特開 2023-170189 点群データ生成装置、点群データ生成システム、および点群データ生成プログラム

(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】P2023170189

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】点群データ生成装置、点群データ生成システム、および点群データ生成プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20231124BHJP

   G01C 7/04 20060101ALI20231124BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 Z

G01C7/04

G01C15/00 102C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022081744

(22)【出願日】2022-05-18

(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】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】山根 寛史

(72)【発明者】

【氏名】松本 康寿

(72)【発明者】

【氏名】中田 隆司

(72)【発明者】

【氏名】辻 求

(72)【発明者】

【氏名】本間 雄一

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065AA09

2F065AA53

2F065AA65

2F065BB15

2F065CC14

2F065CC40

2F065DD03

2F065DD08

2F065EE08

2F065FF11

2F065FF67

2F065GG04

2F065HH04

2F065JJ01

2F065LL61

2F065MM06

2F065MM16

2F065PP22

2F065QQ03

2F065QQ21

2F065QQ25

2F065QQ28

2F065QQ31

2F065RR06

2F065UU06

(57)【要約】

【課題】地物を検出するためのレーザ点群の品質を評価する。
【解決手段】レーザスキャナ２１から照射したレーザ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点群データ生成装置１であって、ＧＮＳＳ２２／ＩＭＵ２３により検出されたレーザスキャナの位置座標および加速度と、レーザスキャナ２１の速度である第１速度Ｖ１とを取得するデータ取得手段１０１と、データ取得手段１０１により取得された位置座標および加速度に基づいてレーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出手段１０３と、算出手段１０３により算出された第２速度Ｖ２と、データ取得手段１０１により取得された第１速度Ｖ１との差分が所定の速度閾値ＴｈＶ以上である場合に、点群データの台車３の移動方向にゆがみが生じると判定する判定手段１０４とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に載置されたレーザスキャナから前記移動体の周辺の地物に対して照射したレーザ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であって、
検出手段により検出された前記レーザスキャナの位置座標および加速度と、前記レーザスキャナの速度である第１速度とを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された位置座標および加速度に基づいて前記レーザスキャナの速度を第２速度として算出する速度算出手段と、
前記速度算出手段により算出された第２速度と、前記取得手段により取得された第１速度との差分が所定の速度閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定する速度判定手段と、
を備えたことを特徴とする点群データ生成装置。

【請求項2】

前記速度判定手段により前記ゆがみは生じないと判定された場合、前記第２速度に基づいて前記点群データを生成し、前記速度判定手段により前記ゆがみが生じると判定された場合、前記第２速度を前記第１速度に置換することにより補正し、前記補正された第２速度に基づいて前記点群データを生成する生成手段を、
さらに備えたことを特徴する請求項１記載の点群データ生成装置。

【請求項3】

前記取得手段は、さらに、前記レーザスキャナの姿勢を取得し、
前記取得手段により取得された姿勢に基づいて前記移動体が移動する方位角を第１方位角として算出すると共に、前記取得手段により取得された複数の位置座標に基づいて前記移動体が移動する方位角を第２方位角として算出する方位角算出手段と、
前記方位角算出手段により算出された第１方位角と、前記方位角算出手段により算出された第２方位角との差分が所定の方位角閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定する方位角判定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の点群データ生成装置。

【請求項4】

前記速度判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみは生じないと判定された場合、前記第２速度に基づいて前記点群データを生成し、
前記速度判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定された場合、前記第２速度を前記第１速度に置換することにより補正し、前記補正された第２速度に基づいて前記点群データを生成し、
前記方位角判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じないと判定された場合、前記第１方位角に基づいて前記点群データを生成し、
前記方位角判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定された場合、前記第２方位角を用いて前記第１方位角を補正し、前記補正された第１方位角に基づいて前記点群データを生成し、
前記速度判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定され、かつ、前記方位角判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定された場合、前記第２速度を前記第１速度に置換することにより補正するとともに前記第２方位角を用いて前記第１方位角を補正し、前記補正された第２速度および第１方位角に基づいて前記点群データを生成する生成手段を、
さらに備えたことを特徴する請求項３記載の点群データ生成装置。

