JP2013205130A - 路面形状データの生成方法、路面形状データ生成装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】道路の路面形状を精度良く再現した路面形状データを生成する技術を提供する。
【解決手段】道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データの生成方法であって、道路の延伸方向と幅方向とに亘る路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、各地点に対応する座標点を路面点として取得する路面点取得工程と、道路の延伸方向に交差する平面であって延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、路面点に基づいて近似線を生成する近似線生成工程と、互いに異なる交差面上に生成された近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する補間面生成工程と、生成した補間面を用いて路面形状データを生成する路面形状データ生成工程とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、道路の路面形状データの生成技術に関するものである。

従来、道路の路面形状を表した路面形状データを生成する技術としては、例えば下記特許文献１の技術が知られている。しかし、かかる技術は道路の延伸方向の勾配は精度良く再現されているが、道路の幅方向の勾配は精度良く再現されていないという問題があった。

特開２００９−２３６７１４号公報

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、道路の路面形状を精度良く再現した路面形状データを生成することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

［適用例１］道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データの生成方法であって、前記道路の延伸方向と幅方向とに亘る前記路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、前記各地点に対応する前記座標点を路面点として取得する路面点取得工程と、前記道路の延伸方向に交差する平面であって前記延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、前記路面点に基づいて近似線を生成する近似線生成工程と、互いに異なる前記交差面上に生成された前記近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する補間面生成工程と、前記生成した補間面を用いて前記路面形状データを生成する路面形状データ生成工程とを備える路面形状データの生成方法。この路面データの生成方法によると、道路の延伸方向に交差する交差面上に路面点に基づく近似線を生成し、生成した近似線を用いて路面形状データを生成するので、道路の幅方向の勾配を精度良く再現した路面形状データを生成することができる。

［適用例２］適用例１記載の路面形状データの生成方法であって、前記近似線生成工程は、前記近似線の生成に先立って、各交差面の間に位置する前記路面点を該路面点に隣接する一方の交差面上に投影し、該投影によって前記路面点に対応する前記交差面上の座標点を投影点として生成する投影点生成工程を備え、前記路面点に基づく近似線の生成は、前記投影点を用いた近似線の生成である路面形状データの生成方法。この路面データの生成方法によると、近似線の生成に投影点を用いるので、交差面上に位置する路面点のみを用いる場合と比較して、路面点に基づく座標点を多く用いた近似線を生成することができる。従って、交差面上に位置する路面点のみを用いて路面形状データを生成する場合と比較して、路面の形状をより多く反映した路面形状データを生成することができる。

［適用例３］適用例２記載の路面形状データの生成方法であって、前記近似線生成工程は、前記投影点の生成に先立って、前記近似線の残差から求まる該残差の代表値が所定の値より小さくなるように、配列する前記交差面の間隔を調整する交差面間隔調整工程を備える路面形状データの生成方法。この路面データの生成方法によると、道路の延伸方向の勾配を精度良く再現した路面形状データを生成することができる。残差の代表値とは、残差の平均値、最大値、中央値など、残差から定まる代表的な値を言う。

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか記載の路面形状データの生成方法であって、前記近似線生成工程は、前記生成した近似線の残差から求まる該残差の代表値が所定の値より小さくなるように、前記交差面を複数の領域に区分し、該区分した領域毎に前記近似線を生成する領域区分工程を備える路面形状データの生成方法。この路面データの生成方法によると、道路の幅方向の勾配を精度良く再現した路面形状データを生成することができる。残差の代表値とは、残差の平均値、最大値、中央値など、残差から定まる代表的な値を言う。

［適用例５］適用例１ないし適用例４に記載の路面形状データの生成方法であって、さらに、前記路面点取得工程に先立って、３次元レーザスキャナを用いて前記道路の形状を複数の座標点からなる点群データとして取得する点群データ取得工程を備え、前記路面点取得工程は、前記点群データのうち、前記道路の延伸方向および幅方向に所定の個数ずつ座標点を選択し、該選択した座標点を用いて、前記幅方向に配列する複数の近似平面を生成する近似平面取得工程と、前記生成した近似平面を用いて、前記点群データにおける前記道路の路面と路面以外の部分との境界である路面境界を検出する路面境界検出工程と、前記検出した路面境界に基づいて、前記点群データから、前記路面に対応する座標点のみを抽出し、該抽出した座標点を前記路面点とする路面点抽出工程とを備える路面形状データの生成方法。この路面データの生成方法によると、比較的簡易な処理によって３次元レーザスキャナを用いて取得した点群データから路面境界を検出し路面点を抽出することができる。

