JP2010271059A - Ground survey system - Google Patents

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Keiichi Suzuki
敬一 鈴木
Hiroshi Onuma
寛 大沼
Ryuji Kubota
隆二 久保田
Akihiko Miyagawa
彰彦 宮川
Tadahiko Okumura
忠彦 奥村
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KAWASAKI GEOL ENGINEERING CO Ltd
KAWASAKI GEOLOGICAL ENGINEERING CO Ltd
Engineering Advancement Association of Japan
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KAWASAKI GEOL ENGINEERING CO Ltd
KAWASAKI GEOLOGICAL ENGINEERING CO Ltd
Engineering Advancement Association of Japan
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ground survey system which is not influenced by an unpredictable disturbance such as vibration and electric noise, and does not require to occupy a ground surface area. <P>SOLUTION: This ground survey system includes: a counting means for counting cosmic ray muons; an angle changing means for changing the direction of counting of the cosmic ray muons by the counting means; a position changing means for changing a position where the cosmic ray muons are counted by the counting means; a means for acquiring distributions of cosmic ray muons, which determines a position distribution and an angle distribution of the cosmic ray muons, by counting the cosmic ray muons by the counting means while changing the direction by the angle changing means, and counting the cosmic ray muons by the counting means while changing the direction by the position changing means; and a tomography analysis means for performing tomography analysis based on the position distribution and angle distribution of the cosmic ray muons determined by the distribution acquisition means. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、地盤探査システムに関し、特に地盤の密度分布を測定する地盤探査システムに関する。   The present invention relates to a ground exploration system, and more particularly to a ground exploration system for measuring the density distribution of the ground.

最近では、都市部におけるインフラストラクチャの老朽化等により、地盤中に空洞が発生し、社会問題となっている。そこで、従来、これらの空洞の存在を調査する地盤探査システムの研究が行われている。   Recently, due to aging infrastructure in urban areas, cavities are generated in the ground, which has become a social problem. Therefore, research on ground exploration systems that investigate the existence of these cavities has been conducted.

たとえば特許文献１に記載の発明では、被探査地域の複数の測定地点で常時微動の時刻歴波形を測定した結果をスペクトル分析して、該複数の測定地点の各々のスペクトルを得て、前記測定地点の１つを基準点とし、その基準点と他の測定地点の振動数毎のスペクトル振幅値の比を算出し、該振幅値の比のバラツキを求め、そのバラツキが大きい程、空洞の存在の可能性が大きいと判定するようにしている。   For example, in the invention described in Patent Document 1, spectrum analysis is performed on the result of measurement of the time history waveform of microtremors at a plurality of measurement points in the surveyed area, and the spectrum of each of the plurality of measurement points is obtained. Using one of the points as a reference point, calculate the ratio of the spectrum amplitude value for each frequency at the reference point and other measurement points, and find the variation in the ratio of the amplitude values. The larger the variation, the more the cavity exists It is determined that the possibility of

特開２００６−２９２４１５号公報JP 2006-292415 A

ところで、都市部におけるインフラストラクチャの老朽化による空洞を調べるには、ノイズに影響されず、地表部を占有しないで行うことが重要である。   By the way, in order to investigate the cavities caused by the aging of infrastructure in urban areas, it is important not to be affected by noise and without occupying the surface.

しかし、従来の調査方法を都市部で行うには、予測不可能な交通振動や工場の振動、あるいは送電線からの電気ノイズの影響により十分な成果をあげているとは言い難い。また、さらに地表部の道路などで行うには、その道路を占有するため交通規制が必須であり、交通渋滞などの発生が懸念される。   However, it is difficult to say that the conventional survey methods have been successful enough in urban areas due to unpredictable traffic vibrations, factory vibrations, or electrical noise from power transmission lines. Furthermore, in order to occupy the road on the surface, traffic regulation is indispensable because it occupies the road, and there is a concern that traffic congestion will occur.

特許文献１に記載の発明においても、予測不可能な交通振動や工場の振動の影響を受けるため、精度の高い探知をするのは困難であるという問題があった。   The invention described in Patent Document 1 is also affected by unpredictable traffic vibrations and factory vibrations, which makes it difficult to detect with high accuracy.

