JP2003132353A

JP2003132353A - 中心線生成プログラム

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Publication number: JP2003132353A
Application number: JP2001331052A
Authority: JP
Inventors: Masaomi Okagawa; 正臣岡川
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、道路等を表す境界線データに基づ
いてボロノイ多角形を形成することにより境界線間の中
心線を自動的に抽出するようにした中心線生成プログラ
ムを提供する。【解決手段】道路等の図形ベクトルデータの境界線に
基づいて、互いに離れて配置される複数の境界線上の各
々に、設定される閾値に従った所定間隔を有する複数の
点を生成するステップと、前記複数の点に対してボロノ
イ分割を行い、ボロノイ多角形ポリゴンを形成するステ
ップと、前記境界線毎に、当該境界線に交差する複数の
前記ボロノイ多角形ポリゴンを結合して得た外郭線を、
当該境界線と該境界線に対向する他の境界線との間の中
心線とするステップとをコンピュータに実行させる中心
線生成プログラムである。前記所定間隔は、前記境界線
の離間距離のうち最も短い距離の２分の１以下に設定さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、境界線間の中心線
を自動生成するためのコンピュータに実行させる中心線
生成プログラムに関し、特に、道路等を表す境界線デー
タに基づいてボロノイ多角形を形成することにより中心
線を生成するようにした中心線生成プログラムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来において、道路、河川・水路等を管
理する際には、それらにおける中心線がどこにあるのか
を確定することが必要となる場面が多々あった。

【０００３】このような道路等の管理のために、道路等
に係る幅のおよそ中央の位置をラインデータとして作成
し、あるいは、このラインの接続関係を考慮してネット
ワーク構造への形成もしていた。しかし、これらの形成
では、小縮尺（1／1００００以下）での利用を主とする
ため、道路等に対しては、１本線（境界をデータ化する
と２本）で十分との観点からなされたものである。ここ
で道賂等を表す１本線として、その中心線が採用される
のが普通である。しかし、中心線といってもおよそ中央
という程度のものであり、その位置精度は低いものとな
っている。

【０００４】一方、位置精度の高い大縮尺のもに対して
は、境界線がデータ化されることはあっても、中心線に
ついてデータ化されることは行われていない。これは、
利用目的が小縮尺とは異なっていることによる。

【０００５】ところで、道路等が掲載されている地図
は、一般には、紙媒体として使われることが多い。これ
に対し、コンピュータによる利用技術の進化に伴って、
扱いの利便性を高めるために、地図をスキャニングして
画像化し、あるいは、より高度に利用するためデジタイ
ジングして、ポリゴン化を含むベクトルデータで利用す
るようになってきている。

【０００６】これらのデータ化手法と、小縮尺又は大縮
尺での利用形態を見ると、画像化による手法は、小縮尺
の場合に利用され、ベクトル化による手法は、大縮尺の
場合に利用されているという傾向がある。これは、大縮
尺の場合には、地図の枚数が多いこと、および、地図１
枚当たりの情報密度が低く、効率的ではないこと等か
ら、画像化による手法の使用は少なくなり、逆に、高精
度であること、さらには、再利用や加工等に耐えられる
ことより、ベクトル化による手法が多く使われるように
なっている。

【０００７】ここで、次に示すように、中心線データを
作成する方法には、種々のものがある。（１）中心線に相当すると考えられる位置を紙地図上に
書き込み、場合によっては全くの目視で書込み、デジタ
イジングにより紙地図から直接生成する。（２）紙地図をスキャンした画像に直接細線化処理を施
してラスタ／ベクタ変換によって生成する。（３）境界線ベクトルデータから中点を連結させて生成
する。（４）境界線ベクトルデータとデジタイジングの組み合
わせて生成する。（５）境界線ベクトルデータの中点連結と細線化処理の
組み合わせる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、中心線
データを作成する方法が種々ある。近年においては、例
えば、車載用のナビシステムに見られるように、高精度
の中心線ベクトルデータ、特に、ネットワーク化された
データのニーズが高まってきている。

