(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の撮影範囲を撮影した実体視用の１対の航空写真に対して、立体図化装置を用いてデジタルマッピングを行なう地図データ作成方法であって、
（ａ）解析範囲に所定の配列で基準地点群を設定して各々の基準地点の平面座標値を記憶する工程と、
（ｂ）前記基準地点群の各々の標高値を測定して記憶する工程と、
（ｃ）前記解析範囲内の尾根線および谷線の分布を判定する工程と、
（ｄ）前記尾根線を一連のベクトルデータとして記憶する工程と、
（ｅ）前記谷線を一連のベクトルデータとして記憶する工程と、
（ｆ）前記解析範囲内の急傾斜範囲を判定して、前記急傾斜範囲の境界線を複数の連続したベクトルデータとして記憶する工程と、
（ｇ）前記基準地点群の位置および標高値を用いて、所定の標高毎の等高線を連続座標群として計算する工程と、
（ｈ）前記等高線と前記尾根線との尾根交差箇所では、該尾根交差箇所の周囲の前記連続座標群を尾根線の標高の低い側に修正する工程と、
（ｉ）前記等高線と前記谷線との谷線交差箇所では、該谷線交差箇所の周囲の前記連続座標群を谷線の標高の高い側に修正する工程と、
（ｊ）前記等高線と前記急傾斜範囲との急傾斜範囲交差箇所では、該急傾斜範囲交差箇所の周囲の前記連続座標群を、前記急傾斜範囲の境界線に平行になるように修正する工程と、
を具備することを特徴とする地図データ作成方法。
【請求項２】
前記工程（ｄ）において、前記尾根線を、主尾根線と従尾根線に分類し、それぞれ一連のベクトルデータとして区別して記憶することを特徴とする請求項１に記載された地図データ作成方法。
【請求項３】
前記急傾斜範囲は、崖または擁壁に関するものであることを特徴とする請求項１に記載された地図データ作成方法。
【請求項４】
前記工程（ａ）から（ｆ）に記載された前記平面座標値、前記標高値、前記ベクトルデータは、前記航空写真の、撮影時の高度による写真の各部の縮尺および撮影時の角度による写真の歪みを幾何学的に修正する工程を含むものであることを特徴とする請求項１に記載された地図データ作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空写真を用いて、等高線を容易かつ的確に図化させることのできる地図データ作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、航空測量による地形図の等高線の作成においては、上空の所定の高度において所定の距離だけ離れた２点から撮影された、撮影対象地域が数十パーセント重複する２枚の航空写真を立体図化装置にセットし、地上で測量された地点の標高値を基準として等高線を図化していた。
【０００３】
航空測量を行なうための航空写真撮影高度は、作成する地図の縮尺により異なる。小縮尺の１万分の１の地図では、飛行高度１万メートルで、飛行機とともに平行移動するカメラで、撮影対象地域が重複するように撮影したり、飛行ルートを近接させて撮影対象地域が重複するように撮影したりする。
【０００４】
また、大縮尺の１０００分の１の地図を作成する場合には、飛行高度２０００メートル程度の低空で、飛行機の両翼にセットした１対のカメラで同時撮影を行なう。
【０００５】
また近年、コンピュータを用いて既知の多数の地点の標高値のみから等高線を図化させる方法も普及しており、国土地理院などにおいて、地図上に設定した各メッシュ交点の標高値から等高線を発生させるアルゴリズムが開発されている。さらに、近年では、地図上の多数の任意の点の標高値データから等高線を発生させる技術が開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大縮尺の地図を作成する場合の撮影高度は、２０００メートル程度の低空であり撮影作業には危険を伴う。
