JP2018169824A - 道路施設管理支援装置及び道路施設管理支援プログラム - Google Patents

道路施設管理支援装置及び道路施設管理支援プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】現場の現実の状況を3次元表示して直感的にわかりやすく表現して道路施設管理を支援する道路施設管理支援装置及び道路施設管理支援プログラムを提供する。【解決手段】座標軸α1、α2、α3が規定された仮想3次元空間を設定し、重畳部10が、3次元点群データと、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との一方または両方と、3次元道路施設データとを重畳し、これらの表示対象物を仮想3次元空間設定部16が設定した仮想3次元空間の座標軸に関連づけると、高さ補正部12が、仮想3次元空間において、表示対象物が表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する。表示制御部22は、上記仮想3次元空間に設定されたスクリーンSに透視投影された範囲の画像を適宜な表示装置を制御して表示する。その際、関連付け部20が道路画像に関連付けた道路の2次元地図を同時に表示してもよい。【選択図】図1

Description

本発明は、道路施設管理支援装置及び道路施設管理支援プログラムに関する。
道路等の管理のために、従来紙ベースの道路台帳図や、地図をデジタルデータ化したGIS等が使用されていた。これらの情報には様々な種類があり、それらの間の矛盾を解消しつつ統合して管理することが必要であった。
そこで、下記特許文献1では、同じ対象に関する複数種の図面を管理するために、図面と属性の対応、図面間矛盾/更新個所抽出、関連図面連動更新機能を統合的かつ低コストで実現する図面管理システムが開示されている。
特開2001−52149号公報
しかし、上記紙ベースの台帳図やデジタルデータ化した地図は、いずれも2次元データであり、現場の現実の状況(色、3次元形状、3次元位置、表示内容等)や、地下に存在する構築物の状況を把握することが困難であった。また、台帳図や地図は、所定の記号により各種情報を表示する場合が多く、これらを判読することは容易ではなかった。
本発明の目的は、現場の現実の状況を3次元表示して直感的にわかりやすく表現して道路管理を支援する道路施設管理支援装置及び道路施設管理支援プログラムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、道路施設管理支援装置であって、3次元点群データと、前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との少なくとも一方と、3次元道路施設データとを重畳する重畳手段と、前記道路画像上に重畳された3次元道路施設データが表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する高さ補正手段と、前記高さ補正後の道路画像と3次元道路施設データとを表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
また、上記道路施設管理支援装置は、2次元地図上における道路施設の位置図形に、3次元点群データから取得した高さ情報を関連付け、前記道路施設の位置に高さ情報が付与された3次元道路施設データを生成する道路施設データ生成手段をさらに備えるのが好適である。
また、上記重畳手段は、3次元点群データ及び前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像の両方と、3次元道路施設データとを重畳するのが好適である。
また、上記道路施設管理支援装置は、座標軸を有し、3次元点群データ、前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像、及び前記3次元道路施設データの各画素が前記座標軸上の座標と関連付けられた仮想3次元空間を設定する仮想3次元空間設定手段と、前記仮想3次元空間における表示範囲を特定する表示範囲特定手段と、をさらに備え、前記高さ補正手段は、前記表示範囲特定手段の表示範囲を制御するのが好適である。
また、上記道路施設データ生成手段は、前記仮想3次元空間において前記3次元道路施設データを生成するのが好適である。
また、上記道路施設管理支援装置は、道路画像に、道路の2次元地図を関連付ける関連付け手段をさらに備え、前記表示手段は、前記道路画像に関連付けられた道路の2次元地図を、前記高さ補正後の道路画像及び3次元道路施設データとともに表示するのが好適である。
