本発明は、地中にセンサを埋設するセンサ埋設システム及びその方法に関する。

油田や鉱物資源の調査において、地表や地中に多数のセンサを配置し、火薬や機械式の振動発生装置で衝撃を発生させ、振動等を計測してデータ解析をすることによって、埋蔵資源の推定を行う方法が知られている。

ここで、データ解析を可能な限り高分解能、高精度に行うためには、地表や地中に配置するセンサをできるだけ高メッシュでかつ広範囲に配置する必要がある。 しかしながら、センサ設置は人手で行うことが一般的であるため、膨大な労力と時間が必要になる。 特に油田調査においては砂漠や極寒冷地でキャラバンを組んで実施することになり、人間にとっては過酷な労働環境での作業となる。

このような問題に対し、上記の調査をできるだけ効率化、自動化するための手法として以下の特許文献１及び特許文献２が知られている。

特許文献１の「牽引式多チャンネル表面波探査装置」は、牽引用の長尺部材が２本のロープ又はワイヤからなり、さらにベース部材の底面の前後端縁が傾斜面もしくは湾曲面となっていることによって、横風で煽られることがなく、また、礫の影響を受け難いため、地面と受振器との適正なカップリングが得られるというものである。

また、特許文献２の「高密度三次元反射法地震探査装置」は、非伸縮性の面状部材に発振装置および受振装置をそれぞれ複数装着することによって、発振装置および受振装置を設置する作業が不要となり、装置の移動も容易に行うことができるというものである。

上述した特許文献１及び特許文献２における装置によれば、車両でセンサを搬送して配置していくものであるため、センサ設置に要する人手による作業量を削減することが可能である。
しかし、これらの装置は、センサの配置場所が地表に限定されるため、地中に埋設して使用するセンサについては対応できないという問題があった。
また、地面の掘削作業とセンサの埋設作業を単一の装置によって行う場合、掘削が完了した後もセンサの埋設が完了するまで装置を移動させることができないため、効率的にセンサの埋設を行うことができないといった問題があった。

そこで、本発明の目的は、広範囲の地表面近傍に互いに間隔を隔てて多数のセンサ（例えば振動センサ）を効率よく埋設することができるセンサ埋設システム及びその方法を提供する。

上記目的を達成するため、本発明によれば、埋設位置にセンサを埋設するためのセンサ埋設孔を順次掘削する先導車両と、
前記先導車両の後方を前記先導車両に追従して自律走行し、前記センサ埋設孔に前記センサを順次埋設する追従車両と、を備え、
前記追従車両は、前記先導車両によって掘削中の前記埋設位置を遠隔から検出可能な位置検出装置を有する、ことを特徴とするセンサ埋設システムが提供される。

また、本発明によれば、前記位置検出装置は、
前記追従車両の絶対位置を検出する自己位置検出装置と、
前記追従車両に対する前記埋設位置の相対位置を検出する相対位置検出装置と、
前記絶対位置と前記相対位置から前記埋設位置の第１絶対位置を演算し記憶する演算記憶装置と、を有する。

また、本発明によれば、前記先導車両は、
前記埋設位置の第２絶対位置を検出する埋設位置検出装置と、
前記追従車両に向けて前記第２絶対位置を送信する送信装置と、を有し、
前記追従車両は、
前記第２絶対位置を受信し記憶する受信記憶装置と、
前記第１絶対位置と前記第２絶対位置とを比較する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記第１絶対位置と前記第２絶対位置とのうち、精度が高い方の位置に前記センサを埋設させる。

また、本発明によれば、前記先導車両は、前記相対位置検出装置によって検出可能な位置に取り付けられた検出対象物を有しており 前記相対位置検出装置は、前記検出対象物を検出することによって前記追従車両に対する前記埋設位置の相対位置を検出する。

