JPH0544709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、開発される造成予定地を造成用掘
削条件を基にシミユレーシヨンして外観形状を透
視図等の立体図として表示し、またその掘削土量
等を計測する造成地シミユレーシヨンシステムに
関する。

【従来の技術】

開発予定地の造成に関し、従来は単なる地形図
や断面図等のいわば２次元的な資料を基にして造
成用の掘削計画を立てているので、現実感に乏
しい、掘削を進めていく過程で発生する問題点
（例えば任意の方向から見た造成予定地の景観の
変化等）が予知しにくい、造成時の掘削土量を
計算するにはプラニメータと計算機に用いて算出
しなければならないので煩雑であると共に長時間
を要する、等の憾みがあつた。 そこで、パノラマ写真や粘土による模型を用い
れば造成予定地の所望造成条件実行後の外観形状
を立体的に把握することができるが、前者にあつ
ては現時点での状況を把握することができるが将
来の検討には役立たず、また後者にあつては掘削
土量の計算が不可であるという致命的な欠点を有
する。

【発明が解決しようとする問題点】

ここで、本発明者らは先に特願昭59−57694号
に係る発明において、 標高が実測された原石山の実測平面図をもとに
該実測平面図を等間隔のメツシユ状に分割した場
合の各格子点の位置と該格子点における標高とを
読取つて得られた格子点データを用いて、原石山
の採掘をシミユレーシヨンし、その結果を立体図
として外部表示手段に表示するシステムを提案し
ており、この分野において相当の実績を収めるこ
とができた。 更に、本発明者らは、テーマを原石山の採掘に
限定することなく、造成地の掘削の場合にまで拡
げて鋭意研究を行い、本発明を完成するに至つ
た。 即ち、本発明の主たる目的は、 実測平面図を均等に細分し、その格子点の位置
データ（二次元データ）及び標高データをベース
とし、所望の造成用掘削条件を加えて、該造成用
掘削条件実行後の造成予定地の外観形状を立体図
として外部表示すると共に、該造成に要する掘削
土量を算出可能とするにある。

【問題点を解決するための手段】

この発明は上記目的を達成するために、第１図
で示す如く、 (a) 標高が実測された造成地の実測平面図をもと
に該実測平面図を等間隔のメツシユ状に分割し
た場合の各格子点の位置データと該格子点にお
ける標高データの三次元データからなる格子点
データを読取り入力するための格子点データ入
力手段１を設ける、 (b) 該格子点データ入力手段１により入力された
前記格子点データを基に、メツシユ内に所望間
隔の等高線で描かれる造成前の等高線図作成デ
ータを演算する等高線図データ演算手段２を設
ける、 (c) 該等高線図データ演算手段２により得られた
データを基に、グラフイツク作成手段６を介し
て外部表示手段７に二次元の造成前の等高線図
を外部表示すると共に、外部表示された造成前
の等高線図を基に掘削範囲を直線の連続として
表す境界線のデータを入力する境界線データ入
力手段６を設け、 (d) 該境界線データを基準にして掘削方向を示す
掘削方向データと、 掘削角度を示す掘削角度データと、 造成完成予定レベル（フロア）の標高を示す
最終掘削レベルデータとを入力して、 前記境界線データ入力手段６から入力された
境界線データと共に演算処理して前記造成予定
地条件実行後の造成予定地の格子点データを得
るシミユレーシヨンデータ演算手段３を設け
る、 (d) 該シミユレーシヨンデータ演算手段３から得
られたシミユレーシヨン後の格子点データをも
とに所望視点位置から見た透視図等の立体図作
成データを算出するための立体図データ演算手
段４を設ける、 (e) 該立体図データ演算手段４から得られた立体
図作成データを基に、グラフイツク作成手段６
を介して外部表示手段７に立体図を出力させる
という技術手段を講じている。

