JP7244785B2 - 遮蔽率算出装置、遮蔽率算出方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、遮蔽率算出装置、遮蔽率算出方法及びプログラムに関する。

従来、通信網のインフラにミリ波を活用する方法の提案がＩＥＥＥ８０２．１１ａｙで行われている（非特許文献１）。一方で、３次元点群データをインフラの監視に活用する技術の検討が進められている（非特許文献２）。例えば、点群データを用いた見通し判定の方法として非特許文献３がある。これは点群データに基づいた見通し判定の実行時に一定のサイズの格子状のボクセル（Ｖｏｘｅｌ）を設定し判定を行う。

D. Tujkovic et al., "Changes to IEEE 802.11ay in support of mmW Distribution Network Use Cases", IEEE 802.11-17/1022r0 (July 2017), [online]、[令和１年７月１日検索]、インターネット〈URL：https://mentor.ieee.org/802.11/dcn/17/11-17-1022-00-00ay-changes-to-ieee-802-11ay-in-support-of-mmw-mesh-network-use-cases.pptx> ＮＴＴ，"設備保守作業を推進する空間状態推定技術"，Ｒ＆Ｄフォーラム２０１７，Ｂ－１０、[online]、[令和１年７月１日検索]、インターネット〈URL：http://www.ntt.co.jp/RD/active/201702/jp/pdf_jpn/02/B-10_j.pdf>

このような見通し判定等の点群データを用いて電波の遮蔽率を評価する技術においては、モービルマッピングシステム（Mobile Mapping System：ＭＭＳ）によって取得した点群データを用いる場合がある。しかしながら、このような場合、車両等の移動体と遮蔽物の間の距離、あるいは移動体の移動速度等の移動体の移動に応じて点群密度が異なる場合がある。このため、無線局間のフレネルゾーンに対して見通し判定を行う場合、点群密度の違いを考慮せずに一律のボクセルサイズの元で判定を行うと遮蔽物の割合を正しく評価できないという場合がある。

上記事情に鑑み、本発明は、点群データを用いて電波の遮蔽率を評価する技術における評価の精度を向上させる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、送信局と受信局との間の無線局間空間の遮蔽物を示す点群データを取得したときの取得条件、に応じた大きさの複数のボクセルにフレネルゾーンを分割するボクセル分割部と、前記複数のボクセルのうち前記点群データが示す位置のボクセルである遮蔽ボクセルの位置、形状及び大きさに基づいて、前記送信局から前記受信局に向かう電波の遮蔽率を算出する算出部と、を備える遮蔽率算出装置である。

本発明の一態様は、送信局と受信局との間の無線局間空間の遮蔽物を示す点群データを取得したときの取得条件、に応じた大きさの複数のボクセルにフレネルゾーンを分割するボクセル分割ステップと、
前記複数のボクセルのうち前記点群データが示す位置のボクセルである遮蔽ボクセルの位置、形状及び大きさに基づいて、前記送信局から前記受信局に向かう電波の遮蔽率を算出する算出ステップと、を有する遮蔽率算出方法である。

本発明の一態様は、上記の遮蔽率算出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。

本発明により、点群データを用いて電波の遮蔽率を評価する技術における評価の精度を向上させる技術を提供することが可能となる。

実施形態の遮蔽率算出装置の機能構成の一例を示す図。 実施形態における点群データの取得方法を説明する第１の説明図。 実施形態における点群データの取得方法を説明する第２の説明図。 フレネルゾーンを説明する説明図。 実施形態における制御部の機能構成の一例を示す図。 実施形態の制御部が電波遮蔽率を算出する具体的な処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態における無線局間の空間を（Ｎ＋１）個の分割面によってＮ個の部分空間に分割することを説明する説明図。 実施形態における近似柱体を説明する説明図。 実施形態におけるボクセルサイズ決定処理の具体的な処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態における点群データ点Ｐｃと位置Ｐｒとを説明する説明図。 実施形態における第ｎ近似柱体ボクセル集合と近似柱体ボクセルとの関係を説明する説明図。 実施形態における遮蔽ボクセル、規格化変形及び遮蔽面を説明する説明図。

図１は、実施形態の遮蔽率算出装置１の機能構成の一例を示す図である。遮蔽率算出装置１は、２つの無線局を備える無線通信システムであって解析対象の無線通信システムにおける電波遮蔽率を、無線局間の遮蔽物を示す点群データを用いて算出する。電波遮蔽率は、送信側の無線局（以下「送信局」という。）から放射された電波が受信側の無線局（以下「受信局」という。）に到達する前に遮蔽される割合である。

