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特開2024-46092展開図作成装置および展開図作成方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】P2024046092

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】展開図作成装置および展開図作成方法

(51)【国際特許分類】

G01C 15/00 20060101AFI20240327BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 104A

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 2022151268

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本和朋

(72)【発明者】

【氏名】杉山史典

(72)【発明者】

【氏名】落合拓也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木清

(72)【発明者】

【氏名】山口裕哉

(72)【発明者】

【氏名】岡本直樹

(57)【要約】

【課題】トンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図を作成することが可能な展開図作成装置を提供する。
【解決手段】
展開図作成装置は、トンネルの中心軌跡を算出する中心軌跡算出部と、トンネルの壁面を計測した３次元点群データを算出された中心軌跡に基づく２次元平面に配置する座標変換を行う変換部と、変換部により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する展開図生成部とを備える。中心軌跡算出部は、３次元点群データのうちのトンネルの軸方向に対して所定区間毎に含まれる区間点群データを抽出し、抽出した区間点群データを基準面に投影し、投影した区間点群データに基づいてトンネルの所定区間毎の中心点を算出し、算出された中心点に基づいて中心軌跡を算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの中心軌跡を算出する中心軌跡算出部と、
前記トンネルの壁面を計測した３次元点群データを算出された中心軌跡に基づく２次元平面に配置する座標変換を行う変換部と、
前記変換部により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する展開図生成部とを備え、
前記中心軌跡算出部は、
前記３次元点群データのうちの前記トンネルの軸方向に対して所定区間毎に含まれる区間点群データを抽出し、
抽出した区間点群データを基準面に投影し、
投影した区間点群データに基づいて前記トンネルの所定区間毎の中心点を算出し、
算出された中心点に基づいて前記中心軌跡を算出する、展開図作成装置。

【請求項2】

前記変換部は、前記３次元点群データの各々から前記トンネルの中心軌跡に垂線を下ろし、基準位置から垂線の足の位置までの中心軌跡上の通算距離と、垂線の足から基準方向を基準として見た前記３次元点群データの各々の方向角とに基づく２次元平面に配置する座標変換テーブルを生成する、請求項１記載の展開図作成装置。

【請求項3】

前記展開図生成部は、前記座標変換テーブルに基づいて前記３次元点群データに対して各座標軸の座標を２次元平面に配置する座標変換ファイルを生成する、請求項２記載の展開図作成装置。

【請求項4】

前記展開図生成部は、前記トンネルの壁面を撮影して得られた画像の画素のピクセル座標と前記３次元点群データの各々との対応付けを行い、対応する画素値を前記２次元平面における対応する位置に割り当てて展開図を生成する、請求項１記載の展開図作成装置。

【請求項5】

前記３次元点群データは、反射強度値を含み、
前記展開図生成部は、対応する反射強度値を前記２次元平面における対応する位置に割り当てて展開図を生成する、請求項１記載の展開図作成装置。

【請求項6】

前記トンネルの中心軌跡に基づく比較対象となる基準トンネルの３次元点群データを生成するデータ生成部をさらに備え、
前記展開図生成部は、前記データ生成部で生成した基準トンネルの３次元点群データおよび前記変換部により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する、請求項１記載の展開図作成装置。

【請求項7】

トンネルの中心軌跡を算出するステップと、
前記トンネルの壁面を計測した３次元点群データを算出された中心軌跡に基づく２次元平面に配置する座標変換を行うステップと、
前記座標変換されたデータに基づいて展開図を生成するステップとを備え、
前記中心軌跡を算出するステップは、
前記３次元点群データのうちの前記トンネルの進行方向に対して所定区間毎に含まれる区間点群データを抽出するステップと、
抽出した区間点群データを基準面に投影するステップと、
投影した区間点群データに基づいて前記トンネルの所定区間毎の中心点を算出するステップと、
算出された中心点に基づいて前記中心軌跡を算出するステップとを含む、展開図作成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、トンネル壁面の展開図に関するものである。

【背景技術】

【0002】

トンネルの維持管理においては、コンクリートの落下や崩落事故を未然に防ぐため、その覆工面におけるクラック（ひび）や浮き形状、剥がれ、荷重による凹凸変位などの変状について把握することが求められている。しかしながら、トンネルの断面サイズは車両が通行できるほどに大きく、天端部も高いため、一断面の調査を行うだけでも困難であり、ましてトンネル全区間に亘る変状の調査には、膨大な手間を要する。そこで、変状箇所を容易に把握するため、トンネル内壁を撮影して得られる画像を利用する技術が提案されている。具体的には、トンネル内を走行する走行車両からトンネル壁面をカメラで撮影し、その画像を合成して得られる展開図によって変状を評価する技術が種々提案されている（特許文献１－３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３８６７０２５号公報

【特許文献2】特開２０１２－２２０４７１号公報

【特許文献3】特開２０１９－２０３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、トンネル内を走行する走行車両はトンネル内の左右に偏る可能性があるため、トンネル内をバランスよく解析して展開図を作成するに際しトンネルの中心線を正しく設定することは重要である。

