JP2019049466A - 沿道地物の座標付与方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の課題は、上記問題を解決することであり、すなわち道路線形が曲線等である区間であっても適切に（すなわち、直観的に地物の位置を把握することができるように）沿道地物に対して道路の追加距離を付与することができる沿道地物の座標付与方法を提供することにある。【解決手段】本願発明の沿道地物の座標付与方法は、道路周辺の地物を計測した地物計測点の３次元座標を変換する方法である。具体的には、道路中心線から地物計測点に対して指標ベクトルを設定し、指標ベクトルの始点（道路中心線上に位置する点）に基づいて地物計測点に第１座標軸の座標値を付与する。さらに、指標ベクトルに基づいて地物計測点に第２座標軸の座標値を付与し、地物計測点の標高に基づいて地物計測点に第３座標軸の座標値を付与する。【選択図】図３

Description

本願発明は、道路周辺地物の計測点の座標を変換する技術に関するものであり、より詳しくは道路中心線に基づく座標系に変換する沿道地物の座標付与方法に関するものである。

昨今、地形情報（空間情報）の需要が従来にも増して高まっており、例えば、沿道に設置された施設をより高度に管理することを目的に、その形状や設置位置といった施設の空間情報を要望する管理者が増加している。このような需要の背景にあるのは、計測技術の著しい進歩である。近年の計測技術は、従来に比べると高精度でしかも多量の計測データを同時取得することが可能である。その代表的な計測手段がレーザスキャナーによる計測で、計測対象物に対して毎秒数万発で照射したレーザ反射を利用して計測する技術であり、大量の計測データを同時取得することができる。通常は、移動体にレーザスキャナーを搭載して移動しながら計測しており、これまでは航空機に搭載して空中から眼下の地形を計測するのが主流であったが、自動車に搭載し道路上を移動しながら計測するモバイルマッピングシステム（ＭＭＳ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）という手法も多用されている。

ところで一般的に道路は、起点からの追加距離や距離標、測点といった道路延長（以下、総称して「追加距離」という。）で管理される。また、道路上の施設はもちろん、道路周辺にある施設（以下、「沿道地物」）も、やはり追加距離で管理される。すなわち道路や沿道地物は、追加距離という主軸を基準に管理されているわけである。ところが、モバイルマッピングシステムなどで得られる計測点の座標は、測地座標系や平面直角座標系など追加距離とは関係ない座標系で与えられるため、沿道地物が道路上のどの位置に相当するのか直感的に把握することができない。

そこで特許文献１では、モバイルマッピングシステムで取得した計測データを基に道路軸方向に沿った地図を作成する技術について提案している。

特開２０１７−０１００８２号公報

追加距離という主軸を基準として沿道地物を管理するには、沿道地物の位置が道路上のどの位置に相当するかを設定する、換言すれば沿道地物に対して道路の追加距離を付与する必要がある。ところが従来の手法では、道路の平面線形（以下、単に「道路線形」という。）が直線であれば沿道地物から道路中心線に対して垂線を設定することで明確に追加距離を付与することができるものの、道路の線形が曲線や屈折線（以下、「曲線等」という。）である区間では沿道地物に対して適切に追加距離を付与することができないという問題があった。

図１２は、道路線形が屈折線である区間において、沿道地物に追加距離を付与する手法を説明するモデル図である。この図に示すように、沿道地物の計測点（以下、「地物計測点」という。）のうち屈折区間の内側（屈折内側）にある地物計測点Ｐｉは、直線区間と同様道路中心線に対して垂線を設定することで追加距離を付与していた。一方、屈折区間の外側（屈折外側）にある地物計測点Ｐｏは、道路中心線に対して垂線を設定することが難しいため便宜的に屈折点Ｐｒの追加距離を付与していた。しかしながらこの従来手法では、屈折内側の地物計測点Ｐｉが道路中心から離れるほど適切な追加距離が付与されたとは言いがたく、また屈折外側にある地物計測点Ｐｏに関しては折点Ｐｒの追加距離が多用されるという問題が生じていた。

