JP4117786B2 - 傾斜変換点の抽出プログラム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾斜変換点の抽出プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
傾斜地の傾斜角度が急峻ないわゆる急傾斜地においては斜面崩壊等の災害発生に対する警戒を行う必要があり、急傾斜地の範囲、すなわち、その始終点を正確に抽出する必要がある。そして、地勢学的な傾斜地の始終点は傾斜変換点として定義されるが、その決定に際しては、地形図を観察して等高線の粗密の変化を読みとることが必要であり、非効率で、かつ、作業者の熟練等による結果への影響を排除することができないために、信頼性も低いという問題がある。
【０００３】
一方、標高データを有するデジタル地図から傾斜面の特性を得ることは、例えば、特許文献１に記載されているが、デジタル地図情報により得られる斜面情報は、以下の述べる理由により、予め定義された領域での勾配等に限られており、傾斜変換点の抽出はなされていない。
【０００４】
すなわち、一般にデジタル地図情報における標高データは、ＴＩＮ等による補間面での値として与えられるために、断面形状は、折線形状をなす。このため、傾斜角度の変換点（折線の折曲点）をそのまま傾斜変換点として抽出すると、補間面の境界に相当する多数の点が傾斜変換点として抽出されることとなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８-２４７７７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、自動的に、かつ、効率的に傾斜変換点を抽出することのできる傾斜変換点の抽出プログラムの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
所定断面形状を有する斜面の傾斜変換点１を勾配と斜面高さとを条件として抽出する傾斜変換点の抽出プログラムであって、
ディスプレイ装置に等高線が付加された二次元地図６を表示し、利用者により斜面の断面指定線７が指定された際に、該断面指定線７に沿って対応するデジタル地表面標高モデル（ＤＥＭ）から斜面の断面に表れる折線状の輪郭形状を取得する断面取得手段８、
前記抽出条件に基づいて決定される直交辺の一方を水平辺とする評価用直角三角形２を、斜辺が前記輪郭形状で表される斜面に沿った向きで、かつ、斜辺と水平辺との交点を検出点３として前記輪郭形状線上に合わせ、下端側から上端側に折線状をなす輪郭形状に沿って折曲点位置間の間隔で順次移動させる三角形移動手段４、
移動後毎に評価用直角三角形２の斜辺の断面への包含関係を演算し、前記評価用直角三角形２の斜辺が全長に渡って断面内に埋没した時の検出点３位置を遷緩点１Ａとして抽出する抽出手段５、
としてコンピュータを機能させるための傾斜変換点の抽出プログラムを提供することにより達成される。
【０００８】
一般に曲線等の変化点を抽出する場合、対象曲線の微分係数の符号変換点（変曲点）を演算したり、あるいは、折曲点を探索することが行われ、傾斜変換点１の抽出に際しても、このような幾何学的手段を採用することが可能とも思われる。
【０００９】
しかし、斜面における傾斜変換点１の抽出は、斜面崩壊等のように土塊等、所定容積物の移動、崩落の危険性を予測する目的をもつことが多く、このような目的を考慮に入れるならば、傾斜変換点１の抽出に当たっては、理論的に面積、あるいは容積を有しない「点」の変化にのみ着目するのではなく、面積、あるいは容積を考慮するのが望ましいと考えられる。
【００１０】
また、コンピュータによる傾斜変換点１の自動抽出を考える際、斜面の断面形状は、離散的な実測点間を補間して面データとしたデジタル地表面標高モデル（ＤＥＭ）から取得するのが一般的であるために、微視的には折線状の輪郭形状を有する。
【００１１】
この結果、折曲点の探索だけでは傾斜変換点１を特定することができない。また、断面の輪郭形状から曲線を回帰させ、変曲点等を演算することも可能であるが、この場合には、処理工程が多くなり、効率が悪いという問題がある。
