(57)【要約】【課題】新設経路の設計において、設計者の長年の経験と勘を不要とし、確実に既存路網と接続するように新設経路を設計することのできる新設経路生成装置及び新設経路生成プログラムを提供する。【解決手段】森林、林業における森林の施業体系に基づき既存路網と接続する新設経路を生成する新設経路生成装置であって、新設経路を生成する対象地域の森林簿を、森林の成長モデルにより育成状況を更新し、更新された森林簿に対する施業体系の優先度に応じて経由地を設定する経由地設定手段と、前記既存路網から前記経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定手段と、前記複数の新設予定経路から開設コストを最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索手段とを備えるようにした。【選択図】図１
2014135919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
森林、林業における森林の施業体系に基づき既存路網と接続する新設経路を生成する新設経路生成装置であって、
新設経路を生成する対象地域の森林簿を、森林の成長モデルにより育成状況を更新し、更新された森林簿に対する施業体系の優先度に応じて経由地を設定する経由地設定手段と、
前記既存路網から前記経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定手段と、
前記複数の新設予定経路から開設コストを最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索手段とを備えることを特徴とする新設経路生成装置。
【請求項２】
新設予定経路設定手段は、入力された複数の起点候補と複数の終点候補とを結ぶすべての組み合わせにより複数の新設予定経路を設定することを特徴とする請求項１記載の新設経路生成装置。
【請求項３】
新設予定経路設定手段は、入力された起点候補に対して複数の終点候補を生成し、
生成された起点候補と終点候補とを結ぶ新設予定経路を複数設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の新設経路生成装置。
【請求項４】
新設予定経路設定手段は、起点及び終点が既存路網上に設定され、新設経路と既存路網とで形成される循環路として新設予定経路を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の新設経路生成装置。
【請求項５】
前記新設予定経路の設定において経由地に設定することのできない迂回地を設定する迂回地設定手段をさらに備え、
前記新設予定経路設定手段が前記迂回地を迂回するように複数の新設予定経路を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の新設経路生成装置。
【請求項６】
森林、林業における森林の施業体系に基づき既存路網と接続する新設経路を生成する新設経路生成プログラムであって、
新設経路を生成する対象地域の森林簿を、森林の成長モデルにより育成状況を更新し、更新された森林簿に対する施業体系の優先度に応じて経由地を設定する経由地設定ステップと、
前記既存路網から前記経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定ステップと、
前記複数の新設予定経路から開設コストを最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする新設経路生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新設経路生成装置、及び新設経路生成プログラムに関し、特に、森林，林業の施業に必要な経路を新設するときに、施業において効率の良い新設経路を生成する新設経路生成装置、及び新設経路生成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、森林，林業における新たな道路（以下新設経路という）の設計は、地形起伏の状況、経路勾配や保護地域等の制約、施業対象の林分の分布、既存路網との接続、開設費用、開設後の運搬費用等多岐に渡る条件を勘案して検討する必要があり、設計者による長年の経験と勘を必要としていた。そこで、非特許文献１では、設計者の長年の経験と勘に頼ることなく新設経路を設計するために、２ｍメッシュの標高地形データ（ＤＥＭデータ）を用い、上記条件を勘案して複数の目標地点を設定し、これ等目標地点を通過する経路を自動的に設計する技術が提案されている。
しかしながら、非特許文献１では、与えた複数の目標地点を通過する経路を得ることができるものの、上記林分の分布を記載した森林簿は、過去の情報であるため、実際に新設経路を設定するときの各林分の樹木の育成状況が実際の育成状況と異なる場合が多く、必ずしも施業において効率の良い新設経路が得られるものではない。このため、実際に各林分の育成状況の調査をあらかじめ行い、その育成状況を確認し、今後の育成状況を予測した上で、新設経路を設計する必要があり、結果として設計者の長年の経験と勘を必要とすることになっていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】循環路を含めた林内路網の自動設計，日本森林学会大会学術講演集，２０１２．６；白澤紘明，長谷川尚史
