JP2014190962A - Data analysis device, data analysis method, and program - Google Patents

Data analysis device, data analysis method, and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately and automatically detect a profile of a tunnel on the basis of three-dimensional coordinate data of a cloud of points extracted from a feature surface.SOLUTION: Subspace setting means 20 divides a profile neighborhood space that is along a cut plane and has a preset width in the depth direction orthogonal to the cut plane, into a grid shape, and sets a plurality of subspaces. Edge search means 22 searches for, within the cut plane for each subspace, a belt-like area having a predetermined width that is an edge approximate area in which a cloud of points projected on the cut plane are accumulated equal to or more than a criteria preset in the area and the cloud of points in the area has distribution width equal to or more than a threshold preset in the depth direction. The edge search means searches for a directional line along a distribution in the cut plane of the cloud of points belonging to the edge approximate area on the cut plane as the edge as a position of the surface in the tunnel in the cut plane.

Description

本発明は、地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づいて、トンネルの断面形状を検出するデータ解析装置、データ解析方法、及びプログラムに関する。   The present invention relates to a data analysis apparatus, a data analysis method, and a program for detecting a cross-sectional shape of a tunnel based on three-dimensional coordinate data of a point group extracted from a feature surface.

従来、トンネル形状の測定方法としては、トンネル内にレーザ測距装置を設置し、レーザ光をトンネルの内周面に所定の角度ごとに順次照射し、レーザの発射から反射光の受信までの時間に基づいて測距装置が置かれた原点から照射点までの距離を測定し、この測定した距離及び角度に基づいて各照射点を位置データに変換することで、トンネルの断面形状を求めるものがある(特許文献1,2)。   Conventionally, as a tunnel shape measurement method, a laser range finder is installed in the tunnel, the laser beam is sequentially irradiated to the inner peripheral surface of the tunnel at predetermined angles, and the time from laser emission to reception of reflected light The distance from the origin on which the distance measuring device is placed to the irradiation point is measured, and each irradiation point is converted into position data based on the measured distance and angle, thereby obtaining the cross-sectional shape of the tunnel. (Patent Documents 1 and 2).

一方、車両に搭載したレーザスキャナを用い道路に沿って地物の形状を表す3次元点群データを取得する技術としてモービルマッピングシステムが近年開発された(特許文献3)。当該システムでは、自動車に搭載されたレーザスキャナは車体の上部から斜め下方向や斜め上方向にレーザを照射する。レーザの光軸は横方向に走査され、走査角度範囲内にて微小角度ごとにレーザパルスが発射され、レーザパルスを反射した点までの距離が計測される。またその際、レーザの発射方向、時刻、及び車体の位置・姿勢などが計測される。それら計測データから、レーザパルスの反射点の3次元座標を表す点群データが求められる。   On the other hand, a mobile mapping system has recently been developed as a technique for acquiring three-dimensional point cloud data representing the shape of a feature along a road using a laser scanner mounted on a vehicle (Patent Document 3). In this system, a laser scanner mounted on an automobile irradiates a laser obliquely downward or obliquely upward from the top of the vehicle body. The optical axis of the laser is scanned laterally, a laser pulse is emitted at every minute angle within the scanning angle range, and the distance to the point where the laser pulse is reflected is measured. At that time, the laser emission direction, time, and the position / orientation of the vehicle body are measured. From these measurement data, point group data representing the three-dimensional coordinates of the reflection point of the laser pulse is obtained.

特開2003−65755号公報JP 2003-65555 A 特開2001−91249号公報JP 2001-91249 A 特開2009−204615号公報JP 2009-204615 A

従来のトンネル形状の測定方法では、レーザ測距装置をトンネル内に設置して測定すると、広範囲を効率的に測定することが難しい。この点、レーザ測距装置を台車等で移動させながら測定することも提案されている。しかし、この移動させつつ測定する方法も、測定個所ごとに台車等を停止させると、短い移動距離ごとに測定して横断面形状をトンネルの縦断方向に関し高密度に得ようとすると時間と手間がかかる。また、移動させながらレーザの照射角度をトンネルの横断面方向に連続的に変えると、照射点の軌跡がらせん状になる。移動速度が小さければ、らせん形状の測定結果からトンネルの横断面形状を近似的に把握することは可能であるが、広範囲の測定には適さず、一方、移動速度が大きくなると、らせん形状の測定結果からトンネルの横断面形状を把握することが難しくなる。   In the conventional tunnel shape measuring method, it is difficult to efficiently measure a wide area when a laser distance measuring device is installed in a tunnel and measured. In this regard, it has also been proposed to perform measurement while moving the laser distance measuring device with a carriage or the like. However, in this method of measuring while moving, if the carriage is stopped at each measurement point, it takes time and labor to measure at a short moving distance and obtain a cross-sectional shape with high density in the longitudinal direction of the tunnel. Take it. Further, if the laser irradiation angle is continuously changed in the transverse direction of the tunnel while being moved, the locus of the irradiation point becomes spiral. If the moving speed is low, it is possible to approximately grasp the cross-sectional shape of the tunnel from the helical shape measurement results, but it is not suitable for a wide range of measurements, while if the moving speed is high, the helical shape is measured. It becomes difficult to grasp the cross-sectional shape of the tunnel from the result.

この点、モービルマッピングシステムは、搭載車両の走行経路の周囲の広い範囲から点群を取得できる。点群は高密度で地物表面に分散して得られるので、点群データをもとに地物の形状を把握することができる。具体的には、点群データからトンネルの任意の断面形状を再構成することができる。一方、点群データをもとに地物を判読するなどの分析は、3次元CADで編集ツール等を利用して手作業で行われており、自動化は開発途上である。   In this regard, the mobile mapping system can acquire a point cloud from a wide range around the travel route of the mounted vehicle. Since the point cloud is obtained with high density and distributed on the surface of the feature, the shape of the feature can be grasped based on the point cloud data. Specifically, an arbitrary cross-sectional shape of the tunnel can be reconstructed from the point cloud data. On the other hand, analysis such as interpretation of features based on point cloud data is performed manually using an editing tool or the like in 3D CAD, and automation is under development.

本発明は、トンネルの内表面から抽出された点群の3次元座標データに基づいてトンネルの断面形状を検出する作業の自動化を可能とするデータ解析装置、データ解析方法、及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention provides a data analysis apparatus, a data analysis method, and a program capable of automating the operation of detecting the cross-sectional shape of a tunnel based on three-dimensional coordinate data of a point cloud extracted from the inner surface of the tunnel. With the goal.

(1)本発明に係るデータ解析装置は、地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づき、対象空間に存在するトンネルについて断面形状を検出する装置であって、鉛直な切断平面を前記対象空間に仮想的に設定し、前記対象空間のうち前記切断平面に沿い、かつ当該切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して当該切断平面に沿って2次元配列された複数の部分空間を設定する部分空間設定手段と、前記各部分空間を解析単位空間として設定し、当該解析単位空間ごとに、前記切断平面における前記トンネル内の表面の位置であるエッジを探索するエッジ探索手段と、を有し、前記エッジ探索手段は、予め定められた幅の帯状の領域であって、前記切断平面に射影された点群が当該領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が前記奥行き方向に予め設定した閾値以上の分布幅を有するエッジ見当領域を前記切断平面内にて探索し、当該エッジ見当領域に属する点群の前記切断平面内での分布に沿った方向線を前記エッジとして求める。   (1) A data analysis apparatus according to the present invention is an apparatus that detects a cross-sectional shape of a tunnel existing in a target space based on three-dimensional coordinate data of a point cloud extracted from a feature surface, and is a vertical cutting plane. Is virtually set in the target space, and a cross-section near space having a predetermined width in the depth direction along the cutting plane and perpendicular to the cutting plane in the target space is divided into a lattice shape and A subspace setting means for setting a plurality of subspaces arranged two-dimensionally along the cutting plane; and each subspace is set as an analysis unit space, and for each analysis unit space, in the tunnel in the cutting plane Edge search means for searching for an edge which is the position of the surface, and the edge search means is a band-like area having a predetermined width, and the point cloud projected onto the cutting plane is the area concerned. The edge registration area is searched for in the cutting plane for an edge registration area that has a distribution width equal to or greater than a preset threshold value in the depth direction, and the point group in the area gathers more than a preset reference in the depth direction. A direction line along the distribution in the cutting plane of the point group to which it belongs is obtained as the edge.

(2)他の本発明に係るデータ解析装置はさらに、前記部分空間にて検出された前記エッジを当該部分空間の外にて追尾するエッジ追尾手段を有し、前記エッジ追尾手段は、前記解析単位空間から前記エッジが検出されると、当該エッジに対応する前記方向線の延長線の方向にて当該解析単位空間に隣接する新たな前記解析単位空間として追尾空間を設定し、前記エッジ探索手段は、前記延長線に沿った前記エッジを前記追尾空間にて探索する。   (2) Another data analysis apparatus according to the present invention further includes edge tracking means for tracking the edge detected in the partial space outside the partial space, and the edge tracking means includes the analysis When the edge is detected from the unit space, a tracking space is set as the new analysis unit space adjacent to the analysis unit space in the direction of the extension line of the direction line corresponding to the edge, and the edge search means Searches the tracking space for the edge along the extension line.

(3)さらに他の本発明に係るデータ解析装置においては、前記追尾空間は、前記切断平面における形状が矩形であり当該矩形の1辺の中点を既検出の前記エッジの端部に接続された直方体形状の空間であり、前記エッジ追尾手段は、前記中点を通る前記矩形の中心線を前記エッジの延長線に一致させた前記追尾空間を前記解析単位空間として設定し、当該追尾空間内に前記エッジが検出されなかった場合は、前記解析単位空間とする前記追尾空間として、前記切断平面内での前記中心線の向きを変えて内部に最も点群が集まる前記追尾空間を探索する。   (3) In still another data analysis apparatus according to the present invention, the tracking space has a rectangular shape in the cutting plane, and a midpoint of one side of the rectangle is connected to an end of the detected edge. A rectangular parallelepiped-shaped space, and the edge tracking means sets, as the analysis unit space, the tracking space in which the center line of the rectangle passing through the midpoint coincides with the extension line of the edge, If the edge is not detected, the tracking space where the point cloud is most concentrated is searched as the tracking space as the analysis unit space by changing the direction of the center line in the cutting plane.

(4)上記(2)又は(3)に記載するデータ解析装置はさらに、前記部分空間ごとに、当該部分空間の前記エッジから始まった追尾で得られたエッジ群からトンネルの前記断面形状の一部となる部分断面形状を生成する部分断面形状生成手段を有することができる。   (4) The data analysis device according to (2) or (3) further includes, for each partial space, one of the cross-sectional shapes of the tunnel from an edge group obtained by tracking starting from the edge of the partial space. A partial cross-sectional shape generating means for generating a partial cross-sectional shape to be a part can be provided.

(5)上記(4)に記載するデータ解析装置において、前記エッジ追尾手段は、前記解析単位空間にて検出された前記方向線をエッジ候補とし、当該エッジ候補が前記部分断面形状と交差した場合は当該エッジ候補は新たな前記エッジとしない構成とすることができる。   (5) In the data analysis device described in (4) above, when the edge tracking unit uses the direction line detected in the analysis unit space as an edge candidate, and the edge candidate intersects the partial cross-sectional shape The edge candidate may not be a new edge.

(6)上記データ解析装置において、前記エッジ追尾手段は、前記解析単位空間にて検出された前記方向線をエッジ候補とし、前記部分空間の前記エッジから追尾された前記エッジ候補が当該部分空間の前記エッジ又は当該エッジから追尾された他の前記エッジと交差した場合は、当該エッジ候補を新たな前記エッジとしない構成とすることができる。   (6) In the data analysis apparatus, the edge tracking means uses the direction line detected in the analysis unit space as an edge candidate, and the edge candidate tracked from the edge of the partial space When the edge or the other edge tracked from the edge intersects, the edge candidate may not be the new edge.

(7)上記(4)から(6)に記載するデータ解析装置はさらに、2つの前記部分断面形状の端部間を接続する部分断面形状接続手段を有し、前記エッジ探索手段は、前記エッジに対応させて、当該エッジを中心線として予め定められた幅を有し、かつ当該エッジに応じた長さを有する帯状の領域であるエッジ近傍領域を定義し、前記部分断面形状接続手段は、一方の前記部分断面形状の端部の前記エッジの延長線が他方の前記部分断面形状の端部の前記エッジの前記エッジ近傍領域と交差する場合に、当該両端部間を接続する構成とすることができる。   (7) The data analysis device described in (4) to (6) further includes a partial cross-sectional shape connection unit that connects between two end portions of the partial cross-sectional shape, and the edge search unit includes the edge search unit. Corresponding to the edge, defining an edge vicinity region that is a band-like region having a predetermined width with the edge as a center line and having a length corresponding to the edge, and the partial cross-sectional shape connecting means includes: When the extension line of the edge of one end of the partial cross-sectional shape intersects the edge vicinity region of the edge of the other end of the partial cross-sectional shape, the two end portions are connected. Can do.

