JP2020086471A - 天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち作業効率がよく、定量的な判定が可能であり、見落としなどの人為的なミスを回避することができ、しかも構造目地の位置を把握することができる天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法を提供することである。【解決手段】 本願発明の天端面段差抽出システムは、オルソ画像と点群データを用いて複数ブロックからなるコンクリート構造物の天端面に生じた段差を抽出するシステムであって、天端ライン入力手段と第１候補点抽出手段、第２候補点抽出手段、天端構成点抽出手段、ブロック分類手段、高低差算出手段を備えたものである。このうち高低差算出手段は、隣接するブロックに属する天端構成点データを比較することによってブロック間の天端面の高低差を求める手段である。【選択図】図１

Description

本願発明は、コンクリート造の堤防や擁壁などコンクリート構造物の変状検出に関する技術であり、より具体的には、オルソ画像と点群データを利用してコンクリート構造物の天端面に生じたブロック間の段差を抽出する天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法に関するものである。

高度経済成長期に集中的に整備されてきた建設インフラストラクチャー（以下、「建設インフラ」という。）は、既に相当な老朽化が進んでいることが指摘されている。平成２６年には「道路の老朽化対策の本格実施に関する提言（社会資本整備審議会）」がとりまとめられ、平成２４年の笹子トンネルの例を挙げて「近い将来、橋梁の崩落など人命や社会装置に関わる致命的な事態を招くであろう」と警鐘を鳴らし、建設インフラの維持管理の重要性を強く唱えている。このような背景のもと、国は道路法施行規則の一部を改正する省令を公布し、具体的な建設インフラの点検方法、主な変状の着目箇所、判定事例写真などを示した定期点検要領を策定している。例えば橋梁に関しては、約７０万橋に上るといわれる橋長２．０ｍ以上の橋を対象とし、供用開始後２年以内に初回点検、以降５年に１回の頻度で定期点検を行うこととしている。

代表的な建設インフラとしては、ダムや橋梁といった構造物のほか、海岸堤防や河川堤防を挙げることができる。我が国の海岸線の総延長は、約３５，０００ｋｍと世界でも６番目に長く、当然ながら海岸保全地区など必要箇所には海岸堤防が構築されている。すなわち極めて長大な海岸堤防が、所管の管理者によって維持管理されているわけである。

海岸堤防は、基本的には海岸法（昭和三十一年五月十二日法律第百一号）にしたがって計画され構築されている。この海岸法は、愛知県を中心に甚大な被害を受けた昭和２８年９月の台風１３号が契機となり昭和３１年に制定された。つまり多くの海岸堤防は、構築されて以降すでに相当の期間が経過しており、２０１０年時点でおよそ４割の施設が５０年以上経過しているといわれている。そのため、海岸堤防の劣化診断を行うための点検がますます重要視されているところである．

海岸堤防の管理者は、原則として「海岸保全施設維持管理マニュアル」にしたがって点検を行っている。この海岸保全施設維持管理マニュアルでは、初回点検や巡視、異常時点検、定期点検など複数種類の点検を設定している。このうち定期点検ではさらに一次点検と二次点検の２段階の点検を設定しており、そしてこの一次点検を「施設の防護機能に影響を及ぼす変状の把握として天端高の沈下等を確認するとともに、施設全体の変状の有無を把握し、応急措置等の必要性の判断や、二次点検を実施すべき箇所の選別を行う目的で実施するもの」と位置付けている。

このように一次点検は、「二次点検を実施すべき箇所の選別を行うこと」を主な目的として実施することから、「できるだけ簡易な手法にとどめることとし、主に陸上からの目視点検とする」ことが基本とされている。しかしながら目視点検は、その作業効率が悪いうえに、点検者の知識や経験に応じて点検結果にばらつきが生じやすく、また陸上からでは視認しにくい箇所もあるため見落としといった人為的なミスが発生するおそれもあり、これまで点検方法の改善が望まれていた。

そこで特許文献１では、合成開口レーダを利用して堤防の変位量を計測し、その変位量と変状判定基準に基づいて堤防の変状度を判定する技術を提案している。

特開２０１７−２１５２４８号公報

海岸堤防は、支持地盤の不足や想定外の外力作用などによって沈下が生じることがあり、特にコンクリート造の海岸堤防であれば構造目地部分で段差を生じることもある。通常、海岸堤防の延長は相当に長く、コンクリート構造とする場合は適当な位置に構造目地が設置される。そのためコンクリート造の海岸堤防は、構造目地で区切られた構造単位であるスパン（ブロック）ごとに独立して挙動する傾向があり、これに伴って構造目地部分で段差が生じるわけである。つまり、コンクリート造の海岸堤防の変状（特に、沈下や段差）を点検するうえでは構造目地の位置が極めて重要であるといえる。また、上記した海岸保全施設維持管理マニュアルでは、「一次点検の実施単位は、構造目地により区切られたスパン毎に行うこと」とされており、この点からも構造目地の重要性が理解できる。