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記課題を解決すべく、新設経路の設計において、設計者の長年の経験と勘を不要とし、森林，林業の施業において最も効率の良い新設経路を生成することができる新設経路生成装置、及び新設経路生成プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、森林、林業における森林の施業体系に基づき既存路網と接続する新設経路を生成する新設経路生成装置であって、新設経路を生成する対象地域の森林簿を、森林の成長モデルにより育成状況を更新し、更新された森林簿に対する施業体系の優先度に応じて経由地を設定する経由地設定手段と、既存路網から経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定手段と、複数の新設予定経路から開設コストを最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索手段とを備えることにより、新設経路の設計において設計者の長年の経験と勘を不要として、新設経路を既存路網に接続し、施業において最も効率の良い新設経路を設定することができる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、新設予定経路設定手段は、入力された複数の起点候補と複数の終点候補とを結ぶすべての組み合わせにより複数の新設予定経路を設定することにより、新設経路となる新設予定経路を確実に、かつ効率的に既存路網に対して接続することができる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、入力された起点候補に対して複数の終点候補を生成し、生成された起点候補と終点候補とを結ぶ新設予定経路を複数設定することにより、新設経路となる新設予定経路を確実に、かつ効率的に既存路網に対して接続することができる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、新設予定経路設定手段は、起点及び終点が既存路網上に設定され、新設経路と既存路網とで形成される循環路として新設予定経路を設定することにより、行き止まりのない新設経路を生成できる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、新設予定経路の設定において経由地に設定することのできない迂回地を設定する迂回地設定手段をさらに備え、新設予定経路設定手段が上記迂回地を迂回するように複数の新設予定経路を設定することにより、より現実的な新設経路を設定することができる。
上記課題を解決するための新設経路生成プログラムの構成として、森林、林業における森林の施業体系に基づき既存路網と接続する新設経路を生成する新設経路生成プログラムであって、新設経路を生成する対象地域の森林簿を、森林の成長モデルにより育成状況を更新し、更新された森林簿に対する施業体系の優先度に応じて経由地を設定する経由地設定ステップと、既存路網から経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定ステップと、複数の新設予定経路から開設コストを最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索ステップとをコンピュータに実行させることにより、新設経路の設計において設計者の長年の経験と勘を不要として、新設経路を既存路網に接続し、施業において最も効率の良い新設経路を設定することができる。
【０００６】
なお、上記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】新設経路生成プログラムを実行する新設経路生成装置の一例を示すブロック図である。
【図２】スギ林業における施業サイクル及び、施業対象林分を抽出する概念図である。
【図３】メッシュ領域にリンクを生成する概念図及びリンク勾配の算出概念図である。
【図４】経由地の設定を示す概念図である。
【図５】第１の方法による起点候補点及び終点候補点の設定処理を示す図である。
【図６】第２の方法による起点候補点及び終点候補点の設定処理を示す図である。
【図７】第３の方法による起点候補点及び終点候補点の設定処理を示す図である。
【０００８】
以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明を好適に実施する新設経路生成プログラムを実行する新設経路生成装置の一例を示すブロック図である。
新設経路生成装置１０は、いわゆるコンピュータであって、ハードウェア資源として設けられた演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、通信手段としての入出力インターフェイスを備え、新設経路生成装置１０のＣＰＵが、記憶手段に格納された新設経路生成プログラムに従って後述の処理を実行する。新設経路生成装置１０には、キーボードやマウスなどの入力手段３、或いは、磁気，光学ドライブ等の入力手段や、モニター２等の出力手段が接続されている。また、新設経路生成プログラムは、コンピュータとして構成された新設経路生成装置１０を後述の各手段として動作させる。以下、新設経路生成装置１０の各手段について説明する。
【００１０】
新設経路生成装置１０は、森林、林業における森林の成長に伴う施業体系に基づき、既存路網と接続する複数の新設予定経路を生成し、この複数の新設予定経路から施業において最適な新設経路を設定するものである。
新設経路生成装置１０は、概略、データ読込手段１１と、基本経路生成手段１２と、開設コスト設定手段１３と、経由地設定手段１４と、迂回地設定手段１５と、起点終点設定手段１６と、新設予定経路設定手段１７と、新設経路探索手段１８とを備える。
【００１１】
データ読込手段１１は、例えば、標高地形データ読込手段と、森林・林業データ読込手段と、開設コスト設定データ読込手段とにより構成される。
標高地形データ読込手段は、経路を新設する対象地域Ｒの標高地形データの読み込みを実行する。標高地形データは、対象地域の標高を記録したいわゆるＤＥＭ（Digital Elevation Model）であって、例えば、ＬｉＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Raging）計測などにより得られた対象地域Ｒの地形形状を所定寸法の格子状（メッシュ状）に分割し、この分割されたメッシュ領域毎に実際の地形に対応する標高を割り当てて記録された３次元地図である。上記メッシュ領域は、例えば１０ｍ、５ｍ、１ｍ又は１ｍ以下の寸法である。
