JP4113649B2

JP4113649B2 - ３次元地図作成方法、３次元地図作成プログラムを記録した記録媒体、および３次元地図作成システム

Info

Publication number: JP4113649B2
Application number: JP2000078023A
Authority: JP
Inventors: 直樹庄; 尚通大谷
Original assignee: NTT Data Corp
Current assignee: NTT Data Group Corp
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001266177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元地図の作成装置及び方法に関し、特に２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に３次元地図を作成する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旧来の紙ベースの地図に取って代わり、カーナビゲーションシステムやコンピュータ上の地図検索など広範な分野で用いられるようになったのが電子地図である。当初この電子地図は主に２次元地図であり、国土地理院発行もしくは都市計画図などの紙ベースの地図をスキャナ（光学的読取装置）により読みとることで、地図中における各敷地形状等の座標点をコンピュータ上に抽出するといった作成方法が採用されていた。
【０００３】
他方、近年では上記電子地図の３次元化も推進される情勢となってきつつある。２次元地図から３次元地図を作成するにあたり、対象エリアが例えば市街地の場合には、土地の高低など一般の地形だけでなく建物の立体化も必要となってくる。建物を立体化する作業に際しては、各建物の高さに関する情報が必要となる。
【０００４】
この建物の高さ情報を取得する方法はおおまかに分けて２つある。１つは、現地調査を行って一軒毎の情報を直接収集する方法である。もう１つは、２次元電子地図に付随した建物の階数情報を利用する方法である。２次元電子地図の中には、地形、道路、建物等の底面形状の座標データだけでなく、各建物の住所、世帯主名、階数、主用途などの属性情報を持ったものがあり、つまりこのうちの階数情報を利用し建物を立体化するのである。
【０００５】
以下、係る階数情報を用いた建物の立体化手順について概略説明する。建物立体化の従来手法の概要を図１に示す。
（１）２次元の電子地図より立体化する建物を選択する。
（２）選択した建物の属性情報が収められた階数データベース１０より建物の階数を取得する。
（３）建築物の高さ生成ステップ１１において建物の階数に単純に３ｍを乗じることで建物の高さを算出する。
（４）電子地図内に階数情報がない建物は、２階建てとし高さ６ｍとする。
【０００６】
（５）当該建物の底面形状を特定する。
（６）底面形状のＸＹ座標の値をそのままに、Ｚ座標の値を手順(3)もしくは(4)で求めた高さとして、上面形状を作成する。
（７）立体形状生成ステップ１２において部品形状データベース１３内の形状データを参照しつつ上面と底面を繋ぐように建物側面を作成する。作成した３次元データは立体形状情報データベース１４に蓄積保存される。
以上の手順により従来の３次元地図は作成されていることが多かった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の３次元地図作成方法にあっては以下に示す課題が存在した。
すなわち、現地調査を行って一軒毎の情報を直接収集する方法では、作成する地図の規模にもよるが数百〜数千におよぶ各建物の高さを逐一調査する必要が生じる。従って、この作業に要する人員は大規模なものとなり、調査期間も長期にわたることが多い。また、この調査で得られたデータを処理して実際の地図作成作業を行うにも非常に多く作成用人員を配置する必要に迫られることとなる。つまり、３次元地図作成に要する期間および人件費の著しい増大は避けがたく、加えて、作成者各自の作業スキルに応じ、作成された地図のレベルにばらつきが生じるといった質的な問題も内在する。
【０００８】
一方、２次元電子地図に付随する建物の階数情報により各建物の立体化を図り３次元地図を作成する方法では、立体化に必要な階数情報が存在しない建物は、全て予め決められた階数（２階建て）に統一されてしまう。よって、例えば建物構造や床面積等より容易に５階建て以上と予想される様な建物であっても２階建てとして高さが計算されてしまうことになる。したがって、３次元地図上の表示と実際の建物高さとが大きく乖離し地図の利用価値や利用効率自体が大幅に低下する。
【０００９】
また、例えば２０階建て以上の高層ビルや平屋一般建物といった建物の種類によらず画一的に１フロアあたりの高さ（例えば３ｍ）に階数を乗じて建物高さを計算しているため、実際の建物の高さを地図上に正確に反映することが困難である。よって、例えばある２０階建てのビルの場合、実際の高さ８０ｍに対し、従来方法における計算上は高さ６０ｍとなり、大きな差異を生じてしまう問題がある。
【００１０】
このような地図上での建物高さと実際の高さとの乖離といった問題には、上記の問題に加えて地形データとの整合性が問題になる場合がある。これは、丘陵地帯など地形の起伏が比較的大きく、地図作成に当たってその場所の標高データを詳細に参照しなければならない箇所において現れやすい問題であり、例えば地図上で３次元化された建物の底部が地表面より浮き上がってしまったり、逆に建物が地表下に埋没してしまうなどの地表高と建物高さ座標との不整合を生じるものである。いずれの場合も地形データの標高値に即して建物高さを修正していないことが原因となっていた。
【００１１】
そこで、本発明はこのような従来の課題に着目してなされたもので、実際の街並みに近い建物の立体データを迅速かつ安価に、更に自動的に作成可能ある３次元地図作製方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の３次元地図作成方法は、２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて実際地形に即した標高修正処理を施して配置し、３次元地図を作成するコンピュータが、処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を、データベースに収められた３次元地形データから抽出する標高抽出ステップと、前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する建物高さ設定ステップと、前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する建物底面高さ設定ステップと、を実行することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の３次元地図作成プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて実際地形に即した標高修正処理を施して配置し、３次元地図を作成するコンピュータに、
