JP2019143984A

JP2019143984A - ２時期変化推定装置、及び２時期変化推定方法

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Publication number: JP2019143984A
Application number: JP2018025501A
Authority: JP
Inventors: 昌弘黒台; Masahiro Kurodai
Original assignee: Hazama Ando Corp
Current assignee: Hazama Ando Corp
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-15
Also published as: JP6996047B2

Abstract

【課題】本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち既設の測量基準点や測量座標系をよりどころにすることなく、また事前に変化個所を予測することなく、しかも変化位置や変化程度を含む災害状況を適切かつ迅速に把握することができる２時期変化推定装置、及び２時期変化推定方法を提供することである。【解決手段】本願発明の２時期変化推定装置は、第１点群と第２点群を比較することによって２時期の変化を推定するものであり、領域設定手段と、適正配置決定手段、変化情報算出手段を備えたものである。このうち領域設定手段は、第１点群と第２点群との差分を求め、対象範囲のうちこの差分が差分閾値を下回る領域を抽出して「不動領域」とするとともに、対象範囲のうちこの不動領域を除く領域を「変動領域」とする手段である。【選択図】図２

Description

本願発明は、地形や構造物などの２時期変化を把握する技術であり、より具体的には、例えば災害が発生した際に被災前後の地形や構造物を比較することによって、被災個所やその程度を推定することができる技術に関するものである。

我が国は地震が頻発する国として知られ、近年では、東北地方太平洋沖地震をはじめ、兵庫県南部地震、新潟県中越地震など大規模な地震が発生している。また、台風による被害もほぼ毎年のように発生しており、さらに昨今では突発的な豪雨が発生することも珍しくない。このような地震や豪雨等が生ずると、一般住宅や公共構造物が倒壊・破壊し、あるいは自然斜面やのり面が崩落するなど、甚大な被害が生ずることがある。

ひとたび地震や豪雨等による自然災害が発生すると、応急復旧を含めた対策が講じられる。適切な対策を実施するため、すなわち適切な人員や機材等を現地に派遣するためには、位置や程度を含む災害状況を適切かつ迅速に把握する必要がある。ところが、どこで被害があったのか、その被害はどの程度なのかを適切に把握することは、それほど容易ではない。特に、広範囲にわたって災害が発生した場合、適切な状況把握の困難さは顕著に表れる。

従来、災害状況の把握は現地に赴いた調査担当者によって行われており、画像や映像を取得することにより、あるいはスケッチすることにより、その状況を記録し伝達していた。しかしながら、調査担当者の活動範囲には時間的にも平面的・空間的にも限界があり、すなわち災害状況を把握できる範囲には限界があり、対象範囲をすべて網羅して調査することは極めて困難である。

また、被災したと認定するためには災害前の状態を把握しておく必要があるところ、緊急対応が求められることもあって従来は災害前の状態を把握することなく現地に赴くことも少なくなかった。災害前の状態を把握するとしても、構造物等の設計図や被災前の写真を携行する程度である。そのため、表面的には異常がないが実際には移動・傾斜しているような構造物を被災個所と認定することは難しく、斜面が崩壊していることが認識できたとしてもその崩壊規模を適切に算定することはできなかった。

被災前後の変化を把握するためには、同一対象物の２時期の形状を比較する手法が知られている。具体的には、レーザー計測や写真計測などによって取得される複数の３次元座標（３次元計測点）からなる点群データを利用する手法で、被災前に取得した被災前点群データと被災直後に取得した被災後点群データを照らし合わせ、その変化に基づいて災害の有無を判断する手法である。当該手法によれば、客観的でしかも比較的迅速に被災前後の変化を把握することかできて便宜である。

そこで特許文献１では、被災前に空中写真により求めた地表面の３次元点群データを算出するとともに、同様に被災後の３次元点群データを算出し、２時期の３次元点群データの差分を求めることで被災前後の変化を把握する技術について提案している。また特許文献２では、移動する物と不動の物を分離したうえで、変化前の第１点群データと変化後の第２点群データをＩＣＰ（ＩｔｅｒａｔｉｖｅＣｌｏｓｅｓｔＰｏｉｎｔ）法によって位置合わせを行い、第１点群データと第２点群データの間に生ずるずれに基づいて地形変化を解析する技術を提案している。

