JP6352636B2 - 配置設計装置、配置設計方法、及び配置設計プログラム - Google Patents

Description

本実施形態は、建物の屋根等の配置領域に対する太陽光パネル等のオブジェクトの配置を設計する配置設計装置及び配置設計方法並び配置設計プログラムに関する。

近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇が問題となっており、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況の下、環境負荷の少ないエネルギー源として太陽光発電パネルの設置が急速に進んでいる。太陽光発電パネルは、光起電力効果を利用して光エネルギーを電力に変換する太陽電池セルを複数枚直並列接続して必要な電圧と電流を得られるようにしたものである。この太陽光発電パネルは、建物の屋根等に２次元アレイ状に並べて使用される。

太陽光発電パネルの配置には各種条件が存在する。例えば、太陽光発電パネルの敷設面積が広いほど太陽光の受光面積は大きくなる。受光面積は、太陽光発電パネル全体の出力電流に影響を与える。しかし、一般的には矩形である太陽光発電パネルを屋根上や壁面などに接地面に対し平行に設置する場合、複雑な形状を有する屋根のスペースを十分に生かして受光面積を拡げることは非常に困難となる。

そのため、矩形で充填しきれなかったスペースを三角形、台形、五角形等の多数の形状で埋めるべく、これら多様な形状を有する太陽光発電パネルも存在する。但し、配置領域の形状は案件毎に多様であり、これに電気的な制約条件やユーザの希望等を反映すると、太陽光発電パネルの設置方法は多様であり、手動で最適なシステムを設計することは難しい。

また、太陽光発電パネルを空き地などに一定の斜度をもって設置する場合、影が他の太陽電池に干渉しないよう、太陽光発電パネル同士に一定の距離を確保する必要がある。しかし空き地の形状も多様であり、また太陽光発電パネルの形状に応じて必要とする空間も複雑となり、これに電気的な制約条件やユーザの希望等を反映すると太陽光発電パネルの設置方法は膨大かつ離散的になり、手動で最適なシステムを設計することは難しい。

そこで、多様な形状の配置領域に対して多様な形状のオブジェクトを様々な制約条件下で充填できる配置設計装置ならびに設計方法が必要となっている。現在のところ、任意の配置領域に形状を自動で配置する方法は幾つか提案されてはいる。

例えば、矩形に限ればオブジェクトを屋根面に自動で配置する方法が幾つか提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。また、３種類の形状のオブジェクトを配置領域に自動で配置する方法も提示されている（例えば、特許文献３参照。）。更に、予め定められた配置パターンを基にして複雑な形状を配置する手法も提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。配置領域を矩形領域と非矩形領域に分割することで、複雑な形状のオブジェクトを配置パターンに頼ることなく配置する方法も提案されている（例えば、特許文献６参照）。

特許第３６２５３７９号 特許第３９１８４８５号 特許第３９１０５５８号 特許第４０３１３３１号 特許第４０２７８０８号 特許第５３１９４８４号

しかしながら、いずれの手法もオブジェクト形状を限定したり、配置領域を特定形状とすることで、オブジェクトの配置を設計するものであり、多様な形状のオブジェクトの配置を多様な形状の配置領域で設計することは困難である。

本実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、多様な形状のオブジェクトを多様な形状の配置領域に充填することのできる配置設計装置、配置設計方法、及び配置設計プログラムを提供することを目的とする。

本実施形態の配置設計装置は、形状及び大きさが相違する各種オブジェクトの単数又は複数種を配置領域に充填する配置を設計する配置設計装置であって、前記オブジェクトとして基本オブジェクトと他の種類のオブジェクトとを記憶する記憶手段と、前記基本オブジェクトの１種類で前記配置領域を充填する基本形状配置手段と、前記基本形状配置手段の充填により、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記他の種類のオブジェクトに置換し、又は前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記配置領域から削除する配置調整手段と、単数又は連続して並ぶ前記基本オブジェクトの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域面積を減少させるように、置換対象の一部又は全部を前記他の種類のオブジェクトに置換して、前記配置領域に存在する前記オブジェクトが未充填の余白を増加させる再配置手段と、を備え、前記配置調整手段は、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに代えて、前記配置領域に収まる前記他の種類のオブジェクトを充填し、前記配置領域に収まる他の種類のオブジェクトが無い場合、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを削除し、前記基本形状配置手段は、前記余白を含む領域に前記基本オブジェクトを充填し、前記配置調整手段は、前記余白を含む領域に充填されて前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに対し、前記他の種類のオブジェクトの置換又は削除を行うこと、を特徴とする。

単数又は連続して並ぶオブジェクトの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域を削減させるように、前記所定の集まりの少なくとも一部を前記他の種類のオブジェクトに置換する要求適合化手段と、外部要求情報を記憶する外部要求記憶手段と、前記配置領域に充填されたオブジェクトの配置が生じさせる結果を解析する解析手段と、前記解析の結果と前記外部要求情報とを対比する判定手段と、を更に備えるようにしてもよい。

以上のような配置設計装置の各部の機能をコンピュータにより実行する方法及びコンピュータに実行させるプログラムも本実施形態の一態様である。

本実施形態に係る配置設計装置の全体構成を示すブロック図である。 領域設定部の構成を示すブロック図である。 形状配置部の構成を示すブロック図である。 形状削除部の構成を示すブロック図である。 領域設定部の動作を示すフローチャートである。 配置領域の設定を示す模式図である。 メッシュの形成を示す模式図である。 基本オブジェクトの１種類による配置領域への充填を示す模式図である。 はみ出した基本オブジェクトの置換又は削除を示す模式図である。 余白作りのための置換対象の検出を示す模式図である。 余白作りのために置換対象内のオブジェクトを置換する第１段階目の模式図である。 余白作りのために置換対象内のオブジェクトを置換する第２段階目の模式図である。 ２段階の置換を置換対象に対して行った後の余白調整及びオブジェクトの余白への充填を示す模式図である。 余白作り及び余白へのオブジェクトの充填の前後を示す模式図である。 外部要求のためのオブジェクト削除の動作を示すフローチャートである。 形状配置部により面積最大化が図られたオブジェクトの配置の一例を示す模式図である。 第１の置換対象を置換する過程を示す模式図である。 第２の置換対象を置換する第１過程を示す模式図である。 第３の置換対象を置換する第１過程を示す模式図である。 第３の置換対象を置換する第２過程を示す模式図である。 第３の置換対象を置換する第３過程を示す模式図である。 最上段の削除によりアスペクト比を保持する過程を示す模式図である。 要求適合化部及びアスペクト比保持手段により生成された各要求適合候補を示す模式図である。

以下、本実施形態に係る配置設計装置による配置設計方法の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示す配置設計装置１は、コンピュータが生成する仮想の平面空間内で配置領域Ｒ２にオブジェクトＰを充填する。配置領域Ｒ２は、所定の形状及び大きさを有する２次元空間である。オブジェクトＰは、各種形状及び大きさを有する平面体である。この配置設計装置１は、例えば、建物の屋根等へ太陽光発電パネルを敷設する配置方法をユーザが所望する観点に従って設計する。この場合、配置領域Ｒ２は、建物の屋根等に太陽光発電パネルを敷き詰める位置、大きさ及び範囲を表し、オブジェクトＰは、太陽光発電パネルメーカが用意可能な形状及び大きさの太陽光発電パネルを表す。

配置設計装置１は、入力手段２を有する所謂コンピュータである。コンピュータとして、ＣＰＵ等の演算装置、レジスタやＲＡＭ等の作業領域、及びＨＤＤ等の外部記憶装置をバスで接続して構成される。外部記憶装置には配置設計プログラムが記憶されている。演算装置は、配置設計プログラムを作業領域に適宜ロードし、ロードしたプログラムを実行する。コンピュータは、配置設計プログラムの実行により配置設計装置１として機能する。入力手段２は、対象領域Ｒ１等の各種データを配置設計装置１に入力する。

