JP7603272B2 - 3D map data creation program - Google Patents
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Description
本発明は、立体地図データ作成プログラムに関する。 The present invention relates to a program for creating 3D map data.
特許文献1に、飛行体が飛行する飛行空間を複数の3次元空間によって表現した3次元地図データが開示されている。この3次元地図データは、前記3次元空間が前記飛行空間において占める位置を特定する位置データと、前記3次元空間毎に割り当てられ、前記飛行体にとっての当該3次元空間の性質を表わす性質データとを備えるとされている。 Patent Document 1 discloses three-dimensional map data that represents the flight space in which an aircraft flies using multiple three-dimensional spaces. This three-dimensional map data includes position data that identifies the position that each three-dimensional space occupies in the flight space, and property data that is assigned to each three-dimensional space and represents the property of that three-dimensional space for the aircraft.
経済産業省の「空の産業革命に向けたロードマップ2019」によれば、無人航空機(UAV)の有人地帯での目視外飛行(レベル4)が、2022年度から行われることが予定されている。このような無人航空機の飛行を支えるための立体地図が求められている。 According to the Ministry of Economy, Trade and Industry's "Roadmap for the Air Industrial Revolution 2019," flights of unmanned aerial vehicles (UAVs) beyond visual line of sight (Level 4) in populated areas are scheduled to begin in fiscal year 2022. There is a demand for three-dimensional maps to support the flights of such unmanned aerial vehicles.
本発明は、無人航空機飛行のための立体地図データベースを作成することを目的とする。 The present invention aims to create a three-dimensional map database for unmanned aerial vehicle flight.
上記目的を達成するために、無人航空機飛行のための立体地図データを作成する立体地図データ作成プログラムが提供される。本プログラムは、移動体に搭載されたカメラにより撮影された前記移動体の周囲画像と、前記カメラの撮像方向と、前記撮影時の前記移動体の位置座標情報と、前記移動体の周囲画像に写っている物体と前記移動体との距離情報とを取得する取得ステップと、入力画像と、前記入力画像に写っている物体の種類とを教師データとする学習がなされた数理モデルを用いて、前記周囲画像に写っている物体の種類を判定する判定ステップと、前記移動体の位置座標情報と、前記カメラの撮像方向と、前記距離情報とに基づいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の位置座標を計算するとともに、前記判定ステップにより種類が判定された物体の、前記周囲画像内の大きさと、前記距離情報とに基づいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の大きさを計算する計算ステップと、前記判定ステップにより種類が判定された物体ごとに、当該物体の種類と、当該物体の位置座標と、当該物体の大きさとが組み合わされた立体地図データを作成する作成ステップと、作成された立体地図データ群を立体地図データベースとして保存し再利用するステップとをコンピュータに実行させる。 In order to achieve the above object, a 3D map data creation program is provided for creating 3D map data for unmanned aerial vehicle flight. This program causes a computer to execute the following steps: an acquisition step of acquiring a surrounding image of the moving body captured by a camera mounted on the moving body, an imaging direction of the camera, position coordinate information of the moving body at the time of capturing the image, and distance information between the moving body and an object captured in the surrounding image of the moving body; a determination step of determining a type of an object captured in the surrounding image by using a mathematical model that has been trained using an input image and the type of the object captured in the input image as teacher data; a calculation step of calculating position coordinates of the object whose type has been determined in the determination step based on the position coordinate information of the moving body, the imaging direction of the camera, and the distance information, and calculating a size of the object whose type has been determined in the determination step based on the size of the object in the surrounding image and the distance information; a creation step of creating, for each object whose type has been determined in the determination step, three-dimensional map data in which the type of the object, the position coordinates of the object, and the size of the object are combined; and a step of storing and reusing a group of the created three-dimensional map data as a three-dimensional map database.
本発明によれば、無人航空機飛行のための立体地図データベースを作成することができる。 The present invention makes it possible to create a three-dimensional map database for unmanned aerial vehicle flight.
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment described below.
図1及び図2に、無人航空機飛行に用いられる立体地図データベースを作成するためのシステムSを示す。このシステムSは、移動体1とセンター(又は地上局)2とを備えている。システムSにおける、上記立体地図データベースを作成するための移動体1は、無人航空機1aに限られず、車両1bなどの移動可能なものであればよい。 Figures 1 and 2 show a system S for creating a 3D map database used for flying an unmanned aerial vehicle. This system S includes a mobile object 1 and a center (or ground station) 2. In the system S, the mobile object 1 for creating the 3D map database is not limited to an unmanned aerial vehicle 1a, but may be any mobile object such as a vehicle 1b.
移動体1には、カメラ11と、GNSS受信機12と、慣性計測装置(IMU)13と、LiDAR装置14と、エッジコンピュータ15とが搭載されている。エッジコンピュータ15には、SDカードなどの記録媒体16が接続される。 The moving object 1 is equipped with a camera 11, a GNSS receiver 12, an inertial measurement unit (IMU) 13, a LiDAR device 14, and an edge computer 15. A recording medium 16 such as an SD card is connected to the edge computer 15.
カメラ11は、移動体1の移動時あるいは停止時に、移動体1の周囲を捉えた動画を取得する。図3に、カメラ11の動画から得られる静止画像IM1を一例として示す。GNSS受信機12は、GPS衛星などのGNSS衛星が発した電磁波を受信する。この電磁波には、移動体1の位置座標を計算するためのデータが含まれている。 The camera 11 captures video of the surroundings of the mobile object 1 while the mobile object 1 is moving or stopped. Figure 3 shows an example of a still image IM1 obtained from the video of the camera 11. The GNSS receiver 12 receives electromagnetic waves emitted by GNSS satellites such as GPS satellites. These electromagnetic waves contain data for calculating the position coordinates of the mobile object 1.
慣性計測装置13は、移動体1の、互いに直交する3軸の角速度と、移動体1の加速度とを計測する。LiDAR装置14は、LiDAR(Light Detection and Ranging、またはLaser Imaging Detection and Ranging)と呼ばれる技術を用いて、移動体1の周囲を捉えた画像を取得し、当該画像に写っている対象物と移動体1との距離(深度)を計測する。 The inertial measurement unit 13 measures the angular velocity of the moving body 1 about three mutually orthogonal axes, and the acceleration of the moving body 1. The LiDAR device 14 uses a technology called LiDAR (Light Detection and Ranging, or Laser Imaging Detection and Ranging) to obtain images capturing the surroundings of the moving body 1, and measures the distance (depth) between the moving body 1 and objects captured in the images.
カメラ11が捉えた動画と、GNSS受信機12が受信した電磁波のデータと、慣性計測装置13の計測データと、LiDAR装置14の計測データとは、エッジコンピュータ15に送られる。 The video captured by the camera 11, the electromagnetic wave data received by the GNSS receiver 12, the measurement data from the inertial measurement unit 13, and the measurement data from the LiDAR device 14 are sent to the edge computer 15.
センター2は、移動体1内のエッジコンピュータ15と通信ネットワークを通じて接続されるサーバ21と、このサーバに接続された最新地図データベース22とを備えている。この最新地図データベース22には、その時点で最新の地図データが保存されている。 The center 2 includes a server 21 that is connected to the edge computer 15 in the mobile object 1 via a communication network, and an updated map database 22 that is connected to the server. The updated map data at that time is stored in the updated map database 22.
図4に示すように、エッジコンピュータ15は、データ取得部151と、物体判定部152と、位置及びサイズ計算部153と、3Dモデラー(エッジコンピュータ15内のモデラー)154とを備えている。 As shown in FIG. 4, the edge computer 15 includes a data acquisition unit 151, an object determination unit 152, a position and size calculation unit 153, and a 3D modeler (modeler within the edge computer 15) 154.
