JP6824548B1 - 埋設物線形抽出装置、方法、及びプログラム。 - Google Patents

Abstract

【課題】埋設管の工事を行う場合、事前に埋設位置を正確に把握することが望ましいが、埋設物の数が多い場合や形状が複雑な場合などでは、解析に要する時間がかかり、計測効率の低下を招いている。埋設物の３次元化されたデータを元に、埋設物の計測効率を向上させることができる埋設物線形抽出装置、方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】埋設物線形抽出装置は、電磁波の反射波強度を３次元化した３次元データを元に、埋設物の線形を追跡する始点を抽出する始点抽出部６０と、始点から埋設物の線形を追跡する追跡処理部６２と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、埋設物線形抽出装置、方法、及びプログラムに関する。

例えば、地中に埋設されている埋設管の工事を行う場合、埋設管の位置などの情報が記録された台帳を参照するが、台帳の記録と実際とで埋設管の位置が異なる場合がある。埋設管の工事の際に、埋設管の破損事故の防止や、作業の効率化の観点から、事前に埋設位置を正確に把握しておくことが望ましい。

埋設管などの埋設物の計測に関し、電磁波による波動信号を地中へ放射し、地中に存在する埋設物からの反射信号を受信する送受信工程と、受信信号強度に対する地上の位置と反射時間を座標とする３次元ボクセルデータを生成する３次元ボクセルデータ生成工程とを順次実行し、地中に存在する埋設物の位置を探査する３次元探査方法が提案されている。

特開２０００−２２１２６７号公報

最終的な埋設物の有無や、線形形状の把握の解析には、３次元化されたデータを元に熟練の解析者による画像診断での判断と手作業による形状検出をする必要が生じ、特に、計測された埋設物の数が多い場合や、形状が複雑な場合、計測された範囲が広い場合は、解析に要する時間がかかり、計測効率の低下を招いている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、埋設物の３次元化されたデータを元に、埋設物の計測効率を向上させることができる埋設物線形抽出装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る埋設物線形抽出装置は、電磁波の反射波強度を３次元化した３次元データを元に、埋設物の線形を追跡する始点を抽出する始点抽出部と、前記始点から前記埋設物の線形を追跡する追跡処理部と、を備える。

また、本発明に係る前記始点抽出部は、前記３次元データの近傍の計測点と比較し、反射波強度が強い点を前記始点の候補として抽出する。

また、本発明に係る始点抽出部は、前記始点の候補のうち、前記反射波強度が強い点が存在する水平方向の平均値を取り、当該平均値から所定の閾値を超える強度があるものを前記始点として抽出する。

また、本発明に係る前記追跡は、前記始点から予め定められた範囲の所定角度傾いた方向へ所定距離ずつずらした所定個数の地点の前記反射波強度の波形が揃っているかを元に、追跡角度を決定する。

また、本発明に係る前記波形が揃っているか否かは、前記地点毎の前記反射波強度の波形を元にコヒーレントエネルギーを計算して判断する。

また、本発明に係る前記追跡は、前記始点から前記地点に追跡した後、当該地点から前記追跡角度を決定する場合は、前記始点において前記追跡角度を決定する場合に比べ、前記所定角度を限定して行う。

また、本発明に係る埋設物線形抽出装置は、前記追跡処理部による追跡結果を、予め定められた基準を元に除く選別処理をする選別処理部を備える。

また、本発明に係る前記予め定められた基準は、少なくとも、前記追跡処理部による追跡結果が予め定めた角度以上の曲がり方をしている場合又は長さが所定の長さを超えないものである場合、を含む。

また、本発明に係る埋設物線形抽出装置は、前記選別処理部により選別された追跡結果のうち、互いに隣接する追跡結果を１つのグループとしてまとめる単純化処理部を備える。

また、本発明に係る単純化処理部は、前記１つのグループとしてまとめた追跡結果について平準化処理を行い１つの線形にする。

また、本発明に係る埋設物線形抽出方法は、始点抽出部が、電磁波の反射波強度を３次元化した３次元データを元に、埋設物の線形を追跡する始点を抽出し、追跡処理部が、前記始点から前記埋設物の線形を追跡する方法である。

