特開 2023-119458 地物検出装置および地物検出プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023119458

(43)【公開日】2023-08-28

(54)【発明の名称】地物検出装置および地物検出プログラム

(51)【国際特許分類】

   G06T 7/00 20170101AFI20230821BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20230821BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20230821BHJP

【ＦＩ】

G06T7/00 C

G06T7/00 650A

G01B11/24 B

G01C15/00 103A

G01C15/00 102C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022374

(22)【出願日】2022-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】000196587

【氏名又は名称】西日本旅客鉄道株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】592105620

【氏名又は名称】ジェイアール西日本コンサルタンツ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】591074161

【氏名又は名称】アジア航測株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】岡 洋平

(72)【発明者】

【氏名】中山 忠雅

(72)【発明者】

【氏名】吉川 悟

(72)【発明者】

【氏名】井久保 昌博

(72)【発明者】

【氏名】五百蔵 弘

(72)【発明者】

【氏名】佐野 実可子

【テーマコード（参考）】

2F065

5L096

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA06

2F065AA53

2F065BB15

2F065CC14

2F065DD06

2F065FF11

2F065FF67

2F065GG04

2F065HH04

2F065JJ01

2F065LL62

2F065MM06

2F065MM16

2F065PP22

2F065QQ03

2F065QQ21

2F065QQ28

2F065QQ31

2F065UU05

5L096AA09

5L096BA04

5L096DA01

5L096FA02

5L096FA26

5L096GA51

5L096JA11

(57)【要約】

【課題】適切に地物を検出する。
【解決手段】台車（移動体）３の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、設定した仮想平面間に存在する点群データを仮想平面に投影する点群データ投影手段１０３と、投影された仮想平面における単位面積当たりの点群データの密度を点群密度として算出する点群密度算出手段１０４と、点群密度が所定の点群閾値以上である点群データを壁点群として削除し、壁点群削除後の点群データを設備点群として検出する検出手段１０５とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体の周辺の地物に対して照射したレーザー光の反射光に基づいて前記地物の３次元座標を点群データとして生成する点群データ生成装置から、前記点群データを取得し、前記取得した点群データに基づいて前記地物を検出する地物検出装置であって、
前記移動体の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、前記設定した仮想平面間に存在する前記点群データを前記仮想平面に投影する点群データ投影手段と、
前記投影された仮想平面における単位面積当たりの前記点群データの密度を点群密度として算出する点群密度算出手段と、
前記点群密度が所定の点群閾値以上である前記点群データを壁点群として削除し、前記壁点群削除後の前記点群データを設備点群として検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする地物検出装置。

【請求項2】

前記検出手段は、
前記点群密度が所定の点群閾値以上である前記点群データを壁候補点群とし、
前記仮想平面上であって前記レーザー光の照射点近傍の起点から前記点群データまでを結ぶ直線が前記壁候補点群と交差した場合に、前記壁候補点群と交差した前記点群データと前記壁候補点群とを前記壁点群として削除し、
前記直線が前記壁候補点群と交差しない場合に、前記壁候補点群と交差しない前記点群データを前記設備点群として検出する
ことを特徴とする請求項１記載の地物検出装置。

【請求項3】

前記移動体の左右方向の中心線上であって、地表面から所定の距離だけ離れた位置を前記起点とする
ことを特徴とする請求項２記載に地物検出装置。

【請求項4】

前記設備点群において、各設備点間距離が所定の閾値未満である前記設備点群をセグメントして設備点集合体として識別する設備点集合体識別手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の地物検出装置。

【請求項5】

設備の設備名ごとに、前記設備の特徴を示す設備特徴条件を記憶する記憶手段と、
前記設備点集合体識別手段により識別された設備点集合体ごとに設備特徴条件を抽出し、抽出した設備特徴条件と、前記記憶手段に記憶された設備特徴条件とを比較することにより、前記設備点集合体の前記設備名を特定する設備特定手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の地物検出装置。

【請求項6】

前記設備の設備名ごとに記憶された前記設備徴条件は、前記移動体の進行方向を一致させて記憶され、
前記設備特定手段は、
前記設備点集合体識別手段により識別された設備点集合体ごとに、前記移動体の進行方向に合わせて設備特徴条件を抽出する
ことを特徴とする請求項５記載の地物検出装置。