【実施例】

実測された標高が等高線等で示された造成予定
地の地図（平面図）にメツシユを設ける。 このメツシユは、上記地図を均等に細分化する
メツシユ線の集合からなるもので、本実施例の場
合は北方向（Ｙ軸方向とする）および南方向（Ｘ
軸方向とする）にそれぞれ均等間隔で連続する０
〜23のメツシユ線が設けられる。即ち、Ｘ軸に24
本のメツシユ線MX０〜MX２３と、Ｙ軸に24本
のメツシユ線MY０〜MY２３を均等間隔に引
く。 そして、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各メツシユ
線が交叉して23×23個の同一形状（本実施例では
正方形）からなるコマＫを形成すると共に前記メ
ツシユ線（MX0〜MX23及び、MY0〜MY23）
の交叉点となる格子点Pnが一定間隔で24個（P1
からP576まで）設けられることになる。 この格子点の相互の位置関係を表すために、座
標点ｘ，ｙ、又はマトリツクスｍ，ｎを用いる。 本実施例では図中横方向をＸ軸とし、縦方向を
Ｙ軸方とした。 次ぎに、図中左側最上段の格子点Ｐ１を基点と
してその（二次元）座標を（０，０）とした。 そしてメツシユ線の間隔を１として０〜23の連
続する整数を符したので、各格子点Pnの二次元
位置を座標（０，０）〜（23，23）で表すことが
できる。 そして、更に、この格子点Pnに対応する前記
地図におけるポイントの標高データを等高線など
の実測された標高数値をもとに読みとり、前記座
標と共に各格子点Pn毎に標高データを読みとり
定めていく。 このようにして定められた全ての格子点Ｐ１〜
Ｐ５７６の（二次元）座標ｘ，ｙ及び該格子点位
置での標高データ(z)は一連になつて三次元座標と
しての格子点データｘ，ｙ，ｚが得られる。 このようにして得られた各格子点Pnにおける
格子点データは、格子点データ入力手段１を介し
てマイクロコンピユータ構成のシミユレーシヨン
装置Ｄに入力される。 該シミユレーシヨン装置Ｄでは、その演算処理
部に、等高線図データ演算手段２と、シミユレー
シヨンデータ演算手段３と、立体図データ演算手
段４と、グラフイツク作成手段６とを備えてい
る。 即ち、等高線図データ演算手段２は、まず、格
子点の座標データ、外部表示上のメツシユ間隔等
のデータを基に、外部表示用に置き換えられた23
×23のコマを形成するメツシユ乃至格子点の座標
x′，y′を設定する。 そして、全ての格子点データ中の標高データか
ら最高レベルの標高を有する格子点および最低レ
ベルの標高を有する格子点を選出しメツシユ上に
表示する。 次ぎに、上記メツシユ上に所望の等間隔に設定
した等高線がどのような形状となるかを算出す
る。 即ち、第３図で示す如く、メツシユを構成する
１つ１つのコマについて対角線を引いた場合に、
上側の直角三角形を構成する３つの格子点Pa，
Pb，Pcを採り上げ、このPa，Pb，Pcを大きい
順にＵ３，Ｕ２，Ｕ１に置き換える（第４図〜第
５図）。 このＵ３，Ｕ２，Ｕ１間を結んで形成される直
角三角形内には、前記最高レベルの標高と最低レ
ベルの標高の間で所定間隔に設けられた等高線の
標高が一つ以上存在する。 或るレベルの等高線の標高がＵ３−Ｕ１間に存
在するとした場合、この等高線と等しい標高とな
る点ＡをＵ３−Ｕ１間に求める。 このために等高線と等しい標高となる点Ａを、
Ｕ３の標高とＵ１の標高との間でＭ：Ｎの絶対値
の比率を求め、Ｕ３からＵ１の水平線に垂した垂
直線ｌ（本実施例ではＵ２−Ｕ１間の直線部分に
対応）上で按分比例して仮のＡを求め、その仮の
Ａをそのまま水平移動してＵ３−Ｕ１を結ぶ直線
の交点を求め、その交点をＡ点とする（第４図参
照）。 換言すれば、今、Ｕ３の標高が90Kmで、Ｕ１の
標高が60Kmとした場合、80Kmの等高線を描くには
前記垂直線l1を１：２に按分して仮のＡ点を求
め、そのＡ点をから引いた水平線とＵ３−Ｕ１を
結ぶ直線の交点が点Ａの二次元座標となる。 次に、上記等高線の標高は、Ｕ３−Ｕ２間又は
Ｕ２−Ｕ１間のいずれかに存在するのでどちらに
存在するか判断し、前記と同様、高い方の標高と
低い方の標高との間においてM′：N′の絶対値の
比率を求めＢ点を特定する。 このＡ点とＢ点とを直線で結んで等高線を描く
（第５図ａ，ｂ参照）。 この作業を上記一つの直角三角形において各等
高線の標高毎に行い、それが済むと順次例えば左
から右へ順次一段ずつ下りながら全てのコマで同
様の処理を繰返し行う。右最下段のコマが済むと
次に左最上段のコマに再度戻る。 そして、今度は前記対角線で仕切られたコマの
下側に形成される直角三角形部分において同様の
処理を行い順次繰返す（第３図参照）。 即ち１つのコマで２回の処理を各レベルの等高
