JP2006323608A - Apparatus and method for creating model of group of three-dimensional structure and system for creating three-dimensional model - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空レーザ計測により得られた3次元の点群データを使用して市街地等における立体構造物群を生成する立体構造物群モデル作成装置、立体構造物群モデル作成方法及び立体モデル作成システムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional structure group model creation device, a three-dimensional structure group model creation method, and a three-dimensional model creation that generate a three-dimensional structure group in an urban area or the like using three-dimensional point cloud data obtained by aviation laser measurement. About the system.
近年、航空機にレーザスキャナを搭載し広範囲に標高データを取得する、航空レーザ計測が実用化され、3次元空間を容易に得られるようになった。航空レーザ計測とは、航空機にスキャン式レーザ測距儀、GPS(Global Positioning System)及びIMU(Inertial Measurement System)を搭載し、レーザ照射の位置や姿勢を制御しながら、照射したレーザ光が地表面に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、位置情報(緯度、経度、標高)をデジタルデータとして取得する計測方法である。 In recent years, aviation laser measurement has been put into practical use, where a laser scanner is installed in an aircraft and altitude data is acquired over a wide range, and a three-dimensional space can be easily obtained. Aviation laser measurement is equipped with a scanning laser range finder, GPS (Global Positioning System) and IMU (Inertial Measurement System) on an aircraft, and the irradiated laser beam is controlled by controlling the position and orientation of laser irradiation. This is a measurement method in which the time until the light is reflected and returned is measured and position information (latitude, longitude, altitude) is acquired as digital data.
この航空レーザ計測で得られたデータは、防災、GIS(Geographical Information System)、都市計画等、様々な分野での利用が期待されている。特に、台風・集中豪雨・地震等の大きな災害が多発し、防災に関する意識が高まっている中で、このレーザ計測データの有効利用の研究は、ソフト対応の整備に寄与するものと考えられる。 The data obtained by this aviation laser measurement is expected to be used in various fields such as disaster prevention, GIS (Geographical Information System), and city planning. In particular, research on the effective use of laser measurement data is considered to contribute to the development of software support, as major disasters such as typhoons, torrential rains, and earthquakes occur frequently and awareness of disaster prevention is increasing.
このような航空レーザ計測で得られたデータを用いたものとして、特許文献1では、既決定三角形に隣接する隣接頂点を決定するに当たり、既決定三角形の延長平面上に該三角形の着目する一辺を着目エッジとし、該着目エッジに隣接する頂点の候補を頂点候補として仮定し、該頂点候補の近傍の点群データに3次元K−L展開法を適用して点群の第1、第2及び第3主方向に対応した第1、第2及び第3固有ベクトルを求め、第1及び第2主方向に対応した第1及び第2固有ベクトルと点群との内積の上限値及び下限値を利用して隣接頂点を決定することで、オブジェクト表面のポリゴンデータを良好かつ安定に取得するようにした3次元ポリゴンデータ作成方法を提案している。
As data using such data obtained by aviation laser measurement, in
また、特許文献2では、ステレオ空中写真画像の各々を領域分割することにより、色彩が均一な画像領域を得、各色領域に重なるレーザスキャナの3次元点群の標高値を初期値として、ステレオマッチングを行い、その結果得られる標高値の計算速度が初期値とほぼ同じ高さになった場合はその領域に計算結果の標高値を与え、DSMを生成し、続いて上記で得られたDSMの水平な領域を領域分割によって認識し、各領域に対応するステレオ画像上の周辺領域で直線抽出を行い、その結果を多角形化するようにした高精度都市モデルの生成方法を提案している。
Further, in
また、特許文献3では、三次元計測により得られた三次元の点群データをコンピューターに読み込み、地形部分の点群データと地物部分の点群データに分離する第一段階と、写真画像をコンピューターに読み込み、画像処理によって輪郭ポリゴンを作成する第二段階と、第一段階で分離した地形部分の点群データと地物部分の点群データ及び第二段階で作成した輪郭ポリゴンから市街地の三次元モデルを作成する第三段階とを備え、輪郭ポリゴンを三次元地理座標空間へ拡張し、地物の上面形態及び地物種別を自 動判定し、三次元地理座標を決定するようにした三次元市街地空間モデル作成方法を提案している。
ところが、上述した特許文献1に示されるものでは、X,Y,Zの点群データから自動で三角面及びソリッドを作成することが可能となっているが、点・面・ソリッドは数学で扱う単純な幾何情報であり、その点・面が何を表しているかの構造物属性情報を有していないことから、市街地等における立体構造物等の実写に近い3次元モデルを得ることが困難であるという問題があった。
However, in the above-described
これに対し、特許文献2及び3のように、空中写真画像と、レーザスキャナによる3次元計測により得られた3次元の点群データとを組み合わせることで、空中写真画像からの立体構造物の構造物属性情報が得られることになるが、たとえば空中写真画像のサイズや撮像精度と、3次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異があり、それらの差異を精度良く補正する処理が必要となるため、市街地等における立体構造物等の作成時間が長引いてしまうという問題があった。
On the other hand, as in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決することができる立体構造物群モデル作成装置、立体構造物群モデル作成方法及び立体モデル作成システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a three-dimensional structure group model creation device, a three-dimensional structure group model creation method, and a three-dimensional model creation system that can solve the above-described problems. With the goal.