【請求項7】

移動体の周辺の地物に対して照射したレーザー光の反射光に基づいて前記地物の３次元座標を点群データとして生成する点群データ生成装置から前記点群データを取得し、前記取得した点群データに基づいて前記地物を検出する地物検出装置が実行する地物検出プログラムであって、
前記移動体の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、前記設定した仮想平面間に存在する前記点群データを前記仮想平面に投影する点群データ投影ステップと、
前記投影された仮想平面における単位面積当たりの前記点群データの密度を点群密度として算出する点群密度算出ステップと、
前記点群密度が所定の点群閾値以上である前記点群データを壁点群として削除し、前記壁点群削除後の前記点群データを設備点群として検出する検出ステップと、
を前記地物検出装置に実行させることを特徴とする地物検出プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、適切に地物を検出する地物検出装置および地物検出プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車や鉄道等の移動体に、レーザーパルスを発射するレーザー取得装置を搭載して、移動体の前方または後方の地物の３次元座標（点群データ）を習得できるようになってきている。

【0003】

そこで、レーザー取得装置により取得された３次元座標（点群データ）を活用して壁面やトンネルなどに設置されている設備を自動検出し、設備点検に役立たせることが切望されていた。

【0004】

特許文献１には、切断平面に沿い、かつ切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して複数の部分空間を設定し、各部分空間ごとに、所定の条件を満たすエッジ見当領域を切断平面内にて探索し、エッジ見当領域に属する点群の切断平面内での分布に沿った方向線をエッジとして求め、このエッジを進行方向に追尾してつなげることでトンネルの断面形状を検出するデータ解析装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－１９０９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エッジ見当領域に属する点群の切断平面内での分布に沿った方向線をエッジとして求め、このエッジを進行方向に追尾してつなげることでトンネルの断面形状を検出するため、例えば壁面のように上方が開放されている、すなわち移動体の進行方向に対する切断平面上で連続していない場合、エッジを求めることができず壁面を検出することが困難であった。

【0007】

また、特許文献１に記載の技術では、トンネルの表面に設備が設置されている場合、トンネルの表面として検出してしまう場合があった。

【0008】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、適切に地物を検出する地物検出装置および地物検出プログラム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】

【0009】

上記目的を解決するため、本発明に係る地物検出装置の第１の特徴は、
移動体の周辺の地物に対して照射したレーザー光の反射光に基づいて前記地物の３次元座標を点群データとして生成する点群データ生成装置から、前記点群データを取得し、前記取得した点群データに基づいて前記地物を検出する地物検出装置であって、
前記移動体の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、前記設定した仮想平面間に存在する前記点群データを前記仮想平面に投影する点群データ投影手段と、
前記投影された仮想平面における単位面積当たりの前記点群データの密度を点群密度として算出する点群密度算出手段と、
前記点群密度が所定の点群閾値以上である前記点群データを壁点群として削除し、前記壁点群削除後の前記点群データを設備点群として検出する検出手段と、
を備えたことにある。

【0010】

本発明に係る地物検出装置の第２の特徴は、
前記検出手段は、
前記点群密度が所定の点群閾値以上である前記点群データを壁候補点群とし、
前記仮想平面上であって前記レーザー光の照射点近傍の起点から前記点群データまでを結ぶ直線が前記壁候補点群と交差した場合に、前記壁候補点群と交差した前記点群データと前記壁候補点群とを前記壁点群として削除し、
前記直線が前記壁候補点群と交差しない場合に、前記壁候補点群と交差しない前記点群データを前記設備点群として検出することにある。

【0011】

本発明に係る地物検出装置の第３の特徴は、
前記移動体の左右方向の中心線上であって、地表面から所定の距離だけ離れた位置を前記起点とすることにある。

【0012】

本発明に係る地物検出装置の第４の特徴は、
前記設備点群において、各設備点間距離が所定の閾値未満である前記設備点群をセグメントして設備点集合体として識別する設備点集合体識別手段と、をさらに備えたことにある。

【0013】

本発明に係る地物検出装置の第５の特徴は、
設備の設備名ごとに、前記設備の特徴を示す設備特徴条件を記憶する記憶手段と、
前記設備点集合体識別手段により識別された設備点集合体ごとに設備特徴条件を抽出し、抽出した設備特徴条件と、前記記憶手段に記憶された設備特徴条件とを比較することにより、前記設備点集合体の前記設備名を特定する設備特定手段と、をさらに備えたことにある。