入力手段２は、無線又は有線のＬＡＮアダプタ、マウス、キーボード、タッチパネル、又はこれらの組み合わせ等である。対象領域Ｒ１は、オブジェクトＰを敷き詰める対象となる領域であり、例えば屋根等である。配置領域Ｒ２は、この対象領域Ｒ１に含まれる領域である。設計結果を可視化する場合、配置設計装置１は出力手段７を備える。出力手段７は、モニタ、プリンタ、ネットワーク上のモニタやプリンタに対して設計結果を送信する無線又は有線のＬＡＮアダプタである。

この配置設計装置１は、対象領域Ｒ１に配置領域Ｒ２を設定する領域設定部４と、配置領域Ｒ２にオブジェクトＰを充填することを主とする形状配置部５と、配置領域Ｒ２のオブジェクトＰを外部要求に沿って削除することを主とする形状削除部６とを備える。そして、配置設計装置１は、領域設定部４、形状配置部５、及び形状削除部６の処理結果が反映される処理結果記憶部３を備える。形状配置部５は、オブジェクトＰを配置領域Ｒ２に対して配置、置換、又は削除し、オブジェクトＰの充填面積を最大化する。形状削除部６は、オブジェクトＰ全体の性能、施工効率、又はコスト等が外部要求に収まるまで、配置領域Ｒ２内のオブジェクトＰを置換又は削除する。すなわち、この配置設計装置１は、一旦、オブジェクトＰの充填面積最大化を図り、続いて、外部要求を満たすまで面積を縮小していく。

領域設定部４は、図２に示すように、データ入力部４１とオフセット部４２とを備える。データ入力部４１は、対象領域Ｒ１のデータを受信するＬＡＮアダプタ、対象領域Ｒ１のデータを読み込むドライブ、或いは対象領域Ｒ１のデータを生成するＣＡＤ等であり、対象領域Ｒ１のデータを配置設計装置１内に発生させる。対象領域Ｒ１のデータは、屋根等の写真データ、又はＣＡＤでモデリングしてベクタデータ或いはラスタデータとして生成された線画データ等である。この対象領域Ｒ１のデータには、対象領域Ｒ１の少なくとも一辺の長さを示すスケール情報が付帯する。

オフセット部４２は、主に演算装置と外部記憶装置を含み構成され、対象領域Ｒ１の外形を内部側にオフセットして配置領域Ｒ２を決定する。このオフセット部４２は、外部規則情報を予め記憶している。外部規則情報は、対象領域Ｒ１の各端から一定距離を空ける等の予め定められた外部規則を示している。オフセット部４２は、スケール情報を参照しながら外部規則情報に沿ってオフセット量を決定し、配置領域Ｒ２を生成する。

形状配置部５は、図３に示すように、オブジェクトＰを記憶するオブジェクト記憶部５１を備えている。オブジェクト記憶部５１は、形状及び大きさが相違する各種のオブジェクトＰを記憶している。オブジェクト記憶部５１が記憶するオブジェクトＰは、基本オブジェクトＰ１とその他の種類のオブジェクトＰに大別できる。その他の種類のオブジェクトＰは、基本オブジェクトＰ１と形状の異なる異形オブジェクトＰ２と、基本オブジェクトＰ１と同じ多角形であるが、幅が異なる幅広オブジェクトＰ３に大別できる。基本オブジェクトＰ１、異形オブジェクトＰ２、幅広オブジェクトＰ３は、太陽光発電パネル施工メーカが用意可能なパネルの形状及び大きさに従う。

基本オブジェクトＰ１は、配置領域Ｒ２に充填される基本となるオブジェクトＰであり、正方形を含む長方形を有するのがよい。異形オブジェクトＰ２は、主に配置領域Ｒ２の斜辺に沿って配置されるべく、左右端の片側に斜辺を有する。例えば、異形オブジェクトＰ２は、直角三角形や、直角の内角を片側に有する台形を長方形の一辺に積み重ねてなる五角形を有する。この異形オブジェクトＰ２については、鏡像関係をなす一対の形状が別々に記憶されていることが望ましい。幅広オブジェクトＰ３は、配置領域Ｒ２にオブジェクトＰが未充填の余白を作り出すために用意され、また発電効率向上、施工効率向上、又はコスト削減等の外部要求に従ってオブジェクトＰの数を減らすために用意され、例えば基本オブジェクトＰ１の幅１．６倍の大きさを有する。２枚の基本オブジェクトＰ１を１枚の幅広オブジェクトＰ３に置き換えると余白が増加し、また発電効率及び施工効率の向上が見込まれ、さらにコスト削減の可能性が高まる。

更に、形状配置部５は、図３に示すように、配置領域Ｒ２を設定した平面空間をメッシュＭで区切るメッシュ作成部５２と、各メッシュＭに基本オブジェクトＰ１を充填する基本形状配置部５３と、配置領域Ｒ２からはみ出したオブジェクトＰを置換又は削除する配置調整部５４と、基本オブジェクトＰ１の所定の集まりが占める領域を減少させて余白を増加させる再配置部５５と、余白の位置を調整する余白調整部５６と、充填面積が最大化されたか判定する面積最大化判定部５７を備える。

メッシュ作成部５２は主に演算装置で構成される。このメッシュ作成部５２は、直交する２次元のメッシュＭで平面空間を区切る。メッシュＭは配置領域Ｒ２の底辺等の一辺に沿って区切られる。メッシュＭは、初期は基本オブジェクトＰ１の形状及び大きさに区切られる。メッシュ作成部５２は、オブジェクト記憶部５１から基本オブジェクトＰ１の詳細情報から縦幅及び横幅を呼び出し、呼び出した縦幅及び横幅に倣ったメッシュＭを生成する。また、メッシュ作成部５２は、メッシュＭの位置及び大きさを其のメッシュＭに配置されるオブジェクトＰに合わせて変更する。

基本形状配置部５３は、主に演算装置で構成され、基本オブジェクトＰ１の１種類で配置領域Ｒ２を充填する。この基本形状配置部５３は、各メッシュＭに占める配置領域Ｒ２の比率を計算し、比率が一定以上のメッシュＭに基本オブジェクトＰ１を配置する。すなわち、基本形状配置部５３は、比率と対比される０超の正の閾値を予め記憶する。

比率の計算では、例えば、配置領域Ｒ２を一定の色で塗りつぶしておく等のように、配置領域Ｒ２の各ピクセルに一定の色情報を持たせておき、その色情報を有するピクセル数をカウントし、メッシュＭのピクセル数とカウント数の比率を求めればよい。基本オブジェクトＰ１を配置するコンピュータ処理は、例えば、一定以上の比率となったメッシュＭの位置を示す代表的な座標情報やメッシュＭ行列の並び順情報と、オブジェクトＰの存在及びオブジェクトＰの種類を示すフラグ情報とを関連づければよい。

配置調整部５４は、配置領域Ｒ２からはみ出したオブジェクトＰを検出する検出部と、検出部が検出したオブジェクトＰを他の種類のオブジェクトＰに置換する置換部と、検出部が検出したオブジェクトＰを削除する削除部とを備えている。

検出部は、主に演算装置で構成される。オブジェクトＰの検出方法としては、例えば、メッシュＭに配置されたオブジェクトＰの外形枠を示す座標情報を計算し、またメッシュＭ内の配置領域Ｒ２を示す座標情報を計算し、両座標情報を対比する。また、画像処理を利用してオブジェクトＰを検出してもよい。

