(57)【要約】【課題】都市部のような密集市街地においても正確に氾濫水の挙動を把握することができるようにするために、標高別地物占有率計測方法及びこれを用いた浸水深補正方法を提供する。【解決手段】３次元計測により得られた３次元点群データからメッシュ内の測定点の総数Ｎを計算し、測定点の点群データをフィルタリング処理により地盤部分と地物部分に分離する。地盤から高さ方向に対して所定の間隔毎に地盤と平行な平面を設定し、地物部分の点群データを当該点群データが存在する高さよりも下の方に位置する各平面に投影し、各平面毎にその点群データの総数Miを計算する。地盤を含む各平面毎にMiとＮとの比から、各平面における地物部分の面積占有率を算出し、これらの各面積占有率から地物占有率曲線を求める。地物占有率曲線を用いて浸水量−浸水深曲線を補正する。【選択図】        図６
2005172634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元計測により得られた３次元点群データから所定区画における地物部分の占有率を標高別に求める標高別地物占有率計測方法において、
所定区画内の３次元点群データを地盤部分の点群データと地物部分の点群データとに分離する第１段階と、
前記所定区画内の３次元点群データのデータ点数の総数を計測する第２段階と、
前記地盤部分の高さを基準として前記地盤部分から所定の高さにおける２次元領域内に投影される地物部分の点群データのデータ点数を計測する第３段階と、
前記第２段階で計測したデータ点数と前記第３段階で計測したデータ点数との割合から標高毎の地物の面積占有率を求める第４段階とを備えたことを特徴とする標高別地物占有率計測方法。
【請求項２】
３次元計測により得られた３次元点群データから所定区画における地盤部分の占有率を標高別に求めて前記所定区画内の浸水深を補正する浸水深補正方法において、
所定区画内の３次元点群データを地盤部分の点群データと地物部分の点群データとに分離する第１段階と、
前記所定区画内の３次元点群データのデータ点数の総数を計測する第２段階と、
前記地盤部分の高さを基準として前記地盤部分から所定の高さにおける２次元領域内に投影される地物部分の点群データのデータ点数を計測する第３段階と、
前記第２段階で計測したデータ点数と前記第３段階で計測したデータ点数との割合から標高毎の地物の面積占有率を求める第４段階と、
前記第４段階で求めた面積占有率と前記所定区画内に流入する浸水量とから前記所定区画内の浸水深を決定する第５段階とを備えたことを特徴とする浸水深補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機搭載のレーザースキャナによって取得された標高ランダムデータから標高毎に地物占有率を求める標高別地物占有率計測方法及びこれを用いた浸水深補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
氾濫シミュレーションや氾濫解析を行う場合に地形情報が必要となるので、航空機搭載レーザースキャナの計測で得られる地表表面の標高点データを持つ３次元データを取得し、この３次元データから人工建造物・樹木・車等の地物データを除去して、地盤標高データを抽出し、この地盤標高データを用いている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６９６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の技術では、特に都市部のような密集市街地においては、建物の容積を考慮した浸水状況の把握ができず、正確な氾濫シミュレーションを行うことができない。
近年新しい水災害として対策が急がれる都市型水害では、都市部の建築物等による氾濫流の容積排除の影響を考慮した氾濫シミュレーションやハザードマップの作成がある。
しかし、これまでの氾濫解析では、標高別の地物占有率を求める手法がなかったので、建物等の氾濫水の挙動への影響は粗度係数として考慮されるにとどまっていた。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、航空機搭載のレーザースキャナによって取得された建物等を含む地表表面の標高点データ（標高ランダムデータ）から標高別地物占有率を算出することにより、データの有効利用を図るとともに、都市部のような密集市街地においても正確に氾濫水の挙動を把握することができる標高別地物占有率計測方法及びこれを用いた浸水深補正方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、３次元計測により得られた３次元点群データから所定区画における地物部分の占有率を標高別に求める標高別地物占有率測定方法において、所定区画内の３次元点群データを地盤部分の点群データと地物部分の点群データとに分離する第１段階と、前記所定区画内の３次元点群データのデータ点数の総数を計測する第２段階と、前記地盤部分の高さを基準として前記地盤部分から所定の高さにおける２次元領域内に投影される地物部分の点群データのデータ点数を計測する第３段階と、前記第２段階で計測したデータ点数と前記第３段階で計測したデータ点数との割合から標高毎の地物の面積占有率を求める第４段階とを備えたことを特徴とする標高別地物占有率計測方法である。