【００１２】
森林・林業データ読込手段は、森林，林業を対象として山間部等に設置された林道を含む既存の道路（以下既存路網という）に新設経路を生成するための森林・林業データの読み込み処理を実行する。森林・林業データには、対象地域Ｒの森林基本図データ９Ａ、森林簿データ９Ｂ、森林・林業における施業体系としての施業・成長データ９Ｃ、新設経路の設定において迂回すべき迂回地データ９Ｄ等が含まれる。
【００１３】
森林基本図データ９Ａは、林分が記載された林・小班等の境界、等高線、路網等を記録したものである。
森林簿データ９Ｂは、山を植林した樹木ごと（林班）に区切り、それぞれ所有者、樹種、林齢、面積などが記録された台帳であって、山林における林分毎の樹木の種類、樹齢などが記録されている。
施業・成長データ９Ｃは、森林・林業において、植林された樹木の種類毎の成長モデルと、植林された樹木の種類毎の成長モデルに対する施業内容が記録された施業体系モデルとを記録したものである。
【００１４】
図２（ａ）は、施業・成長データの一例であって、スギ林業の施業体系モデルと成長モデルを示す図である。同図は、横軸に林齢、縦軸に材積を設定したスギの成長モデルを示し、植林から伐採までの期間をモデル化したものである。また、施業体系モデルは、植林から伐採までの間に、スギの成長にともない施業される下刈り、除伐、間伐などの施業内容及び施業時期をモデル化（体系化）したものである。
このように、樹木の種類毎の植林から伐採までの期間を成長モデルとして記憶させておき、さらに、樹木の種類毎の施業の体系を施業モデルとして読み込ませておくことで、施業において有効、かつ効率的な新設経路の設定が可能となる。
【００１５】
迂回地データ９Ｄは、保護林区域データ，希少種保護区域データ，崩壊地などの迂回すべき地域を示す迂回地Ｚのデータが記録されている。
【００１６】
開設コスト設定データ読込手段は、対象地域Ｒ内において新設経路の工事費用を含む評価条件が入力された開設コスト設定データの読み込みを実行する。開設コスト設定データには、例えば、後述するリンクＬの工事に要する費用が記録され、リンクＬの勾配に応じたコストや、長さに応じたコスト、リンクＬを橋またはトンネルで工事したときのコストが記録される。
【００１７】
上記読み込まれたデータは、表示手段によって、モニター２上に表示される。表示手段は、例えば、立体地図表示手段と、既存路網表示手段とにより構成される。
立体地図表示手段は、読み込んだ標高地形データの標高を所定範囲の標高毎に分類し、分類された標高毎に赤色を基調とする濃淡で異なる色を割り当て、割り当てられた色で各メッシュ領域を着色して赤色立体地図としてモニター２上に表示する。この赤色立体地図は、地形の傾斜量に応じて赤の彩度に比例させ、傾斜量の大きな急斜面ほど緩やかな斜面より赤くなるように、また、地形の尾根谷度を明度に比例させ、尾根や独立峰ほど明るく谷や窪地ほど暗くなるように調製した擬似カラー画像として表示される。
【００１８】
既存路網表示手段は、森林基本図データ９Ａから既存路網を抽出してモニター２上に表示する処理を実行し、上記赤色立体地図の対応する位置に既存路網Ｋを重畳して表示する。すなわち、表示手段は、立体地図表示手段と、既存路網表示手段とを実行してモニター２上に、対象地域Ｒの立体地図に当該領域の既存路網Ｋを重畳して表示する。
【００１９】
基本経路生成手段１２は、対象地域Ｒにおいて新設経路を設定するための基本となる仮想の経路を生成する処理手段であって、リンク生成手段３１と、リンク勾配計算手段３２と、勾配分類手段３３とを備える。
【００２０】
図３は、対象地域Ｒのメッシュ領域ＭにリンクＬを生成する概念図及びリンク勾配の算出概念図を示す。
図３（ａ）に示すように、リンク生成手段３１は、対象地域Ｒにおいて、標高地形データを構成するメッシュ領域Ｍの、互いに隣接するメッシュ領域Ｍ同士をリンクとして結び、新設経路を探索するときのガイドとなるリンク網Ｇを作成する。図３（ｂ）に示すように、各メッシュ領域Ｍの中心点Ｏ同士を結んでリンクＬを生成し、対象地域Ｒの境界に位置するメッシュ領域Ｍ以外では、１つのメッシュ領域Ｍから、これを囲む８つのメッシュ領域Ｍそれぞれに対してリンクＬが生成される。なお、隣接するメッシュ領域Ｍとは、着目する１つのメッシュ領域Ｍを囲む全てのメッシュ領域Ｍをいう。このようにして作成されたリンク網Ｇは、対象地域Ｒに新設予定経路を設定するときの基準となり、後工程でリンク網Ｇに設定される新設予定経路から新設経路が探索される。
【００２１】
リンク勾配計算手段３２は、上記リンク作成手段３１で作成されたリンク網Ｇを構成する各リンクＬの勾配（以下リンク勾配という）を算出する。リンク勾配は、図３（ｃ）に示すように、隣接するメッシュ領域Ｍの中心間距離を標高差で除すことで算出される。算出されたリンク勾配は、例えば、図３（ａ）に示すように、基準となるメッシュ領域Ｍをメッシュ領域Ｍ（ｉ，ｊ）などとして表すと、メッシュ領域Ｍ（ｉ，ｊ）＝{標高ｈ，勾配ｇ，勾配方向ｋ（ｋ＝１〜８）}等として記憶手段に格納される。したがって、メッシュ領域Ｍ（ｉ，ｊ）を呼び出すことで、これに紐付けされた標高ｈ，勾配ｇ，勾配方向ｋ（ｋ＝１〜８）が呼び出される。勾配方向ｋは、例えば、図３（ｂ）に示すように、着目したメッシュ領域Ｍ（ｉ，ｊ）の右隣のメッシュ領域Ｍ（ｉ＋１，ｊ）に向かうリンクＬをｋ＝１として、反時計回りに順に２，３，４，・・・等として関連付けられる。
なお、角のみで隣接するメッシュ領域Ｍ同士の勾配は、中心間距離ｄが、辺で隣接するメッシュ領域Ｍの√２倍となるため、高さｈに対しても√２倍が反映されているものとして処理される。
【００２２】
勾配分類手段３３は、リンク網Ｇにおけるリンク勾配の最大値と最小値とを探索し、最大値と最小値との間を所定範囲の勾配で均等に分割して各範囲内にリンクＬを分類する処理と、分類された勾配の範囲に含まれるリンクＬに、それぞれ異なる色を割り当て、所定範囲の勾配毎にリンクＬをそれぞれ色分けして表示する処理とを実行する。この割り当てられた色は、各メッシュ領域Ｍの属性として記録される。つまり、勾配分類手段は、各リンクＬの勾配に応じて色を割り当て、この色によってリンクＬを着色し、上記赤色立体地図の上に重畳して表示する。
