JP6317052B1 - 採材支援装置および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】実際に立木を伐倒せずとも、より価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることを可能とする採材支援装置を提供する。【解決手段】立木の形状を示す座標情報を取得する円群データ処理部（２０）と、立木から切り出し可能な丸太の採材位置を模擬的に指定する採材位置模擬部（２２）と、丸太の最大矢高を算出する矢高算出部（２３）と、最大矢高が最小となる丸太、または、最大矢高に基づいて評価された丸太の価値が最も高くなる丸太を切り出すための採材位置を、最適採材位置として決定する採材位置決定部（２７）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、立木の幹の形状を示す座標情報を用いて立木の採材位置を模擬的に指定する採材支援装置に関する。

例えば日本における林業では、安価な輸入木材との競争および一律的な採材等により、国産木材の価格が下落している。このような状況の中、需要に応じた丸太を切り出せる立木がどの場所にどれくらい存在するのかを、実際に立木を伐採する前に把握するシステムが求められている。

例えば、特許文献１には、複数の地点で被計測物までの距離データを計測し、計測データから樹木の幹に相当するひとまとまりの特徴データを抽出し、複数地点の距離データをスキャンマッチングにより対応させて三次元の座標系に特定し、単木毎に樹木情報を検出する樹木情報計測方法が開示されている。また、特許文献２には、幹データに基づき、幹の曲がりを算出する方法が開示されている。また、非特許文献１には、個々の立木から採材される丸太の材長等を計算して売り上げを検討するシステムが開示されている。

特開２０１０−９６７５２号公報（２０１０年４月３０日公開） 特開２０１４−２３２１１１号公報（２０１４年１２月１１日公開）

収益シミュレーションシステム、［online］、収益シミュレーションシステム-WIX.com、［2015年7月13日検索］、インターネット＜http://maple96.wix.com/woodinfo?fb_ref=Default#!services2/ceow＞ 全国林業改良普及協会、「林業新知識 2015年1月号」、ｐ．１１・１４、２０１５年１月 公益社団法人 精密工学会 画像応用技術専門委員会、「ＶｉＥＷ２０１３ ビジョン技術の実利用ワークショップ講演概要集」、ｐ．１１４・１１５、２０１３年１２月５日

しかしながら、特許文献１および２のいずれにも、立木から採材する丸太の採材位置をシミュレートすることは記載されていない。また、非特許文献１には、立木を伐採せずに立木の価値を見積もることが示唆されてはいるが、具体的手法は開示されていない。

本発明の目的は、実際に立木を伐倒せずとも、より価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることを可能とする採材支援装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る採材支援装置は、立木の形状を示す座標情報を取得する座標情報取得部と、上記座標情報取得部によって取得された座標情報を用いて、上記立木から切り出し可能な丸太の採材位置を模擬的に指定する採材位置模擬部と、上記採材位置模擬部によって指定された採材位置によって特定される丸太の曲りの程度を示す最大矢高を算出する矢高算出部と、採材位置が指定された上記丸太のうち、上記矢高算出部により算出された最大矢高が最小となる丸太、または、上記最大矢高に基づいて評価された丸太の価値が最も高くなる丸太を切り出すための採材位置を、上記立木に適用する最適採材位置として決定する採材位置決定部と、を備えている。

上記の構成によれば、採材位置模擬部が、立木の座標情報を用いて、上記立木から切り出し得る丸太の採材位置を模擬的に指定する。矢高算出部は、模擬的に指定された採材位置によって特定される丸太ごとに、上記採材位置で採材された場合の丸太の最大矢高を算出する。そして、採材位置決定部は、矢高算出部により算出された最大矢高に基づいて、最大矢高が最小となる丸太を切り出すための採材位置、あるいは、該最大矢高に基づいて評価された丸太の価値が最も高くなる丸太を切り出すための採材位置を、上記立木に適用する最適採材位置として決定する。最大矢高が最小である丸太は、上記立木から採り得る最も曲りの少ない丸太を意味し、一般に、曲りの少ない丸太ほど価値が高いと判断される。したがって、採材位置決定部によって決定される最適採材位置は、上記立木から採り得る丸太の価値（丸太が複数の場合は価値の合計）が最も高くなるような丸太の切り方を示している。結果として、実際に立木を伐倒せずとも、より価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることを可能となる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記座標情報は、上記立木の幹の高さ方向において一定の間隔で該幹を輪切りにしたときの木口形状を丸めることにより得られた円を複数定義する円群データであり、上記採材位置模擬部は、上記円群データにおいて根元側の元口円と梢側の末口円とを特定することによって丸太の採材位置を指定するものであり、上記矢高算出部は、上記採材位置模擬部によって採材位置が指定された上記丸太について、上記丸太の元口円、末口円、および、当該元口円と当該末口円との間に位置する注目円のそれぞれの中心３点を通る平面を特定し、上記平面と上記元口円の円周との２交点のうち上記注目円から遠い位置にある第１交点と、上記平面と上記末口円の円周との２交点のうち上記注目円から遠い位置にある第２交点とを結ぶ線分を特定し、上記平面と上記注目円の円周との２交点のうち上記線分に近い位置にある第３交点から、上記線分に下ろした垂線の長さを上記注目円における矢高として算出し、上記元口円と上記末口円との間に位置する全ての注目円についてそれぞれ算出した矢高のうちの最大値を、上記丸太の最大矢高として算出してもよい。

上記の構成によれば、採材支援装置は、上記円群データを処理することによって、実際に立木を伐倒せずとも、模擬されたさまざまな採材位置により特定される丸太の最大矢高を採材位置ごとに算出することができる。このため、実際に立木を伐採することなく、１本の立木の価値が高くなるように立木の採材位置を決定することができる。さらに、上記の構成によれば、円中心だけでなく円の半径すなわち幹の太さも考慮して曲りを算出しているため、円の中心のみ、または、円の外周上の１点のみに基づいて曲りを算出する構成と比較して、より精度良く曲りを算出できる。

従来、丸太の最大矢高を丸太の座標情報から算出するためには、例えば、座標情報によって特定された形状の丸太を仮想水平面上で転がし、平面と丸太の隙間（すなわち、矢高）が最大になる回転位置を特定するというシミュレーションを、すべての注目円の位置ごとに行わなければならなかった。これに対し、本発明の採材支援装置によれば、元口円、末口円、および、注目円のそれぞれの中心３点を通る平面を特定することにより、容易に、上記注目円における最も大きい矢高が得られる場合の丸太の仮想接地点（すなわち、上記第１交点および上記第２交点）を得ることができる。注目円ごとに得られた最も大きい矢高の中で、最大のものがその丸太の最大矢高である。以上のとおり、本発明の採材支援装置は、従来のような計算量の多いシミュレーションを行わずとも、簡易な手順で最大矢高を求めることができ、結果として、最大矢高算出の処理効率を大幅に向上させることが可能となる。

なお、上記矢高算出部は、上記線分が上記注目円と交わる場合に、上記垂線の長さの負の値を該注目円における矢高として算出することが好ましい。上記の構成によれば、矢高に負の値を持たせることで、樽形状の丸太を弧形状の丸太と区別して評価することが可能となる。結果として、樽型も含む様々な形状の丸太に対応してより正確な評価を行う採材支援装置を実現することが可能となる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記座標情報取得部は、林分に属する立木ごとに上記座標情報を取得し、上記採材位置模擬部は、１の立木につき、想定されている元玉元口高ごとに、所定材長の１以上の丸太を採材するための採材位置を指定し、上記矢高算出部は、立木ごとかつ元玉元口高ごとに指定された採材位置に基づいて、各丸太の最大矢高を算出し、上記採材位置決定部は、１の元玉元口高につき立木ごとに算出された最大矢高の平均が最小となる元玉元口高、または、１の元玉元口高につき立木ごとに評価された価値の合計が最も高くなる元玉元口高を、上記林分に属する全ての立木に適用する最適採材位置として決定してもよい。

上記の構成によれば、座標情報取得部は、林分に属する立木ごとに座標情報を取得する。そして、採材位置模擬部は、上記立木の１本１本につき、予め想定されている（これに限定されないが、ユーザによって事前に想定範囲が指定されている）元玉元口高ごとに１つ以上の丸太の採材位置を指定する。矢高算出部は、上記のように立木ごとかつ元玉元口高ごとに指定された採材位置に基づいて、丸太の最大矢高を算出する。最後に、採材位置決定部は、上記想定されているいくつかの元玉元口高のうち、１の元玉元口高につき立木ごとに算出された最大矢高の平均が最小となる元玉元口高（または１の元玉元口高につき立木ごとに評価された価値の合計が最も高くなる元玉元口高）を林分に属する全ての立木に適用する最適採材位置として決定する。上記林分に属する各立木を、以上のようにして求められた最適な元玉元口高と、上記所定材長とに基づいて採材すれば、上記林分単位で合計価値が最も高くなるように、各立木から丸太を切り出すことが可能となる。

一般的に、林分に属する各立木は、樹木の種類、大きさまたは密度などがほぼ一定であると考えられる。そのため、これらに一律の採材位置を適用としても、概してどの立木についても同じく価値が高くなるように丸太を切り出せる。加えて、採材位置を一律とすることで上記林分における採材作業を単純化できる。それゆえ、各立木の合計価値が高くなる採材位置で、丸太を効率的に採材することが可能となる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置は、上記矢高算出部によって算出された上記最大矢高に基づいて、上記丸太が、曲りの程度が所定より小さい直材であるのか否かを判定する曲り区分判定部を備え、上記採材位置模擬部は、上記曲り区分判定部により、上記丸太が直材であると判定されているうちは、元玉元口高を変更せずに、該丸太の材長を所定長延長して、採材位置を指定しなおし、上記採材位置決定部は、上記元玉元口高について、材長が最長である直材の丸太を切り出すための最長の当該材長を、上記立木に適用する最適採材位置として決定してもよい。

上記の構成によれば、採材位置模擬部は、曲り区分判定部によって丸太が直材であると判定されているうちは、１の元玉元口高について（元玉元口高を変更せずに、）該丸太の材長を所定長延長して、採材位置を指定しなおす。採材位置が指定される度、矢高算出部によって、新規に指定された採材位置に基づく丸太について最大矢高の算出が繰り返され、曲り区分判定部によって判定が繰り返される。これにより、採材位置決定部は、１の元玉元口高について、直材であると判定された丸太のうち、材長が最も長い丸太を切り出す際の、当該最も長い丸太の材長を、上記立木に適用する最適採材位置として決定することができる。

一般に、丸太の価値は曲りが少ない直材ほど高く、丸太の材長が長いほど高い。このため、上記立木を、上記１の元玉元口高と、以上のようにして求められた最長の材長とに基づいて採材すれば、最も長い直材を上記立木から切り出すことが可能となる。結果として、１本の立木の価値が高くなるように丸太の採材位置を決定することができる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記採材位置模擬部は、上記丸太が直材で無いと判定された場合に、上記元玉元口高を梢方向に所定量変更して、採材位置を指定しなおし、上記採材位置決定部は、直材の丸太を切り出せると判定された元玉元口高と、該元玉元口高について、材長が最長である直材の丸太を切り出すための最長の当該材長を、上記立木に適用する最適採材位置として決定してもよい。

上記の構成によれば、採材位置模擬部は、上述と同様に、丸太が直材であると判定されているうちは、元玉元口高を変更せずに、該丸太の材長を所定長延長して採材位置を指定しなおし、一方、丸太が直材で無いと判定された場合に、上記元玉元口高を梢方向に所定量変更して、採材位置を指定しなおす。そして、採材位置決定部は、直材の丸太を切り出せると判定された元玉元口高と、該元玉元口高について、材長が最長である直材の丸太を切り出すための最長の当該材長を、上記立木に適用する最適採材位置として決定する。このようにして決定された最適採材位置は、できるかぎり根元に近い位置から、できるだけ長く、かつ、直材の丸太を切り出すための採材位置を示す。

