JPWO2008062819A1 - ３次元地図データ生成システム、３次元地図データ生成方法及び３次元地図データ生成用プログラム - Google Patents

Abstract

無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、特に当該基地局近傍にある建造物の高さ方向の精度が高い３次元地図データ生成システム及び方法を提供する。建造物の外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、高さは前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求める。その際、前記写真には、前記建造物を含むエリアに無線通信サービスを供する無線通信システムの基地局アンテナが設置されたフロアと同一のフロアから撮影されたものを用いる。

Description

本発明は、３次元地図データの生成システム、３次元地図データ生成方法及び３次元地図データ生成用プログラムに関し、特に、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するための３次元地図データの生成システム、３次元地図データ生成方法及び３次元地図データ生成用プログラムに関する。

無線通信システムにおける基地局や親機等の配置や、配置された基地局や親機等のパラメータの最適化を援助するために電波伝搬特性推定システム（電波伝搬シミュレータ）が用いられる。電波伝搬特性を高精度に推定するためには、電波の送受信点である基地局や親機の周辺にある障害物の位置や形状を正確に把握し、それらを決定論的に考慮する必要がある。たとえば、無線通信システムの基地局が屋外に設置されている場合には、当該基地局周辺の建造物の３次元形状が正確に格納された電子地図データ（以下、３次元地図データ）が必要である。

３次元地図データを生成するための従来の手法は、以下２つの手法に大別される。第１の手法は、航空写真や衛星写真など、データ生成対象を上空から撮影した写真を用いるものである。特に、データ生成対象となる建造物を異なる２点から撮影した写真を用い、２枚の写真の視差を用いてステレオ処理することにより、当該建造物の３次元形状を得るステレオ画像法がよく用いられる。ステレオ画像法の詳細に関しては、たとえば非特許文献１に開示されている。

第１の手法では、建造物上面を正面から見た方向から写真が撮影されるため、当該建造物を上面から正射影した外郭形状情報を精度良く求めることができる。一方、当該建造物の高さに対してはほとんど垂直の方向から撮影されるため、写真内で高さの情報が圧縮される。その結果、写真をデジタル化する際に生じる量子化誤差や、オペレータが当該建造物の特徴点を抽出する際の人為的な誤差による影響が大きくなり、外郭形状に比べると精度が劣化してしまう。また、対象となる建造物の周辺に他の建造物が密集して建っている場合、生成対象となる建造物の特徴点が周辺の建造物によって遮蔽されるなどの影響により、さらに精度の劣化をまねく場合が多い。

３次元地図データを生成するための第２の手法は、車載カメラから撮影された写真を用いるものである。たとえば、特許文献１によれば、２台のカメラを搭載した移動計測車から建造物の写真を撮影し、撮影した瞬間の撮像３次元位置データおよび撮像条件（カメラ視線の水平方向角、垂直方向角、ズーム係数等）から、当該建造物の高さの情報を得る手法が開示されている。

第２の手法では、移動計測車が走行可能な道路沿いの建造物については、その高さ情報を精度良く求めることができる。しかしながら、道路沿いになく、道路から見えない建造物に関しては、その高さ情報を得ることができない。また、多くの建造物では屋上に棟屋や看板などの構造物が存在するが、こうした構造物が道路から見えない場合には、その構造物データを得ることができない。もっとも、生成された３次元地図をカーナビゲーションシステムに応用する場合には、道路上の運転者から見える建造物の情報が精度良く再現されていることが重要であるから、道路から見えない建物や建造物の精度が悪くても大きな問題はないといえる。
特開２００３−００６６８０号公報 高木幹雄、下田陽久、「新編 画像解析ハンドブック」、ｐｐ．１３１９−１３４９、東京大学出版会、２００４年 「コンピュータビジョン−視覚の幾何学−」（ｐｐ．３０−３８、ｐｐ．１４６−１４９、佐藤淳著、コロナ社）

ところが、３次元地図を無線通信システムにおける電波伝搬推定に応用する場合、従来技術の問題点が深刻になる。無線通信システムの電波伝搬推定においては、基地局近傍の建造物や、基地局から見通せる位置にある建造物について、その外郭形状及び高さの情報が重要となる。前述のとおり、建造物の外郭形状は第１の従来手法から高精度に生成可能であるが、高さ情報には問題があった。基地局近傍の建造物や、基地局から見通せる位置にある建造物の高さ情報に誤りがある場合、当該建造物には比較的高い電力を持つ電波成分が到達するため、当該建造物での反射や透過、回折の現象を誤って推定することによる影響度合いが大きくなる。

