トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験



【発明の名称】 消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法および三次元モデリングプログラムならびにそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
【発明者】 【氏名】山下　克文
【住所又は居所】福岡県福岡市博多区東比恵３丁目４−２　株式会社ジーアイエス九州内
【要約】 【課題】足場組み等の現場作業がかなり少なくて済み、危険性も軽減できる消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法を提供する。

【解決手段】消波ブロックに対する基準点、水準点、標定点等の写真座標を測定するために現地の任意の箇所に対空標識を設置し、空中写真を撮影し、また消波ブロックに標定点を設置し、公共座標を観測する。また、消波ブロックの高さ方向の位置情報を測量機やカメラを用いて取得する。空中写真や深浅測量で得た三次元の位置情報データをデジタル図化機１０で読み取り、三次元座標データとして三次元ＣＡＤ機２０に出力する。三次元ＣＡＤ機２０では、マルチアロケーションプログラムを用いて消波ブロックの三次元モデルをＣＡＤデータとして作成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消波ブロック等の地上敷設定型物の規格品に合ったコンピュータ上の三次元モデリングデータを作成する三次元ＣＡＤソフトウエアと、前記三次元ＣＡＤソフトウエアで作成しておいた三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するマルチアロケーションプログラムとを用いる地上敷設定型物の三次元モデリング方法であって、
前記地上敷設定型物に対する基準点、水準点、標定点等の写真座標を測定するために現地の任意の箇所に対空標識を設置する工程と、
前記地上敷設定型物を含む現地を、隣接空中写真間に５０％以上好ましくは６０％から６５％のオーバーラップがあるように連続して写真撮影する空中写真撮影工程と、
前記地上敷設定型物に標定点を設置し、公共座標を観測する基準点測量工程と、
前記地上敷設定型物の高さ方向の位置情報を測量機やカメラを用いて取得する深浅測量工程と、
前記空中写真をデジタル図化機で読み取り、読み取った空中写真上の前記対空標識に基づく基準点成果を基に標定し、各対空標識の三次元座標を取得する三次元座標データ取得工程と、
前記深浅測量工程で得た地上敷設定型物の標定点に基づく三次元の位置情報データを前記デジタル図化機に入力する工程と、
前記デジタル図化機の写真画像上の三次元座標データおよび深浅測量データを前記三次元ＣＡＤソフトウエアへ出力し、前記マルチアロケーションプログラムを用いて前記地上敷設定型物の三次元モデルをＣＡＤデータとして作成するＣＡＤデータ作成工程と
を含む消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法。
【請求項２】
前記マルチアロケーションプログラムは、
前記三次元モデリングデータの向きを選択するステップと、
２点若しくは３点の三次元座標を前記デジタル図化機から変数として入力するステップと、
その変数を使って前記三次元ＣＡＤソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するステップと
を含む、請求項１記載の消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法。
【請求項３】
（１）予め、標準となる地上敷設定型物の名称、重量、体積、複数の特徴点の座標等のデータおよびディスプレイ上に表示するための地上敷設定型物図形データを三次元モデリングデータとしてデータベースに登録しておくステップと、
（２）地上敷設定型物入力プログラムが起動されたときに、入力する地上敷設定型物の重量を入力要求するステップと、
（３）入力コマンドの実行により、入力タイプの選択を要求するステップと、
（４）入力タイプが選択されると、前記データベースを参照して、合致する地上敷設定型物の三次元モデルを抽出し、所定の尺度で地上敷設定型物図形のプレビューをディスプレイ上に表示し、当該地上敷設定型物の上部特異点の三次元座標をデジタル図化機より取得し、この点の座標をＡとして記憶手段に記憶するステップと、
（５）地上敷設定型物下端部２点の三次元位置の三次元座標を前記デジタル図化機より取得し、これらの点の座標をそれぞれＢ，Ｃとするステップと、