一般に、元玉元口高が根元に近いほど、太い丸太が採れる可能性が高くなる。したがって、より価値が高い丸太を採るためには、直材となる丸太をできるだけ根元に近い位置からできるだけ長く採材できることが好ましい。上述の構成のように、元玉元口高を根元から梢方向へと順次変更して模擬的に指定された採材位置に基づいて丸太の価値を評価することにより、できるかぎり根元に近い位置から、できるだけ長く、かつ、直材の丸太を切り出すための採材位置を決定することができる。結果として、１本の立木の価値が高くなるように丸太の採材位置を決定することができる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記採材位置模擬部は、上記曲り区分判定部により、上記丸太が直材であると判定されているうちは、元玉元口高を変更せずに、該丸太の材長を所定長延長して、採材位置を指定しなおし、上記丸太が直材で無いと判定された場合に、上記元玉元口高を梢方向に所定量変更して、採材位置を指定しなおすことにより、想定されている元玉元口高ごとに、採材位置を指定するものであり、上記採材位置決定部は、材長が最長である直材の丸太を切り出すための元玉元口高および最長の当該材長を、上記立木に適用する最適採材位置として決定してもよい。

上記の構成によれば、採材位置模擬部は、上述と同様に、丸太が直材であると判定されているうちは、元玉元口高を変更せずに、該丸太の材長を所定長延長して採材位置を指定しなおし、一方、丸太が直材で無いと判定された場合に、上記元玉元口高を梢方向に所定量変更して、採材位置を指定しなおす。採材位置模擬部は、この模擬を、想定されているすべての元玉元口高ごとに繰り返す。結果として、採材位置模擬部は、想定されているすべての元玉元口高ごとに、採材可能な限り長い材長の採材位置を模擬的に指定する。これにより、採材位置決定部は、材長が最長である直材の丸太を切り出すための元玉元口高と該最長の材長との組み合わせを、上記立木に適用する最適採材位置として決定することができる。

立木の曲りは根元から離れるほど少なくなる傾向があるため、元玉元口高を立木の梢方向に変更するほど、直材が長く採れる可能性が高くなる。したがって、想定されているすべての元玉元口高について、直材が採材可能な最長の材長を模擬することにより、該立木から採材し得る最も長い直材を採るための元玉元口高を見つけることができる。結果として、１本の立木の価値が高くなるように丸太の採材位置を決定することができる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記採材位置模擬部は、根元に近い丸太から順に、丸太ごと、かつ、所定範囲で可変の元口位置および材長の組み合わせごとに採材位置を指定するものであり、上記採材支援装置は、上記採材位置模擬部によって指定された採材位置ごとに、上記矢高算出部によって算出された最大矢高、または、上記最大矢高に基づいて評価された価値を関連付けた採材パターンを生成するパターン生成部をさらに備え、上記採材位置決定部は、上記パターン生成部によって生成された採材パターンのうち、最小の最大矢高または最も高い価値が関連付けられた採材パターンを選択することにより上記最適採材位置を決定してもよい。

上記構成によれば、採材位置模擬部は、丸太の元口位置（より詳細には、元玉の場合は元玉元口高、二番玉以降の場合は余尺）、および、材長を可変値として扱い、これらの可変値の組み合わせから想定されるすべての採材位置について、上記座標情報上にて模擬的に指定する。そして、矢高算出部は、模擬によって指定された採材位置によって特定されるすべての丸太について、最大矢高を算出する。パターン生成部は、上記最大矢高、または、該最大矢高に基づいて求められた価値を、上記採材位置に関連付けて、これらの情報を採材パターンとして生成する。最後に、採材位置決定部は、生成された採材パターンのうち、最小の最大矢高または最も高い価値が関連付けられた採材パターンを選択し、この採材パターンが示す採材位置を最適採材位置として決定する。上記最適採材位置は、あらかじめ想定される元玉元口高（または余尺）と材長とのすべての組み合わせに基づいて模擬された採材位置の中から最も価値が高まる採材位置として選択されたものであり、すなわち、上記立木の価値が最も高くなる最適な採材の仕方を示す情報である。

結果として、実際に立木を伐倒せずとも、より価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることが可能となる。その上、上記余尺を可変値として扱うことにより、最適採材位置の選択肢を広げ、より一層最適な採材位置を求めることが可能である。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記採材位置模擬部は、先に採材パターンの生成が完了している最新の丸太である親玉について生成された採材パターンが示す該親玉の末口位置に応じて、該親玉の次に採材パターンが生成される現行玉の元口位置の範囲を決定して、さらに該親玉の採材パターンごとに、該現行玉の採材位置を指定するものであり、上記パターン生成部は、上記親玉の採材パターンに関連付けられている、上記現行玉よりも先に採材パターンの生成が完了しているすべての丸太（全先行玉）の合計価値に、上記現行玉の価値を加算することにより得られた合計価値を、上記現行玉の採材パターンに関連付けてもよい。

上記構成によれば、Ｎ番玉（現行玉）の採材パターンは、Ｎ−１番玉（親玉）の採材パターンを継承することにより、Ｎ番玉までの合計評価値（すなわち、全先行玉の評価値と現行玉の評価値の合計）を含むように生成される。結果的に、採材パターンは、その採材パターンが何番目の玉についてのものであるのかによらず、常に立木全体の価値を表す評価値を含むように生成される。結果として、何番玉についての採材パターンかを区別する必要なく、生成された全ての採材パターンの合計評価値を単純比較することにより、立木の価値が最も高くなる採材パターン、すなわち最適解、を精度良くかつ効率的に選択することが可能となる。

さらに、本発明の一態様に係る採材支援装置において、上記採材位置模擬部によって指定された採材位置ごとに、上記パターン生成部によって生成された採材パターンを記憶する記憶部を備え、上記パターン生成部は、１の丸太について新規に生成した採材パターンが示す末口位置が、上記記憶部に既に記憶されている上記丸太についての採材パターンのいずれかが示す末口位置と一致する場合に、最大矢高が高い方または価値が低い方の採材パターンを破棄することが好ましい。

これにより、最大矢高が高い（あるいは評価値が低い）既存の採材パターンが記憶部から抹消される。１つの採材位置（末口位置）につき、複数の採材パターンが共存することはあり得ない。そこで、上述のように、採用される可能性がない採材パターン（選択肢）を早期に削除することにより、以降の不要な計算を省略して、処理時間を大幅に短縮することが可能となる。

さらに、本発明の各態様に係る採材支援装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記採材支援装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記採材支援装置をコンピュータにて実現させる採材支援装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は、実際に立木を伐倒せずとも、より価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る採材支援装置の要部構成を示すブロック図である。 （ａ）は立木の形状を円群データにより示す図である。（ｂ）は丸太の最大矢高を説明する図である。（ｃ）は立木から切り出される丸太を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は曲り区分判定で使用する判定規則の具体例を示す表である。 （ａ）〜（ｄ）はスムージング処理を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は丸太の最大矢高を算出する方法を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る採材支援装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る採材支援装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る上記処理の他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態３に係る採材支援装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係る採材支援装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態３に係る採材支援装置が上記処理において用いる情報のデータ構造の具体例を示す図である。

≪実施形態１≫
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

〔用語の定義〕
本発明の説明において用いる用語を以下のように定義する。
「立木」・・・森林内に立っている状態の樹木全体。
「丸太」・・・伐り倒した立木の幹の部分を利用する長さに切ったもの。原木と呼ばれることもある。
「採材」・・・伐り倒した立木を丸太に切り分ける方法および作業。
「採材位置」・・・伐り倒した立木において、丸太を切り出す樹幹上の切断位置。
「木口」・・・丸太の長手方向に垂直に切断した横断面。
「元口」・・・丸太の根元側の木口。
「末口」・・・丸太の梢側の木口。
「末口径」・・・末口の直径。立木は根元から梢に向かうにしたがって細くなるため、丸太の末口側の直径が元口側よりも小さくなる。このことから末口側の直径を採材の際の直径の基準とすれば採材後に寸足らずになる危険性が回避できるため、丸太直径の基準として利用されている。
「末口半径」・・・末口の半径。末口径（直径）の半分の長さ。
「元玉」・・・立木から切り出される丸太のうち、立木の根元に最も近いもの。元玉より後は、根元に近いものから順に番号で、二番玉、三番玉…と呼ばれる。
「元玉元口高」・・・元玉の元口（根元）側の高さ。採材の出発点となる。伐採に際しては倒す方向をコントロールするために切断面に特殊な段差をつける。この段差は伐採後に切り落として木口面を平面にするが、その高さが元玉元口高となる。そのため、元玉元口高は伐採する高さ（伐採高）よりも高い位置となる。
「余尺」・・・立木から切り出される丸太（玉）と丸太との間に切りしろとして確保される立木の樹幹の長手方向の長さ。
「直材」・・・曲りが少なく（あるいは無く）、まっすぐな、あるいは、まっすぐとみなしてよい丸太を指す。何をもって「直材」と判定するのかについては、後述する判定規則による。例えば、図３に示す規格（判定規則）に基づいて曲り区分が判定される場合、「直材」とは、「Ａ（直）」または「１等級」と判定される丸太を指す。上記規格に基づかないで、後述の許容矢高上限値のような特殊用途に応じた個別の曲り判定基準を用いる場合は、「直材」とは、算出された最大矢高が許容矢高上限値以内の丸太を指す。
「許容矢高上限値」・・・長尺材は、製材品としての梁・桁材のサイズから逆算される丸太の木取り（円錐台である丸太から直方体である角材や板材を効率よく切り出す位置および組み合わせのパターン）想定から個別に求められる最大矢高の上限値のこと。曲りの許容限度値として用いる。

〔概要〕
図２の（ａ）は、立木１０１の幹の形状（外形）を円群データにより示す図である。円群データは、立木の幹の形状を示す三次元座標の情報であり、立木ごとに生成される。立木の形状は、図２の（ａ）に示すように、立木１０１の幹の高さ方向に任意の間隔（例えば１０ｃｍ）ごとに輪切りにし、その木口形状を所定の規則で丸めることにより得られた円Ｃの集合で表される。円群データの取得方法の一例が、例えば、非特許文献３に開示されている。具体的には、これに限定されないが、レーザスキャナにより計測された立木の幹上の点（三次元座標化された点）の群である点群データから、内接円近似を行って各円が生成される。各円Ｃは、地表面からの高さを示すｚ座標と、円の中心座標（ｘ、ｙ座標）と、円の半径とによって定義される。各実施形態では、円Ｃを正円として説明するが、これに限定されず、例えば楕円であってもよい。あるいは、円に限定されず、上記木口形状が少なくとも３点の座標情報によって定義されていてもよい。円群データによれば、各円Ｃのｚ座標のうちの最大値によって、立木の幹の全長が示される。なお、円群データには、図示しないが、立木ごとに立木を一意に識別するための立木ＩＤが関連付けられており、さらに、任意の土地（例えば林分）における当該立木の位置を示す相対位置座標が関連付けられていてもよい。

ところで、立木１０１には、周囲の環境等の影響により、曲りが生じることがある。特に、立木１０１の根元に近い部位ほど曲りが生じやすい。一般的に、立木から切り出される丸太の価値は、丸太の材積や材長にもよるが、曲りの少ない丸太ほど高く見積もられる。このため、立木１０１から切り出される丸太が曲りの少ない（あるいは無い）直材となるように、立木１０１の採材位置を決定することが重要である。以下の各実施形態では、丸太の曲りの程度を、丸太の最大矢高により求める。