［適用例６］道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データを生成する路面形状データ生成装置であって、前記道路の延伸方向と幅方向とに亘る前記路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、前記各地点に対応する前記座標点を路面点として取得する路面点取得部と、
前記道路の延伸方向に交差する平面であって前記延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、前記路面点に基づいて近似線を生成する近似線生成部と、互いに異なる前記交差面上に生成された前記近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する補間面生成部と、前記生成した補間面に基づいて前記路面形状データを出力する出力部とを備える路面形状データ生成装置。この路面形状データ生成装置によると、道路の延伸方向に交差する交差面上に路面点に基づく近似線を生成し、生成した近似線を用いて路面形状データを生成するので、道路の幅方向の勾配を精度良く再現した路面形状データを生成することができる。

［適用例７］道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データを生成するためのコンピュータプログラムであって、前記道路の延伸方向と幅方向とに亘る前記路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、前記各地点に対応する前記座標点を路面点として取得する機能と、前記道路の延伸方向に交差する平面であって前記延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、前記路面点に基づいて近似線を生成する機能と、互いに異なる前記交差面上に生成された前記近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する機能と、前記生成した補間面に基づいて前記路面形状データを出力する機能とをコンピュータに実現させるコンピュータプログラム。このコンピュータプログラムによると、道路の延伸方向に交差する交差面上に路面点に基づく近似線を生成し、生成した近似線を用いて路面形状データを生成する機能をコンピュータに実現させるので、コンピュータは道路の幅方向の勾配を精度良く再現した路面形状データを出力することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、立体道路地図生成方法および装置、道路形状データ生成システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

路面形状データ生成装置１０の構成を示す説明図である。 測定点群データＭＳＤの一例を示す説明図である。 測定点群データＭＳＤを取得する様子を示す説明図である。 路面点群データＲＰＤの一例を示す説明図である。 路面点群データ生成処理の流れを示したフローチャートである。 路面点群データ生成処理を説明するイメージ図である。 路面形状データＲＳＤの一例を示す説明図である。 路面形状データ生成処理の流れを示したフローチャートである。 生成された投影点について説明する説明図である。 算出された各回帰直線の重心について説明する説明図である。 生成されたＴＩＮについて説明する説明図である。 投影面生成処理の流れを示したフローチャートである。 生成された回帰直線を説明する説明図である。 回帰直線生成処理の流れを示したフローチャートである。 回帰直線生成時の分割間隔を小さくする様子を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
Ａ．第１実施例：
（Ａ１）路面形状データ生成装置の構成
図１は、本発明の一実施例としての路面形状データ生成装置１０の構成を示す説明図である。路面形状データ生成装置１０は、道路の路面形状を表したデータである路面形状データを生成するための装置である。図示するように、路面形状データ生成装置１０は、ＣＰＵ２０、ハードディスク（ＨＤＤ）３０、ＲＯＭ４０、ＲＡＭ５０、入力インターフェース（入力ＩＦ）６０、出力インターフェース（出力ＩＦ）７０を備え、これらの各素子、回路はバス８０によって互いに接続されている。入力ＩＦ６０には、データ入力装置としてのキーボード６２とポインティングデバイスとしてのマウス６４とが接続されている。出力ＩＦ７０には、画像表示装置としてのディスプレイ７２が接続されている。

ＣＰＵ２０は、路面形状データ生成装置１０の全体の動作を制御する。また、ＣＰＵ２０は、ＨＤＤ３０に格納されている所定のプログラムをＲＡＭ５０に読み出して実行することにより、路面点群データ生成部２２および路面形状データ生成部２４として機能する。路面点群データ生成部２２は、ＨＤＤ３０に格納されている測定点群データＭＳＤを用いて路面点群データＲＰＤを生成する処理（路面点群データ生成処理）を行う。路面形状データ生成部２４は、路面点群データ生成部２２が生成した路面点群データＲＰＤと、ＨＤＤ３０に格納されている道路ネットワークデータＮＴＤとを用いて、路面形状データＲＳＤを生成し、ＨＤＤ３０に格納する処理（路面形状データ生成処理）を行う。以下、各処理について詳しく説明する。

（Ａ２）路面点群データ生成処理：
上述したように、路面点群データ生成処理は、ＨＤＤ３０に格納されている測定点群データＭＳＤを用いて路面点群データＲＰＤを生成する処理である。先に測定点群データＭＳＤについて説明し、その後、路面点群データ生成処理について説明する。図２は、測定点群データＭＳＤの一例を示す説明図である。測定点群データＭＳＤは、周知の３次元レーザスキャナＬＳＣによって、道路およびその周囲の地物の立体形状（以下、道路形状とも言う）を、点群のデータとして取得したデータである。測定点群データＭＳＤには、点群の一点一点に対応する位置情報（座標）が記録されており、各座標に対応する座標点を所定の座標系においてプロットすると、図２に示すような道路形状を表したイメージ図が形成される。