データ取得部151は、カメラ11と、GNSS受信機12と、慣性計測装置13と、LiDAR装置14とから送られてきたデータを取得する。そのほか、データ取得部151は、サーバ21から各種データを取得できるように構成されている。 The data acquisition unit 151 acquires data sent from the camera 11, the GNSS receiver 12, the inertial measurement unit 13, and the LiDAR device 14. In addition, the data acquisition unit 151 is configured to acquire various types of data from the server 21.
物体判定部152は、データ取得部151により取得された、静止画像IM1などの、カメラ11が捉えた動画から得られる静止画像に写っている物体と、その物体の当該静止画像内の位置とを判定する。物体判定部152は、この判定を行うために、CNN(畳み込みニューラルネットワーク)などの数理モデルを用いる。この数理モデルを第1数理モデルとも呼ぶ。 The object determination unit 152 determines an object that appears in a still image obtained from a moving image captured by the camera 11, such as the still image IM1 acquired by the data acquisition unit 151, and the position of the object within the still image. To perform this determination, the object determination unit 152 uses a mathematical model such as a CNN (convolutional neural network). This mathematical model is also referred to as a first mathematical model.
この数理モデルの入力は、静止画像IM1などの、カメラ11が捉えた動画から得られる静止画像である。また、この数理モデルの出力は、入力された静止画像に写っている物体の種類と、その物体の当該静止画像内の位置とである。 The input of this mathematical model is a still image, such as still image IM1, obtained from a video captured by camera 11. The output of this mathematical model is the type of object that appears in the input still image and the position of that object within the still image.
この数理モデルは、入力された学習用画像と、当該学習用画像に写っている対象物体と、その物体のラベル(物体の種類)及び画像内位置とを教師データとする学習が予めなされている。つまり、学習用画像に指示された物体と、その物体のラベル及び画像内位置とが、当該学習用画像に対するアノテーションである。アノテーションの対象となる物体の例として、建物、歩道橋、電柱、支柱、街路樹、電線、マンホール、郵便ポストが挙げられる。
無人航空機が安全に飛行するために衝突を回避しなければならない物体を、アノテーションの対象とすることができる。学習の流れについては後述する。
This mathematical model is trained in advance using the input learning image, the target object shown in the learning image, and the label (type of object) and position in the image of the object as training data. In other words, the object indicated in the learning image, the label of the object, and the position in the image are annotations for the learning image. Examples of objects that can be annotated include buildings, pedestrian bridges, utility poles, pillars, roadside trees, electric wires, manholes, and mailboxes.
Objects that must be avoided in order for the drone to fly safely can be the subject of annotation. The learning flow will be described later.
学習がなされた数理モデルを用いて、物体判定部152は、カメラ11が捉えた動画から得られる静止画像に写っている物体の種類と、その物体の当該静止画像内の位置とを判定する。学習用画像のアノテーションとしての物体が、建物、歩道橋、電柱、支柱、街路樹、電線、マンホール、及び郵便ポストの8つであった場合、物体判定部152は、静止画像に写っている物体の種類を、この8つの物体のいずれかとして判定する。 Using the learned mathematical model, the object determination unit 152 determines the type of object appearing in a still image obtained from the video captured by the camera 11 and the position of the object within the still image. If the learning image has eight objects as annotations - buildings, footbridges, utility poles, pillars, roadside trees, power lines, manholes, and mailboxes - the object determination unit 152 determines the type of object appearing in the still image as one of these eight objects.
物体判定部152は、種類が判定された各物体について、その形状を特定することができる。物体の種類ごとに、対応する形状がテーブルとして定義されている。このテーブルを、図4の記録媒体16内の幾何形状モデルテーブル163として示す。深度判定より取得する物体の大きさは、このテーブルから導かれる形状をもとに数値を当てはめて定めることができる。このテーブルにおいては、物体の種類と、対応する形状とが、例えば以下のように定められている。
建物: 1以上の立方体の組み合わせ
電柱: 円柱
支柱: 円柱と薄い直方体(板状体)との組み合わせ
街路樹: 円錐
The object determination unit 152 can specify the shape of each object whose type has been determined. For each object type, the corresponding shape is defined as a table. This table is shown as a geometric shape model table 163 in the recording medium 16 in FIG. 4. The size of an object obtained by depth determination can be determined by applying a numerical value based on the shape derived from this table. In this table, the object type and the corresponding shape are defined, for example, as follows:
Buildings: Combination of one or more cubes Utility poles: Cylinders Supports: Combination of cylinders and thin rectangular parallelepipeds (plates) Roadside trees: Cones
位置及びサイズ計算部153は、データ取得部151により取得されたGNSS電磁波のデータに基づいて、移動体1の位置座標(緯度、経度)を計算する。また、位置及びサイズ計算部153は、データ取得部151により取得された慣性計測装置13の計測データに基づいて、カメラ11の撮像方向を計算する。さらに、位置及びサイズ計算部153は、LiDAR装置14のデータを用いて、物体判定部152により判定された各物体と移動体1との距離を計算する。このようにして得られた移動体1の位置座標(緯度、経度)と、カメラ11の撮像方向と、物体判定部152により判定された各物体と移動体1との距離とを用いて、位置及びサイズ計算部153は、各物体の位置座標(緯度、経度)を計算する。 The position and size calculation unit 153 calculates the position coordinates (latitude, longitude) of the moving body 1 based on the GNSS electromagnetic wave data acquired by the data acquisition unit 151. The position and size calculation unit 153 also calculates the imaging direction of the camera 11 based on the measurement data of the inertial measurement unit 13 acquired by the data acquisition unit 151. Furthermore, the position and size calculation unit 153 uses data from the LiDAR device 14 to calculate the distance between each object determined by the object determination unit 152 and the moving body 1. The position and size calculation unit 153 calculates the position coordinates (latitude, longitude) of each object using the position coordinates (latitude, longitude) of the moving body 1 obtained in this way, the imaging direction of the camera 11, and the distance between each object determined by the object determination unit 152 and the moving body 1.
位置及びサイズ計算部153は、物体判定部152により判定された各物体の実際の大きさも計算する。この計算は、データ取得部151がLiDAR装置14から取得した深度のデータと、当該物体の静止画像内の大きさと、幾何形状モデルテーブル163から導かれる形状とに基づいて行われる。 The position and size calculation unit 153 also calculates the actual size of each object determined by the object determination unit 152. This calculation is performed based on the depth data acquired by the data acquisition unit 151 from the LiDAR device 14, the size of the object in the still image, and the shape derived from the geometric shape model table 163.
以上のようにして、位置及び計算部153は、物体判定部152により判定された各物体の位置座標(緯度、経度)及び実際の大きさを計算する。 In this manner, the position and calculation unit 153 calculates the position coordinates (latitude, longitude) and actual size of each object determined by the object determination unit 152.
3Dモデラー154は、物体判定部152の判定結果と、位置及びサイズ計算部153の計算結果とを用いて、立体地図データベース(簡易版の立体地図データベースとも呼ぶ)を作成する。この立体地図データベースは、物体判定部152により判定された物体ごとに作られる立体地図データレコードを有する。各立体地図データレコードは、対応する物体の識別番号と、当該物体の種類と、当該物体の位置座標(緯度、経度)と、当該物体の実際の大きさとを有する。さらに、3Dモデラー154は、作成された簡易版の立体地図データレコードを、簡易版立体地図データベース161として記録媒体16に記録する。 The 3D modeler 154 creates a relief map database (also called a simplified relief map database) using the determination results of the object determination unit 152 and the calculation results of the position and size calculation unit 153. This relief map database has a relief map data record created for each object determined by the object determination unit 152. Each relief map data record has the identification number of the corresponding object, the type of the object, the position coordinates (latitude, longitude) of the object, and the actual size of the object. Furthermore, the 3D modeler 154 records the created simplified relief map data record on the recording medium 16 as a simplified relief map database 161.
