JP2008009855A - ３次元写真測量による施設計画システム - Google Patents

Abstract

【課題】盛り土や切り土等の数量把握や擁壁の必要性などを考慮する現地測量の初期段階から、建築物の設計・施工に至るまでトータルな計画を容易且つ合理的に行うことができる３次元写真測量による施設計画システムを提供する。
【解決手段】測量手段により、左右に固定された２台のデジタルカメラからなる３次元測量装置１０で新規店舗Ｐの敷地周辺を写真測量する。測量データ加工手段により、３次元測量装置１０の３次元測定データを土木専用の３次元キャド２０に取り込んで候補地に適応した基礎工事設計を行う。施設設計手段により、測量データ加工手段の基礎工事設計モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込み、該基礎工事設計モデル上に配置する新規店舗Ｐの設計、施工データを３次元キャド３０上で合成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラを利用した３次元写真測量に基づいて、現地確認から施設の設計に関するシミュレーションを効率的に行うことが可能な３次元写真測量による施設計画システムに関する。

従来、測量技術で３次元モデルを作成する場合、目的の敷地や周辺を測量することで敷地等の平面データを数値化し、その後、高さ方向の数値を補足することで３次元モデルを作成する手段がとられていた。

一方、特許文献１に、デジタルカメラを用いた３次元測量装置が記載されている。この装置によると、デジタルカメラに備えられた光学系レンズの焦点距離に基づく光軸と、ＣＣＤ画像センサーに基づく光軸との交点を内部標定要素の主点とし、一方、デジタルカメラを左右に２台固定して、各カメラの投影中心及び姿勢角度に基づいて一義的に決定する外部標定要素を設定し、これらの内部標定要素と外部標定要素とにより、簡易かつ効率的に３次元測量を実施するものである。
特開２００５−１７２６２号公報

前述の如く、平面データから３次元モデルを作成する手段によると、３次元モデルを作成するまでに多くの時間を要するものであった。しかも、敷地等の測量データを基にしているので、この測量ができない状況では３次元モデルの作成は不可能になる。

一方、特許文献１に記載されている３次元測量装置によると、２台のデジタルカメラを固定して使用することで、敷地等の測量データを用いない写真測量が実施可能になっている。そのため、このような３次元測量装置を使用して３次元モデル化したデータを施設計画の各種業務に利用するシステムを開発し、建築生産工程を効率化することが望まれている。

そこで、本発明は上述の課題を解消すべく創出されたもので、３次元測量装置を利用して得られたデータを各種の３次元キャドで利用することで、施設関連の各種サービスを効率化できることに着目し、例えば、盛り土や切り土等の数量把握や擁壁の必要性などを考慮する現地測量の初期段階から、建築物の設計・施工に至るまでトータルな施設計画を容易且つ合理的に行うことができる３次元写真測量による施設計画システムの提供を目的とするものである。

本発明の第１の手段は、左右に固定された２台のデジタルカメラからなる３次元測量装置１０で敷地周辺を写真測量する測量手段１００と、該３次元測量装置１０の３次元測定データを土木専用の３次元キャド２０に取り込んで加工する測量データ加工手段２００と、該測量データ加工手段２００の加工データを建築専用の３次元キャド３０に取り込み、該加工データ上に配置する施設の設計、施工データを３次元キャド３０上で合成する施設設計手段３００とを有し、現地測量から完成時の施設までを３次元モデルでシミュレーションすることにある。

第２の手段の測量手段１００は、前記３次元測量装置１０で新規店舗Ｐの候補地を写真測量する手段とし、前記測量データ加工手段２００は、前記土木専用の３次元キャド２０に取り込んだ３次元測定データから候補地に適応した基礎工事設計を３次元キャド２０上で設計する手段とし、前記施設設計手段３００は、測量データ加工手段２００の基礎工事設計モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込んで基礎工事設計モデル上に配置する新規店舗Ｐの設計・施工データを３次元キャド３０上で合成する手段とする。

第３の手段の測量手段１００は、前記３次元測量装置１０で広告看板Ｑの候補地を移動しながら測量する手段とし、前記測量データ加工手段２００は、前記土木専用の３次元キャド２０に取り込んだ各方角からの測量データに基づき、各方角から見える候補地を３次元モデルでシミュレーションする手段とし、前記施設設計手段３００は、候補地の３次元モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込んで候補地上に設置する広告看板Ｑの設計及び施工データを３次元キャド３０上で合成する手段とするものである。