（６）前記ステップ（４），（５）で得られた引数Ａ，Ｂ，Ｃと、予め標準サイズの地上敷設定型物のモデルから計測した、上部特異点Ａに対応する点Ａ′を起点とする下端のローカル座標Ｂ′，Ｃ′、重量、地上敷設定型物図形の名称により、前記三次元ＣＡＤソフトウエアを用いて当該地上敷設定型物の真位置を決定し、適所に配置するステップと
を有することを特徴とする三次元モデリングプログラム。
【請求項４】
請求項３に記載の三次元モデリングプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上敷設定型物の三次元モデリング方法に関し、特に、消波ブロックで作られた堤防の現況の状態を三次元消波ブロックモデリングデータ群にし、三次元モデルをＣＡＤ（コンピュータ支援設計）データとして復元する方法およびその方法を実施するためのプログラムならびにそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消波ブロック工事完成後の出来高確認のために、消波ブロック群の現況を表す横断面図を作成している。この横断面図は、また、１年後に消波ブロック群の移動がないかを確認するためにも作成するようになっている。
従来においては、消波ブロック群に縦断方向に１列横断方向１０ｍ間隔で足場を組んで縦断測量、横断測量を実施し、その測量結果に基づいて横断面図を作成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の現場作業は足場組み、水準測量でかなりの人手や日数がかかり、それに基づく横断面図作成にも多くの手間がかかっていた。さらに、消波ブロックは大きなもので高さ５ｍほどあり、それがいくつも積み重ねてあるので、作業中に落下すると生命にもかかわる危険性があった。
【０００４】
そこで本発明は、足場組み等の現場作業がかなり少なくて済み、危険性も軽減できる消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法およびその方法を実施するためのプログラムならびにそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の消波ブロック等の地上敷設定型物の三次元モデリング方法は、消波ブロック等の地上敷設定型物の規格品に合ったコンピュータ上の三次元モデリングデータを作成する三次元ＣＡＤソフトウエアと、前記三次元ＣＡＤソフトウエアで作成しておいた三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するマルチアロケーションプログラムとを用いる地上敷設定型物の三次元モデリング方法であって、前記地上敷設定型物に対する基準点、水準点、標定点等の写真座標を測定するために現地の任意の箇所に対空標識を設置する工程と、前記地上敷設定型物を含む現地を、隣接空中写真間に５０％以上好ましくは６０％から６５％のオーバーラップがあるように連続して写真撮影する空中写真撮影工程と、前記地上敷設定型物に標定点を設置し、公共座標を観測する基準点測量工程と、前記地上敷設定型物の高さ方向の位置情報を測量機やカメラを用いて取得する深浅測量工程と、前記空中写真をデジタル図化機で読み取り、読み取った空中写真上の前記対空標識に基づく基準点成果を基に標定し、各対空標識の三次元座標を取得する三次元座標データ取得工程と、前記深浅測量工程で得た地上敷設定型物の標定点に基づく三次元の位置情報データを前記デジタル図化機に入力する工程と、前記デジタル図化機の写真画像上の三次元座標データおよび深浅測量データを前記三次元ＣＡＤソフトウエアへ出力し、前記マルチアロケーションプログラムを用いて前記地上敷設定型物の三次元モデルをＣＡＤデータとして作成するＣＡＤデータ作成工程とを含むものである。
【０００６】
本発明においては、予め三次元ＣＡＤソフトウエアを用いて作成した消波ブロック等の地上敷設定型物の規格品に対する三次元モデリングデータと、空中撮影した空中写真と、測量機やカメラを用いて取得した地上敷設定型物の高さ方向の位置情報とを用いて、デジタル図化機で三次元座標データを生成し、コンピュータ上で三次元ＣＡＤソフトウエアのマルチアロケーションプログラムを用いて地上敷設定型物群をＣＡＤデータとして再現する。
【０００７】
このようにして得られたＣＡＤデータをコンピュータを用いて操作することで、地上敷設定型物群を視点の変更によりいろいろな方向より見ることができる。また、データ加工により、簡単に横断面図を作ることができる。
【０００８】
前記マルチアロケーションプログラムに、前記三次元モデリングデータの向きを選択するステップと、２点若しくは３点の三次元座標を前記デジタル図化機から変数として入力するステップと、その変数を使って前記三次元ＣＡＤソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するステップとを含むようにすることで、向きがまちまちな個々の地上敷設定型物が正しく配置される。