【００２３】
上記リンクＬを着色する色は、例えば赤色立体地図の赤色に対する補色の緑色を用いて表示すると良い。これにより、赤色立体地図上においてリンク網Ｇが視認しやすくなる。この場合、単色の異なる色で表示することになるため、緑色を基調として明度や彩度を変化させて異なる色を生成し、この生成された色を上記リンク勾配の分類毎に、それぞれ異なる緑色を割り当てれば良い。例えば、リンク勾配がきついほど濃い緑色を割り当て、リンク勾配が緩やかなほど薄い緑色を割り当てて、赤色立体地図上にリンク網Ｇを表示させることで、新設経路を設計する作業者に対して対象地域Ｒの地形形状の傾向を直感的に理解させることができる。
【００２４】
開設コスト設定手段１３は、リンク生成手段３１で生成された各リンクＬの開設コストの設定処理を行う。開設コストは、開設コスト設定データに基づいて、例えば、リンク勾配、リンクＬの長さに応じて全てのリンクＬに対して設定される。また、リンク勾配が所定の閾値を超える場合には、例えば、コンピュータにより表現可能な最大の数値をコストとして割り当て、このコストを設定する。
【００２５】
図４は、経由地の設定を示す概念図である。
経由地設定手段１４は、森林簿正規化手段１９と施業優先度設定手段２０とを備え、新設予定経路の生成時に、経由すべき場所すなわち経由地を設定する。
森林簿正規化手段１９は、読み込んだ森林簿データ９Ｂを施業・成長データ９Ｃにより、現在または将来等必要時点の育成状況に更新する。
【００２６】
森林簿データ９Ｂの各林分Ａ乃至Ｄに記録された森林における樹木の育成状況は、現在よりも以前に作成されたものであり、作成時から現在までの間に樹木は成長しているため、現在の育成状況とは異なっている。
そこで、森林簿正規化手段１９では、新設経路を生成する対象地域Ｒの森林簿データ９Ｂに記載された各林分Ａ乃至Ｄにおける森林の育成状況を成長モデルにより現在の時間に更新するとともに、各林分Ａ乃至Ｄにおける森林の成長状態を正規化する。
例えば、図２（ｂ）に示すように、森林簿データ９Ｂに記載された各林分Ａ乃至Ｄにおける林齢をそれぞれＡ１乃至Ｄ１とし、森林簿データ９Ｂの作成時から現在までの期間をＸとすれば、現在における林齢はそれぞれＡ２乃至Ｄ２となる。現在において林分Ｃ，Ｄは、林齢が皆伐を過ぎておりいつでも伐採可能であるか、すでに何らかの方法で皆伐されていることになる。一方、林分Ａ，Ｂは、皆伐までの間に複数の施業が必要とされているため質の良い木材を得るには施業を効率的に実施できる環境を整える必要がある。
【００２７】
このように、各林分Ａ乃至Ｄにおける森林の育成状況を揃えることで、新設経路を設定する上での施業における必要性（優先度）に対応させた設定が可能となる。つまり、異なる時間で記録された森林簿データ９Ｂにおける各林分Ａ乃至Ｄの樹木の育成状況の時間軸を現在の育成状況に揃えることで、施業において効率の良い新設経路を設定することが可能となる。
また、森林簿データ９Ｂに記載された林分Ａ乃至Ｄの更新時期が管理者により異なる場合にも、各林分Ａ乃至Ｄにおける樹木の成長状態を正規化することも可能である。
【００２８】
施業優先度設定手段２０は、森林簿正規化手段１９により正規化された林分Ａ乃至Ｄから施業すべき林分を抽出して、新設経路を設定上での優先度を設定する。優先度は、例えば、経路新設の事業対象期間に施業数のより多いものなどとして設定される。本実施形態では、林分Ｂが最も施業優先度が高いものとして説明する。この林分Ｂは、例えば、優先度が高い林分としてモニター２上に色分けして上記地図と重畳して表示するようにすることで、新設経路の設計者に対して優先的に施業すべき林分を視認させることができる。
なお、施業優先度設定手段２０は、経路新設の事業対象期間に施業数の多いものから上位幾つかまでの複数の林分を設定するようにしても良い。例えば、林分Ｂの次に林分Ｃの施業数が多い場合には、林分Ｂ，Ｃが優先度が高いものとして設定される。
【００２９】
経由地設定手段１４では、上記施業優先度設定手段２０で設定された優先度の高い林分Ｂの形状の重心Ｊを算出し、この重心Ｊの位置に最も近い中心点Ｏを経由地Ｐとして自動的に設定する処理を実行する。さらに、上記経由地Ｐの設定が完了した後に、経由地設定手段１３は、作業者に対して経由地の手動による入力設定の有無を入力させ、有りと入力された場合には、作業者による入力手段の操作を促し、入力手段の操作により入力された位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを経由地Ｐとして追加設定する処理を実行する。
経由地に設定された中心点Ｏは、記憶手段に格納される。なお、手動による経由地Ｐの設定無しと入力された場合には、経由地Ｐの追加設定の処理を終了する。対象地域Ｒに複数の林分を経由地として設定する場合には、経由地として設定された中心点Ｏをそれぞれの林分と紐付けして記憶手段に格納する。また、自動設定された経由地Ｐの位置は、必要に応じて手動で修正・追加・削除等の編集処理が可能に構成すると良い。
また、経由地設定手段１４は、複数の経由地Ｐが設定された場合には、複数の経由地Ｐの経由順序の設定の有無をモニター２上に表示して、作業者による設定の入力を促す。作業者が入力手段３の操作により設定無しを選択し、入力した場合には、経由順序の設定の処理を終了する。また、設定有りを選択した場合には、作業者に入力手段３を操作させて、経由順序の設定処理を実行する。例えば、入力手段３であるマウスでモニター２上に表示された経由地Ｐを経由させたい順序で選択クリックさせることにより、経由順序の設定処理を実行する。設定された経由順序は、記憶手段に格納される。
【００３０】
迂回地設定手段１５は、図４の破線で示すように、新設予定経路の生成時に、経由すべきでない場所すなわち迂回地Ｚを設定する。迂回地設定手段１５は、迂回地データ９Ｄに基づき、保安林，保護林，自然環境保護林，希少種保護地域などの保護すべき森林，危険地域崩壊地，湧水地などの危険地域を含むメッシュ領域Ｍを迂回地として設定する。