また、精度の高い等高線を描画するためには、非常に細かい密度での標高値データが必要であった。また、等高線を自然な曲線で描画するためには、等高線が通るべき座標を多数求める必要があるため、非常に大きなデータ量が必要であった。したがって、コンピュータの記憶容量が非常に大きく必要とされ、多くの費用を要していた。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、容易な作業で的確な等高線を描画できる地図データ作成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、所定の撮影範囲を撮影した実体視用の１対の航空写真に対して、立体図化装置を用いてデジタルマッピングを行なう地図データ作成方法であって、（ａ）解析範囲に所定の配列で基準地点群を設定して各々の基準地点の平面座標値を記憶する工程と、（ｂ）前記基準地点群の各々の標高値を測定して記憶する工程と、（ｃ）前記解析範囲内の尾根線および谷線の分布を判定する工程と、（ｄ）前記尾根線を一連のベクトルデータとして記憶する工程と、（ｅ）前記谷線を一連のベクトルデータとして記憶する工程と、（ｆ）前記解析範囲内の急傾斜範囲を判定して、前記急傾斜範囲の境界線を複数の連続したベクトルデータとして記憶する工程と、（ｇ）前記基準地点群の位置および標高値を用いて、所定の標高毎の等高線を連続座標群として計算する工程と、（ｈ）前記等高線と前記尾根線との尾根交差箇所では、該尾根交差箇所の周囲の前記連続座標群を尾根線の標高の低い側に修正する工程と、（ｉ）前記等高線と前記谷線との谷線交差箇所では、該谷線交差箇所の周囲の前記連続座標群を谷線の標高の高い側に修正する工程と、（ｊ）前記等高線と前記急傾斜範囲との急傾斜範囲交差箇所では、該急傾斜範囲交差箇所の周囲の前記連続座標群を、前記急傾斜範囲の境界線に平行になるように修正する工程とを具備することを特徴とする地図データ作成方法である。
【０００９】
本発明に係る地図データ作成方法では、まず等高線の曲線の凹凸に影響を及ぼすような地形的特徴のある箇所についてのベクトルデータを記憶しておく。次に、点状に分布する標高値データから描画された第１次等高線とベクトルとが交差する箇所において、第１次等高線を地形的特徴に適合するように修正する。したがって、記憶すべきデータ量をそれほど増大させることなく、容易に的確な等高線を描画することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は航空写真１ａ、１ｂの撮影方法の１例を示す模式図である。飛行機３は所定の撮影高度５で飛行しつつ、飛行機３の両翼に所定の方向を撮影するように平行に設けられたカメラ７ａおよびカメラ７ｂにより、シャッタを切るタイミングを同一にして、地上の対象地域を撮影する。図１の例では、カメラ７ａ、７ｂのみが設けられているが、より多くのカメラを設けて一度に撮影してもよい。
【００１１】
撮影高度５は任意に設定することが可能である。解析に用いる航空写真は、２０００ｍ程度の低空で撮影された写真の他、例えば高度７０００ｍから１００００ｍで撮影され、分解能力が１０ｃｍより精密な航空写真などを用いることができる。
【００１２】
カメラ７ａおよび７ｂの各々により撮影される航空写真１ａおよび１ｂは、重複部９が生じるように撮影されており、この重複部９について、地形を解析することが可能となる。撮影高度５などによって、重複部９の解析に適した１組の航空写真を得ることのできる１対のカメラの間隔は異なっている。１機の飛行機３の両翼の端の間の間隔で十分な場合には飛行機３の両翼にカメラ７ａとカメラ７ｂとを設ける。なお、より大きな間隔が必要な場合には、飛行機３を平行移動させて撮影したり、飛行ルートを近接させて撮影したりしてもよい。
【００１３】