図３は、測定点群データＭＳＤを取得する様子を示す説明図である。測定点群データＭＳＤの取得は、道路形状の測定対象である道路に、３次元レーザスキャナＬＳＣを搭載した測定車両ＭＣを走行させることによって行う。３次元レーザスキャナＬＳＣは、１ラインずつ円弧を描くようにレーザ光を道路および周囲の地物に照射する。そして、３次元レーザスキャナＬＳＣは、所定のインターバルで反射光を受光し、レーザ照射から反射光受光までの時間（反射時間）と反射光の受光角度とに基づいて、レーザ光の照射された地点の座標を道路ネットワークデータＮＴＤと同じ座標系にて算出する。本実施例では、３次元レーザスキャナＬＳＣは、１ライン当たり１０８０回の反射光の受光を行う。即ち、１ライン当たり、１０８０箇所の道路上の地点の座標点を取得する。この一連の処理により、３次元レーザスキャナＬＳＣは、１ライン分の道路形状を、点群のデータとして取得することができる。以下、１ライン分の道路形状を点群データとして取得する処理を「１スキャン」と呼ぶ。本実施例においては、３次元レーザスキャナＬＳＣは、１秒間に１０スキャンを行う。測定車両ＭＣが所定の速度で走行中に、繰り返し複数回のスキャンを実行ことで、３次元レーザスキャナＬＳＣは測定点群データＭＳＤを取得する。ＨＤＤ３０に格納されている測定点群データＭＳＤはこのようにして取得されたデータである（図１参照）。

路面点群データ生成部２２は、上記方法によって取得された測定点群データＭＳＤを用いて路面点群データ生成処理を行う。路面点群データ生成処理は、測定点群データＭＳＤから、道路の路面に対応する点群データのみを抽出し、路面点群データＲＰＤを生成する処理である。換言すれば、路面点群データ生成処理は、測定点群データＭＳＤから、道路の縁石や側溝、周囲の地物など、路面以外の物体に相当する点群データの除去を行う処理である。図４は、路面点群データＲＰＤの一例を示す説明図である。図示するように、路面点群データＲＰＤが、図２に示した測定点群データＭＳＤから、道路の縁石や側溝、周囲の地物など、路面以外の物体に相当する点群データの除去を行った点群データであることが分かる。以下、路面点群データ生成処理の具体的な処理内容について説明する。

図５は、路面点群データ生成部２２としてＣＰＵ２０が行う路面点群データ生成処理の流れを示したフローチャートである。図６は、路面点群データ生成処理を説明するイメージ図である。図５，図６を用いて、路面点群データ生成処理の処理内容を説明する。ＣＰＵ２０は、路面点群データ生成処理を開始すると、ＨＤＤ３０に格納されている測定点群データＭＳＤを読み込む（図５：ステップＳ１２）。そして、ＣＰＵ２０は、読み込んだ測定点群データＭＳＤのうち、互いに隣接する２ライン分の点群データ（図６上部参照）を選択する（ステップＳ１４）。即ち、連続的に２回のスキャンで得られた点群データを選択する。その後、ＣＰＵ２０は、２ライン分の点群データのうち、各ラインの中心の座標点（以下、中心点とも呼ぶ）から、左側に５点ずつ座標点を選択する。即ち、２ライン分で合計１０点の座標点を選択する。各ラインの中心点は、測定車両ＭＣの延伸方向正面に相当する座標点である（図６中央参照）。

そして、ＣＰＵ２０は、選択した１０点の座標点から近似平面を生成する（ステップＳ１６）。本実施例においては、最小二乗法を用いて近似平面を生成する。近似平面生成後、ＣＰＵ２０は、その近似平面を基準平面に設定する（ステップＳ１８）。基準平面設定後、ＣＰＵ２０は、選択した２ライン上の座標点のうち、基準平面の左側に隣接する座標点５点ずつ（２ライン分で１０点）を用いて、道路の路面と路面以外の部分（縁石や側溝）との境界（以下、路面境界とも呼ぶ）を判定するための近似平面（以下、判定対象平面とも呼ぶ）を生成する（ステップＳ２０）。ＣＰＵ２０は、判定対象平面の生成後、基準平面と判定対象平面とを用いて、判定対象平面に路面境界が存在するか否かの判定処理（路面境界判定処理）を行う（ステップＳ２２）。路面境界判定処理として、ＣＰＵ２０は、基準平面と判定対象平面のそれぞれについて、平均の高さと、平均残差とを算出する。そして、ＣＰＵ２０は、基準平面と判定対象平面との間で、平均高さの差分と、平均残差の差分を算出し、各差分のいずれか一方が、予め定めた所定の閾値より大きい場合、判定対象平面を路面境界と判断する（ステップＳ３２）。