第４の手段の測量手段１００は、前記３次元測量装置１０で災害現場を測量する手段とし、前記測量データ加工手段２００は、前記土木専用の３次元キャド２０に取り込んだ測量データから災害現場における被害状況を３次元モデルでシミュレーションする手段とし、前記施設設計手段３００は、災害現場の被害状況データを建築専用の３次元キャド３０に取り込んで、災害現場の復旧施設の設計及び施工を３次元キャド３０上でシミュレーションすることを課題解消のための手段とする。

本発明の請求項１の如く、３次元測量装置１０で敷地周辺を測量する測量手段１００と、該３次元測量装置１０の３次元測定データを土木専用の３次元キャド２０に取り込んで加工する測量データ加工手段２００と、該測量データ加工手段２００の加工データ上に配置する施設の設計、施工データを３次元キャド３０上で合成する施設設計手段３００とにより、現地測量の初期段階から、建築物の設計・施工に至るまで３次元モデルを使用したトータルな計画が可能になった。この結果、計画から施工に至るまでの時間を著しく短縮することができ、しかも、設計や施工について十分な知識のない経営者等でも、自らのイメージを設計に反映させることが容易である。

請求項２によると、例えばコンビニエンスストアー等の新規店舗Ｐの候補地となる現地測量から、候補地に適した新規店舗Ｐの設計、施工までをトータルで行うことが可能になる。この結果、例えば傾斜地や段差のある敷地等でも、計画の初期段階から、盛り土や切り土等の数量把握や擁壁の必要性、あるいはその積算値などを把握することが可能になり、更には、その土地に適合した建築物の設計など、新規店舗Ｐの建設に必要な全ての条件やコストを事前に把握できるので、極めて効率の良い計画が可能になる。

請求項３では、広告看板Ｑの候補地を移動しながら測量する測量手段１００や、各方角からの測量データに基づき、各方角から見える候補地を３次元モデルでシミュレーションする測量データ加工手段２００、及び候補地上に設置する広告看板Ｑの設計及び施工データを３次元キャド３０上で合成する施設設計手段３００によって、各方角から広告看板Ｑの見え方をシミュレーションできるので、最も宣伝効果の高い広告看板Ｑを設計、施工することが可能になる。

請求項４によると、３次元測量装置１０で災害現場を測量する測量手段１００により、実際には立ち入れない危険地帯などのように従来の測量が不可能な状況においても、例えば崩壊した土砂の量を算出し、復旧に必要な機材や工事日数を早急に把握することができる。

このように、本発明によると、３次元測量装置を利用して得られたデータを各種の３次元キャドで利用し、現地測量の初期段階から、建築物の設計・施工に至るまでトータルな計画を容易且つ合理的に行うことが可能になるものである。

本発明の最良の形態は、左右に固定された２台のデジタルカメラからなる３次元測量装置１０で新規店舗Ｐの敷地周辺を写真測量する測量手段１００と、該３次元測量装置１０の３次元測定データを土木専用の３次元キャド２０に取り込んで候補地に適応した基礎工事設計を行う測量データ加工手段２００と、該測量データ加工手段２００の基礎工事設計モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込み、該基礎工事設計モデル上に配置する新規店舗Ｐの設計、施工データを３次元キャド３０上で合成する施設設計手段３００とを有し、現地測量から完成時の施設までを３次元モデルでシミュレーションすることで、当初の目的を達成するものである。

本発明システムは、測量手段１００、測量データ加工手段２００、施設設計手段３００により、施設計画の各種シミュレーションを行う施設計画システムである（図３参照）。

測量手段１００は、３次元測量装置１０で敷地周辺を測量する手段である。この３次元測量装置１０は、左右に固定された２台のデジタルカメラ１からなる装置である。デジタルカメラ１は、内部標定要素と外部標定要素とが既知であるデジタルカメラ１を使用する。

すなわち、３次元測量装置１０は、焦点距離、主点等の内部標定要素が予め分かっている２台以上のデジタルカメラ１と、このデジタルカメラ１を固定する固定装置２と、各デジタルカメラ１のシャッターを同期させて撮影した画像から立体画像を形成する処理装置３とからなる（図２参照）。この処理装置３で形成された立体画像は、３次元測定データとして表示装置４に表示され、あるいは、後述する３次元キャド２０、３０に取り込まれる。

