JP6121216B2 - 多平面構造物の凹凸抽出装置、多平面構造物の凹凸抽出方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、多平面構造物の凹凸抽出装置、多平面構造物の凹凸抽出方法、及びプログラムに関する。

道路及びその脇に形成された土手、トンネルやダムの壁面等の、竣工時に複数の平面で構成されていた構造物は、施工時には平坦に形成されていた上記平面に、時間の経過とともに凹凸が発生することがある。この凹凸の計測は、設計図等に基づいて竣工時の平面状態がわかれば、竣工時（設計時）と現在の二時期について、平面の各点の高さの差分を抽出することにより行うことができる。

しかし、竣工時の設計図の入手が困難であったり、設計図と施工形状が異なっていたりする場合があり、竣工時の平面状態を知ることが困難である場合が多い。

このため、単時期（現在）のデータから凹凸解析を行える技術が要望されている。このようなデータとしては、例えば点群データがあり、下記特許文献１、特許文献２には、点群データから対象物の輪郭に係るデータを生成する技術が開示されている。

特開２０１２-８８６７号公報 特開２０１２-１３６６０号公報

しかし、上記従来の技術においは、多平面構造物を構成する複数の平面の凹凸を抽出するものではなかった。

本発明の目的は、単時期点群データから多平面構造物を構成する複数の平面の凹凸を抽出することができる多平面構造物の凹凸抽出装置及び多平面構造物の凹凸抽出プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、多平面構造物の凹凸抽出装置であって、竣工時に複数の平面で構成されていた構造物の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データを凹凸計測手段から取得して記憶手段に記憶させる点群データ取得手段と、前記竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報に基づいて、前記複数の平面を、前記複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定するとともに、前記小区間に、隣接する前記小区間が連続番号となるように番号を設定する小区間設定手段と、前記３次元点群データを記憶手段から読み出し、前記各小区間において、前記３次元点群データから任意の３点を選択して判断平面を設定し、前記判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が最も多くなる前記判断平面を小平面として抽出する処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返す小平面抽出手段と、前記各小区間における前記小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断する小平面判断手段と、前記抽出された小平面の数が基準平面数以内であると前記小平面判断手段が判断した第１の小区間について前記竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が基準包含率を超えるように前記仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定する仮想平面設定手段と、前記第１の小区間に対して前記番号が１多いまたは１少ない第２の小区間について前記第１の小区間と同じ仮想平面を設定したときに、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に前記第１、第２の小区間を結合して共通の仮想平面を有する小区間として記憶手段に記憶するとともに、前記小区間を結合する処理を前記番号の順序で繰り返す結合手段と、前記共通の仮想平面を有する小区間全体について、点群中の各点の前記仮想平面からの法線距離に基づいて画像情報を生成する画像情報生成手段と、を備えることを特徴とする。

上記小平面判断手段が、前記抽出された小平面の数が基準平面数を超えていると判断した小区間を前記小区間設定手段が予め定めた数に分割して分割小区間とし、前記分割小区間に前記結合手段の処理に使用する子番号を設定するとともに、前記小平面判断手段が、前記分割小区間における小平面の数が前記基準平面数以内であるか否かを判断し、前記小平面の数が前記基準平面数以内である分割小区間を元の小区間の代わりに前記結合手段の処理の対象とするのが好適である。

また、実施形態に係る多平面構造物の凹凸抽出装置は、上記結合手段の代わりに、共通の仮想平面を全ての小区間に設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合には前記仮想平面を維持し、超えない場合には、予め定めたグループ化方法に従って前記小区間を複数のグループに分け、各グループについて前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断する処理を繰り返す仮想平面分割手段を備えていてもよい。