【0005】

本開示は、トンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図を作成することが可能な展開図作成装置および展開図作成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】

【0006】

本開示の展開図作成装置は、トンネルの中心軌跡を算出する中心軌跡算出部と、トンネルの壁面を計測した３次元点群データを算出された中心軌跡に基づく２次元平面に配置する座標変換を行う変換部と、変換部により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する展開図生成部とを備える。中心軌跡算出部は、３次元点群データのうちのトンネルの軸方向に対して所定区間毎に含まれる区間点群データを抽出し、抽出した区間点群データを基準面に投影し、投影した区間点群データに基づいてトンネルの所定区間毎の中心点を算出し、算出された中心点に基づいて中心軌跡を算出する。

【0007】

好ましくは、変換部は、３次元点群データの各々からトンネルの中心軌跡に垂線を下ろし、基準位置から垂線の足の位置までのトンネルの中心軌跡上の通算距離と、垂線の足から見た３次元点群データの各々の方向角とに基づく２次元平面に配置する座標変換テーブルを生成する。

【0008】

好ましくは、展開図生成部は、座標変換テーブルに基づいて３次元点群データに対して各座標軸の座標を２次元平面に配置する座標変換ファイルを生成する。

【0009】

好ましくは、展開図生成部は、トンネルの壁面を撮影して得られた画像の画素のピクセル座標と３次元点群データの各々との対応付けを行い、対応する画素値を２次元平面における対応する位置に割り当てて展開図を生成する。

【0010】

好ましくは、３次元点群データは、反射強度値を含む。展開図生成部は、対応する反射強度値を２次元平面における対応する位置に割り当てて展開図を生成する。

【0011】

好ましくは、トンネルの中心軌跡に基づく比較対象となる基準トンネルの３次元点群データを生成するデータ生成部をさらに備える。展開図生成部は、データ生成部で生成した基準トンネルの３次元点群データおよび変換部により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する。

【0012】

本開示の展開図作成方法は、トンネルの中心軌跡を算出するステップと、トンネルの壁面を計測した３次元点群データを算出された中心軌跡に基づく２次元平面に配置する座標変換を行うステップと、座標変換されたデータに基づいて展開図を生成するステップとを備える。中心軌跡を算出するステップは、３次元点群データのうちのトンネルの進行方向に対して所定区間毎に含まれる区間点群データを抽出するステップと、抽出した区間点群データを基準面に投影するステップと、投影した区間点群データに基づいてトンネルの所定区間毎の中心点を算出するステップと、算出された中心点に基づいて中心軌跡を算出するステップとを含む。

【発明の効果】

【0013】

本開示の展開図作成装置および展開図作成方法は、トンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図を作成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態１に従う展開図の概要を説明する図である。

【図2】実施形態１に従う展開図作成装置１のハードウェアについて説明する図である。

【図3】実施形態１に従う展開図作成装置１の展開図生成処理のフロー図である。

【図4】実施形態１に従う計測点について説明する図である。

【図5】実施形態１に従うメモリ２に格納されている複数の計測点の情報について説明する図である。

【図6】実施形態１に従う中心軌跡算出部１２の中心軌跡算出処理について説明するフロー図である。

【図7】実施形態１に従う中心軌跡算出処理の具体例について説明する図である。

【図8】実施形態１に従う変換部１４の座標変換処理について説明するフロー図である。

【図9】実施形態１に従う座標変換処理の具体例について説明する図である。

【図10】実施形態１に従う展開図生成部１６の展開図生成処理について説明するフロー図である。

【図11】実施形態１に従う投影面ファイルの生成の具体例について説明する図である。

【図12】実施形態１に従う展開図生成処理の具体例について説明する図である。

【図13】実施形態２に従う展開図生成部１６の展開図生成処理について説明するフロー図である。

【図14】実施形態２に従う展開図生成処理の具体例について説明する図である。

【図15】実施形態３に従うデータ生成部１８のデータ生成処理について説明するフロー図である。

【図16】実施形態３に従うデータ生成処理の具体例について説明する図である。

【図17】実施形態３に従う展開図生成部１６の展開図生成処理について説明するフロー図である。

【図18】実施形態３に従う第１投影面ファイルの生成について説明する図である。

【図19】実施形態３に従う第２投影面ファイルの生成について説明する図である。

【図20】実施形態３に従う展開図（段彩図）について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0016】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に従う展開図の概要を説明する図である。

【0017】

図１（Ａ）を参照して、本例においては、計測車両がトンネルを走行し、走行した際にトンネルの壁面を計測した３次元点群データを取得する。

【0018】

本例においては、取得した３次元点群データ（計測点）に基づいてトンネルの中心軌跡を算出する。

【0019】

展開図は、２次元平面（Ｘ軸およびＹ軸）で構成され、本例における展開図は、算出した中心軌跡の基準位置からの距離をＸ軸に設定する。

【0020】

図１（Ｂ）を参照して、トンネルの横断面が示されている。

【0021】

後述するが展開図は、中心軌跡に直交する水平線を基準とした方向角θをＹ軸に設定する。一例として水平線の左側方向を基準として時計回り方向を正、反時計回りを負とする場合について説明する。水平線の左側方向を基準となる方向角０°として、真上方向が９０°、真下方向が－９０°、水平性の右側方向を１８０°（－１８０°）とする。