３次元測量装置１０の立体画像は、左右のデジタルカメラ１で撮影した画像データによって構成されるステレオ画像データと、左右のデジタルカメラ１の位置関係から決定されるカメラの投影中心、姿勢角度等の外部標定要素と、各デジタルカメラ１の光学系レンズとＣＣＤの画像センサーとの光軸が交わる交点を主点とする内部標定要素とに基づいて、目標物の３次元座標を求める画像解析手段に基づいて形成される。この画像解析手段は、更に、３次元座標を使用して目標物の長さ、幅、高さ等の空間幾何パラメータを求め、この空間幾何パラメータにより目標物の３次元画像を表示装置４上に表示するものである。

測量データ加工手段２００は、３次元測量装置１０の３次元測定データを土木専用の３次元キャド２０に取り込んで行う作業となる（図１参照）。この３次元キャド２０には、例えばAutodesc社のCivil 3D等の如き、３次元土木設計ソリューションを共通プラットフォームとして実行する３次元キャド２０を用いるものである。そして、３次元測量装置１０により得られた目標物（図４参照）の３次元画像を、この３次元キャド２０に取り込んで加工し、例えば、建築基礎工事における土地造成、配置・外溝計画等を３次元空間でシミュレーションするものである（図５参照）。

施設設計手段３００は、前記土木専用の３次元キャド２０で使用した３次元モデルを、今度は建築専用の３次元キャド３０に取り込んで行う作業である（図１参照）。すなわち、この３次元キャド３０に取り込んだ建築基礎工事における土地造成、配置・外溝計画等の加工データ上に、３次元キャド３０によって設計した建築物（図６参照）を重ね合わせ、３次元モデルでシミュレーションするものである（図７参照）。こうすることで、現地測量から完成時の施設までを３次元モデルでシミュレーションすることを可能にしている。

本発明システムは、前記３次元測量装置１０や、これらの各手段を用いることで、例えばコンビニエンスストアーの新規店舗Ｐ計画や、広告看板Ｑの立設計画、あるいは災害現場における復旧作業計画を立案するのに用いるものである。次に、本発明システムを、これらの具体的な計画に基づいて説明する。

第１に、コンビニエンスストアーの新規店舗Ｐ計画では、３次元測量装置１０で新規店舗Ｐの候補地（図４参照）を写真測量する（測量手段１００）。新規店舗Ｐの候補地には、例えば傾斜地や段差のある敷地等も含まれる。その場合、計画の初期段階から、盛り土や切り土等の数量把握や擁壁の必要性が検討されるものとなる。そのため、測量手段１００では、新規店舗Ｐの候補地を含めた周辺の写真測量が必要になる。

次に、３次元測量装置１０の３次元測定データを土木専用の３次元キャド２０に取り込んで行う作業では、３次元キャド２０に取り込んだ現地測量３次元モデルから候補地に適応した基礎工事設計を３次元空間でシミュレーションするものである（測量データ加工手段２００）。この基礎工事設計では、現地測量３次元モデルに加工を施して、基礎工事した状態を３次元で表示するので、候補地に他の建築物が立っている場合や候補地が全く整地されていない土地であっても、一目で敷地の基礎工事状態を確認することができる（図５参照）。

更に、測量データ加工手段２００の基礎工事設計モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込み、この基礎工事設計モデル上に配置する新規店舗Ｐの設計・施工データ（図６参照）を３次元キャド３０上で合成する。これらを合成することにより、新規店舗Ｐの設計、施工を極めて現実的にシミュレーションすることが可能になる（施設設計手段３００）。この結果、完成した新規店舗Ｐや周辺の環境や施設までが立体的に表示されるものである（図７参照）。

第２に、広告看板Ｑの立設計画では、３次元測量装置１０で広告看板Ｑの候補地を移動しながら写真測量する（測量手段１００）。移動しながら写真測量する場合、例えば、広告看板Ｑの候補地に近接する道路を車両で移動しながら写真測量することで、この道路の各地点から見える候補地の様子を測量データとして扱うことができる。そして、土木専用の３次元キャド２０に取り込んだ各方角からの測量データに基づき、各方角から見える候補地を３次元モデルでシミュレーションする（測量データ加工手段２００）。道路の各地点から見える候補地の様子は、この３次元キャド２０上でシミュレーションすることが可能になる。更に、候補地の３次元モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込んで、候補地上に設置する広告看板Ｑの設計及び施工データを３次元キャド３０上で合成しシミュレーションするものである（施設設計手段３００）。こうすることで、候補地に立設した広告看板Ｑの様子が、道路の各地点から立体的に確認することが可能になるものである（図８（イ）乃至（ハ）参照）。