また、上記小平面判断手段が、前記抽出された小平面の数が基準平面数を超えていると判断した小区間があるときに報知情報を出力する報知手段を備えるのが好適である。

また、上記画像情報生成手段は、画像情報として不整三角形網を生成する構成としてもよい。

また、本発明の他の実施形態は、多平面構造物の凹凸抽出方法であって、竣工時に複数の平面で構成されていた構造物の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データを凹凸計測手段から取得し、前記竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報に基づいて、前記複数の平面を、前記複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定するとともに、前記小区間に、隣接する前記小区間が連続番号となるように番号を設定し、前記各小区間において、前記３次元点群データから任意の３点を選択して判断平面を設定し、前記判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が最も多くなる前記判断平面を小平面として抽出する処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返し、前記各小区間における前記小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断し、前記抽出された小平面の数が基準平面数以内であると判断した第１の小区間について前記竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が基準包含率を超えるように前記仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定し、前記第１の小区間に対して前記番号が１多いまたは１少ない第２の小区間について前記第１の小区間と同じ仮想平面を設定したときに、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に前記第１、第２の小区間を結合して共通の仮想平面を有する小区間とするとともに、前記小区間を結合する処理を前記番号の順序で繰り返し、前記共通の仮想平面を有する小区間全体について、点群中の各点の前記仮想平面からの法線距離に基づいて画像情報を生成することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の実施形態は、多平面構造物の凹凸抽出プログラムであって、コンピュータを、竣工時に複数の平面で構成されていた構造物の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データを凹凸計測手段から取得して記憶手段に記憶させる点群データ取得手段、前記竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報に基づいて、前記複数の平面を、前記複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定するとともに、前記小区間に、隣接する前記小区間が連続番号となるように番号を設定する小区間設定手段、前記３次元点群データを記憶手段から読み出し、前記各小区間において、前記３次元点群データから、任意の３点を選択して判断平面を設定し、前記判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が最も多くなる前記判断平面を小平面として抽出する処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返す小平面抽出手段、前記各小区間における前記小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断する小平面判断手段、前記抽出された小平面の数が基準平面数以内であると前記小平面判断手段が判断した第１の小区間について前記竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が基準包含率を超えるように前記仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定する仮想平面設定手段、前記第１の小区間に対して前記番号が１多いまたは１少ない第２の小区間について前記第１の小区間と同じ仮想平面を設定したときに、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に前記第１、第２の小区間を結合して共通の仮想平面を有する小区間として記憶手段に記憶するとともに、前記小区間を結合する処理を前記番号の順序で繰り返す結合手段、前記共通の仮想平面を有する小区間全体について、点群中の各点の前記仮想平面からの法線距離に基づいて画像情報を生成する画像情報生成手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、単時期点群データから多平面構造物を構成する複数の平面の凹凸を抽出することができる。

実施形態にかかる多平面構造物の凹凸抽出装置の構成例のブロック図である。 凹凸計測手段の構成例を示す図である。 複数の平面で構成されていた構造物の例を示す図である。 実施形態に係る小平面抽出部が実行する処理の説明図である。 実施形態にかかる多平面構造物の凹凸抽出装置の動作例のフロー図である。 実施形態にかかる多平面構造物の凹凸抽出装置の他の動作例のフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、実施形態にかかる多平面構造物の凹凸抽出装置の構成例のブロック図が示される。図１において、多平面構造物の凹凸抽出装置は、点群データ取得部１０、小区間設定部１２、小平面抽出部１４、小平面判断部１６、仮想平面設定部１８、結合部２０、仮想平面分割部２２、画像情報生成部２４、記憶部２６及び通信部２８を含んで構成されている。

点群データ取得部１０は、竣工時に複数の平面で構成されていた構造物（多平面構造物）の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データ（以後、点群ということがある）を取得して記憶部２６に記憶させる。

ここで、凹凸計測手段は、図２に示されるように、レーザ計測装置１００、座標計測装置１０２等を車両１０４に搭載して構成されている。レーザ計測装置１００は、レーザ光を上記平面に照射し、反射光を受け取って平面の３次元点群データを計測する。ここで、３次元点群データとは、上記平面上の各点の３次元座標データの集合である。レーザ計測装置１００は、上記レーザ光の反射光に基づいてレーザ計測装置１００と上記平面上の各点との距離を測定し、この距離の測定値とレーザ光の照射方向及び座標計測装置１０２によって計測したレーザ計測装置１００の位置の３次元座標に基づき、上記平面上の各点の３次元座標を決定する。なお、車両１０４には、各点の３次元座標を演算するためのコンピュータを搭載するのが好適であるが、レーザ計測結果、座標計測結果を車両１０４の外部のコンピュータに提供して各点の３次元座標を演算させてもよい。

以上のようにして凹凸計測手段が求めた平面上の各点の３次元点群データは、適宜な通信手段、あるいは適宜な記憶媒体を介して、多平面構造物の凹凸抽出装置の点群データ取得部１０に渡され、点群データ取得部１０が記憶部２６に記憶させる。