図5に、移動体1内のエッジコンピュータ15により行われる起動処理の流れを示す。ステップS101にて、サーバ21は、移動体1の対象地域(これから移動体1が飛行あるいは走行しようとする地域)の指定をシステムSのユーザから受ける。対象地域データの一例として、「東京都中央区日本橋3丁目の3キロメートル四方」が挙げられる。さらに同ステップにて、データ取得部151は、サーバ21から、移動体1の対象地域データを取得する。 Figure 5 shows the flow of the startup process performed by the edge computer 15 in the mobile object 1. In step S101, the server 21 receives a designation of the target area of the mobile object 1 (the area in which the mobile object 1 is about to fly or drive) from the user of the system S. An example of the target area data is "a 3 km square area around Nihonbashi 3-chome, Chuo-ku, Tokyo." Furthermore, in the same step, the data acquisition unit 151 acquires the target area data of the mobile object 1 from the server 21.
ステップS102において、データ取得部151は、サーバ21を通して、最新地図データベース22内の最新地図データを取得する。当初の最新地図データには、地図会社など、システムSの外部から入手した地形情報及び高精度で測量された座標基準点情報、または、外部から入手した地形情報、ビル情報及び座標情報のみが存在する。地形情報とは、数値標高モデルなどから取得される、丘、谷などの地形に関する情報である。座標基準点情報とは、電柱、マンホールなどの精度の保証された緯度及び経度に関する情報である。ビル情報とは、その建物の緯度及び経度並びにその建物の大きさに関する情報である。 In step S102, the data acquisition unit 151 acquires the latest map data in the latest map database 22 through the server 21. The initial latest map data contains only topographical information and highly accurately measured coordinate control point information obtained from outside the system S, such as a map company, or only topographical information, building information, and coordinate information obtained from outside. Topographical information is information about topography such as hills and valleys, acquired from a digital elevation model or the like. Coordinate control point information is information about the latitude and longitude of utility poles, manholes, etc., with guaranteed accuracy. Building information is information about the latitude and longitude of the building and the size of the building.
無人航空機1aの自動飛行では通常、飛行の前に航路の設定がセンター2(地上局)でなされる。この地上局のソフトウェア(または管制システムのソフトウェア)は、通常2次元の地図を持っており、その地図上に飛行経路が定義される。無人飛行機1aは、この経路に従って、GNSSで自己の位置座標を把握しながら飛行することになる。あるいは、ステップS102にて読み出された最新地図データに基づいて、飛行経路が定義されてもよい。ステップS102にて取得された最新地図データは、移動体1の移動の際に用いることができる。 In the automatic flight of the unmanned aerial vehicle 1a, the route is usually set at the center 2 (ground station) before flight. The software of this ground station (or the software of the control system) usually has a two-dimensional map, and the flight route is defined on that map. The unmanned aerial vehicle 1a flies according to this route while obtaining its own position coordinates using GNSS. Alternatively, the flight route may be defined based on the latest map data read in step S102. The latest map data acquired in step S102 can be used when moving the mobile body 1.
後述する処理により、システムS内の移動体1により得られた簡易版の立体地図データから、詳細版の立体地図データが作成される。そして、この詳細版の立体地図データは、最新地図データベース22に追加される。 By the process described below, detailed 3D map data is created from the simplified 3D map data obtained by the mobile unit 1 in the system S. This detailed 3D map data is then added to the latest map database 22.
ステップS103において、データ取得部151は、サーバ21から、物体判定部152が物体判定の際に用いる数理モデルのパラメータを取得する。なお、ステップS102及びステップS103に関して、いずれか一方のステップが行われたのちに他方のステップが行われてもよいし、あるいは、両ステップが同時に行われてもよい。 In step S103, the data acquisition unit 151 acquires, from the server 21, parameters of a mathematical model that the object determination unit 152 uses when determining an object. Note that, regarding steps S102 and S103, one of the steps may be performed before the other step, or both steps may be performed simultaneously.
ステップS104にて、データ取得部151は、ステップS102にて取得された最新地図データと、ステップS103にて取得されたパラメータとを記録媒体16に書き込む。 In step S104, the data acquisition unit 151 writes the latest map data acquired in step S102 and the parameters acquired in step S103 to the recording medium 16.
図6に、移動体1内のエッジコンピュータ15により行われる簡易版立体地図データベースを作成する処理の流れを示す。この作成処理は、図5に示した起動処理に続いて行われる。ステップS201にて、データ取得部151はデータを取得する。具体的には、データ取得部151は、カメラ11による動画から静止画像を取得し、GNSS受信機12から、受信された電磁波のデータを取得する。データ取得部151はさらに、慣性計測装置13による計測データを取得し、LiDAR装置14から、LiDAR技術による計測データを取得する。 Figure 6 shows the flow of the process for creating a simplified 3D map database performed by the edge computer 15 in the mobile object 1. This creation process is performed following the startup process shown in Figure 5. In step S201, the data acquisition unit 151 acquires data. Specifically, the data acquisition unit 151 acquires still images from the video captured by the camera 11, and acquires data of received electromagnetic waves from the GNSS receiver 12. The data acquisition unit 151 further acquires measurement data from the inertial measurement unit 13, and acquires measurement data using LiDAR technology from the LiDAR device 14.
ステップS202にて、物体判定部152は、上記数理モデルを用いて、ステップS201にて取得された静止画像に写っている物体の種類と、その物体の画像内位置とを判定する。この判定の詳細は前述したとおりである。 In step S202, the object determination unit 152 uses the mathematical model to determine the type of object appearing in the still image acquired in step S201 and the position of the object within the image. The details of this determination are as described above.
ステップS203にて、位置及びサイズ計算部153は、物体判定部152により判定された各物体の位置座標(緯度、経度)及び実際の大きさを計算する。この計算の詳細は、前述したとおりである。 In step S203, the position and size calculation unit 153 calculates the position coordinates (latitude, longitude) and actual size of each object determined by the object determination unit 152. Details of this calculation are as described above.
ステップS204にて、3Dモデラー154は、簡易版の立体地図データを作成する。 In step S204, the 3D modeler 154 creates a simplified version of the three-dimensional map data.
なお、サーバ21にて、物体の種類と、静止画像内の当該物体の大きさとから、当該物体と移動体1との距離を推定する距離推定モデル(距離推定AI)が生成される。この距離推定モデルも、畳み込みニューラルネットワークなどの数理モデルである。距離推定モデルの入力は、移動体の周囲画像であり、出力は、その周囲画像に写っている物体の種類と、当該物体の画像内位置と、当該物体までの距離とである。LiDAR装置14が搭載されていない移動体においては、この距離推定モデルを用いて距離が推定される。詳細は後述する。なお、距離推定モデルを第2数理モデルとも呼ぶ。 The server 21 generates a distance estimation model (distance estimation AI) that estimates the distance between the object and the moving body 1 based on the type of object and the size of the object in the still image. This distance estimation model is also a mathematical model such as a convolutional neural network. The input of the distance estimation model is an image of the surroundings of the moving body, and the output is the type of object shown in the image of the surroundings, the position of the object in the image, and the distance to the object. In a moving body that is not equipped with a LiDAR device 14, the distance is estimated using this distance estimation model. Details will be described later. The distance estimation model is also called a second mathematical model.
