JP2016133356A - 弛度シミュレータおよびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 二本の電柱がフレーム内に収まった画像データから視点変換定数を算出する視点変換算出手段と、その視点変換算出手段にて算出された視点変換定数を用いて前記の線条を二次関数に近似して弛度を算出する弛度算出手段とを備える。二次関数へ近似したら、線条の両肩高さおよび電柱間の中央点の高さを算出し、そこから弛度を算出する。画像データの撮影条件としては、3倍程度のズームを使用し(35mm判換算にて焦点距離35mm〜85mm)、二つの電柱の地際を結んだ延長線を推定する延長線から3メートル以上離れた場所での撮影とする。
【選択図】 図1
Description
電柱には、必要とされる強度に応じて様々な種類があり、その種類の選択に際しては、支えている線条の種類、径間(電柱と電柱との距離)、弛度(電柱間にかかる線条のたるみ)に基づいて電柱の強度を計算し、その計算結果を根拠とする。すなわち、弛みに比例して張力が大きくなっていくので、張力に見合う線条および電柱の架空構造物設計する上で、弛度を把握する必要がある。
対象となる線条が掛け渡された二本の電柱へ二名の測定者同時に昇柱して、両側から目視により弛度を測定する方法、線条の最下点と両側電柱の線条架設点の三点について、地上から測定桿(後述する「地上高測定棒」と考えられる)を伸ばして地上からの距離を測定することにより弛度を測定する方法が知られている。
また、弛度と張力がある一定の関係にあることを利用して、線条へ張力計を繋ぐことで線条の張力値を測定し、弛度を計算する方法も知られている。
具体的には、カメラを用いて左右2本の電柱および電柱間に架渉された線条が画像に収まるように撮影された写真画像をコンピュータの画像処理手段に取り込む。電柱設備現場での実測データを入力し、画像上の2次元位置情報を取得する。予め用意された2次元空間から3次元空間へ変換する数学モデルに前記2次元位置情報を当てはめて3次元空間上の位置情報を取得する。そして、3次元空間上の位置情報をもとに線条の弛度を測定する、というものである。
しかし、現実の弛度を、地上高測定棒という専用器具にて68カ所を試験的に測定したところ、標準的に施工している2〜3%の弛度よりも緩んでいる(最大で10%前後、平均で4.92%)線条が多く存在していることが判明した。
既に掛け渡された線条は、現場での様々な状況判断において定められていると考えるべきであり、尊重されてよい。とすると、必要以上の強度を備えた電柱によって、現状の線条が支えられている可能性がある。
第一の発明は、二本の電柱間に渡されている線条の弛度を算出する弛度シミュレータであって、
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データから視点変換定数を算出する視点変換算出手段と、
その視点変換算出手段にて算出された視点変換定数を用いて前記の線条を二次関数に近似して弛度を算出する弛度算出手段とを備える。
前記の視点変換算出手段は、
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データを入力する画像データ入力手段と、
二本の電柱間の距離である径間および二本の電柱の高さを含んだ電柱データ入力する電柱データ入力手段と、
前記の画像データを画面出力する画像出力手段と、二本の電柱における上端および下端の座標データを操作者に入力させる端部座標データ入力手段と、
その端部座標データ入力手段によって入力された座標データおよび前記の電柱データの対応関係から視点変換定数を算出する定数算出手段と、を備える。
前記の弛度算出手段は、
前記の画像データの線条における任意の三つ以上の点について座標データを操作者に入力させる線条座標データ入力手段と、
その線条座標データ入力手段にて入力された座標データおよび前記の視点変換定数を用いて前記の線条に近似した二次関数を特定する二次関数算出手段と、
その二次関数算出手段にて特定された二次関数から線条の最下点および前記の二本の電柱における線条の端部を算出して弛度を算出する弛度演算手段と、を備える。
「線条」とは、電線、光ファイバケーブルなど、電柱間に渡される線の総称とする。
径間(電柱間の距離)、電線における電柱に支えられている部位の高さは、予めデータとして取得している場合と、現場で実測する場合とがある。
「画像データ」は、デジタルデータであり、静止画像であることが望ましい。