(8)上記(4)から(7)に記載するデータ解析装置はさらに、2つの前記部分断面形状の端部間を接続する部分断面形状接続手段を有し、前記エッジ探索手段は、前記端部間の距離が予め定めた閾値以下である場合に、当該両端部間を接続する構成とすることができる。   (8) The data analysis device described in (4) to (7) further includes a partial cross-sectional shape connecting unit that connects two end portions of the partial cross-sectional shape, and the edge search unit includes the end search unit. When the distance between the parts is equal to or less than a predetermined threshold value, the two end parts can be connected.

(9)上記(2)から(8)に記載するデータ解析装置において、前記エッジ追尾手段は、前記部分空間にて検出された前記エッジの両端それぞれから追尾を開始してもよい。   (9) In the data analysis device described in (2) to (8) above, the edge tracking unit may start tracking from both ends of the edge detected in the partial space.

(10)本発明に係るデータ解析方法は、地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づき、対象空間に存在するトンネルについて断面形状を検出する方法であって、鉛直な切断平面を前記対象空間に仮想的に設定し、前記対象空間のうち前記切断平面に沿い、かつ当該切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して当該切断平面に沿って2次元配列された複数の部分空間を設定する部分空間設定ステップと、前記各部分空間を解析単位空間として設定し、当該解析単位空間ごとに、前記切断平面における前記トンネル内の表面の位置であるエッジを探索するエッジ探索ステップと、を有し、前記エッジ探索ステップは、予め定められた幅の帯状の領域であって、前記切断平面に射影された点群が当該領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が前記奥行き方向に予め設定した閾値以上の分布幅を有するエッジ見当領域を前記切断平面内にて探索し、当該エッジ見当領域に属する点群の前記切断平面内での分布に沿った方向線を前記エッジとして求める。   (10) A data analysis method according to the present invention is a method for detecting a cross-sectional shape of a tunnel existing in a target space based on three-dimensional coordinate data of a point cloud extracted from a feature surface, and a vertical cutting plane. Is virtually set in the target space, and a cross-section near space having a predetermined width in the depth direction along the cutting plane and perpendicular to the cutting plane in the target space is divided into a lattice shape and A subspace setting step for setting a plurality of subspaces arranged two-dimensionally along the cutting plane; and setting each subspace as an analysis unit space, and for each analysis unit space, in the tunnel in the cutting plane An edge search step for searching for an edge which is a surface position, and the edge search step is a band-like region having a predetermined width and is projected onto the cutting plane. Search for an edge registration region in the cutting plane where the point group is gathered over a predetermined reference in the region, and the point group in the region has a distribution width equal to or greater than a predetermined threshold in the depth direction, A direction line along the distribution in the cutting plane of the point group belonging to the edge registration area is obtained as the edge.

(11)本発明に係るプログラムは、コンピュータに、地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づき、対象空間に存在するトンネルについて断面形状を検出するデータ解析を行わせるためのプログラムであって、当該コンピュータを、鉛直な切断平面を前記対象空間に仮想的に設定し、前記対象空間のうち前記切断平面に沿い、かつ当該切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して当該切断平面に沿って2次元配列された複数の部分空間を設定する部分空間設定手段、及び、前記各部分空間を解析単位空間として設定し、当該解析単位空間ごとに、前記切断平面における前記トンネル内の表面の位置であるエッジを探索するエッジ探索手段、として機能させ、前記エッジ探索手段は、予め定められた幅の帯状の領域であって、前記切断平面に射影された点群が当該領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が前記奥行き方向に予め設定した閾値以上の分布幅を有するエッジ見当領域を前記切断平面内にて探索し、当該エッジ見当領域に属する点群の前記切断平面内での分布に沿った方向線を前記エッジとして求める。   (11) A program according to the present invention is a program for causing a computer to perform data analysis for detecting a cross-sectional shape of a tunnel existing in a target space based on three-dimensional coordinate data of a point group extracted from a feature surface. The computer virtually sets a vertical cutting plane in the target space, and has a preset width in the depth direction along the cutting plane of the target space and perpendicular to the cutting plane. A subspace setting means for setting a plurality of subspaces that are two-dimensionally arranged along the cutting plane by dividing the near-section space into a lattice shape, and setting each subspace as an analysis unit space, For each unit space, the edge search means functions as an edge search means for searching for an edge that is a position of the surface in the tunnel in the cutting plane, A band-shaped area having a predetermined width, and the point group projected onto the cutting plane is gathered in a predetermined area or more in the area, and the point group in the area is preset in the depth direction. An edge registration area having a distribution width equal to or greater than a threshold is searched in the cutting plane, and a direction line along the distribution in the cutting plane of a point group belonging to the edge registration area is obtained as the edge.

本発明によれば、トンネルの内表面から抽出された点群の3次元座標データに基づいてトンネルの断面形状を検出する作業の自動化が可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the operation | work which detects the cross-sectional shape of a tunnel based on the three-dimensional coordinate data of the point group extracted from the inner surface of a tunnel is attained.

本発明の実施形態に係るトンネル形状抽出システムの概略の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a tunnel shape extraction system according to an embodiment of the present invention. 基準線及び切断平面を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows a reference line and a cutting plane. 本発明の実施形態に係るトンネル形状抽出システムによるトンネル形状抽出処理の概略のフロー図である。It is a general | schematic flowchart of the tunnel shape extraction process by the tunnel shape extraction system which concerns on embodiment of this invention. 切断平面に沿って設定される部分空間を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the partial space set along a cutting plane. 部分空間設定手段の概略の処理フロー図である。It is a rough processing flow figure of a partial space setting means. エッジ探索手段の概略の処理フロー図である。It is an outline processing flow figure of an edge search means. 基点空間でのエッジ探索処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the edge search process in a base point space. エッジ追尾手段及び図形登録手段の概略の処理フロー図である。It is an outline processing flow figure of an edge tracking means and a figure registration means. エッジ追尾手段による連続追尾処理の概略の処理フロー図である。It is a process flow figure of the outline of the continuous tracking process by an edge tracking means. エッジ追尾手段による連続追尾処理の概略の処理フロー図である。It is a process flow figure of the outline of the continuous tracking process by an edge tracking means. 或る部分空間にて抽出された概略エッジ及び当該エッジを基点とした連続追尾処理の例を示す切断平面の模式図である。It is a schematic diagram of a cutting plane showing an example of a general edge extracted in a partial space and a continuous tracking process using the edge as a base point. 連続線分対の接続可否の第1の判断手法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the 1st judgment method of the connection possibility of a continuous line segment pair. 連続線分対の接続可否の第2の判断手法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the 2nd determination method of the possibility of connection of a continuous line segment pair. エッジ形状調整手段によるエッジの微調整処理の概略のフロー図である。It is a schematic flowchart of the edge fine adjustment processing by the edge shape adjusting means. エッジ形状調整手段によるエッジの微調整処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the fine adjustment process of the edge by the edge shape adjusting means. トンネルの道路脇の段差部にて抽出された概略エッジを示す切断平面の模式図である。It is a schematic diagram of the cutting plane which shows the general | schematic edge extracted in the level | step-difference part beside the road of a tunnel. 図16の概略エッジから詳細エッジを生成する処理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process which produces | generates a detailed edge from the general edge of FIG. 図16の概略エッジから生成された詳細エッジを示す切断平面の模式図である。It is a schematic diagram of the cutting plane which shows the detailed edge produced | generated from the general edge of FIG.

以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)であるトンネル形状抽出システム2について、図面に基づいて説明する。本システムは、地物表面の3次元形状を表す点群データに基づいてトンネル内の表面形状を検出するデータ解析装置である。点群データは例えば、上述のモービルマッピングシステムのように地上を走行する車両に搭載されたレーザスキャナにより取得される。また、レーザスキャナを地上に設置して計測を行っても良い。点群データが地物表面の3次元形状を表すには、地物表面の凹凸、段差のスケールに応じた密度でレーザスキャンが行われる必要がある。この点、車両や三脚等の高さから行うレーザスキャンは、例えば、自動車用の複数車線のトンネル程度の大きさの空間内における壁面、道路脇の段差、トンネルの付属構造物などの形状を数センチメートル程度の精度で捉えることができる走査密度を実現できる。   Hereinafter, a tunnel shape extraction system 2 according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings. This system is a data analysis device that detects a surface shape in a tunnel based on point cloud data representing a three-dimensional shape of a feature surface. The point cloud data is acquired by, for example, a laser scanner mounted on a vehicle traveling on the ground like the above-described mobile mapping system. In addition, measurement may be performed by installing a laser scanner on the ground. In order for the point cloud data to represent the three-dimensional shape of the feature surface, it is necessary to perform laser scanning at a density corresponding to the unevenness of the feature surface and the scale of the step. In this regard, laser scanning from the height of a vehicle, tripod, etc., for example, counts the shape of walls, roadside steps, tunnel attachments, etc. in a space that is about the size of a tunnel with multiple lanes for automobiles. A scanning density that can be captured with an accuracy of about a centimeter can be realized.

図1は、トンネル形状抽出システム2の概略の構成を示すブロック図である。本システムは、演算処理装置4、記憶装置6、入力装置8及び出力装置10を含んで構成される。演算処理装置4として、本システムの各種演算処理を行う専用のハードウェアを作ることも可能であるが、本実施形態では演算処理装置4は、コンピュータ及び、当該コンピュータ上で実行されるプログラムを用いて構築される。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the tunnel shape extraction system 2. The system includes an arithmetic processing device 4, a storage device 6, an input device 8, and an output device 10. As the arithmetic processing device 4, it is possible to make dedicated hardware for performing various arithmetic processing of this system, but in this embodiment, the arithmetic processing device 4 uses a computer and a program executed on the computer. Built.

当該コンピュータのCPU(Central Processing Unit)が演算処理装置4を構成し、後述する部分空間設定手段20、エッジ探索手段22、エッジ追尾手段24、表面要素形状決定手段26、図形登録手段28、エッジ接続手段30及びエッジ形状調整手段32として機能する。   A CPU (Central Processing Unit) of the computer constitutes the arithmetic processing unit 4, and a partial space setting means 20, edge search means 22, edge tracking means 24, surface element shape determination means 26, figure registration means 28, edge connection, which will be described later. It functions as the means 30 and the edge shape adjusting means 32.

記憶装置6はコンピュータに内蔵されるハードディスクなどで構成される。記憶装置6は演算処理装置4を部分空間設定手段20、エッジ探索手段22、エッジ追尾手段24、表面要素形状決定手段26、図形登録手段28、エッジ接続手段30及びエッジ形状調整手段32として機能させるためのプログラム及びその他のプログラムや、本システムの処理に必要な各種データを記憶する。例えば、記憶装置6は、処理対象データとして解析の対象空間の点群データを格納される。例えば、自動車道路におけるトンネル内が解析の対象空間とされる。   The storage device 6 is composed of a hard disk or the like built in the computer. The storage device 6 causes the arithmetic processing unit 4 to function as the partial space setting means 20, edge search means 22, edge tracking means 24, surface element shape determination means 26, figure registration means 28, edge connection means 30, and edge shape adjustment means 32. Programs and other programs, and various data necessary for the processing of this system are stored. For example, the storage device 6 stores point cloud data of the analysis target space as the processing target data. For example, the inside of a tunnel on an automobile road is a target space for analysis.

入力装置8は、キーボード、マウスなどであり、ユーザが本システムへの操作を行うために用いる。   The input device 8 is a keyboard, a mouse, or the like, and is used for a user to operate the system.

出力装置10は、ディスプレイ、プリンタなどであり、本システムにより求められたトンネルの3次元形状や断面形状を画面表示、印刷等によりユーザに示す等に用いられる。   The output device 10 is a display, a printer, or the like, and is used to display the three-dimensional shape or cross-sectional shape of the tunnel obtained by this system to the user by screen display, printing, or the like.

後述するように本実施形態においてトンネル形状を抽出する際の基本的な処理は、対象空間に仮想的に設定した切断平面に現れる地物表面の境界線(エッジ)を検出する処理であり、設定された切断平面に対してはエッジに沿った帯状領域における地物表面が検出される。1つの切断平面に対して抽出される表面は比較的局所的であるが、切断平面を複数設定してそれぞれについて解析を行うことによってより広い範囲での表面形状を把握することが可能である。   As will be described later, the basic process when extracting the tunnel shape in the present embodiment is a process of detecting the boundary line (edge) of the feature surface appearing on the cutting plane virtually set in the target space. For the cut plane, the feature surface in the band-like region along the edge is detected. Although the surface extracted with respect to one cutting plane is relatively local, it is possible to grasp the surface shape in a wider range by setting a plurality of cutting planes and analyzing each of them.