処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を、データベースに収められた３次元地形データから抽出する標高抽出ステップと、前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する建物高さ設定ステップと、前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する建物底面高さ設定ステップと、を実行させる３次元地図作成プログラムを記録したものである。
【００１４】
また、本発明の３次元地図作成システムは、２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて実際地形に即した標高修正処理を施して配置する３次元地図作成システムであって、処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を、データベースに収められた３次元地形データから抽出する標高抽出手段と、前記標高抽出手段により抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する建物高さ設定手段と、前記標高抽出手段により抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する建物底面高さ設定手段と、を具備することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図２は本発明の３次元地図作製方法における建物立体化の処理システムを示す説明図である。前記処理システムが使用する建物データの一例を表１に示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
この建物データは２次元電子地図に付随したものを用いたほうが、各種データ同士の整合性を取る意味合いからも３次元地図作成効率は高いが、状況によっては他のメディアからインポートすることも考えられる。
データとしては、建物毎の固有番号、地図中の座標値、住所、建物名、建物種別、階数、材質といった情報が列挙されており、検索・整理・保存が可能なようデータベース化されている。これらの情報が地図３次元化の作業に際しての基本情報となるのである。
【００２２】
続いて、図２に示す本発明の３次元地図作成方法の処理システムを概略説明する。３次元地図を作成するにあたりベースとして使用する２次元地図の建物情報が、階数情報を備えていない場合、もしくは備えていても全建物についてではない場合、本発明における階数情報補完ステップ２１を利用する。このステップにおいては前記建物情報に含まれている建物の材質情報Ｍ、主用途情報Ｕ、床面積（底面形状情報Ｂ）のうち少なくともいずれかの情報により２次元地図上の各建物の建物種別と材質とを推定し、該当地区における建物種別及び材質毎の階数統計情報（地区建物統計情報Ａ）により当該建物の階数を確率計算して決定する。
【００２３】
材質情報Ｍが得られなかった場合には、建物情報に含まれる建物の階数情報Ｆと、該当地区に存在する建物の階数や構造等を規定した建築基準法や災害地区指定などの地域情報とにより各建物の材質を推定する（材質情報補完ステップ２４とする）。この時点で、各建物について、低層・中高層の事業所及び個人住宅といった建物種別、木造又は耐火材といった材質、そして階数が決定されていることになる。
【００２４】
建物の階数情報Ｆが最初から建物情報に含まれているか、もしくは上記の様に階数情報補完ステップ２１により階数が決定された後、建物の種別に応じて１フロア当たりの高さをフロア高可変ステップ２２において決定する。ここでは当該建物の種別毎に、地区建物統計情報Ａなどから予め得られた１フロアあたりの高さ情報を建物毎に反映させることとなる。
【００２５】
次に、２次元地図に示されている各建物毎の底面形状を底面形状情報Ｂから抽出し、既に求めた建物種別、材質、階数、１フロア当たりの高さといったデータと併せることでいよいよ建物の立体化が図られる。詳細は後述するが、基本としては底面と対向する上面（屋根部）を作成し、それらの接辺毎に側壁を作成する。
【００２６】
この際、建物の主用途Ｕ及び材質情報Ｍと、予め定めた主用途Ｕ及び材質Ｍ毎の建物形状情報（部品形状Ｐ）または建物外装情報（色・テクスチャ情報Ｃ）とに基いて、３次元化する各建物の形状または外装を可変可能である（形状変更ステップ２６及び外装変更ステップ２７）。形状変更とは主に屋根形状を指し、例えば和風木造建築であれば切妻、或いは寄棟といった屋根を選択するのである。また、外装変更とは、建物の材質に応じて、例えば木造なら木目のテクスチャを、耐火材ならコンクリート風のテクスチャを側壁に施すのである。
【００２７】
このように作成された建物の３次元データは立体形状情報Ｓとして保存蓄積され、３次元地図として他のデータと統合されることとなる。
【００２８】
なお、上記の各機構は各種情報を収めたデータベースとそれらと連結したコンピュータにより主に構成されるものである。
【００２９】
＝＝＝メインアルゴリズム＝＝＝
本発明の３次元地図作成方法を実施する主処理アルゴリズムを図３に示し、これにのっとった建物３次元化の手順を（１）〜（８）に示す。
【００３０】
（１）立体化する地区を指定し、その地区内全ての建物について、立体化の処理を行う。係る一戸単位の立体化処理を地区内の全建物に対して、繰り返し処理を行う。
【００３１】
（２）建物情報に階数情報Ｆが含まれ図中「階数情報あり」の条件分岐で”ＹＥＳ”ならば、選択した建物の階数（ｎ）を取得する。もし、階数情報Ｆが無ければ階数情報補完ステップ２１において、どの様な建物であるかを推測し階数（ｎ）を推定する。建物階数（ｎ）の推定には、主用途情報Ｕと材質情報Ｍを基にした地区建物統計情報Ａ（表２参照。ここでは情報例１とする）を用いる。
【００３２】
【表２】