【０００９】
本発明の三次元モデリングプログラムは、
（１）予め、標準となる地上敷設定型物の名称、重量、体積、複数の特徴点の座標等のデータおよびディスプレイ上に表示するための地上敷設定型物図形データを三次元モデリングデータとしてデータベースに登録しておくステップと、
（２）地上敷設定型物入力プログラムが起動されたときに、入力する地上敷設定型物の重量を入力要求するステップと、
（３）入力コマンドの実行により、入力タイプの選択を要求するステップと、
（４）入力タイプが選択されると、前記データベースを参照して、合致する地上敷設定型物の三次元モデルを抽出し、所定の尺度で地上敷設定型物図形のプレビューをディスプレイ上に表示し、当該地上敷設定型物の上部特異点の三次元座標をデジタル図化機より取得し、この点の座標をＡとして記憶手段に記憶するステップと、
（５）地上敷設定型物下端部２点の三次元位置の三次元座標を前記デジタル図化機より取得し、これらの点の座標をそれぞれＢ，Ｃとするステップと、
（６）前記ステップ（４），（５）で得られた引数Ａ，Ｂ，Ｃと、予め標準サイズの地上敷設定型物のモデルから計測した、上部特異点Ａに対応する点Ａ′を起点とする下端のローカル座標Ｂ′，Ｃ′、重量、地上敷設定型物図形の名称により、前記三次元ＣＡＤソフトウエアを用いて当該地上敷設定型物の真位置を決定し、適所に配置するステップと
を有することで、三次元モデリングがコンピュータにより実行できる。
この三次元モデリングプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することで、コンピュータにインストールすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図１３を用いて説明する。
図１は本発明の基本的な工程を示すフローチャートであり、その概要を説明する。
【００１１】
ステップ１００：空中写真測量
ステップ１１０：対空標識設置
後工程の三次元モデルマルチアロケート（三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置する工程）において基準点、水準点、標定点等（以下基準点等という）の写真座標を測定するため、基準点等に、図２に示すような対空標識１を設置する。対空標識１は、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさで中心が確認し易いよう白黒の模様が付けられている。
【００１２】
ステップ１２０：空中写真撮影
撮影縮尺は１／１６００〜１／２０００程度とし、カラー撮影により行う。図４に示すように、同一コース内の隣接空中写真間の重複度（オーバーラップ）は二枚の写真から地形の標高差等を算定できるように５０％以上、好ましくは６０％〜６５％とし、標高差算定時の実体空白部を生じないようにする。
【００１３】
ステップ１３０：基準点測量
消波ブロック上に標定点を設置し、ＧＰＳ測量機で公共座標を観測する。
【００１４】
ステップ１４０：空中三角測量
ステップ１００で撮影した空中写真をデジタル図化機１０で読み取り、基準点成果を基に標定し、写真上の三次元座標が取れるようセットする。
【００１５】
ステップ２００：深浅測量
測位装置には、国土交通省の「ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティック法によるＧＰＳ測量）を利用する公共測量作業マニュアル」に準拠したＧＰＳ測量機を、海中部は高精度なナローマルチビーム型測深機（例えば株式会社東陽テクニカ製、ＳＥＡＢＡＴ８１２５）を、陸上部はデジタルカメラを使用し、可能な限り詳細な消波ブロックの位置情報を取得する。
【００１６】
ステップ３００：三次元消波ブロック復元システムによる三次元モデルマルチアロケート
三次元消波ブロック復元システムにおいては、図３に示すデータ処理により三次元モデリングを行う。三次元ＣＡＤ機２０にインストールする三次元ＣＡＤソフトウエアとしては、ＡＵＴＯＣＡＤ（米国Ａｕｔｏｄｅｓｋ，　Ｉｎｃの商標）を用いた。
【００１７】
１．三次元ＣＡＤソフトウエアで消波ブロックの規格に合わせ、三次元モデリングデータを作成し、三次元モデルデータベース３０に格納する。消波ブロックの三次元モデルは、現地に使用されている消波ブロックの規格寸法を参照して三次元ＣＡＤソフトウエアで忠実に実現したものとする。三次元モデルデータベース３０に格納される三次元モデリングデータには、標準となる消波ブロックの名称、重量（トン数）、体積、複数の特徴点の座標等のデータおよびディスプレイ上に表示するための消波ブロックの図形データを含む。
【００１８】