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、３次元計測により得られた３次元点群データから所定区画における地物部分の占有率を標高別に求めて前記所定区画内の浸水深を補正する浸水深補正方法において、所定区画内の３次元点群データを地盤部分の点群データと地物部分の点群データとに分離する第１段階と、前記所定区画内の３次元点群データのデータ点数の総数を計測する第２段階と、前記地盤部分の高さを基準として前記地盤部分から所定の高さにおける２次元領域内に投影される地物部分の点群データのデータ点数を計測する第３段階と、前記第２段階で計測したデータ点数と前記第３段階で計測したデータ点数との割合から標高毎の地物の面積占有率を求める第４段階と、前記第４段階で求めた面積占有率と前記所定区画内に流入する浸水量とから前記所定区画内の浸水深を決定する第５段階とを備えたことを特徴とする浸水深補正方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、これまで取得が困難であった高さ方向における建物等の地物の占有率を得ることができる。また、近年増加傾向にある都市型水害では重要と考えられる、密集市街地等の氾濫シミュレーションでは、建物等の地物があっても、その地物による氾濫水の容積排除を考慮したシミュレーションを行うことができ、精度の良い防災情報を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の計測方法を示す概略図である。
図１において、航空機１にはレーザースキャナが搭載されており、このレーザースキャナから発射されたレーザー光２は地上へ照射され、測定領域３における地盤や地盤上の地物（人工建造物・樹木・車等）から反射して返ってくるまでの時間を測定することにより、距離を測定する。
【００１０】
測定領域３は、正方メッシュ又は不定形メッシュ等によるメッシュ４に分割されている。メッシュ４の大きさは、１ｍ〜５０ｍ程度の正方形状や一辺１ｍ〜５０ｍ程度の長方形や不定形メッシュ等が用いられる。
【００１１】
レーザースキャナより照射されるレーザー光２は一定のパルスレートとスキャンレートを有するパルスレーザー光であり、測定領域３の全領域を等間隔にスキャンしていく。その結果、測定領域３の各メッシュ４には一定のサンプリングポイント（測定点）が構成される。これが、標高点データ（標高ランダムデータ）となる。
【００１２】
この測定点の分布状況（３次元点群データ）を示したのが、図２である。  図２に示すように、レーザー光２による測定点５は３次元状に分布しており、それらの測定点５を地盤６上（Ｚ＝０）に投影すると一定の間隔で並ぶようになる。ここで、Ｚ軸は高さ方向を表す。
【００１３】
この図には、メッシュ４内で３次元状に分布している測定点５の総点数がＮであって、メッシュ４の大きさ（面積）がΔｘ×Δｙ、中央部にΔｚの高さを持つ直方体状の地物７が存在する例が示されている。地物７における測定点５は、図のようにメッシュ４の地盤６を基準とした地盤高から高さΔｚの面上に存在し、その数はＭ個となっている。なお、メッシュ４の大きさを小さくして行く程、地盤６は図のようにほぼ平面とみなせることができ、地盤標高には当該メッシュの平均地盤標高を用いる場合が多い。
【００１４】
レーザースキャナ計測が均一に実施されると、測定点５は縦方向及び横方向で各々一定の間隔で存在することになるので、測定点５の総数Ｎは、計測されたメッシュ４の面積（Δｘ×Δｙ）と等価な関係にあり、また、地物７上の測定点５の総数Ｍは、計測された地物７の高さΔｚにおける断面積と等価な関係にある。
【００１５】
したがって、高さΔｚ上の平面における地物７の面積占有率を求めようとすれば、メッシュ４内の測定点５の総数と、地物７上の測定点の総数とを知る必要がある。
【００１６】
ところで、実際、地物７には高層ビルのような大きい構造物から一般住宅のような小さな構造物やその他人工建造物、樹木、車等の様々なものが含まれているので、これらを取り除き、測定点の３次元点群データを地盤部分と地物部分とに分離するために、フィルタリング処理が行われる。