特開２０１６−１５１４１４号公報特開２０１７−２０７４３８号公報

特許文献１は、写真計測を利用して２時期を比較する技術であり、実測等により座標値が得られた基準座標（ＧＣＰ；グラウンドコントロールポイント）を設定し、この基準座標を基準として２時期の３次元点群データを比較する技術である。しかしながら、先の東北地方太平洋沖地震に伴い多くの電子基準点が移動したように、いわゆる測量基準点は自然災害によって利用できなくなる（あるいは信頼性が失われる）ことが十分予想されるため、測量基準点や測量座標系をよりどころにした手法は、災害前後の変化を把握するうえでは必ずしも適した手法とはいえない。

一方の特許文献２は、特許文献１と同様写真計測を利用して２時期を比較する技術であり、写真を見ながらあらかじめ変化する物（転石Ａ）と変化しない物（基岩部Ｂ）を分離し、さらに転石Ａに基づいて得られた変換行列と基岩部Ｂ基づいて得られた変換行列によって地形全体の変換行列を求めることによって、地形変化を把握する技術である。しかしながら、既述したとおり災害が発生した場合、そもそもどこが被災個所（つまり変化する物）かを把握することができないため、この特許文献２の技術もやはり災害前後の変化を把握するための手法として適しているとはいえない。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち既設の測量基準点や測量座標系を変化後のよりどころにすることなく、また事前に変化個所を予測することなく、しかも変化位置や変化程度を含む災害状況を適切かつ迅速に把握することができる２時期変化推定装置、及び２時期変化推定方法を提供することである。

本願発明は、２時期の３次元点群を比較することによって不動領域と変動領域を設定し、変動領域内にある計測点を用いて被災位置や被災程度を推定する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

本願発明の２時期変化推定装置は、対象範囲を異なる時期に計測して得られた複数の３次元計測点からなる第１点群と第２点群とを比較することによって対象範囲における２時期の変化を推定するものであり、領域設定手段と、適正配置決定手段、変化情報算出手段を備えたものである。このうち領域設定手段は、第１点群と第２点群との差分を求め、この差分に基づいて対象範囲内に１又は２以上の「不動領域」を設定するとともに、対象範囲のうちこの不動領域を除く領域を「変動領域」とする手段である。また適正配置決定手段は、第１点群の配置を固定したうえで、第２点群を移動、回転させながら、不動領域を構成する計測点である「不動点」の数が最多となったときに、第１点群に対する第２点群の適正配置を決定する手段である。そして変化情報算出手段は、第１点群のうち変動領域を構成する計測点と適正配置の第２点群とに基づいて、又は適正配置の第２点群のうち変動領域を構成する計測点と第１点群とに基づいて、２時期の変化位置と変化量を算出する手段である。

本願発明の２時期変化推定装置は、２時期の計測点群のうち早い時期に計測された方を第１点群とし、その第１点群を構成する第１計測点によって形成される三角形網モデルと第２点群を構成する第２計測点とに基づいて差分を求め、この差分があらかじめ定めた差分閾値を下回る第２計測点を不動点として抽出するとともに、その不動点に基づいて不動領域を設定するものとすることもできる。

本願発明の２時期変化推定装置は、差分として第１計測点と第２計測点との空間距離（３次元座標系における距離）を求め、この差分が差分閾値を下回る第１計測点又は第２計測点を不動点として抽出するとともに、その不動点に基づいて不動領域を設定するものとすることもできる。

本願発明の２時期変化推定装置は、差分として所定の基準面に投影された第１計測点と第２計測点との平面距離（２次元座標系における距離）を求め、この差分が差分閾値を下回る第１計測点又は第２計測点を不動点として抽出するとともに、その不動点に基づいて不動領域を設定するものとすることもできる。

本願発明の２時期変化推定装置は、２時期の変化量として所定の基準面に対する比高差の集計又は体積を算出するものとすることもできる。

本願発明の２時期変化推定方法は、対象範囲における２時期の変化を推定する方法であり、計測工程と、領域設定工程、適正配置決定工程、変化情報算出工程を備えた方法である。このうち計測工程では、対象範囲を計測することで複数の３次元計測点からなる計測点群を取得する。また領域設定工程では、計測工程より前に対象範囲を計測して得られた複数の３次元計測点からなる計測点群を用意し、ここで用意した計測点群と計測工程で得られた計測点群のうち一方を第１点群、他方を第２点群とし、第１点群と第２点群との差分を求め、この差分に基づいて対象範囲内に１又は２以上の不動領域を設定するとともに、対象範囲のうちこの不動領域を除く領域を変動領域とする。適正配置決定工程では、第１点群の配置を固定したうえで、第２点群を移動、回転させながら、不動点の数が最多となったときに、第１点群に対する第２点群の適正配置を決定する。そして変化情報算出工程では、第１点群のうち変動領域を構成する計測点と適正配置の第２点群とに基づいて、又は適正配置の第２点群のうち変動領域を構成する計測点と第１点群とに基づいて、２時期の変化位置と変化量を算出する。

