特開 2024-43748 ブレイクライン設定支援システム

(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】P2024043748

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】ブレイクライン設定支援システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 11/34 20060101AFI20240326BHJP

   G09B 29/00 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

G01C11/34

G09B29/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022148911

(22)【出願日】2022-09-20

(71)【出願人】

【識別番号】515234347

【氏名又は名称】北川 悦司

(71)【出願人】

【識別番号】390023249

【氏名又は名称】国際航業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001335

【氏名又は名称】弁理士法人 武政国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】北川 悦司

(72)【発明者】

【氏名】高橋 元気

(72)【発明者】

【氏名】村木 広和

(72)【発明者】

【氏名】加藤 諒

(72)【発明者】

【氏名】山川 蓮輝

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 哉太

(72)【発明者】

【氏名】二宮 古都音

【テーマコード（参考）】

2C032

【Ｆターム（参考）】

2C032HB05

2C032HB22

2C032HC14

(57)【要約】

【課題】本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち実測された計測点の座標に基づいてブレイクラインを設定することができるブレイクライン設定支援システムを提供することである。
【解決手段】本願発明のブレイクライン設定支援システムは、３次元の計測点からブレイクラインの設定を支援するシステムであって、基準線設定手段と断面線分設定手段、第１拡張領域設定手段、暫定断面線設定手段、第２拡張領域設定手段、断面構成点抽出手段、断面変化点抽出手段を備えたものである。断面変化点抽出手段によって抽出された複数の断面変化点（鉛直面における遷急点や遷緩点）に基づいてブレイクラインを設定することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元の計測点から、ブレイクラインの設定を支援するシステムであって、
水平投影面に基準線を設定する基準線設定手段と、
前記基準線に対して垂直な断面線分を設定する断面線分設定手段と、
前記断面線分を基準として前記基準線に沿って第１拡張幅だけ拡張した第１拡張領域を設定する第１拡張領域設定手段と、
前記第１拡張領域に含まれる前記計測点である第１計測点を抽出するとともに、該第１計測点に基づいて鉛直面上の線分で構成される暫定断面線を設定する暫定断面線設定手段と、
前記断面線分を基準として前記基準線に沿って第２拡張幅だけ拡張した第２拡張領域を設定する第２拡張領域設定手段と、
前記第２拡張領域に含まれる前記計測点である第２計測点を抽出するとともに、該第２計測点を鉛直面に投影したときに前記暫定断面線の近傍に配置される断面構成点を抽出する断面構成点抽出手段と、
前記断面構成点の中から、鉛直面における遷急点又は遷緩点となる断面変化点を抽出する断面変化点抽出手段と、を備え、
前記第２拡張幅は、前記第１拡張幅よりも短い寸法であり、
前記断面構成点抽出手段は、前記暫定断面線からの距離があらかじめ定められた離隔閾値を下回ることを条件として前記断面構成点を抽出し、
複数の前記断面変化点に基づいて、前記ブレイクラインを設定することができる、
ことを特徴とするブレイクライン設定支援システム。

【請求項2】

３次元座標と対応付けられた画像を表示する表示手段を、さらに備え、
オペレータは、前記画像を確認しながら、前記基準線設定手段を用いて前記基準線を設定することができる、
ことを特徴とする請求項１記載のブレイクライン設定支援システム。

【請求項3】

前記断面構成点どうしの離隔に基づいて、該断面構成点のクラスタを生成するクラスタ生成手段と、
前記クラスタを構成する前記断面構成点の総数があらかじめ定めたクラスタ閾値を下回る前記クラスタに係る該断面構成点をノイズとして取り除くノイズ除去手段と、をさらに備え、
前記断面変化点抽出手段は、前記ノイズを除く前記断面構成点から前記断面変化点を抽出する、
ことを特徴とする請求項１記載のブレイクライン設定支援システム。

【請求項4】

水平面に設定される軸線に対して平行となるように前記基準線を回転するとともに、該基準線の回転に応じて前記計測点のうち平面座標を変換する座標変換手段を、さらに備え、
前記暫定断面線設定手段は、平面座標が変換された前記計測点に基づいて前記第１計測点を抽出し、
前記断面構成点抽出手段は、平面座標が変換された前記計測点に基づいて前記第２計測点を抽出する、
ことを特徴とする請求項１記載のブレイクライン設定支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、地物等の３次元モデルの作成に関する技術であり、より具体的には、３次元点群データに基づいてブレイクラインを設定する際に、その設定を支援することができるブレイクライン設定支援システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

地形図を作製するため広範囲に渡って計測を行う場合、従来では航空機から撮影した空中写真を利用する空中写真測量が一般的であったが、近年では航空レーザ計測も多用されるようになった。

【0003】

空中写真測量は、同一箇所を写した異なる２枚の空中写真を一組とするステレオペア写真を用意し、双方の写真に含まれる同一の対象物を同定するとともに、その対象物の写真上の位置の相違（視差）を利用して地上における対象物の座標を求める手法である。

