JP7636740B2 - Three-dimensional model generating method and three-dimensional model generating system - Google Patents
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Description
本発明は、三次元モデル生成および三次元モデル生成システムに関する。 The present invention relates to three-dimensional model generation and a three-dimensional model generation system.
主桁上にコンクリート床版を設置している橋梁において床版が老朽化した場合、同床版を主桁から撤去して新しい床版を設置することが必要になる。このとき、新しい床版とは工場で製作されたプレキャスト床版であり、橋軸方向に複数枚配列することによって新しい道路橋を構築する施工方法がある(例えば、特許文献1)。 When a concrete deck slab on a bridge is installed on the main girders and the slab deteriorates, it becomes necessary to remove the slab from the main girders and install a new slab. In this case, the new slab is a precast slab manufactured in a factory, and there is a construction method for constructing a new road bridge by arranging multiple slabs in the bridge axis direction (for example, Patent Document 1).
特許文献1に例示するような施工方法を実施する場合、プレキャスト床版を既設の主桁上に乗せて、前後の路面高と調整しながら、主桁の上フランジと床版間にモルタルを詰めて施工する。
既設の床版は、現場でコンクリートを打設したものであるため、設計図面と全く同じ寸法とはなっていない。従って、既設床版の取替工事をする場合、施工前後で路面高を合わせるためには、その床版を外す前に各所の寸法や標高値を計測し、その計測結果に合わせてプレキャスト床版を製作する必要がある。その際に既設橋梁の正確な寸法や標高値を計測する必要があるが、上面は供用中であるため交通規制が必要になること、下面は高所、河川上、および道路上などの橋梁下の地盤上から計測できない場合は足場が必要になることなどの課題がある。
When carrying out a construction method such as that exemplified in Patent Document 1, the precast deck slab is placed on the existing main girder, and mortar is filled between the upper flange of the main girder and the deck slab while adjusting the road surface height at the front and rear.
The existing deck is made by pouring concrete on-site, so it does not have the exact same dimensions as the design drawings. Therefore, when replacing an existing deck, in order to match the road surface level before and after construction, it is necessary to measure the dimensions and elevation of each point before removing the deck, and then manufacture the precast deck according to the measurement results. In this case, it is necessary to measure the exact dimensions and elevation of the existing bridge, but there are issues such as traffic restrictions being required for the upper surface because it is in service, and scaffolding being required for the lower surface if it cannot be measured from the ground under the bridge, such as at high places, over rivers, or above roads.
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、床版の取替工事をする際に、床版を取り外すことなく橋梁の所望の寸法を計測することができる三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法等を提供する。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and provides a three-dimensional model generation method that generates a three-dimensional model that can measure the desired dimensions of a bridge without removing the deck when performing deck replacement work.
本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記マーカ配置工程において配置された前記複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する測量工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、ドローンに搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において前記橋梁に設けられる前記複数のターゲットマーカは、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、前記測量工程において測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a three-dimensional model generation method for generating a three-dimensional model of a bridge, the method including a marker placement process for placing a plurality of target markers on the bridge, a surveying process for measuring coordinates in real space for the plurality of target markers placed in the marker placement process, a scanning process for scanning the bridge with a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge , a photographing process for photographing the bridge with a camera mounted on a drone to obtain a plurality of photographed images, a photogrammetry process for a computer to generate first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images taken in the photographing process, and a calculation process for the first three-dimensional point cloud data generated in the photogrammetry process and a second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning in the scanning process. and a model generation process of generating a three-dimensional model of the bridge by combining the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data, wherein the multiple target markers provided on the bridge in the marker placement process are placed in a scan range scanned by the laser scanner in the scanning process and in a photographing range photographed by the camera in the photographing process, respectively, and the computer in the model generation process combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the target markers included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the target markers included in the second three-dimensional point cloud data into a virtual space based on coordinates measured in the surveying process.
本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、ドローンに搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において配置される前記複数のターゲットマーカには、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置であって且つ前記橋梁の下面側に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a three-dimensional model generation method for generating a three-dimensional model of a bridge, the method comprising: a marker placement step of placing a plurality of target markers on the bridge; a scanning step of scanning the bridge with a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge; a photographing step of photographing the bridge with a camera mounted on a drone to obtain a plurality of photographed images; a photogrammetry step of generating first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images photographed in the photographing step by a computer; and a model generation step of generating a three-dimensional model of the bridge by combining the first three-dimensional point cloud data generated in the photogrammetry step with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning in the scanning step by the computer. the plurality of target markers placed in the marker placement step include a common target marker that is placed on the underside of the bridge at a position where a scan range scanned by the laser scanner in the scanning step and a photographing range photographed by the camera in the photographing step overlap, and in the model generation step, the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space.
本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられ、現実空間における座標が測量されている複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、ドローンと、前記ドローンに搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカは、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a 3D model generation system for generating a 3D model of a bridge, the 3D model generation system including: a plurality of target markers provided on the bridge and having coordinates in real space measured; a robot attached to the underside of the bridge; a laser scanner mounted on the robot for scanning the bridge; a drone ; a camera mounted on the drone for photographing the bridge to obtain a plurality of photographed images; and a 3D model generation system for generating first 3D point cloud data based on the plurality of photographed images photographed by the camera, and combining the first 3D point cloud data with second 3D point cloud data obtained as a result of scanning by the laser scanner to generate the 3D model. and a computer that generates a three-dimensional model of a bridge, wherein the multiple target markers are placed in a scanning range scanned by the laser scanner and in a photographing range photographed by the camera, and the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the target markers included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the target markers included in the second three-dimensional point cloud data into a virtual space based on surveyed coordinates.
