ミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム
【課題】簡単な構成で、同時に複数方向の測定を可能としたミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムを提供することである。
【解決手段】宇宙線ミュー粒子を検出する第１の検出器と、配置位置を互いに異ならせた複数の第２の検出器と、前記第１の検出器で前記宇宙線ミュー粒子を検出するのと同じタイミングで前記複数の第２の検出器のいずれかで該宇宙線ミュー粒子を検出した場合に、該検出した宇宙線ミュー粒子が該第１の検出器と該第２の検出器とを結ぶ直線を進行経路とするものであるとして計数し、進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数を求める宇宙線ミュー粒子計数手段と、宙線ミュー粒子の数に基づいて、前記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ことを特徴とする。
【解決手段】宇宙線ミュー粒子を検出する第１の検出器と、配置位置を互いに異ならせた複数の第２の検出器と、前記第１の検出器で前記宇宙線ミュー粒子を検出するのと同じタイミングで前記複数の第２の検出器のいずれかで該宇宙線ミュー粒子を検出した場合に、該検出した宇宙線ミュー粒子が該第１の検出器と該第２の検出器とを結ぶ直線を進行経路とするものであるとして計数し、進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数を求める宇宙線ミュー粒子計数手段と、宙線ミュー粒子の数に基づいて、前記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ことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
また、出願人は、特許文献２において、シンチレーション検出器を用いて地盤を透過した宇宙線ミュー粒子を計数することで地盤探査を行う地盤探査システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９２４１５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７１０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
特許文献２に記載のシンチレーション検出器を用いた地盤探査システムによれば、精度の高い探知が可能であるが、所定距離だけ離間して配置した２つのシンチレータ同士を結ぶ直線方向に進む宇宙線ミュー粒子を検出するものであるため、さまざまな方向での検出をするためには、シンチレータの向きを変えての測定を繰り返さなければならず、手間と時間がかかるという問題があった。
【００１０】
これに対し、同時に複数方向からの宇宙線ミュー粒子を検出するように、所定距離だけ離間して配置した２つのシンチレータの組合せを、複数用意しなければ成らず、構成が大掛かりになり、コストが増大するという問題があった。
【００１１】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、簡単な構成で、同時に複数方向の測定を可能としたミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、宇宙線ミュー粒子を検出する第１の検出器と、前記宇宙線ミュー粒子を検出するものであって配置位置を互いに異ならせた複数の第２の検出器と、前記第１の検出器で前記宇宙線ミュー粒子を検出するのと同じタイミングで前記複数の第２の検出器のいずれかで該宇宙線ミュー粒子を検出した場合に、該検出した宇宙線ミュー粒子が該第１の検出器と該第２の検出器とを結ぶ直線を進行経路とするものであるとして計数し、進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数を求める宇宙線ミュー粒子計数手段と、前記宇宙線ミュー粒子計数手段で計数した進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数に基づいて、前記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。
【００１３】
また本発明は、前記第１の検出器が球形のシンチレータであることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記複数の第２の検出器のそれぞれが円板形状のシンチレータであり、前記第２の検出器の円板の円中心と前記第１の検出器の球中心とを結ぶ直線と、前記第２の検出器の円板の円面とが垂直になるように、前記第１の検出器および前記第２の検出器を配置することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記第１の検出器の球の直径と、前記複数の第２の検出器の円の直径とがほぼ等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単な構成で、同時に複数方向の測定を可能としたミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】図１に示した地盤探査システム１の原理を示すタイムチャートであり、（ａ）はシンチレータ２ａによる検出信号を示し、（ｂ）はシンチレータ２ｂによる検出信号を示し、（ｃ）はシンチレータ２ｃによる検出信号を示し、（ｄ）はマルチ同時計数回路１２ｂの計数を示し、マルチ同時計数回路１２ｃの計数を示す。
【図５】本発明による地盤探査システムの図１とは別の実施形態の構成を示す概略図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】図１や図５に示した本発明の実施形態に係る地盤探査システムによる測定範囲の一例を示す概略側断面図である。
【図７】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。
【図８】本実施形態の地盤探査システム１のパソコン１４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。
【図９】（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計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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は本発明によるミュー粒子を用いたマルチ計測器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。