【００１２】
本発明は、以上の点に着目してなされたものであって、傾斜変換点１の抽出に際して、直交辺の一方を水平辺とする評価用直角三角形２を定義する。評価用直角三角形２は、抽出条件から一義的に決定されるもので、例えば、後述する施行令において、急傾斜地を「傾斜度が３０度以上である土地の区域であって、高さが５メートル以上のもの」との条件においては、斜辺と水平辺とのなす角度が３０°、垂直辺の高さが５ｍの評価用直角三角形２が定義される。
【００１３】
傾斜変換点１の抽出操作は、三角形移動手段４において上記斜辺と水平辺との交点（検出点３）を斜面の下端側から上端側に向けて移動させ、移動後における斜辺の断面への包含関係を演算して行われ、抽出手段５は、評価用直角三角形２の斜辺が全長に渡って断面内に埋没した時の検出点３位置を遷緩点１Ａと、さらに、斜辺が断面外に露出した時の検出点３位置を遷急点１Ｂとして抽出する。
【００１４】
したがってこの発明において、所定の断面上における評価用直角三角形２の走行をシミュレートするだけで一義的に傾斜変換点１を抽出できるために、操作効率が高く、かつ、再現性も高めることができる。
【００１５】
以上のプログラムには、ディスプレイ装置に等高線が付加された二次元地図６を表示し、利用者により斜面の断面指定線７が指定された際に、該断面指定線７に沿って対応するデジタル地表面標高モデル（ＤＥＭ）から斜面の断面形状を取得する断面取得手段８としての機能を付加することが可能であり、このように構成することにより、同一領域内の複数箇所で等高線を頼りに断面を形成し、斜面全体に渡る傾斜変換点１の分布を知ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を具備した急傾斜地解析プログラムにより実現される機能ブロック図を、図２にそのフローチャートを示す。この急傾斜地解析プログラムは、傾斜地の傾斜特性等から斜面崩壊等の発生の可能性等を評価するためのもので、例えば、土砂災害区域等における土砂災害防止対策の推進に関する法律施行令（平成１３年３月２８日政令第８４号）の第２条、第３条に定める急傾斜地に関する土砂災害計画区域の指定の基準（第２条）及び土砂災害特別警戒区域の指定の基準（第３条）を評価対象の傾斜地が充足するか否かの判定を支援可能なように構成される。
【００１７】
図中９は地図データベースであり、等高線が付加された二次元地図６と、ＴＩＮ（Triangulated Irregular Network）により離散観察位置における標高点を補間したデジタル地表面標高モデル（ＤＥＭ：Digital Elevation Model）と、建物等を示す地物情報１０とがレイヤー化されて保存される。
【００１８】
急傾斜地解析プログラムは、コンピュータを、初期条件設定手段１１、二次元地図表示手段１２、断面表示手段１３、傾斜変換点抽出手段１４、急傾斜地判定補助手段１５及び危険領域抽出手段１６として機能させるように構成され、二次元地図表示手段１２と断面表示手段１３は、汎用のインターフェイス手段として構成される。
【００１９】
初期条件設定手段１１は、土砂密度、土砂比重、土砂容積濃度、内部摩擦角等、判定対象地域の土質工学的特性をはじめとする斜面崩壊に影響する物理的特性の入力を利用者に促し、入力された諸元を記憶する（ステップＳ１）。
【００２０】
二次元地図表示手段１２は、利用者の選択に基づいて、上記地図データベースにアクセスし、二次元地図６と地物情報１０をディスプレイに表示する（ステップＳ２）。二次元地図６は、広域表示から順次所望の領域を拡大して表示することができ、利用者は、二次元地図６に表示された等高線をもとにして、二次元地図表示手段１２のポリゴン入出力部１２ａにアクセスし、管理対象、あるいは判定対象の傾斜地を二次元地図６上で傾斜地ポリゴン１７として指定することができる。
【００２１】
また、二次元地図表示手段１２は、断面指定線入出力部１２ｂを備えており、利用者が等高線の粗密を参考にしながら適宜に断面指定線７を指定すると、上記地図情報に重ねて断面指定線７を表示する（ステップＳ３）。
【００２２】