（点群データの取得方法）
ここで、遮蔽率算出装置１が用いる点群データの取得方法について説明する。
図２は、実施形態における点群データの取得方法を説明する第１の説明図である。図２は、移動体２と３次元レーザースキャナ２１とを示す。移動体２は、例えば、自動車であってもよいし、ドローンであってもよい。図２において移動体２は、矢印９１の方向に移動する。移動体２は、３次元レーザースキャナ２１を備える。３次元レーザースキャナ２１は、移動体２とともに移動する。３次元レーザースキャナ２１は、出射部２１１、受信部２１２及び点群データ算出部２１３を備える。出射部２１１は断続的に一定の周期でレーザーを出射する。出射部２１１は、レーザーの出射の向きを一定の角速度で回転させながらレーザーを出射する。受信部２１２は、出射部２１１が出射したレーザーの反射波を受信する。点群データ算出部２１３は、受信部２１２が受信した反射波に関する情報に基づいてレーザーが反射された位置及び時刻を算出する。

より具体的には、３次元レーザースキャナ２１は、自装置から見て一定の位置に位置する平面（以下「レーザー出射面」という。）内にレーザーを出射する。３次元レーザースキャナ２１は、レーザー出射面で出射の向きが単位時間当たり２πＫ ｒａｄ回転するように（Ｋは正の実数）一定の角速度で出射の向きを変更する。例えば、３次元レーザースキャナ２１は矢印９２の方向にレーザーの出射の向きを変更する。３次元レーザースキャナ２１は、レーザーを断続的に一定の周期で出射するため、３次元レーザースキャナ２１が出射するレーザーは、断続的に一定の周期で出射される電磁波の波束（Ｗａｖｅ ｐａｃｋｅｔ）Ｐである。図２は、ある時刻ｔにおける波束Ｐの位置を示す。波束Ｐは、３次元レーザースキャナ２１によって一定の周期で３６０°回転するように放射されるため、円Ｅを形成する。波束Ｐは、遮蔽物によって反射される。波束Ｐの反射された位置と波束Ｐの反射された時刻とを示す情報（以下「点情報」という。）の集合が点群データである。なお、図２では、説明の簡単のため複数の円Ｅによって３次元レーザースキャナ２１が出射する複数の波束Ｐの位置を示している。しかしながら、実際には、複数の波束Ｐは螺旋を形成する。図２における円Ｅは、螺旋の１巻きを模式的に表した形状である。

３次元レーザースキャナ２１は、出射した波束Ｐの反射波を受信し、受信した時刻及び位置に基づいて受信した波束Ｐが反射された位置及び時刻を算出する。３次元レーザースキャナ２１が算出した、波束Ｐが反射された位置及び時刻を示す情報の集合が点群データである。

移動体２の移動速度はスキャンライン間隔ｓｂに影響する。スキャンライン間隔ｓｂとは、隣接する２つの円Ｅ間の距離である。レーザーの出射方向が３６０°回転する間に出射された波束Ｐによって形成された図形が１つの円Ｅである。そのため、移動体２の移動速度に応じて、スキャンライン間隔ｓｂは変化する。

また、移動体２と遮蔽物の距離は、スキャンライン内の隣接点間隔ｓａに影響する。スキャンライン内の隣接点間隔ｓａとは、波束Ｐ１が反射された位置と波束Ｐ２が反射された位置との間の距離である。波束Ｐ１は波束Ｐの１つであり、波束Ｐ２は波束Ｐ１の次に出射された波束Ｐである。移動体２と遮蔽物の距離とに応じて、波束Ｐが反射されるまでに伝搬する距離が変わるため、移動体２と遮蔽物の距離は、スキャンライン内の隣接点間隔ｓａに影響する。

このように、移動体２の移動の速さに応じてスキャンライン間隔ｓｂが変化し、移動体２から遮蔽物までの距離に応じてスキャンライン内の隣接点間隔ｓａが変化する。そのため、移動体２の移動の速さと移動体２から遮蔽物までの距離とに応じて、点群データの密度は異なる。点群データの密度とは、点情報が示す位置が仮想的な３次元空間内にプロットされた場合に、仮想的な３次元モデルにおける単位胞が含むプロットされた点（以下「点群データ点」という。）の数である。