【００２０】
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６つのシンチレータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆを有して構成され、この６つのシンチレータ２ａ〜２ｆによって宇宙線ミュー粒子を検出する。
【００２１】
６つのシンチレータ２ａ〜２ｆのうちの１つであるシンチレータ２ａは親シンチレータとも呼び、他のシンチレータ２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆは子シンチレータとも呼ぶ。
【００２２】
シンチレータ２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆは、シンチレータ２ａを中心とした放射状位置に配置している。中心に配置するシンチレータ２ａは、例えば球状のプラスチックシンチレータであり、周囲に配置するシンチレータ２ｂ〜２ｆは、例えば円板（円柱）形状のプラスチックシンチレータであり、それぞれの円形の面がシンチレータ２ａに向くように配置している。また、球体であるシンチレータ２ａの直径と、円板（円柱）形状であるシンチレータ２ｂ〜２ｆの円形の面の直径とは、ほぼ等しい大きさにしている。本実施の形態では、シンチレータ２ａの直径および、シンチレータ２ｂ〜２ｆの円形の面の直径は、それぞれ２４．５ｃｍである。
【００２３】
シンチレータ２ａの中心位置には、軸８を設けており、この軸８を中心として放射状に配置したフレーム７の先端にシンチレータ２ｂ〜２ｆを、配置している。フレーム７は軸８において回動可能に軸支されている。本実施の形態では、シンチレータ２ａとシンチレータ２ｂ〜２ｆとの距離は１．４ｍであり、軸８を中心にフレーム７を回動し、シンチレータ２ａに対するシンチレータ２ｂ〜２ｆの周方向位置を変えた場合も、このシンチレータ２ａとシンチレータ２ｂ〜２ｆとの距離は一定に保たれる。
【００２４】
シンチレータ２ｂ〜２ｆは、シンチレータ２ａを中心として、例えば互いに１５°の角度間隔で配置している。
【００２５】
フレーム７を軸支する軸８は、台車６に搭載されて固定されており、台車６の例えば軸８近傍には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
シンチレータ２ａ〜２ｆ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、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅおよび３ｆのそれぞれによって検出され、その検出結果はマルチディスクリミネータ１１によって分析される。すなわち、マルチ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。マルチ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。
【００２９】
マルチ同時計数回路１２は、マルチ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と、シンチレータ２ｂ〜２ｆのいずれかと、を通過した宇宙線ミュー粒子を計数する。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と、シンチレータ２ｂ〜２ｆのいずれかと、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〜２ｆのいずれかと、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。
【００３０】
本実施の形態によれば、シンチレータ２ａと２ｂ、２ａと２ｃ、２ａと２ｄ、２ａと２ｅ、２ａと２ｆのそれぞれの方向に直進する宇宙線ミュー粒子を１度に計数することができ、計測にかかる時間を短縮することができる。
【００３１】
その後、フレーム７の角度位置を変える際には、上述のように子シンチレータ同士の角度間隔を１５°にした場合、例えば０°５°１０°と変化させることによって、すべてにおいて重複しない角度方向での宇宙線ミュー粒子を計数することができる。
【００３２】
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１４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。
【００３３】
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、マルチディスクリミネータ１１、マルチ同時計数回路１２、パソコン１４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。
【００３４】
図２、図３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。
【００３５】
上述のようにシンチレータ２ａ〜２ｆ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。
【００３６】
マルチディスクリミネータ１１としては、光電子増倍管３ａ〜３ｆのそれぞれによる検出結果を分析するディスクリミネータ１１ａ〜１１ｆを設けるようにしてもよい。また、ディスクリミネータ１１ａ〜１１ｆ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。
【００３７】
ディスクリミネータ１１ａ〜１１ｆ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。
【００３８】
また、図１に示したマルチ同時計数回路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の両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｂと、マルチ同時計数回路１２ｂからの検出信号を計数するカウンタ１３ｂと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｃの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｃと、マルチ同時計数回路１２ｃからの検出信号を計数するカウンタ１３ｃと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｄの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｄと、マルチ同時計数回路１２ｄからの検出信号を計数するカウンタ１３ｄと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｅの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｅと、マルチ同時計数回路１２ｅからの検出信号を計数するカウンタ１３ｅと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｆの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｆと、マルチ同時計数回路１２ｆからの検出信号を計数するカウンタ１３ｆと、を有する構成であってもよい。