路面境界判定処理において、判定対象平面に路面境界が検出されない場合には（ステップＳ３２：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、判定対象平面として設定していた近似平面を新たな基準平面に設定し、新たに設定した基準平面の左側に隣接する２ライン上の座標点５点ずつから成る近似平面を新たな判定対象平面に設定し、路面境界が検出されるまで、ステップＳ１８〜ステップＳ３２の処理を繰り返し行う。２ラインの点群データの中心点から左側で路面境界が検出されると（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、中心点から右側の路面境界についても同様の処理によって検出をする（ステップＳ３４）。ＣＰＵ２０は、このような２ライン分の点群データを用いた路面境界の検出において、中心点から右側の路面境界が検出されない場合は（ステップＳ３４：ＮＯ）、ステップＳ１８〜ステップＳ３４の処理を繰り返し行なう。ＣＰＵ２０は、中心点から右側の路面境界を検出した場合には（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、すべてのラインについて隣接するラインとの２ラインにおける左右両端の路面境界が検出されているか否かを判定する（ステップＳ３６）。ＣＰＵ２０は、特定のラインについて路面境界が検出されていないと判定した場合には（ステップＳ３６：ＮＯ）、ＣＰＵ２０は、選択している２ラインのうち少なくとも一方の１ラインを別のラインに変更してからステップＳ１４〜ステップＳ３４の処理を繰り返し行なう。ＣＰＵ２０は、測定点群データＭＳＤに記録されている全てのラインについて路面境界を検出する処理を行う。ＣＰＵ２０は、すべてのラインについて路面境界が検出されていると判定した場合には（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ２０は、測定点群データＭＳＤのうち、路面境界と判定した近似平面を含め、路面境界より道路の外側に存在する点群データを除去することによって、道路の路面に対応する点群データのみを抽出し、路面点群データＲＰＤを生成する（ステップＳ３８）。ＣＰＵ２０は、このようにして路面点群データ生成処理を行う。

（Ａ３）路面形状データ生成処理：
次に、路面形状データ生成部２４としてＣＰＵ２０が行う路面形状データ生成処理について説明する。路面形状データ生成処理は、路面点群データＲＰＤを用いて路面形状データＲＳＤを生成する処理である。図７は、路面形状データ生成処理によって生成した路面形状データＲＳＤの一例を示す説明図である。図から分かるように、路面形状データ生成処理は、点群として路面形状を表した路面点群データＲＰＤ（図４参照）を用いて、面とし路面形状を表した路面形状データＲＳＤを生成する処理である。

図８は、路面形状データ生成処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ２０は、路面形状データ生成処理を開始すると、ＨＤＤ３０から路面形状データＲＳＤを生成する範囲の道路ネットワークデータＮＴＤ（図１参照）を読み込む（ステップＳ４２）。道路ネットワークデータＮＴＤは、ノードと、ノード間を結ぶリンクとからなるネットワーク線によって道路網を表したデータである。ネットワーク線は、道路の幅方向の中心を、道路の延伸方向に向かって伸びる線である。ノードとリンクとを用いて道路網を現した道路ネットワークデータＮＴＤについては、電子地図データ上の道路網を表す技術として一般的に知られている技術であるので、詳細な説明は省略する。

ＣＰＵ２０は、読み込んだ道路ネットワークデータＮＴＤから、ネットワーク線を抽出する（ステップＳ４４）。即ち、道路ネットワークデータＮＴＤとして記録されているノードやリンクの属性情報、交通規制情報など、道路に関する種々の情報は除去し、道路形状を反映しているネットワーク線のデータのみを抽出する。ネットワーク線を抽出すると、ＣＰＵ２０は、路面点群データ生成処理によって生成した路面点群データＲＰＤを読み込み、ネットワーク線と重畳する（ステップＳ４６）。その後、ＣＰＵ２０は、投影面生成処理を行う（ステップＳ５０）。投影面生成処理は、ネットワーク線に垂直に交わる複数の垂直平面を、ネットワーク線に沿って所定の間隔で配列させて生成する処理である。投影面生成処理によって生成した垂直平面を交差面（または投影面）とも呼ぶ。投影面生成処理については、後で詳しく説明する。

ネットワーク線に沿って所定の間隔で投影面を複数配列した後、ＣＰＵ２０は、各投影面の間に位置する路面点群データＲＰＤの座標点を、所定の方向に隣接する投影面に垂直投影し、投影面に投影された点を投影点として生成し、その座標を取得する（ステップＳ６２）。図９は、ステップＳ６２においてＣＰＵ２０が生成した投影点を説明する説明図である。図示するように、ネットワーク線ＮＴＬに垂直に交わる投影面ＳＦの間に、座標点ＲＰが存在する。ＣＰＵ２０は、座標点ＲＰを、所定の方向に隣接する投影面ＳＦに垂直投影し、投影面ＳＦ上に投影点ＳＰを生成する。当初から投影面ＳＦ上に位置する座標点ＲＰについては、ＣＰＵ２０は、座標点ＲＰと同一の投影面ＳＦ上の位置に投影点ＳＰを生成する。