図３は、実施形態における点群データの取得方法を説明する第２の説明図である。図３は、解析対象の無線通信システムにおける送信局９０１と受信局９０２とを示す。図３は、３次元レーザースキャナ２１を備える移動体２が矢印９１の方向に移動していることを示す。図３において矢印９１の方向を向く直線は、送信局９０１と受信局９０２とを結ぶ線分（以下「局結線分９０３」という。）に非平行である。図３において、３次元レーザースキャナ２１は移動しながらレーザーを出射している。図３は、矢印９１の方向を向く直線と局結線分９０３とは非平行であるため、移動体２の移動によって、レーザーが出射されてから局結線分９０３に到達するまでの時間が変化することを示す。図３は、第１の遮蔽物９０４又は第２の遮蔽物９０５と移動体２との距離も、移動体２の移動によって変化することを示す。なお、点群データを取得する移動体２の移動の速さは一定でなくてもよいし、移動の方向も一定でなくてもよい。

また、図３は、送信局９０１と受信局９０２との間のフレネルゾーン９０６を示す。
図４は、フレネルゾーン９０６を説明する説明図である。フレネルゾーン９０６は、送信局９０１と受信局９０２との間に送信局９０１から放射された電波を遮蔽する物が無い場合に、送信局９０１から放射された電波が受信局９０２に到達するまでの伝搬経路の集合である。図４に示すように、電波は、送信局９０１から放射された後、広がり、その後、収束して受信局９０２に到達する。フレネルゾーン９０６は、局結線分９０３を軸とした回転楕円体である。局結線分９０３に垂直なフレネルゾーン９０６の断面であって送信局９０１から距離ｄ_１、受信局から距離ｄ_２（＝Ｄ－ｄ_１）の位置に位置する断面の半径ｒは、以下の式（１）で表される。なお、Ｄは局結線分９０３の長さである。式（１）において、λは電波の波長である。

ここまでで点群データの取得方法の説明を終了し、図１の説明に戻る。

遮蔽率算出装置１は、通信部１１、記憶部１２及び制御部１３を備える。
通信部１１は、自装置を外部装置に接続するための通信インタフェースを含んで構成される。通信部１１は、無線又は有線を介して、外部装置と通信する。通信部１１は、外部装置が出力した各種情報を取得する。外部装置は、例えば、ユーザが操作可能なキーボード、タッチパネル等の入力端末であってもよいし、入力端末に接続されたコンピュータであってもよい。通信部１１は、例えば、外部装置が出力した、解析対象の無線通信システムにおける送信局と受信局との位置を示す情報（以下「無線局情報」という。）を取得する。通信部１１は、取得した無線局情報を制御部１３に出力する。

記憶部１２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの非一時的コンピュータ読み出し可能な記憶媒体を用いて構成される。記憶部１２は、例えば、移動体２が備える３次元レーザースキャナ２１によって予め取得された点群データを記憶する。記憶部１２は、移動体２及び３次元レーザースキャナ２１が点群データを取得したときの取得条件を示す情報（以下「取得条件情報」という。）を記憶する。取得条件情報は、点群データの取得時の移動体２の移動に関する情報（以下「移動体情報」という。）を含む。３次元レーザースキャナ２１は移動体２に固定されているため、移動体２の移動に関する情報は、３次元レーザースキャナ２１の移動に関する情報である。移動体情報は、例えば、点群データの取得時の移動体２の速さと移動の向きとの時間変化を示す情報である。取得条件情報は、点群データの取得時に３次元レーザースキャナ２１が出射したレーザーの波束の出射の向きを示す情報（以下「出射向き情報」という。）を含む。取得条件情報は、点群データの取得時に３次元レーザースキャナ２１が出射したレーザーの波束の出射のタイミングに関する情報（以下「出射タイミング情報」という。）を含む。出射向き情報は、例えば、波束が出射された向きの時間変化を示す情報であってもよい。出射向き情報は、例えば、波束の出射の向きが回転する角速度を示す情報であってもよい。出射タイミング情報は、例えば、波束が出射された時刻を示す情報であってもよい。出射タイミング情報は、出射の間隔を示す情報であってもよい。