【００３９】
図４は、図１に示した地盤探査システム１の原理を示すタイムチャートであり、（ａ）はシンチレータ２ａによる検出信号を示し、（ｂ）はシンチレータ２ｂによる検出信号を示し、（ｃ）はシンチレータ２ｃによる検出信号を示し、（ｄ）はマルチ同時計数回路１２ｂの計数を示し、マルチ同時計数回路１２ｃの計数を示す。
【００４０】
例えば、図２に示す宇宙線ミュー粒子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を介してマルチ同時計数回路１２ｂに入力され、マルチ同時計数回路１２ｂ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１３ｂに出力し、カウンタ１３ｂではカウント数を１増加させる。
【００４１】
これに対し、マルチ同時計数回路１２ｂ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の角度位置でのシンチレータ２ｂ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１３ｂによるカウント数は増加させない。
【００４２】
マルチ同時計数回路１２ｃないし１２ｆも同様に動作し、カウンタ１３ｂないし１３ｆにおいて同様にカウントを行う。
【００４３】
図５は、本発明による地盤探査システムの図１とは別の実施形態の構成を示す概略図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。図５において、図１に示した実施形態と同じ構成については同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。
【００４４】
図５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１０１は、全体を収容する枠体１０７ａを有し、６つのシンチレータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆを有して構成され、この６つのシンチレータ２ａ〜２ｆによって宇宙線ミュー粒子を検出する。
【００４５】
シンチレータ２ａの中心位置には、軸１０８ａを設けており、この軸１０８ａを中心として放射状に配置したフレーム１０７ｂの径方向外側にシンチレータ２ｂ〜２ｆを、配置している。フレーム１０７ｂは軸１０８ａにおいて回動可能に軸支されている。
【００４６】
フレーム１０７ｂを軸支する軸１０８ａは、枠体１０７ａに搭載されて固定されている。
【００４７】
枠体１０７ａの例えば右下部には、軸１０８ａ中心としてフレーム１０７ｂを回動させるモータ等の駆動手段１０８ｂを備えている。このフレーム１０７ｂの回動角度は角度検出器１０５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１０７ｂを駆動手段１０８ｂによって回動させ、フレーム１０７ｂを所定角度位置で停止させることができる。角度検出器１０５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。
【００４８】
地盤探査システム１０１は、モータや車輪等の移動手段１０６を備え、枠体１０７ａはこの移動手段１０６によって移動可能に構成されている。枠体１０７ａの位置は、枠体１０７ａの例えば左下部に設けた位置検出器１０４によって検出される。位置検出器１０４としてはたとえばＧＰＳを用いることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
図６は、図１や図５に示した本発明の実施形態に係る地盤探査システムによる測定範囲の一例を示す概略側断面図である。以下では、図１に示した地盤探査システム１を例に説明する。
【００５１】
本実施形態では、地盤探査システム１を図６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と、２ｂ〜２ｆのいずれかとの同時通過数をカウントする（角度分布測定）。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
本実施形態の地盤探査システム１では、パソコン１４においてトモグラフィ解析を行う。
【００５７】
図７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。
【００５８】
図７（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。
【００５９】
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。
【００６０】
地盤内に空洞がなければ、図７（ｂ）および（ｃ）に実線で示すような特性を示すわけだが、図７（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。
【００６１】
図７（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７（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。
【００６２】
この図７（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。
【００６３】
図８は、本実施形態の地盤探査システム１のパソコン１４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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）。
【００６６】
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）。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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６は、地盤を可視化したものの一例であり、図６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。