まず、視点変換算出手段の作用について説明する。
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データを画像データ入力手段へ入力する。また、二本の電柱間の距離である径間および二本の電柱の高さを含んだ電柱データを電柱データ入力手段へ入力する。
前記の画像データを画像出力手段へ画面出力する。画面出力された画像データを見た操作者は、端部座標データ入力手段を用いて二本の電柱における上端および下端の座標データを入力する。
その端部座標データ入力手段によって入力された座標データおよび前記の電柱データの対応関係から、定数算出手段が視点変換定数を算出する。
操作者は、線条座標データ入力手段を用いて前記の画像データの線条における任意の三つ以上の点についての座標データを、操作者に入力する。
その線条座標データ入力手段にて入力された座標データおよび前記の視点変換定数を用いて、二次関数算出手段が前記の線条に近似した二次関数を特定する。
その二次関数算出手段にて特定された二次関数から、弛度演算手段が線条の最下点および前記の二本の電柱における線条の端部を算出して弛度を算出する。
以上により、画像データを用いることによって、実測することなく線条の弛度を算出することができる。
第一の発明は、以下のように形成すると、より好ましい。
すなわち、 前記の画像データ入力手段は、ズーム機能を備えたデジタルカメラと、
そのデジタルカメラのズーム機能におけるズームの倍率データを入力する倍率データ入力手段と、
その倍率データ入力手段が入力した倍率データが35mm判換算にて焦点距離35mm〜85mmの範囲外に係る画像データを採用しないこととする採用データ制御手段と、を備える。
これは画面の歪みが少ない標準レンズの倍率であり、一般的なデジタルカメラで画面を幾何学的に約3倍程度に拡大したもので条件を満たす。
「35mm判換算にて焦点距離35mm〜85mm」とは、標準的なコンパクトなデジタルカメラが備えている倍率であり、撮影された画像データにおいて誤差が少ないことを確認している。
前記の画像データ入力手段として、ズーム機能を備えたデジタルカメラを採用する。
デジタルカメラにて撮影された画像データとともに、倍率データ入力手段によってそのデジタルカメラのズーム機能におけるズームの倍率データを入力される。
その倍率データ入力手段が入力した倍率データが焦点距離35mm〜85mmに相当する倍率の範囲外に係る画像データについては、採用データ制御手段が採用しない。画像データにおける周辺部分の誤差が大きくなるおそれが高いからである。
第一の発明は、以下のように形成すると、より好ましい。
すなわち、 前記の画像データ入力手段は、デジタルカメラと、
そのデジタルカメラが撮影した画像データにおいて二本の電柱における頂点および地際が写っているか否かを判断する電柱判断手段と、
その電柱判断手段によって二本の電柱における頂点および地際のいずれかが写っていないと判断した場合には当該画像データを採用しないこととする採用データ制御手段と、を備える。
前記の画像データ入力手段として、焦点距離35mm〜85mmでの撮影が可能なズーム機能を備えたデジタルカメラを採用する。
そのデジタルカメラが撮影した画像データにおいて二本の電柱における頂点および地際が写っているか否かを、電柱判断手段が判断する。電柱判断手段が二本の電柱における頂点および地際のいずれかが写っていないと判断した場合には、当該画像データは採用データ制御手段が採用しない。定数算出手段による視点変換定数の算出がうまくいかないからである。
第一の発明における前述のバリエーション2は、以下のようにすると、より好ましい。
すなわち、 前記の電柱判断手段が二本の電柱における頂点および地際が写っていると判断した場合において、
二つの地際を結んだ延長線を推定する延長線推定手段と、
当該画像データを撮影した撮影ポイントを推定する撮影場所推定手段と、
その撮影場所推定手段が推定した撮影ポイントから前記の延長線推定手段が推定した延長線までの距離を算出する延長線距離算出手段と、
を備える。
前記の採用データ制御手段は、前記の延長線距離算出手段が算出した撮影ポイントから延長線までの距離が3メートル未満である場合には当該画像データを採用しないこととする。
前記の電柱判断手段が二本の電柱における頂点および地際が写っていると判断した場合において、延長線推定手段が二つの地際を結んだ延長線を推定する。そして、当該画像データを撮影した撮影ポイントを撮影場所推定手段が推定する。更に、その撮影場所推定手段が推定した撮影ポイントから前記の延長線推定手段が推定した延長線までの距離を、延長線距離算出手段が算出する。