制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサやメモリを用いて構成される。制御部１３は、記憶部１２に記憶されているプログラムを実行することによって動作する。より具体的には、制御部１３が備えるプロセッサが記憶部１２に記憶されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをメモリに記憶させる。制御部１３が備えるプロセッサは、メモリに記憶させたプログラムを実行することによって動作する。制御部１３は、プログラムを実行することによって遮蔽率算出装置１が備える各機能部の動作を制御する。制御部１３は、プログラムを実行することによって、例えば、点群データに基づいて、解析対象の無線通信システムにおける電波遮蔽率を算出する。

図５は、実施形態における制御部１３の機能構成の一例を示す図である。制御部１３は、取得部１３１、ボクセル分割部１３２及び算出部１３３を備える。取得部１３１は、通信部１１が取得した電波遮蔽率の算出に必要な各種情報と、記憶部１２に記憶されている電波遮蔽率の算出に必要な各種情報とを取得する。取得部１３１は、例えば、点群データ及び取得条件情報を取得する。ボクセル分割部１３２は、コンピュータ上で、取得条件情報に応じた大きさの複数のボクセルにフレネルゾーンを分割する処理を実行する。算出部１３３は、ボクセル分割部１３２が分割した複数のボクセルのうち点群データが示す位置のボクセルの位置、形状及び大きさに基づいて電波遮蔽率を算出する処理をコンピュータ上で実行する。以下、説明の簡単のため、ボクセルの形状が立方体を含む直方体である場合を例に説明する。しかし、ボクセルは底面が正多角形の柱体であってもよい。

図６は、実施形態の制御部１３が電波遮蔽率を算出する具体的な処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図６のフローチャートに示す各処理における送信局９０１及び受信局９０２は、実空間における送信局９０１及び受信局９０２を表す仮想空間内の送信局９０１及び受信局９０２である。

取得部１３１は、無線局情報を取得する（ステップＳ１０１）。次に、取得部１３１は、点群データを取得する（ステップＳ１０２）。次に、ボクセル分割部１３２は、無線局間空間を送信局９０１から受信局９０２に向かう向きにＮ個（Ｎは１以上の整数）の均等な空間（以下「部分空間」という。）に分割する（ステップＳ１０３）。無線局間空間は、送信局９０１と受信局９０２との間の空間である。より具体的には、制御部１３は、無線局間の空間を（Ｎ＋１）個の分割面によってＮ個の部分空間に分割する。分割面は、局結線分９０３に沿う方向に等間隔に位置し局結線分９０３に垂直な平面である。以下、Ｎ個の部分空間のうちｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）に送信局に近い部分空間を第ｎ部分空間という。なお、無線局間空間を分割する数Ｎは、通信部１１を介して外部装置から受信してもよいし、予め記憶部１２に記憶されていてもよい。

図７は、実施形態における無線局間の空間を（Ｎ＋１）個の分割面によってＮ個の部分空間に分割することを説明する説明図である。
図７は、送信局からの距離ｄ[１]～ｄ[Ｎ＋１]の位置に位置する（Ｎ＋１）個の分割面によってフレネルゾーン９０６を含む無線局間の空間をＮ個の空間に分割することを示す。ｄ[１]＝０であり、ｄ[Ｎ＋１]＝Ｄである。ｄ[ｎ＋１]とｄ[ｎ]との差がΔｄである。ｄ[ｎ]の位置の分割面とｄ[ｎ＋１]の位置の分割面との間の空間が第ｎ部分空間である。

図６の説明に戻る。ボクセル分割部１３２は、部分フレネルゾーンごとに近似柱体の位置、形状及び大きさを示す情報（以下「近似柱体情報」という。）を生成する（ステップＳ１０４）部分フレネルゾーンは、分割面によって分割されたＮ個のフレネルゾーン９０６である。以下、Ｎ個の部分フレネルゾーンのうちｎ番目に送信局に近い部分フレネルゾーンを第ｎ部分フレネルゾーンという。すなわち、第ｎ部分フレネルゾーンは、第ｎ部分空間とフレネルゾーン９０６とが重なる空間である。