置換部は、主に演算装置で構成され、検出部が検出したメッシュＭに各オブジェクトＰを当てはめていく。各オブジェクトＰには、充填優先順位を示す情報が予め関連づけられている。置換部は、この優先順位に従ってオブジェクトＰを順に当てはめる。当てはめたオブジェクトＰが配置領域Ｒ２からはみ出しているかの判定は検出部が行う。置換部は、検出部がはみ出していると判定する度に次の優先順位のオブジェクトＰを当てはめていく。

削除部は、主に演算装置で構成され、置換部が全ての種類のオブジェクトＰを当てはめたところ、全てはみ出しが発生した場合に、検出部が検出したメッシュＭからオブジェクトＰを削除する。コンピュータ処理上は、例えば、メッシュＭの座標情報や並び順情報とオブジェクトＰの存在及び種類を示すフラグ情報との関連づけを解消すればよい。

再配置部５５は、主に演算装置を含み構成され、１つ又は連続して並ぶ基本オブジェクトＰ１の所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域を減少させるように、その置換対象を他の種類のオブジェクトＰへの混在置換又は全部置換を行う。例えば、基本オブジェクトＰ１が配置領域Ｒ２の端で若干はみ出ている場合、この基本オブジェクトＰ１を一枚まるごと削除するよりは、配置領域Ｒ２内部に並ぶ２枚の基本オブジェクトＰ１を１．６倍の幅広オブジェクトＰ３に置き換えれば、この基本オブジェクトＰ１を削除せずに済み、結果的により大きい充填面積を獲得できるためである。

再配置部５５は、一定条件に従って置換対象を探索し、一定条件に従って置換対象の置換を行う。置換対象の条件は、第１に、基本オブジェクトＰ１で構成された領域であり、第２に、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の上端から下端に延びる連続した行列、或いは配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の左右端にわたって延びる連続した行列である。置換の条件は、行方向の幅又は列方向の高さが置換前未満で最大となることである。

例えば、再配置部５５は、フラグ情報を参照して置換対象を探索する。具体的には、基本オブジェクトＰ１のみが上端から下端或いは左右端にかけて並ぶ行列を検出すればよい。また、再配置部５５は、置換対象の置換において、２列全行にわたって並ぶ基本オブジェクトＰ１の集まりに対し、行方向（横方向）に並ぶ各１対の基本オブジェクトＰ１を１枚の幅広オブジェクトＰ３に置き換えればよい。また、全列２行にわたって並ぶ基本オブジェクトＰ１の集まりに対し、列方向（縦方向）に並ぶ各１対の基本オブジェクトＰ１を１枚の幅広オブジェクトＰ３に置き換えればよい。

余白調整部５６は、主に演算装置を含み構成され、オブジェクトＰ全体を配置領域Ｒ２に対してシフトし、オブジェクトＰ全体の周囲に存在する余白の分布を調整する。上下の一方を減少させて他方を増加させることで、また左右の一方を減少させて他方を増加させることで、オブジェクトＰをはみ出すことなく増加させた側に配置できる可能性が発生するためである。

例えば、余白調整部５６は、以下の式（１）及び式（２）を演算して調整すればよい。下記式（１）及び（２）において、ｘ及びｙはｘｙ直交座標系の座標値である。ＣＬ及びＣＲは、オブジェクトＰ全体の左右端のｘ座標である。ＣＴ及びＣＢは、オブジェクトＰ全体の上下端のｙ座標である。ａＬとａＲは、配置領域Ｒ２の左右端のｘ座標である。ａＴとａＢは、配置領域Ｒ２の上下端のｙ座標である。ｎ、α、及びβは正の有理数であり目的に合わせて設定される。

上記式（１）及び（２）において、原点を配置領域Ｒ２の下端中央にとり、ｎ＝１、α＝１、ｘ１＝０、ｘ２→０、β＝１、ｙ１＝０、ｙ２→０とした場合、オブジェクトＰ全体の左右に拡がる余白は、横方向の最下端の断面において等しくなる。すなわち、オブジェクトＰ全体が配置領域Ｒ２の中心に位置するように余白が調整される。

面積最大化判定部５７は、主に演算装置を含み構成される。面積最大化の判定手法としては、面積計算をしてもよいし、オブジェクトＰが配置されていないメッシュＭに新規にオブジェクトＰが充填されたかを監視してもよい。再配置部５５の処理以降、新規にオブジェクトＰが充填されなかった場合、面積最大化判定部５７は、再配置部５５の直前の面積減少処理をキャンセルする。

次に、形状削除部６は、図４に示すように、外部要求を記憶する外部要求記憶部６１と、オブジェクトＰの所定の集まりが占める領域を減少させる要求適合化部６２と、要求適合化部６２が招来する結果を解析する解析部６４と、外部要求に対する解析部６４の結果の満足性を判定する判定部６５と、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体のアスペクト比を保持するようにオブジェクトＰの一部を削除するアスペクト比保持部６３を備えている。

外部要求記憶部６１は外部要求情報を記憶している。外部要求情報は、配置領域Ｒ２に敷き詰めたオブジェクトＰ全体に要求される性能を規定した情報、施工効率の観点からオブジェクトＰの枚数等を規定した情報、又はコストの観点からオブジェクトＰの枚数等を規定した情報、或いはこれらの総合的な情報等が含まれている。

要求適合化部６２は、主に演算装置を含み構成され、１つ又は連続して並ぶオブジェクトＰの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域を削減させるように、他の種類のオブジェクトＰに置き換えていく。この要求適合化部６２は、この置換操作を繰り返して、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰの複数種類の配置態様を順次生成する。

この要求適合化部６２は、一定条件に従って置換対象を探索し、一定条件に従って置換対象の置換を段階的に行う。置換対象の条件は、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の上端から下端に延びる連続した行列、或いは配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の左右端にわたって延びる連続した行列である。異種のオブジェクトＰが混在してもよい。段階毎の置換の条件は、置換対象を完全に消失させず、行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となることである。

例えば、要求適合化部６２は、フラグ情報を参照して置換対象を探索する。具体的には、基本オブジェクトＰ１と幅広オブジェクトＰ３が上端から下端或いは左右端にかけて並ぶ行列を検出すればよい。また、要求適合化部６２は、置換対象のうちの、２列全行にわたって並ぶ基本オブジェクトＰ１の集まりに対し、行方向（横方向）に並ぶ各１対の基本オブジェクトＰ１を１枚の幅広オブジェクトＰ３に置き換えればよい。また、置換対象のうちの、全列２行にわたって並ぶ基本オブジェクトＰ１の集まりに対し、列方向（縦方向）に並ぶ各１対の基本オブジェクトＰ１を１枚の幅広オブジェクトＰ３に置き換えればよい。

また、要求適合化部６２は、置換対象のうちの、１列全行にわたって並ぶ幅広オブジェクトＰ３の集まりに対し、それぞれの幅広オブジェクトＰ３を基本オブジェクトＰ１に置き換えればよい。また、置換対象のうちの、全列１行にわたって並ぶ幅広オブジェクトＰ３の集まりに対し、それぞれの幅広オブジェクトＰ３を基本オブジェクトＰ１に置き換えればよい。

アスペクト比保持部６３は、主に演算装置を含み構成され、要求適合化部６２が行方向を減少させれば、列方向を減少させ、要求適合化部６２が列方向を減少させれば、行方向を減少させる。アスペクト比保持部６３による減少処理の方法は、１行又は１列をまるごと削除する。但し、要求適合化部６２と同様に他の種類のオブジェクトＰに置き換えることで、行方向或いは列方向を減少させてもよい。

