地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置
本発明は、地下埋設管の２次元的な設置位置のみならず、埋設の深さまでデータベース化できる３次元地理情報の獲得装置を提供する。また、測定のとき、地下埋設管内に流れる流体の流れを中断させることなく、地下埋設管の３次元地理情報を獲得できる装置を提供する。
地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置は、地下埋設管内を移動する管内移送装置と、該管内移送装置の３次元位置情報を検知する検知手段と、該検知手段の測定値を保存する情報保存手段とを備える。
地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置は、地下埋設管内を移動する管内移送装置と、該管内移送装置の３次元位置情報を検知する検知手段と、該検知手段の測定値を保存する情報保存手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下埋設管の３次元地理情報を獲得する装置及びこの装置に設置可能な非接触式走行距離の測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下埋設管の検査と関連した装置に関する従来技術は次のとおりである。
【０００３】
（１）米国登録特許ＵＳ６、２４３、６５７（２００１−０６−０５）「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（２）米国登録特許ＵＳ５、４１７、１１２（１９９５−０５−２３）「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｓａｇｅ ｏｆ ａ ｐｉｇ ｍｏｖｉｎｇ ｗｉｔｈｉｎ ａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（３）米国登録特許ＵＳ４、７１４、８８８（１９８７−１２−２２）「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｓａｇｅ ｏｆ ａ ｐｉｇ ｉｎ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（４）米国登録特許ＵＳ６、８５７、３２９（２００５−０２−２２）「Ｐｉｇ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｎ ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（５）米国公開特許ＵＳ２００３／０１２１３３８（２００３−０７−０３）「Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｐｉｇｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
しかし、一般的な地下埋設管の検査装置では２次元の地理情報のみが獲得できるだけであって、埋設管の深さに対するデータは獲得できないため、埋設管の効果的なメンテナンスに限界がある。特に、概略的な埋設位置は地図などに表示されているものの、どのような深い位置に埋設されているかは記録されておらず、掘削作業中において作業者のミスにより埋設管が破損されてしまうことが頻繁に発生する。したがって、最近では、地下埋設管の２次元的な埋設位置だけでなく、埋設の深さまでデータベース化できる装置の必要性が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６２４３６５７号
【特許文献２】米国特許第５４１７１１２号
【特許文献３】米国特許第４７１４８８８号
【特許文献４】米国特許第６８５７３２９号
【特許文献５】米国公開特許第２００３／０１２１３３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前述したような問題を勘案して案出されたものであって、その目的は、地下埋設管の２次元的な設置位置だけでなく、埋設の深さまでデータベース化できる３次元地理情報の獲得装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、測定時において地下埋設管内に流れる流体の流れを中断させることなく、地下埋設管の３次元地理情報を獲得する作業を行うことができる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するための本発明に係る地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置は、地下埋設管内を移動する管内移送装置と、該管内移送装置の３次元位置情報を検知する検知手段と、該検知手段の測定値を保存する情報保存手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によると、前記検知手段が、前記管内移送装置の移動方向測定ユニットと、前記管内移送装置の移動速度測定ユニットと、前記管内移送装置の走行距離測定ユニットと、を備えることがよい。
【０００９】
前記走行距離測定ユニットは、通常の走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）で備えられることができ、一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射され、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、を備えるように構成されることもできる。
【００１０】
前記管内移送装置が、前記地下埋設管で流れる流体に浮遊されるよう前記埋設管の直径よりも小さい最外側の直径と、前記埋設管内で流れる流体の比重とが等しい比重を有する浮遊型の胴体で備えられることがよい。
【００１１】
または、前記管内移送装置が、ピッグ型の胴体あるいは走行型ロボットで備えられることも可能である。
【００１２】
前記検知手段が、前記地下埋設管の内側のビジョンデータを獲得するカメラ装置や、前記地下埋設管の管路上の定められた地点に設けられた通信モジュールと、該通信モジュールと通信して補正用の地理情報を獲得する無線通信装置と、をさらに備えることができる。
【００１３】
本発明に係る非接触式走行距離の測定装置は、一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射し、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記センサユニットが、前記レーザビームを検知する受光面を有する光フローセンサ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）と、該光フローセンサから出力された光電変換信号をデジタル信号に処理し、光学航法の方式により位置変化を算出するデジタル信号処理システムと、を備えることが好ましい。
【００１５】
前記ビームスプリッタが、前記レーザユニットから出射された直線偏光（ｌｉｎｅａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）を反射し、その１／２波長遅延された直線偏光を透過する偏光型ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）であることが好ましい。
【００１６】
このとき、前記偏光型ビームスプリッタから地面側に反射された光の光路上に１／４波長板（λ／４ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ、ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）がさらに設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、地下埋設管の２次元的な埋設位置だけでなく、埋設の深さまでデータベース化でき、より効率的な埋設管のメンテナンスが可能である。
【００１８】
また、不断水の状態で地下埋設管に投入されることで地下埋設管の３次元地理情報が獲得できることから、マッピングの作業のために管路の使用を一時中止するような煩わしい過程がない。
【００１９】