本発明の立体構造物群モデル作成装置は、航空レーザ計測により得られた3次元の点群データを用いて構造物群の3次元モデルを作成する立体構造物群モデル作成装置であって、前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類する点群データメッシュ状分類手段と、分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出するフラット解析手段と、フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化する高さ方向分布グループ化手段と、前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出するメッシュパターン直線抽出手段と、抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成する属性情報付加作成手段と、作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルを作成する3次元モデル作成手段とを備えることを特徴とする。
また、前記構造物属性情報は、前記点群データ内の高さ方向のデータであるようにすることができる。
また、前記高さ方向分布グループ化手段によるグループ化が行われる際、高さ方向で所定の範囲内に収まる前記点群データを有するメッシュを1つのグループとするように判定する高さ方向グループ判定手段と、前記メッシュパターン直線抽出手段による直線情報が抽出される際、前記高さ方向分布グループ化手段によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去するグループ除去手段とを備えるようにすることができる。
また、前記フラット解析手段は、前記航空レーザ計測による誤差を含めた基準値内での前記点群データの占有率が100%となるメッシュをフラットであると判定するようにすることができる。
また、前記メッシュパターン直線抽出手段は、前記メッシュのパターンを解析する際、解析対象となるメッシュの周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされた基本パターンに基づく検索により行うようにすることができる。
また、前記属性情報付加作成手段により作成されたグループ毎の前記境界線が高さ方向において同一領域内のものであるか否かを判定するグループ属性判定手段を備えるようにすることができる。
また、前記3次元モデル作成手段は、作成した前記構造物群の3次元モデルに対し、低標高部となる前記点群データを合成するようにすることができる。
本発明の立体構造物群モデル作成方法は、航空レーザ計測により得られた3次元の点群データを用いて構造物群の3次元モデルを作成する立体構造物群モデル作成方法であって、前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化し、前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成し、作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルを作成することを特徴とする。
また、前記構造物属性情報は、前記点群データ内の高さ方向のデータであるようにすることができる。
また、前記グループ化が行われる際、高さ方向で所定の範囲内に収まる前記点群データを有するメッシュを1つのグループとするように判定し、前記直線情報が抽出される際、前記グループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去するようにすることができる。
また、前記航空レーザ計測による誤差を含めた基準値内での前記点群データの占有率が100%となるメッシュをフラットであると判定するようにすることができる。
また、前記メッシュのパターンを解析する際、解析対象となるメッシュの周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされた基本パターンに基づく検索により行うようにすることができる。
また、作成されたグループ毎の前記境界線が高さ方向において同一領域内のものであるか否かを判定するようにすることができる。
また、作成した前記構造物群の3次元モデルに対し、低標高部となる前記点群データを合成するようにすることができる。
本発明の立体モデル作成システムは、請求項8〜14のいずれかの立体構造物群モデル作成装置を備えることを特徴とする。
本発明では、点群データメッシュ状分類手段により、航空レーザ計測により得られた3次元の点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析手段により、分類されたメッシュ毎に点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化手段により、フラットとされた形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出したメッシュ内の点群データを元にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出手段により、グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成手段により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、3次元モデル作成手段により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データと、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルが作成されるので、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、3次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となる。
The three-dimensional structure group model creation device of the present invention is a three-dimensional structure group model creation device that creates a three-dimensional model of a structure group using three-dimensional point cloud data obtained by aviation laser measurement, Point cloud data classifying means for classifying the point cloud data into a mesh within a predetermined range in the horizontal direction, and analyzing the distribution of the point cloud data for each classified mesh and determining whether or not it is flat Flat analysis means for extracting information, and a height for grouping the meshes based on the point cloud data in the extracted mesh for each height direction, extracting a mesh having the shape information made flat. The direction distribution grouping means and the mesh pattern pattern for analyzing the grouped mesh pattern for each group and extracting straight line information connecting each mesh for each group. An attribute information addition creating means for adding structure attribute information to the extracted straight line information for each group and creating a boundary line of the structure; and the boundary line for each created group; 3D model creation means for creating a 3D model of a structure group by the point group data and a CAD push function.
The structure attribute information may be data in a height direction in the point cloud data.
Further, when grouping by the height direction distribution grouping means is performed, a height direction group determination for determining that the meshes having the point cloud data that fall within a predetermined range in the height direction as one group In order to obtain only the meshes of the group to be analyzed from the meshes grouped by the height direction distribution grouping means when the straight line information is extracted by the means and the mesh pattern straight line extracting means, Group removal means for removing the mesh of the group may be provided.
Further, the flat analysis means can determine that a mesh in which the occupancy rate of the point cloud data is 100% within a reference value including an error due to the aviation laser measurement is flat.
Further, the mesh pattern straight line extracting means may perform a search based on a basic pattern divided according to the presence of data around the mesh to be analyzed when analyzing the mesh pattern. it can.