一般に写真では写真の中央部に比べて周辺部が縮小されて投影されており、写真各部の縮小率は撮影時の高度および角度により異なる。したがって、これらの航空写真１ａおよび１ｂの歪みを、それぞれ幾何学的に補正して地形を解析したり、地形解析を行なってから幾何学的な補正を行なって地図化したりする。カメラ７ａ、７ｂを、自動制御により常時水平に保つようにすることにより、歪みの補正の容易な写真を得ることが可能となる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態に係る航空写真１ａ、１ｂに対するデータ処理を示す図である。航空写真１ａおよび１ｂは、立体図化装置１１にセットされ、地形データの解析が行なわれる。航空写真１ａ、１ｂは、撮影高度５および写真作成時の条件により写真の各部の縮尺が異なり、また撮影時の角度により実際の地表面に比べて写真が歪んでいる場合があるが、これらの歪みは撮影および写真作成時の諸データを用いたり、既存の地図データと対応地点を照合したりして幾何学的に修正される。
【００１５】
立体図化装置１１を介して得られた航空写真１ａ、１ｂの標高データは、データ処理装置１３に送られ、データは所定のフォーマットに整理されて記憶装置１５に記憶される。
【００１６】
解析者１７は、実体鏡を用いたり、肉眼実体視による図化機を用いたりして航空写真１ａおよび１ｂを観察し、解析対象地域の地形の特徴を把握する。次に解析者１７は、得られた地形の特徴を分類し、入力装置１９を用いて、地形データを点データあるいはベクトルデータとして近似して入力する。入力装置１９が、デジタイザ、タブレット、モニタ画面とマウスなどである場合には、点データは点を指定し、ベクトルデータは両端点を指定して入力する。その他に、紙やフィルムなどに地形の特徴を描いたものをイメージスキャナを入力装置１９として用いて入力する方法もある。
【００１７】
入力装置１９から入力されたデータは、データ処理装置１３により所定のフォーマットに整理されて、記憶装置１５に記憶される。解析者１７によって得られたデータも、立体図化装置１１からのデータと同様に幾何学的に修正され、両者は同じ座標上に記憶される。
【００１８】
等高線の図化における入力データ、途中経過および結果は、出力装置２０により適宜出力される。出力装置２０としては、静電プロッタ、インクジエットプリンタ、ハードコピー、モニター画面などがある。
【００１９】
図３は等高線の作成の概要を示すフローチャートである。解析者１７は、航空写真１ａ、１ｂを用いて地形解析を行ない、尾根線、谷線、崖などの地形の特徴をベクトルデータ化して、記憶装置１５に記憶させる（ステップ３０１）。また、標高データから任意の方法で等高線を構成する連続座標群のデータを算出する（ステップ３０２）。ステップ３０２では、等高線の連続座標群についての既存のデータが得られれば、座標軸をベクトルデータと同一に揃えることで利用できる。なお、このステップ３０１とステップ３０２とは、順番が逆であっても構わない。
【００２０】
次に、地形の特徴を示すベクトルデータを用いて、等高線を構成する連続座標群を部分的に修正する（ステップ３０３）。ステップ３０３においては、計算により、ベクトルと、連続座標群を結ぶ線との交点の位置を求め、前記交点付近における連続座標群の座標を修正する。
【００２１】
図４は、解析範囲２１に等高線を発生させるために設けた基準点２３の配置の１例を示す図である。等高線を発生させようとする解析範囲２１を含むように、航空写真１ａ、１ｂの重複部９が準備されている。解析範囲２１内に所定の配置で設けた基準点２３の他に、解析範囲２１の外部にも同じ所定の配置で解析範囲外基準点２５を設定する。
【００２２】
基準点２３および解析範囲外基準点２５について記憶装置１５に記憶されるデータは、平面座標値および標高値である。等高線を計算して求めるための平面座標値は、（イ）経度および緯度、（ロ）ある地点を基準とする地表面での座標値、あるいは（ハ）図上での座標値から、適当なものが選択される。標高値は、地表面での標高値がそのまま用いられる。
【００２３】