また、本発明によれば、前記相対位置検出装置は、３次元レーザレーダ又は撮像装置である。

また、本発明によれば、先導車両及び追従車両と通信可能な通信装置を有し、先導車両及び追従車両の絶対位置を修正する基地局を備える。

また、上記目的を達成するため、本発明によれば、埋設位置にセンサを埋設するためのセンサ埋設孔を順次掘削する先導車両と、
前記先導車両の後方を前記先導車両に追従して自律走行し、前記センサ埋設孔に前記センサを順次埋設する追従車両と、を準備し、
前記先導車両によって掘削中の前記埋設位置を、前記追従車両によって遠隔から検出する、ことを特徴とするセンサ埋設方法が提供される。

上述した本発明によると、追従車両は、先導車両によって掘削中の埋設位置を遠隔から検出可能な位置検出装置を備えることによって、埋設位置まで自律走行で移動し、その位置にセンサを埋設することが可能になる。

また、単一の車両で掘削及びセンサの埋設を行う場合には、掘削が完了した後もセンサの埋設が完了するまで車両を移動させることができないが、上述した本発明によると、先導車両と追従車両とをそれぞれ別々に備えているため、掘削が完了した後、センサの埋設が完了するのを待たずに次の場所に移動して掘削を行うことができる。 そのため、広範囲の地表面近傍に互いに間隔を隔てて多数のセンサ（例えば振動センサ）を効率よく埋設することができる。

本発明におけるセンサ埋設システムの構成図である。

本発明における先導車両の構成図である。

本発明における追従車両の構成図である。

本発明におけるレーザレーダを照射した場合の説明図である。

本発明におけるセンサ埋設方法を示すフローチャートである。

本発明におけるセンサ埋設方法を示すフローチャートである。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。 なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明におけるセンサ埋設システムの構成図である。
本発明のセンサ埋設システム３０は、地中にセンサ１３を埋設する装置である。
この図において、センサ埋設システム３０は、先導車両１０と追従車両２０とを備えている。 また、２１は埋設位置である。

先導車両１０は、この例においては、車両１と掘削装置２とからなっており、例えば、地表面に沿って有人又は無人で走行し掘削装置２によって地面を順次掘削するものである。 具体的には、埋設することが予定された埋設位置２１にセンサ１３を埋設するためのセンサ埋設孔２１ａを掘削する。

追従車両２０は、この例においては、車両１１と埋設装置１２とからなっており、先導車両１０の後方を先導車両１０に追従して自律走行し、埋設装置１２によって先導車両１０が掘削したセンサ埋設孔２１ａにセンサ１３を順次埋設するものである。
また、追従車両２０は、先導車両１０の位置を検出する位置検出装置１８を有しており、これによって先導車両１０を追従することが可能になる。 また、この位置検出装置１８によって先導車両１０が掘削を行った埋設位置２１を検出し、その検出した位置にセンサ１３の埋設を行うことが可能になる。
この位置検出装置１８は、具体的には、追従車両２０の絶対位置を検出する自己位置検出装置１４と、追従車両２０に対する埋設位置２１の相対位置を検出する相対位置検出装置１６と、この絶対位置と相対位置から埋設位置２１の絶対位置（以下、第１絶対位置とする。）を演算し記憶する演算記憶装置１７とからなるものを想定している。

ここで、追従車両２０が位置検出装置１８によって検出する埋設位置２１は、自己位置検出装置１４の通信状況等によっては、実際に先導車両１０が掘削を行った（行う予定の）埋設位置２１と異なる位置である場合が考えられる。
そのため、本発明においては、埋設位置２１は、実際に先導車両１０が掘削を行った位置（行う予定の位置）又はその位置から一定の範囲内（例えば、半径３ｍ〜５ｍの範囲内）をいうものとする。
なお、センサ１３は、例えば、火薬や機械式の振動発生装置による衝撃を検出する振動センサを想定している。

また、この例において、センサ１３は、追従車両２０の荷台に積載されており、追従車両２０に取り付けられた埋設装置１２によってこれを把持し、埋設するものを想定している。
なお、図１においては、先導車両１０は連続して掘削を行っているが、先導車両１０による掘削と追従車両２０による埋設を交互に行うことによって埋設を行うものであってもよい。