本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、振動や電気ノイズなどの予測不可能な外乱の影響を受けず、また、地表部を占有する必要のない地盤探査システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a ground exploration system that is not affected by unpredictable disturbances such as vibration and electrical noise and that does not need to occupy the ground surface. And

本発明は上記の目的を達成するために、地下構造物（地下鉄、共同溝、洞道、下水管など）で宇宙線ミュー粒子を測定することにより、上部の地盤の密度分布を解析し、これにより地盤の空洞を探査する。   In order to achieve the above object, the present invention analyzes the density distribution of the upper ground by measuring the cosmic ray muon in an underground structure (subway, joint groove, cave, sewer pipe, etc.) To explore the ground cavity.

また本発明の地盤探査システムは、宇宙線ミュー粒子を計数する計数手段と、前記計数手段により宇宙線ミュー粒子を計数する向きを変化させる角度変化手段と、前記計数手段により宇宙線ミュー粒子を計数する位置を変化させる位置変化手段と、前記角度変化手段で向きを変化させながら前記計数手段によって宇宙線ミュー粒子を計数するとともに、前記位置変化手段で向きを変化させながら前記計数手段によって宇宙線ミュー粒子を計数することによって、宇宙線ミュー粒子の位置分布および角度分布を求める宇宙線ミュー粒子分布取得手段と、前記分布取得手段で求めた宇宙線ミュー粒子の位置分布および角度分布に基づいてトモグラフィ解析を行うトモグラフィ解析手段と、を備えたことを特徴とする。   Further, the ground exploration system of the present invention comprises a counting means for counting cosmic ray muons, an angle changing means for changing the direction in which the cosmic ray muons are counted by the counting means, and a cosmic ray muon by the counting means. Cosmic ray mu particles are counted by the counting means while changing the direction by the angle changing means, and the cosmic ray mu by the counting means while changing the direction by the position changing means. Cosmic ray mu particle distribution acquisition means for determining the position distribution and angular distribution of cosmic ray mu particles by counting particles, and tomography based on the position distribution and angular distribution of cosmic ray mu particles determined by said distribution acquisition means And a tomography analysis means for performing analysis.

また本発明の地盤探査システムは、前記トモグラフィ解析手段による解析結果を可視化して表示する解析結果表示手段をさらに備えたことを特徴とする。   The ground exploration system of the present invention further includes an analysis result display means for visualizing and displaying the analysis result by the tomography analysis means.

また本発明の地盤探査システムは、前記計数手段が、２つのシンチレータの両方を通過した宇宙線ミュー粒子を計数するものであることを特徴とする。   The ground exploration system of the present invention is characterized in that the counting means counts cosmic ray muons that have passed through both scintillators.

本発明によれば、振動や電気ノイズなどの予測不可能な外乱の影響を受けず、また、地表部を占有する必要のない地盤探査システムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a ground exploration system that is not affected by unpredictable disturbances such as vibration and electrical noise and that does not need to occupy the ground surface.

