JP6601181B2 - 長尺材測位支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺材の位置の計測を支援する長尺材測位支援装置に関する。

従来、工事現場では、トータルステーションによって杭、柱等の位置の三次元座標の計測が行われている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３２５８８４号公報

ところが、トータルステーションを用いる方法では、杭や柱等が施工された工事現場において計測作業を行わなければならかった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、実際の工事現場において計測作業を行わずとも、杭や柱等の長尺材の位置を計測できるようにすることである。

上記課題を解決するために、本発明の長尺材測位支援装置は、工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルを記憶した記憶部から前記工事現場点群モデルを読み込む読込手段と、前記読込手段によって読み込んだ前記工事現場点群モデルをＸ座標軸及びＹ座標軸に沿って走査することによって、その走査の際にＸＹ平面上で移動する走査点を中心とした所定領域に含まれる点のＺ座標の平均値を、前記走査点の各ＸＹ座標毎に算出する走査手段と、前記走査手段によって算出されたＺ座標の平均値の中で最大の平均値を特定するとともに、その最大の平均値に対応したＸＹ座標を特定する特定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、走査点が長尺材端部の点群を通過する際には、走査点を中心とした所定領域内には長尺材端部の点群が含まれるようになるので、その所定領域内の点のＺ座標の平均値が大きくなる。よって、走査点が長尺材の芯に重なる際には、その走査点を中心とした所定領域内の点のＺ座標の平均値が最も大きくなるので、その最大の平均値に対応したＸＹ座標が長尺材の真に相当する。これにより、実際の工事現場で長尺材の位置の計測を行わずとも、長尺材の水平位置を計測することができる。

図１は、長尺材測位支援装置のブロック図である。 図２は、設計構造物モデルを構成する構成要素モデルのデータ構成を示した図面である。 図３は、仮想三次元空間にモデリングされた杭モデルを示した図面である。 図４は、仮想三次元空間にモデリングされた柱モデルを示した図面である。 図５は、工事現場点群モデルのデータ構成を示した図面である。 図６は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデルを示した図面である。 図７は、工事現場点群モデルに含まれる杭頭部の点群を示した図面である。 図８は、工事現場点群モデルに含まれる杭頭部の点群を示した図面である。 図９は、仮想三次元空間にモデリングされた工事現場点群モデルを示した図面である。 図１０は、工事現場点群モデルに含まれる柱頭部の点群を示した図面である。 図１１は、工事現場点群モデルに含まれる柱頭部の点群を示した図面である。 図１２は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１３は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１４は、工事現場点群モデルの走査方法を説明するための図面である。 図１５は、コンピュータによって生成された走査点のＸＹ座標及びＺ座標の経錦地のデータ列を示した図面である。 図１６は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１７は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１８は、プログラムに従ったコンピュータの処理の流れを示したフローチャートである。 図１９は、工事現場点群モデルの走査方法を説明するための図面である。 図２０は、コンピュータによって生成された走査点のＸＹ座標及びＺ座標の経錦地のデータ列を示した図面である。 図２１は、柱頭部の点群及び矩形領域を示した図面である。 図２２は、コンピュータによって生成されたＺ座標の平均値及び回転角のデータ列を示した図面である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． 長尺材測位支援装置
図１に示すように、長尺材測位支援装置１０は、鉛直部材としての杭及び柱の位置の計測を支援するための装置である。長尺材測位支援装置１０は、プログラム８０がインストールされたデスクトップ型、ノートブック型又はタブレット型のパーソナルコンピュータである。図１に示すように、長尺材測位支援装置１０は演算処理装置１１、入力部１２、表示部１３及び記憶部１４等を備える。

演算処理装置１１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。
入力部１２は、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス等の入力装置である。この入力部１２は、操作されることによって操作内容に応じた信号を演算処理装置１１に出力する。演算処理装置１１は、入力部１２から入力した信号に従った演算処理を行う。
表示部１３は、画面表示を行うディスプレイ装置である。演算処理装置１１が演算処理によりビデオ信号を生成し、そのビデオ信号を表示部１３に出力するので、この表示部１３がそのビデオ信号に従った表示を行う。

記憶部１４は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部１４には、演算処理装置１１によって実行可能なプログラム８０が格納されている。

記憶部１４には、ＢＩＭ（Building Information Modeling：ビルディング インフォメーション モデリング）を実現する設計用ソフトウェアによって作成された設計構造物モデル２０が記憶されている。設計構造物モデル２０は複数の構成要素モデル２１の集合体である。構成要素モデル２１は、設計された構造物（例えば建物、橋梁等）の構成要素（例えば杭、柱、梁、基礎、スラブ、壁等）をモデリングしたものである。図２に示すように、構成要素モデル２１は、構成要素モデル２１を識別するために一意的な要素識別子（要素ＩＤ）２２と、構成要素モデル２１の三次元形状を定義する三次元形状情報２３と、三次元形状情報２３によって定義された構成要素モデル２１の三次元形状の仮想三次元空間内における位置を定義する位置情報２４と、を有する。