本願発明の課題は、上記問題を解決することであり、すなわち道路線形が曲線等である区間であっても適切に（すなわち、直観的に地物の位置を把握することができるように）沿道地物に対して道路の追加距離を付与することができる沿道地物の座標付与方法を提供することにある。

本願発明は、道路中心線から地物計測点に対して指標ベクトルを設定することで三次元座標値を付与する、という点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

本願発明の沿道地物の座標付与方法は、道路周辺の地物を計測した地物計測点の３次元座標を変換する方法である。具体的には、道路中心線から地物計測点に対して指標ベクトルを設定し、指標ベクトルの始点（道路中心線上に位置する点）に基づいて地物計測点に第１座標軸の座標値を付与する。さらに、指標ベクトルに基づいて地物計測点に第２座標軸の座標値を付与し、地物計測点の標高に基づいて地物計測点に第３座標軸の座標値を付与する。

本願発明の沿道地物の座標付与方法は、地物計測点と指標ベクトルの始点との比高差に基づいて地物計測点に第３座標軸の座標値を付与する方法とすることもできる。

本願発明の沿道地物の座標付与方法は、「特殊区間」と「標準区間（特殊区間を除く区間）」に分けて地物計測点の３次元座標を変換する方法とすることもできる。この場合、屈折点を含む区間（又は曲線区間の一部あるいは全部）を特殊区間として道路中心線上に設定し、特殊区間の起点に「起点方向線」を設定するとともに、特殊区間の終点に「終点方向線」を設定し、さらにこの起点方向線と終点方向線の交点を「特殊視点」として設定する。そして、起点方向線と終点方向線で挟まれた範囲を「特殊領域」として設定するとともに、この特殊領域にある地物計測点を「特殊地物計測点」として設定する。なお、この場合の特殊地物計測点の指標ベクトルは、特殊地物計測点と特殊視点を通る直線上に設定される。

本願発明の沿道地物の座標付与方法は、特殊区間をさらに右側用特殊区間と左側用特殊区間に分けたうえで、地物計測点の３次元座標を変換する方法とすることもできる。この場合、右側特殊区間の起点に「右側用起点方向線」を設定するとともに、右側用特殊区間の終点に「右側用終点方向線」を設定し、さらにこの右側用起点方向線と右側用終点方向線の交点を「右側特殊視点」として設定する。同様に、左側特殊区間の起点に「左側用起点方向線」を設定するとともに、左側用特殊区間の終点に「左側用終点方向線」を設定し、さらにこの左側用起点方向線と左側用終点方向線の交点を「左側特殊視点」として設定する。また、右側用起点方向線と右側用終点方向線で挟まれた範囲を「右側特殊領域」として設定するとともに、この右側特殊領域にある地物計測点を「右側特殊地物計測点」として設定し、同様に、左側用起点方向線と左側用終点方向線で挟まれた範囲を「左側特殊領域」として設定するとともに、この左側特殊領域にある地物計測点を「左側特殊地物計測点」として設定する。なお、この場合の右側特殊地物計測点の指標ベクトルは、右側特殊地物計測点と右側特殊視点を通る直線上に設定され、同様に、左側特殊地物計測点の指標ベクトルは、左側特殊地物計測点と左側特殊視点を通る直線上に設定される。

本願発明の沿道地物の座標付与方法には、次のような効果がある。
（１）道路縦断図に添える平面図として利用すれば、道路の追加距離と沿道地物の第１軸座標値が一致するため、沿道地物の位置を直感的に把握することができる。
（２）道路縦断図の背景図として利用すれば、道路縦断図を俯瞰的かつ視覚的に把握することができる。
（３）道路縦断図に添える側面図として利用すれば、道路上を進行する感覚に合わせて沿道状況を直感的に把握することができる。
（４）のり面や擁壁等の構造物などの形状や寸法、あるいは道路からの離隔などの値を、現地に赴くことなく容易に取得することができる。