前記の採用データ制御手段は、前記の延長線距離算出手段が算出した撮影ポイントから延長線までの距離が3メートル未満である場合には当該画像データを採用しない。画像データに基づく視点変換定数の誤差が大きくなるおそれが高く、弛度の算出についても誤差が大きくなるおそれがあるからである。
第一の発明における前述のバリエーション1から3は、前記の採用データ制御手段が画像データを採用しない場合に、その旨を出力する不採用出力手段を備えることとしてもよい。
「不採用出力手段」とは、画面による文字や動画による出力、音声による出力、それらの組合せなどである。
前記の採用データ制御手段が画像データを採用しない場合には、不採用出力手段がその旨を出力する。出力に気づいた操作者(デジタルカメラの撮影者)は、不採用とならない条件による再撮影を試みる。再撮影による画像データであれば、視点変換定数の誤差が小さくなり、弛度の算出についても誤差が小さくなる。
第二の発明は、二本の電柱間に渡されている線条の弛度を算出する弛度算出シミュレーションプログラムに係る。
その弛度算出シミュレーションプログラムは、二本の電柱がフレーム内に収まった画像データから視点変換定数を算出する視点変換算出プログラムと、 その視点変換算出手段にて算出された視点変換定数を用いて前記の線条を二次関数に近似して弛度を算出する弛度算出プログラムとを備える。
前記の視点変換算出プログラムは、 二本の電柱がフレーム内に収まった画像データを入力する画像データ入力手順と、 二本の電柱間の距離である径間および二本の電柱の高さを含んだ電柱データ入力する電柱データ入力手順と、 前記の画像データを画像出力装置へ画面出力する画像出力手順と、 二本の電柱における上端および下端の座標データを操作者に入力させる端部座標データ入力手順と、 その端部座標データ入力手順によって入力された座標データおよび前記の電柱データの対応関係から視点変換定数を算出する定数算出手順と、をコンピュータに実行させる。
前記の弛度算出プログラムは、 前記の画像データの線条における任意の三つ以上の点について座標データを操作者に入力させる線条座標データ入力手順と、 その線条座標データ入力手順にて入力された座標データおよび前記の視点変換定数を用いて前記の線条に近似した二次関数を特定する二次関数算出手順と、 その二次関数算出手順にて特定された二次関数から線条の最下点および前記の二本の電柱における線条の端部を算出して弛度を算出する弛度演算手順と、をコンピュータに実行させる。
第二の発明は、第一のバリエーション1〜4のようなバリエーションを提供することもできる。
第二の発明によれば、地上高測定棒を必要とせず、現場における線条の弛度を計測可能な技術を提供し、立て替えや移設に伴う電柱選択の最適化に寄与する弛度シミュレーションプログラムを提供することができた。
図1は、本実施形態における構成をブロック図にて示している。そして、図2は、視点変換手段を概念的に示しており、図3は、弛度算出手段を概念的に示している。
図2は、画像データ入力手段としてのデジタルカメラ(コンパクトタイプ)にて、二本の電柱を阿撮影し、その画像データから視点変換の定数Aを算出する手順を示している。
撮影者は、デジタルカメラを用いて二本の電柱がフレーム内に収まった画像データを撮影する。撮影した画像データは、パーソナルコンピュータに取り込む。そして、その画像データを画面出力する。
ストックデータがない場合には、実測してその実測データを、前記のパーソナルコンピュータへ入力する。
図3は、線条の二次関数を算出し、弛度を算出する弛度算出手段を示す。
前記の画像データの線条における任意の三つ以上の点についての座標データを、操作者に入力させる線条座標データ入力手段と、 その線条座標データ入力手段にて入力された座標データおよび前記の視点変換定数を用いて前記の線条に近似した二次関数を特定する二次関数算出手段と、 その二次関数算出手段にて特定された二次関数から線条の最下点および前記の二本の電柱における線条の端部を算出して弛度を算出する弛度演算手段と、を備える。
三点の座標が入力されたら、前記の変数を特定するための演算を実行する。図3に示すのは、a=a1、b=b1、c=c1として特定できたとしている。
このY0,YD,Y(D/2)が算出できれば、弛度を算出することができる。ここにおいて、二本の電柱の撮影および二本の電柱の高さと径間というデータによって、実際の弛度を算出することができることとなる。