【０００９】しかしながら、このような状況に対処する
上で、次に示すように、上記の各方法においては、問題
点がある。（１）の方法では、大縮尺の地図において
も、精度が落ち、手間もかかり、懇意的でもある。
（２）の方法では、精度に問題がある。そもそも細線化
処理自体が重く、時間のかかる処理である。（３）の方
法では、道路等のカーブにおいて歪み、交差点で途切れ
るという問題がある。（４）の方法は、境界線をいわば
レールとみなし、デジカーソルが中点に位置するように
ガイドするＣＡＤシステムであり、交差点や幅員の急変
個所で対応できない。（５）の方法は、道路等の境界線
を外郭とするポリゴンデータがあるとき、又は、ポリゴ
ンデータを作ったとき、そのポリゴン内を塗り潰した後
に、ベクタ／ラスタ変換で画像化、細線化処理を施し、
得られた中心線画像に対してラスタ／ベクタ変換を掛け
てベクトル化するというものである。これは、紙地図で
は、通常、道路種別毎の図式（地図表現）上の工夫のた
め、道路内を１色で塗らずに、縁取り等が施されている
とか、境界線のみの表示であることが多く、直接には細
線化処理を施すことができないという問題を回避するた
めである。

【００１０】そこで、本発明は、これらのような各問題
点を解決することに鑑みてなされたものであり、高精度
で世に豊富にはあるが、境界線はあって中心線の欠けて
いるベクトルデータに対し、中心線データを高速にかつ
自動的に生成することによって、既存のベクトルデータ
を一層活用することを図るものである。

【００１１】従って、本発明は、道路、河川・水路等を
管理するのに必要な中心線を簡単に確定することができ
るように、境界線に係るボロノイ多角形を形成すること
により中心線生成を自動化できるコンピュータに実行さ
せるための中心線生成プログラムを提供することを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明では、境界線の間に中心線を生成する中心
線生成プログラムにおいて、互いに離れて配置される複
数の境界線上の各々に所定間隔を有する複数の点を生成
するステップと、前記複数の点に対してボロノイ分割を
行い、ボロノイ多角形ポリゴンを形成するステップと、
前記境界線毎に、当該境界線に交差する複数の前記ボロ
ノイ多角形ポリゴンを結合して得た外郭線を、当該境界
線と該境界線に対向する他の境界線との間の中心線とす
るステップとをコンピュータに実行させるようにした。

【００１３】そして、前記所定間隔は、前記境界線の離
間距離のうち最も短い距離の２分の１以下に設定され、
前記外郭線を形成する頂点を間引くことにより前記境界
線に沿って直線化を行うこととした。

【００１４】また、前記境界線は、道路図形ベクトルデ
ータ、或いは、河川・水路図形ベクトルデータによるも
のであることとした。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明による、コンピュー
タに自動的に中心線を生成することを実行させる中心線
生成プログラムについて、地図中の道路における中心線
を自動的に求める場合を例にした実施形態で説明する。

【００１６】本発明においては、交差点も含め任意の幅
を持つ道路等に係る境界の中心位置は、道路を形成する
境界線からの勢力が桔抗する位置であるということに着
目した。

【００１７】ここで、空間を点の勢力圏に分割する手法
に、ボロノイ分割手法がある。ボロノイ分割は、空間内
に複数の点が与えられた時、空間内の各点をどの点に最
も近いかによって分類し空間を各点に係る勢力圏に分割
する手法であって、各勢力圏は、多角形（ボロノイ多角
形）で形成される。この多角形の線上が隣接する点の勢
力の拮抗する位置であり、また、多角形を形成する各辺
は、２つの点間における２等分線の１部であるという性
質を有する。

【００１８】この手法を利用することにより、道路を形
成する境界線上に適宜間隔の複数の点を配置し、該各点
をボロノイ分割用の点とすることで道路境界線の勢力を
近似し、形成されたボロノイ多角形の各辺の内、それぞ
れの境界線の間に位置する辺を選択することで、境界線
の勢力の拮抗する位置となる線、すなわち中心線を生成
したことになる。

【００１９】そこで、図を参照して、このボロノイ多角
形を形成することによる中心線生成方法に基づいて、道
路地図において道路の中心線を自動的に生成することが
できる中心線生成プログラムが適用されるシステムにつ
いて説明する。

【００２０】図１には、本実施形態による中心線生成プ
ログラムが適用されるシステムの概要を示している。

【００２１】該中心線生成システムは、制御部１、記憶
部２、操作部３、表示部４、そして、印刷部５から構成
されている。制御部１は、システム全体を制御するコン
ピュータであり、境界線取得部１１、点生成部１２、多
角形分割形成部１３、多角形選択・結合部１４、多角形
外郭線抽出部１５、そして、中心線出力部１６等の機能
部分を有している。なお、制御部１を有するコンピュー
タは、スタンドアロンで構成されても、また、ＬＡＮ等
のネットワークに接続されるクライアント端末であって
もよい。