平面直角座標系等の３軸座標系で表される座標値を、道路中心線を第１軸とする３軸座標系の座標に変換したことを説明するモデル図。 道路中心線ＣＬを説明する道路平面図。 曲線等を含んで構成される道路中心線を引き伸ばして直線状とし、この直線軸を道路座標系の第１軸とする状況を模式的に示すモデル図。 道路座標系の座標値に変換することとき用いられる指標ベクトルを示すモデル図。 （ａ）は道路の線形が曲線である区間を特殊区間として設定したモデル図、（ｂ）は道路の線形が屈折線で構成される区間を特殊区間として設定したモデル図。 特殊区間で設定される特殊視点を説明するモデル図。 道路中心線の左右に分けて、それぞれ別に設定される特殊視点を説明するモデル図。 右側特殊領域内にある右側特殊地物計測点に対して設定された指標ベクトルを説明するモデル図。 左側特殊領域内にある左側特殊地物計測点に対して設定された指標ベクトルを説明するモデル図。 標準地物計測点に対して設定された指標ベクトルを説明するモデル図。 道路座標系の座標に変換された地物計測点を側面図（立面図）として表し、これを道路平面とともに示した道路縦断図。 道路線形が屈折線である区間において、沿道地物に追加距離を付与する手法を説明するモデル図。

本願発明の沿道地物の座標付与方法の実施形態の一例を、図に基づいて説明する。

１．全体概要
本願発明は、図１に示すように所定の座標軸（Ｘ−Ｙ−Ｚ）で表される座標値を、異なる座標軸（ｘ−ｙ−ｚ）で表すものである。より具体的には、測地座標系や平面直角座標系などの３軸座標系（以下、「標準座標系」という。）で表される座標値を、道路中心線を第１軸とする３軸座標系（以下、便宜上「道路座標系」という。）で表わすものである。以下、本願発明を構成する主要な要素について詳述する。

２．道路座標系
道路座標系は、道路中心線を基準に設定される第１軸、そして第２軸と第３軸からなる座標系である。以下、第１軸、第２軸、第３軸それぞれについて説明する。なおここでは便宜上、図１に示すように第１軸をｘ軸、第２軸をｙ軸、第３軸をｚ軸として説明する。

（第１軸）
ここまで説明したとおり本願発明の道路座標系の第１軸は、図２に示す道路中心線ＣＬを基準として設定される。この道路中心線ＣＬは、一般的には文字どおり道路の中心に設定される線であり、道路線形を表すものでもある。したがって道路設計の段階で設定された道路線形が、そのまま道路中心線ＣＬとして取り扱われることも多い。ただし本願発明では、設計段階に設定された道路線形はもちろん、道路完成後に事後的に任意に設定した線形や、ＭＭＳ等によって計測した際の計測軌跡、あるいは道路のセンターライン又は中央分離帯など、道路軸に沿って設定されるあらゆるものを道路中心線ＣＬとして設定することがきる。

通常、道路中心線ＣＬは直線だけでなく曲線や屈折線といった曲線等を含んで構成される。一方、座標系の各軸は直線とされるのが一般的である。そこで図３に示すように、道路中心線ＣＬをいわば引き伸ばして直線状とし、この直線軸を道路座標系のｘ軸（第１軸）とする。このとき、図３にも示すように道路の追加距離（この図では測点Ｎｏ）は変えることなく直線軸とする。具体的には、曲線等を含む道路中心線ＣＬにおける追加距離（起点からの総延長や測点Ｎｏ間の距離）を維持したまま、直線軸であるｘ軸とするわけである。なお、通常は道路の起点側から終点側に向けて正（＋）の方向とするが、状況に応じて終点側から起点側に向けて正（＋）の方向とすることもできる。

（第２軸と第３軸）
ｘ軸が設定されると、このｘ軸に対して直角方向にｙ軸（第２軸）を設定し、さらにｘ軸とｙ軸に対して直角方向にｚ軸（第３軸）を設定する（図１）。なお原則として、ｘ軸とｙ軸は水平面上に設定され、ｚ軸は鉛直方向に設定される。そしてｙ軸は、道路の終点に向かって右方向を正（＋）の方向、左方向を負の（＋）方向とすることもできるし、その逆の向きに正負を設定することもできる。またｚ軸は、上向きを正（＋）の方向、下向きを負の（＋）方向とすることもできるし、その逆の向きに正負を設定することもできる。