本願発明の２時期変化推定装置、及び２時期変化推定方法には、次のような効果がある。
（１）これまで人による判断に頼っていた２時期の変化（例えば、災害状況）判断を、人の判断によることなく客観的に、しかも適切かつ迅速に推定することができる。
（２）既設の基準点が移動した場合でも、あるいは既設基準点等が設置されていない場所でも、２時期の変化位置と変化量を推定することができる。
（３）対象範囲内に変化した物（領域）と変化しない物（領域）が混在していても、人がこれらを分類することなく２時期の変化を推定することができる。
（４）あらかじめ平常時（災害前）に計測点群の三角形網モデルを作成しておけば、さらに迅速に２時期の差分計算を行うことができる。
（５）例えば自然災害が発生したときに、客観的、適切かつ迅速に２時期の変化位置と変化量を推定することができることから、適切な人員や機材等を手配することができ、その結果、適切な災害対策を実施することができる。

本願発明の２時期変化推定装置の主な構成を示すブロック図。本願発明の２時期変化推定装置の主な処理の流れを示すフロー図。（ａ）は第１計測点によって形成された三角形網モデルを示すモデル図、（ｂ）は第１計測点によって形成された三角形網モデルに第２計測点を重ねた状態を示すモデル図。（ａ）第２点群を移動させるにあたってまずは第１計測点の左上に配置した第２点群を示すモデル図、（ｂ）最終的に第１計測点の右下まで移動した第２点群を示すモデル図。Ｘ−Ｚ平面に投影した第１計測点と第２計測点との平面距離を示すモデル図。三角形網モデルを構成する三角面と、第２計測点との距離を示すモデル図。（ａ）はＸ―Ｚ平面に投影された第１点群を表示した状態を示すモデル図、（ｂ）はＸ―Ｚ平面に投影された第２点群を表示した状態を示すモデル図、（ｃ）はＸ―Ｚ平面に投影表示された第１点群と第２点群から不動領域と変動領域を設定した状態を示すモデル図。（ａ）は不動点を基準に円形の拡張領域を発生させることで不動領域を設定する手法を説明するモデル図、（ｂ）は不動点を基準に矩形の拡張領域を発生させることで不動領域を設定する手法を説明するモデル図。第１計測点と第２計測点のＸ−Ｙ平面からの比高差を示すモデル図。本願発明の２時期変化推定方法の主な工程の流れを示すフロー図。

本願発明の２時期変化推定装置、及び２時期変化推定方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。

１．定義
本願発明の実施形態の例を説明するにあたって、はじめにここで用いる用語の定義を示しておく。本願発明は、一般住宅や集合住宅、公共構造物といった構造物、あるいは自然斜面やのり面を含む地形などを対象（以下、これらをまとめて「対象物」という。）とし、その対象物の変化を推定するものである。そして、対象物の変化を推定するにあたって、異なる２つの時期（以下、単に「２時期」という。）に実施された計測結果を利用する。ここでは、２時期を区別するため、一方を「第１時期」と、他方を「第２時期」ということとする。なお、計測を実施する回数は必ずしも２回に限る必要はなく、３回以上実施していればそのうちから２回分の計測結果を用いて「第１時期」と「第２時期」とすればよい。

（対象範囲）
変化を推定しようとする対象物を含む範囲のことを、ここでは「対象範囲」ということとする。したがってこの対象範囲には、１又は２以上の対象物が含まれ、第１時期、第２時期ともに、少なくともこの対象範囲を含む範囲で計測が実施される。

（第１点群と第２点群）
本願発明では、対象範囲を計測して得られた複数の「計測点」からなる「計測点群」を利用する。そしてこの計測点は、平面座標値と高さの座標値で構成される３次元座標を備えた「３次元計測点」である。なお、平面座標値は緯度と経度あるいはＸ座標とＹ座標で表され、高さの座標値は標高など所定の基準水平面からの鉛直方向の距離を意味する。３次元計測点は、種々の計測手法によって取得することができ、例えば、航空レーザー計測や車載型レーザー計測（いわゆるＭＭＳ：ＭｏｂｉｌｅＭａｐｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）、地上型レーザー計測、２枚１組のステレオ航空写真（衛星写真）を用いた写真計測、任意方向から撮影して得られた多数の画像からモデルを作成して3次元座標を取得するＳｆＭ（ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｒｏｍＭｏｔｉｏｎ）、そのほかトータルステーション（ＴｏｔａｌＳｔａｔｉｏｎ）による計測などを採用することができる。