線毎に行い前記メツシユ内に予め設定された間隔
を有する等高線を描くことができる。 このような手順を経て、前記入力された格子点
データから、所定間隔の等高線をメツシユ内に描
くことのできる二次元座標の等高線データを算出
することができる。 この等高線データを、前記格子点データと共に
用いて、コンピユータのグラフイツク機能（グラ
フイツク作成手段６）を介してデイスプレイ又は
プロツタ等の外部表示手段７によつて第２図で示
す如き等高線図を表示することができる。 尚、この発明において上記等高線図は、光学的
に図形を読取とつてデータとして入力するデジタ
イザ、スキヤナーその他の入力手段を用いて入力
してもよい。 この場合、予め所定間隔のメツシユ乃至格子点
を設定しておき、上記入力手段によつて等高線だ
けのデータを入力してから、両者をデイスプレイ
７で表示し、それを見ながら各格子点の標高デー
タを順次テンキー等で入力する構成であつてもよ
い。 次に、前記等高線図を基に造成用掘削条件を入
力し、該掘削条件を基にシミユレーシヨンした後
の格子点データを求める構成について説明する。 まず外部表示手段７に外部表示された等高線図
を基に掘削範囲及び非掘削範囲を設定する。 この場合、掘削はまず、最低標高レベルのフロ
アーを基準にして下から上に向かい（掘削角度を
上向に設定して）行う場合をシミユレーシヨンす
るので、最低レベルのフロアの境界は、連続する
直線で形成された内側境界線ILで表し、その外
側にあつて、掘削する部分と掘削しない部分とを
区分するための境界は、連続する直線で形成され
た外側境界線OLで表す（第６図参照）。 この境界線は２点から与えられればよく、該２
点を結ぶ直線即ち１次関数ｆ(x)で表すことができ
る。 内側境界線ILに囲繞されたフロアーは、予め
設定された標高に掘削されるフロアーであり、内
側境界線ILの外側で且つ外側境界線OLの内側に
囲繞された領域は所定角度で上向きに掘削（後述
の如く下向きにも掘削されるが）が行われる他域
であり、外側境界線OLの外側の領域は全く掘削
が行われない地域である。 そして前記内側境界線ILと外側境界線OLとは、
外部表示された等高線図を基に境界線データ入力
手段５で入力される。 例えば、等高線図がデイスプレイ上に表示され
ている場合は、タツチペン構成の境界線データ入
力手段５で等直線データ又は２点のデータを入力
し、プリント上に表示されている場合は、該プリ
ント上に直接描かれた境界線をデジタイザー構成
の境界線データ入力手段５で読取つて境界線デー
タとして入力する。 尚、境界線データ入力手段５は、前記格子点デ
ータ入力手段１と同一のデータ入力手段或いはデ
ータ読取手段であつてもよい。 このようにして入力された境界線データを基
に、次に各格子点の類別を行う（第６図参照）。 内側境界線ILで囲繞されたフロア部分に含ま
れる格子点（説明上、●で表示）は予め設定され
ている前記掘削条件の標高データと置換する。 外側境界線OLより外側の非掘削部分の格子点
（説明上、×で表示）は掘削しない部分となるの
で、該領域に含まれる格子点の標高データは変更
せず同一のままとする。 内側境界線ILの外側で、外側境界線OLの内側
となる掘削範囲内の格子点（説明上、△で表示）
の標高データについては下記の演算処理を行う。 ここで、予め掘削条件として所望の掘削角度、
掘削方向、フロアの標高レベル等が所期設定され
る。 そして、掘削方向は、内側境界線ILを基準に
＋（１）か、−（０）かで表す。 尚、この場合掘削方向がメツシユのＸ軸、Ｙ軸
と平行でない場合には第７図に示す如く、掘削方
向を示すベクトルＰをｘ，ｙ成分に分割し、Px，
Pyを求めＰとPx又はＰとPyとのなす角αとβの
うち小さい方を基準としてＸ軸又はＹ軸に沿う方
向を掘削方向として処理する。 図示例の場合α＞βであるからPyによる。掘
削範囲内とされた格子点に掘削角度が加えられて
掘削後に想定される標高データが計測される。 即ち、掘削角度Ｇは第８図で示す如く、前記掘
削方向と同様にベクトルＡをｘ，ｙ成分に分割
し、Ａとのなす角が小さい方A′を選び偽傾斜
G′とする。 尚偽傾斜G′は G′＝TAN^-1Ｈ／｜Ｘ｜ ＝SIN^-1（COS α×SIN Ｇ） で表される。 このG′角度をもとに格子点の標高データを算
出する。 格子点がない時は２点の平均を求めて標高デー
タとする。 これを各内側境界線ILごとに掘削範囲内の格
子点の標高データが最低標高レベルを超えない範
囲で行う。 また、内側境界線IL相互間の隣接部分は同一
格子点において複数の標高データが算出される場
合があり、その場合は標高データの高い方（図中
●で表示）をその格子点の標高データとして決定