解析部６４は、主に演算装置と外部記憶装置を含み構成され、要求適合化部６２及びアスペクト比保持部６３を経た各置換段階におけるオブジェクトＰの各配置を解析する。配置結果は、性能、施工効率、又はコスト、或いはそれらの総合等である。すなわち、解析部６４は、オブジェクトＰの配置から性能、施工効率、及びコスト、或いはそれらを総合評価する計算式を予め記憶している。配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰの性能は、例えば太陽光発電パネル全体としての出力値である。

尚、解析部６４は、計算式とともに、各オブジェクトＰが摸した太陽光発電パネルの動作電圧や動作電流等の性能情報を記憶している。また、解析部６４は、計算式とともに、各オブジェクトＰが摸した太陽光発電パネルのコスト情報を記憶している。施工効率は例えばオブジェクトＰの枚数をカウントすることで算出される。太陽光発電パネルによって施工難度が異なる場合には、解析部６４は、計算式とともに、各オブジェクトＰが摸した太陽光発電パネルの施工難度を記憶してもよい。

判定部６５は、主に演算装置を含み構成され、外部要求記憶部６１から外部要求情報を読み出し、解析部６４の解析結果と比較する。比較の結果、判定部６５は、外部要求情報を満たし、且つ性能、施工効率、コスト、又はこれらの総合評価から最も評価の高い配置を探索する。

図５は、この配置設計装置１の充填面積最大化動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ０１において、データ入力部４１は、対象領域Ｒ１を処理結果記憶部３に展開されている平面空間に記憶させる。対象領域Ｒ１がネットワーク上に存在する場合は、データ入力部４１は、ネットワークから対象領域Ｒ１を受信する。対象領域Ｒ１が既に外部記憶装置に保存されている場合には、データ入力部４１は、その対象領域Ｒ１を処理結果計億部に展開する。対象領域Ｒ１が入力手段２を用いて作成される場合は、データ入力部４１は、ＣＡＤとして入力手段２を用いたユーザ操作に従って対象領域Ｒ１をモデリングする。

対象領域Ｒ１が処理結果記憶部３に展開されると、ステップＳ０２において、オフセット部４２は、スケール情報を参照しながら外部規則に沿ってオフセット量を決定し、対象領域Ｒ１上に配置領域Ｒ２を生成する。例えば、図６に示すように、台形状の屋根の写真データが展開されている場合、まずは台形状の屋根の外形線Ｌ１を抽出する。そして、外形線Ｌ１で囲まれる領域側にオフセット量だけオフセットした外形線Ｌ２を計算する。外形線Ｌ２が計算されると、その外形線Ｌ２を対象領域Ｒ１内に描画する。これにより、対象領域Ｒ１の内側に対象領域Ｒ１と相似の配置領域Ｒ２が生成される。

配置領域Ｒ２が生成されると、ステップＳ０３において、メッシュ作成部５２は、処理結果記憶部３に展開されている平面空間をメッシュＭで区切る。図７に示すように、メッシュＭは、直交する２次元で区切られ、１次元は配置領域Ｒ２の底辺に沿わせる。メッシュＭの目は、基本オブジェクトＰ１と同じ形状及び大きさとする。

メッシュＭを作成すると、ステップＳ０４において、基本形状配置部５３は、各メッシュＭに占める配置領域Ｒ２の比率を計算する。配置領域Ｒ２の比率を計算すると、ステップＳ０５において、基本形状配置部５３は、比率と閾値とを比較する。そして、ステップＳ０６において、基本形状配置部５３は、図８に示すように、閾値超の比率の配置領域Ｒ２が包含されるメッシュＭに基本オブジェクトＰ１を配置する。図８は、閾値が０の例であり、少しでも配置領域Ｒ２が包含されていれば、そのメッシュＭに基本オブジェクトＰ１を配置する。

基本オブジェクトＰ１が配置されると、ステップＳ０７において、検出部は、配置領域Ｒ２からはみ出したオブジェクトＰを検出する。図８においては、配置領域Ｒ２の各段の各左右端の各メッシュＭ、最下段の左右端から１つ内側の両メッシュＭ、及び配置領域Ｒ２の最上段の全てのメッシュＭから基本オブジェクトＰ１がはみ出している。

はみ出したオブジェクトＰが検出されると、ステップＳ０８において、削除部は、はみ出したオブジェクトＰが存在するメッシュＭに当てはめる次の優先順位のオブジェクトＰがオブジェクト記憶部５１に存在するか判断する。次の優先順位のオブジェクトＰが存在する場合（ステップＳ０８、Ｙｅｓ）、ステップＳ０９において、置換部は、はみ出したオブジェクトＰが存在するメッシュＭに対して当てはめるオブジェクトＰを次の優先順位のオブジェクトＰに置き換える。オブジェクトＰが置き換えられると、ステップＳ０７に戻り、検出部による再度のはみ出し検出が行われる。

一方、次の優先順位のオブジェクトＰが存在しない場合（ステップＳ０８、Ｎｏ）、ステップＳ１０において、削除部は、はみ出したオブジェクトＰがあれば削除する。尚、優先順位は、オブジェクトＰの大きさに従って昇順に振っておくのがよい。但し、オブジェクトＰの置き換えの効率化の観点から、このはみ出したオブジェクトＰの置き換え処理に際しては、基本オブジェクトＰ１よりも小さいオブジェクトＰから始めるようにしておくのがよい。

図９は、置き換え完了後の状態を示している。図９に示すように、最下段、２段目、４段目、５段目の各左右端には、はみ出さずに配置できるオブジェクトＰの不存在によりオブジェクトＰが削除される。最下段の左右端から１つ内側の両メッシュＭ、及び最下段から３段目の各左右端は、五角形の異形オブジェクトＰ２がはみ出さずに配置可能であるため、基本オブジェクトＰ１から当該異形オブジェクトＰ２に置き換わっている。

配置調整部５４により基本オブジェクトＰ１の置換又は削除が完了すると、ステップＳ１１において、再配置部５５は置換対象を検出する。図１０に示すように、配置領域Ｒ２内において中心に連続する４列には、オブジェクトＰ全体の上端から下端にかけて全て基本オブジェクトＰ１となっている。つまり、基本オブジェクトＰ１で構成されるという条件を満たす。また、この５行４列の領域は、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の上端から下端に延びる連続した行列という条件を満たす。

複数の置換対象を検出すると、ステップＳ１２において、再配置部５５は、そのうちの１つの置換対象の領域を減少させる他種のオブジェクトＰの混在置換又は全部置換処理を行う。また、ステップＳ１２と同時に、ステップＳ１３において、メッシュ作成部５２は、オブジェクトＰが置き換わったメッシュＭの大きさを置き換えたオブジェクトＰに合わせて変形させる。具体的には、図１１に示すように、５行４列の置換領域の左側２列の基本オブジェクトＰ１を各行において１．６倍の幅を有する幅広オブジェクトＰ３に置き換える。この置き換えは、行方向の幅又は列方向の高さが置換前未満で最大という条件を満たす。

置換対象の置換処理が終了すると、ステップＳ１４において、余白調整部５６は、オブジェクトＰ全体を配置領域Ｒ２に対してシフトさせ、オブジェクトＰ全体の周囲に存在する余白の分布を調整する。余白調整が終了すると、ステップＳ１５において、基本形状配置部５３は、余白を含むメッシュＭに基本オブジェクトＰ１を配置する。このステップＳ１５の処理は、余白を含むメッシュＭに限定する他はステップＳ０４〜Ｓ０６と同じである。そして、ステップＳ１６において、検出部は、配置領域Ｒ２からはみ出したオブジェクトＰを検出する。更に、ステップＳ１７において、置換部及び削除部は、ステップＳ０８〜Ｓ１０と同じように基本オブジェクトＰ１の置換又は削除を行う。