図２の（ｂ）は、丸太１００の最大矢高ｈを説明するための図である。各実施形態では、丸太１００の曲りは１箇所であることを想定している。図２の（ｂ）に示すように、元口の外周上の点Ａと末口Ｃの外周上の点Ｂとを結び、丸太１００の内曲面ｆと弦ＡＢとの間で距離が最大となるｈ（すなわち、弦ＡＢから内曲面ｆに垂直におろした線の長さの最大値）を最大矢高ｈとする。なお、最大矢高ｈを得るための上記弦ＡＢを特定するための点Ａおよび点Ｂは、元口および末口の外周において同じ水平方位の点であり、図５を参照して後述する矢高算出方法の過程で一意に定められる。各実施形態において、上記最大矢高は、曲り判定の指標として単独で使用されてもよいし、または、末口径や材長とともに関数で使用されてもよい。

従来、最大矢高ｈは、立木を実際に伐採して立木から丸太を切り出した後、メジャー等で計測することにより求められていたが、各実施形態では、伐倒前の立木の状態で丸太１００の最大矢高ｈを算出することが可能である。最大矢高ｈの算出方法の詳細は、図５を用いて後述する。

図２の（ｃ）は、立木１０１から切り出される丸太を説明する図である。図２の（ｃ）に示すように、立木１０１から切り出される丸太のうち、立木１０１の根元に最も近いものは元玉と呼ばれ、言わば一番玉である。上記元玉より後は、根元に近いものから順に番号で、二番玉、三番玉…と呼ばれる。

各実施形態では、採材支援装置は、立木１０１の採材位置を、円群データ上で模擬的に指定し、当該採材位置により特定される各丸太（玉）について最大矢高を算出し、算出した最大矢高を用いて丸太の曲りの程度を示す区分（以下、曲り区分）を判定する。そして、算出した最大矢高および判定した曲り区分を用いて、立木の価値がより高くなるように立木１０１の丸太の採材位置を決定する。採材位置とは、すなわち、図２の（ｃ）に示される各玉の元口の位置および末口の位置である。

〔曲り区分判定〕
図３の（ａ）は、丸太の最大矢高に応じて、丸太の曲り区分Ａ〜Ｄを判定するための判定規則の具体例を示す表である。同図の判定規則によれば、最大矢高が２０ｍｍ以下の丸太は、曲りがほとんどない直材（Ａ区分）と判定され、最大矢高が２０ｍｍより大きく４５ｍｍ以下の丸太は、曲りの程度が小さい小曲り材（Ｂ区分）と判定され、最大矢高が４５ｍｍより大きく１００ｍｍ未満の丸太は、曲り材（Ｃ区分）と判定され、最大矢高が１００ｍｍ以上の丸太は、曲りの程度が大きすぎて製材品として活用できないため、チップ材（Ｄ区分）と判定される。なお、最大矢高の上記閾値は、丸太の材長に応じて変更されてもよい。例えば、丸太の材長が長くなるにつれて、最大矢高の基準を緩めて大きい値に設定してもよい。

図３の（ｂ）は、ログハウス仕様に準拠した曲り区分判定規則の一例である。この例では、丸太の曲りの程度を、最大矢高を材長で除したものの百分率（最大矢高／材長×１００（％））で表す。同図の判定規則によれば、曲りの程度が０．３％未満の丸太は直材（Ａ区分）と判定され、曲りの程度が０．３％以上０．８％未満の丸太は小曲り材（Ｂ区分）と判定され、曲りの程度が０．８％以上の丸太は曲り材（Ｃ区分）と判定される。

図３の（ｃ）は、ＪＡＳ（Japanese Agricultural Standard、日本農林規格）仕様に準拠した曲り区分判定規則の一例である。この例では、丸太の末口直径に応じて丸太の大きさを小・中・大の素材に分け、素材ごとに丸太の曲りの程度に応じた等級が定められている。等級１等〜３等は、それぞれ、上述の曲り区分Ａ〜Ｃに相当する。また、丸太の曲りの程度を、最大矢高を末口直径で除したものの百分率（最大矢高／末口直径×１００（％））で表す。同図の判定規則によれば、末口直径が１４ｃｍ未満の丸太（小の素材）の場合、曲りの程度が２５％以下の丸太は１等と判定され、曲りの程度が２５％より大きい丸太は２等と判定される。末口直径が１４ｃｍ以上３０ｃｍ未満の丸太（中の素材）の場合、曲りが１つで曲りの程度が１０％以下の丸太は１等と判定され、曲りの程度が１０％より大きく３０％以下の丸太は２等と判定され、曲りの程度が３０％より大きくなる丸太は３等と判定される。なお、上述の等級や区分および曲りの程度の閾値は、木の種類（スギ、ヒノキ、その他の針葉樹など）に応じて変更されてもよい。

なお、図３の（ａ）〜（ｃ）に示す判定規則は、発明の理解を容易にすることを目的として挙げられた具体例に過ぎない。すなわち、上記各具体例は、本発明において、図３の（ａ）〜（ｃ）に示す判定規則以外の判定規則を任意に定め、それを適用するということを排除する意図はない。例えば、後述の実施形態２では、図３の（ａ）〜（ｃ）に示す判定規則とは異なる規則（許容矢高上限値）を使用して、丸太の曲り区分が判定される。

〔採材支援装置１の構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る採材支援装置１の要部構成を示すブロック図である。採材支援装置１は、少なくとも、制御部１０および記憶部１１を備え、好ましくは、さらに、操作部１２および表示部１３を備えている構成である。

制御部１０は、採材支援装置１が有する各種の機能を統括的に制御する。制御部１０は、機能ブロックとして、少なくとも、円群データ処理部２０、採材位置模擬部２２、矢高算出部２３、および採材位置決定部２７、さらに、必要に応じて、条件設定部２１、曲り区分判定部２４および採材位置出力部２８を含んでいる。機能ブロックは、例えば、ＣＰＵなどが、不揮発性の記憶装置（記憶部１１）に記憶されているプログラムを不図示のＲＡＭ等に読み出して実行することで実現できる。記憶部１１は、採材支援装置１が処理する各種情報を記憶するものであり、少なくとも、立木からより価値の高い丸太を切り出すための最適な採材位置を示す情報である最適採材位置１１ａを含んでいる。操作部１２は、採材支援装置１を動作させるための指示信号をユーザが入力するものであり、例えば、採材支援装置１に電気的に接続された、マウス、キーボード、タッチパネルなどで構成されている。表示部１３は、記憶部１１に記憶されている各種データをユーザが視認可能なように表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）などの表示装置で構成される。

円群データ処理部２０（座標情報取得部）は、円群データ（座標情報）を取得して、円群データに対して必要に応じて欠損データ補間処理およびスムージング処理を実行するものである。欠損データ補間処理およびスムージング処理の詳細については、図４にて後述する。

条件設定部２１は、ユーザにより指定された、立木から丸太を切り出す際の採材に係る制約を、採材位置の模擬に使用する条件として、操作部１２を介して受け付けるものである。本実施形態では、条件設定部２１は、可変値として元玉元口高の条件と、固定値として余尺および材長の条件とを受け付ける。

元玉元口高は、元玉における元口の地表面からの高さ（元口位置）であり、例えば、その下限値は０．５（ｍ）および上限値は２（ｍ）と設定することができる。余尺は、二番玉以降の元口と直下の玉の末口との間の樹幹長手方向における長さであり、余尺は０ｍ以上３ｍ未満の範囲内で設定することができる。材長は、丸太の元口位置から、当該丸太の梢側の採材位置（末口位置）までの長さを意味し、例えば、３ｍ、４ｍ、および、６ｍと設定することができる。なお、余尺は、丸太の所望の長さである材長を確保するための切りしろとして任意の固定値を用いてもよい。本実施形態では、余尺を固定値０．１ｍに設定するものとする。

採材位置模擬部２２は、円群データ処理部２０によって取得された円群データを用いて、立木から切り出し可能な丸太の採材位置を、条件設定部２１により設定される条件に従って模擬的に指定するものである。

矢高算出部２３は、採材位置模擬部２２によって指定された採材位置を採用した場合に切り出される丸太について、曲りの程度を示す最大矢高を算出するものである。

曲り区分判定部２４（評価部）は、矢高算出部２３によって算出された最大矢高に基づいて丸太の曲り区分を判定するものである。曲り区分については、図３を参照して説明したとおりであるが、単純には、曲り区分判定部２４は、丸太が直材（Ａ区分または１等）か直材でない（Ａ区分または１等以外）かを判定するのみであってもよい。

採材位置決定部２７は、曲り区分判定部２４により判定された丸太のうち、価値が最も高い丸太を切り出すための採材位置を、立木に適用する最適採材位置として決定するものである。採材位置決定部２７は、決定した最適採材位置を、最適採材位置１１ａとして記憶部１１に格納する。

採材位置出力部２８は、記憶部１１に保存されている最適採材位置１１ａをユーザに対して提示するものである。例えば、採材位置出力部２８は、最適採材位置１１ａをユーザが視認可能な情報に成形して表示部１３に出力する。

〔欠損データ補間処理〕
円群データ処理部２０が実行する欠損データ処理について説明する。立木の形状をレーザスキャナ等で計測する際、部分的に点群が欠損する場合がある。この場合、円群データにおいて一部の円が欠損し、最大矢高の算出ができないという問題が生じる。欠損データ補間処理では、欠損した円を補間して、上記問題を解決する。

円群データ処理部２０は、円の欠損が生じている箇所について、当該箇所の直下（根元側）にある円、および当該箇所の直上（梢側）にある円の情報を用いて、円の中心の座標（ｘ、ｙ、ｚ座標）、および、半径のそれぞれについて線形補間を実行する。例えば、補間対象箇所が連続していない場合、補間対象箇所の直下の円の中心座標（ｘ、ｙ、ｚ座標）と直上の円の中心座標（ｘ、ｙ、ｚ座標）とを結ぶ線分上の中央の点を、補間対象円の中心座標（ｘ、ｙ、ｚ座標）として取得したり、直下の円の半径と直上の円の半径の平均値を補間対象円の半径として取得する。

上記の様に、欠損データ補間処理を行うことにより、立木を等間隔（例えば１０ｃｍ間隔）で輪切りにした円の集合を欠落なく含む円群データが作成され、丸太の最大矢高算出を適切に行うことが可能となる。

〔スムージング処理〕
円群データ処理部２０が実行するスムージング処理について、図４の（ａ）〜（ｂ）を参照しながら説明する。図４の（ａ）は、スムージング処理前の円群データに基づいての立木の横から見たときの外形ラインを再現した図であり、図４の（ｂ）は、スムージング処理後の円群データに基づいて立木の外形ラインを再現した図である。図４の（ａ）に示すように、円群データは、１本の立木として不自然な形となる（幹が先細りの形にならない）位置または大きさを持つ円（外れ値）を含むことがある。このように円が不自然にばらつくのは、枝の形状に影響を受けた計測誤差が原因と考えられる。この円の不自然なばらつきを、外れ値の影響を受けにくい手法（スムージング処理）により平滑化する。本スムージング処理では、各円の中央値を求める手法を採用している。

図４の（ｃ）は、スムージング処理前の円群データの一部を示す図である。図４の（ｃ）に示すように、円Ｃ１〜Ｃ５は、例えば１０ｃｍ間隔で、上からｚ座標が高い順に並んでいる。円Ｃ１〜Ｃ５によれば、立木の外形ラインは先細りとなっていないため、外れ値である円が含まれていると考えられる。このため、スムージング処理を行うことにより、円群データが示す立木の外形ラインを実際の立木の外形ラインに近づける。

以下、円Ｃ３をスムージングの対象円とする場合について説明する。まず、円群データ処理部２０は、スムージング処理に用いる参考円として、対象円に近い円を上下からそれぞれ２つずつ取得する（円Ｃ１〜Ｃ２、および、円Ｃ４〜Ｃ５）。なお、取得する参考円の個数を上下それぞれ２つとしたがこれは一例であって任意の数の参考円を取得すればよい。参考円の個数が多いほど、処理負荷が増大するが、スムージング処理後の円群データは実際の立木の幹形状に近づくというメリットがある。

