JP5987541B2

JP5987541B2 - 部材設置判定システム

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Publication number: JP5987541B2
Application number: JP2012175237A
Authority: JP
Inventors: 池田　雄一; 雄一池田; 肇坂上
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: JP2014035213A

Description

本発明は、カメラ等の観測手段を用いて、施工現場における建築部材の建方が完了しているか否かを判定するシステムに関する。

施工現場における工事の進捗状況を簡単に管理することを目的として、計測用ステレオカメラ等の、立体画像が撮影可能な観測装置を用いた施工管理システムが開示されている（特許文献１参照）。このシステムでは、３次元の座標系を用いて、観測装置の位置から、施工現場を撮影した画像のうち、部材に対応する各画素の位置までの距離情報を取得し、その距離情報の個数（部材の画像に含まれる画素数に相当）が閾値より大きい場合に、部材が設置されていると判定し、その距離情報の個数が閾値以下の場合に、部材が設置されていないと判定する。なお、観測装置の位置は、外部から測量機器により計測し、取得する。

特開２０１１−１８６５５１号公報

しかしながら、上記の施工管理システムにより部材が設置されているか否かを判定する際には、観測装置を用いて取得した距離情報の個数が、観測装置と、対象部材との間の距離に応じて変化する（すなわち、対象部材が同じであっても、当該距離が短ければ距離情報の個数は多くなり、当該距離が長ければ距離情報の個数は少なくなる）ので、単純な閾値を用いても、精確に判定できない。

また、対象部材と、観測装置との間に仮設された他部材があると、その分だけ対象部材に対応する距離情報の個数が少なくなるので、単純な閾値では精確に判定できない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、施工現場における部材の設置、未設を精度よく判定することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、施工現場に部材が設置されているか否かを判定する部材設置判定システムであって、前記施工現場に設置された各部材の各面の、所定の３次元座標系における座標値の範囲を示す設計データである部材面データを記憶する手段と、所定の位置に設置され、前記施工現場を観測し、現場点群データを取得する観測手段と、前記取得した現場点群データから、前記記憶した各部材の各面の部材面データのうち、所定の部材の所定の面の部材面データが示す前記範囲に座標値が含まれる点群を抽出する手段と、前記抽出した点群の個数をカウントする手段と、前記抽出した点群が前記３次元座標系において占める面積を計算する手段と、前記カウントした点群の個数を、前記計算した面積で除算して、前記所定の面における点群密度を算出する手段と、前記観測手段の設置位置の座標値及び前記抽出した点群の座標値に基づいて、前記観測手段と、前記所定の面との間の距離を計算する手段と、前記算出した点群密度と、前記計算した距離とに基づいて、前記所定の部材が設置されているか否かを判定する手段と、を備えることを特徴とする。

カメラ等の観測手段で取得した部材の点群数は、観測手段と、部材との間に障害物があれば、その障害物によって部材の一部が遮られるので、その分減少する。また、上記部材の点群数は、観測手段と、部材との間の距離に応じて変化する。すなわち、対象となる部材が同じであっても、観測手段との間の距離が短ければ、点群が密になって点群数は多くなり、その距離が長ければ、点群が疎になって点群数は少なくなる。

上記の構成によれば、部材の点群が占める面積ではなく、点群数を面積で除算した点群密度を考慮することにより、対象となる部材の手前に仮設部材等の障害物があるために、部材全体が観測されなくても、その一部が観測されていれば、部材の設置を把握することができる。そして、観測手段と、部材との間の距離を考慮することにより、その距離の長短にかかわらず、部材設置の判定を精度よく行うことができる。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記座標値の範囲には、前記部材の施工誤差が含まれることとしてもよい。

この構成によれば、部材の大きさや設置位置に施工誤差を加味する、すなわち、設計データから得られる部材各面の座標値±施工誤差の範囲を用いて、現場点群データから該当する点群を抽出することにより、多少の施工誤差があったとしても、部材の設置、未設を適切に判定することができる。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記観測手段は、複数の時点で前記現場点群データを取得するとともに、前記取得した現場点群データごとに、各点群及び前記観測手段の間の距離と、当該距離にある点群の個数との関係を示す点群分布データを作成する手段と、前記現場点群データごとに作成した複数の点群分布データのうち、共通でない部分を移動体として特定し、共通である部分を静止体として特定する手段と、をさらに備え、前記点群を抽出する手段は、前記現場点群データのうち、前記特定した移動体に対応する点群を、抽出する点群から除外することとしてもよい。