トンネル形状抽出システム2において切断平面の設定の仕方は任意であるが、一般的にはトンネルの横断面又は縦断面に設定される。本実施形態では横断面の場合を例に説明する。横断面の場合、水平な基準線を道路の横断方向に沿って設定し、切断平面は当該基準線を通る鉛直面に設定される。例えば、道路にセンター線を設定し、トンネル形状抽出システム2はこれを或る距離(ピッチ)で刻んで横断方向の基準線40を発生させて連続的にあるいは単独で断面形状を検出する処理を行うことも可能である。図2は基準線及び切断平面を示す模式的な斜視図である。基準線40は道路42及びトンネル44の横断方向に沿って設定される。基準線をX軸とし、鉛直方向をY軸に、また道路の縦断方向をZ軸に設定する。よって、切断平面46はXY平面を規定する。   The method for setting the cutting plane in the tunnel shape extraction system 2 is arbitrary, but is generally set to the cross section or vertical section of the tunnel. In the present embodiment, a case of a cross section will be described as an example. In the case of a cross section, a horizontal reference line is set along the crossing direction of the road, and the cutting plane is set to a vertical plane passing through the reference line. For example, a center line is set on a road, and the tunnel shape extraction system 2 performs a process of detecting a cross-sectional shape continuously or independently by generating a reference line 40 in the transverse direction by carving it at a certain distance (pitch). It is also possible to do this. FIG. 2 is a schematic perspective view showing a reference line and a cutting plane. The reference line 40 is set along the crossing direction of the road 42 and the tunnel 44. The reference line is set as the X axis, the vertical direction is set as the Y axis, and the longitudinal direction of the road is set as the Z axis. Therefore, the cutting plane 46 defines an XY plane.

図3は、トンネル形状抽出システム2によるトンネル形状抽出処理の概略のフロー図である。図3を参照しながら、演算処理装置4の各手段を説明する。   FIG. 3 is a schematic flowchart of tunnel shape extraction processing by the tunnel shape extraction system 2. Each means of the arithmetic processing unit 4 will be described with reference to FIG.

部分空間設定手段20は、解析の対象空間全体のうち、設定された切断平面でのトンネル形状抽出の処理の対象とされる断面近傍空間を区画して、解析の単位空間となる部分空間を設定する。断面近傍空間は切断平面を中心としてZ軸方向に寸法(奥行き)Dを有する空間である。奥行きDは上述した切断平面に対応して検出される地物表面の帯状領域の幅に対応している。本実施形態では例えば、Dは30cmに設定する。ちなみに図2では、断面近傍空間の水平断面48を矩形で模式的に表している。   The partial space setting means 20 sets a partial space that becomes a unit space for analysis by dividing a cross-section vicinity space that is a target of tunnel shape extraction processing in the set cutting plane out of the entire analysis target space. To do. The space near the cross section is a space having a dimension (depth) D in the Z-axis direction around the cutting plane. The depth D corresponds to the width of the band-like region on the feature surface detected corresponding to the above-described cutting plane. In this embodiment, for example, D is set to 30 cm. Incidentally, in FIG. 2, the horizontal cross section 48 in the cross section vicinity space is schematically represented by a rectangle.

例えば、部分空間設定手段20は断面近傍空間を水平方向及び垂直方向に区画して、X,Y,Z各軸に沿った辺を有する直方体形状の部分空間を作成する。図4は部分空間を説明する模式図であり、切断平面(XY平面)におけるトンネル断面形状50と部分空間52の配置とを示している。断面近傍空間は格子状(メッシュ状)に区画され、部分空間52はX方向及びY方向を配列方向とする2次元配列をなす。本実施形態では部分空間のX軸方向の寸法(幅W)及びY軸方向の寸法(高さH)を例えば、奥行きDと同じに設定し、部分空間を立方体に設定する。なお、部分空間設定手段20を構成するプログラムでは、幅W、高さH及び奥行きDはパラメータ化されており、例えば、ユーザが入力装置8を用いて変更することができる。   For example, the partial space setting means 20 divides the cross-section vicinity space in the horizontal direction and the vertical direction, and creates a rectangular parallelepiped partial space having sides along the X, Y, and Z axes. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the partial space, and shows the tunnel cross-sectional shape 50 and the arrangement of the partial space 52 in the cutting plane (XY plane). The space near the cross section is partitioned in a lattice shape (mesh shape), and the partial space 52 forms a two-dimensional array with the X direction and the Y direction as the array directions. In this embodiment, the dimension (width W) in the X-axis direction and the dimension (height H) in the Y-axis direction of the partial space are set to be the same as the depth D, for example, and the partial space is set to a cube. In the program constituting the partial space setting means 20, the width W, height H, and depth D are parameterized, and can be changed by the user using the input device 8, for example.

部分空間設定手段20は2次元配列をなす部分空間を順次作成する。部分空間の幅W及び高さHがパラメータとして設定されると、対象空間のサイズに応じてX,Y各方向の部分空間の配列個数が定まる。当該配列個数により、X,Y各方向の部分空間の位置を示すインデックスの範囲が決定される。部分空間設定手段20は、部分空間の2次元配列を表すインデックスを所定の順番で変更し、設定されたインデックスに応じた位置(X,Y各方向の座標範囲)で定義される部分空間を設定する(S10)。   The subspace setting means 20 sequentially creates subspaces that form a two-dimensional array. When the width W and the height H of the partial space are set as parameters, the number of partial spaces arranged in the X and Y directions is determined according to the size of the target space. The range of the index indicating the position of the partial space in each of the X and Y directions is determined based on the number of arrays. The partial space setting means 20 changes the index representing the two-dimensional array of the partial space in a predetermined order, and sets the partial space defined by the position (the coordinate range in each direction of X and Y) according to the set index. (S10).

例えば、図4に示すようにトンネルの空洞の略中央部の格子点を原点Oに設定し、X方向のインデックスは原点Oから右向きに1,2,3,…と順に増加させて設定し、原点Oから左向きに−1,−2,−3,…と順に減少させて設定する。また、Y方向のインデックスは原点Oから上向きに1,2,3,…と順に増加させて設定し、原点Oから下向きに−1,−2,−3,…と順に減少させて設定する。この場合、部分空間設定手段20は例えば、(1)Y方向のインデックスを1から順番にインクリメントし、Y方向のインデックスの各値にて、X軸の正方向にX方向のインデックスを1から順番にインクリメントする走査、(2)Y方向のインデックスを1から順番にインクリメントし、Y方向のインデックスの各値にて、X軸の負方向にX方向のインデックスを−1から順番にデクリメントする走査、(3)Y方向のインデックスを−1から順番にデクリメントし、Y方向のインデックスの各値にて、X軸の正方向にX方向のインデックスを1から順番にインクリメントする走査、(4)Y方向のインデックスを−1から順番にデクリメントし、Y方向のインデックスの各値にて、X軸の負方向にX方向のインデックスを−1から順番にデクリメントする走査を行う。部分空間設定手段20は、各走査にて、部分空間を順次選択してその内部における点群の有無を調べ、点群を含む部分空間をエッジ探索の処理対象として抽出する。   For example, as shown in FIG. 4, the lattice point at the substantially central portion of the tunnel cavity is set at the origin O, and the index in the X direction is set by increasing 1, 2, 3,... Decrease in the order of -1, -2, -3,... Further, the index in the Y direction is set by increasing in the order of 1, 2, 3,... Upward from the origin O and set by decreasing in the order of −1, −2, −3,. In this case, for example, the subspace setting means 20 (1) increments the Y-direction index sequentially from 1, and sequentially increments the X-direction index from 1 in the positive direction of the X axis for each value of the Y-direction index. (2) A scan that increments the Y-direction index sequentially from 1, and decrements the X-direction index in the negative direction of the X-axis sequentially from −1 at each value of the Y-direction index, (3) Scan in which the index in the Y direction is decremented sequentially from −1 and the index in the X direction is incremented sequentially from 1 in the positive direction of the X axis with each value of the index in the Y direction. (4) Y direction The index in the X direction is decremented in order from -1, and the index in the X direction is incremented in the negative direction of the X axis from -1 in each value of the Y direction index Perform the scanning to be incremented. In each scan, the subspace setting means 20 sequentially selects the subspaces, examines whether or not there is a point group in the subspace, and extracts a subspace including the point group as an edge search processing target.

部分空間設定手段20は上述した走査とは走査方向を90°変えた走査も行い、当該走査でもエッジ探索の処理対象とする部分空間を抽出する。念のため、当該走査を説明すると、(1)X方向のインデックスを1から順番にインクリメントし、X方向のインデックスの各値にて、Y軸の正方向にY方向のインデックスを1から順番にインクリメントする走査、(2)X方向のインデックスを1から順番にインクリメントし、X方向のインデックスの各値にて、Y軸の負方向にY方向のインデックスを−1から順番にデクリメントする走査、(3)X方向のインデックスを−1から順番にデクリメントし、X方向のインデックスの各値にて、Y軸の正方向にY方向のインデックスを1から順番にインクリメントする走査、(4)X方向のインデックスを−1から順番にデクリメントし、X方向のインデックスの各値にて、Y軸の負方向にY方向のインデックスを−1から順番にデクリメントする走査である。   The partial space setting means 20 also performs scanning in which the scanning direction is changed by 90 ° in contrast to the above-described scanning, and extracts a partial space to be subjected to edge search processing even in this scanning. As a precaution, the scanning will be described. (1) The index in the X direction is incremented sequentially from 1, and the index in the Y direction is incremented from 1 in the positive direction of the Y axis at each value of the index in the X direction. (2) scanning in which the index in the X direction is incremented sequentially from 1 and the index in the Y direction is decremented sequentially from −1 in the negative direction of the Y axis at each value of the index in the X direction. 3) A scan in which the index in the X direction is decremented in order from −1, and the index in the Y direction is incremented sequentially from 1 in the positive direction of the Y axis at each value of the index in the X direction. Decrement the index in order from -1, and decrement the index in the Y direction in the negative direction of the Y-axis in order from -1 for each value of the index in the X direction. Is a scanning to door.

エッジ探索手段22は、解析単位空間ごとに、その中の点群を解析し、切断平面(XY平面)46内にてトンネル44の断面形状50を構成するエッジを探索する(S12,S14)。エッジ探索手段22は、探索過程にて、解析単位空間のXY平面上にて検査線を様々に配置して当該検査線がエッジの候補となる線(候補線)であるかを調べる。本実施形態では、まず部分空間内での地物表面は近似的に平面であると仮定し、エッジとして直線(線分)を抽出対象とする。これに対応して、検査線の形状も直線又は線分とする。エッジ探索手段22は、検査線に沿って、予め定められた幅の帯状領域を設定し、検査線に応じてXY平面にて様々に設定される帯状領域のうちエッジを包含すると推測されるエッジ見当領域を探索する。具体的には、エッジ探索手段22は、帯状領域内に位置するデータ点(点群)の個数及び当該帯状領域に属するデータ点の高低差(Z軸方向の座標差)を求める(S12)。そしてエッジ探索手段22はその結果に対して設定された条件に基づいてエッジを抽出する(S14)。すなわち、点群が帯状の領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が予め設定した閾値以上の奥行き差を有する場合に、当該領域をエッジ見当領域と判断し、当該エッジ見当領域の元となった検査線をエッジの候補と定める。なお、処理S12において、データ点が帯状領域内にあるか否かはデータ点のZ座標は考慮せずに、XY座標のみで判断される。例えば、エッジ抽出の条件のうちエッジ見当領域内の点群の数に関する基準として、検査線のうちその近傍に集まる点群の個数が最も多いという条件を設定することができる。   The edge search means 22 analyzes the point group in each analysis unit space, and searches for an edge constituting the cross-sectional shape 50 of the tunnel 44 in the cutting plane (XY plane) 46 (S12, S14). In the search process, the edge search means 22 arranges various inspection lines on the XY plane of the analysis unit space, and examines whether the inspection line is a line (candidate line) that is an edge candidate. In the present embodiment, first, it is assumed that the surface of the feature in the partial space is approximately a plane, and a straight line (line segment) is extracted as an edge. Correspondingly, the shape of the inspection line is also a straight line or a line segment. The edge search means 22 sets a band-shaped area having a predetermined width along the inspection line, and an edge that is estimated to include the edge among the band-shaped areas that are variously set on the XY plane according to the inspection line. Search the register area. Specifically, the edge search means 22 obtains the number of data points (point group) located in the belt-like region and the height difference (coordinate difference in the Z-axis direction) of the data points belonging to the belt-like region (S12). The edge search means 22 extracts edges based on the conditions set for the result (S14). That is, when the point cloud gathers in a band-shaped area above a preset reference and the point cloud in the area has a depth difference equal to or greater than a preset threshold, the area is determined as an edge registration area, The inspection line that is the origin of the edge registration area is determined as an edge candidate. In step S12, whether or not the data point is in the band-like region is determined based on only the XY coordinate without considering the Z coordinate of the data point. For example, as a criterion for the number of point groups in the edge registration region among the edge extraction conditions, a condition that the number of point groups that gather near the inspection line is the largest can be set.

エッジ探索手段22は解析単位空間内にて、最も点群が集まっているエッジのみを探索してもよいし、解析単位空間内にエッジが複数存在する多重エッジを想定した処理としてもよい。   The edge search means 22 may search only the edge where the point cloud is most concentrated in the analysis unit space, or may be a process assuming a multiple edge in which a plurality of edges exist in the analysis unit space.

