(57)【要約】【課題】作業効率が高く、かつ、災害等があっても正確に建造物を修復、復元するために利用可能な建造物の表層断面図の作成方法の提供を目的とする。【解決手段】修復対象建造物の表面をレーザ計測して、計測時に前記建造物表面に設定された測定基準点１を介して公共座標に結合された多数のレーザ計測データ群を取得し、次いで、前記レーザ計測データ群中の各々のレーザデータの位置情報を基に任意平面上の分布を演算して建造物の表層断面図を作成する。【選択図】  図１
2004212107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
修復対象建造物の表面をレーザ計測して、計測時に前記建造物表面に設定された測定基準点を介して公共座標に結合された多数のレーザ計測データ群を取得し、
次いで、前記レーザ計測データ群中の各々のレーザデータの位置情報を基に任意平面上の分布を演算して建造物の表層断面図を作成する建造物の表層断面図の作成方法。
【請求項２】
石垣表面をレーザ計測して、計測時に石垣表面に設定された測定基準点を介して公共座標に結合されたレーザ計測データ群を取得し、
次いで、前記レーザ計測データ郡中の各々のレーザデータの位置情報を基に任意平面上の分布を演算して石垣表面を鉛直及び水平方向に切断した表層断面図を作成する石垣の表層断面図の作成方法。
【請求項３】
前記レーザ計測データ群にメッシュを設定した後、
メッシュグリッドの公共座標を演算し、
この後、隣接するメッシュグリッド間の鉛直方向の俯角及び各メッシュグリッドの所定丁張り位置からの距離が指示された丁張図を作成する請求項２記載の石垣の表層断面図の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物、特に石垣等の有形文化財の表層断面図の作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石垣をはじめとする有形文化財は老朽化による修復作業を想定して建造位置、建造状態等を正確に把握しておく必要があり、例えば、石垣を例にとると、修復に先立って、特許文献１に記載されるように、石垣の現況、修復後及び修復作業中に使用する丁張り位置等を示す表層断面図（施工管理図）が作成される。
【０００３】
そして、従来、上記施工管理図における現況図は、石垣表面を全体に渡ってステレオ撮影し、この撮影像を図化して予め計画された断面取得位置（計画断面箇所）における表層断面形状を求めていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００-１６０５７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来例には以下の欠点がある。まず、現況断面図の作成はステレオ図化の手法によるために、図化作業者による精度のばらつきが多い上に、図化に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
また、そもそも上記施工管理図は、計画断面箇所において配置される寸法基準材（丁張り）を基準として、石垣表面を構成する石材の表面位置を確認するために作成されるもので、丁張り作業の都合等から、修復作業の中に丁張り位置を変更する必要が生じた場合には、再度図化作業を行って新たな計画断面箇所の表層断面を求める必要があるために、極めて非効率であるという問題がある。
【０００７】
さらに、通常、撮影画像、あるいはこれらから求められた表層断面図への座標付与は石垣が時間の流れにより位置変化しない不動端縁の存在を前提として当該不動端縁を基準として与えられることが多いために、一旦修復した後で、災害等で不動端縁がダメージを受けた場合には、正確な修復は不可能で、資料保存方法としても問題を有するものであった。
【０００８】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、作業効率が高く、かつ、災害等があっても正確に建造物を修復、復元するために利用可能な建造物の表層断面図の作成方法の提供を目的とする。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、これを石垣の補修作業の際に使用される丁張図の作成に利用可能な石垣の表層断面図の作成方法の提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