この構成によれば、施工現場を所定の時間間隔で複数回観測し、取得した、複数個の現場点群データにおける点群数の距離分布を照合し、共通しない部分を移動体（例えば、作業員等）とみなして除外する。一方、共通する部分は、静止体、すなわち、設置判定の対象である部材とする。従って、部材と、観測手段との間を通過する移動体の画像を対象から排除することができる。これによれば、大量の現場点群データから移動体の点群を除くことにより、その分だけコンピュータの計算量を抑え、処理時間を短くすることができる。

また、本発明の上記部材設置判定システムにおいて、前記観測手段の設置位置の座標値は、座標値が既知である基準点を撮影し、その基準点を撮影した画像に基づいて特定されることとしてもよい。

この構成によれば、カメラ等の観測手段の位置を取得する際に、視通の利く必要がある自動追尾式測量器や、上空が開けていることが必要なＧＰＳ（Global Positioning System）を用いることなく、３次元座標系の位置が予め確定している基準点を用いることにより、観測手段の位置を取得する。これによれば、自動追尾式測量器やＧＰＳ等の問題点を解消し、施工現場の環境に影響されることなく、観測手段の位置を精度よく測定することができる。

その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、施工現場における部材の設置、未設を精度よく判定することができる。

部材設置判定システム１の構成を示す図である。観測装置座標系を示す図である。サーバ３のハードウェア構成を示す図である。サーバ３の記憶部３５に記憶されるデータの構成を示す図である。部材設置判定システム１の処理を示すフローチャートである。４本の柱及び４本の大梁が設置された状態を示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面図を示す。面モデルリストデータ３５２のデータ例を示す図である。Ｚ値ヒストグラムデータ３５５の例を示す図であり、（ａ）はクラスを説明するための図を示し、（ｂ）は１画像目のヒストグラムを示し、図８（ｃ）はそのΔｔ秒後に撮影された２画像目のヒストグラムを示す。部材の建方が完了しているか否かの判定の実施例を示す図であり、（ａ）は手前に障害物がないクラス１を示し、（ｂ）は手前にクラス０が存在するクラス１を示し、（ｃ）及び（ｄ）は手前にクラス１が存在するクラス２を示す。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。本発明の実施の形態に係る部材設置判定システムは、施工現場において、事前に、部材を撮影するための観測装置を設置し、その観測範囲内に基準点を設け、その基準点の撮影結果及び座標位置から観測装置の設置位置を特定するとともに、３次元ＣＡＤ上における部材の設計データを面の集合データ（部材面データ）として作成する。次に、観測装置を用いて、施工現場の３次元点群データ（現場点群データ）を取得し、部材面データ及び施工誤差を用いて絞り込み、部材ごとに分類する。そして、部材ごとに絞り込んだ３次元点群データの点群密度及び観測装置からの距離に基づいて、建方の完了、未了（すなわち、部材の設置、未設）を判定するものである。

なお、部材設置判定システムは、複数の平面からなる（例えば、直方体形状の）部材を設置判定の対象とし、観測装置の設置位置及び設計データ上の部材の位置（観測装置に対する部材の相対位置）が予め把握されていることを前提とする。

これによれば、施工現場において、設計データ上の部材が設置されているか否かを精度よく判定することができる
≪システムの構成と概要≫
図１は、部材設置判定システム１の構成を示す図である。部材設置判定システム１は、観測装置２及びサーバ３を備える。観測装置２は、対象部材４を含む施工現場を撮影し、その撮影した画像から３次元点群データを取得し、サーバ３に送信する装置であり、各部材を撮影するために、複数台のレーザースキャナーやステレオカメラ等が観測装置２として施工現場に設置される。サーバ３は、観測装置２から対象部材４の３次元点群データを受信し、そのデータの処理を行うことにより、対象部材４の設置、未設を判定する。