近似柱体は、底面が局結線分９０３に垂直な柱体であって、部分フレネルゾーンを近似する柱体である。部分フレネルゾーンを近似するとは、部分フレネルゾーンの形状及び大きさに対する形状及び大きさの近さに関する所定の条件（以下「部分フレネルゾーン近似条件」という。）を柱体が満たすことを意味する。部分フレネルゾーン近似条件は、例えば、第ｎ近似柱体が第ｎ部分フレネルゾーンに内接する、という条件である。第ｎ近似柱体は、第ｎ近似柱体は第ｎ部分空間に含まれる柱体である。部分フレネルゾーン近似条件は、例えば、第ｎ近似柱体が第ｎ部分フレネルゾーンに外接する、という条件であってもよい。部分フレネルゾーン近似条件は、例えば、第ｎ近似柱体の底面に平行な第ｎ近似柱体の断面が、第ｎ部分フレネルゾーンの中央断面に内接する、という条件であってもよい（以下「中点断面条件」という。）。中央断面は、第ｎ部分フレネルゾーンにおける局結線分９０３上の中点を通り局結線分９０３に垂直な面上の第ｎ部分フレネルゾーンの断面である。近似柱体の底面は、例えば、円形であってもよいし、正多角形であってもよい。例えば、第ｎ近似柱体の底面が円である場合には、中点断面条件を満たす第ｎ近似柱体の底面の半径は第ｎ部分フレネルゾーンの中央の位置における半径に等しい。以下、説明の簡単のため、第ｎ近似柱体が中点断面条件を満たす円柱である場合を例に遮蔽率算出装置１を説明する。

近似柱体情報は、例えば、近似柱体の頂点の位置によって、近似柱体の位置、形状及び大きさを示してもよい。近似柱体情報は、例えば、近似柱体の重心の位置と、形状と、大きさとによって近似柱体の位置、形状及び大きさを示してもよい。

図８は、実施形態における近似柱体を説明する説明図である。
図８において、第ｎ部分空間とフレネルゾーンとが重なる空間が、第ｎ部分フレネルゾーンである。図８において、第ｎ部分フレネルゾーンを近似する第ｎ近似柱体が、円柱Ｃ＿ｎである。円柱Ｃ＿ｎの半径は半径ｒ＿ｎである。半径ｒ＿ｎは、式（１）におけるｄ_１が以下の式（２）を満たす半径ｒである。

図６の説明に戻る。ボクセル分割部１３２は、取得条件情報と部分フレネルゾーンの位置、形状及び大きさとに基づいて、各部分空間ごとにボクセルの大きさを決定する（ステップＳ１０５）。より具体的には、各部分空間ごとにボクセルの底面の大きさを決定する。ボクセルは、柱体であって、底面が局結線分９０３に垂直である。第ｎ部分空間のボクセルの高さは、第ｎ部分空間における局結線分９０３の長さに等しい。以下、ボクセルの大きさを決定する処理をボクセルサイズ決定処理という。

図９及び図１０を用いて、ステップＳ１０５におけるボクセルサイズ決定処理を説明する。
図９は、実施形態におけるボクセルサイズ決定処理の具体的な処理の流れの一例を示すフローチャートである。ボクセル分割部１３２は、図９に示す処理を第ｎ近似柱体ごとに実行する。図９は、説明の簡単のため、第ｎ近似柱体について実行する場合を例に説明する。

ボクセル分割部１３２は、第ｎ近似柱体の重心に最も近い点群データ点がいずれの点群データ点であるかを判定する（ステップＳ２０１）。以下、ステップＳ２０１の処理によって第ｎ近似柱体の重心に最も近いと判定された点群データ点を点群データ点Ｐｃという。次に、ボクセル分割部１３２は、移動体情報に基づいて、点群データ点Ｐｃに対応する点情報が示す時刻に最も近い時刻Ｐｔにおける３次元レーザースキャナ２１の位置Ｐｒを取得する（ステップＳ２０２）。

図１０は、実施形態における点群データ点Ｐｃと位置Ｐｒとを説明する説明図である。図１０は、点群データ点Ｐｃは、円柱Ｃ＿ｎの重心に位置することを示す。図１０は、位置Ｐｒが移動体２が移動した移動経路上にあることを示す。

図９の説明に戻る。次にボクセル分割部１３２は、移動体情報に基づいて、時刻Ｐｔにおける３次元レーザースキャナ２１の速度ｑｒを算出する（ステップＳ２０３）。
次にボクセル分割部１３２は、点群データ点Ｐｃの位置と、位置Ｐｒと、出射向き情報及び出射タイミング情報とに基づいて、スキャンライン内の隣接点間隔ｓａを算出する（ステップＳ２０４）。スキャンライン内の隣接点間隔ｓａは、以下の式（３）によって算出される。

