JP2005070373A - 地図座標変換プログラムおよび地図座標変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 局所的な歪の影響を低減する地図座標変換システムを提供する。
【解決手段】 変換対象領域３００を、標定点３１０を頂点とする複数の三角領域３３０に分割し、三角領域毎に固有の変換パラメータ１４１を用いて該三角領域内の点３４０の座標を変換することにより、第１座標系地図１０１を第２座標系地図１０２に変換する地図座標変換部１１２と、標定点座標信頼性を評価する評価情報処理部１１３と、上記変換結果および上記評価結果を出力する出力情報処理部１１４を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベクトルにより地物位置および形状を数値表現する地理情報システムに関し、特に、異なる座標系間における地物情報の座標変換方法に関する。

地理情報システム（ＧＩＳ: Geographic Information System）は、道路・街区・建物形状に加え、ガス管・水道管をはじめとする様々な施設情報を電子的に統合し、蓄積・更新することができるため、近年需要が高まりつつある。自治体や公共事業者等が保有する既存の地図データは、多くの場合、日本測地系と呼ばれる座標系により表現されている。しかし、２００１年に改正された測量法により日本における地図作成の方針が示されたことを受け、今後は世界測地系と呼ばれる座標系による表現が主流になりつつある。そこで、既存の膨大な量の地図データを、日本測地系から世界測地系に座標変換する作業が必要となっている。とくに、近年積極的に利用されつつあるＧＰＳ（Global Positioning System）により測量された座標値が、既存の地図上の対応点と一致することが重要であるが、殆どの場合、このGPSの測定値は世界座標系により表現されている。
日本測地系から世界測地系へ変換する従来の方法としては、変換対象領域全体をアフィン変換する方法が挙げられる（例えば非特許文献１参照）。

図２は従来のアフィン変換による座標変換の概念を示す図である。第１の座標系により表現されている地図２０１を構成する全ての点２４０の座標値（ｘ１、ｙ１）を、数１により（ｘ２、ｙ２）に置き換えることで、第２の座標系により表現された地図２０２を生成する。なお、α、β、γ、δ、λ、μは定数であり、一般に変換パラメータと呼ぶ。これらの定数は、第１座標系および第２座標系双方において座標値が判っている点、すなわち標定点２１０を３点以上選び、最小二乗法により決定する方法が一般的である。

C.Arai 、M.Shikada et al.：Management of Mapping in Local Government using Remote Sensing and the REAL TIME GIS、IEEE 2002 International Geoscience and Remote Sensing Symposium、0-7803-7537-8/02、2002

一方、日本測地系で表現されている既存の地図データは、その作成過程で不規則な局所歪が混入していることが多い。この歪の原因は、測量時の精度に起因する誤差や、湿度・経年変化により紙地図自体が持つ物質的な歪、紙地図を電子化する際に用いるスキャナの光学的な歪やデジタイザでトレースする際の誤差、などが考えられる。
このような背景のもとでは、上記の座標変換方法を用いても、施設情報管理において無視できないずれが、座標変換結果とＧＰＳ測量値との間で生じる。例えば道路中央に存在するマンホールの位置をＧＰＳで測定した値を、座標変換後の地図に重ね合わせた場合に、地図上の道路からマンホール位置が外れてしまうことがある。これは、上記の座標変換方法の目的が、数１０〜数１００ｋｍの広範囲を一括座標変換することであり、個々の地物の測量誤差や、紙の図面を電子化する際の図面の歪み・スキャン誤差などを解消することを目的としていないからである。その結果、ある地点における座標変換結果がＧＰＳ測量値と整合性を保っていても、他の地点においては地図の局所的な歪によりＧＰＳ測量値との整合性を保つことが困難となっている。

又、追加情報として標定点座標が新たに得られた際に、その情報を反映させた変換パラメータを用いて座標変換をやり直すことにより、より精度の高い第２座標系地図が得られることが期待される。しかし、従来の技術では、上記変換パラメータの更新に加え、変換対象領域全体の地物の座標変換を全てやり直す必要があるため、上記追加標定点情報が得られる度に必要な再計算コストが大きい。その結果、計算コスト抑制の目的のためには、第２座標系地図の更新頻度を抑制する必要があり、第２座標系地図利用者が常に最新の地図情報を得ることが困難となっている。

本発明では、上記の問題を解決するために、変換対象領域全体を一括座標変換する替わりに、変換対象領域を複数の三角領域に重複無く分割した上で、個々の三角領域に適した変換パラメータを用いることで、広がりを持つ地図の座標変換を実現するプログラムおよび装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願で開示する発明の概要を説明すれば以下の通りである。
本発明は、変換対象のベクトル地図を複数の三角領域に分割し、上記三角領域毎に変換パラメータを算出し、上記三角領域毎に上記変換パラメータを用いて該三角領域内の点の座標変換を行い、上記座標変換された上記地図を表示手段に表示させることを特徴とする。とくに、上記座標変換はアフィン変換であることを特徴とする。
また、本発明では、入力手段を介して標定点の入力を受けるステップをさらに有し、上記三角領域への分割は上記標定点を該三角領域の頂点とするように行うことを特徴とする。上記分割後に新たに標定点の入力が行われた場合には、上記新たな評定点を含む上記三角領域の再分割を行う。

