(57)【要約】【課題】トンネルの所望の断面を容易に計測できるようにすることを目的とする。【解決手段】三次元点群算出部１１０は距離方位点群１９１ａと位置情報１９１ｂとに基づいて三次元点群１９２を算出する。三次元点群表示部１２０は三次元点群１９２を表示して計測断面の指定を利用者に促す。計測断面情報入力部１３０は指定された計測断面の情報を入力する。計測断面算出部１４１は計測断面情報１９３に基づいて計測断面式１０１を算出する。三次元点群抽出部１４２は計測断面式１０１に基づいて計測断面近くの点群を三次元点群１９２から抽出する。近傍点群抽出部１４３は、計測断面が間に位置する２つの近傍点を抽出点群１０２から複数組抽出する。計測断面点群算出部１４４は２つの近傍点を結んだ線と計測断面との交点を計測断面点として複数算出する。計測断面表示部１５０は指定された断面の計測結果として計測断面点群１９４を表示する。【選択図】図１
2010249709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定物の三次元形状を表すデータであって三次元座標値で示される三次元点を複数含むデータを三次元点群として記憶する三次元点群記憶部と、
前記特定物の特定の断面を表す情報を断面情報として入力装置から入力する断面情報入力部と、
前記断面情報入力部に入力された断面情報に基づいて、前記三次元点群記憶部に記憶される三次元点群から前記特定の断面に近い２つの三次元点であって前記特定の断面が間に位置する２つの三次元点を２つの近傍点としてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を用いて複数組抽出する近傍点抽出部と、
前記近傍点抽出部により複数組抽出された２つの近傍点に基づいて、２つの近傍点を結んだ線と前記特定の断面との交点の三次元座標値を断面点としてＣＰＵを用いて複数算出する断面点算出部と、
前記断面点算出部により算出された複数の断面点を前記特定の断面の形状を表す断面点群として記憶する断面点群記憶部と
を備えたことを特徴とする断面計測装置。
【請求項２】
前記断面計測装置は、さらに、
前記断面情報に基づいて、前記三次元点群記憶部に記憶される三次元点群から前記特定の断面から所定の距離内に位置する複数の三次元点を抽出点群としてＣＰＵを用いて抽出する三次元点群抽出部を備え、
前記近傍点抽出部は、前記三次元点群抽出部により抽出された抽出点群から複数組の近傍点を抽出する
ことを特徴とする請求項１記載の断面計測装置。
【請求項３】
前記近傍点抽出部は、前記特定の断面を境として一方に位置する第１の三次元点と、前記抽出点群に含まれる複数の三次元点のうち前記第１の三次元点が位置しない方に位置すると共に前記第１の三次元点から近い三次元点である第２の三次元点とを一組の近傍点として抽出する
ことを特徴とする請求項２記載の断面計測装置。
【請求項４】
前記三次元点群は、ライン状に並ぶ三次元点で示されるライン点群を複数含み、
前記近傍点抽出部は、前記第１の三次元点を含まないライン点群から前記第２の三次元点を抽出する
ことを特徴とする請求項３記載の断面計測装置。
【請求項５】
断面情報入力部は、特定物の特定の断面を表す情報を断面情報として入力装置から入力し、
近傍点抽出部は、前記断面情報入力部に入力された断面情報に基づいて、前記特定物の三次元形状を表すデータであり三次元座標値で示される三次元点を複数含むデータである三次元点群から前記特定の断面に近い２つの三次元点であって前記特定の断面が間に位置する２つの三次元点を２つの近傍点としてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を用いて複数組抽出し、
断面点算出部は、前記近傍点抽出部により複数組抽出された２つの近傍点に基づいて、２つの近傍点を結んだ線と前記特定の断面との交点の三次元座標値を断面点としてＣＰＵを用いて複数算出し、
断面点群記憶部は、前記断面点算出部により算出された複数の断面点を前記特定の断面の形状を表す断面点群として記憶する
ことを特徴とする断面計測方法。
【請求項６】
請求項５記載の断面計測方法をコンピュータに実行させる断面計測プログラム。
【請求項７】
前記断面計測装置は、さらに、
前記特定の断面の設計値を記憶する性状計測記憶部と、
前記性状計測記憶部に記憶された設計値と前記断面点群との差を性状情報としてＣＰＵを用いて算出する性状計測部と、
前記性状計測部により算出された性状情報を表示装置に表示する性状表示部と
を備えたことを特徴とする請求項１〜４記載の断面計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トンネル断面などの計測に用いる断面計測装置、断面計測方法および断面計測プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル断面を計測する手法として、トータルステーションや三次元レーザを定点に設置して計測する手法が用いられている。
この手法では、トータルステーションや三次元レーザの設置場所を何度も変えなければ、広範囲を高密度に計測することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９９９１５号パンフレット
