JP5184436B2 - 三次元道路中心線データの生成方法およびその装置 - Google Patents
三次元道路中心線データの生成方法およびその装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、コンピュータを用いて三次元都市モデルに用いる三次元道路データにおける三次元道路中心線データの作成方法及びその装置に関するものである。
三次元都市モデルは、建物や地形などを表した三次元座標値を持つポリゴン、そのポリゴンに貼り付けるテクスチャ、道路中心線や信号の制御情報など都市機能を形成する様々な情報、の３つの要素からなりたつデータを意味する。この三次元都市モデルは、仮想都市または実在都市を模擬したものであるから、ドライビングシミュレータや洪水シミュレータなどシミュレーション分野で利用するために作成される。
三次元都市モデルでは、三次元道路データを構成の一部として、これを生成する。そのため、道路中心線データを生成して、それに沿って道路を生成する。
三次元都市モデルでは、三次元道路データを構成の一部として、これを生成する。そのため、道路中心線データを生成して、それに沿って道路を生成する。
従来は、人間が道路設計図や地図などの図面をもとにして、道路中心を設定し、道路中心線の制御点を入力する必要があった。この制御点は、三次元道路中心線の基本形状を定めるものであり、その制御点位置を変えることで、三次元道路中心線がもつ諸パラメータも変化する。
従来はこの制御点及びパラメータを手作業で入力する手間がかかっていた。また、図面の間違いにより出来上がった道路中心線が実在のものと異なる可能性があった。
本発明は、三次元走行軌跡をもとに三次元道路中心線データを自動生成することを課題とする。
上記課題を解決するため請求項１に係る三次元道路中心線データの生成方法は、道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を、平面線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として平面線形用の軌跡データ生成手段により生成された平面走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出過程と、前記平面走行軌跡から前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の円弧を検出する円弧検出過程と、前記制御点検出過程で検出した制御点を順次結んだ１つの制御点を端とする２つの直線と当該制御点付近に前記円弧検出過程により検出し直線と接触していない円弧とを滑らかに繋がる緩和曲線を検出する緩和曲線検出過程と、定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点とを結ぶ直線を検出し、（ｂ）前記円弧の終点又は前記緩和曲線の終点と次方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出過程とを有することを特徴とするものである。
上記課題を解決するため請求項２に係る三次元道路中心線データの生成方法は、道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を、縦断線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として縦断線形用の軌跡データ生成手段により生成された縦断走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出過程と、前記縦断走行軌跡から前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の放物線を円弧で近似して検出する放物線検出過程と、定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点とを結ぶ直線を検出し、（ｂ）前記円弧の終点と次方向にある円弧の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出過程とを有することを特徴とするものである。
上記課題を解決するため請求項３に係る三次元道路中心線データの生成装置は、道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を平面線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として平面走行軌跡を生成する平面線形用の軌跡データ生成手段と、平面線形用の軌跡データ生成手段からの平面走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出手段と、平面線形用の軌跡データ生成手段からの平面走行軌跡から、前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の円弧を検出する円弧検出手段と、前記制御点検出手段で検出した制御点を順次結んだ１つの制御点を端とする２つの直線と当該制御点付近に前記円弧検出過程により検出し直線と接触していない円弧とを滑らかに繋がる緩和曲線を検出する緩和曲線検出手段と、定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点とを結ぶ直線を検出し、（ｂ）前記円弧の終点又は前記緩和曲線の終点と次方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出手段とを有することを特徴とするものである。
