JP3789396B2 - 消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法および三次元モデリングプログラムならびにその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 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上敷設定型物の三次元モデリング方法に関し、特に、消波ブロックで作られた堤防の現況の状態を三次元消波ブロックモデリングデータ群にし、三次元モデルをCAD(コンピュータ支援設計)データとして復元する方法およびその方法を実施するためのプログラムならびにその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に関する。
【0002】
【従来の技術】
消波ブロック工事完成後の出来高確認のために、消波ブロック群の現況を表す横断面図を作成している。この横断面図は、また、1年後に消波ブロック群の移動がないかを確認するためにも作成するようになっている。
従来においては、消波ブロック群に縦断方向に1列横断方向10m間隔で足場を組んで縦断測量、横断測量を実施し、その測量結果に基づいて横断面図を作成していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の現場作業は足場組み、水準測量でかなりの人手や日数がかかり、それに基づく横断面図作成にも多くの手間がかかっていた。さらに、消波ブロックは大きなもので高さ5mほどあり、それがいくつも積み重ねてあるので、作業中に落下すると生命にもかかわる危険性があった。
【0004】
そこで本発明は、足場組み等の現場作業がかなり少なくて済み、危険性も軽減できる消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法およびその方法を実施するためのプログラムならびにその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を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法は、消波ブロック等の地上敷設定型物の規格品に合ったコンピュータ上の三次元モデリングデータを作成する三次元CADソフトウエアと、前記三次元CADソフトウエアで作成しておいた三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するマルチアロケーションプログラムとを用いる地上敷設定型物の三次元モデリング方法であって、前記地上敷設定型物に対する基準点、水準点、標定点等の写真座標を測定するために現地の任意の箇所に対空標識を設置する工程と、前記地上敷設定型物を含む現地を、隣接空中写真間に50%以上好ましくは60%から65%のオーバーラップがあるように連続して写真撮影する空中写真撮影工程と、前記地上敷設定型物に標定点を設置し、公共座標を観測する基準点測量工程と、前記地上敷設定型物の高さ方向の位置情報を測量機やカメラを用いて取得する深浅測量工程と、前記空中写真をデジタル図化機で読み取り、読み取った空中写真上の前記対空標識に基づく基準点成果を基に標定し、各対空標識の三次元座標を取得する三次元座標データ取得工程と、前記深浅測量工程で得た地上敷設定型物の標定点に基づく三次元の位置情報データを前記デジタル図化機に入力する工程と、前記デジタル図化機の写真画像上の三次元座標データおよび深浅測量データを前記三次元CADソフトウエアへ出力し、前記マルチアロケーションプログラムを用いて前記地上敷設定型物の三次元モデルをCADデータとして作成するCADデータ作成工程とを含むものである。
【0006】
本発明においては、予め三次元CADソフトウエアを用いて作成した消波ブロック等の地上敷設定型物の規格品に対する三次元モデリングデータと、空中撮影した空中写真と、測量機やカメラを用いて取得した地上敷設定型物の高さ方向の位置情報とを用いて、デジタル図化機で三次元座標データを生成し、コンピュータ上で三次元CADソフトウエアのマルチアロケーションプログラムを用いて地上敷設定型物群をCADデータとして再現する。
【0007】
このようにして得られたCADデータをコンピュータを用いて操作することで、地上敷設定型物群を視点の変更によりいろいろな方向より見ることができる。また、データ加工により、簡単に横断面図を作ることができる。
【0008】
前記マルチアロケーションプログラムに、前記三次元モデリングデータの向きを選択するステップと、2点若しくは3点の三次元座標を前記デジタル図化機から変数として入力するステップと、その変数を使って前記三次元CADソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するステップとを含むようにすることで、向きがまちまちな個々の地上敷設定型物が正しく配置される。
【0009】
本発明の三次元モデリングプログラムは、
(1)予め、標準となる地上敷設定型物の名称、重量、体積、複数の特徴点の座標等のデータおよびディスプレイ上に表示するための地上敷設定型物図形データを三次元モデリングデータとしてデータベースに登録しておくステップと、
(2)地上敷設定型物入力プログラムが起動されたときに、入力する地上敷設定型物の重量を入力要求するステップと、
(3)入力コマンドの実行により、入力タイプの選択を要求するステップと、