具体的には、第１の従来手法によれば、そもそも高さ方向の精度劣化が大きく、電波伝搬特性を高精度に推定するうえでは不十分であった。さらに、前述のとおり対象となる建造物の周辺に他の建造物が密集して建っている場合には、さらなる精度劣化をまねくという問題点があった。そのため、特に建造物が密集した都市部において、電波伝搬推定の精度を劣化させる要因となっていた。

また、第２の従来手法によれば、電波伝搬推定において重要となる基地局近傍の建造物や基地局から見通せる位置にある建造物が道路から見えない場合、当該建造物の高さ情報を得ることができないという問題点があった。さらに、携帯電話の基地局は周辺建造物の平均的な高さよりもやや高い位置に設置されることが多いため、周辺建造物にある屋上の棟屋や看板の影響を大きく受けるが、このような状況は第２の従来手法では対応できなかった。そのため、やはり電波伝搬推定の精度を劣化させる要因となっていた。

本発明の目的は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、特に当該基地局近傍にある建造物の高さ方向の精度が高い３次元地図データ生成システム及び方法を提供することにある。本発明の他の目的は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、当該基地局近傍にある建造物屋上の棟屋や看板などの状況を反映した３次元地図データ生成システム及び方法を提供することにある。

本発明によれば、建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成システムであって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求める手段を含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成システムが提供される。

また、本発明によれば、建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法であって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成方法が提供される。

更に、本発明によれば、建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法をコンピュータに実行させるための３次元地図データ生成用プログラムであって、前記方法は、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成用プログラムが提供される。

本発明の第１の効果は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、特に当該基地局近傍にある建造物の高さ方向の精度が高い３次元地図データ生成システム及び方法を提供できることにある。その理由は、建造物の高さを求める際、当該基地局の設置位置から撮影された写真を用いることに起因する。このような写真は、高さの生成対象となる建造物側面をほぼ正面から見た方向から撮影されるため、高さの情報が大きく圧縮されることはなく、道路から見えない建造物も認識することができる。

本発明の第２の効果は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、当該基地局近傍にある建造物屋上の棟屋や看板などの状況を反映した３次元地図データ生成システム及び方法を提供できることにある。その理由は、建造物の高さを求める際、当該基地局の設置位置から撮影された写真を用いることに起因する。このような写真は、高さの生成対象となる建造物を斜め上から見下ろす形態となるため、屋上の棟屋や看板などの状況を認識することができる。

本発明の第１の実施の形態の概略を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の概略を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施の形態の動作の概略を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の動作の概略を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるステップ２０の詳細を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるステップ３０の詳細を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるステップ３０の詳細を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるステップ５０の詳細を示すフローチャートである。 写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を図で示したものである。 ステップＳ３０において建造物高を自動処理によって計算するステップを含む場合のフローを説明するために用いる写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を示したものである。 ステップＳ３０において建造物高を手動処理によって計算するステップを含む場合のフローを説明するために用いる写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を示したものである。 ステップＳ５０の詳細フローを説明するために用いる写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を示したものである。 本発明の実施の一例の概略を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１０ 写真データベース
１１ ２次元地図データベース
１２ 標高地図データベース
１３ ３次元地図データベース
２０ データ入出力手段
３０ 基準点編集手段
３１ カメラパラメータ編集手段
３２ 建造物高編集手段
３３ 地図要素外編集手段
４１ カメラパラメータ計算手段
４２ 建造物高計算手段
５０ 地図・写真表示手段
６０ 制御部
７０ ネットワーク
１１０ 写真データ
１１１ ２次元地図データ
１１２ 標高地図データ
１１３ ３次元地図データ

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の概略を示す機能ブロック図である。図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態は、写真データベース（写真ＤＢ）１０、２次元地図データベース（２Ｄ地図ＤＢ）１１、標高地図データベース（標高地図ＤＢ）１２、３次元地図データベース（３Ｄ地図ＤＢ）１３、データ入出力手段２０、基準点編集手段３０、カメラパラメータ編集手段３１、建造物高編集手段３２、カメラパラメータ計算手段４１、建造物高計算手段４２、地図・写真表示手段５０、制御部６０とを含んで構成される。

写真ＤＢ１０には、３次元地図データの生成対象となる建造物が撮影された写真が格納されている。これらの写真は、被写体となっている建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものである。また、一つの建造物を拡大して撮影したものではなく、複数の建造物が道路や庭などの地面と共に撮影されていることが好ましい。また、各写真に対して、できるだけ多くのカメラパラメータが格納されていることが好ましい。カメラパラメータとは、外部パラメータである撮影時のカメラの位置（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ：未知数３）や姿勢（θｘ、θｙ、θｚ：未知数３）と、内部パラメータである焦点距離（ｆ：未知数１）、画像中心の座標（ｕ０、ｖ０：未知数２）、スケール・ファクタ（ｋｕ、ｋｖ未知数２）、せん断係数（ｋｓ未知数１）の、合計１２個のパラメータである。