余白調整後の再度のオブジェクトＰ配置が終了すると、ステップＳ１８において、面積最大化判定部５７は、ステップＳ１５〜１７により新たなオブジェクトＰの最終的な配置に成功したかを判断する。新たなオブジェクトＰの最終的な配置に成功しなかった場合（ステップＳ１８、Ｎｏ）、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。

すなわち、図１１に示すオブジェクトＰ配置では、余白を調整しても新たにオブジェクトＰを配置できる余地はない。そこで、ステップＳ１１〜Ｓ１３を再度繰り返すことで、図１２に示すように、オブジェクトＰ全体の中心に位置する５行３列の置換領域の右側２列の基本オブジェクトＰ１を各行において１．６倍の幅を有する幅広オブジェクトＰ３に置き換える。

そして、図１３に示すように、ステップＳ１４を再度繰り返すことで余白を調整する。図１３では、式（１）及び（２）において、原点を配置領域Ｒ２の下端中央にとり、ｎ＝１、α＝１、ｘ１＝０、ｘ２→０、β＝１、ｙ１＝０、ｙ２→０とした場合、オブジェクトＰ全体の左右に拡がる余白は、横方向の最下端の断面において等しくなる。すなわち、オブジェクトＰ全体が配置領域Ｒ２の中心に位置するように余白が調整される。

更に、ステップＳ１５〜Ｓ１７を経ることで、図１３に示すように、最下段の左右端の１つ内側に存在する両メッシュＭは、余白が存在し、基本オブジェクトＰ１を配置してもはみ出さず、五角形の異形オブジェクトＰ２から大きい基本オブジェクトＰ１に置き換えることができる。最下段から２段目の左右端の両メッシュＭには、オブジェクトＰを配置することはできないが、その１つ内側のメッシュＭには新たに五角形の異形オブジェクトＰ２を配置することが可能となる。

３段目の左右端の両メッシュＭには、オブジェクトＰを配置することはできないが、その１つ内側のメッシュＭには新たに基本オブジェクトＰ１を配置することが可能となる。４段目の左右端の両メッシュＭには、新たに五角形の異形オブジェクトＰ２を配置することができる。５段目の左右端の両メッシュＭには、オブジェクトＰを配置することはできないが、その１つ内側のメッシュＭには新たに五角形の異形オブジェクトＰ２を配置することができる。

一方、ステップＳ１５〜１７により新たなオブジェクトＰの最終的な配置に成功した場合（ステップＳ１８、Ｙｅｓ）、ステップＳ１９において、面積最大化判定部５７は、前回と比べてオブジェクトＰの充填面積が拡がったかを判定する。ここでいう前回とは、ステップＳ１０の処理終了後、若しくは一度ステップＳ１１〜Ｓ１８のループに入っていれば、ステップＳ１１〜Ｓ１８を脱して直前のステップＳ１９で面積が拡大していると判断されたオブジェクトＰ配置である。

本例では、図１４の（ａ）に示す、中央の５行４列が基本オブジェクトＰ１で構成されたオブジェクトＰ配置と、図１４の（ｂ）に示す、中央の５行２列が基本オブジェクトＰ１で構成されたオブジェクトＰ配置とが比較対象となる。図１４の両オブジェクトＰ配置において充填面積を比較すると、図１４の（ｂ）に示すオブジェクトＰの充填面積の方が大きくなる。

従って、面積最大化判定部５７により、充填面積が拡がったと判定され（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に戻り、更に再配置処理を繰り返す。一方、前回と比べてオブジェクトＰの充填面積が減少してしまった場合（ステップＳ１９、Ｎｏ）、ステップ２０において、面積最大化判定部５７は、繰り返した再配置処理をキャンセルし、ステップＳ１０の処理終了後のオブジェクトＰ配置か、最後に面積が拡大していると判断されたオブジェクトＰ配置の充填面積が大きい方に戻し、面積最大化処理を終了する。

尚、置換対象の検出において、図９に示すように、最下段から２段目、４段目、及び最上段の行には、基本オブジェクトＰ１のみが並んでいるが、基本オブジェクトＰ１よりも小さいオブジェクトＰがオブジェクト記憶部５１に記憶されている場合には、これらの行を置換対象としてもよい。

引き続いて、配置設計装置１は、配置領域Ｒ２のオブジェクトＰを外部要求に沿って削除する要求充足化処理を行う。図１５は、この配置設計装置１の要求充足化処理の動作を示すフローチャートである。この配置設計装置１は、形状配置部５の処理に引き続き、形状配置部５が最大化させたオブジェクトＰの配置を利用して要求充足化処理を行う。

ステップＳ２１において、要求適合化部６２は置換対象が存在するか判定する。判定の結果、１つの置換対象を検出すると（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２２において、要求適合化部６２は、面積最大化処理で作成されたオブジェクトＰの配置をコピーして要求適合候補の１つとして処理結果記憶部３に記憶させ、ステップＳ２３において、この要求適合候補における置換対象の領域を一段階削減する。

図１６に示すオブジェクトＰの配置には、オブジェクトＰ全体の左端から数えて３列目に上下端にわたる幅広オブジェクトＰ３の列が存在する。この幅広オブジェクトＰ３の列は、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の上端から下端に延びる連続した行列という、置換対象の条件を満たしている。そこで、要求適合化部６２は、この３列目に並ぶ幅広オブジェクトＰ３の集まりを削減する処理を行う。段階毎の置換の条件は、行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となることである。この置換の条件は、基本オブジェクトＰ１より幅１．６倍の幅広オブジェクトＰ３を全て基本オブジェクトＰ１に置き換えることで満たされる。従って、図１７に示すように、３行目の幅広オブジェクトＰ３を全て基本オブジェクトＰ１に変更する。変更後のオブジェクトＰの配置は、要求適合候補の１つとして記憶しておく。

一段階の置換処理が終了すると、ステップＳ２４において、要求適合化部６２は、置換対象とした領域を更に削減させることができるか判定する。判定の結果、削減不可能であると（ステップＳ２４，Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻り、未処理の置換対象が残存している限りは（ステップＳ２１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２１〜Ｓ２３を繰り返す。

削減不可能とは、削減された置換対象が置換の条件を更に満足させることができない場合である。すなわち、置換対象を完全に消失させてはならない。図１７に示すように、基本オブジェクトＰ１よりも小さく同形の小オブジェクトＰがオブジェクト記憶部５１に記憶されない限り、条件は不満足である。従って、小オブジェクトＰがない限りは、各行３列目のオブジェクトＰの置換は終了となる。

図１６に示すオブジェクトＰの配置では、オブジェクトＰ全体の左端から数えて３列目の他に、５列目及び６列目に存在する５行２列のオブジェクトＰの集まりが更に置換対象となる。そこで、要求適合化部６２は、面積最大化終了後のオブジェクトＰの配置を更にコピーして適合候補の１つとして処理結果記憶部３に記憶させ、削減処理を行う。この５行２列のオブジェクトＰの集まりは、左側列が全て幅広オブジェクトＰ３である。従って、図１８に示すように、この幅広オブジェクトＰ３を全て基本オブジェクトＰ１に置き換え、置き換え後のオブジェクトＰ配置を処理結果記憶部３に記憶させる。尚、この置換対象は、各行の一対の基本オブジェクトＰ１を幅広オブジェクトＰ３に置き換える処理が可能である。