既述のとおり、本願発明は２時期の計測結果、すなわち２時期の「計測点群」を利用する。ここでは便宜上、第１時期に計測して得られた計測点群のことを「第１点群」と、第２時期に計測して得られた計測点群のことを「第２点群」ということとし、さらに第１点群を構成するそれぞれの計測点のことを「第１計測点」と、第２点群を構成するそれぞれの計測点のことを「第２計測点」ということとする。

（差分）
「差分」とは、文字どおり第１点群と第２点群から得られる差のことであり、具体的にはそれぞれの第１計測点と第２計測点の座標値から求められる値である。例えば、最も近傍にある第１計測点と第２計測点に着目し、双方の３次元座標から求められる点間距離（以下、「空間距離」という。）を差分とすることもできるし、第１点群と第２点群を所定の基準面（例えば、Ｘ−Ｚ平面）に投影し、最も近傍にある第１計測点と第２計測点の２次元座標から求められる点間距離（以下、「平面距離」という。）を差分とすることもできる。

また、第１点群と第２点群のうち一方の点群をモデル化したうえで差分を求めることもできる。例えば、第１点群を不規則三角形網（ＴＩＮ：ＴｒｉｉａｎｇｕｌａｔｅｄＩｒｒｅｇｕｌａｒＮｅｔｗｏｒｋ）モデルといった三角形網モデルとし、第２計測点から三角形網モデルの三角形に対して設定した垂線の距離を差分とすることもできる。あるいは、第１点群をＤＥＭ（ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ）などのメッシュモデルとし、メッシュが具備する標高値とそのメッシュに対応する第２計測点の標高値から差分を求めることもできる。なお差分は、対象範囲内にあるすべての計測点（第１計測点や第２計測点）で求めるとよい。

（不動領域と変動領域）
例えば災害発生を挟むと、同じ対象範囲を計測して得られたものでも第１点群と第２点群は一致しないことがある。また、第１点群と第２点群が一致しない場合でも、一部の領域では異なるものの、一部の領域では略一致（一致を含む）していることもある。ここでは、第１点群と第２点群を照らし合わせたとき、一致する領域のことを「不動領域」と、一致しない領域のことを「変動領域」ということとし、さら不動領域を構成するそれぞれの計測点のことを「不動点」と、変動領域を構成するそれぞれの計測点のことを「変動点」ということとする。

（適正配置）
既述したとおり、時間が経過すると測量基準点が利用できなくなる（あるいは信頼性が失われる）こともある。この場合、同一の対象範囲を計測した第１点群と第２点群が得られたとしても、基準となるものがないため両者を重ねることができない。前述した差分は、第１点群と第２点群が少なくとも相対的（両者が絶対座標系にある必要はないという意味）には適切な配置となっていることを前提として求める必要があるところ、第１点群と第２点群を重ねることができないのではこの差分を求めることができない。そこで本願発明では、第１点群の配置を固定したうえで第２点群の配置を順次変更（平行移動や回転）していきながら、第１点群に対する最も確からしい第２点群の配置を選出することとした。ここでは、この最も確からしい第２点群の配置のことを、「適正配置」ということとする。

２．２時期変化推定装置
次に、本願発明の２時期変化推定装置について説明する。図１は、本願発明の２時期変化推定装置１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように２時期変化推定装置１００は、適正配置決定手段１１０と、位置合わせ手段１２０、変化情報算出手段１３０を含んで構成され、さらに点群データ記憶手段１４０やモデル作成手段１５０を含んで構成することもできる。また計測手段２００は、３次元計測点を取得する手段であり、レーザー計測や写真測量、ＴＳ等によって計測を実施し座標計算を行うものである。

また適正配置決定手段１１０は、差分算出手段１１１と、表示手段１１２、不動領域設定手段１１３、変動領域設定手段１１４、点群移動手段１１５を含んで構成される。なお２時期変化推定装置１００は、通常は大量の３次元計測点からなる点群を処理することから、コンピュータを利用して構成するとよい。このコンピュータは、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを具備したもので、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むこともあり、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ｉＰａｄ（登録商標）といったタブレットＰＣ、あるいはＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤａｔａＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などを例示することができる。また点群データ記憶手段１４０は、例えばデータベースサーバに構築することができ、ローカルなネットワーク（ＬＡＮ：ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）に置くことも、あるいはインターネット経由で保存するクラウドサーバとすることもできる。