また、光フローセンサを利用した非接触式走行距離の測定装置を使用する場合、測定面の距離が変わったり一定レベルの均一でない面及び屈曲面においても安定よく移動体の走行距離を誤差なしに測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元地理情報の獲得装置を示した図である。
【図２】図１の装置を利用して、埋設管の３次元地理情報を獲得する過程を示した図である。
【図３】従来技術に係る光学式走行距離の測定装置を概略的に示した図である。
【図４】従来技術に係る光学式走行距離の測定装置を概略的に示した図である。
【図５】光学式走行距離の測定装置の発光軸と受光軸とが一致しない場合の光フローセンサの検知領域（ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｒｅａ）を示した図である。
【図６】本発明の好ましい一実施形態に係る走行距離の測定装置の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る走行距離の測定装置の光伝達の効率を示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る走行距離の測定装置の光伝達の効率を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の構成及び動作について添付の図面に基づいて詳説する。
【００２２】
図１は、地下埋設管の３次元地理情報が獲得できる装置を示したものであって、地下埋設管を不断水の状態で維持しつつ、地理情報の獲得作業が可能な管内移送装置３００の一例が図示されている。
【００２３】
管内移送装置３００は地下埋設管５００内で移動し、胴体には、管内移送装置３００の移動方向、移動速度、及び移動距離を測定する検知手段３１０と、該検知手段３１０の測定値を保存する情報保存手段３４０とが設けられる。
【００２４】
管内移送装置３００は、地下埋設管５００から流れる流体に浮遊されるように地下埋設管５００の直径よりも小さい最外側の直径と、地下埋設管５００内で流れる流体の比重と等しい比重を有する浮遊型の胴体とからなる。
【００２５】
例えば、上水道管内におけるマッピング装置は比重１として備えられることが好ましい。管内移送装置が浮遊型の胴体を有する場合、管内を移動する時に別途の動力や複雑な機械装置または補助装置を必要とせず、さらに、上水道管の場合、不断水の状態であっても地理情報の獲得作業（マッピング、ｍａｐｐｉｎｇ）を行うことができ、動力なしでも相当な距離をマッピングすることができる。したがって、マッピングの作業時間が短縮され、かつマッピングの作業区間が増大されると共に、マッピングの作業時に水道の使用世帯の不便を解消するなどの効果をもたらすことができる。浮遊型の胴体は、流体の抵抗を最小化するために流線型の曲面を有することが好ましく、安定的に移動するために２つ以上の翼を備えることができる。
【００２６】
一方、管内移送装置３００は、浮遊型の胴体以外にもピッグ（ｐｉｇ）型の胴体で備えられ得る。この場合、浮遊型の胴体で備えられるものとは異なって、ピッグ移送のための別途のピッグ発射装置がピッグ投入口に備えられなければならない。この場合、ピッグ型の胴体が管内を移動してフラッシング作業を併行することもあり得る。かかる本発明のマッピング装置のピッグ型の胴体は、韓国出願番号第２０−２００５−０００７５２８号、第２０−２００３−００３９７９４号など、従来に知られているいかなる構造のピッグ構造で備えられることも可能である。
【００２７】
また、管内移送装置３００は、管内走行型ロボットの胴体で備えられ得る。管内走行型ロボットは、傾斜及び曲管部を移動できる構造で備えられることが好ましいが、例えば、韓国出願番号第１０−１９９５−００３０８７４号、第１０−２００１−０００９３６９号などの走行型ロボットが例示され、このような従来に知られた管内の傾斜及び曲管部を移動できるいかなる構造の管内走行型ロボットの胴体で備えられることも可能である。管内走行型ロボットには、輪の駆動部を制御するために取得するエンコーダが設けられることから、前記エンコーダ信号を利用して走行型ロボットの移動距離及び回転方向を算出するとき、慣性センサで取得されたデータ以外にも、エンコーダデータをフュージョンして取得された地下埋設管の地理情報の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２８】
検知手段３１０は、管内移送装置３００に設置され、ＲＦ信号などのような無線信号を使用するアクティブセンサ３２０と、管内移送装置３００の移動方向、移動速度、及び移動距離を測定するためのマッピングセンサ３３０とを備える。
【００２９】
アクティブセンサ３２０は、管内移送装置３００の移動情報を収集するためにアクティブＲＦセンサで備えられることが好ましい。
【００３０】
マッピングセンサ３３０は、加速度計及びジャイロスコープを備える。加速度計は管内移送装置３００の速度を測定し、ジャイロスコープは管内移送装置３００の移動方向を測定する。これと共に、光フローセンサを利用した非接触式走行距離の測定装置１００は、管内移送装置３００の移動距離を測定する。非接触式走行距離の測定装置１００に対しては後述する。
【００３１】
また、管内移送装置３００には、地下埋設管５００の管路上の決められた地点に設けられた通信モジュール６１０、６２０、６３０、６４０（図２参照）と通信し、補正用の地理情報が獲得されるよう無線通信装置３５０がさらに備えられることができ、図示されていないが、地下埋設管５００の内側のビジョンデータ（ｖｉｓｉｏｎ ｄａｔａ）を獲得するカメラ装置がさらに取り付けられることもできる。このカメラ装置は、地下埋設管の内側のビジョンデータを獲得し、補修すべき管内位置及び管内状態を正確に把握し、後で管内のメンテナンスを容易かつ正確に行うことができる。
【００３２】
一方、管内移送装置３００は、不断水の状態で作動することから最小１０ｋｇ／ｃｍ２防水の機能を有することが好ましい。
【００３３】
図２は、本発明の浮遊型の胴体を有するマッピング装置の作業模式図である。
【００３４】
まず、地下埋設管５００に設けられている空気バルブなどに本発明の管内移送装置３００を投入する。投入された管内移送装置３００は、その直径が埋設管５００の直径よりも小さいため、流体の流れにより管内に沿って移動する。
【００３５】
管内移送装置３００に設けられた検知手段３１０は、アクティブセンサ３２０とマッピングセンサ３３０、走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）、非接触式走行距離の測定装置などを利用し、３次元地理情報を算出することができるデータの管内移送装置３００の加速度及び角加速度及び走行距離を測定し、管内移送装置３００の移動方向及び走行距離を測定する。検知手段３１０により獲得されたデータは、ＧＰＳ等を介して獲得された管内移送装置３００の投入口及び回収口の地理情報と結合し、地下埋設管５００の２次元的な埋設位置はもちろん、管内移送装置３００の移動軌跡を通じて埋設の深さに至るまで推定することでマッピングできる。また、管内移送装置３００にカメラを取り付けた場合、管内の円周方向のビジョンデータを取得して地理情報と結合し、データベースを構築することもできる。
【００３６】
一方、地下埋設管５００は、金属材の管が多く使用されることから電波の送受信が円滑に行われないため、管内移送装置３００には検知手段３１０で測定された値を保存できる別途の情報保存手段３４０が備えられることが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係る管内移送装置３００に無線通信モジュール３５０を加えて取り付け、管内移送装置３００の投入口と回収口との間の中間地点に設けられた無線装置と通信し、補正用の地理情報を取得することができる。このような無線装置として、ＲＦＩＤ６１０、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）通信モジュールなど、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）と連係している通信装置６２０、通過センサモジュール６３０、バルブ不断水装着通信モジュール６４０、管ネットワークモニタセンサ、及び通信モジュール６５０などを活用することができる。
【００３８】