式（３）において、ωは、計測角度ピッチを表す。計測角度ピッチωは、波束の出射の向きが回転する角速度である。式（３）において、Ｒは、点群データ点Ｐｃと位置Ｐｒとの間の距離を表す。

次にボクセル分割部１３２は、出射向き情報及び出射タイミング情報に基づいてスキャンライン間隔ｓｂを算出する（ステップＳ２０５）。スキャンライン間隔ｓｂは、以下の式（４）によって算出される。

式（４）において、Ｈはレーザー回転数を表す。レーザー回転数は、単位時間にレーザースキャナ２１がレーザーの波束の出射の向きを３６０°回転させる回数である。例えば、計測角度ピッチωの次元がｒａｄ／秒である場合、レーザー回転数Ｈは、ω／２π Ｈｚである。

次に、ボクセル分割部１３２は、以下の式（５）で表される点群密度ｐｄを算出する（ステップＳ２０６）。点群密度ｐｄは、第ｎ部分フレネルゾーンが遮蔽物で埋まっている場合の、第ｎ部分フレネルゾーンにおける点群データ点の密度である。

次に、ボクセル分割部１３２は、第ｎ近似柱体の底面の面積と点群密度ｐｄとに基づいて、第ｎ部分空間におけるボクセルの底面の大きさを算出する（ステップＳ２０７）。具体的には、ボクセル分割部１３２は、第ｎ近似柱体の底面の面積を点群密度ｐｄで割り算した値を、第ｎ部分空間におけるボクセルの底面の大きさとして取得する。ボクセルの底面の形状が正方形の場合、第ｎ部分空間におけるボクセルの底面の一辺の長さは、第ｎ近似柱体の底面の面積を点群密度ｐｄで割り算した値の平方根である。

このように、第ｎ部分空間におけるボクセルの底面の面積は、第ｎ部分フレネルゾーンが遮蔽物で埋まっている場合の第ｎ部分フレネルゾーンにおける点群データ点の密度である点群密度ｐｄの逆数である。そのため、第ｎ部分フレネルゾーンと重なるボクセルの断面であって局結線分９０３に垂直な断面は面内に高々１つの点群データ点を含む。

図６の説明に戻る。ステップＳ１０５の次に、ボクセル分割部１３２は、ボクセルサイズ決定処理の実行によって決定したサイズのボクセルによって、部分フレネルゾーンを分割する（ステップＳ１０６）。次に、算出部１３３は、ボクセルのうち点群データが示す位置のボクセル（以下「遮蔽ボクセル」という。）の位置、形状及び大きさに基づいて、電波遮蔽率を算出する（ステップＳ１０７）。以下、ステップＳ１０７において算出部１３３が実行する処理を、電波遮蔽率算出処理という。

算出部１３３は、電波遮蔽率算出処理において、まず、全てのボクセルについて近似柱体ボクセルであるか否かを判定する。近似柱体ボクセルは、近似柱体との重なりの度合が所定の度合以上のボクセルである。所定の度合は、０より大きい。度合が０とは、重なりが無いことを意味する。所定の度合は、近似柱体ごとに異なってもよいし同じでもよい。以下、第ｎ近似柱体との重なりが所定の度合以上である近似柱体ボクセルの集合を、第ｎ近似柱体ボクセル集合という。

図１１は、実施形態における第ｎ近似柱体ボクセル集合と近似柱体ボクセルとの関係を説明する説明図である。図１１は、具体例として、第１近似柱体ボクセル集合と第Ｎ近似柱体ボクセル集合と近似柱体ボクセルとの関係を説明する。具体的には、図１１は、第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１が、１辺Ｖ＿１の正方形を底面とし高さがΔｄの近似柱体ボクセルの２×２個の集合であることを示す。図１１は、第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿Ｎが、１辺Ｖ＿Ｎの正方形を底面とし高さがΔｄの近似柱体ボクセルの１６×１６個の集合であることを示す。

次に、算出部１３３は、全ての近似柱体ボクセルについて、それぞれ、点群データ点を含むか否かを判定する。以下、点群データ点を含むと判定されたボクセルを遮蔽ボクセルという。