本発明によれば、橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられる複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、ドローンと、前記ドローンに搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカには、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置であって且つ前記橋梁の下面側に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システムが提供される。 According to the present invention, there is provided a three-dimensional model generation system for generating a three-dimensional model of a bridge, the system comprising: a plurality of target markers provided on the bridge; a robot attached to the underside of the bridge; a laser scanner mounted on the robot for scanning the bridge; a drone ; a camera mounted on the drone for photographing the bridge to obtain a plurality of photographed images; and a computer for generating first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images photographed by the camera, and for combining the first three-dimensional point cloud data with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scan by the laser scanner to generate the three-dimensional model of the bridge; The multiple target markers include a common target marker that is located on the underside of the bridge at a position where a scanning range scanned by the laser scanner and a photographing range photographed by the camera overlap, and the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space.
上記の各種発明は、航空機に搭載したカメラによる撮影画像を用いてフォトグラメトリによって生成された第一の三次元点群データと、橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナによる橋梁のスキャン結果である第二の三次元点群データと、を高精度に結合することによって、橋梁の三次元モデルを生成することができる。
従って、橋梁の床版を取り外すことなく、橋梁の各所寸法を計測することができ、既設橋梁の通行止めと足場の設置を必要としない。
The various inventions described above can generate a three-dimensional model of a bridge by combining with high precision first three-dimensional point cloud data generated by photogrammetry using images captured by a camera mounted on an aircraft, and second three-dimensional point cloud data that is the result of scanning the bridge by a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge.
Therefore, it is possible to measure the dimensions of each part of the bridge without removing the bridge deck, and there is no need to close off traffic on the existing bridge or install scaffolding.
本発明によれば、既設の床版取替工事をする際に、床版を取り外すことなく橋梁の所望の寸法を計測し、その計測結果に基づいて三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法等が提供される。 The present invention provides a three-dimensional model generation method that measures the desired dimensions of a bridge without removing the deck when replacing an existing deck, and generates a three-dimensional model based on the measurement results.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in all drawings, similar components are given the same reference numerals and descriptions will be omitted where appropriate.
<三次元モデル生成システム100の概要>
まず、図1を用いて、三次元モデル生成システム100の概要について説明する。
図1は、三次元モデル生成システム100の構成図である。
<Outline of the 3D model generation system 100>
First, an overview of a three-dimensional model generating system 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional model generation system 100 .
三次元モデル生成システム100は、計測対象となる橋梁HBの三次元モデルを生成するものである。以下の説明において、橋梁HBは、道路橋であることを前提として説明するが、その種別は道路橋に限られず、他の種別の橋梁に適用してもよい。
橋梁HBは、4つの主桁(主桁MG1、主桁MG2、主桁MG3、主桁MG4)の上に床版FSが取り付けられ、床版FSの上にアスファルト等で敷き固められた舗装面Pと、舗装面P上を走行する自動車などが転落することを防ぐ壁高欄GFと、から構成される。
なお、図1では4つの主桁を図示したが、本発明は少なくとも2つ以上の主桁を有する橋梁に対して適用可能であり、主桁の数は図示した例に限られない。
The 3D model generation system 100 generates a 3D model of a bridge HB to be measured. In the following explanation, the bridge HB is assumed to be a road bridge, but the type of the bridge is not limited to a road bridge and may be applied to other types of bridges.
The bridge HB is composed of a deck FS attached to the top of four main girders (main girder MG1, main girder MG2, main girder MG3, main girder MG4), a paved surface P laid with asphalt or the like on the deck FS, and a wall parapet GF which prevents vehicles and other objects traveling on the paved surface P from falling off.
Although four main girders are shown in FIG. 1, the present invention is applicable to bridges having at least two or more main girders, and the number of main girders is not limited to the example shown.