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋｉｃｈｉｒｏ  Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｊｕｎ−ｉｃｈｉ  Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ，Ｔａｋａｓｈｉ  Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ，Ｙｏｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｖｅｈｉｃｌｅ−ｍｏｕｎｔｅｄ  ｒｏａｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ３Ｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ”，２３ｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ｉｎ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００６，Ｊａｐａｎ
【非特許文献２】Ｊ．Ｍｅｇｕｒｏ，Ｊ．Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ，Ｒ．Ｋｕｒｏｓａｋｉ，Ｔ．Ｈａｓｈｉｚｕｍｅ，“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ−ｂａｓｅｄ  ＲＴＫ−ＧＰＳ”，ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＣＲＡ２００５），Ａｐｒｉｌ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、例えば、トンネルの所望の断面を容易に計測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の断面計測装置は、
特定物の三次元形状を表すデータであって三次元座標値で示される三次元点を複数含むデータを三次元点群として記憶する三次元点群記憶部と、
前記特定物の特定の断面を表す情報を断面情報として入力装置から入力する断面情報入力部と、
前記断面情報入力部に入力された断面情報に基づいて、前記三次元点群記憶部に記憶される三次元点群から前記特定の断面に近い２つの三次元点であって前記特定の断面が間に位置する２つの三次元点を２つの近傍点としてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を用いて複数組抽出する近傍点抽出部と、
前記近傍点抽出部により複数組抽出された２つの近傍点に基づいて、２つの近傍点を結んだ線と前記特定の断面との交点の三次元座標値を断面点としてＣＰＵを用いて複数算出する断面点算出部と、
前記断面点算出部により算出された複数の断面点を前記特定の断面の形状を表す断面点群として記憶する断面点群記憶部と
を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、トンネルの所望の断面を容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１における断面計測装置１００の機能構成図。
【図２】実施の形態１における計測車両２００を示す図。
【図３】実施の形態１におけるトンネルのレーザ計測点を示す図。
【図４】実施の形態１におけるトンネルのレーザ計測点を示す図。
【図５】実施の形態１における断面計測装置１００の三次元点群１９２により表されるトンネル内部を示す図。
【図６】トータルステーションの計測点群により表されるトンネルを斜め上方を視点にして示した図。
【図７】三次元レーザの計測点群により表されるトンネルを斜め上方を視点にして示した図。
【図８】実施の形態１における断面計測装置１００の三次元点群１９２により表されるトンネルを斜め上方を視点にして示した図。
【図９】三次元レーザの計測点群により表されるトンネル内部を示す図。
【図１０】実施の形態１における断面計測方法を示すフローチャート。
【図１１】実施の形態１における位置姿勢標定方法を示す図。
【図１２】実施の形態１における計測断面指定画面を示す図。
【図１３】実施の形態１における断面計測処理（Ｓ１４０）のフローチャート。
【図１４】実施の形態１における計測断面表示画面を示す図。
【図１５】実施の形態１における断面計測方法で得られた計測断面点群１９４と他の方法で得られた計測点群との比較図。
【図１６】実施の形態１における断面計測装置１００のハードウェア資源の一例を示す図。
【図１７】実施の形態２における性状計測装置３００の機能構成図。
【図１８】実施の形態２におけるトンネル性状画面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
特定物（例えば、トンネル）の断面を三次元点群を用いて計測する断面計測装置について説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１における断面計測装置１００の機能構成図である。