２Ｄ地図ＤＢ１１には、３次元地図データを生成する基となる２次元地図データが格納されている。なお、格納される２次元地図データは、個々の建物や道路などの地図要素の（Ｘ，Ｙ）座標が、たとえば経度緯度などの数値データで記載されたデジタル２次元地図データであることが好ましい。また、個々の建造物には階数の情報が格納されていることが好ましい。

標高地図ＤＢ１２には、３次元地図データを生成する基となる標高データが格納されている。なお、格納される標高データは、各地点での標高が数値データで記載されたデジタル標高地図データであることが好ましい。２Ｄ地図ＤＢ１１や標高地図ＤＢ１２は、一般に市販されているものが利用可能である。

３Ｄ地図ＤＢ１３には、建造物高編集手段３２や建造物高計算手段４２で最終的に決定された建造物高を含む３次元地図データが格納されている。

データ入出力手段２０は、写真ＤＢ１０、２Ｄ地図ＤＢ１１、標高地図ＤＢ１２の中から、３次元地図データの生成に必要なデータとして、写真１１０、２Ｄ地図データ１１１、標高地図データ１１２を選択すると共に、これらのデータを制御部６０に渡す機能を有する。また、建造物高編集手段３２や建造物高計算手段４２で最終的に決定された建造物高を含む３次元地図データ１１３を、３Ｄ地図ＤＢ１３に格納する機能を有する。

基準点編集手段３０は、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１との間で同一地点を表す基準点を入力・変更・削除できる機能を有する。カメラパラメータ編集手段３１は、写真１１１に格納されたカメラパラメータを個々のパラメータごとに表示すると共に、それらを入力・変更できる機能を有する。建造物高編集手段３２は、２Ｄ地図データ１１１に記載された建造物の高さを入力・変更できる機能を有する。

カメラパラメータ計算手段４１は、基準点編集手段３０やカメラパラメータ編集手段３１により与えられたデータをもとに、写真１１０のカメラパラメータを計算する機能を有する。建造物高計算手段４２は、カメラパラメータ編集手段３１またはカメラパラメータ計算手段４１で与えられたカメラパラメータデータをもとに、２Ｄ地図データ１１１内にある建造物の高さを計算する機能を有する。

地図・写真表示手段５０は、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１を画面上に表示する機能を有する。また、カメラパラメータ編集手段３１やカメラパラメータ計算手段４１により与えられたカメラパラメータをもとに、２Ｄ地図データ１１１をあたかも写真１１０と同じ条件で撮影したかのように３Ｄ表示する機能を有することが好ましい。その際、建造物高編集手段３２や建造物高計算手段４２により与えられた建造物高データと、標高地図データ１１２内の標高データを反映することにより、より現実に近い３Ｄ表示を行うことができる。さらには、カメラパラメータ編集手段３１、建造物高編集手段３２、カメラパラメータ計算手段４１、建造物高計算手段５１での値の変更に連動して、当該３Ｄ表示を変更する機能を有することが好ましい。このような機能を有することにより、３次元地図データを生成するオペレータは、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の３Ｄ表示を比較することにより、カメラパラメータや建造物高の編集を容易に実行することが可能となる。

制御部６０は、これら各手段２０〜５０を制御するＣＰＵである。

図３は、図１の動作の概略を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態によれば、まず、写真ＤＢ１０、２Ｄ地図ＤＢ１１、標高地図ＤＢ１２の中から、データ入出力手段２０により、写真１１０、２Ｄ地図データ１１１、標高地図データ１１２を選択し、これを取り込む（ステップＳ１０）。次に、カメラパラメータ編集手段３１やカメラパラメータ計算手段４１により、写真ＤＢ１０のカメラパラメータを決定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の詳細については後述する。次に、建造物高編集手段３２や建造物高計算手段４２により、２Ｄ地図データ１１１内にある建造物の建造物高を決定する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の詳細については後述する。最後に、ステップＳ３０にて決定された建造物高を含む３次元地図データ１１３を、３Ｄ地図ＤＢ１３に格納する（ステップ４０）。

ステップＳ２０の詳細フローを、図５及び図９を用いて説明する。図９は、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を図で示したものであり、２Ｄ地図データ１１１の灰色部分が、写真１１０の撮像範囲に相当する。

