JP7077499B1 - 橋梁の竣工図から３次元データへの変換システム - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロフィルムで残された竣工図から、容易かつ正確に橋梁の最新の状態に係る３次元データを起こすことのできる変換システムを提供する。
【解決手段】新設工事の竣工図が記録された第１のマイクロフィルム２０ａを読み取り第１デジタル画像データを取得し、改修部位の竣工図が記録された第２のマイクロフィルム２０ｂを読み取り第２デジタル画像データを取得する読取手段１２と、前記２種類のデジタル画像データを記録する記憶部と、第１空間座標系に新設工事に係る橋梁の３次元データを構成すると共に、第２空間座標系に改修工事に係る橋梁の３次元データを構成し、新設工事に係る３次元データにおいて改修工事に係る部位を改修工事に係る３次元データに置き換える置換処理を行う演算部を有する３次元処理手段１４と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁工事に係り、特に竣工した橋梁の図面をデジタルデータとして残すための技術に関する。

橋梁の竣工図は、発注者や受注者がマイクロフィルムで保管しているが、新設工事だけでなく、補修工事や耐震補強工事等の改修工事のたびに作成されることから溜まる一方である。さらに、必ずしも多くの機関で保存状態が良いとは言えず、フィルム自体がビネガーシンドロームを引き起こして再生不可能に至ることがある。こうしたマイクロフィルムをデジタルデータ化する技術については、例えば特許文献１に開示されているようなものが知られている。すなわち、マイクロフィルムをデジタルカメラで撮影し、デジタル画像データとして記録するというものである。

特開２００９－１３０５１４号公報

確かに、上記技術によれば、フィルムの劣化により再生が不可能となることを避けることができると考えられる。
一方、橋梁自身について言えば、長期間の供用により、損傷部を中心にした補修工事や耐震補強工事等の改修工事により新設時とは姿が変わった橋梁も少なくない。橋梁の維持活動は、今後も長期に亘って継続されることから、発注者、受注者が共通したデータを閲覧して更新するシステムが構築されることが望ましい。今後は、ＣＩＭ活動が本格化することから、橋梁を３次元情報で管理することが計画されており、既存の２次元の橋梁データを３次元化することが急務になっている。

現在の技術では、２次元データが設計用のＣＡＤデータであれば、これを３次元化することは容易である。しかしながら、上記のように、マイクロフィルムを撮影して得られたデジタルデータは画像データであり、設計用のＣＡＤデータとしてそのまま用いる事はできない。

また、改修工事では、必ずしも橋梁全体の竣工図が残らないため、橋梁全体としての最新の状態を図面から把握する事が難しい場合もある。

そこで本発明では、マイクロフィルムで残された竣工図から、容易かつ正確に橋梁の最新の状態に係る３次元データを起こすことのできる変換システ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の本発明に係る橋梁の竣工図から３次元データへの変換システムは、橋梁の竣工図から３次元データへの変換を行う３次元データへの変換システムであって、新設工事の竣工図が記録された第１のマイクロフィルムを読み取る事で第１デジタル画像データを取得すると共に、改修部位の竣工図が記録された第２のマイクロフィルムを読み取ることで第２デジタル画像データを取得する読取手段と、前記第１デジタル画像データと前記第２デジタル画像データを記録する記憶部と、前記記憶部から前記第１デジタル画像データを読み出して第１空間座標系に新設工事に係る橋梁の３次元データを構成すると共に、前記記憶部から前記第２デジタル画像データを読み出して第２空間座標系に改修工事に係る橋梁の３次元データを構成し、前記新設工事に係る３次元データにおいて前記改修工事に係る３次元データに対応する要素を前記改修工事に係る３次元データに置き換える置換処理を行う演算部とを有する３次元処理手段と、を備えることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する橋梁の竣工図から３次元データへの変換システムでは、前記記憶部には、前記デジタル画像データ化された構成部材が属性に関連づけて記憶され、前記演算部は、前記属性に基づいて前記構成部材の鋼材の材質、板厚、塗装を定める構成とすることができる。このような特徴を有する事によれば、二次部材など板厚の表示が不要な箇所などについては、板厚部分のモデル化が不要となる。よって、３次元データモデル化が容易となる。