三次元モデル生成システム100は、ロボット110と、ロボット110に搭載されるレーザースキャナ120と、航空機130と、航空機130に搭載されるカメラ140と、橋梁HBの三次元モデルを生成するコンピュータ150と、を備える。
The three-dimensional model generation system 100 includes a
ロボット110は橋梁HBの下面側に取り付けられ、ロボット110に搭載されるレーザースキャナ120は橋梁HB(主に橋梁HBの下面側)をスキャンする。
ロボット110は、橋梁HBを構成する複数の主桁MG1~MG4のうち隣接する2つの主桁(図1に図示する例によれば主桁MG1と主桁MG2)に跨がって取り付けられ、橋梁HB(取り付けた主桁)の橋軸方向に移動可能な移動式ロボットである。具体的には、ロボット110は、主桁MG1の下フランジに当接する車輪を有する懸垂台車111と、主桁MG2の下フランジに当接する車輪を有する懸垂台車112と、によって橋梁HBに吊り下がってる。
なお、ロボット110の移動制御は、ユーザによる操作に応じて実現されるものであってもよいし、ロボット110による自律的な演算処理によって実現されるものであってもよいし、これらを組合せた手法によって実現されるものであってもよい。
また、ロボット110は、レーザースキャナ120を移動させる機構部113を有しており、搭載しているレーザースキャナ120が主桁MG1と主桁MG2の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、レーザースキャナ120を下降可能である。なお、図1では、機構部113がレーザースキャナ120を高さ方向(上下方向)に移動可能であることを図示しているが、橋梁HBに対して橋軸直角方向(懸垂台車111と懸垂台車112との間にわたって設けられるレール方向)に移動可能であってもよい。
レーザースキャナ120は、ロボット110の移動位置から橋梁HBの下面側をスキャンすることによって、主桁MG1と主桁MG2に挟まれる空間をスキャン可能である。ここで、レーザースキャナ120は不図示の内蔵カメラを有しており、スキャンした結果として得られる三次元点群データを構成する各点データは、内蔵カメラによる撮影に基づいて与えられる色情報が含まれており、レーザースキャナ120は、橋梁HBの下面側について、カラーの三次元点群データを生成することができる。
The
The
The movement control of the
The
The
航空機130は、橋梁HBの周辺(上面側と側面側)を飛行させる飛行体であり、ユーザの操作に応じてリモートコントロールされる無人航空機(いわゆるドローン)であることが好ましい。
カメラ140は、主に橋梁HBの上面側と側面側を撮影して複数の撮影画像を得る。
カメラ140によって撮影される撮影画像は、後述するフォトグラメトリに用いられるものであり、フォトグラメトリによって再現される三次元モデルの精度を高めるという観点から、可能な限り高画素とすることが好ましい。
The
The image captured by the
コンピュータ150は、レーザースキャナ120およびカメラ140と直接的にまたは間接的に通信可能に接続されており、レーザースキャナ120によるスキャンの結果と、カメラ140によって撮影された複数の撮影画像と、を入力することができる。
コンピュータ150は、フォトグラメトリを実現可能なアプリケーションソフトがインストールされており、カメラ140によって撮影された複数の撮影画像に基づいて得られる三次元点群データ(以下、第一の三次元点群データと称する)を生成することができる。ここでフォトグラメトリとは、被写体となる物体(本実施形態では橋梁HB)を多方向から撮影して得られる多数の撮影画像を画像解析して、その物体を仮想空間において三次元に表す技術をいう。
コンピュータ150は、上述したフォトグラメトリによって生成される第一の三次元点群データと、レーザースキャナ120によるスキャンの結果として得られる三次元点群データ(以下、第二の三次元点群データと称する)と、を結合して橋梁HBの三次元モデルを生成する。
なお、図1にはコンピュータ150が単独の装置であるように図示しているが、本発明の実施はこの態様に限られず、複数の装置を組み合わせて上記の処理が実現されてもよい。例えば、カメラ140によって撮影された複数の撮影画像を用いたフォトグラメトリによって第一の三次元点群データを生成するコンピュータと、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合するコンピュータと、が別々であってもよい。
The
The
The
1 shows the
ここで、コンピュータ150は、橋梁HBに設けた複数のターゲットマーカを基準として第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとの結合を行うことを特徴とする。ここで、ターゲットマーカのそれぞれは、現実空間に設けられるものであるため、その位置を正確に測量することができる。
この特徴により、コンピュータ150は、異質な手法(レーザースキャナ120によるスキャンおよびカメラ140による撮影画像のフォトグラメトリ)によって生成された三次元点群データどうしを、高い精度で橋梁HBの形状を三次元モデルとして再現することができ、各部材の位置関係を正確に計測することができる。また、上記の手法はいずれも橋梁HBから床版FSを取り外すことなく実施可能である。
Here, the
Due to this feature, the
<ターゲットマーカについて>
次に、図2を用いて、上述したターゲットマーカについて説明する。
図2は、計測対象の橋梁HBの下面側を示す模式図である。
なお、図2に図示するターゲットマーカの数や配置は一具体例に過ぎず、本発明の目的を達成する範囲において適宜変更可能である。また、本実施形態では、専用のターゲットマーカを設けることを前提として説明するが、橋梁HBを構成する部材のいずれか(特徴的な形状を有するもの)をターゲットマーカとして代用してもよい。
<About target markers>
Next, the above-mentioned target marker will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the underside of the bridge HB as the measurement target.
2 is merely a specific example, and may be changed as appropriate within the scope of the object of the present invention. In addition, although the present embodiment is described on the premise that a dedicated target marker is provided, any of the members constituting the bridge HB (having a characteristic shape) may be used as a target marker instead.
橋梁HBの側面のうち一方には、ターゲットマーカTM1およびターゲットマーカTM2が配置される。また、橋梁HBの側面のうち他方には、ターゲットマーカTM6およびターゲットマーカTM7が配置される。
上述したように、本実施形態における航空機130は、橋梁HBの上面側と側面側を飛行するものであるため、この4つのターゲットマーカが、航空機130に搭載されているカメラ140による撮影範囲に配置されているターゲットマーカに該当する。
A target marker TM1 and a target marker TM2 are arranged on one of the sides of the bridge HB, and a target marker TM6 and a target marker TM7 are arranged on the other side of the bridge HB.
As described above, in this embodiment, the
橋梁HBの下面には、ターゲットマーカTM3、ターゲットマーカTM4およびターゲットマーカTM5が配置される。
上述したように、本実施形態におけるロボット110は、橋梁HBの下面側に吊り下がって橋軸に沿って移動するものであるため、この3つのターゲットマーカが、ロボット110に搭載されているレーザースキャナ120によるスキャン範囲に配置されているターゲットマーカに該当する。レーザースキャナ120によって橋梁HBを三次元計測するためには、スキャン範囲に少なくとも3つ以上のターゲットマーカを配置させる必要があり、図2では、最小限の数のターゲットマーカを例示している。
Target markers TM3, TM4 and TM5 are placed on the underside of bridge HB.