【0004】

一方の航空レーザ計測は、計測したい地形の上空を航空機で飛行し、地形に対して照射したレーザパルスの反射信号を受けて計測するものである。航空機には通常、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などの測位計とＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）などの慣性計測装置が搭載されているためレーザパルスの照射位置（ｘ，ｙ，ｚ）と照射姿勢（ω，φ，κ）を把握することができ、その結果、照射時刻と受信時刻の時間差から計測点（レーザパルスが反射した地点）の３次元座標を得ることができるわけである。また昨今では、航空機にレーザ計測器を搭載する航空レーザ計測のほか、地上にレーザ計測器を設置して計測する地上型レーザ計測も広まりつつある。

【0005】

空中写真測量や航空レーザ計測、地上型レーザ計測などによれば、３次元座標を有する多数の計測点（以下、多数の計測点のことを「点群」という。）が得られる。一方、３次元座標のままでは点群の相対的な位置関係を把握し難いこともあって、通常はこの点群から作成される３次元モデルを利用する。３次元モデルは、点群の３次元座標に基づいて計測対象の形状をいわば３次元的に再現したものであり、「数値表層モデル（ＤＳＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｅｌ）」や「数値標高モデル（ＤＥＭ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ）」などを例示することができる。これらＤＳＭやＤＥＭは多数のメッシュによって構成されることが多く、メッシュごとの代表点に高さを与えることでモデルを形成している。なおメッシュの代表点に高さを与える手法としては、ランダムデータから形成される不整三角網によって高さを求めるＴＩＮ（Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ）による手法、最も近い計測点を採用する最近隣法（Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）による手法、逆距離加重法（ＩＤＷ）、Ｋｒｉｇｉｎｇ法、平均法など従来から用いられる種々の手法が採用される。

【0006】

３次元モデルを作成する場合、正確なブレイクラインを設定することが極めて重要である。ここでブレイクラインとは、断面変化点（遷急点や遷緩点）を縦断方向に繋いだラインであって、つまり相当の角度で交差する２面の境界線である。例えば盛土のり面の場合、盛土整形された斜面と道路面との境界にブレイクラインが形成され、また盛土斜面と小段との境界にもブレイクラインが形成される。そしてこの盛土のり面の３次元モデルを作成する場合、盛土斜面と道路面や、盛土斜面と小段によって形成されるブレイクラインを正確に表現（再現）することが重要となる。

【0007】

このようにブレイクラインは、ＴＩＮなどの手法によって面を形成するときに欠かせないものであり、またダウンサンプリングする際に残すべき点として抽出するとき、沈下や隆起など形状変化を把握するとき、あるいはＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）図面との整合性を図るときに欠かせないものである。

【0008】

従来、点群からブレイクラインを設定するに当たっては、平面と平面の交線を用いる手法や、各点群の法線ベクトルを用いる手法、平面の輪郭線を用いる手法などが採用されていた。また特許文献１では、点群の３次元座標から暫定的なブレイクラインを設定し、そのブレイクラインを含む部分画像を表示したうえで、最終的なブレイクラインを設定するという、新たな技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０２０－１７１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１に開示される発明によれば、点群の配置密度が小さい箇所であっても正確にブレイクラインを設定することができる。一方、特許文献１の発明を含む従来の技術では、ブレイクライン（あるいはブレイクラインの構成点）の座標を計測点（実測座標）に基づく演算処理によって求めていた。換言すれば、実測された計測点の座標を直接的に用いることなく、いわば仮想の座標によってブレイクラインを表現していたわけであり、実測に基づく確かなブレイクラインとは必ずしも言えないという側面もあった。

【0011】

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち実測された計測点の座標に基づいてブレイクラインを設定することができるブレイクライン設定支援システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本願発明は、基準線に垂直な断面線分を設定するとともに、その断面線分の周辺にある計測点から断面構成点を抽出し、さらに断面構成点からブレイクラインを構成する断面変化点（遷急点や遷緩点）を抽出する、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。

【0013】

本願発明のブレイクライン設定支援システムは、３次元の計測点からブレイクラインの設定を支援するシステムであって、基準線設定手段と断面線分設定手段、第１拡張領域設定手段、暫定断面線設定手段、第２拡張領域設定手段、断面構成点抽出手段、断面変化点抽出手段を備えたものである。このうち基準線設定手段は、水平投影面に基準線を設定する手段であり、断面線分設定手段は、基準線に対して垂直な断面線分を設定する手段、第１拡張領域設定手段は、第１拡張領域（断面線分を基準として基準線に沿って第１拡張幅だけ拡張した領域）を設定する手段、暫定断面線設定手段は、第１計測点（第１拡張領域に含まれる計測点である）を抽出するとともに第１計測点に基づいて鉛直面上の線分で構成される暫定断面線を設定する手段である。また第２拡張領域設定手段は、第２拡張領域（断面線分を基準として基準線に沿って第２拡張幅だけ拡張した領域）を設定する手段であり、断面構成点抽出手段は、第２計測点（第２拡張領域に含まれる計測点）を抽出するとともに第２計測点を鉛直面に投影したときに暫定断面線の近傍に配置される断面構成点を抽出する手段、断面変化点抽出手段は、断面構成点の中から断面変化点（鉛直面における遷急点や遷緩点）を抽出する手段である。なお、第２拡張幅は第１拡張幅よりも短い寸法とされ、断面構成点抽出手段は暫定断面線からの距離があらかじめ定められた離隔閾値を下回ることを条件として断面構成点を抽出する。そして、複数の断面変化点に基づいてブレイクラインを設定することができる。

