JP6631206B2 - Earthwork management method - Google Patents
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本発明は、UAV(無人飛行機)等の飛行体を用いて撮影した撮影画像を用いて盛り土や切り土等の土工管理を行う土工管土工管理方法理方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an earthwork pipe and earthwork management method for managing earthwork such as embankment and cutting using an image taken using a flying object such as a UAV (unmanned airplane).
従来、盛り土や切り土等の土工管理を実施するには、場内から出たダンプトラックによる台数管理で大まかな土量を確認し、形状の確認については、現場巡視や写真などで状況を確認していた。そのため、施工量、未掘削量等の正確な把握や、工程通りの出来形ができているのかの正確な判断が困難であった。 Conventionally, in order to manage earthworks such as embankment and cut soil, the approximate amount of soil was checked by controlling the number of dump trucks that came out of the site, and for the shape confirmation, the situation was checked by on-site patrols and photographs. I was Therefore, it has been difficult to accurately grasp the construction amount, the unexcavated amount, and the like, and to accurately determine whether the work is completed according to the process.
そこで、近年では、CIM(Construction Information Modeling)が推進され、土工管理にも3次元モデルが用いられている。地形も含めた3次元モデルを所定期間毎に作成して比較することで、盛り土量や切り土量を算出することが可能になる。3次元モデルの作成には地形測量が必要であり、3次元モデルを所定期間毎に作成するため、1回の地形測量に手間と時間をかけることができない。従って、UAV(無人飛行機)等の飛行体を用いて撮影した複数の撮影画像によって地形測量を行うことが検討されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in recent years, CIM (Construction Information Modeling) has been promoted, and a three-dimensional model has been used for earthwork management. By creating and comparing a three-dimensional model including the terrain at predetermined intervals, it is possible to calculate the embankment amount and the cut amount. Terrain surveying is required to create a three-dimensional model, and since a three-dimensional model is created every predetermined period, it is not possible to take time and effort for one terrain survey. Therefore, it has been studied to perform terrain surveying using a plurality of captured images captured using a flying object such as a UAV (unmanned airplane) (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、従来技術では、オーバラップした部分で2画像に共通なタイポイントを抽出し、タイポイントを基準として画像合成して地形測量を行っているが、土工管理に必要な精度で3次元計測を行うことができないという問題点があった。 However, in the related art, a tie point common to the two images is extracted in the overlapped portion, and the terrain is surveyed by synthesizing the image based on the tie point, but the three-dimensional measurement is performed with the accuracy required for earthwork management. There was a problem that it could not be performed.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、精度の高い3次元モデルを短時間で作成することができ、盛り土量や切り土量を正確且つ迅速に算出することができる土工管理方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and solves the above-described problems, can create a high-precision three-dimensional model in a short time, and can accurately and quickly determine the embankment amount and the cut amount. It is an object of the present invention to provide an earthwork management method that can be calculated.
