三次元測定対象物の形態調査方法
【課題】レーザー走査装置により三次元測定対象物の形態を正しく測量し、調査する。
【解決手段】三次元測定対象物の形態調査方法であって、レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得し、前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する。
【解決手段】三次元測定対象物の形態調査方法であって、レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得し、前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定対象物の形態調査方法に係り、特に森林における樹木の形態を調査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
森林における樹木の位置、本数、樹冠面積、樹高、樹幹の幹周、幹直径、幹体積、幹曲がり等を把握することは、森林の形態を定量化し、森林の維持管理の上で重要である。
【０００３】
樹木の樹幹の体積から該樹幹の質量を把握し、更に樹種による枝葉と根の拡大係数、及び炭素係数を用いることで、当該樹木による二酸化炭素の吸収量を算定することもできる。この値をカーボンクレジットとして取り扱う制度もあり、この制度の利用によって森林の管理資金を調達することもできる。
【０００４】
樹木の樹幹の体積は、予め伐採した樹木の実測結果から作成済の樹種別の材積式に、今回算定対象となる樹木の樹高と樹幹直径（胸高直径）を当てはめることで求めることができる。
【０００５】
このとき、従来技術では、今回算定対象の樹木の樹高、樹幹直径等は、特許文献１に記載の地上レーザー走査装置、又は特許文献２に記載の航空機レーザー走査装置等を用いて計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表2000-509150
【特許文献２】特開2008-111725
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の地上レーザー走査装置を用いる方法では、地上に配置された従来の地上レーザー走査装置から照射されるレーザーが樹木を見上げる角度になり、樹木の下部の樹幹、枝、葉等がレーザーを多く反射する障害物になり、これらの障害物が当該樹木又は他の樹木からの反射データを欠損させ、樹木の樹高、樹幹直径等を設定しづらい。
【０００８】
特許文献２に記載の航空機レーザー走査装置を用いる方法では、航空機に搭載された従来の航空機レーザー走査装置から照射されるレーザーが樹木の樹冠に反射されて地上に届かず、地形モデルが作成しづらい。それ故、樹木の樹高、胸高直径等を正しく計測することに困難がある。
【０００９】
本発明の課題は、レーザー走査装置により三次元測定対象物の形態を正しく測量し、調査することにある。
【００１０】
本発明の他の課題は、レーザー走査装置により、森林における樹木の位置、本数、樹冠面積、樹高、樹幹の幹周、幹直径等を正しく計測し、ひいては樹幹の幹体積、幹曲がり等を正しく把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得し、前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する三次元測定対象物の形態調査方法である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成するようにしたものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において更に、前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成し、高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とするようにしたものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において更に、前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出するようにしたものである。また同時に、樹木位置を把握したものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の三次元測定対象物の形態調査方法であって、単木の単位にて抽出した最高点を樹高として計測し、樹高測定箇所を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別するようにしたものである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において更に、前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定するようにしたものである。また、胸高直径を計測するようにしたものである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において更に、前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定するようにしたものである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれかに係る発明において更に、前記レーザー走査装置が地表面に設置されてなるようにしたものである。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の三次元測定対象物の形態調査方法が適用される調査範囲の地表面に縦横一定間隔をなす格子を想定し、格子の各交差点にレーザー走査装置を配置するようにしたものである。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、コンピュータを、レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得する手段と、前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する手段として機能させるためのプログラムである。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成する手段として機能させるようにしたものである。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成する手段と、高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とする手段として機能させるようにしたものである。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、請求項１２に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出する手段として機能させるようにしたものである。また同時に、樹木位置を把握したものである。
