JP2019066519A

JP2019066519A - 段彩図作成装置及び段彩図作成プログラム

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Publication number: JP2019066519A
Application number: JP2017188511A
Authority: JP
Inventors: 榊原　庸貴; Nobutaka Sakakibara; 庸貴榊原; 貫一郎望月; Kanichiro Mochizuki; 俊郎舩木; Toshiro Funaki
Original assignee: Pasco Corp
Current assignee: Pasco Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP7004535B2

Abstract

【課題】水域及びその深度を適切に表現できる段彩図作成装置及び段彩図作成プログラムを提供する。【解決手段】地表面標高取得部１０が、地面及び水底の標高を取得し、水面標高取得部１２が、水面の標高を取得して記憶部２６に記憶させる。差分演算部１４は、上記地表面（地面及び水底）の標高と水面の標高とを記憶部２６から読みだし、差分値（地表面の標高−水面の標高）を演算する。水深演算部１６は、上記差分値が負の値になる領域を水域と判断し、この水域について差分値の絶対値を水深とする。水深段彩定義部１８は、上記水深の値に応じて、水深の一定範囲毎に段彩を定義し、陸上段彩定義部２０は、上記水域以外（陸域）の地表面（地面）の標高の一定範囲毎に陸上の段彩を定義する。表示制御部２２は、上記段彩を適宜な表示装置に段彩図として表示する。【選択図】図２

Description

本発明は、段彩図作成装置及び段彩図作成プログラムに関する。

地表面の形状（３次元地形）を２次元的に表現する方法の例として段彩図が挙げられる。例えば、下記特許文献１には、地表面の標高に応じて色相を決定する色相決定手段と、地表面の傾斜に応じて輝度を決定する輝度決定手段と、地表面の微細凹凸情報を補正する凹凸補正手段と、前記凹凸補正手段の出力に応じて彩度を決定する彩度決定手段と、を備える地形図作成装置が開示されている。

特開２００８−２４２２９８号公報

上記従来の段彩図では、水面に覆われた部分（水域）とそうでない部分を区別しない。その結果、例えば標高３００ｍ付近を緑色で表した場合、芦ノ湖等の標高が高い地域にある湖も緑色に塗られることになり、湖であること自体を識別できない。地図は地形の特徴を理解することを目的に作成されているものであり、湖の存在を表示できないことは地図にとって根本的な問題である。

これは、標高に応じて彩色する段彩色を、湖を含め一律に適用することにより生ずる問題であり、一般には、標高データとは別に用意した既知の湖の位置、形状等の情報で水色等に上塗りすることで、この問題を回避している。

このように、地形の特徴を理解するという一般的な地図においては、既知の情報で湖を水色等に上塗りすることで上記問題は解決できる。しかしながら、例えば、湖や河川など水域の管理を目的とする場合は、正確に現況を表す、例えば、１／１０００あるいは１／５００等の精度をもった地図が求められる。この目的での地図においては、既知の情報を基にした湖や河川などの水域の表示では不十分である。また、こうした水域の管理を目的とする場合、水深を明示することも重要である。

本発明の目的は、水域及びその深度を適切に表現できる段彩図作成装置及び段彩図作成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、段彩図作成装置であって、レーザ計測により得られた、水底を含む地表面の標高を取得する地表面標高取得手段と、レーザ計測により得られた水面の標高を取得する水面標高取得手段と、前記地表面の標高と水面の標高との差分値を演算する差分演算手段と、前記差分値に基づき水域における水深を演算する水深演算手段と、前記水深に応じて、色空間における色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、段彩を定義する水深段彩定義手段と、を備えることを特徴とする。

また、上記段彩図作成装置は、レーザ計測により得られた水域以外の地表面の標高を取得して、陸上の段彩を定義する陸上段彩定義手段をさらに備えるのが好適である。

また、上記地表面の標高と水面の標高とは、レーザ計測装置により取得された値であるのが好適である。

また、上記水深段彩定義手段は、例えば水深０ｍを白色とし、水深に応じて任意の色相の明度又は彩度の少なくとも一方を変化させるのが好適である。

また、上記レーザ計測により得られた標高は、前記地表面の標高及び水面の標高毎に計測されており、差分演算手段は、前記水域においてのみ前記差分値を演算し、前記水深演算手段は、前記差分値に基づき前記水域においてのみ水深を演算するのが好適である。