図１に示すように、対象部材４の位置を特定する座標系として、各観測装置２に固有の観測装置座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、施工現場に固有の現場ローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）とが設定される。次に、２つの基準点ＭＫ１及びＭＫ２が設置され、それぞれの現場ローカル座標位置を（ｘ_ｍ１、ｙ_ｍ１、ｚ_ｍ１）及び（ｘ_ｍ２、ｙ_ｍ２、ｚ_ｍ２）とする。そして、観測装置２から基準点ＭＫ１及びＭＫ２を撮影することにより、観測装置２と、２つの基準点との間の距離が測定される。その測定原理の詳細は、特開２０１２−６７４６２号公報の段落００４０〜００４３、図１３等を参照のこと。さらに、観測装置２と、２つの基準点との間の距離に基づいて、観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）が計算される。なお、基準点ＭＫ１及びＭＫ２、観測装置２は同じ高さに位置しており、ｚ_ｍ１＝ｚ_ｍ２＝ｚ_ｃを前提とする。

観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）を用いることにより、図１に示す観測装置座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から現場ローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）への変換が可能になる。その変換は、次の式１で行われる。

ｘ＝ｘ_ｃ−Ｚ
ｙ＝ｙ_ｃ＋Ｘ
ｚ＝ｚ_ｃ＋Ｙ・・・式１

図２は、観測装置座標系を示す図である。観測装置２は、右レンズＬｒ及び左レンズＬｌを備えており、両レンズは、基線長Ｂの間隔を空けて固定される。右レンズＬｒは、右光軸上焦点距離ｆの位置に右撮像面を有し、対象点を撮影すると、右撮像面上の２次元座標系にある点の座標（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）が特定される。一方、左レンズＬｌは、左光軸上焦点距離ｆの位置に左撮像面を有し、対象点を撮影すると、左撮像面上の２次元座標系にある点の座標（ｘ_l、ｙ_l）が特定される。このとき、視差として、右撮像面上にある点と、左撮像面上にある点との間の距離ｄが、次の式２により求められる。そして、観測装置座標系のＺ軸として、左レンズＬｌの左光軸を適用すれば、対象点の座標位置は、式３により求められる。

ｄ＝Ｂ＋ｘ_ｒ−ｘ_ｌ・・・式２

Ｚ＝Ｂｆ／（Ｂ−ｄ）＝Ｂｆ／（ｘ_ｌ−ｘ_ｒ）
Ｘ＝Ｚｘ_ｌ／ｆ＝Ｂｘ_ｌ／（ｘ_ｌ−ｘ_ｒ）
Ｙ＝Ｚｙ_ｌ／ｆ＝Ｂｙ_ｌ／（ｘ_ｌ−ｘ_ｒ）・・・式３

以上によれば、まず、観測装置２を用いて対象点を撮影した際に、右撮像面上にある点の座標（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）及び左撮像面上にある点の座標（ｘ_l、ｙ_l）を取得する。次に、式２及び式３を用いて、（ｘ_ｒ、ｙ_ｒ）及び（ｘ_l、ｙ_l）から観測装置座標系の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を計算する。そして、式１を用いて、観測装置座標系の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から現場ローカル座標系の位置（ｘ、ｙ、ｚ）を計算する。これにより、対象点の現場ローカル座標系の位置を求めることができる。

図３は、サーバ３のハードウェア構成を示す図である。サーバ３は、通信部３１、表示部３２、入力部３３、処理部３４及び記憶部３５を備え、各部がバス３６を介してデータを送受信可能なように構成される。通信部３１は、無線ネットワークを介して観測装置２とＩＰ（Internet Protocol）通信等を行う部分であり、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等によって実現される。表示部３２は、処理部３４からの指示によりデータを表示する部分であり、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等によって実現される。入力部３３は、オペレータがデータ（例えば、基準点ＭＫ１、ＭＫ２の座標位置等のデータ）や指示を入力する部分であり、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル等によって実現される。処理部３４は、所定のメモリを介して各部間のデータの受け渡しを行うととともに、サーバ３全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が所定のメモリに格納されたプログラムを実行することによって実現される。記憶部３５は、処理部３４からデータを記憶したり、記憶したデータを読み出したりするものであり、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性記憶装置によって実現される。

≪データの構成≫
図４は、サーバ３の記憶部３５に記憶されるデータの構成を示す図である。記憶部３５には、部材モデルデータ３５１、面モデルリストデータ３５２、座標変換式データ３５３、３次元点群データ３５４、Ｚ値ヒストグラムデータ３５５、施工誤差データ３５６及びクラス別閾値データ３５７が記憶される。