エッジ追尾手段24は、部分空間にて検出されたエッジを当該部分空間の外にて追尾する(S16)。エッジ追尾手段24は、基点となる部分空間(基点空間)に存在するエッジの方向線が検出されると、当該方向線の前後の延長線方向にて当該基点空間に隣接する新たな解析単位空間として追尾空間を設定する。この場合、エッジ探索手段22は、延長線に沿ったエッジを追尾空間内にて探索する。また、追尾空間にてエッジが検出されると、エッジ追尾手段24はさらに当該追尾空間を求めた方向と同一方向上に、当該エッジの方向線を延長して追尾空間を設定し、エッジ探索手段22は当該追尾空間にてエッジを探索する。追尾空間として設定される解析単位空間は本実施形態では部分空間と同様、直方体形状とする。寸法(W×H×D)は上述した部分空間と同じとすることもできるし、異ならせてもよい。例えば、追尾しているエッジの方向・位置は予め見当が付いているので、寸法を上述の部分空間と異ならせる設定として、追尾方向に直交する方向の寸法を上述の部分空間より狭くすることが可能である。   The edge tracking means 24 tracks the edge detected in the partial space outside the partial space (S16). When edge direction lines existing in the partial space (base point space) serving as the base point are detected, the edge tracking unit 24 creates a new analysis unit space adjacent to the base point space in the extension line direction before and after the direction line. Set the tracking space as. In this case, the edge search means 22 searches for an edge along the extension line in the tracking space. When an edge is detected in the tracking space, the edge tracking means 24 further sets the tracking space by extending the direction line of the edge in the same direction as the direction in which the tracking space is obtained, and the edge search means 22 searches for an edge in the tracking space. In this embodiment, the analysis unit space set as the tracking space has a rectangular parallelepiped shape as in the partial space. The dimension (W × H × D) can be the same as or different from the partial space described above. For example, since the direction and position of the edge being tracked are registered in advance, the dimension in the direction orthogonal to the tracking direction may be made narrower than the above partial space as a setting for making the dimension different from the above partial space. Is possible.

表面要素形状決定手段26は、地物表面のうち基点空間や追尾空間にて切断平面上のエッジとして検出された部分(表面要素)の形状を、点群の奥行き方向の座標を考慮して求める(S14,S16)。具体的には、表面要素形状決定手段26は、(X,Y)座標がエッジに対応する帯状領域内にあるデータ点を、エッジを基線として切断平面に垂直な面に射影し、射影された点群の分布範囲に基づいて表面要素の形状を求める。当該形状は、平行な2辺である上底及び下底をZ軸方向に設定され、かつ射影面での点群の分布範囲を近似する台形とされる。   The surface element shape determining means 26 obtains the shape of the part (surface element) detected as an edge on the cutting plane in the base point space or the tracking space in the feature surface in consideration of the coordinates in the depth direction of the point cloud. (S14, S16). Specifically, the surface element shape determination means 26 projects the data points having the (X, Y) coordinates in the band-like region corresponding to the edge onto a plane perpendicular to the cutting plane with the edge as a base line. The shape of the surface element is obtained based on the distribution range of the point cloud. The shape is a trapezoid in which the upper base and the lower base, which are two parallel sides, are set in the Z-axis direction and the distribution range of the point group on the projection plane is approximated.

図形登録手段28は、部分空間ごとに、当該部分空間のエッジから始まった追尾で得られたエッジ群からトンネルの断面形状の一部となる部分断面形状を生成する部分断面形状生成手段としての機能を有する。図形登録手段28は、エッジの連続追尾が途絶えると、エッジ追尾手段24により求められた一連のエッジをつなぎ合わせて連続線分(部分断面形状)を作成し、当該連続線分を表す情報、及び当該連続線分を構成する各エッジの図形データを記憶装置6に登録する(S18)。連続線分はこの段階にて一連のエッジを実際に互いに接続した1つの線(折線)とすることもできるし、この段階では並び順は決められているが接続はされていない複数の線分の状態であるとし、相互接続して1つの線にする処理は別途行ってもよい。後者の場合、例えば、後述するエッジ形状の調整処理で相互接続を行うことができる。   The graphic registration unit 28 functions as a partial cross-sectional shape generation unit that generates, for each partial space, a partial cross-sectional shape that becomes a part of the cross-sectional shape of the tunnel from an edge group obtained by tracking starting from the edge of the partial space. Have When the continuous tracking of the edges is interrupted, the graphic registration unit 28 connects the series of edges obtained by the edge tracking unit 24 to create a continuous line segment (partial cross-sectional shape), information indicating the continuous line segment, and The graphic data of each edge constituting the continuous line segment is registered in the storage device 6 (S18). A continuous line segment can be a single line (broken line) in which a series of edges are actually connected to each other at this stage, or a plurality of line segments that are arranged at this stage but are not connected. In other words, the process of interconnecting them into one line may be performed separately. In the latter case, for example, the interconnection can be performed by an edge shape adjustment process described later.

エッジ接続手段30は、エッジが抽出された部分空間ごとにエッジ追尾手段24により追尾され生成された連続線分同士をそれらの位置関係に基づいてつなぎ合わせる(S20)。地物表面から得られる点群の密度は一様ではない。具体的には、モービルマッピングシステムでは、自動車に搭載されたレーザスキャナは車体の上部から斜め下方向や斜め上方向にレーザを照射する。レーザの光軸は横方向に走査され、走査角度範囲内にて微小角度ごとにレーザパルスが発射される。そのため、レーザスキャナと地物表面のレーザ反射点との距離はレーザの発射方向やレーザスキャナと地物表面との距離などの影響を受けて変化する。そしてレーザスキャナからの距離が遠いほどレーザパルスの発射角度差に対するレーザ反射点間の距離は大きくなり、点群の密度が低くなる。また、表面に水が存在したり、レーザスキャナから見て陰になるなどして点群が得られない箇所も生じ得る。このような点群の密度が低い箇所や点群が存在しない箇所では、上述のように基点空間の選択に関する走査方向を変えるなどして多くの部分空間を基点空間として選択して連続追尾を行っても、本来、つながるべき箇所で連続したエッジを抽出できない可能性がある。エッジ接続手段30はこのような箇所にて、その近傍にて抽出されている連続線分同士をつなぎ合わせる。なお、この連続線分同士をつなぎ合わせる処理に関しても、この段階にて連続線分同士を実際に接続して1つの線(折線)にする処理とすることもできるし、この段階では、接続されるべき連続線分の端部の組み合わせを決めるだけの処理として、実際に接続する処理は別途行ってもよい。後者の場合、例えば、後述するエッジ形状の調整処理において端部間をエッジで接続する処理を行うことができる。   The edge connecting means 30 joins the continuous line segments that are tracked and generated by the edge tracking means 24 for each partial space from which edges are extracted based on their positional relationship (S20). The density of point clouds obtained from the feature surface is not uniform. Specifically, in the mobile mapping system, a laser scanner mounted on an automobile irradiates a laser in an obliquely downward direction or an obliquely upward direction from the upper part of the vehicle body. The optical axis of the laser is scanned in the horizontal direction, and laser pulses are emitted at every minute angle within the scanning angle range. For this reason, the distance between the laser scanner and the laser reflection point on the surface of the feature changes depending on the laser emission direction, the distance between the laser scanner and the surface of the feature, and the like. As the distance from the laser scanner increases, the distance between the laser reflection points with respect to the difference in laser pulse emission angle increases, and the density of the point group decreases. In addition, there may be places where point clouds cannot be obtained due to the presence of water on the surface or shadows when viewed from the laser scanner. In places where the density of point clouds is low or where no point clouds exist, continuous tracking is performed by selecting many subspaces as the base point space by changing the scanning direction related to the selection of the base point space as described above. However, there is a possibility that a continuous edge cannot be extracted at a place to be connected. The edge connecting means 30 connects the continuous line segments extracted in the vicinity thereof at such a location. In addition, regarding the process of connecting the continuous line segments, the continuous line segments can be actually connected to form one line (folded line) at this stage. The process of actually connecting may be performed separately as the process of determining the combination of the end portions of the continuous line segments to be performed. In the latter case, for example, it is possible to perform processing for connecting the end portions with edges in edge shape adjustment processing described later.

エッジ形状調整手段32は、部分空間内では直線状に抽出されるエッジを地物表面の概略のエッジであると位置づけて、概略エッジである線分に基づいて、より詳細なエッジ形状を表す折線を求める(S22)。   The edge shape adjusting means 32 positions the edge extracted in a straight line in the partial space as a rough edge of the feature surface, and represents a more detailed edge shape based on the line segment that is the rough edge. Is obtained (S22).

以下、トンネル形状抽出システム2の処理例をより詳しく説明する。図5、図6、図8〜図10は、演算処理装置4が実行する一連の処理の流れを分割して示しており、まず、図5は、部分空間設定手段20の概略の処理フロー図であり、トンネル形状抽出システム2における解析単位空間の初期設定、つまり部分空間の作成処理に関する部分の処理を示している。トンネル形状抽出システム2が例えば、トンネルの横断面などのトンネル形状の抽出処理を開始すると(S30)、部分空間設定手段20は、断面近傍空間をメッシュ状に分割した部分空間を追尾処理の基点空間として順次設定する。例えば、部分空間のサイズが設定されている場合には、奥行きDを有し切断平面に沿って設定される断面近傍空間のXY面内でのサイズに応じて、X,Y各方向の部分空間の配列個数が定まり、例えば、各方向の部分空間の位置を示すインデックスの範囲が決定される。一方、断面近傍空間の各方向の分割数(インデックスの幅)が設定されている場合には、対象空間のサイズに応じて部分空間のサイズが算出され設定される。   Hereinafter, a processing example of the tunnel shape extraction system 2 will be described in more detail. 5, 6, and 8 to 10 separately show a flow of a series of processes executed by the arithmetic processing device 4. First, FIG. 5 is a schematic process flow diagram of the subspace setting means 20. The initial setting of the analysis unit space in the tunnel shape extraction system 2, that is, the processing of the portion related to the creation processing of the partial space is shown. When the tunnel shape extraction system 2 starts, for example, extraction processing of a tunnel shape such as a cross section of a tunnel (S30), the partial space setting unit 20 uses a tracking processing base space for dividing a partial space obtained by dividing the cross-section vicinity space into a mesh shape. Are set sequentially. For example, when the size of the partial space is set, the partial space in each of the X and Y directions depends on the size in the XY plane of the cross-section vicinity space having the depth D and set along the cutting plane. For example, the index range indicating the position of the partial space in each direction is determined. On the other hand, when the number of divisions (index width) in each direction of the cross-section near space is set, the size of the partial space is calculated and set according to the size of the target space.

部分空間設定手段20は、部分空間の2次元メッシュ状の配置を表すインデックスを上述したような順番で指定し、設定されたインデックスに応じた位置(X,Y各方向の座標範囲)で定義される直方体の部分空間を基点空間として設定する(S32)。なお、ここで、インデックス指定されたメッシュの部分空間が未処理のものであれば(S34にて「No」の場合)、部分空間設定手段20は基点空間内の点群を例えば、ハードディスク等の記憶装置6からRAM(Random Access Memory)等の作業領域に取り込む(S36)。基点空間内に取り込んだ点群の数が閾値n以上であり(S38にて「Yes」の場合)、かつ基点空間内に取り込んだ点群が平坦でない場合(S40にて「No」の場合)には、当該部分空間を基点空間としたエッジ探索を行う(図6のノードBへ処理が進む)。例えば、処理S38にて、点群の閾値nは5以上に設定することができる。また、点群が平坦ではないことは、点群のZ方向の座標値の最大値と最小値との差が予め設定した値以上、例えば2cm以上であることと定義することができる。   The subspace setting means 20 designates an index representing a two-dimensional mesh-like arrangement of the subspace in the order as described above, and is defined by a position (coordinate range in each direction of X and Y) according to the set index. A rectangular parallelepiped partial space is set as a base point space (S32). If the partial space of the mesh designated by the index is an unprocessed one (in the case of “No” in S34), the partial space setting means 20 sets the point group in the base point space to, for example, a hard disk or the like. The data is taken from the storage device 6 into a work area such as a RAM (Random Access Memory) (S36). When the number of point groups captured in the base point space is equal to or greater than the threshold value n (in the case of “Yes” in S38), and the point groups captured in the base point space are not flat (in the case of “No” in S40) , An edge search is performed using the partial space as a base point space (processing proceeds to node B in FIG. 6). For example, in the process S38, the threshold value n of the point group can be set to 5 or more. Further, the fact that the point group is not flat can be defined as the difference between the maximum value and the minimum value of the coordinate values in the Z direction of the point group being not less than a preset value, for example, not less than 2 cm.

