JP6715200B2 - 地形情報処理装置、地形情報処理方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
《地形チェックシステム1の構成》
図1は、第1の実施形態に係る地形チェックシステムの構成を示す構成図である。
第1の実施形態に係る地形チェックシステム1は、クライアント端末10と地形チェックサーバ20とを備える。クライアント端末10と地形チェックサーバ20はネットワークNを介して接続される。地形チェックサーバ20は、地形情報処理装置の一例である。
クライアント端末10は、施工現場の設計データと、施工現場の測量によって得られる測量データとを地形チェックサーバ20に送信する。施工現場の測量の例としては、ドローン(無人航空機)による空中写真測量、測量機による測量、建設機械によるAs-built(現況地形)の計測、建設機械に備えられたステレオカメラが撮像した画像に基づく現況地形計測などが挙げられる。クライアント端末10の例としては、PC(Personal Computer)、測量器、ドローン、建設機械に設けられたコントローラ、ステレオカメラ装置などが挙げられる。
地形チェックサーバ20は、施工者による施工が設計データどおりになされているか否かを判定する。設計データおよび測量データは、いずれも複数の多角形によって構成される三次元データである。測量データと設計データとは必ずしも完全に一致している必要はなく、誤差が一定の許容範囲内に収まっていれば、施工者による施工が設計データどおりになされていると判定される。なお、誤差の許容範囲は地形種別によって異なる。
設計データの例としては、LandXML形式のデータが挙げられる。LandXML形式のデータは、TIN(Triangulated Irregular Network)により地形を表現する。つまり、第1の実施形態に係る設計データは、複数の三角形から構成され、各三角形の頂点には、X座標、Y座標、およびZ座標の値が格納される。なお、他の実施形態においては、設計データが三角形以外の多角形によって表現されてもよい。
図2は、第1の実施形態に係るクライアント端末の構成を示すブロック図である。
クライアント端末10は、プロセッサ110、メインメモリ120、ストレージ130、インタフェース140を備える処理装置11と、入力装置12と、出力装置13とを備える。ストレージ130は、地形チェッククライアントプログラムを記憶する。プロセッサ110は、地形チェッククライアントプログラムをストレージ130から読み出してメインメモリ120に展開し、地形チェッククライアントプログラムに従った処理を実行する。処理装置11は、インタフェース140を介してネットワークNに接続される。また処理装置11は、インタフェース140を介して入力装置12および出力装置13に接続される。
出力装置13は、処理装置11の演算結果を出力する装置である。出力装置13としては、例えば、ディスプレイ、プリンタ、スピーカなどを用いることができる。
設計データ入力部111は、施工現場の完成地形を表すTINデータである設計データの入力を受け付ける。設計データ入力部111は、インタフェース140に接続された外部メモリや外部サーバから設計データを取得する。設計データ入力部111は、CADデータからTINデータに変換する図示しないTINデータ作成部からTINデータを取得してもよい。設計データには基準図形、例えば基準面、基準線または基準点が設定されてもよい。例えば、施工対象が道路盛土の施工である場合、設計データには、基準線の一例である道路中心を表す中心線形(道路中心線)が含まれる。
点群データ入力部112は、地形の測量によって得られた点群データの入力を受け付ける。点群データ入力部112は、例えばインタフェース140に有線または無線で接続された外部メモリ、ドローン本体、建設機械内のコントローラ、またはステレオカメラ装置から点群データを取得する。
データ変換部113は、点群データをメッシュデータに変換する。メッシュデータとは、地形を所定距離ごとの格子状に区切った各メッシュに、高さデータ等の各種データを格納したデータである。データ変換部113によって変換されたメッシュデータを測量データという。データ変換部113は、例えば各メッシュ(格子)に存在する点群データの高さデータの平均値をそのメッシュの高さと設定することで、点群データを格子状にデータをメッシュデータに変換する。なお、他の実施形態においては、測量データがメッシュデータ以外の多角形によって表現されてもよい。また、データ変換部113は、生成された測量データの欠落、重複、および干渉の有無をチェックし、これらを補正し、または通知する。つまり、データ変換部113は、エラー検出部の一例である。
データ送信部114は、設計データおよび測量データを地形チェックサーバ20に送信する。
結果受信部115は、地形チェックサーバ20から設計データと測量データの比較結果データを受信する。
出力部116は、結果受信部115が受信した比較結果データを、インタフェース140を介して接続される出力装置13に出力させる。
図3は、第1の実施形態に係る地形チェックサーバの構成を示すブロック図である。
地形チェックサーバ20は、プロセッサ210、メインメモリ220、ストレージ230、インタフェース240を備える。ストレージ230は、地形チェックサーバプログラムを記憶する。プロセッサ210は、地形チェックサーバプログラムをストレージ230から読み出してメインメモリ220に展開し、地形チェックサーバプログラムに従った処理を実行する。地形チェックサーバ20は、インタフェース240を介してネットワークNに接続される。