まず、ステップＳ１０で取り込まれた写真１１０のカメラパラメータのうち既知の項目があれば、カメラパラメータ編集手段３１によりこれらを入力する（ステップＳ２１）。

次に、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１との間で同一地点を表す基準点を６点以上入力する（ステップＳ２２）。図９の黒丸に、基準点の一例を示す。図９にも示すように、基準点として建造物の角などの特徴のある点を選ぶことにより、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１とで選ばれた点どうしが同一地点であることの確認が容易となる。なお、ステップＳ２２及び後述するステップＳ２３では、２Ｄ地図データ１１１を３次元地図データとして扱うことに注意が必要である。具体的には、２Ｄ地図データ１１１上で基準点を選択する際、その位置での（Ｘ，Ｙ）座標（たとえば経度緯度）と共にＺ座標を指定する。したがって、基準点の選択にあたっては、Ｚ座標が標高データ１１２から取得可能な地面を選択するか、建造物高が既知である建造物の屋上などを選択する必要がある。なお、標高データ１１２には離散的な地点での標高データしか格納されていない。そのため、基準点として選ばれた点が標高データ格納地点に一致しない場合があるが、このような場合には、当該地点周辺の標高データから近似した値を用いればよい。

次に、ステップＳ２２により入力された基準点の情報を用いてカメラパラメータを計算する（ステップＳ２３）。前述のとおり、カメラパラメータは１２個のパラメータを持つが、これらは２Ｄ地図データ１１１上の任意の点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から写真１１０の点（ｕ，ｖ）への変換を表す（３×４）のカメラ行列Ｐとして一般化される。カメラ行列Ｐには１２個の要素を含むため、ステップＳ２２により入力された６個以上の基準点の情報を用いれば、各要素を求めることができる。さらに、前述の１２個のカメラパラメータも計算することができる。６個以上の基準点の座標を利用してカメラ行列及びカメラパラメータを求める方法は、たとえば非特許文献２などに記載されている。なお、ステップＳ２１でいくつかのカメラパラメータが与えられた場合には、これらを拘束条件として、未知のパラメータについてのみ最小二乗法によってパラメータを同定する。あるいは、ステップＳ２２で７個以上の基準点が与えられた場合についても同様に、最小二乗法によってパラメータを同定する。このように、入力するカメラパラメータ及び基準点の情報を多くすることにより、カメラ行列Ｐ及びカメラパラメータの計算精度を高めることができる。

次に、ステップＳ２３で計算されたカメラパラメータに修正が必要であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。そのため、ステップＳ２３で計算されたカメラパラメータをもとに、２Ｄ地図データ１１１をあたかも写真１１０と同じ条件で撮影したかのように３Ｄ表示させる。その際、２Ｄ地図データ１１１内の建造物におおよその建造物高を与え、これを反映して３Ｄ表示させる。たとえば、２Ｄ地図データの個々の建造物に階数の情報が格納されている場合、これを元におおよその高さを求めることができる。このような３Ｄ表示により、３次元地図データを生成するオペレータは、写真１１０と当該３Ｄ表示を比較することにより、ステップＳ２３で計算されたカメラパラメータに修正が必要であるか否かを容易に判定することができる。カメラパラメータに修正が必要でないと判断される場合、カメラパラメータを当該値に決定し、ステップＳ２０での作業を終了する。カメラパラメータに修正が必要であると判断される場合、ステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２４でカメラパラメータに修正が必要であると判断される場合、カメラパラメータを修正する（ステップＳ２５）。具体的には、カメラパラメータ編集手段３１によりパラメータの修正を行う。前述の３Ｄ表示は、カメラパラメータ編集手段３１での値の変更に連動して変更される。そのため、３次元地図データを生成するオペレータは、カメラパラメータを編集しながら写真１１０と当該３Ｄ表示を比較し、最適なカメラパラメータを容易に導出することができる。最適なカメラパラメータが導出されると、カメラパラメータを当該値に決定し、ステップＳ２０での作業を終了する。

ステップＳ３０の詳細フローを、図６、図７、図１０、図１１を用いて説明する。図６は、建造物高を自動処理によって計算するステップを含む場合のフローチャートである。また、図１０は、本フローを説明するために用いる写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を示したものである。まず、２Ｄ地図データ１１１内の建造物と写真１１０との相関処理によって、建造物高を計算する（ステップ３１）。具体的には、はじめに２Ｄ地図データ１１１内の建造物に適当な高さを付与し、前述のカメラ行列Ｐを用いて、当該建造物の屋上に相当するポリゴンを写真１１０上に射影する。図１０では、灰色で示す対象建造物のポリゴンが、付与された建造物高に応じてカメラ行列Ｐを用いて写真１１０上に射影される様子を示している。具体的には、建造物高としてｈ１、ｈ２、ｈ３の場合における射影されたポリゴンを示している。続いて、付与された建造物高ごとに射影されたポリゴンと写真１１０との相関を計算し、相関値が最大となるときの建造物高か、相関値があらかじめ定められた閾値を越えるような建造物高が複数ある場合には、その中で建造物高が最大となるときの建造物高を採用する。以上の操作を、写真１１０と２Ｄ地図データ１１１内に共通に存在する建造物について実行する。