また、本発明の他の実施形態は、道路施設管理支援プログラムであって、コンピュータを、3次元点群データと、前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との少なくとも一方と、3次元道路施設データとを重畳する重畳手段、前記道路画像上に重畳された3次元道路施設データが表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する高さ補正手段、前記高さ補正後の道路画像と3次元道路施設データとを表示する表示手段、として機能させることを特徴とする。
本発明によれば、現場の現実の状況を3次元表示して直感的にわかりやすく表現できる。
実施形態にかかる道路施設管理支援装置の例の機能ブロック図である。 仮想3次元空間の説明図である。 実施形態にかかる表示制御部による表示例を示す図である。 実施形態にかかる表示制御部による他の表示例を示す図である。 実施形態にかかる道路施設管理支援装置の動作例のフロー図である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。
図1には、実施形態にかかる道路施設管理支援装置の例の機能ブロック図が示される。図1において、道路施設管理支援装置は、重畳部10、高さ補正部12、道路施設データ生成部14、仮想3次元空間設定部16、表示範囲特定部18、関連付け部20、表示制御部22、通信部24、記憶部26及びCPU28を含んで構成されている。この道路施設管理支援装置は、CPU28、ROM、RAM、不揮発性メモリ、I/O、通信インターフェース等を備え、装置全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されており、上記各機能は、例えばCPU28とCPU28の処理動作を制御するプログラムとにより実現される。
重畳部10は、3次元点群データと、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との少なくとも一方と、3次元道路施設データとを重畳する。この場合、後述する表示制御部22は、3次元点群データと道路画像の少なくとも一方と3次元道路施設データとを同時に表示する。なお、3次元道路施設データを3次元点群データ及び3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像の両方と重畳してもよい。この場合、後述する表示制御部22は、3次元点群データと道路画像と3次元道路施設データとを同時に表示する。ここで、3次元点群データとは、対象物の表面の各点に3次元座標情報(例えばxyz座標情報)を持たせたデータであり、例えば車両搭載型レーザー計測装置であるMMS(道路現況レーザー計測(Mobile Mapping System:モービル・マッピング・システム))によるレーザー計測により取得したデータである。この3次元点群データは、予め記憶部26に記憶させておく。また、道路画像も上記MMSに搭載された光学カメラにより撮影された画像であり、道路の路面及び道路周囲の道路施設等の画像である。この道路画像は、光学カメラで撮影されており、歪みが存在し、道路画像を構成する各画素の位置が画像上で本来あるべき位置からずれている場合がある。そこで、3次元点群データの座標情報により道路画像の歪みを補正する必要がある。上記3次元点群データと道路画像とは、撮影位置、撮影方向等がわかっており、点群を構成する点と道路画像の画素とを対応付けることができるので、道路画像を構成する各画素の位置を画像上で本来あるべき位置に補正することができる。3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像も、その撮影位置、撮影方向等の属性情報と共に記憶部26に記憶させておく。
また、3次元道路施設データは、標識、電柱、信号機、縁石等の道路境界標識、雨水溝等の道路周囲及び道路の上の空間に設置された施設の3次元図形データ、及び道路地下に設置された上下水道管、マンホール、ガス管、電力線及び通信線等の地下ケーブル等の3次元図形データであって、設置された位置の座標と自身の高さの情報とを属性として有している。なお、3次元道路施設データは、現実の形状を模した立体形状の図形とするのが好適である。これらの3次元道路施設データは、予め作成して記憶部26に記憶させておいてもよいし、後述する道路施設データ生成部14が作成した3次元道路施設データを記憶部26に記憶させておいてもよい。重畳部10は、3次元点群データと、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像と、3次元道路施設データとを記憶部26から読み出して重畳し、重畳後の画像は記憶部26に記憶させる。
