特許 6234979 転石分布表示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6234979

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】転石分布表示方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 21/00 20060101AFI20171113BHJP

   G06T 17/05 20110101ALN20171113BHJP

【ＦＩ】

   G01D21/00 D

   !G06T17/05

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-206875(P2015-206875)

(22)【出願日】2015年10月21日

(65)【公開番号】特開2017-78649(P2017-78649A)

(43)【公開日】2017年4月27日

【審査請求日】2017年10月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】593153428

【氏名又は名称】中日本ハイウェイ・エンジニアリング東京株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000213909

【氏名又は名称】朝日航洋株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134647

【弁理士】

【氏名又は名称】宮部 岳志

(72)【発明者】

【氏名】町田 靖

(72)【発明者】

【氏名】西田 直也

(72)【発明者】

【氏名】大窪 克己

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 研一

(72)【発明者】

【氏名】前田 明仁

(72)【発明者】

【氏名】江藤 稚佳子

(72)【発明者】

【氏名】中野 陽子

(72)【発明者】

【氏名】安海 高明

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−８３２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４３８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ２１／００

Ｇ０６Ｔ １７／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

航空レーザ計測により取得される計測データに基づいてグラウンドデータを作成する工程においてオリジナルデータから取り除かれたデータのうち、転石に対応するデータを、前記転石の高さに基づき設定された閾値との比較に基づいて抽出する転石データ抽出工程と、
前記グラウンドデータと前記転石データ抽出工程で抽出された転石抽出データに基づき、転石を含む数値地形モデルを作成する工程と、
前記グラウンドデータに基づき得られた地形データを平滑化処理し斜面の基準面を作成する基準面作成工程と、
前記転石を含む数値地形モデルにおける前記基準面の法線方向の高さを算出し、前記法線方向の高さに基づき環状等高線を作成する法線方向等高線作成工程と、
前記環状等高線を、前記地形データに基づき作成された、斜面の等高線図に重ね合せ、転石分布図を作成する工程と、
を有することを特徴とする転石分布表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、道路や建物に近接する斜面の落石の危険性の有無の判定において、落石の素因となる転石の分布を把握するために用いられる転石分布表示方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年のゲリラ豪雨や地震などによる自然災害の発生により、防災に係る点検・調査の強化が求められている。そして、高速道路における災害発生の素因を調査する手法として、既存の災害履歴の調査、現地踏査が行われている。

【0003】

ところが、既存の災害履歴の調査は、災害履歴の無い場所について行うことができない。また、現地踏査は、広範囲にわたる調査が必要になる等の理由から、人力のみによる詳細調査は困難なものとなっている。そこで、これらの手法を補助する役割として、近年、航空レーザ計測が利用されている。

【0004】

例えば、特開２０１３−２２１８８６には、航空レーザを利用して得られたデータから斜面の不安定箇所を抽出する方法が提案されている。この方法では、対象の測定点の垂直断面が窪んでいるか或いは突出しているかを示す指標（縦断曲率）を利用して、斜面の不安定箇所が抽出されている。

【0005】

また、非特許文献１において、長谷川らは、延長の長い土構造物を持つ鉄道に対して、航空レーザ計測により得られたデータから作成したＤＴＭ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌ）をもとに地形条件を数値化し、「落石発生源」や「斜面崩壊発生要危険箇所」の抽出を行う手法を提案している。この手法では、落石発生源を傾斜５０度以上で地形が凸状と定義し、その条件にあうメッシュを色付けして図示している。

【0006】

更に、非特許文献２において、増田らは、航空レーザ計測によるデータをＰＣの３Ｄビューア内の３次元形状として表示し、そこから落石の要因となる浮石・転石を判読する手法を提案している。この手法では、航空レーザ計測によるデータで作成されたＤＴＭに、ＤＴＭの標高に対して±１ｍ程度の計測データを加えた数値地形モデル、もしくは点群を、ＰＣの３Ｄビューア内で鳥瞰的に表現し、落石・転石の判読が形状による目視で行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−２２１８８６

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】長谷川淳，太田岳洋，斜面災害の要注意箇所を空から見つける，ＲＲＲ第６９巻１１号（２０１２年１１月）