【0014】

本発明に係る地物検出装置の第６の特徴は、
前記設備の設備名ごとに記憶された前記設備特徴条件は、前記移動体の進行方向を一致させて記憶され、
前記設備特定手段は、
前記設備点集合体識別手段により識別された設備点集合体ごとに、前記移動体の進行方向に合わせて設備特徴条件を抽出することにある。

【0015】

本発明に係る地物検出プログラムの第１の特徴は、
移動体の周辺の地物に対して照射したレーザー光の反射光に基づいて前記地物の３次元座標を点群データとして生成する点群データ生成装置から前記点群データを取得し、前記取得した点群データに基づいて前記地物を検出する地物検出装置が実行する地物検出プログラムであって、
前記移動体の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、前記設定した仮想平面間に存在する前記点群データを前記仮想平面に投影する点群データ投影ステップと、
前記投影された仮想平面における単位面積当たりの前記点群データの密度を点群密度として算出する点群密度算出ステップと、
前記点群密度が所定の点群閾値以上である前記点群データを壁点群として削除し、前記壁点群削除後の前記点群データを設備点群として検出する検出ステップと、
を前記地物検出装置に実行させることにある。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る地物検出装置および地物検出プログラムによれば、適切に地物を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態である地物検出システムの概略構成を示した概略構成図である。

【図2】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える点群データ生成装置による点群データの生成を模式的に説明した説明図である。

【図3】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置の点群データ投影手段による投影を模式的に説明した説明図である。

【図4】台車がトンネル内に敷設されたレール上を走行した場合において、本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置の点群データ投影手段による投影の前後の点群データを示した図である。（ａ）は、投影前の点群データを示しており、（ｂ）は、投影後の点群データを示している。

【図5】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置１の検出手段による壁点群と設備点群の検出を説明した説明図である。

【図6】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置の設備点集合体識別手段による設備点群集合体の識別を説明した説明図である。（ａ）は、壁点群と、設備点群とを示した図であり、（ｂ）は、壁点群を削除し、設備点群のみを示した図である。

【図7A】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置による処理内容を示したフローチャートである。

【図7B】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置による処理内容を示したフローチャートである。

【図8】本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置による設備名特定処理の処理内容を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図面を通じて同一若しくは同等の部位や構成要素には、同一若しくは同等の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

【0019】

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0020】

以下、本発明の一実施形態である地物検出装置を備えた地物検出システムについて説明する。

【0021】

図１は、本発明の一実施形態である地物検出システムの概略構成を示した概略構成図である。

【0022】

図１に示すように、地物検出システム１００は、地物検出装置１と、点群データ生成装置２と、台車（移動体）３と、モニタ５とを備えている。

【0023】

点群データ生成装置２は、レール４に沿って移動する台車３に搭載されている。台車３が移動中に、点群データ生成装置２は台車３の周辺の地物に対してレーザー光を照射する。そして、点群データ生成装置２は、照射したレーザー光の反射光に基づいて地物の３次元座標を点群データとして生成する。詳細は後述する。なお、地物とは、例えば、トンネル、信号機、標識、樹木など地上にある全ての物体をいう。

【0024】

地物検出装置１は、点群データ生成装置２から点群データを取得し、取得した点群データに基づいて地物を検出する。

【0025】

モニタ５は、地物検出装置１により検出された地物を表示する画面など各種画面を表示する。

【0026】

＜点群データ生成装置２による点群データの生成＞
図２は、本発明の一実施形態である地物検出システム１００が備える点群データ生成装置２による点群データの生成を模式的に説明した説明図である。

【0027】

図１，２に示すように、点群データ生成装置２は、レーザースキャナ２１と、ＧＰＳ（Global Positioning System）２２と、ＩＭＵ（inertial measurement unit）２３と、データ収集手段２４と、データ一時記憶部２５とを備えている。