特許文献１が開示する技術は、合成開口レーダを利用するため、一度に広範囲の点検が可能でありその作業効率は比較的よく、定量的な判定が可能であることから点検結果にばらつきが生じにくく、見落としなどの人為的なミスも発生しにくい。しかしながら、合成開口レーダでは構造目地の位置までは計測することができない。したがって特許文献１の手法では、構造目地部分における段差を検出することも、構造目地により区切られたスパン毎に点検を行いその結果を取りまとめることもできない。

本願発明の課題は、従来の問題を解決することであり、すなわち作業効率がよく、定量的な判定が可能であり、見落としなどの人為的なミスを回避することができ、しかも構造目地の位置を把握することができる天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法を提供することである。

本願発明は、点群データとオルソ画像を用いるとともに、構造目地の平面位置を示す目地ラインデータを利用してスパン（ブロック）ごとに天端構成点データ（コンクリート構造物の天端面を構成する座標点データ）を分類する、という点に着目したものであり、従来にはなかった発想に基づいてなされた発明である。

本願発明の天端面段差抽出システムは、オルソ画像と点群データを用いて複数ブロックからなるコンクリート構造物の天端面に生じた段差を抽出するシステムであって、天端ライン入力手段と第１候補点抽出手段、第２候補点抽出手段、天端構成点抽出手段、ブロック分類手段、高低差算出手段を備えたものである。ここでオルソ画像とは、コンクリート構造物を上空から撮影した画像であって正射変換により座標が付与された画像のことであり、点群データとは、３次元座標を有する座標点データの集合のことである。天端ライン入力手段は、オペレータがオルソ画像上にコンクリート構造物の天端面の軸線を示す天端ラインを入力する手段であり、第１候補点抽出手段は、天端ラインから水平方向に所定幅だけ拡張することで対象領域を設定するとともにこの対象領域に含まれる座標点データを第１候補点データとして抽出する手段である。また第２候補点抽出手段は、第１候補点データのうち平面を構成する座標点データであって法線ベクトルが略鉛直（鉛直含む）方向である座標点データを第２候補点データとして抽出する手段であり、天端構成点抽出手段は、第２候補点データの標高値に基づいて第２候補点データからコンクリート構造物の天端面を構成する天端構成点データを抽出する手段である。そしてブロック分類手段は、コンクリート構造物のブロック境界に設置された目地の平面位置を示す目地ラインデータによって天端構成点データをブロックごとに分類する手段であり、高低差算出手段は、隣接するブロックに属する天端構成点データを比較することによってブロック間の天端面の高低差を求める手段である。

本願発明の天端面段差抽出システムは、天端領域設定手段と目地ラインデータ作成手段をさらに備えたシステムとすることもできる。天端領域設定手段は、天端構成点データに基づいて天端領域（コンクリート構造物の天端面の平面範囲）を設定する手段であり、目地ラインデータ作成手段は、天端画像（オルソ画像のうち天端領域に相当する範囲を切り出した部分画像）を取得するとともにこの天端画像に対して画像処理を行うことによって目地ラインデータを作成する手段である。この場合、ブロック分類手段は、目地ラインデータ作成手段で作成された目地ラインデータによって、天端構成点データをブロックごとに分類する。

本願発明の天端面段差抽出システムは、目地ラインデータ作成手段が天端領域の輪郭線と略垂直（垂直含む）であることを条件として目地ラインデータを作成するシステムとすることもできる。

本願発明の天端面段差抽出システムは、目地領域（目地ラインデータを基準に設定される領域）に含まれる天端構成点データを比較することによってブロック間の天端面の高低差を求めるシステムとすることもできる。

本願発明の天端面段差抽出システムは、クラスタリング処理によって天端構成点データを抽出するシステムとすることもできる。この場合、天端構成点抽出手段は、第２候補点データの標高値に基づくクラスタリング処理を行うことによって第２候補点データを複数の部分集合に分類するとともに、最も高い標高値を示す部分集合に含まれる第２候補点データを天端構成点データとして抽出する。

