JP2002366977A

JP2002366977A - 地物形状作成システム及び３次元地図作成システム

Info

Publication number: JP2002366977A
Application number: JP2001174653A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Okagawa; 正臣岡川
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-12-20

Abstract

(57)【要約】【課題】航空機レーザー測量で得た地上位置の高密度
標高モデルに基づいて、地物形状と地表面を分類して３
次元地図を自動的に作成する地物形状と３次元地図作成
処理システムを提供する。【解決手段】地上位置情報の各測定ポイントを各々含
む領域で分割し、各領域を標高に基づいてクラスに分類
し、クラス毎に含まれる領域の数又は面積が所定値以上
の場合、当該クラスの領域を地表とし、所定値以下の場
合、当該クラスの領域を地物とする。当該クラスの領域
による境界を地物の形状とする。地表と判定された領域
で地表面３次元ポリゴンを、地物と判定された領域で地
物３次元ポリゴンを各々作成し、これらを合成して３次
元地図を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地物形状又は３次
元地図を作成する作成システムに関し、特に、航空機か
らレーザー測量して得られた地上位置情報による高密度
標高モデルに基づいて、地物形状と地表面を分類して３
次元地図を自動的に作成することに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地物を含めた３次元地図を作成す
るには、例えば、航空写真によるステレオ画像を用いて
いた。これによる３次元地図作成は、図化機又は画像処
理によって対象物の特徴を抜き出して地図に表すという
手法であって、そのいずれにおいても３次元座標を付与
するには、空中三角測量の手法により実体モデルを作成
した上でなければならず、膨大な作業量を必要としてい
た。

【０００３】近年、航空機によるレーザー測量技術が進
歩し、地上に関する高密度標高モデルを取得することが
容易となった。この高密度標高モデルは、上空からレー
ザー掃射により地上のある点について、標高データを含
めた３次元位置情報として取得することにより作成され
ている。そこで、航空機レーザー測量により取得された
高密度標高モデルが、地図を作成することに利用され始
めている。地図を作成する上では、高密度標高モデルの
データから地物部分を判別して図化する必要があるが、
従来の地図作成手法では、図化する地域や対象の特性に
応じて判別する範囲を定め、周囲の標高点との比高差で
分類するというものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この手法で
は、比高差で分類する際に、比較する標高点をどのよう
に選ぶか、例えば、ある半径以内にある近傍点として
も、半径の決め方やどの標高点が選択されるかによっ
て、結果が異なってしまうため、図化する地域や対象の
特性を熟知していなければ、パラメータや基準の設定が
非常に難しい。

【０００５】また、その処理手法では、比高差で標高点
の分類ができるとしても、点の分類に留まるものであ
り、図化する地物の形状を求めることはできない。そこ
で、本発明は、このような問題点を解消し、航空機レー
ザー測量により得られた高密度標高モデルに対して、地
域や対象の特性を考慮せずとも、地物と地表との判別を
簡単に行い、地物形状をも求めて、３次元地図を作成処
理するための地物形状作成システムと３次元地図作成シ
ステムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明では、上空から取得した地上位置情報に基づ
いて地物の形状を作成するための地物形状作成システム
において、前記地上位置情報の各測定ポイントを個別に
含む領域に分割し、該領域で特定される境界を生成する
生成手段と、前記領域を、前記地上位置情報に含まれる
標高情報に基づいて分類するクラス分け手段と、異なる
前記クラスに分類された前記領域に係る傾斜又は標高差
に基づいて、当該クラスに含まれる領域を前記地物に係
る地物情報と判定する判定手段と、前記地物情報に含ま
れる前記領域による前記境界から前記地物の形状を作成
する形状作成手段とを備えた。

【０００７】そして、前記クラス分け手段では、当該領
域と隣接する領域とを比較し、両領域による傾斜又は標
高差が所定値以内であるとき、当該領域を同一クラスと
するようにし、前記判定手段では、前記クラス毎の領域
の数又は面積が所定値以上である場合に、当該クラスに
含まれる領域を地表情報と判定する第１の判定手段と、
前記地表情報に含まれる領域と、該地表情報に含まれな
い他のクラスの領域とによる傾斜又は標高差が所定値以
上である場合に、該他のクラスの領域を地物情報と判定
する第２の判定手段とを含め、前記第２の判定手段で
は、前記地表情報に含まれる領域と、該地表情報に含ま
れない他のクラスの領域とによる傾斜又は標高差が所定
値以下である場合に、該他のクラスの領域を地表情報と
判定するようにした。

【０００８】さらに、前記地上位置情報は、航空機レー
ザー測量によって取得されるものとした。また、本発明
では、上空から取得した地上位置情報に基づいて３次元
地図を作成するための３次元地図作成システムにおい
て、前記地上位置情報の各測定ポイントを個別に含む領
域に分割し、該領域で特定される境界を生成する生成手
段と、前記領域を、前記地上位置情報に含まれる標高情
報に基づいて分類するクラス分け手段と、異なる前記ク
ラスに分類された前記領域に係る傾斜又は標高差に基づ
いて、当該クラスに含まれる領域が地表情報又は地物情
報であると判定する判定手段と、前記地表情報から地表
面３次元ポリゴンを作成する地表面３次元化手段と、前
記地物情報から地物３次元ポリゴンを作成する地物３次
元化手段と、前記地表面３次元ポリゴンと前記地物３次
元ポリゴンを合成して３次元地図を作成する地図作成手
段とを備えた。