データ受信部211は、クライアント端末10から設計データおよび測量データを受信する。データ受信部211は、設計データを取得する取得部の一例、及び測量データを取得する比較データ取得部の一例である。
勾配特定部212は、受信した設計データを構成する複数の三角形それぞれの勾配を特定する。勾配特定部212は、例えば、三角形の法線ベクトルを求めることで、勾配を特定することができる。つまり、法線ベクトルと鉛直線(水平面の法線ベクトル)とのなす角が小さいほど、三角形の勾配が小さいことがわかる。法線ベクトルは、三角形構成する3つの頂点から2つのベクトルを導出し、その外積を算出することにより、得ることができる。
また、グルーピング部213は、各三角形の勾配が法面下限閾値以上である連続する三角形の組み合わせを、それぞれ同一のグループに分類する。以下、これらのグループを、法面グループという。法面下限閾値とは、法面に求められる勾配の下限値である。なお法面において求められる勾配の上限値は90度である。法面とは、切土または盛土によって形成される施工対象の斜面のことをいい、例えば道路盛土の施工においては、道路が形成される面の側面に設けられる傾斜面である。
また、グルーピング部213は、各三角形の勾配が平場上限閾値未満である連続する三角形の組み合わせを、それぞれ同一のグループに分類する。以下、これらのグループを、平場グループという。平場上限閾値とは、平場および小段に求められる勾配の上限値である。なお平場において求められる勾配の下限値は0度である。平場とは、施工対象の勾配の小さい面であって天端でないものをいう。小段とは、法面の中腹に設けられる平段のことをいう。なお、平場上限閾値は、例えば法面下限閾値より小さく、天端上限閾値より大きい。
また、グルーピング部213は、各三角形の勾配が平場上限閾値以上かつ法面下限閾値未満である連続する三角形の組み合わせを、それぞれ同一のグループに分類する。以下、これらのグループを、その他グループという。設計データにおける各三角形に地形種別を設定するにあたってその他グループは必ずしも必要ではない。ただし地形種別の自動判定の精度が高くない場合には、判別が難しい勾配、例えば三角形の勾配が平場上限閾値以上かつ法面下限閾値未満である三角形をその他グループと設定することで、後に作業者がその他グループの各三角形をいずれかのグループに手動にて設定することができる。
属性設定部214は、天端グループに属する三角形の地形種別を天端に設定する。属性設定部214は、法面グループに属する三角形の地形種別を法面に設定する。属性設定部214は、法面グループに挟まれる平場グループであって、トポロジ(幾何学形状)の輪郭形状の全周囲長に対する前記輪郭形状の長辺の長さの比が所定の閾値以上である(すなわち細長い)平場グループに属する三角形の地形種別を小段に設定する。なお、輪郭形状の辺は、必ずしも直線状とは限らない。属性設定部214は、全周囲長に対する長辺の長さの比が所定閾値未満の平場グループに属する三角形の地形種別を平場に設定する。属性設定部214は、その他グループに属する三角形の地形種別をその他に設定する。
高低差算出部215は、測量データの二次元格子に対応する格子上の各点から鉛直上方向に伸びる線と、設計データを構成する三角形との交点の高さを求める。これが設計データにおける高さである。また、測量データにおける格子上の各点における高さが、測量データにおける高さである。そして、高低差算出部215は、設計データの高さと測量データの高さの差を、高低差として求める。
具体的には、誤差判定部216は、二次元格子上の点ごとに、設計データのうち当該点上に位置する三角形の地形種別を特定する。誤差判定部216は、特定した地形種別に関連付けられた許容誤差を読み出す。誤差判定部216は、高低差算出部215が算出した高低差が読み出した許容誤差未満であるか否かを判定する。
結果送信部218は、画像生成部217が生成した比較結果データをクライアント端末10に送信する。
利用者は、施工現場の施工を完了すると、ドローンを施工現場の上空で飛行させ、施工現場の空中写真測量を実施する。ドローンは、上空から施工現場を撮影し、施工現場の形状を表す点群データを生成する。ドローンによる空中写真測量を終えると、利用者は、施工に用いた設計データとドローンが生成した点群データとをクライアント端末10に入力する。
設計データ入力部111は、エラーを補正できない場合、図4に示すようなエラー通知画面を生成する。エラー通知画面には、TINデータを表示するTINウィンドウW1と、エラーの内容を表示するエラーウィンドウW2とが設けられる。TINウィンドウW1には、エラーが生じた部分を拡大したTINデータが表示される。このとき、エラーが生じた三角形は強調表示される。強調表示の例としては、辺の線幅を太くすること、線色を他の線と異ならせること、面の塗りの色を異ならせることなどが挙げられる。をエラーウィンドウW2には、エラーの内容とエラーの数とが表示される。図4に示す例においては、5つの三角形が干渉関係にあるというエラーが生じている。そのため、TINウィンドウW1には、干渉関係にある5つの三角形が強調表示され、エラーウィンドウW2には、「干渉」に係るエラーが5件存在することが表示される。