次に、ステップＳ３１で得られた建造物高に修正が必要であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。そのため、ステップＳ２０で決定されたカメラパラメータをもとに、２Ｄ地図データ１１１をあたかも写真１１０と同じ条件で撮影したかのように３Ｄ表示させる。その際、２Ｄ地図データ１１１内の建造物にステップＳ３１で得られた建造物高を与え、これを反映して３Ｄ表示させる。このような３Ｄ表示により、３次元地図データを生成するオペレータは、写真１１０と当該３Ｄ表示を比較することにより、ステップＳ３１で計算された建造物高に修正が必要であるか否かを容易に判定することができる。写真１１０と２Ｄ地図データ１１１内に共通に存在する建造物について、建造物高に修正が必要でないと判断される場合、それぞれの建造物高を当該値に決定し、ステップＳ３０での作業を終了する。建造物高に修正が必要であると判断される場合、ステップＳ３３に移行する。

ステップＳ３２で建造物高に修正が必要であると判断される場合、建造物高を修正する（ステップＳ３３）。具体的には、建造物高編集手段３２によりパラメータの修正を行う。前述の３Ｄ表示は、建造物高編集手段３２での値の変更に連動して変更される。そのため、３次元地図データを生成するオペレータは、建造物高を編集しながら写真１１０と当該３Ｄ表示を比較し、最適な建造物高を容易に導出することができる。写真１１０と２Ｄ地図データ１１１内に共通に存在する建造物について最適な建造物高が導出されると、それぞれの建造物高を当該値に決定し、ステップＳ３０での作業を終了する。

一方、図７は、建造物高を手動処理によって計算するステップを含む場合である。また、図１１は、本フローを説明するために用いる写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を示したものである。まず、２Ｄ地図データ１１１内の建造物と写真１１０との対応付けによって、建造物高を計算する（ステップ３４）。具体的には、はじめに、高さを求めたい建造物の屋上部分のある頂点Ａを写真１１０上で指定する。前述のカメラ行列Ｐの逆行列を用いれば、写真１１０上で指定された頂点Ａは、２Ｄ地図データ１１１上では３次元の直線として表現される。次に、頂点Ａに対応する２Ｄ地図データ１１１上での点を指定する。頂点Ａの対応点の（Ｘ，Ｙ）座標は、２Ｄ地図データから知ることができるため、この値を先の直線の方程式に代入すれば、頂点ＡのＺ座標を求めることができる。つまり、当該建造物の高さが求まる。カメラパラメータや点指定の誤差により、前記直線が頂点Ａに交差しない場合があるが、このような場合には、頂点Ａに最も近い位置でのＺ座標を当該建造物の高さとすればよい。

次に、ステップＳ３４で得られた建造物高に修正が必要であるか否かを判定する。この処理は、前述したステップＳ３２の処理と同じである。さらに、ステップＳ３２で建造物高に修正が必要であると判断される場合、建造物高を修正する。この処理は、前述したステップ３３の処理と同じである。

図２は、本発明の第２の実施の形態の概略を示す機能ブロック図である。図２を参照すると、本発明の第２の実施の形態は、前述の第１の実施の形態に加えて、地図要素外編集手段３３を含んで構成される。

地図要素外編集手段３３は、建造物屋上の棟屋や看板ならびに植生など、通常の２Ｄ地図データには記載されていない情報を入力・変更する機能を有する。また、ここで編集された情報は、データ入出力手段２０を介して、３Ｄ地図ＤＢ１３に格納される。

図４は、図２の動作の概略を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態のステップＳ１０〜Ｓ４０までの処理を実施した後、地図要素外編集手段３３において建造物屋上の棟屋や看板ならびに植生などの情報を編集する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０の詳細については後述する。次に、ステップＳ５０にて決定された建造物高を含む３Ｄデータ１１３を、３Ｄ地図ＤＢ１３に格納する（ステップ６０）。