マッピングの作業は、回収口を介して回収された管内移送装置３００の情報保存手段３４０に保存された測定値をローディングし、管内移送装置３００の投入地点、回収地点、及び中間補正地点の地理情報と、センサで取得したデータに基づいて推定した地理情報とを結合し、該当区間の管路の３次元地理情報を算出してデータベースを構築する。
【００３９】
このように作成された３次元管ネットワークをＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）と連係、ＲＦＩＤ技術を応用したバルブ及び管路データと連係、管内のモニタ画像データとの連係、管路のモニタセンサリアルタイムデータなどと連動することにより、統合的な地下埋設管ネットワークの管理及び診断システムを構築することが可能である。
【００４０】
このような埋設管のマッピング作業をより正確に行うめには、管内移送装置３００の正確な走行距離を測定する作業が最も重要であるが、管内移送装置３００を不断水の状態で運用するためには浮遊型の胴体で構成することが好ましい。よって、接触式走行距離の測定装置を使用する場合に誤差が大きく発生する恐れがあるので、非接触式走行距離の測定装置を使用することが好ましい。
【００４１】
このような非接触式走行距離の測定装置の代表的なものとして、光フローセンサを利用した走行距離の測定装置があり、これに対する従来技術は表１のとおりである。
【００４２】
【表１】
図３は、表１の「光マウスを利用した光学式走行距離計」で具現された移動ロボットの胴体の底に３つの光学式走行距離計を取り付けたモデルの概略図であり、図４は、図１の側面を切開して示した断面図である。
【００４３】
移動ロボットの胴体１には、移動のための複数の輪２が設けられ、胴体１の底に３つの光学式走行距離計１０が取り付けられる。光学式走行距離計１０が複数設けられる理由は、輪の駆動式走行距離の測定装置で発生する滑りによる誤差を補正するためである。
【００４４】
胴体１の中央には、図４に示すように、光学式走行距離計１０から投射された光を取りまとめる光フローセンサ１３が備えられ、光フローセンサ１３の前面には反射した光を集めるレンズユニット１２が設けられる。光フローセンサ１３は、コンピュータ用の光マウス（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｕｓｅ）に使用される光フローセンサチップ（例：ＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳのＡＤＮＳ−６０１０）を利用して簡単に具現することができる。 ＡＤＮＳ−６０１０のような光フローセンサチップは、光フローセンサで光を受光する映像取得システムと、取得された映像をデジタルの信号に処理し、センサユニットを備えた移動体が動いた方向及び距離を算出するデジタル信号処理システムを備えて光学航法の技術を具現する。これに関する技術は、本発明の主部と関連性が低いため、詳説は省略する。
【００４５】
しかし、図５に示したように、地面の屈曲が存在して均一でない地域において、走行距離の測定装置から地面との距離がＡ、Ｂ、Ｃに変化する場合、レーザビームの発光軸と受光軸（光フローセンサが見る軸）とが一致しないため、地面Ａ、Ｂの場合、光フローセンサ１３の検知領域１３ａ、１３ｂは、レーザビームが地面に反射する領域１０a、１０ｂを検知することから走行距離を測定することができる。しかし、地面Ｃの場合は、レーザビームが照らす領域１０ｃとセンサが見る領域１３ｃとが外れられることから、光フローセンサからは地面の映像を獲得することはできない。したがって、レーザビームの発光軸と受光軸とが一致しない配置構造を有する場合、地面の高さＡ〜Ｂの間にのみ走行距離測定の動作が可能であるという問題がある。
【００４６】
図６は、かかる問題を解決できる非接触式走行距離の測定装置１００を簡略に示した図である。本発明に係る非接触式走行距離の測定装置１００は、レーザユニット１１０、ビームスプリッタ２００、及び光フローセンサ１３０からなる。
【００４７】
レーザユニット１１０は、レーザダイオード及びビームコリメータを備える。レーザダイオードは一定の波長を有するレーザビームを放射し、ビームコリメータは前記レーザダイオードで放射されるレーザビームを一定の照射面積１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを有する平行光レーザビームに定形化し、レーザビームの照射領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが、光フローセンサの検知している領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの大きさよりも大きくする。
【００４８】
光フローセンサ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）１３０は、レーザユニット１１０と一定の間隔離隔され、レーザユニット１１０から出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう受光面を配置する。光フローセンサ１３０は、図示されていないデジタル信号処理システムと接続されるが、前記デジタル信号処理システムは、光フローセンサ１３０から出力された光電変換された信号を処理して光学航法の方式により位置変化を算出する。光フローセンサ１３０は、コンピュータ用の光マウス（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｕｓｅ）に使用される光フローセンサチップ（例：ＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳのＡＤＮＳ６０１０）を利用して具現され得る。光フローセンサチップは、光フローセンサ１３０で光を受光する映像取得システムと、取得された映像をデジタル信号処理してセンサを備えた移動体が動いた方向及び距離を算出するデジタル信号処理システムを含む。光フローセンサチップの詳細な構造及び動作は、公知の技術であるためその説明は省略する。
【００４９】
ビームスプリッタ２００は、レーザユニット１１０から出射されたレーザビームの光軸上に備えられ、レーザユニット１１０から出射されたレーザビームを光フローセンサ１３０の受光面と対向する地面側に反射し、地面側で反射された光を光フローセンサ１３０の受光面に透過する。
【００５０】
いい加えると、図６における参照符号１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、地面との距離がＡ、Ｂ、Ｃに変化する時のレーザビームの照射領域であり、参照符号１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、この場合の光フローセンサ１３０の検知領域である。図示したように、前述した構成によると、レーザビームの照射領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと光フローセンサ１３０の検知領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、地面との距離変化に関係なく互いに重なるため、光フローセンサ１３０と地面との距離に関係なく光フローセンサ１３０が正常にレーザビームを検知することが可能である。
【００５１】
図７は、本発明における走行距離測定装置の一実施形態であって、非偏光型のビームスプリッタ（ｎｏｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を使用した場合、光センシング動作の概略的な光伝達の効率を示す。図５に示す実施形態において、ビームスプリッタの光伝達面２１０の反射率及び透過率は５０％と仮定する。
【００５２】
レーザユニット１１０から出射されたレーザビーム（１）の光強度を１００％とするとき、ビームスプリッタ２００で５０％が透過（１）’されて５０％が反射され、地面へ向かう光（２）の光強度は５０％となる。そして、地面（地面の反射率が１００％であると仮定）で反射された光（３）の５０％がビームスプリッタ２００で反射（３）’され、光フローセンサ１３０で受光される残りの光（４）の強度は、最初のレーザビーム（１）の２５％となる。すなわち、光フローセンサ１３０に入射される光の強度は、ビームスプリッタ２００の光反射率／光透過率（５０％と仮定）及び地面の反射率（１００％と仮定）によって異なってくるが、レーザユニット１１０から出射される最初のレーザビームの光強度の２５％程度であって弱まる。
