JP4914266B2 - 人口推定装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、衛星や航空機によって撮影された空中写真画像を用いて人口を推定する技術に関する。

近年、空中写真画像を提供するウェブサイトが登場し、ユーザは自分の端末上で所望の地域の空中写真画像を簡単に閲覧することが可能になっている。このようなウェブサイトではデジタル化されシームレスに接続された空中写真画像が提供されており、ユーザはマウス等を用いて自在に空中写真画像の範囲を移動させることができる。このような空中写真画像を利用する技術として、例えば特許文献１では、空中写真画像と地図とを照合して地上構造物の変化を検出する地図更新システムが開示されている。
特開２００４−１９８５３０号公報

ところで、マーケティングや営業においては対象地域内に居住する人口を知ることが重要である。一例として、鉄道沿線の居住人口の調査に基づいて、沿線への新規出店やマンション建築の判断がなされる。国勢調査の結果を利用したり、または自ら現地調査をするなどして居住人口を把握することも可能であるが、上述の空中写真画像を用いてこのような調査ができると、調査に要するコストが大幅に軽減される。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、空中写真画像上でユーザによって指定された範囲内の人口を推定する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、人口推定装置である。この装置は、ユーザによって指定された範囲の空中写真画像を選択する画像取得部と、選択された空中写真画像を画像処理して地上の建物を抽出する抽出部と、抽出された建物の平面形状に基づいて指定範囲内の居住人口を算出する居住人数算出部と、を備える。

この態様によると、空中写真画像上でユーザが自由に指定した範囲内に住む居住人口を推定することができる。したがって、調査に要するコストが大幅に軽減される。また、空中写真画像上で範囲指定すればよいので、人口調査の範囲を前もって定めておく必要がない。

指定された範囲の空中写真画像を同範囲の用途地域図画像と比較し、特定の用途地域にある建物を非住宅と判定する照合部と、をさらに備えてもよい。用途地域によっては住宅の建築が制限されているため、空中写真画像と用途地域図画像とを照合することで、指定範囲内の建物のうち住宅でないものを人口推定の対象から除外することができる。

建物の平面形状に基づいて建物を住宅と非住宅とに分類する判定部をさらに備えてもよい。判定部は、画像処理によって建物の輪郭線を抽出し、輪郭線の内側に所定の大きさの平面図形を内包できるか否かを判定し、該平面図形を内包できる建物を非住宅と判定してもよい。これによると、建物の平面形状の特徴に基づいて、指定範囲内の建物のうち住宅でないと考えられる建物を人口推定の対象から除外することができる。

画像処理によって建物の輪郭線を抽出し、輪郭線で囲まれた面積と外周長とを算出し、面積と外周長との関係に応じて建物が住宅である確率を算出する住宅確率算出部をさらに備えてもよい。これによると、指定範囲内において住宅と非住宅とが混在しているような場合でも、住宅確率を各建物の居住人数に乗じることによって、非住宅分についてカウントされる人数を減じることができる。したがって、指定範囲内の居住人口を高精度で推定することができる。

居住人数算出部は、住宅の位置する用途地域の種類に応じて、住宅の単位容積当たりの平均居住人数を表わす用途係数を求め、住宅の容積を推定し、該容積に用途係数と住宅確率とを乗じることで各住宅における居住人数を算出し、指定範囲内の全ての住宅についての居住人数を合計してもよい。用途係数を用いることで、用途地域に応じて異なると考えられる単位面積当たりの居住人数を考慮した指定範囲内の居住人口を算出することができる。なお、用途係数は、国勢調査の結果に基づいて算出された地域人口から逆算するようにしてもよい。

本発明の別の態様は、人口推定プログラムである。このプログラムは、市街地の空中写真画像が記憶されている画像記憶部からユーザによって指定された範囲の空中写真画像を選択する機能と、選択された空中写真画像を画像処理して地上の建物を抽出する機能と、抽出された建物の平面形状に基づいて指定範囲内の居住人数を算出する機能と、をコンピュータに発揮させる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムにより表現したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、空中写真画像上でユーザによって指定された範囲内の人口を推定することができる。