【0022】

図２は、実施形態１に従う展開図作成装置１のハードウェアについて説明する図である。

【0023】

図２を参照して展開図作成装置１は、メモリ２と、表示部４と、通信インタフェース６と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０とを含む。

【0024】

メモリ２には、トンネル壁面（トンネル内壁）を撮影して得られた画像と、当該トンネル壁面をレーザスキャナ計測して得られたレーザ点群の３次元点群データ（計測点）とを記憶している。また、メモリ２には、各種プログラムが格納されており、当該プログラムに基づいてＣＰＵ１０は各種の機能ブロックを実現する。なお、レーザ点群の３次元点群データは、複数の計測点のデータであり、後述するように各計測点のデータは、トンネル壁面の座標値及び反射強度値を有している。

【0025】

表示部４は、ディスプレイである。

【0026】

通信インタフェース６は、ネットワークを介して図示しない外部のサーバと通信接続が可能に設けられている。一例として、通信インタフェース６は、メモリ２に格納されているデータについて外部のサーバから取得するようにしてもよい。

【0027】

ＣＰＵ１０は、中心軌跡算出部１２と、変換部１４と、展開図生成部１６と、データ生成部１８とを含む。

【0028】

中心軌跡算出部１２は、トンネルの中心軌跡を算出する。具体的には、中心軌跡算出部１２は、３次元点群データ（計測点）のうちのトンネルの軸方向に対して所定区間毎に含まれる区間点群データを抽出し、抽出した区間点群データを基準面に投影し、投影した区間点群データに基づいてトンネルの所定区間毎の中心点を算出し、算出された中心点に基づいて中心軌跡を算出する。

【0029】

変換部１４は、トンネルの壁面を計測した３次元点群データを算出された中心軌跡に基づく２次元平面に配置する座標変換を行う。具体的には、変換部１４は、３次元点群データの各々からトンネルの中心軌跡に垂線を下ろし、基準位置から垂線の足の位置までの中心軌跡上の距離と、垂線の足から基準方向を基準として見た３次元点群データの各々の方向角とに基づく２次元平面に配置する座標変換テーブルを生成する。方向角は、基準方向（左側方向）である水平線と垂線との夾角に相当する。

【0030】

展開図生成部１６は、変換部１４により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する。展開図生成部１６は、座標変換テーブルに基づいて３次元点群データに対して各座標軸の座標を２次元平面に配置する座標変換ファイルを生成する。展開図生成部１６は、トンネルの壁面を撮影して得られた画像の画素のピクセル座標と３次元点群データの各々との対応付けを行い、対応する画素値を２次元平面における対応する位置に割り当てて展開図を生成する。

【0031】

また、３次元点群データは、反射強度値を含み、展開図生成部１６は、対応する反射強度値を２次元平面における対応する位置に割り当てて展開図を生成する。

【0032】

データ生成部１８は、トンネルの中心軌跡に基づく比較対象となる基準トンネルの３次元点群データを生成する。

【0033】

展開図生成部１６は、データ生成部１８で生成した基準トンネルの３次元点群データおよび変換部１４により座標変換されたデータに基づいて展開図を生成する。

【0034】

図３は、実施形態１に従う展開図作成装置１の展開図生成処理のフロー図である。

【0035】

図３を参照して、展開図作成装置１は、メモリ２から３次元点群データ（計測点）および画像データを取得する（ステップＳ２）。

【0036】

次に、展開図作成装置１は、トンネルの中心軌跡を算出する処理を実行する（ステップＳ４）。当該処理の詳細については後述する。

【0037】

次に、展開図作成装置１は、座標変換処理を実行する（ステップＳ６）。当該処理の詳細については後述する。

【0038】

次に、展開図作成装置１は、展開図生成処理を実行する（ステップＳ８）。当該処理の詳細については後述する。

【0039】

そして、処理を終了する（エンド）。

【0040】

図４は、実施形態１に従う計測点について説明する図である。

【0041】

図４を参照して、トンネルの壁面４２をレーザスキャナ計測して得られる複数の計測点７が示されている。各計測点７のデータは、トンネルの壁面４２の計測点７の位置を示す３次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と、レーザスキャナ計測時に取得される照度パルスの反射強度値（Ｉ）とを有している。反射強度値は、壁面表面計測点のレーザ強度の反射率を表す値であり、可視光の反射率に対応する画像の画素強度と相関を有する。具体的には、高い反射率が得られた計測点７においては、レーザ光の反射強度が高く、かつ、画像が明るくなる。

【0042】

計測車両などの移動体をトンネル内にて走行させながら、周囲の対象空間の３次元形状を取得する３次元形状計測システムであるモービルマッピングシステムによって計測する。モービルマッピングシステムでは、ＧＰＳ（Global Positioning System）と、ジャイロスコープ等の慣性航法装置と、車速パルスから移動距離算出するオドメトリ装置といった測位機器と、レーザスキャナとを、移動体に搭載して、周囲の地物の座標値を３次元点群データとして取得する。なお、トンネル内ではＧＰＳ測位ができないが、慣性航法装置とオドメトリとを用いた測位と、トンネル前後のＧＰＳ計測値とを参照することで、トンネル内でも正確な３次元座標値を取得することが可能である。