【非特許文献2】増田仁，沢田和秀，小野貴稔，転石調査のための高密度航空レーザ計測による斜面の可視化，第２３回調査・設計・施工技術報告会（２０１４年６月２０日）

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、航空レーザ計測により得られたデータに基づいて作成された数値地形モデルを、従来の手法で表示した図や画像では、転石であるかどうかの判別が難しく、斜面における転石の分布状態を把握するために手間や時間を要する問題がある。

【0010】

そこで、本発明は、航空レーザ計測により得られたデータに基づいて、斜面における転石の分布状況を容易に把握できる態様で表現できる転石分布表示方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る転石分布表示方法は、転石データ抽出工程と、転石を含む数値地形モデルを作成する工程と、基準面作成工程と、法線方向等高線作成工程と、転石分布図を作成する工程と、を有する。

【0012】

転石データ抽出工程では、航空レーザ計測により取得される計測データに基づいてグラウンドデータを作成する工程においてオリジナルデータから取り除かれたデータのうち、転石に対応するデータを、前記転石の高さに基づき設定された閾値との比較に基づいて抽出する。

【0013】

転石を含む数値地形モデルを作成する工程では、前記グラウンドデータと前記転石データ抽出工程で抽出された転石抽出データに基づき、転石を含む数値地形モデルを作成する。

【0014】

基準面作成工程では、前記グラウンドデータに基づき得られた地形データを平滑化処理し斜面の基準面を作成する。

【0015】

法線方向等高線作成工程では、前記転石を含む数値地形モデルにおける前記基準面の法線方向の高さを算出し、前記法線方向の高さに基づき環状等高線を作成する。

【0016】

転石分布図を作成する工程では、前記環状等高線を、前記地形データに基づき作成された、斜面の等高線図に重ね合せ、転石分布図を作成する。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る転石分布表示方法では、航空レーザ計測により得られたデータに基づいて数値地形モデルを作成する場合に、フィルタリング処理によって除去されてしまう可能性の高い、転石に対応するデータが、フィルタリング処理において除去されたデータ群の中から抽出される。また、斜面の基準面を作成し、基準面の法線方向について転石に対応するデータの高さを算出するとともに、法線方向の高さに基づいて環状等高線を作成する。そして、転石を、斜面の等高線図に重ね合せた環状等高線によって、その存在が容易に把握できる態様で表示する。すなわち、航空レーザ計測により得られたデータに基づいて、斜面における転石の分布状況を容易に把握できる態様で表現できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る転石分布表示方法の実施形態のフローチャート図である。

【図2】オリジナルデータとグラウンドデータを示す概念図である。

【図3】標準モデルと転石含モデルを比較して示す概念図である。

【図4】数値地形モデルを示し、（ａ）は標準モデルの陰影図、（ｂ）は転石含モデルの陰影図である。

【図5】転石含モデルを従来の方法で作成した等高線により示した等高線図である。

【図6】基準面上に存在する凸地形を示し、（ａ）は基準面に直交する方向から見た図、（ｂ）は基準面に平行する方向から見た図である。

【図7】基準面を、標準モデル及び転石含モデルと比較して示す概念図である。

【図8】転石に対応するデータと基準面上に存在する点の位置関係を示す概念図である。

【図9】分割された基準面における複数の分割面と転石に対応するデータの位置関係を示す概念図である。

【図10】本発明に係る転石分布表示方法により作成された転石分布図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１〜１０を参照しながら、本発明に係る転石分布表示方法の実施形態を説明する。
この実施形態において、転石の分布状況は、航空レーザ計測により得られた三次元計測データに基づいて、調査対象となる斜面の等高線図に表示される。以下に、その手順を説明する。

【0020】

＜航空レーザ計測＞
調査対象となる斜面の等高線図を作成するための基となる三次元計測データは、ヘリコプターやセスナなどの航空機を用いた航空レーザ計測システムを用いて取得することができる。公知のシステムを用いることができ、例えば、航空機に搭載される空中ＧＮＳＳ受信装置、レーザスキャナ（走査型レーザ測距儀）及び慣性計測装置（ＩＭＵ）と地上固定局で構成されるシステムを使用することができる。