【０００９】そして、前記判定手段は、前記クラス毎の
領域の数又は面積が所定値以上である場合に、当該クラ
スの領域を地表情報と判定する第１の判定手段と、前記
地表情報と判定されたクラスの領域と、該他のクラスの
領域とによる傾斜又は標高差を算出し、該傾斜又は標高
差が所定値以下である場合に、該他のクラスの領域を地
表情報と判定し、該傾斜又は標高差が所定値以上である
場合に、該他のクラスの領域を地物上部情報と判定する
第２の判定手段とを含めた。

【００１０】さらに、前記地物３次元化手段には、前記
地物上部情報に含まれる領域について、前記地表面３次
元ポリゴンから当該領域に係る地表面位置を算出する地
物位置算出手段と、前記地物上部情報に含まれる標高情
報と前記地表面位置とから、当該地物の高さを算出する
地物高さ算出手段とを含め、該高さを前記地物上部情報
に付加するようにし、前記地物情報に含まれ隣接する各
領域が、同一クラスに属する場合には、各領域を結合し
て一つの地物領域結合ポリゴンとするようにした。

【００１１】さらに、前記地物３次元化手段では、前記
地物領域結合ポリゴンに属する領域に係る標高を検出
し、検出された各標高値の変動が小さい場合に、各標高
値の平均値を地物上面の標高情報とする陸屋根判定手段
を、或いは、前記地物領域結合ポリゴンに属する領域に
係る標高を検出し、検出された各標高値の変動が大きい
場合に、各標高値の最大値と最小値とを地物上面の標高
情報とする勾配屋根判定手段を含めた。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による３次元（３Ｄ）地図
自動作成処理システムに関する実施形態について、図を
参照しながら、以下に説明する。本実施形態の処理シス
テムでは、地上の状態について、より現実に近い３次元
モデルを作成しようとするものである。その手法は、航
空機によるレーザー測量で得られた高密度標高モデルに
基づいて、ボロノイ多角形アルゴリズムを用いて高密度
標高モデルを小領域に分割し、隣接する各領域と同じ特
性を有する領域を同一クラスとすることにより、高密度
標高モデルの領域分割を行う。そして、その分割された
各領域について地表部と地物部とを判定し、３次元の地
図を自動的に作成する。

【００１３】図１に、その手法によって、３次元地図の
自動的作成を実現する本実施形態における３Ｄ地図自動
作成処理システムの構成を、機能ブロックで示した。３
Ｄ地図自動作成処理システムは、主要部分として、地表
・地物分類装置２、地表面処理装置５、地物処理装置７
を備えており、地上位置情報入力部１と３Ｄ地図出力部
１０が接続されている。

【００１４】地表・地物分類装置２は、ボロノイ多角形
分割手段２１、グループ分け手段２２、そして地表・地
物判定手段２３からなる。地表面処理装置５は、地表・
地物分類装置２で処理された地表情報を出力する地表部
出力手段３に接続され、ポイント変換処理手段５１、補
間手段５２からなり、補間地表情報を地表面・地物合成
手段８に出力する補間地表部出力手段６に接続される。
地物処理装置７は、地表・地物分類装置２で処理された
地物情報を出力する地物部出力手段４に接続され、同一
クラス結合手段７１、地物上部標高計算手段７２、地物
下部標高計算手段７３、そして地物高さ計算手段７４か
らなり、地物下部標高計算手段７３には、補間地表部出
力手段６を介して補間地表情報が供給される。

【００１５】地表面・地物合成手段８には、補間地表部
出力手段６からの補間地表情報と、与高地物部出力手段
９から地物情報とが入力され、各情報を合成したうえで
３Ｄ地図出力部１０に各情報を合成して出力する。ま
た、３Ｄ地図自動作成処理システムを実現するために
は、ハードウエアとして、ＣＰＵを有する制御装置、記
憶装置、操作装置、入力装置、出力装置、そして、表示
装置が必要であり、３Ｄ地図自動作成処理システムの各
手段に係る機能を実行できるプログラムが記憶装置に格
納されており、そのプログラムに従って、制御装置が各
手段を実行制御するようになっている。

【００１６】地上位置情報入力部１は、入力装置に備え
られており、地上位置情報として、ＸＹＺ軸による座標
データからなる測定ポイントデータを地表・地物分類装
置２に供給する。この地上位置情報の取得には、別途用
意された地上位置情報取得装置、例えば、航空機等に搭
載されたレーザー測量装置が用いられる。これは、上空
からパルスレーザーを発射し、地上からの反射波により
反射物の高さを求めるレーザースキャナーであり、高密
度・高精度な標高モデルである地上位置情報の取得が可
能なものである。この地上位置情報は、地上位置情報入
力部１にオンライン又はＦＤ等のディスクによって供給
されるようにしてもよい。

【００１７】入力部１で取得できた地上位置情報は、一
旦、システム内の記憶装置に記憶される。そして、取得
した地上位置情報に基づいて、表示装置の画面に画像表
示することもできる。表示装置の画面には、３Ｄ地図自
動作成処理システムにおける各手段で生成された情報を
表示でき、システム出力である２次元又は３次元地図を
表示することができる。

【００１８】また、操作装置は、システムの処理動作に
必要な指示、データ入力等を行う。出力装置は、３Ｄ地
図出力部１０を含むものであり、３Ｄ地図作成処理シス
テムで作成された地図情報をプリントアウトし、或い
は、ネットワークを介して他の端末装置に伝送すること
ができる。ここで、前述の各手段について説明すると、
ボロノイ多角形分割手段２１は、地上位置情報入力手段
１から入力された地上位置情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に基づい
て、ボロノイ多角形アルゴリズムを用いてポリゴンで領
域分割を行う。グループ分け手段２２は、分割された領
域間において、隣接する領域と同じ特性、例えば、標高
差、傾斜度等による基準で同一クラスとする領域を全領
域にわたってチェックし、各領域をグループ分けする。