小区間設定部１２は、構造物の竣工時の平面数及び平面の接続関係（平面間の接続線など）に関する情報に基づいて、多平面構造物の複数の平面を、それらの接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定する。また、小区間設定部１２は、上記小区間に、隣接する小区間が連続番号となるように番号を設定する。構造物の竣工時の平面数及び平面の接続関係は、竣工時の設計図や現在の構造物の状態から人が設定し、予め記憶部２６に記憶させておく。小区間設定部１２は、この記憶部２６に記憶された構造物の竣工時の平面数及び平面の接続関係を記憶部２６から読み出して取得する。また、小区間設定部１２が設定した小区間及びその番号は、小区間に関する情報として記憶部２６に記憶させる。

図３には、複数の平面で構成されていた構造物の例が示されており、道路Ｒ１と、その片側に設けられた土手Ｄ１、土手Ｄ１の道路Ｒ１とは反対側に設けられた歩道Ｒ２及び歩道Ｒ２の土手Ｄ１とは反対側に設けられた土手Ｄ２により道路及びその周辺施設としての構造物が形成されている。

図３に示された構造物では、道路Ｒ１と土手Ｄ１との間に接続線Ｌ１が存在し、土手Ｄ１と歩道Ｒ２との間に接続線Ｌ２が存在し、歩道Ｒ２と土手Ｄ２との間に接続線Ｌ３が存在する。図３の例では、小区間設定部１２が、これらの接続線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に沿って予め定めた距離毎に平面すなわち道路Ｒ１、土手Ｄ１、歩道Ｒ２、土手Ｄ２の面を分割して小区間Ｚ１〜Ｚ１０を設定する。この場合、分割方向（小区間に番号を設定する方向）は図３に示された接続線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に沿っていずれの方向であってもよい。図３の例では、上述のように、小区間にＺ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４…のように番号が設定されている。なお、図３では小区間が１０個（Ｚ１〜Ｚ１０）示されているが、小区間の数は、対象となる平面の長さに応じて適宜決定される。また、平面を小区間に分割する際の「予め定めた距離」についても任意に設定できるが、例えば、道路及びその周辺施設の場合には、１０ｍ程度の距離とするのが好適である。

小平面抽出部１４は、上記各小区間に関する情報及び３次元点群データを記憶部２６から読み出し、各小区間において、上記３次元点群データから、任意の３点を選択して判断平面を設定し、この判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群（３次元点群データ）中の点の数が最も多くなる判断平面を小平面として抽出する。小平面抽出部１４は、以上の処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返す。抽出した小平面に関するデータ（平面の方程式等）は、記憶部２６に記憶させる。

図３に示された例では、上記小区間における３次元点群データには、各小区間Ｚ１、Ｚ２…において、道路Ｒ１、土手Ｄ１、歩道Ｒ２及び土手Ｄ２を構成する平面の３次元点群データが含まれる。

また、図４には、小平面抽出部１４が実行する処理の説明図が示される。図４は、判断平面ＪＰ１、ＪＰ２を横から見た図であり、黒丸（●）及び白丸（○）として、記憶部２６から読み出された３次元点群データの３次元座標位置が示されている。なお、図４では、説明の便宜上黒丸と白丸とを使用しているが、凹凸計測手段により計測された３次元点群データを表す点であるという意味で同じものである。

小平面抽出部１４は、３次元点群データを表す点から任意の３点ｐ１、ｐ２、ｐ３を選択して判断平面ＪＰ１を設定し、この判断平面からの法線距離が予め定めた閾値Ｔｈ（例えば５ｃｍ）内にある点群中の点の数を数える。なお、上記閾値Ｔｈは５ｃｍに限られるものではない。その後、上記点の数が最も多くなる判断平面を小平面として抽出する。「点の数が最も多くなる」とは、３次元点群データを表す点から３点を選択する全ての組み合わせについて判断平面を設定したときに、全ての判断平面について求められる、判断平面からの法線距離が予め定めた閾値Ｔｈ内にある点群中の点の数が最も多くなるという意味である。図４の例では、判断平面ＪＰ１が、上記点の数が最も多くなる判断平面に該当しており、小平面として抽出される。次に、小平面抽出部１４は、上記判断平面ＪＰ１からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件、すなわち判断平面ＪＰ１からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点以外の点について、上記同様の処理を繰り返す。具体的には、図４の３点ｐ４、ｐ５、ｐ６を選択して判断平面ＪＰ２を設定し、この判断平面ＪＰ２からの法線距離が予め定めた閾値Ｔｈ内にある点群中の点の数が最も多くなる場合に、上記判断平面ＪＰ２を小平面として抽出する。この場合、判断平面ＪＰ１と判断平面ＪＰ２のいずれからも法線距離が予め定めた閾値Ｔｈ内にある点群中の点（図４の点ｐｃ）は、先に設定された判断平面ＪＰ１を小平面として抽出する処理に使用し、判断平面ＪＰ２を小平面として抽出する処理には使用しない。小平面抽出部１４は、以後同様の処理を、所定数（たとえば２０枚）抽出される、あるいは未処理の点の数が全体の１０％以下になるまで繰り返す。