三次元形状情報２３及び位置情報２４が要素識別子２２に対応付けられた状態で記憶部１４に記録されている。三次元形状情報２３では構成要素モデル２１の三次元形状がローカル座標系で表されており、位置情報２４では構成要素モデル２１の位置及び向きがワールド座標系で表されている。

演算処理装置１１は、プログラム８０による座標演算機能によって、設計構造物モデル２０の各構成要素モデル２１を仮想三次元空間にモデリングすることができる。つまり、構成要素モデル２１の三次元形状は、プログラム８０を実行する演算処理装置１１によって、三次元形状情報２３に従ってローカル座標系の空間に配される。更に、その構成要素モデル２１の三次元形状は、プログラム８０を実行する演算処理装置１１により、位置情報２４に従ってローカル座標系からワールド座標系に座標変換されることによって、ワールド座標系の仮想三次元空間に配される。ここで、ローカル座標系のｘ座標軸、ｙ座標軸及びｚ座標軸は互いに直交し、ワールド座標系のＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸は互いに直交する。

図３は、設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち杭モデル２１Ａを模式的に示したものである。この杭モデル２１Ａは円柱状又は円筒状の杭をモデリングしたものであり、杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３には少なくとも半径情報（外周面の半径の値）及び長さ情報（頭頂面から下端面までの長さの値）が含まれている。そして、杭モデル２１Ａが半径情報長さ情報に従ってローカル座標系の空間に配され、その杭モデル２１Ａが位置情報２４に基づいてワールド座標系の仮想三次元空間に配される。なお、柱モデル２１Ｂの頭頂面は、その頭頂面の中心に関して点対称な形状である。

図４は、設計構造物モデル２０の構成要素モデル２１のうち柱モデル２１Ｂを模式的に示したものである。この柱モデル２１Ｂは矩形柱状（例えば正方形柱状）の柱をモデリングしたものであり、柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３には少なくとも辺長情報（頭頂面や下端面における各頂点の座標及びそれら座標から求まる頂点間の距離）及び長さ情報（頭頂面から下端面までの距離）が含まれている。そして、矩形柱状の柱モデル２１Ｂが辺長情報及び長さ情報に従ってローカル座標系の空間に配され、その柱モデル２１Ｂが位置情報２４に従ってワールド座標系の仮想三次元空間に配される。

図１に示すように、記憶部１４には、工事中の実際の工事現場を点群（point cloud）でモデリングした三次元の工事現場点群モデル３０，４０が記憶されている。
工事現場点群モデル３０，４０は、仮想三次元空間に配置される複数の点の集合体である。より具体的には、図５に示すように、工事現場点群モデル３０，４０の各点の情報は、点を識別するために一意的な識別子と、仮想三次元空間での点の位置を表す三次元座標値と、点の濃淡を表すデータ値（例えば、赤（Ｒ）の階調値、緑（Ｇ）の階調値、青（Ｂ）の階調値）とから構成されている。三次元座標値及びデータ値が識別子に対応付けられた状態で記憶部１４に記憶されている。なお、図５では、工事現場点群モデル３０，４０がフルカラーのモデルを例にしているので、データ値が三原色（ＲＧＢ）の階調値からなるが、工事現場点群モデル３０，４０が単色スケール（グレースケール）のモデルである場合、データ値が一色の階調値からなり、工事現場点群モデル３０，４０が二値（モノクロ）のモデルである場合、工事現場点群モデル３０，４０にはデータ値が含まれない。

工事現場点群モデル３０，４０は、実際の工事現場を上空から測量装置によって測量することによって作成されたものである。測量装置は例えばレーザースキャナ等を用いて工事現場を走査することによって工事現場の地面上の各点の位置、構造物の各種の構成要素（杭、柱、梁、基礎、スラブ、壁等）の表面上の各点の位置を計測する走査型表面計測装置である。

工事の進行に伴って工事現場点群モデル３０，４０が作成されて記憶部１４に蓄積される。そのため、記憶部１４に記憶された複数の工事現場点群モデル３０，４０は作成時刻が異なる。具体的には、工事現場点群モデル３０は、実際の工事現場に円筒状の杭が構築された段階で作成されたものであり、工事現場点群モデル４０は、実際の工事現場に矩形柱状（例えば正方形柱状）の柱が建て込まれた段階で作成されたものである。実際の工事現場の柱の頭頂面は、その頭頂面の中心（頭頂面と柱芯との交点）に関して点対称な形状である。

演算処理装置１１は、プログラム８０による機能によって、工事現場点群モデル３０，４０を仮想三次元空間にモデリングすることができる。そして、演算処理装置１１は、プログラム８０による機能によって、モデリングした工事現場点群モデル３０，４０を表示部１３に表示することができる。表示部１３に表示される工事現場点群モデル３０，４０について、図６〜図１１を参照して説明する。図６は工事現場点群モデル３０の平面図である。図７は図６に示すVII部の斜視図であり、図８はそのVII部の側面図である。図９は工事現場点群モデル４０の平面図である。図１０は図９に示すX部の斜視図であり、図１１はそのX部の側面図である。

