JP7052670B2 - 地際推定方法、地際推定装置及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、点群等を用いて電柱等の柱状物体を三次元モデル化する際に地際（地面と柱状物体との境目）の位置を推定する地際推定方法、地際推定装置及びプログラムに関する。

ＭＭＳ（例えば、非特許文献１を参照。）と呼ばれる計測車両により測定された点群データを用いて、電柱の３次元オブジェクト（電柱３Ｄモデル）を生成し、その形状、位置及び標高を取得する手段がある（例えば、特許文献１を参照。）。電柱３Ｄモデルは電柱の形状を保存したＣＡＤモデルであり、電柱の一定の高さにおける、電柱切断面の中心点、半径などの情報が取得可能である。電柱３Ｄモデルから、例えば、電柱の建柱位置を正確に把握するためには、電柱と地面との接続面（地際）の標高を取得することが必要となる。

特開２０１５－０７８８４９号公報

「三菱モービルマッピングシステム高精度ＧＰＳ移動計測装置」、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉｅｌｅｃｔｒｉｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｍｓ／、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉｅｌｅｃｔｒｉｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｍｓ／ｐｄｆ／ｍｍｓ．ｐｄｆ（２０１８年９月２５日検索）

しかしながら、電柱３Ｄモデル生成時に生け垣やガードレール等の遮蔽物により、電柱根元付近が遮蔽されることで電柱上に点群が生成されず、電柱３Ｄモデルの最下面が必ずしも地際と一致していないことがある。この場合、電柱３Ｄモデルが電柱の天面まで生成されていれば、電柱の規格上の長さと根入れ長を用いて地際の標高を容易に算出することができる。しかし、電柱３Ｄモデルは必ずしも電柱の天面まで生成されている訳ではなく、そのような場合には、地際の標高を取得することが困難という課題がある。

例えば、『地理院地図（国土地理院，ｈｔｔｐ：／／ｍａｐｓ．ｇｓｉ．ｇｏ．ｊｐ／）』のように、指定した座標における標高を提示するシステムがある。前述のＭＭＳ計測等により電柱の中心点の座標を事前に取得しておけば、このようなシステムを用いることにより遮蔽物で電柱の根元が遮蔽されていても地際の標高を取得することが可能である。

しかしながら、ＭＭＳ計測等による電柱座標の取得に加え、別システムを使用することにより処理が複雑となり処理時間の短縮が困難、さらに、当該地図システムにおける標高精度は場所に依存するため高精度の測定が困難という課題があった。

そこで、本発明は、前記課題を解決するために、電柱の観測時に遮蔽物で電柱の根元が遮蔽されていても短時間かつ高精度に電柱の地際の標高を取得できる地際推定方法、地際推定装置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、本発明に係る地際推定方法は、観測した電柱等の柱状物体の３次元モデルの柱状形状と規格によって定められた形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を求め、この高さの差分から規格によって定められた根入れ長を減算することで柱状物体の地際の遮蔽部分の高さを求めることとした。

具体的には、本発明に係る地際推定方法は、
観測した、地面に一部が埋設されている水平方向の寸法が高さに対して一意に規定された形状の柱状物体の三次元モデルが入力される外部データ入力工程と、
前記柱状物体の規格形状が入力される内部データ入力工程と、
前記三次元モデルと前記柱状物体の規格形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を取得し、前記高さの差分から前記柱状物体の地面に埋設されている規格上の長さを減算することで、前記柱状物体を観測したときに遮蔽されて観測されなかった遮蔽部分の長さを計算し、前記三次元モデルの高さと前記遮蔽部分の長さより前記柱状物体の地際標高を演算する計算工程と、
を行う。

また、本発明に係る地際推定装置は、
観測した、地面に一部が埋設されている水平方向の寸法が高さに対して一意に規定された形状の柱状物体の三次元モデルが入力される外部データ入力部と、
前記柱状物体の規格形状が入力される内部データ入力部と、
前記三次元モデルと前記柱状物体の規格形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を取得し、前記高さの差分から前記柱状物体の地面に埋設されている規格上の長さを減算することで、前記柱状物体を観測したときに遮蔽されて観測されなかった遮蔽部分の長さを計算し、前記三次元モデルの高さと前記遮蔽部分の長さより前記柱状物体の地際標高を演算する計算部と、
を備える。

本発明は、観測した電柱の３次元モデルと記憶している規格上の円錐台形状とを比較して遮蔽部分の長さを取得する。従って、本発明は、電柱の観測時に遮蔽物で電柱の根元が遮蔽されていても短時間かつ高精度に電柱の地際の標高を取得できる地際推定方法及び地際推定装置を提供することができる。