本願発明の天端面段差抽出方法は、オルソ画像と点群データを用いて複数ブロックからなるコンクリート構造物の天端面に生じた段差を抽出する方法であって、天端ライン入力工程と第１候補点抽出工程、第２候補点抽出工程、天端構成点抽出工程、ブロック分類工程、高低差算出工程を備えた方法である。天端ライン入力工程では、オペレータがオルソ画像上にコンクリート構造物の天端面の軸線を示す天端ラインを入力し、第１候補点抽出工程では、天端ラインから水平方向に所定幅だけ拡張することで対象領域を設定するとともにこの対象領域に含まれる座標点データを第１候補点データとして抽出する。また第２候補点抽出工程では、第１候補点データのうち平面を構成する座標点データであって法線ベクトルが略鉛直（鉛直含む）方向である座標点データを第２候補点データとして抽出し、天端構成点抽出工程では、第２候補点データの標高値に基づいて第２候補点データからコンクリート構造物の天端面を構成する天端構成点データを抽出する。そしてブロック分類工程では、コンクリート構造物のブロック境界に設置された目地の平面位置を示す目地ラインデータによって天端構成点データをブロックごとに分類し、高低差算出工程では、隣接するブロックに属する天端構成点データを比較することによってブロック間の天端面の高低差を求める。

本願発明の天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法には、次のような効果がある。
（１）オペレータがオルソ画像上に天端ラインを入力するだけで、コンクリート構造物の天端面を構成する天端構成点データを自動的に抽出することができる。
（２）目地ラインデータを用いることから、コンクリート構造物がブロックごとに独立して挙動した結果生ずる目地部分での段差を的確に抽出することができる。また、コンクリート構造物をブロックごとに分けることができ、この結果、ブロックごとに天端構成点データに分類することができ、すなわちブロックごとに点検結果を取りまとめることができる。
（３）オルソ画像と点群データを利用するため、一度に広範囲の点検が可能であり、すなわち効率的に段差を抽出することができる。また、定量的な判定が可能であることから点検結果にばらつきが生じにくく、見落としなどの人為的なミスも回避することができる。
（４）オルソ画像や点群データをブロックごとに分割して処理することから、Ｗｅｂなどデータ送信に制約がある環境であっても高速表示が可能となる。

本願発明の天端面段差抽出システムの主な構成を示すブロック図。 本願発明の天端面段差抽出システムの主な処理の流れを示すフロー図。 オペレータによってオルソ画像上に入力された天端ラインを模式的に示すモデル図。 天端ラインを中心として両側に所定幅だけ拡張することで設定された対象領域を示す平面図。 第１候補点の中から第２候補点を抽出する処理の流れを示すフロー図。 クラスタリング処理による部分集合を利用して第２候補点の中から天端構成点を抽出する処理の流れを示すフロー図。 ４箇所の目地によって区切られた５つのブロックを示す平面図。 天端画像を用いて目地ラインデータを作成する処理の流れを示すフロー図。 コンクリート構造物の天端面の輪郭線と目地がなす角度を示す平面図。 本願発明の天端面段差抽出方法の主な工程を示すフロー図。

本願発明の天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。

１．全体概要
本願発明は、オルソ画像と点群データを用いることによって、コンクリート造の海岸堤防やコンクリート造の河川堤防、コンクリート擁壁など、天端面を有するコンクリート構造物の段差を抽出するものである。ここでオルソ画像とは、コンクリート構造物を含む所定範囲を上空から撮影した画像であって、正射変換され、座標（３次元座標あるいは２次元座標）が付与された画像のことである。また点群データとは、コンクリート構造物の表面上にある複数の点のデータ（以下、「座標点データ」という。）の集合のことである。なお、この座標点データは、写真測量やレーザー計測等の計測により得られた計測点であり、３次元座標が付与されている。

コンクリート構造物の段差を抽出するにあたっては、まず入力された「天端ライン」によって「天端構成点データ（コンクリート構造物の天端面を構成する座標点データ）」を自動抽出し、さらに「目地ラインデータ（目地の平面位置を示すデータ）」を利用することで天端構成点データをブロックごとに分類し、そして隣接ブロックの天端構成点データどうしを比較することによってブロック間の天端面の高低差を求める。以下、本願発明の天端面段差抽出システムと天端面段差抽出方法についてそれぞれ詳しく説明する。

２．天端面段差抽出システム
本願発明の天端面段差抽出システムについて、図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明の天端面段差抽出方法は、本願発明の天端面段差抽出システムを用いて斜面の安定性を評価する方法であり、したがってまずは本願発明の天端面段差抽出システムについて説明し、その後に本願発明の天端面段差抽出方法について説明することとする。