以下、２時期変化推定装置１００の主な処理の流れについて、図１と図２を参照しながら説明する。図２は、２時期変化推定装置１００の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生ずる出力情報を示している。なお図２では、災害発生によって対象物に変化が生じたケースを示しているが、本願発明は災害に限らず様々な事象に起因して対象物が変化するケースで実施できる。

はじめに、計測手段２００を用いて第１時期の計測を行い、対象範囲の第１点群を取得する（Ｓｔｅｐ１０）。そして取得された第１点群は、点群データ記憶手段１４０に記憶される。なお図２からも分かるように、このケースにおける第１時期は災害が発生する前のいわば平常時である。

第１点群が点群データ記憶手段１４０に記憶されると、モデル作成手段１５０が点群データ記憶手段１４０から第１点群を読み出して三角形網モデル（例えば、ＴＩＮ）を作成する（Ｓｔｅｐ２０）。図３（ａ）は第１計測点によって形成された三角形網モデルを示すモデル図である。ここで作成された三角形網モデルは、点群データ記憶手段１４０、あるいは点群データ記憶手段１４０とは別に設けられた記憶手段に記憶される。モデル作成手段１５０による三角形網モデル作成（Ｓｔｅｐ２０）は、使用する機械（コンピュータ）の性能によってはその処理に相当の時間を要するため、可能な限り災害発生前の余裕があるときに行うとよい。

災害が発生すると、現地の安全を確認したうえで速やかに現地に赴き、計測手段２００を用いて第２時期の計測を行い、対象範囲の第２点群を取得する（Ｓｔｅｐ３０）。このとき、第１点群を取得したときの基準点や座標系に必ずしも合わせる必要はなく、任意に設定した座標系（例えば、ローカル座標系）等を用いることができる。そして取得された第２点群は、点群データ記憶手段１４０、あるいは点群データ記憶手段１４０とは別に設けられた記憶手段に記憶される。なお、ここで取得した第２点群に対しても三角形網モデルを作成してもよいが、処理に比較的時間を要する場合は、適宜状況を判断したうえで実施するとよい。

第２点群は、第１点群を取得したときの基準点や座標系に合わせることなく取得されているため、第１点群と第２点群の相対的な位置関係が不明であり両者を重ね合わせることができず、すなわち第１点群と第２点群と差分を求めることができない。そのため第２点群の適正配置を決定する必要がある。第２点群の適正配置を決定するにあたっては、図４に示すように第１点群の配置を固定したうえで第２点群を移動させながら、最も適切と判断された配置を適正配置として決定する。図４では、（ａ）の配置からからスタートして（ｂ）の配置となるまで第２点群を移動させている。もちろん移動する方向は適宜設計することができるし、図４に示す平行移動に加えて（あるいは代えて）第２点群を回転させることもできる。

第２点群を少しずつ移動させていくと、その都度、第１点群と第２点群の配置の組み合わせ（以下、「配置セット」という。）が生成され、予定したすべての配置が試されると（つまり、予定した全経路を移動すると）多数の配置セットが生成される。その中には、第１点群と第２点群の相対的な位置関係を最も適切に示す配置セットがあるはずであり、その配置セットにおける第２点群の配置が適正配置である。そして、対象範囲内に不動領域と変動領域が混在するとすれば、不動領域をより的確に再現できている配置セットの第２点群が適正配置であると考えることができる。そこで本願発明では、第２点群を移動させた結果得られるすべての配置セットのうち、不動領域を最も的確に再現している指標として不動点に着目した。すなわち、すべての配置セットのうち不動領域を構成する不動点の数が最も多くなる配置セットが、不動領域を最も的確に再現している配置セットであり、第２点群が適正配置となっていると考えるわけである。なお、対象範囲内には、１個所のみの不動領域が設定されることもあるが、離散的に２個所以上の不動領域が設定されることもある。２以上の不動領域が設定される場合は、それぞれの不動領域を構成する不動点の数をすべて集計して最大数を検出するとよい。

図２に示すように、第２点群を取得すると（Ｓｔｅｐ３０）、予定した移動経路の最初の位置（図４（ａ））に第２点群を配置し（Ｓｔｅｐ４０）、その状態で、差分算出手段１１１（図１）によって第１点群と第２点群の差分を算出する（Ｓｔｅｐ５０）。