【0014】

本願発明のブレイクライン設定支援システムは、対象領域の空中写真といった画像（ただし、３次元座標と対応付けられた画像）を表示する表示手段を、さらに備えたものとすることもできる。この場合、オペレータは、画像を確認しながら基準線設定手段を用いて基準線を設定することができる。また、画像に対応する３次元座標に基づく演算処理が実行されることによって、設定された基準線（あるいは基準線を構成する点）の３次元座標が求められる。

【0015】

本願発明のブレイクライン設定支援システムは、クラスタ生成手段とノイズ除去手段をさらに備えたものとすることもできる。このクラスタ生成手段は、断面構成点どうしの離隔に基づいて断面構成点のクラスタを生成する手段であり、ノイズ除去手段は、クラスタを構成する断面構成点の総数があらかじめ定めたクラスタ閾値を下回るクラスタに係る断面構成点をノイズとして取り除く手段である。この場合、断面変化点抽出手段は、ノイズを除く断面構成点から断面変化点を抽出する。

【0016】

本願発明のブレイクライン設定支援システムは、座標変換手段をさらに備えたものとすることもできる。この座標変換手段は、水平面に設定される軸線に対して平行となるように基準線を回転するとともに、基準線の回転に応じて計測点のうち平面座標を変換する手段である。この場合、暫定断面線設定手段は、平面座標が変換された計測点に基づいて第１計測点を抽出し、また断面構成点抽出手段は、平面座標が変換された計測点に基づいて第２計測点を抽出する。

【発明の効果】

【0017】

本願発明のブレイクライン設定支援システムには、次のような効果がある。
（１）実際に計測された座標に基づいてブレイクラインを設定することができ、すなわち従来技術に比して信頼性の高いブレイクラインを得ることができる。
（２）３次元座標を有する点群があれば、必ずしもオルソフォトといった画像を用意する必要がなく、従来技術に比して低コストでブレイクラインを設定することができる

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本願発明のブレイクライン設定支援システムの主な構成を示すブロック図。

【図2】堤防の天端面付近に設定された基準線の一例を示す平面図。

【図3】Ｙ軸方向と平行するように生成された基準線を示す平面図。

【図4】基準線に沿って設定された複数の断面線分を示す平面図。

【図5】（ａ）は断面線分を含む鉛直面に投影された複数の第１計測点を示す断面図、（ｂ）は鉛直面上の線分で構成される暫定断面線を示す断面図。

【図6】第１拡張幅より短い寸法の第２拡張幅によって設定される第２拡張領域を示す平面図。

【図7】（ａ）は暫定断面線を基準に設定される近傍範囲を示す断面図、（ｂ）は近傍範囲の中にある第２計測点を示す断面図。

【図8】クラスタ生成手段によって生成されたクラスタから、ノイズを除去する状況を示すモデル図。

【図9】本願発明のブレイクライン設定支援システムがブレイクラインを生成するまでの主な処理の流れの一例を示すフロー図。

【図10】本願発明のブレイクライン設定支援システムが３段階で拡張領域を設定したうえでブレイクラインを生成するまでの主な処理の流れの一例を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本願発明のブレイクライン設定支援システムの実施形態の一例を、図に基づいて説明する。

【0020】

本願発明のブレイクライン設定支援システムは、３次元座標を有する計測点（以下、単に「３Ｄ計測点」という。）を利用するものである。ここで３次元座標とは、平面位置と高さの情報を持つ座標であり、３軸の直交座標系における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）や測地座標系における緯度、経度、及び標高などを例示することができる。また、３Ｄ計測点を取得するにあたっては、空中写真測量や航空レーザ計測、地上型レーザ計測、ＴＳ（Ｔｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ）による測量など、従来の測量技術を利用することができる。なお便宜上ここでは、３Ｄ計測点が３軸直交座標系における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有する例で説明する。

【0021】

さらに本願発明のブレイクライン設定支援システムは、多数の３Ｄ計測点（以下、単に「３次元点群データ」という。）を用いて「断面変化点」を抽出することを特徴のひとつとしている。ここで断面変化点とは、３次元点群データを鉛直面に投影した形状（以下、「断面形状」という。）のうち、顕著な変化を示すいわゆる「遷急点」や「遷緩点」であり、斜面勾配が大きく変化する境界点、盛土斜面と道路面との境界点、盛土斜面と小段との境界点、コンクリート擁壁の傾斜面と天端面との境界点などを挙げることができる。そして、縦断方向（断面形状の方向に概ね直交する水平方向）に複数の断面形状が配置されるとき、縦断方に複数の断面変化点が配置されることとなり、縦断方に同種の（概ね標高が同じの）断面変化点を繋ぐとブレイクラインを設定することができる。すなわち本願発明のブレイクライン設定支援システムは、ブレイクラインを構成する断面変化点を提供するものであり、ブレイクラインの設定を支援することができるものである。