また、本発明に係る埋設物線形抽出プログラムは、コンピュータを、上述した埋設物線形抽出装置を構成する各部として機能させるためのプログラムである。

本発明に係る埋設物線形抽出装置、方法、及びプログラムによれば、埋設物の３次元化されたデータを元に、埋設物の計測効率を向上させることができる。
また、埋設物の３次元化されたデータのうちから、埋設物の候補の抽出の精度を高めることができる。

埋設物計測装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 埋設物計測装置の処理部の機能構成の例を示すブロック図である。 １グリッドにつき検出される反射応答波形の一例を示す図である。 水平方向、横断方向、及び縦断方向の反射波強度画像の一例を示す図である。 埋設物線形抽出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 埋設物線形抽出装置の機能構成の例を示すブロック図である。 始点の候補を抽出するために比較する周囲の計測点を説明するための説明図である。 抽出した始点を投影した一例を示す図である。 コヒーレントエネルギーの計算式である。 コヒーレントエネルギーの計算の具体的なイメージを説明するための説明図である。 コヒーレントエネルギーの計算の具体的なイメージを説明するための説明図である。 コヒーレントエネルギーの計算をθ３６０度分、φ１００度分（−５０度〜＋５０度）でそれぞれ計算したときの結果の一例を示す図である。 追跡された埋設物の線形である追跡処理の結果を水平方向に投影した例を示す図である。 選別処理の条件を説明するための説明図である。 選別処理の結果の一例を示す図である。 単純化処理を説明するための説明図である。 移動メディアンフィルタを説明するための説明図である。 単純化処理の結果の一例を示す図である。 埋設物線形抽出処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、道路構造物内に埋設された埋設管の線形を抽出する場合について説明する。

まず、埋設物計測装置１０の一例について説明する。図１及び図２に示すように、埋設物計測装置１０は、電磁波装置１２と、処理部２０とを含み、これらの各構成が手押し車に載置され、埋設物計測装置１０全体が移動可能に構成されている。

電磁波装置１２は、埋設物計測装置１０の移動方向に直交するライン上に複数設けられた電磁波照射部及び受信部を備える。電磁波装置１２は、道路表面の計測範囲移動方向に走査しながら、道路表面から地中方向（深さ方向）へ電磁波を照射し、その反射波を受信する。これにより、計測範囲の各グリッドについて、深度に応じた反射波強度を検出する。深度に応じた反射波強度は、１グリッドにつき、図３に示すような反射応答波形の形で検出される。１グリッドは、例えば、１ｃｍ×１ｃｍであり、１ライン幅は１．０ｍとすることができる。この場合、１ラインにつき１００グリッド分の反射応答波形が検出される。

深度は、電磁波の照射から反射波の受信までの時間に対応する。図３に示すような反射応答波形から、所望の各深度に対応した反射波強度を抽出することにより、道路構造物の深さ毎の反射波強度が得られる。すなわち、道路表面に対して２次元に設定される各グリッドについて反射応答波形が検出され、検出された反射応答波形から、深さ方向に複数の反射波強度の値が得られることにより、計測範囲において、３次元の反射波強度が得られることになる。

電磁波装置１２は、取得した各グリッドについての反射応答波形（深度に応じた反射波強度）の情報を計測データとして処理部２０へ出力する。

処理部２０は、パーソナルコンピュータやタブレット端末等の情報処理装置である。図示しないが、処理部２０は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、記憶装置、入力装置、出力装置、光ディスク駆動装置、及び通信Ｉ／Ｆ（Interface）を有する。各構成は、バスを介して相互に通信可能に接続されている。