【００３３】
図４に階数情報補完ステップ２１の処理アルゴリズムにおける流れ図を示す。材質情報Ｍが既に有る場合、続いて当該建物の主用途が個人家屋、事業所、その他の中のどれであるかを判定する。いずれの建物の判定分岐についても基本的には木造か耐火構造であるのかの判定が含まれ、表２に示す階数分布に基づいて階数毎の確率計算が行われるのである。
【００３４】
図５に材質情報補完ステップ２４の処理アルゴリズムにおける流れ図を示す。材質情報Ｍを持たない建物については、材質情報補完ステップ２４において、主用途情報Ｕと階数情報Ｆから建物属性情報や該当地区の建物基準法、災害地区指定などの地域情報をもとにした地区建物統計情報（表３参照。ここでは情報例２とする）を用いて材質を推定する。例えば、個人住宅・２階建て以下ならば７０％の確率で木造とする。
【００３５】
【表３】

【００３６】
（３）建物の階数（ｎ）および建物の主用途Ｕ、材質Ｍ（特に木造／耐火材）をもとに、低層建築物か、中・高層建築物かを判定し、建物の１フロア当たりの高さ（ｈ’）を計算する。係る処理の流れは図６に示す。特に木造・２階建て以下ならば、そのほとんどが日本家屋であり、１フロア当たりの高さは地区建物統計情報Ａ（例えば一般的な日本家屋の高さ３ｍ）より求められる。
【００３７】
（４）建築物の高さ生成ステップ２３において、（２）、（３）で求めた階数（ｎ）と１フロア当たりの高さ（ｈ’）を乗算し、建物の高さ（ｈ）を求める。
【００３８】
（ｈ）＝（ｈ’）×（ｎ）
（５）２次元地図の建物情報より、各建物毎の底面形状を特定する。
【００３９】
（６）底面形状のＸ、Ｙ座標の値をそのままに、Ｚ座標の値を上記で求めた建物の高さ（ｈ）として仮の上面形状を作成する。
【００４０】
（７）係る上面と底面とを幾何的に繋いで側面を作成する。以上（５）〜（７）は立体形状生成ステップ２５にあたる。
【００４１】
（８）形状変更ステップ２６において、建物の主用途Ｕ・材質Ｍなどをもとに建物の特徴を予測し、建物の形状を変更する。例えば木造の個人住宅ならば、屋根形状生成対応表（表４参照）より、（７）までに生成した形状に寄棟屋根を追加する。
【００４２】
【表４】