一方、基点空間内に取り込んだ点群の数が閾値n未満である場合(S38にて「No」の場合)、及び、基点空間内に取り込んだ点群が平坦と判断される場合(S40にて「Yes」の場合)には、切断平面に交差する地物表面が存在しないか、精度良くエッジ探索ができないとして当該探索は行わない。これらの場合は、当該基点空間については処理を終え、次の部分空間を基点空間とした処理に移る(ノードAへ処理が戻る)。   On the other hand, when the number of point clouds captured in the base point space is less than the threshold value n (in the case of “No” in S38), and when the point cloud captured in the base point space is determined to be flat (in S40). In the case of “Yes”, the search is not performed because there is no feature surface intersecting the cutting plane or the edge search cannot be performed with high accuracy. In these cases, the process is finished for the base point space, and the process proceeds to the process using the next partial space as the base point space (the process returns to node A).

上述した走査順序でメッシュ状に並ぶ全ての部分空間について処理が終わっている場合は(S34にて「Yes」の場合)、演算処理装置4はエッジ抽出の処理を終える(S42)。   When the processing has been completed for all the partial spaces arranged in the mesh shape in the scanning order described above (“Yes” in S34), the arithmetic processing device 4 finishes the edge extraction processing (S42).

図6は、エッジ探索手段22の概略の処理フロー図であり、基点空間におけるエッジ探索に関する処理を示している。エッジ探索手段22は基点空間内にエッジが存在するか探索する(S50)。   FIG. 6 is a schematic processing flow diagram of the edge search means 22 and shows processing related to edge search in the base point space. The edge search means 22 searches for an edge in the base point space (S50).

図7は基点空間でのエッジ探索処理S50を説明する模式図である。図7は、基点空間を切断平面に直交する方向(Z軸方向)から見た図であり、基点空間60に対応する矩形と、基点空間内の点群のXY面内での配置の一例が示されている。エッジ探索手段22は、基点空間内の点群から任意の2つのデータ点Pα,Pβを選択し、それら2点を両端とするXY面内での線分L0をエッジの検査線として設定すると共に、線分L0を中心としてその両側にそれぞれ幅w(合計幅2w)の帯状領域EAを設定する。エッジ探索手段22は点群のうちXY平面での座標が当該帯状領域EA内に位置するデータ点の個数をカウントする。データ点が領域EA内であるか否かは、例えばXY平面上での当該データ点から線分L0への垂線の長さがw以下であるか否かによって判定可能である。また、エッジの条件として、帯状領域EA内の点群が表す3次元形状が平坦でないことを課す。具体的には、エッジ探索手段22は、帯状領域EA内に包含されるデータ点の奥行き差ΔZが予め設定した閾値γ以上であれば平坦ではないと判定する。w,γはパラメータであり、例えば、wは3cm程度、γは2cm程度に設定できる。   FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the edge search processing S50 in the base point space. FIG. 7 is a diagram when the base point space is viewed from a direction (Z-axis direction) orthogonal to the cutting plane. An example of the arrangement of the rectangle corresponding to the base point space 60 and the point group in the base point space in the XY plane is as follows. It is shown. The edge search means 22 selects arbitrary two data points Pα and Pβ from the point group in the base point space, and sets a line segment L0 in the XY plane having these two points as both ends as an edge inspection line. The band-like areas EA having the width w (total width 2w) are set on both sides of the line segment L0. The edge search means 22 counts the number of data points whose coordinates on the XY plane are located in the band-like area EA. Whether or not the data point is in the area EA can be determined by whether or not the length of the perpendicular line from the data point to the line segment L0 on the XY plane is equal to or less than w, for example. In addition, as an edge condition, it is imposed that the three-dimensional shape represented by the point group in the belt-like area EA is not flat. Specifically, the edge search means 22 determines that the data point is not flat if the depth difference ΔZ of the data points included in the band-shaped area EA is equal to or greater than a preset threshold value γ. w and γ are parameters. For example, w can be set to about 3 cm and γ can be set to about 2 cm.

エッジ探索手段22は、基点空間内の2つのデータ点の全ての組み合わせについて検査線を設定して上述の判定を行い、領域EA内に最もデータ点が多く集まり、かつΔZが閾値γ以上である線分L0を基点空間における探索処理でのエッジとして選択する。当該エッジは線形リストへの登録候補(エッジ候補)となる。エッジが存在した場合には(S52にて「Yes」の場合)、処理S54に進む。一方、エッジが見つからなかった場合(S52にて「No」の場合)、当該基点空間については処理を終え、図5のノードAへ進み、次の部分空間を基点空間とした処理に移る。   The edge search means 22 performs the above-described determination by setting inspection lines for all combinations of two data points in the base point space, and the most data points gather in the area EA and ΔZ is equal to or greater than the threshold value γ. The line segment L0 is selected as an edge in the search process in the base point space. The edge becomes a registration candidate (edge candidate) in the linear list. If there is an edge (“Yes” in S52), the process proceeds to S54. On the other hand, when the edge is not found (in the case of “No” in S52), the process is finished for the base point space, the process proceeds to node A in FIG. 5, and the process proceeds to the process using the next partial space as the base point space.

エッジ探索手段22は、処理S50にてエッジとして選択された線分L0に対応する帯状領域EA(エッジ見当領域)内のデータ点に対して最小2乗法を適用し、得られる回帰直線に沿うように線分L0の位置を修正する最適化処理を行う(S54)。   The edge search means 22 applies the least square method to the data points in the band-like area EA (edge registration area) corresponding to the line segment L0 selected as the edge in step S50, and follows the obtained regression line. Then, an optimization process for correcting the position of the line segment L0 is performed (S54).

表面要素形状決定手段26は処理S54で得られたエッジに存在する地物の表面要素の形状を求める。具体的には、帯状領域EA内のデータ点を、エッジを基線として切断平面に垂直な面に射影し、射影された点群の分布範囲を台形で近似した表面要素の形状を求める(S56)。   The surface element shape determining means 26 obtains the shape of the surface element of the feature existing at the edge obtained in step S54. Specifically, the data points in the belt-like area EA are projected onto a plane perpendicular to the cutting plane with the edge as a base line, and the shape of the surface element is obtained by approximating the distribution range of the projected point group with a trapezoid (S56). .

エッジ探索手段22は、得られたエッジに相当するもの(一致又は交差する方向線)がすでに図形登録されているものの中に存在するかを調べる(S58)。図形登録されていなければ(S60にて「No」の場合)、当該エッジ(エッジ候補)は新たなエッジであるとして、図8のノードDへ進み、当該エッジの位置や表面要素形状を含む情報(図形データ)を線形リストに格納して連続追尾処理が開始される。一方、図形登録されていれば(S60にて「Yes」の場合)、当該エッジは既検出であり新たなエッジではないとして、基点空間にて得られたエッジの情報は記録せずに、図5のノードAへ進み、次の部分空間を基点空間とした処理に移る。なお、エッジ探索手段22はエッジを中心線として予め定められた幅を有し、かつ当該エッジに応じた長さを有する帯状の領域であるエッジ近傍領域を定義し、線形リストに格納される図形データにはこのエッジ近傍領域を表す情報も含まれる。   The edge search means 22 checks whether a figure corresponding to the obtained edge (coincidence or intersecting direction line) exists in the figure already registered (S58). If the figure is not registered (in the case of “No” in S60), the edge (edge candidate) is assumed to be a new edge, and the process proceeds to node D in FIG. 8 and includes the position of the edge and the surface element shape. (Graphic data) is stored in the linear list, and the continuous tracking process is started. On the other hand, if the figure is registered (in the case of “Yes” in S60), the edge is already detected and is not a new edge, and the edge information obtained in the base point space is not recorded, The process proceeds to node A of No. 5, and the process proceeds to a process in which the next partial space is set as a base point space. The edge search means 22 defines an edge vicinity area which is a band-like area having a predetermined width with the edge as a center line and a length corresponding to the edge, and is stored in a linear list. The data also includes information representing the edge vicinity region.

図8はエッジ追尾手段24及び図形登録手段28の概略の処理フロー図である。エッジ追尾手段24は、エッジの情報をバッファするための線形リストを生成する。エッジ追尾手段24は、追尾処理がエッジの両端から互いに反対方向に行われることに対応して線形リストを2つ作成する。ここではエッジの一方端からの追尾をA方向の追尾、エッジの他方端からの追尾をB方向の追尾と称する。エッジ追尾手段24はA方向に追尾するための線形リストと、B方向に追尾するための線形リストとを作成する(S80)。基点空間にて得られたエッジの図形データは、例えば、A方向の線形リストに格納することができる(S82)。しかる後、エッジ追尾手段24は、A方向の連続追尾処理S84とB方向の連続追尾処理S86とを行う。   FIG. 8 is a schematic process flow diagram of the edge tracking means 24 and the figure registration means 28. The edge tracking means 24 generates a linear list for buffering edge information. The edge tracking means 24 creates two linear lists in response to the tracking process being performed in opposite directions from both ends of the edge. Here, tracking from one end of the edge is referred to as tracking in the A direction, and tracking from the other end of the edge is referred to as tracking in the B direction. The edge tracking means 24 creates a linear list for tracking in the A direction and a linear list for tracking in the B direction (S80). The graphic data of the edge obtained in the base point space can be stored, for example, in a linear list in the A direction (S82). Thereafter, the edge tracking means 24 performs a continuous tracking process S84 in the A direction and a continuous tracking process S86 in the B direction.

A方向及びB方向それぞれの連続追尾処理で得られたエッジの情報は、A方向及びB方向の線形リストに格納される。図形登録手段28は或る基点空間にて得られたエッジについての2方向の追尾が終了すると、A方向の線形リスト及びB方向の線形リストに格納されているエッジの端点を追尾順序に従ってつなぎ合わせて連続線分を作成する(S88)。作成した連続線分は記憶装置6に図形登録される(S90)。処理は図5のノードAへ進み、次の部分空間を基点空間とした処理に移る。   The edge information obtained by the continuous tracking process in each of the A direction and the B direction is stored in a linear list in the A direction and the B direction. When the two-way tracking of the edge obtained in a certain base point space is completed, the figure registering unit 28 joins the edge endpoints stored in the linear list in the A direction and the linear list in the B direction according to the tracking order. A continuous line segment is created (S88). The created continuous line segment is registered as a figure in the storage device 6 (S90). The process proceeds to node A in FIG. 5 and proceeds to a process in which the next partial space is set as a base point space.

図9及び図10はエッジ追尾手段24による連続追尾処理の概略の処理フロー図である。エッジ追尾手段24は、基点空間又は先行して設定された追尾空間にてエッジが検出されると、それら先行してエッジ検出が行われた解析単位空間に隣接する追尾空間を設定する(S100)。新たな追尾空間は切断平面における断面である矩形の中心線を、先行する解析単位空間にて検出されているエッジの向きに合わせて配置される。また、先行して設定された追尾空間にてエッジが検出された場合には、当該追尾空間を求めた方向と同一方向上に、当該エッジの方向線を延長して、さらに追尾が行われる。   FIG. 9 and FIG. 10 are schematic process flow diagrams of the continuous tracking process by the edge tracking means 24. When an edge is detected in the base point space or the tracking space set in advance, the edge tracking means 24 sets a tracking space adjacent to the analysis unit space in which the edge detection is performed in advance (S100). . The new tracking space is arranged by aligning the rectangular center line, which is a cross section in the cutting plane, with the direction of the edge detected in the preceding analysis unit space. In addition, when an edge is detected in the tracking space set in advance, the direction line of the edge is extended in the same direction as the direction in which the tracking space is obtained, and further tracking is performed.

エッジ追尾手段24が追尾空間を設定すると、エッジ探索手段22は当該追尾空間内の点群を記憶装置6からRAM等の作業領域に取り込み(S102)、先行する解析単位空間のエッジの延長線に沿って設定した追尾空間にエッジが存在するかを調べる(S104)。延長線に沿って設定した追尾空間内に基準以上の点群が集まっており、その高低差が閾値γ以上であれば、当該追尾空間にエッジが存在すると判定する(S106にて「Yes」の場合)。この場合、表面要素形状決定手段26が基点空間でのエッジに対して行った処理S56と同様の処理を行って、追尾空間にて抽出されたエッジに存在する地物の表面要素となる台形を決定する処理を行う(S108)。   When the edge tracking means 24 sets the tracking space, the edge search means 22 takes the point cloud in the tracking space from the storage device 6 into a work area such as a RAM (S102), and uses it as an extension of the edge of the preceding analysis unit space. It is checked whether there is an edge in the tracking space set along (S104). If point clouds above the reference are gathered in the tracking space set along the extension line and the height difference is equal to or larger than the threshold γ, it is determined that an edge exists in the tracking space (“Yes” in S106). If). In this case, the surface element shape determining means 26 performs a process similar to the process S56 performed on the edge in the base point space, so that the trapezoid serving as the surface element of the feature existing in the edge extracted in the tracking space is obtained. Processing to determine is performed (S108).