小平面判断部１６は、上記各小区間における小平面の数（記憶部２６から読み出した小平面の方程式の数等）が基準平面数以内であるか否かを判断する。基準平面数としては、例えば１２面等とすることができるが、これに限定されず、多平面構造物の性状（建造物の種類や各平面の表面平滑度等）に応じて適宜決定することができる。なお、小平面判断部１６が、小平面の数が基準平面数以内ではない（超えている）と判断した場合には、その旨を表す報知情報を出力する構成とするのが好適である。この報知情報は、適宜な出力装置（ディスプレイ、音声出力装置等）から出力される。あるいは、ログとして出力してもよい。

また、小平面判断部１６が、小区間における小平面の数が基準平面数以内ではない（超えている）と判断した場合には、小区間設定部１２が当該小区間を予め定めた数に分割して分割小区間とし、分割小区間に結合部２０の処理に使用する子番号を設定し、分割小区間を元の小区間の代わりに結合部２０の処理の対象とするのが好適である。ここで、分割小区間は、小区間をいくつの分割小区間に分割するかによって決定するのが好適であり、小区間に分割する距離に予め定めた係数（例えば２つの分割小区間に分割する場合には、上記係数は０．５）を乗ずることにより定めることができる。

図３の例では、小区間Ｚ７が小区間における小平面の数が基準平面数以内ではないと判断された例であり、２つの分割小区間が生成されて、それぞれ子番号Ｚ７−１とＺ７−２が設定されている。

なお、小平面判断部１６が、小区間における小平面の数が基準平面数以内ではないと判断した場合に、上記分割小平面を生成する処理を行わず、当該小平面を結合部２０の処理の対象から除外してもよい。

仮想平面設定部１８は、抽出された小平面の数が上記基準平面数以内であると小平面判断部１６が判断した第１の小区間（例えば図３の小区間Ｚ１のように、抽出された小平面の数が上記基準平面数以内であると小平面判断部１６が判断した小区間の内、小区間設定部１２が設定した番号が最も小さいもの）について、竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、この仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値（小平面抽出部１４が使用した閾値Ｔｈと同じとしてもよい）内にある点群中の点の数が基準包含率を超えるように仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定する。上記基準包含率としては、例えば第１の小区間に含まれる点群中の点の数の６０％とすることができるが、これには限定されず、多平面構造物の性状に応じて適宜決定することができる。また、仮想平面の数の設定は、竣工時の平面数（設計図）あるいは現在の構造物の状態から人が判断し、適宜な入力装置から仮想平面の数を入力して仮想平面設定部１８が受け付ける構成とすることができる。図３の例では、道路Ｒ１、土手Ｄ１、歩道Ｒ２、土手Ｄ２の４面が設定される。また、仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向は、仮想平面の方程式の係数の変更等により変更する。決定した仮想平面（の方程式）は、記憶部２６に記憶させる。