【００４３】
（９）外装変更ステップ２７により、建物の主用途Ｕ・材質Ｍに合致した建物の色・外壁のテクスチャを色・テクスチャ情報Ｃから選び指定する。外装変更ステップ２７においては、以下の外装修飾対応表（表５参照）を用いる。
【００４４】
【表５】

【００４５】
図７は以上の様にして作成された立体化建物群７０を３次元表示装置によって表示した例である。紙面中央付近の２軒は木造の個人住宅７１であるため、切妻屋根・木材テクスチャで装飾し、紙面右手前の耐火材の個人住宅７２は、寄棟屋根・煉瓦テクスチャで装飾してある。周辺と最奥にある事業所７３、共同住宅７４は直方体形状・コンクリートのテクスチャとなっている。
【００４６】
図８では、中・高層ビル８１あるいは一般個人住宅８２、中低層の事業所８３といった建物の種類によって１フロア当たりの高さが可変生成してある様子をわかりやすく示した。以下、各建物毎の高さの算出内容について説明する。
個人住宅：
１フロア２．７ｍ×２階建て＋屋根１．８ｍ＝７．２ｍ（木造）
１フロア２．７ｍ×３階建て＋屋根１．８ｍ＝９．８ｍ（耐火構造）
事業所・共同住宅（５階建て以下）：
１フロア３．０×４階建て＝１２．０ｍ
中・高層ビル（５階建て以上）：
１フロア４．０ｍ×２０階建て＝８０．０ｍ
よって同じ３階でも、個人住宅９．８ｍ（軒下８．１ｍ）、事業所・共同住宅（５階建て以下）９．０ｍ、中・高層ビル１２ｍのように違う高さを表現できるのである。
【００４７】
＝＝＝標高修正アルゴリズム＝＝＝
上記に示した如く、２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて、電子地図の標高メッシュデータや紙ベースの地図などから対応箇所の標高値を読み取り、標高修正処理を施して地図上に配置するアルゴリズムを以下（１）〜（３）に示す。このような標高修正処理を施すには、３次元建物データの座標系と地形データの座標系とが例えば互いに平面直角座標系であるなど同一であるか、もしくは座標系が異なっていても座標変換公式を適用できるタイプであることが前提条件となる。
【００４８】
（１）処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を３次元地形データから抽出する（標高抽出ステップ）。
（２）標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する（建物高さ設定ステップ）。
（３）前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する（建物底面高さ設定ステップ）。
【００４９】
これにより、参考にする地形データの標高メッシュ密度にもよるが、地表面の起伏変化である標高値の推移に適切に追随した３次元建物を地図上に表示することが可能となる。したがって、地図上に表示された３次元建物が地表下に沈み込んでいたり、逆に地表より浮き上がっていたりといった状況は起こり得ないのである。
【００５０】
＝＝＝防災情報提供システム＝＝＝
大規模地震等の被害甚大である災害においては建物の倒壊やそれに伴う火災などが広域的かつ同時多発的に発生することが予想される。このような災害の発生に先立ち、予め災害発生シュミレーションを行うことは住民の避難誘導や消防並びに自衛隊等の消火救助活動などを迅速かつ効率的に行うために非常に有意義である。また、事前のシュミレーションのみにとどまらず、実際に災害が発生した場合でもその時点で各所で得られた被害状況のデータを適宜取り込んで被害予想を立てることも重要である。
【００５１】
このような観点から、上述した本発明の３次元地図作成方法を実施することで作成された３次元地図を用いた防災情報提供システムを以下に説明する。なお、この防災情報提供システムの実施例については特に図示しない。
【００５２】
前記防災情報提供システムは、各建物の用途、構造、階数、材質といった情報を示す建物情報表示機能と、建物毎の火災や倒壊の進行度を経時的に色別表示する損害表示機能とを備えるシステムである。実際には、図２で示した流れ図の中で立体形状生成ステップ２５までで作成された立体化建物について建物毎に屋根形状を特徴づけたり（形状変更ステップ２６により例えば個人住宅なら寄棟や切妻屋根にする）、壁面に建物材質を象徴するテクスチャ（外装変更ステップ２７において例えば木造なら木目テクスチャ、レンガ壁ならレンガテクスチャ）を施すことにより、３次元地図上で表示された各建物の高さ、材質、用途、構造が一見しただけで総合的に理解可能になっている（建物情報表記機能）。
【００５３】
また、上記の如く作成された３次元地図において、建物の材質や構造等に応じた火災発生率、燃焼速度及び延焼度合い、或いは倒壊の可能性や進行程度を経時的に適宜シュミレーションし（これには災害発生に先立って予め行われる場合と実際の災害発生に即して行われる場合とがある）、その結果を反映させて建物毎に火災や倒壊等の進行度を色別表示する（損害表示機能）。色別表示するにあたっては、例えば火災が進行しついに鎮火するに至った建物については黒色、現在燃焼開始直後であれば橙色、燃焼中であれば赤色、火災未発生であれば黄色といった色分けを行うこととする。或いは模様が加味されていてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、多数の人員を配置したデータ入力作業や長期間の共同作成作業を行うことなく、迅速かつ安価に実際の街並みに近い精密な３次元地図を作成できる。この３次元地図作成に際して行われる各作業は、主にコンピュータプログラムによる自動生成によるため、人為的なオペレーションミス等を抑止することにもつながる。
【００５５】
また、例えば一般木造建築には切妻屋根、鉄筋コンクリート造の個人住宅なら寄棟形式、高層ビルなら平屋根というように、建物の属性に応じて特徴的な形状を地図上の各建物に適宜採用することが可能で、加えて建物外壁の色・テクスチャ等の外装に関しても主用途や素材といった建物の属性に応じて使い分けることが出来る。これにより本発明の作成方法により作成された３次元地図は視覚的に非常にわかりやすく、その利用者は一見して対象建物の詳細について推測することが出来るのである。
【００５６】
加えて、本発明においては地形データの標高値に即して建物高さを修正可能であるため、地形データと３次元建物データとの高さ座標における整合性が著しく良好である。したがって、普通の平地地形のみならず地形の起伏が比較的大きい箇所においてさえも３次元地図上では全く問題なく３次元建物と地表高との高さ関係が正確に表現されることになる。
【００５７】
そして、本発明の防災情報提供システムによれば、広域的に俯瞰できる３次元地図において、建物情報や色分けされた損害表示をもって一見して明確な災害情報を、本システム利用者に確実に提供することが可能である。加えて、災害の予測だけでなく、被害の及んでいない地域や経路を選定して消防や救助手段を効率的かつ迅速安全に誘導配置するといったことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】建物立体化の従来手法概要を示す説明図である。
【図２】本発明の３次元地図作製方法における建物立体化の処理システムを示す説明図である。
【図３】本発明の３次元地図作成方法における主処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図４】階数情報補完ステップの処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図５】材質情報補完ステップの処理アルゴリズムを示す流れ図である。
【図６】建物１フロア当たりの高さを計算する処理概要を示す流れ図である。
【図７】本発明の３次元地図作成方法により作成された立体化建物群の一例を示した説明図である。
【図８】建物種類毎に１フロア当たりの高さを可変生成した状況を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｍ材質情報
Ｕ主用途
Ｂ底面形状（床面積）
Ａ地区建物統計情報（階数統計情報）
ｎ階数
２１階数情報補完ステップ