更に、図１６に示すオブジェクトＰの配置では、オブジェクトＰ全体の左端から数えて９行目及び１０行目に存在する２行２列のオブジェクトＰの集まりが更に置換対象となる。そこで、要求適合化部６２は、面積最大化終了後のオブジェクトＰの配置を更にコピーして適合候補の１つとして処理結果記憶部３に記憶させ、削減処理を行う。この２行２列のオブジェクトＰの集まりは、２列とも幅広オブジェクトＰ３である。従って、図１９に示すように、幅広オブジェクトＰ３の１列分を全て基本オブジェクトＰ１に置き換え、置き換え後のオブジェクトＰ配置を処理結果記憶部３に記憶させる。

２行２列の片側を基本オブジェクトＰ１に置き換えた状態は更に置換対象となる。つまり、置換の条件を満たすことができる。そこで、１列を基本オブジェクトＰ１に置き換えたオブジェクトＰの配置を更にコピーして適合候補の１つとして処理結果記憶部３に記憶させ、そのオブジェクトＰの配置に対して更に削減処理を行う。すなわち、図２０に示すように、２行２列の片側は未だに幅広オブジェクトＰ３である。この幅広オブジェクトＰ３を全て基本オブジェクトＰ１に置換する。これにより、２行２列のオブジェクトＰの集まりは、全て基本オブジェクトＰ１となる。

２行２列の全てを基本オブジェクトＰ１に置き換えた状態は、更に置換対象となる。つまり、置換の条件を満たすことができる。そこで、２行２列を全て基本オブジェクトＰ１に置き換えたオブジェクトＰの配置を更にコピーして適合候補の１つとして処理結果記憶部３に記憶させ、そのオブジェクトＰの配置に対して更に削減処理を行う。すなわち、図２１に示すように、各行２列の基本オブジェクトＰ１を一枚の幅広オブジェクトＰ３に置換する。これにより、２行２列の基本オブジェクトＰ１の集まりは、１行１列の幅広オブジェクトＰ３となる。

全ての置換対象が削減処理されて、置換対象が検出されなくなると（ステップＳ２１，Ｎｏ）、ステップＳ２５において、アスペクト比保持部６３は、各要求適合候補をコピーして、各要求適合候補のアスペクト比を調整した要求適合候補を生成する。このアスペクト比の調整では、オブジェクトＰの列又は行をまるごと削除する。要求適合化部６２が行方向に削減を進めれば、アスペクト比保持部６３は、列方向にオブジェクトＰを削除する。要求適合化部６２が列方向に削減を進めれば、アスペクト比保持部６３は、行方向にオブジェクトＰを削除する。例えば、図２２に示すように、アスペクト比保持部６３は、最上段の１行を全て削除し、要求適合候補とする。

要求適合化部６２及びアスペクト比保持部６３による各要求適合候補の生成が終了すると、ステップＳ２６において、解析部６４は、各要求適合候補を解析する。そして、ステップＳ２７において、判定部６５は、解析結果と外部要求記憶部６１に記憶されている外部要求情報とを比較し、外部要求を満たす要求適合候補を絞り、ステップＳ２８において、絞られた要求適合候補から総合評価の最も高いオブジェクトＰの配置を選出する。

例えば、基本オブジェクトＰ１が表す太陽光発電パネルの出力値と幅広オブジェクトＰ３が表す太陽光発電パネルの出力値と異形オブジェクトＰ２が表す太陽光発電パネルの出力値の比を５：８：３とする。図２３の（ａ）に示す要求適合候補の評価値は、基本オブジェクトＰ１が２０枚、幅広オブジェクトＰ３が１１枚、異形オブジェクトＰ２が６枚であるので、５×２０＋８×１１＋３×６＝２０６である。

同様に、図２３の（ｂ）に示す要求適合候補の評価値は、基本オブジェクトＰ１が２２枚、幅広オブジェクトＰ３が９枚、異形オブジェクトＰ２が６枚であるので、５×２２＋８×９＋３×６＝２００である。図２３の（ｃ）に示す要求適合候補の評価値は、基本オブジェクトＰ１が２３枚、幅広オブジェクトＰ３が８枚、異形オブジェクトＰ２が６枚であるので、５×２３＋８×８＋３×６＝１９７である。図２３の（ｄ）に示す要求適合候補の評価値は、基本オブジェクトＰ１が１７枚、幅広オブジェクトＰ３が１２枚、異形オブジェクトＰ２が４枚であるので、５×１７＋８×１２＋３×４＝１９３である。

従って、以上の４つの要求適合候補からは、図２３の（ａ）に示すオブジェクトＰの配置が最も評価値が高くなるために選出され、ステップＳ２９において、最高総合評価のオブジェクトＰの配置が設計結果として出力手段７により出力される。尚、外部要求としては、ユーザの要求する太陽光発電パネルの枚数制限もある。形状の組み合わせよっては、ストリング電圧がインバータ使用に入らない等の制約により非現実である場合もある。パネル同士の接続による電力損失や出力制限の影響を受け、出力値が枚数に比例しない場合もある。そのため、実際の解析方法及び評価手法は、これらの外部要求を適宜加味されることとなる。

以上のように、本実施形態に係る配置設計装置１は、オブジェクトＰとして基本オブジェクトＰ１と他の種類のオブジェクトＰとを記憶しておき、最初に基本オブジェクトＰ１の１種類で配置領域Ｒ２を充填する。そして、配置領域Ｒ２からはみ出した基本オブジェクトＰ１を他の種類のオブジェクトＰに置換し、又は配置領域Ｒ２からはみ出した基本オブジェクトＰ１を配置領域Ｒ２から削除する。はみ出した基本オブジェクトＰ１の扱いに関しては、配置領域Ｒ２からはみ出した前記基本オブジェクトＰ１に代えて配置領域Ｒ２に収まる他の種類のオブジェクトＰを充填し、配置領域Ｒ２に収まる他の種類のオブジェクトＰが無い場合、配置領域Ｒ２からはみ出した基本オブジェクトＰ１を削除する。

すなわち、配置設計装置１は、一旦、理論上充填可能な最大面積を超えて基本オブジェクトＰ１を充填する。そして、充填可能最大面積を超えた状態から配置領域Ｒ２のはみ出しを検出し、そのはみ出したオブジェクトＰを他のオブジェクトＰに置き換えることで、徐々に充填可能最大面積に近づけていく。そのため、対応可能な配置領域Ｒ２の形状やオブジェクトＰの形状に制限はなく、極めて汎用性に優れる。より詳細には、この配置設計装置１においては、特別な配置パターン等が不要であり、特別な配置パターンを用意するが故に配置困難となる配置領域Ｒ２の形状はない。また、配置領域Ｒ２に穴があると対応できない等の不向きもない。

また、この配置設計装置１では、オブジェクトＰを配置した後、配置領域Ｒ２に包含されるオブジェクトＰであっても未充填の余白を増加させるために再配置するようにした。すなわち、単数又は連続して並ぶ基本オブジェクトＰ１の所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域面積を減少させるように、置換対象の一部又は全部を他の種類のオブジェクトＰに置換する。そして、余白を含む領域に基本オブジェクトＰ１を充填し、余白を含む領域に充填されて配置領域Ｒ２からはみ出した基本オブジェクトＰ１に対し、他の種類のオブジェクトＰの置換又は削除を行う。

余白が増加することで、余白作りのための面積減少分を上回って更なるオブジェクトＰの充填が可能となることもある。従って、オブジェクトＰの充填面積の更なる最大化を図ることができる。例えば、幅０．１倍分だけはみ出ている基本オブジェクトＰ１が存在するものとする。その基本オブジェクトＰ１と同行で配置領域Ｒ２に完全に収まっている２枚の基本オブジェクトＰ１を１．６倍幅の幅広オブジェクトＰ３で置き換えれば、幅０．４倍分だけ面積は減少する。しかし、幅０．１倍分だけはみ出ていた基本オブジェクトＰ１は、配置領域Ｒ２に完全に収まることとなるため、結局はオブジェクトＰ全体の充填面積が向上する。