上記のような特徴を有する橋梁の竣工図から３次元データへの変換システムによれば、マイクロフィルムで残された竣工図から、容易かつ正確に橋梁の最新の状態に係る３次元データを起こすことが可能となる。

実施形態に係る変換システムの概略構成を示す図である。 デジタル画像データ化された橋梁の線形図のイメージを示す図である。 線形図から検出された格点を空間座標系に投影した様子を示す図である。 空間座標系に投影した格点同士を線で結び、空間座標系に線形図を投影した様子を示す図である。 マイクロフィルムに記された竣工図から３次元データへの変換についての方法を説明するためのフロー図である。 主桁の３次元データモデルを示す図である。 主桁の３次元データモデルを空間座標系に投影した線形図に対して位置合わせした様子を示す図である。 ３次元データモデルに対する板厚の付与についての説明を行うための図である。 床版を構成するための鉄筋構造の３次元データモデルを示す図である。 支承の３次元データモデルを示す図である。 主桁に対する支承の配置構造を示す図である。 新設工事に係る橋梁の３次元データモデルのうち、（Ａ）は平面構成、（Ｂ）は側面構成を示す図である。 改修工事後の橋梁における３次元データモデルのうち、（Ａ）は平面構成、（Ｂ）は側面構成を示す図である。

以下、本発明の橋梁の竣工図から３次元データへの変換システムに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明を実施する上での好適な形態の一部であり、その効果を奏する限りにおいて、構成や方法の一部に変更を加えたとしても、本発明の一部とみなす事ができる。

［構成］
まず、図１を参照して、本実施形態に係る橋梁の竣工図から３次元データへの変換システム（以下、単に変換システム１０と称す）の構成例について説明する。本実施形態に係る変換システム１０は、読取手段１２と、３次元処理手段１４とを基本として構成し、入力手段１６、及び表示手段１８を付帯させている。

読取手段１２は、橋梁の竣工図を記録しているマイクロフィルム（本実施形態では、改修前の竣工図を記録しているマイクロフィルムを第１のマイクロフィルム２０ａ、改修後の竣工図を記録しているマイクロフィルムを第２のマイクロフィルム２０ｂと称す）をデジタル画像データに変換するための要素である。読取手段１２の具体的な構成は問わないが、一般的なマイクロフィルムスキャナーや、画角を定めたデジタルカメラなどによれば良い。

３次元処理手段１４は、読取手段１２を介して読み取られた竣工図のデジタル画像データに基づいて、３次元データを作成するための要素である。実施形態に係る３次元処理手段１４は、少なくとも記憶部と、演算部とを有する（いずれも不図示）。記憶部は、読取手段１２を介して取得したデジタル画像データを工事毎に、構造名に関連付けて記録する他、各種処理に必要なプログラム等を記録しておくための要素である。ここで、工事とは、新設工事の他、補修工事や耐震補強工事等、その橋梁に対する改修工事をいう。また、構造名は、竣工図のデジタル画像データから、文字を読み取るプログラム等を介して読み取るようにする他、詳細を後述する入力手段１６を介して入力されるものであれば良い。なお、構造名とは、一般図や線形図、主桁、対傾構、横桁、横構、支承、排水装置、伸縮装置、落橋防止装置、検査路等各図や構造に定められた名称であれば良い。また、本実施形態では、各図に示される構造名に加え、各構成部材に対応した属性も記録するようにしている。なお、ここでいう属性とは、例えば鋼材の材質、板厚、塗装系を示す。