【００５３】
図８は、本発明の他の実施形態であって、偏光型のビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）２００’及び１／４波長板２２０を使用し、光センシング動作の性能がさらに改善された実施形態の光伝達の効率を示す。
【００５４】
レーザユニット１１０’はＰ相に整流されたレーザビームを出射し、偏光型ビームスプリッタ２００’はＰ相を１００％反射してＳ相を１００％透過すると仮定する。レーザユニット１１０’から出射されたＰ相のレーザビーム（ａ）の光強度を１００％とするとき、ビームスプリッタでＰ相のレーザを全反射（ｂ）して光強度を１００％維持する。また、１／４波長板２２０（波長板の光透過率が１００％であると仮定）を透過した光（ｃ）（Ｐ相＋λ／４）が地面（地面の反射率が１００％であると仮定）で反射（ｄ）される。地面の反射光（ｄ）が再度１／４波長板２２０を透過（Ｐ相＋λ／２＝Ｓ相）してＳ相のレーザ（ｅ）に相が変わる。また、Ｓ相のレーザ（ｅ）は偏光型のビームスプリッタで１００％透過（ｆ）して光フローセンサ１３０に受光される。
【００５５】
すなわち、光フローセンサ１３０に入射される光の強度は、ビームスプリッタ２００’の光反射率／光透過率（１００％と仮定）と、波長板２２０の光透過率（１００％と仮定）と、地面の反射率（１００％と仮定）とにより異なるが、レーザユニット１１０’から出射されるレーザビームの光強度を最大１００％に維持することができる。
【００５６】
以上は図面及び明細書により最適の実施形態が開示された。ここで使用された特定の用語または数値は、単に本発明を説明するために使用されたものであって、意味の限定または特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使用されるものではない。したがって、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることを理解することができるであろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付された特許請求範囲の技術的な思想によって定められるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、地下埋設管の３次元地理情報を測定するために使用され、これに使用される非接触式走行距離の測定装置は、車、移動ロボットのような多様な移動手段の走行距離を算出するために使用され得る。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 走行距離の測定装置
１１０、１１０’ レーザユニット
１３０ 光フローセンサ
２００、２００’ ビームスプリッタ
２２０ １／４波長板
３００ 管内移送装置
５００ 地下埋設管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下埋設管の３次元地理情報を獲得する装置及びこの装置に設置可能な非接触式走行距離の測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下埋設管の検査と関連した装置に関する従来技術は次のとおりである。
【０００３】
（１）米国登録特許ＵＳ６、２４３、６５７（２００１−０６−０５）「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（２）米国登録特許ＵＳ５、４１７、１１２（１９９５−０５−２３）「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｓａｇｅ ｏｆ ａ ｐｉｇ ｍｏｖｉｎｇ ｗｉｔｈｉｎ ａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（３）米国登録特許ＵＳ４、７１４、８８８（１９８７−１２−２２）「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｓｓａｇｅ ｏｆ ａ ｐｉｇ ｉｎ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（４）米国登録特許ＵＳ６、８５７、３２９（２００５−０２−２２）「Ｐｉｇ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｎ ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
（５）米国公開特許ＵＳ２００３／０１２１３３８（２００３−０７−０３）「Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｐｉｇｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎ ａ ｐｉｐｅｌｉｎｅ」
しかし、一般的な地下埋設管の検査装置では２次元の地理情報のみが獲得できるだけであって、埋設管の深さに対するデータは獲得できないため、埋設管の効果的なメンテナンスに限界がある。特に、概略的な埋設位置は地図などに表示されているものの、どのような深い位置に埋設されているかは記録されておらず、掘削作業中において作業者のミスにより埋設管が破損されてしまうことが頻繁に発生する。したがって、最近では、地下埋設管の２次元的な埋設位置だけでなく、埋設の深さまでデータベース化できる装置の必要性が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６２４３６５７号
【特許文献２】米国特許第５４１７１１２号
【特許文献３】米国特許第４７１４８８８号
【特許文献４】米国特許第６８５７３２９号
【特許文献５】米国公開特許第２００３／０１２１３３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前述したような問題を勘案して案出されたものであって、その目的は、地下埋設管の２次元的な設置位置だけでなく、埋設の深さまでデータベース化できる３次元地理情報の獲得装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、測定時において地下埋設管内に流れる流体の流れを中断させることなく、地下埋設管の３次元地理情報を獲得する作業を行うことができる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するための本発明に係る地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置は、地下埋設管内を移動する管内移送装置と、該管内移送装置の３次元位置情報を検知する検知手段と、該検知手段の測定値を保存する情報保存手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によると、前記検知手段が、前記管内移送装置の移動方向測定ユニットと、前記管内移送装置の移動速度測定ユニットと、前記管内移送装置の走行距離測定ユニットと、を備えることがよい。
【０００９】
前記走行距離測定ユニットは、通常の走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）で備えられることができ、一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射され、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、を備えるように構成されることもできる。
【００１０】
前記管内移送装置が、前記地下埋設管で流れる流体に浮遊されるよう前記埋設管の直径よりも小さい最外側の直径と、前記埋設管内で流れる流体の比重とが等しい比重を有する浮遊型の胴体で備えられることがよい。
【００１１】
または、前記管内移送装置が、ピッグ型の胴体あるいは走行型ロボットで備えられることも可能である。
【００１２】
前記検知手段が、前記地下埋設管の内側のビジョンデータを獲得するカメラ装置や、前記地下埋設管の管路上の定められた地点に設けられた通信モジュールと、該通信モジュールと通信して補正用の地理情報を獲得する無線通信装置と、をさらに備えることができる。