【0022】

図１は、本願発明のブレイクライン設定支援システム１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すようにブレイクライン設定支援システム１００は、基準線設定手段１０１と断面線分設定手段１０２、第１拡張領域設定手段１０３、暫定断面線設定手段１０４、第２拡張領域設定手段１０５、断面構成点抽出手段１０６、断面変化点抽出手段１０７を含んで構成され、さらに表示手段１０８やクラスタ生成手段１０９、ノイズ除去手段１１０、基準線算出手段１１１、座標変換手段１１２、ブレイクライン生成手段１１３、画像データ記憶手段１１４、点群データ記憶手段１１５などを含んで構成することもできる。

【0023】

ブレイクライン設定支援システム１００を構成する基準線設定手段１０１や断面線分設定手段１０２、第１拡張領域設定手段１０３、暫定断面線設定手段１０４、第２拡張領域設定手段１０５、断面構成点抽出手段１０６、断面変化点抽出手段１０７、クラスタ生成手段１０９、ノイズ除去手段１１０、基準線算出手段１１１、座標変換手段１１２、ブレイクライン生成手段１１３は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。すなわち、所定のプログラムによってコンピュータ装置に演算処理を実行させることによって、それぞれ手段特有の処理を行うわけである。このコンピュータ装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）といったプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、を具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもあり、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）やサーバなどによって構成することができる。ディスプレイを具備したコンピュータ装置を利用する場合は、そのディスプレイを表示手段１０８として利用するとよい。

【0024】

また、画像データ記憶手段１１４と点群データ記憶手段１１５は、汎用的コンピュータ（例えば、パーソナルコンピュータ）の記憶装置を利用することもできるし、データベースサーバに構築することもできる。データベースサーバに構築する場合、ローカルなネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に置くこともできるし、インターネット経由で保存するクラウドサーバとすることもできる。

【0025】

以下、本願発明のブレイクライン設定支援システム１００を構成する主な要素ごとに詳しく説明する。

【0026】

（点群データ記憶手段と画像データ記憶手段）
点群データ記憶手段１１５は、対象となる範囲の３次元点群データ（つまり、多数の３Ｄ計測点）を記憶する手段であり、一方の画像データ記憶手段１１４は、その対象範囲を撮影した空中写真を記憶する手段である。なお、画像データ記憶手段１１４が記憶する空中写真は、３次元の座標と対応付けられたものとすることが望ましい。例えば、空中写真を構成する画素（ピクセル）ごとに３次元座標を付与することで、「３次元座標に対応した空中写真」とすることができる。空中写真に３次元座標を付与するにあたっては、従来の写真測量技術や、近年多用されているＳｆＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）などを利用して３次元座標を付与することができ、空中写真とは独立して３次元座標が用意されている場合はＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）を利用して空中写真に３次元座標を付与することもできる。

【0027】

（基準線設定手段）
基準線設定手段１０１は、「基準線」を設定する手段である。ここで基準線とは、水平投影面（同一の標高で設定される平面）に構成される線分であり、すなわち平面座標（Ｘ，Ｙ）は異なるが標高（Ｚ）は同じ値（例えば０ｍ）である座標によって形成される平面上の線分である。またこの基準線は、上記した断面形状にとっては縦断方向を示すものであり、換言すれば基準線にそって複数の断面形状が設定される。したがって基準線ＬＳは、図２に示すようにブレイクライン（つまり、断面変化点）が存在しそうな場所であって、しかも推測されるブレイクラインの方向と概ね平行になるように設定される。図２は、堤防の天端面付近に設定された基準線ＬＳの一例を示す平面図であり、この図では基準線ＬＳを白線で示している。なお便宜上ここでは、基準線ＬＳの方向のことを「縦断方向」、基準線ＬＳに直交する方向（つまり、断面形状を水平面に投影したときの方向）のことを「断面方向」ということとする。

【0028】

基準線設定手段１０１によって基準線ＬＳを設定するにあたっては、従来の画像認識技術や、ディープラーニングといった機械学習（ＭＬ：Ｍａｃｈｉｎｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）の技術を利用することによって、空中写真から基準線ＬＳを自動的に設定（自動判読）する仕様とすることができる。あるいは、画像データ記憶手段１１４から読み出した空中写真をディスプレイなどの表示手段１０８に表示し、その空中写真をオペレータが目視しながら、ポインティングデバイス（マウスやタッチパネル、ペンタブレット、タッチパッド、トラックパッド、トラックボールなど）やキーボード等からなる基準線設定手段１０１を操作することによって所望の基準線ＬＳを設定する仕様とすることもできる。

【0029】

基準線設定手段１０１によって基準線ＬＳが設定されると、基準線算出手段１１１が基準線ＬＳの座標を計算する。より詳しくは、基準線ＬＳを構成する点（特に両端の点）の２次元座標（Ｘ，Ｙ）を求めたり、基準線ＬＳを表す直線式（２次元座標系における一般式）を算出したりすることによって、基準線ＬＳの座標を計算する。このとき、図２に示すように基準線ＬＳが複数の線分（いわば、折れ線）によって形成されているときは、それぞれの線分（つまり、基準線ＬＳ）について座標を計算する。