実際の工事現場の鉛直方向が工事現場点群モデル３０，４０のＺ座標軸に相当するように、また工事現場の水平面が工事現場点群モデル３０，４０のＸ座標軸及びＹ座標軸によって定義されるＸＹ平面に相当するように、工事現場点群モデル３０、４０のＸ座標軸、Ｙ座標軸及びＺ座標軸が定義されている。工事現場点群モデル３０，４０のＸ座標軸、Ｙ座標及びＺ座標軸は互いに直交する。

工事現場点群モデル３０は杭が構築された段階で作成されたものであるから、図６〜図８に示すように、工事現場点群モデル３０には杭頭部の点群３１が含まれている。また、工事現場の杭はその頭頂部が地面から突出した状態に施工されるので、図８に示すように杭頭部の点群３１のＺ座標は地面の点群３２のＺ座標よりも大きい。

工事現場点群モデル４０は柱が構築された段階で作成されたものであるから、図９〜図１１に示すように、工事現場点群モデル４０には柱頭部の点群４１が含まれている。工事現場の柱が立設されたものであり、柱頭部が他のもの（例えば、地面、基礎、スラブ、壁等）よりも高い位置にあるので、柱頭部の点群４１のＺ座標は工事現場点群モデル４０に含まれる他の点群のＺ座標よりも大きい。

２． 杭の測位方法
図１２及び図１３に示すフローチャートを参照して、長尺材測位支援装置１０を用いて杭の位置を計測する方法について説明する。ここで、図１３に示すフローチャートは図１２に示すステップＳ２のサブルーチンの処理の流れを示す。なお、以下に説明する演算処理装置１１の処理及び機能はプログラム８０によって実現される。

２−１． ステップＳ１：工事現場点群モデルの読込
プログラム８０が演算処理装置１１によって実行されると、まず、演算処理装置１１は、記憶部１４から工事現場点群モデル３０を読み込む。

２−２． ステップＳ２：走査
次に、演算処理装置１１は、図６に示すように、工事現場点群モデル３０のうち走査領域３３（その走査領域３３には一つの杭頭部の点群３１が含まれる）をＸ座標軸及びＹ座標軸に沿って走査することによって、その走査の際にＸＹ平面に沿って移動する走査点３５の各位置毎に点群（走査点３５を中心とした後述の円形領域３４に含まれる点の集合体）のＺ座標の平均値を算出する。具体的には、以下のようにして走査処理を実行する。

まず、図１３に示すように、演算処理装置１１は、記憶部１４から、杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３及び位置情報２４を読み込む（ステップＳ１１）。
次に、演算処理装置１１は、図１４に示すように、読み込んだ三次元形状情報２３及び位置情報２４に基づいて杭モデル２１Ａの芯（中心線）のＸＹ座標を算出し、杭モデル２１Ａの芯のＸＹ座標よりもそれぞれ小さい座標値Ｘp0と座標値Ｙp0を設定するとともに、杭モデル２１Ａの芯のＸＹ座標よりもそれぞれ大きい座標値Ｘthと座標値Ｙthを設定し、座標（Ｘp，Ｙp）に初期座標（Ｘp0，Ｙp0）を当てはめるように設定する（ステップＳ１２）。

ここで、Ｘp及びＹpは変数であり、座標（Ｘp，Ｙp）は走査点３５のＸＹ座標を表し、その走査点３５は円形領域３４の中心点となる。また、走査領域３３は初期座標（Ｘp0，Ｙp0）及び閾座標（Ｘth，Ｙth）によって定義され、走査領域３３は辺がＸ座標軸及びＹ座標軸に平行な矩形状の領域であり、初期座標（Ｘp0，Ｙp0）は走査領域３３の中で最小の座標値をとり、初期座標（Ｘp0，Ｙp0）にある点は走査領域３３の頂点３６を構成し、その頂点３６の対角にある頂点３７の座標が座標（Ｘth，Ｙth）である。

なお、ステップＳ１２では、初期座標（Ｘp0，Ｙp0）及び閾座標（Ｘth，Ｙth）を杭モデル２１Ａの三次元形状情報２３及び位置情報２４から算出するのではなく、ユーザが入力部１２を操作することによって初期座標（Ｘp0，Ｙp0）及び閾座標（Ｘth，Ｙth）を入力し、演算処理装置１１が入力された初期座標（Ｘp0，Ｙp0）を座標（Ｘp，Ｙp）として設定してもよい。

