電子納品への取組みと高速道路のデータモデルについて
2001/06
日本道路公団 試験研究所 技術情報課
山崎 元也

JHのJHの CALSフェーズプラン
CALSフェーズプラン
フェーズ３
2002～
2002～2004

道路計画の高度化

協議設計段階

工事段階

管理段階

協議へのCG
協議へのCG導入
CG導入
設計要領･基準の電子化

設計成果品の電子納品

工事管理文書の電子化

工事ﾌﾟﾛｾｽへのEDI
工事ﾌﾟﾛｾｽへのEDI導入
EDI 導入事務所標準ﾌｫﾙﾀﾞ運用

電子ﾃﾞｰﾀによる引継

既存図面の電子化・CAD
既存図面の電子化・CAD化
CAD化
統合ﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽ

データ標準化

ﾃﾞｼﾞﾀﾙ地形ﾃﾞｰﾀ標準
CADデータ標準
CAD
データ標準

図面の２次元化(ＳＸＦCAD)ＳＸＦCAD)

ﾌﾟﾛﾀﾞｸﾄﾃﾞｰﾀ標準
図面の３次元化))))

デジタル地形データマニュアル

ＰＭ プロジェクトマネジメント による事
業管理

プロダクトデータ機能を加え、システムを統合化

調査計画段階フェーズ２
1999～
1999～2001((((フェーズ１1996～1996～1998

JHのJHの CALSフェーズプラン
CALSフェーズプラン － 試験研究所の取組み －≫ データ標準化≫ CADによる図面作成要領
による図面作成要領≫ デジタル地形データ作成要領≫ プロダクトデータモデルの検討≫ ITを活用した業務の高度化を活用した業務の高度化≫ デジタル地形データを基に作成したCGを、を、デジタル地形データを基に作成した協議や説明に活用≫ デジタル地形データを活用した最適道路線形探索システム

JHの
JHの CALSフェーズプラン
CALSフェーズプラン － 試験研究所の取組み －ＣＡＤによる図面作成要領を用いた作図（平面図）

JHのJHの CALSフェーズプラン
CALSフェーズプラン－ 試験研究所の取組み －ＣＡＤによる図面作成要領を用いた作図（橋梁一般図）

JHの
JHの CALSフェーズプラン
CALSフェーズプラン－ 試験研究所の取組み －ＣＡＤによる図面作成要領を用いた作図（主桁断面図）

JHのJHの CALSフェーズプラン
CALSフェーズプラン－ 試験研究所の取組み －ＣＡＤによる図面作成要領を用いた作図（橋台構造一般図）

高速道路事業の効率的な執行• 事業の各段階で発生する情報– 契約，会計，予算– 道路の整備と管理– 交通サービス等

一元的な管理もっとも基本的な情報業務を進める上での必須の情報

道路の整備と管理に関する情報• 計画・設計時点における情報– 現況地形・地質や土地利用状況，設計条件等• 構築された道路の構造と幾何形状– 道路中心線形，縦横断構成，橋梁やトンネル等の構造物形状，舗装の状況等• 施工時の条件と品質– 施工時に使用された各種の材料及び品質の管理記録• 利用者に対する交通サービス– 利用案内や交通安全サービス等• 補修・改良の情報– 経年変化による構造物等の性能劣化の記録，改良工事の情報等

事業ライフサイクル全般に亘って共有・活用すべき情報

道路の整備と管理に関する情報の特性
道路の整備と管理に関する情報
図形情報

属性情報

施設の形状や寸法

性質や品質

従来図面として保存書類として保存

現在

CADデータワープロ・表計算等

本来は一体のものである（プロダクトデータ）

現状の課題～その１• ライフサイクルにわたる共有が不十分– 維持管理プロセスでデータベースを更新する属性情報を，建設プロセスにおいてタイムリーに作成しきれていない
原因–

維持管理プロセスで利用するデータを抽出する作業が，工事終了直前に実施されている–

データの重要性に対する認識不足–

データ作成に多大な労力が必要

解決策 ： 標準プロダクトデータの引継ぎ■ 建設から管理への円滑なデータ移行
管理道路
平面図

建設

ＣＡＤエンティティ

データ変換

ＣＡＤ

数値地図

関連付け

橋梁の属性情報

用排水工の属性

データ移行

管理情報の付加トンネルの属性

トンネルの属性

橋梁の属性情報

用排水工の属性データ
ベース
ＧＩＳ（地理情報システム）

移行

データベース

現状の課題と解決策～その２•

図面と属性データの別管理
1.