【請求項5】

移動体に載置され前記移動体の周辺の地物に対して照射したレーザ光の反射光を受光するレーザスキャナを有し、前記受光した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システムであって、
前記レーザスキャナの位置座標を検出する測位手段と、
前記レーザスキャナの加速度を検出する加速度検出手段と、
前記レーザスキャナの速度を第１速度として検出する速度検出手段と、
前記測位手段により取得された位置座標と前記加速度検出手段により取得された加速度に基づいて前記レーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された第２速度と、前記速度検出手段により検出された第１速度との差分が所定の速度閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする点群データ生成システム。

【請求項6】

移動体に載置されたレーザスキャナから前記移動体の周辺の地物に対して照射したレーザ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が実行する点群データ生成プログラムであって、
検出手段により検出された前記レーザスキャナの位置座標および加速度と、前記レーザスキャナの速度である第１速度とを取得する取得ステップと、
前記取得ステップにより取得された位置座標および加速度に基づいて前記レーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された第２速度と、前記取得ステップにより取得された第１速度との差分が所定の速度閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定する判定ステップと、
を前記点群データ生成装置に実行させることを特徴とする点群データ生成プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地物を検出するための点群データを生成する点群データ生成装置、点群データ生成システム、および点群データ生成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、レーザパルスを発射するレーザスキャナを搭載して、移動体の前方または後方または側方の地物の３次元座標（レーザ点群）を取得できるようになってきている。

【0003】

移動計測によるレーザ点群は、レーザスキャナにより取得した距離データと、時々刻々変化するレーザスキャナの位置と姿勢を算出した走行軌跡データを統合することで生成される。レーザスキャナのデータそのものに大きな誤差要因はないが、走行軌跡データはＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の測位データと、ＩＭＵ（inertial measurement unit）の慣性計測データとを統合することにより算出される。このとき、トンネルなどＧＮＳＳ測位が困難な上空視界不良区間（非ＧＮＳＳ区間）において位置や姿勢に大きな誤差が発生する場合がある。

【0004】

特許文献１には、基準点・検証点を基にレーザ計測データのキャリブレーションを行い、レーザ計測の有効距離により品質（精度）を判断する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－０３４２９６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、レーザ計測の有効距離により品質（精度）を判断するが、この方法では、上空視界が良好でＧＮＳＳ測位が可能なＧＮＳＳ区間における測位が前提となっており、トンネルなどＧＮＳＳ測位が困難な非ＧＮＳＳ区間では利用することが困難であった。

【0007】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、地物を検出するためのレーザ点群の品質を評価する点群データ生成装置、点群データ生成システム、および点群データ生成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】

【0008】

上記目的を解決するため、本発明に係る点群データ生成装置の第１の特徴は、
移動体に載置されたレーザスキャナから前記移動体の周辺の地物に対して照射したレーザ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であって、
検出手段により検出された前記レーザスキャナの位置座標および加速度と、前記レーザスキャナの速度である第１速度とを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された位置座標および加速度に基づいて前記レーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された第２速度と、前記取得手段により取得された第１速度との差分が所定の速度閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定する判定手段と、
を備えたことにある。

【0009】

本発明に係る点群データ生成装置の第２の特徴は、
前記判定手段により前記ゆがみは生じないと判定された場合、前記第２速度に基づいて前記点群データを生成し、前記判定手段により前記ゆがみが生じると判定された場合、前記第２速度を前記第１速度に置換することにより前記点群データを補正し、前記補正された第２速度に基づいて前記点群データを生成する生成手段を、
さらに備えたことにある。

【0010】

本発明に係る点群データ生成装置の第３の特徴は、
前記取得手段は、さらに、前記レーザスキャナの姿勢を取得し、
前記取得手段により取得された姿勢に基づいて前記移動体が移動する方位角を第１方位角として算出すると共に、前記取得手段により取得された複数の位置座標に基づいて前記移動体が移動する方位角を第２方位角として算出する方位角算出手段と、
前記方位角算出手段により算出された第１方位角と、前記方位角算出手段により算出された第２方位角との差分が所定の方位角閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定する方位角判定手段と、
を備えたことにある。