沿道地物の計測点（地物計測点）が標準座標系で表され、かつ道路中心線ＣＬも標準座標系で表されていれば、地物計測点と道路中心線ＣＬとの相対的な位置関係を把握することができる。さらに上記した本願発明の標準座標系が設定されていれば、標準座標系で表される地物計測点の座標値を道路座標系の座標値に変換することができる。このとき用いられるのが図４に示す指標ベクトル１００である。この指標ベクトル１００は、道路中心線ＣＬ上にある指標ベクトルの始点（以下、単に「指標ベクトル始点１１０」という。）から、地物計測点Ｐに向けて設定されるものである。なお、後述するように道路中心線ＣＬに対する指標ベクトル１００の向きはあらかじめ設定される。

指標ベクトル１００が設定されると、指標ベクトル始点１１０における道路の追加距離に基づいて、道路座標系のｘ座標の値が付与される。具体的には、指標ベクトル始点１１０の追加距離をそのまま道路座標系のｘ座標値としたり、追加距離から一定の値（距離）を引いた（あるいは加えた）ものを道路座標系のｘ座標値としたり、追加距離に一定の係数を乗じた値を道路座標系のｘ座標値としたり、種々の手法を例示することができる。

道路座標系のｙ座標値は、指標ベクトル１００に基づいて設定される。具体的には、指標ベクトル１００の長さ（つまり指標ベクトル始点１１０から地物計測点Ｐまでの距離）が絶対値とされ、この絶対値に指標ベクトル１００の向き（道路中心線ＣＬに対して左方／右方）によって正負を付与したものが、道路座標系のｙ座標値とされる。

道路座標系のｚ座標値は、標準座標系における地物計測点Ｐの高さ（図１に示すＺ軸の値）に基づいて設定される。具体的には、地物計測点Ｐの標高値をそのまま道路座標系のｚ座標値とすることができ、あるいは指標ベクトル始点１１０と地物計測点Ｐの標高差を
道路座標系のｚ座標値とすることができる。

３．標準区間と特殊区間
道路の線形が曲線等（曲線や屈折線。）である区間（以下、「特殊区間２００」という。）と、この特殊区間を除く区間（以下、「標準区間３００」という。）では、それぞれ異なる手法で指標ベクトル１００を設定することができる。図５は、道路中心線ＣＬ上に特殊区間２００を設定したモデル図であり、（ａ）は道路の線形が曲線である区間を特殊区間２００として設定したケース、（ｂ）は道路の線形が屈折線で構成される区間を特殊区間２００として設定したケースを示している。なお、図５（ａ）では曲線区間すべてを特殊区間２００として設定しているが、曲線区間の一部を特殊区間２００として設定することもできるし、曲線区間に直線区間の一部を加えた区間を特殊区間２００として設定することもできる。また屈折線で構成される区間では、図５（ｂ）に示すように道路方向が極端に変化する「屈折点」を挟んで前後所定の範囲を指定して特殊区間２００とすることができる。

特殊区間２００で指標ベクトル１００を設定する場合、特殊視点４１０が設定される。この特殊視点４１０を設定する手順について、図６を参照しながら説明する。まず、道路中心線ＣＬであって特殊区間２００の起点に「特殊区間起点４２０」を設定するとともに、道路中心線ＣＬであって特殊区間２００の終点に「特殊区間終点４３０」を設定する。そして、特殊区間起点４２０を通るように所望の方向（例えば道路中心線ＣＬの直線区間に対して垂直方向）に「起点方向線４４０」を設定するとともに、特殊区間終点４３０を通るように所望の方向に「終点方向線４５０」を設定する。そして、起点方向線４４０と終点方向線４５０の交点が「特殊視点４１０」として設定される。なお、起点方向線４４０と終点方向線４５０で囲まれる領域は「特殊領域４６０」として設定され、さらに特殊領域４６０内にある地物計測点Ｐは特に「特殊地物計測点４７０」とされる。一方、特殊地物計測点４７０以外の地物計測点Ｐは「標準地物計測点５００」とされる。