結合部２０は、上記第１の小区間に対して番号（上記子番号がある場合には、子番号も含む）が１多いまたは１少ない第２の小区間（図３の例では、番号が１多い小区間Ｚ２）について第１の小区間（Ｚ１）と同じ仮想平面（共通の仮想平面）を設定したときに、共通の仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値（小平面抽出部１４が使用した閾値Ｔｈと同じとしてもよい）内にある点群中の点の数が基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に第１、第２の小区間（Ｚ１、Ｚ２）を結合する。ここで、結合するとは、共通の仮想平面を有する小区間として記憶部２６に共通の仮想平面の方程式及び結合された小区間の番号等を記憶するという意味である。なお、上記結合処理の対象となる小区間は、抽出された小平面の数が上記基準平面数以内であると小平面判断部１６が判断した小区間または分割小区間であり、抽出された小平面の数が上記基準平面数以内では無い小区間または分割小区間が存在した場合には、当該小区間を処理から除外する。この場合には、番号が手前（１多いまたは１少ない）の小区間までで結合処理をいったん中止し、除外された小区間または分割小区間に対して次の番号（１多いまたは１少ない）の小区間または分割小区間から結合処理を再開する。図３の例では、小区間Ｚ２が抽出された小平面の数が上記基準平面数以内では無い小区間である場合に、小区間Ｚ１には結合せず、改めて小区間Ｚ３（抽出された小平面の数が上記基準平面数以内であるとき）について仮想平面設定部１８が新たに仮想平面の設定処理を行い、結合部２０が小区間Ｚ４との結合の可否を判断する

次に、結合部２０は、上記小区間を結合する処理を小区間の番号の順序で繰り返す。図３の例では、小区間Ｚ１とＺ２を結合した後に、これらと同じ共通の仮想平面を小区間Ｚ３にも設定し、この仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合には、小区間Ｚ３も結合する。以後、同様に小区間Ｚ４以降について同じ処理を実行して行く。なお、上記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が基準包含率以下の場合には、当該小区間の結合を行わず、その旨を表す報知情報を出力する構成とするのが好適である。結合した小区間の情報（結合した小区間の全ての番号と仮想平面の方程式等）は、記憶部２６に記憶させる。

上記実施例では予め設定した小区間または分割小区間を結合する処理を行ったが、逆に、予め全ての小区間の仮想平面を設定し、これを分割する処理を行っても良い。この場合、仮想平面分割部２２は、結合部２０の代わりに、共通の仮想平面を全ての小区間に設定し、共通の仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が上記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合には仮想平面を維持し、超えない場合には、予め定めたグループ化方法に従って上記小区間を複数のグループに分け、各グループについて仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が上記基準包含率を超えるか否かを判断する処理を繰り返す。

図３の例では、小区間Ｚ１からＺ１０の全てについて共通の仮想平面を設定し、仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が上記基準包含率を超えるか否かを判断する。上記点の数が上記基準包含率を超えるときには、上記共通の仮想平面を、小区間Ｚ１からＺ１０についての仮想平面とする。一方、上記点の数が上記基準包含率を超えない場合には、小区間Ｚ１からＺ１０を複数のグループに分ける。例えば小区間Ｚ１からＺ５を第１グループ、区間Ｚ６からＺ１０を第２グループとし、それぞれのグループについて共通の仮想平面を設定し、それらの共通の仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が上記基準包含率を超えるか否かを判断する。以後、上記点の数が上記基準包含率を超えるまでグループへの分割を行い、グループ毎に共通の仮想平面を設定する。設定した共通の仮想平面の情報（グループに含まれる小区間の番号と共通の仮想平面の方程式等）は、記憶部２６に記憶させる。

なお、グループに分ける方法は、予め決定しておく。上記の通り小区間の数を半分にしてもよいし、３分の１としてもよい。あるいは、１０個の小区間を４個と６個に分割するように、異なる数の小区間を含むグループに分割してもよい。

画像情報生成部２４は、上記共通の仮想平面を有する小区間全体について、３次元点群データ中の各点の上記共通の仮想平面からの法線距離を演算し、算出した法線距離に基づいて画像情報を生成する。この画像情報としては、例えば不整三角形網（ＴＩＮ）等が挙げられる。生成したＴＩＮをさらに加工し、等高線情報や上記法線距離を色で表現した画像情報としてもよい。

記憶部２６は、ハードディスク装置、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等の不揮発性メモリに、上記３次元点群データ、構造物の竣工時の平面数及び平面の接続関係、小区間及びその番号、小平面に関するデータ、仮想平面（の方程式）、共通の仮想平面を有する小区間に関する情報、上記閾値、基準平面数、基準包含率及びＣＰＵの動作プログラム等の、上記各処理に必要な情報を記憶させる。なお、記憶部２６としては、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープ、電気的消去および書き換え可能な読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ等を使用してもよい。