【0028】

レーザースキャナ２１は、台車３の後方に設けられており、回転しながら周囲３６０度にレーザー光を照射する。照射するレーザー光の到達距離は８０ｍ～１００ｍの範囲であり、例えば、３６０度の範囲を２００Ｈｚ周期でレーザー光を発射する。そして、レーザースキャナ２１は、発射したレーザー光の反射光を受光し、受光した反射光に基づいて受光した測定時刻と地物までの角度と距離とを示すレーザデータ（Time,θ，Ｌ）を取得する。

【0029】

ＧＰＳ２２は、人工衛星から発射される信号を用いてＧＰＳデータ（位置座標）を取得する。

【0030】

ＩＭＵ２３は、点群データ生成装置２の姿勢を検出することができる。これらのＩＭＵ２３で取得した姿勢はＧＰＳデータに対応させてＰＯＳ（Position and Orientation System）データとしてデータ収集手段２４に供給される。すなわち、ＰＯＳデータは、ＧＰＳ２２からのＧＰＳデータ（位置座標）と検出した姿勢とを組み合わせた、基準となるＩＭＵ２３の位置姿勢（測定時刻、位置座標、傾き）を示すデータ（Time，ｘi，ｙi，ｚi，Roll，Pitch，Yaw）を含んでいる。ｚiは、グランドレベルからのＩＭＵ２３が取り付けられている標高値となる。

【0031】

ＩＭＵ２３を基準としたレーザースキャナ２１の位置座標は、（Δｘ,Δｙ,Δｚ）で示すことできる。

【0032】

データ収集手段２４は、ＩＭＵ２３から取得したＰＯＳデータと、レーザースキャナ２１から取得したレーザデータとに基づいて、地物の位置を示す３次元座標の集まりを点群データ（X,Y,Z）として生成する。

【0033】

データ一時記憶部２５は、データ収集手段２４により生成された点群データ（X,Y,Z）と、台車３の進行方向D、速度Vの移動データ（D,V）とを関連付けて一時的に記憶する。記憶された点群データと移動データとは、地物検出装置１に供給される。ここでは、データ一時記憶部２５に記憶された点群データと移動データとは、地物検出装置１と点群データ生成装置２とが接続された際に、データ一時記憶部２５から地物検出装置１へと供給される例について説明するがこれに限らない。例えば、無線ネットワークを介してリアルタイムで地物検出装置１へと供給されるようにしてもよい。

【0034】

＜地物検出装置１の構成＞
図１に戻り、地物検出装置１は、点群データ取得手段１０１と、点群データ記憶部１０２と、点群データ投影手段１０３と、点群密度算出手段１０４と、検出手段１０５と、設備点集合体識別手段１０６と、設備特徴条件記憶部１０８と、設備特定手段１０９と、設備データ記憶部１１０と、表示制御手段１１１とを有している。

【0035】

点群データ取得手段１０１は、点群データ生成装置２のデータ一時記憶部２５から供給される点群データと移動データとを取得し、取得した点群データと移動データとを点群データ記憶部１０２に記憶する。

【0036】

点群データ記憶部１０２は、例えば、ハードディスクドライブなどで構成され、点群データ（X,Y,Z）と移動データ（D,V）とが記憶されている。

【0037】

点群データ投影手段１０３は、台車３の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、設定した仮想平面間に存在する点群データを仮想平面に投影する。

【0038】

図３は、点群データ投影手段１０３による投影を模式的に説明した説明図である。ここでは、説明のため簡素化して、測定点２１１，２１２，２１３の座標を示す３点の点データからなる点群データを３次元空間にプロットした図を示している。

【0039】

図３に示すように、台車３の進行方向に対して垂直となるように仮想平面が間隔Ｍごとに連続的に設けられている。ここでは、仮想平面２０１，２０２を図示している。

【0040】

設定した仮想平面２０１と仮想平面２０２との間に存在する点群データである測定点２１１，２１２，２１３の点データが仮想平面２０１上に投影されて、投影測定点２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの点データとなる。

【0041】

図４は、台車３がトンネル内に敷設されたレール４上を進行方向に沿って走行した場合において、点群データ投影手段１０３による投影の前後の点群データを示した図である。（ａ）は、投影前の点群データを示しており、（ｂ）は、投影後の点群データを示している。