【0011】

本発明に係る点群データ生成装置の第４の特徴は、
前記速度判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみは生じないと判定された場合、前記第２速度に基づいて前記点群データを生成し、
前記速度判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定された場合、前記第２速度を前記第１速度に置換することにより補正し、前記補正された第２速度に基づいて前記点群データを生成し、
前記方位角判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じないと判定された場合、前記第１方位角に基づいて前記点群データを生成し、
前記方位角判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定された場合、前記第２方位角を用いて前記第１方位角を補正し、前記補正された第１方位角に基づいて前記点群データを生成し、
前記速度判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定され、かつ、前記方位角判定手段により前記点群データの前記移動体の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定された場合、前記第２速度を前記第１速度に置換することにより補正するとともに前記第２方位角を用いて前記第１方位角を補正し、前記補正された第２速度および第１方位角に基づいて前記点群データを生成する生成手段と、
を備えたことにある。

【0012】

本発明に係る点群データ生成システムの第１の特徴は、
移動体に載置され前記移動体の周辺の地物に対して照射したレーザ光の反射光を受光するレーザスキャナを有し、前記受光した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システムであって、
前記レーザスキャナの位置座標を検出する測位手段と、
前記レーザスキャナの加速度を検出する加速度検出手段と、
前記レーザスキャナの速度を第１速度として検出する速度検出手段と、
前記測位手段により取得された位置座標と前記加速度検出手段により取得された加速度に基づいて前記レーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された第２速度と、前記速度検出手段により検出された第１速度との差分が所定の速度閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定する判定手段と、
を備えたことにある。

【0013】

本発明に係る点群データ生成プログラムの第１の特徴は、
移動体に載置されたレーザスキャナから前記移動体の周辺の地物に対して照射したレーザ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が実行するプログラムであって、
検出手段により検出された前記レーザスキャナの位置座標および加速度と、前記レーザスキャナの速度である第１速度とを取得する取得ステップと、
前記取得ステップにより取得された位置座標および加速度に基づいて前記レーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出された第２速度と、前記取得ステップにより取得された第１速度との差分が所定の速度閾値以上である場合に、前記点群データの前記移動体の移動方向にゆがみが生じると判定する判定ステップと、
を前記点群データ生成装置に実行させることにある。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る点群データ生成装置、点群データ生成システム、および点群データ生成プログラムによれば、地物を検出するためのレーザ点群の品質を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態である点群データ生成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点群データ生成システム１００が備える点群データ取得装置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。

【図3】誤差の発生を模式的に説明した説明図である。

【図4】本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００が備える速度判定手段１０４Ａによる処理を説明した説明図である。図４（ａ）は、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２とを比較した図であり、図４（ｂ）は、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との差分を示した図である。

【図5】本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００が備える算出手段１０３により算出された第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分ＤＤを示している。

【図6】本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００において、移動方向にゆがみが生じた場合のおける生成手段１０５による補正前の点群データと補正後の点群データとを比較した図である。

【図7】本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００において、移動方向と直交する方向にゆがみが生じた場合のおける補正前の点群データと補正後の点群データとを比較した図である。

【図8】本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００における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】

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

以下、本発明の一実施形態である点群データ生成装置を備えた点群データ生成システムについて説明する。

【0019】

図１は、本発明の一実施形態である点群データ生成システムの概略構成を示した概略構成図である。

【0020】

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

【0021】

点群データ取得装置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、点群データ取得装置２は台車３の周辺の地物に対してレーザ光を照射する。そして、点群データ取得装置２は、照射したレーザ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。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。

【0022】

点群データ生成装置１は、点群データ取得装置２から点群データや移動データを取得し、取得した点群データの品質を評価し、評価に基づいて点群データを補正する。

【0023】

モニタ５は、点群データ生成装置１により生成された点群データに基づいて地物を表示する画面など各種画面を表示する。

【0024】

＜点群データ取得装置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点群データ生成システム１００が備える点群データ取得装置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。

【0025】

図１，２に示すように、点群データ取得装置２は、レーザスキャナ２１と、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite 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、ＤＭＩ（Distance Measuring Instrument）２６とを備えている。

【0026】

レーザスキャナ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度にレーザ光を照射する。照射するレーザ光の到達距離は１ｍ～１００ｍの範囲であり、例えば、３６０度の範囲を２００Ｈｚ周期で回転しながら１ＭＨｚでレーザ光を発射する。そして、レーザスキャナ２１は、発射したレーザ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。