【００１７】
このフィルタリング処理には、例えば、ラストパルスを用いる手法や統計的手法、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を使用する方法等がある。ラストパルスを用いる手法では、ラストパルスは建物や樹木の隙間を通り抜けて地盤まで到達することが多いため、ラストパルスのみを使用して、地盤部分の３次元点群データの抽出を行う。
【００１８】
統計的手法では、地形を曲面で近似し、その曲面に応じて設定された閾値を越える点群データを取り除き、地盤部分の点群データの抽出を行う。また、ＦＦＴを使用する方法では、周波数解析を行って、目的の周波数成分を抽出することにより、対応する地盤部分の点群データが抽出される。図では、３次元点群データの総数がＮであり、上記のフィルタリング処理が行われると、地物７のＭ個の点群データが除去されて、地盤６の（Ｎ−Ｍ）個の点群データが残る。
【００１９】
上述したフィルタリング処理のいずれかの手法を用いて地盤６上の点群データと地物７上の点群データとを分離した後、標高毎に地物７の面積占有率を求める。
【００２０】
図２で示された高さΔｚの地物７は直方体形状なので、この地物上の測定点５は高さΔｚ上の平面上に存在することになり、この平面上の測定点の個数はＭ個となっている。この地物上のＭ個の測定点と地盤上（Ｚ＝０）の測定点と合計した測定点の総数がＮとなる。
【００２１】
したがって、Δｚ上の平面における地物の面積占有率Ｓは、Ｓ＝Ｍ／Ｎで表される。この考え方を図３に示すように、メッシュ４内の空間において地盤６（Ｚ＝０）から地物７の測定点が存在するＺ＝Δｚの高さまでの中間平面上で同様に行う。地物が直方体状のものである限り、Δz1の平面上に投影される地物の測定点データは、Ｍ個となるので、Δz1の平面上での地物の面積占有率Ｓ１は、Ｓ１＝Ｍ／Ｎとなる。同様に、Δz2の平面上における地物の面積占有率Ｓ２は、Ｓ２＝Ｍ／Ｎとなる。
【００２２】
以上のようにして、Δz1、Δz2における平面だけでなく、Ｚ＝０からΔｚまでの間に、細かい間隔で地盤に平行な平面を何枚も仮定して、その平面上における地物の面積占有率を求めることができる。
【００２３】
図４の上側の図は、縦軸に地物占有率（地物の面積占有率）Ｓ、横軸に地盤からの高さＺをとり、地盤（Ｚ＝０）からの高さにしたがって、どのように地物の面積占有率が変化していくのかを地物占有率曲線８で表したものである。
【００２４】
この例では、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の各点で地物占有率が変化し、０からＨ１、Ｈ１からＨ２、Ｈ２からＨ３の各区間における地物占有率は、同一となっている。地盤上（Ｚ＝０）では地物占有率が７５％の状態であるが、Ｈ１において地物占有率が５０％に変化し、Ｈ２では地物占有率が２５％に、Ｈ３では地物占有率が０％に変化していく様子が示されている。
【００２５】
一方、図４の下側の図は、メッシュ４に氾濫水のような水が所定量Ｖ流れ込んだときに、そのメッシュ４内での浸水の深さＨがどのように変化するかを示すもので、曲線Ｋは、地盤上に地物が存在しない場合の浸水量Ｖと浸水深Ｈとの関係を示す。地盤からの高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３は、浸水深の深さｈ１、ｈ２、ｈ３に対応しており、対応する記号は各々同じ高さを示している。この曲線Ｋは、複数のメッシュ４毎にあらかじめ計算やシミュレーションによって求められており、この例ではわかりやすくするために曲線Ｋは直線としている。
【００２６】
ところで、メッシュ４に地物が存在する場合には、地物による容積排除が発生するので、地物が存在しない場合よりも少ない浸水量で一定の浸水深まで到達することになる。そこで、地物による容積排除効の影響を考慮するために、図４の上側の図で示された地物占有率曲線から直線Ｋを補正したものが曲線Ｃである。
【００２７】
例えば、浸水量Ｖ１の水がメッシュ内に流れ込んだ場合、地物の影響がない場合の浸水深はｈ１となるが、地物の影響がある場合には浸水深がｔ１となることを示している。メッシュ４の底面積をＢ、浸水量をＶ１とすると、地物の影響がない場合の浸水深ｔ１は、ｔ１＝Ｖ１／Ｂとなるが、地物の影響があって、地物占有率が７５％の場合の底面積は０．２５Ｂとなるので、この場合の浸水深ｈ１はｈ１＝Ｖ１／０．２５Ｂとなって、ｈ１＝４×ｔ１となり、地物占有率が７５％の場合には、地物の影響がない場合と比較して同じ浸水量で４倍の浸水深に達することがわかる。同様に、ｈ１の浸水深に達するのに要する浸水量について、地物の影響がない場合の浸水量Ｖ２は、Ｖ２＝ｈ１×Ｂであり、地物占有率７５％の場合の浸水量Ｖ１は、Ｖ１＝ｈ１×０．２５Ｂとなるので、浸水量Ｖ２はＶ１の４倍となる。すなわち、直線Ｋの傾きを１とした場合、補正曲線Ｃの傾きは、０〜ｈ１区間では０．２５、ｈ１〜ｈ２の区間では０．５、ｈ２〜ｈ３の区間では０．７５となる。