記憶装置には、埋設物計測処理を実行するための埋設物計測プログラムが格納されている。ＣＰＵは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵは、記憶装置からプログラムを読み出し、メモリを作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵは、記憶装置に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。

メモリは、ＲＡＭ（Random Access Memory）により構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。

入力装置は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置として機能させても良い。光ディスク駆動装置は、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）又はブルーレイディスクなどの各種の記録媒体に記憶されたデータの読み込みや、記録媒体に対するデータの書き込み等を行う。

通信Ｉ／Ｆは、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ又はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。

図２は、埋設物計測装置１０の機能構成の例を示すブロック図である。図２に示すように、埋設物計測装置１０は、機能構成として、生成部２８を含む。また、埋設物計測装置１０の記憶領域の一部は、計測データ記憶部２６として機能する。各機能構成は、ＣＰＵが記憶装置に記憶された埋設物計測プログラムを読み出し、メモリに展開して実行することにより実現される。

計測データ記憶部２６には、電磁波装置１２で計測された計測データ（各グリッドについての反射応答波形）が計測時刻と対応付けて記憶される。

生成部２８は、計測データ記憶部２６に記憶された計測データを自己位置の情報を基にして３次元化した地中解析データを生成する。具体的には、生成部２８は、計測データ、すなわち、電磁波装置１２で計測された各グリッドについての反射応答波形から、所望の深度毎に反射波強度を抽出し、反射波強度を画素値に変換し、各グリッドに対応する画素を平面結合処理することにより、反射波強度画像を生成する。

上述したように、電磁波装置１２から出力される各グリッドの反射応答波形の情報は、３次元の反射波強度を表すため、この情報を用いて、生成部２８は、水平方向（深度方向）（Ｘ−Ｙ平面）に複数の反射波強度画像、横断方向（埋設物計測装置１０の移動方向）（Ｙ−Ｚ平面）に複数の反射波強度画像、及び縦断方向（計測範囲の幅方向）（Ｘ−Ｚ平面）に複数の反射波強度画像を生成することができる。生成部２８は、各反射波強度画像が各方向に沿ったどの位置に相当するかを自己位置の情報に基づいて特定する。各方向の反射波強度画像の一例を図４に示す。

生成部２８は、生成した３次元の地中解析データを計測データ記憶部２６に記憶する。
なお、埋設物計測装置１０に、生成部２８を備えることなく、埋設物線形抽出装置３０やその他の装置に生成部２８を備えるようにしても良い。

つぎに、埋設物線形抽出装置３０の一例について説明する。埋設物線形抽出装置３０は、パーソナルコンピュータやタブレット端末等の情報処理装置である。図５は、埋設物線形抽出装置３０のハードウェア構成を示すブロック図である。図５に示すように、埋設物線形抽出装置３０は、ＣＰＵ４２、メモリ４４、記憶装置４６、入力装置４８、出力装置５０、光ディスク駆動装置５２、及び通信Ｉ／Ｆ５４を有する。各構成は、バスを介して相互に通信可能に接続されている。また、埋設物線形抽出装置３０は、埋設物計測装置１０の生成部２８により生成された３次元の地中解析データを埋設物計測装置１０から受け取り、記憶装置４６に記憶する。

記憶装置４６には、後述する始点抽出処理、追跡処理、選別処理及び単純化処理を含む埋設物線形抽出を実行するための埋設物線形抽出プログラムが格納されている。ＣＰＵ４２は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各構成を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ４２は、記憶装置４６からプログラムを読み出し、メモリ４４を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ４２は、記憶装置４６に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。

メモリ４４は、ＲＡＭにより構成され、作業領域として一時的にプログラム及びデータを記憶する。記憶装置４６は、ＲＯＭ、及びＨＤＤ又はＳＳＤにより構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。