また、本発明の他の実施形態は、段彩図作成プログラムであって、コンピュータを、レーザ計測により得られた、水底を含む地表面の標高を取得する地表面標高取得手段、レーザ計測により得られた水面の標高を取得する水面標高取得手段、前記地表面の標高と水面の標高との差分値を演算する差分演算手段、前記差分値に基づき水域における水深を演算する水深演算手段、前記水深に応じて、色空間における色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、段彩を定義する水深段彩定義手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、水域及びその深度を適切に表現できる段彩図作成装置及び段彩図作成プログラムを提供できる。この結果、例えば河川の氾濫の予防や浅瀬での船の座礁の防止等の河川その他の水域の安全管理に有効な段彩図を得ることができる。

標高のレーザ計測の例を示す図である。実施形態にかかる段彩図作成装置の例の機能ブロック図である。実施形態にかかる水深段彩定義部及び陸上段彩定義部が定義した段彩の例を示す図である。段彩図の表示例を示す図である。実施形態にかかる段彩図作成装置の動作例のフロー図である。実施形態にかかる段彩図作成装置の他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、標高のレーザ計測の例が示される。図１の例では、航空機１００にレーザ測量装置を搭載し、レーザ計測を行う。この際に使用されるレーザ測量装置は、２種類の波長のレーザ（例えば近赤外レーザと緑色レーザ）により地表面の標高、及び河川、湖、海等の水域における水面Ｗの標高を測定する。なお、地表面には、陸上の（水面Ｗより標高が上の）地面Ｌ及び水面下の水底Ｂを含んでいる。航空機としては、固定翼、回転翼、気球型等があり、無人のドローンも好ましく使用できる。

上記例示した近赤外レーザＮＬと緑色レーザＧＬは、いずれも地面Ｌで反射するので地面の標高を測定することができる。また、近赤外レーザＮＬは水面Ｗで反射するので、水面Ｗの標高を測定することができる。これに対して、緑色レーザＧＬは、水面Ｗで反射するものもあるが、水中を透過し、水底Ｂで反射するものもあり、水底Ｂの標高を測定することができる。このため、図１に示された例では、これらの近赤外レーザＮＬと緑色レーザＧＬとを同時に照射することにより、地面Ｌ、水面Ｗ及び水底Ｂの標高を同時に測定することができる。

図２には、実施形態にかかる段彩図作成装置の例の機能ブロック図が示される。図２において、段彩図作成装置は、地表面標高取得部１０、水面標高取得部１２、差分演算部１４、水深演算部１６、水深段彩定義部１８、陸上段彩定義部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。上記段彩図作成装置は、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。

地表面標高取得部１０は、レーザ計測により得られた、水底を含む地表面の標高を取得する。ここで、水底を含むとは、上述した陸上の（水面Ｗより標高が高い）地面Ｌ及び水面下の水底Ｂを含むことを意味する。また、地表面の標高の取得方法は、レーザ計測を行う航空機１００から送信される地表面の標高を通信部２４が受信し、この標高を地表面標高取得部１０が取得する構成でもよいし、レーザ計測を行う航空機１００から地上の基地局等に上記標高を送信し、この基地局から通信部２４を介して地表面標高取得部１０が上記標高を取得する構成でもよい。さらに、ディスク装置等によりオフラインで上記地表面の標高を取得する構成でもよい。なお、上記レーザ計測により計測される標高は、それぞれ地面Ｌ、水面Ｗ及び水底Ｂ毎に計測されているので、地表面標高取得部１０が取得した水底Ｂを含む地表面の標高は、地面Ｌの標高であるか水底Ｂの標高であるかの情報を関連づけて記憶部２６に記憶させる。

水面標高取得部１２は、上記レーザ計測により得られた水面Ｗの標高を取得する。上述した通り、レーザ計測により計測される標高は、それぞれ地面Ｌ、水面Ｗ及び水底Ｂ毎に計測されているので、水面標高取得部１２が取得した水面Ｗの標高は、水面Ｗの標高であるとの情報を関連づけて標高を記憶部２６に記憶させる。