以上に述べた重畳部10による重畳処理は、後述する仮想3次元空間において実行する構成とすることができる。
高さ補正部12は、上記3次元点群データ、道路画像及び3次元道路施設データのデータを記憶部26から読み出し、これらの3次元点群データ、道路画像及び3次元道路施設データが表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する。路面の高さの補正は、例えば仮想3次元空間上で行うことができるが、補正方法の内容は図2の説明において後述する。高さ補正後の3次元点群データ、道路画像及び3次元道路施設データは、高さ補正部12が記憶部26に記憶させる。
道路施設データ生成部14は、台帳図に含まれる2次元地図上における道路施設の位置図形に、3次元点群データから取得した高さ情報を関連付け、上記道路施設の位置に高さ情報が付与された3次元道路施設データを生成する。上記2次元地図上には、道路施設の位置に、当該道路施設が存在することを示す位置図形が、例えば円形として記載されており、道路施設の設置位置の座標情報が関連づけられている。また、MMSによるレーザー計測により取得した3次元点群データには、上記道路内施設(上下水道管、マンホール、ガス管、電力線及び通信線等の地下ケーブル等の地下施設は除く)の点群も含まれており、3次元点群データから当該道路施設の高さ情報を取得することができる。上記2次元地図、位置図形、道路施設の設置位置の座標情報は、デジタル化して予め記憶部26に記憶させておく。道路施設データ生成部14は、これらのデジタルデータと3次元点群データとを読み出し、道路施設の設置位置の座標情報に基づいて3次元点群データから当該道路施設の高さ情報を取得し、2次元地図上における道路施設の位置図形に、3次元点群データから取得した高さ情報を関連付ける。なお、道路施設の高さ情報は、上記デジタルデータである位置図形に属性として持たせておき、道路施設データ生成部14が記憶部26から読み出して使用する構成としてもよい。以上のように生成する3次元道路施設データの図形は、単なる線分あるいは頂部に矢印を付した矢印付線分としてもよいし、道路施設の種類毎に予め決定して記憶部26に記憶させた立体形状の図形を道路施設データ生成部14が読み出して使用してもよい。また、上下水道管、マンホール等の地下施設については、上記デジタルデータとしての2次元地図、位置図形、道路施設の設置位置の座標情報から道路施設データ生成部14が設置位置、設置深さ、マンホールや上下水道管の直径その他のサイズ等の情報を取得し、地下施設の図形を道路施設データとして生成する構成とするのが好適である。さらに、道路施設データ生成部14は、3次元点群データに基づいて路面の図形を生成する構成とするのが好適である。道路施設データ生成部14が生成した道路施設データ、路面画像も記憶部26に記憶させる。
仮想3次元空間設定部16は、座標軸を有し、3次元点群データ、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像、及び3次元道路施設データの各画素等が上記座標軸上の座標と関連付けられる仮想3次元空間を設定する。ここで、仮想3次元空間は、現実の空間の座標(例えば緯度、経度、標高)に対応する座標を表す座標軸を有する仮想的な、すなわちコンピュータ上に設定される空間である。また、仮想3次元空間設定部16は、上記3次元点群データ、道路画像、及び3次元道路施設データの各画素等を、各画素等が属性として有する座標情報に基づいて仮想3次元空間中の座標に関連付ける。なお、仮想3次元空間中の座標軸と現実の空間の座標軸とを同じもの(例えば、緯度、経度、標高に統一する等)としてもよいし、異なる座標軸をそれぞれ設定し、必要に応じて座標を変換してもよい。仮想3次元空間の座標軸、この座標軸上の座標と関連付けられた3次元点群データ、道路画像、及び3次元道路施設データの各画素等の仮想3次元空間に関する情報は、仮想3次元空間設定部16が記憶部26に記憶させる。なお、仮想3次元空間については、図2において後述する。
上述したように、重畳部10が上記3次元点群データ、道路画像、3次元道路施設データ等を重畳する処理は、各画像の(画素の)座標を仮想3次元空間の座標軸に関連付けることにより実行することができる。