本発明による地盤探査システムの一実施形態の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of one Embodiment of the ground exploration system by this invention. 図１に示した地盤探査システム１の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the ground exploration system 1 shown in FIG. 図１に示した地盤探査システム１の原理を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principle of the ground exploration system 1 shown in FIG. 本実施形態の地盤探査システム１による測定範囲の一例を示す概略側断面図である。It is a schematic sectional side view which shows an example of the measurement range by the ground exploration system 1 of this embodiment. 地盤中の空洞によるミュー粒子の角度分布依存性を示す図であり、（ａ）は地盤の様子を示す側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したＡ点の各角度位置での宇宙線ミュー粒子の同時通過数を示すグラフであり、（ｃ）は（ａ）に示したＢ点の各角度位置での宇宙線ミュー粒子の同時通過数を示すグラフである。It is a figure which shows the angular distribution dependence of the mu particle by the cavity in the ground, (a) is a sectional side view which shows the mode of the ground, (b) is each angle position of A point shown to (a). It is a graph which shows the simultaneous passage number of cosmic-ray muon, and (c) is a graph which shows the simultaneous passage number of the cosmic-ray muon in each angular position of B point shown to (a). 本実施形態の地盤探査システム１のパソコン１３で実行されるトモグラフィ解析のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the tomography analysis performed with the personal computer 13 of the ground exploration system 1 of this embodiment. （ａ）は初期モデルの例を示す側断面図であり、（ｂ）は位置と角度を変えて宇宙線ミュー粒子の係数を行うすなわち宇宙線ミュー粒子の透過率を測定する様子を示す側断面図であり、（ｃ）はトモグラフィ解析を行った結果である地盤の密度分布を示す側断面図であり、（ｄ）は複数の断面で測定することによる３次元可視化への応用を示す斜視図である。(A) is a side sectional view showing an example of an initial model, and (b) is a side sectional view showing a state in which the coefficient of cosmic ray muons is changed by changing the position and angle, that is, the transmittance of cosmic ray muons is measured. (C) is a sectional side view showing the density distribution of the ground as a result of tomographic analysis, and (d) is a perspective view showing an application to three-dimensional visualization by measuring with a plurality of cross sections. FIG.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明による地盤探査システムの一実施形態の構成を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a ground exploration system according to the present invention.

図１を参照して分かるように、本実施形態の地盤探査システム１は、台車６に搭載された２つのシンチレータ２ａおよび２ｂを有して構成され、この２つのシンチレータ２ａおよび２ｂによって宇宙線ミュー粒子を検出する。   As can be seen with reference to FIG. 1, the ground exploration system 1 of the present embodiment includes two scintillators 2 a and 2 b mounted on a carriage 6, and the two scintillators 2 a and 2 b use the cosmic ray mues. Detect particles.

２つのシンチレータ２ａおよび２ｂはフレーム７の両端に設けられ、フレーム７は軸８において回動可能に軸支されている。図１に示すように、本実施形態では、シンチレータ２ａおよび２ｂの大きさは３０〜５０ｃｍ程度であり、シンチレータ２ａとシンチレータ２ｂとの間隔は２ｍ程度にしている。フレーム７の軸８付近には、台車６の位置を検出する位置検出器４および、フレーム７の回動角度を検出する角度検出器５が搭載されている。   The two scintillators 2 a and 2 b are provided at both ends of the frame 7, and the frame 7 is pivotally supported by a shaft 8. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the sizes of the scintillators 2a and 2b are about 30 to 50 cm, and the distance between the scintillator 2a and the scintillator 2b is about 2 m. A position detector 4 that detects the position of the carriage 6 and an angle detector 5 that detects the rotation angle of the frame 7 are mounted near the shaft 8 of the frame 7.

フレーム７は、図示しないモータ等の駆動手段によって軸８を中心にして回動させられる。このフレーム７の回動角度は角度検出器５で検出され、図示しない制御手段では、この検出結果に基づきモータの角度位置のフィードバック制御を行う。すなわち、制御手段は、フレーム７をモータによって回動させ、フレーム７を所定角度位置で停止させることができる。角度検出器５としてはモータのエンコーダやジャイロ等を用いることができる。   The frame 7 is rotated around the shaft 8 by a driving means such as a motor (not shown). The rotation angle of the frame 7 is detected by the angle detector 5, and the control means (not shown) performs feedback control of the angular position of the motor based on the detection result. That is, the control means can rotate the frame 7 with a motor and stop the frame 7 at a predetermined angular position. As the angle detector 5, a motor encoder, a gyro, or the like can be used.

また、台車６は、図示しないモータ等の移動手段によって移動可能に構成されている。台車６の位置は位置検出器４によって検出される。位置検出器４としてはたとえばＧＰＳを用いることができる。   The carriage 6 is configured to be movable by a moving means such as a motor (not shown). The position of the carriage 6 is detected by the position detector 4. As the position detector 4, for example, GPS can be used.