入力装置４８は、例えば、キーボードやマウス等の、各種の入力を行うための装置である。出力装置５０は、例えば、ディスプレイやプリンタ等の、各種の情報を出力するための装置である。出力装置５０として、タッチパネルディスプレイを採用することにより、入力装置４８として機能させても良い。光ディスク駆動装置５２は、ＣＤ−ＲＯＭ又はブルーレイディスクなどの各種の記録媒体に記憶されたデータの読み込みや、記録媒体に対するデータの書き込み等を行う。

通信Ｉ／Ｆ５４は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ又はＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。

図６は、埋設物線形抽出装置３０の機能構成の例を示すブロック図である。図６に示すように、埋設物線形抽出装置３０は、機能構成として、始点抽出部６０と、追跡処理部６２と、選別処理部６４と、単純化処理部６６とを含む。各機能構成は、ＣＰＵ４２が記憶装置４６に記憶された埋設物線形抽出プログラムを読み出し、メモリ４４に展開して実行することにより実現される。

始点抽出部６０は、近傍の計測点と比較し、反射波強度が強い点を始点の候補として抽出する。
具体的には、図７に示すように、各グリッドの３次元データの前後、左右、上下の６点と斜めの１２点と振幅比較することにより、ピーク振幅を検出する。そして、検出された始点の候補であるピーク振幅が存在する水平方向（Ｘ−Ｙ平面）上全てのピーク振幅の平均値を取り、その平均値からＮ倍を閾値として、それ以上の強度である計測点を始点として抽出する。図８（Ａ）は、Ｎを５．０、すなわち、平均値から５．０倍以上の強度がある始点をＸ−Ｙ平面に投影した結果の例である。また、図８（Ｂ）は、Ｎを３．０、すなわち、平均値から３．０倍以上の強度がある始点をＸ−Ｙ平面に投影した結果の例である。図８（Ａ）、図８（Ｂ）から分かるように、閾値を平均値からＮ倍するかによって、始点の候補となる計測点（グリッド）が増減することとなる。

ここで、平均値からＮ倍を閾値とする場合の、「Ｎ」の数値は、小さすぎると始点の候補となる計測点（グリッド）が多すぎて後述する追跡処理などの時間がかかりすぎ、逆に、大きすぎると埋設物の漏れが生じることとなる。このため、埋設物線形抽出の目的に応じて要求される精度によってＮの値を設定する。また、始点の候補となる計測点（グリッド）の上限数を設定し、当該上限数以内に収まるように「Ｎ」の数値を設定するようにしても良い。

なお、Ｘ−Ｙ平面上全ての平均値を取ることなく、検出されたピーク振幅全てを始点として扱い、後述する追跡処理などをすることを排除するものではない。すなわち、かかる平均値を取る処理と、平均値をＮ倍して閾値を設定する処理とは、始点の候補となる観測点が多すぎる場合に行われる処理である。このため、追跡処理にかけられる時間がある場合や、検出されたピーク振幅が少ない場合などは、かかる処理をする必要はない。

また、振幅比較する近傍は、各グリッドの３次元データの前後、左右、上下の６点と斜めの１２点に限定されず、これよりも少なくても良いし、多くても良い。

追跡処理部６２は、始点抽出部６０により抽出された始点から埋設物の線形を追跡する。
具体的には、追跡は、始点から所定角度傾いた方向へ所定距離ずつずらした所定個数、例えば６個の地点（以下、「追跡点」とも言う。）の反射波強度の波形が揃っているか否かを元に追跡角度を決定する。そして、反射波強度の波形が揃っているか否かは、地点毎の反射波強度の波形を元にコヒーレントエネルギーを計算して判断する。追跡角度が決定された場合は、始点から上述した所定個数、例えば６個の地点のうち、追跡角度が決定された最も離れた地点を始点として、再度、所定角度傾いた方向へ所定距離ずつずらした所定個数、例えば６個の地点の反射波強度の波形が揃っているか否かをコヒーレントエネルギーの計算により判断し、追跡角度を決定する。かかる処理を繰り返すことで、埋設物の線形を追跡していく。