エッジ追尾手段24は抽出したエッジ(エッジ候補)が線形リスト上に格納されているエッジと交差するか否かを調べる(S110)。ここで、線形リストに登録されているエッジは新たに追尾空間から抽出されたエッジと同じ基点空間に端を発するものである。トンネルの横断面のようにエッジが閉じた図形を形成する場合、或る一つの基点空間からの連続追尾処理で当該閉じた図形が抽出される可能性がある。そこで、処理S110にて、新たに抽出されたエッジと線形リスト上のエッジとの交差(一致を含む)の有無を判定し、交差が検出された場合(S112にて「Yes」の場合)、自己ループ又は無限ループを回避するために、新たに抽出されたエッジは線形リストに追加せずに連続追尾処理を終了する(S114)。   The edge tracking means 24 checks whether or not the extracted edge (edge candidate) intersects with an edge stored on the linear list (S110). Here, the edge registered in the linear list originates in the same base point space as the edge newly extracted from the tracking space. When a figure with a closed edge is formed as in a cross section of a tunnel, the closed figure may be extracted by continuous tracking processing from a certain base point space. Therefore, in process S110, it is determined whether or not there is an intersection (including a match) between the newly extracted edge and the edge on the linear list. If an intersection is detected (“Yes” in S112), In order to avoid the self-loop or the infinite loop, the newly extracted edge is not added to the linear list, and the continuous tracking process is terminated (S114).

交差が検出されなかった場合(S112にて「No」の場合)、さらにエッジ追尾手段24は、新たに抽出されたエッジがすでに図形登録されているかを調べる(S116)。図形登録されている場合(S118にて「Yes」の場合)、新たに抽出されたエッジは線形リストに追加せずに連続追尾処理を終了する(S120)。   When no intersection is detected (in the case of “No” in S112), the edge tracking means 24 further checks whether the newly extracted edge has already been registered in the graphic (S116). When the graphic is registered (in the case of “Yes” in S118), the newly extracted edge is not added to the linear list, and the continuous tracking process is terminated (S120).

一方、図形登録されていなければ(S118にて「No」の場合)、エッジ追尾手段24は、現在の追尾空間についてのエッジの情報を線形リストに追加して(S122)、処理S100に戻り、現在の追尾空間に続く新たな追尾空間を設定する。このようにしてエッジ追尾手段24は追尾空間を順次設定してエッジを追尾する。   On the other hand, if the figure is not registered (in the case of “No” in S118), the edge tracking unit 24 adds the edge information about the current tracking space to the linear list (S122), and returns to the process S100. Set a new tracking space that follows the current tracking space. In this way, the edge tracking means 24 tracks the edges by sequentially setting the tracking space.

エッジ追尾手段24は既検出エッジの延長線に沿って設定した追尾空間内にてエッジを検出できない場合(S106にて「No」の場合)、図10のノードFに進み、既検出エッジの延長線からずれた方向における探索処理が行われる。当該探索処理では、追尾空間をその中心軸を切断平面内にて当該延長線の位置から時計回り方向と反時計回り方向とに変化させて設定する。例えば、延長線の向きからの中心軸の向きの変化範囲(±θ)とその分割数kを設定し、θ/kずつ切断平面内での角度が異なる複数の追尾空間を設定し、各追尾空間にてエッジを探し、そして角度を変えて設定した複数の追尾空間にて得られたエッジのうち最も点群が集まるものを抽出する(S130)。   If the edge tracking means 24 cannot detect an edge in the tracking space set along the extension line of the detected edge (“No” in S106), the process proceeds to node F in FIG. 10 to extend the detected edge. Search processing in a direction deviating from the line is performed. In the search process, the tracking space is set by changing the central axis in the cutting plane from the position of the extension line to the clockwise direction and the counterclockwise direction. For example, the change range (± θ) of the direction of the central axis from the direction of the extension line and the number of divisions k are set, and a plurality of tracking spaces having different angles in the cutting plane by θ / k are set. An edge is searched for in the space, and an edge having the most point cloud is extracted from the edges obtained in a plurality of tracking spaces set by changing the angle (S130).

これによりエッジが抽出された場合(S132にて「Yes」の場合)、表面要素形状決定手段26は処理S108と同様にして、追尾空間にて抽出されたエッジに存在する地物の表面要素となる台形を決定する処理を行う(S136)。また、エッジ追尾手段24は処理S110〜S122と同様の処理を行う。すなわち、抽出したエッジと線形リスト上のエッジとの交差の有無を調べ(S138)、また、抽出したエッジがすでに図形登録されているものの中にあるかを調べる(S144)。そして、交差が検出された場合(S140にて「Yes」の場合)及び図形登録されている場合(S146にて「Yes」の場合)は、新たに抽出されたエッジは線形リストに追加せずに連続追尾処理を終了し(S142及びS148)、当該処理をサブルーチンとして呼び出した図8の処理S84,S86に戻る。一方、交差が検出されず(S140にて「No」の場合)、かつ図形登録されていなければ(S146にて「No」の場合)、エッジ追尾手段24は、抽出したエッジの情報を線形リストに追加して(S150)、図9のノードEに戻り、現在の追尾空間に続く新たな追尾空間を設定する。なお、エッジが抽出されなかった場合(S132にて「No」の場合)は連続追尾処理をサブルーチンとして呼び出した図8の処理S84,S86に戻る(S134)。   When the edge is extracted by this (when “Yes” in S132), the surface element shape determination means 26 determines the surface element of the feature existing in the edge extracted in the tracking space in the same manner as the processing S108. The process which determines the trapezoid which becomes is performed (S136). Further, the edge tracking means 24 performs the same processing as the processing S110 to S122. That is, the presence / absence of intersection between the extracted edge and the edge on the linear list is checked (S138), and it is checked whether the extracted edge is already registered in the figure (S144). When an intersection is detected (“Yes” in S140) and a figure is registered (“Yes” in S146), the newly extracted edge is not added to the linear list. Then, the continuous tracking process is ended (S142 and S148), and the process returns to the processes S84 and S86 of FIG. On the other hand, if no intersection is detected (in the case of “No” in S140) and no graphic is registered (in the case of “No” in S146), the edge tracking unit 24 uses the extracted edge information as a linear list. (S150), the process returns to the node E in FIG. 9 to set a new tracking space following the current tracking space. If no edge is extracted (in the case of “No” in S132), the process returns to S84 and S86 of FIG. 8 in which the continuous tracking process is called as a subroutine (S134).

図11は或る部分空間100にて抽出されたエッジ102と、当該エッジ102を基点とした連続追尾処理の例を示す切断平面の模式図である。追尾処理は部分空間100から時計回りと反時計回りとでそれぞれ追尾空間104を順次設定してエッジ106を探索する。図11のトンネル断面形状50の右側の一連のエッジ102,106は1つの連続線分を構成する。   FIG. 11 is a schematic diagram of a cutting plane showing an example of an edge 102 extracted in a certain partial space 100 and a continuous tracking process using the edge 102 as a base point. In the tracking process, the edge 106 is searched by sequentially setting the tracking space 104 in the clockwise direction and the counterclockwise direction from the partial space 100. A series of edges 102 and 106 on the right side of the tunnel cross-sectional shape 50 of FIG. 11 constitute one continuous line segment.

演算処理装置4は、基点空間でのエッジ探索、及び追尾空間での連続追尾処理を終え、切断平面におけるトンネルの部分断面形状を表す連続線分の抽出が完了すると(図5のS42)、エッジ接続手段30により連続線分をつなぎ合わせる処理を行う(図3の処理S20)。   The arithmetic processing device 4 finishes the edge search in the base point space and the continuous tracking process in the tracking space, and when the extraction of the continuous line segment representing the partial cross-sectional shape of the tunnel in the cutting plane is completed (S42 in FIG. 5), the edge Processing for connecting the continuous line segments is performed by the connecting means 30 (processing S20 in FIG. 3).

エッジ接続手段30(部分断面形状接続手段)は2つの連続線分の端部間を接続する。エッジ接続手段30は切断平面に対応して抽出された連続線分を記憶装置6から2つ選択し、当該2つの連続線分について2つの手法で接続の可否を判断する。この判断は切断平面における全ての連続線分対について行われる。   The edge connecting means 30 (partial cross-sectional shape connecting means) connects between the ends of two continuous line segments. The edge connecting means 30 selects two continuous line segments extracted corresponding to the cutting plane from the storage device 6, and determines whether or not the two continuous line segments can be connected by two methods. This determination is made for all continuous line segment pairs in the cutting plane.

図12は連続線分対の接続可否の第1の判断手法を説明する模式図である。第1の手法では、選択した連続線分対の一方の連続線分において端部に位置するエッジE1の延長線L1が他方の連続線分において端部に位置するエッジE2のエッジ近傍領域R2と交差するか否かに基づいて接続可否を判断し、接続可能と判断した場合は、それらエッジE1,E2の端部PB1,PA2の間を接続し、2つの連続線分を1つに統合する。   FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a first determination method for determining whether or not a continuous line segment pair can be connected. In the first technique, the extension line L1 of the edge E1 located at the end of one continuous line segment of the selected pair of continuous line segments is the edge vicinity region R2 of the edge E2 located at the end of the other continuous line segment. Whether or not connection is possible is determined based on whether or not they intersect, and when it is determined that connection is possible, the ends PB1 and PA2 of the edges E1 and E2 are connected and two continuous line segments are integrated into one. .

ここで、接続の可否の判断は、エッジE1の端部PB1からの延長線L1がエッジE2のエッジ近傍領域R2と交差するかという一方向の判定だけでなく、双方の判定とすることもできる。つまり、エッジE2の端部PA2からの延長線(図示せず)がエッジE1のエッジ近傍領域R1と交差するかという判定も考慮して接続可否を判断することができる。例えば、双方向のうちいずれか一方で交差が判定されれば接続可能と判断することもできるし、両方向で交差が判定された場合に接続可能と判断することもできる。   Here, the determination as to whether or not the connection is possible can be determined not only in one direction as to whether the extended line L1 from the end portion PB1 of the edge E1 intersects the edge vicinity region R2 of the edge E2, but also in both determinations. . That is, whether or not connection is possible can be determined in consideration of whether an extension line (not shown) of the edge E2 from the end portion PA2 intersects the edge vicinity region R1 of the edge E1. For example, it can be determined that the connection is possible if the intersection is determined in any one of the two directions, and can be determined that the connection is possible when the intersection is determined in both directions.

また、各連続線分は2つの端部を有するので、2つの連続線分間には4通りの端部の組み合わせが存在する。具体的には一方端にエッジE1を有する連続線分の反対端をエッジE1’とし、同様に一方端にエッジE2を有する連続線分の反対端をエッジE2’とすると、エッジE1,E1’それぞれと、エッジE2,E2’それぞれとの組み合わせが考えられる。このうちエッジ接続手段30は基本的には端部間の距離が最も小さい組み合わせだけについて接続可否を判断すればよいが、複数の組み合わせ、例えば全部の組み合わせについて接続可否を判断してもよい。   Further, since each continuous line segment has two ends, there are four combinations of end portions in the two continuous line segments. Specifically, when the opposite end of the continuous line segment having the edge E1 at one end is defined as an edge E1 'and the opposite end of the continuous line segment having the edge E2 at one end is defined as an edge E2', the edges E1, E1 ' Combinations of these and the edges E2 and E2 ′ can be considered. Of these, the edge connecting means 30 basically determines whether or not connection is possible only for the combination having the smallest distance between the end portions, but may determine whether or not connection is possible for a plurality of combinations, for example, all combinations.

エッジ近傍領域の幅(エッジに直交する方向の寸法)w(図示せず)は一定の値とすることができる。一方、例えば、対応するエッジが抽出された解析単位空間やエッジ見当領域での点群の粗密に応じて幅wを変えてもよい。例えば、点群の密度が高い解析単位空間やエッジ見当領域から抽出されたエッジの位置の精度は高いと考えられることから、当該密度が高いほど幅wを小さく設定することができる。 The width (dimension in the direction perpendicular to the edge) w N (not shown) of the edge vicinity region can be a constant value. On the other hand, for example, it may be changing the width w N in accordance with the density of the point cloud of the corresponding analyzing unit space and edge registration region an edge is extracted. For example, it is considered to be high accuracy of the position of the edges extracted density of the points from the high analysis unit space and edge registration area, can the density is set smaller the higher the width w N.

図13は連続線分対の接続可否の第2の判断手法を説明する模式図である。第2の手法では、選択した連続線分対の端部間の距離DNが予め定めた閾値ε以下である場合に、当該両端部間を接続する。具体的には、まず2つの連続線分の端部の4通りの組み合わせのうち端部間の距離が最も小さい組み合わせを選択する。図13では4通りの組み合わせのうちエッジE1の端部PB1とE2の端部PA2との距離が最小であり、当該距離がε以下であれば連続線分対は当該端部にて接続され、当該距離がεより大きければ連続線分対は第2の手法では接続されない。   FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a second determination method for determining whether or not a continuous line pair can be connected. In the second method, when the distance DN between the ends of the selected continuous line segment pair is equal to or less than a predetermined threshold ε, the ends are connected. Specifically, first, a combination having the smallest distance between the end portions is selected from the four combinations of the end portions of the two continuous line segments. In FIG. 13, among the four combinations, the distance between the end portion PB1 of the edge E1 and the end portion PA2 of E2 is the minimum, and if the distance is equal to or less than ε, the continuous line segment pair is connected at the end portion. If the distance is larger than ε, the continuous line segment pair is not connected by the second method.