シンチレータ２ａおよび２ｂは宇宙線ミュー粒子の通過に応じて発光し、この発光は光電子増倍管３ａおよび３ｂによって検出され、その検出結果はディスクリミネータ１１によって分析される。すなわち、ディスクリミネータ１１は、発光の検出結果のうち所定のエネルギーよりも高いものを分別して、宇宙線ミュー粒子が通過したときのエネルギーを判別する。ディスクリミネータ１１は安定化電源１０から電源供給される。   The scintillators 2a and 2b emit light in response to the passage of the cosmic ray muon, and the emitted light is detected by the photomultiplier tubes 3a and 3b, and the detection result is analyzed by the discriminator 11. That is, the discriminator 11 discriminates the energy when the cosmic ray muon has passed by classifying the light emission detection result higher than the predetermined energy. The discriminator 11 is supplied with power from the stabilized power supply 10.

同時計数回路１２は、ディスクリミネータ１１による判別結果に基づき、シンチレータ２ａおよび２ｂの両方を通過した宇宙線ミュー粒子の数を計数する。宇宙線ミュー粒子は直進するため、フレーム７を所定角度位置で停止させ、シンチレータ２ａおよび２ｂの両方を通過した宇宙線ミュー粒子を計数することにより、シンチレータ２ａとシンチレータ２ｂとを結んだ方向に直進する宇宙線ミュー粒子の数を調べることができ、フレーム７の角度位置を変えてその都度宇宙線ミュー粒子を計数することにより、宇宙線ミュー粒子の角度分布を求めることができる。また、台車６の位置を変えてその都度宇宙線ミュー粒子を計数することにより、宇宙線ミュー粒子の位置分布を求めることができる。パソコン１３では、収集したデータを保管するとともに、このような宇宙線ミュー粒子の各種分布を求めることができる。   The coincidence counting circuit 12 counts the number of cosmic ray muons that have passed through both the scintillators 2a and 2b based on the discrimination result by the discriminator 11. Since the cosmic ray muon goes straight, the frame 7 is stopped at a predetermined angular position, and by counting the cosmic ray muon that has passed through both scintillators 2a and 2b, the cosmic ray muon goes straight in the direction connecting scintillator 2a and scintillator 2b. The number of cosmic ray mu particles to be checked can be checked, and the angular distribution of the cosmic ray mu particles can be obtained by changing the angular position of the frame 7 and counting the cosmic ray mu particles each time. Further, the position distribution of the cosmic ray mu particles can be obtained by changing the position of the carriage 6 and counting the cosmic ray mu particles each time. The personal computer 13 can store the collected data and obtain various distributions of such cosmic ray muons.

地盤探査システム１の台車６は、探査対象の地盤の下方のトンネル（坑道）等に配置し、探査を行う。安定化電源１０、ディスクリミネータ１１、同時計数回路１２、パソコン１３のそれぞれは、台車６に搭載されて台車６とともにトンネル（坑道）等に配置してもよいし、台車６とは別に、トンネル（坑道）等の外たとえば地上に配置してもよい。   The cart 6 of the ground exploration system 1 is arranged in a tunnel (tunnel) or the like below the ground to be explored for exploration. Each of the stabilized power supply 10, the discriminator 11, the coincidence counting circuit 12, and the personal computer 13 may be mounted on the carriage 6 and arranged in a tunnel (tunnel) or the like together with the carriage 6, or separately from the carriage 6, the tunnel You may arrange | position on the ground outside (such as a tunnel).

図２は、図１に示した地盤探査システム１の構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the ground exploration system 1 shown in FIG.

シンチレータ２ａおよび２ｂとしては、たとえばプラスチックシンチレータを用いることができる。   As the scintillators 2a and 2b, for example, plastic scintillators can be used.

ディスクリミネータ１１としては、光電子増倍管３ａによる検出結果を分析するディスクリミネータ１１ａおよび、光電子増倍管３ｂによる検出結果を分析するディスクリミネータ１１ｂを設けるようにしてもよい。また、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｂのそれぞれには、信号を増幅する増幅器を内蔵するようにしてもよい。   As the discriminator 11, a discriminator 11a for analyzing the detection result by the photomultiplier tube 3a and a discriminator 11b for analyzing the detection result by the photomultiplier tube 3b may be provided. Each of the discriminator 11a and the discriminator 11b may include an amplifier for amplifying a signal.

ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｂに電源供給する安定化電源１０は、たとえば高電圧回路および低電圧回路を有して構成される。   The stabilized power supply 10 that supplies power to the discriminator 11a and the discriminator 11b includes, for example, a high voltage circuit and a low voltage circuit.

また、図１に示した同時計数回路１２は、図２に示すように、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｂの両方から宇宙線ミュー粒子を検出する信号が入力されたときに、検出信号を出力する同時計数回路１２ａと、同時計数回路１２ａからの検出信号を計数するカウンタ１２ｂとを有する構成であってもよい。   Further, as shown in FIG. 2, the coincidence circuit 12 shown in FIG. 1 outputs a detection signal when a signal for detecting cosmic ray muons is input from both the discriminator 11a and the discriminator 11b. The configuration may include a coincidence counting circuit 12a that outputs and a counter 12b that counts detection signals from the coincidence counting circuit 12a.

図３は、図１に示した地盤探査システム１の原理を示すブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the principle of the ground exploration system 1 shown in FIG.

図３に示すように、宇宙線ミュー粒子２０がシンチレータ２ａおよび２ｂを通過すると、その旨が、光電子増倍管３ａおよび光電子増倍管３ｂ、ならびにディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｂを介して同時計数回路１２ａに入力され、同時計数回路１２ａでは、ディスクリミネータ１１ａからの検出信号とディスクリミネータ１１ｂからの検出信号とがほぼ同時に報告されたことから、ひとつの宇宙線ミュー粒子２０がシンチレータ２ａおよび２ｂを通過したとみなし、宇宙線ミュー粒子２０の検出信号をカウンタ１２ｂに出力し、カウンタ１２ｂではカウント数を１増加させる。   As shown in FIG. 3, when the cosmic ray muon 20 passes through the scintillators 2a and 2b, this is indicated through the photomultiplier tube 3a and the photomultiplier tube 3b, and the discriminator 11a and discriminator 11b. Since the detection signal from the discriminator 11a and the detection signal from the discriminator 11b are reported almost simultaneously in the coincidence circuit 12a, one cosmic muon 20 is converted into a scintillator. The detection signal of the cosmic ray muon 20 is output to the counter 12b, and the counter 12b increments the count by 1.

これに対し、同時計数回路１２ａは、ディスクリミネータ１１ａからの検出信号またはディスクリミネータ１１ｂからの検出信号の一方のみが報告された場合には、その宇宙線ミュー粒子２０は、シンチレータ２ａまたは２ｂの一方のみを通過した、すなわち、現在のフレーム７の角度位置とは異なる角度のものであるとみなし、カウンタ１２ｂによるカウント数は増加させない。   On the other hand, when only one of the detection signal from the discriminator 11a or the detection signal from the discriminator 11b is reported, the coincidence circuit 12a transmits the cosmic ray muon 20 to the scintillator 2a or 2b. Is passed, that is, the angle is different from the current angular position of the frame 7, and the count by the counter 12b is not increased.

次に、本実施形態の地盤探査システム１の動作について説明する。   Next, operation | movement of the ground exploration system 1 of this embodiment is demonstrated.

図４は、本実施形態の地盤探査システム１による測定範囲の一例を示す概略側断面図である。   FIG. 4 is a schematic sectional side view showing an example of a measurement range by the ground exploration system 1 of the present embodiment.

本実施形態では、地盤探査システム１を図４に示す坑道内の３つの観測点に順次配置し、各観測点において、フレーム７の角度位置を異ならせながら、各角度位置での宇宙線ミュー粒子のシンチレータ２ａおよび２ｂの同時通過数をカウントする（角度分布測定）。   In this embodiment, the ground exploration system 1 is sequentially arranged at three observation points in the tunnel shown in FIG. 4, and the cosmic ray muon at each angular position is obtained while varying the angular position of the frame 7 at each observation point. The number of simultaneous passes of the scintillators 2a and 2b is counted (angle distribution measurement).

宇宙線ミュー粒子は地盤を通過する際に、その数が減少する特性が知られており、地表からの距離が長ければ宇宙線ミュー粒子の数は減る。ところが、その地盤中の通過経路に空洞があると、その分だけ宇宙線ミュー粒子の数が減らなくなる。   It is known that the number of cosmic ray muons decreases when they pass through the ground. The longer the distance from the surface, the smaller the number of cosmic ray muons. However, if there is a cavity in the passage path in the ground, the number of cosmic ray muons will not be reduced by that amount.