上記課題を解決するため請求項４に係る三次元道路中心線データの生成装置は、道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を縦断線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として縦断走行軌跡を生成する縦断線形用の軌跡データ生成手段と、縦断線形用の軌跡データ生成手段からの縦断走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出手段と、前記縦断走行軌跡から前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の放物線を円弧で近似して検出する放物線検出手段と、定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点とを結ぶ直線を検出し、（ｂ）前記円弧の終点と次方向にある円弧の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出手段とを有することを特徴とするものである。
請求項１の三次元道路中心線データの生成方法によると、道路走行時に取得した位置センサの走行軌跡を、平面線形として生成された平面走行軌跡から、制御点を検出し、制御点に関連して円弧を検出し、円弧につながる緩和曲線を検出し、前記検出した制御点、円弧、緩和曲線から直線を検出するから、これらの制御点、円弧、緩和曲線、直線をつないだ線を中心線として滑らかに生成することができる。
請求項２の三次元道路中心線データの生成方法によると、道路走行時に取得した位置センサの走行軌跡を、縦断線形として生成された縦断走行軌跡から、制御点を検出し、制御点に関連して円弧で近似した放物線を検出し、検出した制御点、円弧から直線を検出するから、これらの制御点、円弧、直線をつないだ線を中心線として滑らかに生成することができる。
請求項３の三次元道路中心線データの生成装置によると、平面線形用の軌跡データ生成手段が道路走行時に取得した位置センサの走行軌跡を、平面線形として平面走行軌跡を生成し、制御点検出手段が平面走行軌跡から、制御点を検出し、円弧検出手段が制御点に関連して円弧を検出し、緩和曲線検出手段が円弧につながる緩和曲線を検出し、直線検出手段が前記制御点、円弧、緩和曲線から直線を検出する。これらの制御点、円弧、緩和曲線、直線をつないだ線を中心線として滑らかに生成することができる。
請求項４の三次元道路中心線データの生成装置によると、縦断線形用の軌跡データ生成手段が道路走行時に取得した位置センサの走行軌跡を、縦断線形として縦断走行軌跡を生成し、制御点検出手段が縦断走行軌跡から、制御点を検出し、放物線検出手段が制御点に関連して円弧で近似した放物線を検出し、直線検出手段が前記制御点、円弧から直線を検出する。これらの制御点、円弧、直線をつないだ線を中心線として滑らかに生成することができる。
図１は、本発明装置の１実施例の機能ブロック図であって、１０１は三次元走行軌跡データ格納部、１０２は平面線形の生成部、１０３は平面線形用軌跡データ生成手段、１０４は制御点検出手段、１０５は円弧検出手段、１０６は緩和曲線検出手段、１０７は直線検出手段、１０８は縦断線形の生成部、１０９は縦断線形用軌跡データ生成手段、１１０は制御点検出手段、１１１は放物線検出手段、１１２は直線検出手段、１１３は三次元道路中心線データ記憶部、１１４は画像生成部、１１５はモニタである。
図２ａ、図２ｂは、本発明の方法を実施するフロー図である。
図２ａ、図２ｂは、本発明の方法を実施するフロー図である。
三次元走行軌跡データ格納部１０１には、三次元走行軌跡データが格納される。このデータは、図示しない自動車などにＧＰＳ等の三次元の位置センサを搭載し、予め実在の道路を走行させ、所定の間隔で走行軌跡をサンプリングし、その三次元の走行軌跡を取得したものであり、鉛直方向をＺ軸に設定した直交座標上を走行したものとしている。
平面線形の生成部１０２では、三次元軌跡データから平面線形のデータを生成する。縦断線形の生成部１０８では、三次元軌跡データから縦断線形のデータを生成する。
まず、操作者は三次元走行軌跡データを三次元走行軌跡データ格納部１０１から読み出し、平面線形用軌跡データ生成手段１０３と縦断線形用軌跡データ生成手段１０９に転送し、平面線形及び縦断線形用の軌跡データを生成する（図３）。この生成状況は、モニタ１１５に表示され、操作者はこの画面を見ることができる。
平面線形の生成部１０２では、三次元軌跡データから平面線形のデータを生成する。縦断線形の生成部１０８では、三次元軌跡データから縦断線形のデータを生成する。
まず、操作者は三次元走行軌跡データを三次元走行軌跡データ格納部１０１から読み出し、平面線形用軌跡データ生成手段１０３と縦断線形用軌跡データ生成手段１０９に転送し、平面線形及び縦断線形用の軌跡データを生成する（図３）。この生成状況は、モニタ１１５に表示され、操作者はこの画面を見ることができる。
＜平面線形の生成＞
平面線形の生成部１０２における平面線形の生成について説明する（図４（ａ））。
平面線形用軌跡データ生成手段１０３は三次元軌跡データからその軌跡がＸＹ平面における軌跡に変換して平面線形用軌跡データを生成する（図２ａのＰ２０１ａ）。このとき、三次元軌跡データを得る際の位置センサの走行方向を走行軌跡の定義方向としている（図４）。
制御点検出手段１０４は制御点検出過程を実行し、平面線形用軌跡データ生成手段１０３が生成した平面線形用軌跡データからその制御点を検出して、その位置を得る（図２ａのＰ２０２ａ）。
＜制御点の検出＞
この制御点検出過程Ｐ２０２ａは制御点検出手段１０４により、例えば以下のように行われる。
１．平面線形用軌跡データ中から選択した各曲線部における走行軌跡点群からランダムに選んだある２点からなる直線の式を求める。曲線部の範囲は操作者が指定する。（図５（ａ））
２．該当する曲線部の全ての点群に対して、求めた直線との最小距離を求める。（図５（ｂ））