し掘削後の標高データを決定する（第９図参照）。 このようにして格子点の標高データをもとにシ
ミユレーシヨン後の格子点データを得ることがで
きる。 以上は、予め掘削後の最低レベル乃至フロアが
決定されていて、下から上に掘削していく場合の
格子点データの演算手順である。 ここで、内側境界線ILと外側境界線OLとが相
似形でない場合は、内側境界線ILから上向に掘
削角度を設定してシミユレーシヨンした場合に外
側境界線OLの境界に沿つて掘削することができ
ない。 そこで次ぎに、外側境界線OLから内側境界線
ILに向かつて下向に前記上向き掘削角度に対向
する掘削角度を設定して、前記と同様に偽傾斜
G′を算出して、各格子点の標高を測定し、掘削
範囲となる格子点の標高データを演算する（第６
図参照）。 そして、同一の格子点に下向に掘削角度を設定
した場合の標高データと、上向に掘削角度を設定
した場合の標高データとが異なつた場合には、標
高の高い方のデータを正しい標高データに決定す
る。 なお、掘削方向の演算法、格子点がない場合の
標高データの演算法、境界線相互間の隣接部分に
複数の標高データが存在する場合の演算法等は掘
削の方向が逆になるだけで全て前記演算方法と同
様である。 上記の各段階で得られた格子点データは、ｘ，
ｙ，ｚからなる三次元座標であるので、立体図デ
ータ演算手段４によつて、外部表示手段７で適宜
方式の立体図として表示可能な立体図データに演
算処理される。 例えば、立体図データ演算手段４が前記各格子
点データを基に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を所定角度に設定
した透視図を外部表示する場合には、各格子点デ
ータからその標高データｚの最高と最低レベルの
差を算出する。 次に、立体図の視点即ち水平面から上方へ計つ
た角度（仰角）および真南から反時計回りにずれ
る角度（水平角）等を入力して、上記水平角の大
きさに応じてパターン化された修正値を前記格子
点データに加えて立体図表示用座標を定める。 この立体図表示用座標を用いグラフイツク作成
手段６を介して、デイスプレーやプロツター等の
外部表示手段７に透視図を表示することができ
る。 また、等高線を用いた立体図で陰線処理を施し
た透視図を作成することもできる。 尚、前記立体図データ演算手段４は通常のコン
ピユータグラフイツク機能による処理でよく、格
子点データから与えられた各データをもとに、通
常設定された仰角および水平角に応じた修正処理
を行い、各格子点毎にデイスプレイ上の座標を決
めて行きその座標を結んでいくものであり、メツ
シユを所定角度でずらした場合の各断面図を重ね
合わせた形状からなる透視図を描くことができる
（第１０図参照）。 その他、立体図を作成するための具体的構成は
問わず、格子点データを有する３次元データをも
とに外部表示手段７を介して表示しうるものであ
れば如何なる構成であつてもよい。 尚、本発明では異なる実施例として陰線処理を
施した立体図を外部表示する場合を説明する。 この陰線処理は、前記透視図と同様予め設定さ
れた仰角および水平角をもとにパターン化された
修正数値を用いて格子点データを修正しデイスプ
レイ上の座標を得る。 そして、立体図作成のためのXYZ軸が設定さ
れたらその基点側から前方に向かつて順次格子点
毎の座標を入力していく。 この際コマ毎に格子点で形成される面は輪部の
みを有彩色で残し、順次前方に進むにつれ重合す
る部分を塗りつぶしていけば、重合う部分は最前
の面のみが残り、重なり合わない部分はそれぞれ
の輪部が残ることになるので陰線を残さない立体
図（第１１図）を作成することができ好ましい。 次ぎに、前記掘削前の格子点データと掘削処理
後の想定される格子点データをもとにして掘削土
量を測定することができる。 即ち、前記掘削前の等高線図およびシミユレー
シヨン後の等高線図に土量計算の対象となる標高
の最高レベルと最低レベルを設定し、その範囲内
にある標高を有する格子点を計算対象とする。 そして、１メツシユ内の格子点３点から２つの
直角三角形を採り山し、この直角三角形の中に所
定標高レベル以上の部分が存在するかどうか調べ
る。 存在する場合はその面積を求める（縮尺率をも
とに実際の距離として計算する）。 全てを積算することにより所定標高レベル以上
の範囲の面積を求める。 この所定標高レベルは、土量計算する際の輪切
りの間隔即ちBETを基に定められるので各BET
レベルの標高レベル以上の範囲の面積が求められ
る。 そして、隣接する上部面積と下部面積の平均を
取りBETを乗算して各レベル間の体積とする。 このようにして各レベルごとに掘削前の体積か
ら掘削後の体積を減算することにより掘削土量を
計測し、外部表示手段に出力することができる。