次に、演算処理装置１１は、座標（Ｘp，Ｙp）を中心とした半径Ｒの円形領域３４を設定する（ステップＳ１３）。ここで、演算処理装置１１は、読み込んだ三次元形状情報２３の半径情報の値に所定定数を加算することで半径Ｒを設定する。そのため、円形領域３４の半径Ｒは杭モデル２１Ａの半径よりも大きい。なお、円形領域３４は走査領域３３よりも狭い。

次に、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル３０のうち、円形領域３４に含まれる点を抽出する（ステップＳ１４）。具体的には、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル３０の各点から走査点３５までの、ＸＹ平面に沿う距離を算出し（この際、Ｚ座標は捨象する）、算出した距離が半径Ｒ以下となる点を抽出する。
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ１４で抽出した複数の点のＺ座標の平均値を算出する（ステップＳ１５）。
次に、演算処理装置１１は、座標（Ｘp，Ｙp）と、ステップＳ１５で算出したＺ座標の平均値とを対応付けて記憶する（ステップＳ１６）。

次に、演算処理装置１１は、座標値Ｘpに所定の変量ΔＸp（但しΔＸp＞０であり、例えばΔＸp＝１である）を加算することによって座標値Ｘpを更新し（ステップＳ１７）、更新後の座標値Ｘpと頂点３７の座標値Ｘthとを比較する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８の比較の結果、座標値Ｘpが座標値Ｘth以下である場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、演算処理装置１１の処理がステップＳ１３に戻る。そのため、演算処理装置１１は、座標値Ｘpが座標値Ｘthを超えるまで（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、上述のステップＳ１３〜Ｓ１８の処理を繰り返し実行する。ステップＳ１３〜Ｓ１８の処理が繰り返されることによって、走査点３５及び円形領域３４が走査領域３３内をＸ座標軸の方向に離散的（段階的）に移動し、走査点３５の各位置毎に円形領域３４内の点のＺ座標の平均値が算出される。

ステップＳ１８の比較の結果、座標値Ｘpが座標値Ｘthを超える場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、演算処理装置１１は、座標値Ｙpに所定の変量ΔＹp（但しΔＹp＞０であり、例えばΔＹp＝１である）を加算することによって座標値Ｙpを更新し（ステップＳ１９）、更新後の座標値Ｙpと頂点３７の座標値Ｙthとを比較する（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０の比較の結果、座標値Ｙpが座標値Ｙth以下である場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、演算処理装置１１が座標値Ｘpを初期値Ｘp0に設定した後（ステップＳ２１）、演算処理装置１１の処理がステップＳ１３に戻る。そのため、演算処理装置１１は、座標値Ｘpが座標値Ｘthを超えるまで（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、上述のステップＳ１３〜Ｓ１８の処理を繰り返し実行する。ステップＳ１３〜Ｓ１８の処理が繰り返されることによって走査点３５が走査領域３３内をＸ座標軸の方向に移動するが、その際に走査点３５が描く軌跡は、前回にステップＳ１３〜Ｓ１８の処理が繰り返されることによって走査点３５が描く軌跡からΔＹpだけＹ座標軸の方向にずれたものである。

こうして、演算処理装置１１は、座標値Ｙpが座標値Ｙthを超えるまで（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、上述のステップＳ１３〜Ｓ２１の処理を繰り返し実行する。そして、走査点３５が走査領域３３の頂点３７に至った後のステップＳ１９の処理によって座標値Ｙpが座標値Ｙthを超えるので、その後のステップＳ２０の比較の結果、演算処理装置１１の処理がステップＳ２からステップＳ３に移行する。このようなステップＳ２（ステップＳ１１〜ステップＳ２１）の走査によって、図１５に示すように、走査領域３３内の各位置の座標（Ｘp，Ｙp）のデータ列と、走査領域３３内の各位置の座標（Ｘp，Ｙp）に対応付けられたＺ座標の平均値のデータ列とが生成される。

２−３． ステップＳ３：Ｚ座標の最大平均値の特定及びそれに対応するＸＹ座標の特定
走査処理後、演算処理装置１１は、Ｚ座標の平均値のデータ列の中から最大値を特定し、その最大値に対応付けられた座標（Ｘp，Ｙp）を特定する。

ここで、工事現場点群モデル３０には杭頭部の点群３１の他に地面の点群３２も含まれているところ、杭モデル２１Ａの半径よりも僅かに大きな半径Ｒを有する円形領域３４に含まれる杭頭部の点群３１の点の数が多いほど、またその円形領域３４に含まれる地面の点群３２の点の数が少ないほど、その円形領域３４に含まれる点のＺ座標の平均値が大きい。そのため、Ｚ座標の平均値のデータ列のうち最大値をとる座標（Ｘp，Ｙp）は、杭頭部の点群３１の外形を構成する円筒又は円柱の芯のＸＹ座標に相当する。工事現場点群モデル３０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、杭頭部の点群３１の外形を構成する円筒又は円柱の芯のＸＹ座標は実際の工事現場における杭芯の水平方向の位置に相当し、Ｚ座標の平均値のデータ列のうち最大値をとる座標（Ｘp，Ｙp）も実際の工事現場における杭芯の水平方向の位置に相当する。