等高線を図化する場合には、まず、作成しようとする地図の縮尺に合わせて各等高線の標高差を設定する。１０００分の１の地形図の例では通常、０．５ｍ〜１ｍの標高差毎に基準となる等高線すなわち主曲線が描かれる。また地形の傾斜の特に緩やかな箇所で、主曲線だけでは地形の細部が表現できない場合には、主曲線の２分の１または４分の１の標高差で補助曲線を補うことがある。主曲線、補助曲線の標高差は、地図の目的に応じて任意に設定することが可能である。また、地図を見やすくするために、主曲線を任意の間隔毎に太線などで示す計曲線を設けてもよい。
【００２４】
本実施の形態では、既存の等高線生成手法の中から適当な計算方法を選択し、基準点２３および解析範囲外基準点２５の標高値を基にして、等高線の通過する点を推定する。
【００２５】
解析範囲外基準点２５は、解析範囲２１の外部との境界付近の等高線を図化するために用いるものである。解析範囲外基準点２５が設定されていなくても、解析範囲２１の中心部では等高線が図化できる。しかし、解析範囲２１の周辺に近い部分では、解析範囲外基準点２５が設定されていなければ、等高線を図化するための計算が不可能になったり、等高線が実際の地形と全く異なった形状になったりする危険が発生する。
【００２６】
なお、図４では重複部９内の全体に基準点２３と解析範囲外基準点２５とを設定して図示しているが、解析範囲外基準点２５を設定する範囲は、等高線生成のために用いる計算手法に合わせて適当に選択される。
基準点２３および解析範囲外基準点２５の配置は、図４のように直交方向に等間隔で設定する他、等高線発生のために選択した計算手法に合わせて適宜に設定されるものである。標高の判明している地点についての標高データを任意に追加して入力することも可能である。
【００２７】
図５は基本データ画像２７を示す図である。等高線を図化するための基本データは、基準点２３および解析範囲外基準点２５の平面座標値と標高値、および解析者１７によって入力された、地形の特徴を示す点データとベクトルデータとからなっている。図５では、解析範囲２１についてのみ図示しているが、解析範囲２１の外側の部分についても地形の特徴を示す点データとベクトルデータとを入力しておくことで、等高線がより的確な形状で図化されることになる。
【００２８】
地形の特徴を示す点データとして、本実施の形態では、ピーク３１を例示している。ピーク３１についてのデータは一連の地形の最高標高を有する地点についての平面座標値と標高値とからなる。ただし凡例のデータの種類の欄では平面座標値の語は省いてある。これは、ベクトルデータについてもベクトルの起点の平面座標値が含まれており、すべての項目に共通する語であるため、省略したものである。
【００２９】
地形の特徴を示すベクトルデータとして、本実施の形態で例示したのは、主尾根線３３、稜線（従尾根線）３５、谷線３７、崖線３９、丘状稜線（従尾根線）４１である。このうち、主尾根線３３、稜線（従尾根線）３５、谷線３７、丘状稜線（従尾根線）４１は単数のベクトルや、複数のベクトルが単線状に連なったものとして近似されるものであり、崖線３９は崖を囲むポリゴンとして近似されるものである。
【００３０】
主尾根線３３は、図５の例に示すように２つ以上のピーク３１を結ぶ凸状の地形の連なりを示すものである。稜線（従尾根線）３５は、ピーク３１、主尾根線３３、他の稜線３５の周辺の高い地点から出発するベクトルで、谷線３７とほぼ平行して山裾に向かうもの、谷線３７に向かうものが多い。
【００３１】
主尾根線３３と稜線（従尾根線）３５との違いについて説明する。主尾根線３３は、２つ以上のピーク３１を結ぶものであるため、主尾根線３３は両端が高く、主尾根線３３上の少なくとも１箇所が凹状になっている。したがって、主尾根線３３上の凹状箇所の両側で、主尾根線３３自体の傾斜が逆方向になっている。等高線が主尾根線３３を横切る場合には、凹状箇所を、主尾根線３３の変曲点として入力しておくか、傾斜の変化する箇所で別なベクトルとして区切るとよい。主尾根線３３上に複数箇所の凹凸がある場合には、変曲点をあらかじめすべて入力しておくか、後に等高線と主尾根線３３とが交差することが判明した時点で、主尾根線３３上の凹凸に関するデータを追加入力してもよい。