図4に示すのは、図1〜図3に示した弛度算出シミュレーションによって算出した算出(推定)結果を、実測データと比較し、弛度算出シミュレーションの誤差を算出した様子を示している。
弛度を算出すべき線条について、一つ目の電柱(手前側)の高さy2、二つ目の電柱(奥側)の高さy4、電柱の間の距離S(径間)を実測したところ、それぞれ、y2=12.31メートル、y4=12.48メートル、S=35メートルであった。
両者を比較すると、弛度算出シミュレーションによる誤差は、最下点で4センチメートル、弛度は0.22%の誤差が認められた。
ただし、実測値を求める測定時における誤差もありえるので、上記の弛度算出シミュレーションは、十分に機能すると考えられる。
図5は、弛度の測定箇所に対して、異なるアングルを含めた110枚の画像データを撮影し、その画像データに基づき、図1から図3に示した弛度算出シミュレーションを用いて弛度を算出し、その精度を検証したものである。
弛度の平均は、4.88%であり、平均の誤差は、−0.0459%であり、標準偏差は、0.21%となった。実長に換算した誤差は約1センチメートルとなった。
図6は、画像データの撮影条件について、図示に基づいて説明している。撮影条件としては、4つある。
第一の条件は、デジタルカメラにおいて、焦点距離35mm〜85mmの範囲にズームをして撮影(約3倍にズーム)することである。
第二の条件は、撮影フレーム内に電柱の頂点が写っていることであり、第三の条件は、撮影フレーム内に電柱の地際が写っていることである。
第四の条件は、撮影者の撮影立地点が、二つの電柱の地際を結んだ線路を延長した延長線から3メートル以上離れていることである。
以下、第一の条件について、図7および図8、第四の条件について、図9を用いて、それぞれ説明する。
図7(a)には、広角レンズ(焦点距離〜24mm)および望遠レンズ(焦点距離100mm〜)によって方眼紙を撮影した場合に、どのようなゆがみが表れるかを擬似的に示したものである。
図7(b)には、最適倍率を探るための縮小模型を示している。
標準レンズで撮影するためには、画面を幾何学的に3倍程度拡大して撮影すると実現出来る。これを、電柱および線条(電線)を模した模型にて検証する。
図8(a)および(b)は、コンパクトデジタルカメラ(Casio EXILIM H-20G )を用いて、模型を撮影した実画像であり、(a)がズーム無し、(b)がズーム有り(約3倍ズーム)である。
図8(c)では、ズーム無し、ズーム有りにおいて、手前側、中、奥の三カ所における電線の弛度を計測した。その結果、ズーム無しの場合に平均誤差は0.160%、約1.5倍ズームの場合に平均誤差は0.133%、約3倍ズームの場合に平均誤差は0.070%となった。
ただし、2.8〜3.2倍である3倍ズームが、ズーム無しや約1.5倍ズームの場合の画像データよりも誤差が少なかったのは、コンパクトデジタルカメラの種類によらないことは検証済みである。
4種類のコンパクトデジタルカメラにて、ほぼ同様の結果が得られたからである。
図9では、撮影者の撮影立地点が、二つの電柱の地際を結んだ線路を延長した延長線からどのくらい離れた場合に、シミュレーションによって得た弛度の誤差が小さくなるかを検証したものである。
測定値によって得た弛度が5.23%であったが、線路からの直角での距離が1メートルの場合には、シミュレーションによって得た弛度が4.46%となった。また、2メートルの場合には7.14%、3メートルの場合には5.39%であった
以上のことから、シミュレーションによって安定した結果を得るには、線路からの直角での距離が3メートル以上、離れる必要がある、という結論を得た。
本実施形態に基づく視点変換手段および弛度算出手段を用いて算出する弛度は、実測値と大きく違わないことが判明している。したがって、立て替えや移設が必要な電柱に対して、本実施形態を用いて弛度をシミュレーションし、必要強度の電柱を選択し直すと、最適なサイズの電柱を選択することに寄与する。
Claims (6)
- 二本の電柱間に渡されている線条の弛度を算出する弛度シミュレータであって、
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データから視点変換定数を算出する視点変換算出手段と、
その視点変換算出手段にて算出された視点変換定数を用いて前記の線条を二次関数に近似して弛度を算出する弛度算出手段とを備え、
前記の視点変換算出手段は、