In addition, it is possible to provide group attribute determination means for determining whether or not the boundary line for each group created by the attribute information addition creation means is within the same region in the height direction.
Further, the three-dimensional model creation means can synthesize the point cloud data that is a low altitude portion with the created three-dimensional model of the structure group.
The three-dimensional structure group model creation method of the present invention is a three-dimensional structure group model creation method for creating a three-dimensional model of a structure group using three-dimensional point cloud data obtained by aviation laser measurement, The point cloud data is classified into a mesh shape within a predetermined range in the horizontal direction, the distribution of the point cloud data is analyzed for each classified mesh, and shape information as to whether or not it is flat is extracted, and it is made flat. The mesh having the shape information is extracted, the meshes are grouped based on the point cloud data in the extracted mesh for each height direction, and the grouped mesh pattern is analyzed for each group. The straight line information connecting each mesh for each group is extracted, and the structure attribute information is added to the extracted straight line information for each group, and the boundary line of the structure is created. And the boundary line of each loop, and the point group data, by the extrusion features CAD, characterized by creating a three-dimensional model of the structure group.
The structure attribute information may be data in a height direction in the point cloud data.
Further, when the grouping is performed, the meshes having the point cloud data that falls within a predetermined range in the height direction are determined to be one group, and when the straight line information is extracted, the grouping is performed. In order to obtain only the meshes of the group to be analyzed from the meshes obtained, the meshes of other groups can be removed.
Further, it is possible to determine that a mesh in which the occupation rate of the point cloud data is 100% within a reference value including an error due to the aviation laser measurement is flat.
Further, when analyzing the mesh pattern, it is possible to perform a search based on a basic pattern divided into patterns according to the presence of data around the mesh to be analyzed.
Further, it can be determined whether or not the boundary line created for each group is in the same region in the height direction.
In addition, the point cloud data to be a low altitude portion can be synthesized with the created three-dimensional model of the structure group.
The three-dimensional model creation system of the present invention includes the three-dimensional structure group model creation device according to any one of claims 8 to 14.
In the present invention, the three-dimensional point cloud data obtained by the aviation laser measurement is classified into a mesh within a predetermined range in the horizontal direction by the point cloud data mesh classification means, and the mesh classified by the flat analysis means Analyzing the distribution of point cloud data every time, extracting the shape information as to whether or not it is flat, extracting the mesh having the flat shape information by the height direction distribution grouping means, and for each height direction Next, the meshes are grouped based on the point cloud data in the extracted mesh, and the mesh pattern straight line extraction means analyzes the grouped mesh patterns for each group, and the straight line information connecting each mesh for each group is obtained. Extract and add structure attribute information to the extracted straight line information for each group by the attribute information addition creation means to create the boundary line of the structure Then, since the 3D model creation means creates the 3D model of the structure group by the created boundary line for each group, the point cloud data, and the CAD push function, an aerial photograph image is used. 3D structure group can be expressed by structure attribute information, and the difference between the size and imaging accuracy of the aerial photo image and the measurement range and measurement accuracy of the three-dimensional point cloud data can be accurately corrected. No processing is required.
本発明によれば、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、3次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となることから、実写に近い3次元モデルを短時間で作成することができる。 According to the present invention, a three-dimensional structure group can be represented by structure attribute information without using an aerial photograph image, and the size and imaging accuracy of the aerial photograph image and the measurement range of three-dimensional point cloud data In addition, since a process for accurately correcting a difference in measurement accuracy is not required, a three-dimensional model close to a real image can be created in a short time.
本実施形態では、点群データメッシュ状分類手段により、航空レーザ計測により得られた3次元の点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析手段により、分類されたメッシュ毎に点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化手段により、フラットとされた形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出したメッシュ内の点群データを元にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出手段により、グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成手段により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、3次元モデル作成手段により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データと、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルが作成されるようにし、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、3次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となるようにすることで、実写に近い3次元モデルを短時間で作成することができるようにした。 In the present embodiment, the point cloud data mesh classification means classifies the three-dimensional point cloud data obtained by the aviation laser measurement into a mesh shape within a predetermined range in the horizontal direction, and the flat analysis means classifies the data. Analyzes the distribution of point cloud data for each mesh, extracts the shape information whether or not it is flat, and extracts the mesh with the flat shape information by the height direction distribution grouping means, the height direction Each time, the meshes are grouped based on the point cloud data in the extracted mesh, and the mesh pattern straight line extraction means analyzes the grouped mesh pattern for each group, and the straight line information connecting each mesh for each group The attribute attribute information is added to the extracted straight line information for each group by the attribute information addition creation means, and the boundary line of the structure is added. Then, the 3D model creation means creates a 3D model of the structure group by the created boundary line for each group, the point cloud data, and the push function of CAD. 3D structure group can be expressed by structure attribute information without using it, and the difference between the size and imaging accuracy of aerial photo images and the measurement range and measurement accuracy of 3D point cloud data can be corrected with high accuracy. By eliminating the need for processing, it is possible to create a three-dimensional model close to live action in a short time.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の立体構造物群モデル作成装置の一実施形態を示すブロック図、図2〜図19は、図1の立体構造物群モデル作成装置による立体構造物群モデル作成方法を説明するための図である。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a three-dimensional structure group model creating apparatus of the present invention, and FIGS. 2 to 19 illustrate a three-dimensional structure group model creating method by the three-dimensional structure group model creating apparatus of FIG. It is a figure for doing.