【００２４】
請求項１４に係る発明は、請求項１３に係る発明において更に、前記コンピュータを、単木の単位にて抽出した最高点を樹高として計測し、樹高測定箇所を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別する手段として機能させるようにしたものである。
【００２５】
請求項１５に係る発明は、請求項１４に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する手段として機能させるようにしたものである。また、胸高直径を計測するようにしたものである。
【００２６】
請求項１６に係る発明は、請求項１５に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定する手段として機能させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、レーザー走査装置により三次元測定対象物の形態を正しく測量し、調査することができる。
【００２８】
また、レーザー走査装置により、森林における樹木の位置、本数、樹冠面積、樹高、樹幹の幹周、幹直径等を正しく計測し、ひいては樹幹の幹体積、幹曲がり等を正しく把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明による三次元測定対象物の形態調査手順を示す流れ図である。
【図２】図２はレーザー走査装置の配置を示す模式図である。
【図３】図３はレーザー走査装置の計測原理を示す模式図である。
【図４】図４は地表面と樹木のレーザーデータを示す模式図である。
【図５】図５は地形モデルのノイズ処理方法を示す模式図である。
【図６】図６は高さモデルを用いる単木の占有範囲判別方法を示す模式図である。
【図７】図７は単木の樹幹判別方法を示す模式図である。
【図８】図８は単木の樹幹中心算定方法を示す模式図である。
【図９】図９は単木に必要とされる幹周データ取得角度を示す線図である。
【図１０】図１０は単木の幹体積と幹曲がりの算定結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、レーザー走査装置１０を用いた三次元測定対象物、本実施例では、地表面Ｅと、その上の森林１を構成する樹木２の形態を毎木調査する本発明方法の手順を示す流れ図である。
【００３１】
レーザー走査装置１０は、本実施例では地表面に設置される地上レーザー走査装置である。本実施例では、図２に示す如く、本発明方法が適用される1ha〜4haに渡る調査範囲の地表面に、縦横一定間隔ａ×ｂ、好適にはａとｂが30ｍ〜100ｍ間隔、より好適にはａとｂが50ｍ間隔をなす格子を想定し、格子の各交差点にレーザー走査装置１０を配置する。本実施例では、１台のレーザー走査装置１０を用い、この１台のレーザー走査装置１０を格子の各交差点に順に移動して計測動作する。
【００３２】
レーザー走査装置１０を上述の如くの格子の交差点（観測点）に配置することで、格子の各交差点に配置された各レーザー走査装置１０が調査範囲の各所（各樹木２）について得る反射データを互いに補完し合うことにより、当該各所（各樹木２）における反射データの欠損を最小限にし、走査効率を向上できる。そして、各観測点でレーザー走査装置１０の回転角α、傾角βのデータをそれぞれ後述する如くに360度、100度としてデータ取得することで、1ha〜4haの調査範囲の森林１における各樹木２の樹幹３等の形態を１日６時間で正確に毎木調査可能にした。これにより、航空機レーザー走査装置を用いた場合に匹敵する広い調査範囲を高速短時間で高精度に調査できる。
【００３３】
ここで、レーザー走査装置１０は、三脚台の上で、鉛直軸まわりに回転し、かつ水平面に対して傾動可能とされるチルト台に設置されて用いられる。レーザー走査装置１０は、図３に示す如く、鉛直高さ方向ｚに沿って上下動する各計測高さ位置で、水平面上における回転角α360度、水平面に対する傾角β100度（水平面に対して上向き＋60度、下向き−40度）の走査領域に対し、レーザーＬを一定のピッチ角γで照射する。レーザー走査装置１０は、レーザーＬの照射光Ｌ1が走査領域に存在する測定対象物（地表面Ｅ又は森林１の樹木２）の反射点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）で反射されたとき、その反射点Ｐからの反射光Ｌ2を受光する。レーザー走査装置１０は、１つのレーザーＬの照射から受光までの時間により、レーザー走査装置１０の設置位置から反射点Ｐまでの距離を算出し、調査範囲における当該反射点Ｐの三次元座標化された位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。
【００３４】
また、レーザー走査装置１０は、例えばRIEGL VZ-400（商品名）を採用でき、エコーデジタル処理とオンライン波形分析機能を具備する。これにより、レーザー走査装置１０は、レーザーＬの同一照射ライン上にある樹木の枝、葉、幹等の複数の反射点Ｐからのレーザー反射をデジタル処理して抽出し、波形分析することにより、それらの各反射点Ｐの三次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）を反射データとして高精度に算出できる。これにより、レーザー走査装置１０は、細かな葉や枝の後ろ側にある物からの反射も把握でき、結果として１つの設置カ所から広範囲に、樹木の頂点も把握し得るような反射データの取得ができる。
【００３５】
しかるに、レーザー走査装置１０が上述の如くに算出したレーザーの反射データを取得したコンピュータは、本発明の三次元測定対象物、具体的には地表面Ｅと、その上の森林１の樹木２の形態を以下の手順で調査する。
【００３６】