【0027】

ＧＮＳＳ２２は、人工衛星から発射される信号を用いて測位（位置座標）データを取得する。

【0028】

ＩＭＵ２３は、レーザスキャナ２１の慣性計測（姿勢）データを検出することができる。これらのＩＭＵ２３で取得した姿勢はＧＮＳＳ２２で取得した位置座標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、ＧＮＳＳ２２からの位置座標データ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、姿勢、加速度）を示すデータ（Time，ｘi，ｙi，ｚi，Roll，Pitch，Yaw,α）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。また、ＩＭＵ２３は、加速度計を有しており、加速度を検出する。ＰＯＳデータのうち、YawによりＸ―Ｙ平面上におけるＩＭＵ２３が移動する方位を示す第１方位角Ｄ１が生成される。第１方位角Ｄ１は、ＩＭＵ２３にて算出されてもよいし、後述する算出手段１０３において算出されるようにしてもよい。

【0029】

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

【0030】

ＤＭＩ２６は、台車３の移動距離、すなわちレーザスキャナ２１の移動距離を検出し、単位時間当たりの移動距離からレーザスキャナ２１の速度を検出し、検出した速度（第１速度）Ｖ１のデータをデータ収集手段２４に送る。

【0031】

データ収集手段２４は、ＩＭＵ２３から取得したＰＯＳデータと、レーザスキャナ２１から取得したレーザデータ（Time,θ，Ｌ）と、台車３の第１方位角Ｄ１および第１速度Ｖ１の移動データ（Ｄ１，Ｖ１）とを収集する。

【0032】

データ一時記憶部２５は、データ収集手段２４により収集したレーザデータ（Time,θ，Ｌ）と、台車３の第１方位角Ｄ１および第１速度Ｖ１の移動データ（Ｄ１，Ｖ１）と、ＰＯＳデータとを関連付けて一時的に記憶する。記憶された各データとは、点群データ生成装置１に供給される。ここでは、データ一時記憶部２５に記憶された各データは、点群データ生成装置１と点群データ取得装置２とが接続された際に、データ一時記憶部２５から点群データ生成装置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点群データ生成装置１へと供給されるようにしてもよい。

【0033】

＜点群データ生成装置１の構成＞
図１に戻り、点群データ生成装置１は、データ取得手段１０１と、データ記憶部１０２と、算出手段１０３と、判定手段１０４と、生成手段１０５と、表示データ記憶部１１０と、表示制御手段１１１とを有している。

【0034】

データ取得手段１０１は、点群データ取得装置２のデータ一時記憶部２５から供給される移動データと、ＰＯＳデータと、レーザデータとを取得し、データ記憶部１０２に記憶する。

【0035】

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、移動データと、ＰＯＳデータと、レーザデータとが記憶されている。

【0036】

算出手段１０３は、速度算出手段１０３Ａと、方位角算出手段１０３Ｂとを有している。

【0037】

速度算出手段１０３Ａは、データ記憶部１０２に記憶されたＰＯＳデータ、すなわち、ＩＭＵ２３の位置姿勢（測定時刻、位置座標、姿勢、加速度）を示すデータ（Time，ｘi，ｙi，ｚi，Roll，Pitch，Yaw,α）に基づいてレーザスキャナ２１の速度を第２速度Ｖ２として算出する。具体的には、速度算出手段１０３Ａは、衛星測位が可能な領域であるＧＮＳＳ測位領域においては、データ取得手段１０１により取得された複数の位置座標（ｘi，ｙi，ｚi）に基づいてレーザスキャナ２１の速度を第２速度Ｖ２として算出する。また、速度算出手段１０３Ａは、衛星測位が困難な領域である非ＧＮＳＳ測位領域においては、姿勢（Roll，Pitch，Yaw）に基づいて移動方向を算出し、算出した移動方向と、加速度αを２回積分することにより得た移動距離とに基づいて、レーザスキャナ２１の速度を第２速度Ｖ２として算出する。なお、ＧＮＳＳ測位領域と、非ＧＮＳＳ測位領域とは予め設定されているものとする。

【0038】

この算出された第２速度Ｖ２は、上述したように、ＧＮＳＳ２２の測位（位置座標）データと、ＩＭＵ２３により検出された慣性計測（姿勢、加速度）データとを統合することにより算出される。