３．求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図５（ｃ））
４．前記１〜３を適当な値Ｎ回繰り返し、nが最大値（ｎｍａｘ）となったときの直線を検出された直線とする。（図５（ｄ））
５．前記１において処理するために選択した曲線部の点群から前記４で検出した直線に含まれる点群を除いた点群を用いて、さらに１〜４を繰り返す。（図５（ｅ））
６．前記１〜５までを行うことにより、各曲線部において計２つの直線を得ることができる。そしてこの２直線が交わる点を制御点とし、各曲線部には１つの制御点が存在するものとする。なお全ての走行軌跡点群のうち両端に位置する２点は、無条件に制御点とみなす。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
制御点の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について制御点を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
平面線形用の制御点は三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
平面線形の生成部１０２における平面線形の生成について説明する（図４（ａ））。
平面線形用軌跡データ生成手段１０３は三次元軌跡データからその軌跡がＸＹ平面における軌跡に変換して平面線形用軌跡データを生成する（図２ａのＰ２０１ａ）。このとき、三次元軌跡データを得る際の位置センサの走行方向を走行軌跡の定義方向としている（図４）。
制御点検出手段１０４は制御点検出過程を実行し、平面線形用軌跡データ生成手段１０３が生成した平面線形用軌跡データからその制御点を検出して、その位置を得る（図２ａのＰ２０２ａ）。
＜制御点の検出＞
この制御点検出過程Ｐ２０２ａは制御点検出手段１０４により、例えば以下のように行われる。
１．平面線形用軌跡データ中から選択した各曲線部における走行軌跡点群からランダムに選んだある２点からなる直線の式を求める。曲線部の範囲は操作者が指定する。（図５（ａ））
２．該当する曲線部の全ての点群に対して、求めた直線との最小距離を求める。（図５（ｂ））
３．求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図５（ｃ））
４．前記１〜３を適当な値Ｎ回繰り返し、nが最大値（ｎｍａｘ）となったときの直線を検出された直線とする。（図５（ｄ））
５．前記１において処理するために選択した曲線部の点群から前記４で検出した直線に含まれる点群を除いた点群を用いて、さらに１〜４を繰り返す。（図５（ｅ））
６．前記１〜５までを行うことにより、各曲線部において計２つの直線を得ることができる。そしてこの２直線が交わる点を制御点とし、各曲線部には１つの制御点が存在するものとする。なお全ての走行軌跡点群のうち両端に位置する２点は、無条件に制御点とみなす。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
制御点の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について制御点を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
平面線形用の制御点は三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
＜円弧の検出＞
次に、円弧検出手段１０５は円弧検出過程を実行し、円弧パラメータを検出する（図２ａのＰ２０３ａ）。
この円弧検出過程Ｐ２０３ａは円弧検出手段１０５により例えば以下のように行われる。
１．操作者は平面線形用軌跡データに基づいて画像生成部１１４で生成され、モニタ１１５に表示されている画面上で、各曲線部における走行軌跡点群のうち、前記制御点検出手段１０４による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ａにおける“６”で得た２つの直線を構成する点群を除いた走行軌跡点群からランダムに３点を選ぶ。円弧検出手段１０５は円の式を求める。（図６（ａ））
この３点を選ぶことは、プログラムにより自動的に選ぶようにしてもよい。
２．円弧検出手段１０５は、全ての点群に対して、求めた円との最小距離を求める。（図６（ｂ））
３．円弧検出手段１０５は、求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図６（ｃ））
４．円弧検出手段１０５は、前記１〜３をＮ回繰り返し、ｎが最大値（ｎｍａｘ）となったときの円を求め、このときの円半径を円弧の半径Ｒ、円中心をＭとする。（図６（ｄ））
５．円弧検出手段１０５は、前記４で検出した円に使われたｎｍａｘ個の点群の最初の点を円弧の起点ＢＰとする。また、円中心と最初の点とを結んだ線と、円中心と最後の点を結んだ線がなす角度を円中心角θとする。（図６（ｄ））
６．円弧検出手段１０５は、前記１〜５において決定された、半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰによって定義される円弧を最終的に検出された円弧とし、制御点検出手段１０４による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ａにおいて検出された制御点とこの円弧が１対１の関係を持つ。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
円弧の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について円弧を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