【００１３】
本発明に係る非接触式走行距離の測定装置は、一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射し、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記センサユニットが、前記レーザビームを検知する受光面を有する光フローセンサ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）と、該光フローセンサから出力された光電変換信号をデジタル信号に処理し、光学航法の方式により位置変化を算出するデジタル信号処理システムと、を備えることが好ましい。
【００１５】
前記ビームスプリッタが、前記レーザユニットから出射された直線偏光（ｌｉｎｅａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）を反射し、その１／２波長遅延された直線偏光を透過する偏光型ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）であることが好ましい。
【００１６】
このとき、前記偏光型ビームスプリッタから地面側に反射された光の光路上に１／４波長板（λ／４ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ、ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）がさらに設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、地下埋設管の２次元的な埋設位置だけでなく、埋設の深さまでデータベース化でき、より効率的な埋設管のメンテナンスが可能である。
【００１８】
また、不断水の状態で地下埋設管に投入されることで地下埋設管の３次元地理情報が獲得できることから、マッピングの作業のために管路の使用を一時中止するような煩わしい過程がない。
【００１９】
また、光フローセンサを利用した非接触式走行距離の測定装置を使用する場合、測定面の距離が変わったり一定レベルの均一でない面及び屈曲面においても安定よく移動体の走行距離を誤差なしに測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元地理情報の獲得装置を示した図である。
【図２】図１の装置を利用して、埋設管の３次元地理情報を獲得する過程を示した図である。
【図３】従来技術に係る光学式走行距離の測定装置を概略的に示した図である。
【図４】従来技術に係る光学式走行距離の測定装置を概略的に示した図である。
【図５】光学式走行距離の測定装置の発光軸と受光軸とが一致しない場合の光フローセンサの検知領域（ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｒｅａ）を示した図である。
【図６】本発明の好ましい一実施形態に係る走行距離の測定装置の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る走行距離の測定装置の光伝達の効率を示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る走行距離の測定装置の光伝達の効率を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の構成及び動作について添付の図面に基づいて詳説する。
【００２２】
図１は、地下埋設管の３次元地理情報が獲得できる装置を示したものであって、地下埋設管を不断水の状態で維持しつつ、地理情報の獲得作業が可能な管内移送装置３００の一例が図示されている。
【００２３】
管内移送装置３００は地下埋設管５００内で移動し、胴体には、管内移送装置３００の移動方向、移動速度、及び移動距離を測定する検知手段３１０と、該検知手段３１０の測定値を保存する情報保存手段３４０とが設けられる。
【００２４】
管内移送装置３００は、地下埋設管５００から流れる流体に浮遊されるように地下埋設管５００の直径よりも小さい最外側の直径と、地下埋設管５００内で流れる流体の比重と等しい比重を有する浮遊型の胴体とからなる。
【００２５】
例えば、上水道管内におけるマッピング装置は比重１として備えられることが好ましい。管内移送装置が浮遊型の胴体を有する場合、管内を移動する時に別途の動力や複雑な機械装置または補助装置を必要とせず、さらに、上水道管の場合、不断水の状態であっても地理情報の獲得作業（マッピング、ｍａｐｐｉｎｇ）を行うことができ、動力なしでも相当な距離をマッピングすることができる。したがって、マッピングの作業時間が短縮され、かつマッピングの作業区間が増大されると共に、マッピングの作業時に水道の使用世帯の不便を解消するなどの効果をもたらすことができる。浮遊型の胴体は、流体の抵抗を最小化するために流線型の曲面を有することが好ましく、安定的に移動するために２つ以上の翼を備えることができる。
【００２６】
一方、管内移送装置３００は、浮遊型の胴体以外にもピッグ（ｐｉｇ）型の胴体で備えられ得る。この場合、浮遊型の胴体で備えられるものとは異なって、ピッグ移送のための別途のピッグ発射装置がピッグ投入口に備えられなければならない。この場合、ピッグ型の胴体が管内を移動してフラッシング作業を併行することもあり得る。かかる本発明のマッピング装置のピッグ型の胴体は、韓国出願番号第２０−２００５−０００７５２８号、第２０−２００３−００３９７９４号など、従来に知られているいかなる構造のピッグ構造で備えられることも可能である。
【００２７】
また、管内移送装置３００は、管内走行型ロボットの胴体で備えられ得る。管内走行型ロボットは、傾斜及び曲管部を移動できる構造で備えられることが好ましいが、例えば、韓国出願番号第１０−１９９５−００３０８７４号、第１０−２００１−０００９３６９号などの走行型ロボットが例示され、このような従来に知られた管内の傾斜及び曲管部を移動できるいかなる構造の管内走行型ロボットの胴体で備えられることも可能である。管内走行型ロボットには、輪の駆動部を制御するために取得するエンコーダが設けられることから、前記エンコーダ信号を利用して走行型ロボットの移動距離及び回転方向を算出するとき、慣性センサで取得されたデータ以外にも、エンコーダデータをフュージョンして取得された地下埋設管の地理情報の信頼性をさらに向上させることができる。
【００２８】
検知手段３１０は、管内移送装置３００に設置され、ＲＦ信号などのような無線信号を使用するアクティブセンサ３２０と、管内移送装置３００の移動方向、移動速度、及び移動距離を測定するためのマッピングセンサ３３０とを備える。
【００２９】
アクティブセンサ３２０は、管内移送装置３００の移動情報を収集するためにアクティブＲＦセンサで備えられることが好ましい。
【００３０】
マッピングセンサ３３０は、加速度計及びジャイロスコープを備える。加速度計は管内移送装置３００の速度を測定し、ジャイロスコープは管内移送装置３００の移動方向を測定する。これと共に、光フローセンサを利用した非接触式走行距離の測定装置１００は、管内移送装置３００の移動距離を測定する。非接触式走行距離の測定装置１００に対しては後述する。
【００３１】
また、管内移送装置３００には、地下埋設管５００の管路上の決められた地点に設けられた通信モジュール６１０、６２０、６３０、６４０（図２参照）と通信し、補正用の地理情報が獲得されるよう無線通信装置３５０がさらに備えられることができ、図示されていないが、地下埋設管５００の内側のビジョンデータ（ｖｉｓｉｏｎ ｄａｔａ）を獲得するカメラ装置がさらに取り付けられることもできる。このカメラ装置は、地下埋設管の内側のビジョンデータを獲得し、補修すべき管内位置及び管内状態を正確に把握し、後で管内のメンテナンスを容易かつ正確に行うことができる。
【００３２】
一方、管内移送装置３００は、不断水の状態で作動することから最小１０ｋｇ／ｃｍ２防水の機能を有することが好ましい。
【００３３】
図２は、本発明の浮遊型の胴体を有するマッピング装置の作業模式図である。
【００３４】
まず、地下埋設管５００に設けられている空気バルブなどに本発明の管内移送装置３００を投入する。投入された管内移送装置３００は、その直径が埋設管５００の直径よりも小さいため、流体の流れにより管内に沿って移動する。