【0042】

図４（ａ）においては、進行方向に垂直な仮想平面２０１が設けられており、さらに仮想平面２０１からＭだけ進行方向後方の位置に仮想平面２０２が設けられている。

【0043】

図４（ａ）では、トンネル壁面の点群データ３０１や、トンネル内壁に設けられた設備の点群データ３０２などが含まれている。

【0044】

これらの点群データが、仮想平面２０１上に投影されると、図４（ｂ）に示すように、点群の密度が高い部分と低い部分とが現れる。具体的には、トンネル壁面の点群データ３０１は、進行方向に沿って連続的にプロットされているので、仮想平面２０１上に投影されると、点群データ３０１に対応する投影点４０１では点群データの密度が高くなる。

【0045】

その一方、設備の点群データ３０２は、進行方向に沿って非連続でプロットされているので、仮想平面２０１上に投影されると、点群データ３０２に対応する投影点４０２では投影点４０１と比較すると、点群データの密度が低くなる。

【0046】

この点群データの密度の違いを利用することにより、トンネルや壁面などを示す点群データと、設備を示す点群データとを分離することができる。

【0047】

点群密度算出手段１０４は、投影された仮想平面における単位面積当たりの点群データの密度を点群密度として算出する。ここでは、仮想平面２０１における点群密度を算出するが、全ての投影された仮想平面について点群密度を算出する。

【0048】

検出手段１０５は、点群密度算出手段１０４により算出された点群密度が所定の点群閾値Ｔｈ１以上である点群データを壁候補点群とする。壁候補点群とは、トンネルや壁などを示す点群データの候補のことである。

【0049】

そして、検出手段１０５は、仮想平面上の起点から点データまでを結ぶ直線が壁候補点群と交差した場合に、この交差した点データと壁候補点群とを壁点群として検出する。その一方、仮想平面上であってレーザー光の照射点近傍の起点から点データまでを結ぶ直線が壁候補点群と交差しない場合に、壁候補点群と交差しない点データを設備点群として検出する。

【0050】

図５は、検出手段１０５による壁点群と設備点群の検出を説明した説明図である。

【0051】

図５に示すように、台車３の左右方向の中心線Ｓ上であって、地表面Ｇから所定の距離Ｎだけ離れた位置を起点Ｒとする。

【0052】

そして、起点Ｒから点群データそれぞれの点データ（例えば、Ｐ点）までを直線で結んだとき、この直線が壁候補点群５０１と交差したか否かを判定する。例えば、起点Ｒと点Ｐとの距離が、起点Ｒから点Ｑまでの距離より長い場合には、直線が壁候補点群５０１と交差すると判定できる。ここで、点Ｑは壁候補点群５０１上であって、点Ｒから最も近い点である。

【0053】

起点Ｒから結んだ直線が壁候補点群５０１と交差した点データについては、壁面に設けられた凹部であると推測できるので、この点データを壁候補点群５０１と合わせて壁点群として検出する。

【0054】

その一方、起点Ｒから結んだ直線が壁候補点群５０１と交差しない点データについては、壁面より内側に設けられた設備であると推測できるので、この点データを設備点群として検出する。

【0055】

このように、点データそれぞれについて起点Ｒまでの直線が壁候補点群５０１と交差したか否かを判定することにより、点群データを壁点群と設備点群とに分けることができる。

【0056】

設備点集合体識別手段１０６は、設備点群において、各設備点間距離が所定の閾値未満である設備点群をセグメントして設備点集合体として識別する。

【0057】

なお、ここでは、検出手段１０５は、点群密度算出手段１０４により算出された点群密度が所定の点群閾値Ｔｈ１以上である点群データを壁候補点群とし、仮想平面上の起点から点データまでを結ぶ直線が壁候補点群と交差した場合に、この交差した点データと壁候補点群とを壁点群として検出したが、予め壁面に凹部がないことが分かっている場合などには、これらの処理を簡略化してもよい。具体的には、検出手段１０５は、点群密度が所定の点群閾値以上である点群データを壁点群として削除し、壁点群削除後の点群データを設備点群として検出するようにしてもよい。

【0058】

図６は、設備点集合体識別手段１０６による設備点群集合体の識別を説明した説明図である。（ａ）は、壁点群６０１と、設備点群６０２とを示した図であり、（ｂ）は、壁点群６０１を削除し、設備点群６０２のみを示した図である。