本発明の土工管理方法は、土工管理を行う土工管理領域が平面座標及び標高が予め測定された複数の外周既知点を結んだ閉領域内に含まれるように、複数の前記外周既知点を設定する既知点設定工程と、カメラと当該カメラの撮影位置及び撮影姿勢を測定する撮影情報測定手段とを具備する飛行体を飛行させ、前記カメラによって前記土工管理領域を複数回撮影すると共に、前記撮影情報測定手段によって前記撮影位置及び前記撮影姿勢を撮影情報として測定する撮影工程と、前記撮影工程によって撮影した撮影画像のそれぞれを前記撮影情報に基づいて高度とひずみ補正を行った後に、隣り合う前記撮影画像の中から特徴点をマッチングポイントとして自動抽出して順次結合していき、1枚のオルソ画像を作成するオルソ画像作成工程と、前記オルソ画像作成工程によって作成した前記オルソ画像から3Dデータを生成し、前記外周既知点を用いて補正する3Dデータ生成工程と、前記3Dデータ生成工程によって生成して補正した前記3Dデータと過去分の前記3Dデータとを比較し、その差分から盛り土量もしくは切り土量を算出する土量算出工程とを備え、前記既知点設定工程では、前記土工管理領域の中で最も標高が高いポイントを、平面座標及び標高が予め測定された最高位既知点として設定すると共に、前記土工管理領域の中で最も標高が低いポイントを、平面座標及び標高が予め測定された最低位既知点として設定し、前記3Dデータ生成工程では、前記オルソ画像作成工程によって作成した前記オルソ画像から3Dデータを生成し、前記最高位既知点及び前記最低位既知点を用いて補正することを特徴とする。 Earthwork management method of the present invention, as earthwork management area for soil Engineering management is included in the closed area obtained by connecting a plurality of outer circumferential known point plane coordinates and altitude are measured in advance, a plurality of the peripheral known point A known point setting step for setting, flying a flying object including a camera and a photographing information measuring means for measuring a photographing position and a photographing posture of the camera, and photographing the earthwork management region a plurality of times by the camera, A photographing step in which the photographing position and the photographing posture are measured as photographing information by photographing information measuring means; and a photographed image photographed in the photographing step is subjected to altitude and distortion correction based on the photographing information, and then adjacent to each other. An ortho-image creating step of automatically extracting feature points from the photographed images as matching points and sequentially combining them to create one ortho-image; A 3D data generating step of generating 3D data from the ortho image created in the ortho image creating step and correcting the 3D data using the known outer circumference point; Comparing the 3D data, and calculating a fill amount or a cut amount from the difference , the known point setting step, the highest elevation point in the earthwork management area, The plane coordinates and the elevation are set as the highest known points measured in advance, and the point with the lowest elevation in the earthwork management area is set as the lowest known point where the plane coordinates and the elevation are measured in advance, and In the 3D data generation step, 3D data is generated from the ortho image created in the ortho image creation step, and the highest known point and the maximum Position and correcting using known point.
本発明によれば、平面座標及び標高が予め測定された外周既知点を、土工管理を行う土工管理領域が外周既知点を結んだ閉領域内に含まれるように設定することで、精度の高い3次元モデルを短時間で作成することができ、盛り土量や切り土量を正確且つ迅速に算出することができるという効果を奏する。 According to the present invention, by setting the perimeter known points whose plane coordinates and altitudes are measured in advance so that the earthwork management area for performing the earthwork management is included in the closed area connecting the perimeter known points, high accuracy is achieved. It is possible to create a three-dimensional model in a short time, and it is possible to calculate the amount of embankment and the amount of cut soil accurately and quickly.