平面線形用の半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰは、これを円弧パラメータとして、前記１対１の関係を持つ制御点に関連させて三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
次に、円弧検出手段１０５は円弧検出過程を実行し、円弧パラメータを検出する（図２ａのＰ２０３ａ）。
この円弧検出過程Ｐ２０３ａは円弧検出手段１０５により例えば以下のように行われる。
１．操作者は平面線形用軌跡データに基づいて画像生成部１１４で生成され、モニタ１１５に表示されている画面上で、各曲線部における走行軌跡点群のうち、前記制御点検出手段１０４による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ａにおける“６”で得た２つの直線を構成する点群を除いた走行軌跡点群からランダムに３点を選ぶ。円弧検出手段１０５は円の式を求める。（図６（ａ））
この３点を選ぶことは、プログラムにより自動的に選ぶようにしてもよい。
２．円弧検出手段１０５は、全ての点群に対して、求めた円との最小距離を求める。（図６（ｂ））
３．円弧検出手段１０５は、求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図６（ｃ））
４．円弧検出手段１０５は、前記１〜３をＮ回繰り返し、ｎが最大値（ｎｍａｘ）となったときの円を求め、このときの円半径を円弧の半径Ｒ、円中心をＭとする。（図６（ｄ））
５．円弧検出手段１０５は、前記４で検出した円に使われたｎｍａｘ個の点群の最初の点を円弧の起点ＢＰとする。また、円中心と最初の点とを結んだ線と、円中心と最後の点を結んだ線がなす角度を円中心角θとする。（図６（ｄ））
６．円弧検出手段１０５は、前記１〜５において決定された、半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰによって定義される円弧を最終的に検出された円弧とし、制御点検出手段１０４による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ａにおいて検出された制御点とこの円弧が１対１の関係を持つ。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
円弧の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について円弧を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
平面線形用の半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰは、これを円弧パラメータとして、前記１対１の関係を持つ制御点に関連させて三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
＜緩和曲線の検出＞
次に、緩和曲線検出手段１０６は緩和曲線検出過程を実行し、緩和曲線パラメータを検出する（図２ａのＰ２０３ａ）。
この緩和曲線検出過程Ｐ２０３ａは緩和曲線検出手段１０６により例えば以下のように行われる。
１．操作者は、モニタ１１５に表示されているＸＹ平面の全走行軌跡点群において、
前記制御点検出手段１０４による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ａで検出された各制御点を結び、直線群を作る。（図７（ａ））
この直線群を作ることは、緩和曲線検出手段１０６がプログラムにより自動的に選ぶようにしてもよい。
２．操作者又は緩和曲線検出手段１０６は、上記１における各制御点と直線群のうち、ある制御点ＩＰとその制御点を端とする２つの直線、および制御点と１対１の関係にある円弧Ｃについて選択する。なお、２つの直線は、走行軌跡点群の定義方向順にＬａ，Ｌｂとする。緩和曲線検出手段１０６により選択する場合は、例えば走行軌跡点群の定義方向順に行う。（図７（ｂ））
３．緩和曲線検出手段１０６は円弧Ｃの起点における接線とＬａの交点がなす角をτａ、円弧Ｃの終点における接線とＬｂの交点がなす角τｂを求める。（図７（ｃ））
４．τａと円弧Ｃの半径Ｒで定義される緩和曲線をＫａ、またτｂと円弧Ｃの半径Ｒで定義される緩和曲線をＫｂとし、これらを各制御点における２つの緩和曲線とする。なお、τａまたはτｂがほぼゼロとみなせる場合には、該当する緩和曲線は存在しないものとする。（図７（ｄ））。緩和曲線検出手段１０６は緩和曲線ｋａ，ＫｂがＬａ，Ｌｂに接する曲率半径を∞、円弧Ｃに繋がる曲率半径をＲとなるように、徐々に変化させる（図８）。緩和曲線の作成は、予め設定したプログラムにより実行させる。
緩和曲線の検出において、制御点毎に１〜４の処理をし、全部の制御点について緩和曲線を検出又は存在しないことを確認するまで繰り返すか、１〜４の各処理を順次全制御点について行うようにしてもよい。
平面線形用の角度τａ、τｂ、円弧Ｃの半径Ｒ、緩和曲線Ｋａ、Ｋｂは、これを緩和曲線パラメータとして、前記１対１の関係を持つ制御点に関連させて三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
次に、緩和曲線検出手段１０６は緩和曲線検出過程を実行し、緩和曲線パラメータを検出する（図２ａのＰ２０３ａ）。
この緩和曲線検出過程Ｐ２０３ａは緩和曲線検出手段１０６により例えば以下のように行われる。
１．操作者は、モニタ１１５に表示されているＸＹ平面の全走行軌跡点群において、
前記制御点検出手段１０４による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ａで検出された各制御点を結び、直線群を作る。（図７（ａ））