既述したとおり差分は、３軸座標系（Ｘ−Ｙ−Ｚ）に配置した２点間距離である「空間距離」とすることもできるし、図５に示すような「平面距離」として求めることもできる。図５は、Ｘ−Ｚ平面に投影した第１点群のうちの第１計測点Ｐ１と、第２点群のうちの第２計測点Ｐ２との平面距離を示すモデル図である。図５ではＸ−Ｚ平面に投影した平面距離（この場合は、標高差比高を意味する）を示しているが、この平面距離はＸ−Ｙ平面に投影して求めることも、Ｙ−Ｚ平面に投影して求めることもできる。また図３（ｂ）や図６に示すように、第１点群によって形成された三角形網モデルに対する、第２計測点からの距離を差分とすることもできる。図３（ｂ）は第１計測点によって形成された三角形網モデルに第２計測点を重ねた状態を示すモデル図であり、図６は、三角形網モデルを構成する三角面と、第２計測点との距離を示すモデルである。なお図６では、第２計測点から三角面１に下した垂線Ｌ１と、三角面２に下した垂線Ｌ２が示されているが、この場合は垂線Ｌ１より短い垂線Ｌ２を選択するとよい。

図２に示すように、その配置セットにおける差分が算出できると（Ｓｔｅｐ５０）、不動領域設定手段１１３（図１）によって対象範囲から１又は２以上の不動領域を設定するとともに、変動領域設定手段１１４（図１）によって変動領域を設定する（Ｓｔｅｐ６０）。なお、不動領域と変動領域は、第１点群に基づいて設定してもよいし、第２点群に基づいて設定してもよいし、また第１点群と第２点群の両方に基づいて設定してもよい。また、不動領域と変動領域の設定は、操作者（オペレータ）の判断によって行うこともできるし、機械的（自動的）な処理によって行うこともできる。

オペレータの判断によって不動領域と変動領域を設定する場合、表示手段１１２（図１）に第１点群と第２点群を重畳表示したうえで行うとよい。さらに３軸座標系の配置では人が直感的に判断するのは難しいため、第１点群と第２点群を所定の基準面に投影し、つまり２次元表示としたうえで不動領域と変動領域を設定するとよい。図７は、Ｘ―Ｚ平面（この場合もＸ−Ｙ平面やＹ−Ｚ平面としてもよい）に投影された第１点群と第２点群を重畳表示したうえで不動領域と変動領域を設定する状況を示すモデル図であり、（ａ）はＸ―Ｚ平面に投影された第１点群を表示した状態を示すモデル図、（ｂ）はＸ―Ｚ平面に投影された第２点群を表示した状態を示すモデル図、（ｃ）はＸ―Ｚ平面に投影表示された第１点群と第２点群から不動領域と変動領域を設定した状態を示すモデル図である。

図７（ｃ）に示すように、投影された第１点群と第２点群が表示手段１１２に表示されると、オペレータは第１計測点と第２計測点が接近している領域をマウスやキーボード等を用いて囲っていく。このとき、既に差分算出手段１１１によって差分が求められていることから、この差分に基づく情報を表示手段１１２に表示すればオペレータの判断を支援することができて好適となる。具体的には、第１計測点と第２計測点が十分接近している指標となる閾値（以下、「差分閾値」という。）をあらかじめ設定しておき、この差分閾値を下回る差分となった第１計測点や第２計測点を特別な表示（例えば、色の付与やハイライト）にすると、オペレータは不動領域を設定しやすくなるわけである。なお変動領域に関しては、不動領域と同様に表示手段１１２を確認しながらオペレータが設定してもよい（図７（ｃ））し、対象範囲のうち不動領域を除く領域を自動的に変動領域とすることとしてもよい。

機械的（自動的）な処理によって不動領域と変動領域を設定する場合、まずは不動点を抽出し、抽出された不動点に基づいて不動領域を設定するとよい。不動点は、あらかじめ定めた差分閾値を利用して抽出することができる。具体的には、差分閾値を下回る差分（三角形網モデルに対する計測点からの距離や、空間距離、平面距離）が算出された第１計測点や第２計測点を選出し、これらを不動点とするわけである。このとき、不動点を除く計測点はすべて変動点として設定することもできる。