【0043】

例えば、ＧＰＳと慣性航法装置とにより計測車両の位置と姿勢とを正確に計測するとともに、レーザスキャナにより対象物までの変位を計測し、これら計測データを加算することによって、レーザパルスが照射された地点の上述の３次元座標を取得する。この際、レーザスキャナは、距離計測方向であるレーザパルスの照射方向をその回転面内で回転させながら順次照射し、照射方向に存在する物体までの間の距離を計測する。計測車両を進行させながらレーザパルスの照射による計測を実行することで、対象空間にわたる３次元点群データが取得される。なお、他の計測装置、例えば、据え置き型のレーザスキャナやトータルステーションなどの計量機器を用いて３次元点群データを取得するようにしてもよい。

【0044】

図５は、実施形態１に従うメモリ２に格納されている複数の計測点の情報について説明する図である。

【0045】

図５を参照して、ここでは、計測点７はＫ個あるとし、そのｋ（ｋ＝１，２，… ，Ｋ）番目の計測点７（Ｐｋ）のデータは、その３次元座標（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）に反射強度値（Ｉｋ）を加えた（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ，Ｉｋ）の情報を有するものとする。ｘ，ｙ，ｚは、例えば平面直角座標系である。

【0046】

図６は、実施形態１に従う中心軌跡算出部１２の中心軌跡算出処理について説明するフロー図である。

【0047】

図６を参照して、中心軌跡算出部１２は、区間分割処理を実行する（ステップＳ１０）。

【0048】

図７は、実施形態１に従う中心軌跡算出処理の具体例について説明する図である。

【0049】

図７（Ａ）を参照して、計測車両の走行軌跡データと、３次元点群データ（計測点）とが示されている。本例においては、中心軌跡算出部１２は、車両の走行軌跡データに基づいて区間を分割する。一例として、所定距離毎に複数区間に分割する。

【0050】

次に、中心軌跡算出部１２は、区間に対応してバッファポリゴン領域を生成する（ステップＳ１２）。本例においては、一例として計測車両の走行軌跡データとして所定距離毎に点Ｅ１、点Ｅ２、点Ｅ３と移動した場合が示されている。一例として、点Ｅ１と点Ｅ２とに基づく区間線を設定する。次に、図７（Ｂ）に示されるように区間線を基準とした平行掃引処理によりバッファポリゴン領域を生成する。

【0051】

次に、中心軌跡算出部１２は、区間点群データを抽出する（ステップＳ１４）。具体的には、中心軌跡算出部１２は、図７（Ｃ）に示されるように生成したバッファポリゴン領域に含まれる３次元点群データを区間点群データとして抽出する。当該処理により対象とする３次元点群データを特定することが可能である。

【0052】

次に、中心軌跡算出部１２は、基準面に投影する（ステップＳ１６）。具体的には、図７（Ｄ）に示されるように中心軌跡算出部１２は、区間線に垂直な面を基準面に設定し、当該基準面に区間点群データを投影する。

【0053】

次に、中心軌跡算出部１２は、楕円パラメータを算出する（ステップＳ１８）。具体的には、図７（Ｅ）に示されるように中心軌跡算出部１２は、投影されたデータに対して最小二乗法を用いて楕円パラメータを算出する。この点で、楕円中心点Ｏと、第一半径Ｒ１と、第二半径Ｒ２と、回転角θｒを算出する。算出された楕円パラメータは、各区間に対応してメモリ２に格納される。

【0054】

次に、中心軌跡算出部１２は、中心点を抽出する（ステップＳ２０）。中心軌跡算出部１２は、算出した楕円パラメータのうち中心点Ｏを抽出する。

【0055】

次に、中心軌跡算出部１２は、全区間の処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ２２）。分割した複数の区間の全区間において同様の処理が終了したか否かを判断する。

【0056】

ステップＳ２２において、中心軌跡算出部１２は、全区間の処理が終了していないと判断した場合（ステップＳ２２においてＮＯ）には、ステップＳ１２に戻り、次の区間のバッファポリゴン領域を生成する（ステップＳ１２）。例えば点Ｅ２と点Ｅ３とに基づく区間線を設定し、区間線を基準とした平行掃引処理によりバッファポリゴン領域を生成する。以降の処理については同様である。

【0057】

一方、ステップＳ２２において、中心軌跡算出部１２は、全区間の処理が終了したと判断した場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）には、中心軌跡を算出する（ステップＳ２４）。具体的には、各区間毎に抽出した中心点Ｏに基づいて中心軌跡を算出する。