本発明によれば、多数の標定点情報を活用することで、ＧＰＳ等の新たな方法で測定された座標値との整合性を損なわずに、不規則な局所歪をもつ地図データを座標変換できる。また、座標変換にアフィン変換を用いることにより、三角形は変換後も三角形となり、三角領域毎に変換前後の座標の一対一対応が保障されるので、各三角領域において曖昧さのない逆変換が可能である。さらに、変換対象領域を重複の無い三角領域に分割することにより、変換対象領域全域において変換前後の座標の一対一対応が保証されるので、変換対象領域全域において曖昧さのない逆変換が可能である。また、標定点情報が追加された場合にも、変換領域全体について座標変換を再実行する必要は無く、影響を受ける部分的な領域のみ再計算を行えば充分であるため、既存の地図データを異なる座標系表現に効率よく変換することができる。

以下、図面を用いて本願で開示する発明の詳細を説明する。

図３は、本発明の座標変換方法の概念を示す図である。座標変換前の地図３０１の座標系を第１座標系とし、座標変換後の地図３０２の座標系を第２座標系とする。図３の例では、１５個の標定点３１０どうしを結ぶ境界線分３２０により、変換対象領域が２２個の三角領域に分割されている。標定点とは、第１座標系および第２座標系の双方における座標値が予め得られている点である。

点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１は、４個の標定点の第１座標系における座標を表している。点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２は、上記４個の標定点の第２座標系における座標を表している。点Ｐ１、Ｑ１は、地図上の点３４０であり、例えば道路境界線や家屋の壁等の地物を表す線を構成する線分の始終点である。これら地図上の点３４０をすべて座標変換することにより、地図座標変換が実現される。点Ｐ１、Ｑ１を第２座標系に変換した結果が点Ｐ２、Ｑ２である。

点Ｐ１は、三角形Ａ１Ｂ１Ｃ１の内部にあり、ベクトルＡ１Ｂ１およびベクトルＡ１Ｃ１と、２個の実数ｕ、ｖを用いて数２〜５のように表すことができる。

本発明では、このｕ、ｖと、ベクトルＡ２Ｂ２およびベクトルＡ２Ｃ２を用いて数６のように点Ｐ２の座標を求める。

ここで、数７〜１３のように定数α、β、γ、δ、λ、μ、κをおくと、数１４の関係が成り立ち、数６は数１に示したアフィン変換である。なお、ｘA1およびｙA1は点Ａ1のx座標およびy座標であり、他の座標値も同様である。

上記の数７〜１３に示した各定数は、第１座標系における三角形Ａ１Ｂ１Ｃ１内部の点にのみ適用される変換パラメータであり、三角形Ａ１Ｂ１Ｃ１の外部の点に適用される座標変換パラメータは、各々それを含む三角領域の頂点に一致する３個の標定点の、第１座標系における座標と第２座標系における座標から求められる。すなわち、例えば点Ｑ１は三角形Ｂ１Ｃ１Ｄ１内部にあるので、点Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１および点Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２の座標値から同様の変換パラメータを求める。

以上に説明した本発明によれば、広がりを持つ地図を構成する個々の点を座標変換する際に、その点を内部にもつ局所的な三角領域に最適な固有の変換パラメータを利用できるので、変換対象領域全体で同一の変換パラメータを利用する従来技術に比べ、第１座標系によって表現されている地図が持つ局所歪の悪影響を座標変換時に抑制できる。その結果、変換後の第２座標系によって表現される地図と、例えばＧＰＳ等測位機器により得られた第２座標系によって表現される座標値との間の整合性を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態における座標変換装置の構成例を示す図である。装置は、情報処理部１００、第１座標系地図データ記憶部１０１、第２座標系地図データ記憶部１０２、標定点・三角領域データ記憶部１０３、入力部１０４、表示および出力部１０５によって構成される。情報処理部１００は、入力情報処理部１１１、地図座標変換部１１２、評価情報処理部１１３、出力情報処理部１１４を備えており、地図座標変換部１１２は、三角領域分割部１２１、局所データ座標変換部１２２、要更新三角領域決定部１２４、三角領域再分割部１２５により構成される。また、地図座標変換部１１２には、標定点リスト１３１、三角領域リスト１３２、新標定点リスト１３３、新三角領域リスト１３４、変換パラメータ１４１、要更新フラグ１４２、再分割用標定点リスト１４３が記憶される。このうち、変換パラメータ１４１、要更新フラグ１４２、再分割用標定点リスト１４３は、個々の三角領域について記憶される。また、評価情報処理部１１３は、評価部１２３を備えており、評価値１５１が個々の標定点について記憶される。

標定点・三角領域データとは、全標定点の第１座標系における座標値と第２座標系における座標値と、例えば「三角領域第５６番を構成する標定点は第３４番、第７２番、第９番である」という内容の、各標定点の対応関係についての情報である。

第１座標系地図データ記憶部１０１、第２座標系地図データ記憶部１０２、標定点・三角領域データ記憶部１０３は、例えばハードディスクや大容量光ディスクやそれらの組み合わせで構成される記憶装置であり、入力部１０４は、操作者からの指示を入力する装置であって、例えばキーボード、マウス、デジタイザ、タッチパッドである。表示および出力部１０５は、例えばＣＲＴ、液晶ディスプレイ、プリンタ、ＸＹプロッタ等の操作者に情報を提供する装置、及び、ハードディスク装置等の記憶装置である。