【００１９】地表・地物判定手段２３は、設定基準に従
ったクラス分けされた領域について、地表を形成してい
るクラスと、地物を形成しているクラスを分類する。そ
して、地表を表すと判定された領域に係る地表情報を地
表部出力手段３に出力し、さらに、地物を表すと判定さ
れた領域に係る地物情報を地物部出力手段４に出力す
る。

【００２０】ポイント変換手段５１は、地表部出力手段
３から供給された地表情報より元のポイントデータを取
り出し、補間手段５２に出力する。次いで、補間手段５
２が、変換されたポイント間を補間する。ここで、地物
が取り除かれた地表面の３Ｄモデルを生成することがで
きる。補間地表部出力手段６は、地表面処理装置５で生
成された地表面モデルによる補間地表情報を地表面・地
物合成手段８と地物下部標高計算手段７３とに供給す
る。

【００２１】地物処理装置７の同一クラス結合手段７１
では、地物部出力手段４から供給された地物情報に基づ
いて、地物に係る領域内で同一クラスを結合して一つの
地物ポリゴンを生成し、そのポリゴンの外形を取得す
る。入力部１で取得できた地上位置情報に含まれる測定
点の点密度が大きいほど、実際の地物の外形に近づく。
地物上部標高計算手段７２は、同一クラス結合手段７１
で作成された地物の外形の範囲内における標高を同一ク
ラス内の要素から取得する。また、この標高の分布によ
り、地物上部の状況を、例えば、地物が建物である場合
には、その屋根形状を判定する。

【００２２】地物下部標高計算手段７３は、補間地表部
出力手段６から供給される地表面モデルと、同一クラス
結合手段７１で取得した外形に係る地物ポリゴンとを重
ね合わせることにより、地物下部の標高を求める。例え
ば、地物が傾斜地に建っていることも有り得るので、地
物ポリゴンの範囲内で、地表面モデルの標高データの最
小値を地物下部の標高とする。

【００２３】地物高さ計算手段７４は、地物上部標高計
算７２で取得した地物上部の標高と、地物下部標高計算
手段７３で求めた地物下部の標高とから、地物自体の高
さを取得する。そして、この高さを有する与高地物モデ
ルを作成し、与高地物部出力手段９に出力する。地表面
・地物合成手段８は、補間地表部出力手段６から供給さ
れる地表面モデル上に、与高地物部出力手段９から供給
される与高地物モデルを上乗せして合成することにより
３次元地図モデルを作成する。そして、作成された３次
元地図モデルを３Ｄ地図出力部１０に送出し、表示装置
の画面に表示するか、記憶装置に記憶するようにする
か、或いは、外部に送信することができる。このとき、
３次元地図モデルとして、地物を取り除いた地表面の
み、又は、地物のみについて、選択的に表示することも
できる。

【００２４】次に、この様に、図１に示されるように構
成された３Ｄ地図自動作成処理システムにおける処理動
作について、図２乃至図１０を参照しながら説明する。
図２乃至図１０では、表示装置の画面に表示された表示
画像を示しているが、これらの表示画像が、実際のシス
テム稼動中において全て表示されるわけではなく、説明
の都合上、必要な処理状態を表すものとして、画面に表
示した形態を採用している。

【００２５】図２乃至図５に示された（ａ）から（ｋ）
までの画像Ｐ_a乃至Ｐ_kは、３Ｄ地図自動作成処理システ
ムによって３次元地図画像が得られるまでの処理を説明
するものである。そして、図６乃至図８に示された
（ａ）から（ｉ）までの画像Ｐ_b1乃至Ｐ_b9は、画像Ｐ_b
から画像Ｐ_cを得るまでの処理を詳細に説明するもので
あり、さらに、図９及び図１０に示した（ａ）から
（ｄ）までの画像Ｐ_g1乃至Ｐ_g4は、画像Ｐ_hから画像Ｐ_i
を得るまでの処理を詳細に説明するものである。

【００２６】先ず、３Ｄ地図自動作成処理システムに
は、例えば、航空機レーザー測量により取得した地上位
置情報が地上位置情報入力部１を介して入力される。こ
の地上位置情報は、一旦、記憶手段に記憶される。地上
位置情報は、地上をレーザースキャンして得られた多数
の測定ポイントからなり、測定ポイント毎に、各々立体
座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を有するものである。ここで、Ｘ
及びＹ軸を水平位置とし、Ｚ軸を標高とする。

【００２７】この入力された地上位置情報の一部を、図
２の（ａ）に示すように、画像Ｐ_aとして表示した。画
像Ｐ_aに示された地上位置情報は一部を例示的に示して
おり、地上位置情報を示すポイントデータについて、そ
の測定ポイントを黒いドットで示した。その各ドットの
傍にＺ軸値である標高（ｍ）を示した。画像Ｐ_aには、
ポイントデータｎ₁乃至ｎ₁₀が地上位置情報として取得
された様子を表している。ここで、ポイントデータｎ₁
乃至ｎ₁₀が次のようなＸＹＺ座標値であるとする。単位
は、ｍとする。

【００２８】これらの座標値から分かるように、ｎ₆及びｎ₇のＺ軸座
標値ｚ₆及びｚ₇は、各々２．５ｍとなっている。しか
し、この画像Ｐ_aを見ただけでは、標高２．５ｍのドッ
トが存在するからといって、このドットが、実際に、地
上位置情報の中に地物に係るものであるかどうかは判定
できない。