差分演算部１４は、上記地表面標高取得部１０が取得した地表面（地面Ｌ及び水底Ｂ）の標高と上記水面標高取得部１２が取得した水面Ｗの標高とを記憶部２６から読みだし、これらの差分値を以下の式（１）により演算する。
差分値＝地表面の標高−水面の標高・・・（１）

ここで、差分演算部１４が演算した差分値が０の領域は、水域ではない地面Ｌの領域であることを意味する。一方、水域では、上記式（１）の演算結果が負の値になる。水面Ｗの方が地表面（水底Ｂ）より標高が高いからである。式（１）の演算値も記憶部２６に記憶させる。

水深演算部１６は、上記式（１）により演算した差分値を記憶部２６から読みだし、この差分値に基づき水域における水深を演算する。上述した通り式（１）の演算結果が負の値になる領域が水域であり、差分値の絶対値が当該水域の水深である。演算した水深の値も記憶部２６に記憶させる。なお、上述した通り、水面Ｗの標高は、水面Ｗの標高であるとの情報が関連づけられているので、式（１）の演算を水面Ｗの領域（水域）のみに行って水深を得ることもできる。さらに、上記水深の演算は、航空機１００に搭載されたレーザ測量装置側、あるいは航空機１００から上記標高を取得した地上の基地局側で行い、水深演算部１６が通信部２４を介して水深の値を取得する構成としてもよい。

水深段彩定義部１８は、上記演算した水深を記憶部２６から読みだし、この水深の値に応じて、色空間における色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、段彩を定義する。ここで、水深段彩とは、（１）水域(であること)、（２）等高線と同様の表示による水域の深度の差異、（３）水底の地形起伏、を視覚的に認識可能な情報である。また、段彩を定義するとは、上記水深の一定範囲（段彩の刻み）毎に色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、上記一定範囲毎に色相、彩度、明度の少なくとも一つを変化させて視覚的に認識可能な情報とすることをいう。定義した段彩は、記憶部２６に記憶させる。なお、視覚的に認識可能な情報は、上記水深の一定範囲毎に予め決定し、記憶部２６に記憶させておき、水深段彩定義部１８が記憶部２６から読み出して段彩を定義する構成としてもよい。

陸上段彩定義部２０は、水域以外（上記式（１）の演算結果（差分値）が０である領域）の地表面（地面Ｌ）の標高を記憶部２６から読みだして取得し、陸上の段彩を定義する。この場合の段彩は、地表面の標高に応じて、これらを識別するための視覚的に認識可能な情報である。また、段彩を定義するとは、上記標高の一定範囲（段彩の刻み）毎に色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、上記一定範囲毎に色相、彩度、明度の少なくとも一つを変化させて視覚的に認識可能な情報とすることをいう。定義した段彩は、記憶部２６に記憶させる。なお、視覚的に認識可能な情報は、上記標高の一定範囲毎に予め決定し、記憶部２６に記憶させておき、陸上段彩定義部２０が記憶部２６から読み出して段彩を定義する構成としてもよい。また、陸上段彩定義部２０が記憶部２６から読みだした標高には、上述した通り、予め地面Ｌの標高であるとの情報が関連づけられているので、この情報から陸上段彩定義部２０が地面Ｌの標高であると判断することもできる。

なお、本明細書では、水深段彩定義部１８及び陸上段彩定義部２０が定義した段彩により標高及び水深を表現した地形図を段彩図という。

表示制御部２２は、水深段彩定義部１８及び陸上段彩定義部２０が定義した段彩を記憶部２６から読み出し、液晶表示装置その他の適宜な表示装置を制御して、段彩図として表示する。