【0030】

（座標変換手段）
座標変換手段１１２は、基準線ＬＳの座標を変換する手段である。図２に示すように基準線ＬＳが異なる方向を示す複数の線分によって形成される場合、それぞれの方向を維持したまま、つまりその方向を勘案しながら後続の処理を行うこととなる。あるいは、すべての線分が同一方向となるように変換処理を行ったうえで、換言すればすべての基準線ＬＳ（折れ線）が互いに平行となるように変換処理を実行したうえで、後続の処理を行うこともできる。この場合、対象範囲に設定される３次元座標軸のうち平面を構成するいずれか１軸と平行するように基準線ＬＳの座標を変換するとよい。例えば図３では、基準線ＬＳの座標を変換することによって、Ｙ軸方向と平行する基準線ＬＳが生成されている。座標変換手段１１２がＹ軸（あるいはＸ軸）と平行するように基準線ＬＳを変換することによって、変換処理という手順が増えるものの、後続の演算処理が容易となって好適である。

【0031】

（断面線分設定手段）
断面線分設定手段１０２は、「断面線分」を設定する手段である。ここで断面線分とは、基準線ＬＳと同様、水平投影面に構成される線分であり、すなわち平面座標（Ｘ，Ｙ）は異なるが標高（Ｚ）は同じ値である座標によって形成される平面上の線分である。またこの断面線分は、基準線ＬＳに対して垂直となる線分であり、したがって断面線分の方向は断面形状を水平面に投影したときの方向（つまり、断面方向）と一致する。なお断面線分設定手段１０２は、図４に示すように基準線ＬＳに沿って一定間隔（あるいは、不規則な間隔）で、複数（図では３本）の断面線分を設定する。

【0032】

（第１拡張領域設定手段）
第１拡張領域設定手段１０３は、「第１拡張領域」を設定する手段である。ここで第１拡張領域とは、水平投影面に構成される領域であり、すなわち同一標高（Ｚ）の平面上に形成される平面的な範囲である。またこの第１拡張領域は、断面線分ＬＣを基準として設定され、したがって第１拡張領域設定手段１０３は断面線分ＬＣごとに第１拡張領域を設定する。例えば図３では、断面線分ＬＣを中心とし、基準線ＬＳに沿って所定の幅（以下、「第１拡張幅」という。）だけ拡張することによって第１拡張領域ＲＡ０１が設定されている。なお図３では、断面線分ＬＣの両側に第１拡張幅だけ拡張する例を示しているが、断面線分ＬＣの一方側にのみ拡張して第１拡張領域ＲＡ０１を設定することもできるし、断面線分ＬＣの左側と右側が異なる幅（長さ）で拡張して第１拡張領域ＲＡ０１を設定することもできる。第１拡張幅の値や、断面線分ＬＣを基準として拡張する態様などは、あらかじめ定めておくとよい。

【0033】

（暫定断面線設定手段）
暫定断面線設定手段１０４は、「第１計測点」を抽出するとともに、「暫定断面線」を設定する手段である。ここで第１計測点とは、その平面座標（Ｘ，Ｙ）が第１拡張領域ＲＡ０１に含まれる３Ｄ計測点であり、つまり水平投影面に投影したときに第１拡張領域ＲＡ０１内に含まれる３Ｄ計測点である。一方、暫定断面線は、同一の第１拡張領域ＲＡ０１に係る第１計測点によって形成される線分である。以下、暫定断面線設定手段１０４が、第１計測点を抽出し、その第１計測点に基づいて暫定断面線を設定する手順について詳しく説明する。

【0034】

まず暫定断面線設定手段１０４が、点群データ記憶手段１１５から３Ｄ計測点を読み出し、第１拡張領域ＲＡ０１と３Ｄ計測点を照らし合わせることによって、第１拡張領域ＲＡ０１に含まれる第１計測点を抽出する。ただし、座標変換手段１１２によって基準線ＬＳの座標が変換されているときは、３Ｄ計測点も同様の座標変換処理を行ったうえで、第１拡張領域ＲＡ０１と３Ｄ計測点を照らし合わせる。もちろんこの場合は、３Ｄ計測点の座標のうち平面座標のみを変換することとなる。また暫定断面線設定手段１０４は、第１拡張領域ＲＡ０１ごとに第１計測点を抽出する。したがって、基準線ＬＳが複数の折れ線によって形成されているケースなど、複数の基準線ＬＳに対してそれぞれ異なる座標変換が実行されている場合、それぞれの基準線ＬＳに応じて３Ｄ計測点の座標変換を行ったうえで第１拡張領域ＲＡ０１と照らし合わせる。

【0035】

第１拡張領域ＲＡ０１ごとに第１計測点を抽出すると、暫定断面線設定手段１０４は断面方向の鉛直面（例えば、断面線分ＬＣを含む鉛直面）に第１計測点を投影する。図５（ａ）は、断面線分ＬＣを含む鉛直面に投影された複数の第１計測点Ｐ０１を示す断面図である。第１拡張領域ＲＡ０１に含まれる第１計測点Ｐ０１を同一の鉛直面に投影すると、堤防の天端面や傾斜面など実際に平面となっている部分では第１計測点Ｐ０１の点密度が高くなる。そして、鉛直面上に配置された第１計測点Ｐ０１に基づいて、同じ鉛直面上に線分を生成する。ここで生成された線分が図５（ｂ）に示す「暫定断面線ＬＣＰ」である。鉛直面の第１計測点Ｐ０１に基づいて暫定断面線ＬＣＰを生成するにあたっては、ＲＡＮＳＡＣ（Ｒａｎｄｏｍ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）法や最小２乗法など従来用いられている算出方法を利用することができる。