また、追従車両２０は有人運転に限らず、無人運転であってもよい。

図２は、本発明における先導車両の構成図である。
この図において、４は埋設位置検出装置、５は送信装置である。

車両１は、この例においては、走行経路上の障害物等の存在を考慮して装軌式の車輪１ａによって走行するものを想定しているが、障害物等が存在する可能性が低い場所で用いる場合には、例えば、装輪式の車両１を用いるものであってもよい。

掘削装置２は、この例においては、アーム２ｂの先端にドリル２ａを取り付けたものを想定しており、アーム２ｂを操作することによって掘削を行う位置を調整することが可能になる。
また、この例においては、追従車両２０による先導車両１０の追従や、追従車両２０の位置検出装置１８による埋設位置２１の検出を可能にするために、アーム２ｂの一部に検出対象物２ｃを取り付けているものを想定している。 この検出対象物２ｃについての詳細は後述する。

先導車両１０は、受信記憶装置１５に向けて情報を送信する送信装置５を搭載している。 具体的には、埋設位置検出装置４によって検出した埋設位置２１の絶対位置（以下、第２絶対位置とする。）に関する位置情報、及びその場所において掘削が完了した旨の信号（以下、掘削完了信号）を、この送信装置５から受信記憶装置１５に向けて送信する。 また、受信記憶装置１５は、受信したこれらの情報等を記憶する。 なお、埋設位置検出装置４は、例えばＧＰＳであり、ＩＮＳセンサを含むものであってもよい。

図３は、本発明における追従車両の構成図である。
この図において、１４は自己位置検出装置、１５は受信記憶装置、１６は相対位置検出装置、１７は演算記憶装置、１９は制御装置である。

車両１１は、この例においては、走行経路上の障害物等の存在を考慮して装軌式の車輪１１ａによって走行するものを想定しているが、障害物等が存在する可能性が低い場所で用いる場合には、例えば、装輪式の車両１１を用いるものであってもよい。

埋設装置１２は、この例においては、アーム１２ｂの先端にセンサ把持装置１２ａを取り付けたものを想定しており、アーム１２ｂを操作することによってセンサ１３の埋設を行う位置を調整することが可能になる。
なお、例えばアーム１２ｂに、実際に先導車両１０が掘削を行った埋設位置２１を正確に検知するための検知装置（図示しない）を設ける構成であってもよい。 この検知装置は、例えば、伸縮可能なアーム状の装置であって、地表よりも低い位置に空洞があることを確認することによって、その位置が実際に掘削を行った位置であるが否かを検出するものを想定している。
これによって、追従車両２０が位置検出装置１８によって検出した埋設位置２１と、実際に先導車両１０が掘削を行った埋設位置２１とが多少異なっている場合においても、センサ１３の埋設が可能になる。

相対位置検出装置１６は、追従車両２０に搭載されたものであり、この例においては、例えばレーザレーダ１６（３次元レーザレーダ）を想定している。 このレーザレーダ１６は、図４に示すように、照射したレーザ１６ａのうち先導車両１０に搭載された検出対象物２ｃ（この例においては反射部２ｃ）に反射したものを検出することによって、追従車両２０を基準とした埋設位置２１の相対位置を検出することが可能になる。 さらに、この相対位置検出装置１６によって検出した追従車両２０に対する埋設位置２１の相対位置と、自己位置検出装置１４によって取得した追従車両２０の絶対位置とを、演算記憶装置１７によって加算することによって埋設位置２１を検出することが可能になる。 自己位置検出装置１４は、例えばＧＰＳであり、ＩＮＳセンサを含むものであってもよい。

また、演算記憶装置１７は、埋設位置２１が複数ある場合には、その複数の埋設位置２１を記憶することが可能である。 また、例えば追従車両２０の現在位置から近い順番で記憶することも可能である。