(4)入力タイプが選択されると、前記データベースを参照して、合致する地上敷設定型物の三次元モデルを抽出し、所定の尺度で地上敷設定型物図形のプレビューをディスプレイ上に表示し、当該地上敷設定型物の上部特異点の三次元座標をデジタル図化機より取得し、この点の座標をAとして記憶手段に記憶するステップと、
(5)地上敷設定型物下端部2点の三次元位置の三次元座標を前記デジタル図化機より取得し、これらの点の座標をそれぞれB,Cとするステップと、
(6)前記ステップ(4),(5)で得られた引数A,B,Cと、予め標準サイズの地上敷設定型物のモデルから計測した、上部特異点Aに対応する点A′を起点とする下端のローカル座標B′,C′、重量、地上敷設定型物図形の名称により、前記三次元CADソフトウエアを用いて当該地上敷設定型物の真位置を決定し、適所に配置するステップと
を有することで、三次元モデリングがコンピュータにより実行できる。
この三次元モデリングプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することで、コンピュータにインストールすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図1〜図13を用いて説明する。
図1は本発明の基本的な工程を示すフローチャートであり、その概要を説明する。
【0011】
ステップ100:空中写真測量
ステップ110:対空標識設置
後工程の三次元モデルマルチアロケート(三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置する工程)において基準点、水準点、標定点等(以下基準点等という)の写真座標を測定するため、基準点等に、図2に示すような対空標識1を設置する。対空標識1は、10cm×10cmの大きさで中心が確認し易いよう白黒の模様が付けられている。
【0012】
ステップ120:空中写真撮影
撮影縮尺は1/1600〜1/2000程度とし、カラー撮影により行う。図4に示すように、同一コース内の隣接空中写真間の重複度(オーバーラップ)は二枚の写真から地形の標高差等を算定できるように50%以上、好ましくは60%〜65%とし、標高差算定時の実体空白部を生じないようにする。
【0013】
ステップ130:基準点測量
消波ブロック上に標定点を設置し、GPS測量機で公共座標を観測する。
【0014】
ステップ140:空中三角測量
ステップ100で撮影した空中写真をデジタル図化機10で読み取り、基準点成果を基に標定し、写真上の三次元座標が取れるようセットする。
【0015】
ステップ200:深浅測量
測位装置には、国土交通省の「RTK−GPS(リアルタイムキネマティック法によるGPS測量)を利用する公共測量作業マニュアル」に準拠したGPS測量機を、海中部は高精度なナローマルチビーム型測深機(例えば株式会社東陽テクニカ製、SEABAT8125)を、陸上部はデジタルカメラを使用し、可能な限り詳細な消波ブロックの位置情報を取得する。
【0016】
ステップ300:三次元消波ブロック復元システムによる三次元モデルマルチアロケート
三次元消波ブロック復元システムにおいては、図3に示すデータ処理により三次元モデリングを行う。三次元CAD機20にインストールする三次元CADソフトウエアとしては、AUTOCAD(米国Autodesk, Incの商標)を用いた。
【0017】
1.三次元CADソフトウエアで消波ブロックの規格に合わせ、三次元モデリングデータを作成し、三次元モデルデータベース30に格納する。消波ブロックの三次元モデルは、現地に使用されている消波ブロックの規格寸法を参照して三次元CADソフトウエアで忠実に実現したものとする。三次元モデルデータベース30に格納される三次元モデリングデータには、標準となる消波ブロックの名称、重量(トン数)、体積、複数の特徴点の座標等のデータおよびディスプレイ上に表示するための消波ブロックの図形データを含む。
【0018】
2.図5に示すようにデジタル図化機10で60%以上オーバーラップした2枚の空中写真でそのオーバーラップ内の写真上に写っているものを10点程度位置合わせし2枚の空中写真が撮影された位置関係と回転を計算し2枚の写真の相関関係を表すステレオモデルを決定する。その相関関係に、図6に示すように地上の対空標識の位置を関連付けることにより、2枚の写真の相関関係を表すステレオモデル内のどの位置でも三次元座標が出来るようになる。
【0019】
3.水面下については、ナローマルチビーム型測深機で得た消波ブロックの位置情報(Digital Elevation Models:DEM)データをデジタル図化機10に挿入する。ナローマルチビーム型測深機やデジタルカメラで得た消波ブロックの位置情報のデータは標準20cm間隔ごとの三次元の座標データである。
【0020】
4.三次元CAD機20で作成しておいた三次元モデリングデータ(三次元消波ブロックモデル)を三次元モデルデータベース30から抽出し、その三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するマルチアロケーションプログラムを作成する。
マルチアロケーションプログラムは、三次元モデリングデータの向きを選択するステップと、2点若しくは3点の三次元座標をデジタル図化機から変数として入力するステップと、その変数を使って三次元CADソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するステップからなる。