As described above, the
上記のターゲットマーカは、それぞれの位置関係が明確となるように、現実空間における位置が正確に測量されていることが望ましい。カメラ140の撮影範囲に配置されているターゲットマーカと、レーザースキャナ120のスキャン範囲に配置されているターゲットマーカと、の相対的な位置関係の測量精度が、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データの結合精度に影響するからである。
そして、フォトグラメトリを適用してマッピングする(第一の三次元点群データを生成する)際には、コンピュータ150が、複数の撮影画像の一部に撮影されているターゲットマーカに対して、上記の測量によって予め定められた位置を基準位置として与え、ターゲットマーカが撮影されていない撮影画像に撮影されている被写体を当該基準位置に基づいて仮想空間にマッピングすることが好ましい。フォトグラメトリの欠点である大量の画像結合によって生じる結合データの歪みを解消し、マッピング精度の向上を図ることができるからである。
It is desirable that the positions of the above target markers in real space are accurately measured so that their respective positional relationships are clear. This is because the measurement accuracy of the relative positional relationship between the target markers arranged in the shooting range of the
When applying photogrammetry for mapping (generating first three-dimensional point cloud data), it is preferable that the
<本発明の実施手順について>
次に、図3を用いて、三次元モデル生成システム100を活用することによって実現される三次元モデル生成方法について説明する。
図3は、本発明の実施手順に係るフローチャートである。
<Procedure for carrying out the present invention>
Next, a three-dimensional model generating method realized by utilizing the three-dimensional model generating system 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a flow chart showing the implementation procedure of the present invention.
ステップS110は、複数のターゲットマーカを橋梁HBに配置する工程であり、本発明に係るマーカ配置工程に相当する。
ステップS110において橋梁HBに設けるターゲットマーカは、上述したように、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとの結合の基準になるものであるため、カメラ140による撮影範囲およびレーザースキャナ120によるスキャン範囲のそれぞれに配置される必要がある。
Step S110 is a step of placing a plurality of target markers on the bridge HB, and corresponds to the marker placing step according to the present invention.
As described above, the target marker placed on bridge HB in step S110 serves as the basis for combining the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data, and therefore needs to be placed in both the shooting range of
ステップS120は、ステップS110において配置された複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する工程であり、本発明に係る測量工程に相当する。 Step S120 is a process for measuring the coordinates in real space for the multiple target markers placed in step S110, and corresponds to the measurement process according to the present invention.
ステップS130は、橋梁HBの下面側に取り付けたロボット110に搭載したレーザースキャナ120が、橋梁HBをスキャンする工程であり、本発明に係るスキャン工程に相当する。
ステップS140は、航空機130に搭載したカメラ140が、橋梁HBを撮影して複数の撮影画像を得る工程であり、本発明に係る撮影工程に相当する。
なお、図3では、ステップS130を行った後にステップS140を行う順序を図示しているが、ステップS140を行った後にステップS130を行う順序によって本発明が実施されてもよいし、ステップS130とステップS140が並行して行われることによって本発明が実施されてもよい。
Step S130 is a process in which the
Step S140 is a process in which the
Although FIG. 3 illustrates the order in which step S130 is performed followed by step S140, the present invention may be implemented by performing step S140 followed by step S130, or by performing steps S130 and S140 in parallel.
上述したように、ステップS130に用いるロボット110は、橋梁HBを構成する複数の主桁のうち第一の主桁と第二の主桁(例えば主桁MG1と主桁MG2)とに跨がって取り付けられるものである。
これにより、搭載しているレーザースキャナ120が第一の主桁及び第二の主桁(例えば主桁MG1と主桁MG2)に挟まれる空間をスキャン可能である。当該空間は、航空機130が安定的に飛行し難い空間であるため、フォトグラメトリによる三次元モデル化を可能とする程度に撮影画像を得ることが困難である。しかしながら、ロボット110とレーザースキャナ120を活用することによって、レーザースキャナ120によるスキャンによって当該空間内の三次元モデル化を図ることができる。
As described above, the
This allows the mounted
また、上述したように、ステップS130に用いるロボット110は、レーザースキャナ120を移動させる機構部113を有しており、搭載しているレーザースキャナ120が第一の主桁及び第二の主桁の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、レーザースキャナ120を下降可能である。
これにより、レーザースキャナ120は、橋梁HBの下面側を広く(主桁の下フランジの下面を含めて)スキャンすることができる。
As described above, the
This enables the
また、上述したように、ステップS130に用いるロボット110は橋梁HBの橋軸方向に移動可能な移動式ロボットである。そして、図3では簡略的に図示しているが、当該工程は、ロボット110が所定位置まで移動する工程と、ロボット110が所定位置で静止し、レーザースキャナ120が第一の主桁と第二の主桁に挟まれる空間をスキャンする工程と、を計測対象となる全範囲をスキャンするまで、それぞれを交互に繰り返すものである。
レーザースキャナ120は、正確な計測を行うには、スキャン中に安定的に静止させる必要があり、上記のように移動と静止を繰り返すロボット110への搭載が好適である。
As described above, the
In order to perform accurate measurements, the
ステップS150は、コンピュータ150が、ステップS140において撮影された複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成する工程であり、本発明に係るフォトグラメトリ工程に相当する。
ステップS160は、コンピュータ150が、ステップS110におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、ステップS120において撮影された複数の撮影画像に基づいて得られる第一の三次元点群データと、を結合して橋梁HBの三次元モデルを生成する工程であり、本発明に係るモデル生成工程に相当する。
Step S150 is a step in which
Step S160 is a process in which
ステップS160の処理について、より詳細に説明する。
上述したように、カメラ140による撮影画像を用いたフォトグラメトリによって得られる第一の三次元点群データと、レーザースキャナ120によるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データは、本来的には異質なデータであり、指標となる情報がなければ、同一の仮想空間にマッピングすることが困難である。そこで、本実施形態では、それぞれの三次元点群データを仮想空間にマッピングするにあたって、ターゲットマーカの現実空間における座標に基づいて、当該ターゲットマーカに対応する点群をマッピングし、ターゲットマーカ以外を表す点群はターゲットマーカに対応する点群を基準としてマッピングすることによって、全ての点群を正確にマッピングすることができる。
これにより、第一の三次元点群データおよび第二の三次元点群データを、実際の橋梁HBの形状に近い形状となるように結合することができる。
The process of step S160 will now be described in more detail.