この直線群を作ることは、緩和曲線検出手段１０６がプログラムにより自動的に選ぶようにしてもよい。
２．操作者又は緩和曲線検出手段１０６は、上記１における各制御点と直線群のうち、ある制御点ＩＰとその制御点を端とする２つの直線、および制御点と１対１の関係にある円弧Ｃについて選択する。なお、２つの直線は、走行軌跡点群の定義方向順にＬａ，Ｌｂとする。緩和曲線検出手段１０６により選択する場合は、例えば走行軌跡点群の定義方向順に行う。（図７（ｂ））
３．緩和曲線検出手段１０６は円弧Ｃの起点における接線とＬａの交点がなす角をτａ、円弧Ｃの終点における接線とＬｂの交点がなす角τｂを求める。（図７（ｃ））
４．τａと円弧Ｃの半径Ｒで定義される緩和曲線をＫａ、またτｂと円弧Ｃの半径Ｒで定義される緩和曲線をＫｂとし、これらを各制御点における２つの緩和曲線とする。なお、τａまたはτｂがほぼゼロとみなせる場合には、該当する緩和曲線は存在しないものとする。（図７（ｄ））。緩和曲線検出手段１０６は緩和曲線ｋａ，ＫｂがＬａ，Ｌｂに接する曲率半径を∞、円弧Ｃに繋がる曲率半径をＲとなるように、徐々に変化させる（図８）。緩和曲線の作成は、予め設定したプログラムにより実行させる。
緩和曲線の検出において、制御点毎に１〜４の処理をし、全部の制御点について緩和曲線を検出又は存在しないことを確認するまで繰り返すか、１〜４の各処理を順次全制御点について行うようにしてもよい。
平面線形用の角度τａ、τｂ、円弧Ｃの半径Ｒ、緩和曲線Ｋａ、Ｋｂは、これを緩和曲線パラメータとして、前記１対１の関係を持つ制御点に関連させて三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
＜平面線形での直線の検出＞
次に、直線検出手段１０７は直線検出過程を実行し、直線パラメータを検出する（図２ａのＰ２０５ａ）。
この直線検出過程Ｐ２０５ａは直線検出手段１０７により例えば以下のように行われる。（図９ａ）
１．操作者は、前記制御点検出過程Ｐ２０２ａ、円弧検出過程Ｐ２０３ａ及び緩和曲線検出過程２０４ａにおいて、走行軌跡の点群に沿ってそれぞれ検出された制御点、円弧及び緩和曲線がパラメータに従ってモニタ１１５に表示されている走行軌跡の点群を定義方向に順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点とを結ぶ直線を検出する。
２．（ｂ）前記円弧の終点又は前記緩和曲線の終点と次方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点又は制御点を結ぶ直線を検出する。
３．（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す。
検出された平面線形用の直線は、制御点、円弧、緩和曲線に順次連続して結ばれるようにこれらのパラメータと関連づけて、三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
次に、直線検出手段１０７は直線検出過程を実行し、直線パラメータを検出する（図２ａのＰ２０５ａ）。
この直線検出過程Ｐ２０５ａは直線検出手段１０７により例えば以下のように行われる。（図９ａ）
１．操作者は、前記制御点検出過程Ｐ２０２ａ、円弧検出過程Ｐ２０３ａ及び緩和曲線検出過程２０４ａにおいて、走行軌跡の点群に沿ってそれぞれ検出された制御点、円弧及び緩和曲線がパラメータに従ってモニタ１１５に表示されている走行軌跡の点群を定義方向に順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点とを結ぶ直線を検出する。
２．（ｂ）前記円弧の終点又は前記緩和曲線の終点と次方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点又は制御点を結ぶ直線を検出する。
３．（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す。
検出された平面線形用の直線は、制御点、円弧、緩和曲線に順次連続して結ばれるようにこれらのパラメータと関連づけて、三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
＜縦断線形の生成＞
次に、縦断線形の生成部１０８における縦断線形の生成について説明する（図４（ｂ））。
縦断線形用軌跡データ生成手段１０９は三次元軌跡データからその軌跡がＺＹ平面における軌跡に変換して縦断線形用軌跡データを生成する（図２ｂのＰ２０１ｂ）。このとき、三次元軌跡データを得る際の位置センサの走行方向を走行軌跡の定義方向としている（図４）。
＜制御点の検出＞
制御点検出手段１１０は制御点検出過程を実行し、縦断線形用軌跡データ生成手段１０９が生成した縦断線形用軌跡データからその制御点を検出して、その位置を得る（図２ｂのＰ２０２ｂ）。
この制御点検出過程Ｐ２０２ｂは制御点検出手段１１０により、例えば以下のように行われる。この制御点検出過程Ｐ２０２ｂの手法は、＜平面線形の生成＞の制御点検出過程Ｐ２０２ａと同様である。
１．縦断線形用軌跡データ中から選択した各曲線部における走行軌跡点群からランダムに選んだある２点からなる直線の式を求める。曲線部の範囲は操作者が指定する。（図５（ａ））
２．該当する曲線部の全ての点群に対して、求めた直線との最小距離を求める。（図５（ｂ））
３．求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図５（ｃ））
４．前記１〜３を適当な値Ｎ回繰り返し、nが最大値（ｎｍａｘ）となったときの直線を検出された直線とする。（図５（ｄ））
５．前記１において処理するために選択した曲線部の点群から前記４で検出した直線に含まれる点群を除いた点群を用いて、さらに１〜４を繰り返す。（図５（ｅ））