第１座標系地図データ記憶部１０１は第１座標系地図データを地図座標変換部１１２へ提供する。第２座標系地図データ記憶部１０２は第２座標系地図データを地図座標変換部１１２へ提供し、更新された第２座標系地図データを記憶する。標定点・三角領域データ記憶部１０３は、標定点・三角領域データを地図座標変換部１１２へ提供し、更新された標定点・三角領域データを記憶する。入力部１０４は、操作者が行う標定点入力操作を受け付け、その操作内容は入力情報処理部１１１によって標定点リスト１３１として解釈され、地図座標変換部１１２に提供される。なお、標定点リスト１３１は、全標定点の第１座標系における座標と第２座標系における座標と、例えば「第６番」といった標定点を識別するための符号との対応関係を表す。

地図座標変換部１１２の内部において、三角領域分割部１２１は後述の三角領域分割手順に従い変換対象領域を三角領域に分割することで三角領域リスト１３２を生成するとともに、個々の三角領域における変換パラメータ１４１を算出する。ここで、三角領域リスト１３２は、例えば「三角領域第５６番を構成する標定点は第３４番、第７２番、第９番である」という内容の、各標定点の対応関係についての情報の、全三角領域に関する集合である。また、変換パラメータは、上記定数α、β、γ、δ、λ、μである。

局所データ座標変換部１２２は、後述の局所データ座標変換手順に従い三角領域単位で第１座標系地図上のデータを座標変換することで第２座標系地図データを生成する。また、既に第２座標系地図データが存在する状態で、新たな標定点データが操作者により入力された場合には、要更新三角領域決定部１２４が後述の要更新三角領域決定手順に従い要更新フラグ１４２および再分割用標定点リスト１４３を生成する。ここで、再分割用標定点リスト１４３は、例えば「標定点第８番、第９０番」という内容の標定点集合を表す。

三角領域再分割部１２５は、後述の三角領域再分割手順に従い、再分割が必要な三角領域を分割することで三角領域リスト１３２を更新するとともに、新たな三角領域における変換パラメータ１４１を算出する。その後、局所データ座標変換部による三角領域毎の座標変換が実施されることにより第２座標系地図の更新が行われる。

評価情報処理部１１３内部において、評価部１２３は、上記局所データ座標変換部１２２が出力する第２座標系地図データを後述の標定点座標信頼性評価手順に従い標定点の座標の信頼性を評価し、評価値１５１を生成する。以上に示した情報処理部１００内部の処理結果は、出力情報処理部１１４によって表示および出力部１０５によって随時表示あるいは記録される。

以上の各部はプログラムをコンピュータ等に読み込むことで実現しても、ハードウェアで実現することもできる。又はソフトウェアとハードウェアの協調によって実現することも可能である。又、以上、スタンドアロン型システムとしての構成について述べたが、上記１０１〜１０３のデータ記憶装置は情報処理部１００内に構成されていても、又、ネットワーク等を介して各部を分散システムとして構築しても良い。例えば、入力装置や表示および出力装置をクライアント端末とし、情報処理装置や記憶装置をサーバとするクライアント・サーバー・システムや、ウェブ・アプリとウェブ・サーバによるウェブ・システムなどである。また、記憶装置に格納された地図データの利用について述べたが、ネットワークや媒体を通じてデータを直接入力利用しても良い。

図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の第１および第２の実施形態における地図座標変換手順を示すフローチャートである。地図座標変換は、三角領域分割ステップｓ１、局所データ座標変換ステップｓ２１あるいはｓ２２、標定点座標信頼性評価ステップｓ３により構成される。以下に、各ステップの詳細を記す。

図６は、本発明の第１および第２の実施形態に共通する三角領域分割ステップｓ１の処理フローを示す図であり、図７はそのフローにおける変換対象領域と標定点との関係を表す図である。まず、操作者が入力部１０４から標定点３１０の第１座標系における座標を選択若しくは数値を入力して登録し、かつ第２座標系における座標を選択若しくは数値を入力して登録し、それをもとに入力情報処理部１１１が標定点リスト１３１を生成する（ステップｓ１０１）。これにより、標定点という同一地点を表す点に関する第１座標系と第２座標系との対応関係が地図座標変換部１１２に与えられることになる。次に、三角領域分割部１２１が、標定点リスト１３１を用いて、第１座標系において変換対象領域３００全体を包含しかつ互いに重複が無いように１個以上の三角領域に分割する（ステップｓ１０２）。三角領域の分割は、例えば操作者が順次２個の標定点を選択入力し個々の領域境界線分を定義することで実現しても良いが、例えばドローネ（Delaunay）三角形分割アルゴリズムを用いれば、自動的に実行することもできる。分割結果は三角領域リスト１３２に記憶される（ステップｓ１０３）。これにより、変換対象領域内の第１座標系地図上の任意の点は、必ずいずれかの三角領域に含まれることになる。さらに、三角領域分割部１２１は分割結果の全三角領域の要更新フラグ１４２をセットする（ステップｓ１０４）。このフラグは座標変換の必要がある旨を示すものである。三角領域分割部１２１は、これら分割結果の全三角領域の変換パラメータ１４１を数７〜１３の要領で算出する（ステップｓ１０５）。これにより、変換対象領域内の第１座標系地図上の任意の点に対応する変換パラメータの組が得られたことになる。最後に、標定点・三角領域データが記憶部１０３に出力される（ステップｓ１０６）。