【００７０】
このような可視化の別の例について図９を参照して説明する。
【００７１】
図９（ａ）は初期モデルの例を示す側断面図であり、図９（ｂ）は位置と角度を変えて宇宙線ミュー粒子の計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９（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９（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。
【００７２】
図９（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９（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９（ｂ）、図９（ｃ）参照）。
【００７３】
また、複数の断面で測定することで図９（ｄ）に示すように３次元への拡張が可能である。
【００７４】
以上、本発明を説明したが、本発明は、この説明に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で数々の変形および組み合わせが出来ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１ 地盤探査システム
２ａ〜２ｆ シンチレータ
３ａ〜３ｆ 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 マルチディスクリミネータ
１２ マルチ同時計数回路
１３ カウンタ
１４ パソコン
【技術分野】
【０００１】
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ミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
また、出願人は、特許文献２において、シンチレーション検出器を用いて地盤を透過した宇宙線ミュー粒子を計数することで地盤探査を行う地盤探査システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９２４１５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７１０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
特許文献２に記載のシンチレーション検出器を用いた地盤探査システムによれば、精度の高い探知が可能であるが、所定距離だけ離間して配置した２つのシンチレータ同士を結ぶ直線方向に進む宇宙線ミュー粒子を検出するものであるため、さまざまな方向での検出をするためには、シンチレータの向きを変えての測定を繰り返さなければならず、手間と時間がかかるという問題があった。
【００１０】
これに対し、同時に複数方向からの宇宙線ミュー粒子を検出するように、所定距離だけ離間して配置した２つのシンチレータの組合せを、複数用意しなければ成らず、構成が大掛かりになり、コストが増大するという問題があった。
【００１１】
本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、簡単な構成で、同時に複数方向の測定を可能としたミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、宇宙線ミュー粒子を検出する第１の検出器と、前記宇宙線ミュー粒子を検出するものであって配置位置を互いに異ならせた複数の第２の検出器と、前記第１の検出器で前記宇宙線ミュー粒子を検出するのと同じタイミングで前記複数の第２の検出器のいずれかで該宇宙線ミュー粒子を検出した場合に、該検出した宇宙線ミュー粒子が該第１の検出器と該第２の検出器とを結ぶ直線を進行経路とするものであるとして計数し、進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数を求める宇宙線ミュー粒子計数手段と、前記宇宙線ミュー粒子計数手段で計数した進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数に基づいて、前記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。
【００１３】
また本発明は、前記第１の検出器が球形のシンチレータであることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記複数の第２の検出器のそれぞれが円板形状のシンチレータであり、前記第２の検出器の円板の円中心と前記第１の検出器の球中心とを結ぶ直線と、前記第２の検出器の円板の円面とが垂直になるように、前記第１の検出器および前記第２の検出器を配置することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記第１の検出器の球の直径と、前記複数の第２の検出器の円の直径とがほぼ等しいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡単な構成で、同時に複数方向の測定を可能としたミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】図１に示した地盤探査システム１の原理を示すタイムチャートであり、（ａ）はシンチレータ２ａによる検出信号を示し、（ｂ）はシンチレータ２ｂによる検出信号を示し、（ｃ）はシンチレータ２ｃによる検出信号を示し、（ｄ）はマルチ同時計数回路１２ｂの計数を示し、マルチ同時計数回路１２ｃの計数を示す。
【図５】本発明による地盤探査システムの図１とは別の実施形態の構成を示す概略図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図６】図１や図５に示した本発明の実施形態に係る地盤探査システムによる測定範囲の一例を示す概略側断面図である。
【図７】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。
【図８】本実施形態の地盤探査システム１のパソコン１４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。
【図９】（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計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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は本発明によるミュー粒子を用いたマルチ計測器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。