Claims

２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて実際地形に即した標高修正処理を施して配置し、３次元地図を作成するコンピュータが、
処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を、データベースに収められた３次元地形データから抽出する標高抽出ステップと、
前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する建物高さ設定ステップと、
前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する建物底面高さ設定ステップと、
を実行することを特徴とする３次元地図作成方法。
２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて実際地形に即した標高修正処理を施して配置し、３次元地図を作成するコンピュータに、
処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を、データベースに収められた３次元地形データから抽出する標高抽出ステップと、
前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する建物高さ設定ステップと、
前記標高抽出ステップにより抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する建物底面高さ設定ステップと、
を実行させる３次元地図作成プログラムを記録したコンピュータで読みとり可能な記録媒体。
２次元地図とそれに付随した建物情報とを基に作成された３次元建物データについて実際地形に即した標高修正処理を施して配置する３次元地図作成システムであって、
処理対象となる建物底面の各頂点座標における標高を、データベースに収められた３次元地形データから抽出する標高抽出手段と、
前記標高抽出手段により抽出された標高のうち最高のものを当該建物の基準標高とし、建物底面以外の各頂点の高さ座標に加算する建物高さ設定手段と、
前記標高抽出手段により抽出された標高のうち最低のものを当該建物の底面標高とし、建物底面を構成する各頂点の高さ座標に加算する建物底面高さ設定手段と、
を具備することを特徴とする３次元地図作成システム。