次に、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。 Next, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “embodiments”) will be specifically described with reference to the drawings.
図1及び図2を参照すると、本実施の形態の土工管理方法では、まず、敷地1内に複数の外周既知点2Pと、最高位既知点2Hと、最低位既知点2Lとをそれぞれ設定する(ステップA1)。外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lは、基準点測量やGNSS測位等により平面座標及び標高が予め正確に測定されたポイントである。図2を参照すると、外周既知点2Pは、外周既知点2Pを結んだ閉領域に、敷地1内の土工管理を行う土工管理領域1aが含まれるように設定する。また、最高位既知点2Hは、土工管理領域1aの中で最も標高が高いポイントに設定する。さらに、最低位既知点2Lは、土工管理領域1aの中で最も標高が低いポイントに設定する。なお、図2において、(a)は敷地1の平面図であり、(b)は(a)に示すX−X断面図である。また、外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lには、後述する撮影画像に明瞭に写り込む対空標識を設置しても良く、撮影画像に明瞭に写り込む既存の構造物を外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lとして設定するようにしても良い。
Referring to FIGS. 1 and 2, in the earthwork management method according to the present embodiment, first, a plurality of outer peripheral known
次に、図3に示す飛行体10を用いて土工管理領域1aを撮影する(ステップA2)。飛行体10は、UAV(無人飛行機)であり、飛行情報記憶部11と、カメラ12と、撮影画像記憶部13と、GNSS(Global Navigation Satellite System)14と、気圧高度計15と、ジャイロ16と、撮影情報記憶部17とを備えている。
Next, the
飛行情報記憶部11は、設定された飛行高度及び撮影エリアが記憶される記憶手段である。飛行体10は、飛行情報記憶部11に記憶された飛行高度及び撮影エリアに到達後、カメラ12によって写真撮影を自動的に行う。
The flight
カメラ12は、飛行体10の機体に下向きに固定されている。また、本実施形態では、カメラ12としてデジタルカメラを用い、レンズのゆがみに対する出力補正のキャリブレーションが予め行われている。カメラ12による写真撮影は、オーバーラップしながら複数回行い、撮影画像は撮影画像記憶部13に記憶される。ラップ率は撮影写真を合成する時の作業性とデータ量に影響を与え、通常30〜80%で設定する。例えば、飛行高度が150mである場合には、土工管理領域1aに対し、1km2あたり600枚程度の写真撮影を行う。
The
GNSS14と、気圧高度計15と、ジャイロ16とは、写真撮影時の位置情報と、高度と、機体姿勢(ロール角ω、ピッチ角φ、ヨー角κ)とをそれぞれ測定する。GNSS14で測定された位置情報と、気圧高度計15で測定された高度と、ジャイロ16で測定された機体姿勢(ロール角ω、ピッチ角φ、ヨー角κ)とは、撮影画像と関連づけされた状態で撮影情報として撮影情報記憶部17に記憶される。上述のように飛行体10に固定されている。従って、GNSS14で測定された位置情報と、気圧高度計15で測定された高度と、ジャイロ16で測定された機体姿勢(ロール角ω、ピッチ角φ、ヨー角κ)とは、それぞれカメラ12の撮影位置と、撮影高度と、撮影姿勢となる。なお、撮影画像記憶部13と撮影情報記憶部17とには、SDカード等の取り外し可能な記憶手段が用いられ、飛行体10の着陸後に、撮影画像記憶部13及び撮影情報記憶部17を飛行体10から取り外して撮影画像と撮影情報とを回収する。
The
次に、飛行体10の着陸後に回収した撮影画像と撮影情報とを、図4に示す土量算出装置20に入力する(ステップA3)。土量算出装置20は、パーソナルコンピューター等のプログラム制御で動作する情報処理装置であり、撮影画像入力部21と、撮影情報入力部22と、マッチングポイント入力部23と、既知点入力部24と、制御部25と、3Dデータ記憶部26と、出力部27とを備えている。
Next, the captured image and the captured information collected after the landing of the
撮影画像入力部21と撮影情報入力部22とは、飛行体10から取り外された撮影画像記憶部13及び撮影情報記憶部17がそれぞれ接続されるインターフェースであり、マッチングポイント入力部23及び既知点入力部24は、ユーザーが情報入力を行うキーボードやマウス等の入力手段である。
The photographed
制御部25は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ROMには土量算出装置20の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。制御部25は、ROMに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをRAMに展開させることで、オルソ画像作成部251、点群データ抽出部252、メッシュデータ変換部253、土量算出部254として機能する。
The
オルソ画像作成部251は、撮影画像と撮影情報とを読み込み、撮影情報に基づいて各撮影画像の高度とひずみ補正を行った後に、隣り合う撮影画像の中から特徴点をマッチングポイントとして自動抽出して順次結合していき、1枚のオルソ画像を作成する(ステップA4)。なお、土工管理領域1aがなだらかで変化の少ない場合は、マッチングポイントを正確に自動抽出できないことがあり、この場合、マッチングポイント入力部23からユーザーがマッチングポイントを入力する。また、設定した外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lをマッチングポイントしても良い。
The ortho
点群データ抽出部252は、オルソ画像作成部251によって作成されたオルソ画像から3Dデータである点群データを抽出し、既知点入力部24から入力された既知点情報(外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lの平面座標及び標高)を用いて補正する(ステップA5)。点群データの補正は、各点が三つの変数(平面座標及び標高)を持っていることから、外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lの内の三つの既知点のそれぞれ三つの既知数(平面座標及び標高)を使用して行う。なお、外周既知点2P、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lの平面座標及び標高の測量は、飛行体10の撮影後に行うようにしても良い。