図８は、本発明の第１の実施形態における局所データ座標変換ステップｓ２１の処理フローを示す図であり、図９はそのフローにおける標定点、三角領域および地図に記載された図形の関係を表す図である。初期状態では、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、標定点３１０と、要更新フラグ１４２がセットされた要更新三角領域３３５が定義されており、第１座標系地図上には１個以上の点３４０と、それらの点によって位置および形状を決定されている図形が表現されている。図９（ｂ）ではこのような図形の例として、家屋の壁を表す線分３５０と、道路境界を表す線分３６０が示されている。局所データ座標変換部１２２は、まず、第１座標系地図記憶部１０１に記載されている各点３４０についてのループを開始する（ステップｓ２１１）。ループ内では現在着目している点を内部に含む三角領域が三角領域リスト１３２から検索される（ステップｓ２１２）。例えば点Ｐ１が着目された時は三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１が検索され、点Ｑ１が着目された時は三角領域Ｂ１Ｄ１Ｅ１が検索される。さらに、この三角領域の要更新フラグ１４２が判定され（ステップｓ２１３）、セットされていない場合は以後のループ内処理がスキップされる。要更新フラグ１４２がセットされている場合は、局所データ座標変換部１２２は、現在着目している三角領域の変換パラメータ１４１を用いて数１の要領で現在着目している点を座標変換し（ステップｓ２１４）、その結果を第２座標系地図データとして記憶部１０２に記憶させる（ステップｓ２１５）。図９（ｂ）に示す例では、三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１は要更新フラグ１４２がセットされている要更新三角領域３３５のひとつであるので、点Ｐ１は、三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１の変換パラメータ１４１により点Ｐ２へ座標変換されるが、三角領域Ｂ１Ｄ１Ｅ１は要更新三角領域３３５ではないため、点Ｑ１は座標変換されず、点Ｑ２の値は変更されない。その後、ステップｓ２１１で開始したループを終了する（ステップｓ２１６）。以上の一連の処理により、図９（ｃ）に示す第２座標系地図データが生成される。図８および図９に示すアルゴリズムでは、図形を構成する点の座標を単純に第１座標系における値から第２座標系における値に置き換えており、座標変換によって地図データの情報量に変化は無いため、情報量変化に伴う処理が不要で、高速な座標変換を実現できる効果がある。

図１０は、本発明の第２の実施形態における局所データ座標変換ステップｓ２２の処理フローを示す図であり、図１１はそのフローにおける標定点、三角領域および地図に記載された図形の関係を表す図である。例えば道路境界を表す線分が多数の三角領域に跨る場合、その始終点の座標値のみを置き換えただけでは、例えば道路に面した家屋の一部が道路領域に重なってしまうなど、不都合が生じる可能性がある。第２の実施形態は上記の不都合を解決することを目的とする。図１１（ａ）および（ｂ）に示す初期状態は、上記図９（ａ）および（ｂ）に示す状態に等しい。局所データ座標変換部１２２は、まず、第１座標系地図記憶部１０１に記載されている点３４３一つ一つについてのループを開始する（ステップｓ２２１）。ループ内では現在着目している点を内部に含む三角領域が三角領域リスト１３２から検索される（ステップｓ２２２）。例えば点Ｐ１が着目された時は三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１が検索され、点Ｑ１が着目された時は三角領域Ｂ１Ｄ１Ｅ１が検索される。さらに、この三角領域の要更新フラグ１４２が判定され（ステップｓ２２３）、セットされていない場合は以後のループ内処理がスキップされる。要更新フラグ１４２がセットされている場合は、局所データ座標変換部１２２は、現在着目している点を始点とする線分一つ一つについてのループを開始する（ステップｓ２２４）。このループ内では現在着目している線分が複数の三角領域に跨るか否かが判定され（ステップｓ２２５）、跨っている場合には、局所データ座標変換部１２２はその線分と三角領域の境界線との交点に新たな点３４４を追加し、線分を複数の線分列として定義しなおす（ステップｓ２２６）。例えば図１１（ｂ）において、点Ｐ１が着目され、点Ｐ１を始点とする線分Ｐ１Ｒ１が着目された時は、線分Ｐ１Ｒ１が三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１および三角領域Ｂ１Ｅ１Ｃ１に跨っているため、図１１（ｃ）に示すように三角領域境界線分Ｂ１Ｃ１と線分Ｐ１Ｑ１との交点に新たに新たな点３４４として点Ｎ１を追加し、線分Ｐ１Ｑ１を、２本の線分Ｐ１Ｎ１およびＮ１Ｑ１として定義しなおす。そして、ステップｓ２２４で開始したループを終了する（ステップｓ２２７）。次に、局所データ座標変換部１２２は、現在着目している三角領域の変換パラメータ１４１を用いて数１の要領で現在着目している点３４３およびステップｓ２２６で追加された点３４４を座標変換し（ステップｓ２２８）、その結果を第２座標系地図データとして記憶部１０２に記憶させる（ステップｓ２２９）。例えば図１１（ｃ）の点Ｐ１は三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１の変換パラメータ１４１により点Ｐ２へ座標変換され、点Ｒ２は三角領域Ｂ１Ｅ１Ｃ１の変換パラメータ１４１により点Ｒ２へ座標変換される。新たに追加された点Ｎ１は、三角領域Ａ１Ｂ１Ｃ１と三角領域Ｂ１Ｅ１Ｃ１のいずれの変換パラメータ１４１により変換しても同じ点Ｎ２へ座標変換されるので、どちらの変換パラメータを用いてもよい。その後、ステップｓ２２１で開始したループを終了する（ステップｓ２３０）。以上の一連の処理により、図１１（ｄ）に示す第２座標系地図データが生成される。図１０および図１１に示すアルゴリズムでは、新たな点を追加することで、個々の三角領域における地物どうしの位相幾何学的関係を保存できるため、第１座標系地図では交差していない地物は、第２座標系地図でも交差することは無。よって、地図全体の地物どうしの位相幾何学的関係を損なわずに座標変換を実現できる効果がある。