【００２０】
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６つのシンチレータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆを有して構成され、この６つのシンチレータ２ａ〜２ｆによって宇宙線ミュー粒子を検出する。
【００２１】
６つのシンチレータ２ａ〜２ｆのうちの１つであるシンチレータ２ａは親シンチレータとも呼び、他のシンチレータ２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆは子シンチレータとも呼ぶ。
【００２２】
シンチレータ２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆは、シンチレータ２ａを中心とした放射状位置に配置している。中心に配置するシンチレータ２ａは、例えば球状のプラスチックシンチレータであり、周囲に配置するシンチレータ２ｂ〜２ｆは、例えば円板（円柱）形状のプラスチックシンチレータであり、それぞれの円形の面がシンチレータ２ａに向くように配置している。また、球体であるシンチレータ２ａの直径と、円板（円柱）形状であるシンチレータ２ｂ〜２ｆの円形の面の直径とは、ほぼ等しい大きさにしている。本実施の形態では、シンチレータ２ａの直径および、シンチレータ２ｂ〜２ｆの円形の面の直径は、それぞれ２４．５ｃｍである。
【００２３】
シンチレータ２ａの中心位置には、軸８を設けており、この軸８を中心として放射状に配置したフレーム７の先端にシンチレータ２ｂ〜２ｆを、配置している。フレーム７は軸８において回動可能に軸支されている。本実施の形態では、シンチレータ２ａとシンチレータ２ｂ〜２ｆとの距離は１．４ｍであり、軸８を中心にフレーム７を回動し、シンチレータ２ａに対するシンチレータ２ｂ〜２ｆの周方向位置を変えた場合も、このシンチレータ２ａとシンチレータ２ｂ〜２ｆとの距離は一定に保たれる。
【００２４】
シンチレータ２ｂ〜２ｆは、シンチレータ２ａを中心として、例えば互いに１５°の角度間隔で配置している。
【００２５】
フレーム７を軸支する軸８は、台車６に搭載されて固定されており、台車６の例えば軸８近傍には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
シンチレータ２ａ〜２ｆ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、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅおよび３ｆのそれぞれによって検出され、その検出結果はマルチディスクリミネータ１１によって分析される。すなわち、マルチ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。マルチ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。
【００２９】
マルチ同時計数回路１２は、マルチ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と、シンチレータ２ｂ〜２ｆのいずれかと、を通過した宇宙線ミュー粒子を計数する。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と、シンチレータ２ｂ〜２ｆのいずれかと、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〜２ｆのいずれかと、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。
【００３０】
本実施の形態によれば、シンチレータ２ａと２ｂ、２ａと２ｃ、２ａと２ｄ、２ａと２ｅ、２ａと２ｆのそれぞれの方向に直進する宇宙線ミュー粒子を１度に計数することができ、計測にかかる時間を短縮することができる。
【００３１】
その後、フレーム７の角度位置を変える際には、上述のように子シンチレータ同士の角度間隔を１５°にした場合、例えば０°５°１０°と変化させることによって、すべてにおいて重複しない角度方向での宇宙線ミュー粒子を計数することができる。
【００３２】
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１４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。
【００３３】
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、マルチディスクリミネータ１１、マルチ同時計数回路１２、パソコン１４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。
【００３４】
図２、図３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。
【００３５】
上述のようにシンチレータ２ａ〜２ｆ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。
【００３６】
マルチディスクリミネータ１１としては、光電子増倍管３ａ〜３ｆのそれぞれによる検出結果を分析するディスクリミネータ１１ａ〜１１ｆを設けるようにしてもよい。また、ディスクリミネータ１１ａ〜１１ｆ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。
【００３７】
ディスクリミネータ１１ａ〜１１ｆ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。
【００３８】