ステップS205にて、3Dモデラー154は、簡易版立体地図データを簡易版立体地図データベース161として記録媒体16に記録する。この配置後のデータは、ドローンの衝突回避の他、サーバ21において距離推定モデル(距離推定AI)のパラメータ算出に使用される。同ステップにてさらに、データ取得部151は、カメラ11による動画データを動画データベース162として記録媒体16に記録する。 In step S205, the 3D modeler 154 records the simplified 3D map data as a simplified 3D map database 161 on the recording medium 16. This post-arrangement data is used for drone collision avoidance and for calculating parameters of a distance estimation model (distance estimation AI) in the server 21. In the same step, the data acquisition unit 151 also records video data from the camera 11 on the recording medium 16 as a video database 162.
ステップS206にて、3Dモデラー154は、簡易版立体地図データベースをサーバ21に送るとともに、データ取得部151は、動画データベースをサーバ21に送る。なお、このステップS205は必須というわけではない。例えば、移動体1とセンター2との通信ネットワークの容量が限られている場合には、ステップS206を行わないとすることができる。 In step S206, the 3D modeler 154 sends the simplified 3D map database to the server 21, and the data acquisition unit 151 sends the video database to the server 21. Note that step S205 is not essential. For example, if the capacity of the communication network between the mobile object 1 and the center 2 is limited, step S206 may not be performed.
ステップS205及びステップS206に関して、いずれか一方のステップが行われたのちに他方のステップが行われてもよいし、あるいは、両ステップが同時に行われてもよい。 Regarding steps S205 and S206, one of the steps may be performed before the other, or both steps may be performed simultaneously.
図7に、画像IM2を示す。この画像は、分かりやすさのために、地図内に立方体や円錐等で近似されたオブジェクト(すなわち簡易モデル)が配置された後の様子を示している。この画像IM2は、ビューアにより、評価者の位置、視線方向、投射盤の距離に応じて、通常の透視変換を経て表示装置に描画することができる。 Image IM2 is shown in Figure 7. For ease of understanding, this image shows the map after objects (i.e., simple models) approximated by cubes, cones, etc. have been placed on it. This image IM2 can be rendered on a display device by the viewer through normal perspective transformation according to the evaluator's position, line of sight, and projection table distance.
なお、画像IM2内の破線で囲まれた領域は、無人航空機の主な飛行空間にあたる地上5メートルから地上150メートルまでの空間を示す。 The area enclosed by the dashed line in image IM2 indicates the space between 5 meters and 150 meters above ground, which is the main flight space of the unmanned aerial vehicle.
図8に、サーバ21の機能構成例を示す。サーバ21は、データ取得部211と、第1補正処理部212と、第2補正処理部213と、パラメータ計算部214とを備えている。サーバ21には、図1に示したように最新地図データベース22が接続されるほか、主要構造物データベース23と、簡易版立体地図データベース161と、動画データベース162とが接続される。簡易版立体地図データベース161及び動画データベース162は、図6のステップS206にて移動体1からサーバ21に送られたものか、あるいは、同図のステップS205における記録完了後の記録媒体16から取得されるものである。 Figure 8 shows an example of the functional configuration of the server 21. The server 21 includes a data acquisition unit 211, a first correction processing unit 212, a second correction processing unit 213, and a parameter calculation unit 214. As shown in Figure 1, the latest map database 22 is connected to the server 21, and the main structure database 23, the simplified 3D map database 161, and the video database 162 are also connected to the server 21. The simplified 3D map database 161 and the video database 162 are either sent from the mobile unit 1 to the server 21 in step S206 in Figure 6, or are acquired from the recording medium 16 after recording is completed in step S205 in the same figure.
主要構造物データベース23には、緯度及び経度が既に測定され座標として確定されている主要構造物の位置座標及び大きさが保存されている。主要構造物の例として、既存のビル、三角点、マンホール及び電柱が挙げられる。 The major structure database 23 stores the position coordinates and size of major structures whose latitude and longitude have already been measured and determined as coordinates. Examples of major structures include existing buildings, triangulation points, manholes, and utility poles.
図9に、サーバ21により行われる詳細版立体地図データベースの作成処理の流れを示す。ステップS301にて、データ取得部211は、主要構造物データベース23内のレコードと、簡易版立体地図データベース161内のレコードと、動画データベース162内の動画データとを読み出す。 Figure 9 shows the flow of the process of creating a detailed 3D map database performed by the server 21. In step S301, the data acquisition unit 211 reads out records in the main structure database 23, records in the simplified 3D map database 161, and video data in the video database 162.
ステップS302にて、第1補正処理部212は、ステップS301にて読み出された簡易版立体地図データベース161に、主要構造物データベース23に保存されている(基準点しての)構造物と同じ構造物に関するレコードがあるかどうかを判断する。この判断結果が肯定的なものである場合は、次にステップS311が行われ、さもなければステップS321が行われる。 In step S302, the first correction processing unit 212 determines whether the simplified 3D map database 161 read in step S301 contains a record relating to a structure that is the same as the structure (as a reference point) stored in the main structure database 23. If the result of this determination is positive, step S311 is performed next, and if not, step S321 is performed.
ステップS311にて、第1補正処理部212は、ステップS302にて発見された簡易版立体地図データベース161内のレコードの位置座標情報(緯度、経度)を、主要構造物データベース23内の対応する位置座標情報(緯度、経度)に書き替える。この書替え処理が第1の補正処理である。同ステップにてさらに、第1補正処理部212は、第1補正処理後のレコードを最新地図データベース22に書き込む。 In step S311, the first correction processing unit 212 rewrites the position coordinate information (latitude, longitude) of the record in the simplified 3D map database 161 found in step S302 to the corresponding position coordinate information (latitude, longitude) in the main structure database 23. This rewriting process is the first correction process. In the same step, the first correction processing unit 212 also writes the record after the first correction process to the latest map database 22.
ステップS312にて、第1補正処理部212は、ステップS311にて補正処理を行ったという履歴を所定のログファイルに書き込む。このログファイルは、例えば、サーバ21内の記憶装置に記憶することができる。ステップS312の後、処理は終了する。 In step S312, the first correction processing unit 212 writes a history of the correction processing performed in step S311 to a specified log file. This log file can be stored, for example, in a storage device in the server 21. After step S312, the processing ends.
通常、主要構造物データベース23内の位置座標情報は国土交通省で測定され規定された基準点またはその基準点から実測定された精度の高い座標である、これらの高精度座標をここでは確定座標と呼ぶ。これに対し簡易版立体地図データベース161内の位置座標情報は、GNSS衛星が発した電磁波のデータに基づいているため精度について保証されているものではない。そのため、ステップS311にて、簡易版立体地図データベース161内の位置座標情報を、主要構造物データベース23内の座標に置き換える補正処理を行う。 Normally, the position coordinate information in the main structure database 23 is based on a reference point measured and specified by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism or on highly accurate coordinates actually measured from that reference point; these highly accurate coordinates are referred to here as confirmed coordinates. In contrast, the position coordinate information in the simplified 3D map database 161 is based on electromagnetic wave data emitted by GNSS satellites, and therefore the accuracy is not guaranteed. Therefore, in step S311, a correction process is performed to replace the position coordinate information in the simplified 3D map database 161 with coordinates in the main structure database 23.