本発明の一実施形態は、ユーザ端末に表示される空中写真画像上で、ユーザがマウス等を用いて範囲を指定すると、その範囲内の居住人口を推定してユーザに提示する人口推定装置である。

図１は、本実施形態に係る人口推定装置の動作を説明する図である。人口推定装置とユーザ端末とは、インターネット等のネットワークを介して接続されている。ユーザ端末の画面６０に、人口推定装置によって空中写真画像６２が表示される。ユーザは、画面に表示される空中写真画像の範囲を自由に移動させることができる。このようなインターネットを介した空中写真画像の提供は周知であるので、これ以上の説明は省略する。

ユーザは、空中写真画像上でマウス等を用いて人口推定したい範囲を指定する。指定する範囲は、円形６４でも矩形６５でもよい。すると、人口推定装置によって指定範囲の面積と居住人口とが計算され、それらの数値を含むポップアップ表示６６がユーザ端末の画面上に出現する。

図２は、本実施形態に係る人口推定装置１０の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。また、図２には、人口推定装置１０が必要な画像を参照、取得するための空中写真画像記憶部５０と用途地域図記憶部５２も示されている。

範囲指定受付部１２は、ユーザによって指定された居住人数を推定する範囲をユーザ端末から受け付ける。範囲の指定は、上述したようにユーザ端末の画面上でドラッグアンドドロップによってなされてもよい。または、ユーザ端末の空中写真画像上に重畳表示される格子を指定するようにしてもよい。矩形範囲の頂点を示す緯度および経度を入力するようにしてもよい。あるいは、人口推定したい地域の住所を指定するようにしてもよい。
または、ある地点を中心にした円を画面上でドラッグし、円内の人口が特定の人口に到達するまで円の半径を広げていき、到達したときの半径を求めるというような使い方をしてもよい。

空中写真画像記憶部５０には、広範囲にわたる市街地の空中写真画像が記憶されている。ここで、「空中写真」には航空写真と衛星写真が含まれる。空中写真画像はデジタル化され、写真撮影の大まかな場所、写真撮影の日時、撮影高度、焦点距離等のメタデータとともに記憶される。本実施形態では、空中写真画像は正射投影になるように補正されているものとする。画像取得部１４は、ユーザによって指定された範囲の空中写真画像を空中写真画像記憶部５０から切り出して取得する。

用途地域図記憶部５２には、都市計画法に基づく用途地域図画像が記憶されている。ここで、用途地域とは都市計画法で定められた地域であり、住居、商業、工業など市街地の大枠としての土地利用を定めるものである。用途地域には、第一種低層住居専用地域、第一種中高層住宅専用地域などの住宅地域、商業地域、工業地域などの１２種類が定められている。用途地域図取得部１８は、画像取得部１４によって切り出された空中写真画像と同範囲の用途地域図を用途地域図記憶部５２から取得する。

なお、空中写真画像記憶部５０と用途地域図記憶部５２は、人口推定装置１０の外部にあり事業者または官公庁等で運営されるデータベースサーバであることが好ましい。人口推定装置１０と、空中写真画像記憶部５０および用途地域図記憶部５２とは、インターネットまたはＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して接続されることが好ましい。しかし、空中写真画像記憶部５０と用途地域図記憶部５２が人口推定装置１０内部に含まれていてもよい。

建物抽出部１６は、画像取得部１４で取得された空中写真画像を画像処理して地上の建物のみを抽出する。この画像処理は、任意の既知の手法を使用することができる。

分類部１９は、空中写真画像内で抽出された建物を、主として建物の平面形状に基づいて住宅と非住宅とに分類する。ここで、「住宅」とは、一戸建てや集合住宅など、主として人が居住する目的に使用されている建物のことをいう。「非住宅」とは、住宅以外の全ての建物をいう。分類部１９は、照合部２０、内包判定部２２、住宅確率算出部２４を含む。

照合部２０は、画像取得部１４によって切り出された空中写真画像を同範囲の用途地域図画像と比較する。そして、特定の用途地域内に存在する建物を非住宅と判定して居住人口推定の対象から除外する。一例として、準工業地域、工業地域、工業専用地域内の建物を非住宅と判定する。別の例としては、上記地域に加え、近隣商業地域および商業地域内の建物を非住宅と判定する。この区別は、後述する用途係数と合わせて、適切な居住人口の推定結果が得られるように予め調節しておく。