図1に示すように、立体構造物群モデル作成装置10は、航空レーザ計測により得られた3次元のレーザ計測データである点群データ1を読み込み、その点群データ1の解析処理によって立体構造物群のモデルを生成するものである。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional structure group
立体構造物群モデル作成装置10は、パソコン等の情報処理装置に搭載されるものであり、ハードウェア又はソフトウェアのいずれかで構成することができる。
The three-dimensional structure group
立体構造物群モデル作成装置10は、CPU10a、点群データ読み込み部11、点群データメッシュ状分類部12、フラット解析部13、高さ方向分布グループ化部14、高さ方向グループ判定部15、グループ除去部16、メッシュパターン直線抽出部17、属性情報付加作成部18、グループ属性判定部19、3次元モデル作成部20を備えている。また、これらは、データバスを介して接続されている。
The three-dimensional structure group
CPU10aは、所定の制御プログラムに基づいて、各部の動作を制御する。
The
点群データ読み込み部11は、航空レーザ計測により得られた3次元のレーザ計測データである点群データ1を読み込む。レーザ計測データの概要等については後述する。
The point cloud
点群データメッシュ状分類部12は、点群データ読み込み部11によって読み込まれた点群データ1を、後述のように、水平方向であるx,y方向においてたとえば5.0mの範囲でメッシュ状に分類する。これは、点群データ1がランダムデータであるため、そのデータ解析を容易にするためである。
The point cloud data mesh
フラット解析部13は、点群データメッシュ状分類部12によってメッシュ状に分類された点群データ1が高さ方向(z方向)に対して、どのように分布しているのかをチェックしながら、データ全体を走査し、後述するように、メッシュ毎にフラット(F)な形状情報を抽出する。
The
高さ方向分布グループ化部14は、フラット解析部13による解析によって抽出されたメッシュ毎のフラット(F)な形状情報から、メッシュ内のデータの基準値内占有率が100%となるメッシュを抽出し、そのデータの高さ方向毎に抽出したメッシュをグループ化する。基準値内占有率等については後述する。
The height direction
高さ方向グループ判定部15は、高さ方向分布グループ化部14によるメッシュがグループ化される際に、所定の高さ方向(z方向)での間隔が所定の範囲内に収まるデータを有するメッシュを1つのグループとするように判定する。
The height direction
グループ除去部16は、高さ方向分布グループ化部14によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去する。
The
メッシュパターン直線抽出部17は、グループ除去部16により除去されて残されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出する。メッシュパターンの直線情報を抽出することについては後述する。
The mesh pattern straight
属性情報付加作成部18は、メッシュパターン直線抽出部17によって抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報である高さ方向データ(z)を付加し、構造物等の境界線を作成する。なお、その高さ方向データ(z)は、点群データ1から得られるものである。
The attribute information
グループ属性判定部19は、属性情報付加作成部18によって作成された構造物等の境界線が高さ方向(z方向)において同一領域内のものであるか否かを判定する。これにより、たとえば同一ビルの屋上に突設された建物等であるか否かの判定を行うことができる。
The group
3次元モデル作成部20は、グループ属性判定部19による判定結果と、x,y,zのレーザ計測データである点群データ1と、CADの押し出し機能とを用いて、構造物等の3次元モデルを作成する。なお、作成された構造物等の3次元モデルに対しては、Ground Dataを合成したりすることで、実物を忠実に表現することが可能となるが、これについても後述する。
The three-dimensional
次に、立体構造物群モデル作成方法について説明する。
まず、図2に示すように、点群データ読み込み部11により、航空レーザ計測により得られた3次元のレーザ計測データである点群データ1を読み込む(ステップS1)。
Next, a method for creating a three-dimensional structure group model will be described.
First, as shown in FIG. 2, the point cloud
ここで、航空レーザ計測とは、たとえば図3に示すように、航空機にスキャン式レーザ測距儀、GPS(Global Positioning System)及びIMU(Inertial Measurement System)を搭載し、レーザ照射の位置や姿勢を制御しながら、照射したレーザ光が地表面に反射して戻ってくるまでの時間を計測し、位置情報(緯度、経度、標高)をデジタルデータとして取得する計測方法である。 Here, aviation laser measurement, for example, as shown in FIG. 3, is equipped with a scanning laser rangefinder, GPS (Global Positioning System) and IMU (Inertial Measurement System) on the aircraft, and the position and orientation of laser irradiation This is a measurement method in which the time until the irradiated laser light is reflected and returned to the ground surface is measured while controlling and the position information (latitude, longitude, altitude) is acquired as digital data.
