歩行者経路案内のための 3 次元都市空間データモデルの構築
蒔苗

耕司・高木美紀

3D Spatial Data Model for the Pedestrian Navigation System
Koji MAKANAE, Miki TAKAKI

Abstract:

In this study, the 3D spatial data model for the pedestrian navigation system in urban area wasdeveloped. The basic classes of spatial data model are areas, objects and layers, which have links between
nodes on them. A schema of the spatial data model is modeled using UML and implemented by XML. To
evaluate the spatial data model, a pedestrian navigation system is developed. It is proved that the 3D
spatial data model is valid because the navigation system can process the spatial data adequately.
Keywords: 空間データモデル(Spatial data model), 3D GIS, 歩行者経路案内(Pedestrian Navigation)

１．はじめに土地利用の高度化に伴い，都市空間の中では様々な構造物が複雑かつ輻輳した状況で存在している．
近年，地理情報システム(GIS)が急速に普及しつつあるが，一般に用いられている 2 次元 GIS ではこのような輻輳した都市空間の表現には限界がある．このような問題に対し，空間情報を 3 次元的に定義，表現できる 3 次元 GIS の構築が必要不可欠であり，その研究開発が進められている．例えば，総務省(2002)
による立体経路案内モデルシステムは，立体経路を実際に歩く感覚で表現するものであり，東京駅周辺開発が行われている（瀬尾他,197，インクリメント P他, 2002 など）．これらの例に示されるように，3 次
元 GIS に関する研究は 3 次元空間の視覚的表現が主となっていたが, 3 次元空間情報モデルの定義と標準化が必要との認識がなされつつあり，いくつかの研究が行われるようになってきた(NTT コミュニケーションズ,2003 など)．
本研究では，歩行者を対象とした歩行者経路案内システムへの適用を考慮した 3 次元都市空間モデルを構築するとともに，その実装により有効性を評価する．

において実験が行われている．また建物等に付与し２．都市空間データモデルの構築た高さ情報を基に 3 次元モデルを構築し，その可視2.1. 基本概念図化を行うシステムも 3 次元 GIS の一技術として研究

都市空間内の複雑・輻輳した構造物をコンピュータ上で表現・処理するためには，適切なデータモデ

蒔苗：〒981-3298 宮城県黒川郡大和町学苑 1
宮城大学事業構想学部デザイン情報学科
Phone: 022-377-8368 E-mail: koji@makalab.org

ルを定義し，それに基づいたデータベースの構築が必要である．本研究では，都市空間における歩行者広域エリア

エリア

レイヤーノードレイヤーリンク

リンク
リンクオブジェクト

ノード

レイヤーリンク

図 1 概念図
表 1 object カタログ

経路案内システムでの適用を前提とした都市空間モ

種別 ID
123456789デルの構築を行う．本研究における基本的な都市空間モデルの概念図を図 1 に示す．
2.2. .基本クラス
1) areaarea はモデル化の対象となる領域（論議領域）を示すものであり，area 自体がさらに広域な area に含まれるという包含関係を有する場合もある．area エ

Object建物
車道
歩道
ペデストリアンデッキ
地下通路
地下鉄遊歩道橋
バスプール

リアはそのエリア毎に原点を有するものとし，原点はエリアの最も左上に置く．
2) object5)linklink とは同一の layer 上あるいは layer 間，object

object は area 内に存在する建物，道路，橋，地下間における 2 点の node の繫がりを示す．link には，道，各種施設等の都市空間を構成する要素である．

端点を示す node 情報と，その link が単方向であるかobject は，それぞれの object 毎のローカル座標を有双方向であるか情報，link の移動手段に関する情報しており，その原点の area 座標を属性情報として有（表 2）が定義される．

する．本研究で定義した object を表 1 に示す．
表 2 リンクの移動手段識別符号

3) layerlayer は，area 内及び object 内における階層を意味

手段
水平階段
エレベータ
エスカレータスロープする．階層の符号化に際し，地上 1 階を 0 とする．
これは，地上から地下へ地表を跨った移動をする場合に，システム上の処理が容易であることによる．
4) nodenode とは layer 上に存在する点で，link の始終点となる．object のローカル座標で定義される．