６．前記１〜５までを行うことにより、各曲線部において計２つの直線を得ることができる。そしてこの２直線が交わる点を制御点とし、各曲線部には１つの制御点が存在するものとする。なお全ての走行軌跡点群のうち両端に位置する２点は、無条件に制御点とみなす。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
制御点の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について制御点を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
縦断線形用の制御点は三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
次に、縦断線形の生成部１０８における縦断線形の生成について説明する（図４（ｂ））。
縦断線形用軌跡データ生成手段１０９は三次元軌跡データからその軌跡がＺＹ平面における軌跡に変換して縦断線形用軌跡データを生成する（図２ｂのＰ２０１ｂ）。このとき、三次元軌跡データを得る際の位置センサの走行方向を走行軌跡の定義方向としている（図４）。
＜制御点の検出＞
制御点検出手段１１０は制御点検出過程を実行し、縦断線形用軌跡データ生成手段１０９が生成した縦断線形用軌跡データからその制御点を検出して、その位置を得る（図２ｂのＰ２０２ｂ）。
この制御点検出過程Ｐ２０２ｂは制御点検出手段１１０により、例えば以下のように行われる。この制御点検出過程Ｐ２０２ｂの手法は、＜平面線形の生成＞の制御点検出過程Ｐ２０２ａと同様である。
１．縦断線形用軌跡データ中から選択した各曲線部における走行軌跡点群からランダムに選んだある２点からなる直線の式を求める。曲線部の範囲は操作者が指定する。（図５（ａ））
２．該当する曲線部の全ての点群に対して、求めた直線との最小距離を求める。（図５（ｂ））
３．求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図５（ｃ））
４．前記１〜３を適当な値Ｎ回繰り返し、nが最大値（ｎｍａｘ）となったときの直線を検出された直線とする。（図５（ｄ））
５．前記１において処理するために選択した曲線部の点群から前記４で検出した直線に含まれる点群を除いた点群を用いて、さらに１〜４を繰り返す。（図５（ｅ））
６．前記１〜５までを行うことにより、各曲線部において計２つの直線を得ることができる。そしてこの２直線が交わる点を制御点とし、各曲線部には１つの制御点が存在するものとする。なお全ての走行軌跡点群のうち両端に位置する２点は、無条件に制御点とみなす。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
制御点の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について制御点を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
縦断線形用の制御点は三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
＜放物線の検出＞
次に、放物線検出手段１１１は放物線検出過程を実行するのであるが、前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の放物線を円弧で近似して、円弧パラメータを検出する（図２ｂのＰ２０４ｂ）。
縦断線形での放物線は円弧で近似できるものとするから、ＺＹ平面における各曲線部の走行軌跡点群について、平面線形における＜円弧の検出＞過程Ｐ２０３ａの１〜４を実行する。従って、検出された円弧の半径Ｒと同じ半径を持つ放物線を、各曲線部での放物線とする。（図１０）
この放物線検出過程Ｐ２０４ｂは放物線検出手段１１１により例えば以下のように行われる。
１．操作者は縦断線形用軌跡データに基づいて画像生成部１１４で生成され、モニタ１１５に表示されている画面上で、各曲線部における走行軌跡点群のうち、前記制御点検出手段１１０による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ｂにおける“６”で得た２つの直線を構成する点群を除いた走行軌跡点群からランダムに３点を選ぶ。放物線検出手段１１１は円の式を求める。（図６（ａ））
この３点を選ぶことは、プログラムにより自動的に選ぶようにしてもよい。
２．放物線検出手段１１１は、全ての点群に対して、求めた円との最小距離を求める。（図６（ｂ））
３．放物線検出手段１１１は、求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図６（ｃ））
４．放物線検出手段１１１は、前記１〜３をＮ回繰り返し、ｎが最大値（ｎｍａｘ）となったときの円を求め、このときの円半径を円弧の半径Ｒ、円中心をＭとする。（図６（ｄ））
５．放物線検出手段１１１は、前記４で検出した円に使われたｎｍａｘ個の点群の最初の点を円弧の起点ＢＰとする。また、円中心と最初の点とを結んだ線と、円中心と最後の点を結んだ線がなす角度を円中心角θとする。（図６（ｄ））
６．放物線検出手段１１１は、前記１〜５において決定された、半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰによって定義される円弧を最終的に検出された円弧とし、制御点検出手段１１０による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ｂにおいて検出された制御点とこの円弧が１対１の関係を持つ。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