【００２９】ここで、ボロノイ多角形分割手段２１にお
いて、ポイントデータｎ₁乃至ｎ₁₀のＸＹＺ座標値にボ
ロノイ多角形アルゴリズムを適用する。このボロノイ多
角形アルゴリズムは、各ポイントが、他のポイントとの
関係でどんな勢力範囲を有するかを決めるものである。
各ポイントの勢力範囲となる線は、隣接する２つのポイ
ント間を結ぶ線分に対する垂直２等分線の一部を線分と
している。そして、この線分で形成される多角形の頂点
では、４つのポイントが等距離にある場合を除いて、３
つの線分が交叉している。この線分で囲まれた各ポイン
トに係る多角形の領域はセルと称される。

【００３０】このような領域分割の手法を適用すること
によって、次のような効果が得られる。１つは、ポイン
ト間の境界線を定めることができるというものであり、
２つ目は、ある領域が周囲の領域と隣接している場合
に、元の地上位置情報が近傍位置にあると判定する、と
いう統一的な基準が提供されるというものである。図２
（ａ）に示した画像Ｐ_aの各ポイントデータにボロノイ
多角形アルゴリズムを適用して得た画像Ｐ_bを、図２
（ｂ）に示した。各ポイントの勢力分布を、セルｃ₁乃
至ｃ₁₀とした。そして、このセルｃ₁乃至ｃ₁₀はポリゴ
ンデータ化されている。

【００３１】ボロノイ多角形分割手段２１によりセルｃ
₁乃至ｃ₁₀が生成されると、次に、グループ分け手段２
２により、セルｃ₁乃至ｃ₁₀について、隣接するセルと
の比高差を基準にグループ分けする。セルｃ₁乃至ｃ₁₀
とのグループ分けした様子を図２（ｂ）の画像Ｐ_cに示
した。グループ分けの基準となる閾値は、３Ｄ地図自動
作成処理システムに接続されている操作装置によって、
予め設定される値であって、航空機レーザー測量の精度
と測定ポイントの密度を考慮し、例えば、画像Ｐ_aに示
されたポイントデータの場合、高さ０．３ｍのように設
定しておく。

【００３２】グループ分けの基準として、個々では、隣
接セルとの比高差を採用しているが、これ以外に、隣接
ポイントとの傾斜度を採用することもできる。しかし、
傾斜度の場合には、測定ポイントの密度に依存しないと
いう利点があるものの、その演算に時間がかかるため、
比高差を基準にする方が、演算が簡単である。グループ
分け手段２２によるグループ分け処理の詳細を、図６乃
至図８を参照して説明する。

【００３３】図６（ａ）に示した画像Ｐ_b1は、図２
（ｂ）の画像Ｐ_bと同様であるが、グループ分け処理を
開始するセルを選択した状態を示している。画像Ｐ_b1で
は、最初のセルとして、セルｃ₁が選択されている。同
一クラスでグループ分けできるように、先ず、セルｃ₁
に対し、セルｃ₁に係るポイントデータの標高値に基づ
いてクラス１を設定する。このクラスの表示として、図
中では、丸印を付した数字で表した。ここでは、開始セ
ルをｃ₁としたが、隣接するセルとの比高差でグループ
分けするので、どのセルも標高値を有することにより、
どのセルから開始しても、結果は同じとなる。

【００３４】次いで、セルｃ₁と隣接するセルとの比高
差を求めるため、隣接するセルｃ₂、ｃ₇、ｃ₈を選択す
る。そして、セルｃ₂、ｃ₇、ｃ₈に係る標高値を求め、
セルｃ₁の標高値と比較する。セルｃ₂、ｃ₇、ｃ₈に係る
各標高値とセルｃ₁の標高値との差が閾値の０．３ｍ以
下かどうかを判定する。画像Ｐ_b2において、セルｃ₂の
標高値は、０．０ｍであるので、セルｃ₁との比高差
は、０．３ｍ以下であり、セルｃ₂にクラス１を付与す
る。これによって、セルｃ₁とセルｃ₂とは、同一クラス
のグループになる。

【００３５】ところが、セルｃ₇について見ると、その
標高値は、２．５ｍであり、セルｃ₁との比高差が０．
３ｍを超えているので、セルｃ₇には、クラス付与を行
わない。セルｃ₈については、その標高値が０ｍであ
り、比高差０．３ｍ以下であるので、セルｃ₈には、ク
ラス１を付与する。これで、セルｃ₁に隣接するセル
ｃ₂、ｃ₇、ｃ₈について、クラス付与が終わり、図６
（ｃ）の画像ｂ₃のように、セルｃ₁に基準済のフラグを
立てておく。

【００３６】続いて、グループ分けのクラス付与を行う
ため、セルｃ₁と同一クラスに属しかつ隣接関係にある
セルｃ₂又はセルｃ₈を選択する。セルｃ₂とセルｃ₈のど
ちらを選択しても同じであり、図７（ｄ）の画像Ｐ_b4で
は、セルｃ₈を選択している。図７（ｅ）の画像Ｐ_b5で
は、選択されたセルｃ₈と隣接するセルであって、基準
済のフラグが立っていないセルｃ₇、ｃ₉が選択される。
ここでも、上述した比高差によってクラス付与が行われ
る。セルｃ₈には、既にクラス１が付与されているの
で、セルｃ₇、ｃ₉についてクラス１であるかどうかが判
定される。セルｃ ₇については、標高値２．５ｍであ
り、セルｃ₈との比高差が０．３ｍを超えるので、クラ
ス１を付与しない。セルｃ₉については、セルｃ₈との比
高差が０．３ｍ以下であるので、セルｃ₈にクラス１を
付与する。セルｃ₈と隣接するセルについて、比高差を
判定すべきセルは無くなったので、セルｃ₈に基準済の
フラグを立てる。