【0036】

（第２拡張領域設定手段）
第２拡張領域設定手段１０５は、「第２拡張領域」を設定する手段である。ここで第２拡張領域とは、第１拡張領域ＲＡ０１と同様、水平投影面に構成される領域であり、すなわち同一標高（Ｚ）の平面上に形成される平面的な範囲である。またこの第２拡張領域は、断面線分ＬＣを基準として設定され、したがって第２拡張領域設定手段１０５は断面線分ＬＣごとに第２拡張領域を設定する。例えば、断面線分ＬＣを中心とし、基準線ＬＳに沿って所定の幅（以下、「第２拡張幅」という。）だけ拡張することによって第２拡張領域を設定することができる。ただし図６に示すように、第１拡張領域ＲＡ０１を設定する第１拡張幅より、短い寸法（長さ）の第２拡張幅によって第２拡張領域ＲＡ０２は設定される。例えば、第１拡張幅を１ｍとして定めた場合、第２拡張幅は０．１ｍとして定めることができる。なお、第２拡張幅の値や、断面線分ＬＣを基準として拡張する態様などは、あらかじめ定めておくとよい。

【0037】

（断面構成点抽出手段）
断面構成点抽出手段１０６は、「第２計測点」を抽出するとともに、「断面構成点」を抽出する手段である。ここで第２計測点とは、その平面座標（Ｘ，Ｙ）が第２拡張領域ＲＡ０２に含まれる３Ｄ計測点であり、つまり水平投影面に投影したときに第２拡張領域ＲＡ０２内に含まれる３Ｄ計測点である。一方、断面構成点は、第２拡張領域ＲＡ０２の代表的な断面形状を構成する点である。以下、断面構成点抽出手段１０６が、第２計測点を抽出し、その第２計測点に基づいて断面構成点を抽出する手順について詳しく説明する。

【0038】

まず断面構成点抽出手段１０６が、点群データ記憶手段１１５から３Ｄ計測点を読み出し、第２拡張領域ＲＡ０２と３Ｄ計測点を照らし合わせることによって、第２拡張領域ＲＡ０２に含まれる第２計測点を抽出する。ただし、座標変換手段１１２によって基準線ＬＳの座標が変換されているときは、３Ｄ計測点も同様の座標変換処理を行ったうえで、第２拡張領域ＲＡ０２と３Ｄ計測点を照らし合わせる。もちろんこの場合は、３Ｄ計測点の座標のうち平面座標のみを変換することとなる。また断面構成点抽出手段１０６は、第２拡張領域ＲＡ０２ごとに第２計測点を抽出する。したがって、基準線ＬＳが複数の折れ線によって形成されているケースなど、複数の基準線ＬＳに対してそれぞれ異なる座標変換が実行されている場合、それぞれの基準線ＬＳに応じて３Ｄ計測点の座標変換を行ったうえで第２拡張領域ＲＡ０２と照らし合わせる。

【0039】

第２拡張領域ＲＡ０２ごとに第２計測点を抽出すると、断面構成点抽出手段１０６は断面方向の鉛直面（例えば、断面線分ＬＣを含む鉛直面）に第２計測点を投影する。そして、鉛直面に投影された第２計測点のうち、その鉛直面において暫定断面線ＬＣＰの近傍にある第２計測点を「断面構成点」として抽出する。具体的には、図７（ａ）に示すように暫定断面線ＬＣＰを基準とする範囲（以下、「近傍範囲ＲＮ」という。）を設定し、図７（ｂ）に示すように近傍範囲ＲＮ内にある第２計測点Ｐ０２を断面構成点として抽出する。なお近傍範囲ＲＮは、図７（ｂ）に示すように暫定断面線ＬＣＰを中心にあらかじめ定められた閾値（以下、「離隔閾値ＷＤ」という。）だけ拡張することで設定することができる。この場合、断面構成点抽出手段１０６は、暫定断面線ＬＣＰからの距離が離隔閾値ＷＤを下回ることを条件として断面構成点を抽出することとなる。

【0040】

（クラスタ生成手段）
クラスタ生成手段１０９は、断面構成点に基づいて「クラスタ」を生成する手段である。このクラスタは、従来知られている概念であり、いわば断面構成点の集合（塊）である。クラスタを生成するにあたっては、断面構成点どうしの離隔が小さい（つまり、点間距離が閾値以下である）ことを条件としてクラスタを生成するなど、従来用いられている種々の技術を利用することができる。もちろんクラスタ生成手段１０９は、第２拡張領域ＲＡ０２ごと（つまり、断面線分ＬＣごと）にクラスタを生成する。