表示範囲特定部18は、上記仮想3次元空間における表示範囲を特定する。この場合、表示範囲特定部18は、公知のコンピュータグラフィックスの処理として仮想3次元空間を透視投影するスクリーン(図2参照)を設定し、このスクリーンに仮想3次元空間が透視投影される範囲を表示範囲とする。上記スクリーンの大きさ及び方向(スクリーンの法線が向く方向)は、上記MMSに搭載された光学カメラの撮影位置、撮影方位、光学カメラの傾き及びその画角等に基づいて決定することができる。また、使用者が見たい表示範囲、表示方向に応じて上記スクリーンの大きさ及び方向を表示範囲特定部18が制御する構成としてもよい。なお、光学カメラの撮影位置、撮影方位、光学カメラの傾き(撮影姿勢)及びその画角等は、光学カメラで撮影した画像が属性として有しており、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像とともに予め記憶部26に記憶させておき、表示範囲特定部18が読み出して使用する。また、上記使用者が見たい表示範囲、表示方向は、適宜な入力手段(マウス等のポインティングデバイス、キーボード、タッチパネル等)により使用者が入力し、記憶部26に記憶させた指示情報を表示範囲特定部18が読み出し、この指示情報に基づいてスクリーンの大きさ及び方向を制御することにより決定する。
関連付け部20は、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像に、道路の2次元地図を関連付ける。上記道路画像および道路の2次元地図は、予め記憶部26に記憶させたものを関連付け部20が読み出して使用する。関連付け部20は、例えば上記道路画像の撮影位置の座標(3次元座標)及び2次元地図が有する座標(2次元座標)のそれぞれの平面座標(例えば、XY座標)に基づいて関連づけるべき道路の2次元地図を決定することができる。関連付け部20が関連付けた道路画像と道路の2次元地図との関係も記憶部26に記憶させる。
表示制御部22は、液晶表示素子その他の適宜な表示装置を制御して、上記表示範囲特定部18が特定した、上記仮想3次元空間における表示範囲を表示する。例えば、重畳部10により3次元点群データと高さ補正後の道路画像の少なくとも一方に重畳された3次元道路施設データを表示するが、これらと同時に道路画像に関連付けられた道路の2次元地図等を表示してもよい。ここで、同時に表示するとは、表示画面を適宜分割して重畳部10により重畳された画像と道路の2次元地図等とを一つの画面上に表示することをいう。
通信部24は、適宜なインターフェースにより構成され、無線または有線の通信回線を介してCPU28が外部のサーバー等とデータ(3次元点群データ、道路画像、2次元地図、道路施設の位置図形等)をやり取りするために使用する。
記憶部26は、ハードディスク装置、ソリッドステートドライブ(SSD)等の不揮発性メモリで構成され、上記各種情報等、及びCPU28の動作プログラム等の、道路施設管理支援装置が行う各処理に必要な情報を記憶させる。なお、記憶部26としては、デジタル・バーサタイル・ディスク(DVD)、コンパクトディスク(CD)、光磁気ディスク(MO)、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ、電気的消去および書き換え可能な読出し専用メモリ(EEPROM)、フラッシュ・メモリ等を使用してもよい。また、記憶部26には、主としてCPU28の作業領域として機能するランダムアクセスメモリ(RAM)、及びBIOS等の制御プログラムその他のCPU28が使用するデータが格納される読み出し専用メモリ(ROM)を含めるのが好適である。
図2には、仮想3次元空間の説明図が示される。図2において、コンピュータ上に設定された仮想3次元空間には、座標軸α1、α2、α3が規定されている。この座標軸は任意に設定することができ、上述したように、例えば(X、Y、Z)座標(数学座標系)、(緯度、経度、標高)座標(地球座標系)等でもよい。
仮想3次元空間には、重畳部10により重畳された上記3次元点群データ、道路画像、3次元道路施設データ等の表示対象物が、属性として有する座標情報に基づき仮想3次元空間中の座標軸α1、α2、α3が表す座標に関連付けられている。ここで、「座標軸が表す座標に関連付けられている」とは、表示対象物が、上記座標軸α1、α2、α3に基づいて、表示対象物の座標情報に対応する位置に配置されていることをいう。図2の例では、道路画像がRと表され、3次元道路施設データとしての道路標識がTと表され、マンホールがMと表されている。
表示範囲特定部18が設定するスクリーンに透視投影される仮想3次元空間の範囲が表示範囲特定部18により特定される表示範囲である。図2の例では、道路画像Rの一部と道路標識TとマンホールMとがスクリーンSの範囲に透視投影されており、この範囲が表示制御部22により表示される。