【００３７】この様にして、画像Ｐ_bに示された全ての
セルについて、隣接するセルとの比高差によりクラス１
を付与する処理を行い、クラス１を付与できたセルに基
準済のフラグを立てる。この状態を、図７（ｆ）の画像
Ｐ_b6に示した。セルｃ₆、ｃ₇の標高値は、２．５ｍであ
るので、クラス１を付与できないので、基準済のフラグ
は、立たない。

【００３８】画像Ｐ_b6において、基準済のフラグが立っ
ていないということは、まだ、クラス付与が終わってい
ないセルがあることを示しており、そのセルについて、
クラス付与処理を行う。画像Ｐ_b6では、セルｃ₆、ｃ₇が
処理対象である。上述したクラス付与処理と同様であ
り、セルｃ₆とセルｃ₇のどれから始めても同じであり、
ここでは、セルＣ₇から始める。

【００３９】このとき、当該セルに隣接するセルを選択
する場合、既に基準済のフラグが立っているセルを対象
から除外する。この様子を、図８（ｇ）の画像Ｐ_b7に示
す。セルｃ₇に係る標高値は、２．５ｍであるので、こ
の標高値を基準とするクラスを２と設定し、セルｃ₇に
クラス２を付与する。次いで、セルｃ₇と隣接し、基準
済のフラグが立っていないセルを選択する。図８（ｈ）
の画像Ｐ_b8に示すように、セルｃ₆が選択され、セルｃ₇
に係る標高値とセルｃ₆に係る標高値とを比較する。そ
の比高差が、０．３ｍ以下であるので、セルｃ₆にも、
セルｃ₇のクラスと同じクラス２を付与する。ここで、
他に比較すべき隣接セルがないので、セルｃ₇に基準済
フラグを立てる。

【００４０】図８（ｉ）の画像Ｐ_b9に示されるように、
セルｃ₇に基準済のフラグを立てた後に、基準済のフラ
グが立っていないセルｃ₆を選択する。ところが、セル
ｃ₆に隣接し、基準済もフラグが立っていないセルが無
いので、これで、各セルへのクラス付与が終了し、図２
の画像Ｐ_cが得られる。以上のように、各セルをグルー
プ分けするために、各セルへのクラス付与は、任意のセ
ルにクラス設定し、隣接するセルとの比高差が閾値以下
であるときに、隣接するセルに当該セルと同じクラスを
付与するようにしたので、クラス付与処理をどのセルか
ら開始しても、いずれも、結果は同じになる。

【００４１】画像Ｐ_cに示されるように、セルｃ₁乃至ｃ
₁₀について、クラス付与がなされると、各セルは、クラ
ス毎にグループ化される。画像Ｐ_cの場合には、クラス
１とクラス２があるので、クラス１、クラス２の順にグ
ループ化される。クラス１のグループについては、画像
Ｐ_cからクラス１に係るセルのポリゴンデータを切り出
し、図３（ｄ）の画像Ｐ_dに示されるように表示でき
る。また、クラス２のグループについては、画像Ｐ_cか
らクラス２に係るセルのポリゴンデータを切り出し、図
４（ｇ）の画像Ｐ_gに示されるように表示することがで
きる。

【００４２】そこで、地表・地物判定手段２３では、ク
ラス１でグループ化されたセルに基づいて、当該クラス
に属するセルが、地表と地物のどちらに係わるものであ
るかを判定する。まず第１の判定処理は、要素数、つま
り当該クラスのセルが多い方が、地表を現しているとす
る。例えば、画像Ｐ_cの場合には、総セル数が１０であ
るので、クラスの要素数の閾値を５に設定する。要素数
が５を超えていれば、そのクラスによるセルは地表面を
表すグループとする。画像Ｐ_dを見ると、セルによる要
素数は８であるので、画像Ｐ_dは、地表を示していると
判定できる。この閾値については、操作装置によって、
予め地表・地物分類装置２に設定される。

【００４３】或いは、当該クラスのセル面積合計が、想
定できる最大な建物面積以上となるクラスのセルを地表
に関わるものとしてもよい。画像Ｐ_dが地表を示してい
ると判定できたので、地表部出力手段３を介して、画像
Ｐ_dに示される地表情報をポイント変換手段５１に供給
する。ポイント変換後の状態を、図３（ｅ）の画像Ｐ_e
として示した。

【００４４】一方、要素数が閾値５以下であったクラス
２によりグループ化されたセルｃ₆、ｃ₇に係るポリゴン
データを画像Ｐ_cから切り出して示すと、図４（ｇ）の
画像Ｐ_gのようになる。このクラスの中には、地物を表
すセルと、例えば、地物に囲まれているために狭い範囲
になってしまった地表を表すセルが含まれている。そこ
で、地表・地物判定手段２３における第２の判定処理に
ついて、図９及び図１０を参照して説明する。

【００４５】まず、画像Ｐ_gに基づいて、グループ化さ
れたセルｃ₆、ｃ₇によるクラスの代表点を求める。その
代表点は、例えば、水平方向のＸＹ座標に関しては、セ
ルｃ ₆、ｃ₇の外形による全体の重心を採用し、標高であ
るＺ座標については、同一クラスの各セルの標高による
平均を採用する。この様に、代表点を求めるのは、画像
Ｐ_gの例では、セルが２つしかなく、しかも、その標高
は、同じ２．５ｍであるから、標高を平均しても、同じ
標高であるが、実際には、一つの物体であっても、画像
Ｐｇに表示されるセル数はもっと多く、その物体の上部
が凸凹である場合には、各セルの標高が閾値０．３ｍの
範囲でばらつくこともあり得るからである。クラス２に
係る代表点は、図９（ａ）の画像Ｐ_g1に示される。