2.
3.
4.

扱う情報が工事記録，資産，保全点検など多数にわたり，これらは図面と別に作成管理されているため，複数の更新作業が必要となり，図面の更新とリンクしない
現場を正確に反映していない
余分な確認作業を強いられる
図面と数量計算書の整合チェック業務に多大の時間を費やしている。
問題解決の方策 属性情報と図面内に表現されている幾何情報とを関連付けたデータ作成管理を基本する

標準プロダクトデータの統合利用イメージ
このボーリングの調査
報告を調べたい

図面からデータベースへアクセス

ボーリング
データベース

図面とデータベースを一体化しているため，必要な情報を取り出しやすい

プロダクトデータがコンピュータの中で統合管理されている

標準プロダクトデータの統合利用イメージ

旗上げ情報の抽出

旗上げ等と数量表との連携

積算の効率化現状の課題と解決策～その３
現状の課題と解決策～その３• 属性情報のデータ項目が業務のニーズに適合しなくなってきている– JHでは，現在、調査やJHでは，現在、調査や設計などの成果品をマイクロフィルムで保管し，その管理情報をデータベース化– 本来必要な個所は、間接的にしか検索できない。
資料発生

活用

検 索・提 供 依 頼

登録報告書など

蓄積・管理

データベース検索

ネットワーク

管 理 サー バ

技術関係
資料登録票

印刷

マイクロ
フィッシュ

マイクロ
フィッシ ュ

郵送

報告書など

問題解決の方策 情報をより細分化して扱う方向になっており，属性情報をより体系的に見直し、ニーズに合わせたシステムを構築していく必要新しいデータモデルの提案
1. 必要情報のデータ構造の明確化
z 必要となる情報項目を整理分析し，そのデータ構造を明確にしておく必要性
z 今後開発が予想される関連システム間における整合性の確保

2. システムの継続性の確保
z 実装方法が時代により変化した場合においても，データモデルを使用することにより他の実装方法へ転換が可能

Japan Highway Data Modelの概要
Modelの概要• モデル化の対象範囲– 当面の対象工種は道路土工– 調査・設計～積算～施工～（維持管理）– 道路構造の記述を中心とした静的構造モデル• 目的– CAD化された形状の情報に加えて，設計値，数量等CAD化された形状の情報に加えて，設計値，数量等の図形以外の情報を含めた統合的なデータの作成と交換・蓄積– データ入力の効率化や入力データの欠落を防ぐ仕組みを導入– データ作成および収集における精度向上– 既存のCAD
既存のCADやCADやGISに関する仕様やモデルとの整合GISに関する仕様やモデルとの整合• 実装方法– XMLを想定
XMLを想定参考とする既存のモデル
モデル名
ROAD AP
OKSTRA

ISO/TC211ITS
IAI
LandXML

概要
想定している実装
モデル化手法DBとCADス ウェ ー デ ン国 立道 路局 が 作成 し STEP
た 道 路の 維 持 管 理 を 目 的 とし た
データモデル
ドイ ツ連 邦政 府 が開 発 した道 路 施 ORM
DBとCAD設 のプ ロダクト モ デ ルで 、 計画 ・ 設
計 ～維 持管 理ま でを対 象と たモデ
GISデ
GIS デ ー タ の 標 準 化 を 目 的 と し た オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 分 XML
ISO基準
析UML表記日 本国 内 のITSのITSの シ ステ ムの 基 礎 オ ブ ジ ェ ク ト 指 向 分 ？とな るシス テムアー キ テクチャのモ 析
UML表記
デル建 設 分 野 で の オ ブ ジ ェ ク ト ベ ー ス STEPCADのデータ交換を目的とした仕様。
米 国に おけ る土木 分 野の オブ ジェ ?
XMLクト をXMLに
XML に より交 換 す るこ とを 目的とした仕様