この余白作りにおいては、基本オブジェクトＰ１より大きい幅広オブジェクトＰ３を用意しておき、連続する複数の基本オブジェクトＰ１を１つの幅広オブジェクトＰ３に置換するようにした。また、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の上端から下端まで延びる連続した行列、或いは配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体の左右端に渡って延びる連続した行列を置換対象とし、行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となる置換を行うようにした。これにより、複雑な幾何学計算を行うことなく、簡便に必要最低限の余白を作り出すことができ、計算効率に優れ、また最大化策を導く可能性も高くなる。

また、再配置部５５による置換の後、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体と配置領域Ｒ２との相対位置を変更して、余白の分布を調整するようにした。これによりオブジェクトＰを追加充填できる可能性も高まり、更なる充填面積最大化を図ることができる。

この余白作りは、最終的には、行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となるうちで、行数又は列数が最も少なくなるように置換を行うことに繋がる。すなわち、オブジェクトＰの数は減少することになる。そのため、太陽光発電パネルの枚数減少による発電効率の向上にも寄与する。

尚、再配置部５５は、その後の基本形状配置部５３と配置調整部５４による処理により配置領域Ｒ２に充填されるオブジェクトＰ全体の充填面積が最大化するまで、基本形状配置部５３と配置調整部５４による処理の度に前記余白を増加させる置換を繰り返すようにした。これにより、充填面積が最大となる配置を複雑な幾何学計算を経ることなく高い確実性により見つけ出すことができる。

ここで、太陽光発電パネルはインバータに接続する場合、各ストリングの電圧が等しくなるように設計される。インバータには動作できる入力電圧の範囲があり、その範囲に収まるように設計される。また、パネル同士の電圧の差が一定以上に大きくなると発電電力を有効活用できない。そのため電圧の差が一定以上に大きくなった場合、低い電圧のストリングに昇圧機器を介すことで電圧を昇圧する。この昇圧機器にも動作できる入力電圧の範囲があり、低い電圧のストリングはこの範囲に収まるように設計される。また昇圧できる電圧比もあり、低い電圧に対する高い電圧の比がこれに収まるように設計される。

また、インバータおよび昇圧機器には出力できる上限の電力および入力できる上限の電流があり、これを大きく超えて入力した場合、入力が制限され発電電力を効率的に活かせなかったり、場合によっては機器の温度上昇により故障・発熱、最悪の場合発火する可能性がある。よって入力する電力は機器の出力定格電力および入力電流を大きく超えないように設計する必要がある。

また昇圧機器の種類によってはＭＰＰＴを行なっているものもあり、この場合インバータに接続する昇圧機器の数が多すぎると、ＭＰＰＴ動作が干渉し発電電力を活かせない場合がある。そのためインバータに接続する昇圧機器の数や、昇圧機器を介した太陽電池の電力の量や割合等を制限する必要がある。

そこで、この配置設計装置１では、オブジェクトＰの充填面積最大化の後、単数又は連続して並ぶオブジェクトＰの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域を削減させるように、所定の集まりの少なくとも一部を他の種類のオブジェクトＰに置換するようにした。そして、外部要求情報を記憶しておき、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰの配置が生じさせる結果を解析した結果と対比するようにした。

つまり、充填面積を最大化したオブジェクトＰの配置を枚数の減少や面積減少により徐々に崩していき、外部要求を満足させるようにしたものである。このため、充填面積の広大化と電気的な制約や施工効率やコスト等の外部要求の満足性とが高度に両立し、より性能の高い太陽光発電パネルの配置を設計することが可能となる。

また、要求適合化部６２は、複数の置換対象が存在する場合、又は置換対象の領域を段階的に削減可能な場合、複数の置換対象及び各削減段階の組み合わせ毎に、領域削減後の前記オブジェクトＰの配置を生成した。すなわち、充填面積を最大化したオブジェクトＰの配置を枚数の減少や面積減少により徐々に崩していき各種の要求適合候補を生成するようにした。そして、要求適合化部６２により生成された複数の配置に対して解析及び対比を行い、最も優れた前記オブジェクトＰの配置を選出するようにした。

各種の要求適合候補にも充填面積を最大化したオブジェクトＰの配置を枚数の減少や面積減少により徐々に崩していく過程で優劣が生まれる。例えばインバータは一般的に任意の入力電力において入力電流が大きいほど、言い換えると入力電圧が低いほど電力の損失率が大きくなる傾向がある。また昇圧機器を介すと電力に損失が発生する。そこで、これらの要求適合候補から発電効率の良い配置、施工効率の良い配置、コストパフォーマンスの良い配置等を選出するようにすることで、より最良の太陽光発電パネルの配置を設計できる。

また、この配置設計装置１は、配置領域Ｒ２に充填されたオブジェクトＰ全体のアスペクト比を保持するようにオブジェクトＰを削除するようにした。例えば、要求適合化部６２によるオブジェクトＰの行方向の置換に応じて、オブジェクトＰを列方向に削除又は置換し、要求適合化部６２によるオブジェクトＰの列方向の置換に応じて、オブジェクトＰの行方向を削除又は置換するようにした。これにより、外部要求を満足しつつ、太陽光発電パネルの配置に美観が備わり、屋根に配置したときの意匠性が向上する。

（その他の実施の形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、実施形態の全て又は一部を組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、この配置設計装置１では、充填面積最大化を図りつつ、外部要求を満たすように面積縮小及びオブジェクトＰの数の減少を図ったが、形状配置部５を有し、形状削除部６を排した構成を採ることもでき、また形状配置部５を排して任意のオブジェクトＰ充填状態から形状削除部６の機能を発揮させるようにすることもできる。

また、充填面積最大化の構成についても、メッシュ作成部５２、基本形状配置部５３、配置調整部５４、再配置部５５、及び余白調整部５６の何れの機能を組み合わせてオブジェクトＰを配置するかは、例えばユーザにより選択させるようにしてもよい。更に、外部要求を満たすための形状削除部６についても、要求適合化部６２、アスペクト比保持部６３、解析部６４、判定部６５の何れの機能を組み合わせてオブジェクトＰを配置するかは、ユーザにより選択させる等すればよい。要求適合化部６２とアスペクト比保持部６３の動作についても、要求適合化部６２が一段階の領域削減を行えば、それと交互してアスペクト比保持部６３がオブジェクトＰの削除を行うようにしてもよい。

１ 配置設計装置
２ 入力手段
３ 処理結果記憶部
４ 領域設定部
４１ データ入力部
４２ オフセット部
５ 形状配置部
５１ オブジェクト記憶部
５２ メッシュ作成部
５３ 基本形状配置部
５４ 配置調整部
５５ 再配置部
５６ 余白調整部
５７ 面積最大化判定部
６ 形状削除部
６１ 外部要求記憶部
６２ 要求適合化部
６３ アスペクト比保持部
６４ 解析部
６５ 判定部
７ 出力手段
Ｒ１ 対象領域
Ｌ１ 外形線
Ｒ２ 配置領域
Ｌ２ 外形線
Ｍ メッシュ
Ｐ オブジェクト
Ｐ１ 基本オブジェクト
Ｐ２ 異形オブジェクト
Ｐ３ 幅広オブジェクト

Claims (16)