図９は、コヒーレントエネルギーの計算式である。ここで、Ｍは追跡長さの中の波形の数、Ｚ_ｗは窓幅、ｓｔは始点のｚ座標、ｗ_{ｉｎｔｅｒｐ}は、内挿した多配列波形アレイ、ｄｒは波形のサンプリング処理、φは始点からの深さ方向の角度、である。

図１０及び図１１は、コヒーレントエネルギーの計算の具体的なイメージを示すものである。

図１０（Ａ）に示すように、ｙ軸方向に水平に延びる管の途中に始点（「０」の点）があるとする。まずは、図１０（Ｂ）に示すように、始点（「０」の点）を基準として、平面上のｙ軸からθだけ傾いた方向へサンプリング距離ｄｒずつずらしたＭ個の点（「１」の点から「６」の点）の波形を内挿計算する。その後、内挿された波形を元に図９に示す式に従いコヒーレントエネルギーを計算する。

図１１は、４つのケースの波形を表示している。図１１（Ａ）は、（θ＝０ｄｅｇ，φ＝０ｄｅｇ）、図１１（Ｂ）は、（θ＝０ｄｅｇ，φ＝４０ｄｅｇ）、図１１（Ｃ）は、（θ＝９０ｄｅｇ，φ＝０ｄｅｇ）、図１１（Ｄ）は、（θ＝９０ｄｅｇ，φ＝４０ｄｅｇ）、のケースである。この場合、図１１（Ａ）に示す（θ＝０ｄｅｇ，φ＝０ｄｅｇ）の時に、窓幅の中で波形の位相が揃っているため、コヒーレントエネルギーは、他の３つのケースの場合より相対的に高くなることが分かる。

このように、コヒーレントエネルギーの計算をθ３６０度分、φ１００度分（−５０度〜＋５０度）でそれぞれ計算したときの結果を図１２に示す。図１２は、コヒーレントエネルギーが高い箇所を白色に、低い箇所を黒色になるように表示している。始点が管の途中にある場合、管の伸びている方向（この場合はθ＝０ｄｅｇ，φ＝０ｄｅｇとθ＝１８０ｄｅｇ，φ＝０ｄｅｇ）に２点のコヒーレントエネルギーのピークが表れることが分かる（図１２中の「×」印）。このピークが表れる角度がこの始点からの追跡角度となる。２つの追跡角度が決定された場合は、当該追跡角度の方向の内挿波形の終端の点、図１０及び図１１における「６」の点まで移動し、それぞれ、当該終端の「６」の点から同様の追跡を開始する。

ここで、コヒーレントエネルギーの計算をθは３６０度分行うのに対し、φは１００度分（−５０度〜＋５０度）のみ行うのは、φは深さ方向の角度であり、±５０度の範囲を超える角度で管が埋設されている可能性は低く、コヒーレントエネルギーの計算の効率化を図るためである。このため、コヒーレントエネルギーの計算において、φを１００度分（−５０度〜＋５０度）のみ行う場合に限定されず、より狭い角度や、より広い角度まで計算するなど、適宜計算する範囲を設定することが可能である。

また、追跡角度が決定されたことにより、当該追跡角度の方向の内挿波形の終端の点、図１０及び図１１における「６」の点まで移動し、当該終端の「６」の点から同様の２回目以降の追跡を開始する際には、θのコヒーレントエネルギーの計算をする角度を狭め、追跡角度を１つに制限する。これは、θの角度を１回目と同様３６０度分行うと、１回目の追跡角度を決定した始点に戻ってしまう角度も含まれ、逆戻りを防ぐためである。