投影点の生成後、ＣＰＵ２０は、各投影面ごとに、投影点を用いて複数本の回帰直線を生成する回帰直線生成処理を行う（ステップＳ７０）。回帰直線生成処理については後で詳しく説明する。回帰直線生成後、ＣＰＵ２０は、各回帰直線の重心を算出し、その座標を取得する（ステップＳ８２）。図１０は、ステップＳ８２においてＣＰＵ２０が算出した各回帰直線の重心を説明する説明図である。図示するように、投影面ＳＦ上には、ＣＰＵ２０が投影点ＳＰを用いて生成した複数の回帰直線ＴＲＬが位置している。ＣＰＵ２０は、回帰直線ＴＲＬの重心ＣＰを算出し、その座標を取得する。

回帰直線の重心を算出後、ＣＰＵ２０は、互いに隣接する投影面の重心を用いて、投影面の間にＴＩＮ（triangulated irregular network：不整三角網）を生成する（ステップＳ８４）。図１１は、ステップＳ８４においてＣＰＵ２０が生成するＴＩＮを説明する説明図である。図示するように、投影面ＳＦ上の回帰直線ＴＲＬ上に重心ＣＰが位置している。ＣＰＵ２０は、互いに隣接する投影面ＳＦの重心ＣＰを用いて投影面ＳＦの間にＴＩＮを生成する。

ＴＩＮの生成後、ＣＰＵ２０は、ＴＩＮによって定まる平面を、路面の形状を表した路面平面として生成する（ステップＳ８６）。そして、ＣＰＵ２０は、生成した路面平面の集合を路面形状データＲＳＤとして生成し、路面形状データ生成処理を終了する（ステップＳ８８）。

次に、路面形状データ生成処理（図８）のステップＳ５０において行われる投影面生成処理について説明する。投影面生成処理は、ネットワーク線に対する垂直平面を投影面として複数生成し、生成した垂直平面を互いの間隔を調整してネットワーク線に沿って配列する処理である。以下、隣接する２つの垂直平面間の間隔を平面間隔とも呼ぶ。

図１２は、投影面生成処理の流れを示したフローチャートである。ＣＰＵ２０は、投影面生成処理を開始すると、ネットワーク線と路面点群データＲＰＤとが重畳したデータ上に（図８：ステップＳ４６参照）、ネットワーク線に対する垂直平面を生成し、ネットワーク線に対して等間隔に配列する（ステップＳ５１）。即ち、全ての平面間隔を等しくして垂直平面を配列する。平面間隔は、予め定めた初期値を用いる。その後、ＣＰＵ２０は、隣接する２つの垂直平面を選択し（ステップＳ５２）、選択した２つの垂直平面間に位置する路面点群データＲＰＤの各座標点を、隣接する垂直平面うち所定の方向に隣接する垂直平面に垂直投影し、垂直平面上に投影点を生成する（ステップＳ５３）。

投影点生成後、ＣＰＵ２０は、垂直平面を道路の幅方向に等間隔に分割し、分割領域内に位置する投影点を用いて、各分割領域毎に回帰直線を生成する（ステップＳ５４）。垂直平面を分割する間隔は、予め定められている。図１３は、ステップＳ５４においてＣＰＵ２０が生成する回帰直線を説明する説明図である。図示するように、ネットワーク線ＮＴＬに等間隔に配列して生成された垂直平面ＳＦ（０）上には、２つの垂直平面ＳＦ（０）の間に位置する路面点群データＲＰＤの座標点に基づく投影点ＳＰが位置している。ＣＰＵ２０は、各垂直平面ＳＦ（０）を等間隔に分割し、各分割領域内に存在する投影点ＳＰを用いて回帰直線ＴＲＬ（０）を生成する。

ＣＰＵ２０は、回帰直線の生成後、回帰直線の平均残差を算出する（ステップＳ５５）。平均残差は、垂直平面内の各回帰直線毎の平均残差の最大値を採用するとしてもよいし、垂直平面内の全ての回帰直線の残差の総和の平均値を採用するとしてもよい。平均残差算出後、ＣＰＵ２０は、平均残差が予め定めた所定の閾値以下であるか判断し（ステップＳ５６）、平均残差が所定の閾値より大きい場合には（ステップＳ５６：ＮＯ）、その垂直平面と隣接する垂直平面との平面間隔を小さくする（ステップＳ５７）。

道路に延伸方向の勾配がある場合、路面点群データＲＰＤも、延伸方向に勾配を有して分布している。勾配の変化が大きい道路に対応する範囲の路面点群データＲＰＤを１つの垂直平面に投影し投影点を生成すると、投影点は垂直平面の鉛直方向に幅を持って分布する。このため、このような投影点を用いた回帰直線の平均残差は大きくなる。このような場合に、配列する垂直平面の平面間隔を小さくし、１つの投影面に投影する路面点群データＲＰＤの鉛直方向のばらつきを抑えることで、垂直平面上に生成する回帰直線の形状を、道路の幅方向の断面形状（勾配の形状）に近づけることができる。平面間隔を小さくする方法としては、初期値の平面間隔で配列している垂直平面の間に、新たな垂直平面を追加して平面間隔を小さくするとしてもよいし、既存の垂直平面を道路の延伸方向に平行移動させることによって平面間隔を小さくするとしてもよい。