さらに、本発明に係る地際推定方法は、
前記計算工程で演算した地際標高と、
前記柱状物体に最も近い既知の標高、前記柱状物体の所定の位置に取り付けられた付属物を検出し、検出した前記付属物の高さから推定した前記柱状物体の地際標高、及びその他の標高のうちの少なくとも１つの標高と、
を組み合わせて前記柱状物体の組み合わせ地際標高を演算する組み合わせ処理工程をさらに行うことが好ましい。

また、本発明に係る地際推定装置の前記計算部は、
演算した地際標高と、
前記柱状物体に最も近い既知の標高、前記柱状物体の所定の位置に取り付けられた付属物を検出し、検出した前記付属物の高さから推定した前記柱状物体の地際標高、及びその他の標高のうちの少なくとも１つの標高と、
を組み合わせて前記柱状物体の組み合わせ地際標高を演算することが好ましい。

他の手法で得られた情報も組み合わせることで地際の標高の推定精度が向上する。

本発明に係るプログラムは、前記地際推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。本発明に係る地際推定装置はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

本発明は、電柱の観測時に遮蔽物で電柱の根元が遮蔽されていても短時間かつ高精度に電柱の地際の標高を取得できる地際推定方法、地際推定装置及びプログラムを提供することができる。

本発明に係る地際推定方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る地際推定装置を説明するブロック図である。 電柱、遮蔽部、及び各部分の呼び名を説明する図である。 本発明に係る地際推定方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る地際推定方法を説明する解説図である。 本発明に係る地際推定方法を説明する解説図である。 本発明に係る地際推定方法を説明する解説図である。 本発明に係る地際推定方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る地際推定方法を説明する解説図である。 本発明に係る地際推定方法を説明する解説図である。 本発明に係る地際推定方法を説明するフローチャートである。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１は、本実施形態の地際推定方法を説明するフローチャートである。地際推定方法は、遮蔽された地際の推定処理を少なくとも１つ行い（ステップＳ０１）、これらの結果を組み合わせた処理、例えば平均化処理を行う（ステップＳ０２）。ステップＳ０１で行う地際推定処理の方法は複数存在する。その方法を以下に説明する。

（地際推定方法１）
図２は、本実施形態の地際推定装置３０１を説明するブロック図である。地際推定装置３０１は、
観測した、地面に一部が埋設されている水平方向の寸法が高さに対して一意に規定された形状の柱状物体の三次元モデルが入力される外部データ入力部１１と、
前記柱状物体の規格形状が入力される内部データ入力部１２と、
前記三次元モデルと前記柱状物体の規格形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を取得し、前記高さの差分から前記柱状物体の地面に埋設されている規格上の長さを減算することで、前記柱状物体を観測したときに遮蔽されて観測されなかった遮蔽部分の長さを計算し、前記三次元モデルの高さと前記遮蔽部分の長さより前記柱状物体の地際標高を演算する計算部１３と、
を備える。
柱状物体とは、例えば、観測対象が電柱であれば円錐台物体である。

また、地際推定装置３０１は、電柱などの円錐台物体の規格形状が記憶される設備データ１０を備えていてもよい。

ＭＭＳ１００は、非特許文献１に記載されるような観測車両であり、路上を走行しながら屋外構造物の表面上の点の３次元（ＸＹＺ）座標を３次元点群データとして取得する。例えば、ＭＭＳ１００は周囲にレーザ照射を行い、照射したレーザ光の仰角や方向、当該レーザ光が反射して戻ってくるまでの時間から反射点の方向、距離、高さを取得し、ＧＰＳで取得した自身の位置に基づいて前記３次元（ＸＹＺ）座標を取得する。

そして、ＭＭＳ１００は、特許文献１に記載されるような方法で電柱などの３ＤモデルＩ－１を生成する。特許文献１には以下のような、電柱、ケーブル、クロージャ等の設備の実際の状態を正確に検出し、その設備の実際の状態を判断する設備状態検出方法が記載されている。特許文献１の方法は、まず、ＭＭＳで屋外構造物の表面上の点に対応する３次元点群データを得る。そして、記憶している設備管理データ（例えば、図２の設備データ１０でもよい）から検査対象の電柱の位置（ＸＹ座標）を得て、その位置を中心とする所定の円柱空間を形成し、取得した３次元点群データの中から当該円柱空間に含まれるデータのみを選抜する。そして、選抜したデータのうち、任意の高さにおける平面投影点から円弧を探し出す。ここで、複数の平面投影点から各々円弧を検出できた場合、複数の平面投影点から検出した円弧から平面投影点毎の円とその中心点を算出し、記憶している設備管理データから電柱の仕様を得て、当該仕様と平面投影点毎に算出した円及び中心点とを比較して電柱（円錐台形）を検出し、当該電柱の３ＤモデルＩ－１を生成する。
設備データ１０が記憶している設備管理データとは、電柱を設置した際のデータであり、例えば、電柱の名前をキーに電柱の位置（座標）および種別（柱長及び設計強度）などが記載されたＯｐｔｏｓデータ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｏｅｍ．ｏｒ．ｊｐ／２０１７－３－２．ｐｄｆ参照。）である。