ところが、主要構造物データベース23内の位置座標情報が、簡易版立体地図データベース161内の位置座標情報に比べ、誤差が大きい場合も考えられる。例えば、災害発生前に主要構造物データベース23のデータが取得され、災害発生後に簡易版立体地図データベースのレコードが作成された場合である。このような場合に備え、ステップS312にて作成された座標修正の事実を記録したログファイルを用いて、ステップS311による補正処理が果たして妥当だったのかどうかを事後的に検証することができる。 However, there may be cases where the position coordinate information in the main structure database 23 has a larger error than the position coordinate information in the simplified 3D map database 161. For example, this may occur when data in the main structure database 23 is acquired before a disaster occurs, and a record in the simplified 3D map database is created after the disaster occurs. In preparation for such cases, the log file that records the coordinate corrections created in step S312 can be used to retrospectively verify whether the correction process in step S311 was appropriate.
ステップS321において、第2補正処理部213は、簡易版立体地図データベース161内の物体のうち主要構造物ではない物体についての三角測量が可能かどうかを判断する。第2補正処理部213は、主要構造物ではない物体についての三角測量を行うために必要な少なくとも2つの主要構造物が、当該物体が写っている画像に写っていれば、測量可能と判断し、さもなければ測量不可能と判断する。測量可能と判断されれば次にステップS322が行われ、測量不可能と判断されればステップS331が行われる。 In step S321, the second correction processing unit 213 determines whether triangulation is possible for objects in the simplified 3D map database 161 that are not major structures. If at least two major structures required for triangulation of an object that is not a major structure are shown in the image in which the object appears, the second correction processing unit 213 determines that surveying is possible, otherwise it determines that surveying is impossible. If it is determined that surveying is possible, step S322 is performed next, and if it is determined that surveying is impossible, step S331 is performed.
ステップS322にて、第2補正処理部213は、主要構造物ではない物体と上記少なくとも2つの主要構造物とが写っている画像から、当該物体についての三角測量を行い、当該物体についての位置座標を取得する。確定座標2点から三角測量演算されたこの位置座標は、確定座標と認識される。 In step S322, the second correction processing unit 213 performs triangulation of an object that is not a main structure from an image that includes the object and at least two of the main structures, and obtains the position coordinates of the object. The position coordinates calculated by triangulation from the two confirmed coordinates are recognized as confirmed coordinates.
ステップS323にて、第2補正処理部213は、主要構造物ではない物体の簡易版立体地図データベース161内の座標情報を、ステップS322にて取得された座標に書き替えると同時にこの対象物体を主要構造物として新たな確定座標とともに主要構造物データベースに格納する。この作業により主要構造物は漸次増殖して行き、主要構造物データベースの増殖にしたがって立体地図の精度が向上してゆく。この書替え処理を第2の補正処理とも呼ぶ。その後、処理は終了する。 In step S323, the second correction processing unit 213 rewrites the coordinate information in the simplified 3D map database 161 of the object that is not a major structure to the coordinates acquired in step S322, and at the same time stores this target object as a major structure in the major structure database together with its new confirmed coordinates. This operation gradually increases the number of major structures, and the accuracy of the 3D map improves as the main structure database increases. This rewriting process is also called the second correction process. After that, the process ends.
ステップS331にて、第2補正処理部213は、主要構造物ではない物体についての未補正の座標情報を、確定座標ではなく算定座標として、最新地図データベース22に書き込む。その後、処理は終了する。 In step S331, the second correction processing unit 213 writes the uncorrected coordinate information for the object that is not a major structure into the latest map database 22 as calculated coordinates rather than confirmed coordinates. Then, the process ends.
ステップS302にて主要構造物と判断された、簡易版立体地図データベース161内の各レコードについて、ステップS311及びステップS312を行うことができる。また、ステップS302にて主要構造物ではないと判断された、簡易版立体地図データベース161内の各レコードについて、ステップS321及びそれ以降の各ステップを行うことができる。 Steps S311 and S312 can be performed for each record in the simplified 3D map database 161 that is determined to be a major structure in step S302. Also, step S321 and the subsequent steps can be performed for each record in the simplified 3D map database 161 that is determined not to be a major structure in step S302.
このように、位置座標データについては、GNSS衛星による位置座標情報、あるいはRTK(Real Time Kinematics、リアルタイム位置情報取得装置)による精度の高い位置計算、に加え、地上の基準点として確定座標を持つ建造物、電柱、マンホールなどにより位置精度の調整が行われ、サーバ上の地図データの精度が向上する。
地上基準点としての建造物、電柱、マンホールなどについてはあらかじめ測量をして、既知データとして形状と確定座標のセットを基準点データテーブル(主要構造物データベース)として格納しておくか、基準点の情報(当該基準点の識別子及び確定座標)を、当該基準点から電波等で発信する仕組み(ビーコン)を作っておくことができる。
地図作成時または移動体の移動時には、カメラ映像により基準点形状を認識し、基準点データテーブルと付け合せるか、または受信電波により識別子を獲得し、基準点データと付け合わせるか、または基準点が識別子と位置情報を送信している場合にはそのまま位置データとして採用することができる。地上基準点群は、地域を効率よくカバーするように設計し(例えば1kmごとに一点のメッシュ構造を作る)、別に測定をしておくことで無人飛行、無人走行への有力な基盤情報とする(GNSS電波の届かない地点などでの飛行を可能とする)。基準点の位置データは確定座標として扱う。ステップS323により、確定座標は増殖する。
地図上で新たな地上基準点の設置により、GNSSデータなどに比してより精度の高い位置情報が獲得された場合には、サーバ側でその周辺の基準点までの間の地図データの修正をする。地上基準点で得られたデータで取得した位置データは、確定座標としてサーバ上の地図に記憶され、その後は原則、修正されない。
In this way, with regard to location coordinate data, in addition to location coordinate information from GNSS satellites or highly accurate location calculations using RTK (Real Time Kinematics), the location accuracy is adjusted using buildings, utility poles, manholes, and other ground reference points with fixed coordinates, thereby improving the accuracy of the map data on the server.
Buildings, utility poles, manholes, etc. that serve as ground reference points can be surveyed in advance and a set of their shape and confirmed coordinates can be stored as known data in a reference point data table (major structure database), or a system (beacon) can be created that transmits information about the reference point (the identifier and confirmed coordinates of the reference point) from the reference point via radio waves, etc.
When creating a map or when a mobile object moves, the shape of the reference point is recognized from the camera image and matched with the reference point data table, or an identifier is acquired from the received radio wave and matched with the reference point data, or if the reference point transmits an identifier and location information, it can be used as the location data as it is. The ground reference point group is designed to cover the area efficiently (for example, a mesh structure with one point every 1 km is created), and by measuring it separately, it can be used as a useful base information for unmanned flight and unmanned driving (making it possible to fly in places where GNSS radio waves cannot reach). The location data of the reference point is treated as a confirmed coordinate. The confirmed coordinates are multiplied by step S323.
When a new ground control point is installed on a map and more accurate position information is obtained compared to GNSS data, the server corrects the map data up to the surrounding control points. The position data obtained using the data obtained from the ground control point is stored on the map on the server as confirmed coordinates, and in principle is not corrected thereafter.
改めて説明すると、確定座標とは、地上測量により測量された位置情報、または二つ以上の確定座標から算出された座標をいう。
算出座標とは、一つの確定座標と深度付き点群データやGNSSなどにより算出された座標、またはGNSSと深度付き点群データにより計算された座標をいう。算出座標は、確定座標に比べ精度が低い。算定座標は、確定座標点の増加により、確定座標に昇格することがある(ステップS323)。
確定データについては、地盤変動や災害などの事態により正確さを毀損することがある、更新モード(ステップS311)を設けることで、再設定を可能とする。再設定は、地域ごとに行うことができる。
To explain again, a definite coordinate refers to position information measured by ground surveying, or coordinates calculated from two or more definite coordinates.