As described above, the first three-dimensional point cloud data obtained by photogrammetry using the image captured by the
This makes it possible to combine the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data so as to form a shape that is close to the actual shape of the bridge HB.
ステップS170は、ステップS160において生成された三次元モデルを、ユーザが視認可能な形式で出力手段(例えば、コンピュータ150の表示画面)が出力する工程であり、本発明に係る出力工程に相当する。
なお、上記のステップS170(出力工程)における出力手段は、本実施形態のように表示出力するデバイス(ディスプレイ装置)に限られず、印字出力するディスプレイ(プリンタ装置)であってもよい。
Step S170 is a step in which the output means (for example, the display screen of the computer 150) outputs the three-dimensional model generated in step S160 in a format that can be viewed by the user, and corresponds to the output step according to the present invention.
The output means in step S170 (output step) is not limited to a device (display device) that displays as in this embodiment, but may be a display (printer device) that prints out.
図4は、三次元モデルの表示画面を示す図である。
なお、表示画面に表示される三次元モデルは、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データの結合データそのもの(テクスチャ無しの三次元モデル)であってもよいし、当該結合データにテクスチャを付したもの(テクスチャ有りの三次元モデル)であってもよい。
また、図4に例示する三次元モデルの表示態様は一具体例であり、当該三次元モデルを回転表示することによって様々な角度から橋梁HBの形状を視認したり、当該三次元モデルを任意の断面(例えば、図4の破線TSで示される断面)で切断した表示態様とすることによってその断面形状を視認したり、することが可能であってもよい。
FIG. 4 is a diagram showing a display screen of a three-dimensional model.
The three-dimensional model displayed on the display screen may be the combined data of the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data (a three-dimensional model without texture), or the combined data with texture added (a three-dimensional model with texture).
In addition, the display mode of the three-dimensional model illustrated in Figure 4 is one specific example, and it may be possible to rotate the three-dimensional model to view the shape of the bridge HB from various angles, or to display the three-dimensional model in a manner that cuts it at an arbitrary cross-section (for example, the cross-section indicated by the dashed line TS in Figure 4) to view its cross-sectional shape.
上記のように生成された三次元モデルは、橋梁HBの形状を高精度で再現するものであるため、橋梁HBの床版FSを取り外すことなく、橋梁HBの細部まで寸法を計測することができるようになる。 The three-dimensional model generated as described above reproduces the shape of the bridge HB with high precision, making it possible to measure the dimensions of the bridge HB in detail without removing the bridge HB deck FS.
<変形例>
上述の実施形態は、上述の説明に限定されるものではなく、種々の変形、改良等が可能である。
<Modification>
The above-described embodiment is not limited to the above description, and various modifications and improvements are possible.
本発明に係る三次元モデル生成システムは、図1に図示した構成に限られず、本発明の目的を達成する範囲において構成を省いたり、不図示の構成が追加されたり、してもよい。 The three-dimensional model generation system according to the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and configurations may be omitted or configurations not shown may be added within the scope of achieving the object of the present invention.
図3に図示したフローチャートの手順は、本発明の目的を達成する範囲において一部の工程が省かれてもよいし、不図示の工程が追加されてもよい。 The procedure of the flowchart shown in FIG. 3 may have some steps omitted or steps not shown added within the scope of achieving the object of the present invention.
本発明の実施に用いられるロボット110の形状や移動制御については、上述の実施形態に説明した態様に限られず、本発明の目的を達成する範囲において適宜変更可能である。
The shape and movement control of the
上述の実施形態において、レーザースキャナ120によるスキャン範囲に配置されているターゲットマーカと、カメラ140による撮影範囲に配置されているターゲットマーカと、が互いに相違する(重複するターゲットマーカが存在しない)状況における本発明の実施例を例示したが、本発明の実施はこれに限られない。すなわち、上記のスキャン範囲と撮影範囲の重複が許容される状況であって、その重複位置に配置されるターゲットマーカ(以下、共通ターゲットマーカと称する)が存在する場合においては、共通ターゲットマーカを基準として第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合することが好ましい。このとき、共通ターゲットマーカの現実空間における座標を測量することは、必ずしも必要ではない。なぜならば、第一の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群および第二の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、或る程度の精度で第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合することができるからである。
ただし、この変形例によって本発明を実施する場合であっても、それぞれのターゲットマーカの現実空間における座標を測量し、第一の三次元点群データと第二の三次元点群データとを結合する際に、それぞれの三次元点群データに含まれるターゲットマーカのマッピングに測量した座標を反映させることが好ましく、図3のステップS120に相当する工程(測量工程)が実行されると良い。
In the above embodiment, the embodiment of the present invention has been exemplified in a situation where the target markers arranged in the scanning range by the
However, even when implementing the present invention using this modified example, it is preferable to measure the coordinates of each target marker in real space and, when combining the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data, reflect the measured coordinates in the mapping of the target markers contained in each three-dimensional point cloud data, and it is preferable to execute a process corresponding to step S120 in Figure 3 (surveying process).