クライアント端末10が設計データおよび測量データを送信すると、地形チェックサーバ20のデータ受信部211は、設計データおよび測量データを受信する(ステップS1)。次に、勾配特定部212は、受信した設計データを構成する複数の三角形それぞれの勾配を求める(ステップS2)。
グルーピング部213は、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が天端上限閾値未満であるものがあるか否かを判定する(ステップS4−1)。選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が天端上限閾値未満であるものがある場合(ステップS4−1:YES)、グルーピング部213は当該三角形をさらに選択する(ステップS4−2)。そして、グルーピング部213は、ステップS4−1に処理を戻し、既に選択された三角形の何れか1つと共通する辺を有する三角形であって、勾配が天端上限閾値未満であるものを、続けて選択する。他方、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が天端上限閾値未満であるものがない場合(ステップS4−1:NO)、グルーピング部213は、既に選択された三角形からなる組み合わせを、天端グループに分類する(ステップS4−3)。そして、属性設定部214は、天端グループに属する三角形のそれぞれの地形種別を天端に設定し、(ステップS4−4)天端判定処理を終了する。
選択された三角形の勾配が法面下限閾値以上である場合(ステップS6:YES)、グルーピング部213は、以下に示す法面判定処理を実行する(ステップS7)。
グルーピング部213は、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値以上であるものがあるか否かを判定する(ステップS7−1)。選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値以上であるものがある場合(ステップS7−1:YES)、グルーピング部213は当該三角形をさらに選択する(ステップS7−2)。そして、グルーピング部213は、ステップS7−1に処理を戻し、既に選択された三角形の何れか1つと共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値以上であるものを、続けて選択する。他方、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値以上であるものがない場合(ステップS7−1:NO)、グルーピング部213は、既に選択された三角形からなる組み合わせを、法面グループに分類する(ステップS7−3)。属性設定部214は、法面グループに属する三角形のそれぞれの地形種別を法面に設定し(ステップS7−4)、法面判定処理を終了する。
選択された三角形の勾配が平場上限閾値未満である場合(ステップS8:YES)、グルーピング部213は、以下に示す平場判定処理を実行する(ステップS9)。
グルーピング部213は、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が平場上限閾値未満であるものがあるか否かを判定する(ステップS9−1)。選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が平場上限閾値未満であるものがある場合(ステップSS9−1:YES)、グルーピング部213は当該三角形をさらに選択する(ステップSS9−2)。そして、グルーピング部213は、ステップSS9−1に処理を戻し、既に選択された三角形の何れか1つと共通する辺を有する三角形であって、勾配が平場上限閾値未満であるものを、続けて選択する。他方、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が平場上限閾値未満であるものがない場合(ステップSS9−1:NO)、グルーピング部213は、既に選択された三角形からなる組み合わせを、平場グループに分類し(ステップSS9−3)、平場判定処理を終了する。属性設定部214は、ここでは平場グループに属する三角形それぞれの地形種別を設定しない。
グルーピング部213は、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値未満かつ平場上限閾値以上であるものがあるか否かを判定する(ステップS10−1)。選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値未満かつ平場上限閾値以上であるものがある場合(ステップS10−1:YES)、グルーピング部213は当該三角形をさらに選択する(ステップS10−2)。そして、グルーピング部213は、ステップS10−1に処理を戻し、既に選択された三角形の何れか1つと共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値未満かつ平場上限閾値以上であるものを、続けて選択する。他方、選択された三角形と共通する辺を有する三角形であって、勾配が法面下限閾値未満かつ平場上限閾値以上であるものがない場合(ステップS10−1:NO)、グルーピング部213は、既に選択された三角形からなる組み合わせを、その他グループに分類する(ステップS10−3)。属性設定部214は、その他グループに属する三角形のそれぞれの地形種別をその他に設定し(ステップS10−4)、その他判定処理を終了する。