図１２は、本発明の第１および第２の実施形態に共通する標定点座標信頼性評価ステップｓ３の処理フローを示す図であり、図１３はそのフローにおける標定点、三角領域および地図に記載された図形の関係を表す図である。点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１は、それぞれ５個の標定点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの第１座標系における座標値を表し、点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２は、これら標定点の第２座標系における座標値を表す。また、点Ｌ１、Ｍ１、Ｎ１、Ｐ１、Ｑ１、Ｒ１は、それぞれ地図上の任意の点３４０の第１座標系における座標値を表し、点Ｌ２、Ｍ２、Ｎ２、Ｐ２、Ｑ２、Ｒ２は、これら地図上の点の第２座標系における座標値を表す。評価部１２３は、まず、初期化処理として、全標定点の評価値１５１をゼロとする（ステップｓ３０１）。次に、第１座標系地図記憶部１０１に記載されている各点３４０についてのループを開始し（ステップｓ３０２）、さらに、現在着目している点を頂点とする各々の角についてのループを開始する（ステップｓ３０３）。ここで角とは、地物を表現する線分のうち、着目している点を始終点とする線分どうしがなす角のことである。図２３（ａ）の例では、点Ｐは家屋の壁などの地物を表す折れ線ＬＰＭの屈曲点であり、点Ｐを始終点とする線分３８０は２本なので、点Ｐを頂点とする角３７０はΘ１、Θ２の２個である。また図２３（ｂ）の例では、点Ｐは水道管などを表す折れ線ＬＰＭおよび線分ＰＮの分岐点であるので、点Ｐを始終点とする線分３８０は３本なので、点Ｐを頂点とする角３７０はΘ１、Θ２、Θ３の３個である。ステップｓ３０３で開始したループ内で、評価部１２３は、その角の第１座標系地図３０１における角度３７１および第２座標系地図３０２における角度３７２の差を算出し（ステップｓ３０４）、その角度差と閾値との大小関係を判定する（ステップｓ３０５）。この閾値は、予め設定ファイルや操作者の操作により入力されたものであり、これにより地図上の点は図１３（ｃ）に示すように角度差が閾値以内の点３４６と、角度差が閾値を越えることがある点３４７に分類される。例えば図１３（ａ）に示す第１座標系地図３０１における角Ｐ１Ｎ１Ｑ１と、図１３（ｂ）に示す第２座標系地図３０２における角Ｐ２Ｎ２Ｑ２との差が閾値以内である場合は、点Ｎは角度差が閾値以内の点３４６に分類され、角Ｍ１Ｒ１Ｌ１と角Ｍ２Ｒ２Ｌ２との差が閾値を超える場合は、点Ｒは角度差が閾値を越える点３４７に分類される。

ステップｓ３０５で角度差が閾値を越える場合は、地物が座標変換の過程で過剰に変形したとみなすことができる。変形の原因となる点は、現在着目している角を定義する３個の点だけであるので、その３点を含む１個あるいは隣接する２個の三角領域に対応する変換パラメータのみに依存する。したがって、上記の過剰な変形の原因が標定点の座標値の精度の低さであると仮定すると、上記の２個以内の三角領域を定義する３個乃至５個の標定点のみを、精度の低い標定点の候補として絞り込むことができる。上記の精度の低い標定点の候補を求めるために、評価部１２３は、現在着目している点３４７を内部に含む三角領域を三角領域リスト１３２から検索し（ステップｓ３０６）、この三角領域の頂点に一致する３個の標定点の評価値１５１を１減少させる（ステップｓ３０７）。例えば上記点Ｒは、角ＭＲＮに着目した場合に角度差が閾値を越える点３４７に分類されるので、この角度に関与する点Ｍ、点Ｒ、点Ｌを含む三角領域ＡＢＣがステップｓ３０６において検索され、この三角領域を定義する点Ａ、Ｂ、Ｃの評価値１５１が、それぞれ１ずつ減ぜられる。この後、評価部１２３は、ステップｓ３０３で開始したループを終了し（ステップｓ３０８）、ステップｓ３０２で開始したループを終了する（ステップｓ３０９）。以上の一連の処理により、閾値を超える角度差で変形した図形が検出され、それの座標変換に関与した標定点が列挙されるとともに、それら標定点の座標値の信頼性を示す評価値１５１が算出される。算出された評価値１５１を表示および出力部１０５に提示すれば、操作者はこの評価値１５１を基に標定点の再測量の必要性等を判断でき、より精度の高い結果を得ることができる。

以上、図４に示す地図座標変換手順の詳細について説明したが、以下に、第３および第４の実施形態として、既に地図座標変換が１回以上実施された状態で、さらに新たな標定点情報が追加入力された場合に用いるための地図座標再変換手順の詳細について説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の第３および第４の実施形態における地図座標再変換手順の例を示すフローチャートである。地図座標再変換は、要更新三角領域決定ステップｓ４、三角領域再分割ステップｓ５、上記の局所データ座標変換ステップｓ２１あるいはｓ２２、上記の標定点座標信頼性評価ステップｓ３により構成される。ステップｓ１、ｓ２１、ｓ２２、ｓ３はすでに詳細を記した。以下に、第３および第４の実施形態において特徴となる各ステップの詳細を記す。