実施の形態１における断面計測装置１００の機能構成について、図１に基づいて以下に説明する。
【００１１】
断面計測装置１００は、三次元点群算出部１１０、三次元点群表示部１２０、計測断面情報入力部１３０（断面情報入力部の一例）、計測断面算出部１４０、計測断面表示部１５０および断面計測記憶部１９０（三次元点群記憶部、断面点群記憶部の一例）を備える。
【００１２】
断面計測記憶部１９０は、断面計測装置１００で使用されるデータを記憶する。
後述する距離方位点群１９１ａ、位置情報１９１ｂ、三次元点群１９２、計測断面情報１９３および計測断面点群１９４（断面点群の一例）は、断面計測記憶部１９０に記憶されるデータの一例である。
【００１３】
距離方位点群１９１ａは、レーザスキャナにより計測されたデータであり、レーザスキャナから対象までの距離および方位で示される距離方位点を複数含むデータである。
実施の形態１では「トンネル」を対象として説明する。
【００１４】
位置情報１９１ｂは、距離方位点群１９１ａの計測位置を示すデータである。
【００１５】
三次元点群１９２は、距離方位点群１９１ａを計測された対象の三次元形状を表すデータであり、三次元座標値で示される三次元点を複数含むデータである。
【００１６】
計測断面情報１９３は、利用者により計測対象として指定された断面（特定の断面の一例）（以下「計測断面」という）を表す情報である。
【００１７】
計測断面点群１９４は、計測断面の形状を表す三次元点群である。
【００１８】
距離方位点群１９１ａ〜計測断面点群１９４についての詳細を後述する。
【００１９】
三次元点群算出部１１０は、距離方位点群１９１ａと位置情報１９１ｂとに基づいて、三次元点群１９２をＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を用いて算出する。
【００２０】
三次元点群表示部１２０は、三次元点群１９２を表示装置に表示する。
【００２１】
計測断面情報入力部１３０は、利用者に指定された計測断面情報１９３を入力装置から入力する。
【００２２】
計測断面算出部１４０は、三次元点群１９２と計測断面情報１９３とに基づいて、計測断面点群１９４を算出する。
【００２３】
計測断面算出部１４０は、計測断面算出部１４１、三次元点群抽出部１４２、近傍点群抽出部１４３（近傍点抽出部の一例）および計測断面点群算出部１４４（断面点算出部の一例）を備える。
【００２４】
計測断面算出部１４１は、計測断面情報１９３に基づいて、計測断面を表す式を計測断面式１０１としてＣＰＵを用いて算出する。
【００２５】
三次元点群抽出部１４２は、計測断面式１０１に基づいて、計測断面から所定の距離内に位置する複数の三次元点をＣＰＵを用いて三次元点群１９２から抽出する。
以下、三次元点群抽出部１４２により抽出される複数の三次元点を「抽出点群１０２」という。
【００２６】
近傍点群抽出部１４３は、計測断面式１０１に基づいて、計測断面に近い２つの三次元点であって計測断面が間に位置する２つの三次元点をＣＰＵを用いて抽出点群１０２から複数組抽出する。
以下、近傍点群抽出部１４３により抽出される複数組の三次元点を「近傍点群１０３」という。
【００２７】
例えば、近傍点群抽出部１４３は、計測断面を境として一方に位置する第１の三次元点と、抽出点群１０２に含まれる複数の三次元点のうち第１の三次元点が位置しない方に位置すると共に第１の三次元点から近い三次元点である第２の三次元点とを一組の近傍点として抽出する。
【００２８】
三次元点群１９２は、ライン状に並ぶ三次元点で示されるスキャンライン（ライン点群の一例）を複数含む。
例えば、近傍点群抽出部１４３は、第１の三次元点を含まないスキャンラインから第２の三次元点を抽出する。
【００２９】
計測断面点群算出部１４４は、計測断面式１０１と近傍点群１０３とに基づいて、各組の２つの近傍点を結んだ線と計測断面との交点の三次元座標値をＣＰＵを用いて複数算出する。
以下、計測断面点群算出部１４４により算出される複数の三次元座標値を「計測断面点群１９４」という。計測断面点群１９４は計測断面の形状を表す。
【００３０】
計測断面表示部１５０は、計測断面点群１９４を計測結果として表示装置に表示する。
【００３１】
次に、距離方位点群１９１ａ、位置情報１９１ｂおよび三次元点群１９２について説明する。
【００３２】
図２は、実施の形態１における計測車両２００を示す図である。
距離方位点群１９１ａと位置情報１９１ｂとは、図２に示すような計測車両２００により取得される。
【００３３】
計測車両２００は、天板に二台のレーザスキャナ２１０、三台のＧＰＳ受信機２２０および一台のジャイロ２３０が設置されている。また、計測車両２００は、車輪にオドメトリが取り付けられている（図示省略）。
レーザスキャナ２１０は、レーザレーダ、ＬＲＦ（レーザレンジファインダ）ともいう。
ジャイロ２３０は、ＦＯＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｇｙｒｏ）ともいう。
【００３４】
レーザスキャナ２１０は、レーザの出射面を左右１８０度に振りながら、レーザを出射すると共に対象に反射して戻ってきたレーザを受信する。そして、レーザスキャナ２１０は、レーザを出射した時刻と、レーザを出射した「方位」と、レーザを出射してから受信するまでの時間に基づく「距離」とを「距離方位点」として計測する。