【0059】

図６（ａ）に示すように、壁点群６０１と、設備点群６０２とが現れている。

【0060】

そして、図６（ａ）から、壁点群６０１を削除すると、図６（ｂ）に示すように、設備点群６０２が残る。

【0061】

設備点集合体識別手段１０６は、設備点群６０２に含まれる点群データ間のそれぞれの距離を算出する。そして、設備点集合体識別手段１０６は、各設備点間距離が所定の閾値Ｔｈ２未満である点群データを１つのセグメントとして分割し、分割した１つのセグメントを設備点集合体として識別する。設備集合体とは、ある一つの設備を示す設備点群データの集合のことをいう。例えば、設備点群データのある点データＰ１について、最も近接する点データＰ２との距離が閾値Ｔｈ２以上である場合、点データＰ１と点データＰ２とはそれぞれ構成する設備の端部であると推測できるので、点データＰ１と点データＰ２とは異なる設備集合体としてセグメントする。また、設備点群データのある点データＰ１と点データＰ３との距離が閾値Ｔｈ２未満であり、点データＰ３と点データＰ４との距離が閾値Ｔｈ２未満である場合、点データＰ１と点データＰ３と点データＰ４とは、同じ設備を構成していると推測できるので、点データＰ１と点データＰ３と点データＰ４とは、同じ設備集合体としてセグメントする。

【0062】

このように、各設備点間距離が所定の閾値Ｔｈ２未満である設備点群をセグメントして設備点集合体として識別することにより、図６（ｂ）に示すように、設備点群６０２を、設備点集合体６０２ａと設備点集合体６０２ｂとにセグメントすることができる。

【0063】

設備特徴条件記憶部１０８は、例えば、ハードディスクドライブなどで構成され、信号機、勾配標、ＡＴＳ地上子などの設備名ごとに、台車３の進行方向を一致させて設備の特徴を示す設備特徴条件を記憶している。例えば、信号機の設備特徴条件として、（１）全体の形状が柱状であること、（２）柱状全体の高さが所定の高さ範囲内であること、（３）柱状として連続性があること、（４）グランドレベルから所定の位置に添架物があること、（５）添架物が灯箱の形状を有していること、（６）柱状物全体の重心位置と灯箱とが所定の位置関係で設けられていること、などが記憶されている。

【0064】

設備特定手段１０９は、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体ごとに台車３の進行方向に合わせて設備特徴条件を抽出する。例えば、（１）全体の形状が柱状であること、（２）柱状全体の高さが所定の高さ範囲内であること、（３）柱状として連続性があること、（４）グランドレベルから所定の位置に添架物があること、（５）添架物が灯箱の形状を有していること、（６）柱状物全体の重心位置と灯箱とが所定の位置関係で設けられていること、などを設備特徴条件として抽出する。

【0065】

そして、設備特定手段１０９は、抽出した設備特徴条件と、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された設備特徴条件とを比較することにより、設備点集合体の設備名を特定する。例えば、抽出した設備特徴条件が、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された信号機の設備特徴条件の（１）～（６）を具備する場合、設備特定手段１０９は、この設備点集合体は信号機であると特定する。

【0066】

なお、設備特徴条件記憶部１０８に台車３の進行方向に合わせて設備特徴条件を記憶し、設備特定手段１０９が台車３の進行方向に合わせて設備特徴条件を抽出することで、上記の設備を特定しやすくする。それぞれの設備の特定について詳細は後述する。

【0067】

設備データ記憶部１１０は、例えば、ハードディスクドライブなどで構成され、設備特定手段１０９により特定された説明名と点群データとを関連付けて、設備データとして記憶する。

【0068】

表示制御手段１１１は、設備データ記憶部１１０に記憶された設備データに基づいて、モニタ５上に点群データを表示させる。

【0069】

＜地物検出装置１の作用＞
図７Ａ，Ｂは、本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置１による処理内容を示したフローチャートである。

【0070】

図Ａ，Ｂに示すように、地物検出装置１は、図示しない入力装置から地物検出が要求されると（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、点群データ投影手段１０３は、台車３の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定する（ステップＳ１０３）。