このようにした得られたレーザ計測データには、航空機の高度とそのレーザ光の戻り時間等から水平面におけるx,y方向の座標データと、高さ方向におけるz方向の座標データとが含まれ、ランダムな点群データ1とされる。
The laser measurement data obtained in this manner includes coordinate data in the x and y directions on the horizontal plane and coordinate data in the z direction in the height direction from the altitude of the aircraft and the return time of the laser light, etc. Random
点群データ1の概要としては、たとえば図4に示すようになっている。図4は、レーザ計測データのサンプルデータをグラフ化したものであり、横軸に高さである標高(m)を示し、縦軸に高さ別である標高別ポイント占有率(%)を示している。
As an outline of the
また、図4(a)は都市部、図4(b)は宅地部、図4(c)は都市郊外部、図4(d)は田畑部、図4(d)は山地部をそれぞれ示している。 4 (a) shows an urban area, FIG. 4 (b) shows a residential land area, FIG. 4 (c) shows an urban suburban area, FIG. 4 (d) shows a field area, and FIG. 4 (d) shows a mountain area. ing.
ここで、図4(a),(b)の都市部及び宅地部においては、ある一定の高さ方向においてレーザ計測によるデータが分布していることが分かる。このことから、データ内に低標高部等に代表される道路や中標高部等の建物のデータが存在していることが分かる。なお、都市部と宅地部での違いとしては、標高範囲の差で比較することができる。つまり、都市部では比較的高いビル等が存在し、宅地部では住宅と比較的低い建物等が存在しているということである。 Here, it can be seen that in the urban area and the residential land area shown in FIGS. 4A and 4B, data obtained by laser measurement is distributed in a certain height direction. From this, it can be seen that there is data of roads represented by low elevations and the like and buildings such as middle elevations in the data. In addition, as a difference between an urban area and a residential land part, it can compare by the difference of an altitude range. That is, there are relatively high buildings in urban areas, and there are relatively low buildings and houses in residential areas.
また、一部の標高部分で占有率が突出しているが、これは、道路や公園等の地表面部であると判断できる。この地表面部の突出度合いにより、データ内における建物等の有無の度合いが分かる。なお、突出度合いが小さい場合は存在率が高く、逆に大きい場合は存在率が低いと考えられる。 Moreover, although the occupation ratio protrudes in some altitude parts, it can be determined that this is a ground surface part such as a road or a park. The degree of protrusion of the ground surface portion indicates the degree of existence of a building or the like in the data. Note that the presence rate is high when the degree of protrusion is small, and the presence rate is low when it is large.
図4(c)の都市郊外部では、宅地部と同じような状況となっているが、標高範囲は若干狭くなっている。また、このデータにおいても、一部の標高で占有率が突出しており、道路や田畑の部分であると判断できる。図4(d)の田畑部では、標高範囲がより狭くなっており、平地部で標高差が小さい地域であることが分かる。 In the city suburb of FIG. 4C, the situation is the same as that of the residential land, but the altitude range is slightly narrowed. Also in this data, the occupancy rate is prominent at some altitudes, and it can be determined that it is a road or a field portion. 4D, the altitude range is narrower, and it can be seen that the altitude difference is small in the flat area.
図4(e)の山地部では、低標高部から高標高部にかけた広い標高範囲でデータが分布しており、他のデータで見られるような占有率が突出した標高部分は見られない。このように、地域別と標高別占有率を比較することで、どのような地形の地域であるか、大まかな判断ができるものと考えられる。 In the mountain area of FIG. 4 (e), data is distributed in a wide altitude range from the low altitude part to the high altitude part, and an altitude part with a prominent occupation rate as seen in other data is not seen. In this way, it is considered that a rough judgment can be made as to what kind of terrain the area is by comparing the occupancy rate by area and by altitude.
このように、地域によって分布状況が異なっているということは、その特徴を考慮した上で、その地形にあったデータ処理方法を用いることにより、それぞれの地域毎に立体構造物群モデルを生成することが可能となるといえる。 In this way, the fact that the distribution situation differs depending on the region means that a three-dimensional structure group model is generated for each region by using a data processing method suitable for the terrain after considering the characteristics. Can be said to be possible.
次いで、点群データ読み込み部11により読み込まれた点群データ1は、点群データメッシュ状分類部12により、図5に示すように、水平方向であるx,y方向でたとえば5.0mの範囲のメッシュ状に分類される(ステップS2)。
Next, the
これは、点群データ1がランダムデータであるため、そのデータ解析を容易にするためである。ここで、x,y方向でのメッシュの範囲は、レーザ計測によるポイント数に応じて決定すればよく、5.0mの範囲以外であってもよいことは勿論である。
This is because the
ここで、全ての点群データ1に対するメッシュ状の分類が完了すると(ステップS3)、そのメッシュ状に分類された点群データ1は、フラット解析部13により、高さ方向(z方向)に対して、どのように分布しているのかをチェックしながら、図6に示すように、データ全体が走査され、それぞれのメッシュ毎に図7に示すように、フラット(F)な形状情報が抽出される(ステップS4)。
Here, when the mesh classification for all the
ここで、フラット(F)な形状情報を抽出するに際し、図8及び図9に示すように、メッシュ内のデータの平均値から±0.20mを基準値とし、この基準値内におけるデータの占有率が100%の場合のメッシュをフラット(F)の形状と判断するようにしている。ここで、平均値とは、メッシュ内のデータを高さ方向で平均した値である。また、それぞれのデータの勾配は2%までがフラット(F)と判断するようにしている。 Here, when extracting flat (F) shape information, as shown in FIGS. 8 and 9, the average value of the data in the mesh is set to ± 0.20 m as a reference value, and the occupation of the data in the reference value is as follows. The mesh when the rate is 100% is determined as a flat (F) shape. Here, the average value is a value obtained by averaging the data in the mesh in the height direction. Further, the gradient of each data is determined to be flat (F) up to 2%.