The point cloud
外周既知点2Pは、外周既知点2Pを結んだ閉領域に土工管理領域1aが含まれるように設定されているため、管理の対象となる土工管理領域1aの点群データのいずれの点も、いずれか三つの外周既知点2Pの平面座標で形成される三角形内に入ることになる。従って、点群データの補正に際し、補正する点を含む三角形を平面座標で形成する三つの外周既知点2Pをそれぞれ選択することで、土工管理領域1aの点群データにおける各点の平面座標(二つの変数)は、大きな誤差を生じることなく、点群データにおける平面座標の精度を向上させることができる。
Since the outer circumference known
さらに、三つの既知点の内、最高位既知点2Hと最低位既知点2Lといずれか若しくは両方を選択すると、管理の対象となる土工管理領域1aの点群データのいずれの点も、いずれか三つの既知点の平面座標で形成される三角形内に入ることになると共に、管理の対象となる土工管理領域1aの点群データの大半の点が、側面視でいずれか三つの既知点で形成される三角形内に入ることになる。従って、点群データの補正に際し、補正する点を含む三角形を平面座標及び側面視で形成する三つの既知点(最高位既知点2Hと最低位既知点2Lといずれか若しくは両方を含む)をそれぞれ選択することで、土工管理領域1aの点群データにおける各点の平面座標及び標高(三つの変数)は、大きな誤差を生じることなく、点群データにおける平面座標及び標高の精度を向上させることができる。なお、側面視で三角形内に入らない土工管理領域1aの点群の点については、補正が終わった点を既知点として新しい三角係を形成して補正を行い、これを土工管理領域1aの点群の点全体の補正が完了するまで繰り返して行えば良い。
Further, when either or both of the highest known
メッシュデータ変換部253は、点群データ抽出部252によって抽出された点群データをメッシュデータに変換し(ステップA6)、3Dデータ記憶部26に記憶させる。メッシュデータは、CADで使用可能な3Dデータである。
The mesh
土量算出部254は、メッシュデータ変換部253によつて変換されたメッシュデータと、3Dデータ記憶部26に記憶されている過去分のメッシュデータとを比較し、その差分から盛り土量もしくは切り土量を算出し(ステップA7)、算出した土量をディスプレイやプリンタからなる出力部27によって出力する(ステップA8)。なお、本実施形態では、点群データをメッシュデータに変換して、メッシュデータの差分をとることで土量を算出するように構成したが、点群データの差分をとる点群差分法によって土量を算出するようにしても良い。この場合には、点群データ抽出部252によって抽出され、補正された点群データを3Dデータ記憶部26に記憶させ、土量算出部254は、点群データ抽出部252によって抽出され、補正された点群データと、3Dデータ記憶部26に記憶されている過去分の点群データとを比較し、その差分から盛り土量もしくは切り土量を算出する。また、平均断面法やサーフェス差分によって土量を算出するように構成することもできる。
The soil
以上説明したように、本実施形態は、平面座標及び標高が予め測定された外周既知点2Pを、土工管理を行う土工管理領域1aが外周既知点2Pを結んだ閉領域内に含まれるように設定する既知点設定工程と、カメラ12と撮影位置及び撮影姿勢を測定する撮影情報測定手段(GNSS14、ジャイロ16)とを具備する飛行体10を飛行させ、カメラ12によって土工管理領域1aを複数回撮影すると共に、撮影情報測定手段によって撮影位置及び撮影姿勢を撮影情報として測定する撮影工程と、撮影工程によって撮影した撮影画像のそれぞれを撮影情報に基づいて高度とひずみ補正を行った後に、隣り合う撮影画像の中から特徴点をマッチングポイントとして自動抽出して順次結合していき、1枚のオルソ画像を作成するオルソ画像作成工程と、オルソ画像作成工程によって作成したオルソ画像から3Dデータ(点群データもしくはメッシュデータ)を生成し、外周既知点2Pを用いて補正する3Dデータ生成工程と、3Dデータ生成工程によって生成して補正した3Dデータと過去分の3Dデータとを比較し、その差分から盛り土量もしくは切り土量を算出する土量算出工程とを備える。
この構成により、平面座標及び標高が予め測定された外周既知点2Pを、土工管理を行う土工管理領域1aが外周既知点2Pを結んだ閉領域内に含まれるように設定することで、精度の高い3次元モデルを短時間で作成することができ、盛り土量や切り土量を正確且つ迅速に算出することができる。外周既知点2Pを用いて点群データを補正することで、点群データにおける平面座標の精度を向上させることができる。
As described above, the present embodiment is configured such that the outer circumference known
With this configuration, the accuracy of the accuracy can be improved by setting the known
さらに、本実施形態において、既知点設定工程では、土工管理領域1aの中で最も標高が高いポイントを、平面座標及び標高が予め測定された最高位既知点2Hとして設定すると共に、土工管理領域1aの中で最も標高が低いポイントを、平面座標及び標高が予め測定された最低位既知点2Lとして設定し、3Dデータ生成工程では、オルソ画像作成工程によって作成したオルソ画像から3Dデータを生成し、最高位既知点2H及び最低位既知点2Lを用いて補正する。
この構成により、最高位既知点2Hと最低位既知点2Lとを用いて点群データを補正することで、点群データにおける標高の精度を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, in the known point setting step, the point having the highest elevation in the
With this configuration, the accuracy of the elevation in the point cloud data can be improved by correcting the point cloud data using the highest known
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of the components, and that such modifications are also within the scope of the present invention.