なお、第1の手法は、点群が比較的疎であり、連続線分対の端部間の距離DNが長い場合に有効である。一方、第2の手法は、点群が比較的密であり、連続線分対の端部間の距離DNが短い場合に有効である。また、第1の手法と第2の手法を併用し、例えば第1の手法で接続できなかった連続線分対を第2の手法で接続することも可能である。   Note that the first method is effective when the point group is relatively sparse and the distance DN between the ends of the pair of continuous line segments is long. On the other hand, the second method is effective when the point group is relatively dense and the distance DN between the ends of the pair of continuous line segments is short. Further, by using the first method and the second method together, it is also possible to connect, for example, continuous line segment pairs that could not be connected by the first method by the second method.

エッジ接続手段30により連続線分を接続することで例えば、トンネルの横断面形状が閉じた図形で得られやすくなる。ここまでの処理でトンネルの断面形状を、部分空間や追尾空間ごとに抽出されたエッジをつなぎ合わせた折線で表現することができる。トンネル形状抽出システム2はこれをトンネルの断面形状として出力することもできるが、トンネル形状抽出システム2はさらにエッジ形状調整手段32により、トンネルの断面形状を調整して出力することができる。エッジ形状調整手段32は、エッジ探索手段22により部分空間や追尾空間にて抽出されるエッジを概略エッジであると位置づけて、概略エッジである線分に基づいて、より詳細なエッジ形状を表す折線を求めるエッジの微調整処理を行う(図3の処理S22)。   By connecting the continuous line segments by the edge connecting means 30, for example, the cross-sectional shape of the tunnel can be easily obtained as a closed figure. With the processing so far, the cross-sectional shape of the tunnel can be expressed by a broken line connecting edges extracted for each partial space and tracking space. The tunnel shape extraction system 2 can also output this as the cross-sectional shape of the tunnel, but the tunnel shape extraction system 2 can further adjust and output the cross-sectional shape of the tunnel by the edge shape adjusting means 32. The edge shape adjusting means 32 positions the edge extracted in the partial space or tracking space by the edge searching means 22 as a rough edge, and represents a more detailed edge shape based on the line segment that is the rough edge. The fine adjustment processing of the edge for obtaining is performed (processing S22 in FIG. 3).

図14はエッジ形状調整手段32によるエッジの微調整処理S22の概略のフロー図である。図15はエッジ形状調整手段32によるエッジの微調整処理を説明する模式図である。図15は、部分空間70を切断平面に直交する方向(Z軸方向)から見た図であり、部分空間70に対応する矩形と、部分空間70にて検出された概略エッジL0に対応して生成される詳細エッジLfの例を示している。なお、図15では空間70を部分空間としているが、これが追尾空間であってもエッジの微調整処理は同様に行われる。   FIG. 14 is a schematic flowchart of edge fine adjustment processing S22 by the edge shape adjusting means 32. FIG. 15 is a schematic diagram for explaining edge fine adjustment processing by the edge shape adjusting means 32. FIG. 15 is a view of the partial space 70 as viewed from the direction orthogonal to the cutting plane (Z-axis direction), corresponding to the rectangle corresponding to the partial space 70 and the approximate edge L0 detected in the partial space 70. The example of the detailed edge Lf produced | generated is shown. In FIG. 15, the space 70 is a partial space, but the edge fine adjustment processing is performed in the same manner even if this is the tracking space.

エッジ形状調整手段32はエッジ探索手段22により概略エッジを示す線分L0が得られると、当該線分を一方端から一定の長さずつ区切り(S160)、これにより生成された各区間にて詳細エッジが通る点(代表点)を探索し、XY面内にてPA,PBを結ぶ概略エッジを示す線分L0に代えて、各区間にて求めた代表点をつなぐ折線Lfをエッジとする。ここでは区間数をNとする。演算処理装置4は、選択した区間Kから代表点Pが得られると、当該代表点Pの切断平面内の座標(X,Y)を代表点情報として求める。 When the edge search means 22 obtains a line segment L0 indicating an approximate edge, the edge shape adjusting means 32 delimits the line segment by a certain length from one end (S160), and details are generated in each section generated thereby. A point (representative point) through which the edge passes is searched, and instead of the line segment L0 indicating the approximate edge connecting PA and PB in the XY plane, a fold line Lf connecting the representative points obtained in each section is used as the edge. Here, the number of sections is N. When the representative point P K is obtained from the selected section K, the arithmetic processing unit 4 obtains the coordinates (X K , Y K ) of the representative point P K in the cutting plane as representative point information.

エッジ形状調整手段32は、区間番号Kを1ずつ増加させて、区間を選択し(S162,S164)、各区間にて代表点を探索する(S168)。探索は、エッジ周辺空間72を区間ごとに分割したコンパートメント74内で行われる。エッジ周辺空間72は切断平面に射影した形状が概略エッジの近傍領域であり、Z方向に表面要素に応じた奥行きを有する空間に設定することができる。具体的にはエッジ周辺空間72の切断平面上の形状は、対向する2辺の中点に概略エッジの両端PA,PBが位置した矩形である。当該矩形の概略エッジに直交する方向の寸法は、検出対象とするトンネルの断面形状に想定される曲率や凹凸の大きさを考慮して設定することができる。その寸法は、トンネルの切断平面でのエッジを正確に捉えることができる程度に大きくする必要があるが、一方、トンネルのエッジに起因しない点群が代表点として誤検出されにくいようにする観点からは小さくすることが好適であり、例えば部分空間の幅Wや高さHより小さく設定される。コンパートメント74は、概略エッジを区切った区間の境界点を通り概略エッジに直交する面でエッジ周辺空間72を区切って生成される。エッジ形状調整手段32は区間ごとに当該区間に対応するコンパートメント74内の点群データを取り込んで、当該コンパートメント74の切断平面内における最も点群が密集する位置を求める。密集位置は、当該点群の任意の点を中心とする円内に包含される点群の数で判断される。例えば、円の半径は2cmとすることができる。そして当該位置に密集する点の数が予め定めた個数以上であれば(S170にて「Yes」の場合)、当該位置を代表点としてエッジ代表点リストに追加し(S172)、次の区間の処理に進む(S164)。一方、当該位置に密集する点の数が予め定めた個数未満であれば(S170にて「No」の場合)、当該区間にエッジの代表点が存在しないとしてエッジ代表点リストに追加せずに次の区間の処理に進む(S164)。全ての区間について処理が終わると(S166にて「Yes」の場合)、エッジ形状の微調整処理を終了する。   The edge shape adjusting means 32 increments the section number K by 1, selects a section (S162, S164), and searches for a representative point in each section (S168). The search is performed in a compartment 74 obtained by dividing the edge peripheral space 72 for each section. The edge peripheral space 72 has a shape projected onto the cutting plane and is a region near the edge, and can be set to a space having a depth corresponding to the surface element in the Z direction. Specifically, the shape of the edge peripheral space 72 on the cutting plane is a rectangle in which both ends PA and PB of the approximate edge are located at the midpoints of the two opposing sides. The dimension in the direction perpendicular to the approximate edge of the rectangle can be set in consideration of the curvature assumed for the cross-sectional shape of the tunnel to be detected and the size of the unevenness. Its size needs to be large enough to accurately capture the edge at the cutting plane of the tunnel. On the other hand, from the viewpoint of making it difficult for point clouds that do not originate from the tunnel edge to be erroneously detected as representative points. Is preferably smaller than, for example, the width W or height H of the partial space. The compartment 74 is generated by dividing the edge peripheral space 72 by a plane that passes through the boundary point of the section where the outline edge is divided and is orthogonal to the outline edge. The edge shape adjusting means 32 takes in the point cloud data in the compartment 74 corresponding to the section for each section, and obtains the position where the point cloud is most concentrated in the cutting plane of the compartment 74. The crowded position is determined by the number of point groups included in a circle centered on an arbitrary point of the point group. For example, the radius of the circle can be 2 cm. If the number of points crowded at the position is greater than or equal to a predetermined number (“Yes” in S170), the position is added as a representative point to the edge representative point list (S172), and the next section The process proceeds (S164). On the other hand, if the number of points crowded at the position is less than the predetermined number (in the case of “No” in S170), the representative point of the edge does not exist in the section and is not added to the edge representative point list. The process proceeds to the next section (S164). When the processing is completed for all the sections (in the case of “Yes” in S166), the edge shape fine adjustment processing is ended.

図15に示す例では、概略エッジを示す線分L0は例えば4つの区間に分割されており、L0を中心線とする点線の矩形で表されるエッジ周辺空間72も区間に対応して4つのコンパートメント74a〜74dに区画される。例えば、コンパートメント74a,74b,74dにて代表点P,Pk+1,Pk+2が抽出され、それらをコンパートメントの並び順につないだ折線Pk+1k+2が詳細エッジLfとなる。ちなみに、図15に示す例では、エッジ周辺空間72の分割はPA側から一定間隔ごとに行われており、その結果、最後の区間が他の区間より小さくなり得ることが示されている。 In the example shown in FIG. 15, the line segment L0 indicating the general edge is divided into, for example, four sections, and the edge peripheral space 72 represented by a dotted rectangle with L0 as the center line is also divided into four sections. Comparted into compartments 74a-74d. For example, representative points P k , P k + 1 , and P k + 2 are extracted in the compartments 74a, 74b, and 74d, and a broken line P k P k + 1 P k + 2 that connects them in the order of the compartments becomes the detailed edge Lf. Incidentally, in the example shown in FIG. 15, the edge peripheral space 72 is divided at regular intervals from the PA side, and as a result, it is shown that the last section can be smaller than the other sections.

得られた詳細エッジの情報は、例えば、概略エッジの図形データと対応付けて記憶装置6に登録される。なお、詳細エッジLfに対応した表面要素の形状は、例えばそれを概略エッジL0を基線として切断平面に垂直な面に射影した形状が、概略エッジについての表面要素の形状と一致するように定めることができる。   The obtained detailed edge information is registered in the storage device 6 in association with the schematic edge graphic data, for example. The shape of the surface element corresponding to the detailed edge Lf is determined so that, for example, the shape obtained by projecting it onto the plane perpendicular to the cutting plane with the approximate edge L0 as the baseline matches the shape of the surface element with respect to the approximate edge. Can do.

図16〜図18は概略エッジから詳細エッジを生成する処理を説明する切断平面の模式図であり、トンネル断面形状50の道路脇の段差部分108(図11)を示している。図16は段差部分108に設定された各追尾空間120から抽出された概略エッジ122を示している。図17では概略エッジ122を中心線とする矩形の断面形状を有するエッジ周辺空間130を概略エッジ122の一方端から一定間隔の位置で分割して、コンパートメント132が設定されている。各コンパートメントでは代表点が探索され、得られた代表点134を順に接続して折線の詳細エッジ140が生成される。図18はその詳細エッジ140を示している。図18に示す詳細エッジ140は図16に示す概略エッジ122より段差部分108の形状をよく表している。すなわち、トンネル形状抽出システム2は詳細エッジを求めることで、トンネルの断面形状を精度良く抽出することができ、これにより例えばトンネル内空表面の形状変化を感度よく検出することが可能となる。   FIGS. 16 to 18 are schematic views of cutting planes for explaining the process of generating the detailed edge from the general edge, and show the step portion 108 (FIG. 11) beside the road of the tunnel cross-sectional shape 50. FIGS. FIG. 16 shows a schematic edge 122 extracted from each tracking space 120 set in the step portion 108. In FIG. 17, an edge peripheral space 130 having a rectangular cross-sectional shape with the approximate edge 122 as the center line is divided at a predetermined interval from one end of the approximate edge 122 to set a compartment 132. In each compartment, representative points are searched, and the obtained representative points 134 are sequentially connected to generate a detailed edge 140 of a broken line. FIG. 18 shows the detailed edge 140. The detailed edge 140 shown in FIG. 18 better represents the shape of the stepped portion 108 than the schematic edge 122 shown in FIG. In other words, the tunnel shape extraction system 2 can extract the cross-sectional shape of the tunnel with high accuracy by obtaining the detailed edge, and thereby, for example, can detect the shape change of the surface inside the tunnel with high sensitivity.

上記実施形態では、コンピュータをトンネル形状抽出システム2の各手段として動作させるプログラムは記憶装置6に格納され、コンピュータはこれを読み出して実行する構成としたが、他の構成では、当該プログラムはネットワーク等の通信媒体を介してコンピュータに提供することができ、この場合、トンネル形状抽出システム2は通信装置を備え当該通信装置がネットワーク等からプログラムを取得し、演算処理装置4に提供したり、記憶装置6に記憶させる。また、当該プログラムはCD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)等の記録媒体に格納して提供することも可能である。   In the above embodiment, a program that causes a computer to operate as each means of the tunnel shape extraction system 2 is stored in the storage device 6 and the computer reads and executes the program. However, in other configurations, the program is a network or the like. In this case, the tunnel shape extraction system 2 includes a communication device, and the communication device acquires a program from a network or the like and provides it to the arithmetic processing device 4 or a storage device. 6 is stored. Further, the program can be provided by being stored in a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory).