2%勾配までをフラット(F)とした理由は、道路横断の設計において使用されている平均的な片勾配が2%であることや、縦断方向においても2%勾配であればフラット(F)と見なしても差し支えないと判断したことにある。また、基準値±0.20mを設定するに当たり、レーザ計測時の誤差としての0.15mを加味している。 The reason for flat (F) up to 2% slope is that the average single slope used in road crossing design is 2%, and flat (F) if the slope is 2% even in the longitudinal direction. This is because it was judged that it would be acceptable. In setting the reference value ± 0.20 m, 0.15 m as an error at the time of laser measurement is taken into account.
全てのメッシュに対してのフラット(F)な形状情報の抽出が完了すると(ステップS5)、高さ方向分布グループ化部14により、フラット解析部13による解析によって抽出されたフラット(F)な形状情報から図10に示すように、メッシュ内のデータの基準値内占有率が100%となるメッシュが抽出され、高さ方向毎に抽出されたメッシュがグループ化される(ステップS6)。
When the extraction of flat (F) shape information for all the meshes is completed (step S5), the flat (F) shape extracted by the analysis by the
なお、グループ化においては、高さ方向グループ判定部15により、それぞれのデータの集合体との間隔がたとえば0.5m以上となった場合において、1つのグループとするように判定される。ここでのデータの集合体との間隔である0.5mは、あくまでも一例であり、この値に限られるものではない。
In the grouping, the height direction
グループ化を行った結果の一例を、図11に示す。図11では、G01〜G12までグループ化した場合を示している。ここで、メッシュ数が一番多いグループG01は、たとえば図12に示すような空中写真画像に対応するものである。これらの比較を行った結果から分かる通り、グループG01は道路といった地表面部、いわゆる建物以外のデータであると判断できる。 An example of the result of grouping is shown in FIG. FIG. 11 shows a case where G01 to G12 are grouped. Here, the group G01 having the largest number of meshes corresponds to an aerial photograph image as shown in FIG. 12, for example. As can be seen from the results of these comparisons, the group G01 can be determined to be data other than the ground surface portion such as a road, so-called buildings.
このことは、高さ方向がグループG01よりも低い部分は地盤データ(Ground Data)であり、その逆にデータが無い部分は建物であるといえる。また、そのデータが無い部分である空白部分を利用することで、後述するように建物等の輪郭の抽出が可能となる。 This means that the portion where the height direction is lower than the group G01 is ground data, and conversely, the portion where there is no data is a building. Further, by using a blank portion that is a portion without the data, it is possible to extract a contour of a building or the like as will be described later.
なお、グループG01の最高標高値は9.903mであり,この値をグループG01とグループG02とを分割する境界ラインとして、低標高部(Ground Data)と高標高部(Top Data)とに分割した結果を、図13に示す。図13から分かる通り、Ground Dataの空白部分を利用することで、後述するように建物の輪郭を抽出することが可能となる。 The maximum altitude value of group G01 is 9.903m, and this value is divided into the low altitude part (Ground Data) and the high altitude part (Top Data) as the boundary line that divides group G01 and group G02. Is shown in FIG. As can be seen from FIG. 13, the outline of the building can be extracted as described later by using the blank portion of Ground Data.
グループ化が完了すると(ステップS7)、グループ除去部16により、高さ方向分布グループ化部14によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、グループ毎に他のグループのメッシュが除去される(ステップS8)。
When the grouping is completed (step S7), the
そして、メッシュパターン直線抽出部17により、グループ除去部16により除去されて残されたグループ毎のメッシュからメッシュパターンの直線情報が抽出される(ステップS9)。
Then, the mesh pattern straight
ここで、メッシュパターンの直線を抽出するに際しては、高さ方向分布グループ化部14によってグループ化された各メッシュに与えられる属性値を元に、直線情報が抽出される。
Here, when extracting a straight line of the mesh pattern, straight line information is extracted based on the attribute value given to each mesh grouped by the height direction
すなわち、図14(a)に示すように、初期状態のパターンに対し、基本パターンであるパターン1〜パターン9が設定されているものとする。これらのパターン1〜パターン9は、解析対象となるハッチング付き四角の部分を中心とし、周囲のデータの存在状況に応じてパターン分けされたものである。
That is, as shown in FIG. 14A, it is assumed that
ここでは、まず図14(b)に示すように、初期状態のパターンのたとえば左上から順にパターン検索を行う。パターン検索に際しては、図14(c)に示すように、メッシュaを中心に周囲のメッシュのデータを検索することで行われる。つまり、メッシュaを中心に8個のメッシュのデータが検索されることになる。 Here, first, as shown in FIG. 14B, the pattern search is performed in order from the upper left of the pattern in the initial state, for example. As shown in FIG. 14C, the pattern search is performed by searching for data of surrounding meshes centering on the mesh a. That is, data of 8 meshes are searched centering on the mesh a.