【0058】

次に、処理を終了する（リターン）。

【0059】

図８は、実施形態１に従う変換部１４の座標変換処理について説明するフロー図である。

【0060】

図８を参照して、変換部１４は、区間分割処理を実行する（ステップＳ３０）。

【0061】

図９は、実施形態１に従う座標変換処理の具体例について説明する図である。

【0062】

図９（Ａ）を参照して、中心軌跡を構成する算出した中心点Ｏと、計測点とが示されている。本例においては、一例として中心軌跡データとして所定距離毎に点Ｏ１、点Ｏ２、点Ｏ３、点Ｏ４が示されている。本例においては、変換部１４は、中心点Ｏに基づいて区間を分割する。一例として、所定距離毎に複数区間に分割する。

【0063】

次に、変換部１４は、区間に対応してバッファポリゴン領域を生成する（ステップＳ３２）。一例として、点Ｏ１と点Ｏ２とに基づく区間線を設定する。図９（Ｂ）に示されるように区間線を基準とした平行掃引処理によりバッファポリゴン領域を生成する。本例においては、当該バッファポリゴン領域に計測点Ｐ１とＰ２とが含まれている場合が示されている。

【0064】

次に、変換部１４は、区間線に対する垂線を生成する（ステップＳ３４）。具体的には、図９（Ｃ）に示されるように計測点Ｐ１、Ｐ２から区間線への垂線を生成する。

【0065】

次に、変換部１４は、垂線と区間線との垂線の足（交点）を算出する（ステップＳ３６）。具体的には、図９（Ｄ）に示されるように計測点Ｐ１、Ｐ２から区間線への垂線による垂線の足（交点）Ｆ１、Ｆ２を算出する。これにより、垂線の足（交点）Ｆ１、Ｆ２の３次元座標値（ｘ、ｙ、ｚ）を取得することが可能である。

【0066】

例えば、垂線の足（交点）Ｆ１のｘｙ座標は点と直線の距離の公式により算出し、ｚ座標は区間線Ｏ１－Ｏ２を一辺にもつ直角三角形と、点Ｏ１と点Ｆ１とを一辺にもつ直角三角形の比により次式により算出する。

【0067】

【数1】

【0068】

【数2】

【0069】

次に、変換部１４は、基準位置から垂線の足（交点）までの通算距離Ｄと方向角θを算出する（ステップＳ３８）。具体的には、変換部１４は、図９（Ｅ）に示されるように点Ｏ１から垂線の足（交点）Ｆ１までの通算距離Ｄ１および点Ｏ１から垂線の足（交点）Ｆ２までの通算距離Ｄ２を算出する。また、変換部１４は、垂線の足（交点）Ｆ１、Ｆ２から水平線の左側方向を基準として計測点Ｐ１、Ｐ２を見た方向角θ１、θ２を算出する。

【0070】

次に、変換部１４は、垂線の長さＴを算出する（ステップＳ４０）。具体的には、変換部１４は、図９（Ｅ）に示されるように計測点Ｐ１から交点Ｆ１までの長さＴ１および計測点Ｐ２から交点Ｆ２までの長さＴ２を算出する。

【0071】

次に、変換部１４は、座標変換テーブルを生成する（ステップＳ４２）。具体的には、変換部１４は、図９（Ｆ）に示されるように計測点Ｐにそれぞれ対応する通算距離Ｄ、方向角θ、計測点Ｐのｘ座標、計測点Ｐのｙ座標、計測点Ｐのｚ座標、反射強度値Ｉ、垂線の長さＴに基づく座標変換テーブルを生成する。なお、本例においては、反射強度値Ｉ、垂線の長さＴを座標変換テーブルに含める場合について説明するが、当該データを含めないようにしてもよい。

【0072】

次に、変換部１４は、全区間において座標変換テーブルの生成の処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ４４）。

【0073】

ステップＳ４４において、変換部１４は、全区間において座標変換テーブルの生成の処理が終了していないと判断した場合（ステップＳ４４においてＮＯ）には、ステップＳ３２に戻り、次の区間のバッファポリゴン領域を生成する（ステップＳ３２）。例えば点Ｏ２と点Ｏ３とに基づく区間線を設定し、区間線を基準とした平行掃引処理によりバッファポリゴン領域を生成する。以降の処理については同様である。

【0074】

一方、ステップＳ４４において、変換部１４は、全区間において座標変換テーブルの生成の処理が終了したと判断した場合（ステップＳ４４においてＹＥＳ）には、処理を終了する（リターン）。

【0075】

図１０は、実施形態１に従う展開図生成部１６の展開図生成処理について説明するフロー図である。

【0076】

図１０を参照して、展開図生成部１６は、投影面ファイルを生成する（ステップＳ５０）。

【0077】

図１１は、実施形態１に従う投影面ファイルの生成の具体例について説明する図である。

【0078】

図１１（Ａ）を参照して、図９（Ｆ）で説明した座標変換テーブルが示されている。

【0079】

展開図生成部１６は、座標変換テーブルにおいて通算距離Ｄ、方向角θ、計測点Ｐのｘ座標、計測点Ｐのｙ座標、計測点Ｐのｚ座標のデータを抽出する。

【0080】

当該抽出したデータに基づいて３次元の各座標軸について２次元平面に配置する投影面ファイルを生成する。ここでは、各座標軸にそれぞれに対応した投影面ファイルを生成する。具体的には、３次元点群データｘ座標、３次元点群データｙ座標、３次元点群データｚ座標にそれぞれ対応した投影面ファイルを生成する。