図１は、本願発明の天端面段差抽出システム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天端面段差抽出システム１００は、天端ライン入力手段１０１と第１候補点抽出手段１０２、第２候補点抽出手段１０３、天端構成点抽出手段１０４、ブロック分類手段１０５、高低差算出手段１０６を含んで構成され、さらに天端領域設定手段１０７や目地ラインデータ作成手段１０８、オルソ画像記憶手段１０９、点群データ記憶手段１１０、段差検出手段１１１、プリンタやディスプレイといった出力手段を含んで構成することもできる。

天端面段差抽出システム１００のうち天端ライン入力手段１０１と第１候補点抽出手段１０２、第２候補点抽出手段１０３、天端構成点抽出手段１０４、ブロック分類手段１０５、高低差算出手段１０６、天端領域設定手段１０７、目地ラインデータ作成手段１０８、段差検出手段１１１は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、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型ＰＣ、スマートフォンを含む携帯端末、あるいはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などによって構成することができる。コンピュータ装置は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを具備しており、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などの出力手段を含むものもある。

また、オルソ画像記憶手段１０９と点群データ記憶手段１１０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：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に置くこともできるし、インターネット経由（つまり無線通信や有線通信）で保存するクラウドサーバとすることもできる。この場合、オルソ画像記憶手段１０９と点群データ記憶手段１１０をそれぞれ個別のデータベースサーバに構築することもできるし、オルソ画像記憶手段１０９と点群データ記憶手段１１０を一つのデータベースサーバに構築することもできる。

図２は、本願発明の天端面段差抽出システム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まれる出力情報を示している。以下、この図を参照しながら天端面段差抽出システム１００の主な処理の流れについて説明する。

はじめにオルソ画像記憶手段１０９（図１）からオルソ画像を読み出し、そのオルソ画像をディスプレイ等の表示手段に表示する。そしてオペレータが、表示手段に表示されたオルソ画像を確認しながら、天端ライン入力手段１０１（図１）によってオルソ画像上に「天端ライン」を入力する（Ｓｔｅｐ１０１）。図３は、オペレータによってオルソ画像上に入力された天端ラインＬｃを模式的に示すモデル図である。この天端ラインＬｃは、コンクリート構造物の天端面の軸線（延長軸を表す線）を示すものであり、図３に示すように天端面の概ね中心線を天端ラインとすることもできるし、天端面の輪郭（外縁）を表す線（以下、「輪郭線」という。）を天端ラインとすることもできる。入力された天端ラインＬｃは、次のステップにおいて平面的な位置や形状を有するデータとして取り扱われることから、２次元座標系や３次元座標系（測地座標系や任意座標系）における幾何情報が付与されて記憶される。

天端ラインＬｃが入力され幾何情報が付与されると、この天端ラインＬｃを基準に対象領域が設定される（Ｓｔｅｐ１０２）。この対象領域Ａｔは、例えば図４に示すように、天端ラインＬｃを中心として両側に所定幅Ｗだけ拡張することで設定することができる。ことのき所定幅Ｗは水平方向に拡張され、すなわち対象領域Ａｔは水平面として設定される。つまり対象領域Ａｔは平面的な範囲を示すものであり、そのため高さ情報（標高値）がない２次元座標系（測地座標系や任意座標系）に表すこともできるし、一定の標高値（例えば、天端ラインＬｃの標高値や、０値など）を付与したうえで３次元座標系（測地座標系や任意座標系）に表すこともできる。

天端ラインＬｃを拡張する所定幅Ｗの値は、対象となるコンクリート擁壁の寸法や形状（特に天端面の幅寸法）に応じて適宜設計することができる。また、図４に示すように天端ラインＬｃを中心として同じ値の所定幅Ｗで両側に拡張することもできるし、天端ラインＬｃを中心に異なる値の所定幅Ｗでそれぞれ拡張することもできる。さらに、天端ラインＬｃを中心に両側に拡張する仕様に限らず、天端ラインＬｃから一方側のみに拡張する仕様とすることもできる。例えば、輪郭線に沿って天端ラインＬｃを入力した場合は、天端ラインＬｃから一方側のみに所定幅Ｗ（天端幅など）だけ拡張することで対象領域Ａｔを設定するとよい。