ここで、ＭＭＳ１００が生成する３ＤモデルＩ－１には次のような課題がある。ＭＭＳ１００からは常に屋外構造物と地面との境界（地際）が見えるわけではない。ガードレール、駐車車両、盛り土、その他の遮蔽物がある場合、遮蔽物で遮蔽された地際を含む部分の３次元（ＸＹＺ）座標を得ることができない。このような場合、ＭＭＳ１００だけでは当該屋外構造物の地際標高を正しく取得できない。

そこで、地際推定装置３０１は、次のように屋外構造物の地際標高を推定する。
地際推定装置３０１は、
観測した、地面に一部が埋設されている水平方向の寸法が高さに対して一意に規定された形状の柱状物体の三次元モデルが入力される外部データ入力工程と、
前記柱状物体の規格形状が入力される内部データ入力工程と、
前記三次元モデルと前記柱状物体の規格形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を取得し、前記高さの差分から前記柱状物体の地面に埋設されている規格上の長さを減算することで、前記柱状物体を観測したときに遮蔽されて観測されなかった遮蔽部分の長さを計算し、前記三次元モデルの高さと前記遮蔽部分の長さより前記柱状物体の地際標高を演算する計算工程と、
を行う。

まず、外部データ入力工程では、外部データ入力部１１がＭＭＳ１００から例えば遮蔽物で遮蔽された電柱の３ＤモデルＩ－１を受け取る。続いて、内部データ入力工程では、内部データ入力部１２が設備データ１０から当該電柱についての情報（例えば、当該電柱の規格形状）を受け取る。そして、計算工程では、計算部１３が図３のように遮蔽物の高さｏを計算する。

例えば、電柱は１／７５のテーパを持っている。また標準的な工法として全長の１／６が地中に埋設されている。また柱種ごとに底面の直径、天面の直径も規格によって定められている。
例えば、底面の直径が２０ｃｍ、柱長が９ｍであれば、地際における直径は、
０．２［ｍ］－（９［ｍ］×１／６×１／７５）＝０．１８［ｍ］
となり、遮蔽物がない場合には、電柱の３ＤモデルＩ－１の最下面の直径は１８ｃｍとなる。
一方、遮蔽物により地際が隠蔽された場合、電柱の３ＤモデルＩ－１の最下面の直径は、１８ｃｍより小さくなる。例えば、１７．２５ｃｍ等である。この場合、本来の底面の直径と３ＤモデルＩ－１の最下面の直径との差分から、３ＤモデルＩ－１の最下面の地面からの高さを推定することができる。

計算部１３が行う当該推定方法を図４のフローチャートに示す。図４のフローチャートは、図１のステップＳ０１の一例である。また、図６は、当該推定方法を説明するイメージである。
まず、計算部１３は、観測した電柱の３ＤモデルＩ－１を読み込む（ステップＳ１１）。計算部１３は、当該３ＤモデルＩ－１を解析し、電柱の一定の高さ毎の、最下面から最上面までの直径の配列Ａを取得する（ステップＳ１２）。
続いて、計算部１３は、観測した電柱の中心座標に基づき、設備データ１０より、該当電柱の柱種を取得する（ステップＳ１３）。さらに、計算部１３は、設備データ１０より、該当柱種の規格形状（柱長、元口径（底面直径）、末口径（天面直径）、及び根入れ長ｒ）を取得する（ステップＳ１４）。そして、計算部１３は、該当柱種の柱長、元口径（底面直径）、及び末口径（天面直径）から、図５の単回帰直線αの傾きａ１と切片ｂ１を求める（ステップＳ１５）。
一方、計算部１３は、３ＤモデルＩ－１の最下面から最上面までの配列Ａから、図５の単回帰直線βの傾きａ２と切片ｂ２を求める（ステップＳ１６）。そして、計算部１３は、電柱の３ＤモデルＩ－１の最下面及び最上面の高さ（標高）を取得し、所定の高さ、例えば、３ＤモデルＩ－１の最下面と最上面との間の中央の高さ（最下面と最上面との高さの差をｔとして、最下面の高さにｔ／２を加えた高さ）の単回帰直線βの位置ｐ１の直径Ｘ１を求める（ステップＳ１７）。また、計算部１３は、図６のように該当柱種の規格形状の底面と３ＤモデルＩ－１の最下面とを合わせ、図５のグラフのように単回帰直線αから直径Ｘ１となる位置ｐ２を求める（ステップＳ１８）。計算部１３は、位置ｐ１と位置ｐ２の高さの差分ｈから根入れ長ｒを減算し、遮蔽部分の高さｏを求める（ステップＳ１９、図６参照）。
最後に、計算部１３は、３ＤモデルＩ－１の最下面の高さ（標高）から遮蔽部分の高さｏを減算し、地際標高を求める（ステップＳ２０）。