【0081】

図１１（Ｂ）を参照して、各座標軸に対応して縦軸（トンネル横断距離）を方向角θ、横軸（トンネル縦断距離）を通算距離Ｄとする２次元平面のマトリックスを生成する。マトリックスの対応する位置に各座標軸の座標を設定する。方向角θの範囲は－１８０°～１８０°である。通算距離Ｄの範囲は点Ｏ１を基準位置とした基準位置～点Ｏ２までの距離である。

【0082】

次に、図１１（Ｃ）を参照して、２次元平面のマトリックスに対してグリッド化を行う。本例においては、一例としてメッシュ間隔０．５としてグリッド化を行う場合が示されている。本例においては、２次元平面のマトリックスの一部として通算距離Ｄの範囲として３．０～４．０、方向角θの範囲として－１．５～１．５のデータがそれぞれ示されている。

【0083】

各区間毎に上記処理を実行して各座標軸について２次元平面に配置する投影面ファイルを生成する。

【0084】

図１１（Ｄ）に示されるように、各区間毎に生成した投影面ファイルを繋げてトンネル全体の各座標軸についての投影面ファイルを生成するようにしてもよい。

【0085】

その場合、通算距離Ｄは、点Ｏ１を基準位置とした距離として設定することが可能である。

【0086】

次に、展開図生成部１６は、処理対象領域を設定する（ステップＳ５１）。

【0087】

図１２は、実施形態１に従う展開図生成処理の具体例について説明する図である。

【0088】

図１２（Ａ）を参照して、実座標から処理対象領域を設定する。

【0089】

トンネルの壁面を撮影して得られた画像は、画像データに関連付けられた撮影情報を含む。撮影情報は、撮影位置の情報（ｘ_c,ｙ_c,ｚ_c）と、同一の座標系を基準とする３軸の姿勢情報（ω，φ，κ）の情報とを含む。

【0090】

作成した投影面ファイルの実座標と画像の撮影情報とを比較し、最も近い地点から通算距離Ｄ、方向角θに任意のバッファを生成し、バッファ内に含まれた領域を処理対象領域として設定する。

【0091】

次に、展開図生成部１６は、内挿補完処理を実行する（ステップＳ５２）。

【0092】

図１２（Ｂ）に示されるように、任意のメッシュ間隔で処理対象領域に対して各座標を内挿する。内挿補間後の実座標ｘｋ，ｙｋ，ｚｋに対して座標Ｓｋ、θｋが対応付けられる。

【0093】

次に、展開図生成部１６は、対応付け処理を実行する（ステップＳ５３）。

【0094】

図１２（Ｃ）に示されるように、投影面ファイルの任意の実座標（ｘ,ｙ,ｚ）と、画像の撮影情報（撮影位置の情報（ｘ_c,ｙ_c,ｚ_c）と姿勢情報（ω、φ、κ））とに基づいて、写真測量における次式の共線条件式により、実座標（ｘ,ｙ,ｚ）に対応する画像のピクセル座標（ｕ,ｖ）を算出する対応付け処理を実行する。これにより、実座標（ｘ,ｙ,ｚ）に対応する画像のピクセル座標（ｕ,ｖ）との対応付けができる。なお、ｆは、焦点距離であり予め設定された定数である。

【0095】

【数3】

【0096】

【数4】

【0097】

【数5】

【0098】

次に、展開図生成部１６は、画素値を割り当てる（ステップＳ５４）。

【0099】

図１２（Ｄ）に示されるように内挿補完処理された処理対象領域の実座標に対応する位置に画像のピクセル座標の画素値を割り当てる。

【0100】

次に、展開図生成部１６は、全領域を処理対象領域に設定したか否かを判断する（ステップＳ５５）。

【0101】

ステップＳ５５において、展開図生成部１６は、全領域を処理対象領域に設定していないと判断した場合（ステップＳ５５においてＮＯ）には、ステップＳ５１に戻り、次の処理対象領域を設定して、上記処理を繰り返す。

【0102】

一方、ステップＳ５５において、展開図生成部１６は、全領域を処理対象領域に設定したと判断した場合（ステップＳ５５においてＹＥＳ）には、全画像に対してオルソ化処理を実行する（ステップＳ５６）。

【0103】

図１２（Ｅ）に示されるようにオルソ化処理により正射投影により歪みを補正する。

【0104】

次に、展開図生成部１６は、オルソ化処理された全画像を貼り合わせる（ステップＳ５７）。

【0105】

そして、処理を終了する（リターン）。

【0106】

図１２（Ｆ）に示されるようにオルソ画像を貼り合わせて展開図を生成する。

【0107】

上記処理により、トンネルの中心軌跡を算出して、トンネルの中心線を正しく設定することが可能であるためトンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図（写真画像）を作成することが可能である。

【0108】

また、展開図は、縦軸（トンネル横断距離）を方向角θ、横軸（トンネル縦断距離）を通算距離Ｄとする２次元平面である。通算距離Ｄは点Ｏ１を基準位置とした距離であり、標高値も考慮して計算されるためトンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図を作成することが可能である。