The calculated coordinates are coordinates calculated using one confirmed coordinate and depth-added point cloud data or GNSS, or coordinates calculated using GNSS and depth-added point cloud data. The calculated coordinates have lower accuracy than the confirmed coordinates. The calculated coordinates may be promoted to confirmed coordinates due to an increase in the confirmed coordinate points (step S323).
The accuracy of the final data may be impaired due to ground movements, disasters, etc., so an update mode (step S311) is provided to allow the data to be reset. The resetting can be performed for each region.
図10に、物体判定部152が判定を行うために用いる数理モデルのパラメータ(重み係数)を生成するためにサーバ21により行われる処理を示す。ステップS401にて、データ取得部211は、教師データを取得する。この教師データは、先に述べたとおり、学習用画像と、当該学習用画像に写っている物体と、その物体の当該学習用画像内の位置とである。 Figure 10 shows the process performed by the server 21 to generate parameters (weighting coefficients) of the mathematical model used by the object determination unit 152 to make a determination. In step S401, the data acquisition unit 211 acquires training data. As described above, this training data includes a training image, an object that appears in the training image, and the position of the object within the training image.
ステップS402にて、パラメータ計算部214は、教師データに基づいて、上記数理モデルのパラメータを計算する。すなわち、学習がなされた第1数理モデルが構築される。 In step S402, the parameter calculation unit 214 calculates the parameters of the mathematical model based on the teacher data. In other words, a learned first mathematical model is constructed.
図11に、サーバ21により行われる、距離推定モデル(第2数理モデル)のパラメータ生成処理の流れを示す。ステップS501にて、データ取得部211は、ステップS401と同様、学習用画像と、当該学習用画像に写っている物体と、その物体の当該学習用画像内の位置とを取得する。 Figure 11 shows the flow of the parameter generation process for the distance estimation model (second mathematical model) performed by the server 21. In step S501, the data acquisition unit 211 acquires a learning image, an object shown in the learning image, and the position of the object within the learning image, similar to step S401.
ステップS502にて、データ取得部211は、ステップS501の学習用画像に写っている物体と画像撮影地点との距離に関するデータ(LiDARデータあるいは深度データ)を取得する。
なお、ステップS501及びステップS502に関して、いずれか一方のステップが行われたのちに他方のステップが行われてもよいし、あるいは、両ステップが同時に行われてもよい。
In step S502, the data acquisition unit 211 acquires data (LiDAR data or depth data) regarding the distance between an object shown in the learning image in step S501 and the point where the image was captured.
Regarding steps S501 and S502, one of the steps may be performed before the other step, or both steps may be performed simultaneously.
ステップS503にて、パラメータ計算部214は、ステップS501にて取得されたデータと、ステップS502にて取得された距離のデータとを教師データとして、距離推定モデル(第2数理モデル)のパラメータを計算する。すなわち、学習がなされた第2数理モデルが構築される。 In step S503, the parameter calculation unit 214 calculates parameters of a distance estimation model (second mathematical model) using the data acquired in step S501 and the distance data acquired in step S502 as training data. In other words, a learned second mathematical model is constructed.
移動体1とは異なり、LiDAR装置14を備えていない移動体は、この第2数理モデルを用いることで、入力された画像に写っている物体の種類と、物体の画像内位置と、当該物体までの距離とを得ることができる。すなわち、LiDAR装置14を備えていない移動体であっても、図6に示した簡易版立体地図データベースの作成処理を行うことができる。 Unlike the mobile body 1, a mobile body that does not have a LiDAR device 14 can use this second mathematical model to obtain the type of object shown in the input image, the position of the object in the image, and the distance to the object. In other words, even a mobile body that does not have a LiDAR device 14 can perform the process of creating the simplified 3D map database shown in Figure 6.
その他、最新地図データベース22から、指定された高度における水平方向の断面画像を作成することができる。図12に示すように、最新地図データベース22から、サーバ21にインストールされたビューアにより、第1の高度Xにおける水平方向の断面画像IM11を作成し、第2の高度Yにおける水平方向の断面画像IM12を作成することができる。この断面画像作成は、サーバ21が、指定された高度の入力をユーザから受けて行うことができる。 In addition, a horizontal cross-sectional image at a specified altitude can be created from the latest map database 22. As shown in FIG. 12, a horizontal cross-sectional image IM11 at a first altitude X and a horizontal cross-sectional image IM12 at a second altitude Y can be created from the latest map database 22 by a viewer installed on the server 21. The server 21 can create these cross-sectional images by receiving input of the specified altitude from the user.
図13に、サーバ21のハードウェア構成例を示す。サーバ21は、プロセッサ21aと、インタフェース装置21bと、表示装置21cと、入力装置21dと、ドライブ装置21eと、補助記憶装置21fと、メモリ装置21gとを備えており、これらがバス21hにより相互に接続されている。 Figure 13 shows an example of the hardware configuration of the server 21. The server 21 includes a processor 21a, an interface device 21b, a display device 21c, an input device 21d, a drive device 21e, an auxiliary storage device 21f, and a memory device 21g, which are interconnected by a bus 21h.
プロセッサ21aは、CPU及びGPUを含む。GPUは、高並列処理を行うことができる。 The processor 21a includes a CPU and a GPU. The GPU is capable of highly parallel processing.
サーバ21の機能を実現するプログラムは、CD-ROM等の記録媒体21iによって提供される。プログラムを記録した記録媒体21iがドライブ装置21eにセットされると、プログラムが記録媒体21iからドライブ装置21eを介して補助記憶装置21fにインストールされる。あるいは、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体21iにより行う必要はなく、ネットワーク経由で行うこともできる。補助記憶装置21fは、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。 The program that realizes the functions of the server 21 is provided by a recording medium 21i such as a CD-ROM. When the recording medium 21i on which the program is recorded is set in the drive device 21e, the program is installed from the recording medium 21i via the drive device 21e into the auxiliary storage device 21f. Alternatively, the program does not necessarily have to be installed from the recording medium 21i, but can also be installed via a network. The auxiliary storage device 21f stores the installed program as well as necessary files, data, etc.
メモリ装置21gは、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置21fからプログラムを読み出して格納する。プロセッサ21aは、メモリ装置21gに格納されたプログラムにしたがってサーバ21の機能を実現する。インタフェース装置21bは、ネットワークを通して他のコンピュータに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置21cはプログラムによるGUI(Graphical User Interface)等を表示する。入力装置21dはキーボード及びマウス等である。 When an instruction to start a program is received, the memory device 21g reads out and stores the program from the auxiliary storage device 21f. The processor 21a realizes the functions of the server 21 according to the program stored in the memory device 21g. The interface device 21b is used as an interface for connecting to other computers via a network. The display device 21c displays a GUI (Graphical User Interface) or the like according to the program. The input device 21d is a keyboard, a mouse, etc.
エッジコンピュータ15も、サーバ21と同様のハードウェア構成を有する。 The edge computer 15 also has a hardware configuration similar to that of the server 21.
これまでに述べた実施形態は、装置としての側面、方法としての側面及びコンピュータプログラムとしての側面を有している。 The embodiments described so far have aspects as an apparatus, as a method, and as a computer program.