対象領域Ａｔが設定されると、第１候補点抽出手段１０２（図１）によって「第１候補点」が抽出される（Ｓｔｅｐ１０３）。この第１候補点は、その平面座標が対象領域Ａｔに含まれる、換言すれば対象領域Ａｔを含む平面内に投影したときにこの対象領域Ａｔ内に位置する、という条件を満たす座標点データである。したがって第１候補点抽出手段１０２は、点群データ記憶手段１１０（図１）から読み出した点群データに対して、対象領域Ａｔを照らし合わせる（いわば重畳する）ことで、点群データから第１候補点を抽出する。

第１候補点が抽出されると、第２候補点抽出手段１０３（図１）によって第１候補点の中からさらに「第２候補点」が抽出される（Ｓｔｅｐ１０４）。この第２候補点は、略水平な面（水平面を含む）を構成する座標点データである。以下、図５を参照しながら第２候補点を抽出する手順について説明する。まず、第１候補点の中から平面（ここでは略水平面に限らない）を構成する座標点データを抽出する（Ｓｔｅｐ１０４Ａ）。平面を構成する座標点データを抽出するにあたっては、ｒａｎｓａｃ（ｒａｎｄｏｍ ｓａｍｐｌｅ ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ）など従来用いられた種々の手法を採用することができる。次に、平面を構成する座標点データに対してそれぞれ法線ベクトルを求める（Ｓｔｅｐ１０４Ｂ）。座標点データの法線ベクトルを求めるにあたっては、点群データから表面モデルを生成したうえで法線ベクトルを算出する手法や、主成分分析を利用して法線ベクトルを算出する手法など、やはり従来用いられた種々の手法を採用することができる。そして、座標点データの法線ベクトルが略鉛直（鉛直含む）方向であるか否かを判別し（Ｓｔｅｐ１０４Ｃ）、略鉛直方向であると判別された（Ｓｔｅｐ１０４ＣのＹｅｓ）座標点データが第２候補点として抽出される（Ｓｔｅｐ１０４Ｄ）。

第２候補点が抽出されると、天端構成点抽出手段１０４（図１）によって第２候補点の中からさらに「天端構成点」が抽出される（Ｓｔｅｐ１０５）。第２候補点は、対象領域Ａｔ内にある略水平面を構成する座標点であるが、対象領域Ａｔ内にはコンクリート構造物の天端面のほか道路面や地面、あるいは側溝といった略水平面が含まれることもある。すなわち第２候補点は、コンクリート構造物の天端面以外の略水平面を構成する座標点データの可能性もあるわけである。そこで天端構成点抽出手段１０４が、コンクリート構造物の天端面を構成する「天端構成点」を第２候補点の中から抽出する。

天端構成点を抽出するにあたっては、第２候補点データが具備する座標のうち標高値が用いられる。例えば、あらかじめコンクリート構造物の天端面の標高値が把握されている場合は、天端面の標高値に近似する標高値を具備する第２候補点データを天端構成点として抽出することができる。あるいは、対象領域Ａｔ内ではコンクリート構造物の天端面が最も高い位置にあると仮定し、標高値順に上位の一部（点数や割合）に含まれる第２候補点データを天端構成点として抽出することもできる。または、標高値に着目して第２候補点データをいくつかのグループ（部分集合）に区分し、最も高い位置にある部分集合を構成する第２候補点データを天端構成点として抽出することもできる。以下、図６を参照しながらクラスタリング処理による部分集合を利用して天端構成点を抽出する手順について説明する。

まず、第２候補点に対して標高値に着目したクラスタリング処理を行い、複数の部分集合（クラスタ）に分類する（Ｓｔｅｐ１０５Ａ）。次に、部分集合に含まれる座標点データの標高値の統計値（平均値や最頻値、中央値、最高値、最低値など）を求め、最も高い標高値（統計値）を示す部分集合を「最高位クラスタ」として設定する（Ｓｔｅｐ１０５Ｂ）。最高位クラスタが設定されると、最高位クラスタの標高値（統計値）に近似する、つまりその標高差が閾値を下回る部分集合を「近似クラスタ」として設定する（Ｓｔｅｐ１０５Ｃ）。そして、近似クラスタが設定された場合は最高位クラスタと近似クラスタに含まれる第２候補点データを天端構成点として抽出し、近似クラスタが選出されなかった場合は最高位クラスタに含まれる第２候補点データを天端構成点として抽出する（Ｓｔｅｐ１０５Ｄ）。