【００３５】
管内移送装置３００に設けられた検知手段３１０は、アクティブセンサ３２０とマッピングセンサ３３０、走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）、非接触式走行距離の測定装置などを利用し、３次元地理情報を算出することができるデータの管内移送装置３００の加速度及び角加速度及び走行距離を測定し、管内移送装置３００の移動方向及び走行距離を測定する。検知手段３１０により獲得されたデータは、ＧＰＳ等を介して獲得された管内移送装置３００の投入口及び回収口の地理情報と結合し、地下埋設管５００の２次元的な埋設位置はもちろん、管内移送装置３００の移動軌跡を通じて埋設の深さに至るまで推定することでマッピングできる。また、管内移送装置３００にカメラを取り付けた場合、管内の円周方向のビジョンデータを取得して地理情報と結合し、データベースを構築することもできる。
【００３６】
一方、地下埋設管５００は、金属材の管が多く使用されることから電波の送受信が円滑に行われないため、管内移送装置３００には検知手段３１０で測定された値を保存できる別途の情報保存手段３４０が備えられることが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係る管内移送装置３００に無線通信モジュール３５０を加えて取り付け、管内移送装置３００の投入口と回収口との間の中間地点に設けられた無線装置と通信し、補正用の地理情報を取得することができる。このような無線装置として、ＲＦＩＤ６１０、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）通信モジュールなど、無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）と連係している通信装置６２０、通過センサモジュール６３０、バルブ不断水装着通信モジュール６４０、管ネットワークモニタセンサ、及び通信モジュール６５０などを活用することができる。
【００３８】
マッピングの作業は、回収口を介して回収された管内移送装置３００の情報保存手段３４０に保存された測定値をローディングし、管内移送装置３００の投入地点、回収地点、及び中間補正地点の地理情報と、センサで取得したデータに基づいて推定した地理情報とを結合し、該当区間の管路の３次元地理情報を算出してデータベースを構築する。
【００３９】
このように作成された３次元管ネットワークをＧＩＳ（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）と連係、ＲＦＩＤ技術を応用したバルブ及び管路データと連係、管内のモニタ画像データとの連係、管路のモニタセンサリアルタイムデータなどと連動することにより、統合的な地下埋設管ネットワークの管理及び診断システムを構築することが可能である。
【００４０】
このような埋設管のマッピング作業をより正確に行うめには、管内移送装置３００の正確な走行距離を測定する作業が最も重要であるが、管内移送装置３００を不断水の状態で運用するためには浮遊型の胴体で構成することが好ましい。よって、接触式走行距離の測定装置を使用する場合に誤差が大きく発生する恐れがあるので、非接触式走行距離の測定装置を使用することが好ましい。
【００４１】
このような非接触式走行距離の測定装置の代表的なものとして、光フローセンサを利用した走行距離の測定装置があり、これに対する従来技術は表１のとおりである。
【００４２】
【表１】
図３は、表１の「光マウスを利用した光学式走行距離計」で具現された移動ロボットの胴体の底に３つの光学式走行距離計を取り付けたモデルの概略図であり、図４は、図１の側面を切開して示した断面図である。
【００４３】
移動ロボットの胴体１には、移動のための複数の輪２が設けられ、胴体１の底に３つの光学式走行距離計１０が取り付けられる。光学式走行距離計１０が複数設けられる理由は、輪の駆動式走行距離の測定装置で発生する滑りによる誤差を補正するためである。
【００４４】
胴体１の中央には、図４に示すように、光学式走行距離計１０から投射された光を取りまとめる光フローセンサ１３が備えられ、光フローセンサ１３の前面には反射した光を集めるレンズユニット１２が設けられる。光フローセンサ１３は、コンピュータ用の光マウス（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｕｓｅ）に使用される光フローセンサチップ（例：ＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳのＡＤＮＳ−６０１０）を利用して簡単に具現することができる。 ＡＤＮＳ−６０１０のような光フローセンサチップは、光フローセンサで光を受光する映像取得システムと、取得された映像をデジタルの信号に処理し、センサユニットを備えた移動体が動いた方向及び距離を算出するデジタル信号処理システムを備えて光学航法の技術を具現する。これに関する技術は、本発明の主部と関連性が低いため、詳説は省略する。
【００４５】
しかし、図５に示したように、地面の屈曲が存在して均一でない地域において、走行距離の測定装置から地面との距離がＡ、Ｂ、Ｃに変化する場合、レーザビームの発光軸と受光軸（光フローセンサが見る軸）とが一致しないため、地面Ａ、Ｂの場合、光フローセンサ１３の検知領域１３ａ、１３ｂは、レーザビームが地面に反射する領域１０a、１０ｂを検知することから走行距離を測定することができる。しかし、地面Ｃの場合は、レーザビームが照らす領域１０ｃとセンサが見る領域１３ｃとが外れられることから、光フローセンサからは地面の映像を獲得することはできない。したがって、レーザビームの発光軸と受光軸とが一致しない配置構造を有する場合、地面の高さＡ〜Ｂの間にのみ走行距離測定の動作が可能であるという問題がある。
【００４６】
図６は、かかる問題を解決できる非接触式走行距離の測定装置１００を簡略に示した図である。本発明に係る非接触式走行距離の測定装置１００は、レーザユニット１１０、ビームスプリッタ２００、及び光フローセンサ１３０からなる。
【００４７】
レーザユニット１１０は、レーザダイオード及びビームコリメータを備える。レーザダイオードは一定の波長を有するレーザビームを放射し、ビームコリメータは前記レーザダイオードで放射されるレーザビームを一定の照射面積１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを有する平行光レーザビームに定形化し、レーザビームの照射領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが、光フローセンサの検知している領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの大きさよりも大きくする。
【００４８】
光フローセンサ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）１３０は、レーザユニット１１０と一定の間隔離隔され、レーザユニット１１０から出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう受光面を配置する。光フローセンサ１３０は、図示されていないデジタル信号処理システムと接続されるが、前記デジタル信号処理システムは、光フローセンサ１３０から出力された光電変換された信号を処理して光学航法の方式により位置変化を算出する。光フローセンサ１３０は、コンピュータ用の光マウス（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｏｕｓｅ）に使用される光フローセンサチップ（例：ＡＶＡＧＯ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳのＡＤＮＳ６０１０）を利用して具現され得る。光フローセンサチップは、光フローセンサ１３０で光を受光する映像取得システムと、取得された映像をデジタル信号処理してセンサを備えた移動体が動いた方向及び距離を算出するデジタル信号処理システムを含む。光フローセンサチップの詳細な構造及び動作は、公知の技術であるためその説明は省略する。
【００４９】
ビームスプリッタ２００は、レーザユニット１１０から出射されたレーザビームの光軸上に備えられ、レーザユニット１１０から出射されたレーザビームを光フローセンサ１３０の受光面と対向する地面側に反射し、地面側で反射された光を光フローセンサ１３０の受光面に透過する。