1. 形状及び大きさが相違する各種オブジェクトの単数又は複数種を配置領域に充填する配置を設計する配置設計装置であって、
   前記オブジェクトとして基本オブジェクトと他の種類のオブジェクトとを記憶する記憶手段と、
   前記基本オブジェクトの１種類で前記配置領域を充填する基本形状配置手段と、
   前記基本形状配置手段の充填により、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記他の種類のオブジェクトに置換し、又は前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記配置領域から削除する配置調整手段と、
   単数又は連続して並ぶ前記基本オブジェクトの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域面積を減少させるように、置換対象の一部又は全部を前記他の種類のオブジェクトに置換して、前記配置領域に存在する前記オブジェクトが未充填の余白を増加させる再配置手段と、
   を備え、
   前記配置調整手段は、
   前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに代えて、前記配置領域に収まる前記他の種類のオブジェクトを充填し、
   前記配置領域に収まる他の種類のオブジェクトが無い場合、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを削除し、
   前記基本形状配置手段は、
   前記余白を含む領域に前記基本オブジェクトを充填し、
   前記配置調整手段は、
   前記余白を含む領域に充填されて前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに対し、前記他の種類のオブジェクトの置換又は削除を行うこと、
   を特徴とする配置設計装置。
2. 単数又は連続して並ぶオブジェクトの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域を削減させるように、前記所定の集まりの少なくとも一部を前記他の種類のオブジェクトに置換する要求適合化手段と、
   外部要求情報を記憶する外部要求記憶手段と、
   前記配置領域に充填されたオブジェクトの配置が生じさせる結果を解析する解析手段と、
   前記解析の結果と前記外部要求情報とを対比する判定手段と、
   を更に備えること、
   を特徴とする請求項１記載の配置設計装置。
3. 前記記憶手段は、前記他の種類のオブジェクトの一つとして、前記基本オブジェクトより幅広の幅広オブジェクトを記憶し、
   前記再配置手段は、連続する複数の前記基本オブジェクトを１つの前記幅広オブジェクトに置換すること、
   を特徴とする請求項１記載の配置設計装置。
4. 前記再配置手段の置換の後、前記配置領域に充填されたオブジェクト全体と前記配置領域との相対位置を変更して、前記余白の分布を調整する余白調整手段を更に備えること、
   を特徴とする請求項１又は３記載の配置設計装置。
5. 前記再配置手段は、
   前記配置領域に充填されたオブジェクト全体の上端から下端まで延びる連続した行列、或いは前記配置領域に充填されたオブジェクト全体の左右端に渡って延びる連続した行列を前記置換対象とし、
   行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となる置換を行うこと、
   を特徴とする請求項１、３、又は４記載の配置設計装置。
6. 前記再配置手段は、その後の前記基本形状配置手段と前記配置調整手段による処理により前記配置領域に充填されるオブジェクト全体の充填面積が最大化するまで、前記基本形状配置手段と前記配置調整手段による処理の度に前記余白を増加させる置換を繰り返すこと、
   を特徴とする請求項１又は３乃至５の何れか記載の配置設計装置。
7. 前記再配置手段は、行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となるうちで、行数又は列数が最も少なくなるように前記置換を行うこと、
   を特徴とする請求項１又は３乃至６の何れか記載の配置設計装置。
8. 前記要求適合化手段は、
   複数の前記置換対象が存在し、前記置換対象の領域を段階的に削減可能な場合、前記複数の前記置換対象及び各削減段階の組み合わせ毎に、領域削減後の前記オブジェクトの配置を生成し、
   前記解析手段及び前記判定手段は、前記要求適合化手段により生成された複数の配置に対して解析及び対比を行い、最も優れた前記オブジェクトの配置を選出すること、
   を特徴とする請求項２記載の配置設計装置。
9. 前記オブジェクトは、太陽光発電パネルのモデルであり、
   前記解析手段は、前記配置領域に充填されたオブジェクト全体を前記太陽光発電パネルに見立てて性能、施工効率、又はコストをシミュレートすること、
   を特徴とする請求項２又は８記載の配置設計装置。
10. 前記要求適合化手段は、
    同一のオブジェクトで構成され、前記配置領域に充填されたオブジェクト全体の上端から下端まで延びる連続した行列、或いは前記配置領域に充填されたオブジェクト全体の左右端に渡って延びる連続した行列を前記置換対象とし、
    行方向の幅又は列方向の高さが置換前以下で最大となるように前記置換を行うこと、
    を特徴とする請求項２、８又は９記載の配置設計装置。
11. 前記配置領域に充填されたオブジェクト全体のアスペクト比を保持するようにオブジェクトを削除するアスペクト比保持手段を更に備えること、
    を特徴とする請求項１０記載の配置設計装置。
12. 前記アスペクト比保持手段は、
    前記要求適合化手段によるオブジェクトの行方向の置換に応じて、オブジェクトを列方向に削除又は置換し、
    前記要求適合化手段によるオブジェクトの列方向の置換に応じて、オブジェクトの行方向を削除又は置換すること、
    を特徴とする請求項１１記載の配置設計装置。
13. 前記配置調整手段は、
    前記オブジェクトの充填優先順位を記憶し、
    前記充填優先順位順に前記他の種類のオブジェクトを当てはめて、はみ出しを判断すること、
    を特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の配置設計装置。
14. 前記オブジェクトは、前記配置領域の輪郭を形成する一の線分に対して平行に充填されること、
    を特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の配置設計装置。
15. コンピュータが、形状及び大きさが相違する各種オブジェクトの単数又は複数種を配置領域に充填する配置設計方法であって、
    前記オブジェクトとして基本オブジェクトと他の種類のオブジェクトとをメモリに予め記憶させておき、
    前記コンピュータが、前記基本オブジェクトの１種類で前記配置領域を充填する基本形状配置ステップと、
    前記コンピュータが、前記基本形状配置ステップの充填により、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記他の種類のオブジェクトに置換し、又は前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記配置領域から削除する配置調整ステップと、
    前記コンピュータが、単数又は連続して並ぶ前記基本オブジェクトの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域面積を減少させるように、置換対象の一部又は全部を前記他の種類のオブジェクトに置換して、前記配置領域に存在する前記オブジェクトが未充填の余白を増加させる再配置ステップと、
    を含み、
    前記配置調整ステップでは、
    前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに代えて、前記配置領域に収まる前記他の種類のオブジェクトを充填し、
    前記配置領域に収まる他の種類のオブジェクトが無い場合、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを削除し、
    前記基本形状配置ステップでは、
    前記余白を含む領域に前記基本オブジェクトを充填し、
    前記配置調整ステップでは、
    前記余白を含む領域に充填されて前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに対し、前記他の種類のオブジェクトの置換又は削除を行うこと、
    を特徴とする配置設計方法。
16. コンピュータを、形状及び大きさが相違する各種オブジェクトの単数及び複数種を配置領域に充填する配置設計装置として機能させる配置設計プログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記オブジェクトとして基本オブジェクトと他の種類のオブジェクトとを記憶する記憶手段と、
    前記基本オブジェクトの１種類で前記配置領域を充填する基本形状配置手段と、
    前記基本形状配置手段の充填により、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記他の種類のオブジェクトに置換し、又は前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを前記配置領域から削除する配置調整手段と、
    単数又は連続して並ぶ前記基本オブジェクトの所定の集まりを置換対象として、置換対象の領域面積を減少させるように、置換対象の一部又は全部を前記他の種類のオブジェクトに置換して、前記配置領域に存在する前記オブジェクトが未充填の余白を増加させる再配置手段と、
    として機能させ、
    前記配置調整手段は、
    前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに代えて、前記配置領域に収まる前記他の種類のオブジェクトを充填し、
    前記配置領域に収まる他の種類のオブジェクトが無い場合、前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトを削除し、
    前記基本形状配置手段は、
    前記余白を含む領域に前記基本オブジェクトを充填し、
    前記配置調整手段は、
    前記余白を含む領域に充填されて前記配置領域からはみ出した前記基本オブジェクトに対し、前記他の種類のオブジェクトの置換又は削除を行うこと、
    を特徴とする配置設計プログラム。