【0071】

そして、点群データ投影手段１０３は、設定した仮想平面間に存在する点群データを仮想平面に投影する（ステップＳ１０５）。

【0072】

点群密度算出手段１０４は、投影された仮想平面における単位面積当たりの点群データの密度を点群密度として算出する（ステップＳ１０７）。

【0073】

検出手段１０５は、点群密度算出手段１０４により算出された点群密度が所定の点群閾値Ｔｈ１以上か否かを判定する（ステップＳ１０９）。

【0074】

ステップＳ１０９において、点群密度が所定の点群閾値Ｔｈ１未満（ＮＯ）と判定された点群については、設備点群として設定する（ステップＳ１１７）。

【0075】

一方、ステップＳ１０９において、点群密度が所定の点群閾値Ｔｈ１以上（ＹＥＳ）と判定された点群については、壁候補点群として設定する（ステップＳ１１１）。

【0076】

そして、検出手段１０５は、壁候補点群のそれぞれの点データについて、仮想平面上の起点から点データまでを結ぶ直線が壁候補点群と交差するか否かを判定する（ステップＳ１１３）。

【0077】

ステップＳ１１３において、仮想平面上の起点から点データまでを結ぶ直線が壁候補点群と交差しないと判定された場合（ＮＯ）、検出手段１０５は、その点データを設備点群として設定する（ステップＳ１１７）。

【0078】

一方、ステップＳ１１３において、仮想平面上の起点から点データまでを結ぶ直線が壁候補点群と交差すると判定された場合（ＹＥＳ）、検出手段１０５は、その点データを壁点群として設定する（ステップＳ１１５）。

【0079】

次に、設備点集合体識別手段１０６は、設備点群において、各設備点データ間の距離が所定の閾値Ｔｈ２未満か否かを判定する（ステップＳ１１９）。

【0080】

ステップＳ１１９において、各設備点データ間の距離が所定の閾値Ｔｈ２未満と判定された場合（ＹＥＳ）、設備点集合体識別手段１０６は、所定の閾値Ｔｈ２未満と判定された設備点データを設備点集合体として設定する（ステップＳ１２１）。

【0081】

そして、設備特定手段１０９は、設備点集合体の設備名を特定する設備名特定処理を実行し（ステップＳ１２３）、特定された説明名と点群データとを関連付けて、設備データとして設備データ記憶部１１０に記憶させる（ステップＳ１２５）。この設備名特定処理の処理内容の詳細は後述する。

【0082】

＜設備名特定処理＞
図８は、本発明の一実施形態である地物検出システムが備える地物検出装置１による設備名特定処理の処理内容を示したフローチャートである。

【0083】

図８に示すように、設備特定手段１０９は、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体の設備特徴条件が、設備特徴条件記憶部１０８に記憶されたＡＴＳ（Automatic Train Stop）地上子の設備特徴条件に一致するか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ＡＴＳ（Automatic Train Stop）地上子は、通常は線路上に設けられ、信号の現示及び線路の条件に応じ、自動的に車両を減速させる、又は停止させる装置の一種である。線路上に設けられ、鉄道車両と接触しないように高さが低い形状を有しているため、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された設備特徴条件には、平面性を有していること、そして、平面の奥行きおよび幅は所定の大きさ以内であることが含まれる。

【0084】

ステップＳ２０１において、ＡＴＳ地上子に一致すると判定された場合（ＹＥＳ）、設備特定手段１０９は、その設備集合体をＡＴＳ地上子と特定する（ステップＳ２０３）。

【0085】

ステップＳ２０１において、ＡＴＳ地上子に一致しないと判定された場合（ＮＯ）、設備特定手段１０９は、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体のうち、柱状物の形状を有する設備集合体を抽出する（ステップＳ２０５）。

【0086】

そして、設備特定手段１０９は、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体の設備特徴条件が、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された電化柱の設備特徴条件に一致するか否かを判定する（ステップＳ２０７）。

【0087】

ステップＳ２０７において、電化柱の設備特徴条件に一致すると判定された場合（ＹＥＳ）、設備特定手段１０９は、その設備集合体を電化柱と特定する（ステップＳ２０９）。

【0088】

ステップＳ２０７において、電化柱の設備特徴条件に一致しないと判定された場合（ＮＯ）、設備特定手段１０９は、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体の設備特徴条件が、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された信号機の設備特徴条件に一致するか否かを判定する（ステップＳ２１１）。