上記の変形例に係る三次元モデル生成方法は、複数のターゲットマーカを橋梁に配置するマーカ配置工程と、橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、橋梁をスキャンするスキャン工程と、航空機に搭載したカメラが、橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、撮影工程において撮影された複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、コンピュータが、フォトグラメトリ工程において生成された第一の三次元点群データと、スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、マーカ配置工程において配置される複数のターゲットマーカには、スキャン工程においてレーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および撮影工程においてカメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、モデル生成工程において、コンピュータが、第一の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群および第二の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって第一の三次元点群データおよび第二の三次元点群データを結合する、三次元モデル生成方法であると表現することができる。
また、上記の変形例に係る三次元モデル生成システムは、橋梁に設けられる複数のターゲットマーカと、橋梁の下面側に取り付けたロボットと、ロボットに搭載され、橋梁をスキャンするレーザースキャナと、航空機と、航空機に搭載され、橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、カメラによって撮影された複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、第一の三次元点群データとレーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、複数のターゲットマーカには、レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲およびカメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、コンピュータが、第一の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群および第二の三次元点群データに含まれる共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、第一の三次元点群データおよび第二の三次元点群データを結合する、三次元モデル生成システムであると表現することができる。
The three-dimensional model generating method according to the above modified example includes a marker placing step of placing a plurality of target markers on the bridge; a scanning step of scanning the bridge with a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge; a photographing step of photographing the bridge with a camera mounted on an aircraft to obtain a plurality of photographed images; a photogrammetry step of generating first three-dimensional point cloud data by a computer based on the plurality of photographed images taken in the photographing step; and a model generating step of generating a three-dimensional model of the bridge by combining the first three-dimensional point cloud data generated in the photogrammetry step with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning in the scanning step. the plurality of target markers arranged in the marker arrangement step include a common target marker arranged at a position where a scanning range scanned by a laser scanner in the scanning step and a photographing range photographed by a camera in the photographing step overlap, and in the model generation step, the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space.
Furthermore, the three-dimensional model generation system according to the above-described modified example can be expressed as a three-dimensional model generation system including a plurality of target markers provided on a bridge, a robot attached to the underside of the bridge, a laser scanner mounted on the robot and scanning the bridge, an aircraft, a camera mounted on the aircraft and photographing the bridge to obtain a plurality of photographed images, and a computer that generates first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images taken by the camera, and combines the first three-dimensional point cloud data with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning by the laser scanner to generate a three-dimensional model of the bridge, wherein the plurality of target markers include a common target marker that is arranged at a position where the scan range scanned by the laser scanner and the photographed range photographed by the camera overlap, and the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space.
<付記>
本実施形態は、次のような技術思想を包含する。
(1)橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記マーカ配置工程において配置された前記複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する測量工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、航空機に搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において前記橋梁に設けられる前記複数のターゲットマーカは、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、前記測量工程において測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
(2)橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成方法であって、複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、航空機に搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、を備え、前記マーカ配置工程において配置される前記複数のターゲットマーカには、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成方法。
(3)前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記橋梁を構成する複数の主桁のうち第一の主桁と第二の主桁とに跨がって取り付けられるものであり、前記ロボットに搭載される前記レーザースキャナは、前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャン可能である、ことを特徴とする(1)または(2)に記載の三次元モデル生成方法。
(4)前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記レーザースキャナを移動させる機構部を有しており、搭載している前記レーザースキャナが前記第一の主桁および前記第二の主桁の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、前記レーザースキャナを下降可能である、ことを特徴とする(3)に記載の三次元モデル生成方法。
(5)前記スキャン工程に用いる前記ロボットは、前記橋梁の橋軸方向に移動可能な移動式ロボットであり、前記スキャン工程は、前記ロボットが所定位置まで移動する工程と、前記ロボットが前記所定位置で静止し、前記レーザースキャナが前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャンする工程と、を交互に繰り返す、ことを特徴とする(3)または(4)に記載の三次元モデル生成方法。
(6)前記モデル生成工程において生成された三次元モデルを、ユーザが視認可能な形式で出力手段が出力する出力工程を備える、(1)から(5)のいずれか一つに記載の三次元モデル生成方法。
(7)橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられ、現実空間における座標が測量されている複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、航空機と、前記航空機に搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカは、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システム。
(8)橋梁の三次元モデルを生成する三次元モデル生成システムであって、前記橋梁に設けられる複数のターゲットマーカと、前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、航空機と、前記航空機に搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、を備え、前記複数のターゲットマーカには、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲が重複する位置に配置される共通ターゲットマーカが含まれており、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記共通ターゲットマーカに対応する点群を、仮想空間において同じ位置にマッピングすることによって、前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、ことを特徴とする三次元モデル生成システム。
<Additional Notes>
The present embodiment encompasses the following technical idea.