図１４は、要更新三角領域決定ステップｓ４の処理フローを示す図であり、図１５はそのフローにおける標定点および三角領域の関係を表す図である。まず、操作者が入力部１０４から新規標定点３１４の第１座標系における座標を選択若しくは数値を入力して登録し、かつ第２座標系における座標を選択若しくは数値を入力して追加登録し、それをもとに入力情報処理部１１１が新標定点リスト１３３を生成する（ステップｓ４０１）。要更新三角領域決定部１２４は、初期化処理として、全ての三角領域の要更新フラグ１４２をクリアし（ステップｓ４０２）、全ての三角領域の再分割用標定点リスト１４３をクリアする（ステップｓ４０３）。この時点で、図１５（ａ）に示すように、既存の標定点３１３とそれら同士を結ぶ領域境界線分３２３により三角領域が定義されており、それらとは独立に新規標定点３１４が１個以上分布している。次に、要更新三角領域決定部１２４は、各新規標定点３１４についてのループを開始する（ステップｓ４０４）。ループ内では、図１５（ｂ）に示すように、ある新規標定点３１４を含む三角領域３３５を三角領域リスト１３２から検索し（ステップｓ４０５）、その三角領域を以後の処理で要更新三角領域として扱うために、この三角領域の要更新フラグ１４２をセットする（ステップｓ４０６）。また、この三角領域の再分割用標定点リスト１４３に、現在着目している新規標定点３１４を追加する（ステップｓ４０７）。その後、ステップｓ４０４で開始したループを終了する（ステップｓ４０８）。以上の一連の処理により、既存の第２座標系地図のうち更新が必要な三角領域３３５の列挙と、それらをさらに小さい三角領域に分割するための標定点の列挙が完了する。

図１６は、三角領域再分割ステップｓ５の処理フローを示す図であり、図１７はそのフローにおける標定点および三角領域の関係を表す図である。まず、三角領域再分割部１２５は、初期化処理として、新三角領域リスト１３４をクリアする（ステップｓ５０１）。この時点で、図１７（ａ）に示すように、既存の標定点３１３とそれら同士を結ぶ領域境界線分３２３により三角領域が定義されており、全ての三角領域が三角領域リスト１３２に列挙されている。これら三角領域のうち要更新三角領域３３５の内部にのみ新規標定点３１４が分布している。次に、三角領域再分割部１２５は、三角領域リスト１３２内の三角領域一つ一つについてのループを開始する（ステップｓ５０２）。ループ内では現在着目している三角領域の要更新フラグ１４２が判定され（ステップｓ５０３）、セットされていない場合は以後のループ内処理がスキップされる。要更新フラグ１４２がセットされている場合は、三角領域再分割部１２５は、現在着目している三角領域を三角領域リスト１３２から削除し（ステップｓ５０４）、再分割用標定点リスト１４３に記憶されている標定点を用いて現在着目している三角領域を再分割する（ステップｓ５０５）。ここでも、上記のステップｓ１０２と同様に、例えばドローネ三角形分割アルゴリズムを用いることで自動的に領域分割を実行することができる。次に、三角領域再分割部１２５は、分割結果の全三角領域を新三角領域リスト１３４に追加し（ステップｓ５０６）、分割結果の全三角領域の要更新フラグ１４２をセットし（ステップｓ５０７）、これら分割結果の全三角領域の変換パラメータ１４１を数７〜１３の要領で算出する（ステップｓ５０８）。その後、ステップｓ５０２で開始したループを終了する（ステップｓ５０９）。最後に、新三角領域リスト１３４内の全三角領域を三角領域リスト１３２に追加する。以上の一連の処理により、新規標定点の情報を反映した形で三角領域の再定義と三角領域毎の変換パラメータの更新が完了する。

以上、図５に示す地図座標再変換フローの詳細について説明したが、上記ドローネ三角形分割アルゴリズムは、標定点個数が増加すると、一般に計算コストがその２乗程度に比例する。よって、既存標定点と新規標定点を合わせた全ての標定点を用いて三角領域分割をやり直す方法に比べ、図１６に示す新たに得られた標定点に関係のある領域についてのみ再計算を行うアルゴリズムは、計算コストを大幅に低減させることができる。ただし、本発明において三角領域分割アルゴリズムはドローネ三角形分割アルゴリズムである必要は無く、変換対象領域を、標定点のみを頂点とする三角領域に重複なく分割する技術であれば適用可能である。

図１８は、本発明の一実施形態におけるユーザーインターフェース画面の例を示す図である。ユーザーインターフェース５００は、操作者に次の操作を促すためのメッセージ表示部５０１、地図表示部５０２、チェックボックスの切り替えなどにより道路、家屋、ガス管などの表示および非表示を指示するための表示対象選択部５０３、ラジオボタンの切り替えなどにより表示に用いるべき座標系を指示するための表示座標系選択部５０４、マウスポインタ５０５、上記マウスポインタ５０５が地図上で指し示している位置の座標値を数値で表示する現在位置表示部５０６、地図の縮尺を表示するスケール表示部５４０、地図の表示縮尺の変更を指示するための拡大・縮小ボタン５４１、地図の表示範囲を表示する広域地図表示部５５０ならびに地図表示範囲カーソル５５１、地図の表示範囲の変更を指示するためのスクロールボタン５５２、各種の指示を与えるためのボタンを備え、マウスやキーボードなどの入力部１０４と連携して操作者による各種操作を実現する。