【0109】

（実施形態２）
上記の実施形態１においては、画像の画素値を割り当てた２次元平面の展開図の生成について説明した。実施形態２においては、反射強度値を割り当てた２次元平面の展開図の生成について説明する。

【0110】

図１３は、実施形態２に従う展開図生成部１６の展開図生成処理について説明するフロー図である。

【0111】

図１３を参照して、展開図生成部１６は、投影面ファイルを生成する（ステップＳ６０）。

【0112】

図１４は、実施形態２に従う展開図生成処理の具体例について説明する図である。

【0113】

図１４（Ａ）を参照して、図９（Ｆ）で説明した座標変換テーブルが示されている。

【0114】

展開図生成部１６は、座標変換テーブルにおいて通算距離Ｄ、方向角θ、計測点Ｐの反射強度値Ｉのデータを抽出する。当該抽出したデータに基づいて２次元平面に配置する投影面ファイルを生成する。

【0115】

図１４（Ｂ）を参照して、縦軸（トンネル横断距離）を方向角θ、横軸（トンネル縦断距離）を通算距離Ｄとする２次元平面のマトリックスを生成する。マトリックスの対応する位置に反射強度値を設定する。方向角θの範囲は－１８０°～１８０°である。通算距離Ｄの範囲は点Ｏ１を基準位置とした基準位置～点Ｏ２までの距離である。

【0116】

図１４（Ｃ）を参照して、２次元平面のマトリックスに対してグリッド化を行う。本例においては、一例としてメッシュ間隔０．５としてグリッド化を行う場合が示されている。本例においては、２次元平面のマトリックスの一部として通算距離Ｄの範囲として３．０～４．０、方向角θの範囲として－１．５～１．５のデータがそれぞれ示されている。

【0117】

各区間毎に上記処理を実行して投影面ファイルを生成する。

【0118】

次に、展開図生成部１６は、反射強度値を割り当てる（ステップＳ６２）。

【0119】

具体的には、展開図生成部１６は、反射強度値に応じた画素値を割り当てる。

【0120】

次に、展開図生成部１６は、全区間の処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ６４）。

【0121】

ステップＳ６４において、展開図生成部１６は、全区間の処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ６４においてＮＯ）には、ステップＳ６０に戻り、次の区間の投影面ファイルを生成する。そして、上記処理を繰り返す。

【0122】

一方、ステップＳ６４において、展開図生成部１６は、全区間の処理を終了したと判断した場合（ステップＳ６４においてＹＥＳ）には、全画像を貼り合わせる（ステップＳ６６）。そして、処理を終了する（リターン）。

【0123】

図１４（Ｄ）に示されるように反射強度値に応じた画素値の展開図を生成する。

【0124】

上記処理により、トンネルの中心軌跡を算出して、トンネルの中心線を正しく設定することが可能であるためトンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図（反射強度画像）を作成することが可能である。

【0125】

【0126】

（実施形態３）
実施形態２においては、反射強度値を割り当てた２次元平面の展開図の生成について説明した。実施形態３においては、トンネル断面の２次元平面の展開図（段彩図）の生成について説明する。

【0127】

図１５は、実施形態３に従うデータ生成部１８のデータ生成処理について説明するフロー図である。

【0128】

図１５を参照して、データ生成部１８は、区間毎に算出した楕円パラメータを取得する（ステップＳ７２）。具体的には、メモリ２には、上記した中心軌跡算出処理により各区間毎に算出した楕円パラメータが格納されている。データ生成部１８は、当該楕円パラメータである楕円中心点Ｏと、第一半径Ｒ１と、第二半径Ｒ２と、回転角θｒを取得する。

【0129】

データ生成部１８は、楕円パラメータと区間線とに基づいて３次元点群データを生成する（ステップＳ７４）。

【0130】

図１６は、実施形態３に従うデータ生成処理の具体例について説明する図である。

【0131】

図１６（Ａ）を参照して、楕円周上に３次元点群データを生成した場合が示されている。

【0132】

図１６（Ｂ）を参照して区間線に沿って楕円パラメータに基づいて３次元点群データを生成した場合が示されている。

【0133】

次に、データ生成部１８は、全区間に対する処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ７６）。

【0134】

ステップＳ７６において、データ生成部１８は、全区間に対する処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ７６においてＮＯ）には、ステップＳ７２に戻り、次の区間に対する楕円パラメータを取得して、上記で説明したのと同様の処理を繰り返す。

【0135】

一方、ステップＳ７６において、データ生成部１８は、全区間に対する処理を終了したと判断した場合（ステップＳ７６においてＹＥＳ）には、処理を終了する（エンド）。

【0136】

当該処理により、展開図（段彩図）を生成する際の比較対象となる基準トンネルの仮想的な３次元点群データが生成される。

【0137】

次に、実施形態１で説明したのと同様に変換部１４は、基準トンネルの仮想的な３次元点群データに対して図８のフローに従って座標変換処理を実行する。

【0138】

具体的には、変換部１４は、図９（Ｆ）で説明したように、基準トンネルの仮想的な３次元点群データである計測点Ｐにそれぞれ対応する通算距離Ｄ、方向角θ、計測点Ｐのｘ座標、計測点Ｐのｙ座標、計測点Ｐのｚ座標、反射強度値Ｉ、垂線の長さＴに基づく座標変換テーブルを生成する。