上記迂回地Ｚの自動設定が完了した後に、迂回地設定手段１５は、作業者に対して迂回地の手動による入力設定の有無を入力させ、有りと入力された場合には、作業者による入力手段の操作を促し、入力手段３の操作により入力された位置を含むメッシュ領域Ｍを迂回地として設定する。なお、手動による迂回地の設定無しと入力された場合には、迂回地への追加設定の処理を終了する。また、自動設定された迂回地Ｚは、必要時に応じて手動で修正・削除可能に構成すると良い。例えば、上記迂回地Ｚの自動設定処理が実行された後に、迂回地Ｚの変更の有無をモニター２に表示し、作業者が無しを選択した場合には処理を終了し、有りを選択した場合には、作業者に対してさらに入力手段３の操作を促し、入力手段３の操作により自動設定された迂回地Ｚを修正・削除等の編集処理を実行するように構成すれば良い。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）は、起点終点設定手段１６による起点候補点Ｓ，終点候補点Ｅの設定処理を示す概念図である。
起点終点設定手段１６は、新設予定経路を既存路網Ｋに接続するため、上記リンク網Ｇに新設予定経路の起点及び終点を設定する処理手段であって、作業者の入力によって３つの方法から１つを選択させて、新設予定経路の起点候補点Ｓ，終点候補点Ｅを設定させる。
起点終点設定手段１６は、起点候補点Ｓの設定を作業者に例えば、３つの方法のいずれかから一つを選択入力させる処理を実行する。
３つの方法には、第１の方法として起点終点直接設定手段１６Ａと、第２の方法として起点領域終点路網接続手段１６Ｂと、第３の方法として起点路網接続終点領域手段１６Ｃとが挙げられる。
【００３２】
起点終点直接設定手段１６Ａが選択された場合、図５（ａ）に示すように、作業者により入力手段３を操作させてモニター２に表示された既存路網Ｋの近傍に起点及び終点場所の入力を促すための処理を実行する。
起点終点直接設定手段１６Ａは、作業者の入力手段３の操作により、起点場所を既存路網Ｋの近傍に直接入力させて入力起点ＮＳを取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定処理する。次に、終点場所を既存路網Ｋの近傍に直接入力させて入力終点ＮＥを取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを終点候補点Ｅに設定処理する。
この場合、図５（ｂ）に示すように、入力手段３により入力されたモニター２上における入力起点ＮＳ及び入力終点ＮＥの位置座標を、モニター２上に表示された既存路網Ｋと接続する座標値に補正する処理を実行して補正された座標値を記憶手段に格納しておき、新設経路が設定されたのちに、座標値が起点及び終点となるように後処理を実行させる。これにより、新設経路と既存経路Ｋとを接続させる。入力された位置座標に最も近い既存路網Ｋに補正される。
【００３３】
起点領域終点路網接続手段１６Ｂが選択された場合、まず、作業者に対して起点を場所入力で設定するか領域入力で設定するかを選択入力させる。作業者が場所入力を選択した場合、図６（ａ）に示すように、モニター２に表示させた地図上の対象地域Ｒ内に起点となる場所を入力させる処理を促し、入力された位置を入力起点ＮＳとして取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定処理する。
また、作業者が領域入力を選択した場合、図６（ｂ）に示すように、入力された位置を入力起点ＮＳとして取得し、この位置を内包する林分Ａを含むすべてのメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定する。
次に、起点の入力が完了すると、図６（ａ），（ｂ）に示すように、既存路網Ｋを含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏすべてが終点候補点Ｅとして自動的に設定処理される。
【００３４】
起点路網接続終点領域手段１６Ｃが選択された場合、まず、モニター２に表示させた地図上の対象地域Ｒ内に起点となる場所を既存路網の近傍に入力させる処理を促し、入力された位置を入力起点ＮＳとして取得し、この位置含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定処理する。
次に、作業者に対して終点を場所入力で設定するか領域入力で設定するかを選択入力させる。作業者が場所入力を選択した場合、図７（ａ）に示すように、モニター２に表示させた地図上の対象地域Ｒ内に終点となる場所を入力させる処理を促し、入力された位置を入力終点ＮＥとして取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを終点候補点Ｅに設定処理する。また、作業者が領域入力を選択した場合、図７（ｂ）に示すように、入力された位置を入力終点ＮＥとして取得し、この位置を内包する林分Ａを含むすべてのメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを終点候補点Ｅに設定する。
【００３５】
上記、起点領域終点路網接続手段１６Ｂ及び起点路網接続終点領域手段１６Ｃにより、起点候補点Ｓや終点候補点Ｅが設定された場合には、後工程の処理によってそれぞれ起点、終点が１つに決定されることになる。
【００３６】
新設予定経路設定手段１７は、経由地設定手段１４で設定された経由地Ｐ、迂回地設定手段１５で設定された迂回地Ｚ、起点終点設定手段１６で設定された起点候補点Ｓ及び終点候補点Ｅとを満たす経路の組み合わせすべてをリンク網Ｇから設定する。
具体的な処理として、新設予定経路設定手段１７では、迂回地Ｚに接続するリンクＬをリンク網Ｇから削除する。さらに、開設コスト設定手段１３により無限大コストとして設定されたリンクＬをリンク網Ｇから削除する。次に、起点候補点Ｓと、終点候補点Ｅとをリンク網Ｇに設定し、起点候補点Ｓから終点候補点Ｅまでの間で経由地Ｐを通るリンクＬの組み合わせすべてを新設予定経路として設定する。