災害現場における復旧作業計画は、３次元測量装置１０で災害現場を写真測量する（測量手段１００）。そして、土木専用の３次元キャド２０に取り込んだ測量データにより、災害現場の被害状況を確認する（測量データ加工手段２００）。このとき、崩落した土砂の量や現状を把握することで、今後の復旧の見通しをつけることも可能になる。更に、測量データ加工手段２００の３次元モデルを建築専用の３次元キャド３０に取り込んで、災害現場の復旧工事、建築物の復旧設計及び施工をコストシミュレーションするものである（施設設計手段３００）。

尚、本発明システムは、新規店舗Ｐ計画や、広告看板Ｑの立設計画、あるいは災害現場における復旧作業計画に基づいて説明しているが、これらの計画等に限定されるものではなく、本発明システムを利用可能なあらゆる施設の計画等に使用することができるものである。

本発明システムの一実施例を示す概略図。 本発明の３次元測量装置を示す概略図。 本発明システムの処理手順を示すブロック図。 本発明の測量手段で写真測量を行う敷地周辺の様子を示す図。 本発明の測量データ加工手段の加工データの一例を示す図。 本発明の建築専用の３次元キャドで設計した施設の一例を示す図。 本発明の施設設計手段にて、施工データを合成した一例を示す図。 本発明の施設設計手段にて、施工データを合成した他の例を示し、（イ）は地点Ａから見た図、（ロ）は地点Ｂから見た図、（ハ）は地点Ｃから見た図。

符号の説明

Ｐ 新規店舗
Ｑ 広告看板
１ デジタルカメラ
２ 固定装置
３ 処理装置
４ 表示装置
１０ ３次元測量装置
２０ 土木専用の３次元キャド
３０ 建築専用の３次元キャド
１００ 測量手段
２００ 測量データ加工手段
３００ 施設設計手段

Claims (4)

1. 左右に固定された２台のデジタルカメラからなる３次元測量装置で敷地周辺を写真測量する測量手段と、該３次元測量装置の３次元測定データを土木専用の３次元キャドに取り込んで加工する測量データ加工手段と、該測量データ加工手段の加工データを建築専用の３次元キャドに取り込み、該加工データ上に配置する施設の設計、施工データを３次元キャド上で合成する施設設計手段とを有し、現地測量から完成時の施設までを３次元モデルでシミュレーションすることを特徴とする３次元写真測量による施設計画システム。
2. 前記測量手段は、前記３次元測量装置で新規店舗の候補地を写真測量する手段とし、前記測量データ加工手段は、前記土木専用の３次元キャドに取り込んだ３次元測定データから候補地に適応した基礎工事設計を３次元キャド上で設計する手段とし、前記施設設計手段は、測量データ加工手段の基礎工事設計モデルを建築専用の３次元キャドに取り込んで基礎工事設計モデル上に配置する新規店舗の設計・施工データを３次元キャド上で合成する手段とする請求項１記載の３次元写真測量による施設計画システム。
3. 前記測量手段は、前記３次元測量装置で広告看板の候補地を移動しながら測量する手段とし、前記測量データ加工手段は、前記土木専用の３次元キャドに取り込んだ各方角からの測量データに基づき、各方角から見える候補地を３次元モデルでシミュレーションする手段とし、前記施設設計手段は、候補地の３次元モデルを建築専用の３次元キャドに取り込んで候補地上に設置する広告看板の設計及び施工データを３次元キャド上で合成する手段とする請求項１記載の３次元写真測量による施設計画システム。
4. 前記測量手段は、前記３次元測量装置で災害現場を測量する手段とし、前記測量データ加工手段は、前記土木専用の３次元キャドに取り込んだ測量データから災害現場における被害状況を３次元モデルでシミュレーションする手段とし、前記施設設計手段は、災害現場の被害状況データを建築専用の３次元キャドに取り込んで、災害現場の復旧施設の設計及び施工を３次元キャド上でシミュレーションする手段とする請求項１記載の３次元写真測量による施設計画システム。
   

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