レーザスキャナ２１０により計測された複数の距離方位点が距離方位点群１９１ａである。
【００３５】
二台のレーザスキャナ２１０のうち一台は、上向き約３０度に傾けて設置され、計測車両２００の天板より上に位置する対象を計測する。もう一台は、下向き約３０度に傾けて設置され、計測車両２００の天板より下に位置する対象を計測する。
【００３６】
以下、レーザスキャナ２１０が出射面を左右１８０度に１回振って得る距離方位点群（または距離方位点群に対応する三次元点群）を「スキャンライン」という。
【００３７】
図３および図４は、実施の形態１におけるトンネルのレーザ計測点を示す図である。
計測車両２００でトンネル内を走行することにより、トンネルの形状を表す距離方位点群（図３、図４におけるレーザ計測点）を得ることができる。トンネルの距離方位点群はトンネルを斜めに輪切りした複数の円弧を平行に並べた形状（かまぼこ状）を表す。一つのスキャンラインは、一つの円弧を表す。
【００３８】
図２に戻り、計測車両２００の説明を続ける。
【００３９】
三台のＧＰＳ受信機２２０はそれぞれＧＰＳ衛星から発信される測位信号を観測し、観測結果に基づいて三次元座標値を測位する。以下、ＧＰＳ受信機２２０により得られる三次元座標値や測位信号などの情報を観測情報という。観測情報は時刻に対応付けられている。
【００４０】
一台のジャイロ２３０は、計測車両２００の３軸の角速度（ロール角、ピッチ角およびヨー角の角速度）を計測する。計測値は時刻に対応付けられている。
【００４１】
車輪に取り付けられたオドメトリは、車輪の回転速度を計測する。計測値は時刻に対応付けられている。
【００４２】
位置情報１９１ｂは、ＧＰＳ受信機２２０により得られた観測情報、ジャイロ２３０により計測された３軸の角速度およびオドメトリにより計測された車輪の回転速度を含んだデータである。
【００４３】
三次元点群１９２は、距離方位点群１９１ａと位置情報１９１ｂとに基づいて生成されるデータであり、各距離方位点に対応する三次元座標値を示す。
【００４４】
図５は、実施の形態１における断面計測装置１００の三次元点群１９２により表されるトンネル内部を示す図である。
三次元点群１９２を三次元座標値に基づいて表示すると、図５のようにトンネルが表される。
三次元点群１９２は比較的高い密度で取得されるため、トンネルに設置された照明やケーブルや消化器などの存在を三次元点群１９２から把握することが可能である。
【００４５】
断面計測装置１００は、三次元点群１９２に基づいて対象（例えば「トンネル」）の任意の断面を表す計測断面点群１９４を生成する。
【００４６】
計測断面点群１９４のような計測点群を得る方法として、トータルステーションまたは三次元レーザを使用する方法がある。
しかし、これらの方法は、トータルステーションや三次元レーザを定点に設置して測量する方法であるため、広範囲のデータを取得することが困難である。
また、計測車両２００による計測に比べて時間や費用もかかる。
トンネル内の計測を行う場合、交通の妨げにもなる。また、トンネル内での長時間の計測作業により、計測者の健康にも好ましくない。
【００４７】
図６は、トータルステーションの計測点群により表されるトンネルを斜め上方を視点にして示した図である。
計測者は、トータルステーションを定点に設置し、トータルステーションを用いて１点ずつ測量を行う。このため、トータルステーションを用いてトンネル全体を計測することは困難であり、図６のようにトンネルの一部の計測点群しか得ることができない。
【００４８】
図７は、三次元レーザの計測点群により表されるトンネルを斜め上方を視点にして示した図である。
三次元レーザは、設置された定点から周囲に向けてレーザを照射し、距離方位点群を得る。このため、定点付近の計測点群の密度は高いが、定点から離れた場所の計測点群の密度は低い。
三次元レーザを用いて複数地点で計測する場合、各地点の計測で得られた計測点群を重ね合わせる処理が必要になる。
【００４９】
図８は、実施の形態１における計測車両２００の三次元点群１９２により表されるトンネルを斜め上方を視点にして示した図であり、図７と同じアングルでトンネルを示している。
三次元点群１９２は、トンネルを走行する計測車両２００からの計測により得られるため、図８に示すようにトンネル全体を比較的高い密度で表す。
密度の低い一部の部分は、工事用のシートなどの障害物によって計測を妨げられた部分である。
【００５０】
図９は、三次元レーザの計測点群により表されるトンネル内部を示す図である。
三次元レーザには、図９に示すように設置地点を計測できないという欠点もある。
【００５１】
次に、三次元点群１９２に基づいて計測断面点群１９４を生成する方法について説明する。
【００５２】
図１０は、実施の形態１における断面計測方法を示すフローチャートである。
実施の形態１における断面計測方法について、図１０に基づいて以下に説明する。
【００５３】
断面計測装置１００の各「〜部」は、以下に説明する処理をＣＰＵを用いて実行する。
【００５４】
まず、断面計測方法の概要について説明する。
【００５５】