モデル化の手法• モデル化の手法– オブジェクト指向分析法 を採用• モデル変更の容易性，再利用性，変更箇所発見の容易性が優れている– 記述にはUML(Unified
記述には UML(Unified Modeling Language)を採用
Language)を採用• 現在の実装環境（言語やDBMS
現在の実装環境（言語やDBMS）DBMS）等への展開が容易（ツール等の利用性）• オブジェクトの抽出– 以下からオブジェクト候補を抽出• 設計図面 ： ｢CAD図面による図面作成要領（暫定案）｣
CAD図面による図面作成要領（暫定案）｣• 維持管理項目 ： 資産管理DB
資産管理DB• 数量項目 ： 土木設計数量算出要領、積算システム• 設計基準 ： 道路構造令、設計要領

オブジェクト整理での考え方
分類項目

事 業 に 関 する デー
タ

内容
事 業 遂 行 に 関 する デ ータ は 、 事 業を 遂行 に 関 わる 人 や 組織 及 び もの。
調 査 ～供 用 維 持 管 理の ライ フサ イ
クルの 中で道 路構 築物 及 びそれ の
特 徴 ・性 質 に 関 係 し な い も の を 指す。

関連他のモデル

道路構成要素各事業段階において現実の世界に 地 理 標 準 （TC211 ）、LDB、LDB 、ITSア
ITSア ーキテ
出現 する もの及 びそ れの 特徴 や 性 クチャー
質等に関するもの

測量調査設計測 量 成 果 や 設 計 成 果 に 関 す る 地理標準（TC211）、DM、SIMA
データ
数量成果及び積算を関するデータ 積算システム

道路 構 造物 及び設 計 ・施 工 に 関 わ 数量積算
るデータ
施工品質管理材料 の 試験 ・品 質や 施 工の 品 質に LDB関するデータ
図 形 デ ー タ （ 幾 何 CAD や GIS等
GIS 等 の シ ス テ ムで 幾 何 形 SXF, 地 理 標 準 （ TC211 ） 、 CAD シ ス テ位相）状 及 び 位 相 関 係 の 表 現 に 関 す る ム、GISシステム
データ
データ の 管 理 ・精作 成 し た データ に 関 す る 説 明 又 は度 等 に 関 する デー
必要な情報タ全体構成の概要■数量・性質数量■位置・位相関係等

性質・性能■道路の構造
平面線形
幾何形状

縦断方
向

平面線形（軸）

標準横断面
縦断線形

横断方
向

本体
舗装
排水施設
土工ネットワーク（道路網）

路盤
本体構造

道路の構造
IC

路線（線的施設）

路床

TB

橋梁

路体

土留構造物
交差構造物

トンネル

SAPA ．．．．

点的施設

交通安全施設（ガードレール・柵・照明）
駐車場
防音・防風・防雪施
設
ケーブル等

付属施設

交通管理施設（標識・路面表示・料金所・信号機）
区間

交差・接続施設
■計画条件

■位置
座標

機能・役割
道路規格
設計速度
計画交通量

測点

■形状表現
図形間位置定義（距離、勾配、方向角）

無次元図形（点）

■地形図

■地質地層
地質

土質層

２次元基本幾何図形（直線、円弧、クロソイド曲線、２次放物線）

平面地形図
地形

縦断形図
横断形図

３次元形状（点、線、面）

このモデルの特徴的な考え方 ： ネットワーク• ネットワーク– 道路の性質から有向グラフのパターンを採用– どのような構築物のネットワークであるかを示すネットワーク種
別により階層的に分離– 特定の構造物や属性等をトポロジーにより検索
EAC