天端構成点が抽出されると、ブロック分類手段１０５（図１）によって天端構成点データがブロックごとに分類される。既述したとおり、海岸堤防などのコンクリート構造物は一般的にその延長が相当に長く、そのため適当な位置に目地が設置される。そして、このようなコンクリート構造物は、目地で区切られた複数のブロック（いわゆるスパン）ごとに管理されることが多い。例えば図７では、コンクリート構造物が４箇所の目地ＪＴによって区切られ、５つのブロックＢＬ０１〜０５ごとに管理されるわけである。また、目地が設置されたコンクリート構造物はブロックごとに独立して挙動する傾向があり、そのため目地を境に段差が生じることも多い。そこで本願発明では、天端構成点データをブロックごとに分類したうえで処理することとした。

天端構成点データをブロックごとに分類するにあたっては、「目地ラインデータ」が利用される。この目地ラインデータは、目地の平面位置を示すものであり、天端ラインＬｃと同様、２次元座標系や３次元座標系（測地座標系や任意座標系）における幾何情報が付与されたデータである。目地ラインデータがあらかじめ用意されてる場合はそのまま利用することができるが、事前に用意されていない場合は以下の手順で作成することができる。

まず、天端領域設定手段１０７（図１）によってコンクリート構造物の天端面に相当する（あるいは網羅する）平面領域（以下、「天端領域」という。）が設定される（Ｓｔｅｐ１０６）。天端領域を設定するにあたっては、対象領域Ａｔをそのまま天端領域として用いることもできるし、天端構成点を包含する領域を求めこれを天端領域として設定することもできる。天端領域が設定されると、オルソ画像記憶手段１０９から読み出したオルソ画像から天端領域に相当する部分画像（以下、「天端画像」という。）を切り出す（Ｓｔｅｐ１０７）。そして、この天端画像に対して画像処理を行うことによって目地ラインデータを作成する（Ｓｔｅｐ１０８）。

図８は、天端画像を用いて目地ラインデータを作成する処理の流れを示すフロー図である。以下、この図を参照しながら目地ラインデータを作成する手順について説明する。まず、天端画像がＲＧＢなどの色情報を有する画像であればこれをグレースケール画像に変換する（Ｓｔｅｐ１０８Ａ）。グレースケール画像として処理する方が、演算にかかる負荷が軽減できるからである。次にグレースケール画像から、例えばＣａｎｎｙ法といった従来手法によりエッジを抽出し（Ｓｔｅｐ１０８Ｂ）、さらに抽出されたエッジからハフ変換といった従来手法により線分を生成する（Ｓｔｅｐ１０８Ｃ）。

一般的に目地ＪＴは、図９に示すようにコンクリート構造物の天端面の輪郭線Ｌｂとなす角度が概ね直角である。そこで、生成された線分と輪郭線Ｌｂとの交差角θを求め、その交差角θが略直角（直角含む）となるものを目地ラインデータＬｊの候補として選別する（Ｓｔｅｐ１０８Ｄ）ことができる。そして、目地ラインデータ作成手段１０８（図１）によって目地ラインデータＬｊの候補がベクトルデータ変換され、これにより最終的な目地ラインデータＬｊが作成される（Ｓｔｅｐ１０８Ｅ）。なお、輪郭線Ｌｂとの交差角度を確認することなく、つまりＳｔｅｐ１０８Ｃで生成された線分をそのままベクトルデータ変換することによって、最終的な目地ラインデータＬｊを作成することもできる。

天端構成点が抽出され、目地ラインデータＬｊが得られると、その平面座標が目地ラインデータＬｊと目地ラインデータＬｊとの間に位置する天端構成点を、そのブロックに属する天端構成点として設定する（Ｓｔｅｐ１０９）。

天端構成点がそれぞれのブロックに分類され、すなわちブロックごとの天端構成点が得られると、高低差算出手段１０６（図１）によって隣接するブロックの天端面の高低差（以下、単に「天端高低差」という。）が算出される（Ｓｔｅｐ１１０）。具体的には、隣接するブロックのうち一方のブロックに属する天端構成点の代表値（平均値や最頻値、中央値といった統計値）を求め、同様に他方のブロックに属する天端構成点の代表値を求め、双方の天端構成点の代表値を照らし合わせ、その差を天端高低差として算出する。なお、天端構成点の代表値を求めるにあたっては、当該ブロックに属するすべての天端構成点を用いて求めることもできるし、目地を境に段差が生じやすいことに着目し、目地の周囲に設定される「目地領域」に含まれる天端構成点のみを用いて天端構成点の代表値を求めることもできる。この目地領域は、目地ラインデータＬｊを基準に設定される領域であり、例えば図４に示すような要領で、目地ラインデータＬｊ（図４の天端ラインＬｃに相当）を中心として両側に所定幅Ｗだけ拡張することで設定することができる。