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が上記レーザー計測を行う航空機あるいは外部の基地局等とデータ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、地形特性表現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３には、水深段彩定義部１８及び陸上段彩定義部２０が定義した段彩（それぞれ、水深段彩及び陸域段彩と表示する）の例が示される。図３において、水深段彩定義部１８は、水深０ｍ（例えば、平均海面あるいは河川の水際）を白色とし、水深に応じて任意の色の明度又は彩度の少なくとも一方を変化させている。この場合の色（段彩に使用される色であって、以後基準色という）としては、例えば水を連想させる青を使用してもよい。なお、基準色は、水深に応じて変更してもよい。ここで、図３の例では、水深０ｍを白色としているが、白色に限定する必要はなく、適宜な色とすることができる。この場合、水がある部分(水深で段彩を定義する部分)と水がない部分(標高で段彩を定義する部分)とを区別できる色であることが好ましい。また、レーザ計測で測定可能な水深の範囲については、１ｍ以下の刻みの段彩を定義すれば、より正確な水深の段彩図を生成することができる。レーザ計測で測定可能な水深は、例えば緑色レーザを用いると、現在では水深０から２４ｍ程度までを測定できる。なお、水深の測定はレーザ計測に限定されず、水深測定手段としてソナー等の音波を利用してもよいし、レーザ計測とソナー等を組み合わせてもよい。この場合には、さらに深い水深（例えば、１００ｍ程度）まで正確な水深測定が可能であり、１ｍ以下の刻みの段彩を適用して、深い水深まで正確に表現することも可能である。なお、レーザ計測で測定できない水深では、例えば従来から使用されている粗い水深データを使用するために、段彩の刻みを１０〜１０００ｍ程度としてもよい。

また、陸上段彩定義部２０は、水域以外の地表面（地面Ｌ）の標高を記憶部２６から読みだして段彩を定義する。この場合、定義する段彩は限定されないが、従来公知のものとすることができる。この場合、上記水深段彩定義部１８とは異なる基準色を使用するのが、水域と陸域（地面Ｌの領域）とを容易に区別する上で好適である。また、地面Ｌの標高が０ｍ以下の場合、水深段彩定義部１８による水深の段彩定義と同じとし、青色を基準色に使用してもよいし、他の色（例えば緑色、茶色等）を基準色としてもよい。

図４（ａ）、（ｂ）には、段彩図の表示例が示される。図４（ａ）が、本実施形態にかかる水深段彩定義部１８及び陸上段彩定義部２０が定義した段彩を使用した段彩図の例であり、図４（ｂ）が前述した従来の段彩を使用した段彩図の例である。図４（ａ）、（ｂ）とも、河川Ｒが存在する地域の段彩図である。

図４（ａ）の例では、水域と陸域とが容易に区別できる（水面Ｗが識別できる）のに対し、図４（ｂ）の例では、水域と陸域を区別せずに一律に段彩が適用されているため水域と陸域が一体的な表現となっており、両者を容易に区別することができない。

また、上述したように、水深段彩定義部１８は、水深に応じて段彩を定義するので、図４（ａ）の例では、水底Ｂの標高にかかわらず、同じ水深の箇所は同じ色相、彩度、明度で表示される。このため、使用者が水域の存在のみならずその水深も容易に判別することができ、離れた２か所以上の水深が同じか違うかを上記色相、彩度、明度の相違により容易に認識することができる。

図５には、実施形態にかかる段彩図作成装置の動作例のフローが示される。図５において、地表面標高取得部１０が、レーザ計測により得られた、水底Ｂを含む地表面（地面Ｌ及び水底Ｂ）の標高を取得する（Ｓ１）。また、水面標高取得部１２が、レーザ計測により得られた水面Ｗの標高を取得する（Ｓ２）。取得したそれぞれの標高は、それぞれ地面Ｌ、水底Ｂ及び水面Ｗの標高であるとの情報を関連づけて記憶部２６に記憶させる。

差分演算部１４は、上記地表面標高取得部１０が取得した地表面（地面Ｌ及び水底Ｂ）の標高と上記水面標高取得部１２が取得した水面Ｗの標高とを記憶部２６から読みだし、これらの差分値を上記式（１）により演算し（Ｓ３）、記憶部２６に記憶させる。