図1~図7及び図10を参照しながら述べた形態によれば、機械学習による数理モデルを用いて、無人航空機飛行のための立体地図データベースを効率的に作成することができる。無人航空機が飛行する主な空間は、地上5メートルから地上150メートルまでの空間である。この空間に存在する建物などの物体との衝突を避け、安全に飛行するための、一定の精度を持った立体地図データベースを作成することができる。 According to the embodiment described with reference to Figures 1 to 7 and 10, a three-dimensional map database for unmanned aerial vehicle flight can be efficiently created using a mathematical model based on machine learning. The main space in which unmanned aerial vehicles fly is the space between 5 meters and 150 meters above the ground. A three-dimensional map database with a certain level of accuracy can be created to avoid collisions with objects such as buildings that exist in this space and fly safely.
無人航空機の飛行にあたっては、その空域にある建造物などの物体の認識が必要である。ただし、その物体の模様、窓等の造作物の認識までもが必要なわけではない。また、離陸地点と着陸地点を除き、空域に存在する物体の細部の凹凸の認識も必要ない。このような状況に照らして、不要部を切り捨てることにより判定速度を上げ、リアルタイム性の向上に焦点を当てた物体認識を行うことができる。 When flying an unmanned aerial vehicle, it is necessary to recognize objects such as buildings in the airspace. However, it is not necessary to recognize the patterns on the objects or windows and other features. Furthermore, with the exception of takeoff and landing points, there is no need to recognize the detailed unevenness of objects in the airspace. In light of this situation, it is possible to increase the judgment speed by cutting out unnecessary parts, and perform object recognition that focuses on improving real-time performance.
図8及び図9に示した処理によれば、図6に示した処理により作成された立体地図データベースの精度を高めることができる。これは、無人航空機の安全飛行により資する。なお、エッジコンピュータ15の性能に応じて、図9の処理をサーバ21ではなくエッジコンピュータ15にて行ってもよい。 The processes shown in Figures 8 and 9 can improve the accuracy of the three-dimensional map database created by the process shown in Figure 6. This contributes to safe flight of unmanned aerial vehicles. Depending on the performance of the edge computer 15, the process of Figure 9 may be performed by the edge computer 15 instead of the server 21.
図11に示した処理に作成される数理モデルによれば、比較的高価なLiDAR装置が搭載されていない移動体によっても、立体地図データベースを効率的に作成することができる。 The mathematical model created by the process shown in Figure 11 makes it possible to efficiently create a 3D map database even for a moving object that is not equipped with a relatively expensive LiDAR device.
その他、地上基準点としてのマンホールは、地下構造物の地図情報と地上地図との結節点の役割を担う。地下地図と地上地図の一体化が可能となる。 In addition, manholes, as ground reference points, act as nodes between map information of underground structures and aboveground maps. This makes it possible to integrate underground maps and aboveground maps.
これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
[付記1]
無人航空機飛行のための立体地図データを作成する立体地図データ作成プログラムであって、
移動体に搭載されたカメラにより撮影された前記移動体の周囲画像と、前記カメラの撮像方向と、前記撮影時の前記移動体の位置座標情報と、前記移動体の周囲画像に写っている物体と前記移動体との距離情報とを取得する取得ステップと、
入力画像と、前記入力画像に写っている物体の種類と、前記入力画像に写っている物体の画像内位置とを教師データとする学習がなされた数理モデルを用いて、前記周囲画像に写っている物体の種類と、前記周囲画像に写っている物体の画像内位置とを判定する判定ステップと、
前記移動体の位置座標情報と、前記カメラの撮像方向と、前記距離情報とに基づいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の位置座標を計算するとともに、前記判定ステップにより種類が判定された物体の、前記周囲画像内の大きさと、前記距離情報とに基づいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の大きさを計算する計算ステップと、
前記判定ステップにより種類が判定された物体ごとに、当該物体の種類と、当該物体の位置座標と、当該物体の大きさとが組み合わされた立体地図データを作成する作成ステップと、
作成された立体地図データ群を立体地図データベースとして保存し再利用するステップと
をコンピュータに実行させる立体地図データ作成プログラム。
[付記2]
前記計算ステップにおいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の大きさが、前記物体の形状にも基づいて計算され、
前記物体の形状は、前記物体の種類と前記物体の形状との関係が定義された幾何形状モデルテーブルから導かれる、
付記1に記載の立体地図データ作成プログラム。
[付記3]
付記1又は2に記載の立体地図データ作成プログラムにより作成された立体地図データと、前記立体地図データベース内の物体と対比対象となる構造物の座標基準点データベースに保存されている既知の確定座標とに基づいて、前記立体地図データ内の物体の座標情報を、前記構造物の確定座標に書き替えるどうかを判断する第1判断ステップと、
前記第1判断ステップの判断結果が肯定的なものであった場合に、前記立体地図データ内の物体の座標情報を、前記構造物の確定座標に書き替える第1補正ステップと、
前記補正ステップが行われたことを履歴として作成する履歴作成ステップと、
前記第1判断ステップの判断結果が否定的なものであった場合に、前記構造物の確定座標に基づいて前記立体地図データ内の物体について位置座標の測量が行うことができるかどうかを判断する第2判断ステップと、
前記第2判断ステップの判断結果が肯定的なものであった場合に、前記測量を行う測量ステップと、
前記立体地図データ内の物体の座標情報を、前記測量ステップにより得られた座標情報に書き替える第2補正ステップと、
前記測量ステップにより得られた物体と座標情報の組み合わせを新たな確定座標として座標基準点データベースに加えるステップと
をさらにコンピュータに実行させる、付記1又は2に記載の立体地図データ更新プログラム。
[付記4]
画像と、前記画像に写っている物体の種類と、前記画像に写っている物体の画像内位置とを取得する第1取得ステップと、
前記画像の撮影地点から前記画像に写っている物体までの距離を取得する第2取得ステップと、
前記画像と、前記物体の種類と、前記物体の画像内位置と、前記距離とを教師データとして、入力画像が入力されると前記入力画像に写っている物体の種類と当該物体の入力画像内位置と当該物体までの距離とを出力する数理モデルのパラメータを生成する生成ステップと
をコンピュータに実行させる、数理モデルの学習プログラム。
Regarding the embodiments described above, the following supplementary notes are disclosed.
[Appendix 1]
A 3D map data creation program for creating 3D map data for an unmanned aerial vehicle flight, comprising:
an acquisition step of acquiring an image of the surroundings of the moving body captured by a camera mounted on the moving body, an imaging direction of the camera, position coordinate information of the moving body at the time of the imaging, and distance information between the moving body and an object captured in the image of the surroundings of the moving body;
a determination step of determining the type of object shown in the surrounding image and the in-image position of the object shown in the surrounding image by using a mathematical model that has been trained using an input image, the type of object shown in the input image, and the in-image position of the object shown in the input image as training data;
a calculation step of calculating position coordinates of the object, the type of which has been determined in the determination step, based on position coordinate information of the moving body, the imaging direction of the camera, and the distance information, and calculating a size of the object, the type of which has been determined in the determination step, based on a size of the object in the surrounding image and the distance information;
a creating step of creating three-dimensional map data in which the type of each object determined in the determining step is combined with the type of the object, the position coordinates of the object, and the size of the object;
and a step of storing the created relief map data group as a relief map database for reuse.
[Appendix 2]
In the calculation step, a size of the object whose type has been determined in the determination step is calculated based on a shape of the object,
The shape of the object is derived from a geometric shape model table in which a relationship between the type of the object and the shape of the object is defined.