三次元点群算出部１１０は、距離方位点群１９１ａと位置情報１９１ｂとに基づいて三次元点群１９２を算出する（Ｓ１１０）。
三次元点群表示部１２０は三次元点群１９２を表示して計測断面の指定を利用者に促し（Ｓ１２０）、計測断面情報入力部１３０は指定された計測断面の情報（計測断面情報１９３）を入力する（Ｓ１３０）。
計測断面算出部１４０は、三次元点群１９２および計測断面情報１９３に基づいて計測断面点群１９４を算出する（Ｓ１４０）。
計測断面表示部１５０は、指定された断面の計測結果として計測断面点群１９４を表示する（Ｓ１５０）。
【００５６】
次に、断面計測方法の詳細について説明する。
【００５７】
＜Ｓ１１０＞
三次元点群算出部１１０は、位置情報１９１ｂに基づいて、距離方位点群１９１ａを計測時の位置姿勢値を標定する。位置姿勢値は、計測車両２００の三次元座標値（ｘ、ｙ、ｚ）と三次元姿勢角（ロール角、ピッチ角、ヨー角）とを示す。
【００５８】
位置情報１９１ｂには、ＧＰＳ受信機２２０により得られた観測情報、ジャイロ２３０により計測された三軸の角速度およびオドメトリにより計測された車輪の回転速度とが含まれる。
【００５９】
但し、トンネル内では測位信号を受信できないため、トンネル内を走行中の観測情報は位置情報１９１ｂに含まれない。
【００６０】
そのため、三次元点群算出部１１０は、計測断面情報入力部１３０およびオドメトリの計測値を用いるストラップダウン方式により、トンネル内での位置姿勢値を算出する。
三次元点群算出部１１０は、トンネル出入り口での位置姿勢値に基づいて、トンネル内での位置姿勢値を補正する。三次元点群算出部１１０は、トンネル中心の誤差を最大にしてトンネル出入り口に近づくにつれ誤差を小さくするように、トンネル内での位置姿勢値をスムージング（補正）する。
【００６１】
図１１は、実施の形態１における位置姿勢標定方法を示す図である。
三次元点群算出部１１０は、トンネル出入り口での位置姿勢値を図１１に示すようにして標定する。
【００６２】
三次元点群算出部１１０は、ＧＰＳ受信機２２０の観測情報に基づいて位置および速度を算出し（Ｓ１１１）、ジャイロ２３０およびオドメトリの計測値を用いてストラップダウン方式により位置および速度を算出する（Ｓ１１２）。
そして、三次元点群算出部１１０は、ストラップダウン方式の算出値に含まれる誤差をＥＫＦ（拡張カルマンフィルタ）を用いて補正値として算出し（Ｓ１１３）、ストラップダウン方式の算出値を補正する（Ｓ１１４）。
【００６３】
補正により得られた位置が標定値である。姿勢角もＥＫＦを用いて同様に標定される。
【００６４】
三次元点群算出部１１０は、上記の方法により標定したトンネル内での位置姿勢値と距離方位点群１９１ａとに基づいて、三次元点群１９２を算出する。
三次元点群１９２の算出には同時刻の位置姿勢値および距離方位点が用いられる。
位置姿勢値を基点として距離方位点で示される方位に距離方位点で示される距離だけ離れた地点が三次元点である。
【００６５】
図１０に戻り、断面計測方法の説明を続ける。
【００６６】
Ｓ１１０の後、処理はＳ１２０に進む。
【００６７】
＜Ｓ１２０＞
三次元点群表示部１２０は、三次元点群１９２を表示装置９０１に表示して計測断面の指定を利用者に促す。
【００６８】
図１２は、実施の形態１における計測断面指定画面を示す図である。
三次元点群表示部１２０は、例えば図１２に示すように、三次元点群１９２を表示装置９０１に表示する。
図１２において、三次元点群１９２は上から見たトンネルを表している。
【００６９】
図１０に戻り、断面計測方法の説明を続ける。
【００７０】
Ｓ１２０の後、処理はＳ１３０に進む。
【００７１】
＜Ｓ１３０＞
利用者は表示された三次元点群１９２に対して計測したい断面を入力装置を用いて指定し、計測断面情報入力部１３０は指定された断面の情報を計測断面情報１９３として入力する。
【００７２】
例えば、利用者は、マウスを用いて画面上の２点（図１２の「Ｐ１」「Ｐ２」）を指定する。三次元点群表示部１２０は、指定された２点を結んで線を引く。この２点を結んだ線を含んだ垂直面が計測断面となる。
計測断面情報入力部１３０は、指定された２点の画面内での位置（画素）を特定し、特定した位置に対応する三次元座標値を算出し、算出した三次元座標値を計測断面情報１９３とする。計測断面情報入力部１３０により算出される三次元座標値は三次元点群１９２と同じ座標系の値であり、高さの値が所定値（例えば、トンネル内の地面高の値）である。
【００７３】
Ｓ１３０の後、処理はＳ１４０に進む。
【００７４】
＜Ｓ１４０：断面計測処理＞
計測断面算出部１４０は、三次元点群１９２および計測断面情報１９３に基づいて、計測断面点群１９４を算出する。
【００７５】
図１３は、実施の形態１における断面計測処理（Ｓ１４０）のフローチャートである。
実施の形態１における断面計測処理（Ｓ１４０）について、図１３に基づいて以下に説明する。
【００７６】
まず、断面計測処理（Ｓ１４０）の概要について説明する。
【００７７】
計測断面算出部１４１は、計測断面情報１９３に基づいて計測断面式１０１を算出する（Ｓ１４１）。
三次元点群抽出部１４２は、計測断面式１０１に基づいて、計測断面近くの点群を三次元点群１９２から抽出する（Ｓ１４２）。