以上のような仮想3次元空間を使用することにより、道路の路面や3次元道路施設データの間の位置関係、高さ、任意の点を結ぶ線分の角度等を、公知のコンピュータグラフィックスの手法を適用して把握することができる。
また、仮想3次元空間設定部16は、2次元地図、位置図形等に属性として付与されている情報(名称、住所、設置年月日、メンテナンス年月日等)を記憶部26から読み出し、適宜な形状のタグとして仮想3次元空間の上記座標に関連付ける構成としてもよい。このようなタグの内、表示範囲特定部18が設定するスクリーンSに透視投影されたタグを、表示制御部22が表示することができる。図2の例では、タグIが道路標識Tの情報を表示しており、タグIIがマンホールMの情報を表示しており、タグIIIが道路画像Rの情報を表示している。なお、図2では、スクリーンSに透視投影されたタグI、タグIIが表示制御部22により表示される。
また、高さ補正部12が路面の高さを補正する場合には、表示範囲特定部18に指示して、上記スクリーンSを仮想3次元空間における座標軸α3方向(標高の方向)に移動させることにより上記高さの補正を行う構成としてもよい。
図3には、表示制御部22による表示例が示される。図3の例では、道路施設データ生成部14が生成したマンホールMの図形が道路画像R及び3次元点群データと重畳されて表示されている。なお、図3の道路画像Rは光学カメラで撮影された画像ではなく、3次元点群データに基づいて道路施設データ生成部14が生成した路面図形である。また、図3の例では、道路施設データ生成部14が生成した電柱Eも重畳されて表示されている。図3の例では、高さ補正部12が路面の高さを補正しているので、各表示対象物が表示画面に収まって表示されている。
図3に示されるように、道路画像Rで表される道路周囲で取得された3次元点群データの状況、マンホールMや電柱Eの設置位置等をわかりやすく表示することができる。
図4には、表示制御部22による他の表示例が示される。図4の例では、3次元点群データではなく、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像及び道路の周辺の画像と道路施設データ生成部14が生成したマンホールMの図形とが重畳されて表示されている。また、関連付け部20が道路画像に関連付けた道路の2次元地図も表示されている。道路の2次元地図を表示する場合には、表示制御部22が表示画面を分割し、上記スクリーンSに透視投影された画像、すなわち図4の例では道路及びその周辺の画像と並列して同時に表示する構成となっている。図4の例でも、高さ補正部12が路面の高さを補正しているので、各表示対象物が表示画面に収まって表示されている。
図4において、上記道路画像及び道路の周辺の画像は、上記MMSに搭載された光学カメラで撮影されており、より現実の状態を把握しやすく表示できる。また、実際の道路におけるマンホールMの設置位置もわかりやすく表示することができる。さらに、道路の2次元地図も表示されているので、道路画像として表示された位置を容易に把握することができる。
図5には、実施形態にかかる道路施設管理支援装置の動作例のフローが示される。図5において、仮想3次元空間設定部16が、上記座標軸α1、α2、α3が規定された仮想3次元空間を設定する(S1)。この仮想3次元空間に関する情報は、上述したように、仮想3次元空間設定部16が記憶部26に記憶させる。
次に、重畳部10が、3次元点群データと、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との一方または両方と、3次元道路施設データとを重畳する(S2)。重畳した3次元点群データ、道路画像、3次元道路施設データは、仮想3次元空間設定部16が仮想3次元空間中の座標に関連付け、記憶部26に記憶させる。
高さ補正部12は、上記3次元点群データ、道路画像及び3次元道路施設データのデータを記憶部26から読み出し、これらの3次元点群データ、道路画像及び3次元道路施設データが表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する(S3)。この補正処理は、上述したように、仮想3次元空間に設定されたスクリーンSを座標軸α3方向に移動することにより実行することができる。高さ補正に関する情報は、高さ補正部12が記憶部26に記憶させる。なお、高さ補正に関する情報には、上記スクリーンの移動量等が含まれる。なお、高さ補正処理(S3)は必ずしも表示の都度行う必要はなく、事前に行っておくことも可能である。この場合、図5のS3の処理は不要となり、高さ調整後の3次元点群データ、道路画像及び3次元道路施設データを重畳部10が重畳する構成となる。