2. A 3D map data generating program according to claim 1.
[Appendix 3]
a first determination step of determining whether or not to rewrite coordinate information of an object in the relief map data to the determined coordinates of a structure to be compared with an object in the relief map database, based on relief map data generated by the relief map data generation program according to appendix 1 or 2 and known determined coordinates stored in a coordinate reference point database of the structure to be compared with the object in the relief map database;
a first correction step of rewriting coordinate information of the object in the 3D map data to the confirmed coordinates of the structure when a result of the determination in the first determination step is affirmative;
a history creating step of creating a history of the execution of the correction step;
a second judgment step of judging whether or not a survey of position coordinates of an object in the 3D map data can be performed based on the determined coordinates of the structure when the judgment result of the first judgment step is negative;
a surveying step of performing the survey when the judgment result of the second judgment step is positive;
a second correction step of rewriting coordinate information of an object in the three-dimensional map data to coordinate information obtained in the surveying step;
and adding a combination of the object and the coordinate information obtained by the surveying step as a new confirmed coordinate to a coordinate reference point database.
[Appendix 4]
A first acquisition step of acquiring an image, a type of an object appearing in the image, and a position of the object appearing in the image;
A second acquisition step of acquiring a distance from a shooting point of the image to an object shown in the image;
a generation step of generating parameters of a mathematical model that outputs, when an input image is input, the type of object appearing in the input image, the position of the object in the input image, and the distance to the object, using the image, the type of object, the position of the object in the image, and the distance as training data.
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible based on the technical concept of the present invention.
S システム
1 移動体
1a 無人航空機
1b 車両
2 センター
11 カメラ
12 GNSS受信機
13 慣性計測装置(IMU)
14 LiDAR装置
15 エッジコンピュータ
16 記録媒体
2 センター
21 サーバ
22 データベース
151 データ取得部
152 物体判定部
153 位置及びサイズ計算部
154 3Dモデラー
211 データ取得部
212 第1補正処理部
213 第2補正処理部
214 パラメータ計算部
S System 1 Mobile unit 1a Unmanned aerial vehicle 1b Vehicle 2 Center
11 Camera 12 GNSS receiver 13 Inertial measurement unit (IMU)
14 LiDAR device 15 Edge computer 16 Recording medium
2 Center 21 Server 22 Database
151 Data acquisition unit 152 Object determination unit 153 Position and size calculation unit 154 3D modeler
211 Data acquisition unit 212 First correction processing unit 213 Second correction processing unit 214 Parameter calculation unit
Claims (4)
移動体に搭載されたカメラにより撮影された前記移動体の周囲画像と、前記カメラの撮像方向と、前記撮影時の前記移動体の位置座標情報と、前記移動体の周囲画像に写っている物体と前記移動体との距離情報とを取得する取得ステップと、
入力画像と、前記入力画像に写っている物体の種類とを教師データとする学習がなされた数理モデルを用いて、前記周囲画像に写っている物体の種類を判定する判定ステップと、
前記移動体の位置座標情報と、前記カメラの撮像方向と、前記距離情報とに基づいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の位置座標を計算するとともに、前記判定ステップにより種類が判定された物体の、前記周囲画像内の大きさと、前記距離情報とに基づいて、前記判定ステップにより種類が判定された物体の大きさを計算する計算ステップと、
前記判定ステップにより種類が判定された物体ごとに、当該物体の種類と、当該物体の位置座標と、当該物体の大きさとが組み合わされた立体地図データを作成する作成ステップと、
作成された立体地図データ群を立体地図データベースとして保存し再利用するステップと
をコンピュータに実行させる立体地図データ作成プログラム。 A three-dimensional map data creation program for creating three-dimensional map data for an unmanned aerial vehicle flight, comprising:
an acquisition step of acquiring an image of the surroundings of the moving body captured by a camera mounted on the moving body, an imaging direction of the camera, position coordinate information of the moving body at the time of the imaging, and distance information between the moving body and an object captured in the image of the surroundings of the moving body;
a determination step of determining a type of object in the surrounding image by using a mathematical model that has been trained using an input image and a type of object in the input image as training data;
a calculation step of calculating position coordinates of the object, the type of which has been determined in the determination step, based on position coordinate information of the moving body, the imaging direction of the camera, and the distance information, and calculating a size of the object, the type of which has been determined in the determination step, based on a size of the object in the surrounding image and the distance information;
a creating step of creating three-dimensional map data in which the type of each object determined in the determining step is combined with the type of the object, the position coordinates of the object, and the size of the object;
and a step of storing the created relief map data group as a relief map database for reuse.
前記物体の形状は、前記物体の種類と前記物体の形状との関係が定義された幾何形状モデルテーブルから導かれる、
請求項1に記載の立体地図データ作成プログラム。 In the calculation step, a size of the object whose type has been determined in the determination step is calculated based on a shape of the object,
The shape of the object is derived from a geometric model table in which a relationship between the type of the object and the shape of the object is defined.
2. The 3D map data generating program according to claim 1.
前記第1判断ステップの判断結果が肯定的なものであった場合に、前記立体地図データ内の物体の座標情報を、前記構造物の確定座標に書き替える第1補正ステップと、
前記補正ステップが行われたことを履歴として作成する履歴作成ステップと、
前記第1判断ステップの判断結果が否定的なものであった場合に、前記構造物の確定座標に基づいて前記立体地図データ内の物体について位置座標の測量が行うことができるかどうかを判断する第2判断ステップと、
前記第2判断ステップの判断結果が肯定的なものであった場合に、前記測量を行う測量ステップと、
前記立体地図データ内の物体の座標情報を、前記測量ステップにより得られた座標情報に書き替える第2補正ステップと、
前記測量ステップにより得られた物体と座標情報の組み合わせを新たな確定座標として座標基準点データベースに加えるステップと
をさらにコンピュータに実行させる、請求項1又は2に記載の立体地図データ更新プログラム。 a first determination step of determining whether or not to rewrite coordinate information of an object in the relief map data to the determined coordinates of a structure to be compared with an object in the relief map database, based on the relief map data generated by the relief map data generation program according to claim 1 or 2 and known determined coordinates stored in a coordinate reference point database of the structure to be compared with the object in the relief map database;
a first correction step of rewriting coordinate information of the object in the 3D map data to the confirmed coordinates of the structure when a result of the determination in the first determination step is affirmative;
a history creating step of creating a history of the execution of the correction step;
a second judgment step of judging whether or not a survey of position coordinates of an object in the 3D map data can be performed based on the determined coordinates of the structure when the judgment result of the first judgment step is negative;
a surveying step of performing the survey when the judgment result of the second judgment step is positive;
a second correction step of rewriting coordinate information of an object in the three-dimensional map data to coordinate information obtained in the surveying step;
3. The 3D map data updating method according to claim 1, further comprising the step of: adding a combination of the object and the coordinate information obtained in said surveying step as a new confirmed coordinate to a coordinate reference point database.
前記画像の撮影地点から前記画像に写っている物体までの距離を取得する第2取得ステップと、
前記画像と、前記物体の種類と、前記物体の画像内位置と、前記距離とを教師データとして、入力画像が入力されると前記入力画像に写っている物体の種類と当該物体の入力画像内位置と当該物体までの距離とを出力する数理モデルのパラメータを生成する生成ステップと
をコンピュータに実行させる、数理モデルの学習プログラム。 A first acquisition step of acquiring an image, a type of an object appearing in the image, and a position of the object appearing in the image;
A second acquisition step of acquiring a distance from a shooting point of the image to an object shown in the image;
a generation step of generating parameters of a mathematical model that outputs, when an input image is input, the type of object appearing in the input image, the position of the object in the input image, and the distance to the object, using the image, the type of object, the position of the object in the image, and the distance as training data.
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