図４（ａ）に二次元地図６及び地物情報１０のディスプレイへの表示状態を、図４（ｂ）に傾斜地ポリゴン１７及び断面指定線７のディスプレイへの表示状態を示す。
【００２３】
次いで、本発明による傾斜変換点の抽出プログラムにより実現される傾斜変換点抽出手段１４により傾斜変換点１を抽出する（ステップＳ４）。この傾斜変換点抽出プログラムにより実現される機能には、図１に示すように、断面取得手段８、三角形移動手段４及び抽出手段５が含まれ、先ず、断面取得手段８は、断面指定線７が指定されると、対応するＤＥＭをアクセスして断面指定線７に沿った断面形状を生成する。
【００２４】
断面取得手段８により得られる断面形状は、図５に示すように、ＴＩＮにおけるドロネー三角形１８の辺縁と断面指定線７との交点で折れ曲がる折線で与えられる。
【００２５】
一方、三角形移動手段４は、図６に示すように、所定の評価用直角三角形２を水平辺が水平姿勢を維持し、斜辺が斜面に沿う姿勢で斜面の下端側から上端側に順次移動させる。「傾斜度が３０度以上である土地の区域であって、高さが５メートル以上のもの」を急傾斜地として特定することを目的とするこの実施の形態において、評価用直角三角形２には、検出点３における傾斜が３０°、垂直辺の高さが５ｍのものが使用される。
【００２６】
三角形移動手段４における評価用直角三角形２の１回の移動量は、上記断面上の折線の折曲点位置間の間隔に一致しており、移動操作は、後述する遷緩点１Ａ等が抽出されず、断面指定線７の上端に達するまで行われる。
【００２７】
図３（ａ）に下端側の傾斜変換点１（遷緩点１Ａ）を求める場合のフローチャートを、図６にその説明図を示す。図６において、評価用直角三角形２の斜辺上の任意の点の高さは、検出点３の移動方向水平位置をａ、斜辺上の水平位置をｂとして、Ｐｓ（ａ,ｂ）で、斜面上の高さは、同様にＰｒ（ａ，ｂ）で示される。すなわち、図６（ａ）に示すように、評価用直角三角形２が検出点３がｐ＝１の位置にある時の検出点３からｑ番目の斜辺上の高さはＰｓ（１，ｑ）で示され、これに対応する点の斜面の高さはＰｒ（１,ｑ）で示される。
【００２８】
いま、図６（ａ）に示すように、傾斜の下端から離れた位置に評価用直角三角形２を位置させるように、変数ｐ、ｑを初期化する（ステップＳ４０）。この後、ｑが斜辺上端になるまで斜辺上の検索点と対応する斜面の高さを比較する（ステップＳ４２）。比較操作中、Ｐｓ＞Ｐｒの条件を満足した場合には、評価用直角三角形２を上方側に移動させ（ステップＳ４１）、同様の手順を繰り返す。
【００２９】
ステップＳ４１により評価用直角三角形２が図６（ｂ）に示す位置に達すると、斜辺下端から上端にいたす全点において、Ｐｓ≦Ｐｒの条件を満たすために、Ｐｒ（ｐ，０）、すなわち、検出点３の斜面上の位置を遷緩点１Ａとして登録する（ステップＳ４３）。
【００３０】
なお、以上においては、斜面が水平面から急激に立ち上がっている場合を例示したが、図６（ｃ）に示すように、なだらかに傾斜が変化する場合であっても、同様の手順で遷緩点１Ａを特定することができる。
【００３１】
同様に、遷急点１Ｂも評価用直角三角形２を下端側から上端側に移動することにより抽出が可能である。図３（ｂ）に遷急点１Ｂ抽出のフローチャートを、図７にその説明図を遷緩点１Ａ抽出と同様の符号、ステップ番号はそのまま使用して示し、説明は省略する。なお、図７（ａ）は遷急点１Ｂが明瞭な場合の抽出状態を、図７（ｂ）は不明瞭な遷急点１Ｂの抽出状態を示す。
なお、以上においては、一本の断面指示線７に対して遷緩点１Ａ、あるいは遷急点１Ｂが最大一点対応する場合を示したが、例えば、指示した断面指示線７の途中に遷急点１Ｂが検出された場合には、遷急点１Ｂの検出とともに、図３（ｂ）におけるステップＳ４３を実行した後、図３（ａ）の遷緩点１Ａの抽出フローが実行される。
【００３２】
以上のようにして求められた傾斜変換点１は、そのまま傾斜変換点１として採用することも、あるいは、断面表示手段１３を使用してディスプレイ上に表示し、複数の斜面を連結して１つの斜面として取り扱う場合（マージ）等の参考点としたり、あるいは急傾斜地判定補助手段１５として利用することができる。
【００３３】