このようにして、図14(b)に示すように、各メッシュのパターン検索により得られたパターンを示す情報が属性値として付加される。図14(b)は、パターン1が検索されて、そのパターン1の情報が属性値として付加される場合を示している。
In this way, as shown in FIG. 14B, information indicating the pattern obtained by the pattern search of each mesh is added as an attribute value. FIG. 14B shows a case where the
また、図15(a)は、パターン9が検索されて、そのパターン9の情報が属性値として付加される場合を示している。また、図15(b)は、パターン2が検索されて、そのパターン2の情報が属性値として付加される場合を示している。
FIG. 15A shows a case where the
このようにして、全てのパターン検索が終了すると、図15(c)に示すように、全てのパターンの情報が属性値として付加される。 When all the pattern searches are completed in this way, information on all patterns is added as attribute values as shown in FIG.
そして、パターン1の場合→右を検索し、パターン2または5を結ぶ、パターン2の場合→下を検索し、パターン3または6を結ぶ、パターン3の場合→左を検索し、パターン4または7を結ぶ、パターン4の場合→上を検索し、パターン1または8を結ぶ、パターン5の場合→上を検索し、パターン1または8を結ぶ、パターン6の場合→右を検索し、パターン2または5を結ぶ、パターン7の場合→下を検索し、パターン3または6を結ぶ、パターン8の場合→左を検索し、パターン4または7を結ぶとしたメッシュパターンの直線情報が抽出される。
Then, in the case of
このようなメッシュパターンの直線情報の抽出は、高さ方向分布グループ化部14によりグループ化されたメッシュ毎に行われる。ここで、抽出された直線情報は、たとえば図16に示すように表される。なお、このようなメッシュパターンの直線情報の抽出は、所定のルールに基づいて設定されるようにすればよい。
The extraction of the mesh pattern straight line information is performed for each mesh grouped by the height direction
次いで、グループ化されたメッシュ毎に直線情報が抽出されると、属性情報付加作成部18により、それぞれのグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報である高さ方向データ(z)が付加され、構造物等の境界線が作成される(ステップS10)。
Next, when straight line information is extracted for each grouped mesh, the attribute information
次いで、グループ属性判定部19により、属性情報付加作成部18によって作成された構造物等の境界線が高さ方向(z方向)において同一領域内のものであるか否かが判定される(ステップS11)。これにより、たとえば同一ビルの屋上に突設された建物等であるか否かの判定を行うことができる。
Next, the group
以上のようにして、構造物等の境界線の判定が完了すると(ステップS12)、3次元モデル作成部20により、グループ属性判定部19による判定結果とx,y,zのレーザ計測データである点群データ1とを用いてCADの機能である押し出しにより、図17に示すような構造物等の3次元モデルが作成される(ステップS13)。
When the determination of the boundary line of the structure or the like is completed as described above (step S12), the determination result by the group
なお、作成された構造物等の3次元モデルに対し、3次元モデル作成部20によって、さらに上述したGround Dataを合成するようにしてもよく、この場合には、図18に示すような、より立体感のある実写に近い3次元モデルが得られる。
The above-described ground data may be further synthesized by the three-dimensional
また、3次元モデル作成部20によって、空中写真画像とのテクスチャマッピングが行われた場合には、図19に示すような、さらにより実写に近い3次元モデルが得られる。
Further, when texture mapping with an aerial photograph image is performed by the three-dimensional
このように、本実施形態では、点群データメッシュ状分類部12により、航空レーザ計測により得られた3次元の点群データ1を、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、フラット解析部13により、分類されたメッシュ毎に点群データ1の分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、高さ方向分布グループ化部14により、フラットとされた形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出したメッシュ内の点群データ1を元にメッシュをグループ化し、メッシュパターン直線抽出部17により、グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、属性情報付加作成部18により、抽出されたグループ毎の直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成すると、3次元モデル作成部20により、作成されたグループ毎の境界線と、点群データ1と、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルが作成されるようにしたので、空中写真画像を用いることなく、構造物属性情報によって立体構造物群を表現することができ、しかも空中写真画像のサイズや撮像精度と、3次元の点群データの計測範囲や計測精度とに差異を精度良く補正する処理が不要となるようにすることができることから、実写に近い3次元モデルを短時間で作成することができる。
Thus, in this embodiment, the point cloud data mesh
構造物群以外の3次元モデルを作成する立体モデル作成システムにおいても適用可能である。 The present invention is also applicable to a three-dimensional model creation system that creates a three-dimensional model other than a group of structures.