【0139】

なお、仮想的な３次元点群データであり、実際の反射強度値Ｉは測定されていないため初期値０に設定する。

【0140】

図１７は、実施形態３に従う展開図生成部１６の展開図生成処理について説明するフロー図である。

【0141】

図１７を参照して、展開図生成部１６は、第１投影面ファイルを生成する（ステップＳ７０）。

【0142】

図１８は、実施形態３に従う第１投影面ファイルの生成について説明する図である。

【0143】

図１８（Ａ）を参照して、基準トンネルの仮想的な３次元点群データに対する座標変換テーブルが示されている。

【0144】

展開図生成部１６は、当該座標変換テーブルにおいて通算距離Ｄ、方向角θ、垂線の長さＴのデータを抽出する。当該抽出したデータに基づいて２次元平面に配置する投影面ファイルを生成する。

【0145】

図１４（Ｂ）を参照して、縦軸（トンネル横断距離）を方向角θ、横軸（トンネル縦断距離）を通算距離Ｄとする２次元平面のマトリックスを生成する。マトリックスの対応する位置に垂線の長さを設定する。方向角θの範囲は－１８０°～１８０°である。通算距離Ｄの範囲は点Ｏ１を基準位置とした基準位置～点Ｏ２までの距離である。

【0146】

【0147】

次に、展開図生成部１６は、第２投影面ファイルを生成する（ステップＳ７１）。

【0148】

図１９は、実施形態３に従う第２投影面ファイルの生成について説明する図である。

【0149】

図１９（Ａ）を参照して、実際のトンネルである図９（Ｆ）で説明した３次元点群データに対する座標変換テーブルが示されている。

【0150】

【0151】

図１９（Ｂ）を参照して、縦軸（トンネル横断距離）を方向角θ、横軸（トンネル縦断距離）を通算距離Ｄとする２次元平面のマトリックスを生成する。マトリックスの対応する位置に垂線の長さを設定する。方向角θの範囲は－１８０°～１８０°である。通算距離Ｄの範囲は点Ｏ１を基準位置とした基準位置～点Ｏ２までの距離である。

【0152】

図１９（Ｃ）を参照して、２次元平面のマトリックスに対してグリッド化を行う。本例においては、一例としてメッシュ間隔０．５としてグリッド化を行う場合が示されている。本例においては、２次元平面のマトリックスの一部として通算距離Ｄの範囲として３．０～４．０、方向角θの範囲として－１．５～１．５のデータがそれぞれ示されている。

【0153】

次に、展開図生成部１６は、第１投影面ファイルと第２投影面ファイルの垂線の長さＴの差分値を算出する（ステップＳ７２）。

【0154】

次に、展開図生成部１６は、段彩値として算出した差分値に応じた画素値を割り当てる（ステップＳ７４）。

【0155】

次に、展開図生成部１６は、全区間の処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ７６）。

【0156】

ステップＳ７６において、展開図生成部１６は、全区間の処理を終了していないと判断した場合（ステップＳ７６においてＮＯ）には、ステップＳ７０に戻り、次の区間の第１および第２投影面ファイルを生成する。そして、上記処理を繰り返す。

【0157】

一方、ステップＳ７６において、展開図生成部１６は、全区間の処理を終了したと判断した場合（ステップＳ７６においてＹＥＳ）には、全画像を貼り合わせる（ステップＳ７８）。そして、処理を終了する（リターン）。

【0158】

図２０は、実施形態３に従う展開図（段彩図）について説明する図である。

【0159】

図２０に示されるように、比較対象となる基準トンネルの垂線の長さＴとの比較に基づいて、実際のトンネルの凹凸を容易に理解することが可能である。

【0160】

上記処理により、トンネルの中心軌跡を算出して、トンネルの中心線を正しく設定することが可能であるためトンネルの実形状に合わせた精度の高い展開図（段彩図）を作成することが可能である。

【0161】

【0162】

なお、本例においては、一例として差分値に応じた画素値を設定する場合について説明したが、これに限られず各種の色を用いて描画することも可能である。

【0163】

なお、上記の各実施形態に記載した方法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤなど）、光磁気ディスク（ＭＯ）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。また、記憶媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であっても良い。

【0164】

また、記憶媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のＭＷ（ミドルウェア）等が上記実施形態を実現するための各処理の一部を実行しても良い。

【0165】

さらに、各実施形態における記憶媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記憶媒体も含まれる。

【0166】

また、記憶媒体は１つに限らず、複数の媒体から上記の各実施形態における処理が実行される場合も本発明における記憶媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であっても良い。

【0167】

なお、各実施形態におけるコンピュータは、記憶媒体に記憶されたプログラムに基づき、上記の各実施形態における各処理を実行するものであって、パーソナルコンピュータ等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であっても良い。

【0168】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0169】