【００２２】また、記憶部２は、地図が格納されてお
り、少なくとも、道路の境界線に係る図形ベクトルデー
タが記憶される。さらに、制御部１で抽出できた道路中
心線に係る図形ベクトルデータを記憶する。操作部３
は、オペレータが制御部１において処理に必要な情報を
入力したり、或いは、指示したりするものである。表示
部４は、制御部１で処理する際に必要な情報を表示し、
或いは、道路の図形ベクトルデータ、抽出結果の図形ベ
クトルデータ等を表示し、印刷部５は、それらの図形ベ
クトルデータのハードコピーを出力するものである。

【００２３】以上のようなシステム構成に適用された本
実施形態による中心線生成プログラムの動作処理につい
て、図２の処理フローと、図３乃至図５に示した画像例
を参照しながら説明する。ここで、図３乃至図５に示し
た各画像例は、それらの全てが表示部４で表示される必
要があるものではなく、処理の状況を分かりやすく説明
する都合上、画像として示したものもある。

【００２４】先ず、操作部３を操作して、道路の中心線
を抽出する必要のある所定の地区を指定し、境界線取得
部１１によって、記憶部２に格納されている当該地区の
道路図形ベクトルデータを読み出す（ステップＳ１）。
読み出された当該地区の道路図形ベクトルデータを表示
部４に画像として表示すると、図３の（ａ）の画像Ｘ
_１１のようになる。図中の実線は、道路の境界線を表
し、その境界線は、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３で示される。画像
Ｘ_１１では、Ｔ字路の道路形態を示し、境界線Ｌ_１は、
点ｐ_１で屈曲し、線分Ｌ_１１とＬ_１２で構成され、境界
線Ｌ_２は、点ｐ_２で屈曲し、線分Ｌ_２１とＬ_２２で、そ
して、境界線Ｌ_３は、点ｐ_３で僅かに屈曲し、線分Ｌ
_３１とＬ_３２で構成されている。

【００２５】ここで、所望する所定地区の図形ベクトル
データが取得され、その画像が表示されたならば、操作
部３を操作して、境界線を構成する線分上に所定間隔で
複数の点を発生させるための閾値を入力設定する（ステ
ップＳ２）。この閾値は、予め設定されていてもよい。

【００２６】次いで、この閾値が設定されると、点生成
部１２では、境界線上の点間距離が閾値以内になるよう
に、複数の点を発生させる。境界線Ｌ_１の線分Ｌ_１１上
に、点ｐ_１以外の線上に所定間隔で複数の点ｐ
_１１ｍを、そして、線分Ｌ_１２上に、点ｐ_１以外の線上
に所定間隔で複数の点ｐ_１２ｍを発生させる。同様にし
て、境界線Ｌ_２についても、複数の点ｐ_２１ｌと点ｐ
_２２ｌを、さらに、境界線Ｌ_３について、複数の点ｐ
_３１ｎと点ｐ_３２ｎをそれぞれ発生させる（ステップＳ
３）。これらの複数の点が生成された状況は、図３の
（ｂ）に示した画像Ｘ_１２のようになる。図中におい
て、複数の点を黒ドットで示し、複数の点をｌ、ｍ、ｎ
の添え字で代表的に示した。図３の（ｂ）の画像Ｘ_１２
では、境界線Ｌ_１、Ｌ_２及びＬ_３のどの線分において
も、点の所定間隔を一定とした場合を示している。そし
て、この所定間隔は、道路の形状、幅等に応じて、閾値
を変えることにより、変更することができる。

【００２７】境界線上にこれらの複数の点が生成される
と、多角形分割形成部１３では、境界線上の複数の点に
対して、ボロノイ多角形を形成する（ステップＳ４）。
このボロノイ多角形は、複数の各点に基づいて隣り合う
点間で領域を２分割した形状を有するポリゴンであり、
図３の（ｂ）に示した複数の点ｐ_１、ｐ_１１ｍ、ｐ_１
_２ｍ、ｐ_２、ｐ_２１ｌ、ｐ_２２ｌ、ｐ_３、ｐ_３１ｎ、及
び、ｐ_３２ｎに対してボロノイ多角形を作成した状態
を、図４の（ｃ）に画像Ｘ_１３として示した。例えば、
点ｐ_１１ｍに対するボロノイ多角形は、ポリゴンＰ
_１１ｍとなり、点ｐ_２２ _ｌに対するボロノイ多角形は、
ポリゴンＰ_２２ｌとなり、また、点ｐ_３１ｎに対するボ
ロノイ多角形は、ポリゴンＰ_３１ｎのように形成され
る。