内包判定部２２は、照合部２０によって除外されなかった建物の平面形状に基づいて、建物を住宅と非住宅とに分類する。具体的には、内包判定部２２は、画像処理によって建物の輪郭線を抽出し、輪郭線の内側に所定の大きさの正方形を内包できるか否かを判定する。正方形を内包できる建物を非住宅と判定し、これらを居住人口推定の対象から除外する。この処理については図５を参照して後述する。以下、照合部２０および内包判定部２２によって居住人口推定の対象から除外されなかった建物を、「推定対象建物」と呼ぶ。

住宅確率算出部２４は、各推定対象建物について、建物の輪郭線で囲まれた部分の面積と外周長とを算出する。そして、面積と外周長との関係を表わす整形度を算出する。住宅確率記憶部５４には、様々な外形を有する住宅および非住宅について、それぞれ整形度を算出した結果が予め記憶されている。つまり、ある整形度について、その整形度を有する住宅と、その整形度を有する非住宅との割合を求めることができるようになっている。ある整形度を有する建物が住宅である確率を、「住宅確率」と呼ぶことにする。住宅確率算出部２４は、住宅確率記憶部５４を参照して、各推定対象建物について住宅確率を決定する。

この住宅確率は、居住人数を調整するためのものである。例えば住宅確率が０．５である建物について、後述するように居住人数算出部３０によって居住人数が４人と算出されたとすると、この建物の居住人数は、４×０．５＝２人と推定される。こうすることによって、推定対象建物に住宅と非住宅とが混在して含まれており、それらを厳密に区別できない場合でも、指定された範囲全体での居住人口を高精度で推定することが可能になる。

高さ算出部２６は、指定された範囲の空中写真画像のメタデータを参照して、その空中写真画像が撮影された時刻と、空中写真画像を撮影した飛行機または衛星の高度とを取得する。そして、空中写真画像内の建物の影の長さに基づいて、各推定対象建物の高さを計算する。影の長さから建物の高さを求める方法は周知であるので、説明を省略する。

容積算出部２８は、住宅確率算出部２４で計算した面積と、高さ算出部２６で求めた高さとを乗じて、各推定対象建物の容積を算出する。但し、建物は全て直方体形状であるとして容積を算出する。

居住人数算出部３０は、各推定対象建物の位置する用途地域の種類に応じて、住宅の単位容積当たりの平均居住人数を表わす用途係数を求める。この用途係数は、それぞれの用途地域に存在する住宅に、単位面積当たり平均してどれだけの人数が居住しているかを表わす係数である。例えば、第一種低層住宅専用地域にある住宅は、一戸建て住宅であり家族で居住する場合が多いため、用途係数は大きくなる。集合住宅の場合も、建物の容積に用途係数を乗じることで、集合住宅全体の居住人数を算出する。用途係数記憶部５６には、多数の地域について人口調査した結果に基づいて設定された用途係数が、用途地域毎に記憶されている。

居住人数算出部３０は、容積算出部２８から各推定対象建物の容積を受け取り、この容積に住宅確率と用途係数とを乗じることで、各推定対象建物における居住人数を算出する。そして、指定範囲内の全ての推定対象建物についての居住人数を合計することで、指定された範囲内の人口を算出する。

図３は、本実施形態に係る人口推定プロセスを説明するフローチャートである。画像取得部１４は、範囲指定受付部１２によって指定された範囲の空中写真画像を空中写真画像記憶部５０から取得する（Ｓ１０）。空中写真画像の例を、図４に画像７０で示す。画像７０には、大小様々な建物と道路が表示されている。建物抽出部１６は、空中写真画像から建物を抽出する（Ｓ１２）。用途地域図取得部１８は、指定された範囲に対応する用途地域図画像を用途地域図記憶部５２から取得する。用途地域図画像の例を、図４に画像８０で示す。この例では、指定範囲内に工業専用地域８２と第一種住居地域８４と第二種低層住宅専用地域８６とが含まれている。