坑道内で測定位置（観測点）およびフレーム７の角度位置を変えることで、各位置、各方向での宇宙線ミュー粒子の数を得ることができ、これにより地盤の空洞との状態を解析するトモグラフィ解析に適用できるデータを取得することができる。   By changing the measurement position (observation point) and the angular position of the frame 7 in the tunnel, the number of cosmic ray muons at each position and in each direction can be obtained, thereby analyzing the state of the ground cavity. Data applicable to tomographic analysis can be acquired.

これは、通常のトモグラフィを９０度回転させたものと同様である。すなわち、本実施形態の地表と坑道が、通常のトモグラフィのボーリング孔に相当する。   This is similar to normal tomography rotated 90 degrees. That is, the ground surface and the mine shaft of the present embodiment correspond to a normal tomographic boring hole.

宇宙線ミュー粒子の物質中の透過特性は、物質の密度と透過距離との積および天頂角に依存する。この特性は既知であるので、ここでは詳しい説明は省略する。   The transmission characteristics of cosmic ray muons in a substance depend on the product of the density of the substance and the transmission distance and the zenith angle. Since this characteristic is already known, detailed description thereof is omitted here.

本実施形態の地盤探査システム１では、パソコン１３においてトモグラフィ解析を行う。   In the ground exploration system 1 of this embodiment, the tomography analysis is performed in the personal computer 13.

図５は、地盤中の空洞によるミュー粒子の角度分布依存性を示す図であり、（ａ）は地盤の様子を示す側断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したＡ点の各角度位置での宇宙線ミュー粒子の同時通過数を示すグラフであり、（ｃ）は（ａ）に示したＢ点の各角度位置での宇宙線ミュー粒子の同時通過数を示すグラフである。   FIG. 5 is a diagram showing the angular distribution dependence of muons due to cavities in the ground, (a) is a side sectional view showing the state of the ground, and (b) is a view of point A shown in (a). It is a graph which shows the simultaneous passage number of the cosmic ray muon in each angle position, (c) is a graph which shows the simultaneous passage number of the cosmic ray muon in each angular position of B point shown to (a). .

図５（ｂ）、（ｃ）のグラフは、縦軸が天頂角（真上をゼロ度としたときのミュー粒子の到来方向角度）であり、横軸がカウント率すなわち宇宙線ミュー粒子の同時通過数の１日の合計である。   In the graphs of FIGS. 5B and 5C, the vertical axis is the zenith angle (the arrival direction angle of the mu particle when the top is zero degrees), and the horizontal axis is the count rate, that is, the simultaneous cosmic ray muon. The total number of passages per day.

宇宙線ミュー粒子は、密度と透過距離が増えると透過（カウント）率が減少する。逆に空洞があると（同じ透過距離でも密度が小さいので）透過率が増加する。   Cosmic ray muons have a reduced transmission (count) rate as the density and transmission distance increase. Conversely, if there is a cavity (because the density is small even at the same transmission distance), the transmittance increases.

地盤内に空洞がなければ、図５（ｂ）および（ｃ）に実線で示すような特性を示すわけだが、図５（ａ）に示すような空洞があると、宇宙線ミュー粒子がその空洞を通る角度位置では、空洞がない場合よりも同時通過数が増える。すなわち、均質な地盤の場合、角度に応じて同時計数が変化するが、空洞のある場所では、宇宙線ミュー粒子の透過性が良いため、計数率が増加することが確認できる。   If there is no cavity in the ground, the characteristics shown by the solid lines in FIGS. 5B and 5C are shown. However, if there is a cavity as shown in FIG. At the angular position passing through, the number of simultaneous passes increases more than when there is no cavity. That is, in the case of a homogeneous ground, the coincidence count changes according to the angle, but it can be confirmed that the counting rate increases in a place with a cavity because the permeability of the cosmic ray muon is good.