ＣＰＵ２０は、垂直平面上の回帰直線の平均残差が所定の閾値以下になるように、ステップＳ５３〜ステップＳ５７を繰り返し行い、平面間隔を調整する。その後、ＣＰＵ２０は、平均残差を所定の閾値以下に調整すると（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、調整後の平面間隔を、その垂直平面の平面間隔に決定する（ステップＳ５８）。ＣＰＵ２０は、ステップＳ５２〜ステップＳ５８の処理を、配列した垂直平面における全ての垂直平面間に適用する（ステップＳ５９）。ＣＰＵ２０は、全ての垂直平面間の平面間隔が決定すると、平面間隔決定後の垂直平面を、投影面として決定する。ＣＰＵ２０は、このようにして投影面生成処理を行う。

次に、路面形状データ生成処理（図８）のステップＳ７０において行われる回帰直線生成処理について説明する。上述したように、ＣＰＵ２０は、回帰直線生成処理に先立って、投影点生成処理によって平面間隔を決定して投影面を生成し（図８：ステップＳ５０）、投影面に投影点を生成した（ステップＳ６２）。回帰直線生成処理は、投影面に生成した投影点を用いて回帰直線を生成するに当たり、投影面を道路の幅方向に所定の間隔（以下、分割間隔とも呼ぶ）で分割し、各分割領域に含まれる投影点を用いて、各分割領域毎に回帰直線を生成する処理である。

図１４は、回帰直線生成処理の流れを示したフローチャートである。回帰直線生成処理を開始すると、ＣＰＵ２０は、投影点の生成された複数の投影面のうち１つを選択し（ステップＳ７１）、選択した投影面について、道路の幅方向に所定の分割間隔で等間隔に分割する（ステップＳ７２）。その後、ＣＰＵ２０は、各分割領域に含まれる投影点を用いて回帰直線を生成する（ステップＳ７３）。回帰直線を生成後、ＣＰＵ２０は、各回帰直線毎に、生成した各回帰直線と投影点との平均残差を算出する（ステップＳ７４）。平均残差算出後、ＣＰＵ２０は、各回帰直線の平均残差が所定の閾値以下か否かを判断し（ステップＳ７５）、平均残差が所定の閾値より大きい回帰直線が存在する場合には（ステップＳ７５：ＮＯ）、その回帰直線の属する分割領域の分割間隔を小さくする（ステップＳ７６）。

図１５は、ＣＰＵ２０がステップＳ７６において分割間隔を小さくする様子を示す説明図である。図示するように、分割間隔を小さくし平均残座を小さくすることで、投影面上の回帰直線によって表される形状を、道路の幅方向の断面形状に近づけることができる。

ＣＰＵ２０は、ステップＳ７３〜ステップＳ７６を繰り返し行い、１つの投影平面内における各分割領域の回帰直線の平均残差が所定の閾値以下になるように、分割間隔を調整する。そして、ＣＰＵ２０は、平均残差を所定の閾値以下に調整すると（ステップＳ７５：ＹＥＳ）、調整後に生成された回帰直線をその投影面における回帰直線として決定する（ステップＳ７７）。次に、ＣＰＵ２０は、全ての投影面について回帰直線を決定しているか否か判断する（ステップＳ７８）。ＣＰＵ２０は、全ての投影面について回帰直線を決定していないと判断した場合には（ステップＳ７８：ＮＯ）、ステップＳ７１〜ステップＳ７７の処理を、複数配列した全ての投影面に対して行う。ＣＰＵ２０は、全ての投影面の回帰直線を決定していると判断すると（ステップＳ７８：ＹＥＳ）、回帰直線生成処理を終了する。回帰直線生成処理終了後、図８で説明したように、ＣＰＵ２０は、生成した回帰直線の重心を算出し（ステップＳ８２）、重心を用いてＴＩＮを生成し（ステップＳ８４）、生成したＴＩＮによって定まる各平面を、路面の形状を表した路面平面として生成する（ステップＳ８６）。そして、ＣＰＵ２０は、生成した路面平面の集合を路面形状データＲＳＤとして生成する（ステップＳ８８）。

以上説明したように、本実施例による路面形状データ生成処理は、道路の延伸方向に交差する平面としての垂直平面（投影面）に、投影点を用いた回帰直線を生成しているので、投影面上に生成された回帰直線によって表される形状は、道路の幅方向の勾配形状を精度良く反映している。従って、本実施例における路面形状データ生成処理によって、道路の幅方向の断面形状（勾配形状）を精度良く再現した路面形状データＲＳＤを生成することができる。