【0089】

ステップＳ２１１において、信号機の設備特徴条件に一致すると判定された場合（ＹＥＳ）、設備特定手段１０９は、その設備集合体を信号機と特定する（ステップＳ２１３）。

【0090】

ステップＳ２１１において、信号機の設備特徴条件に一致しないと判定された場合（ＮＯ）、設備特定手段１０９は、処理を終了する。この場合にも、後述の他のステップの処理により、その他の設備と特定される。

【0091】

ステップＳ２０９において電化柱と特定された場合、またはステップＳ２１３において信号機と特定された場合、さらに、その電化柱または信号機が特発付属式の設備特徴条件に一致するか否かを判定する（ステップＳ２１５）。特発付属式とは、特殊信号発光機として本体に付属された形状を有するものである。

【0092】

ステップＳ２１５において、特発付属式の設備特徴条件に一致すると判定された場合（ＹＥＳ）、設備特定手段１０９は、その設備集合体を特発付属式であると特定する（ステップＳ２１７）。

【0093】

ステップＳ２１１において、特発付属式の設備特徴条件に一致しないと判定された場合（ＮＯ）、設備特定手段１０９は、処理を終了する。

【0094】

また、設備特定手段１０９は、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体の設備特徴条件が、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された勾配標の設備特徴条件に一致するか否かを判定する（ステップＳ２２１）。勾配標の設備特徴条件は、例えば、（１）グランドレベルからの上端の高さが所定の高さ未満であること、（２）設備集合体の中心部と主要部との距離が所定の範囲内であること、（３）主要部から設備集合体の中心部へと向かうベクトルの方向と、台車３の進行方向のベクトルとの角度が所定の角度範囲内であること、が設定されている。

【0095】

ステップＳ２２１において、勾配標の設備特徴条件に一致すると判定された場合（ＹＥＳ）、設備特定手段１０９は、その設備集合体を勾配標と特定する（ステップＳ２２３）。

【0096】

ステップＳ２２１において、勾配標の設備特徴条件に一致しないと判定された場合（ＮＯ）、設備特定手段１０９は、処理を終了する。

【0097】

また、同様に、設備特定手段１０９は、ステップＳ２２５～Ｓ２５１に示すように、設備点集合体識別手段１０６により識別された設備点集合体ごとに設備特徴条件を抽出し、抽出した設備特徴条件と、設備特徴条件記憶部１０８に記憶された設備特徴条件とを比較することにより、設備点集合体の設備名を特定する。なお、特発自立式とは、特殊信号発光機として自立型の形状を有するものである。停目とは、停止位置目標のことである。

【0098】

以上のように、本発明の一実施形態である地物検出システム１００が備える地物検出装置１によれば、台車（移動体）３の進行方向に垂直な仮想平面を所定間隔ごとに設定し、設定した仮想平面間に存在する点群データを仮想平面に投影する点群データ投影手段１０３と、投影された仮想平面における単位面積当たりの点群データの密度を点群密度として算出する点群密度算出手段１０４と、点群密度が所定の点群閾値以上である点群データを壁点群として削除し、壁点群削除後の点群データを設備点群として検出する検出手段１０５とを備えている。

【0099】

そのため、例えば壁面のように上方が開放されている、すなわち台車３移動体の進行方向に対する切断平面上で連続していない箇所がある場合であっても、壁面を検出することが可能となる。また、トンネルの表面に設備が設置されている場合であっても、トンネルの壁面とトンネル壁面に設けられた設備とをそれぞれ検出することができる。これにより、適切に地物を検出することができる。

【0100】

なお、上述した実施形態は、コンピュータにインストールした地物検出プログラムを実行させることにより実現することもできる。

【符号の説明】

【0101】

１ 地物検出装置
２ 点群データ生成装置
３ 台車（移動体）
４ レール
５ モニタ
２１ レーザースキャナ
２２ ＧＰＳ
２３ ＩＭＵ
２４ データ収集手段
２５ データ一時記憶部
１００ 地物検出システム
１０１ 点群データ取得手段
１０２ 点群データ記憶部
１０３ 点群データ投影手段
１０４ 点群密度算出手段
１０５ 検出手段
１０６ 設備点集合体識別手段
１０８ 設備特徴条件記憶部
１０９ 設備特定手段
１１０ 設備データ記憶部
１１１ 表示制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】