まず、円Ｃ３の半径のスムージング処理を説明する。図４の（ｄ）は、円の半径のスムージング処理を説明するための概念図である。同図に示すとおり、図４の（ｃ）に示す円Ｃ１〜Ｃ５を上から半径の短い順に並べ替えると、半径の中央値がｒ１と判明する。この円Ｃ１が持つ半径ｒ１を、スムージング処理後の対象円Ｃ３の半径とする。次に中心座標のスムージング処理を説明する（不図示）。対象円Ｃ３の中心のｘ座標は、スムージング処理後、円Ｃ１〜Ｃ５の中心の各ｘ座標を昇順（または降順）に並べたときに中央値に該当するｘ座標に置き換わる。対象円Ｃ３の中心のｙ座標も同様に、円Ｃ１〜Ｃ５の中心の各ｙ座標の中央値に置き換わる。このようなスムージング処理を円群データに含まれる各円を対象として繰り返し実行する。なお、スムージング処理に用いる参考円の円群データは、スムージング処理前の円群データであり、したがって、先のスムージング処理によって値が置き換わった円の情報が後のスムージング処理に影響することはない。スムージング処理は、上述した欠損データ補間処理の後に行うことが好ましい。

スムージング処理を行うことにより、円群データが示す立木の外形ラインを、図４の（ａ）に示すような不自然な凹凸が顕著な状態から、図４の（ｂ）に示すように平滑な状態にすることができ、実際の立木の外形ラインに近づけることができる。このため、立木の価値の見積もりをより一層精度良く行うことが可能となる。

〔矢高算出方法〕
矢高算出部２３が実行する矢高算出方法について、図５の（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図５の（ａ）〜（ｃ）は、丸太の最大矢高を算出する方法を説明する図である。図５の（ａ）に示すように、まず、１つの丸太における元口円Ｃａと末口円Ｃｂとの間に位置する複数の円の中から、矢高算出の対象として注目する注目円Ｃｎを１つ選定する。そして、元口円Ｃａの中心、末口円Ｃｂの中心、および注目円Ｃｎの中心の３点を通る平面αを特定する。

次に、図５の（ｂ）に示すように、平面αと元口円Ｃａの円周との２交点のうち注目円Ｃｎから遠い位置にある方の交点Ａ（第１交点）と、平面αと末口円Ｃｂの円周との２交点のうち注目円Ｃｎから遠い位置にある方の交点Ｂ（第２交点）とを結ぶ線分ＡＢを特定する。

そして、図５の（ｃ）に示すように、平面αと注目円Ｃｎの円周との２交点のうち線分ＡＢに近い位置にある方の交点Ｎ（第３交点）を特定し、交点Ｎから線分ＡＢに下ろした垂線ＮＨの長さを注目円Ｃｎの矢高ｈｎとする。なお、注目円Ｃｎの交点Ｎが線分ＡＢ上にある場合、矢高ｈｎは０となる。

以上のような、１つの円について矢高を算出する処理を、元口円Ｃａと末口円Ｃｂとの間に位置する全ての円Ｃについて繰り返す。そして、各円について算出した矢高ｈｎのうちの最大値を最大矢高ｈとして決定する。上記方法によれば、元口円、末口円、および、注目円のそれぞれの中心３点を通る平面を特定することにより、容易に、上記注目円における最も大きい矢高が得られる場合の丸太の仮想接地点（すなわち、上記交点Ａおよび上記交点Ｂ）を得ることができる。結果として、従来のような計算量の多いシミュレーションを行わずとも、簡易な手順で最大矢高を求めることができ、結果として、最大矢高算出の処理効率を大幅に向上させることが可能となる。

なお、図５の（ｃ）を参照して、線分ＡＢが注目円Ｃｎ内にある場合（線分ＡＢが注目円Ｃｎと交わる場合）、矢高算出部２３は、垂線ＮＨの長さの負の値を上記注目円Ｃｎにおける矢高ｈｎとして算出することが好ましい。線分ＡＢが注目円Ｃｎと交わるということは、丸太は、図２の（ｂ）に示すように弧を描く形状で曲がっているわけではなく、樽のように中央が膨らんで両木口に向かって細くなっていく形状を有していると考えられる。よって、このような樽形状の丸太は、直材が採れる可能性があり、弧形状の丸太と同様に曲りの程度を評価することは望ましくない。そこで、矢高に負の値を持たせることで、樽型の丸太を弧形状の丸太と区別して評価することが可能となる。結果として、樽型も含む様々な形状の丸太に対応した採材支援装置を実現することが可能となる。

なお、円Ｃが楕円である場合は、別の手順によって最大矢高を求めてもよい。また、木口形状が円ではなく３点の座標で定義されている場合、当該３点を円周上に含む円を再現し、再現した円に基づいて、上述と同様の方法で最大矢高を算出すればよい。

なお、最大矢高ｈを算出する方法は、図５に示す方法に限定されない。例えば、図示しないが、矢高算出対象の丸太について、末口円の中心と元口円の中心を結ぶ直線と、注目円の中心を該円に対して垂直に通る直線との距離ｔを注目円ごとに求め、求めた距離ｔのうちの最大値を最大矢高ｈとして算出してもよい。この方法を用いる場合、丸太の曲りの程度は、上記最大矢高ｈを末口の直径で除したものの百分率により表される。

〔標準モード〕
図６は、本発明の実施形態１に係る採材支援装置１が実行する処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、玉間の余尺および材長を固定値とし、元玉元口高を可変値として、林分単位の任意の数の立木について最適採材位置を決定する標準モードである。林分とは、立木の種類や大きさがほぼ一様であって森林の取り扱いの単位となる、まとまった広さの土地と立木の集団を合わせたものを指す。したがって、林分単位の立木とは、所定の林分における全ての立木であり、例えば、数ヘクタール〜数十ヘクタール林分を１単位として、当該土地に生えている立木の集団である。

まず、円群データ処理部２０は、林分単位のすべての立木について円群データを取得し、必要に応じて事前準備処理を行う（Ｓ１）。事前準備処理には、上述の欠損データ補間処理およびスムージング処理が含まれる。

次に採材位置模擬部２２は、採材位置の模擬に使用する条件（シミュレーション条件）を取得する（Ｓ２）。具体的には、採材位置模擬部２２は、条件設定部２１が受け付けた固定値または可変値の条件（下限値／上限値）を取得したり、該可変値の初期化を行ったりする。本実施形態では余尺および材長が固定値であり、採材位置模擬部２２は、上記条件として、例えば、余尺０．１ｍおよび材長４ｍをそれぞれ取得する。また、本実施形態では元玉元口高Ｈが可変値であるため、採材位置模擬部２２は、上記条件として、例えば、元玉元口高Ｈの下限値０．５ｍおよび上限値２ｍを取得する。なお、本実施形態では、円群データにおける各円の高さ間隔が１０ｃｍであるので、元玉元口高Ｈの増分は、０．１ｍと設定されているものとする。採材位置模擬部２２は、処理を簡略化するために、上記増分を０．１ｍより大きい値に設定してもよい。さらに、採材位置模擬部２２は、ここで、模擬対象となるすべての立木を把握するために、各立木の円群データから立木ＩＤを取得しておく。続いて、採材位置模擬部２２は、Ｓ１にて取得された円群データを用いて、立木から切り出し可能な丸太の採材位置を上記条件に従って模擬的に指定する。具体的には、採材位置模擬部２２は、Ｓ２にて取得した条件に従って元玉元口高Ｈを１つ取得する（Ｓ３）。初回は、例えば、元玉元口高Ｈの初期値、０．５ｍを取得する。また、採材位置模擬部２２は、模擬対象となる立木について、Ｓ１にて取得された円群データに関連付けられている立木ＩＤを１つ取得する（Ｓ４）。採材位置模擬部２２が指定したこれらの可変値は、評価を行う下流の機能ブロック（矢高算出部２３など）に都度通知される。

次に、矢高算出部２３は、Ｓ４にて指定された立木について、Ｓ３にて指定された元玉元口高ＨとＳ２にて取得された条件（固定値）とにより特定される丸太の最大矢高を算出する（Ｓ５）。例えば、元玉については、元口位置が０．５ｍの場合、末口位置は、上記元玉元口高Ｈに材長４ｍが加算されて、４．５ｍと求まる。また、二番玉以降については、元口位置は、直下の玉の末口位置に余尺０．１ｍが加算されることによって求まり、末口位置は、上記元口位置に材長４ｍが加算されることによって求まる。このように元口位置と末口位置とが求まれば、図５にて説明したとおり、最大矢高が算出される。矢高算出部２３は、１本の立木から上記固定材長４ｍの丸太が複数採れる場合は、採れる丸太の数だけ上記最大矢高の算出を繰り返す。１本の立木から４ｍの丸太が何玉採れるのかについては、採材位置模擬部２２が模擬して矢高算出部２３に通知すればよい。

この後、曲り区分判定部２４は、Ｓ５にて最大矢高が算出された全ての丸太について、その最大矢高を用いて曲り区分を判定する（Ｓ６）。例えば、図３の（ａ）の判定規則を使用するという条件がＳ２にて取得されている場合には、曲り区分判定部２４は、図３の（ａ）の判定規則を参照して、各丸太についてＡ〜Ｄ区分のいずれに該当するのかを判定する。曲り区分判定部２４は、曲り区分判定結果１１ｂを記憶部１１に記憶する。曲り区分判定結果１１ｂは、立木ＩＤと、丸太を識別する玉番数（例えば元玉は「１」、二番玉は「２」）とに関連付けて曲り区分（Ａ〜Ｄ区分のいずれか）が格納されている情報である。

採材位置模擬部２２は、１本の立木につき模擬したすべての丸太について曲り区分判定結果１１ｂが記憶部１１に記憶されると、Ｓ２にて取得したすべての立木ＩＤについて、Ｓ４からＳ６までの処理が行われたか否かを判定する（Ｓ７）。未処理の立木が残っていると判定された場合（Ｓ７にてＮＯ）、採材位置模擬部２２は、次の処理対象の立木ＩＤを取得して（Ｓ４）、Ｓ５およびＳ６の処理を繰り返すよう下流の機能ブロックに通知する。

全ての立木ＩＤについてＳ４からＳ６までの処理が行われたと判定された場合（Ｓ７にてＹＥＳ）、採材位置決定部２７は、立木ごとかつ丸太ごとに算出された最大矢高の平均値Ａｖを算出する（Ｓ８）。より具体的には、まず、１本の立木から切り出される丸太全てについて最大矢高の平均値を算出してこれをその立木の最大矢高平均値とし、次に、各立木の上記最大矢高平均値の平均値を、その林分における、特定の元玉元口高Ｈを採用した場合の最大矢高の平均値Ａｖとして算出する。そして、採材位置決定部２７は、Ｓ８にて算出した平均値Ａｖが、最適採材位置１１ａとしてすでに記憶されている最小平均値Ａｖｍより小さいか否かを判定する（Ｓ９）。

上記平均値Ａｖが最小平均値Ａｖｍよりも小さいと判定される場合、すなわち、Ｓ３にて取得した元玉元口高Ｈについて新規に算出した平均値Ａｖがこれまで算出した平均値Ａｖのうちで最小値である場合（Ｓ９にてＹＥＳ）、採材位置決定部２７は、上記新規の平均値Ａｖを最小平均値Ａｖｍとし、上記元玉元口高Ｈを、該最小平均値Ａｖｍが得られる元玉元口高Ｈｍとして、該最小平均値Ａｖｍに関連付ける。そして、これらの情報を最適採材位置１１ａとして、既存の情報と置き換える（Ｓ１０）。なお、ここで、記憶部１１に格納されている最適採材位置１１ａが無い場合（Ｓ８で算出された新規の平均値Ａｖが１つ目である場合）、採材位置決定部２７は、Ｓ９にてＹＥＳと判定し、最小平均値Ａｖｍおよび元玉元口高Ｈｍのセットを最適採材位置１１ａとして記憶部１１に記憶する。一方、新規の平均値Ａｖが既存の最小平均値Ａｖｍを下回らない場合（Ｓ９にてＮＯ）、新規の平均値Ａｖが得られる元玉元口高Ｈが最適な採材位置としては採用できないので、採材位置決定部２７は、該新規の平均値Ａｖを破棄する。