演算部は、記憶部に記録されているプログラムを展開し、工事毎に記録されたデジタル画像データから３次元データを作成する処理を行うための要素である。実施形態に係る演算部では、まず、デジタル画像データ化された竣工図のうちの、図２に示すような線形図から格点を検出する（なお、図２において、格点の座標を示す具体的な数値は省略している）。次に、検出した線形図の格点に記された座標データを読み取り、格点と座標データとを関連付け、記憶部に記録する処理を行う。

また、演算部は、座標データを関連付けた格点について、図３に示すような空間座標系に投影する処理を行う。なお、図３中に白丸で示す点が、図２に示す線形図から検出された格点の３次元座標を示す位置である。さらに演算部は、デジタル画像データ化された線形図に従って、座標データが隣接位置となる格点同士を結ぶラインを空間座標系に配置する処理を行う事で、図４に示すように、空間座標系に線形図を投影する。

次に演算部は、構造名に従った付帯構造について、平面図や断面図に基づいて個別の３次元データモデルを作成し、これを空間座標系に投影されている線形図に組み合わせる処理を行う。付帯構造の３次元データモデル化、及び空間座標系への投影は、主桁から行い、主桁を基点として、対傾構、横桁、横構、床版や支承を組み合わせるように処理を進める。

各構成要素は線により形成し、板厚は、構成部材に対応した属性によって定めるようにする。このため、記憶部には、橋梁を構成する構成部材の属性毎に、その板厚が記録されている。また、板厚等を定める事ができない伸縮装置や落橋防止装置、排水装置等の付帯構造は、単にその形状を３次元データモデル化し、空間座標系において指定される部位へ投影すれば良い。

入力手段１６は、マイクロフィルム２０に記されている竣工図の構造についての名称（構造名）など、デジタル画像データを記録する際の補足情報を必要に応じて入力するための要素である。

表示手段１８は、入力手段１６により入力されたデータや、読取手段１２によって取得されたデジタル画像データ、及び３次元処理手段１４を介して変換された３次元データ等を視認可能に表示するための要素である。

［三次元データの作成方法］
次に、上記のような構成の変換システムによる橋梁の竣工図から３次元データへの変換について、図５を参照しつつ説明する。まず、読取手段１２に新設工事における竣工図が記録された第１のマイクロフィルム２０ａをセットし、アナログデータからデジタル画像データへ変換し、竣工図のデジタル画像データ（第１デジタル画像データ）を取得する。取得されたデジタル画像データは、“新設工事”のフォルダ内に記録される（ステップ１０：デジタル画像データの取得（新設工事））。

次に、ステップ１０と同様に、改修工事における竣工図が記録された第２のマイクロフィルム２０ｂをセットし、アナログデータからデジタル画像データへ変換し、竣工図のデジタル画像データ（第２デジタル画像データ）を取得する。ここで、取得されたデジタル画像データは、あらかじめ定められた改修工事名のフォルダ（例えば“改修工事”）内に記録される。なお、改修工事が複数回実施されている場合には、デジタル画像データへの変換処理は工事毎に複数回繰り返すこととなる。本実施形態では、説明を簡単化するために、改修工事の回数を１回と仮定して以下の説明を行うこととする（ステップ２０：デジタル画像データの取得（改修工事））。

次に、３次元処理手段１４により、工事毎にデジタル画像データ化された竣工図の中から、構造名に基づいて線形図が選定され、線形図に記された格点の検出が行われる。格点の検出は、座標データが記された点を検出する事で成され、検出された格点には、デジタル画像データに記された座標データが関連付けられた上で記憶部に記録される。ここで、デジタル画像データに記された文字や数字（座標データ等）の読み取りは、一般的な画像処理プログラムにより行うようにすれば良い。また、格点と座標データの対応関係は、読み取られた文字や数値の対応関係の一致または不一致を判定するプログラムにより、“一致”と判定された場合に、格点に対応する座標と認定し、関連付けを行うようにすれば良い。具体的には、図２における平面図、断面図のそれぞれに、引き出し線により示されるＬ１に対応した格点が、座標データを示す表のＬ１に対応し、それぞれ橋梁の一端から一端を示すＡ１からＡ２まで、Ｘ，Ｙ，Ｚに対応した座標を持つ事に関し、判定と認定を繰り返し、関連付けを行うようにすれば良い（ステップ３０：格点の検出）。