算出部１３３は、全ての近似柱体の２つの底面を、第ｎ近似柱体に依らず同一の大きさ及び形状の図形（以下「基準図形」という。）に変形する。第ｎ近似柱体の底面を基準図形に変形する変形を第ｎ規格化変形という。以下、第１規格化変形から第Ｎ規格化変形をそれぞれ区別しない場合規格化変形という。算出部１３３は、第ｎ規格化変形を第ｎ近似柱体ボクセル集合に対しても実行する。変形後の複数の近似柱体の集合（以下「規格柱」という。）は、柱体である。第ｎ規格化変形によって遮蔽ボクセルも変形する。以下、変形後の遮蔽ボクセルの底面を遮蔽面という。

算出部１３３は、規格柱の高さ方向に変形後の遮蔽ボクセルが存在しない規格柱における一方の底面の面積（以下「遮蔽面積」という。）を取得する。すなわち、算出部１３３は、第１遮蔽ボクセルから第Ｎ遮蔽ボクセルまで全ての遮蔽ボクセルの底面を基準図形に射影し、基準図形上に射影された図形（以下「遮蔽図形」という。）の面積を取得する。算出部１３３は、規格柱の一方の底面の面積（すなわち基準図形の面積）に対する遮蔽面積（すなわち遮蔽図形の面積）の割合を算出する。算出した割合が電波遮蔽率である。

図１２は、実施形態における遮蔽ボクセル、規格化変形及び遮蔽面を説明する説明図である。
図１２は、第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１、第ｍ近似柱体ボクセル集合（ｍは２以上Ｎ未満の整数）Ｇ＿ｍ及び第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿Ｎを用いて、電波遮蔽率算出処理を説明する。
図１２において、第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１は、図１１と同じの２×２個の近似柱体ボクセルの集合である。図１２において、第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿Ｎは、図１１と同じの１６×１６個の近似柱体ボクセルの集合である。図１２において、第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿ｍは、８×８個の近似柱体ボクセルの集合である。第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１の底面と第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿ｍの底面との大きさは異なる。第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１、第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿ｍ及び第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿Ｎにおいて、近似柱体ボクセル中のドットは、点群データ点である。図１２は、例えば、第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１において、右下の近似柱体ボクセルに点群データ点が位置することを示す。そのため、第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１の右下の近似柱体ボクセルは、遮蔽ボクセル（第１遮蔽ボクセル）である。

図１２は、第１規格化変形後の第１近似柱体ボクセル集合Ｇ＿１（以下「第１近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿１」という。）を示す。図１２は、第ｍ規格化変形後の第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿ｍ（以下「第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿ｍ」という。）を示す。図１２は、第Ｎ規格化変形後の第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ＿Ｎ（以下「第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿Ｎ」という。）を示す。第１近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿１の底面と、第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿ｍの底面と、第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿Ｎの底面とは同一の形状であって同一の面積である。

図１２は、第１近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿１の遮蔽面Ａ＿１と、第ｍ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿ｍの遮蔽面Ａ＿ｍと、第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿Ｎの遮蔽面Ａ＿Ｎとの基準図形Ｋ上の位置を示す。遮蔽面積は、基準図形Ｋの面内の領域のうち非遮蔽領域Ａ＿０を基準図形Ｋから除いた領域の面積である。非遮蔽領域Ａ＿０は、基準図形Ｋの面内の領域のうち遮蔽面Ａ＿１、遮蔽面Ａ＿ｍ又は遮蔽面Ａ＿Ｎではない領域である。

このように構成された実施形態の遮蔽率算出装置１は、無線局間空間の点群データの取得時の条件を示す取得条件情報に応じた大きさの複数のボクセルにフレネルゾーンを分割する。そして、遮蔽率算出装置１は、複数のボクセルのうち点群データが示す位置のボクセルである遮蔽ボクセルの位置、形状及び大きさに基づいて無線局間空間における電波の遮蔽率を算出する。そのため、このように構成された遮蔽率算出装置１は、点群データの取得時に、移動体２と遮蔽物との間の距離が変化する場合であっても無線局間の電波の遮蔽率を精度よく算出することができる。

（変形例）
なお、点群データは必ずしも移動体２に固定された３次元レーザースキャナ２１によって取得される必要は無い。点群データは、例えば、移動体２に固定されたカメラによって取得されてもよい。この場合、出射向き情報は、カメラの向きであって、出射タイミング情報はカメラの撮影のタイミングであってもよい。