部材モデルデータ３５１は、施工現場に設置される部材の３次元ＣＡＤデータであり、立体である部材を平面図、立面図、断面図、透視図等の図面として表現したデータである。

図６は、４本の柱及び４本の大梁が設置された状態を示す図であり、部材モデルデータ３５１の例を示す。図６（ａ）は平面図を示し、図６（ｂ）は正面図を示す。それぞれにおいて、現場ローカル座標系における、各部分の座標位置が示される。例えば、柱ＣＸ１Ｙ１は、ｘ座標の−３００から３００までの間にあり、ｙ座標の−３００から３００までの間にあり、ｚ座標の０から４０００までの間にある直方体である。一方、大梁ＧＹ１Ｘ１は、ｘ座標の３００から５７００までの間にあり、ｙ座標の−２００から２００までの間にあり、ｚ座標の３０００から４０００までの間にある直方体である。

面モデルリストデータ３５２は、部材モデルデータ３５１により表現される部材のうち、外部の観測装置２から撮影可能な面を定義し、その中から所定値以上の面積を持つ面を抽出したもの（面リスト）である。詳細には、現場ローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を法線ベクトルとする部材の各面を矩形とみなし、それらの各矩形面に関して、現場ローカル座標系における範囲（各座標の始点及び終点）を規定する。

図７は、面モデルリストデータ３５２の例を示す図である。面モデルリストデータ３５２は、部材名、法線ベクトル、ｘ始点、ｘ終点、ｙ始点、ｙ終点、ｚ始点及びｚ終点を含む、部材の個数分及び各部材の面数分のレコードからなる。図６（ａ）及び（ｂ）を参照しながら図７を説明すると、例えば、柱ＣＸ１Ｙ１において、ｘ軸を法線ベクトルとする平面は２つあり、ｘ座標はそれぞれ−３００及び３００であり、ｙ座標は−３００〜３００、ｚ座標は０〜４０００であることが規定されている。また、大梁ＧＹ１Ｘ１において、ｙ軸を法線ベクトルとする平面は２つあり、ｙ座標はそれぞれ−２００及び２００であり、ｘ座標は３００〜５７００、ｚ座標は３０００〜４０００であることが規定されている。

座標変換式データ３５３は、観測装置２ごとに、観測装置座標系の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を現場ローカル座標系の位置（ｘ、ｙ、ｚ）に変換する式を示すデータであり、例えば、式１が記憶される。３次元点群データ３５４は、観測装置２により取得された、建築現場の施工状況を示すデータであり、詳細には、大量の対象点（撮影画像における各画素）の座標値が所定の時間間隔ごとに複数組記憶される。３次元点群データ３５４としては、観測装置座標系及び現場ローカル座標系のそれぞれの座標位値が記憶される。

Ｚ値ヒストグラムデータ３５５は、観測装置座標系の３次元点群データ３５４における、Ｚ座標値と、ピクセル数との関係を示すヒストグラムのデータ（点群分布データ）であり、観測装置２からの各距離における、部材やその他の物体の面の分布を意味する。Ｚ値ヒストグラムデータ３５５は、施工現場を撮影した画像ごとに作成される。

図８は、上記ヒストグラムの例を示す図である。図８（ａ）は、クラスを説明するための図である。クラスとは、１個の部材又は物体の存在を示すＺ座標値（観測装置座標系）の範囲を示す。Ｚ１、Ｚ２、・・・、Ｚｎ−１、Ｚｎは、ピクセル数が極小になるときのＺ座標値である。そして、Ｚ座標値が０〜Ｚ１の範囲をクラス１と呼び、Ｚ１〜Ｚ２の範囲をクラス２と呼び、さらに、Ｚｎ−１〜Ｚｎの範囲をクラスｎと呼ぶ。

なお、Ｚ座標値によるＺ値ヒストグラムデータ３５５の代わりに、各ピクセル（画素）及び観測装置２の間の距離と、ピクセル数との関係を示すヒストグラムを用いてもよい。

施工誤差データ３５６は、設計情報である面モデルリストデータ３５２と、実際に設置された対象部材４の位置との間における座標値の誤差を示すデータであり、所定の部材面に対して当該誤差の範囲内にあるピクセルは、当該部材面を構成するピクセルとみなされる。クラス別閾値データ３５７は、Ｚ値ヒストグラムデータ３５５により特定されるクラスごとに、部材の建方が完了しているか否かを判定するための、（点群密度×対象点群及び観測装置間の平均距離）に関する閾値を示すデータである。