【0041】

（ノイズ除去手段）
ノイズ除去手段１１０は、断面構成点のうち断面形状を構成するには適当ではない断面構成点（ノイズ）を取り除く手段である。図８は、クラスタ生成手段１０９によって生成されたクラスタＣＬから、ノイズＮＳを除去する状況を示すモデル図である。この図では、ノイズ除去手段１１０が右上の円で囲まれたクラスタＣＬに係る断面構成点をノイズＮＳとして抽出するとともに（図の上側）、そのノイズＮＳを除去している（図の下側）。ノイズＮＳを抽出するにあたっては、クラスタＣＬを構成する断面構成点の総数があらかじめ定めた数（以下、「クラスタ閾値」という。）を下回るクラスタＣＬを選出したうえで、そのクラスタＣＬに含まれる断面構成点をノイズＮＳとして抽出することができる。この場合、断面構成点の総数がクラスタ閾値以下となるクラスタＣＬを選出する仕様とすることもできるし、クラスタ閾値未満となるクラスタＣＬを選出する仕様とすることもできる。もちろんノイズ除去手段１１０は、第２拡張領域ＲＡ０２ごと（つまり、断面線分ＬＣごと）にノイズＮＳを取り除く。

【0042】

（断面変化点抽出手段）
断面変化点抽出手段１０７は、断面構成点の中から「断面変化点」を抽出する処理である。この断面変化点は、既述したとおり、断面構成点を鉛直面に投影した断面形状のうち、「遷急点」や「遷緩点」といった顕著な変化を示す点である。以下、断面変化点抽出手段１０７が、断面変化点を抽出する手順について詳しく説明する。

【0043】

まず断面変化点抽出手段１０７が、断面構成点抽出手段１０６によって抽出された断面構成点に基づいて任意数の線分（以下、「輪郭線」という。）を生成する。なお、ノイズ除去手段１１０によってノイズＮＳが取り除かれる場合、当然ながら断面変化点抽出手段１０７はノイズＮＳが除かれた断面構成点に基づいて輪郭線を生成する。この輪郭線を生成するにあたっては、点間距離が閾値を下回るものを連結したり、あるいは関数ＣｏｎｃａｖｅＨｕｌｌを使用する「輪郭線抽出」の手法を採用したり、従来用いられている種々の技術を利用することができる。

【0044】

断面構成点に基づく輪郭線が生成されると、断面変化点抽出手段１０７は輪郭線の頂点を単純化し、輪郭線を構成する頂点を抽出する処理を実行する。輪郭線の頂点を単純化するにあたっては、「Ｄｏｕｇｌｏｕｓ－Ｐｅｃｋｅｒ」の手法を採用するなど、従来用いられている種々の技術を利用することができる。そして断面変化点抽出手段１０７は、輪郭線の頂点を「断面変化点」として抽出する。もちろん断面変化点抽出手段１０７は、第２拡張領域ＲＡ０２ごと（つまり、断面線分ＬＣごと）に断面変化点を抽出する。

【0045】

（ブレイクライン生成手段）
ブレイクライン生成手段１１３は、断面変化点抽出手段１０７によって抽出された断面変化点を用いてブレイクラインを生成する手段である。具体的には、断面線分ＬＣごとに抽出された断面変化点を、縦断方向（つまり、基準線ＬＳの方向）に繋いでいくことによってブレイクラインを生成する。１の断面線分ＬＣについて複数種類の断面変化点が抽出されることもあるが、ブレイクライン生成手段１１３は同種の（概ね標高が同じの）断面変化点を選出しながら縦断方向に繋いでいく。

【0046】

（処理の流れ）
以下、図９を参照しながら本願発明のブレイクライン設定支援システム１００の主な処理について詳しく説明する。図９は、本願発明のブレイクライン設定支援システム１００がブレイクラインを生成するまでの主な処理の流れの一例を示すフロー図であり、中央の列に実行する処理を示し、左列にはその処理に必要なものを、右列にはその処理から生ずるものを示している。

【0047】

断面変化点を抽出し、ブレイクラインを生成するには、まずは図９に示すように基準線設定手段１０１によって基準線ＬＳが設定され（図９のＳｔｅｐ２０１）、基準線算出手段１１１によって基準線ＬＳの座標が計算される。またブレイクライン設定支援システム１００が座標変換手段１１２を備えているときは、基準線ＬＳの座標が変換される（図９のＳｔｅｐ２０２）。

【0048】

基準線ＬＳが設定されると（あるいは、基準線ＬＳの座標が変換されると）、断面線分設定手段１０２によって断面線分ＬＣが設定される（図９のＳｔｅｐ２０３）。次いで、第１拡張領域設定手段１０３によって第１拡張領域ＲＡ０１が設定され（図９のＳｔｅｐ２０４）、暫定断面線設定手段１０４によって第１計測点Ｐ０１が抽出されるとともに（図９のＳｔｅｐ２０５）、暫定断面線ＬＣＰが設定される（図９のＳｔｅｐ２０６）。

【0049】

暫定断面線ＬＣＰが設定されると、第２拡張領域設定手段１０５によって第２拡張領域ＲＡ０２が設定され（図９のＳｔｅｐ２０７）、断面構成点抽出手段１０６によって第２計測点Ｐ０２が抽出されるとともに（図９のＳｔｅｐ２０８）、断面構成点が抽出される（図９のＳｔｅｐ２０９）。

【0050】

断面構成点が抽出されると、クラスタ生成手段１０９によってクラスタＣＬが生成されるとともに（図９のＳｔｅｐ２１０）、ノイズ除去手段１１０によって断面構成点からノイズＮＳが取り除かれる（図９のＳｔｅｐ２１１）。そして、断面変化点抽出手段１０７によって断面構成点の中から断面変化点が抽出され（図９のＳｔｅｐ２１２）、ブレイクライン生成手段１１３によってブレイクラインが生成される（図９のＳｔｅｐ２１３）。