水深演算部１６は、上記式（１）により演算した差分値を記憶部２６から読みだし、この差分値が負の値になる領域を水域と判断し、この領域（水域）について差分値の絶対値を当該水域における水深とする（Ｓ４）。演算した水深の値は記憶部２６に記憶させる。なお、上述した通り、水面Ｗの標高は、水面Ｗの標高であるとの情報が関連づけられているので、式（１）の演算を水面Ｗの領域（水域）のみに行って水深を得ることもできる。

水深段彩定義部１８は、上記演算した水深を記憶部２６から読みだし、この水深の値に応じて、水深の一定範囲（段彩の刻み）毎に色空間における色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、段彩を定義する（Ｓ５）。水深段彩定義部１８が定義した段彩は、記憶部２６に記憶させる。

また、陸上段彩定義部２０は、上記式（１）の演算結果（差分値）が０である領域を水域ではない地面Ｌの領域（陸域）と判断し、この陸域の地表面（地面Ｌ）の標高を記憶部２６から読みだして取得し、標高の一定範囲（段彩の刻み）毎に陸上の段彩を定義する（Ｓ６）。陸上段彩定義部２０が定義した段彩は、記憶部２６に記憶させる。なお、陸上段彩定義部２０が記憶部２６から読みだした標高には、上述した通り、予め地面Ｌの標高であるとの情報が関連づけられているので、この情報から陸上段彩定義部２０が地面Ｌの標高であると判断してもよい。

表示制御部２２は、水深段彩定義部１８及び陸上段彩定義部２０が定義した段彩を記憶部２６から読み出し、液晶表示装置その他の適宜な表示装置に段彩図として表示する（Ｓ７）。

図６には、実施形態にかかる段彩図作成装置の他の動作例のフローが示される。なお、図６のＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１４〜Ｓ１６は、それぞれ図５のＳ１、Ｓ２、Ｓ５〜Ｓ７に対応するので、説明は省略する。

上述したように、水深演算部１６は、水深の演算をする代わりに、航空機１００に搭載されたレーザ測量装置側、あるいは航空機１００から上記標高を取得した地上の基地局側で演算された水深の値を通信部２４を介して取得する構成とすることもできる。このため、図６の動作例では、Ｓ１３において水深演算部１６が水域の水深を取得する構成となっている。

上述した、図５及び図６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地表面標高取得部、１２水面標高取得部、１４差分演算部、１６水深演算部、１８水深段彩定義部、２０陸上段彩定義部、２２表示制御部、２４通信部、２６記憶部、２８ＣＰＵ、１００航空機。

Claims

レーザ計測により得られた、水底を含む地表面の標高を取得する地表面標高取得手段と、
レーザ計測により得られた水面の標高を取得する水面標高取得手段と、
前記地表面の標高と水面の標高との差分値を演算する差分演算手段と、
前記差分値に基づき水域における水深を演算する水深演算手段と、
前記水深に応じて、色空間における色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、段彩を定義する水深段彩定義手段と、
を備えることを特徴とする段彩図作成装置。
レーザ計測により得られた水域以外の地表面の標高を取得して、陸上の段彩を定義する陸上段彩定義手段をさらに備える、請求項１に記載の段彩図作成装置。
前記地表面の標高と水面の標高とが、レーザ計測装置により取得された値である、請求項１又は請求項２に記載の段彩図作成装置。
前記水深段彩定義手段は、水深０ｍを白色とし、水深に応じて任意の色相の明度又は彩度の少なくとも一方を変化させる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の段彩図作成装置。
前記レーザ計測により得られた標高は、前記地表面の標高及び水面の標高毎に計測されており、差分演算手段は、前記水域においてのみ前記差分値を演算し、前記水深演算手段は、前記差分値に基づき前記水域においてのみ水深を演算する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の段彩図作成装置。
コンピュータを、
レーザ計測により得られた、水底を含む地表面の標高を取得する地表面標高取得手段、
レーザ計測により得られた水面の標高を取得する水面標高取得手段、
前記地表面の標高と水面の標高との差分値を演算する差分演算手段、
前記差分値に基づき水域における水深を演算する水深演算手段、
前記水深に応じて、色空間における色相、彩度、明度の少なくとも一つを決定し、段彩を定義する水深段彩定義手段、
として機能させる段彩図作成プログラム。