操作者はまず、標定点入力作業を開始するために、標定点入力ボタン５１１をマウスクリックなどで選択する。メッセージ表示部５０１には、第１座標系における標定点を入力するよう案内文が表示され、操作者は地図表示部５０２に表示された第１座標系地図の上でマウスクリックにより標定点位置を指定する。この際に、表示対象選択部５０３、拡大・縮小ボタン５４１、スクロールボタン５５２を用いることで、操作者は広大な地図のうちの適切な部分を地図表示部５０２に選択的に表示することができ、また、マウスポインタの５０５現在位置に対応する座標値が、現在位置表示部５０６に数値としてリアルタイムに表示され、操作者は標定点の座標を数値で確認することもできる。

第１座標系における標定点入力が完了すると、地図表示部５０２上の標定点位置には、図１９に示すような第１座標系標定点シンボル６１１が追加表示され、メッセージ表示部５０１には、第２座標系における標定点を入力するよう案内文が表示される。次に、操作者は第２座標系における標定点座標を入力する。

以上、上記標定点座標入力方法として、地図表示部５０２上でマウスクリックにより標定点位置を指定する例を説明したが、例えば図２２に示す座標入力インターフェース７００により数値として入力しても良い。座標入力インターフェース７００は座標入力部７０１をｘおよびｙ座標に関して備え、操作者はキー入力などにより数値を入力でき、入力完了ボタン７０２を選択することにより入力を完了する。

第２座標系における標定点入力が完了すると、地図表示部５０２上の標定点位置には、図１９に示すような第２座標系標定点シンボル６１２が追加表示され、メッセージ表示部５０１には、第１座標系における次の標定点を入力するよう案内文が表示される。

操作者が上記標定点入力作業を繰り返すことで、複数の標定点の、第１座標系により表現された座標と第２座標系により表現された座標を、順次入力することができる。

最後の標定点の入力作業が完了した時点で、操作者が三角領域分割ボタン５１２を選択すると、第２座標系地図がまだ生成されていない場合には図４に示す地図座標変換手順が開始され、すでに第２座標系地図が生成されている場合には図５に示す地図座標再変換手順が開始され、その結果、図６に示す三角領域分割手順が実行され、あるいは図１４に示す要更新三角領域決定手順と図１６に示す三角領域再分割手順が実行される。生成された三角領域は、図２０に示すように三角領域境界線シンボル６２１として地図表示部５０２上に追加表示される。なお、ユーザーの嗜好に合わせて、上記三角領域境界線シンボル６２１を表示することなく変換処理を行うようにするものでも良い。

一方、図２０の様に表示を行うことで、操作者による三角領域の変更作業を行うことができる。この場合、例えば操作者はマウスにより三角領域境界線シンボル６２１の始終点を選択した後、他の第１座標系標定点シンボル６１１を選択することで変更操作を実現する。また、特定のキー入力などにより、三角領域境界線を追加あるいは削除する機能も備えるとともに、四角形以上の小領域が存在するなどの不正な三角領域境界線が定義されている場合にその旨をメッセージ表示部５０１に表示する機能も備える。

三角領域分割が完了した時点で、操作者は座標変換実行ボタン５１３を選択すると、図８あるいは図１０に示す座標変換手順と図１２に示す標定点座標信頼性評価手順が実行され、図２１に示すように、地図表示部５０２に第２座標系地図が表示される。また、各標定点の評価値を示す評価値シンボル６３０と第２座標系における三角領域境界線分を示すシンボル６２２も、地図表示部５０２に追加表示される。操作者は、表示対象選択部５０３を用いることで表示対象の組み合わせを変更でき、表示座標系選択部５０４を用いることで、表示される地図の座標系を選択できる。

最後に、操作者が終了ボタン５１４を選択することで、一連の地図座標変換手順が終了する。

以上、ユーザーインターフェースとして、標定点および三角領域分割線分をマウスにより入力する例を説明したが、この他にも、標定点座標や標定点と三角領域分割線分との対応関係を表す情報を数値として記述したデータファイルを読み込む方法としても良い。また、標定点座標信頼性評価の結果である評価値を、標定点位置を特定する情報と対応付けて記述したデータファイルとして出力しても良い。

本発明の一実施形態における座標変換装置の構成例を示す図である。 従来技術の座標変換方法の概念の例を示す図である。 本発明の座標変換方法の概念を示す図である。 本発明の一実施形態における地図座標変換手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における地図座標再変換手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における三角領域分割手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における三角領域分割の概念を示す図である。 本発明の一実施形態における頂点追加を伴わない局所データ座標変換手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における頂点追加を伴わない局所データ座標変換の概念を示す図である。 本発明の一実施形態における頂点追加を伴う局所データ座標変換手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における頂点追加を伴う局所データ座標変換の概念を示す図である。 本発明の一実施形態における標定点座標信頼性評価手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における標定点座標信頼性評価の概念を示す図である。 本発明の一実施形態における要更新三角領域決定手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における要更新三角領域決定の概念を示す図である。 本発明の一実施形態における三角領域再分割手順の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における三角領域再分割の概念を示す図である。 本発明の一実施形態におけるユーザーインターフェース画面の例を示す図である。 本発明の一実施形態における標定点入力画面の例を示す図である。 本発明の一実施形態における三角領域再分割結果表示画面の例を示す図である。 本発明の一実施形態における地図座標変換結果および評価値表示画面を示す図である。 本発明の一実施形態における座標入力インターフェース画面の例を示す図である。 本発明の一実施形態における標定点座標信頼性評価の概念を示す図である。