（地際推定方法２）
図７は本地際推定方法を説明する図である。図２に示した通り、ＭＭＳ１００は路上を走行しながらＧＰＳ等で自車の位置と標高を含む車両位置情報Ｉ－２を取得することができる。地際推定装置３０１の外部データ入力部１１は、ＭＭＳ１００からの車両位置情報Ｉ－２を受信する。また、地際推定装置３０１の外部データ入力部１１は、ＭＭＳ１００から観測対象の電柱の３ＤモデルＩ－１も受信している。計算部１３は、ＭＭＳ１００が電柱に最も近接したときに受信した車両位置情報Ｉ－２の標高を用いて当該電柱の地際標高を計算する。

図８は、本地際推定方法を説明するフローチャートである。まず、計算部１３は、外部データ入力部１１を介してＭＭＳ１００より前述した３ＤモデルＩ－１を取得する（ステップＳ３０）。計算部１３は、外部データ入力部１１を介してＭＭＳ１００より車両位置情報Ｉ－２を取得する（ステップＳ３１）。車両位置情報Ｉ－２には、車両走行軌跡（一定時間ごとの車両座標及び標高のデータ）のデータフレームＣが含まれる。計算部１３は、３ＤモデルＩ－１の最下面の中心座標とデータフレームＣの座標項目の車両座標とから距離を計算し、座標距離項目として新規にデータフレームＣへ格納する（ステップＳ３２）。計算部１３は、これらのデータフレームＣの中から前記距離が最小のデータフレームＣ（イデックスＤ）を検出する（ステップＳ３３）。計算部１３は、データフレームＣをイデックスＤで検索し、そのレコードの標高Ｅを取得し、地際標高とする（ステップＳ３４）。計算部１３は、さらに３Ｄモデルの最下面の標高から標高Ｅを減算し、遮蔽部分の高さｏを求めてもよい（ステップＳ３５）。
なお、ステップＳ３３及びＳ４４において、距離が最小のレコードだけでなく、距離が２番目、３番目、・・・に小さいレコードも利用し、これらを平均して標高Ｅを算出し、地際標高としてもよい。

（地際推定方法３）
図９は本地際推定方法を説明する図である。本地際推定方法は、図１０のように設置する高さが決められている電柱の添架物や付属物を利用して地際標高を推定する。図２に示した通り、ＭＭＳ１００は路上を走行しながらカメラ等で電柱画像Ｉ－３を取得することができる。地際推定装置３０１の外部データ入力部１１は、ＭＭＳ１００からの電柱画像Ｉ－３を受信する。また、地際推定装置３０１の外部データ入力部１１は、ＭＭＳ１００から観測対象の電柱の３ＤモデルＩ－１も受信している。計算部１３は、３ＤモデルＩ－１と電柱画像Ｉ－３とを重畳し、添架物や付属物を利用して地際標高を計算する。

例えば、電柱に添架されているケーブルの高さは規定されている。３ＤモデルＩ－１の最下面からケーブルの高さまでの長さとケーブルの高さの規定値との差分を遮蔽部分の高さｏとする。ケーブル以外にも、高さが規定されている付属物（銘板等）が本地際推定方法に利用できる。また、電柱付属物のみならず近接地物であって、高さが規格で定められている物（ガードレール等）であれば本地際推定方法に利用できる。