1 敷地
1a 土工管理領域
10 飛行体
2P 外周既知点
2H 最高位既知点
2L 最低位既知点
11 飛行情報記憶部
12 カメラ
13 撮影画像記憶部
14 GNSS
15 気圧高度計
16 ジャイロ
17 撮影情報記憶部
20 土量算出装置
21 撮影画像入力部
22 撮影情報入力部
23 マッチングポイント入力部
24 既知点入力部
25 制御部
26 3Dデータ記憶部
27 出力部
251 オルソ画像作成部
252 点群データ抽出部
253 メッシュデータ変換部
254 土量算出部
1
15
Claims (1)
カメラと当該カメラの撮影位置及び撮影姿勢を測定する撮影情報測定手段とを具備する飛行体を飛行させ、前記カメラによって前記土工管理領域を複数回撮影すると共に、前記撮影情報測定手段によって前記撮影位置及び前記撮影姿勢を撮影情報として測定する撮影工程と、
前記撮影工程によって撮影した撮影画像のそれぞれを前記撮影情報に基づいて高度とひずみ補正を行った後に、隣り合う前記撮影画像の中から特徴点をマッチングポイントとして自動抽出して順次結合していき、1枚のオルソ画像を作成するオルソ画像作成工程と、
前記オルソ画像作成工程によって作成した前記オルソ画像から3Dデータを生成し、前記外周既知点を用いて補正する3Dデータ生成工程と、
前記3Dデータ生成工程によって生成して補正した前記3Dデータと過去分の前記3Dデータとを比較し、その差分から盛り土量もしくは切り土量を算出する土量算出工程とを備え、
前記既知点設定工程では、前記土工管理領域の中で最も標高が高いポイントを、平面座標及び標高が予め測定された最高位既知点として設定すると共に、前記土工管理領域の中で最も標高が低いポイントを、平面座標及び標高が予め測定された最低位既知点として設定し、
前記3Dデータ生成工程では、前記オルソ画像作成工程によって作成した前記オルソ画像から3Dデータを生成し、前記最高位既知点及び前記最低位既知点を用いて補正することを特徴とする土工管理方法。 As earthwork management area for soil Engineering management is included in the closed area obtained by connecting a plurality of outer circumferential known point plane coordinates and altitude are measured in advance, and the known point setting step of setting a plurality of the peripheral known point,
Not fly the aircraft comprising an imaging information measuring means for measuring the photographing position and photographing posture of the camera and the camera, as well as capturing a plurality of times the earthwork management area by the camera, the imaging position by the imaging information measuring means And a photographing step of measuring the photographing posture as photographing information,
After performing altitude and distortion correction on each of the photographed images photographed in the photographing process based on the photographing information, feature points are automatically extracted from adjacent photographed images as matching points and sequentially combined, An ortho-image creating step of creating one ortho image,
A 3D data generation step of generating 3D data from the ortho image created in the ortho image creation step and correcting using the outer circumference known point;
Comparing the 3D data generated and corrected in the 3D data generating step with the past 3D data, and calculating a fill amount or a cut amount from the difference ,
In the known point setting step, the point with the highest altitude in the earthwork management area is set as the highest known point whose plane coordinates and altitude are measured in advance, and the altitude is the lowest in the earthwork management area. Set the point as the lowest known point whose plane coordinates and elevation are measured in advance,
The earthwork management method, wherein in the 3D data generation step, 3D data is generated from the orthoimage created in the orthoimage creation step, and the 3D data is corrected using the highest known point and the lowest known point .
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