【００３７】
新設経路探索手段１８は、新設予定経路設定手段１７により設定された新設予定経路を構成するリンクＬから経路探索法により新設予定経路のうち開設コストが最小となる新設予定経路を探索する。
例えば、経由地Ｐに経由順序が指定されていない場合には、上記新設予定経路設定手段１７により設定された新設予定経路すべてについて開設コストを求め、開設コストが求められた新設予定経路群の中で最小コストのものを探索し、最小コストとなる新設予定経路を新設経路として決定する。
また、経由地Ｐに経由順序が指定されている場合には、上記新設予定経路設定手段１７により設定された新設予定経路の起点候補点Ｓから経由順序の最初に設定された経由地までの最小コストとなる経路を探索し、次に、経由順序の最初に設定された経由地から２番目に設定された経由地までの最小コストとなる経路を探索し、経由順序に設定された経由地の順序に従って順次最小コストとなる経路の探索を繰り返し、経由順序の最後に設定された経由地から終点候補点Ｅまでの開設コストが最小となる経路を探索することで、新設予定経路から開設コストが最小となる新設予定経路が探索される。
上記探索により得られた新設予定経路は、新設経路として決定され、モニター２上に表示される。なお、開設コストが最小となる新設予定経路が複数得られたときには、それらすべてを新設経路として表示する。
【００３８】
本実施形態では、上記経路探索法の一例としてダイクストラ法を用いて新設経路を探索する。なお、経路探索法は、ダイクストラ法に限定されず他の方法を用いて開設コストが最小となる新設予定経路を探索させて、新設経路を決定するようにしても良い。
【００３９】
以下、本発明に係る新設経路生成プログラムによる新設経路生成装置１０の処理の流れにについて説明する。
ステップ１：データ読込手段１１により記憶手段に記憶された新設経路を設定する対象地域Ｒの標高地形データ、森林・林業データ、開設コスト設定データの読み込みを実行する。
ステップ２：表示手段により森林・林業データの森林基本図データ９Ａから既存路網Ｋを抽出するとともに、抽出された既存路網Ｋと標高地形データに基づいて作成された赤色立体地図とを重畳してモニター２上に表示する処理を実行する。
ステップ３：基本経路生成手段１２のリンク生成手段３１により赤色立体地図上にリンク網Ｇを生成する処理を実行する。
ステップ４：リンク勾配計算手段３２によりリンク網Ｇを構成する各リンクＬのリンク勾配の計算する処理を実行する。
ステップ５：勾配分類手段３３によりリンク勾配が計算された各リンクＬを、所定範囲のリンク勾配毎に分類し、分類毎にリンクＬを異なる色で着色して、モニター２に表示された立体地図上に重畳して表示する処理を実行する。
ステップ６：開設コスト設定手段１３によりリンク勾配に基づいて各リンクＬに対して開設コストの設定処理を実行する。
【００４０】
ステップ７：経由地設定手段１４により経由地Ｐの設定処理を実行する。なお、本例では、簡単のため、図５に示したように、経由地Ｐが複数の林分から１つ自動的に選択されるものとして説明する。また、手動による経由地の追加設定がないものとする。
ステップ８：森林簿正規化手段１９により森林簿データ９Ｂを施業・成長データ９Ｃに基づいて更新する処理を実行する。
ステップ９：施業優先度設定手段２０により施業の優先度の高い林分Ａの形状の重心Ｊの位置に最も近い中心点Ｏを経由地Ｐに設定する処理を実行する。上記経由地Ｐの設定が完了した後に、作業者に対して経由地の手動による入力設定の有無を入力させ、有りと入力された場合には、作業者による入力手段の操作を促し、入力手段の操作により入力された位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを経由地として追加設定する処理を実行する。なお、手動による経由地の設定無しと入力された場合には、経由地の追加設定の処理を終了する。この施業優先度設定手段２０により経由地Ｐとして設定された中心点Ｏは、記憶手段に格納される。
【００４１】
ステップ１０：迂回地設定手段１６により、迂回地データに記載された保安林，保護林，自然環境保護林，希少種保護地域などの保護すべき森林，危険地域崩壊地，湧水地などの危険地域などの迂回地Ｚを設定する処理を実行する。上記迂回地Ｚの設定処理が完了した後に、迂回地設定手段１５は、作業者に対して迂回地の手動による入力設定の有無を入力させ、有りと入力された場合には、作業者による入力手段の操作を促し、入力手段の操作により入力された位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏに接続するリンクＬを迂回地Ｚに設定する。なお、手動による迂回地の設定無しと入力された場合には、迂回地の追加設定の処理を終了する。
【００４２】
ステップ１１：起点終点設定手段１７により新設経路の起点候補点Ｓ及び終点候補点Ｅの設定処理を実行する。
ステップ１１−１：起点終点設定手段１７は、作業者による入力が、第１の方法であるかどうかを判定し、第１の方法が選択されたときには、起点終点直接設定手段１６Ａを実行して、作業者による入力手段３の操作により起点として入力された位置及び終点として入力された位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏをそれぞれ起点候補点Ｓ及び終点候補点Ｅに設定する処理を実行するとともに、起点として入力された位置及び終点として入力された位置を、モニター２上に表示された既存路網Ｋと接続する座標値に補正して起点及び終点に設定する処理を実行する。
【００４３】