【発明の効果】

この発明は、三次元データからなる格子点デー
タを基に、所望造成用掘削条件を設定して掘削後
に想定される地形図を立体図として外部表示する
ことができ、更に土量計算も行えるので、掘削土
量の計算や、埋め立てを同時に行う場合に上記掘
削土量で賄えるか否かの計算等、掘削前にあらゆ
る可能性を具体化することができ最適な造成計画
を立てることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は機能ブロツク図、第２図はこの発明の
等高線図、第３図〜第５図は等高線データを得る
ための概念説明図、第６図〜第９図は掘削処理後
の格子点データを得るための概念説明図、第１０
図は同陰線処理を施した透視図、第１１図は同透
視図である。 １……格子点データ入力手段、２……等高線図
データ演算手段、３……シミユレーシヨンデータ
演算手段、４……立体図データ演算手段、５……
境界線データ入力手段、６……グラフイツク作成
手段６、７……外部表示手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 標高が実測された造成地の実測平面図をもと
   に該実測平面図を等間隔のメツシユ状に分割した
   場合の各格子点の位置と該格子点における標高と
   を読取つて得られた格子点データを入力するため
   の格子点データ入力手段と、 該格子点データ入力手段から入力された格子点
   データを基に、メツシユ内に所望間隔の等高線で
   描かれる造成前等高線図作成データを演算する等
   高線図データ演算手段と、 該等高線図データ演算手段により得られた造成
   前等高線図データに、 造成完成予定地の範囲を直線の連続として表わ
   す造成完成予定地境界線の境界線データと、 該境界線データを基準にして掘削方向を示す掘
   削方向データと、 掘削角度を示す掘削角度データと、 造成完成予定レベル（フロア）の標高を示す最
   終掘削レベルデータとを入力し演算処理して造成
   シミユレーシヨン後の格子点データを得るシミユ
   レーシヨンデータ演算手段と、 該シミユレーシヨンデータ演算手段から得られ
   た造成シミユレーシヨン後の格子点データをもと
   に所望視点位置から見た透視図等の立体図作成デ
   ータを算出するための立体図データ演算手段と、 該立体図データ演算手段から得られた立体図作
   成データ乃至前記等高線図データ演算手段から得
   られた等高線図作成データを基に、立体図乃至等
   高線図を外部表示手段にイメージ出力させるグラ
   フイツク作成手段とを備えてなる造成地シミユレ
   ーシヨンシステム。 ２ シミユレーシヨンデータ演算手段に入力する
   造成完成予定地の範囲を直線の連続として表わす
   造成完成予定地境界線の境界線データが、最低標
   高となるフロアを囲繞するフロア境界線データ
   と、非造成予定地の範囲を示す非造成境界線デー
   タとからなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の造成地シミユレーシヨンシステム。