他方、平場グループの輪郭形状が細長くなく、または法面グループに挟まれていない場合(ステップS13:NO)、属性設定部214は、当該平場グループに属する三角形のそれぞれの地形種別を平場に設定する(ステップS15)。
地形チェックサーバ20は、上述のステップS1からステップS15の処理を実行することで、設計データを構成する各三角形に地形種別を設定することができる。図9を参照すると、設計データを構成する各三角形の地形種別として、天端、法面、平場および小段が適切に設定されていることがわかる。
属性設定部214がすべての平場グループに属する三角形の地形種別を設定すると、地形チェックサーバ20は、水平面を基準とした二次元格子上の各点について、以下に示すステップS17からステップS22の処理を実行する(ステップS16)。
図12は、比較結果データの表示例を示す図である。
図12に示すように、比較結果データは、施工現場を平面視した図であって、施工現場を二次元格子上の点ごとに区切った複数の区画を有する。比較結果データにおいて、各区画の色は、高低差が許容誤差以上であるか否かによって異なる。これにより、利用者は、施工が設計データ通りになされているか否かを容易に判別することができる。また利用者は、高低差が要求を満たしていない地点を容易に認識することができる。このとき、出力部116は、入力装置12により任意の区画が選択されたときに、その座標情報を出力装置13に表示させてもよい。
なお、他の実施形態においてはこれに限られず、地形チェックサーバ20は、属性の付与のみを行い、高低差の判定を行わないものであってもよい。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した実施形態においては、地形チェックサーバ20が三角形の属性として地形種別を設定するが、これに限られない。他の実施形態に係る地形チェックサーバ20は、三角形の属性として、地形に関する情報(例えば、土質、水分含有量など)を設定してもよい。
同様に、上述した実施形態に係る地形チェックサーバ20においては、地形チェックサーバプログラムがストレージ230に格納される場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、地形チェックサーバプログラムが通信回線によって地形チェックサーバ20に配信されるものであってもよい。この場合、配信を受けた地形チェックサーバ20が当該地形チェックサーバプログラムをメインメモリ220に展開し、上記処理を実行する。
10 クライアント端末
111 設計データ入力部
112 点群データ入力部
113 データ変換部
114 データ送信部
115 結果受信部
116 出力部
20 地形チェックサーバ
211 データ受信部
212 勾配特定部
213 グルーピング部
214 属性設定部
215 高低差算出部
216 誤差判定部
217 画像生成部
218 結果送信部
231 許容誤差記憶部
Claims (8)
- 地形を表す三次元データである設計データを取得する取得部と、
前記設計データを構成する複数の多角形それぞれの勾配を特定する勾配特定部と、
前記勾配に基づいて、前記複数の多角形のうち共通の辺を有する多角形の組み合わせをグループに分類するグルーピング部と、
同一のグループに属する複数の多角形に、同一の属性を設定する属性設定部と
を備える地形情報処理装置。 - 前記属性設定部は、基準図形と触れる多角形に、地形種別が天端であることを示す属性を設定する
請求項1に記載の地形情報処理装置。 - 前記属性設定部は、前記勾配が法面下限閾値以上である多角形に、地形種別が法面であることを示す属性を設定する
請求項1または請求項2に記載の地形情報処理装置。 - 地形を表す他の三次元データである測量データを取得する比較データ取得部と、
複数の平面位置のそれぞれについて、前記設計データと前記測量データとの高低差を算出する高低差算出部と、
前記高低差が、前記平面位置における前記設計データの多角形の前記属性に関連付けられた許容誤差以上であるか否かを判定する誤差判定部と
を備える請求項1から請求項3の何れか1項に記載の地形情報処理装置。 - 前記許容誤差は前記属性ごとに異なる請求項4に記載の地形情報処理装置。
- 前記取得部が取得した前記設計データのエラーを検出するエラー検出部をさらに備える、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の地形情報処理装置。 - 地形を表す三次元データである設計データを取得することと、
前記設計データを構成する複数の多角形それぞれの勾配を特定することと、
前記勾配に基づいて、前記複数の多角形のうち共通の辺を有する多角形の組み合わせをグループに分類することと、
同一のグループに属する複数の多角形に、同一の属性を設定することと
を有する地形情報処理方法。 - コンピュータに、
地形を表す三次元データである設計データを取得することと、
前記設計データを構成する複数の多角形それぞれの勾配を特定することと、
前記勾配に基づいて、前記複数の多角形のうち共通の辺を有する多角形の組み合わせをグループに分類することと、
同一のグループに属する複数の多角形に、同一の属性を設定することと
を実行させるためのプログラム。
Priority Applications (6)
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