図８（ａ）に示すように、例えば、クラス２はクラス１より観測装置２からの距離が長い（Ｚ座標値が大きい）ため、同じ部材面の点群であっても撮影面における画素の密度はより疎になる（距離の２乗に反比例する）ので、クラス２の閾値はクラス１の閾値より小さく設定される。

≪システムの処理≫
図５は、部材設置判定システム１（観測装置２及びサーバ３）の処理を示すフローチャートである。本処理は、主として、サーバ３において、処理部３４が、通信部３１により観測装置２との間でデータ通信を行い、記憶部３５のデータを参照、更新しながら、観測装置２から取得した３次元点群データを処理して、部材の建方の完了、未了を判定するものである。

まず、サーバ３は、３次元ＣＡＤデータである部材モデルデータ３５１を用いて、各部材のデータを面の集合モデルとして作成する（Ｓ５０１）。そして、作成した面の集合モデルのうち、所定値以上の面積を持つ面リストを各部材ごとに作成し、面モデルリストデータ３５２として記憶する（Ｓ５０２）。以上の処理により、施工現場において部材の建方が完了しているか否かを判定するための基礎データがサーバ３の記憶部３５に設定される。

次に、図１に示すように、観測装置２により基準点ＭＫ１及びＭＫ２を計測し（Ｓ５０３）、サーバ３は、基準点ＭＫ１及びＭＫ２の計測データを用いて、観測装置２の現場ローカル座標系の位置（ｘ_ｃ、ｙ_ｃ、ｚ_ｃ）を特定する（Ｓ５０４）。この位置データを用いて、観測装置座標系の位置を現場ローカル座標系の位置に変換する式（例えば、式１）を設定し、座標変換式データ３５３として記憶部３５に記憶する。

そして、観測装置２は、Δｔ秒の時間間隔を空けながら、施工現場の３次元点群データを複数組取得し、サーバ３に送信する（Ｓ５０５）。建設部材は、直方体の形状を有するものが多く、部材の外面のうち、観測装置２に正対する平面の各画素の座標値が３次元点群データとして取得される。なお、部材の外面のうち、観測装置２に正対する平面がなくても、観測装置２で撮影した結果、いずれかの平面の３次元点群データが取得できればよい。

サーバ３は、複数組の３次元点群データを観測装置２から受信し、３次元点群データ３５４として記憶部３５に記憶するとともに、各組に関して、３次元点群データにおけるピクセル数の、観測装置２からの距離（すなわち、Ｚ座標値）に関するヒストグラムを作成し、Ｚ値ヒストグラムデータ３５５として記憶部３５に記憶する（Ｓ５０６）。このとき、サーバ３は、３次元点群データとして、観測装置座標系の位置を観測装置２から受信し、その値を座標変換式データ３５３により現場ローカル座標系の位置に変換し、観測装置座標系の位置及び現場ローカル座標系の位置を記憶部３５に記憶し、観測装置座標系の位置を用いてＺ値ヒストグラムデータ３５５を作成する。

続いて、サーバ３は、Ｚ値ヒストグラムデータ３５５のうち、ピクセル数が極大になる値の個数が最小のものには存在しない点群データをクラス０として特定し、その他の点群データをクラス１以降として特定する（Ｓ５０７）。クラス０は、移動物体を示し、例えば、設置された部材と、観測装置２との間を人が通過した場合に、その人に対応する。クラス１以降は、静止物体を示し、例えば、設置された部材に対応する。

図８（ｂ）は１画像目のヒストグラムを示し、図８（ｃ）はそのΔｔ秒後に撮影された２画像目のヒストグラムを示す。１画像目と、２画像目とを比較した場合、１画像目にはピクセル数の極大値が３個あるのに対して、２画像目には極大値が２個しかないので、極大値の個数が最小になる２画像目には存在しない、１画像目のＺ座標値が０〜Ｚ０の範囲をクラス０とし、それを移動体とみなす。逆に言えば、極大値の個数が最小になる２画像目のヒストグラムは、クラス０、すなわち、移動体のない画像を示す。