【0051】

ここまで、第１拡張領域ＲＡ０１を設定し、さらに第２拡張領域ＲＡ０２を設定し、つまり２段階で拡張領域を設定したうえで断面変化点を抽出する仕様について説明してきたが、本願発明のブレイクライン設定支援システム１００は、３以上の段階で拡張領域を設定したうえで断面変化点を抽出する仕様とすることもできる。図１０は、本願発明のブレイクライン設定支援システム１００が３段階で拡張領域を設定したうえでブレイクラインを生成するまでの主な処理の流れの一例を示すフロー図であり、中央の列に実行する処理を示し、左列にはその処理に必要なものを、右列にはその処理から生ずるものを示している。なお、３以上の段階で拡張領域を設定する仕様であっても、図９に示すＳｔｅｐ２０１（基準線の設定）～Ｓｔｅｐ２０９（断面構成点の抽出）、及びＳｔｅｐ２１０（クラスタリング）～Ｓｔｅｐ２１３（ブレイクラインの設定）は同様の処理が行われるため、図１０ではこれらの処理を省略しており、以下の説明でも同様にこれらの処理については省略する。

【0052】

３段階で拡張領域を設定する場合、１回目の断面構成点が抽出されると（図９のＳｔｅｐ２０９）、暫定断面線設定手段１０４が１回目の断面構成点に基づいて２回目の暫定断面線ＬＣＰを設定する（図１０のＳｔｅｐ２１４）。なお、２回目の暫定断面線ＬＣＰは、１回目の暫定断面線ＬＣＰと同様の手順で設定され、もちろん第２拡張領域ＲＡ０２ごと（つまり、断面線分ＬＣごと）に設定される。また、第１拡張領域ＲＡ０１や第２拡張領域ＲＡ０２と同様の手順で、第２拡張領域ＲＡ０２ごと（つまり、断面線分ＬＣごと）に第３拡張領域が設定される（図１０のＳｔｅｐ２１５）。ただし第３拡張領域は、第２拡張領域ＲＡ０２を設定する第２拡張幅より短い寸法（長さ）の第３拡張幅によって設定される。

【0053】

第３拡張領域が設定されると、第１計測点Ｐ０１や第２計測点Ｐ０２と同様の手順で、第２拡張領域ＲＡ０２（つまり、断面線分ＬＣごと）ごとに第３計測点が抽出される（図１０のＳｔｅｐ２１６）。具体的には、水平投影面に投影したときに第３拡張領域内に含まれる３Ｄ計測点を第３計測点として抽出する。第３計測点が抽出されると、１回目の断面構成点（図９のＳｔｅｐ２０９）と同様の手順で、第２拡張領域ＲＡ０２（つまり、断面線分ＬＣごと）ごとに２回目の断面構成点が抽出される（図１０のＳｔｅｐ２１７）。具体的には、断面方向の鉛直面に投影された第３計測点のうち、２回目の暫定断面線ＬＣＰの近傍にある第３計測点を断面構成点として抽出する。

【0054】

そして、２回目の断面構成点に基づいてクラスタが生成され（図９のＳｔｅｐ２１０）、以下、図９を用いて説明したように、断面構成点からノイズＮＳが取り除かれ（図９のＳｔｅｐ２１１）、ノイズＮＳ除去後の断面構成点の中から断面変化点が抽出され（図９のＳｔｅｐ２１２）、断面変化点に基づいてブレイクラインが生成される（図９のＳｔｅｐ２１３）。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本願発明のブレイクライン設定支援システムは、橋梁や擁壁、切土のり面、盛土のり面といった土木構造物や、集合住宅やオフィスビルといった建築構造物などの人工構造物の３次元モデルを作成するために利用することができるほか、自然地形の３次元モデルを作成するために利用することができる。本願発明によれば、地形の正確な３次元モデルを作成することができ、その結果、２時期の３次元モデルを比較することによって地形変化を適切に把握でき、ひいては効果的な災害対策を実施できることを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

【符号の説明】

【0056】

１００ 本願発明のブレイクライン設定支援システム
１０１ 基準線設定手段
１０２ 断面線分設定手段
１０３ 第１拡張領域設定手段
１０４ 暫定断面線設定手段
１０５ 第２拡張領域設定手段
１０６ 断面構成点抽出手段
１０７ 断面変化点抽出手段
１０８ 表示手段
１０９ クラスタ生成手段
１１０ ノイズ除去手段
１１１ 基準線算出手段
１１２ 座標変換手段
１１３ ブレイクライン生成手段
１１４ 画像データ記憶手段
１１５ 点群データ記憶手段
ＣＬ クラスタ
ＬＣ 断面線分
ＬＣＰ 暫定断面線
ＬＳ 基準線
ＮＳ ノイズ
Ｐ０１ 第１計測点
Ｐ０２ 第２計測点
ＲＡ０１ 第１拡張領域
ＲＡ０２ 第２拡張領域
ＲＮ 近傍範囲
ＷＤ 離隔閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】