【００４６】求められたクラス２の代表点を、ポイント
変換手段５１から読み出した画像Ｐ _eに重ね合わせ合成
する。この重ね合わせられた状態が、図９（ｂ）の画像
Ｐ_g2に示される。ここでは、クラス２の代表点をｎ₆₇で
示した。次いで、画像Ｐ_g2において、傾斜度を算出する
ために、代表点ｎ₆₇を含めた各ポイントをＴＩＮで結
ぶ。この状態を、図９（ｃ）の画像Ｐ_g3に示した。そし
て、代表点ｎ₆₇と結ばれた各ポイントとの傾斜度を求め
る。各ポイントとの傾斜度は、図９（ｄ）の画像Ｐ_g4の
ようになる。求められた傾斜度の大きさによって、地物
であるかどうかを判定しようとするものである。傾斜度
に閾値を予め設定しておき、例えば、閾値を１０°にす
る。

【００４７】画像Ｐ_g4の例では、クラス２の代表点ｎ₆₇
と各ポイントとのなす傾斜は、いずれも閾値の１０°を
超えているので、代表点ｎ₆₇に係る２つのセルは、地物
によるものと判定する。ここで、地表・地物判定手段２
３は、画像Ｐ_gに示されるセルｃ₆、ｃ₇を地物情報とし
て、地物部出力手段４に送出する。また、代表点と各ポ
イントとのなす傾斜度が閾値を超えなかった場合は、地
表と判定し、当該クラスにグループ化されたセルを地表
情報として、地表部出力手段３に送出する。

【００４８】次に、地物自体の形状を特定するために、
画像Ｐ_gに示される地物情報が、地物部出力手段４を介
して地物処理装置７に供給される。地物処理装置７の同
一クラス結合手段７１では、地物情報に含まれるセルを
同一クラスで結合して一つのポリゴンとし、セルの集合
体による外形を求める。画像Ｐ_gに示された地物情報の
セルｃ₆、ｃ₇を同一クラスで結合すると、図４（ｈ）の
画像Ｐ_hに示されるように、地物ポリゴンｐ₆₇が得られ
る。このポリゴンｐ₆₇が、当該地物の上方から見た外形
となる。画像Ｐ_gの例では、２つのセルが同一クラスで
あるため、そのポリゴンは一つしか現われないが、セル
が多数あり、しかも、それらに異なるクラスがあれば、
それらのセルを異なるクラス毎に結合することになるの
で、生成されるポリゴンも異なるクラス毎に現われる。

【００４９】このようにして、地物情報から地物の外形
を特定することができた。続いて、地表・地物分類装置
２によって分類された地表情報と地物情報とに基づき、
３次元地図を作成する処理について説明する。その概要
は、地表情報は地表としての３Ｄモデリングを行い、地
表情報は地物としての３Ｄモデリングを行い、これら２
つを合成して３Ｄ地図とするというものである。

【００５０】まず、地表情報の３Ｄモデリングについて
具体的に説明する。地表・地物分類装置２によって分類
された全ての地表情報より、地表面処理装置５のポイン
ト変換手段５１によってポイントデータを取得する。画
像Ｐ_e のように（ここには、地表・地物判定手段２３に
おける第２の判定処理による地表情報のポイントデータ
は表現されていないが）、地表に判定された各ポイント
データを取得できたならば、地表面を形成する地表面モ
デルを生成するために、地表面補間手段５２において、
各ポイントデータ間にＴＩＮ補間を行う。このＴＩＮ補
間の結果が、図３（ｆ）の画像Ｐ_f に示されている。こ
こでは、ポイントデータに含まれる標高値が、全て０ｍ
であるので、標高０ｍの平らな地表面が得られる。画像
Ｐ_f に示される地表面モデルは、補間地表部出力手段６
に送られる。

【００５１】なお、ここでは、地表面の３次元化手法と
して、ＴＩＮ補間法を用いたが、３次元モデル化に適切
であれば、どのような補間手法をも採用できる。測定ポ
イントを直接使用するとすれば、ＴＩＮ補間法がよい
が、そうでなければ、測定点を通るとは限らないがより
適切なモデル化が可能なものとして、クリギング法も使
用できるので、クリギング法による補間手段を備えても
よい。

【００５２】次に、地物上部標高計算手段７２により地
物上部の形状及び標高を判定する。地物ポリゴンを形成
する同一クラス内に含まれるセルに係る標高値の分布に
より、地物の上部形状が分かる。つまり、標高値の標準
偏差が小さい場合には、地物上部は、平らなものであ
り、地物が建物とすれば、それは、陸屋根と判定でき
る。この場合には、地物上部の標高をその平均値で算出
する。

【００５３】また、標高値の標準偏差が大きい場合に
は、地物上部に傾斜又は突起物があることが分かる。こ
の標高値の分布を検出することにより、傾斜状態又は突
起状態を判別でき、例えば、鋸屋根、Ｍ字型屋根、腰折
れ屋根等の勾配屋根を持つ建物、或いは、屋上倉庫、屋
上タンク等が判定できる。また、母屋に連なる小屋等も
判定できる。この場合には、それぞれの標高値のうち、
最大値と最小値をその地物の標高とする。測定ポイント
の密度が大きいほど、精度の良い屋根モデルを作成でき
る。