続いて、最適採材位置１１ａが更新されるかまたは新規の平均値Ａｖが破棄されると、採材位置模擬部２２は、現行の元玉元口高Ｈを、０．１ｍ増分し（Ｓ１１）、増分後の元玉元口高ＨがＳ２にて取得された上限値（２ｍ）を超えているか否かを判定する（Ｓ１２）。元玉元口高Ｈが上記上限値以下の場合（Ｓ１２にてＮＯ）、Ｓ３以降の処理が繰り返される。すなわち、採材位置模擬部２２は、０．１ｍ増分された新規の元玉元口高Ｈについて、林分の最大矢高の平均値Ａｖを算出するように、下流の各機能ブロックに指示する。一方、増分された元玉元口高Ｈが上記上限値を超えている場合（Ｓ１２にてＹＥＳ）、採材位置模擬部２２は、想定されているすべての元玉元口高での模擬が終了したと判断し、これにより一連の処理が終了する。この終了時点で、記憶部１１に記憶されている最適採材位置１１ａが、当該林分に属する全立木に適用すべき最適採材位置を示している。最後に、採材位置出力部２８は、必要に応じて、上記最適採材位置１１ａ、すなわち最後にＳ１０にて更新された最小平均値Ａｖｍおよび最小時の元玉元口高Ｈｍを、ユーザが視認可能な情報に加工して表示部１３に出力してもよい（Ｓ１３）。なお、Ｓ１３にて出力される情報には、Ｓ１０にて保存された最小平均値Ａｖｍの要素である各丸太について、元口・末口の半径、Ｓ５にて算出された最大矢高、およびＳ６にて記憶された曲り区分判定結果１１ｂが含まれていてもよい。

上記の構成および方法によれば、需要に応じた条件（材長および余尺）で、立木から切り出される丸太の最大矢高が林分単位で最小となるように、元玉元口高を求めることができる。このため、林分単位で立木の価値の合計が最も高くなる一律の採材位置で、立木から丸太を切り出すことが可能となる。それゆえ、従来から行っていた伐採に係る作業（立木から一律的に丸太を切り出す作業）のスムーズさを保ちつつ、需要に応じた条件を満たし、なおかつ立木の価値を林分単位で最大とすることが可能となる。

≪変形例１‐１≫
図６に示すフローチャートでは、最適な元玉元口高Ｈを決定するために、Ｓ８において全立木の最大矢高の平均値を算出する場合について説明したが、本発明の方法はこれに限定されない。例えば、採材位置決定部２７は、Ｓ８において、最大矢高の平均値に代えて、Ｓ６にて判定した曲り区分が直材となる丸太の個数の総数を算出してもよい。この場合、Ｓ９では、採材位置決定部２７は、Ｓ８にて算出した１つの元玉元口高Ｈについての直材玉個数の総数が、これまでに算出した直材玉個数の総数を超えるか否かを判定する。なお、記憶部１１に記憶される最適採材位置１１ａは、林分における各立木の直材玉個数の総数が最大となる元玉元口高Ｈを含んでいる。上記構成および方法によれば、市場で価値が高いとされる直材の丸太がより多く得られるように、元玉元口高を求めることができる。したがって、林分単位で立木の価値の合計が最も高くなる一律の採材位置で、立木から丸太を切り出すことが可能となる。

また、図６に示すフローチャートでは、林分に属する全ての立木を評価対象とする場合について説明したが、本発明の方法を、１本の立木を評価する場合にも適用可能である。この場合、Ｓ７の処理は省略され、Ｓ８では単に当該１本の立木についての各丸太の最大矢高平均値が算出される。

≪実施形態２≫
以下、本発明の他の実施の形態について詳細に説明する。本実施形態は、元玉の価値を評価するものであり、材長が可変値である点で実施形態１と異なる。

〔直材優先モード〕
本実施形態に係る直材優先モードとは、直材となる元玉をできるだけ長く採ることを目的として最適採材位置を検索するモードである。より具体的には、根元により近い元玉元口高から模擬および評価が開始され、所定材長で直材として切り出せる元玉が見つかれば、当該元玉の材長を所定長延長し、その元玉が直材以外（曲材）であると判定されるまで、材長を延長しながら模擬および評価を繰り返すものである。

図７は、本発明の実施形態２に係る採材支援装置１が実行する処理の流れを示すフローチャートである。まず、円群データ処理部２０は、上記処理の対象となる立木について円群データを取得し、必要に応じてＳ１と同様に事前準備処理を行う（Ｓ２１）。

次に、採材位置模擬部２２は、採材位置の模擬に使用する条件（シミュレーション条件）を、取得する（Ｓ２２）。具体的には、採材位置模擬部２２は、条件設定部２１が受け付けた以下の条件を取得する。すなわち、材長の初期値（例：４ｍ）、材長の増分（例：２ｍ）、元玉の末口半径の下限値（例：８ｃｍ）を取得する。元玉の末口半径の下限値は、一定の太さを確保した上で、できるだけ長い直材を検索するために必要な値である。続いて、採材位置模擬部２２は、Ｓ２２にて取得した条件に従って元玉元口高Ｈを１つ取得する（Ｓ２３）。初回は、実施形態１と同様、０．５ｍを取得する。また、採材位置模擬部２２は、元玉の末口位置を取得する（Ｓ２４）。該末口位置は、Ｓ２３にて取得した元玉元口高Ｈに、現行の材長Ｌを加算することにより求まる。例えば、初回は、末口位置は、元玉元口高Ｈ（０．５ｍ）に材長の初期値（４ｍ）を加算して、４．５ｍと求まる。

続いて、採材位置模擬部２２は、上記末口位置がＳ２１にて取得した円群データが示す立木の幹の全長を超えているか否かを判定する（Ｓ２５）。上記末口位置が上記幹の全長以下である場合（Ｓ２５にてＮＯ）、このように模擬された採材位置は実現可能であると判断し、次に採材位置模擬部２２は、上記末口位置を採用した場合の元玉の末口半径が、Ｓ２２にて取得された末口半径の下限値よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２６）。上記末口半径が上記下限値よりも大きい場合（Ｓ２６にてＹＥＳ）、採材位置模擬部２２は、上記採材位置にて元玉の太さが確保されているとして、模擬した採材位置にて評価を行うよう下流の機能ブロックに指示する。これに応じて、矢高算出部２３は、Ｓ２３にて取得された元玉元口高ＨとＳ２４にて取得された末口位置とにより定められる元玉の最大矢高を算出する（Ｓ２７）。最大矢高の算出方法は、図５にて上述した通りである。

なお、採材位置模擬部２２は、Ｓ２５にてＹＥＳと判定した場合、現行の元玉元口高Ｈだと、最低限の材長４ｍですらそもそも丸太が採れず、当然のことながらこれ以上元玉元口高Ｈを上げても材長４ｍの丸太は採材し得ないと判断し、一連の処理を終了させる。また、採材位置模擬部２２は、Ｓ２６にてＮＯと判定した場合、現行の元玉元口高Ｈと現行の材長Ｌとで丸太は採れるが、その丸太の太さの要件が満たされない（最低限の太さが確保されない）と判断し、当然のことながらこれ以上元玉元口高Ｈを上げても材長を延ばしても太さの要件を満たした丸太は採材し得ないと判断し、一連の処理を終了させる。

Ｓ２７に続いて、曲り区分判定部２４は、上記元玉について算出された最大矢高を用いて曲り区分を判定する（Ｓ２８）。本実施形態では少なくとも直材であるか否か判定できればよいため、図３に示す判定規則を参照することを必須としない。代わりに、曲り区分判定部２４は、Ｓ２７にて算出された最大矢高と、現行の材長に対応した許容矢高上限値とを比較することにより、上記元玉が直材か否かを判定してもよい。具体的には、曲り区分判定部２４は、上記元玉の最大矢高が上記許容矢高上限値以下である場合に、元玉が直材であると判定し、当該最大矢高が当該許容矢高上限値より大きい場合に、元玉が直材でないと判定する。なお、材長４ｍの許容矢高上限値は、例えば、２．４ｃｍであり、材長６ｍでは３．６ｃｍであり、材長８ｍでは４．８ｃｍであり、材長１０ｍでは６ｃｍであり、材長１２ｍでは、７．２ｃｍである。このように材長ごとに許容矢高上限値が紐付けられたテーブルが、あらかじめ記憶部１１に記憶されており（図示せず）、曲り区分判定部２４が参照できるように構成されている。材長が長くなるほど、直材を採ることが難しい。そこで、上述のように、材長に応じて許容矢高上限値を定めておくことで、丸太を直材と判定するための最大矢高の基準値を緩めることができ、一律の判定規則で曲り区分の判定を行う場合と比較して、長尺直材の探索を需要に応じて柔軟に実行することが可能となる。

上記元玉の曲り区分が直材であると判定された場合（Ｓ２９にてＹＥＳ）、採材位置決定部２７は、当該直材の元玉の材長Ｌを目下採り得る最大の材長（以下、最大材長）ＬＭとして取得し、Ｓ２３で取得した元玉元口高Ｈを当該最大材長ＬＭの直材を得るための最大時元玉元口高ＨＭとして取得する。そして、最大材長ＬＭおよび最大時元玉元口高ＨＭを関連付けて、最適採材位置１１ａとして記憶部１１に格納する。あるいは、すでに先の模擬によって、最適採材位置１１ａが記憶部１１に既に格納されている場合には、その既存のデータを上記最新の内容に更新する（Ｓ３０）。続いて、採材位置模擬部２２は、記憶部１１に新規に最適採材位置１１ａが格納されたか、もしくは、新しい内容に更新されると、Ｓ２４にて取得された末口位置の算出に利用した現行の材長Ｌを２ｍ増分し、増分後のＬ＋２ｍを、次に評価を行うのに用いる材長Ｌとして取得する（Ｓ３１）。そして、新しい材長Ｌについて、Ｓ２４以降の処理が繰り返される。

一方、上記元玉の曲り区分が直材でないと判定された場合（Ｓ２９にてＮＯ）、現行の元玉元口高Ｈについての模擬を終了させる。ここで、採材位置模擬部２２は、現行の材長ＬがＳ２２にて取得された初期値であれば（Ｓ３２にてＹＥＳ）、Ｓ２３にて取得された現行の元玉元口高Ｈでは、最低限の材長４ｍでも直材が採れないと判断し、別の元玉元口高Ｈで直材が採れるかどうかを模擬する処理に移行する。具体的には、元玉元口高Ｈを０．１ｍ増分し（Ｓ３３）、増分後の元玉元口高Ｈが、Ｓ２２にて取得された上限値を超えていなければ（Ｓ３４にてＮＯ）、採材位置模擬部２２は、Ｓ２３以降の処理を繰り返す。一方、増分後の元玉元口高Ｈが上記上限値を超えている場合（Ｓ３４にてＹＥＳ）、採材位置模擬部２２は、想定されているすべての元玉元口高での模擬が終了したと判断し、これにより一連の処理が終了する。なお、採材位置模擬部２２は、Ｓ３２にてＮＯと判定した場合、現行の元玉元口高Ｈを採用することにより、最低限の材長４ｍ以上で直材を採ることが可能であると判断し、一連の処理を終了させる。