追跡処理部６２による追跡は、所定の条件を満たした場合に終了する。追跡を終了する終了条件としては、次のようなものがある。
（１）追跡する点が３次元データの外に到達した場合、（２）追跡を繰り返す追跡ループの設定最大値を設け、当該設定最大値に到達した場合、（３）コヒーレントエネルギーが始点からのものと比較して著しく弱くなった場合、（４）急に逆方向に向いた場合などの、追跡角度が急激に変化した場合、（５）追跡を繰り返す追跡ループにおいて追跡角度を決定する毎の角度が異なっており、線が曲がりすぎていると判断される場合などの、追跡角度の分散値が所定の閾値以上になった場合、などである。

なお、追跡の終了条件としては、上述したものに限定されず、又、上述したもののいずれか１つを満たした場合であっても、追跡を終了せず、継続しても良い。これは、上述した（１）（３）の終了条件以外は、主に、追跡処理の負担を軽減するためのものであり、追跡が不可能なものではないためである。

また、始点すべてにおいて追跡を行うことで、追跡処理が完了する。ここで、追跡された埋設物の線形である追跡処理の結果を水平方向（Ｘ−Ｙ平面）に投影した例を、図１３に示す。色の濃淡は、各線形の代表的な深さ（Ｚ方向）を示す。

選別処理部６４は、追跡処理部６２により追跡された埋設物の線形を、予め定められた基準を元に除く選別処理を行う。追跡処理は、抽出されたすべての始点からの線形を追跡する処理であり、追跡処理の結果には、埋設管の候補として可能性の低いものも含まれている。このため、追跡処理の結果から、埋設管として相応しくない線形を除くことで、埋設物線形抽出の精度を高めるものである。

図１４は、選別処理の予め定められた基準を示すものである。図１４（Ａ)は、追跡処理部６２による追跡結果が予め定めた角度以上の曲がり方をしており、追跡角度の分散値が所定の閾値を超えるものであるか、である。図１４（Ｂ）は、追跡処理部６２による追跡結果の長さが所定の長さを超えないものであるか、である。図１４（Ｃ）は、追跡方向と直交するエネルギーの分散具合を所定の閾値を超えるものであるか、である。図１４（Ｄ）は、始点からの最初の追跡角度の違いが所定の閾値を超えるものであるか、である。図１４（Ｅ）は、追跡角度の中央値の幅が所定の閾値を超えるものであるか、である。なお、選別条件は、上述したものに限定されず、又、上述した選別条件を全て満たす必要はない。

ここで、図１４（Ａ)、図１４（Ｃ）及び図１４（Ｅ）との条件について追加して説明する。

図１４（Ａ）は、上述した追跡を終了する終了条件の（５）と同様であるが、終了条件の（５）よりも閾値が厳しく設定されていることが望ましい。これは、追跡処理は、ある程度緩い閾値でできるだけ追跡処理を行っておいて、後の選別処理で選別した方が漏れがないようにすることができるためである。

図１４（Ｃ）は、追跡方向と直交する方向の反射波強度が閾値よりも高く、反射波強度が分散している場合は、土壌などの影響を受けていることが多く、埋設管である可能性が低い。このため、選別処理において選別することとしているものである。

図１４（Ｅ）は、例えば、追跡ループを８回行った場合の中央値の追跡角度を取り、当該中央値の追跡角度から所定の閾値を超えて外れる線形を選別するものである。

図１５（Ａ）は、図１３と同様の選別処理をする前の追跡結果を示し、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）から選別処理を実行した結果を示すものである。

単純化処理部６６は、選別処理部６４により選別された追跡結果を示す埋設物の線形のうち、互いに隣接する線形を１つのグループとしてまとめる。始点抽出部６０により抽出された全ての始点から追跡処理を実行するため、同じ埋設物であっても異なる線形として追跡結果が出力される。このため、同じ埋設物であると判断される追跡結果をまとめることとしたものである。
なお、選別処理部６４により選別される前の追跡結果を１つのグループとしてまとめるようにしても良い。

図１６は、単純化処理を説明するための説明図である。図１６に示すように、Ｘ−Ｙ平面，Ｘ−Ｚ平面において、４本の線形が近くにあることが分かる。かかる４本の線形を１つのグループとしてまとめる単純化処理が行われる。