【００２８】そこで、多角形選択・結合部１４では、所
望する道路の中心線を生成するには、当該道路の境界線
上にある複数の点に対するボロノイ多角形によるポリゴ
ンのみが必要であるので、当該道路の境界線と交叉する
位置に形成されたボロノイ多角形のポリゴンを選択し、
それらを結合する（ステップＳ５）。この状態を、図４
の（ｄ）の画像Ｘ_１４が示している。同図では、その結
合状態を斜線で示しており、境界線Ｌ_３に関して、複数
の点ｐ_３、ｐ_３１ｎ、ｐ_３２ｎに対するボロノイ多角形
ポリゴンＰ_３１ｎ、Ｐ_３２ｎが結合されている。

【００２９】次いで、多角形外郭線抽出部１５では、図
４の（ｄ）に斜線で示されるように結合されたポリゴン
について、複数のポリゴンによる外郭線を抽出する（ス
テップＳ６）。図５の（ｅ）に外郭線を抽出できた様子
を、画像Ｘ_１５として示した。図４の（ｄ）に斜線で示
した複数のポリゴンは、境界線Ｌ_３の線分Ｌ_３１とＬ
_３２上にある複数の点に対して形成されたものであるか
ら、これらのポリゴンは、線分Ｌ_１１及び線分Ｌ_２２上
の複数の点に係わって形成されたものであるので、結合
されたポリゴンが形成する外郭線Ｃ_１１とＣ_１３は、道
路の中心線となっている。さらに、境界線の線分Ｌ_１２
と線分Ｌ_２１との間では、どちらの線分でもよいが、線
分Ｌ_１２又は線分Ｌ_２１と交叉するボロノイ多角形のポ
リゴンを結合することによって得られた外郭線Ｃ
_１２も、道路中心線となっている。

【００３０】図３の（ａ）に示されるようなＴ字路の交
叉点においても、交叉点を構成する点ｐ_１、ｐ_２及びｐ
_３１ｎがボロノイ多角形の形成に係わることになるの
で、目視では、交叉点内の中心線の判断が難しかった
が、これらの点間における２等分線が自動的に中心線で
あるとすることができる。

【００３１】ここで、図５の（ｅ）に示される画像Ｘ
_１５のように、境界線上に複数の点を生成し、相対抗す
る２点間でポリゴン多角形によって分割したとき、当該
２点が、道路境界線方向にずれがあると、該２点間で分
割する２等分線が、必ずしも、道路境界線に平行とはな
らい。そのため、ステップＳ６において抽出された外郭
線は、ジグザグ形状を呈する。

【００３２】中心線出力部１６では、画像Ｘ_１５に示さ
れる外郭線を道路の中心線として出力し、表示部４に画
像表示することもでき、また、印刷部５で、この画像を
ハードコピーすることもできる。或いは、中心線出力部
１６において、外郭線が呈するジグザグ形状を道路境界
線に対応したスムースな線とするために、外郭線上の頂
点を間引くように処理してもよい。画像Ｘ_１５に対し
て、抽出された外郭線を道路境界線に沿った線にするス
ムージング処理をした状態の画像Ｘ_１６を図５の（ｆ）
に示した。このように不要な頂点を間引く処理を施すこ
とによって、データ量を少なくすることができ、しか
も、見た目にもきれいな中心線を作成することができ
る。

【００３３】なお、ステップＳ２において設定される閾
値は、中心線を生成しようとしている地区における道路
復員が最小である道路の２分の１以下にする必要があ
る。ボロノイ多角形を作成するとき、向かい合う線上の
点がほぼ垂直に位置していれば、良好な中心線を抽出す
ることができるが、どの様な道路に対しても、向かい合
う点をほぼ垂直な状態にすることは難しい。従って、閾
値を、少なくとも、最も狭い道路の幅員の２分の１以下
にしておけばよい。特に、その道路が交わる交差点にお
いては、中心線自体の交差が道路内にあるようにしなけ
ればならない。

【００３４】以上のように、道路の図形ベクトルデータ
に基づいて、道路境界線上に生成した複数の点に対して
ボロノイ多角形ポリゴンを形成することにより、道路中
心線を抽出することができる手順について、図３の
（ａ）に示したＴ字路のように、簡単な具体例で説明し
たが、次に、図６の（ａ）の画像Ｘ_２１に示すように、
複雑な道路形状を有する図形ベクトルデータに対して
も、本実施形態による中心線生成プログラムを実行する
ことができることを説明する。なお、このプログラムを
実行して抽出処理する手順は、図２に示した処理フロー
と同様である。