【００５０】
いい加えると、図６における参照符号１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、地面との距離がＡ、Ｂ、Ｃに変化する時のレーザビームの照射領域であり、参照符号１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、この場合の光フローセンサ１３０の検知領域である。図示したように、前述した構成によると、レーザビームの照射領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと光フローセンサ１３０の検知領域１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、地面との距離変化に関係なく互いに重なるため、光フローセンサ１３０と地面との距離に関係なく光フローセンサ１３０が正常にレーザビームを検知することが可能である。
【００５１】
図７は、本発明における走行距離測定装置の一実施形態であって、非偏光型のビームスプリッタ（ｎｏｎ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を使用した場合、光センシング動作の概略的な光伝達の効率を示す。図５に示す実施形態において、ビームスプリッタの光伝達面２１０の反射率及び透過率は５０％と仮定する。
【００５２】
レーザユニット１１０から出射されたレーザビーム（１）の光強度を１００％とするとき、ビームスプリッタ２００で５０％が透過（１）’されて５０％が反射され、地面へ向かう光（２）の光強度は５０％となる。そして、地面（地面の反射率が１００％であると仮定）で反射された光（３）の５０％がビームスプリッタ２００で反射（３）’され、光フローセンサ１３０で受光される残りの光（４）の強度は、最初のレーザビーム（１）の２５％となる。すなわち、光フローセンサ１３０に入射される光の強度は、ビームスプリッタ２００の光反射率／光透過率（５０％と仮定）及び地面の反射率（１００％と仮定）によって異なってくるが、レーザユニット１１０から出射される最初のレーザビームの光強度の２５％程度であって弱まる。
【００５３】
図８は、本発明の他の実施形態であって、偏光型のビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）２００’及び１／４波長板２２０を使用し、光センシング動作の性能がさらに改善された実施形態の光伝達の効率を示す。
【００５４】
レーザユニット１１０’はＰ相に整流されたレーザビームを出射し、偏光型ビームスプリッタ２００’はＰ相を１００％反射してＳ相を１００％透過すると仮定する。レーザユニット１１０’から出射されたＰ相のレーザビーム（ａ）の光強度を１００％とするとき、ビームスプリッタでＰ相のレーザを全反射（ｂ）して光強度を１００％維持する。また、１／４波長板２２０（波長板の光透過率が１００％であると仮定）を透過した光（ｃ）（Ｐ相＋λ／４）が地面（地面の反射率が１００％であると仮定）で反射（ｄ）される。地面の反射光（ｄ）が再度１／４波長板２２０を透過（Ｐ相＋λ／２＝Ｓ相）してＳ相のレーザ（ｅ）に相が変わる。また、Ｓ相のレーザ（ｅ）は偏光型のビームスプリッタで１００％透過（ｆ）して光フローセンサ１３０に受光される。
【００５５】
すなわち、光フローセンサ１３０に入射される光の強度は、ビームスプリッタ２００’の光反射率／光透過率（１００％と仮定）と、波長板２２０の光透過率（１００％と仮定）と、地面の反射率（１００％と仮定）とにより異なるが、レーザユニット１１０’から出射されるレーザビームの光強度を最大１００％に維持することができる。
【００５６】
以上は図面及び明細書により最適の実施形態が開示された。ここで使用された特定の用語または数値は、単に本発明を説明するために使用されたものであって、意味の限定または特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使用されるものではない。したがって、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であることを理解することができるであろう。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付された特許請求範囲の技術的な思想によって定められるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、地下埋設管の３次元地理情報を測定するために使用され、これに使用される非接触式走行距離の測定装置は、車、移動ロボットのような多様な移動手段の走行距離を算出するために使用され得る。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 走行距離の測定装置
１１０、１１０’ レーザユニット
１３０ 光フローセンサ
２００、２００’ ビームスプリッタ
２２０ １／４波長板
３００ 管内移送装置
５００ 地下埋設管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下埋設管内を移動する管内移送装置と、
該管内移送装置の３次元位置情報を検知する検知手段と、
該検知手段の測定値を保存する情報保存手段と、
を備えることを特徴とする地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項２】
前記検知手段が、
前記管内移送装置の移動方向測定ユニットと、
前記管内移送装置の移動速度測定ユニットと、
前記管内移送装置の走行距離測定ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項３】
前記移動方向測定ユニットはジャイロセンサであり、前記移動速度測定ユニットは加速度センサであることを特徴とする請求項２に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項４】
前記走行距離測定ユニットは、走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）であることを特徴とする請求項２に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項５】
前記走行距離測定ユニットが、
一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、
該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、
前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射され、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項６】
前記管内移送装置が、前記地下埋設管で流れる流体に浮遊されるよう前記埋設管の直径よりも小さい最外側の直径と、前記埋設管内で流れる流体の比重とが等しい比重を有する浮遊型の胴体であることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項７】
前記管内移送装置が、ピッグ型の胴体で備えられたことを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項８】
前記管内移送装置が、走行型ロボットで備えられたことを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項９】
前記検知手段が、前記地下埋設管の内側のビジョンデータを獲得するカメラ装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項１０】
前記検知手段が、
前記地下埋設管の管路上の定められた地点に設けられた通信モジュールと、
該通信モジュールと通信して補正用の地理情報を獲得する無線通信装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項１１】
一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、