通信部２８は、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ポート、ネットワークポートその他の適宜なインターフェースにより構成され、上記凹凸計測手段等と通信し、情報のやりとりを行う。

なお、上記図１に示された多平面構造物の凹凸抽出装置は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ、Ｉ／Ｏ等を備え、装置全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されている。

図５には、実施形態にかかる多平面構造物の凹凸抽出装置の動作例のフローが示される。図５において、点群データ取得部１０が凹凸計測手段から３次元点群データを取得して記憶部２６に記憶させる（Ｓ１）。

また、小区間設定部１２が記憶部２６から構造物の竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報を読み出し、当該情報に基づいて、上記複数の平面を、複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定する。また、上記小区間には、隣接する小区間が連続番号となるように番号を設定する（Ｓ２）。設定された小区間及びその番号は、記憶部２６に記憶させる。

次に、小平面抽出部１４が、上記各小区間に関する情報及び３次元点群データを記憶部２６から読み出し、各小区間において、上記３次元点群データから、任意の３点を選択して判断平面を設定し、この判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある３次元点群データ中の点の数が最も多くなる判断平面を小平面として抽出する処理を繰り返す。このときには、上述したように、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で処理を繰り返す（Ｓ３）。抽出した小平面に関するデータ（平面の方程式等）は、記憶部２６に記憶させる。

小平面判断部１６は、上記各小区間における小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断する（Ｓ４）。小平面の数は、記憶部２６から読み出した小平面の方程式の数である。

上記Ｓ４において、小平面判断部１６が、小平面の数が基準平面数以内であると判断した場合には、当該小区間に仮想平面を設定する処理に移行する。一方、小区間における小平面の数が基準平面数を超えていると判断した場合には、その旨を表す報知情報を出力する（Ｓ５）。また、小区間設定部１２が当該小区間を予め定めた数に分割して分割小区間とし（Ｓ６）、Ｓ４に戻る。

ただし、例えば、分割小区間の長さが一定の値以下となる等の終了条件を予め設定しておき、当該終了条件を満たさない分割小区間は、結合部２０の処理対象から除外する。この場合、その旨の報知情報を小平面判断部１６が出力する構成とするのが好適である。図３の例では、分割小区間Ｚ７−２が結合部２０の処理対象から除外された分割小区間を表している。

上記Ｓ４の条件を満たした小区間または分割小区間は、結合部２０の処理対象となり、各小区間または分割小区間に設定された番号または小番号の順序に従って結合部２０の結合処理が実行される。仮想平面設定部１８は、抽出された小平面の数が上記基準平面数以内であると小平面判断部１６が判断した小区間の内、例えば図３の小区間Ｚ１のように小区間設定部１２が設定した番号が最も小さいものを第１の小区間とし、第１の小区間について、竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、この仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が基準包含率を超えるように仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定する（Ｓ７）。

次に、結合部２０が、上記第１の小区間に対して番号または子番号が１多いまたは１少ない（すなわち、第１の小区間に隣接している）第２の小区間について、第１の小区間と同じ仮想平面（共通の仮想平面）を設定したときに、第２の小区間において共通の仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が基準包含率を超えるか否かを判断する（Ｓ８）。

Ｓ８において、上記点の数が基準包含率を超えている場合には、結合部２０が、第１の小区間と第２の小区間以降の小区間を結合し、共通の仮想平面を有する小区間として記憶部２６に共通の仮想平面の方程式及び結合された小区間の番号等を記憶する（Ｓ９）。次に、結合部２０の処理対象としての小区間であって、上記第１の小区間から番号が連続している小区間が残っているか否かを判断し（Ｓ１０）、残っている場合には、Ｓ８からの動作を繰り返す。この場合には、第２の小区間の代わりに、これと番号が連続している第３の小区間についてＳ８の判断を行い、以後上記番号が連続している小区間がなくなるまで同様に処理を繰り返す。

Ｓ８において、上記点の数が基準包含率以下の場合には、結合部２０がその旨の報知情報を出力し（Ｓ１１）、Ｓ１２の処理に移行する。

Ｓ１０において、上記番号が連続している小区間がなくなった場合には、結合部２０は、結合部２０の処理対象としての複数の小区間であって、番号が連続している小区間が残っているか否かを判断し（Ｓ１２）、残っている場合には、Ｓ７からの動作を繰り返す。例えば、図３の例における小区間Ｚ１からＺ７−１までの処理が終了した場合、新たに番号が連続している小区間について（図３の例では小区間Ｚ８から）新たに処理を実行する。すなわち、仮想平面設定部１８が小区間Ｚ８について仮想平面を設定し、これを共通の仮想平面として結合部２０が小区間Ｚ９以降との結合処理を実行する。