【0021】

航空レーザ計測システムを用いた航空レーザ計測工程Ｓ１では、国土交通省告示第４１３号「作業規定の準則」第７章の手順に従い、三次元計測データを取得する。
１）空中ＧＮＳＳ受信装置で機体の三次元位置を連続計測し、後処理でレーザの発射位置を算出する。
２）ＩＭＵで航空機の姿勢（回転角）を計測し、後処理によりレーザ発射時の姿勢を算出する。
３）レーザスキャナで、航空機におけるレーザ発射基準位置から地上までの距離とレーザの照射角度を計測する。
４）計測で得られた各データを解析処理し、計測点の地上座標（三次元座標）を求める。

【0022】

三次元計測データは、国土交通省告示第４１３号「作業規定の準則」第７章の手順に従って、調整用基準点を用いた比較点検の結果に基づき、較差を目標値の範囲とするために必要な補正が施され、オリジナルデータＤ1とされる

【0023】

＜グラウンドデータ作成＞
オリジナルデータＤ１は、国土交通省告示第４１３号「作業規定の準則」第７章の手順に従い、続くグラウンドデータ作成工程Ｓ２において、ノイズ処理及びフィルタリング処理が施される。ノイズ処理では、マルチパス（乱反射）等により極端に低い若しくは高い標高で示される標高点が、ノイズとみなされ、除去される。また、フィルタリング処理では、起立体、例えば、交通施設（道路橋、鉄道橋、プラットフォーム、駐車車両、鉄道車両など）、建築物、小物体（貯水槽、給水塔、輸送管など）、植生（樹木、生垣など）に起因する、地表面以外のデータが除去される。そして、グラウンドデータＤ２とされる。

【0024】

＜標準ＤＴＭ作成＞
グラウンドデータＤ２は、続く地形面作成工程Ｓ３において、内挿補間により、所定間隔（例えば、０．５ｍ間隔）の地形データＤ３とされる。以下の説明において、この地形データＤ３により作成された斜面の数値地形モデル（ＤＴＭ）を標準モデルＭ３とする。なお、内挿補間の手法に制限はなく、例えば、ＩＤＷ法を使用することができる。

【0025】

＜転石の追加処理＞
グラウンドデータ作成工程Ｓ２においては、記述のように、地表面以外のデータを除去するフィルタリング処理が施されるが、このフィルタリング処理では、図２に示すように、転石に対応するデータもフィルタリング対象ＦＤ１に含まれ、除去されてしまう。そこで、転石の追加処理工程Ｓ４（本発明の転石データ抽出工程に相当する）において、フィルタリング処理でオリジナルデータＤ１から除去されたデータ（以下、オリジナル除去データとする）から、転石に対応するデータＤ４（本発明の転石抽出データに相当し、以下抽出データＤ４とする）を抽出する。

【0026】

抽出データＤ４は、転石の高さに対応して設定した閾値を用いることにより、オリジナル除去データから抽出することができる。閾値は、例えば、検出対象となる転石の高さが５０ｃｍ、オリジナルデータＤ１作成時の較差目標値が３０ｃｍの場合、標準モデルＭ３に対して法線方向に１．３ｍとすることができる。

【0027】

＜転石を含む数値地形モデルの作成＞
図３に示すように、抽出データＤ４は、転石を含む地形データを作成する工程Ｓ５（本発明の転石を含む数値地形モデルを作成する工程に相当する）において、グラウンドデータＤ２に追加される。そして、内挿補間処理が施され、転石を含むＤＥＭ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌの略称であり、本発明の転石を含む数値地形モデルに相当し、以下、転石含モデルＭ５とする）が作成される。

【0028】

図４に示すように、転石含モデルＭ５（図４（ｂ））では、標準モデルＭ３（図４（ａ））において表現されない小さな凸部が表現される。ただし、図４に示すような陰影図であれば、これら凸部を転石として認識することは可能であるが、等高線図において、これら凸部は、図５に示すような等高線の斜面下部方向への変形として表現されてしまい、転石と判定することは難しい。そこで、以下の手順により、転石の存在の有無を容易に判定できる、環状等高線による表示とする。