図１１は、本地際推定方法を説明するフローチャートである。まず、計算部１３は、外部データ入力部１１を介してＭＭＳ１００より電柱画像Ｉ－３と３ＤモデルＩ－１を取得する（ステップＳ４０、Ｓ４１）。計算部１３は、設備データ１０から内部データ入力部１１を介してケーブル架渉位置、銘板、その他の規格高さを読み込む（ステップＳ４２）。計算部１３は、電柱画像Ｉ－３と３ＤモデルＩ－１との重畳を行う（ステップＳ４３）。計算部１３は、重畳画像より銘板等特定点の画像内の位置を特定する（ステップＳ４４）。計算部１３は、ステップＳ４４で特定した特定点（架渉位置高さ、銘板高さ等）の標高を得る（ステップＳ４５）。計算部１３は、特定点の標高から規格高さを減算して地際標高を計算する（ステップＳ４６）。

（組み合わせ処理）
計算部１３は、図１のステップＳ０２の組み合わせ処理を行ってもよい。組み合わせ処理では、前記計算工程で演算した地際標高（地際推定方法１で取得した標高）と、
前記柱状物体に最も近い既知の標高（地際推定方法２で取得した標高）、前記柱状物体の所定の位置に取り付けられた付属物を検出し、検出した前記付属物の高さから推定した前記柱状物体の地際標高（地際推定方法３で取得した標高）、及びその他の標高のうちの少なくとも１つの標高と、
を組み合わせて前記柱状物体の組み合わせ地際標高を演算する。

ここで「組み合わせ」とは、それぞれの地際推定方法で取得した標高の平均値、中央値その他の統計値を計算することを意味する。なお、組み合わせ処理では、前述した地際推定方法１～３以外で取得した標高も利用してよい。
計算部１３は、組み合わせ処理を行った結果を出力部１４に出力する。

［ステップＳ０１］
地際推定方法１で推定された地際標高：１５．９４９ｍ（根入れ長２．６６ｍ、３Ｄモデルの最下面から地際までの距離０．５１ｍ）
地際推定方法２で推定された地際標高：１６．０３０ｍ（車両から電柱までの距離１０．０ｍ）
地際推定方法３で推定された地際標高：１６．３００ｍ（銘板標高１８．５０ｍ、規定された銘板高さ２．２ｍ）
［ステップＳ０２］
ステップＳ０１で得られた地際標高の平均を計算する。
地際標高平均値：１６．０９４ｍ

１０：設備データ
１１：外部データ入力部
１２：内部データ入力部
１３：計算部
１４：出力部
１００：ＭＭＳ
３０１：地際推定装置

Claims (5)

1. 観測した、地面に一部が埋設されている水平方向の寸法が高さに対して一意に規定された形状の柱状物体の三次元モデルが入力される外部データ入力工程と、
   前記柱状物体の規格形状が入力される内部データ入力工程と、
   前記三次元モデルと前記柱状物体の規格形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を取得し、前記高さの差分から前記柱状物体の地面に埋設されている規格上の長さを減算することで、前記柱状物体を観測したときに遮蔽されて観測されなかった遮蔽部分の長さを計算し、前記三次元モデルの高さと前記遮蔽部分の長さより前記柱状物体の地際標高を演算する計算工程と、
   を行う地際推定方法。
2. 前記計算工程で演算した地際標高と、
   前記柱状物体に最も近い既知の標高、前記柱状物体の所定の位置に取り付けられた付属物を検出し、検出した前記付属物の高さから推定した前記柱状物体の地際標高、及びその他の標高のうちの少なくとも１つの標高と、
   を組み合わせて前記柱状物体の組み合わせ地際標高を演算する組み合わせ処理工程をさらに行うことを特徴とする請求項１に記載の地際推定方法。
3. 観測した、地面に一部が埋設されている水平方向の寸法が高さに対して一意に規定された形状の柱状物体の三次元モデルが入力される外部データ入力部と、
   前記柱状物体の規格形状が入力される内部データ入力部と、
   前記三次元モデルと前記柱状物体の規格形状との水平方向の寸法が等しい位置の高さの差分を取得し、前記高さの差分から前記柱状物体の地面に埋設されている規格上の長さを減算することで、前記柱状物体を観測したときに遮蔽されて観測されなかった遮蔽部分の長さを計算し、前記三次元モデルの高さと前記遮蔽部分の長さより前記柱状物体の地際標高を演算する計算部と、
   を備える地際推定装置。
4. 前記計算部は、
   演算した地際標高と、
   前記柱状物体に最も近い既知の標高、前記柱状物体の所定の位置に取り付けられた付属物を検出し、検出した前記付属物の高さから推定した前記柱状物体の地際標高、及びその他の標高のうちの少なくとも１つの標高と、
   を組み合わせて前記柱状物体の組み合わせ地際標高を演算することを特徴とする請求項３に記載の地際推定装置。
5. 請求項３又は４に記載の地際推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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