図５（ｂ）に示すように、Ａ点では、天頂角２５度から５５度の範囲で、破線で示すように透過率が増加し、図５（ｃ）に示すように、Ｂ地点では天頂角３０度から５０度の範囲で、破線で示すように透過率が増加している。このように位置を変えて観測することにより、空洞の位置をある程度まで絞り込むことができる。   As shown in FIG. 5 (b), at point A, the transmittance increases as indicated by a broken line in the range of zenith angle from 25 degrees to 55 degrees, and as shown in FIG. The transmittance increases in the range of 30 to 50 degrees as shown by the broken line. By observing in this way by changing the position, the position of the cavity can be narrowed down to a certain extent.

この図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す例では、２点のみの測定結果を示しているが、より多くの測定点でデータを収集することにより、より精度の高いトモグラフィ解析が可能となる。   In the examples shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the measurement results of only two points are shown. However, by collecting data at more measurement points, more accurate tomography Analysis is possible.

図６は、本実施形態の地盤探査システム１のパソコン１３で実行されるトモグラフィ解析のフローチャートを示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a flowchart of tomographic analysis executed by the personal computer 13 of the ground exploration system 1 of the present embodiment.

本実施形態の地盤探査システム１では、台車６やフレーム７を動かして各位置でのデータを取得したならば、まず初期モデルを設定する（Ｓ−１）。ここで、初期モデルとは、事前に調査した地質断面図や土質試験の結果などに基づいて地盤の平均密度を仮定した、地盤の層構造のモデルである。   In the ground exploration system 1 of the present embodiment, if data is acquired at each position by moving the carriage 6 or the frame 7, first, an initial model is set (S-1). Here, the initial model is a model of the ground layer structure in which the average density of the ground is assumed based on the geological cross-sectional view examined in advance and the result of the soil test.

続いて、地盤が、ステップ（Ｓ−１）で設定したモデルであるとした場合に、観測されるであろう宇宙線ミュー粒子の理論値を計算する（Ｓ−２）。   Subsequently, when the ground is the model set in step (S-1), the theoretical value of the cosmic ray muon that will be observed is calculated (S-2).

続いて、ステップ（Ｓ−２）で計算した理論値と、すでに取得した各位置でのデータとの差（残差）を計算する（Ｓ−３）。   Subsequently, the difference (residual) between the theoretical value calculated in step (S-2) and the data already acquired at each position is calculated (S-3).

続いて、ステップ（Ｓ−３）で計算した残差があらかじめ定めた許容範囲内であれば（Ｓ−４：Ｙｅｓ）、その結果を表示して（Ｓ−６）処理を終了する。   Subsequently, if the residual calculated in step (S-3) is within the predetermined allowable range (S-4: Yes), the result is displayed (S-6) and the process is terminated.

ステップ（Ｓ−４）において、ステップ（Ｓ−３）で計算した残差があらかじめ定めた許容範囲内でない場合には（Ｓ−４：Ｎｏ）、モデルを修正して（Ｓ−５）、ステップ（Ｓ−２）に戻り、処理を繰り返す。   In step (S-4), if the residual calculated in step (S-3) is not within the predetermined tolerance (S-4: No), the model is modified (S-5), Returning to (S-2), the process is repeated.

本実施形態の地盤探査システム１によれば、宇宙線ミュー粒子の位置分布、角度分布測定技術と、トモグラフィの解析技術とを組み合わせることにより、地盤の密度を可視化することが可能となる。図４は、地盤を可視化したものの一例であり、図４の例では地盤の地質密度が均一で空洞がない場合を示している。   According to the ground exploration system 1 of the present embodiment, it is possible to visualize the density of the ground by combining the position distribution / angle distribution measurement technique of the cosmic ray muon and the tomography analysis technique. FIG. 4 is an example of a visualization of the ground. In the example of FIG. 4, the ground has a uniform geological density and has no cavities.

このような可視化の別の例について図７を参照して説明する。   Another example of such visualization will be described with reference to FIG.