ステップ１１−２：第１の方法が選択されない場合には、第２の方法かどうかを判定する処理を実行し、第２の方法が選択されたときには、起点領域終点路網接続手段１６Ｂを実行させて、モニター２に表示された地図上の対象地域Ｒ内に、起点となる場所を入力させる処理を実行して作業者に入力を促し、作業者により入力された位置を入力起点ＮＳとして取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定処理する。また、作業者が領域入力を選択した場合、入力された位置を内包する林分を含むすべてのメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定する処理を実行する。次に、起点候補点Ｓの設定処理が完了すると、既存路網Ｋを含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏすべてを終点候補点Ｅとして自動的に設定する処理を実行する。
【００４４】
ステップ１１−３：第１の方法及び第２の方法が選択されていない場合には、第３の方法であるとして起点路網接続終点領域手段１６Ｃを実行して、モニター２に表示させた地図上の対象地域Ｒ内に起点となる場所を既存路網Ｋの近傍に入力させる処理を実行して作業者に入力を促し、入力された位置を入力起点ＮＳとして取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを起点候補点Ｓに設定する処理を実行する。次に、作業者に対して終点を場所入力で設定するか領域入力で設定するかを選択入力させる。作業者が場所入力を選択した場合、モニター２に表示させた地図上の対象地域Ｒ内に終点となる場所を入力させる処理を実行して作業者に対し入力を促し、入力された位置を入力終点ＮＥとして取得し、この位置を含むメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを終点候補点Ｅに設定処理する。また、作業者が領域入力を選択した場合、入力された位置を入力終点ＮＥとして取得し、この位置を内包する林分Ａを含むすべてのメッシュ領域Ｍの中心点Ｏを終点候補点Ｅに設定する処理を実行する。
【００４５】
ステップ１２：新設予定経路設定手段１７により上記起点終点設定手段１６で設定された起点候補点Ｓ及び終点候補点Ｅを結び、かつ経由地Ｐを通過するリンクＬの組み合わせを新設予定経路に設定する処理を実行する。
ステップ１３：新設経路探索手段１８により上記複数の新設予定経路から開設コストが最小となる新設予定経路を探索し、この新設予定経路を新設経路に設定処理とするとともに、起点候補点Ｓや終点候補点Ｅを一つの起点及び終点に決定する処理が実行される。新設経路は、例えば、図５（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ），（ｂ）の太実線で示すように決定される。
【００４６】
以上説明したように、森林，林業分野等における新設経路の設計は、地形起伏の状況、経路勾配や保護地域等の制約、森林生育状況を見通した施業対象林分の分布、既存路網との接続、開設費用、運搬費用等々、多岐に亘る条件を勘案して検討する必要があり、設計者の長年の経験と勘に頼るところが大きく時間を要していたが、本発明によれば、施業において最も効率の良い新設経路を設定することができるとともに、新設経路を既存路網に対して確実に接続することができる。したがって、新設経路の設計において設計者の長年の経験と勘を不要とすることができる。
【００４７】
上記実施形態では、新設経路の設計時にリンク勾配の計算を行うものとして説明したが、リンク勾配の計算は、地形やＤＥＭデータが頻繁に変化しないことから、一度、新設経路の設計を行なった対象地域のリンク勾配をリンク勾配データとして記憶させておき、再びこの領域に新設経路の設計をするときには、このリンク勾配データを読み出して利用するようにしても良い。このようにリンク勾配データを作成、記憶させておくことにより、既に計算済みのリンク勾配データを利用できるので、同じ対象地域に２度目以降、新設経路を設計ときに、リンク勾配の計算を省略できる。つまり、該当する対象地域に対して複数回新設経路を設計する場合の処理時間を短縮することができる。
【００４８】
また、標高地形データの標高が記録されるメッシュ領域の形状は、矩形形状に限定されず、三角形状や五角形形状等の任意の多角形状（ポリゴン）で分割されたものであっても良く、この場合、分割された各メッシュ形状の重心位置に標高が記録されているものとして扱えば良い。
【００４９】
新設経路探索手段１８による経路探索に要する時間は、リンク網Ｇのリンク数が多くなるにつれて長くなる。この場合、処理を高速化するために、次のように処理を実行するように構成しても良い。対象地域Ｒ全体のリンク勾配をあらかじめ計算しておく。また、任意形状のポリゴンでさらに、対象地域を限定して限定領域外のリンクを一時的に削除して新設経路を生成するように処理させても良い。また、リンク勾配が許容範囲外のリンクを一時的に削除して、リンク網Ｇを構成するリンク数が減少するように処理する。また、メッシュ領域の寸法の異なる標高地形データを複数読込ませ、最初にメッシュ領域の寸法が最も大きな標高地形データを用いて経路探索を行い、最短経路が通過した経路についてだけ、これよりも小さな標高地形データを用いて経路探索を行う処理を順次行わせるようにしても良い。
【００５０】
また、新設経路探索手段１８は、開設コスト設定手段１３により設定された各リンクＬの開設コストから、図２で示す材積から算出される収穫量を開設コストから減算するようにして、新設予定経路から開設コストが最小となるように探索して新設経路を探索するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０  新設経路生成装置、１１  データ読込手段、１２  基本経路生成手段、
１３  開設コスト設定手段、１４  経由地設定手段、１５  迂回地設定手段、
１６  起点終点設定手段、１７  新設予定経路設定手段、１８  新設経路探索手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014135919.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年5月7日(2013.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植林された樹木の成長に応じて既存路網に新たに接続する道路となる新設経路を生成する新設経路生成装置であって、