また特殊視点４１０は、図７に示すように、道路中心線ＣＬの左右に分けてそれぞれ別に設定することもできる。具体的には、「右側特殊視点４１１」を設定するために、「右側用特殊区間起点４２１」と「右側用特殊区間終点４３１」を設定し、さらに「右側用起点方向線４４１」と「右側用終点方向線４５１」を設定する。同様に、「左側特殊視点４１２」を設定するために、「左側用特殊区間起点４２２」と「左側用特殊区間終点４３２」を設定し、さらに「左側用起点方向線４４２」と「左側用終点方向線４５２」を設定する。なお、右側用起点方向線４４１と右側用終点方向線４５１で囲まれる領域は「右側特殊領域４６１」であり、この右側特殊領域４６１内にある地物計測点Ｐは「右側特殊地物計測点４７１」とされ、左側用起点方向線４４２と左側用終点方向線４５２で囲まれる領域は「左側特殊領域４６２」であり、この左側特殊領域４６２内にある地物計測点Ｐは「左側特殊地物計測点４７２」とされる。

特殊視点４１０が設定できると、図８や図９に示すように、特殊領域４６０内の特殊地物計測点４７０に対して指標ベクトル１００を設定することができる。図８は右側特殊領域４６１内にある右側特殊地物計測点４７１に対して設定された指標ベクトル１００を説明するモデル図であり、図９は左側特殊領域４６２内にある左側特殊地物計測点４７２に対して設定された指標ベクトル１００を説明するモデル図である。これらの図に示すように、特殊区間２００における指標ベクトル１００は、特殊地物計測点４７０特殊視点４１０を通る直線（図では破線）上に設定される。

例えば右側特殊地物計測点４７１に対して指標ベクトル１００を設定する場合、図８に示すように、右側特殊視点４１１と右側特殊地物計測点４７１を結ぶ線分が定められ、さらにこの線分と道路中心線ＣＬとの交点が指標ベクトル始点１１０とされ、そしてこの指標ベクトル始点１１０から右側特殊地物計測点４７１に向けて指標ベクトル１００が設定される。同様に左側特殊地物計測点４７２に対して指標ベクトル１００を設定する場合、図９に示すように、左側特殊視点４１２と左側特殊地物計測点４７２を結ぶ線分が定められ、この線分をさらに延長した直線と道路中心線ＣＬとの交点が指標ベクトル始点１１０とされ、そしてこの指標ベクトル始点１１０から左側特殊地物計測点４７２に向けて指標ベクトル１００が設定される。

一方、特殊地物計測点４７０以外の地物計測点Ｐである標準地物計測点５００に対しては、図１０に示すように指標ベクトル１００を設定することができる。具体的には、あらかじめ所定角度（例えば９０°）を設定しておき、道路中心線ＣＬとの交差角がその所定角度となるように指標ベクトル１００を設定するわけである。

４．本願発明の道路座標系の座標に変換された地物計測点の利用
図１１に示すように、道路座標系の座標に変換された地物計測点を、道路縦断図に添える側面図（立面図）として利用すれば、道路上を進行する感覚に合わせて沿道状況（沿道地物の状況）を直感的に把握することができ手極めて好適となる。