一連の処理が終了した時点で（Ｓ２５にてＹＥＳ、Ｓ２６にてＮＯ、Ｓ３２にてＮＯ、または、Ｓ３４にてＹＥＳ）、記憶部１１に記憶されている最適採材位置１１ａが、当該立木に適用すべき最適採材位置を示している。最後に、採材位置出力部２８は、必要に応じて、上記最適採材位置１１ａ、すなわち最後にＳ３０にて更新された最大材長ＬＭおよび最大時元玉元口高ＨＭを、ユーザが視認可能な情報に加工して表示部１３に出力してもよい（Ｓ３５）。なお、処理対象の立木が複数存在する場合、１本の立木について一連の処理が終了した後（Ｓ３５の直前または直後）、処理を行っていない立木についてＳ２１以降の処理が繰り返されてもよい。

上記構成および方法によれば、１本の立木から、直材であって最低限の長さおよび太さが確保された直材の丸太を、できるだけ根元に近い位置からできるだけ長く採れるように、採材位置を決定することができる。一般に、元玉元口高が根元に近いほど、太い（材積が多い）丸太が採れる可能性が高くなる。そして、丸太の価値は、より長く、より太く、かつ、曲り区分が曲材であるよりも直材である方が高い傾向にある。したがって、より価値が高い丸太を採るためには、直材となる丸太をできるだけ根元に近い位置からできるだけ長く採材できることが好ましい。それゆえ、より価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることが可能となる。

≪変形例２‐１≫
図７に示すフローチャートでは、できるだけ根元に近い位置からできるだけ長い直材を採るための採材位置を決定する方法について説明した。しかし、上記方法では、元玉元口高を上げればより長い直材が採れるような形状を持つ立木について、最も価値が高くなる採材位置を特定したことにはならない。そこで、本変形例では、１本の立木について、直材となる元玉を最も長く採りうる採材位置を決定する方法（以下、長尺材優先モード）を開示する。具体的には、本変形例では、低い元玉元口高にて長直材が採れると判断された後も、元玉元口高を上げて、材長がより長い直材が採れないかを探索する点で、図７に示す方法と異なる。

〔長尺材優先モード〕
図８は、長尺材優先モードに係る処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すＳ４１〜Ｓ４９の処理は、図７に示すＳ２１〜Ｓ２９の処理とそれぞれ同様である。

Ｓ４８にて元玉が直材であると判定された場合（Ｓ４９にてＹＥＳ）、採材位置決定部２７は、Ｓ４８にて直材であると判定された元玉の材長Ｌを直材材長Ｌｏｋとして取得し、上記元玉の現行の元玉元口高Ｈを元玉元口高Ｈｏｋとして取得して、これらを関連付けて最適採材位置候補１１ｅ（図示せず）として記憶部１１に保存する。すでに、最適採材位置候補１１ｅが格納されている場合には、既存のデータを新規のデータに更新する（Ｓ５０、Ｓ５１）。続いて、採材位置模擬部２２は、Ｓ４４にて取得された末口位置の算出に利用した現行の材長Ｌを２ｍ増分し（Ｓ５２）、増分した材長Ｌ＋２を、材長Ｌとして取得して、次に繰り返すＳ４４以降の処理において使用する。

一方、元玉が直材でないと判定された場合（Ｓ４９にてＮＯ）、採材位置模擬部２２は、Ｓ４４にて利用された材長ＬがＳ４２にて条件として取得された初期値であるか否かの判定（Ｓ５３）と、Ｓ５０にて保存された直材材長Ｌｏｋが、Ｓ４８にて直材であると判定された元玉の材長のなかで最大材長ＬＭであるか否かの判定（Ｓ５４）とを実行する。

現行の材長Ｌが初期値より長く（Ｓ５３にてＮＯ）、かつ直材材長Ｌｏｋが既存の最大材長ＬＭよりも大きい（Ｓ５４にてＹＥＳ）場合、採材位置決定部２７は、上記直材材長Ｌｏｋを最大材長ＬＭとして取得し、最適採材位置候補１１ｅにおいて上記直材材長Ｌｏｋと関連付けられている元玉元口高Ｈｏｋを、該最大材長が得られる最大時元玉元口高ＨＭとして取得する。そして、上記最大材長ＬＭと上記最大時元玉元口高ＨＭとを関連付けて最適採材位置１１ａとして記憶部１１に格納する（Ｓ５５）。すでに、最適採材位置１１ａが格納されている場合には、既存のデータを新規のデータに更新する。Ｓ５５の後、採材位置模擬部２２は、Ｓ５３にて初期値ではないと判定された現行の材長Ｌを、該初期値に変更する（Ｓ５６）。続いて、採材位置模擬部２２は、現行の元玉元口高Ｈを０．１ｍを増分し（Ｓ５７）、増分後の元玉元口高ＨがＳ４２にて取得された元玉元口高Ｈの上限値を超えないうちは（Ｓ５８にてＮＯ）、該増分後の元玉元口高Ｈを現行の元玉元口高Ｈとして取得して（Ｓ４３）、以降の処理を繰り返す。一方、材長Ｌが初期値より長く（Ｓ５３にてＮＯ）、かつ直材材長Ｌｏｋが既存の最大材長ＬＭ以下である（Ｓ５４にてＮＯ）場合、Ｓ５５の処理が実行されることなく、すなわち、最適採材位置１１ａの更新は行われずに、Ｓ５６の処理に移行する。なお、材長Ｌが初期値である場合（Ｓ５３にてＹＥＳ）、Ｓ５４〜Ｓ５６の処理が実行されることなく、次の元玉元口高について模擬するためにＳ５７の処理に移行する。

一方、Ｓ５７にて増分後の元玉元口高Ｈが上記上限値を超えている場合（Ｓ５８にてＹＥＳ）、採材位置模擬部２２は、想定されているすべての元玉元口高での模擬が終了したと判断し、これにより一連の処理が終了する。この処理の終了時点で、記憶部１１に記憶されている最適採材位置１１ａが、当該立木に適用すべき最適採材位置を示している。最後に、Ｓ３５と同様に、採材位置出力部２８は、上記最適採材位置１１ａを表示部１３に出力してもよい（Ｓ５９）。

なお、採材位置模擬部２２は、Ｓ４５にてＹＥＳと判定した場合、あるいは、Ｓ４６にてＮＯと判定した場合、現行の元玉元口高Ｈでは、現行より長い材長で、太さの最低要件を満たす丸太がこれ以上採れないと判断して、Ｓ５３の処理に移行する。

上記構成および方法によれば、１本の立木から採り得る最も長い直材の材長と、当該材長の直材を採るための最適な採材位置とを決定することができる。一般に、丸太の価値は、曲り区分が曲材であるよりも直材である方が高く、なおかつ、材長が長ければ長いほど高い傾向にある。それゆえ、最も価値の高い丸太を切り出すための採材位置を把握し、立木の価値を精度良く見積もることが可能となる。

≪実施形態３≫
以下に開示する本実施形態に係る採材支援装置は、元玉元口高、玉間の余尺および材長のすべてを可変値として扱い採材位置をシミュレートする（模擬する）。具体的には、これらの可変値の組み合わせから想定される採材位置の各々に対し、１つの立木から切り出され得るすべての丸太の評価を行う。これにより、上記立木の評価が最も高くなる切り方（採材位置）を特定することができ、これを最適採材位置として選択することができる。さらに、採材支援装置が採材位置のシミュレーション（模擬）を精度良くかつ効率的に実行することが可能な採材支援装置の制御方法を以下に開示する。なお、本実施形態において、余尺は、立木から切り出される丸太（玉）と丸太との間に切りしろとして確保される樹幹長手方向の長さであり、根元に近い玉の末口位置からその次の玉の元口位置までの長さで求まる。本実施形態では、この余尺を可変値として扱うことにより、最適採材位置の選択肢を広げ、より一層最適な採材位置を求めることが可能である。

〔採材支援装置の制御方法の概要〕
本方法では、立木から玉を切り出す際の採材に係る制約が、採材位置の模擬に使用される条件として取得される。そして、取得された条件に基づいて、立木の根元から近い玉から順に、玉の採材位置の模擬と玉および立木の評価とが繰り返し実行される（以下、模擬評価処理）。そして、最後に、出力された評価に基づいて上記立木の価値が最も高まる切り方（以下、最適解）が決定される。本方法では、具体的には、可変値の組み合わせごとに、まず、元玉の採材位置が模擬され、元玉について可能性のある採材パターンが列挙される。採材パターンは、少なくとも、玉を切り出すための採材位置と、その採材位置にて採材された場合の玉の評価値とを含む情報である。１つの玉について列挙された、可能性のある採材パターンの集合をその玉の採材パターンリストと称する。次に本方法では、元玉の次に採れる丸太（すなわち二番玉）について、模擬評価処理が実行される。すなわち、採材パターンリストが生成される。ここで特筆すべきは、本方法では、二番玉以降については、模擬評価処理の対象の玉（以下、現行玉）よりも前に上記処理が完了している各玉、すなわち、現行玉よりも根元に近い各玉（以下、先行玉）について生成された採材パターンリストの内容を継承して、上記処理対象の玉の採材パターンが生成されるという点である。例えば、二番玉が現行玉である場合、二番玉の採材パターンは、当該二番玉の先行玉となる元玉の評価値と二番玉の個別の評価値との合計を、当該採材パターンの評価値として含む。また、３番玉が現行玉である場合、先行玉のうち、直前に上記処理が完了している二番玉の採材パターンが継承され、これにより、３番玉の採材パターンは、全先行玉（元玉および二番玉）の合計評価値（合計価値）に、３番玉の評価値が加算されたものを、当該採材パターンの評価値として含む。すなわち、Ｎ番玉の採材パターンは、Ｎ−１番玉の採材パターンを継承することにより、Ｎ番玉までの合計評価値（すなわち、全先行玉の評価値と現行玉の評価値の合計）を含むように生成される。結果的に、採材パターンは、その採材パターンが何番目の玉についてのものであるのかによらず、常に立木全体の価値を表す評価値を含むように生成される。結果として、何番玉についての採材パターンかを区別する必要なく、生成された全ての採材パターンの合計評価値を単純比較することにより、立木の価値が最も高くなる採材パターン、すなわち最適解、を精度良くかつ効率的に選択することが可能となる。以下では、模擬評価処理の対象となるＮ番玉（現行玉）に対して、現行玉の処理の直前に模擬評価処理が完了したＮ−１番玉、すなわち、現行玉よりも先に採材パターンの生成が完了している丸太のうち最新の丸太を親玉と称する。また、現行玉の次に模擬評価処理がなされる予定の玉（Ｎ＋１番玉）を次玉と称する。

立木から切り出される丸太の価格は、幹の曲りの程度も考慮して決定される。そのため、立木の価値を高めるには、根元から順により長く、より直材になるように採材すればよいとも限らないし、より多くの丸太を切り出せばよいとも限らない。つまり、採材玉数が多い採材パターンが、必ずしも最適解になるとも限らず、また、親玉の最適解である採材パターンを継承した採材パターンが、最終的に最適解になるとも限らない。このような状況下では、本方法にしたがって、何番玉についての採材パターンかを区別せずに、全ての採材パターンの合計評価値を単純比較できるようにすることは、最適解の採材パターンを精度良くかつ効率的に選択する上で特にメリットが大きい。

〔採材支援装置の構成〕
図９は、本発明の実施形態３に係る採材支援装置の要部構成を示すブロック図である。採材支援装置３は、少なくとも、制御部１０および記憶部１１を備え、好ましくは、さらに、操作部１２および表示部１３を備えている構成である。