また、図１に示したマルチ同時計数回路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の両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｂと、マルチ同時計数回路１２ｂからの検出信号を計数するカウンタ１３ｂと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｃの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｃと、マルチ同時計数回路１２ｃからの検出信号を計数するカウンタ１３ｃと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｄの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｄと、マルチ同時計数回路１２ｄからの検出信号を計数するカウンタ１３ｄと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｅの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｅと、マルチ同時計数回路１２ｅからの検出信号を計数するカウンタ１３ｅと、を有し、さらに、ディスクリミネータ１１ａおよびディスクリミネータ１１ｆの両方からほぼ同時に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マルチ同時計数回路１２ｆと、マルチ同時計数回路１２ｆからの検出信号を計数するカウンタ１３ｆと、を有する構成であってもよい。
【００３９】
図４は、図１に示した地盤探査システム１の原理を示すタイムチャートであり、（ａ）はシンチレータ２ａによる検出信号を示し、（ｂ）はシンチレータ２ｂによる検出信号を示し、（ｃ）はシンチレータ２ｃによる検出信号を示し、（ｄ）はマルチ同時計数回路１２ｂの計数を示し、マルチ同時計数回路１２ｃの計数を示す。
【００４０】
例えば、図２に示す宇宙線ミュー粒子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を介してマルチ同時計数回路１２ｂに入力され、マルチ同時計数回路１２ｂ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１３ｂに出力し、カウンタ１３ｂではカウント数を１増加させる。
【００４１】
これに対し、マルチ同時計数回路１２ｂ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の角度位置でのシンチレータ２ｂ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１３ｂによるカウント数は増加させない。
【００４２】
マルチ同時計数回路１２ｃないし１２ｆも同様に動作し、カウンタ１３ｂないし１３ｆにおいて同様にカウントを行う。
【００４３】
図５は、本発明による地盤探査システムの図１とは別の実施形態の構成を示す概略図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。図５において、図１に示した実施形態と同じ構成については同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。
【００４４】
図５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１０１は、全体を収容する枠体１０７ａを有し、６つのシンチレータ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆを有して構成され、この６つのシンチレータ２ａ〜２ｆによって宇宙線ミュー粒子を検出する。
【００４５】
シンチレータ２ａの中心位置には、軸１０８ａを設けており、この軸１０８ａを中心として放射状に配置したフレーム１０７ｂの径方向外側にシンチレータ２ｂ〜２ｆを、配置している。フレーム１０７ｂは軸１０８ａにおいて回動可能に軸支されている。
【００４６】
フレーム１０７ｂを軸支する軸１０８ａは、枠体１０７ａに搭載されて固定されている。
【００４７】
枠体１０７ａの例えば右下部には、軸１０８ａ中心としてフレーム１０７ｂを回動させるモータ等の駆動手段１０８ｂを備えている。このフレーム１０７ｂの回動角度は角度検出器１０５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１０７ｂを駆動手段１０８ｂによって回動させ、フレーム１０７ｂを所定角度位置で停止させることができる。角度検出器１０５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。
【００４８】
地盤探査システム１０１は、モータや車輪等の移動手段１０６を備え、枠体１０７ａはこの移動手段１０６によって移動可能に構成されている。枠体１０７ａの位置は、枠体１０７ａの例えば左下部に設けた位置検出器１０４によって検出される。位置検出器１０４としてはたとえばＧＰＳを用いることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
図６は、図１や図５に示した本発明の実施形態に係る地盤探査システムによる測定範囲の一例を示す概略側断面図である。以下では、図１に示した地盤探査システム１を例に説明する。
【００５１】
本実施形態では、地盤探査システム１を図６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と、２ｂ〜２ｆのいずれかとの同時通過数をカウントする（角度分布測定）。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
本実施形態の地盤探査システム１では、パソコン１４においてトモグラフィ解析を行う。
【００５７】
図７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。
【００５８】
図７（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。
【００５９】
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。
【００６０】
地盤内に空洞がなければ、図７（ｂ）および（ｃ）に実線で示すような特性を示すわけだが、図７（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。
【００６１】
図７（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７（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。
【００６２】
この図７（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。
【００６３】
図８は、本実施形態の地盤探査システム１のパソコン１４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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）。
【００６６】