【００３５】先ず、画像Ｘ_２１に示される道路図形ベク
トルデータが取り込まれると、画像中に示される道路の
うち、幅員が最も狭い道路Ｌ_Ｎを選択し、閾値Ｖ
_ｔｈを、その道路の幅員の２分の１以下に相当する値、
例えば、幅員が５ｍであれば、Ｖ_ｔ _ｈ＝２のように設定
する（ステップＳ２）。そして、この閾値Ｖ_ｔｈを適用
して、道路境界線上に複数の点を生成する。この生成し
た複数の点に対してボロノイ分割を実施し、道路境界線
に沿ってボロノイ多角形ポリゴンを形成する（ステップ
Ｓ４）。これらのポリゴンの形成状態が、図６の（ｂ）
に、画像Ｘ_２２として示されている。

【００３６】次いで、境界線上に並んで形成された各ポ
リゴンが結合されて、一つのポリゴンとなることによ
り、各ポリゴンで形成される外郭線Ｃ_１を抽出する（ス
テップＳ６）。この抽出された外郭線と道路境界線を重
ねて表示すると、図７の（ｃ）の画像Ｘ２３のようにな
る。さらに、図７の（ｄ）の画像Ｘ_２４に示されるよう
に、外郭線の頂点を適宜間引くことにより、外郭線を道
路境界線に沿った直線化を行った中心線Ｃ_２を得ること
ができる。

【００３７】このようにして、複雑な交差点がある地区
の図形ベクトルデータに基づいても、容易に道路中心線
を抽出することができ、中心線のネットワークが簡単に
形成でき、人手を加えることなく、適切な中心線が得ら
れる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、道路等に係る図形ベク
トルデータに複数の点を発生させ、この複数の点に従っ
てボロノイ分割を行って多角形ポリゴンを形成し、それ
らのポリゴンによる外郭線を道路中心線として抽出する
ので、中心線ネットワークが途切れることがなくなり、
道路境界線間に適切な中心線を引くことができる。しか
も、従来の中心線生成方法に比べて、自動的でかつ高速
な処理が可能となる。

【００３９】また、道路等の中心線を求めようとしてい
る地域の地図データが画像である場合においても、この
画像に対してエッジ抽出処理等によって境界線を抽出
し、ラスタ／ベクタ変換を施して境界線ベクトルを作成
しておけば、本発明の中心線生成手法を適用することに
よって簡便に中心線を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による中心線生成プログラムが実行され
るシステムの概略機能ブロックを説明する図である。

【図２】図１に示されて機能ブロックによる処理フロー
を説明する図である。

【図３】境界線に点を生成した状態を説明する図であ
る。

【図４】形成したボロノイ多角形ポリゴンを境界線に沿
って結合した状態を説明する図である。

【図５】中心線を抽出した状態を説明する図である。

【図６】複雑な境界線を有する道路図形に対してボロノ
イ多角形ポリゴンを形成した状態を説明する図である。

【図７】図６に示した道路図形において、道路中心線を
抽出した状態を説明する図である。

【符号の説明】

１…制御部１１…境界線取得部１２…点生成部１３…多角形分割形成部１４…多角形選択・結合部１５…多角形外郭線抽出部１６…中心線出力部２…記憶部３…操作部４…表示部５…印刷部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに離れて配置される複数の境界線上
の各々に所定間隔を有する複数の点を生成するステップ
と、前記複数の点に対してボロノイ分割を行い、ボロノイ多
角形ポリゴンを形成するステップと、前記境界線毎に、当該境界線に交差する複数の前記ボロ
ノイ多角形ポリゴンを結合して得た外郭線を、当該境界
線と該境界線に対向する他の境界線との間の中心線とす
るステップと、をコンピュータに実行させて境界線の間
に中心線を生成する中心線生成プログラム。
【請求項２】前記所定間隔は、前記境界線の離間距離
のうち最も短い距離の２分の１以下に設定されることを
特徴とする請求項１に記載の中心線生成プログラム。
【請求項３】前記外郭線を形成する頂点を間引くこと
により前記境界線に沿って直線化を行うことを特徴とす
る請求項１又は２に記載の中心線生成プログラム。
【請求項４】前記境界線は、道路図形ベクトルデータ
によるものであることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか一項に記載の中心線生成プログラム。
【請求項５】前記境界線は、河川・水路図形ベクトル
データによるものであることを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか一項に記載の中心線生成プログラム。