具体的には、単純化処理部６６は、１つの線形を選択し、その線上の全ての追跡点（図１０（ｂ）参照）の近くにある他の線形上の追跡点を検出する。候補の追跡点が見つかった場合、当該候補の追跡点が含まれる線形について、（１）追跡角度の中央値がお互いに十分に近いか、すなわち、同じような方向を向いているか、（２）線上の追跡点の全てに対して距離が離れすぎていないか、などを評価する。かかる評価がグループ化する基準を満たしていれば、候補の追跡点が含まれる線形をグループに追加する。新しい線形がグループに追加された場合は、その線形上の追跡点について、同じように候補となる他の線形上の追跡点を探してグループに入れるかを評価する。１つのグループで候補となる追跡点がなくなるまで処理を繰り返し、候補の追跡点がなくなった場合は、そのグループを確定して、まだグループ化されていない線形を選択し、同様の処理をして新しいグループ化を実行する。全ての線形がいずれか１つのグループに分類されるまで処理を継続する。

また、単純化処理部６６は、選別処理部６４により１つのグループとしてまとめた追跡結果について平準化処理を行い１つの線形にする。

具体的には、図１７に示すように、図１７（Ａ）に示すグループ化した線形から、図１７（Ｂ）に示すようにグループ内の追跡点を元に長手方向を決定し、グループ化した線形上の追跡点をすべて列挙する。そして、長手方向ベースに設定されたサンプリング距離に応じて、図１７（Ｃ）に示すように例えば、移動メディアンフィルタなどを適用して、１つのグループに対して１つの線になるように近似する。

図１８（Ａ）は、図１５（Ｂ）と同様の単純処理をする前の追跡結果を示し、図１８（Ｂ）は、単純化処理を実行した結果を示すものである。

次に、図１９を用いて本実施形態に係る埋設物線形抽出装置３０の作用について説明する。

ステップＳ１２で、始点抽出部６０が埋設物計測装置１０から３次元データを取得する。そして、次のステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４で、始点抽出部６０がステップＳ１２において取得した３次元データを元に埋設物の線形を追跡する始点を抽出する始点抽出処理を実行する。そして、次のステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、追跡処理部６２が、ステップＳ１４において抽出された全ての始点から埋設物の線形を追跡する追跡処理を実行する。そして、次のステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８において、選別処理部６４が、ステップＳ１６において追跡された追跡結果を、予め定められた基準を元に選別する選別処理を実行する。そして、次のステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０において、単純化処理部６６が、ステップＳ１８において選別された追跡結果を１つのグループとしてまとめる単純化処理を実行する。そして、次のステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、埋設物線形抽出装置３０により、埋設物線形抽出結果が出力され、埋設物線形抽出結果は様々な他のソフトウェアなどで使用されたり、工事などで使用されたりする。そして、処理を終了する。

なお、ステップＳ２２において出力される埋設物線形抽出結果のみではなく、ステップＳ１６において行われる追跡処理の結果を出力し、様々な他のソフトウェアなどで使用可能としたり、工事などで使用可能としたりしても良い。また、ステップＳ１８において行われる選別処理の結果を出力し、様々な他のソフトウェアなどで使用可能としたり、工事などで使用可能としたりしても良い。

以上説明したように、本実施形態に係る埋設物線形抽出装置３０、埋設物線形抽出方法、及び埋設物線形抽出プログラムによれば、埋設物の３次元化されたデータを元に、埋設物の計測効率を向上させることができる。
また、埋設物の３次元化されたデータのうちから、埋設物の候補の抽出の精度を高めることができる。

また、上記実施形態では、道路構造物内部に埋設された埋設管を計測する場合について説明したが、これに限定されず、橋梁床版内の計測や遺跡調査などにも適用可能である。また、地中に埋設された埋設物に限らず、壁面に埋設された埋設物に対しても、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、埋設物線形抽出処理を実行するための始点抽出部６０、追跡処理部６２、選別処理部６４及び単純化処理部６６が、１つのコンピュータで構成されている場合について説明したが、各部を別々のコンピュータで構成しても良い。