近傍点群抽出部１４３は、計測断面が間に位置する２つの近傍点を抽出点群１０２から複数組抽出する（Ｓ１４３）。
計測断面点群算出部１４４は、２つの近傍点を結んだ線と計測断面との交点を計測断面点として複数算出する（Ｓ１４４）。
【００７８】
次に、計測断面生成処理（Ｓ１４０）の詳細について説明する。
【００７９】
＜Ｓ１４１＞
計測断面算出部１４１は、計測断面情報１９３に基づいて、計測断面を表す方程式を計測断面式１０１として算出する。
【００８０】
例えば、計測断面情報１９３が計測断面（垂直面）を通る線上の２点「Ｐ１」「Ｐ２」を示す場合、計測断面算出部１４１は、以下のようにして計測断面式１０１を算出する。
【００８１】
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を通る平面Ａは一般的に式（１）で表される。
【００８２】
【数１】
2010249709.tif 000003
【００８３】
平面ＡをＸＺ軸に垂直な面とすると、平面Ａは式（１）を展開した式（２）で表される。
【００８４】
【数２】
2010249709.tif 000004
【００８５】
計測断面算出部１４１は、計測断面情報１９３に示される２点「Ｐ１」「Ｐ２」に基づいて、計測断面式１０１として式（２）を算出する。
【００８６】
Ｓ１４１の後、処理はＳ１４２に進む。
【００８７】
＜Ｓ１４２＞
三次元点群抽出部１４２は、計測断面式１０１に基づいて、計測断面近くの点群を三次元点群１９２から抽出点群１０２として抽出する。
【００８８】
例えば、三次元点群抽出部１４２は、計測断面Ａと平行な２つの平面であって計測断面Ａが間に位置する２つの平面Ｃ、Ｂの間に位置する点群を抽出点群１０２として以下のように抽出する。
以下、計測断面Ａを上記の式（２）で表される垂直面とする。
【００８９】
計測断面Ａから距離「Ｄ」だけ離れた平面Ｃは、式（３）で表される２点「Ｅ」「Ｆ」を含む。
【００９０】
【数３】
2010249709.tif 000005
【００９１】
平面Ｃは式（３）に基づいて式（４）で表される。
【００９２】
【数４】
2010249709.tif 000006
【００９３】
同様に、計測断面Ａから距離「−Ｄ」だけ離れた平面Ｂは式（５）で表される。
【００９４】
【数５】
2010249709.tif 000007
【００９５】
（ａ）計測断面Ａと平面Ｃとの間に位置する点群および（ｂ）計測断面Ａと平面Ｂとの間に位置する点群は式（６）の条件を満たす。
【００９６】
【数６】
2010249709.tif 000008
【００９７】
計測断面算出部１４１は、式（６）を満たす点群を抽出点群１０２として抽出する。
【００９８】
計測断面Ａ、平面Ｂ、平面Ｃおよび三次元点群１９２の関係を図３および図４に示す。
レーザ計測点が三次元点に相当する。平面Ｂと平面Ｃとの間に位置する複数のレーザ計測点が抽出点群１０２である。
【００９９】
Ｓ１４２の後、処理はＳ１４３に進む。
【０１００】
＜Ｓ１４３＞
近傍点群抽出部１４３は、図４において、計測断面Ａと平面Ｃとの間に位置する近傍点Ｓｐｎｍと計測断面Ａと平面Ｂとの間に位置する近傍点Ｓｐ（ｎ＋１）ｍとを一組として、抽出点群１０２から複数組の近傍点を抽出する。抽出される複数組の近傍点が近傍点群１０３である。
【０１０１】
近傍点Ｓｐの添え字「ｎ」「ｎ＋１」（ｎ：１、２、・・・）は、スキャンラインを示す。
近傍点Ｓｐの添え字「ｍ」は、レーザのスキャン角度（照射角度）を示す。
【０１０２】
近傍点Ｓｐ（ｎ＋１）ｍは、計測断面Ａと平面Ｂとの間に含まれる点のうち近傍点Ｓｐｎｍとスキャンラインが異なり近傍点Ｓｐｎｍから最も近い点である。
【０１０３】
図１３に戻り、断面計測処理（Ｓ１４０）の説明を続ける。
【０１０４】
Ｓ１４３の後、処理はＳ１４４に進む。
【０１０５】
＜Ｓ１４４＞
計測断面点群算出部１４４は、各組み合わせの２つの近傍点「Ｓｐｎｍ」「Ｓｐ（ｎ＋１）ｍ」を結んだ線と計測断面Ａとの交点を近傍点群１０３に含まれる近傍点の組み合わせ毎に算出する。算出される交点（図４の「Ｐｃｍ」）が計測断面点であり、算出される複数の計測断面点が計測断面点群１９４である。
【０１０６】
２点「Ｐ’」「Ｐ’’」を通る直線Ｌは式（７）で表される。
【０１０７】
【数７】
2010249709.tif 000009
【０１０８】
平面Ｄと直線Ｌとの交点Ｃｐは式（８）で表される。
【０１０９】
【数８】
2010249709.tif 000010
【０１１０】
計測断面点群算出部１４４は、近傍点「Ｓｐｎｍ」「Ｓｐ（ｎ＋１）ｍ」を点「Ｐ’」「Ｐ’’」に当てはめると共に計測断面Ａを平面Ｄに当てはめ、式（８）により計測断面点（交点Ｃｐ）を算出する。
【０１１１】
Ｓ１４４により、断面計測処理（Ｓ１４０）は終了する。
【０１１２】
図１０に戻り、断面計測方法の説明を続ける。
【０１１３】
Ｓ１４０の後、処理はＳ１５０に進む。
【０１１４】
＜Ｓ１５０＞
計測断面表示部１５０は、計測断面点群１９４を計測断面の計測結果として表示装置９０１に表示する。
【０１１５】
図１４は、実施の形態１における計測断面表示画面を示す図である。
計測断面表示部１５０は、例えば図１４に示すように、計測断面点群１９４を表示装置に表示する。
【０１１６】