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データを入力する画像データ入力手段と、
二本の電柱間の距離である径間および二本の電柱の高さを含んだ電柱データ入力する電柱データ入力手段と、
前記の画像データを画面出力する画像出力手段と、
二本の電柱における上端および下端の座標データを操作者に入力させる端部座標データ入力手段と、
その端部座標データ入力手段によって入力された座標データおよび前記の電柱データの対応関係から視点変換定数を算出する定数算出手段と、を備え、
前記の弛度算出手段は、
前記の画像データの線条における任意の三つ以上の点について座標データを操作者に入力させる線条座標データ入力手段と、
その線条座標データ入力手段にて入力された座標データおよび前記の視点変換定数を用いて前記の線条に近似した二次関数を特定する二次関数算出手段と、
その二次関数算出手段にて特定された二次関数から線条の最下点および前記の二本の電柱における線条の端部を算出して弛度を算出する弛度演算手段と、
を備えた弛度シミュレータ。 - 前記の画像データ入力手段は、ズーム機能を備えたデジタルカメラと、
そのデジタルカメラのズーム機能におけるズームの倍率データを入力する倍率データ入力手段と、
その倍率データ入力手段が入力した倍率データが35mm判換算にて焦点距離35mm〜85mmの範囲外に係る画像データを採用しないこととする採用データ制御手段と、
を備えた請求項1に記載の弛度シミュレータ。 - 前記の画像データ入力手段は、デジタルカメラと、
そのデジタルカメラが撮影した画像データにおいて二本の電柱における頂点および地際が写っているか否かを判断する電柱判断手段と、
その電柱判断手段によって二本の電柱における頂点および地際のいずれかが写っていないと判断した場合には当該画像データを採用しないこととする採用データ制御手段と、
を備えた請求項1または請求項2のいずれかに記載の弛度シミュレータ。 - 前記の電柱判断手段が二本の電柱における頂点および地際が写っていると判断した場合において、
二つの地際を結んだ延長線を推定する延長線推定手段と、
当該画像データを撮影した撮影ポイントを推定する撮影場所推定手段と、
その撮影場所推定手段が推定した撮影ポイントから前記の延長線推定手段が推定した延長線までの距離を算出する延長線距離算出手段と、
を備え、
前記の採用データ制御手段は、前記の延長線距離算出手段が算出した撮影ポイントから延長線までの距離が3メートル未満である場合には当該画像データを採用しないこととする請求項3に記載の弛度シミュレータ。 - 前記の採用データ制御手段が画像データを採用しない場合に、その旨を出力する不採用出力手段を備えた請求項2から請求項4のいずれかに記載の弛度シミュレータ。
- 二本の電柱間に渡されている線条の弛度を算出する弛度算出シミュレーションプログラムであって、
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データから視点変換定数を算出する視点変換算出プログラムと、
その視点変換算出手段にて算出された視点変換定数を用いて前記の線条を二次関数に近似して弛度を算出する弛度算出プログラムとを備え、
前記の視点変換算出プログラムは、
二本の電柱がフレーム内に収まった画像データを入力する画像データ入力手順と、
二本の電柱間の距離である径間および二本の電柱の高さを含んだ電柱データ入力する電柱データ入力手順と、
前記の画像データを画像出力装置へ画面出力する画像出力手順と、
二本の電柱における上端および下端の座標データを操作者に入力させる端部座標データ入力手順と、
その端部座標データ入力手順によって入力された座標データおよび前記の電柱データの対応関係から視点変換定数を算出する定数算出手順と、をコンピュータに実行させ、
前記の弛度算出プログラムは、
前記の画像データの線条における任意の三つ以上の点について座標データを操作者に入力させる線条座標データ入力手順と、
その線条座標データ入力手順にて入力された座標データおよび前記の視点変換定数を用いて前記の線条に近似した二次関数を特定する二次関数算出手順と、
その二次関数算出手順にて特定された二次関数から線条の最下点および前記の二本の電柱における線条の端部を算出して弛度を算出する弛度演算手順と、をコンピュータに実行させる
こととしたコンピュータプログラム。
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