以上のようにして結合された小区間について、画像情報生成部２４が、３次元点群データ中の各点の上記共通の仮想平面からの法線距離を演算し、算出した法線距離に基づいて画像情報を生成する（Ｓ１３）。

図６には、小区間を結合する処理（Ｓ９）の代わりに、仮想平面分割部２２が実行する処理のフローが示される。図６において、図５のＳ７で第１の小区間について仮想平面設定部１８が仮想平面を設定した後、仮想平面分割部２２がこの仮想平面を共通の仮想平面として全ての小区間に設定する（Ｓ２１）。

次に、仮想平面分割部２２は、共通の仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が上記基準包含率を超えるか否かを判断する（Ｓ２２）。

Ｓ２２において、上記点の数が上記基準包含率を超えると判断した場合には、Ｓ２１で設定された共通の仮想平面を全ての小区間に適用する仮想平面として維持し、図５のＳ１３に移行する（Ｓ２５）。

一方、Ｓ２２において、上記点の数が上記基準包含率以下と判断した場合には、仮想平面分割部２２が、予め定めたグループ化方法に従って上記小区間を複数のグループに分ける（Ｓ２３）。

仮想平面分割部２２は、グループ毎に、各グループに属する小区間の合計の長さ（小区間全体の長さ）が、予め定めた終了長さ以下であるか否かを判断する（Ｓ２４）。Ｓ２４において、小区間の合計の長さが、予め定めた終了長さより長い場合には、Ｓ２１に移行し、当該グループについて共通の仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある点群中の点の数が上記基準包含率を超えるか否かを判断する処理を繰り返す。なお、Ｓ２１に移行する際に、グループ毎に、各グループに属する小平面の一つ、例えば番号が最も小さい小区間を第１の小区間として仮想平面設定部１８が共通の仮想平面を設定し直す構成としてもよい。

一方、Ｓ２４において、小区間の合計の長さが、予め定めた終了長さ以下である場合は、仮想平面分割部２２の処理を終了し、図５のＳ１３に移行する。

上述した、図５、図６の各ステップを実行するためのプログラムは、記録媒体に格納することも可能であり、また、そのプログラムを通信手段によって提供しても良い。その場合、例えば、上記説明したプログラムについて、「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」の発明または「データ信号」の発明としてとらえてもよい。

１０ 点群データ取得部、１２ 小区間設定部、１４ 小平面抽出部、１６ 小平面判断部、１８ 仮想平面設定部、２０ 結合部、２２ 仮想平面分割部、２４ 画像情報生成部、２６ 記憶部、２８ 通信部、１００ レーザ計測装置、１０２ 座標計測装置、１０４ 車両。

Claims (7)