不動点が抽出されると、図８に示すように不動点に基づいて不動領域を設定する。図８は不動点に基づいて不動領域を設定する手法を説明するモデル図であり、（ａ）は不動点を基準に円形の拡張領域を発生させることで不動領域を設定する手法、（ｂ）は不動点を基準に矩形の拡張領域を発生させることで不動領域を設定する手法である。不動点から自動的に不動領域を設定するには、この図に示すようにまずは不動点を基準（例えば中心）として、円形や矩形の拡張領域（バッファ）を発生させる。なお図８では、図７に示すように所定基準面（例えばＸ―Ｚ平面）に投影した不動点から２次元のバッファ（円形や矩形）を発生させているが、３軸座標系に配置したまま不動点から３次元のバッファ（球形や立方体など）を発生させてもよい。もちろん、円形や矩形（あるいは球形や立方体）に限らず任意の形状のバッファを発生させることもできる。そして、近接する（例えば離隔が所定閾値以下の）不動点どうしや連続する不動点どうしを集合し、それらの不動点のバッファに基づいて不動領域を設定する。このとき、バッファの組み合わせをそのまま不動領域とする（図８）こともできるし、バッファの外周をスムージング処理することによってそれぞれのバッファを集約した不動領域を設定することもできる。なお変動領域に関しては、不動領域と同様に変動点から発生させたバッファに基づいて設定してもよいし、対象範囲のうち不動領域を除く領域を自動的に変動領域とすることとしてもよい。

当該配置セットによる一連の処理（差分の算出〜領域設定）が終わると、予定した次の配置セットになるように、点群移動手段１１５（図１）によって第２点群を移動させ、改めて一連の処理（差分の算出〜領域設定）を行う。そして、予定した移動経路の最終の位置（図４（ｂ））まで一連の処理が繰り返し行われると（Ｓｔｅｐ７０，Ｙｅｓ）、すべての配置セットのうち不動点の数が最多となったものを選出し、そのときの第２点群の配置を適正配置として決定する（Ｓｔｅｐ８０）。この処理を行うのが、図１に示す位置合わせ手段１２０（図１）である。

第２点群の適正配置が決定すると、変化情報算出手段１３０（図１）によって２時期の変化位置とその変化量を算出する（Ｓｔｅｐ９０）。このとき、第１点群と、適正配置された第２点群が用いられるが、２時期の変化位置は当然ながら変動領域から得られるため、第１点群と第２点群のうちどちらか一方（両方でもよい）は、変動領域を構成する変動点を利用するとよい。すなわち、第１点群のうちの変動点と第２点群、あるいは第１点群と第２点群のうちの変動点によって変化位置とその変化量を算出するわけである。

変化位置は、変動領域をそのままの採用する（この場合は範囲）こともできるし、変動領域の代表点（例えば図心）とすることもできる。変化量は、第１点群によって形成された三角形網モデルに対する第２計測点からの距離（図６）に基づいて求めることもできるし、図９に示すように基準面に対する比高差の集計（あるいは体積）を算出することで得ることもできる。図９は、第１計測点Ｐ３と第２計測点Ｐ４のＸ−Ｙ平面（基準面）からの比高差を示すモデル図である。この図では、Ｚ＝０のＸ−Ｙ平面を基準面としており、第１計測点Ｐ３は基準面から比高Ｈ３の位置にあり、一方の第２計測点Ｐ４は基準面から比高Ｈ４の位置にあり、したがって第１計測点Ｐ３と第２計測点Ｐ４の比高差はＨ４−Ｈ３で求められる。そして、同一の変動領域内にある変動点の比高差を集計し、その集計値をその変動領域の変動量とすることができる。あるいは、それぞれの比高差に単位面積を乗じたうえで集計して体積を求め、その体積を変動量とすることもできるし、それぞれの比高差を基準面方向に積分することで体積を求め、その体積を変動量とすることもできる。

３．２時期変化推定方法
続いて、本願発明の２時期変化推定方法につい説明する。なお、本願発明の２時期変化推定方法は、ここまで説明した２時期変化推定装置１００を使用して行う方法であり、したがって２時期変化推定装置１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の２時期変化推定方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「１．定義」を含め「２．２時期変化推定装置」で説明したものと同様である。

図１０は、本願発明の２時期変化推定方法の主な工程の流れを示すフロー図である。この図に示すように、はじめに計測手段２００を用いて第１時期の計測を行い、対象範囲の第１点群を取得し（Ｓｔｅｐ１００）、この第１点群を用いて三角形網モデルを作成する（Ｓｔｅｐ２００）。災害が発生すると、現地の安全を確認したうえで速やかに現地に赴き、計測手段２００を用いて第２時期の計測を行い、対象範囲の第２点群を取得する（Ｓｔｅｐ３００）。そして第２点群を移動させながら不動領域と変動領域を設定しつつ、第１点群に対して相対的に正しい（確からしい）配置である第２点群の適正配置を決定する（Ｓｔｅｐ４００）。適正配置が定まると、第２点群をこの適正配置としたうえで（Ｓｔｅｐ５００）、変動領域に基づいて変化位置を求めるとともに、変動点を利用して変動量を求める（Ｓｔｅｐ６００）。