また、回帰直線生成処理により生成した回帰直線間を、補間面（本実施例においてはＴＩＮ）によって補間して路面形状データＲＳＤを生成しているので、路面形状データＲＳＤの各座標点の位置に応じて所定の大きさのボクセルを配列して路面平面を生成する場合と比較して、空隙の無い路面平面からなる路面点群データＲＰＤを生成することができる。また、路面形状データ生成処理において投影面生成処理を行っているので、道路の延伸方向に急勾配のある路面の形状についても、その形状を精度良く再現した路面形状データＲＳＤを生成することができる。さらに、路面形状データ生成処理において回帰直線生成処理を行っているので、道路の幅方向の勾配を精度良く反映した路面形状データＲＳＤを生成することができる。また、投影面を生成する際に必要となる道路の延伸方向を表す基準として既存の道路ネットワークデータＮＴＤから抽出したネットワーク線を利用しているので、別途、道路の延伸方向を測定等によって取得することを回避することができる。

さらに、本実施例においては、路面点群データ生成処理によって、測定点群データＭＳＤから路面点群データＲＰＤを生成しているので、比較的簡易な処理によって、路面境界を精度良く検出し、路面点群データＲＰＤを生成することができる。また、本実施例においては、測定車両ＭＣに搭載した３次元レーザスキャナＬＳＣを用いて測定点群データＭＳＤを取得するので、高速に、かつ、道路の広範囲に亘って測定点群データＭＳＤを取得することができる。

特許請求の範囲との対応関係としては、路面点群データ生成処理が特許請求の範囲に記載の路面点取得工程に対応し、回帰直線生成処理が特許請求の範囲に記載の近似線生成工程に対応し、ＴＩＮを生成する処理が特許請求の範囲に記載の補間面生成工程に対応する。路面点群データＲＰＤにおける座標点が特許請求の範囲に記載の路面点に対応する。投影面生成処理において平面間隔を調整する処理が特許請求の範囲に記載の交差面間隔調整工程に対応し、回帰直線生成処理において分割間隔を調整する処理が特許請求の範囲に記載の領域区分工程に対応する。

Ｂ．変形例：
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（Ｂ１）変形例１：
上記実施例においては、測定車両ＭＣに搭載した３次元レーザスキャナＬＳＣを用いて測定点群データＭＳＤを取得したが、それに限ることなく、種々の方法によって測定点群データＭＳＤを取得可能である。例えば、実際に道路上の複数の地点の位置座標を測量により取得し、取得した位置座標の座標点を測定点群データＭＳＤとして用いるとしてもよい。また、超音波測位によって道路上の複数の地点の位置座標を取得し、取得した位置座標の座標点を測定点群データＭＳＤとして用いるとしてもよい。このような種々の方法によって取得した測定点群データＭＳＤを用いて路面形状データ生成処理を行う場合においても、上記実施例における路面形状データ生成処理と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ２）変形例２：
上記実施例においては、道路の幅方向の勾配形状を最も反映した路面形状データＲＳＤを生成するために、投影面は道路の延伸方向に対する垂直平面としたが、それに限ることなく、延伸方向に交差する平面であれば任意の平面を投影面として採用することができる。例えば、道路の延伸方向と水平方向４５°に交差する交差面を用いるとしてもよいし、鉛直方向３０°や鉛直方向４５°に交差する交差面を用いるとしてもよい。このようにしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ３）変形例３：
上記実施例においては、路面形状データ生成処理において、投影点を用いた近似線として回帰直線を採用したが、それに限ることなく、最小二乗法を用いた回帰曲線や、その他の近似法を用いて生成した近似曲線や近似直線など、種々の近似線を採用することができる。このように他の近似線を採用しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ４）変形例４：
上記実施例においては、投影面上に生成した投影点を用いて回帰直線を生成したが、それに限ることなく、種々の回帰直線の生成方法を採用するとしてもよい。例えば、生成した投影面内に、路面点群データＲＰＤとしての座標点が２点以上位置している場合には、その座標点のみを用いて回帰直線を生成するとしてもよい。その他、生成した垂直平面上に位置する路面点群データＲＰＤの座標点と、路面点群データＲＰＤから生成した投影点とを併せて用いて回帰直線を生成するとしてもよい。このようにしても、道路の幅方向の勾配形状を反映した路面形状データＲＳＤを生成することができる。

（Ｂ５）変形例５：
上記実施例においては、回帰直線生成処理において、投影平面における各分割領域毎の回帰直線の平均残差を算出し、所定の閾値との比較を行ったが（図１４：ステップＳ７３〜ステップＳ７５）、閾値と比較する比較対象として、回帰直線の残差の平均値に限らず、各回帰直線の残差の最大値や、中央値など、他の代表値を採用することができる。このようにしても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

（Ｂ６）変形例６：
上記実施例においては、測定点群データＭＳＤから路面点群データＲＰＤを抽出する方法として、図５，図６によって説明した路面点群データ生成処理を用いたが、それに限ることなく、他の方法によって測定点群データＭＳＤから路面点群データＲＰＤを抽出するとしてもよい。例えば、図５で説明した路面境界検出によって、道路の延伸方向に所定の距離の道路両端の路面境界を検出し、検出した縁石や側溝の形状をパターン形状として認識し、それ以降の路面境界検出は、認識したパターン形状を用いたパターンマッチングによって行うとしてもよい。縁石や側溝の形状が画一的である場合には有効である。