図１０において、Ｓ１５０により断面計測方法は終了する。
【０１１７】
上記の断面計測方法により、利用者が計測したい断面を計測断面点群１９４で表すことができる。
【０１１８】
図１５は、実施の形態１における断面計測方法で得られた計測断面点群１９４と他の方法で得られた計測点群との比較図である。
図１５において、断面計測装置１００を用いて得られた計測断面点群１９４を「丸」、トータルステーションを用いて得られた計測点群を「四角」、三次元レーザを用いて得られた計測点群を「三角」で示している。
断面計測装置１００を用いて得られる計測断面点群１９４は、図１５に示すように、トータルステーションや三次元レーザを用いる定点測量と同じくらい精度が高い。
【０１１９】
図１６は、実施の形態１における断面計測装置１００のハードウェア資源の一例を示す図である。
図１６において、断面計測装置１００は、ＣＰＵ９１１（マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信ボード９１５、表示装置９０１、キーボード９０２、マウス９０３、ドライブ装置９０４、プリンタ装置９０６、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ドライブ装置９０４は、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ・Ｄｉｓｋ・Ｄｒｉｖｅ）、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ・Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ・Ｄｉｓｃ）などの記憶媒体を読み書きする装置である。
【０１２０】
通信ボード９１５は、有線または無線で、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、電話回線などの通信網に接続している。
【０１２１】
磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、ウィンドウシステム９２２、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。
【０１２２】
プログラム群９２３には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【０１２３】
ファイル群９２４には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ（入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など）が含まれる。
【０１２４】
実施の形態において構成図およびフローチャートに含まれている矢印は主としてデータや信号の入出力を示す。
【０１２５】
実施の形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実装されても構わない。
【０１２６】
実施の形態１では、例えば、以下のようなトンネル断面計測装置について説明した。
ＭＭＳ（モービルマッピングシステム）（計測車両２００および断面計測装置１００）は、ＧＰＳ／ＩＮＳ自己位置標定器（ＩＮＳ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ）とレーザレーダを搭載し、車体周辺の三次元点群を取得する。このＭＭＳをトンネルに適用し、三次元点群からトンネルの断面形状を取得する。
これによって、より短時間に、高精度なトンネル断面形状を得ることができる。
【０１２７】
ＭＭＳで得られるトンネル三次元点群データは離散的ではあるが、その取得原理から、レーザレーダの同一角度で得られた点が概略トンネル長手方向に列状に並ぶ。また、同一時刻で得られた点がトンネル輪切り方向に並ぶ。
このＭＭＳで取得したトンネル三次元点群データを使用し、任意に指定された断面とレーザレーダの同一角度で得られた点列（点群列）との三次元的な交点を求める。具体例としては、点群列のうち断面に一番近い点と二番目に近い点とで直線式を求め、断面の平面式との交点を幾何学的に求める。これによって、トンネル任意断面の取得が可能となる。
【０１２８】
トンネルは断面を計測する対象の一例である。断面計測装置１００はトンネル以外を対象にして断面を計測しても構わない。
【０１２９】
また、三次元点群１９２は他の装置で生成され、断面計測装置１００は他の装置で生成された三次元点群１９２を用いて断面計測を行っても構わない。
【０１３０】
実施の形態２．
トンネルの性質や状態を評価する性状計測装置について説明する。
【０１３１】
図１７は、実施の形態２における性状計測装置３００の機能構成図である。
実施の形態２における性状計測装置３００の機能構成について、図１７に基づいて以下に説明する。
【０１３２】
性状計測装置３００は、性状計測部３１０、性状表示部３２０および性状計測記憶部３９０を備える。
【０１３３】
性状計測記憶部３９０は、性状計測装置３００で使用するデータを記憶する。
三次元点群３９１、設計情報３９２および性状情報３９３は、性状計測記憶部３９０に記憶されるデータの一例である。
【０１３４】