また、Ｚ座標の平均値のデータ列の最大値をとる座標（Ｘp，Ｙp）を中心位置とした円形領域３４には、杭頭部の点群３１の点が最も多く含まれているので、Ｚ座標の平均値のデータ列の最大値は杭頭部の点群３１の外形を構成する円筒又は円柱の頭頂面のＺ座標に相当する。工事現場点群モデル３０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、杭頭部の点群３１の外形を構成する円筒又は円柱の芯のＺ座標は実際の工事現場における杭の頭頂面の鉛直方向の位置に相当し、Ｚ座標の平均値のデータ列のうち最大値も実際の工事現場における杭の頭頂面の鉛直方向の位置に相当する。

２−４． ステップＳ４：記録及び表示
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ３で特定した座標（Ｘp，Ｙp）とステップＳ３で特定したＺ座標の最大平均値とを対応付けて、これらを記憶部１４に記録する。更に、演算処理装置１１は、ステップＳ３で特定した座標（Ｘp，Ｙp）とステップＳ３で特定したＺ座標の最大平均値とを表示部１３に表示させる。従って、ユーザは、表示部１３に表示された数値を認識して取得することによって、杭の頭頂面の鉛直方向の位置及び水平方向の位置を計測することができる。

２−５． 別の杭の測位
工事現場点群モデル３０に含まれる他の杭頭部の点群３１に対しても同様にして、上述のステップＳ１〜Ｓ４の処理を実行する。

３． 柱の測位方法
図１６〜図１８に示すフローチャートを参照して、長尺材測位支援装置１０を用いて柱の位置を計測する方法について説明する。ここで、図１７に示すフローチャートは図１６に示すステップＳ５２のサブルーチンの処理の流れを示し、図１８に示すフローチャートは図１６に示すステップＳ５４のサブルーチンの処理の流れを示す。なお、以下に説明する演算処理装置１１の処理及び機能はプログラム８０によって実現される。

３−１． ステップＳ５１：工事現場点群モデルの読込
プログラム８０が演算処理装置１１によって実行されると、まず、演算処理装置１１は、記憶部１４から工事現場点群モデル４０を読み込む。

３−２． ステップＳ５２：走査
次に、演算処理装置１１は、図９に示すように、工事現場点群モデル４０のうち走査領域４３（その走査領域４３には一つの柱頭部の点群４１が含まれる）をＸ座標軸及びＹ座標軸に沿って走査することによって、その走査の際にＸＹ平面に沿って移動する走査点４５の各位置毎に点群（走査点４５を中心とした後述の矩形領域４４に含まれる点の集合体）のＺ座標の平均値を算出する。具体的には、以下のようにして走査処理を実行する。

まず、図１６に示すように、演算処理装置１１は、記憶部１４から、柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３及び位置情報２４を読み込む（ステップＳ６１）。
次に、演算処理装置１１は、図１９に示すように、読み込んだ三次元形状情報２３及び位置情報２４に基づいて柱モデル２１Ｂの芯（中心線）のＸＹ座標を算出し、柱モデル２１Ｂの芯のＸＹ座標よりもそれぞれ小さい座標値Ｘq0と座標値Ｙq0を設定するとともに、柱モデル２１Ｂの芯のＸＹ座標よりもそれぞれ大きい座標値Ｘtと座標値Ｙtを設定し、座標（Ｘq，Ｙq）に初期座標（Ｘq0，Ｙq0）を当てはめるように設定する（ステップＳ６２）。

ここで、Ｘq及びＹqは変数であり、座標（Ｘq，Ｙq）は走査点４５のＸＹ座標を表し、その走査点４５は矩形領域４４の中心点となる。また、走査領域４３は初期座標（Ｘq0，Ｙq0）及び閾座標（Ｘt，Ｙt）によって定義され、走査領域４３は辺がＸ座標軸及びＹ座標軸に平行な矩形状の領域であり、初期座標（Ｘq0，Ｙq0）は走査領域４３の中で最小の座標値をとり、初期座標（Ｘq0，Ｙq0）にある点は走査領域４３の頂点４６を構成し、その頂点４６の対角にある頂点４７の座標が座標（Ｘt，Ｙt）である。

なお、ステップＳ６２では、初期座標（Ｘq0，Ｙq0）及び閾座標（Ｘt，Ｙt）を柱モデル２１Ｂの三次元形状情報２３及び位置情報２４から算出するのではなく、ユーザが入力部１２を操作することによって初期座標（Ｘq0，Ｙq0）及び閾座標（Ｘt，Ｙt）を入力し、演算処理装置１１が入力された初期座標（Ｘq0，Ｙq0）を座標（Ｘq，Ｙq）として設定してもよい（ステップＳ６２）。