上述した反射部２ｃは、どの角度からレーザ１６ａを受けてもレーザレーダ１６の方向に反射するように、先導車両１０の車両１やアーム２ｂに複数設置するものであってもよいし、乱反射する反射部や球状からなるものを用いる構成であってもよい。 また、例えば、反射部２ｃを十字形状にすることによって、相対位置検出装置１６が検出しやすい形状を有するものであってもよい。
特に検出対象物２ｃがアーム２ｂに取り付けられている場合は、掘削中において、その検出対象物２ｃの位置がそのまま埋設位置２１の位置を示すことになるため、検出対象物２ｃの位置から埋設位置２１の位置を求める際に補正等の計算を行う必要がなくなる。

なお、追従車両２０は、相対位置検出装置１６によって、埋設位置２１に加え、追従車両２０の位置から埋設位置２１までにおける障害物等の情報も含む環境地図（自己位置検出装置１４によって取得した情報を考慮しないローカル座標による地図）を取得してあり、追従車両２０はこれに基づいて、埋設位置２１まで移動を行う。 自己位置検出装置１４によって取得した情報では、障害物等の存在を検出することができないため、移動経路上に障害物等があった場合に移動に支障をきたす場合が考えられるが、この環境地図に基づいて移動を行うことによって、予め障害物等を避けた形で移動を行うことが可能になる。
この環境地図は、例えば、埋設位置２１や障害物等の情報を座標上に表示するものであってよい。

制御装置１９は、上述した第１絶対位置と第２絶対位置との比較を行うためのものである。
例えば、先導車両１０又は追従車両２０の走行位置によっては、通信状況等が悪く、ＧＰＳ情報等を取得できない場合等が考えられる。 この場合、第１絶対位置と第２絶対位置との比較した結果が大幅に異なる可能性がある。
このような場合に、先導車両１０の埋設位置検出装置４によって検出した埋設位置２１である第２絶対位置と、追従車両２０の自己位置検出装置１４及び相対位置検出装置１６によって検出した埋設位置２１である第１絶対位置とを比較することによって、所定の精度の高い方の位置にセンサ１３を埋設させることが可能になる。 これによって、先導車両１０又は追従車両２０の走行位置の通信状況等に影響されにくくなり、センサ１３の埋設作業への影響を少なくすることが可能になる。
なお、この所定の精度は、ＧＰＳ情報を取得した際におけるＧＰＳ状態（捕捉衛星数、ＤＯＰ等）を評価して算出したものを用いることを想定している。

この制御装置１９は、具体的には、第１絶対位置と第２絶対位置とが一致している場合又はその差異が所定範囲内（例えば差異が数ｃｍ程度）である場合には、その位置に埋設し、第１絶対位置と第２絶対位置とが一致しない場合には第１絶対位置と第２絶対位置のうち所定の精度が高い方に埋設するものであってよい。

なお、この例においては、制御装置１９と埋設装置１２とはケーブル１９ａで接続しており、制御装置１９から埋設装置１２に対して埋設位置２１についての指示を出すことが可能な構成になっている。

また、追従車両２０は、上記の通り、先導車両１０に追従して走行することが可能であるため、無人走行を可能にするための自律走行用の制御装置（図示しない）を有する構成であってもよい。 さらに、遠隔操作を可能にするため、遠隔操縦用の制御装置（図示しない）を有する構成であってもよい。
また、上記のように追従車両２０が自律走行又は遠隔操作による走行をする場合において、先導車両１０との間隔が所定の距離（例えば約３０ｍ）以下になった際に追従車両２０が自動的に停止する構成であってもよい。

また、この例においては、相対位置検出装置１６として、反射部２ｃ及びレーザレーダ１６を用いた場合について説明したが、例えば、発光板等の検出対象物２ｃの位置を画像センサ等の撮像装置で捉える構成であってもよい。