（Ｂ７）変形例７：
上記実施例においてソフトウェアで実現されている機能の一部をハードウェアで実現してもよく、あるいは、ハードウェアで実現されている機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。

１０…路面形状データ生成装置
２０…ＣＰＵ
２２…路面点群データ生成部
２４…路面形状データ生成部
３０…ＨＤＤ
４０…ＲＯＭ
５０…ＲＡＭ
６０…入力ＩＦ
６２…キーボード
６４…マウス
７０…出力ＩＦ
７２…ディスプレイ
ＭＣ…測定車両
ＳＦ…投影面
ＲＰ…座標点
ＳＰ…投影点
ＣＰ…重心
ＬＳＣ…３次元レーザスキャナ
ＲＰＤ…路面点群データ
ＲＳＤ…路面形状データ
ＭＳＤ…測定点群データ
ＮＴＤ…道路ネットワークデータ
ＴＲＬ…回帰直線
ＴＲＬ（０）…回帰直線
ＳＦ（０）…垂直平面
ＮＴＬ…ネットワーク線

Claims (7)

1. 道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データの生成方法であって、
   前記道路の延伸方向と幅方向とに亘る前記路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、前記各地点に対応する前記座標点を路面点として取得する路面点取得工程と、
   前記道路の延伸方向に交差する平面であって前記延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、前記路面点に基づいて近似線を生成する近似線生成工程と、
   互いに異なる前記交差面上に生成された前記近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する補間面生成工程と、
   前記生成した補間面を用いて前記路面形状データを生成する路面形状データ生成工程とを備える
   路面形状データの生成方法。
2. 請求項１記載の路面形状データの生成方法であって、
   前記近似線生成工程は、前記近似線の生成に先立って、各交差面の間に位置する前記路面点を該路面点に隣接する一方の交差面上に投影し、該投影によって前記路面点に対応する前記交差面上の座標点を投影点として生成する投影点生成工程を備え、
   前記路面点に基づく近似線の生成は、前記投影点を用いた近似線の生成である
   路面形状データの生成方法。
3. 請求項２記載の路面形状データの生成方法であって、
   前記近似線生成工程は、前記投影点の生成に先立って、前記近似線の残差から求まる該残差の代表値が所定の値より小さくなるように、配列する前記交差面の間隔を調整する交差面間隔調整工程を備える
   路面形状データの生成方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか記載の路面形状データの生成方法であって、
   前記近似線生成工程は、前記生成した近似線の残差から求まる該残差の代表値が所定の値より小さくなるように、前記交差面を複数の領域に区分し、該区分した領域毎に前記近似線を生成する領域区分工程を備える
   路面形状データの生成方法。
5. 請求項１ないし請求項４に記載の路面形状データの生成方法であって、さらに、
   前記路面点取得工程に先立って、３次元レーザスキャナを用いて前記道路の形状を複数の座標点からなる点群データとして取得する点群データ取得工程を備え、
   前記路面点取得工程は、
   前記点群データのうち、前記道路の延伸方向および幅方向に所定の個数ずつ座標点を選択し、該選択した座標点を用いて、前記幅方向に配列する複数の近似平面を生成する近似平面取得工程と、
   前記生成した近似平面を用いて、前記点群データにおける前記道路の路面と路面以外の部分との境界である路面境界を検出する路面境界検出工程と、
   前記検出した路面境界に基づいて、前記点群データから、前記路面に対応する座標点のみを抽出し、該抽出した座標点を前記路面点とする路面点抽出工程とを備える
   路面形状データの生成方法。
6. 道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データを生成する路面形状データ生成装置であって、
   前記道路の延伸方向と幅方向とに亘る前記路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、前記各地点に対応する前記座標点を路面点として取得する路面点取得部と、
   前記道路の延伸方向に交差する平面であって前記延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、前記路面点に基づいて近似線を生成する近似線生成部と、
   互いに異なる前記交差面上に生成された前記近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する補間面生成部と、
   前記生成した補間面に基づいて前記路面形状データを出力する出力部と
   を備える路面形状データ生成装置。
7. 道路の路面の立体形状を表したデータである路面形状データを生成するためのコンピュータプログラムであって、
   前記道路の延伸方向と幅方向とに亘る前記路面上の複数の地点の位置を所定の座標系における座標点として表し、前記各地点に対応する前記座標点を路面点として取得する機能と、
   前記道路の延伸方向に交差する平面であって前記延伸方向に沿って所定の間隔で複数配列する交差面上に、前記路面点に基づいて近似線を生成する機能と、
   互いに異なる前記交差面上に生成された前記近似線において、該近似線同士の間を補間する面である補間面を生成する機能と、
   前記生成した補間面に基づいて前記路面形状データを出力する機能とを
   コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。