以上の操作を複数の断面指定線７について行うと、傾斜変換点１同士を結ぶと急傾斜斜面領域を表示することができ（ステップＳ５）、これにより指定された領域を急傾斜地とする。
【００３４】
また、この急傾斜地に対して、危険領域抽出手段１６において斜面物性を演算することにより、危険領域を抽出することが可能であり（ステップＳ６）、これを二次元地図表示手段１２によりディスプレイに表示する（ステップＳ７）。
【００３５】
図８に急傾斜地として抽出された領域をハッチングで施して示し、急傾斜地内の危険領域を符号Ａで示す。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、自動的に、かつ、効率的に傾斜変換点を抽出することのできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】急傾斜地解析プログラムにより実現される機能ブロック図である。
【図２】急傾斜地解析プログラムのフローチャートである。
【図３】傾斜変換点抽出のフローチャートで、（ａ）は遷緩点の抽出用フローチャート、（ｂ）は遷急点抽出用フローチャートである。
【図４】二次元地図表示手段の出力を示す図で、（ａ）は未処理状態を示す図、（ｂ）は傾斜変換点を抽出した状態を示す図である。
【図５】断面表示手段の出力を示す図で、（ａ）は斜面の断面図、（ｂ）は（ａ）の５Ｂ部拡大図と対応するＤＥＭを示す説明図である。
【図６】遷緩点の抽出を示す説明図で、（ａ）は初期状態を示す図、（ｂ）は抽出状態を示す図、（ｃ）は境界の曖昧な斜面における抽出状態を示す図である。
【図７】遷急点の抽出を示す説明図で、（ａ）は抽出状態を示す図、（ｂ）は境界の曖昧な斜面における抽出状態を示す図である。
【図８】急傾斜地解析プログラムの出力を示す図である。
【符号の説明】
１ 傾斜変換点
１Ａ 遷緩点
１Ｂ 遷急点
２ 評価用直角三角形
３ 検出点
４ 三角形移動手段
５ 抽出手段
６ 二次元地図
７ 断面指定線
８ 断面取得手段
ＤＥＭ デジタル地表面標高モデル

Claims (2)

1. 所定断面形状を有する斜面の傾斜変換点を勾配と斜面高さとを条件として抽出する傾斜変換点の抽出プログラムであって、
   ディスプレイ装置に等高線が付加された二次元地図を表示し、利用者により斜面の断面指定線が指定された際に、該断面指定線に沿って対応するデジタル地表面標高モデルから斜面の断面に表れる折線状の輪郭形状を取得する断面取得手段、
   前記抽出条件に基づいて決定される直交辺の一方を水平辺とする評価用直角三角形を、斜辺が前記輪郭形状で表される斜面に沿った向きで、かつ、斜辺と水平辺との交点を検出点として前記輪郭形状線上に合わせ、下端側から上端側に折線状をなす輪郭形状に沿って折曲点位置間の間隔で順次移動させる三角形移動手段、
   移動後毎に評価用直角三角形の斜辺の断面への包含関係を演算し、前記評価用直角三角形の斜辺が全長に渡って断面内に埋没した時の検出点位置を遷緩点として抽出する抽出手段、
   としてコンピュータを機能させるための傾斜変換点の抽出プログラム。
2. 所定断面形状を有する斜面の傾斜変換点を勾配と斜面高さとを条件として抽出する傾斜変換点の抽出プログラムであって、
   ディスプレイ装置に等高線が付加された二次元地図を表示し、利用者により斜面の断面指定線が指定された際に、該断面指定線に沿って対応するデジタル地表面標高モデルから斜面の断面に表れる折線状の輪郭形状を取得する断面取得手段、
   前記抽出条件に基づいて決定される直交辺の一方を水平辺とする評価用直角三角形を、斜辺が前記輪郭形状で表される斜面に沿った向きで、かつ、斜辺と水平辺との交点を検出点として前記輪郭形状線上に合わせ、下端側から上端側に折線状をなす輪郭形状に沿って折曲点位置間の間隔で順次移動させる三角形移動手段、
   移動後毎に評価用直角三角形の斜辺の断面への包含関係を演算し、前記評価用直角三角形の斜辺が全長に渡って断面外に露出した時の検出点位置を遷急点として抽出する抽出手段、
   としてコンピュータを機能させるための傾斜変換点の抽出プログラム。

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