符号の説明

１００…情報処理部
１０１…第１座標系地図データ記憶部
１０２…第２座標系地図データ記憶部
１０３…標定点・三角領域データ記憶部
１０４…入力部
１０５…表示および出力部
１１１…入力情報処理部
１１２…地図座標変換部
１１３…評価情報処理部
１１４…出力情報処理部
１２１…三角領域分割部
１２２…局所データ座標変換部
１２３…評価部
１２４…要更新三角領域決定部
１２５…三角領域再分割部
１３１…標定点リスト
１３２…三角領域リスト
１３３…新標定点リスト
１３４…新三角領域リスト
１４１…変換パラメータ
１４２…要更新フラグ
１４３…再分割用標定点リスト
１５１…評価値
２０１…第１座標系地図
２０２…第２座標系地図
２１０…標定点
２４０…地図上の任意の点
３００…変換対象領域
３０１…第１座標系地図
３０２…第２座標系地図
３１０…標定点
３１１…標定点の第１座標系による表現
３１２…標定点の第２座標系による表現
３１３…既存標定点
３１４…新規標定点
３１６…評価値が減ぜられない標定点
３１７…評価値が減ぜられる標定点
３２０…領域境界線分
３２３…既存の領域境界線分
３２４…新たな領域境界線分
３３０…三角領域
３３１…三角領域の第１座標系による表現
３３２…三角領域の第２座標系による表現
３３５…要更新三角領域
３４０…地図上の任意の点
３４３…地図上の既存の点
３４４…追加された新たな点
３４６…角度差が閾値以内の点
３４７…角度差が閾値を超える点
３５０…家屋の壁を表す線分
３６０…道路境界を表す線分
３７０…線分どうしがなす角度
３７１…第１座標系における角度
３７２…第２座標系における角度
３８０…地物を表す線分
５００…ユーザーインターフェース
５０１…メッセージ表示部
５０２…地図表示部
５０３…表示対象選択部
５０４…表示座標系選択部
５０５…マウスポインタ
５０６…現在位置表示部
５１１…標定点入力ボタン
５１２…三角領域分割ボタン
５１３…座標変換実行ボタン
５１４…終了ボタン
５４０…スケール表示部
５４１…拡大・縮小ボタン
５５０…広域地図表示部
５５１…地図表示範囲カーソル
５５２…スクロールボタン
６１１…第１座標系標定点シンボル
６１２…第２座標系標定点シンボル
６２１…第１座標系三角領域境界線シンボル
６２２…第２座標系三角領域境界線シンボル
６３０…評価値シンボル
７００…座標入力インターフェース
７０１…座標入力部
７０２…入力完了ボタン。

Claims (9)

1. 変換対象の地図を複数の互いに重複しない三角領域に分割し、
   上記三角領域毎に変換パラメータを算出し、
   上記三角領域毎に上記変換パラメータを用いて該三角領域内の点の座標変換を行い、
   上記座標変換された上記地図を表示手段に表示させることを特徴とする１の座標系に基づく地図を他の座標系に変換する変換方法をコンピュータに実行させるプログラム。
2. 上記座標変換はアフィン変換であることを特徴とする請求項１記載のプログラム。
3. 入力手段を介して標定点の入力を受けるステップをさらに有し、
   上記三角領域への分割は上記標定点を該三角領域の頂点となるように行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のプログラム。
4. 上記分割後に新たに標定点の入力が行われた場合に、
   上記新たな標定点を含む上記三角領域の再分割を行うことを特徴とする請求項３記載のプログラム。
5. 複数の上記三角領域にまたがる線分が上記地図中に存在する場合に、
   上記線分と三角領域の辺との交点に新たな点を追加し、
   上記座標変換は該新たな点についても行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のプログラム。
6. 上記三角領域内の点および上記新たな点について上記座標変換を行った後、該点を始終点とする線分どうしのなす角の変化量と、閾値との大小関係により、上記三角領域の各頂点に一致する上記標定点の座標値の信頼性を判定し、判定結果を表示手段に表示させることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のプログラム。
7. １の座標系に基づく地図を記録する記録部と、制御部及び表示部とを有し、
   前記制御部は、
   前記１の座標系に基づく地図を前記表示部に表示し、
   該地図を複数の互いに重複しない三角領域に分割し、
   上記三角領域毎に変換パラメータを算出し、
   上記三角領域毎に上記変換パラメータを用いて該三角領域内の点の座標変換を行い、
   上記座標変換された上記地図を前記表示部に表示することを特徴とする１の座標系に基づく地図を他の座標系に変換する地図座標変換装置。
8. 入力部をさらに有し、該入力部を介して標定点の上記１の座標系及び上記他の座標系における座標値の入力を受け、
   前記三角領域の分割は前記標定点の座標を頂点として行うことを特徴とする請求項７記載の地図座標変換装置。
9. 前記分割された三角領域を前記表示される地図上で明示し、
   前記入力部を介して該領域の修正を受けつけることを特徴とする請求項８記載の地図座標変換装置。
   

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