本願発明の沿道地物の座標付与方法は、道路周辺の施設管理に好適に利用できるほか、河川堤防周辺の施設管理や、鉄道線路周辺の施設管理にも好適に利用することができる。

１００ 指標ベクトル
１１０ 指標ベクトル始点
２００ 特殊区間
３００ 標準区間
４１０ 特殊視点
４１１ 右側特殊視点
４１２ 左側特殊視点
４２０ 特殊区間起点
４２１ 右側用特殊区間起点
４２２ 左側用特殊区間起点
４３０ 特殊区間終点
４３１ 右側用特殊区間終点
４３２ 左側用特殊区間終点
４４０ 起点方向線
４４１ 右側用起点方向線
４４２ 左側用起点方向線
４５０ 終点方向線
４５１ 右側用終点方向線
４５２ 左側用終点方向線
４６０ 特殊領域
４６１ 右側特殊領域
４６２ 左側特殊領域
４７０ 特殊地物計測点
４７１ 右側特殊地物計測点
４７２ 左側特殊地物計測点
５００ 標準地物計測点
ＣＬ 道路中心線
Ｐ 地物計測点
Ｐｉ 屈折内側の地物計測点
Ｐｏ 屈折外側にある地物計測点
Ｐｒ 折点

Claims (4)

1. 道路周辺の地物を計測した地物計測点の３次元座標を変換する方法において、
   道路中心線から前記地物計測点に対して指標ベクトルを設定し、
   前記道路中心線上に位置する前記指標ベクトルの始点に基づいて、前記地物計測点に第１座標軸の座標値を付与し、
   前記指標ベクトルに基づいて、前記地物計測点に第２座標軸の座標値を付与し、
   前記地物計測点の標高に基づいて、前記地物計測点に第３座標軸の座標値を付与する、
   ことを特徴とする沿道地物の座標付与方法。
2. 道路周辺の地物を計測した地物計測点の３次元座標を変換する方法において、
   道路中心線から前記地物計測点に対して指標ベクトルを設定し、
   前記道路中心線上に位置する前記指標ベクトルの始点に基づいて、前記地物計測点に第１座標軸の座標値を付与し、
   前記指標ベクトルに基づいて、前記地物計測点に第２座標軸の座標値を付与し、
   前記地物計測点と前記指標ベクトルの始点との比高差に基づいて、前記地物計測点に第３座標軸の座標値を付与する、
   ことを特徴とする沿道地物の座標付与方法。
3. 屈折点を含む区間、又は曲線区間の一部若しくは全部を含む区間を、特殊区間として前記道路中心線上に設定し、
   前記特殊区間の起点に起点方向線を設定するとともに、前記特殊区間の終点に終点方向線を設定し、さらに該起点方向線と該終点方向線の交点を特殊視点として設定し、
   前記起点方向線と前記終点方向線で挟まれた範囲を特殊領域として設定するとともに、該特殊領域にある前記地物計測点を特殊地物計測点として設定し、
   前記特殊地物計測点の前記指標ベクトルは、該特殊地物計測点と前記特殊視点を通る直線上に設定される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の沿道地物の座標付与方法。
4. 前記特殊区間を、右側用特殊区間と左側用特殊区間に分けて設定し、
   前記右側特殊区間の起点に右側用起点方向線を設定するとともに、前記右側用特殊区間の終点に右側用終点方向線を設定し、さらに該右側用起点方向線と該右側用終点方向線の交点を右側特殊視点として設定し、
   前記左側特殊区間の起点に左側用起点方向線を設定するとともに、前記左側用特殊区間の終点に左側用終点方向線を設定し、さらに該左側用起点方向線と該左側用終点方向線の交点を左側特殊視点として設定し、
   前記右側用起点方向線と前記右側用終点方向線で挟まれた範囲を右側特殊領域として設定するとともに、該右側特殊領域にある前記地物計測点を右側特殊地物計測点として設定し、
   前記左側用起点方向線と前記左側用終点方向線で挟まれた範囲を左側特殊領域として設定するとともに、該左側特殊領域にある前記地物計測点を左側特殊地物計測点として設定し、
   前記右側特殊地物計測点の前記指標ベクトルは、該右側特殊地物計測点と前記右側特殊視点を通る直線上に設定され、
   前記左側特殊地物計測点の前記指標ベクトルは、該左側特殊地物計測点と前記左側特殊視点を通る直線上に設定される、
   ことを特徴とする請求項３記載の沿道地物の座標付与方法。

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