天端高低差が算出されると、段差検出手段１１１によって段差が検出される（Ｓｔｅｐ１１１）。具体的には、算出された天端高低差と、あらかじめ設定された閾値（以下、「高低差閾値」という。）とを照らし合わせ、天端高低差が高低差閾値を上回るときは、これを有害な高低差である「段差」として評価し出力手段等に出力するわけである。

３．天端面段差抽出方法
次に、本願発明の天端面段差抽出方法ついて図を参照しながら説明する。なお、本願発明の天端面段差抽出方法は、ここまで説明した天端面段差抽出システム１００を使用して行う方法であり、したがって天端面段差抽出システム１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の天端面段差抽出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、「２．天端面段差抽出システム」で説明したものと同様である。

図１０は、本願発明の天端面段差抽出方法の主な工程を示すフロー図である。この図に示すように、まず航空機や衛星を利用して航空写真（衛星写真）を取得し、航空写真等から「オルソ画像」を作成する（Ｓｔｅｐ２０１）。さらに、写真測量やレーザー計測等の計測を行うことで「点群データ」を取得する（Ｓｔｅｐ２０２）。なお、写真測量によって点群データを取得する場合は、Ｓｔｅｐ２０１で取得した航空写真を活用するとよい。

オルソ画像と点群データが取得されると、オルソ画像をディスプレイ等に表示し、表示されたオルソ画像を確認しながらオペレータが天端ライン入力手段１０１を用いてオルソ画像上に「天端ライン」を入力する（Ｓｔｅｐ２０３）。そして、ここで入力された天端ラインを基準に「対象領域」が設定される（Ｓｔｅｐ２０４）。対象領域が設定されると、第１候補点抽出手段１０２によって「第１候補点」が抽出され（Ｓｔｅｐ２０５）、第２候補点抽出手段１０３によって第１候補点の中から「第２候補点」が抽出され（Ｓｔｅｐ２０６）、さらに天端構成点抽出手段１０４によって第２候補点の中から「天端構成点」が抽出される（Ｓｔｅｐ２０７）。

天端構成点が抽出されると、天端構成点データをブロックごとに分類するための「目地ラインデータ」が作成される。具体的には、天端領域設定手段１０７によって「天端領域」が設定され（Ｓｔｅｐ２０８）、オルソ画像記憶手段１０９から読み出したオルソ画像から「天端画像」を切り出し（Ｓｔｅｐ２０９）、そしてこの天端画像に対して画像処理を行うことによって目地ラインデータを作成する（Ｓｔｅｐ２１０）。なお、目地ラインデータがあらかじめ用意されているケースでは、天端領域の設定（Ｓｔｅｐ２０８）〜目地ラインデータの作成（Ｓｔｅｐ２１０）の各工程は省略することができる。

目地ラインデータが得られると、ブロック分類手段１０５によって天端構成点データがブロックごとに分類され（Ｓｔｅｐ２１１）、高低差算出手段１０６によって「天端高低差」が算出される（Ｓｔｅｐ２１２）。そして段差検出手段１１１が、天端高低差と「高低差閾値」とを照らし合わせることによって、有害な高低差である「段差」を検出する（Ｓｔｅｐ２１３）。

本願発明の天端面段差抽出システム、及び天端面段差抽出方法は、コンクリート造の海岸堤防の段差を抽出するために利用することができるほか、コンクリート造の河川堤防やコンクリート擁壁など天端面を有するコンクリート構造物の段差を抽出するために利用することができる。本願発明によれば、海岸堤防や河川堤防の変状を早期に検出することによって適切な時期に適切な対策を施すことができ、すなわち建設インフラの長寿命化に寄与することを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献が期待できる発明といえる。

１００ 天端面段差抽出システム
１０１ （天端面段差抽出システムの）天端ライン入力手段
１０２ （天端面段差抽出システムの）第１候補点抽出手段
１０３ （天端面段差抽出システムの）第２候補点抽出手段
１０４ （天端面段差抽出システムの）天端構成点抽出手段
１０５ （天端面段差抽出システムの）ブロック分類手段
１０６ （天端面段差抽出システムの）高低差算出手段
１０７ （天端面段差抽出システムの）天端領域設定手段
１０８ （天端面段差抽出システムの）目地ラインデータ作成手段
１０９ （天端面段差抽出システムの）オルソ画像記憶手段
１１０ （天端面段差抽出システムの）点群データ記憶手段
１１１ （天端面段差抽出システムの）段差検出手段
Ｌｃ 天端ライン
Ｗ 所定幅
Ａｔ 対象領域
ＢＬ ブロック
ＪＴ 目地
Ｌｊ 目地ラインデータ
Ｌｂ 輪郭線
θ 交差角