２．図５に示すようにデジタル図化機１０で６０％以上オーバーラップした２枚の空中写真でそのオーバーラップ内の写真上に写っているものを１０点程度位置合わせし２枚の空中写真が撮影された位置関係と回転を計算し２枚の写真の相関関係を表すステレオモデルを決定する。その相関関係に、図６に示すように地上の対空標識の位置を関連付けることにより、２枚の写真の相関関係を表すステレオモデル内のどの位置でも三次元座標が出来るようになる。
【００１９】
３．水面下については、ナローマルチビーム型測深機で得た消波ブロックの位置情報（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｓ：ＤＥＭ）データをデジタル図化機１０に挿入する。ナローマルチビーム型測深機やデジタルカメラで得た消波ブロックの位置情報のデータは標準２０ｃｍ間隔ごとの三次元の座標データである。
【００２０】
４．三次元ＣＡＤ機２０で作成しておいた三次元モデリングデータ（三次元消波ブロックモデル）を三次元モデルデータベース３０から抽出し、その三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するマルチアロケーションプログラムを作成する。
マルチアロケーションプログラムは、三次元モデリングデータの向きを選択するステップと、２点若しくは３点の三次元座標をデジタル図化機から変数として入力するステップと、その変数を使って三次元ＣＡＤソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置するステップからなる。
【００２１】
５．マルチアロケーションプログラムでデジタル図化機１０の写真画像上の２点若しくは３点の三次元座標を三次元座標を三次元ＣＡＤ機２０に送り、三次元ＣＡＤソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置しＣＡＤデータとして作成する。その具体的手順を以下に示す。
【００２２】
（１）入力デバイスであるデジタル図化機１０と三次元ＣＡＤソフトウエアであるＡＵＴＯＣＡＤを搭載したパソコンを接続する。
【００２３】
（２）消波ブロック（テトラポッド）入力プログラムを起動し、入力するテトラポッドのトン数を入力する。
【００２４】
（３）入力コマンドを実行して、入力タイプ（上向き３点指示／上向き回転／ｂタイプ３点指示／ｃタイプ２点指示）を選択する。
【００２５】
（４）上向き３点指示を選択すると、先に入力したトン数より算出したブロック図形の尺度でテトラポッド図形のプレビューが表示され、テトラポッドの上部突起の三次元位置を要求するので、デジタル図化機より突起位置の三次元座標を取得する。この点をＡとする（図８参照）。
【００２６】
（５）テトラポッド下端部２点の三次元位置を要求するので、デジタル図化機１０より各々の突起位置の三次元座標を取得する。これらの点をそれぞれＢ，Ｃとする（図８参照）。
【００２７】
（６）手順（４），（５）で得られた引数Ａ〜Ｃと、予め１トンサイズのテトラポッドから計測した、上部突起Ａ′を起点とする下端のローカル座標Ｂ′、Ｃ′、トン数ｔｏｎ、ブロック図形の名前ｂｌｋｎａｍｅにより、ＡＵＴＯＣＡＤのカスタマイズ言語ＡｕｔｏＬｉｓｐ（米国Ａｕｔｏｄｅｓｋ，　Ｉｎｃの商標）によって真位置を決定する。
【００２８】
記述例
（ｓｅｔｑ　ｂｌｋ＿ｓｃａｌｅ　（ｅｘｐｔ　ｔｏｎ（／　１．０　３．０）：トン数からブロック図形の尺度を算出（ｃｏｍｍａｎｄ　”ｉｎｓｅｒｔ”　ｂｌｋｎａｍｅ　Ａ　ｂｌｋ＿ｓｃａｌｅ　””　”０．０”）：ブロック図形をＡ位置に挿入
（ｓｅｔｑ　ｎ＿ｏｂｊ　（ｅｎｔｌａｓｔ））：挿入されたブロックの図形名を変数ｎ＿ｏｂｊに代入
（ａｌｉｇｎ　ｎ＿ｏｂｊ　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ａ’　Ｂ’　Ｃ’　””）：３Ｄ編集関数ＡＲＸに実装される関数Ａｌｉｇｎを使って突起位置を位置合わせする
【００２９】
水面下についてはデジタル図化機１０に挿入したＤＥＭデータに合わせて、前記マルチアロケーションプログラムを使用しＤＥＭデータで表現された消波ブロックの２点若しくは３点の三次元位置を三次元ＣＡＤ機２０に送り、三次元ＣＡＤソフトウエアの三次元位置合わせ機能で三次元モデリングデータを回転させながら適所に配置しＣＡＤデータとして作成する。
【００３０】
図７はマルチアロケーションプログラムにおける消波ブロックの回転処理を示すもので、（ア）〜（エ）のように消波ブロックの向きの選択を行う。
【００３１】
ブロック図形の位置合わせ方法は、図８（ａ）に示すように、それぞれデジタル図化機により取得した三次元座標と写真図での位置である点Ａ，Ｂ，Ｃを図８（ｂ）に示す三次元モデルの消波ブロックの突起点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’と一致させることによって真位置を決定する。