また、関連付け部20は、3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像に、道路の2次元地図を関連付ける(S4)。道路画像及びこれに関連付けられた道路の2次元地図の情報は、記憶部26に記憶させる。
表示制御部22は、上記仮想3次元空間に設定されたスクリーンSに透視投影された範囲の画像を記憶部26から読み出し、液晶表示素子その他の適宜な表示装置を制御して表示する(S5)。なお、表示制御部22は、関連付け部20が道路画像に関連付けた道路の2次元地図を記憶部26から読み出し、画面分割等により、スクリーンSに透視投影された画像と並列して同時に表示してもよい。
上述した、図5の各ステップを実行するためのプログラムは、記録媒体に格納することも可能であり、また、そのプログラムを通信手段によって提供しても良い。その場合、例えば、上記説明したプログラムについて、「プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体」の発明または「データ信号」の発明として捉えても良い。
10 重畳部、12 高さ補正部、14 道路施設データ生成部、16 仮想3次元空間設定部、18 表示範囲特定部、20 関連付け部、22 表示制御部、24 通信部、26 記憶部、28 CPU。

Claims (7)

  1. 3次元点群データと、前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との少なくとも一方と、3次元道路施設データとを重畳する重畳手段と、
    前記道路画像上に重畳された3次元道路施設データが表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する高さ補正手段と、
    前記高さ補正後の道路画像と3次元道路施設データとを表示する表示手段と、
    を備える、道路施設管理支援装置。
  2. 2次元地図上における道路施設の位置図形に、3次元点群データから取得した高さ情報を関連付け、前記道路施設の位置に高さ情報が付与された3次元道路施設データを生成する道路施設データ生成手段をさらに備える、請求項1に記載の道路施設管理支援装置。
  3. 前記重畳手段は、3次元点群データ及び前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像の両方と、3次元道路施設データとを重畳する、請求項1または請求項2に記載の道路施設管理支援装置。
  4. 座標軸を有し、3次元点群データ、前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像、及び前記3次元道路施設データの各画素が前記座標軸上の座標と関連付けられた仮想3次元空間を設定する仮想3次元空間設定手段と、
    前記仮想3次元空間における表示範囲を特定する表示範囲特定手段と、
    をさらに備え、前記高さ補正手段は、前記表示範囲特定手段の表示範囲を制御する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の道路施設管理支援装置。
  5. 前記道路施設データ生成手段は、前記仮想3次元空間において前記3次元道路施設データを生成する、請求項4に記載の道路施設管理支援装置。
  6. 前記道路画像に、道路の2次元地図を関連付ける関連付け手段をさらに備え、
    前記表示手段は、前記道路画像に関連付けられた道路の2次元地図を、前記高さ補正後の道路画像及び3次元道路施設データとともに表示する、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の道路施設管理支援装置。
  7. コンピュータを、
    3次元点群データと、前記3次元点群データにより画素の位置が補正された道路画像との少なくとも一方と、3次元道路施設データとを重畳する重畳手段、
    前記道路画像上に重畳された3次元道路施設データが表示画面内に表示できるように、表示画面上における路面の高さを補正する高さ補正手段、
    前記高さ補正後の道路画像と3次元道路施設データとを表示する表示手段、
    として機能させる、道路施設管理支援プログラム。

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