照合部２０は、空中写真画像７０と用途地域図画像８０とを照合し、特定地域内に存在する建物を非住宅として除外する（Ｓ１４）。図４の例では、工業専用地域８２に存在する建物を非住宅として除外している。その結果、指定範囲内には画像９０で示すような建物が残ることになる。

続いて、内包判定部２２は、照合部２０によって除外されなかった建物の輪郭線を抽出する。そして、輪郭線の内部に所定の大きさ、例えば１２ｍ四方の正方形を内包可能か否かを判定し、内包可能な建物を除外する（Ｓ１６）。図５（ａ）、（ｂ）は、内包判定部２２による判定の一例を示す。建物の輪郭線として、図形９６と図形９８とが得られたものとする。図中の正方形１００は、１２ｍ四方の正方形である。図５（ａ）に示すように、図形９６は正方形１００を内包することができないのに対し、図５（ｂ）に示すように、図形９８は正方形１００を内包することができる。この場合、図形９６に対応する建物は住宅と判定し、図形９８に対応する建物は非住宅と判定する。

内包判定部２２によるこの判定は、住宅であれば、一定の面積毎に外気に面する窓を設ける必要があるという前提に基づいている。言い換えると、住宅であるかぎり、ある程度細長い形状にならざるを得ないことを利用したものである。上述では正方形の一辺の長さを１２ｍとしたが、この長さは多数の事前調査結果に基づいて設定すべき値であり、１２ｍに限定する趣旨ではない。また、正方形以外の平面図形を用いて内包の判定をしてもよい。

続いて、住宅確率算出部２４が、内包判定部２２によって除外されなかった建物（推定対象建物）について、上述の整形度を算出する（Ｓ１８）。整形度は、次式で算出される。
（整形度）＝（面積）／（外周長／４）^２ （１）
式（１）によると、整形度は正方形で１となり、形状が正方形から離れるほど小さな値になる。

図６は、整形度の算出の一例を示す。Ｌ字形の建物１０２が図中に示すような寸法を有しているとする。建物１０２の面積は６５０ｍ^２である。また、外周長は１５０ｍである。したがって、建物１０２の整形度は次式のようになる。
（整形度）＝６５０／（１５０／４）^２＝０．４６

住宅確率算出部２４は、算出した整形度に対応する住宅確率を求める（Ｓ２０）。図７は、その様子を示す。住宅確率記憶部５４は、予め多数の建物形状データ１１０を有している。この建物形状データ１１０に基づいて、様々な形状の住宅と非住宅双方の建物についてそれぞれ整形度が算出されている。したがって、ある同一の整形度を有する住宅の数と非住宅の数を求めることができる。住宅確率は、（住宅の数）／（住宅＋非住宅の数）で表わされる。整形度について住宅確率を求めてそれらを曲線近似することで、図７に示すようなグラフ１１４を描くことができる。住宅確率算出部２４は、各推定対象建物について、グラフ１１４かまたは整形度のテーブルを参照してそれぞれ住宅確率を求める。

高さ算出部２６は、空中写真の日時情報等を参照し、各推定対象建物について、影の長さから高さを算出する（Ｓ２２）。容積算出部２８は、各推定対象建物の高さと面積とを乗じて容積を算出する（Ｓ２４）。さらに、容積算出部２８は、算出された容積が用途地域毎に定められている法定容積率を超えていないかをチェックするようにしてもよい（Ｓ２６）。

居住人数算出部３０は、各推定対象建物の容積に用途係数と住宅確率とを乗じて、建物毎に居住人数を算出する（Ｓ２８）。図８は、用途地域毎に設定される用途係数の一例を示すテーブル１２０である。用途地域１２２は、都市計画法に基づく１２の用途地域を表わし、用途係数１２４は、容積１００ｍ^２当たりの平均居住人数を表わす。図示するように、第一種低層住宅専用地域のように、良質の住宅が多く家族住まいが多いと考えられる地域では、用途係数が大きく設定されており、一世帯当たりの居住人数が少ないと考えられる他の用途地域では、用途係数が小さく設定されている。