【0039】

ＩＭＵ２３により検出された慣性計測（姿勢、加速度）データ（Roll，Pitch，Yaw,α）は誤差を有する。そのため、例えば、トンネルなどＧＮＳＳ測位が困難な上空視界不良区間（非ＧＮＳＳ測位領域）において、誤差を補正することなく継続して距離と方位角（Yaw）を積算しているので、時間とともに距離誤差（位置誤差）と方位角誤差が累積する。慣性計測（姿勢、加速度）データの加速度の誤差は速度誤差になり、方位角速度の誤差は方位角誤差になり、最終的に位置誤差となり、非ＧＮＳＳ測位領域ではこの誤差が累積することになる。

【0040】

測位が可能な上空視界良好区間（ＧＮＳＳ測位領域）になると、この加速度・方位角速度の誤差がＧＮＳＳ２２の測位（位置座標）データで補正されるので、ＧＮＳＳ測位領域では加速度と方位角速度の誤差は累積しない。

【0041】

図３は、誤差の発生を模式的に説明した説明図である。図３（ａ）は、台車３の速度（レーザスキャナ２１の速度）を正確に算出している場合における点群データ（X,Y,Z）の例を示しており、図３（ｂ）は、台車３の実際の速度より遅い速度として第２速度Ｖを算出した場合における点群データ（X,Y,Z）の例を示しており、図３（ｃ）は、台車３の実際の速度より速い速度として第２速度Ｖを算出した場合における点群データ（X,Y,Z）の例を示している。

【0042】

図３（ａ）に示すように、台車３の速度を正確に算出している場合、点群データ取得装置２が位置２Ａ，２Ｂ，３Ｃのいずれにいる場合であっても、適切に算出された第２速度Ｖに基づいて、点群データ（X,Y,Z）が生成されるので、電柱である地物Ａ１が適切に再現される。

【0043】

一方、図３（ｂ）に示すように、台車３の実際の速度より遅い速度として第２速度Ｖを算出した場合、実際より単位時間当たり距離が短くなるように、点群データ（X,Y,Z）が生成されるので、地物Ａ２に示すように進行方向と逆（後方）に傾斜するように再現させてしまう。

【0044】

また、図３（ｃ）に示すように、台車３の実際の速度より速い速度として第２速度Ｖを算出した場合、実際より単位時間当たり距離が長くなるように、点群データ（X,Y,Z）が生成されるので、地物Ａ２に示すように進行方向（前方）に傾斜するように再現させてしまう。

【0045】

判定手段１０４は、速度判定手段１０４Ａと、方位角判定手段１０４Ｂとを有している。

【0046】

速度判定手段１０４Ａは、速度算出手段１０３Ａにより算出された第２速度Ｖ２と、ＤＭＩ２６により検出された第１速度Ｖ１との差分（速度差）が所定の速度閾値ＴｈＶ以上である場合に、点群データの点群データ取得装置２の移動方向にゆがみが生じると判定する。

【0047】

図４は、本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００が備える速度判定手段１０４Ａによる処理を説明した説明図である。図４（ａ）は、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２とを比較した図であり、図４（ｂ）は、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との差分を示した図である。

【0048】

図４（ａ）では、ＤＭＩ２６により検出された第１速度Ｖ１と、速度算出手段１０３Ａにより算出された第２速度Ｖ２との推移を示している。図４（ｂ）では、ＤＭＩ２６により検出された第１速度Ｖ１と、速度算出手段１０３Ａにより算出された第２速度Ｖ２との差分を示している。ここでは、第２速度Ｖ２から第１速度Ｖ１を減算した値を示している。

【0049】

ＧＮＳＳ測位領域においては、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２とは一致するが、例えば、ｔ１時点やｔ２時点などの非ＧＮＳＳ測位領域においては、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２とは一致しない場合がある。

【0050】

ｔ１時点やｔ２時点などのように、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２とは一致しない場合、図４（ｂ）に示すように、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との差分（速度差）ＤＶは、例えば、ｔ１時点やｔ２時点でピークとなる。

【0051】

ここで、ｔ２時点にいて、第２速度Ｖ２から第１速度Ｖ１を減算した値が－ＴｈＶ以下となっている、すなわち、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との差分ＤＶが所定の速度閾値ＴｈＶ以上である。