三次元点群３９１は、実施の形態１で説明した三次元点群１９２（または、計測断面点群１９４）と、各三次元点に対応する距離方位点に示されるレーザの照射方位と、当該距離方位点を計測時の断面計測装置１００の位置姿勢値とを示す。
設計情報３９２は、トンネルの設計値（例えば、トンネルの断面の形状を表す設計値）を示す情報である。
性状情報３９３は、現在のトンネルが設計値通りであるか否かを示す情報である。
【０１３５】
性状計測部３１０は、三次元点群３９１と設計情報３９２とに基づいて、性状情報３９３をＣＰＵを用いて算出する。
例えば、性状計測部３１０は、三次元点毎に、三次元点に対応するレーザの照射方位および計測車両２００の位置姿勢値とに基づいて、三次元点に対応する設計値を設計情報３９２から取得する。取得される設計値は、断面計測装置１００の位置姿勢値を基点としてレーザの照射方位にあるトンネル部分の三次元座標値である。
性状計測部３１０は、設計値から三次元点を引いた差を三次元点の誤差として算出する。各三次元点の誤差が性状情報３９３である。
【０１３６】
性状表示部３２０は、性状情報３９３を表示装置に表示する。
【０１３７】
図１８は、実施の形態２におけるトンネル性状画面を示す図である。
性状表示部３２０は、例えば、図１８に示すように性状情報３９３を表示する。
【０１３８】
トンネル性状画面は、性状情報３９３を表した色分布図を表す。
色分布図は、トンネル入口から長手方向の距離を横軸に示している。例えば、目視で点検したトンネルの性状を製図した目視点検図などを同時に確認したいときは、トンネル性状画面を上下２段に分け、上段に色分布図、下段に目視点検図を配置し、上下で同時にトンネルの同じ位置を表すことも可能である。
【０１３９】
色分布図は、縦軸に角度を示している。設計円弧の中心からトンネル頂部方向を「０度」、トンネルの真横方向を「９０度」「−９０度」とし、トンネルの円弧を１８０度で表している。なお、縦軸は頂部からの円弧の距離にしてもよい。
【０１４０】
性状表示部３２０は、色分布図内で各三次元点に対応する部分を三次元点の誤差の大小に基づいて着色する（例えば、白黒、ＲＧＢまたはフルカラー）。性状表示部３２０は、その他の部分には周囲の着色部分に基づいてグラデーションを付ける。
例えば、誤差が無い部分を「黒」にし、誤差が大きいほど「白」に近づける。
また例えば、誤差が無い部分を「赤（Ｒ）」にし、プラスの誤差が大きいほど「緑（Ｇ）」に近づけ、マイナスの誤差が大きいほど「青（Ｂ）」に近づける。
【０１４１】
性状計測装置３００のハードウェア構成は、実施の形態１で説明した断面計測装置１００と同様である。
【０１４２】
実施の形態１で説明した断面計測装置１００は、性状計測装置３００の構成を備えてもよい。
【０１４３】
実施の形態２により、トンネルの性状を把握し易くすることができる。
但し、性状計測する対象はトンネル以外であっても構わない。
【符号の説明】
【０１４４】
１００  断面計測装置、１０１  計測断面式、１０２  抽出点群、１０３  近傍点群、１１０  三次元点群算出部、１２０  三次元点群表示部、１３０  計測断面情報入力部、１４０  計測断面算出部、１４１  計測断面算出部、１４２  三次元点群抽出部、１４３  近傍点群抽出部、１４４  計測断面点群算出部、１５０  計測断面表示部、１９０  断面計測記憶部、１９１ａ  距離方位点群、１９１ｂ  位置情報、１９２  三次元点群、１９３  計測断面情報、１９４  計測断面点群、２００  計測車両、２１０  レーザスキャナ、２２０  ＧＰＳ受信機、２３０  ジャイロ、３００  性状計測装置、３１０  性状計測部、３２０  性状表示部、３９０  性状計測記憶部、３９１  三次元点群、３９２  設計情報、３９３  性状情報、９０１  表示装置、９０２  キーボード、９０３  マウス、９０４  ドライブ装置、９０６  プリンタ装置、９１１  ＣＰＵ、９１２  バス、９１３  ＲＯＭ、９１４  ＲＡＭ、９１５  通信ボード、９２０  磁気ディスク装置、９２１  ＯＳ、９２２  ウィンドウシステム、９２３  プログラム群、９２４  ファイル群。
【図１】
2010249709.tif 000011
【図２】
2010249709.tif 000012
【図３】
2010249709.tif 000013
【図４】
2010249709.tif 000014
【図５】
2010249709.tif 000015
【図６】
2010249709.tif 000016
【図７】
2010249709.tif 000017
【図８】
2010249709.tif 000018
【図９】
2010249709.tif 000019
【図１０】
2010249709.tif 000020
【図１１】
2010249709.tif 000021
【図１２】
2010249709.tif 000022
【図１３】
2010249709.tif 000023
【図１４】
2010249709.tif 000024
【図１５】
2010249709.tif 000025
【図１６】
2010249709.tif 000026
【図１７】
2010249709.tif 000027
【図１８】
2010249709.tif 000028