次に、演算処理装置１１は、座標（Ｘq，Ｙq）を中心とした矩形領域４４を設定する（ステップＳ６３）。ここで、演算処理装置１１は、読み込んだ三次元形状情報２３の辺長情報の値に所定定数を加算することによって矩形領域４４の辺長を設定する。なお、矩形領域４４の各辺がＸ座標軸或いはＹ座標軸に対して平行であり、矩形領域４４の外縁上の各点はＸＹ座標によって表され、矩形領域４４の外縁はＸＹ座標の範囲によって表されている。

次に、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル４０の各点のＸＹ座標と矩形領域の外縁を表すＸＹ座標の範囲とを対比することによって（この際、Ｚ座標は捨象する）、工事現場点群モデル４０の中から、矩形領域４４に含まれる点を抽出する（ステップＳ６４）。
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ６４で抽出した複数の点のＺ座標の平均値を算出する（ステップＳ６５）。
次に、演算処理装置１１は、座標（Ｘq，Ｙq）と、ステップＳ６５で算出したＺ座標の平均値とを対応付けて記憶する（ステップＳ６６）。

次に、演算処理装置１１は、座標値Ｘqに所定の変量ΔＸq（但しΔＸq＞０であり、例えばΔＸq＝１である）を加算することによって座標値Ｘqを更新し（ステップＳ６７）、更新後の座標値Ｘqと頂点４７の座標値Ｘtとを比較する（ステップＳ６８）。

ステップＳ６８の比較の結果、座標値Ｘqが座標値Ｘt以下である場合（ステップＳ６８：ＮＯ）、演算処理装置１１の処理がステップＳ６３に戻る。そのため、演算処理装置１１は、座標値Ｘqが座標値Ｘtを超えるまで（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、上述のステップＳ６３〜Ｓ６８の処理を繰り返し実行する。ステップＳ６３〜Ｓ６８の処理が繰り返されることによって、走査点４５及び矩形領域４４が走査領域４３内をＸ座標軸の方向に離散的（段階的）に移動し、走査点４５の各位置毎に矩形領域４４内の点のＺ座標の平均値が算出される。

ステップＳ６８の比較の結果、座標値Ｘqが座標値Ｘtを超える場合（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、演算処理装置１１は、座標値Ｙqに所定の変量ΔＹq（但しΔＹq＞０であり、例えばΔＹq＝１である）を加算することによって座標値Ｙqを更新し（ステップＳ６９）、更新後の座標値Ｙqと頂点４７の座標値Ｙtとを比較する（ステップＳ８０）。

ステップＳ８０の比較の結果、座標値Ｙqが座標値Ｙt以下である場合（ステップＳ８０：ＮＯ）、演算処理装置１１が座標値Ｘqを初期値Ｘq0に設定した後（ステップＳ７１）、演算処理装置１１の処理がステップＳ６３に戻る。そのため、演算処理装置１１は、座標値Ｘqが座標値Ｘtを超えるまで（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、上述のステップＳ６３〜Ｓ６８の処理を繰り返し実行する。ステップＳ６３〜Ｓ６８の処理が繰り返されることによって走査点４５が走査領域４３内をＸ座標軸の方向に移動するが、その際に走査点４５が描く軌跡は、前回にステップＳ６３〜Ｓ６８の処理が繰り返されることによって走査点４５が描く軌跡からΔＹqだけＹ座標軸の方向にずれたものである。

こうして、演算処理装置１１は、座標値Ｙqが座標値Ｙtを超えるまで（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、上述のステップＳ６３〜Ｓ７１の処理を繰り返し実行する。そして、走査点４５が走査領域４３の頂点４７に至った後のステップＳ６９の処理によって座標値Ｙqが座標値Ｙtを超えるので、その後のステップＳ７０の比較の結果、演算処理装置１１の処理がステップ５２からステップＳ５３に移行する。このようなステップＳ５２（ステップＳ６１〜ステップＳ７１）の走査によって、図２０に示すように、走査領域４３内の各位置の座標（Ｘq，Ｙq）のデータ列と、走査領域４３内の各位置の座標（Ｘq，Ｙq）に対応付けられたＺ座標の平均値のデータ列とが生成される。

３−３． ステップＳ５３：Ｚ座標の最大平均値の特定及びそれに対応するＸＹ座標の特定
走査処理後、演算処理装置１１は、Ｚ座標の平均値のデータ列の中から最大値を特定し、その最大値に対応付けられた座標（Ｘq，Ｙq）を特定する。