なお、３次元レーザースキャナ２１を備える移動体２は、点群データ取得システムの一例である。なお、第ｎ規格化変形によって変形した遮蔽ボクセルは、第ｎ遮蔽ボクセルの一例である。図１２の第１近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿１における遮蔽ボクセルは、第１遮蔽ボクセルの一例である。図１２の第Ｎ近似柱体ボクセル集合Ｇ´＿Ｎにおける遮蔽ボクセルは、第Ｎ遮蔽ボクセルの一例である。

なお、遮蔽率算出装置１は、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。この場合、遮蔽率算出装置１が備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、ボクセル分割部１３２と算出部１３３とはそれぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。
なお、遮蔽率算出装置１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…遮蔽率算出装置、 １１…通信部、 １２…記憶部、 １３…制御部、 ２…移動体、 ２１…３次元レーザースキャナ、 ２１１…出射部、 ２１２…受信部、 ２１３…点群データ算出部、 ９０１…送信局、 ９０２…受信局

Claims (8)

1. 送信局と受信局との間の無線局間空間の遮蔽物を示す点群データを取得したときの取得条件、に応じた大きさの複数のボクセルにフレネルゾーンを分割するボクセル分割部と、
   前記複数のボクセルのうち前記点群データが示す位置のボクセルである遮蔽ボクセルの位置、形状及び大きさに基づいて、前記送信局から前記受信局に向かう電波の遮蔽率を算出する算出部と、
   を備える遮蔽率算出装置。
2. 前記無線局間空間が前記送信局から前記受信局に向かう向きに均等に分割されたＮ個（Ｎは１以上の整数）の空間である部分空間のうちｎ番目（ｎは１以上Ｎ以下の整数）に前記送信局に近い前記部分空間を第ｎ部分空間とし、前記第ｎ部分空間に含まれる前記フレネルゾーンを第ｎ部分フレネルゾーンとして、前記ボクセル分割部は、前記取得条件と前記第ｎ部分フレネルゾーンの位置、形状及び大きさに基づいて前記第ｎ部分空間における前記ボクセルの大きさを決定する、
   請求項１に記載の遮蔽率算出装置。
3. 底面が前記送信局と前記受信局とを結ぶ線分に垂直な柱体であって前記第ｎ部分フレネルゾーンを近似する柱体を第ｎ近似柱体として、前記ボクセル分割部は、前記第ｎ近似柱体の底面の面積と前記取得条件とに基づいて、前記第ｎ部分空間におけるボクセルの底面の大きさを決定する、
   請求項２に記載の遮蔽率算出装置。
4. 前記第ｎ近似柱体を近似する前記ボクセルの集合を第ｎ近似柱体ボクセル集合として、前記算出部は、前記第ｎ近似柱体ボクセル集合の底面の形状及び大きさを形状及び大きさが第ｎ近似柱体ボクセル集合に依らず同一である基準図形に変形する第ｎ規格化変形を実行し、前記第ｎ規格化変形後の前記遮蔽ボクセルを第ｎ遮蔽ボクセルとして、第１遮蔽ボクセルから第Ｎ遮蔽ボクセルまで全ての遮蔽ボクセルの底面を前記基準図形に射影した前記基準図形上の図形である遮蔽図形の面積に基づいて、前記遮蔽率を算出する、
   請求項３に記載の遮蔽率算出装置。
5. 前記点群データを取得する点群データ取得システムは、断続的に一定の周期で出射の向きを一定の角速度で回転させながらレーザーを出射する出射部を備える移動体を備え、
   前記取得条件は、前記移動体の移動に関する情報と、前記出射部が出射した前記レーザーの波束の出射の向きを示す情報である出射向き情報と、前記出射部が出射した前記レーザーの波束の出射のタイミングに関する情報である出射タイミング情報とを含む、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の遮蔽率算出装置。
6. 前記ボクセルは、底面が前記送信局と前記受信局とを結ぶ線分に垂直である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の遮蔽率算出装置。
7. コンピュータが送信局と受信局との間の無線局間空間の遮蔽物を示す点群データを取得したときの取得条件、に応じた大きさの複数のボクセルにフレネルゾーンを分割するボクセル分割ステップと、
   コンピュータが前記複数のボクセルのうち前記点群データが示す位置のボクセルである遮蔽ボクセルの位置、形状及び大きさに基づいて、前記送信局から前記受信局に向かう電波の遮蔽率を算出する算出ステップと、
   を有する遮蔽率算出方法。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の遮蔽率算出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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