2 トンネル形状抽出システム、4 演算処理装置、6 記憶装置、8 入力装置、10 出力装置、20 部分空間設定手段、22 エッジ探索手段、24 エッジ追尾手段、26 表面要素形状決定手段、28 図形登録手段、30 エッジ接続手段、32 エッジ形状調整手段、50 トンネル断面形状、52,70,100 部分空間、72,130 エッジ周辺空間、74,132 コンパートメント、122 概略エッジ、134 代表点、140 詳細エッジ。   2 tunnel shape extraction system, 4 arithmetic processing device, 6 storage device, 8 input device, 10 output device, 20 partial space setting means, 22 edge search means, 24 edge tracking means, 26 surface element shape determination means, 28 graphic registration means , 30 Edge connecting means, 32 Edge shape adjusting means, 50 Tunnel cross-sectional shape, 52, 70, 100 Partial space, 72, 130 Edge peripheral space, 74, 132 compartments, 122 Outline edges, 134 representative points, 140 Detailed edges.

Claims (11)

地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づき、対象空間に存在するトンネルについて断面形状を検出するデータ解析装置であって、
鉛直な切断平面を前記対象空間に仮想的に設定し、前記対象空間のうち前記切断平面に沿い、かつ当該切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して当該切断平面に沿って2次元配列された複数の部分空間を設定する部分空間設定手段と、
前記各部分空間を解析単位空間として設定し、当該解析単位空間ごとに、前記切断平面における前記トンネル内の表面の位置であるエッジを探索するエッジ探索手段と、を有し、
前記エッジ探索手段は、予め定められた幅の帯状の領域であって、前記切断平面に射影された点群が当該領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が前記奥行き方向に予め設定した閾値以上の分布幅を有するエッジ見当領域を前記切断平面内にて探索し、当該エッジ見当領域に属する点群の前記切断平面内での分布に沿った方向線を前記エッジとして求めること、
を特徴とするデータ解析装置。
A data analysis device for detecting a cross-sectional shape of a tunnel existing in a target space based on three-dimensional coordinate data of a point cloud extracted from a feature surface,
A vertical cutting plane is virtually set in the target space, and a cross-section near space having a predetermined width in the depth direction along the cutting plane and orthogonal to the cutting plane in the target space is formed in a lattice shape A partial space setting means for setting a plurality of partial spaces divided and two-dimensionally arranged along the cutting plane;
Each subspace is set as an analysis unit space, and for each analysis unit space, an edge search means for searching for an edge that is a position of a surface in the tunnel in the cutting plane,
The edge search means is a band-shaped region having a predetermined width, and the point group projected onto the cutting plane is gathered over a predetermined reference in the region, and the point group in the region is An edge registration area having a distribution width equal to or greater than a predetermined threshold in the depth direction is searched in the cutting plane, and a direction line along the distribution in the cutting plane of a point group belonging to the edge registration area is the edge. Asking for,
A data analysis device characterized by
請求項1に記載のデータ解析装置において、
前記部分空間にて検出された前記エッジを当該部分空間の外にて追尾するエッジ追尾手段を有し、
前記エッジ追尾手段は、前記解析単位空間から前記エッジが検出されると、当該エッジに対応する前記方向線の延長線の方向にて当該解析単位空間に隣接する新たな前記解析単位空間として追尾空間を設定し、
前記エッジ探索手段は、前記延長線に沿った前記エッジを前記追尾空間にて探索すること、
を特徴とするデータ解析装置。
The data analysis apparatus according to claim 1,
Edge tracking means for tracking the edge detected in the partial space outside the partial space;
The edge tracking means, when the edge is detected from the analysis unit space, a tracking space as a new analysis unit space adjacent to the analysis unit space in the direction of the extension line of the direction line corresponding to the edge. Set
The edge searching means searches the tracking space for the edge along the extension line;
A data analysis device characterized by
請求項2に記載のデータ解析装置において、
前記追尾空間は、前記切断平面における形状が矩形であり当該矩形の1辺の中点を既検出の前記エッジの端部に接続された直方体形状の空間であり、
前記エッジ追尾手段は、
前記中点を通る前記矩形の中心線を前記エッジの延長線に一致させた前記追尾空間を前記解析単位空間として設定し、
当該追尾空間内に前記エッジが検出されなかった場合は、前記解析単位空間とする前記追尾空間として、前記切断平面内での前記中心線の向きを変えて内部に最も点群が集まる前記追尾空間を探索すること、
を特徴とするデータ解析装置。
In the data analysis device according to claim 2,
The tracking space is a rectangular parallelepiped space in which the shape in the cutting plane is a rectangle, and the midpoint of one side of the rectangle is connected to the end of the detected edge,
The edge tracking means is
Setting the tracking space in which the center line of the rectangle passing through the midpoint coincides with the extended line of the edge as the analysis unit space;
When the edge is not detected in the tracking space, the tracking space in which the most point cloud is gathered inside by changing the direction of the center line in the cutting plane as the tracking space as the analysis unit space Exploring,
A data analysis device characterized by
請求項2又は請求項3に記載のデータ解析装置において、
前記部分空間ごとに、当該部分空間の前記エッジから始まった追尾で得られたエッジ群からトンネルの前記断面形状の一部となる部分断面形状を生成する部分断面形状生成手段を有すること、を特徴とするデータ解析装置。
In the data analysis device according to claim 2 or 3,
Each partial space has a partial cross-sectional shape generating means for generating a partial cross-sectional shape that becomes a part of the cross-sectional shape of the tunnel from an edge group obtained by tracking starting from the edge of the partial space. Data analysis device.
請求項4に記載のデータ解析装置において、
前記エッジ追尾手段は、前記解析単位空間にて検出された前記方向線をエッジ候補とし、当該エッジ候補が前記部分断面形状と交差した場合は当該エッジ候補は新たな前記エッジとしないこと、を特徴とするデータ解析装置。
The data analysis apparatus according to claim 4, wherein
The edge tracking means uses the direction line detected in the analysis unit space as an edge candidate, and when the edge candidate intersects the partial cross-sectional shape, the edge candidate is not a new edge. Data analysis device.
請求項2から請求項5のいずれか1つに記載のデータ解析装置において、
前記エッジ追尾手段は、前記解析単位空間にて検出された前記方向線をエッジ候補とし、前記部分空間の前記エッジから追尾された前記エッジ候補が当該部分空間の前記エッジ又は当該エッジから追尾された他の前記エッジと交差した場合は、当該エッジ候補を新たな前記エッジとしないこと、を特徴とするデータ解析装置。
In the data analysis device according to any one of claims 2 to 5,
The edge tracking means uses the direction line detected in the analysis unit space as an edge candidate, and the edge candidate tracked from the edge of the subspace is tracked from the edge of the subspace or the edge A data analysis apparatus characterized by not making an edge candidate a new edge when intersecting with another edge.
請求項4から請求項6のいずれか1つに記載のデータ解析装置において、
2つの前記部分断面形状の端部間を接続する部分断面形状接続手段を有し、
前記エッジ探索手段は、前記エッジに対応させて、当該エッジを中心線として予め定められた幅を有し、かつ当該エッジに応じた長さを有する帯状の領域であるエッジ近傍領域を定義し、
前記部分断面形状接続手段は、一方の前記部分断面形状の端部の前記エッジの延長線が他方の前記部分断面形状の端部の前記エッジの前記エッジ近傍領域と交差する場合に、当該両端部間を接続すること、
を特徴とするデータ解析装置。
In the data analysis device according to any one of claims 4 to 6,
A partial cross-sectional shape connecting means for connecting two end portions of the partial cross-sectional shape;
The edge search means defines an edge vicinity region corresponding to the edge, having a predetermined width with the edge as a center line, and a band-like region having a length corresponding to the edge,
The partial cross-sectional shape connection means, when the extension line of the edge of one end of the partial cross-sectional shape intersects the edge vicinity region of the edge of the other end of the partial cross-sectional shape, Connecting between the
A data analysis device characterized by
請求項4から請求項7のいずれか1つに記載のデータ解析装置において、
2つの前記部分断面形状の端部間を接続する部分断面形状接続手段を有し、
前記エッジ探索手段は、前記端部間の距離が予め定めた閾値以下である場合に、当該両端部間を接続すること、
を特徴とするデータ解析装置。
In the data analysis device according to any one of claims 4 to 7,
A partial cross-sectional shape connecting means for connecting two end portions of the partial cross-sectional shape;
The edge search means, when the distance between the end portions is equal to or less than a predetermined threshold, connecting the both end portions;
A data analysis device characterized by
請求項2から請求項8のいずれか1つに記載のデータ解析装置において、
前記エッジ追尾手段は、前記部分空間にて検出された前記エッジの両端それぞれから追尾を開始すること、を特徴とするデータ解析装置。
In the data analysis device according to any one of claims 2 to 8,
The data analysis apparatus, wherein the edge tracking means starts tracking from both ends of the edge detected in the partial space.
地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づき、対象空間に存在するトンネルについて断面形状を検出するデータ解析方法であって、
鉛直な切断平面を前記対象空間に仮想的に設定し、前記対象空間のうち前記切断平面に沿い、かつ当該切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して当該切断平面に沿って2次元配列された複数の部分空間を設定する部分空間設定ステップと、
前記各部分空間を解析単位空間として設定し、当該解析単位空間ごとに、前記切断平面における前記トンネル内の表面の位置であるエッジを探索するエッジ探索ステップと、を有し、
前記エッジ探索ステップは、予め定められた幅の帯状の領域であって、前記切断平面に射影された点群が当該領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が前記奥行き方向に予め設定した閾値以上の分布幅を有するエッジ見当領域を前記切断平面内にて探索し、当該エッジ見当領域に属する点群の前記切断平面内での分布に沿った方向線を前記エッジとして求めること、
を特徴とするデータ解析方法。
A data analysis method for detecting a cross-sectional shape of a tunnel existing in a target space based on three-dimensional coordinate data of a point cloud extracted from a feature surface,
A vertical cutting plane is virtually set in the target space, and a cross-section near space having a predetermined width in the depth direction along the cutting plane and orthogonal to the cutting plane in the target space is formed in a lattice shape A subspace setting step for setting a plurality of subspaces divided and two-dimensionally arranged along the cutting plane;
An edge search step for setting each subspace as an analysis unit space, and searching for an edge that is a position of a surface in the tunnel in the cutting plane for each analysis unit space;
The edge search step is a band-shaped region having a predetermined width, and the point group projected onto the cutting plane is gathered over a predetermined reference in the region, and the point group in the region is An edge registration area having a distribution width equal to or greater than a predetermined threshold in the depth direction is searched in the cutting plane, and a direction line along the distribution in the cutting plane of a point group belonging to the edge registration area is the edge. Asking for,
A data analysis method characterized by
コンピュータに、地物表面から抽出された点群の3次元座標データに基づき、対象空間に存在するトンネルについて断面形状を検出するデータ解析を行わせるためのプログラムであって、当該コンピュータを、
鉛直な切断平面を前記対象空間に仮想的に設定し、前記対象空間のうち前記切断平面に沿い、かつ当該切断平面に直交した奥行き方向に予め設定した幅を有した断面近傍空間を格子状に分割して当該切断平面に沿って2次元配列された複数の部分空間を設定する部分空間設定手段、及び、
前記各部分空間を解析単位空間として設定し、当該解析単位空間ごとに、前記切断平面における前記トンネル内の表面の位置であるエッジを探索するエッジ探索手段、として機能させ、
前記エッジ探索手段は、予め定められた幅の帯状の領域であって、前記切断平面に射影された点群が当該領域内に予め設定した基準以上に集まり、かつ当該領域内の点群が前記奥行き方向に予め設定した閾値以上の分布幅を有するエッジ見当領域を前記切断平面内にて探索し、当該エッジ見当領域に属する点群の前記切断平面内での分布に沿った方向線を前記エッジとして求めること、
を特徴とするプログラム。
A program for causing a computer to perform data analysis for detecting a cross-sectional shape of a tunnel existing in a target space based on three-dimensional coordinate data of a point cloud extracted from a feature surface,
A vertical cutting plane is virtually set in the target space, and a cross-section near space having a predetermined width in the depth direction along the cutting plane and orthogonal to the cutting plane in the target space is formed in a lattice shape A partial space setting means for setting a plurality of partial spaces divided and two-dimensionally arranged along the cutting plane; and
Each subspace is set as an analysis unit space, and for each analysis unit space, function as edge search means for searching for an edge that is a position of a surface in the tunnel in the cutting plane,
The edge search means is a band-shaped region having a predetermined width, and the point group projected onto the cutting plane is gathered over a predetermined reference in the region, and the point group in the region is An edge registration area having a distribution width equal to or greater than a predetermined threshold in the depth direction is searched in the cutting plane, and a direction line along the distribution in the cutting plane of a point group belonging to the edge registration area is the edge. Asking for,
A program characterized by
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