1. 竣工時に複数の平面で構成されていた構造物の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データを凹凸計測手段から取得して記憶手段に記憶させる点群データ取得手段と、
   前記竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報に基づいて、前記複数の平面を、前記複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定するとともに、前記小区間に、隣接する前記小区間が連続番号となるように番号を設定する小区間設定手段と、
   前記３次元点群データを記憶手段から読み出し、前記各小区間において、前記３次元点群データから任意の３点を選択して判断平面を設定し、前記判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が最も多くなる前記判断平面を小平面として抽出する処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返す小平面抽出手段と、
   前記各小区間における前記小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断する小平面判断手段と、
   前記抽出された小平面の数が基準平面数以内であると前記小平面判断手段が判断した第１の小区間について前記竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が基準包含率を超えるように前記仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定する仮想平面設定手段と、
   前記第１の小区間に対して前記番号が１多いまたは１少ない第２の小区間について前記第１の小区間と同じ仮想平面を設定したときに、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に前記第１、第２の小区間を結合して共通の仮想平面を有する小区間として記憶手段に記憶するとともに、前記小区間を結合する処理を前記番号の順序で繰り返す結合手段と、
   前記共通の仮想平面を有する小区間全体について、点群中の各点の前記仮想平面からの法線距離に基づいて画像情報を生成する画像情報生成手段と、
   を備える多平面構造物の凹凸抽出装置。
2. 前記小平面判断手段が、前記抽出された小平面の数が基準平面数を超えていると判断した小区間を前記小区間設定手段が予め定めた数に分割して分割小区間とし、前記分割小区間に前記結合手段の処理に使用する子番号を設定するとともに、前記小平面判断手段が、前記分割小区間における小平面の数が前記基準平面数以内であるか否かを判断し、前記小平面の数が前記基準平面数以内である分割小区間を元の小区間の代わりに前記結合手段の処理の対象とする、請求項１に記載の多平面構造物の凹凸抽出装置。
3. 前記結合手段の代わりに、共通の仮想平面を全ての小区間に設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合には前記仮想平面を維持し、超えない場合には、予め定めたグループ化方法に従って前記小区間を複数のグループに分け、各グループについて前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断する処理を繰り返す仮想平面分割手段を備える、請求項１または請求項２に記載の多平面構造物の凹凸抽出装置。
4. 前記小平面判断手段が、前記抽出された小平面の数が基準平面数を超えていると判断した小区間があるときに報知情報を出力する報知手段を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多平面構造物の凹凸抽出装置。
5. 前記画像情報生成手段は、画像情報として不整三角形網を生成する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多平面構造物の凹凸抽出装置。
6. 竣工時に複数の平面で構成されていた構造物の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データを凹凸計測手段から取得し、
   前記竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報に基づいて、前記複数の平面を、前記複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定するとともに、前記小区間に、隣接する前記小区間が連続番号となるように番号を設定し、
   前記各小区間において、前記３次元点群データから任意の３点を選択して判断平面を設定し、前記判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が最も多くなる前記判断平面を小平面として抽出する処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返し、
   前記各小区間における前記小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断し、
   前記抽出された小平面の数が基準平面数以内であると判断した第１の小区間について前記竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が基準包含率を超えるように前記仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定し、
   前記第１の小区間に対して前記番号が１多いまたは１少ない第２の小区間について前記第１の小区間と同じ仮想平面を設定したときに、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に前記第１、第２の小区間を結合して共通の仮想平面を有する小区間とするとともに、前記小区間を結合する処理を前記番号の順序で繰り返し、
   前記共通の仮想平面を有する小区間全体について、点群中の各点の前記仮想平面からの法線距離に基づいて画像情報を生成する、多平面構造物の凹凸抽出方法。
7. コンピュータを、
   竣工時に複数の平面で構成されていた構造物の前記複数の平面上の複数の点において、凹凸計測手段が計測した３次元点群データを凹凸計測手段から取得して記憶手段に記憶させる点群データ取得手段、
   前記竣工時の平面数及び平面の接続関係に関する情報に基づいて、前記複数の平面を、前記複数の平面の接続線方向に予め定めた距離毎に分割して小区間を設定するとともに、前記小区間に、隣接する前記小区間が連続番号となるように番号を設定する小区間設定手段、
   前記３次元点群データを記憶手段から読み出し、前記各小区間において、前記３次元点群データから任意の３点を選択して判断平面を設定し、前記判断平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が最も多くなる前記判断平面を小平面として抽出する処理を、先に抽出した小平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点を他の小平面の抽出処理で使用しない条件で繰り返す小平面抽出手段、
   前記各小区間における前記小平面の数が基準平面数以内であるか否かを判断する小平面判断手段、
   前記抽出された小平面の数が基準平面数以内であると前記小平面判断手段が判断した第１の小区間について前記竣工時の平面数と同数の仮想平面を設定し、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が基準包含率を超えるように前記仮想平面の位置、傾斜角、傾斜方向を決定する仮想平面設定手段、
   前記第１の小区間に対して前記番号が１多いまたは１少ない第２の小区間について前記第１の小区間と同じ仮想平面を設定したときに、前記仮想平面からの法線距離が予め定めた閾値内にある前記点群中の点の数が前記基準包含率を超えるか否かを判断し、超える場合に前記第１、第２の小区間を結合して共通の仮想平面を有する小区間として記憶手段に記憶するとともに、前記小区間を結合する処理を前記番号の順序で繰り返す結合手段、
   前記共通の仮想平面を有する小区間全体について、点群中の各点の前記仮想平面からの法線距離に基づいて画像情報を生成する画像情報生成手段、
   として機能させる多平面構造物の凹凸抽出プログラム。

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