修復対象建造物の表面をレーザ計測して、計測時に前記建造物表面に設定された測定基準点１を介して公共座標に結合された多数のレーザ計測データ群を取得し、
次いで、前記レーザ計測データ群中の各々のレーザデータの位置情報を基に任意平面上の分布を演算して建造物の表層断面図を作成する建造物の表層断面図の作成方法を提供することにより達成される。
【００１１】
本発明において、修復対象建造物の表面データは、レーザ計測して得られる。レーザ計測により得られる出力値は、レーザビームを照射して対象物から反射してくるまでの時間から得られる各々が３次元位置情報をもつポイントデータの集合であり、これらを３次元座標上に配置することにより、修復対象構造物の全体に渡る表面データが表示できる。
【００１２】
また、取得されたレーザデータは、公共座標に結合されて取得されるために、公共座標上の位置情報を示している。この結果、例えば、災害等による不動端縁、あるいは地盤にダメージが与えられても、築造時の正確な位置を確実に知ることができる。
【００１３】
加えて、修復対象建造物の計測値は直接的な測定値からなるレーザ計測データ群として与えられるために、任意に設定した直線上に乗るポイントを選択することは比較的簡単に行うことができる。したがって、例えば修復作業時に丁張り位置を急遽変更した場合などであっても、直線位置、すなわち計画断面位置を指定するだけで簡単に表層断面図を得ることができるために、修復作業の効率化が図られる。
【００１４】
本発明は、表面形状を公共座標に関連付けられたレーザデータとして保存するために、極めて長期に渡る記録保存が可能であり、有形文化財全般の形状保存に適しているが、とりわけ、表層面の状態再現が強く求められる石垣への適用が有用である。
【００１５】
この場合、
レーザ計測データ群にメッシュを設定した後、
メッシュグリッド２の公共座標を演算し、
この後、隣接するメッシュグリッド２間の鉛直方向の俯角及び各メッシュグリッド２の所定丁張り位置からの距離を指示することにより、修復作業時の丁張図として利用できる。
【００１６】
図１に石垣の修復に使用する丁張図の作成手順を示す。丁張図の作成に当たって、まず、作業用基準点３を設置し、公共座標に基づく基準点測量を行う（手順１）。この作業用基準点３は、後述する石垣上の反射基準点（測定基準点１）と石垣近傍の公共基準点とを仲介して反射基準点１を公共座標に結合するために設置され、既設の公共基準点を点検し、例えば、該公共基準点からトラバース測量により公共座標が取り付けられる。
【００１７】
以上のようにして作業用基準点３の設置及び公共座標の取り付けが終了すると、次いで、石垣表面に反射基準点１を設置する（手順２）。反射基準点１は、石垣上の所定点に公共座標を取り付けることにより、後述する各ポイントデータを公共座標空間に位置付けるために設けられ、設置後にトータルステーションで上記作業用基準点３から各反射基準点１の座標観測を行い、公共座標が取り付けられる。
【００１８】
反射基準点１に対する公共座標の付与が終了すると、手順３において、３次元レーザスキャナを使用したレーザ測量が行われる。３次元レーザスキャナでデータを取得する場合、スキャナ本体と石垣面との距離がデータ取得範囲と密度に影響するために、スキャナ設置位置は、石垣面との間に測量に十分な観測距離を確保可能で、かつ、樹木等の障害物が少ない場所に設定される。レーザ測量は、石垣表面に対するスキャニング範囲を徐々に移動しながら石垣表面全体をスキャニングすることにより行われ、石垣の高さが１回のスキャニングで上端から下端までカバーできない程度に高い場合には、上下方向に複数コースに分けてスキャニングされる。この場合、スキャナから石垣を見上げる角度の上下コースによる差を少なくするために、例えば、上コースでのスキャニングには、高所作業車にスキャナを搭載して行うのが望ましい。
【００１９】
また、石垣表面が電柱等の障害物の陰になってレーザデータが取得できない場合には、上記観察コースに沿って取得したレーザデータの穴をスキャナを観察可能な位置に移動させて補測点として追加し、公共座標を介して一般取得部のデータに加える。
【００２０】