具体的な処理として、例えば、１画像目にクラス０が存在した場合には、２画像目以降で部材の有無を分析する。２画像目にクラス０が存在した場合には、１画像目で部材の有無を分析する。１画像目及び２画像目にクラス０が存在した場合には、３画像目以降で部材の有無を分析する。

一般には、施工現場を撮影した画像をｎ枚取得した際には、各画像のヒストグラムを作成し、それらを重ね合わせることにより、ピクセル数の極大値の個数が最小の（共通の画像に対応する）ヒストグラム、すなわち、静止体の画像を特定する。これによれば、ｎ枚の撮影画像から、共通でない画像である移動体を排除した、理想的な点群データを抽出することができる。

次に、サーバ３は、設計情報として、法線ベクトルごとに、記憶部３５の面モデルリストデータ３５２に含まれる座標値に対して、±施工誤差データ３５６の値の範囲内にある３次元点群データ３５４を抽出し、部材ごとに分類する（Ｓ５０８）。例えば、図７の面モデルリストデータ３５２のうち、上から３番目のレコードに示される、柱ＣＸ１Ｙ１の、ｙ軸を法線ベクトルとし、ｙ座標が−３００である面に関しては、施工誤差を１０とすれば、ｙ座標が−３１０〜−２９０であり、ｘ座標が−３００〜３００であり、ｚ座標が０〜４０００である座標値を抽出する。そして、他の５面に関して抽出した座標値とともに、柱ＣＸ１Ｙ１の点群データとして分類する。

続いて、サーバ３は、部材ごとに、得られた点群数（座標値の個数）が最も多い面の点群データだけに絞り込む（Ｓ５０９）。すなわち、部材が直方体であるとすれば、その部材の６面のうち、Ｓ５０８で抽出された座標値の個数が最も多い面の点群データだけを残す。これにより、通常は、観測装置２に正対している面だけがＳ５１０以降の処理対象となる。

次に、サーバ３は、Ｓ５０９で絞り込んだ点群データを３次元ＣＡＤデータ上の面モデルに正射影する（Ｓ５１０）。詳細には、絞り込んだ点群データの座標値には、設計情報に基づく面モデルリストデータ３５２で規定される平面上だけでなく、施工誤差の範囲内に含まれるものもあるので、その範囲内にある座標値を観測装置２の方向に沿って上記平面に射影する。これにより、施工誤差の範囲内にある点群データを設計上の部材面に集約することができる。例えば、施工誤差を１００とすれば、ｙ座標が３００±１００の範囲（すなわち、２００〜４００）のデータをｙ座標の３００に集約する。

そして、サーバ３は、点群支配面積を計算し、クラスごとに、点群密度×観測装置２からの距離が所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ５１１）。詳細には、まず、点群が存在する画素領域の面積である点群支配面積を画像処理により計算し、一方、面モデルリストデータ３５２により当該対象面の設計面積を計算する。例えば、画像処理により、点群に外接する図形を特定し、その図形の面積を点群支配面積として計算する。一方、図７の面モデルリストデータ３５２のうち、上から３番目のレコードに係る設計面積は、（ｘ終点−ｘ始点）×（ｚ終点−ｚ始点）＝（３００＋３００）×（４０００−０）＝６００×４０００＝２４０００００と計算される。

次に、点群支配面積が設計面積とほぼ等しければ、手前に障害物がないと判断し、点群支配面積が設計面積より小さければ、手前に障害物があると判断する。そして、点群数を点群支配面積で除算して点群密度を算出するとともに、対象点群の観測装置２からの平均距離Ｄを計算する。平均距離Ｄを計算する際には、３次元点群データ３５４のうち、観測装置座標系の座標値を用いる。さらに、点群密度×平均距離Ｄが所定値以上か否かを判定する。その所定値には、記憶部３５のクラス別閾値データ３５７が用いられる。

そして、点群密度×平均距離Ｄが所定値以上であれば（Ｓ５１１のＹｅｓ）、部材が設置されているとして、部材は建方完了と判定する（Ｓ５１２）。一方、点群密度×平均距離Ｄが所定値未満であれば（Ｓ５１１のＮｏ）、部材が設置されていないとして、部材は建方未了と判定する（Ｓ５１３）。