DA

C

DA

BBB

無向グラフ

有向グラフ

有向グラフ

ネットワーク ： 静的構造図
1
サブネットワーク
ネットワーク

1+名前 : string(xml)+種別 : ネットワーク種別

1..*
1

10..*
ネットワークタイプ
名称 : string(xml)
タイプ : ネットワーク種別
0..*
0..*
エ ッジ
ノード
{ノード番号は重複しな い}+名称 : string(xml)+ノード番号 : unsignedInt(xml)+ノードタイプ : ノードタイプ

0..*

0..*
< <DataType>>
位置参照::測点
測点+測点番号 : in t(xml)+追加距離 : double(xml)

0..*

0..*

0,2..*+ 名称 : string(xml)+ エッジ 番号 : unsignedInt(xml)+ エッジ タイプ : エ ッジ タイプ+ 親ノード番号 : unsignedInt(xml)+ 子ノード番号 : unsignedInt(xml)0..*{OR}

0..*<<DataType>>
位置参照::22 次元座標+X座標 : DirctPosition+Y座標 : DirctPosition0..*<< DataType>>
位置参照::3次元座標
3次元座標+ X座標 : DirctPositio n+ Y座標 : DirctPosition+ Z座標 : DirctPosition{エッジ番号は重複しな い}このモデルの特徴的な考え方 ： 位置情報
• 位置情報– 各測地系公共座標と地理標(各測地系公共座標と地理標(測点やキロポスト)測点やキロポスト)による位置指定
測地座標によるX
測地座標によるX座標
絶対座標

測地座標によるY
測地座標によるY座標
測地座標によるZ
測地座標によるZ座標
測点、キロポスト

地理標(測点，キロポスト)スト)

各測点（キロポスト）位置における測線（横断方向線）
上の測線と中心線形との交点位置からの水平距離
中心線形がある横断上の位置での基準標高（計画縦断高さ，或いは現況地盤高さ）との標高差

位置情報 ： 静的構造図<<DataType >>地点+名称 : strin g(xml)<<DataType> >3 次 元 座 標 リ スト
+名称 : string(xml)+開閉 : 開閉

1 ..*0..*<<DataType>>
3次元座 標+X座標 : Dirc tPosition+Y座標 : DirctPosition+Z座標 : DirctPo sition<< DataType>>
2次元 座標+ X座 標 : DirctPositio n+Y座標 : DirctPosition

0 ..10 ..* 1..*

< <DataType>>
3次元座標リス ト+名称 : string(xml)+開閉 : 開閉0..10 ..10..1<< DataType>>
測点+測点番号 : int(xml)+追加距離 : double(xml)

11道路線形 ::平平 面線形+名称 : string(xml)< <DataType>>
測 線位置+水平距離 : double(xml)+相対標高 : double(xml)+標高 参照位置 : 参照標 高<<DataType> >測 線 位 置 リ スト
+名称 : string(xml)
0..*

1..*

位置指定の例

表現例
座標 ： { 54412.5093,54412.5093,-76653.5031 }
測点 ： { 4+40,4+40,-50 ｝

このモデルの特徴的な考え方 ： 形状情報
– 本モデルでは既存のCAD
本モデルでは既存のCAD仕様の使用を前提としている
CAD仕様の使用を前提としている• 本モデルでは、図形表現上の幾何モデル定義までは行わない– しかし、測量データや道路の横断構成等のデータは、設計情報として重要な項目であり、データ化する必要がある。
– 道路分野での位置及び形状に関するものは、複雑な図形を用いて表現しているものはなく殆どが点情報を基本とした表現となっている。
– 基本的にその形状及び位置はその構成点及び構成点間の関係が表現可能• 点及び点の集合により表現可能な最低限の要素を導入

形状要素
形状の種類

点データを基本とした表現方法

線（ 自己 交差しない）・点列（点リスト）：公共座標値，相対，あるいはローカル座標による値
・開始基準点と勾配とその距離または長さの組合せリスト
・基準となる線（線形）とオフセット