図５及び図６は、本発明におけるセンサ埋設方法を示すフローチャートである。
図５は、追従車両２０が第１絶対位置及び第２絶対位置を取得するまでのフローチャートであり、図６は、追従車両２０が第１絶対位置及び第２絶対位置を取得した時からセンサ１３の埋設が完了するまでのフローチャートである。

Ｓ１は、先導車両１０を埋設位置２１に移動させるステップである。
このＳ１では、先導車両１０は有人走行を想定しており、少なくとも埋設位置２１が記載された地図を有している。 そして、この地図と埋設位置検出装置４に基づいて埋設位置２１に移動しそこで停止する。

Ｓ２は、追従車両２０を先導車両１０に追従させて所定の位置に配置するステップである。
この例において、追従車両２０は、例えば、レーザレーダ１６によって先導車両１０の反射部２ｃに照射し、これに反射したものを検出することによって先導車両１０を検出するものを想定している。 よって、追従車両２０は、常にレーザレーダ１６の検出範囲内（約３０ｍ〜１００ｍ）に先導車両１０を捉えている必要があるため、必要に応じて先導車両１０を追従し又は停止するようになっている。
また、この際において、追従車両２０は、自らの位置を基準とする埋設位置２１の相対位置や障害物等の情報が含まれた環境地図を取得する。
なお、追従車両２０が、先導車両１０を見失った場合には、上述の第２絶対位置に基づいて追従を行う構成であってよい。

Ｓ３は、先導車両１０によって埋設位置２１の掘削可否を確認するステップである。
先導車両１０が埋設位置２１に到着した際において、その時初めて障害物を発見する場合が考えられるからである。 この場合、排除が可能な障害物であれば排除を行ってから掘削を行い、排除が不可能な障害物である場合にはその場所における掘削を断念する必要がある。
なお、掘削を断念する場合においては、後述する基地局（図示しない）にその旨の信号を送信し、基地局から指示がある場合には他の場所の掘削を行う。

Ｓ４は、上記のＳ３においてその位置における掘削を実施できることを確認した後、先導車両１０の掘削装置２によって埋設位置２１の掘削を実施するステップである。

Ｓ５は、先導車両１０から追従車両２０に対して埋設位置２１（第２絶対位置）の情報及び掘削完了信号を送信するステップである。

Ｓ６は、相対位置検出装置１６によって検出した追従車両２０に対する埋設位置２１の相対位置と、自己位置検出装置１４によって取得した追従車両２０の絶対位置とを、演算記憶装置１７によって加算することによって埋設位置２１（第１絶対位置）を検出するステップである。

Ｓ７は、追従車両２０に搭載された制御装置１９によって第１絶対位置と第２絶対位置とを比較するステップである。
この比較の結果、第１絶対位置と第２絶対位置が等しい場合には、Ｓ８−１においてその位置を埋設位置２１と認定する。 また、第１絶対位置と第２絶対位置が異なっている場合には、Ｓ８−２において所定の精度の高い方を埋設位置２１として認定する。 なお、このＳ８−２で用いられる所定の精度は、すでに上述した通り、ＧＰＳ情報を取得した際におけるＧＰＳ状態（捕捉衛星数、ＤＯＰ等）を評価して算出したものを用いることを想定している。
その後、Ｓ９において、追従車両２０から後述する基地局（図示しない）に埋設位置２１の認定結果を送信する。

なお、Ｓ８−２において、第１絶対位置及び第２絶対位置ともに所定の精度があらかじめ定めた閾値よりも低い場合や位置情報を取得できていない場合には、いずれも埋設位置２１として認定せず、センサ１３の埋設を行わない。 この場合においては、その旨を後述する基地局に送信する。