1 点群データ
10 立体構造物群モデル作成装置
11 点群データ読み込み部
12 点群データメッシュ状分類部(点群データメッシュ状分類手段)
13 フラット解析部(フラット解析手段)
14 高さ方向分布グループ化部(高さ方向分布グループ化手段)
15 高さ方向グループ判定部(高さ方向グループ判定手段)
16 グループ除去部(グループ除去手段)
17 メッシュパターン直線抽出部(メッシュパターン直線抽出手段)
18 属性情報付加作成部(属性情報付加作成手段)
19 グループ属性判定部(グループ属性判定手段)
20 3次元モデル作成部(3次元モデル作成手段)
DESCRIPTION OF
13 Flat analysis unit (Flat analysis means)
14 Height direction distribution grouping section (height direction distribution grouping means)
15 Height direction group determination unit (height direction group determination means)
16 Group removal section (group removal means)
17 Mesh pattern straight line extraction unit (mesh pattern straight line extraction means)
18 Attribute information addition creation part (attribute information addition creation means)
19 Group attribute determination unit (group attribute determination means)
20 3D model creation unit (3D model creation means)
Claims (15)
前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類する点群データメッシュ状分類手段と、
分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出するフラット解析手段と、
フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化する高さ方向分布グループ化手段と、
前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出するメッシュパターン直線抽出手段と、
抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成する属性情報付加作成手段と、
作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルを作成する3次元モデル作成手段とを備える
ことを特徴とする立体構造物群モデル生成装置。 A three-dimensional structure group model creation device for creating a three-dimensional model of a structure group using three-dimensional point cloud data obtained by aviation laser measurement,
Point cloud data mesh classification means for classifying the point cloud data into a mesh within a predetermined range in the horizontal direction;
Flat analysis means for analyzing the distribution of the point cloud data for each classified mesh and extracting shape information as to whether or not it is flat;
Height direction distribution grouping means for extracting the mesh having the shape information made flat and grouping the mesh based on the point cloud data in the extracted mesh for each height direction;
Analyzing the grouped mesh patterns for each group, mesh pattern straight line extracting means for extracting straight line information connecting each mesh for each group,
Attribute information addition creating means for adding structure attribute information to the extracted straight line information for each group and creating a boundary line of the structure;
A three-dimensional structure characterized by comprising a three-dimensional model creating means for creating a three-dimensional model of a structure group by the boundary line, the point cloud data, and a CAD push-out function for each created group. Group model generator.
前記メッシュパターン直線抽出手段による直線情報が抽出される際、前記高さ方向分布グループ化手段によってグループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去するグループ除去手段とを備える
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の立体構造物群モデル作成装置。 A height direction group determination unit that determines that the meshes having the point cloud data that fall within a predetermined range in the height direction are grouped when the height direction distribution grouping unit performs grouping; ,
When the straight line information is extracted by the mesh pattern straight line extraction unit, in order to obtain only the meshes of the group to be analyzed from the meshes grouped by the height direction distribution grouping unit, the meshes of other groups The three-dimensional structure group model creating device according to claim 1, further comprising: a group removing unit that removes the structure.
前記点群データを、水平方向に所定の範囲でメッシュ状に分類し、
分類されたメッシュ毎に前記点群データの分布を解析し、フラットであるか否かの形状情報を抽出し、
フラットとされた前記形状情報を有するメッシュを抽出し、高さ方向毎に、抽出した前記メッシュ内の前記点群データを元に前記メッシュをグループ化し、
前記グループ化されたメッシュのパターンをグループ毎に解析し、グループ毎にそれぞれのメッシュを結ぶ直線情報を抽出し、
抽出されたグループ毎の前記直線情報に対して構造物属性情報を付加し、構造物の境界線を作成し、
作成されたグループ毎の前記境界線と、前記点群データと、CADの押し出し機能とにより、構造物群の3次元モデルを作成する
ことを特徴とする立体構造物群モデル生成方法。 A three-dimensional structure group model creation method for creating a three-dimensional model of a structure group using three-dimensional point cloud data obtained by aeronautical laser measurement,
The point cloud data is classified into a mesh shape in a predetermined range in the horizontal direction,
Analyzing the distribution of the point cloud data for each classified mesh, extracting shape information as to whether it is flat,
Extract the mesh having the shape information made flat, group the mesh based on the point cloud data in the extracted mesh for each height direction,
Analyzing the grouped mesh pattern for each group, extracting straight line information connecting each mesh for each group,
Add structure attribute information to the extracted straight line information for each group, create a boundary line of the structure,
A three-dimensional structure group model generation method characterized in that a three-dimensional model of a structure group is created by the boundary line, the point group data, and the CAD push-out function for each created group.
前記直線情報が抽出される際、前記グループ化されたメッシュから解析処理の対象となるグループのメッシュのみを得るために、他のグループのメッシュを除去する
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の立体構造物群モデル作成方法。 When the grouping is performed, the mesh having the point cloud data that falls within a predetermined range in the height direction is determined to be one group,
The mesh of another group is removed to obtain only the mesh of the group to be analyzed from the grouped mesh when the straight line information is extracted. The three-dimensional structure group model creation method described.
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