制御部１０は、採材支援装置３が有する各種の機能を統括的に制御する。制御部１０は、機能ブロックとして、少なくとも、円群データ処理部２０、採材位置模擬部２２、矢高算出部２３、パターン生成部２６および採材位置決定部２７、さらに、必要に応じて、条件設定部２１、曲り区分判定部２４、評価値算出部２５および採材位置出力部２８を含んでいる。機能ブロックは、例えば、ＣＰＵなどが、不揮発性の記憶装置（記憶部１１）に記憶されているプログラムを不図示のＲＡＭ等に読み出して実行することで実現できる。記憶部１１は、採材支援装置３が処理する各種情報を記憶するものであり、少なくとも、採材パターンリスト１１ｃおよび最適解リスト１１ｄを記憶している。

円群データ処理部２０は、実施形態１および２と同様に、円群データを取得して、円群データに対して必要に応じて欠損データ補間処理およびスムージング処理を実行するものである。条件設定部２１は、ユーザにより指定された、立木から丸太を切り出す際の採材に係る制約を、採材位置の模擬に使用する条件として、操作部１２を介して受け付けるものである。本実施形態では、条件設定部２１は、各種可変値（すなわち、元玉元口高、余尺および材長）の条件を受け付ける。より具体的には、条件設定部２１は、元玉元口高および余尺の下限値と上限値、ならびに、想定されている材長の長さを受け付ける。

採材位置模擬部２２は、実施形態１および２と同様に、丸太の採材位置を条件に従って模擬的に指定するものである。とりわけ、本実施形態では、採材位置の模擬に使用する条件に基づいて模擬に係る繰り返し処理を制御する。採材位置模擬部２２が実行する処理には、各種可変値の初期化処理、処理対象となる各種可変値の組み合わせを決定し、下流の工程に引き渡す処理、可変値のインクリメント処理、および、繰返し処理の終了を判定する処理が含まれる。本実施形態では、採材位置模擬部２２は、各可変値を取得して模擬評価処理に必要なすべての組み合わせを決定し、その組み合わせごとに採材パターンが繰り返し生成されるように、可変値のセットを、下流の工程を担う機能ブロック（パターン生成部２６など）に引き渡す。可変値のセットとは、具体的には、現行玉の玉番数Ｎ、継承すべき親玉の採材パターン識別番号（親玉の玉番数、該親玉の採材パターンリスト中のパターン識別番号）（Ｎ−１、Ｐ）、（現行玉が元玉の場合）元玉元口高Ｈ、（現行玉が二番玉以降の場合、元玉元口高に代えて）余尺Ｈ、および、材長Ｌである。さらに、採材位置模擬部２２は、必要に応じて、現行玉の末口位置を算出して、下流の工程に引き渡してもよい。

矢高算出部２３は、実施形態１および２と同様に、最大矢高を算出するものである。

曲り区分判定部２４は、実施形態１および２と同様に、最大矢高に基づいて玉の曲り区分を判定するものである。

評価値算出部２５は、円群データから得られる丸太の形状（末口半径および材長）、ならびに、必要に応じて、曲り区分判定部２４によって判定された玉の曲り区分に基づいて、玉の評価値を算出するものである。本実施形態では、曲り区分判定部２４および評価値算出部２５が、立木全体または立木から切り出される各丸太の価値を評価する評価部として機能する。本実施形態では、これに限定されないが、評価値算出部２５は、市場販売価格を評価値として算出する。評価値算出部２５は、例えば、非特許文献２に開示されている計算方法にしたがって丸太１本の価格を算出することができる。しかし、評価値算出部２５が算出する評価値は上記価格に限定されない。評価値算出部２５は、丸太の形状および曲り区分に基づいて、別の規則にしたがって、丸太の価値を表した数値を算出してもよい。例えば、評価値算出部２５は、最大矢高の逆数に比例する係数と材積との積を評価値として算出してもよいし、玉の曲り区分に応じて重み付けした係数（直材係数＞小曲り材係数＞曲り材係数・・・）と材積との積、または、係数と末口半径との積を評価値として算出してもよい。

パターン生成部２６は、採材パターンを生成するものである。パターン生成部２６は、上流工程にて取得または生成された情報に基づいて採材パターンを生成する。生成された採材パターンは、記憶部１１に記憶されている採材パターンリスト１１ｃに登録される。採材パターンの具体例は、データ構造図を参照して後に詳述する。

採材位置決定部２７は、生成された各採材パターンに含まれる合計評価値に基づいて、最適解を示す採材パターンを決定するものである。具体的には、採材位置決定部２７は、１つの玉について採材パターンリストが生成される度に、その採材パターンリストの中から合計評価値が最も高い採材パターンを最適解候補として１つ選択し、最適解リスト１１ｄに登録する。最後に、最適解リストに登録された採材パターンの中から、最も合計評価値の高い採材パターンを１つ選択し、これを立木の最適解として決定する。最適解リストの具体例は後述する。

採材位置出力部２８は、採材位置決定部２７によって決定された最適解をユーザに対して提示するものである。例えば、採材位置出力部２８は、採材パターンに含まれている情報をユーザが視認可能な情報に成形して表示部１３に出力する。

〔処理フロー〕
図１０は、本実施形態に係る採材支援装置が実行する処理の流れを示すフローチャートであり、図１１の（ａ）〜（ｄ）は、上記採材支援装置が上記処理において用いる情報のデータ構造を示す図である。フローチャートを参照して以下に開示された方法は、単なる例示の目的で特定の順序で実行される特定のステップに関して示されているが、本発明の方法はこれに限定されない。フローチャートにおいて連続的に記載された各ステップは、本発明の方法と同等の方法を達成するために、実施形態の教示から逸脱しない範囲で、組み合わせてもよいし、さらに、分割されてもよいし、並行して実行されてもよいし、記載されたものと違う順序で実行されてもよい。

まず、Ｓ３０１にて、模擬評価処理を開始するための事前準備処理が実行される。具体的には、円群データ処理部２０は、上記処理の対象となる立木について円群データを取得し、実施形態１および２と同様に必要に応じて欠損データ補間処理およびスムージング処理を実行する。採材位置模擬部２２は、必要に応じて、可変値の条件を条件設定部２１から取得したり、各可変値を初期化したりする。初期化の具体例として、採材位置模擬部２２は、下記の各可変値を、
・現行玉の玉番数Ｎ←１
・継承すべき親玉の採材パターン識別番号（親玉の玉番数、該親玉の採材パターンリスト中のパターン識別番号）（Ｎ−１、Ｐ）←（０、０）
と初期化する。玉番数１は、元玉を示し、最初に元玉の模擬評価処理が実行されることを意味する。元玉には親玉が存在し得ないので、元玉の模擬および評価のために、本実施形態では、架空の親玉採材パターンとして、採材パターン（０、０）を用意する（図１１の（ａ））。元玉の親玉採材パターンは、元玉の模擬評価処理を例外処理としない目的で作成された架空のものであるので、元玉の採材パターンに影響を与えないように、図示のとおり、採材位置に係る情報および評価値には０の値が格納されている。採材パターンは、さらに、採材可能フラグを含むことが好ましい。採材可能フラグの「１」は、次玉が採材可能であることを意味し、図示の例では、架空の親玉の次に、元玉を採材することが可能であることを意味している。

また、採材位置模擬部２２は、条件設定部２１が受け付けた、下記の可変値の条件、具体的には、
・元玉元口高Ｈの下限値／上限値＝０．５ｍ／２．０ｍ
・余尺Ｈの上限値／下限値＝０．１ｍ／２．９ｍ
・材長Ｌ＝３ｍ、４ｍおよび６ｍ
を取得する。

上述の可変値の組み合わせごとに、以下に示すとおり、模擬評価処理が繰り返し実行される。採材位置模擬部２２は、現行玉の玉番数１を取得し、親玉の採材パターンリストから継承すべき採材パターン（０、０）を１つ取得する（Ｓ３０２）。さらに、採材位置模擬部２２は、Ｈ（元玉の場合、元玉元口高）を１つ取得し（Ｓ３０３）、材長Ｌを１つ取得する（Ｓ３０４）。一例として、玉の元口位置の模擬は、根元に近い位置から順に行われるので、ここでは、Ｈ＝０．５ｍが取得される。また、玉の材長の模擬は、短いものから順に（３→４→６）行われるので、ここでは、Ｌ＝３ｍが取得される。現行玉の元口位置と材長とを加算すれば現行玉の末口位置が求まるので、ここで、採材位置模擬部２２は、現行玉の末口位置を決定してもよい（Ｓ３０４）。以上のとおり、採材位置模擬部２２によって、玉の採材位置が円群データ上で模擬され特定される。これにより、矢高算出部２３、曲り区分判定部２４および評価値算出部２５は、実施形態１および２と同様に特定された玉について、評価を行う（Ｓ３０５）。具体的には、矢高算出部２３が玉の最大矢高を算出し、曲り区分判定部２４が最大矢高に基づいて、玉の曲り区分を判定し、評価値算出部２５が曲り区分（必要に応じてさらに、材長および材積）に基づいて評価値を算出する。

続いて、パターン生成部２６は、Ｓ３０３およびＳ３０４にて指定された可変値の組み合わせに対応する、現行玉の採材パターンを生成する（Ｓ３０６）。
生成された採材パターンの一具体例を図１１の（ｂ）に示す。同図に示す採材パターンは現行玉の採材パターンリストにおける１レコードに相当する。同図に示すとおり、採材パターンは、玉を識別するための玉番数と、その玉の中で採材パターンのレコードを識別するためのパターン識別番号とを組み合わせた採材パターン識別番号（同図の例では、（１、０））によって一意に識別される。採材パターンは、採材位置に係る情報として、「末口位置」、「元玉元口高／余尺」、「材長」を含み、その採材位置で採材した場合の立木の価値を示す「評価値」の情報を含む。「評価値」は、元玉の場合、継承した親玉の評価値が０であるので、元玉個別の評価値がそのまま格納される。採材パターンは、さらに、「採材可能フラグ」を含む。現時点では、パターン生成部２６は、採材可能フラグに「１」を格納しておく。また、採材パターンは、継承した親玉の採材パターンを識別する情報として「親パターン識別番号」を含む。

パターン生成部２６は、記憶部１１に格納されている現行玉の採材パターンリストを参照し、該リストに既に登録されている採材パターンがある場合は、その中に、生成した採材パターンの末口位置と一致する採材パターンがあるかないかを確認する（Ｓ３０７）。末口位置が同じ既存の採材パターンが無い場合（Ｓ３０７においてＮＯ）、パターン生成部２６は、Ｓ３０８で、生成した採材パターンを現行玉の採材パターンリストに登録し、現行玉のパターン識別番号Ｑを１つ増分する（Ｑ←Ｑ＋１）。ここで、パターン生成部２６は、登録した上記採材パターンについて、当該採材パターンを親玉の採材パターンとして継承して次玉を採材できるか否かについて判断することが好ましい（Ｓ３０９）。一例として、次玉の採材可否は、登録した採材パターンの末口位置に基づいて、立木の残りの材長が３ｍ以上あるか否かによって判断される。残りの材長が３ｍ未満であれば（Ｓ３０９においてＮＯ）、パターン生成部２６は、登録した採材パターンの採材可能フラグを、次玉の採材不可を意味する「０」に更新する（Ｓ３１０）。

一方、本実施形態では、好ましくは、現行玉同士の比較において、生成した採材パターンの末口位置と一致する採材パターンが既にリストに登録されている場合には（Ｓ３０７においてＹＥＳ）、パターン生成部２６は、既存の採材パターンの評価値と、生成した採材パターンの評価値とを比較して、評価値が高い方の採材パターンを採用する（Ｓ３１１）。具体的には、既存の採材パターンの評価値が高ければ、既存の採材パターンをそのまま残し、生成した採材パターンを破棄する。生成した採材パターンの評価値が高ければ、既存の採材パターンが格納されているレコードに、上記生成した採材パターンを上書きする。これにより、評価値が低い既存の採材パターンが抹消される。現行玉において、１つの採材位置（末口位置）につき、複数の採材パターンが共存することはあり得ない。そこで、上述のように、採用される可能性がない採材パターン（選択肢）を早期に削除することにより、以降の計算を省略して、処理時間を大幅に短縮することが可能となる。このステップでは、現行玉の採材パターンリストにおいて、採材パターンの数が増えないので、パターン識別番号Ｑは増分されない。