円弧の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について円弧を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
縦断線形用の半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰは、これを円弧パラメータとして、前記１対１の関係を持つ制御点に関連させて三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
次に、放物線検出手段１１１は放物線検出過程を実行するのであるが、前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の放物線を円弧で近似して、円弧パラメータを検出する（図２ｂのＰ２０４ｂ）。
縦断線形での放物線は円弧で近似できるものとするから、ＺＹ平面における各曲線部の走行軌跡点群について、平面線形における＜円弧の検出＞過程Ｐ２０３ａの１〜４を実行する。従って、検出された円弧の半径Ｒと同じ半径を持つ放物線を、各曲線部での放物線とする。（図１０）
この放物線検出過程Ｐ２０４ｂは放物線検出手段１１１により例えば以下のように行われる。
１．操作者は縦断線形用軌跡データに基づいて画像生成部１１４で生成され、モニタ１１５に表示されている画面上で、各曲線部における走行軌跡点群のうち、前記制御点検出手段１１０による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ｂにおける“６”で得た２つの直線を構成する点群を除いた走行軌跡点群からランダムに３点を選ぶ。放物線検出手段１１１は円の式を求める。（図６（ａ））
この３点を選ぶことは、プログラムにより自動的に選ぶようにしてもよい。
２．放物線検出手段１１１は、全ての点群に対して、求めた円との最小距離を求める。（図６（ｂ））
３．放物線検出手段１１１は、求めた距離が、あらかじめ設定された閾値ｄ以下となった点群の個数ｎを求める。（図６（ｃ））
４．放物線検出手段１１１は、前記１〜３をＮ回繰り返し、ｎが最大値（ｎｍａｘ）となったときの円を求め、このときの円半径を円弧の半径Ｒ、円中心をＭとする。（図６（ｄ））
５．放物線検出手段１１１は、前記４で検出した円に使われたｎｍａｘ個の点群の最初の点を円弧の起点ＢＰとする。また、円中心と最初の点とを結んだ線と、円中心と最後の点を結んだ線がなす角度を円中心角θとする。（図６（ｄ））
６．放物線検出手段１１１は、前記１〜５において決定された、半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰによって定義される円弧を最終的に検出された円弧とし、制御点検出手段１１０による＜制御点の検出＞過程Ｐ２０２ｂにおいて検出された制御点とこの円弧が１対１の関係を持つ。
なお、ｄとＮは操作者が、処理時間と検出精度から判断して決定・調整する。
円弧の検出において、曲線部毎に１〜６の処理をし、全部の曲線部について円弧を検出するまで繰り返すか、１〜６の各処理を順次全曲線部について行うようにしてもよい。
縦断線形用の半径Ｒ、円中心Ｍ、円中心角θ、起点ＢＰは、これを円弧パラメータとして、前記１対１の関係を持つ制御点に関連させて三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
＜縦断線形での直線の検出＞
次に、直線検出手段１１２は直線検出過程を実行し、直線パラメータを検出する（図２ｂのＰ２０５ｂ）。
この直線検出過程Ｐ２０５ｂは直線検出手段１１２により例えば以下のように行われる。（図９ｂ）
１．操作者は、前記制御点検出過程Ｐ２０２ｂ及び放物線検出過程Ｐ２０４ｂにおいて、走行軌跡の点群に沿ってそれぞれ検出された制御点及び円弧がパラメータに従ってモニタ１１５に表示されている走行軌跡の点群を定義方向に順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点とを結ぶ直線を検出する。
２．（ｂ）前記円弧の終点と次方向にある円弧の起点又は制御点を結ぶ直線を検出する。
３．（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す。
検出された縦断線形用の直線は、制御点、円弧に順次連続して結ばれるようにこれらのパラメータと関連づけて、三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
次に、直線検出手段１１２は直線検出過程を実行し、直線パラメータを検出する（図２ｂのＰ２０５ｂ）。
この直線検出過程Ｐ２０５ｂは直線検出手段１１２により例えば以下のように行われる。（図９ｂ）
１．操作者は、前記制御点検出過程Ｐ２０２ｂ及び放物線検出過程Ｐ２０４ｂにおいて、走行軌跡の点群に沿ってそれぞれ検出された制御点及び円弧がパラメータに従ってモニタ１１５に表示されている走行軌跡の点群を定義方向に順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点とを結ぶ直線を検出する。
２．（ｂ）前記円弧の終点と次方向にある円弧の起点又は制御点を結ぶ直線を検出する。
３．（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す。
検出された縦断線形用の直線は、制御点、円弧に順次連続して結ばれるようにこれらのパラメータと関連づけて、三次元道路中心線データ記録部１１３に記録される。
１０１…三次元走行軌跡データ格納部、
１０２…平面線形の生成部、
１０３…平面線形用軌跡データ生成手段、
１０７…直線検出手段、
１０４…制御点検出手段、
１０５…円弧検出手段、
１０６…緩和曲線検出手段、
１０８…縦断線形の生成部、
１０９…縦断線形用軌跡データ生成手段、
１１２…直線検出手段、