ステップＳ５０の詳細フローを、図８及び図１２を用いて説明する。図１２は、本フローを説明するために用いる写真１１０と２Ｄ地図データ１１１の一例を示したものである。まず、写真１１０と建造物高が付与された２Ｄ地図２１１の対応付けにより、建造物屋上の棟屋や看板及び植生などの位置や外郭形状を決定する（ステップＳ５１）。具体的には、まず、建造物屋上の棟屋や看板及び植生が建っている地点の点Ｂを写真１１０上で指定する。このとき、点ＢのＺ座標は既知である必要があるが、建造物屋上の棟屋や看板の場合には、当該地点での標高と当該建造物の建造物高から点ＢのＺ座標を計算できるし、植生の場合には、当該地点での標高を点ＢのＺ座標とすることができる。前述のカメラ行列Ｐの逆行列を用いれば、写真１１０上で指定された頂点Ｂは、２Ｄ地図データ１１１上では３次元の直線として表現される。一方、点ＢのＺ座標は既知であるため、この値を先の直線方程式に代入すれば、頂点Ｂの（Ｘ，Ｙ）座標を求めることができる。つまり、棟屋や看板及び植生が建っている点の位置が求まる。生成対象が棟屋などのように多角形である場合には、これらの処理を当該多角形のすべての頂点に対して実施し、生成対象の外郭形状を表すポリゴンを生成する。その際、図１２のように頂点の一部が遮蔽されている場合があるが、このような場合には、写真に撮像されている上面の映像から生成対象の外郭形状を認識すればよい。たとえば図１２の場合、棟屋の外郭形状は長方形であることが容易に認識できる。

次に、当該棟屋や看板及び植生の高さを決定する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２での処理は、ステップＳ３４での処理と同じである。

次に、ステップＳ５２で得られた建造物高に修正が必要であるか否かを判定する（ステップＳ５３）。この処理は、前述したステップＳ３２の処理と同じである。さらに、ステップＳ５３で建造物高に修正が必要であると判断される場合、建造物高を修正する（ステップＳ５４）。この処理は、前述したステップ３３の処理と同じである。

次に、具体的な実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態の動作を説明する。ここでは、本発明により生成される３次元地図データを、無線通信システムにおける電波伝搬推定に応用する場合を考える。このような場合には、写真１１０として当該無線通信システムの基地局アンテナが設置されている場所から撮影されていることが好ましい。このような写真を用いることにより、電波伝搬推定において重要となる基地局近傍の建造物に関して、高さ方向の精度が高く、建造物屋上の棟屋や看板などの状況を反映した３次元地図データが生成可能である。また、電波伝搬推定のユーザとなるアンテナ設置設計者は、基地局アンテナの緯度経度や高さなどをデータベースとして所有している場合が多い。このような場合には、これらのデータをステップ２１でカメラパラメータとして入力することにより、カメラ行列Ｐ及びカメラパラメータの計算精度を高めることができる。このような写真を用いて、３次元地図データを生成する手法については、［発明を実施するための最良の形態］で示したとおりである。

次に、写真を所有するユーザからそのデータを送付してもらうことで、上記ユーザに本発明により生成された３次元地図データを提供するサービスにおける例を考える。図１３は、前記サービスを実現するための機能ブロック図を表している。図１３を参照すると、本実施例は、前述の第１の実施の形態に示した２Ｄ地図ＤＢ１１、標高地図ＤＢ１２、３Ｄ地図ＤＢ１３、データ入出力手段２０、基準点編集手段３０、カメラパラメータ編集手段３１、建造物高編集手段３２、カメラパラメータ計算手段４１、建造物高計算手段４２、地図・写真表示手段５０、制御部６０のほか、ネットワーク７０とを含んで構成される。

２Ｄ地図ＤＢ１１、標高地図ＤＢ１２、３Ｄ地図ＤＢ１３、データ入出力手段２０、基準点編集手段３０、カメラパラメータ編集手段３１、建造物高編集手段３２、カメラパラメータ計算手段４１、建造物高計算手段４２、地図・写真表示手段５０、制御部６０の機能は、［発明を実施するための最良の形態］で示したとおりである。

ネットワーク７０は、ユーザから提供される写真１１１をデータ入出力手段２０まで送信する機能を有する。また、本発明により生成された３次元地図データをユーザまで送信する手段を有する。写真１１１を用いて、３次元地図データ１１３を生成する手法については、［発明を実施するための最良の形態］で示したとおりである。

なお、ユーザから提供される写真を活用する例については、上記では第１の実施の形態からの変更として述べたが、第２の実施の形態からの変更も可能である。

また、図１及び図２に記載の装置は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。

本願は、日本の特願２００６−３１４２６１（２００６年１１月２１日に出願）に基づいたものであり、又、特願２００６−３１４２６１に基づくパリ条約の優先権を主張するものである。特願２００６−３１４２６１の開示内容は、特願２００６−３１４２６１を参照することにより本明細書に援用される。