【0021】
5.マルチアロケーションプログラムでデジタル図化機10の写真画像上の2点若しくは3点の三次元座標を三次元座標を三次元CAD機20に送り、三次元CADソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置しCADデータとして作成する。その具体的手順を以下に示す。
【0022】
(1)入力デバイスであるデジタル図化機10と三次元CADソフトウエアであるAUTOCADを搭載したパソコンを接続する。
【0023】
(2)消波ブロック(テトラポッド)入力プログラムを起動し、入力するテトラポッドのトン数を入力する。
【0024】
(3)入力コマンドを実行して、入力タイプ(上向き3点指示/上向き回転/bタイプ3点指示/cタイプ2点指示)を選択する。
【0025】
(4)上向き3点指示を選択すると、先に入力したトン数より算出したブロック図形の尺度でテトラポッド図形のプレビューが表示され、テトラポッドの上部突起の三次元位置を要求するので、デジタル図化機より突起位置の三次元座標を取得する。この点をAとする(図8参照)。
【0026】
(5)テトラポッド下端部2点の三次元位置を要求するので、デジタル図化機10より各々の突起位置の三次元座標を取得する。これらの点をそれぞれB,Cとする(図8参照)。
【0027】
(6)手順(4),(5)で得られた引数A〜Cと、予め1トンサイズのテトラポッドから計測した、上部突起A′を起点とする下端のローカル座標B′、C′、トン数ton、ブロック図形の名前blknameにより、AUTOCADのカスタマイズ言語AutoLisp(米国Autodesk, Incの商標)によって真位置を決定する。
【0028】
記述例
(setq blk_scale (expt ton(/ 1.0 3.0):トン数からブロック図形の尺度を算出(command "insert" blkname A blk_scale "" "0.0"):ブロック図形をA位置に挿入
(setq n_obj (entlast)):挿入されたブロックの図形名を変数n_objに代入
(align n_obj A B C A' B' C' ""):3D編集関数ARXに実装される関数Alignを使って突起位置を位置合わせする
【0029】
水面下についてはデジタル図化機10に挿入したDEMデータに合わせて、前記マルチアロケーションプログラムを使用しDEMデータで表現された消波ブロックの2点若しくは3点の三次元位置を三次元CAD機20に送り、三次元CADソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置しCADデータとして作成する。
【0030】
図7はマルチアロケーションプログラムにおける消波ブロックの回転処理を示すもので、(ア)〜(エ)のように消波ブロックの向きの選択を行う。
【0031】
ブロック図形の位置合わせ方法は、図8(a)に示すように、それぞれデジタル図化機により取得した三次元座標と写真図での位置である点A,B,Cを図8(b)に示す三次元モデルの消波ブロックの突起点A’,B’,C’と一致させることによって真位置を決定する。
【0032】
次に、図9のAの位置に、図7の(ア)の配置タイプを挿入する。写真画面上のAの位置(標高値1,205m)と、ブロック上部の突起A’の位置を、三次元座標上で一致させるように配置する。
【0033】
図10のように配置された後、三次元回転ツールや三次元位置合わせツールを使って、点BとB’、点CとC’の位置を一致させる。
【0034】
図11のように、3点の三次元点によって、現況と同じ空間モデルデータを取得し、作成していく。図11(a)はワイアーフレームの画像、(b)はレンダリング結果を示す。
【0035】
図12に示すように、三次元消波ブロック模型データ群が出来上がると、色々な角度からデータを見ることができるようになる。
また、任意の横断線上の消波ブロックのCADデータを押さえていくことにより、その横断データより図13に示すような横断図を作成することができる。
【0036】
以上のように、本実施形態の特徴をまとめれば次のようになる。
(1)消波ブロック模型データを配置して三次元CADソフトウエア上で消波ブロック群の模型を作ることにより随時断面図を作ることができるようになる。
【0037】
(2)空中写真測量のデジタルマッピング手法で作業をすることにより空中写真撮影時の状況をデジタル図化機で復元できるため現場作業を減らし、主に室内で作業できる。
【0038】
(3)海上及び水中の消波ブロックを三次元消波ブロック現況模型データにすることによりいろいろな断面を見ることができる。
【0039】
(4)実測による方法から、深浅ソナー、レーザスキャンまたは空中写真測量による方法で作業することにより、天候に左右されることなく現場作業日数が少なくなり危険性が軽減できる。
【0040】
(5)従来の現場作業は足場組み、水準測量でかなりの人日数がかかっていたが、本発明の実施形態では対空標識設置1日、GPSによる標定点測量1日で終わる。また、現場作業はかなり少なくて済み、危険性も軽減できる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、規格品である地上敷設定型物を、三次元CADソフトウエアを用いて三次元模型データとして作成し、デジタルマッピング手法によりCADデータに配置することにより、三次元CADソフトウエアで視点の変更によりいろいろな方向より地上敷設定型物群を見ることができる。また、断面を見るだけでなく三次元消波ブロック模型データの面に接する線を描けば横断面図を作ることができる。出来上がった三次元現況データ上に将来計画で新たに三次元消波ブロック模型データを配置して計画を検討することもできる。