１１０…制御点検出手段、
１１１…放物線検出手段、
１１３…三次元道路中心線データ記憶部、
１１４…画像生成部、
１１５…モニタ。
１０２…平面線形の生成部、
１０３…平面線形用軌跡データ生成手段、
１０７…直線検出手段、
１０４…制御点検出手段、
１０５…円弧検出手段、
１０６…緩和曲線検出手段、
１０８…縦断線形の生成部、
１０９…縦断線形用軌跡データ生成手段、
１１２…直線検出手段、
１１０…制御点検出手段、
１１１…放物線検出手段、
１１３…三次元道路中心線データ記憶部、
１１４…画像生成部、
１１５…モニタ。
Claims (4)
- 道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を、平面線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として平面線形用の軌跡データ生成手段により生成された平面走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出過程と、
前記平面走行軌跡から前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の円弧を検出する円弧検出過程と、
前記制御点検出過程で検出した制御点を順次結んだ１つの制御点を端とする２つの直線と当該制御点付近に前記円弧検出過程により検出し直線と接触していない円弧とを滑らかに繋がる緩和曲線を検出する緩和曲線検出過程と、
定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点とを結ぶ直線を検出し、
（ｂ）前記円弧の終点又は前記緩和曲線の終点と次方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、
（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出過程と
を有することを特徴とする三次元道路中心線データの生成方法。 - 道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を、縦断線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として縦断線形用の軌跡データ生成手段により生成された縦断走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出過程と、
前記縦断走行軌跡から前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の放物線を円弧で近似して検出する放物線検出過程と、
定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点とを結ぶ直線を検出し、
（ｂ）前記円弧の終点と次方向にある円弧の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、
（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出過程と
を有することを特徴とする三次元道路中心線データの生成方法。 - 道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を平面線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として平面走行軌跡を生成する平面線形用の軌跡データ生成手段と、
平面線形用の軌跡データ生成手段からの平面走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出手段と、
平面線形用の軌跡データ生成手段からの平面走行軌跡から、前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の円弧を検出する円弧検出手段と、
前記制御点検出手段で検出した制御点を順次結んだ１つの制御点を端とする２つの直線と当該制御点付近に前記円弧検出過程により検出し直線と接触していない円弧とを滑らかに繋がる緩和曲線を検出する緩和曲線検出手段と、
定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点とを結ぶ直線を検出し、
（ｂ）前記円弧の終点又は前記緩和曲線の終点と次方向にある円弧の起点又は緩和曲線の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、
（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出手段と
を有することを特徴とする三次元道路中心線データの生成装置。 - 道路上を移動した位置センサで取得した三次元軌跡データが表す走行軌跡の点群を縦断線形とし走行方向を走行軌跡の定義方向として縦断走行軌跡を生成する縦断線形用の軌跡データ生成手段と、
縦断線形用の軌跡データ生成手段からの縦断走行軌跡から、曲線部分を中間に位置する２つの直線部分が交わる点を制御点として検出する制御点検出手段と、
前記縦断走行軌跡から前記制御点として検出された付近が形成する曲線部分の放物線を円弧で近似して検出する放物線検出手段と、
定義方向に走行軌跡の点群を順次調べて、
（ａ）走行軌跡の始端にある制御点とそれから定義方向にある円弧の起点とを結ぶ直線を検出し、
（ｂ）前記円弧の終点と次方向にある円弧の起点又は制御点を結ぶ直線を検出し、
（ｃ）前記検出した直線が制御点に結ばない場合は制御点に結ぶまで、前記（ａ）から（ｂ）を繰り返す直線検出手段と
を有することを特徴とする三次元道路中心線データの生成装置。
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