本願発明の２時期変化推定装置、及び２時期変化推定方法は、自然災害等によって発生する、一般住宅や集合住宅、公共構造物等における２時期の変化、あるいは地すべりや崩壊、土石流が生じるおそれがある斜面等における２時期の変化を推定する際に、特に効果的に利用することができる。本願発明を利用すれば、災害後に迅速かつ適切に変化位置と変化量を推定できることから、適切かつ早急な災害対策を実施することが可能であり、ひいては社会的損失を最小限に留めることができることを考えれば、産業上利用できるうえに社会的にも貢献が期待できる発明といえる。

１００２時期変化推定装置
１１０（２時期変化推定装置の）適正配置決定手段
１１１（適正配置決定手段の）差分算出手段
１１２（適正配置決定手段の）表示手段
１１３（適正配置決定手段の）不動領域設定手段
１１４（適正配置決定手段の）変動領域設定手段
１１５（適正配置決定手段の）点群移動手段
１２０（２時期変化推定装置の）位置合わせ手段
１３０（２時期変化推定装置の）変化情報算出手段
１４０（２時期変化推定装置の）点群データ記憶手段
１５０（２時期変化推定装置の）モデル作成手段

Claims

対象範囲を異なる時期に計測して得られた複数の３次元計測点からなる第１点群と第２点群とを比較することによって、該対象範囲における２時期の変化を推定する２時期変化推定装置において、
前記第１点群と前記第２点群との差分を求め、該差分に基づいて前記対象範囲内に１又は２以上の不動領域を設定するとともに、該対象範囲のうち該不動領域を除く領域を変動領域とする領域設定手段と、
前記第１点群の配置を固定したうえで前記第２点群を移動及び／又は回転させながら、前記不動領域を構成する計測点である不動点の数が最多となったときに、該第１点群に対する該第２点群の適正配置を決定する適正配置決定手段と、
前記第１点群のうち前記変動領域を構成する計測点と適正配置の前記第２点群とに基づいて、又は適正配置の前記第２点群のうち前記変動領域を構成する計測点と前記第１点群とに基づいて、２時期の変化位置と変化量を算出する変化情報算出手段と、
を備えた、ことを特徴とする２時期変化推定装置。
前記領域設定手段は、早い時期に計測された方を前記第１点群とし、該第１点群を構成する第１計測点によって形成される三角形網モデルと、前記第２点群を構成する第２計測点と、に基づいて前記差分を求め、該差分があらかじめ定めた差分閾値を下回る該第２計測点を前記不動点として抽出するとともに、該不動点に基づいて前記不動領域を設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２時期変化推定装置。
前記領域設定手段は、前記差分として前記第１点群を構成する第１計測点と前記第２点群を構成する第２計測点との空間距離を求め、該差分があらかじめ定めた差分閾値を下回る該第１計測点又は該第２計測点を前記不動点として抽出するとともに、該不動点に基づいて前記不動領域を設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２時期変化推定装置。
前記領域設定手段は、前記差分として所定の基準面に投影された前記第１計測点と前記第２計測点との平面距離を求め、該差分があらかじめ定めた差分閾値を下回る該第１計測点又は該第２計測点を前記不動点として抽出するとともに、該不動点に基づいて前記不動領域を設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２時期変化推定装置。
前記変化情報算出手段は、２時期の前記変化量として所定の基準面に対する比高差の集計又は体積を算出する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の２時期変化推定装置。
対象範囲における２時期の変化を推定する２時期変化推定方法において、
前記対象範囲を計測することで、複数の３次元計測点からなる計測点群を取得する計測工程と、
前記計測工程より前に前記対象範囲を計測して得られた複数の３次元計測点からなる計測点群を用意し、該用意した計測点群と前記計測工程で得られた前記計測点群のうち一方を第１点群、他方を第２点群とし、該第１点群と該第２点群との差分を求め、該差分に基づいて前記対象範囲内に１又は２以上の不動領域を設定するとともに、該対象範囲のうち該不動領域を除く領域を変動領域とする領域設定工程と、
前記第１点群の配置を固定したうえで前記第２点群を移動及び／又は回転させながら、前記不動領域を構成する計測点である不動点の数が最多となったときに、該第１点群に対する該第２点群の適正配置を決定する適正配置決定工程と、
前記第１点群のうち前記変動領域を構成する計測点と適正配置の前記第２点群とに基づいて、又は適正配置の前記第２点群のうち前記変動領域を構成する計測点と前記第１点群とに基づいて、２時期の変化位置と変化量を算出する変化情報算出工程と、
を備えた、ことを特徴とする２時期変化推定方法。