さらに、現場作業が少なくて済むので、工期の短縮と作業の危険性も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本的な工程を示すフローチャートである。
【図2】 本発明実施形態における対空標識の例を示す表面図である。
【図3】 本発明実施形態におけるデータ処理を示すフローチャートである。
【図4】 本発明実施形態における空中写真撮影の説明図である。
【図5】 本発明実施形態におけるステップ300の2の説明図である。
【図6】 本発明実施形態におけるステップ300の2の説明図である。
【図7】 本発明実施形態のマルチアロケーションプログラムにおける消波ブロックの回転処理を示す説明図である。
【図8】 ブロック図形の位置合わせ方法の説明図である。
【図9】 図7における(ア)のパターンの入力例を示す説明図である。
【図10】 図7における(ア)のパターンの入力例を示す説明図である。
【図11】 三次元CADソフトウエアにおける画面の説明図である。
【図12】 出来上がった竣工図の平面図、正面図および側面図である。
【図13】 CADデータに基づいて作成された横断図である。
【符号の説明】
1 対空標識
10 デジタル図化機
20 三次元CAD機
30 三次元モデルデータベース
Claims (3)
- 消波ブロック等の地上敷設定型物の規格品に合ったコンピュータ上の三次元モデリングデータを作成する三次元CADソフトウエアと、前記三次元CADソフトウエアで作成しておいた三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するマルチアロケーションプログラムとを用いる地上敷設定型物の三次元モデリング方法であって、
前記地上敷設定型物に対する基準点、水準点、標定点等の写真座標を測定するために現地の任意の箇所に対空標識を設置する工程と、
前記地上敷設定型物を含む現地を、隣接空中写真間に50%以上好ましくは60%から65%のオーバーラップがあるように連続して写真撮影する空中写真撮影工程と、
前記地上敷設定型物に標定点を設置し、公共座標を観測する基準点測量工程と、
前記地上敷設定型物の高さ方向の位置情報を測量機やカメラを用いて取得する深浅測量工程と、
前記空中写真をデジタル図化機で読み取り、読み取った空中写真上の前記対空標識に基づく基準点成果を基に標定し、各対空標識の三次元座標を取得する三次元座標データ取得工程と、
前記深浅測量工程で得た地上敷設定型物の標定点に基づく三次元の位置情報データを前記デジタル図化機に入力する工程と、
前記デジタル図化機の写真画像上の三次元座標データおよび深浅測量データを前記三次元CADソフトウエアへ出力し、前記マルチアロケーションプログラムを用いて前記地上敷設定型物の三次元モデルをCADデータとして作成するCADデータ作成工程とを含み、
前記マルチアロケーションプログラムは、
前記三次元モデリングデータの向きを選択するステップと、
2点若しくは3点の三次元座標を前記デジタル図化機から変数として入力するステップと、
その変数を使って前記三次元CADソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するステップと
を含む、消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法。 - (1)予め、標準となる地上敷設定型物の名称、重量、体積、複数の特徴点の座標等のデータおよびディスプレイ上に表示するための地上敷設定型物図形データを三次元モデリングデータとしてデータベースに登録しておくステップと、
(2)地上敷設定型物入力プログラムが起動されたときに、入力する地上敷設定型物の重量を入力要求するステップと、
(3)入力コマンドの実行により、入力タイプの選択を要求するステップと、
(4)入力タイプが選択されると、前記データベースを参照して、合致する地上敷設定型物の三次元モデルを抽出し、所定の尺度で地上敷設定型物図形のプレビューをディスプレイ上に表示し、当該地上敷設定型物の上部特異点の三次元座標をデジタル図化機より取得し、この点の座標をAとして記憶手段に記憶するステップと、
(5)地上敷設定型物下端部2点の三次元位置の三次元座標を前記デジタル図化機より取得し、これらの点の座標をそれぞれB,Cとするステップと、
(6)前記ステップ(4),(5)で得られた引数A,B,Cと、予め標準サイズの地上敷設定型物のモデルから計測した、上部特異点Aに対応する点A′を起点とする下端のローカル座標B′,C′、重量、地上敷設定型物図形の名称により、前記三次元CADソフトウエアを用いて当該地上敷設定型物の真位置を決定し、適所に配置するステップと
を有することを特徴とする三次元モデリングプログラム。 - 請求項2に記載の三次元モデリング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。
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