符号123456)polygon
polygon はレイヤーを形成する多角形（平面）で

図 2 都市空間モデルのスキーマある．layer の形状によっては，ひとつの layer が複数の polygon を有する場合がある．polygon は形状に応じて 3 点以上の point を有する．
7) point
polygon の各点及び node の位置を決定する 3 次元座標であり，object のローカル座標に従う．
2.3. データモデルのスキーマ2.2.で定義した基本クラスを基にし，図-1 の通り，都市空間データモデルのスキーマ（UML）を示す．
図に示すように，area は複数のobject を有しており，それぞれのobject は自らの階層数に応じたlayer を有する．area 間，object 間，layer 間それぞれに link をもつ．layer は Polygon と node を有しており，それぞれの座標は Point により定義される．定義された
node 情報は Link 情報から参照される．
３．都市空間データモデルの実装構築した 3 次元空間データモデルを基に，歩行者経路案内システムへの実装を試みる．構築する歩行者経路案内システムは，複雑かつ輻輳した都市中心部において，移動手段（歩行者，車椅子）の選択に応じて，3 次元経路探索を行い，その経路を表示するシステムである．今回，データ作成の対象地域は仙台駅周辺である，この地域は JR の新幹線駅，在<!ELEMENT area (object+,links)><!ELEMENT object (layer+,links)><!ELEMENT links (link*)><!ELEMENT layer (polygons,nodes,links)><!ELEMENT polygons (polygon+)><!ELEMENT nodes (node*)><!ELEMENT polygon (points+)><!ELEMENT node (points)><!ELEMENT points (x,y,,z)><!ELEMENT x (#PCDATA)><!ELEMENT y (#PCDATA)><!ELEMENT z (#PCDATA)><!ELEMENT
link(start-object,start-layer,start-node,destination-object,destination-layer,destination-node,direction,mean)><!ELEMENT start-object (#PCDATA)><!ELEMENT start-layer (#PCDATA)><!ELEMENT start-node (#PCDATA)><!ELEMENT destination-object (#PCDATA)><!ELEMENT destination-layer (#PCDATA)><!ELEMENT destination-node (#PCDATA)><!ELEMENT distance (#PCDATA)><!ELEMENT mean (#PCDATA)><!ATTLIST object ID CDATA #REQUIRED><!ATTLIST object kindID CDATA #REQUIRED><!ATTLIST object name CDATA "n"><!ATTLIST object highest CDATA #IMPLIED><!ATTLIST object lowest CDATA #IMPLIED><!ATTLIST object X CDATA #REQUIRED><!ATTLIST object Y CDATA #REQUIRED><!ATTLIST object Z CDATA #REQUIRED><!ATTLIST layer ID CDATA #IMPLIED><!ATTLIST layer name CDATA "n"><!ATTLIST layer floor CDATA #REQUIRED><!ATTLIST polygon ID CDATA #IMPLIED><!ATTLIST node ID CDATA #REQUIRED><!ATTLIST node name CDATA #IMPLIED><!ATTLIST link ID CDATA #IMPLIED>

図 3 XML による実装 (DTD)図 4 都市空間データモデルによる 3 次元空間の表現

図 5 3 次元経路探索の例（新幹線ホーム〜地下鉄ホーム）
来線駅，市営地下鉄，バスプール，人工地盤，駅ビXML により実装するとともに，歩行経路探索シスル等の建築物が輻輳して存在する地域であり，空間テムへ適用し，そのデータモデルが有効であることデータモデルの評価に適する．

を示した．今回構築したデータモデルは，極めてコ

都市空間データモデルの実装には XML(eXtensible

ンパクトなモデルであり，データ構築が容易である

Markkup Language)を用い，データモデルのスキーマという利点を有する．今後はデータモデルのさらなに基づき，図 2 の通り DTD を定義した．この DTDる検証を進めるとともに，都市空間の構成要素をよに従い，仙台駅周辺の都市空間データを構築する．

り多く表現できるモデルへの発展を考えている．

システムの構築は，Microsoft VisuallBasci6.0,をベー ス と し て ， XML フ ァ イ ル の 操 作 に はDOM(Document Object Model)，グラフィックス表示には OpenGL を用いた．
DTD に基づいて構築した XML データを読み込み，3 次元表示した結果の例を図 4 に示す. 図に示されるように，ファイルは適正に読み込まれ表示されており，コンピュータ上での 3 次元空間の再構築に成功している．図 5 は 3 次元経路探索の例である．3次元経路探索はダイクストラ法に基づくが，経路探索処理も移動手段に応じて適正に処理が行われており，構築したデータモデルの正当性を示している．
４．まとめと今後の課題
本研究では，歩行者経路案内を目的とした 3 次元都市空間データモデルを構築するとともに，それを参考文献
インクリメント P(株)・(株)キャドセンター・パスコ( 株 )(2002) 『 三 次 元 立 体 地 図 MAPCUBE, 』
http://www.mapcube.jp
NTT コミュニケーションズ株式会社(2003)『3 次元GIS データガイドライン, http://3dgis.jp/.
瀬尾和夫・玉田隆史・寺岡照彦・亀井克之(1997)
3 次元マッピング・システム，電気学会産業シス
テム情報化研究会資料, IIS-97-18,pp.37-42.
総務省(2002): 3 次元 GIS による立体経路案内デモン
ストレーション,http://www.soumu.go.jp/s-news/
2002/020524_2.htm