２次元の面
（範囲）

・基本的には上記の線と同様の構造で，両端点が結ばれる位相関係を持つ。

３次元の面・ TINまたはTINまたはGIRD
またはGIRD：３
GIRD：３次元の点のリストとその位相関係のリスト：３次元の点のリストとその位相関係のリスト（( TINの場合は３点，TINの場合は３点，GRIDの場合は３点，GRIDの場合は４点）
GRIDの場合は４点）
・横断面と線形（バックボーン）による押し出し図形（Sweep・横断面と線形（バックボーン）による押し出し図形（Sweep図形）
Sweep図形）

３次元的層・道路土工で扱う３次元的な空間は，地層や路体，路床等の層的なものがほとんどである。
・層については２つの３次元面の組合せにより表現。（場合により、平面的な領域を組合わせる）

２次元形状の取り込み例

構成点列： 0,0 10827,0.433 1500,1500,-0.2 ……..
勾配と構成点 ： 0,4 10827,10827,-2 ……….

(0,130)(150,130)(150,80){0,0 300,0 300,100 150,80 150,130 0,130}(0,0)(300,100)(300,0)3次元形状の取り込み例
Point 5

Point 1Patch 3Patch 2

Point 4

Patch 1
Point 2
Point 3

Surface｛
Surface｛ 1,1,2,3 ….}.
Patch｛Patch ｛1,1,2,3}
.
.
.
.
.
.

Surface 1

Point｛Point｛1,32467,987,1,32467,987,-123678.098,100.03}
Point｛Point｛2,32765,287,2,32765,287,-124578.098,100.03}
Point｛Point｛3,32567,487,3,32567,487,-123478.098,100.05}.
.

地形：静的構造図
0..1<<DataType>>
位置参照:: 3 次元座 標リス ト+名称 : string(xml)+開閉 : 開閉

0..1<<DataType>>
位置参照:: 3 次元 座標+X座標 : DirctPosition+Y座標 : DirctPosition+Z座標 : DirctPosition
1

1

ブ レイ ク ラ イ ン

生成+名称 : string(xml)<<DataType>>
位置参照:: サー フ ェイ ス ポ イン ト+ID : unsignedInt(xml)

生成

等高 線+標高 : double(xml)+開閉 : 開閉

3,40..*

1
サー フ ェ イ ス パッチ+ID : unsignedInt(xml)+サーフェイスポイント番号1 : unsignedInt(xml)+サーフェイスポイント番号2 : unsignedInt(xml)+サーフェイスポイント番号3 : unsignedInt(xml)+サーフェイスポイント番号4 : unsignedInt(xml)

1..*
10..*

サー フ ェ イ ス

道路基本要素:: 境界 面

道路基本要素:: 層+名称 : string(xml)+タイ プ : サーフェイスタイ プ+タイプ : 境界面タイ プ+名称 : string(xml)+名称 : string(xml)+タイプ : 層タイプ
0..*2

JHＤＭによる効果
JHＤＭによる効果• 構造物単位に，工事記録，点検記録，補修改良履歴など各種のデータを利用できる。
• データの更新作業が効率化されるとともに，データの精度が高まる。
• 構造物単位に，設計条件，施工条件，施工状況などのデータを利用できる。
• 設計，施工に必要な情報を標準的な電子データで入手・利用できる。
• 数量集計業務が効率化されるとともに，工事費積算にデータを転用できる。
• 工事段階で，受発注者間でデータを共有でき，書類のやりとりが削減される。

まとめ■ データ標準化の現状 ：CADデータ、デジタル地形データ
データ、デジタル地形データ
２次元のＣＡＤデータ交換が可能（電子納品）■ 建設CALS実現へ向けて実現へ向けて
建設
プロダクトデータ標準の早期開発
道路事業のライフサイクルに対応し、事業に関与する者がデータを統合利用可能

JH試験研究所
試験研究所
http://www.jhri.japan-highway.go.jp/

End

まとめ
• 道路データモデルの基本的部分を検討した• 今後、検討を加え詳細化と改定を行う予定• 情報システムの機能は，それを利用する技術者の要求や情報技術の進展に伴って変化• ツールの追求よりも，真に必要なデータの具体化・整備が重要