図７（ａ）は初期モデルの例を示す側断面図であり、図７（ｂ）は位置と角度を変えて宇宙線ミュー粒子の係数を行うすなわち宇宙線ミュー粒子の透過率を測定する様子を示す側断面図であり、図７（ｃ）はトモグラフィ解析を行った結果である地盤の密度分布を示す側断面図であり、図７（ｄ）は複数の断面で測定することによる３次元可視化への応用を示す斜視図である。   FIG. 7A is a side sectional view showing an example of an initial model, and FIG. 7B shows a state in which the coefficient of the cosmic ray muon is changed at different positions and angles, that is, the transmittance of the cosmic ray muon is measured. FIG. 7C is a side sectional view showing the density distribution of the ground as a result of the tomographic analysis, and FIG. It is a perspective view which shows the application to dimension visualization.

図７（ａ）は通常の地質調査によって得られる断面であり、なんらかの理由（たとえばトンネルの老朽化）により、空洞の発生が懸念される。そこで、図７（ａ）を初期モデルとして、上述の宇宙線ミュー粒子の位置分布、角度分布測定およびトモグラフィの解析を行う（図７（ｂ）、図７（ｃ）参照）。   FIG. 7A is a cross section obtained by a normal geological survey, and for some reason (for example, aging of the tunnel), there is a concern about the generation of cavities. Therefore, the position distribution, angle distribution measurement, and tomography analysis of the cosmic ray muon described above are performed using FIG. 7A as an initial model (see FIGS. 7B and 7C).

また、複数の断面で測定することで図７（ｄ）に示すように３次元への拡張が可能である。   Further, by measuring with a plurality of cross sections, it is possible to expand to three dimensions as shown in FIG.

本発明は、たとえば空洞の探知など地盤探査を行うシステムに適用可能である。   The present invention is applicable to a system for performing ground exploration such as detection of a cavity.

１ 地盤探査システム
２ａ、２ｂ シンチレータ
３ａ、３ｂ 光電子増倍管
４ 位置検出器
５ 角度検出器
６ 台車
７ フレーム
８ 軸
１０ 安定化電源
１１ ディスクリミネータ
１２ 同時計数回路
１３ パソコン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ground exploration system 2a, 2b Scintillator 3a, 3b Photomultiplier tube 4 Position detector 5 Angle detector 6 Cart 7 Frame 8 Axis 10 Stabilized power supply 11 Discriminator 12 Simultaneous counting circuit 13 Personal computer

Claims (3)

宇宙線ミュー粒子を計数する計数手段と、
前記計数手段により宇宙線ミュー粒子を計数する向きを変化させる角度変化手段と、
前記計数手段により宇宙線ミュー粒子を計数する位置を変化させる位置変化手段と、
前記角度変化手段で向きを変化させながら前記計数手段によって宇宙線ミュー粒子を計数するとともに、前記位置変化手段で向きを変化させながら前記計数手段によって宇宙線ミュー粒子を計数することによって、宇宙線ミュー粒子の位置分布および角度分布を求める宇宙線ミュー粒子分布取得手段と、
前記分布取得手段で求めた宇宙線ミュー粒子の位置分布および角度分布に基づいてトモグラフィ解析を行うトモグラフィ解析手段と、
を備えたことを特徴とする地盤探査システム。 Counting means for counting cosmic ray muons;
Angle changing means for changing the direction of counting cosmic ray muons by the counting means;
Position changing means for changing the position for counting cosmic ray muons by the counting means;
The cosmic ray muon is counted by the counting means while changing the direction by the angle changing means, and the cosmic ray muon is counted by the counting means while changing the direction by the position changing means. Cosmic ray muon distribution acquisition means for obtaining particle position distribution and angle distribution;
Tomography analysis means for performing tomography analysis based on the position distribution and angular distribution of cosmic ray muons determined by the distribution acquisition means;
A ground exploration system characterized by comprising 前記トモグラフィ解析手段による解析結果を可視化して表示する解析結果表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の地盤探査システム。   The ground exploration system according to claim 1, further comprising analysis result display means for visualizing and displaying an analysis result obtained by the tomography analysis means. 前記計数手段が、２つのシンチレータの両方を通過した宇宙線ミュー粒子を計数するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の地盤探査システム。   The ground exploration system according to claim 1 or 2, wherein the counting means counts cosmic ray muons that have passed through both scintillators.
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