格点の検出、及び座標データの関連付けを成した後、検出した格点毎に関連づけられている座標データを与えて空間座標系に投影する（図３参照）。格点を空間座標系に投影した後、線形図に基づいて、隣接位置となる格点同士を結ぶラインを空間座標系に配置することで、空間座標系への線形図の投影（図４参照）を完了させる（ステップ４０：空間座標系に対する線形図の投影）。

線形図を空間座標系に投影した後、付帯構造の投影を行う。付帯構造は、橋梁の要部となる主桁の投影を行った後、対傾構、横桁、横構、床版、支承、排水装置、伸縮装置、落橋装置、検査路等をそれぞれ投影する手順とすれば良い。

付帯構造は、まず、デジタル画像データ化された平面図や断面図に基づいて３次元データモデルを作成する。図６に示すように主桁の３次元データモデルを作成した場合、空間座標系に投影した線形図を基準として、平面図や断面図に基づいて位置合わせを行い、図７に示すように、空間座標系への投影を行えば良い。ここで、デジタル画像データ化された構成部材には、それぞれ属性が関連付けられている。このため、各構成部材は、線図により３次元データモデル化された後、関連づけられた属性に応じた厚みやシフト量が付与されることとなる。例えば図８に示すような主桁の構成部材であるＩ桁の場合、当初の３次元データモデルは、図中実線で示す線図である。これに対し、属性に基づく厚みを付与すると、図８中に破線で示す外観のモデルが形成される。

ここで、線図によるモデルは、図面中における寸法の基準となる部位であり、板厚は、この寸法を維持する方向に付与される。例えば、Ｉ桁の上下に位置するフランジの場合、板厚は、対向するフランジ側（内側）に付与される。一方ウェブの厚みの場合には、線図を基準としてウェブの両側面に均等に厚みを付与する構成としている。また、添接板のように重なりを持つ構成部材の場合には、ウェブの厚み（厚みの１／２）に対応したシフト量を持たせた上で、属性に応じた厚みが付与されることとなる。

次に、床版の場合、平面図や断面図に基づいて、鉄筋の構造を取得し、図９に示すような３次元データモデルを作成する。鉄筋を再現した３次元データモデルに対してコンクリート構造の３次元データモデルを付加し（不図示）、これを空間座標系に投影する。空間座標系への投影は、既に空間座標系に投影されている主桁の３次元データモデルを基準として行うようにすれば良い。

また、支承の場合も同様に、平面図や断面図に基づいて、図１０に示すような支承の３次元データモデルを作成する。作成した３次元データモデルの空間座標系への投影は、主桁の３次元データモデルを基準として行うようにすれば良い。具体的には、図１１に示すように、主桁の下フランジの下部に設けられたソールプレートの直下に配置するようにすれば良い。なお、位置合わせに関しては、平面図や断面図に記載されている数値に基づくようにすれば良い。

さらに、図示しないが、排水装置や、伸縮装置、落橋防止装置、及び検査路等についても、床版や支承と同様に、個別に３次元データモデルを作成した後、順次空間座標系へ投影するようにすれば良い。また、追加工事や別工事などにより付加された構造についても同様に、３次元データモデル化を行った上で空間座標系へ投影し、３次元データに反映させるようにする（ステップ５０：空間座標系に対する付帯構造の投影）。

上記のようにして、例えば図１２に示すような新設時における橋梁の３次元データモデル（図１２に示す例は、図１２（Ａ）を平面図、図１２（Ｂ）を側面図として２次元データモデル）を作成した後、上述した手順と同様にして、改修工事に係る各構造の３次元データモデルの作成を行う。本実施形態における改修工事に伴う構造とは、新設工事時には伸縮装置が設けられていた床版を連続構造とするためにモルタル等を注入した状態を示すモデルや、剛性支承を免振ゴムなどの免振支承としたモデル、その他伸縮装置等、改修に伴い構造を改められた部位をいう。