ここで、工事現場点群モデル４０には柱頭部の点群４１以外の点群も含まれているところ、柱モデル２１Ｂの断面よりも僅かにサイズの大きい矩形領域４４に含まれる柱頭部の点群４１の点の数が多いほど、またその矩形領域４４に含まれる柱頭部以外の点群の点の数が少ないほど、その矩形領域４４に含まれる点のＺ座標の平均値が大きい。そのため、Ｚ座標の平均値のデータ列のうち最大値をとる座標（Ｘq，Ｙq）は、柱頭部の点群４１の外形を構成する四角柱の芯のＸＹ座標に相当する。工事現場点群モデル４０が実際の工事現場を点群で表したものであるので、柱頭部の点群４１の外形を構成する四角柱の芯のＸＹ座標は実際の工事現場における柱芯の水平方向の位置に相当し、Ｚ座標の平均値のデータ列のうち最大値をとる座標（Ｘq，Ｙq）も実際の工事現場における柱芯の水平方向の位置に相当する。

３−４． ステップＳ５４：Ｚ座標の最大平均値の特定及びその回転角の特定
次に、演算処理装置１１は、図２１に示すように矩形領域４４を回転させつつ、各回転角における矩形領域４４内の点のＺ座標の平均値を算出することによって、Ｚ座標の平均値のデータ列を生成し、そのデータ列の中から最大平均値を特定し、その最大平均値に対応する回転角を特定する。具体的には、以下のようにして最大平均値及びそれに対応する回転角を特定する。

まず、演算処理装置１１は、ＸＹ平面に平行な矩形領域４４を仮想三次元空間に設定する（ステップＳ８１）。ここで、矩形領域４４の中心点（重心点）の座標は、ステップＳ５３で特定したＺ座の最大平均値に対応付けられた座標（Ｘq，Ｙq）である。その矩形領域４４の各辺はＸ座標軸或いはＹ座標軸に対して平行であり、その矩形領域４４はステップＳ５２の走査における矩形領域４４と合同である。

次に、演算処理装置１１は、回転角θ（但し、θは変数である）として初期値θ0（具体的には、θ0＝０°）を設定する（ステップＳ８２）。
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ８１で設定した矩形領域４４を、その中心を通る回転軸（その回転軸はＺ軸に平行である）回りに回転角θだけ回転させる（ステップＳ８３）。ここで、図２１に示す矩形領域４４はその中心を通る回転軸回りに回転されたものである。
次に、演算処理装置１１は、工事現場点群モデル４０の各点のＸＹ座標と、回転後の矩形領域４４の外縁を表すＸＹ座標の範囲とを対比することによって（この際、Ｚ座標は捨象する）、工事現場点群モデル４０の中から、回転後の矩形領域４４の内側にある点を抽出する（ステップＳ８４）。

次に、演算処理装置１１は、ステップＳ８４で抽出した点のＺ座標の平均値を算出する（ステップＳ８５）。
次に、演算処理装置１１は、回転角θと、ステップＳ８５で算出した点のＺ座標の平均値とを対応付けて記憶する（ステップＳ８６）。

次に、演算処理装置１１は、回転角θに所定の変量Δθ（但しΔθ＞０であり、例えばΔθ＝１°である）を加算することによって回転角θを更新し（ステップＳ８７）、更新後の回転角θと所定閾値β（例えばβ＝３６０°）とを比較する（ステップＳ８８）。その比較の結果、更新後の回転角θが所定閾値β以下である場合（ステップＳＳ８８：ＮＯ）、演算処理装置１１の処理がステップＳ８３に戻って、演算処理装置１１が更新後の回転角θに関して同様にステップＳ８３〜Ｓ８８の処理を実行する。こうして、演算処理装置１１は、更新後の回転角θが所定閾値βを超えるまで（ステップＳ８８：ＹＥＳ）、上述のステップＳ８３〜Ｓ８８の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ８３〜Ｓ８８の処理が繰り返し実行されることによって、回転角θのデータ列と、回転角θに対応付けられたＺ座標の平均値のデータ列とが図２２に示すように生成される。そして、演算処理装置１１は、Ｚ座標の平均値のデータ列の中から最大値を特定するとともに、その最大値に対応する回転角θを特定する（ステップＳ８９）。
ここで、柱頭部以外の点群の点は柱頭部の点群４１の点よりもＺ座標が小さい。また、ステップＳ７３で設定した矩形領域が柱頭部の点群４１の外形を構成する矩形柱の外周面に合致していくほど、その矩形領域に含まれる柱頭部以外の点群の点の数が少なくなる傾向にある。よって、ステップＳ７３で設定した矩形領域が柱頭部の点群４１の外形を構成する矩形柱の外周面に最も合致した場合には、その矩形領域内に配される点のＺ座標の平均値が最も大きくなる。よって、Ｚ座標の平均値のデータ列の中で最大平均値に対応する回転角θは、実際の工事現場における柱の各柱面の向きに相当する。

３−５． ステップＳ５：記録及び表示
次に、演算処理装置１１は、ステップＳ５３で特定した座標（Ｘq，Ｙq）と、ステップＳ８９で特定したＺ座標の最大平均値と、ステップＳ８９で特定した回転角θとを対応付けて、これらを記憶部１４に記録する。更に、演算処理装置１１は、ステップＳ５３で特定した座標（Ｘq，Ｙq）と、ステップＳ８９で特定したＺ座標の最大平均値と、ステップＳ８９で特定した回転角θとを表示部１３に表示させる。よって、ユーザは、表示部１３に表示された数値を認識して取得することによって、柱の頭頂面の鉛直方向の位置及び水平方向の位置並びに各柱面の向きを計測することができる。