【0052】

そこで、速度判定手段１０４Ａは、ｔ２時点において、点群データの点群データ取得装置２の移動方向にゆがみが生じると判定する。

【0053】

方位角算出手段１０３Ｂは、ＧＮＳＳ測位領域においては、複数の位置座標と姿勢データ、すなわち、データ記憶部１０２に記憶された複数のＰＯＳデータ（Time，ｘi，ｙi，ｚi，Roll，Pitch，Yaw,α）に基づいてレーザスキャナ２１の方位角を第１方位角Ｄ１として算出する。

【0054】

また、方位角算出手段１０３Ｂは、非ＧＮＳＳ測位領域においては、データ取得手段１０１により取得された姿勢に基づいてレーザスキャナ２１の方位角を第１方位角Ｄ１として算出する。具体的には、ＩＭＵ２３が有するジャイロにより検出する姿勢角（Roll，Pitch，Yaw）のうち方位角（Yaw）が移動方向を示しているので、方位角算出手段１０３Ｂは、これを第１方位角Ｄ1として算出する。

【0055】

方位角算出手段１０３Ｂは、データ取得手段１０１により取得された複数の位置座標に基づいて、複数の位置座標を結ぶベクトルを算出し、算出したベクトルの方向、すなわち、点群データ取得装置２が移動する方位角（対地方位角度）を第２方位角として算出する。具体的には、算出手段１０３は、データ記憶部１０２に記憶されたＰＯＳデータ（Time，ｘi，ｙi，ｚi，Roll，Pitch，Yaw,α）のTime，ｘi，ｙi，ｚiに基づいて、点群データ取得装置２が移動する方位角（対地方位角度）を第２方位角Ｄ２として算出する。

【0056】

方位角判定手段１０４Ｂは、算出手段１０３により算出された第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分（方位角差）が所定の方位角閾値ＴｈＤ以上である場合に、点群データの台車３の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定する。

【0057】

図５は、本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００が備える算出手段１０３により算出された第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分（方位角差）ＤＤを示している。ここでは、第２方位角Ｄ２から第１方位角Ｄ１を減算した値を示している。

【0058】

ＧＮＳＳ測位領域においては、第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２とは一致するが、例えば、ｔ１１時点やｔ１２時点などの非ＧＮＳＳ測位領域においては、第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２とは一致せず、第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分ＤＤが「０」とならない場合がある。

【0059】

第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分ＤＤは、例えば、ｔ１１時点やｔ１２時点でピークとなっている。

【0060】

ここで、ｔ１２時点において、差分ＤＤは－ＴｈＤを下回っていることから、ｔ１２時点にいて、第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分ＤＤが所定の速度閾値ＴｈＤ以上である、すなわち、第２方位角Ｄ２から第１方位角Ｄ１を減算した値が－ＴｈＤ以下となっている。

【0061】

そこで、方位角判定手段１０４Ｂは、ｔ１２時点において、点群データの台車３の移動方向と直交する方向、すなわち、横断方向にゆがみが生じると判定する。

【0062】

生成手段１０５は、速度判定手段１０４Ａにより点群データ取得装置２の移動方向にゆがみは生じないと判定された場合、第２速度Ｖ２に基づいたＰＯＳデータにより点群データを生成する。一方、生成手段１０５は、速度判定手段１０４Ａにより点群データ取得装置２の移動方向にゆがみが生じると判定された場合、第２速度Ｖ２を第１速度Ｖ１に置換することによりＰＯＳデータの位置座標を補正し、点群データを生成する。

【0063】

図６は、本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００において、移動方向にゆがみが生じた場合のおける生成手段１０５による補正前の点群データと補正後の点群データとを比較した図である。図６（ａ）は補正前の点群データの一例を示した図であり、図６（ｂ）は補正後の点群データの一例を示した図である。

【0064】

図６（ａ）には、補正前の点群データの上面図Ｇ１０１と、補正前の点群データの側面図Ｇ１０２とを示している。ここでは、紙面の左から右を進行方向とする。

【0065】

台車３の実際の速度より遅い速度として第２速度Ｖを算出してしまった場合、実際より単位時間当たり距離が短くなるように、点群データ（X,Y,Z）が生成されるので、側面図Ｇ１０２の領域Ａ１０１のように、進行方向と逆（後方）に傾斜するように再現させてしまう。

【0066】

また、台車３の実際の速度より速い速度として第２速度Ｖを算出してしまった場合、実際より単位時間当たり距離が長くなるように、点群データ（X,Y,Z）が生成されるので、側面図Ｇ１０２の領域Ａ１０２のように、進行方向（前方）に傾斜するように再現させてしまう。