(1) A three-dimensional model generation method for generating a three-dimensional model of a bridge, the method including: a marker placement step for placing a plurality of target markers on the bridge; a surveying step for measuring coordinates in real space for the plurality of target markers placed in the marker placement step; a scanning step for scanning the bridge with a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge; a photographing step for photographing the bridge with a camera mounted on an aircraft to obtain a plurality of photographed images; a photogrammetry step for a computer to generate first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images photographed in the photographing step; and a calculation step for the computer to calculate the first three-dimensional point cloud data generated in the photogrammetry step and a second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning in the scanning step. and a model generation process of generating a three-dimensional model of the bridge by combining the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data, wherein the multiple target markers provided on the bridge in the marker placement process are placed in a scan range scanned by the laser scanner in the scanning process and in a photographing range photographed by the camera in the photographing process, respectively, and in the model generation process, the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the target markers included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the target markers included in the second three-dimensional point cloud data into a virtual space based on coordinates measured in the surveying process.
(2) A three-dimensional model generation method for generating a three-dimensional model of a bridge, the method including: a marker placement step of placing a plurality of target markers on the bridge; a scanning step of scanning the bridge with a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge; a photographing step of photographing the bridge with a camera mounted on an aircraft to obtain a plurality of photographed images; a photogrammetry step of generating first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images photographed in the photographing step by a computer; and a model generation step of generating a three-dimensional model of the bridge by combining the first three-dimensional point cloud data generated in the photogrammetry step and second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning in the scanning step by the computer. and a generating step of generating a three-dimensional model, wherein the plurality of target markers arranged in the marker arrangement step include a common target marker arranged at a position where a scan range scanned by the laser scanner in the scanning step and an imaging range imaged by the camera in the imaging step overlap, and wherein in the model generation step, the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space.
(3) A three-dimensional model generation method as described in (1) or (2), characterized in that the robot used in the scanning process is attached across a first main girder and a second main girder among the multiple main girders that make up the bridge, and the laser scanner mounted on the robot is capable of scanning the space sandwiched between the first main girder and the second main girder.
(4) The three-dimensional model generating method described in (3) is characterized in that the robot used in the scanning process has a mechanism for moving the laser scanner, and the mounted laser scanner can be lowered to a position where it can scan the undersides of the lower flanges of the first main girder and the second main girder.
(5) A three-dimensional model generating method according to (3) or (4), characterized in that the robot used in the scanning process is a mobile robot capable of moving in the bridge axis direction of the bridge, and the scanning process alternately repeats a process in which the robot moves to a predetermined position and a process in which the robot stops at the predetermined position and the laser scanner scans the space between the first main girder and the second main girder.
(6) A three-dimensional model generation method according to any one of (1) to (5), further comprising an output step in which an output means outputs the three-dimensional model generated in the model generation step in a format that is visible to a user.
(7) A three-dimensional model generation system for generating a three-dimensional model of a bridge, the system including: a plurality of target markers provided on the bridge and having coordinates in real space measured; a robot attached to an underside of the bridge; a laser scanner mounted on the robot and scanning the bridge; an aircraft; a camera mounted on the aircraft and photographing the bridge to obtain a plurality of photographed images; and a three-dimensional model generation system for generating first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images photographed by the camera, and combining the first three-dimensional point cloud data with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of scanning by the laser scanner to generate a three-dimensional model of the bridge. and a computer that generates a three-dimensional model of a beam, wherein the multiple target markers are arranged in a scan range scanned by the laser scanner and in a photographing range photographed by the camera, and the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the target markers included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the target markers included in the second three-dimensional point cloud data into a virtual space based on surveyed coordinates.
(8) A three-dimensional model generation system for generating a three-dimensional model of a bridge, comprising: a plurality of target markers provided on the bridge; a robot attached to an underside of the bridge; a laser scanner mounted on the robot for scanning the bridge; an aircraft; a camera mounted on the aircraft for photographing the bridge to obtain a plurality of photographed images; and a computer for generating first three-dimensional point cloud data based on the plurality of photographed images photographed by the camera, and for combining the first three-dimensional point cloud data with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of scanning by the laser scanner to generate the three-dimensional model of the bridge. and a computer that maps a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space, wherein the plurality of target markers include a common target marker that is arranged at a position where a scan range scanned by the laser scanner and a capture range captured by the camera overlap, and the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the common target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the common target marker included in the second three-dimensional point cloud data to the same position in a virtual space.