ここで、新設工事に係る３次元データモデルを投影する空間座標系と、改修工事に係る３次元データモデルを投影する空間座標系とは、別個の空間座標系としても良い。すなわち、新設工事に係る３次元データモデルを投影する空間座標系を第１の空間座標系とした場合、改修工事に係る３次元データモデルを投影する空間座標系は、第２の空間座標系とすれば良い。このような方法を採ることで、各工事毎の構成を明確化することができるからである。

改修工事に伴う各構造の３次元データモデルを作成した後、各構造を第１の空間座標系へ投影し、従前の３次元モデルにおける対応構造と置換する処理を行う。このような処理を行うことにより、対応する構造がある場合には、該当箇所が改修後の構造に置き換えられることとなる。一方、対応する構造が無い場合には、当該箇所の構造は、従前の構造を維持することとなる。

このようにして、置換処理が成された３次元データモデルは、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、改修後の橋梁の全体構造を示すこととなる（ステップ６０：改修工事に係る構造の置換）。

［効果］
上記のような構成の変換システム１０によれば、マイクロフィルム２０で残された竣工図から、容易かつ正確に橋梁の最新の状態に係る３次元データを起こすことが可能となる。また、最新の状態のみならず、新設工事から順次改修工事に係る構成を追加、置換して行くため、必要に応じて従前の状態も、３次元モデルで復元することが可能となる。また、当然に、橋梁の現状を３次元データモデルとして、発注者（管理者）や工事関係業者と共有することが可能となる。

なお、３次元データモデルを空間座標系へ投影する上で、モデル同士が干渉する箇所が生じるような場合には、要確認箇所として、３次元データの色を変えて表示する等の処理を行うようにすると良い。要確認箇所について、数値の読み取り間違いが生じている場合には、入力手段を介して正しい数値を入力する必要が生じるからである。また、実際に設計上のミスである場合、現場合わせなどが行われている可能性もあるため、要確認箇所を明示することで、現場確認を行った際、これをフィードバックすることが容易となる。

本発明では、もっぱら橋梁に関して、マイクロフィルムに記録された竣工図を３次元データへ変換する旨記載しているが、他の構造物の竣工図であっても応用する事は可能である。

１０………変換システム、１２………読取手段、１４………３次元処理手段、１６………入力手段、１８………表示手段、２０ａ………第１のマイクロフィルム、２０ｂ………第２のマイクロフィルム。

Claims (2)

1. 橋梁の竣工図から３次元データへの変換を行う３次元データへの変換システムであって、
   新設工事の竣工図が記録された第１のマイクロフィルムを読み取る事で第１デジタル画像データを取得すると共に、改修部位の竣工図が記録された第２のマイクロフィルムを読み取ることで第２デジタル画像データを取得する読取手段と、
   前記第１デジタル画像データと前記第２デジタル画像データを記録する記憶部と、前記記憶部から前記第１デジタル画像データを読み出して第１空間座標系に新設工事に係る橋梁の３次元データを構成すると共に、前記記憶部から前記第２デジタル画像データを読み出して第２空間座標系に改修工事に係る橋梁の３次元データを構成し、前記新設工事に係る３次元データにおいて前記改修工事に係る３次元データに対応する要素を前記改修工事に係る３次元データに置き換える置換処理を行う演算部とを有する３次元処理手段と、
   を備えることを特徴とする橋梁の竣工図から３次元データへの変換システム。
2. 前記記憶部には、前記デジタル画像データ化された構成部材が属性に関連づけて記憶され、
   前記演算部は、前記属性に基づいて前記構成部材の鋼材の材質、板厚、塗装を定める構成としたことを特徴とする請求項１に記載の橋梁の竣工図から３次元データへの変換システム。

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