- 改进并演示配备无人车的无损电法勘探装置，可快速测量大范围土壤电阻率
- 对比无损探伤初步估算结果和实际使用的水管腐蚀程度
- 有望更准确地估算水管腐蚀程度并预测未来腐蚀程度
现在即使在城市地区也可以使用高频交流电勘探来评估水管的腐蚀风险，而无需挖掘地面
米乐m6官方网站 (AIST) 弹性基础设施实施研究中心智能监测技术研究小组（地圈资源与环境研究部兼任）源氏神宫司研究小组组长梅泽凉介研究人员将使用高频交流电勘测装置对地表水管腐蚀风险较高的土壤进行无损、广域调查，并将开始演示实验以估算腐蚀程度利用该结果对水管的腐蚀进行了研究。
据说全国安装的水管有20%以上已经超过使用寿命*1，更新和修复是一个紧迫的问题。水管（铁管）的腐蚀很大程度上取决于管道周围土壤的腐蚀性。为了进行有计划的水管更新和修复，需要进行地下挖掘，评估腐蚀性土壤，调查水管的腐蚀程度。为了减少调查所需的时间和精力，AIST 使用高频交流电去除土壤损伤，而不损坏沥青或混凝土路面。电阻率并评估水管的腐蚀风险。
基于这项技术，我们将在福冈市的市区开始进行示范实验，使用配备无人地面车辆 (UGV) 的改进设备，可以快速测量大范围的土壤电阻率。结合水管更换工作，我们将测量水管埋设深度距地表的电阻率，并检查测量结果与施工过程中取样土壤分析结果的一致性。我们还将调查这些与水管腐蚀状况的关系。此外，通过将水管的实际腐蚀状况与通过无损检测获得的土壤电阻率数据估算出的水管腐蚀状况进行比较，我们的目标是高精度地估计腐蚀程度并预测未来的腐蚀程度。通过绘制结果，我们希望建立一个系统，能够优先考虑每条现有管道的水管更新。
目前，埋在地下的水管老化，特别是在城市地区，已成为一个社会问题。日本的水管在经济高速增长时期进行了密集建设，但全部都已达到使用寿命，需要对需求量大的水管采取紧急措施。为此，有必要诊断或估计水管的腐蚀程度，并确定应解决的水管的优先级。
水管的腐蚀程度受到管道埋设以来经过的时间长短、水管的材料和结构以及周围土壤的成分和酸度的影响。即使水管埋设的时间很短，如果周围的土壤腐蚀性很强，腐蚀也可能会加剧。特别是如果土壤电阻率较低电腐蚀众所周知，它会显着加速腐蚀的进程。
可以挖出水管并进行“管体调查”并估计周围土壤的腐蚀速度，但挖出所有水管是不现实的。利用人工智能的供水管理系统的开发正在取得进展，主要是在供水相关公司中，但为了正确评估水管的腐蚀风险，建立有效的土壤调查方法至关重要。
AIST 正在开发一种技术，该技术使用频率约为 20 kHz 的高频交流电来测量土壤的电阻率，而不会损坏沥青或混凝土路面。该技术可以通过测量水管埋藏深度土壤的电阻率来判断该位置是否存在腐蚀性土壤。这种高频交流电法勘探技术的特点是利用高频交流电流的电容效应，能够在不破坏路面的情况下测量地下电阻率。2017 年 7 月 11 日 AIST 新闻稿）。
如果这项技术能够根据测量获得的土壤电阻率数据来有效评估水管的腐蚀风险，就可以适当地确定老化水管的优先更新顺序。
为此，我们必须确认测量的电阻率与实际土壤分析结果之间的一致性。还需要明确这些与水管腐蚀状况的关系。因此，通过在实际埋设水管的地点进行示范实验，研究测量结果、土壤分析结果与水管腐蚀状况之间的关系。
AIST 和福冈市将于 2025 年 9 月 1 日开始示范实验。这项研究和开发由内阁府科学技术创新委员会的战略创新创造计划 (SIP) 第 3 阶段“构建智能基础设施管理系统”JPJ012187（研究促进公司：公共工程研究所）进行。
高频交流电探设备配备有一对滚轮电极的发射偶极子和多个接收偶极子，发射偶极子连接到发射偶极子，接收偶极子连接到接收器。通过测量发射偶极子输出的高频交流电作为电势，接收偶极子位于不同位置，可以确定每个地下深度的电阻率。在本次示范实验之前，我们对高频交流电探设备进行了改进，将多个发射和接收偶极子分组连接，使得快速测量大范围的土壤电阻率成为可能。此外，我们还创建了一个拖曳系统，通过使用 UGV 和无线控制拖曳先前手动拉动的滚轮电极组来扫描地下电阻率结构（图 1 和 2）。
图1 测量概念图
图2 AIST内部调查：拖曳式勘探系统沿着埋地管道移动（2公里/小时）以调查地下电阻率分布
在演示实验中，我们将在选定的模型区域进行以下一系列调查（图3）。首先，我们对拟进行供水工程的管道进行无损电法勘探，获得土壤电阻率测量结果。根据获取的电阻率结构数据和周围钻孔数据估算土壤质量（图4），并根据这些电阻率值和土壤质量信息评估腐蚀风险。接下来，结合无损电工勘察后即将开展的水管更新工作，我们将进行土壤取样分析和水管本体调查。然后，我们将电阻率测量结果与土壤采样结果进行比较，并将电阻率测量结果预测的腐蚀程度与管道调查结果进行比较。
根据论证实验的结果，我们将通过无损电探获得的水管腐蚀估算水平与实际腐蚀水平进行比较，并验证估算的准确性。此外，我们还将从与传统调查方法相比成本和工作时间减少的程度来考察地方政府使用它的可行性和成本效益。
图3演示实验流程
图4根据电阻率剖面图和钻孔数据（AIST内测量）估计腐蚀性土壤的位置：通过估计水管埋藏深度存在腐蚀性土壤的低电阻率（15Ωm以下）位置，可以使用基于AI的水管管理系统等来确定水管的腐蚀风险
未来，我们将与苏州工业园区联合研究所久保田集团合作，在其他城市进行示范实验，积累和验证数据。此外，我们还将标准化本次调查获得的数据格式，并将其与供水咨询公司提供的基于人工智能的供水管道管理系统联系起来，以便对供水管道进行风险评估。在调查方式上，我们将制定一定的社会实施指南，创造一般管道设施调查公司可以开展调查的环境。
*1：摘自 2020 财年全国供水管理者会议（国土交通省，2024 年 4 月 22 日举行）
*2：Satoshi Kawakatsu，Satoshi Takizawa：使用Bootstrap方法估计铸铁水管腐蚀深度的概率分布以及腐蚀性土壤对周围土壤腐蚀性影响的评估，日本土木工程学会期刊G（环境），Vol74，No7，III_123-III_132，（2018）