また、上記実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行したパラメータ同定処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行しても良い。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Programmable Logic Device）、及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、埋設物計測処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行しても良いし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行しても良い。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

また、上記実施形態では、埋設物線形抽出プログラムが記憶装置に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、及びＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の記録媒体に記録された形態で提供されても良い。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としても良い。

１０ 埋設物計測装置
１２ 電磁波装置
１６ レーザスキャナ
２０ 処理部
２６ 計測データ記憶部
２８ 生成部
３０ 埋設物線形抽出装置
４２ ＣＰＵ
４４ メモリ
４６ 記憶装置
４８ 入力装置
５０ 出力装置
５２ 光ディスク駆動装置
５４ 通信Ｉ／Ｆ
６０ 始点抽出部
６２ 追跡処理部
６４ 選別処理部
６６ 単純化処理部

Claims (10)

1. 電磁波の反射波強度を３次元化した３次元データを元に、埋設物の線形を追跡する始点を抽出する始点抽出部と、
   前記始点から前記埋設物の線形を追跡する追跡処理部と、
   を備え、
   前記追跡は、前記始点から予め定められた範囲の所定角度傾いた方向へ所定距離ずつずらした所定個数の地点の前記反射波強度の波形が揃っているかを元に、追跡角度を決定し、
   前記波形が揃っているか否かは、前記地点毎の前記反射波強度の波形を元にコヒーレントエネルギーを計算して判断する埋設物線形抽出装置。
2. 前記始点抽出部は、前記３次元データの近傍の計測点と比較し、反射波強度が強い点を前記始点の候補として抽出する請求項１に記載の埋設物線形抽出装置。
3. 前記始点抽出部は、前記始点の候補のうち、前記反射波強度が強い点が存在する水平方向の平均値を取り、当該平均値から所定の閾値を超える強度があるものを前記始点として抽出する請求項２に記載の埋設物線形抽出装置。
4. 前記追跡は、前記始点から前記地点に追跡した後、当該地点から前記追跡角度を決定する場合は、前記始点において前記追跡角度を決定する場合に比べ、前記所定角度を限定して行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の埋設物線形抽出装置。
5. 前記追跡処理部による追跡結果を、予め定められた基準を元に除く選別処理をする選別処理部を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の埋設物線形抽出装置。
6. 前記予め定められた基準は、少なくとも、前記追跡処理部による追跡結果が予め定めた角度以上の曲がり方をしている場合又は長さが所定の長さを超えないものである場合、を含む請求項５に記載の埋設物線形抽出装置。
7. 前記選別処理部により選別された追跡結果のうち、互いに隣接する追跡結果を１つのグループとしてまとめる単純化処理部を備える請求項５又は６に記載の埋設物線形抽出装置。
8. 単純化処理部は、前記１つのグループとしてまとめた追跡結果について平準化処理を行い１つの線形にする請求項７に記載の埋設物線形抽出装置。
9. 始点抽出部が、電磁波の反射波強度を３次元化した３次元データを元に、埋設物の線形を追跡する始点を抽出し、
   追跡処理部が、前記始点から前記埋設物の線形を追跡し、
   前記追跡は、前記始点から予め定められた範囲の所定角度傾いた方向へ所定距離ずつずらした所定個数の地点の前記反射波強度の波形が揃っているかを元に、追跡角度を決定し、
   前記波形が揃っているか否かは、前記地点毎の前記反射波強度の波形を元にコヒーレントエネルギーを計算して判断する、
   埋設物線形抽出方法。
10. コンピュータを、請求項１〜８のいずれか１項に記載の埋設物線形抽出装置を構成する各部として機能させるための埋設物線形抽出プログラム。