸縮量等に基づいて算出することにより求めることができる。

この場合、上記第１実施形態と同様に、例えば、地面に対するバケット１３の進入量が増加（減少）するのにしたがって、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を、「段階的」に、または、「連続的」に上昇（減少）させるようにすればよい。なお、上記「地面」の高さが特許請求の範囲に記載の「基準高さ位置」に該当する。また、上記地面に対するバケット１３の進入量を求める制御装置（例えば、制御部１５）およびその処理が、それぞれ、特許請求の範囲に記載の「上下位置算出部」および「上下位置算出工程」に該当する。

この点について具体的にいえば、例えば、水道事業者への照会により、工事現場付近に埋設深度「５ｍ」の水道管Ｐが埋設されていることが判明していたとすると、上記変形例（以下、「第２実施形態」と称す）では、
・地面に対するバケット１３の進入量が「１．５ｍ」未満のときに、「第１周波数」（例えば、「１０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣを、
・地面に対するバケット１３の進入量が「１．５ｍ」以上「２．５ｍ」未満のときに、「第２周波数」（例えば、「３０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣを、
・地面に対するバケット１３の進入量が「２．５ｍ」以上「３．５ｍ」未満のときに、「第３周波数」（例えば、「８０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣを、
それぞれ、水道管Ｐに印可するように、このような情報を、制御部２１の記憶装置に記憶させておけばよい。

なお、上記照会により得られる埋設深度は、工事現場の状況（例えば、他の埋設管の埋設状況）によって変動しやすい値であるため、「大よその目安」（上記例では、水道管Ｐの埋設深度が「大よそ」「５ｍ」）して取り扱うのが一般的である。このため、本第２実施形態のように、地面に対するバケット１３の進入量に基づいて周波数を設定する場合、上述した例（地面に対するバケット１３の進入量が「２．５ｍ」以上「３．５ｍ」未満のときに「第３周波数」を水道管Ｐに印可する等）のごとく、照会による埋設深度に安全値を見込んだうえでおこなうのが望ましいものといえる。

このように、本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、
・磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が離れている場合、探査精度が低下するものの、水道管Ｐの周囲に範囲の広い磁界Ｍを生じさせる「第１周波数」の交流電流ＡＣを印可する一方（図４の磁界「Ｍ１」参照）、
・これらの距離が接近している場合、探査精度の高い磁界Ｍを生じさせる「第３周波数」の交流電流ＡＣを印可する（図４の磁界「Ｍ３」参照）、
ことが可能である。

この点、本第２実施形態は、水道管Ｐが「大よそ」この深さ（上記例では、「５ｍ」）に埋まっているであろうといった予測のもと、地面に対するバケット１３の進入量に応じて、水道管Ｐに印可する交流電流ＡＣの周波数を変化させているものではあるが、上記第１実施形態と同様に、バケット１３に取り付けられた磁界検出部１６により、水道管Ｐの存在を高い精度で検出することができるものといえる（図４等参照）。

なお、本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、地面に対するバケット１３の進入量が所定値に達した場合（上記例では、例えば、地面に対するバケット１３の進入量が「３.５ｍ」以上となった場合）、バケット１３がその位置よりも下方に移動しないように、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限することも可能である。

もちろん、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限する制御については、地面に対するバケット１３の進入量に基づいて制御する場合に限られず、上記第１実施形態のように、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離に応じて制御することも可能である。
この場合の制御について、上記例にならって説明すると、例えば、地面に対するバケット１３の進入量が「２．５ｍ」以上「３．５ｍ」未満となって水道管Ｐに「第３周波数」の交流電流ＡＣを印可した後、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が「駆動制限距離」（例えば、「１．５ｍ」未満）に達したときに、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限する制御をおこなえばよい。

さらに、このような制御をおこなうほか、例えば、地面に対するバケット１３の進入量が「１．５ｍ」以上「２．５ｍ」未満となって水道管Ｐに「第２周波数」の交流電流ＡＣを印可した後、上記第１実施形態と同様な制御をおこなうことも可能である。
この場合、例えば、地面に対するバケット１３の進入量に基づいて水道管Ｐに「第２周波数」の交流電流ＡＣを印可した後、磁界検出部１６と水道管Ｐとの間の距離が、
・「第３駆動制限距離」（例えば、「１．５ｍ」以上「２．５ｍ」未満）になると、「第３周波数」（例えば、「８０ｋＨｚ」）の交流電流ＡＣを水道管Ｐに印可する一方、
・「駆動制限距離」（例えば、「１．５ｍ」未満）になると、油圧シリンダ１４Ａ～１４Ｃの駆動を制限する制御をおこなえばよい。