本発明の代表的な実施形態が詳細に述べられたが、様々な変更(changes)、置き換え(substitutions)及び選択(alternatives)が請求項で定義された発明の精神と範囲から逸脱することなくなされることが理解されるべきである。また、仮にクレームが出願手続きにおいて補正されたとしても、クレームされた発明の均等の範囲は維持されるものと発明者は意図する。

本発明によれば、携帯電話や無線ＬＡＮなどの無線通信システムにおける基地局や親機等の配置や、配置された基地局や親機等のパラメータの最適化を援助するための高精度な電波伝搬特性推定といった用途に適用可能である。

【０００３】
建造物や、基地局から見通せる位置にある建造物について、その外郭形状及び高さの情報が重要となる。前述のとおり、建造物の外郭形状は第１の従来手法から高精度に生成可能であるが、高さ情報には問題があった。基地局近傍の建造物や、基地局から見通せる位置にある建造物の高さ情報に誤りがある場合、当該建造物には比較的高い電力を持つ電波成分が到達するため、当該建造物での反射や透過、回折の現象を誤って推定することによる影響度合いが大きくなる。
［０００８］
具体的には、第１の従来手法によれば、そもそも高さ方向の精度劣化が大きく、電波伝搬特性を高精度に推定するうえでは不十分であった。さらに、前述のとおり対象となる建造物の周辺に他の建造物が密集して建っている場合には、さらなる精度劣化をまねくという問題点があった。そのため、特に建造物が密集した都市部において、電波伝搬推定の精度を劣化させる要因となっていた。
［０００９］
また、第２の従来手法によれば、電波伝搬推定において重要となる基地局近傍の建造物や基地局から見通せる位置にある建造物が道路から見えない場合、当該建造物の高さ情報を得ることができないという問題点があった。さらに、携帯電話の基地局は周辺建造物の平均的な高さよりもやや高い位置に設置されることが多いため、周辺建造物にある屋上の棟屋や看板の影響を大きく受けるが、このような状況は第２の従来手法では対応できなかった。そのため、やはり電波伝搬推定の精度を劣化させる要因となっていた。
［００１０］
本発明の目的は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、特に当該基地局近傍にある建造物の高さ方向の精度が高い３次元地図データ生成システム及び方法を提供することにある。本発明の他の目的は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、当該基地局近傍にある建造物屋上の棟屋や看板などの状況を反映した３次元地図データ生成システム及び方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
［００１１］
本発明によれば、建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成システムであって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求める手段を含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されると共に、無線通信サービスを供する無線通信システムの基地局アンテナ近傍の建造物あるいは前記基地局アンテナから見通し内にある建造物が撮像されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成システムが提供される。

【０００４】
［００１２］
また、本発明によれば、建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法であって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されると共に、無線通信サービスを供する無線通信システムの基地局アンテナ近傍の建造物あるいは前記基地局アンテナから見通し内にある建造物が撮像されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成方法が提供される。
［００１３］
更に、本発明によれば、建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法をコンピュータに実行させるための３次元地図データ生成用プログラムであって、前記方法は、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成用プログラムが提供される。
発明の効果
［００１４］
本発明の第１の効果は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、特に当該基地局近傍にある建造物の高さ方向の精度が高い３次元地図データ生成システム及び方法を提供できることにある。その理由は、建造物の高さを求める際、当該基地局の設置位置から撮影された写真を用いることに起因する。このような写真は、高さの生成対象となる建造物側面をほぼ正面から見た方向から撮影されるため、高さの情報が大きく圧縮されることはなく、道路から見えない建造物も認識することができる。
［００１５］
本発明の第２の効果は、無線通信システムの基地局からの電波伝搬特性を高精度に推定するため、当該基地局近傍にある建造物屋上の棟屋や看板などの状況を反映した３次元地図データ生成システム及び方法を提供できることにある。その理由は、建造物の高さを求める際、当該基地局の設置位置から撮影された写真を用いることに起因する。このような写真は、高さの生成対象となる建造物を斜め上から見下ろす形態となるため、屋上の棟屋や看板などの状況を認識することができる。
図面の簡単な説明

Claims (21)