以上によれば、Ｓ５０８〜Ｓ５１３の処理を、設計情報から作成した面モデルリストデータ３５２を参照しながら、施工現場に設置される予定の部材ごとに行うことにより、当該部材が既に設置されているか否かを把握することができる。

≪実施例≫
図９は、部材の建方が完了しているか否かの判定の実施例を示す図である。図９（ａ）は、観測装置２から見たとき、部材の手前に障害物が存在しない場合のクラス１を示す。この場合、サーバ３は、点群密度×平均距離Ｄ≧閾値Ｔ１（クラス１の閾値）が成立すれば、部材の建方が完了したと判定する。

図９（ｂ）は、クラス１（部材）の手前にクラス０（移動体）が存在する場合を示す。例えば、部材の手前を人が通過すると、人の形にクラス１の点群データが抜けることになる。図９（ａ）と比較すると、部材は同じ位置なので、距離は等しく、点群支配面積は小さくなるが、点群密度は変わらない。そのため、サーバ３は、同じ閾値Ｔ１を用いて、点群密度×平均距離Ｄ≧閾値Ｔ１が成立すれば、部材の建方が完了したと判定する。

図９（ｃ）は、クラス２（部材）の手前にクラス１（他の部材）が存在する場合を示す。この場合、サーバ３は、図９（ａ）及び（ｂ）とは異なる閾値Ｔ２を用いて、点群密度×平均距離Ｄ≧閾値Ｔ２（クラス２の閾値）が成立すれば、部材の建方が完了したと判定する。

図９（ｄ）は、クラス２（部材）の手前にクラス１（他の部材）が存在する場合を示す。図９（ｃ）と比較すると、部材は同じ位置なので、距離は等しく、点群支配面積は大きいが、点群密度は小さい。そのため、サーバ３は、同じ閾値Ｔ２を用いて、点群密度×平均距離Ｄ＜閾値Ｔ２が成立すれば、部材の建方が未了であると判定する。

なお、図９（ｃ）及び（ｄ）において、クラス２の手前にあるクラス１が仮設部材である場合には、その仮設部材のデータは、設計情報である面モデルリストデータ３５２により処理対象外になり、除去される。

上記実施の形態では、図３に示すサーバ３の各部を機能させるために、処理部３４で実行されるプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録し、その記録したプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行させることにより、本発明の実施の形態に係る部材設置判定システム１が実現されるものとする。この場合、プログラムをインターネット等のネットワーク経由でコンピュータに提供してもよいし、プログラムが書き込まれた半導体チップ等をコンピュータに組み込んでもよい。

以上説明した本発明の実施の形態によれば、部材設置判定システム１を用いることにより、サーバ３に記憶された面モデルリストデータ３５２の各部材が、観測装置２で撮影された施工現場に設置されているか否かを精確に判定することができる。

詳細には、まず、図５のＳ５１１に示すように、サーバ３は、点群密度×観測装置２からの平均距離に基づく判定を行うことにより、観測装置２及び対象部材４の間にある障害物や、その間の距離に拠らず、部材の建方完了、未了を精度よく判断することができる。また、Ｓ５０９に示すように、部材ごとに、その各面のうち、得られた点群数が最も多い面だけを残すことにより、観測装置２に対して最も正対する面だけで部材の建方完了、未了を判断でき、すべての面を処理する必要がないので、システムの負荷軽減を図ることができる。そして、Ｓ５０８に示すように、施工誤差を加味して建方完了、未了を判断するので、多少の施工誤差があっても適切な判定を行うことができる。

また、サーバ３は、図５のＳ５０６、Ｓ５０７及び図８に示すように、３次元点群データ３５４をヒストグラムによりクラス分けすることにより、移動体をクラス０として効率よく除去することができるとともに、部材の手前に静止した障害物があっても、設計情報を用いて部材設置の判定対象から除外することができる。

さらに、図１及び図５のＳ５０３に示すように、基準点ＭＫ１、ＭＫ２を用いることにより、観測装置２までの視通が利かない場合やＧＰＳデータが受信できないエリアであっても、観測装置２の位置を測定することができる。