なお、上記第１実施形態および第２実施形態では、磁界検出部１６を、（先端側の）ブーム１２Ｂの内側外面に取り付けたが、その他の場所、例えば、バケット１３に取り付けることも可能である。この場合、破損防止の観点から、磁界検出部１６をバケット１３の所定位置（例えば、刃先）に埋め込んでもよい。

また、上記第１実施形態および第２実施形態では、地中作業装置の一例として、いわゆるショベルカー（掘削機械１０）を例示したが、その他の掘削機械（例えば、いわゆるボーリングマシン）であってもよく、手持ち式のもの、例えば、地中に突き刺して地中の埋設物を探査するいわゆる探査棒やスコップであってもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述および図面により、本発明は限定されるものではない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実例および運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることはもちろんであることを付け加えておく。

１ 金属探査システム
１０ 掘削機械
１１ 機体
１２Ａ，１２Ｂ ブーム
１３ バケット
１４Ａ～１４Ｃ 油圧シリンダ
１５ 制御部
１６ 磁界検出部
１７ 駆動部
１８ 報知部
１９ 通信部
２０ 給電装置
２１ 制御部
２２ 周波数可変部
２３ 通信部
ＡＣ 交流電流
Ｍ，Ｍ１～Ｍ３ 磁界
Ｐ 水道管
ＷＭ 給水メータ
Ｖ バルブ
Ｅ１，Ｅ２ 露出部分
Ｔ１ 出力端子
Ｔ２ 入力端子
Ｃ１，Ｃ２ ケーブル

Claims (8)

1. 地中に進入可能な地中進入部を有し、前記地中進入部を前記地中に進入させることで地中作業をおこなう地中作業装置と、
   前記地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する給電装置と、を備えた金属探査システムであって、
   前記地中進入部に設けられ、前記給電装置により電流が印可されることによって前記埋設対象に生じる磁界を検出する磁界検出部と、
   前記磁界検出部により検出された前記磁界に基づいて前記埋設対象に対する前記地中進入部の接近度合を算出する接近度合算出部と、を備え、
   前記給電装置は、
   前記接近度合算出部により算出された前記接近度合に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変する周波数可変部を有する、
   ことを特徴とする金属探査システム。
2. 前記周波数可変部は、前記接近度合が大きくなるのにしたがって前記電流の周波数を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の金属探査システム。
3. 前記地中作業装置は、
   前記地中進入部を駆動する駆動部と、
   前記接近度合に応じて前記駆動部による前記地中進入部の駆動を制御する駆動制御部と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属探査システム。
4. 地中に進入可能な地中進入部を有し、前記地中進入部を前記地中に進入させることで地中作業をおこなう地中作業装置と、
   前記地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する給電装置と、を備えた金属探査システムであって、
   前記地中進入部に設けられ、前記給電装置により前記電流が印可されることによって前記埋設対象に生じる磁界を検出する磁界検出部と、
   予め定めた基準高さ位置に対する前記地中進入部の上下位置を算出する上下位置算出部と、を備え、
   前記給電装置は、
   予め定めた基準高さ位置に対する前記地中進入部の上下位置に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変させる周波数可変部を有する、
   ことを特徴とする金属探査システム。
5. 前記周波数可変部は、前記上下位置が下方になるのにしたがって前記電流の周波数を上昇させることを特徴とする請求項４に記載の金属探査システム。
6. 前記地中作業装置は、
   前記地中進入部を駆動する駆動部と、
   前記上下位置に応じて前記駆動部による前記地中進入部の駆動を制御する駆動制御部と、を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属探査システム。
7. 地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する電流印可工程と、
   地中作業をおこなう地中作業装置に設けられた地中進入部を前記地中に進入させる地中進入工程と、
   前記電流印可工程をおこなうことによって前記埋設対象に生じる磁界を前記地中進入部に設けられた磁界検出部で検出する磁界検出工程と、
   前記磁界検出工程をおこなうことによって検出された前記磁界に基づいて前記埋設対象に対する前記地中進入部の接近度合を算出する接近度合算出工程と、を備え、
   前記電流印可工程は、
   前記接近度合算出工程をおこなうことによって算出された前記接近度合に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変する周波数可変工程を含む、
   ことを特徴とする金属探査方法。
8. 地中に埋設された導電性を有する埋設対象に電流を印可する電流印可工程と、
   地中作業をおこなう地中作業装置に設けられた地中進入部を前記地中に進入させる地中進入工程と、
   前記電流印可工程をおこなうことによって前記埋設対象に生じる磁界を前記地中進入部に設けられた磁界検出部で検出する磁界検出工程と、
   予め定めた基準高さ位置に対する前記地中進入部の上下位置を算出する上下位置算出工程と、を備え、
   前記電流印可工程は、
   前記上下位置算出工程をおこなうことによって算出された前記上下位置に応じて前記埋設対象に印可する前記電流の周波数を可変する周波数可変工程を含む、
   ことを特徴とする金属探査方法。

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