レーザ測量による測量結果は、各点がスキャナ設置位置から石垣面までの距離に関連付けられた点群（レーザ計測データ群）として与えられる。これらレーザデータの各点に対して評定を行った後、各データを空間結合し、さらに、全点を公共座標に位置付ける。座標変換されたデータは、データ処理を簡単にするためにＣＡＤデータに変換される（手順４）。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、レーザ計測データ群は、公共座標空間内において石垣表面を転写した薄紙状の面に散点状に分布する状態となっており、これらを使用して所定の計画断面位置における表層断面図が作成される。なお、レーザ計測データ群は、石材の境界における凹部の存在も表現されているが、図示の煩雑さを避けるために、図２（ｂ）においてはこれら石材境界の凹部は図示されていない。
【００２２】
表層断面図は、まず、上記レーザ計測データ群に対して必要なデータ処理を行ない、石垣表面に設定したメッシュのメッシュグリッド２、２・・における座標を求めることによって、石垣表面の現況を図面化したものとして得られる。メッシュの大きさは、丁張の配置ピッチ等を考慮して例えば、１．８ｍ（１間）程度に設定される。上述したように、レーザ計測データ群は、石垣表面に対応する面上に散点状に配置される点群であり厚さを有しない所定断面内に属するデータ数は比較的少ないために、表層断面図は、適宜厚さを有する平面を想定し、該平面内に属するレーザデータを統計処理することにより各位置における計測データとされる。
【００２３】
表層断面図は、図３に示すように、垂直方向での断面（縦断面図）と、水平方向での等高線データ（横断面図）とを有して構成される。図３において上方が横断面図、下方が縦断面図であり、図中黒丸はメッシュグリッド２を示す。この場合、横断面図におけるＨ0線が基底面（地面）、Ｈ1、Ｈ2・・が縦断面図における高さＨ1、Ｈ2・・における等高線を示し、石垣表面は各高さにおいてなだらかに湾曲した形状を有していることが分かる。また、縦断面図は、石垣表面を長手方向に対して垂直面Ｖ1、Ｖ2・・で切断した際のメッシュグリッド２、２間を直線で結んで表現されており、石垣表面は、上方に行くに従って基底面と石垣の境界から離隔する方向に漸次移動していることが分かる。
【００２４】
上述したように、ここで得られる縦横断面図は経年変化した石垣の形状、すなわち、現況を示す表層断面図であり（手順５）、これをもとに修復後の形状（建築当時の形状）を決定する（手順６）。
【００２５】
上記表層断面図における縦断面図と横断面図とは相互に関連付けられており、修復後の形状の決定に当たっては、例えば、縦断面図に示す位置を建築当時の位置と想定される位置に変更することにより、当該等高位置における横断面図の湾曲形状が崩れないか等、すなわち、修復面の等高線の平行性が検証される。
【００２６】
以上のようにして修復面の表層断面が決定されると（手順７）、これに施工に必要な丁張りの位置を決定し、当該丁張り位置における縦横断面を切り出して丁張図が作成される。丁張図には、図３に示すように、基準標高値より所定高さ、例えば１間ごとに計画石垣面の立ち上がり角度（θ）と丁張りから計画石垣面までの距離（Ｌ）が入れられる。
【００２７】
石垣の修復は、一旦石垣の石材４を撤去した後、上記丁張図に基づいて丁張りを設置し、各石材４の位置を確認しながら、再び石材４を積み上げることにより行われる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、作業効率が高く、かつ、災害等があっても正確に建造物を修復、復元するために利用可能な建造物の表層断面図を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すフローチャートである。
【図２】石垣修復の丁張図作成を示す図で、（ａ）は石垣を示す図、（ｂ）はレーザ計測データ群を公共座標空間上に配置した状態を示す図である。
【図３】石垣修復用丁張図を示す図である。
【符号の説明】
１        測定基準点
２        メッシュグリッド
３        作業用基準点
４        石材
【図１】
2004212107.tif 000003
【図２】
2004212107.tif 000004
【図３】
2004212107.tif 000005