100 三次元モデル生成システム
110 ロボット
111、112 懸垂台車
113 機構部
120 レーザースキャナ
130 航空機
140 カメラ
150 コンピュータ
HB 橋梁
MG1~MG4 主桁
FS 床版
GF 壁高欄
P 舗装面
TM1~TM7 ターゲットマーカ
100 Three-dimensional
Claims (6)
複数のターゲットマーカを前記橋梁に配置するマーカ配置工程と、
前記マーカ配置工程において配置された前記複数のターゲットマーカについて、現実空間における座標を測量する測量工程と、
前記橋梁の下面側に取り付けたロボットに搭載したレーザースキャナが、前記橋梁をスキャンするスキャン工程と、
ドローンに搭載したカメラが、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得る撮影工程と、
コンピュータが、前記撮影工程において撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成するフォトグラメトリ工程と、
前記コンピュータが、前記フォトグラメトリ工程において生成された前記第一の三次元点群データと、前記スキャン工程におけるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データと、を結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するモデル生成工程と、
を備え、
前記マーカ配置工程において前記橋梁に設けられる前記複数のターゲットマーカは、前記スキャン工程において前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記撮影工程において前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、
前記モデル生成工程において、前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、前記測量工程において測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、
ことを特徴とする三次元モデル生成方法。 A three-dimensional model generation method for generating a three-dimensional model of a bridge, comprising the steps of:
a marker placement step of placing a plurality of target markers on the bridge;
a surveying step of surveying coordinates in real space of the plurality of target markers arranged in the marker arrangement step;
a scanning step of scanning the bridge with a laser scanner mounted on a robot attached to the underside of the bridge;
A photographing step in which a camera mounted on a drone photographs the bridge to obtain a plurality of photographed images;
a photogrammetry process in which a computer generates first three-dimensional point cloud data based on the plurality of captured images captured in the photographing process;
a model generation process in which the computer generates a three-dimensional model of the bridge by combining the first three-dimensional point cloud data generated in the photogrammetry process and second three-dimensional point cloud data obtained as a result of the scanning in the scanning process;
Equipped with
the plurality of target markers provided on the bridge in the marker placement step are arranged in a scan range scanned by the laser scanner in the scanning step and in a photographing range photographed by the camera in the photographing step,
In the model generation step, the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the target marker included in the second three-dimensional point cloud data onto a virtual space based on coordinates measured in the surveying step.
A three-dimensional model generating method comprising:
前記ロボットに搭載される前記レーザースキャナは、前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャン可能である、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元モデル生成方法。 The robot used in the scanning process is attached across a first main girder and a second main girder among a plurality of main girders constituting the bridge,
The laser scanner mounted on the robot is capable of scanning a space between the first main girder and the second main girder.
2. The three-dimensional model generating method according to claim 1 .
前記レーザースキャナを移動させる機構部を有しており、
搭載している前記レーザースキャナが前記第一の主桁および前記第二の主桁の下フランジの下面をスキャン可能な位置まで、前記レーザースキャナを下降可能である、
ことを特徴とする請求項2に記載の三次元モデル生成方法。 The robot used in the scanning process is
A mechanism for moving the laser scanner is provided.
The laser scanner can be lowered to a position where the mounted laser scanner can scan the lower surfaces of the lower flanges of the first main girder and the second main girder.
3. The three-dimensional model generating method according to claim 2 .
前記スキャン工程は、
前記ロボットが所定位置まで移動する工程と、
前記ロボットが前記所定位置で静止し、前記レーザースキャナが前記第一の主桁と前記第二の主桁とに挟まれる空間をスキャンする工程と、
を交互に繰り返す、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の三次元モデル生成方法。 The robot used in the scanning process is a mobile robot that can move in the bridge axis direction of the bridge,
The scanning step includes:
the robot moving to a predetermined position;
a step of the robot being stationary at the predetermined position and the laser scanner scanning a space between the first main girder and the second main girder;
Repeat alternately.
4. The three-dimensional model generating method according to claim 2 or 3 .
請求項1から4のいずれか一項に記載の三次元モデル生成方法。 an output step of outputting the three-dimensional model generated in the model generation step in a format that can be viewed by a user by an output means;
The three-dimensional model generating method according to any one of claims 1 to 4 .
前記橋梁に設けられ、現実空間における座標が測量されている複数のターゲットマーカと、
前記橋梁の下面側に取り付けたロボットと、
前記ロボットに搭載され、前記橋梁をスキャンするレーザースキャナと、
ドローンと、
前記ドローンに搭載され、前記橋梁を撮影して複数の撮影画像を得るカメラと、
前記カメラによって撮影された前記複数の撮影画像に基づいて第一の三次元点群データを生成し、前記第一の三次元点群データと前記レーザースキャナによるスキャンの結果として得られる第二の三次元点群データとを結合して前記橋梁の三次元モデルを生成するコンピュータと、
を備え、
前記複数のターゲットマーカは、前記レーザースキャナによってスキャンされるスキャン範囲および前記カメラによって撮影される撮影範囲のそれぞれに配置されており、
前記コンピュータが、前記第一の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群および前記第二の三次元点群データに含まれる前記ターゲットマーカに対応する点群を、測量された座標に基づいて仮想空間にマッピングすることによって前記第一の三次元点群データおよび前記第二の三次元点群データを結合する、
ことを特徴とする三次元モデル生成システム。 A three-dimensional model generation system for generating a three-dimensional model of a bridge, comprising:
A plurality of target markers are provided on the bridge, and the coordinates of the target markers in real space are measured.
A robot attached to the underside of the bridge;
A laser scanner mounted on the robot for scanning the bridge;
Drones and
A camera mounted on the drone and adapted to photograph the bridge and obtain a plurality of photographed images;
a computer that generates first three-dimensional point cloud data based on the plurality of captured images captured by the camera, and combines the first three-dimensional point cloud data with second three-dimensional point cloud data obtained as a result of scanning by the laser scanner to generate a three-dimensional model of the bridge;
Equipped with
the plurality of target markers are arranged in a scanning range scanned by the laser scanner and in a photographing range photographed by the camera,
the computer combines the first three-dimensional point cloud data and the second three-dimensional point cloud data by mapping a point cloud corresponding to the target marker included in the first three-dimensional point cloud data and a point cloud corresponding to the target marker included in the second three-dimensional point cloud data onto a virtual space based on surveyed coordinates;
A three-dimensional model generation system comprising:
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