該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、
前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射し、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１２】
前記センサユニットが、
前記レーザビームを検知する受光面を有する光フローセンサ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）と、
該光フローセンサから出力された光電変換信号をデジタル信号に処理し、光学航法の方式により位置変化を算出するデジタル信号処理システムと、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１３】
前記ビームスプリッタが、前記レーザユニットから出射された直線偏光（ｌｉｎｅａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）を反射し、その１／２波長遅延された直線偏光を透過する偏光型ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）であることを特徴とする請求項１２に記載の非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１４】
前記偏光型ビームスプリッタから地面側に反射された光の光路上に１／４波長板（λ／４ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ、ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）がさらに設けられることを特徴とする請求項１２に記載の非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１】
地下埋設管内を移動する管内移送装置と、
該管内移送装置の３次元位置情報を検知する検知手段と、
該検知手段の測定値を保存する情報保存手段と、
を備えることを特徴とする地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項２】
前記検知手段が、
前記管内移送装置の移動方向測定ユニットと、
前記管内移送装置の移動速度測定ユニットと、
前記管内移送装置の走行距離測定ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項３】
前記移動方向測定ユニットはジャイロセンサであり、前記移動速度測定ユニットは加速度センサであることを特徴とする請求項２に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項４】
前記走行距離測定ユニットは、走行距離計（ｏｄｏｍｅｔｅｒ）であることを特徴とする請求項２に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項５】
前記走行距離測定ユニットが、
一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、
該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、
前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射され、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項６】
前記管内移送装置が、前記地下埋設管で流れる流体に浮遊されるよう前記埋設管の直径よりも小さい最外側の直径と、前記埋設管内で流れる流体の比重とが等しい比重を有する浮遊型の胴体であることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項７】
前記管内移送装置が、ピッグ型の胴体で備えられたことを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項８】
前記管内移送装置が、走行型ロボットで備えられたことを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項９】
前記検知手段が、前記地下埋設管の内側のビジョンデータを獲得するカメラ装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項１０】
前記検知手段が、
前記地下埋設管の管路上の定められた地点に設けられた通信モジュールと、
該通信モジュールと通信して補正用の地理情報を獲得する無線通信装置と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の地下埋設管の３次元地理情報の獲得装置。
【請求項１１】
一定の照射面積を有する平行光レーザビームを発生するレーザユニットと、
該レーザユニットから出射されたレーザビームの光軸と直角になるよう配置されるセンサユニットと、
前記レーザユニット及びセンサユニットの光軸上に設けられ、前記レーザユニットから出射されたレーザビームは地面に反射し、前記地面から反射されたレーザビームを前記センサユニットに透過するビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１２】
前記センサユニットが、
前記レーザビームを検知する受光面を有する光フローセンサ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ）と、
該光フローセンサから出力された光電変換信号をデジタル信号に処理し、光学航法の方式により位置変化を算出するデジタル信号処理システムと、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１３】
前記ビームスプリッタが、前記レーザユニットから出射された直線偏光（ｌｉｎｅａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）を反射し、その１／２波長遅延された直線偏光を透過する偏光型ビームスプリッタ（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）であることを特徴とする請求項１２に記載の非接触式走行距離の測定装置。
【請求項１４】
前記偏光型ビームスプリッタから地面側に反射された光の光路上に１／４波長板（λ／４ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ、ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）がさらに設けられることを特徴とする請求項１２に記載の非接触式走行距離の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１０−５３４８２４（Ｐ２０１０−５３４８２４Ａ）
【公表日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１６９２８（Ｐ２０１０−５１６９２８）
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００４２０６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１１５５２
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（５１００１４０６５）ウォーター リソーシズ エンジニアリング コーポレーション (1)
【出願人】（５１００１４０７６）
【公表日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００４２０６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０１１５５２
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＺＩＧＢＥＥ
【出願人】（５１００１４０６５）ウォーター リソーシズ エンジニアリング コーポレーション (1)
【出願人】（５１００１４０７６）
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