Ｓ１０は、自律走行によって追従車両２０を埋設位置２１まで移動させる。
ここで、追従車両２０は、Ｓ２において取得した環境地図を用いて埋設位置２１まで移動することが望ましい。 追従車両２０は、レーザレーダ１６によって、追従車両２０の位置から埋設位置２１までにおける障害物等の情報も含む環境地図を取得しており、この中に上述の相対位置が含まれているものを想定している。 そのため、追従車両２０が移動する際には、この環境地図を用いることで、この障害物等を避ける形で走行することも可能になるからである。
なお、障害物等が存在しない平坦な場所を走行させる場合には、第１絶対位置又は第２絶対位置に基づいて追従車両２０を移動させるものであってもよい。

Ｓ１１は、追従車両２０の検知装置（図示しない）によって埋設位置２１を正確に把握するステップである。
第１絶対位置と第２絶対位置とを取得する際にＧＰＳを用いた場合、０．５［ｓ］間隔で記録されるものであるため、上記のステップによって追従車両２０が検出した埋設位置２１は、実際の埋設位置２１と差異がある場合がある。 そのため、追従車両２０がセンサ１３の埋設を開始する前に、実際の埋設位置２１を確認する必要があるからである。

Ｓ１２は、追従車両２０の埋設装置１２によってセンサ１３を埋設するステップである。 上記Ｓ１１によって実際の埋設位置２１を確認した後、センサ１３の埋設を行う。
なお、この例においては、先導車両１０による掘削と追従車両２０によるセンサ１３の埋設を交互に行う場合について説明したが、図１に示すように、先導車両１０によって連続して掘削を行い、その後追従車両２０によって連続してセンサ１３の埋設を行う方法であってもよい。 ただし、この場合においては、追従車両２０は、複数の埋設位置２１をそれぞれ区別して検出しておく必要がある。

Ｓ１３は、追従車両２０によるセンサ１３の埋設完了信号を基地局に送信する。
基地局は、複数ペアの先導車両１０及び追従車両２０によってセンサ１３の埋設を行う場合において、全体の作業進捗について一元的に管理するものであり、障害物の存在や通信障害等に起因してセンサ１３の埋設が完了していないペアがある場合等にもこの情報を管理する。 この一元的な管理によって、例えば通信障害によって、センサ１３の埋設が完了していない部分については、その近傍に待機しており、かつ通信状況が良好な先導車両１０及び追従車両２０に対し、その部分の埋設を行うように指示を出すこと等が可能になる。
また、この基地局は、ＧＰＳ等を用いることによって、常に精度の高い絶対位置についての情報を有しているものを想定している。 そのため、先導車両１０及び追従車両２０と通信可能な通信装置（図示しない）を有することによって、先導車両１０と追従車両２０の絶対位置を修正することが可能な構成であってもよい。

上述した本発明によると、地面を掘削する掘削装置２を搭載する先導車両１０と、掘削を行った位置にセンサ１３を埋設する埋設装置１２を搭載する追従車両２０と、を備えることによって、追従車両２０は、先導車両１０が掘削した位置にセンサ１３を埋設することができる。 そのため、センサ１３を地中に埋設することが可能になる。
また、追従車両２０が先導車両１０の位置を検出する位置検出装置１８を有することによって、先導車両１０を追従して走行し、又は先導車両１０が掘削を行った埋設位置２１を把握してその位置にセンサ１３の埋設を行うことができる。 そのため、人手をよる作業量を削減し、かつ、地中にセンサ１３を埋設することが可能になる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 車両、１ａ 車輪、２ 掘削装置、２ａ ドリル、
２ｂ アーム、２ｃ 検出対象物（反射部）
４ 埋設位置検出装置、５ 送信装置、１０ 先導車両、
１１ 車両、１１ａ 車輪、１２ 埋設装置１２ａ センサ把持装置、１２ｂ アーム、１３ センサ１４ 自己位置検出装置、１５ 受信記憶装置１６ 相対位置検出装置（レーザレーダ）、１６ａ レーザ１７ 演算記憶装置、１８ 位置検出装置、１９ 制御装置１９ａ ケーブル、２０ 追従車両、２１ 埋設位置２１ａ センサ埋設孔、３０ センサ埋設システム