【0029】

＜基準面の作成＞
図６（ｂ）に示すように、基準となる平面Ｂ（以下、基準面Ｂとする）上に微小な凸地形Ｃ（例えば大きな石）がある場合、凸地形Ｃは、図６（ａ）に示すように、等高線図において環状等高線により表現される。なお、図６（ｂ）上段における基準面Ｂは水平となっているが、図６（ｂ）下段に示すように、基準面Ｂが傾斜している場合であっても、基準面Ｂの法線方向Ｎ（基準面Ｂに対しての直交方向）から見た場合の凸地形Ｃは、環状等高線により表現される。すなわち、対象となる転石が接地している斜面の法線方向における、その転石の高さより低い標高の等高線を用いることで、斜面上の転石を環状等高線により表現できる。そこで、まず、基準面作成工程Ｓ６において、対象となる斜面の法線方向における等高線を作成するための基準面Ｍ６を作成する。

【0030】

基準面Ｍ６は、一定の斜面である必要はないが、なだらかな面である必要がある。標準モデルＭ３がなだらかな面であれば基準面Ｍ６にできるが、標準モデルＭ３は、図７に示すように、自然斜面の露岩等による凹凸に起因する凹凸部Ｆを含むものとなる。そこで、標準モデルＭ３の基となる地形データＤ３を平滑化し基準面Ｍ６を作成する。平滑化には、公知の方法を採用すればよく、例えば、移動平均による平滑化手法や、メディアンフィルタによる平滑化手法を採用することができるが、メディアンフィルタによる平滑化手法が好ましい。

【0031】

＜法線方向の等高線作成＞
法線方向等高線作成工程Ｓ７では、基準面Ｍ６作成後、転石含モデルＭ５の転石を基準面Ｍ６の法線方向Ｎの環状等高線により表現する。基準面Ｍ６の法線方向Ｎの等高線は、転石に対応するデータの法線方向Ｎの高さｈに基づいて作成される。法線方向Ｎの高さｈは、公知の手法で算出することができ、例えば、図８に示すように、転石に対応するデータＸの法線方向Ｎの高さｈは、基準面Ｍ６上に存在する３点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２の座標に基づき、次式（１）により算出することができる。

【数1】

【0032】

高さｈを算出する対象となるデータＸの基準面Ｍ６上の投影点Ｐｘを含む領域が、傾きの異なる面の連結である場合、基準面Ｍ６上に存在する点の選択により法線方向Ｎが変わってしまう。そこで、そのような場合には、投影点Ｐｘを含む領域を複数の三角形に区分し、区分された面毎に高さを算出し、最も小さい値を採用する。

【0033】

例えば、図９に示すように、高さｈを算出する対象となるデータＸの投影点Ｐｘを含む領域を、８つの三角形領域Ｒ１〜Ｒ８に区分し、三角形領域Ｒ１〜Ｒ８毎に、データＸの高さを算出する。そして、算出された複数の高さのうち、絶対値が最も小さい高さを、基準面Ｄ６の法線方向Ｎに対するデータＸの高さｈとすればよい。

【0034】

基準面Ｍ６の法線方向Ｎの高さｈが得られたら、その高さｈに基づいて、法線方向Ｎの環状等高線を作成することができる。なお、転石を示す環状等高線を斜面の等高線図上に表すためには、環状等高線の間隔を検出対象となる転石の高さよりも低いものとすればよい。斜面の等高線図上に表示する転石を決めるための転石定義データＤ７に応じて適宜設定すればよく、例えば、転石定義データＤ７で設定された転石の高さの半分としてもよい。

【0035】

＜重ね図作成＞
基準面Ｍ６の法線方向Ｎの環状等高線は、重ね図作成工程Ｓ８において、等高線図として表現された標準モデルＭ３に重ね合される。そして、転石分布図Ｍ８が作成される。図１０に、転石分布図Ｍ８の一例を示す。この転石部分布図Ｍ８によれば、検査対象となる斜面の等高線図において、転石は環状等高線により表現される。そのため、斜面における転石の分布状況を容易に把握できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】