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）。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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６は、地盤を可視化したものの一例であり、図６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。
【００７０】
このような可視化の別の例について図９を参照して説明する。
【００７１】
図９（ａ）は初期モデルの例を示す側断面図であり、図９（ｂ）は位置と角度を変えて宇宙線ミュー粒子の計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９（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９（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。
【００７２】
図９（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９（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９（ｂ）、図９（ｃ）参照）。
【００７３】
また、複数の断面で測定することで図９（ｄ）に示すように３次元への拡張が可能である。
【００７４】
以上、本発明を説明したが、本発明は、この説明に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で数々の変形および組み合わせが出来ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１ 地盤探査システム
２ａ〜２ｆ シンチレータ
３ａ〜３ｆ 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 マルチディスクリミネータ
１２ マルチ同時計数回路
１３ カウンタ
１４ パソコン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙線ミュー粒子を検出する第１の検出器と、
前記宇宙線ミュー粒子を検出するものであって配置位置を互いに異ならせた複数の第２の検出器と、
前記第１の検出器で前記宇宙線ミュー粒子を検出するのと同じタイミングで前記複数の第２の検出器のいずれかで該宇宙線ミュー粒子を検出した場合に、該検出した宇宙線ミュー粒子が該第１の検出器と該第２の検出器とを結ぶ直線を進行経路とするものであるとして計数し、進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数を求める宇宙線ミュー粒子計数手段と、
前記宇宙線ミュー粒子計数手段で計数した進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数に基づいて、前記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ミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項２】
前記第１の検出器が球形のシンチレータであることを特徴とする請求項１に記載のミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項３】
前記複数の第２の検出器のそれぞれが円板形状のシンチレータであり、前記第２の検出器の円板の円中心と前記第１の検出器の球中心とを結ぶ直線と、前記第２の検出器の円板の円面とが垂直になるように、前記第１の検出器および前記第２の検出器を配置することを特徴とする請求項２に記載のミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項４】
前記第１の検出器の球の直径と、前記複数の第２の検出器の円の直径とがほぼ等しいことを特徴とする請求項３に記載のミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項１】
宇宙線ミュー粒子を検出する第１の検出器と、
前記宇宙線ミュー粒子を検出するものであって配置位置を互いに異ならせた複数の第２の検出器と、
前記第１の検出器で前記宇宙線ミュー粒子を検出するのと同じタイミングで前記複数の第２の検出器のいずれかで該宇宙線ミュー粒子を検出した場合に、該検出した宇宙線ミュー粒子が該第１の検出器と該第２の検出器とを結ぶ直線を進行経路とするものであるとして計数し、進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数を求める宇宙線ミュー粒子計数手段と、
前記宇宙線ミュー粒子計数手段で計数した進行経路ごとの宇宙線ミュー粒子の数に基づいて、前記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ミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項２】
前記第１の検出器が球形のシンチレータであることを特徴とする請求項１に記載のミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項３】
前記複数の第２の検出器のそれぞれが円板形状のシンチレータであり、前記第２の検出器の円板の円中心と前記第１の検出器の球中心とを結ぶ直線と、前記第２の検出器の円板の円面とが垂直になるように、前記第１の検出器および前記第２の検出器を配置することを特徴とする請求項２に記載のミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【請求項４】
前記第１の検出器の球の直径と、前記複数の第２の検出器の円の直径とがほぼ等しいことを特徴とする請求項３に記載のミュー粒子を用いたマルチ計測器による地盤探査システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２８２９（Ｐ２０１３−２８２９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０９６８（Ｐ２０１１−１３０９６８）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（５０１２５４９５５）川崎地質株式会社 (11)
【出願人】（５９１０５２２３９）一般財団法人エンジニアリング協会 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（５０１２５４９５５）川崎地質株式会社 (11)
【出願人】（５９１０５２２３９）一般財団法人エンジニアリング協会 (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]