【００２８】
このようにして、地物占有率曲線８の変化点（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）に対する浸水深（ｈ１、ｈ２、ｈ３）を求めることで、地物による影響を補正した曲線Ｃを描くことができる。
【００２９】
図５は、図４の上側の図に示すように地物占有率曲線８が階段状のグラフとはならない例を示すものであり、地盤からの高さをいくつか選び（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、・・・Ｈｎ）、その各高さにおける平面での地物の面積占有率を求め、それらの点をプロットし、近似曲線を当てはめて地物占有率曲線８を描いたものである。
【００３０】
図４と同様に地物占有率曲線８におけるＨ１、Ｈ２、Ｈ３、・・・Ｈｎの各点に対する浸水深を求めて近似曲線を当てはめれば、地物が存在しない場合の浸水量−浸水深曲線Ｋを地物による容積排除効を考慮して補正した曲線Ｃが得られる。
【００３１】
以上の一連の動作をフローチャートによって示したのが図６となる。
まず、コンピュータシステムに、航空機１に搭載されたレーザースキャナのレーザー光２により測定された地表表面の測定点の三次元座標を読み込み、測定領域をメッシュに分割する（ＳＴ１）。次に、メッシュ内の測定点の総数Ｎを計算し（ＳＴ２）、測定点の点群データを前述したフィルタリング処理により地盤部分と地物部分に分離する（ＳＴ３）。
【００３２】
図３のように、地盤から高さ方向に対して所定の間隔毎に地盤と平行な平面を設定し（ＳＴ４）、ステップＳＴ３で分離した地物部分の点群データを当該点群データが存在する高さよりも下の方に位置する各平面（地盤を含む）に投影し、各平面毎にその点群データの総数Mi（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ：ｎは設定された平面の数でこの数には地盤面も含まれている）を計算する（ＳＴ５）。
【００３３】
地盤を含む各平面毎にMiとＮとの比から、各平面における地物部分の面積占有率を算出する（ＳＴ６）。ステップＳＴ６で求めた地盤及び地盤からの所定高さにおける地物の面積占有率を図４や図５のようにプロットして、地物占有率曲線を求める（ＳＴ７）。この地物占有率曲線を用いて、図４や図５に示したように浸水量−浸水深曲線を補正する（ＳＴ８）。
【００３４】
次に、測定領域３を分割しているメッシュのすべてについてステップＳＴ２〜ＳＴ８までの処理（浸水量−浸水深曲線の補正処理）が行われたかどうかを判断し（ＳＴ９）、すべてのメッシュについてステップＳＴ２〜ＳＴ８の処理が終了している場合（ＳＴ９YES）には動作を終了する。
【００３５】
一方、すべてのメッシュについてステップＳＴ２〜ＳＴ８の処理が終了していない場合（ＳＴ９ NO）には、ステップＳＴ２に戻り、ステップＳＴ２〜ＳＴ８までの処理を続行する。
【００３６】
すべてのメッシュについて浸水量−浸水深曲線の補正処理が終了した後、各メッシュについて求めた浸水量−浸水深補正曲線を用いて氾濫シミュレーションを行えば、精度の良い防災情報を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明におけるレーザー光による測定方法を示す図である。
【図２】測定領域のメッシュ内に地物が存在する場合の測定点の分布状況を示す図である。
【図３】地盤から所定間隔で高さ方向に平面を設けた状態を示す図である。
【図４】地物占有率曲線とこれに対応する浸水量−浸水深曲線を示す図である。
【図５】地物占有率曲線とこれに対応する浸水量−浸水深曲線を示す図である。
【図６】本発明の一連の動作を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    航空機
２    レーザー光
３    測定領域
４    メッシュ
５    測定点
６    地盤
７    地物
８    地物占有率曲線
【図１】
2005172634.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005172634.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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