【００３２】
次に、図９のＡの位置に、図７の（ア）の配置タイプを挿入する。写真画面上のＡの位置（標高値１，２０５ｍ）と、ブロック上部の突起Ａ’の位置を、三次元座標上で一致させるように配置する。
【００３３】
図１０のように配置された後、三次元回転ツールや三次元位置合わせツールを使って、点ＢとＢ’、点ＣとＣ’の位置を一致させる。
【００３４】
図１１のように、３点の三次元点によって、現況と同じ空間モデルデータを取得し、作成していく。図１１（ａ）はワイアーフレームの画像、（ｂ）はレンダリング結果を示す。
【００３５】
図１２に示すように、三次元消波ブロック模型データ群が出来上がると、色々な角度からデータを見ることができるようになる。
また、任意の横断線上の消波ブロックのＣＡＤデータを押さえていくことにより、その横断データより図１３に示すような横断図を作成することができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態の特徴をまとめれば次のようになる。
（１）消波ブロック模型データを配置して三次元ＣＡＤソフトウエア上で消波ブロック群の模型を作ることにより随時断面図を作ることができるようになる。
【００３７】
（２）空中写真測量のデジタルマッピング手法で作業をすることにより空中写真撮影時の状況をデジタル図化機で復元できるため現場作業を減らし、主に室内で作業できる。
【００３８】
（３）海上及び水中の消波ブロックを三次元消波ブロック現況模型データにすることによりいろいろな断面を見ることができる。
【００３９】
（４）実測による方法から、深浅ソナー、レーザスキャンまたは空中写真測量による方法で作業することにより、天候に左右されることなく現場作業日数が少なくなり危険性が軽減できる。
【００４０】
（５）従来の現場作業は足場組み、水準測量でかなりの人日数がかかっていたが、本発明の実施形態では対空標識設置１日、ＧＰＳによる標定点測量１日で終わる。また、現場作業はかなり少なくて済み、危険性も軽減できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、規格品である地上敷設定型物を、三次元ＣＡＤソフトウエアを用いて三次元模型データとして作成し、デジタルマッピング手法によりＣＡＤデータに配置することにより、三次元ＣＡＤソフトウエアで視点の変更によりいろいろな方向より地上敷設定型物群を見ることができる。また、断面を見るだけでなく三次元消波ブロック模型データの面に接する線を描けば横断面図を作ることができる。出来上がった三次元現況データ上に将来計画で新たに三次元消波ブロック模型データを配置して計画を検討することもできる。
さらに、現場作業が少なくて済むので、工期の短縮と作業の危険性も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な工程を示すフローチャートである。
【図２】本発明実施形態における対空標識の例を示す表面図である。
【図３】本発明実施形態におけるデータ処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明実施形態における空中写真撮影の説明図である。
【図５】本発明実施形態におけるステップ３００の２の説明図である。
【図６】本発明実施形態におけるステップ３００の２の説明図である。
【図７】本発明実施形態のマルチアロケーションプログラムにおける消波ブロックの回転処理を示す説明図である。
【図８】ブロック図形の位置合わせ方法の説明図である。
【図９】図７における（ア）のパターンの入力例を示す説明図である。
【図１０】図７における（ア）のパターンの入力例を示す説明図である。
【図１１】三次元ＣＡＤソフトウエアにおける画面の説明図である。
【図１２】出来上がった竣工図の平面図、正面図および側面図である。
【図１３】ＣＡＤデータに基づいて作成された横断図である。
【符号の説明】
１　対空標識
１０　デジタル図化機
２０　三次元ＣＡＤ機
３０　三次元モデルデータベース
【出願人】 【識別番号】５０２２０８１１３
【氏名又は名称】株式会社ＧＩＳ九州
【住所又は居所】福岡県北九州市八幡西区西曲里町２番１号
【出願日】 平成１４年６月１０日（２００２．６．１０）
【代理人】 【識別番号】１０００９９５０８
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤　久
【公開番号】 特開２００４−１２３９５（Ｐ２００４−１２３９５Ａ）
【公開日】 平成１６年１月１５日（２００４．１．１５）
【出願番号】 特願２００２−１６９２１７（Ｐ２００２−１６９２１７）