３−６． 別の柱の測位
その後、工事現場点群モデル４０に含まれる他の柱頭部の点群４１に対しても同様にして、上述のステップＳ５１〜Ｓ５５の処理を実行する。

４． 効果
以上説明した本発明の実施の形態によれば、長尺材測位支援装置１０を用いることにより、以下の効果が得られる。

（１） 工事現場点群モデル３０，４０が工事現場を点群で表したものであるので、実際の工事現場において各種の測量器を用いずとも、工事現場点群モデル３０，４０に含まれる点群３１，４１に基づいて実際の杭や柱の位置を計測することができる。

（２） 工事現場点群モデル３０，４０を取得しさえすれば、長尺材測位支援装置１０の演算処理装置１１の演算処理によって、実際の杭や柱の位置を計測することができる。特に、位置を計測する杭や柱の数が多いほど、実際の杭や柱の位置の計測がより省力的になる。

（３） 実際の工事現場で計測作業を行わずとも、実際の杭や柱の位置を計測することができる。

５． 変形例
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） 上記実施形態では、測位対象の柱の芯が水平面に対して垂直であり、その柱の頭頂面が水平であった。それに対して、測位対象の柱の芯が水平面に対して傾斜し、その柱の頭頂面がその芯に対して直交してもよい。この場合、演算処理装置１１は、柱モデル２１Ｂの柱芯が仮想三次元空間のＸＹ平面に対して傾斜するように、柱モデル２１Ｂをモデリングする。

（２） 上記実施形態では、測位対象の長尺材が垂直材としての杭或いは柱であったが、水平部材としての梁であってもよい。

（３） 上記実施形態では、実際の工事現場の杭が円筒状又は円柱状であり、杭モデル２１Ａが円筒状又は円柱状であり、杭頭部の点群３１の外形が円筒状又は円柱状であったが、これらが矩形柱状であってもよい。その場合、上述の「３． 柱の測位方法」のように杭を測位する。

（４） 上記実施形態では、実際の工事現場の柱が矩形柱状であり、柱モデル２１Ｂが矩形柱状であり、杭頭部の点群３１の外形が矩形柱状であったが、これらが円柱状であってもよい。その場合、上述の「２． 杭の測位方法」のように柱を測位する。

１０…長尺材測位支援装置， １１…演算処理装置， １２…入力部， １３…表示部， １４…記憶部， ２１Ａ…杭モデル， ２１Ｂ…柱モデル， ３０…工事現場点群モデル， ３１…杭頭部の点群， ４０…工事現場点群モデル， ４１…柱頭部の点群， ８０…プログラム

Claims (4)

1. 工事現場を点群により表すとともに長尺材端部の点群を含んだ工事現場点群モデルを記憶した記憶部から前記工事現場点群モデルを読み込む読込手段と、
   前記読込手段によって読み込んだ前記工事現場点群モデルをＸ座標軸及びＹ座標軸に沿って走査することによって、その走査の際にＸＹ平面上で移動する走査点を中心とした所定領域に含まれる点のＺ座標の平均値を、前記走査点の各ＸＹ座標毎に算出する走査手段と、
   前記走査手段によって算出されたＺ座標の平均値の中で最大の平均値を特定するとともに、その最大の平均値に対応したＸＹ座標を特定する特定手段と、を備えることを特徴とする長尺材測位支援装置。
2. 前記特定手段によって特定したＸＹ座標を前記記憶部に記録するとともに、前記特定手段によって特定した最大の平均値をＺ座標として前記記憶部に記録する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の長尺材測位支援装置。
3. 前記特定手段によって特定したＸＹ座標を中心とした前記所定領域を回転させつつ、前記工事現場点群モデルのうち前記所定領域内に配される点のＺ座標の平均値を算出することによって、前記所定領域の回転角とＺ座標の平均値とを対応付けたデータ列を生成するデータ列生成手段と、
   前記データ列生成手段によって生成したデータ列のうち最大の平均値を特定する第二特定手段と、
   前記第二特定手段によって特定した最大の平均値に対応付けられた回転角を特定する第三特定手段と、を更に備え、
   前期工事現場点群モデルに含まれる前期長尺材端部の点群は点対称な形状の端面を有する部材の端部を表したものであることを特徴とする請求項１に記載の長尺材測位支援装置。
4. 前記特定手段によって特定したＸＹ座標を前記記憶部に記録し、前記第二特定手段によって特定した最大の平均値をＺ座標として前記記憶部に記録し、前記第三特定手段によって特定した回転角を前記記憶部に記録することを特徴とする請求項３に記載の長尺材測位支援装置。