【0067】

一方、図６（ｂ）には、補正後の点群データの上面図Ｇ２０１と、補正後の点群データの側面図Ｇ２０２とを示している。

【0068】

図６（ｂ）に示すように、補正されることにより適切な速度に基づいて点群データが形成されているので、上面図Ｇ２０１と側面図Ｇ２０２とに示すように、前方や後方に点群データが傾斜することなく、適切な点群データとして再現することができる。

【0069】

また、生成手段１０５は、方位角判定手段１０４Ｂにより点群データ取得装置２の移動方向と直交する方向にゆがみが生じないと判定された場合、第１方位角Ｄ１に基づいて点群データを生成する。

【0070】

一方、生成手段１０５は、方位角判定手段１０４Ｂにより点群データ取得装置２の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定された場合、第２方位角Ｄ２を用いて第１方位角Ｄ１を補正し、補正された第１方位角に基づいて点群データを生成する。

【0071】

具体的には、生成手段１０５は、下記の（数式）を用いて第１方位角Ｄ１を補正する。結果的に、HeadingAF＝COGとなるので、生成手段１０５は、第１方位角Ｄ１を第２方位角Ｄ２に置換することにより補正する。
HeadingAF＝HeadingBF－（HeadingBF－COG） （数式）
（HeadingAFは補正後の第１方位角Ｄ１、HeadingBFは補正前の第１方位角Ｄ１、COGは第２方位角Ｄ２）

【0072】

図７は、本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００において、移動方向と直交する方向にゆがみが生じた場合のおける補正前の点群データと補正後の点群データとを比較した図である。

【0073】

図７には、補正前の点群データの正面図Ｇ３０１と、補正後の点群データに基づいてトンネルの壁面位置を示した断面図Ｇ３０２と、補正前の点群データに基づいてトンネルの壁面位置を示した断面図Ｇ３０３，Ｇ３０４とを示した断面図である。断面図Ｇ３０４は、正面図Ｇ３０１に対応している。

【0074】

比較のため、断面図Ｇ３０２，Ｇ３０３，Ｇ３０４においてゆがみが生じていない状態のトンネルの壁面基準位置Ｒ１０１を示している。

【0075】

台車３の実際の方位角にずれが生じた場合、正面図Ｇ３０１や断面図Ｇ３０４の壁面位置Ｒ２０３のように、進行方向に直行する断面において壁面基準位置Ｒ１０１に対して右側に傾斜するように再現させてしまったり、断面図Ｇ３０３の壁面位置Ｒ２０２ように、進行方向に直行する断面において壁面基準位置Ｒ１０１に対して左側に傾斜するように再現させてしまったりする。

【0076】

一方、補正されることにより、断面図Ｇ３０２に示すように、壁面基準位置Ｒ１０１と壁面位置Ｒ２０１とが一致している。

【0077】

このように、生成手段１０５は、点群データ取得装置２の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定された場合、第２方位角Ｄ２を用いて第１方位角Ｄ１を補正し、補正された第１方位角Ｄ１に基づいて点群データを生成するので、点群データ取得装置２の移動方向と直交する方向のゆがみを解消し、適切な点群データとして再現することができる。

【0078】

表示データ記憶部１１０は、生成手段１０５により生成された点群データを記憶する。

【0079】

表示制御手段１１１は、表示データ記憶部１１０に記憶された点群データに基づいて、モニタ５上に地物などを表示させる。

【0080】

図８は、本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００における処理内容を示したフローチャートである。

【0081】

ステップＳ１０１において、データ取得手段１０１は、点群データ取得装置２のデータ一時記憶部２５から供給される移動データと、ＰＯＳデータと、レーザデータとを取得し、データ記憶部１０２に記憶する。

【0082】

ステップＳ１０３において、速度算出手段１０３Ａは、データ記憶部１０２に記憶されたＰＯＳデータに基づいてレーザスキャナ２１の速度を第２速度Ｖ２として算出する。

【0083】

ステップＳ１０５において、方位角算出手段１０３Ｂは、データ記憶部１０２に記憶された複数のＰＯＳデータに基づいてレーザスキャナ２１の方位角を第１方位角Ｄ１として算出する。