1. 建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成システムであって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求める手段を含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成システム。
2. 建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成システムであって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求める手段を含み、前記写真は、前記建造物を含むエリアに無線通信サービスを供する無線通信システムの基地局アンテナが設置されたフロアと同一のフロアから撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成システム。
3. 請求項１または２に記載の３次元地図データ生成システムであって、ユーザによりカメラパラメータの入力と編集を行う手段と、ユーザにより建造物高の入力と編集を行う手段と、前記写真と前記２次元地図との間で同一地点として対応付けられた点をもとにカメラパラメータ及びカメラ行列を計算する手段と、前記カメラ行列をもとに建造物高を計算する手段を含むことを特徴とする３次元地図データ生成システム。
4. 請求項３に記載の３次元地図データ生成システムであって、前記建造物高が付与された前記２次元地図データを、前記カメラパラメータで与えられる撮影条件で３次元表示することを特徴とする３次元地図データ生成システム。
5. 請求項４に記載の３次元地図データ生成システムであって、前記カメラパラメータや前記建造物高の変更に連動して、前記３次元表示を更新することを特徴とする３次元地図データ生成システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３次元地図データ生成システムであって、前記写真上には撮像されているが、前記２次元地図データ内には地図要素として記載されていないオブジェクトの位置と外郭形状と高さとを、前記カメラ行列をもとに計算することを特徴とする３次元地図データ生成システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の３次元地図データ生成システムであって、前記写真はネットワークを介してユーザから提供され、前記３次元データはネットワークを介してユーザに提供されることを特徴とする３次元地図データ生成システム。
8. 建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法であって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成方法。
9. 建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法であって、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物を含むエリアに無線通信サービスを供する無線通信方法の基地局アンテナが設置されたフロアと同一のフロアから撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成方法。
10. 請求項８または９に記載の３次元地図データ生成方法であって、ユーザによりカメラパラメータの入力と編集を行うステップと、ユーザにより建造物高の入力と編集を行うステップと、前記写真と前記２次元地図との間で同一地点として対応付けられた点をもとにカメラパラメータ及びカメラ行列を計算するステップと、前記カメラ行列をもとに建造物高を計算するステップを含むことを特徴とする３次元地図データ生成方法。
11. 請求項１０に記載の３次元地図データ生成方法であって、前記建造物高が付与された前記２次元地図データを、前記カメラパラメータで与えられる撮影条件で３次元表示することを特徴とする３次元地図データ生成方法。
12. 請求項１１に記載の３次元地図データ生成方法であって、前記カメラパラメータや前記建造物高の変更に連動して、前記３次元表示を更新することを特徴とする３次元地図データ生成方法。
13. 請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の３次元地図データ生成方法であって、前記写真上には撮像されているが、前記２次元地図データ内には地図要素として記載されていないオブジェクトの位置と外郭形状と高さとを、前記カメラ行列をもとに計算することを特徴とする３次元地図データ生成方法。
14. 請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の３次元地図データ生成方法であって、前記写真はネットワークを介してユーザから提供され、前記３次元データはネットワークを介してユーザに提供されることを特徴とする３次元地図データ生成方法。
15. 建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法をコンピュータに実行させるための３次元地図データ生成用プログラムであって、前記方法は、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物の平均的な高さよりも高い建造物の高層部または屋上から撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。
16. 建造物の外郭形状と高さを含む３次元地図データを生成する３次元地図データ生成方法をコンピュータに実行させるための３次元地図データ生成用プログラムであって、前記方法は、前記外郭形状は既得の２次元地図データから取得し、前記高さを前記２次元地図データ内に記載の建造物が撮像された写真を利用して求めるステップを含み、前記写真は、前記建造物を含むエリアに無線通信サービスを供する無線通信方法の基地局アンテナが設置されたフロアと同一のフロアから撮影されたものであることを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。
17. 請求項１５または１６に記載の３次元地図データ生成用プログラムであって、前記方法は、ユーザによりカメラパラメータの入力と編集を行うステップと、ユーザにより建造物高の入力と編集を行うステップと、前記写真と前記２次元地図との間で同一地点として対応付けられた点をもとにカメラパラメータ及びカメラ行列を計算するステップと、前記カメラ行列をもとに建造物高を計算するステップを含むことを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。
18. 請求項１７に記載の３次元地図データ生成用プログラムであって、前記建造物高が付与された前記２次元地図データを、前記カメラパラメータで与えられる撮影条件で３次元表示することを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。
19. 請求項１８に記載の３次元地図データ生成用プログラムであって、前記カメラパラメータや前記建造物高の変更に連動して、前記３次元表示を更新することを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。
20. 請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の３次元地図データ生成用プログラムであって、前記写真上には撮像されているが、前記２次元地図データ内には地図要素として記載されていないオブジェクトの位置と外郭形状と高さとを、前記カメラ行列をもとに計算することを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。
21. 請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の３次元地図データ生成用プログラムであって、前記写真はネットワークを介してユーザから提供され、前記３次元データはネットワークを介してユーザに提供されることを特徴とする３次元地図データ生成用プログラム。

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