以上によれば、施工現場において、無人の状態で建方の完了、未了を判断することができ、例えば、ある部材の設置が終了しているから、その次に設置されるべき部材（資材）の搬入を指示するという運用（物流管理）が可能になる。

≪その他の実施の形態≫
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、以下のような実施の形態が考えられる。

（１）上記実施の形態では、サーバ３が、点群密度及び観測装置２からの平均距離の乗算値を所定の閾値と比較することにより、部材の建方完了、未了を判定するように説明したが、それらの乗算値に限ることなく、上記点群密度が大きいほど、かつ、上記平均距離が大きいほど、大きく算出される評価値であれば、そのような評価値を用いて判定してもよい。

（２）上記実施の形態では、図４のクラス別閾値データ３５７に関する説明において、点群密度及び距離の乗算値に関する閾値を、クラス別に設定するように記載したが、クラス０である移動体を除外して、最も手前にある設置部材だけを処理対象にするのであれば、クラス１に対応する閾値だけがあればよく、１つの閾値で済む。

（３）上記実施の形態では、図５のＳ５０８〜Ｓ５１０に示すように、法線ベクトルの座標軸に関してだけ施工誤差を適用し、その誤差範囲に含まれる点群データを面モデルに正射影するように説明したが、面モデルの当該平面上の範囲に関しても施工誤差を適用し、その誤差範囲内で外れた点群データも画素数のカウントに含めるようにしてもよい。

（４）上記実施の形態では、２つの基準点ＭＫ１、ＭＫ２を用いて、観測装置２の座標位置を特定するように説明したが、１つの基準点ＭＫ１だけを用いてもよい。例えば、基準点ＭＫ１と、観測装置２との間の距離を測定するとともに、観測装置２から撮影した基準点ＭＫ１の方向（撮影角度）を特定することにより、１つの基準点ＭＫ１であっても、観測装置２の座標位置を特定することができる。

１部材設置判定システム
２観測装置（観測手段）
３サーバ
３４処理部
３５記憶部
３５２面モデルリストデータ（部材面データ）
３５４３次元点群データ（現場点群データ）
３５５Ｚ値ヒストグラムデータ（点群分布データ）
４対象部材
ＭＫ１、ＭＫ２基準点

Claims

施工現場に部材が設置されているか否かを判定する部材設置判定システムであって、
前記施工現場に設置された各部材の各面の、所定の３次元座標系における座標値の範囲を示す設計データである部材面データを記憶する手段と、
所定の位置に設置され、前記施工現場を観測し、現場点群データを取得する観測手段と、
前記取得した現場点群データから、前記記憶した各部材の各面の部材面データのうち、所定の部材の所定の面の部材面データが示す前記範囲に座標値が含まれる点群を抽出する手段と、
前記抽出した点群の個数をカウントする手段と、
前記抽出した点群が前記３次元座標系において占める面積を計算する手段と、
前記カウントした点群の個数を、前記計算した面積で除算して、前記所定の面における点群密度を算出する手段と、
前記観測手段の設置位置の座標値及び前記抽出した点群の座標値に基づいて、前記観測手段と、前記所定の面との間の距離を計算する手段と、
前記算出した点群密度と、前記計算した距離とに基づいて、前記所定の部材が設置されているか否かを判定する手段と、
を備えることを特徴とする部材設置判定システム。
請求項１に記載の部材設置判定システムであって、
前記座標値の範囲には、前記部材の施工誤差が含まれる
ことを特徴とする部材設置判定システム。
請求項１又は請求項２に記載の部材設置判定システムであって、
前記観測手段は、複数の時点で前記現場点群データを取得するとともに、
前記取得した現場点群データごとに、各点群及び前記観測手段の間の距離と、当該距離にある点群の個数との関係を示す点群分布データを作成する手段と、
前記現場点群データごとに作成した複数の点群分布データのうち、共通でない部分を移動体として特定し、共通である部分を静止体として特定する手段と、をさらに備え、
前記点群を抽出する手段は、前記現場点群データのうち、前記特定した移動体に対応する点群を、抽出する点群から除外する
ことを特徴とする部材設置判定システム。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の部材設置判定システムであって、
前記観測手段の設置位置の座標値は、座標値が既知である基準点を撮影し、その基準点を撮影した画像に基づいて特定される
ことを特徴とする部材設置判定システム。