【００３２】
稜線（従尾根線）３５は、ベクトルの一端の標高が高く、他端の標高が低くなっている。したがって、標高の高い方の端を起点とするように統一してベクトルデータを入力しておくことで、稜線（従尾根線）３５自体の傾斜がわかるようにしておく。逆に標高の低い方の端をベクトルの起点として統一してもよい。なお、稜線（従尾根線）３５上に凹凸や傾斜の明瞭な変化が認められる場合には、変曲点を点データとして入力するか、傾斜の異なる部分毎に別なベクトルとして区別することも可能である。
【００３３】
谷線３７は、地形の凹部の連なりを近似するベクトルであり、一端が高く、他端が低くなっている。谷線３７についても、高い側をベクトルの起点として統一する。あるいは低い側をベクトルの起点として統一する。また、傾斜の緩急が明瞭に変化する場合には、変曲点を入力しておくか、傾斜のほぼ同じ部分毎に別々のベクトルとして入力しておいてもよい。
【００３４】
崖線３９は崖（急傾斜範囲）の上端線と下端線とをポリゴンで近似して囲んだものである。崖は自然の地形や人工の擁壁のように、傾斜が垂直に近くなっており、等高線を図示したとしても非常に密集して判読不可能になるような場所である。逆に、基準点２３と解析範囲外基準点２５の標高値データのみで崖線３９データがなければ、崖の存在は等高線に反映されず、崖の上端と下端の急激な標高差は、周辺の傾斜に吸収され均されてしまうことになる。どの程度の規模の崖を崖線３９で囲むかについての判定は、解析者１７が作成しようとする地図の縮尺などを考慮して行なう。
【００３５】
丘状稜線（従尾根線）４１は、稜線（従尾根線）３５のうち凸地形が不明瞭なもの、凸構造の幅が広くて中心線を示すことができないものを特に区別して示したものである。丘状稜線（従尾根線）４１は、幅の広い凸構造の両端の境界線をベクトルデータとして示したものである。
【００３６】
図６は、第１次等高線画像４３を示す図である。第１次等高線４５は、基準点２３および解析範囲外基準点２５および解析者１７によって入力された点データであるピーク３１の平面座標値と標高値のみを用いて計算され図化された等高線である。ただし、先に選択した計算手法が格子点データのみを用いるものであれば、ピーク３１のデータは用いられない。
【００３７】
第１次等高線４５を図化するための基本データは、連続座標群からなるポリゴンデータである。第１次等高線画像４３では、第１次等高線４５と、解析者１７によって入力されたデータとが重畳されて示されているが、次の段階では、解析者１７によって入力されたデータを用いて第１次等高線４５の細部を修正する。すなわち、第１次等高線４５が、主尾根線３３、稜線（従尾根線）３５、谷線３７、崖線３９、丘状稜線（従尾根線）４１のいずれかと交差する交差箇所を計算によって求め、交差箇所において第１次等高線４５をそれぞれ修正する。
【００３８】
（Ａ）第１次等高線４５と主尾根線３３または稜線（従尾根線）３５が交差する箇所では、交差箇所の周囲の所定の範囲の等高線の連続座標群を尾根線の標高の低い側に修正する。このとき、尾根線と等高線との交点では等高線の修正量を最大とし、尾根線からの距離に応じて等高線の修正量が小さくなり、所定の距離では修正量がゼロになるように、等高線の連続座標群の座標を修正する。すなわち、交差箇所では、等高線が標高の低い側に凸状となる。
【００３９】
（Ｂ）第１次等高線４５と丘状稜線（従尾根線）４１とが交差する箇所では、交差箇所の周囲の所定の範囲の等高線の連続座標群を尾根線の標高の低い側に修正する。１組の２本の丘状稜線（従尾根線）４１に挟まれた丘状部分で等高線の修正量をほぼ均一にし、丘状部分の外側の地形に適切に連続するように、等高線の連続座標群の座標を修正する。
【００４０】
（Ｃ）第１次等高線４５と谷線３７が交差する箇所では、交差箇所の周囲の所定の範囲の等高線の連続座標群を谷線の標高の高い側に修正する。このとき、谷線と等高線との交点では等高線の修正量を最大とし、谷線からの距離に応じて等高線の修正量が小さくなり、所定の距離では修正量がゼロになるように、等高線の連続座標群の座標を修正する。