最後に、居住人数算出部３０は、指定範囲内の各推定対象建物について算出された居住人数を合計して、推定人口を求める（Ｓ３０）。推定人口は、図示しない表示制御部によってユーザ端末上に表示される。

以上説明したように、本実施形態によれば、ユーザ端末に表示される空中写真画像上でユーザが指定した範囲内の居住人口を求めることができる。人口統計を使用するような場合と比べて、範囲指定の自由度が非常に高い。また、特別な操作も数値入力も不要なので、人口推計を手軽に利用することができる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、本実施例において示された各機能ブロックの単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。

実施の形態では、全ての住宅について合算して居住人口を推定したが、建物の平面形状や整形度に基づき戸建て住宅と集合住宅とを識別して、戸建て住宅の居住人口と集合住宅の居住人口とを分けて推定してもよい。

実施の形態では、住宅を識別して居住人数を求めたが、建物の平面形状や整形度に基づいて他の所定の目的の建物、例えば工場、娯楽施設、病院、学校などを識別するようにしてもよい。そして、それら建物の容積から、従業員数、顧客数、患者数、生徒数などを推定するようにしてもよい。

本実施形態に係る人口推定装置の動作を説明する模式図である。 本実施形態に係る人口推定装置の構成を示す機能ブロック図である。 本実施形態に係る人口推定プロセスを説明するフローチャートである。 空中写真画像と用途地域図画像から非住宅の建物を除外する様子を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）は、内包判定部２２による非住宅判定の一例を示す図である。 整形度の算出の一例を示す図である。 整形度に対応する住宅確率を求める様子を説明する図である。 用途地域毎に設定される用途係数の一例を示すテーブルである。

符号の説明

１０ 人口推定装置、 １２ 範囲指定受付部、 １４ 画像取得部、 １６ 建物抽出部、 １８ 用途地域図取得部、 ２０ 照合部、 ２２ 内包判定部、 ２４ 住宅確率算出部、 ２６ 高さ算出部、 ２８ 容積算出部、 ３０ 居住人数算出部、 ５０ 空中写真画像記憶部、 ５２ 用途地域図記憶部、 ５４ 住宅確率記憶部、 ５６ 用途係数記憶部。

Claims (4)

1. ユーザによって指定された範囲の空中写真画像を選択する画像取得部と、
   選択された空中写真画像内の建物の輪郭線を抽出する抽出部と、
   前記抽出部により抽出された建物の輪郭線で囲まれた面積と外周長とを算出し、面積と外周長との関係に応じてその建物が住宅である確率を算出する住宅確率算出部と、
   住宅の位置する用途地域の種類に応じて住宅の単位容積当たりの平均居住人数を表わす用途係数を求め、住宅の容積を推定し、該容積に前記用途係数と前記住宅である確率とを乗じることで各住宅における居住人数を算出し、前記指定された範囲内の全ての住宅についての居住人数を合計して、居住人口を算出する居住人数算出部と、
   を備えることを特徴とする人口推定装置。
2. 前記指定された範囲の空中写真画像を同範囲の用途地域図画像と比較し、特定の用途地域にある建物を非住宅と判定する照合部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の人口推定装置。
3. 前記抽出部により抽出された建物の輪郭線の内側に所定の大きさの平面図形を内包できるか否かを判定し、該平面図形を内包できる建物を非住宅と判定する判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の人口推定装置。
4. 市街地の空中写真画像が記憶されている画像記憶部からユーザによって指定された範囲の空中写真画像を選択する機能と、
   選択された空中写真画像内の建物の輪郭線を抽出する機能と、
   抽出された建物の輪郭線で囲まれた面積と外周長とを算出し、面積と外周長との関係に応じて建物が住宅である確率を算出する機能と、
   住宅の位置する用途地域の種類に応じて住宅の単位容積当たりの平均居住人数を表わす用途係数を求め、住宅の容積を推定し、該容積に前記用途係数と前記住宅である確率とを乗じることで各住宅における居住人数を算出し、前記指定された範囲内の全ての住宅についての居住人数を合計して、居住人口を算出する機能と、
   をコンピュータに発揮させることを特徴とする人口推定プログラム。

Images