【００５４】この様にして、地物上部の形状及び標高を
判定できたので、次に、地物下部標高計算手段７３にお
いて、地物の高さを求める。地物情報には、地物のセル
に係る標高値が含まれているので、地物上部の標高を直
ぐに求められるが、その情報には、地物下部の情報が含
まれていない。そこで、地物の高さを求めるには、地物
下部の標高が分かれば良いことに着目し、地表面処理装
置５で求めた地表面モデルを使用する。図３（ｆ）に示
される画像Ｐ_fの地表面モデルを補間地表部出力手段６
から取得し、その地表面モデル上に、画像Ｐ_hの地物ポ
リゴンを重ね合わせる。この状態を、図４（ｉ）の画像
Ｐ_iに示した。

【００５５】ここで、地物は地表面上に存在するので、
地物下の標高は、地表面モデルから得られる。地表面モ
デルから得られる標高を地物下部の標高とすることがで
きる。そうすると、地物高さ計算手段７４において、上
で求めた地物上部の標高と、地表面モデルから求めた標
高とから、地物の高さを求めることができる。画像Ｐ _i
の例では、地物上部の標高は、２．５ｍ、地物下部の標
高は、０ｍであり、地物高さは２．５ｍとなる。この例
では、地表面モデルが標高０ｍで、平坦地であるが、場
合によっては、地表面モデルが傾斜地を示していること
もありえる。このような場合には、例えば、地物ポリゴ
ンの最小値を選定して、その値を地物下部の標高として
もよい。

【００５６】このようにして、与高地物部出力手段９か
ら、画像Ｐ_iの地物ポリゴンに高さデータが付与され、
地物モデルが作成されて、出力される。そして、地表面
・地物合成手段８において、補間地表部出力手段６から
の地表面モデルと、与高地物部出力手段９からの地物モ
デルとを合成する。３Ｄ地図出力部１０を介して合成地
図を出力する。その合成地図を、例えば、表示装置の画
面に２次元表示すると、図５（ｊ）の画像Ｐ_jのように
なり、さらに、３次元表示すると、図５（ｋ）の画像Ｐ
_kのようになる。

【００５７】以上の様にして、画像Ｐ_aに示される測定
ポイントデータからなる地上位置情報から、地表情報と
地物情報とに分類し、地表情報から地表面モデルを作成
し、そして、地物情報から地物モデルを作成することに
より、ポイントデータに基づいて３Ｄ地図を自動作成す
ることができた。これまでの例では、説明を簡単にする
ため、測定ポイント数１０の場合について示したが、実
際には、航空機レーザー測量で得られる測定ポイント
は、高密度である。これに近い例を、図１１に示した。

【００５８】図１１（ａ）には、図２（ｂ）の画像Ｐ_b
に対応する画像Ｘ_bを示した。多数のポイントデータに
対してボロノイ多角形アルゴリズムを適用した状態を表
している。上述したと同様の処理を行って、画像Ｘ_bか
ら作成した地物ポリゴンを、図１１（ｂ）に画像Ｘ_iと
して示した。画像Ｘ_iでは、地物ポリゴンが複数存在し
ている。

【００５９】画像Ｘ_iに示された地物ポリゴン以外の領
域が、地表面を示す地表面ポリゴンとなっており、上述
したと同様の処理を行って作成された地表面モデルと、
地物モデルとを合成することにより、作成できた地図を
３次元表示すると、図１１（ｃ）の画像Ｘ_kのようにな
る。画像Ｘ_kではかなり歪んだ外形のままではあるが、
建物とは判別できているので、スムージングや直角補正
その他の適切なモデリングを施せばよりきれいな外形に
できる。

【００６０】

【発明の効果】本発明による地物形状作成処理及び３次
元地図作成処理によれば、セルのグループ分けにおける
クラスに関する閾値、すなわち、クラスの要素数又は面
積に関する閾値、傾斜度又は比高差に関する閾値を設定
するだけで、航空機レーザー測量で得られた測定ポイン
トデータに基づいて、３次元地図を自動的にかつ短時間
で作成することができる。作成にあたっては、手修正等
の手作業を全く必要としない。

【００６１】地図作成処理には、測定ポイントデータに
ボロノイ多角形アルゴリズムを適用し、領域を自動分割
して、点からポリゴンへの変換を行うようにしたので、
地表面か地物かの判定を容易に行うことができ、特に、
従来技術のように、比較する近接点のパラメータを不要
とし、さらに、点からポリゴンへの変換は、ポリゴン自
体が領域を持つので、そのまま線引きされたデータを容
易に取得でき、地物の外形を特定し易くなった。

【００６２】また、測定ポイントデータから地物を取り
除いた地表面のみを示す地図を簡単に作成できる。反対
に、地物のみを示した地物分布図も簡単に作成できる。
そして、地物の上部における形状も判定できるので、実
体に近く、精度の高い３次元地図を作成できた。これら
の作成では、測定された各ポイントにおける生データを
そのまま反映した状態で処理が可能となり、正確な３次
元地図を作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態である３Ｄ地図自動作成
処理システムに係る動作処理のブロック構成を示す図で
ある。