新設経路を生成する対象地域に植林された樹木の育成状況が林分毎に記載された森林簿を樹木毎に設定された成長モデルに対応させて更新し、更新された森林簿の林分のうち樹木の下刈り、除伐、間伐を含む植林から伐採までの間に行なわれる施業の数の多い林分を経由地に設定する経由地設定手段と、
前記既存路網から前記経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定手段と、
前記複数の新設予定経路から新設経路の工事に要する費用を最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索手段とを備えることを特徴とする新設経路生成装置。
【請求項２】
新設予定経路設定手段は、入力された複数の起点候補と複数の終点候補とを結ぶすべての組み合わせにより複数の新設予定経路を設定することを特徴とする請求項１記載の新設経路生成装置。
【請求項３】
新設予定経路設定手段は、入力された起点候補に対して複数の終点候補を生成し、
生成された起点候補と終点候補とを結ぶ新設予定経路を複数設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の新設経路生成装置。
【請求項４】
新設予定経路設定手段は、起点及び終点が既存路網上に設定され、新設経路と既存路網とで形成される循環路として新設予定経路を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の新設経路生成装置。
【請求項５】
前記新設予定経路の設定において経由地に設定することのできない迂回地を設定する迂回地設定手段をさらに備え、
前記新設予定経路設定手段が前記迂回地を迂回するように複数の新設予定経路を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか記載の新設経路生成装置。
【請求項６】
植林された樹木の成長に応じて既存路網に新たに接続する道路となる新設経路を生成する新設経路生成プログラムであって、
新設経路を生成する対象地域に植林された樹木の育成状況が林分毎に記載された森林簿を樹木毎に設定された成長モデルに対応させて更新し、更新された森林簿の林分のうち樹木の下刈り、除伐、間伐を含む植林から伐採までの間に行なわれる施業の数の多い林分を経由地に設定する経由地設定ステップと、
前記既存路網から前記経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定ステップと、
前記複数の新設予定経路から新設経路の工事に要する費用を最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする新設経路生成プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、植林された樹木の成長に応じて既存路網に新たに接続する道路となる新設経路を生成する新設経路生成装置であって、新設経路を生成する対象地域に植林された樹木の育成状況が林分毎に記載された森林簿を樹木毎に設定された成長モデルに対応させて更新し、更新された森林簿の林分のうち樹木の下刈り、除伐、間伐を含む植林から伐採までの間に行なわれる施業の数の多い林分を経由地に設定する経由地設定手段と、既存路網から経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定手段と、複数の新設予定経路から新設経路の工事に要する費用を最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索手段とを備えることにより、新設経路の設計において設計者の長年の経験と勘を不要として、新設経路を既存路網に接続し、施業において最も効率の良い新設経路を設定することができる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、新設予定経路設定手段は、入力された複数の起点候補と複数の終点候補とを結ぶすべての組み合わせにより複数の新設予定経路を設定することにより、新設経路となる新設予定経路を確実に、かつ効率的に既存路網に対して接続することができる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、入力された起点候補に対して複数の終点候補を生成し、生成された起点候補と終点候補とを結ぶ新設予定経路を複数設定することにより、新設経路となる新設予定経路を確実に、かつ効率的に既存路網に対して接続することができる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、新設予定経路設定手段は、起点及び終点が既存路網上に設定され、新設経路と既存路網とで形成される循環路として新設予定経路を設定することにより、行き止まりのない新設経路を生成できる。
また、上記課題を解決するための新設経路生成装置の構成として、植林された樹木の成長に応じて既存路網に新たに接続する道路となる新設経路を生成する新設経路生成プログラムであって、新設経路を生成する対象地域に植林された樹木の育成状況が林分毎に記載された森林簿を樹木毎に設定された成長モデルに対応させて更新し、更新された森林簿の林分のうち樹木の下刈り、除伐、間伐を含む植林から伐採までの間に行なわれる施業の数の多い林分を経由地に設定する経由地設定ステップと、既存路網から経由地を通過するように複数の新設予定経路を設定する新設予定経路設定ステップと、複数の新設予定経路から新設経路の工事に要する費用を最小とする新設予定経路を探索して、新設経路に決定する新設経路探索ステップとをコンピュータに実行させることにより、新設経路の設計において設計者の長年の経験と勘を不要として、新設経路を既存路網に接続し、施業において最も効率の良い新設経路を設定することができる。