【0084】

ステップＳ１０７において、速度判定手段１０４Ａは、速度算出手段１０３Ａにより算出された第２速度Ｖ２と、ＤＭＩ２６により検出された第１速度Ｖ１との差分が所定の速度閾値ＴｈＶ以上か否かを判定する。

【0085】

第２速度Ｖ２と第１速度Ｖ１との差分が所定の速度閾値ＴｈＶ以上であると判定された場合（ステップＳ１０７；ＹＥＳ）、速度判定手段１０４Ａは、点群データの点群データ取得装置２の移動方向にゆがみが生じると判定し、ステップＳ１０９において、生成手段１０５は、速度判定手段１０４Ａにより点群データ取得装置２の移動方向にゆがみが生じると判定された場合、第２速度Ｖ２を第１速度Ｖ１に置換することによりＰＯＳデータの位置座標を補正する。

【0086】

ステップＳ１１１において、方位角判定手段１０４Ｂは、算出手段１０３により算出された第１方位角Ｄ１と、算出手段１０３により算出された第２方位角Ｄ２との差分が所定の方位角閾値ＴｈＤ以上であるか否かを判定する。

【0087】

第１方位角Ｄ１と第２方位角Ｄ２との差分が所定の方位角閾値ＴｈＤ以上であると判定された場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、方位角判定手段１０４Ｂは点群データ取得装置２の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定し、ステップＳ１１３において、生成手段１０５は、第２方位角Ｄ２を用いて第１方位角Ｄ１を補正する。

【0088】

ステップＳ１１５において、生成手段１０５は、第２速度Ｖ２および第１方位角に基づいて、点群データを生成する。具体的には、生成手段１０５は、第２速度Ｖ２および第１方位角に基づいて、レーザスキャナ２１により取得した距離データと、時々刻々変化するレーザスキャナ２１の位置と姿勢を補正した走行軌跡データを統合することで生成する。

【0089】

以上のように、本発明の一実施形態である点群データ生成システム１００によれば、ＧＮＳＳ２２／ＩＭＵ２３により検出されたレーザスキャナの位置座標および加速度と、レーザスキャナ２１の速度である第１速度Ｖ１とを取得するデータ取得手段１０１と、データ取得手段１０１により取得された位置座標および加速度に基づいてレーザスキャナの速度を第２速度として算出する算出手段１０３と、算出手段１０３により算出された第２速度Ｖ２と、データ取得手段１０１により取得された第１速度Ｖ１との差分が所定の速度閾値ＴｈＶ以上である場合に、点群データの台車３の移動方向にゆがみが生じると判定する判定手段１０４とを備える。

【0090】

これにより、地物を検出するための点群データの台車３の移動方向にゆがみが生じるか否かを判定できるので、レーザ点群の品質を評価することができる。

【0091】

また、点群データ生成システム１００は、ＧＮＳＳ２２／ＩＭＵ２３により検出された前記レーザスキャナの位置座標と、レーザスキャナの姿勢とを取得するデータ取得手段１０１と、データ取得手段１０１により取得された姿勢に基づいて台車３が移動する方位角を第１方位角（Heading補正前）として算出すると共に、データ取得手段１０１により取得された複数の位置座標に基づいて台車３が移動する方位角を第２方位角（COG）として算出する算出手段１０３と、算出手段１０３により算出された第１方位角Ｄ１と、算出手段１０３により算出された第２方位角Ｄ２との差分が所定の方位角閾値ＴｈＤ以上である場合に、点群データの台車３の移動方向と直交する方向にゆがみが生じると判定する判定手段１０４とを備える。

【0092】

これにより、地物を検出するための点群データの台車３の移動方向と直交する方向（横断方向）にゆがみが生じるか否かを判定できるので、レーザ点群の品質を評価することができる。

【0093】

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】

【0094】

１ 点群データ生成装置
２ 点群データ取得装置
３ 台車（移動体）
５ モニタ
２１ レーザスキャナ
２４ データ収集手段
２５ データ一時記憶部
１００ 点群データ生成システム
１０１ データ取得手段
１０２ データ記憶部
１０３ 算出手段
１０３Ａ 速度算出手段
１０３Ｂ 方位角算出手段
１０４ 判定手段
１０４Ａ 速度判定手段
１０４Ｂ 方位角判定手段
１０５ 生成手段
１１０ 表示データ記憶部
１１１ 表示制御手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】