【図２】本実施形態において、取得した地上位置情報に
基づいて３Ｄ地図を自動作成する原理的な動作処理を画
像例で説明する図である。

【図３】図２に示した動作処理に続く画像を示す図であ
る。

【図４】図３に示した動作処理に続く画像を示す図であ
る。

【図５】図４に示した動作処理に続く画像であり、作成
された３Ｄ地図を画像で示す図である。

【図６】図２（ｂ）に示した画像から同（ｃ）に示した
画像を得る動作処理を説明する図である。

【図７】図６に示した動作処理に続く画像を示す図であ
る。

【図８】図７に示した動作処理に続く画像であり、図２
（ｃ）に示した画像を作成できた状態を説明する図であ
る。

【図９】図４（ｈ）に示した画像から同（ｉ）に示した
画像を得るための動作処理を説明する図である。

【図１０】図９に示した動作処理に続く画像であり、地
物を判定する動作処理を説明する図である。

【図１１】本実施形態によって、取得した地上位置情報
から３Ｄ地図を自動作成した具体例を示す図である。

【符号の説明】

１…地上位置情報入力部２…地表・地物分類装置２１…ボロノイ多角形分割手段２２…グループ分け手段２３…地表・地物判定手段３…地表部出力手段４…地物部出力手段５…地表面処理装置５１…ポイント変換手段５２…補間手段６…補間地表部出力手段７…地物処理装置７１…同一クラス結合手段７２…地物上標高計算手段７３…地物下標高計算手段７４…地物項計算手段８…地表面地物合成手段９…与高地物部出力手段１０…３Ｄ地図出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上空から取得した地上位置情報に基づい
て地物の形状を作成するための地物形状作成システムで
あって、前記地上位置情報の各測定ポイントを個別に含む領域に
分割し、該領域で特定される境界を生成する生成手段
と、前記領域を、前記地上位置情報に含まれる標高情報に基
づいて分類するクラス分け手段と、異なる前記クラスに分類された前記領域に係る傾斜又は
標高差に基づいて、当該クラスに含まれる領域を前記地
物に係る地物情報と判定する判定手段と、前記地物情報に含まれる前記領域による前記境界から前
記地物の形状を作成する形状作成手段とを有する地物形
状作成システム。
【請求項２】前記クラス分け手段では、当該領域と隣
接する領域とを比較し、両領域による傾斜又は標高差が
所定値以内であるとき、当該領域を同一クラスとする請
求項１に記載の地物形状作成システム。
【請求項３】前記判定手段は、前記クラス毎の領域の数又は面積が所定値以上である場
合に、当該クラスに含まれる領域を地表情報と判定する
第１の判定手段と、前記地表情報に含まれる領域と、該地表情報に含まれな
い他のクラスの領域とによる傾斜又は標高差が所定値以
上である場合に、該他のクラスの領域を地物情報と判定
する第２の判定手段とを含む請求項１又は２に記載の地
物形状作成システム。
【請求項４】前記第２の判定手段では、前記地表情報
に含まれる領域と、該地表情報に含まれない他のクラス
の領域とによる傾斜又は標高差が所定値以下である場合
に、該他のクラスの領域を地表情報と判定する請求項３
に記載の地物形状作成システム。
【請求項５】前記地上位置情報は、航空機レーザー測
量によって取得される請求項１乃至４のいずれか一項に
記載の地物形状作成システム。
【請求項６】上空から取得した地上位置情報に基づい
て３次元地図を作成するための３次元地図作成システム
であって、前記地上位置情報の各測定ポイントを個別に含む領域に
分割し、該領域で特定される境界を生成する生成手段
と、前記領域を、前記地上位置情報に含まれる標高情報に基
づいて分類するクラス分け手段と、異なる前記クラスに分類された前記領域の傾斜又は標高
差に基づいて、当該クラスに含まれる領域が地表情報又
は地物情報であると判定する判定手段と、前記地表情報から地表面３次元ポリゴンを作成する地表
面３次元化手段と、前記地物情報から地物３次元ポリゴンを作成する地物３
次元化手段と、前記地表面３次元ポリゴンと前記地物３次元ポリゴンを
合成して３次元地図を作成する地図作成手段とを有する
３次元地図作成システム。
【請求項７】前記判定手段は、前記クラス毎の領域の数又は面積が所定値以上である場
合に、当該クラスの領域を地表情報と判定する第１の判
定手段と、前記地表情報と判定されたクラスの領域と、該他のクラ
スの領域とによる傾斜又は標高差を算出し、該傾斜又は
標高差が所定値以下である場合に、該他のクラスの領域
を地表情報と判定し、該傾斜又は標高差が所定値以上で
ある場合に、該他のクラスの領域を地物上部情報と判定
する第２の判定手段とを含む請求項６に記載の３次元地
図作成システム。
【請求項８】前記地物３次元化手段には、前記地物上部情報に含まれる領域について、前記地表面
３次元ポリゴンから当該領域に係る地表面位置を算出す
る地物位置算出手段と、前記地物上部情報に含まれる標高情報と前記地表面位置
とから、当該地物の高さを算出する地物高さ算出手段と
を含み、該高さを前記地物上部情報に付加する請求項６
又は７に記載の３次元地図作成システム。
【請求項９】前記地物３次元化手段では、前記地物情
報に含まれ隣接する各領域が、同一クラスに属する場合
に、各領域を結合して一つの地物領域結合ポリゴンとす
る請求項６乃至８のいずれか一項に記載の３次元地図作
成システム。
【請求項１０】前記地物３次元化手段では、前記地物
領域結合ポリゴンに属する領域に係る標高を検出し、検
出された各標高値の変動が小さい場合に、各標高値の平
均値を地物上面の標高情報とする陸屋根判定手段を含む
請求項６乃至９のいずれか一項に記載の３次元地図作成
システム。
【請求項１１】前記地物３次元化手段では、前記地物
領域結合ポリゴンに属する領域に係る標高を検出し、検
出された各標高値の変動が大きい場合に、各標高値の最
大値と最小値とを地物上面の標高情報とする勾配屋根判
定手段を含む請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の
３次元地図作成システム。
【請求項１２】前記地上位置情報は、航空機レーザー
測量によって取得される請求項６乃至１１のいずれか一
項に記載の３次元地図作成システム。