【００４１】
（Ｄ）第１次等高線４５と崖線３９の上端線とが２箇所で交差する場合には、交差箇所の間の等高線の連続座標群を崖線３９の上端線の外側に、上端線と平行になるように修正する。第１次等高線４５と崖線３９の下端線とが２箇所で交差する場合には、交差箇所の間の等高線の連続座標群を崖線３９の下端線の外側に、下端線と平行になるように修正する。
【００４２】
図７は修正後等高線画像４７を示す図である。図６の第１次等高線の連続座標群に対する（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の修正が終了した段階で、修正後等高線４９の連続座標群が全て得られることになる。図８は、尾根方向の修正箇所５１および谷線方向の修正箇所５３を示す図、図９は崖線３９に交差する等高線の修正箇所５５ａ、５５ｂを示す図である。
【００４３】
実際の図化の際にはポリゴンデータを構成する点を、そのまま直線で結ぶ方法の他に、円弧、ベジェ曲線、スプライン曲線などを利用し、連続座標群を結ぶ線にスムージング処理を施して示す方法がある。
【００４４】
以上詳細に説明したように本発明の実施の形態では、容易な作業で的確な等高線を作成することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、解析者１７の判定する地形の特徴としてピーク３１、主尾根線３３、稜線（従尾根線）３５、谷線３７、崖線３９、丘状稜線（従尾根線）４１を例示したが、その他の地形の特徴を点データ、ベクトルデータで示して、等高線の修正に用いてもよい。
【００４６】
また、崖線３９と第１次等高線４５とが交差する場合には、等高線を崖線３９にぶつかった場所で切断して示してもよい。
また、ベクトルデータのかわりに、ベクトルの両端の点の平面座標値をデータとしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、容易な作業で的確な等高線を発生させることのできる地図データ作成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  航空写真１ａ、１ｂの撮影方法の１例を示す模式図
【図２】  航空写真１ａ、１ｂに対するデータ処理を示す図
【図３】  等高線の作成の概要を示すフローチャート
【図４】  基準点２３の配置の１例を示す図
【図５】  基本データ画像２７を示す図
【図６】  第１次等高線画像４３を示す図
【図７】  修正後等高線画像４７を示す図
【図８】  尾根方向の修正箇所５１および谷線方向の修正箇所５３を示す図
【図９】  崖線３９に交差する等高線の修正箇所５５ａ、５５ｂを示す図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ………航空写真
３………飛行機
５………撮影高度
７ａ、７ｂ………カメラ
９………重複部
１１………立体図化装置
１３………データ処理装置
１５………記憶装置
１７………解析者
１９………入力装置
２０………出力装置
２１………解析範囲
２３………基準点（解析範囲内のもの）
２５………解析範囲外基準点
２７………基本データ画像
３１………ピーク
３３………主尾根線
３５………稜線（従尾根線）
３７………谷線
３９………崖線
４１………丘状稜線（従尾根線）
４３………第１次等高線画像
４５………等高線
４７………修正後等高線画像
４９………修正後の等高線
５１………尾根方向の修正箇所
５３………谷線方向の修正箇所
５５ａ、５５ｂ………崖線方向の修正箇所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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