新規の採材パターンがリストに登録されるかまたは既存の採材パターンが上書きされると、採材位置模擬部２２は、次の可変値の組み合わせについて、模擬評価処理を繰り返すか否かを判断する。具体的には、すべての材長について模擬評価処理が完了しているか否かを判断する（Ｓ３１２）。ここでは、１つの元玉元口高（余尺）に対して、３種類の材長（３ｍ、４ｍおよび６ｍ）を組み合わせてそれぞれ模擬評価処理を行う。３つの材長について処理が完了しないうちは（Ｓ３１２においてＮＯ）、Ｓ３０４に戻り、次に長い材長について以降の模擬評価処理を繰り返す。３つの材長について処理が完了した場合は（Ｓ３１２においてＹＥＳ）、採材位置模擬部２２は、元玉元口高（余尺）Ｈを０．１ｍ増分し（Ｓ３１３）、このＨが上限値を超えないうちは（Ｓ３１４においてＮＯ）、Ｓ３０３に戻り、元口位置が１０ｃｍ高くなった場合について以降の模擬評価処理を繰り返す。Ｈが上限値を超えることは（Ｓ３１４においてＹＥＳ）、Ｓ３０２において取得された１つの親玉の採材パターンを継承して、想定されている全ての元玉元口高（余尺）と材長との組み合わせについて模擬評価処理が完了したことを意味する。そこで、採材位置模擬部２２は、継承していない（未処理の）親玉の採材パターンがある場合には（Ｓ３１５においてＮＯ）、継承すべき親玉の採材パターンのパターン識別番号を１つ増分して（Ｐ←Ｐ＋１）、Ｓ３０２以降の処理を繰り返す。現行玉についてすべての組み合わせについて模擬評価処理が完了すると、現行玉についての採材パターンリストが完成する。図１１の（ｃ）に、元玉の採材パターンリストの具体例を部分的に示す。

現行玉の採材パターンリストが完成すると（Ｓ３１５においてＹＥＳ）、採材位置決定部２７は、記憶部１１に格納されている、現行玉の採材パターンリストの中から、評価値が最も高い採材パターンを、最適解の候補として選択し、最適解リスト１１ｄに登録する。最適解リストは、図１１の（ｄ）に示すとおり、最適解の候補となる採材パターン識別番号を少なくとも含んでいる。

続いて、採材位置模擬部２２は、次玉の模擬評価処理を実行するかについて判断する（Ｓ３１７）。具体的には、採材位置模擬部２２は、現行玉の採材パターンリストに、採材可能フラグが「１」の採材パターンが１つでも存在する場合に、次玉の模擬評価処理を実行すると判断し、リスト中の全採材パターンの採材可能フラグが「０」である場合に、次玉の模擬評価処理を実行しないと判断する。前者のケースでは（Ｓ３１７においてＹＥＳ）、次に玉を採るために、材長が少なくとも３ｍ残っているので、その次玉について模擬および評価を行える。そこで、採材位置模擬部２２は、玉番数Ｎを１つ増分し（Ｓ３１８）、Ｓ３１７の時点で現行玉であった玉についての採材パターンリストを今度は継承すべき親玉の採材パターンリストとして取得して（Ｓ３１９）、Ｓ３０２以降の処理を繰り返す。なお、Ｓ３１９では、併せて、パターン識別番号Ｑが初期化される（Ｑ←０）。例えば、親玉（ここでは、元玉）の採材パターン（１、０）（図１１の（ｃ）における１行目のレコード）を継承して、二番玉の模擬評価処理が実行されると、パターン生成部２６は、図１１の（ｅ）に示すような採材パターンを生成する。この採材パターンの評価値は、上述したとおり、全ての先行玉（元玉）の合計評価値（１０００）と、現行玉（二番玉）の個別の評価値とを合算した合計評価値（３２００）を少なくとも含んでいる。一方後者のケースは（Ｓ３１７においてＮＯ）、現行玉のいずれの採材パターンを採用したとしても残りの材長が３ｍ未満であり、想定されている材長が最も短い３ｍの玉ですら、次玉がひとつも採れないことを意味する。したがって、採材位置模擬部２２は、これ以上の玉の模擬評価処理は不要であると判断して、繰り返し処理の終了を決定する。

繰返し処理が終了すると（Ｓ３１７においてＮＯ）、記憶部１１には、可変値のすべての組み合わせごとの採材パターン（採材パターンリスト１１ｃ）、および、すべての玉ごとの最適解候補からなる最適解リスト１１ｄが格納されている状態になる。そこで、採材位置決定部２７は、最適解候補の中で、最も評価値が高い採材パターンを、最終的な最適解として決定する（Ｓ３２０）。図１１の（ｄ）に示す例では、元玉の最適解候補が採材パターン（１、１０）であり、二番玉までの最適解候補が採材パターン（２、６５）であり、三番玉までの最適解候補が採材パターン（３、１３２）である。例えば、各採材パターンの合計評価値が、それぞれ、２０００円、１５００円、２５００円だとすると、この場合、採材位置決定部２７は、採材パターン（３、１３２）を立木の最適解として決定する。採材位置出力部２８は、採材位置決定部２７によって決定された採材パターン（３、１３２）に含まれている、採材位置に係る情報および評価値を表示部１３に出力してユーザに提示してもよい。なお、最適解として決定された採材パターンが複数の丸太を採るパターンである場合には、採材パターンに関連付けられている親パターン識別番号を順に辿ることによって、結果的にすべての丸太の採材位置（元口位置および末口位置）が一意に定まる。

≪変形例３−１≫
本実施形態では、説明の簡略化のために、模擬評価処理において、材長の可変値を、３ｍ、４ｍおよび６ｍとして取り扱う。しかし、この数値は一例に過ぎず、本発明の模擬評価処理によれば、市場の需要に合わせて様々な材長について、最適採材位置の模擬および評価が可能である。また、例えば、３ｍの丸太を得るためには、実際は、切りしろを確保する必要があるため、切りしろを考慮した材長（３．１ｍ、４．１ｍおよび６．１ｍ）を可変値として取り扱ってもよい。また、元玉元口高の下限値／上限値を０．５ｍ／２．０ｍとしたがこれは一例であってこれに限定されない。元玉元口高の下限値／上限値は、立木ごとに変更されてもよい。

≪変形例３−２≫
採材位置模擬部２２は、Ｓ３０４にて決定された現行玉の末口位置が、立木の樹幹全長を超えるか超えないかを判定し（図示しないＳ３０４’）、末口位置が全長を超える場合は、この可変値の組み合わせについて採材パターンを生成することなく、次の組み合わせの評価に進むようにしてもよい。末口位置が全長を超えるような採材パターンはあり得ない。実現不可能な採材パターンについて以降の無駄な処理を省くことができる。なお、Ｓ３０９およびＳ３１０を省略してもよい。このように採材可能フラグを活用しない場合は、上述のＳ３０４’は必須である。また、Ｓ３１７においては、現行玉の採材パターンリストに１つでも採材パターンが登録されたか？（Ｑ＞０？）に基づいて、次玉の採材可否を判断する。

≪変形例３−３≫
本実施形態では、採材位置決定部２７が、立木から切り出される全丸太の合計価格が最も高くなる採材パターンを最適採材位置として決定する構成について説明した。しかし、本発明の採材支援装置３の構成はこれに限定されない。採材位置決定部２７は、矢高算出部２３が丸太ごとに出力する最大矢高を用いて、立木から切り出される全丸太の合計最大矢高が最も小さくなる採材パターンを最適採材位置として決定してもよい。あるいは、採材位置決定部２７は、曲り区分判定部２４が丸太ごとに判定する曲り区分を用いて、曲り区分が直材となる丸太の総数が最大となる採材パターンを最適採材位置として決定してもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
採材支援装置１（３）の制御ブロック（特に、制御部１０に含まれる各部）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、採材支援装置は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 採材支援装置、１０ 制御部、１１ 記憶部
１１ａ 最適採材位置、１１ｂ 曲り区分判定結果
１１ｃ 採材パターンリスト、１１ｄ 最適解リスト
２０ 円群データ処理部（座標取得部）、２２ 採材位置模擬部
２３ 矢高算出部、２４ 曲り区分判定部（評価部）、２５ 評価値算出部（評価部）
２６ パターン生成部、２７ 採材位置決定部

Claims (5)

1. 立木の形状を示す座標情報を取得する座標情報取得部と、
   上記座標情報取得部によって取得された座標情報を用いて、上記立木から切り出し可能な丸太の採材位置を模擬的に指定する採材位置模擬部と、
   上記採材位置模擬部によって指定された採材位置によって特定される丸太の曲りの程度を示す最大矢高を算出する矢高算出部と、
   採材位置が指定された上記丸太のうち、上記矢高算出部により算出された最大矢高が最小となる丸太、または、上記最大矢高に基づいて評価された丸太の価値が最も高くなる丸太を切り出すための採材位置を、上記立木に適用する最適採材位置として決定する採材位置決定部と、を備え、
   上記座標情報は、上記立木の幹の高さ方向において一定の間隔で該幹を輪切りにしたときの木口形状を丸めることにより得られた円を複数定義する円群データであり、
   上記採材位置模擬部は、上記円群データにおいて根元側の元口円と梢側の末口円とを特定することによって丸太の採材位置を指定するものであり、
   上記矢高算出部は、上記採材位置模擬部によって採材位置が指定された上記丸太について、
   上記丸太の元口円、末口円、および、当該元口円と当該末口円との間に位置する注目円のそれぞれの中心３点を通る平面を特定し、
   上記平面と上記元口円の円周との２交点のうち上記注目円から遠い位置にある第１交点と、上記平面と上記末口円の円周との２交点のうち上記注目円から遠い位置にある第２交点とを結ぶ線分を特定し、
   上記平面と上記注目円の円周との２交点のうち上記線分に近い位置にある第３交点から、上記線分に下ろした垂線の長さを上記注目円における矢高として算出し、
   上記元口円と上記末口円との間に位置する全ての注目円についてそれぞれ算出した矢高のうちの最大値を、上記丸太の最大矢高として算出することを特徴とする採材支援装置。
2. 上記矢高算出部は、上記線分が上記注目円と交わる場合に、上記垂線の長さの負の値を上記注目円における矢高として算出することを特徴とする請求項１に記載の採材支援装置。
3. 上記座標情報取得部は、上記採材位置模擬部が用いる上記円群データについて、該円群データに基づいて再現される上記立木の外形ラインを平滑化するためのスムージング処理を実行するものであり、
   上記座標情報取得部は、上記スムージング処理として、上記円群データにより定義される複数の円ごとに、
   上記円群データにおける１つの円を対象円とし、
   上記円群データにおいて上記対象円の上下それぞれに位置する同数の円を参考円とし、
   （１）上記対象円および上記参考円のそれぞれの半径値を昇順または降順に並べたときの中央値を、上記対象円の半径値として置換すること、および、（２）上記対象円および上記参考円のそれぞれの、上記立木の幹の高さ方向をｚ軸とした場合の中心座標（ｘ，ｙ）について、ｘ座標およびｙ座標をそれぞれ昇順または降順に並べたときの中央値を、上記対象円の中心座標として置換すること、の少なくともいずれか一方を実施する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の採材支援装置。
4. 上記座標情報取得部は、上記スムージング処理を実行する前の円群データにおける円を、参考円として用いることを特徴とする請求項３に記載の採材支援装置。
5. 請求項１に記載の採材支援装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記座標情報取得部、上記採材位置模擬部、上記矢高算出部および上記採材位置決定部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

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