Claims (6)

1. オルソ画像と点群データを用いて、複数ブロックからなるコンクリート構造物の天端面に生じた段差を抽出するシステムであって、
   前記オルソ画像は、前記コンクリート構造物を上空から撮影した画像であって、正射変換により座標が付与された画像であり、
   前記点群データは、３次元座標を有する座標点データの集合であり、
   オペレータが前記オルソ画像上に前記コンクリート構造物の天端面の軸線を示す天端ラインを入力する天端ライン入力手段と、
   前記天端ラインから水平方向に所定幅だけ拡張することで対象領域を設定するとともに、該対象領域に含まれる前記座標点データを第１候補点データとして抽出する第１候補点抽出手段と、
   前記第１候補点データのうち平面を構成する前記座標点データであって法線ベクトルが鉛直又は略鉛直方向である前記座標点データを第２候補点データとして抽出する第２候補点抽出手段と、
   前記第２候補点データの標高値に基づいて、該第２候補点データから前記コンクリート構造物の天端面を構成する天端構成点データを抽出する天端構成点抽出手段と、
   前記コンクリート構造物のブロック境界に設置された目地の平面位置を示す目地ラインデータによって、前記天端構成点データをブロックごとに分類するブロック分類手段と、
   隣接するブロックに属する前記天端構成点データを比較することによって、ブロック間の天端面の高低差を求める高低差算出手段と、
   を備えたことを特徴とする天端面段差抽出システム。
2. 前記天端構成点データに基づいて、前記コンクリート構造物の天端面の平面範囲である天端領域を設定する天端領域設定手段と、
   前記オルソ画像のうち前記天端領域に相当する範囲を切り出した天端画像を取得するとともに、該天端画像に対して画像処理を行うことによって前記目地ラインデータを作成する目地ラインデータ作成手段と、をさらに備え、
   前記ブロック分類手段は、前記目地ラインデータ作成手段で作成された前記目地ラインデータによって、前記天端構成点データをブロックごとに分類する、
   ことを特徴とする請求項１記載の天端面段差抽出システム。
3. 前記目地ラインデータ作成手段は、前記天端領域の輪郭線と垂直又は略垂直であることを条件として前記目地ラインデータを作成する、
   ことを特徴とする請求項２記載の天端面段差抽出システム。
4. 前記高低差算出手段は、前記目地ラインデータを基準に設定される目地領域に含まれる前記天端構成点データを比較することによって、ブロック間の天端面の高低差を求める、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の天端面段差抽出システム。
5. 前記天端構成点抽出手段は、前記第２候補点データの標高値に基づくクラスタリング処理を行うことによって該第２候補点データを複数の部分集合に分類するとともに、最も高い標高値を示す部分集合に含まれる該第２候補点データを前記天端構成点データとして抽出する、
   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天端面段差抽出システム。
6. オルソ画像と点群データを用いて、複数ブロックからなるコンクリート構造物の天端面に生じた段差を抽出する方法であって、
   前記オルソ画像は、前記コンクリート構造物を上空から撮影した画像であって、正射変換により座標が付与された画像であり、
   前記点群データは、３次元座標を有する座標点データの集合であり、
   オペレータが前記オルソ画像上に前記コンクリート構造物の天端面の軸線を示す天端ラインを入力する天端ライン入力工程と、
   前記天端ラインから水平方向に所定幅だけ拡張することで対象領域を設定するとともに、該対象領域に含まれる前記座標点データを第１候補点データとして抽出する第１候補点抽出工程と、
   前記第１候補点データのうち平面を構成する前記座標点データであって法線ベクトルが鉛直又は略鉛直方向である前記座標点データを第２候補点データとして抽出する第２候補点抽出工程と、
   前記第２候補点データの標高値に基づいて、該第２候補点データから前記コンクリート構造物の天端面を構成する天端構成点データを抽出する天端構成点抽出工程と、
   前記コンクリート構造物のブロック境界に設置された目地の平面位置を示す目地ラインデータによって、前記天端構成点データをブロックごとに分類するブロック分類工程と、
   隣接するブロックに属する前記天端構成点データを比較することによって、ブロック間の天端面の高低差を求める高低差算出工程と、
   を備えたことを特徴とする天端面段差抽出方法。

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