(1)コンピュータは、レーザー走査装置１０（図２の格子の各交差点に配置された複数のレーザー走査装置１０をいう、以下同じ）が、図２に示した調査範囲内で、地上物（森林１の樹木２）が存在する走査領域にレーザーＬを照射したとき、該レーザーＬの多数の反射点Ｐの各点を、三次元座標化された反射データの点（ｘ，ｙ，ｚ）として取得する。コンピュータが取得したそのレーザーデータの点群は、地表面Ｅと森林１の各樹木２に対応する図４に示す如くの絵柄を描くものになる。
【００３７】
コンピュータは、レーザー走査装置１０が走査した調査範囲の水平面上に多数のグリッド、好適には10cm四方〜1ｍ四方のグリッド、より好適には50cm四方のグリッドを派生させ、各グリッド（ピクセル）の中にある点群Ｐg（ｘg，ｙg，ｚg）の鉛直座標分布ｚgから標高値の最も低い低位点ｚLを抽出する。各グリッドで抽出された低位点ｚLを用いて、図５に示す如くの調査範囲の地形モデルＤＴＭ（Digital Terrain Model）を作成する。これにより、地表面からの反射データをそれ以外の植物等からの反射データと区別し得るものになる。
【００３８】
尚、各グリッドで抽出された低位点ｚLのデータは図５（Ａ）に示した如くのノイズ（地表面とは言えない突起物等）が多いデータであるから、画像フィルターを用いて、図５（Ｂ）に示す如くのノズルを低減したデータにする。ノイズの低減手法としては、データが欠損している場所（穴）には近隣の各ピクセルの低位点ｚLの平均値で補間し、ノイズがある場所では近隣の各ピクセルの低位点ｚLの平均値と比較してそのノイズを除去する。この画像フィルターを繰り返し導入することで、滑らかでノイズや穴のない地形モデルＤＴＭを作成できる。
【００３９】
(2)コンピュータは、上述(1)で調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群Ｐgのデータの鉛直座標分布ｚgから標高値の最も高い高位点ｚHを抽出する。各グリッドで抽出された高位点ｚHを用いて、調査範囲における地上物（森林１の樹木２）の表面モデルＤＳＭ（Digital Surface Model）を作成する。この表面モデルＤＳＭは樹木２の樹冠の高さレベルを示すものになる。
【００４０】
(3)コンピュータは、上述(1)の調査範囲に高さの異なる複数の地上物（森林１の樹木２）が存在するとき、該調査範囲における上述(2)の表面モデルＤＳＭと上述(1)の地形モデルＤＴＭの、各水平座標位置（ｘ，ｙ）での高さ（ｚ）の差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた図６（Ａ）に示す如くの各地上物（樹木２）の高さだけを表す高さモデルＤＣＭ（Digital Canopy Model）を作成する。高さモデルＤＣＭの上面は、各樹木２の樹高の最高点が形成する多数の山と、各山の間の谷とからなる。
【００４１】
コンピュータは、高さモデルＤＣＭにWatershed Segmentation法を適用し、高さモデルＤＣＭに表れる各山の個々が、それらの周囲の谷により囲まれる水平座標（ｘ，ｙ）の範囲を、各地上物（樹木２）の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…として判別する。
【００４２】
コンピュータは、このようにして判別された図６（Ｂ）に示す如くの各樹木２の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…の中にある点群Ｐwのデータに基づき、各樹木２を単木の単位にて図７（Ａ）に示す如くに抽出する。コンピュータは、各樹木２の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…、及び各樹木２に属する点群Ｐwを、単木毎に互いに色分け表示できる。
【００４３】
コンピュータは、各樹木２の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…にある点群Ｐw（ｘw，ｙw，ｚw）の鉛直座標分布ｚwから標高値の最も高い高位点（ピーク）を、当該樹木２の樹高として算定する。
【００４４】
(4)コンピュータは、上述(3)により単木の単位にて抽出した樹木２の点群Ｐwの中で、前述の如く最高点（樹高計測箇所）を始点とし、Dijkstra法を用いて、樹幹３のデータを抽出し、該樹幹３の位置を判別する。
【００４５】
このとき、Voxel法を以下の如くに併用することで、Dijkstra法の計算処理速度を向上させる。
【００４６】
即ち、コンピュータは、単木の単位にて抽出した樹木２の最高点（樹高計測箇所）を始点とし、その地表点（樹木の地表にある点）を終点とする。そして、図７（Ｂ）に示す如く、樹木２の全点群Ｐwを複数の単位サイズの箱４により囲み分けする。更に、樹木２の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱４を選択し、選択した各箱４を順につないだものを、図７（Ｃ）に示す如くの当該樹木２の樹幹３として判別する。
【００４７】
(5)コンピュータは、上述(4)により判別した樹木２の樹幹３のデータを、一定間隔の高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群Ｐh（ｘh，ｙh，ｚh）を抽出し、この点群Ｐhから各層の樹幹３の幹中心３Ｃ、幹周（樹幹３の周形状、周長）、幹直径及び／又は幹面積（樹幹３の断面積）等からなる幹データを算定する。
【００４８】
このとき、樹木２の樹幹３が他の樹木２、枝葉等に邪魔され、幹周の一部しか、又は幹周の一側面しかレーザーが照射されず、当該樹幹３の幹周のレーザーデータが欠損している場合がある。安全な幹周のデータが得られなくても、樹幹３の幹中心３Ｃ、幹直径等を以下の如くに算定可能にした。
【００４９】
即ち、コンピュータは、図８に示す如く、レーザーデータが幹周の一部で欠損していても、得られている幹周の点群Ｐhを周方向にグループ分けし、各点群グループで主成分分析を行なう。各点群グループの第１主成分を求め、この第１主成分に直交する第２主成分を求める。各点群グループについて求めた第２主成分の交点を樹幹３の幹中心３Ｃとし、その幹中心３Ｃと周皮（幹周）（周皮からのレーザー反射）との距離を幹直径と推定する。また、樹幹３の幹直径から幹周、幹面積も算定できる。
【００５０】
ここで、図９は、樹幹３の幹周のレーザーデータが欠損しているとき、幹周のレーザーデータが得られている幹中心まわりの角度範囲（幹周データ取得角度θ）と、これによって算定され得る幹中心が正しい中心に対するずれ量（幹中心ずれ量ΔＣ）との関係を調査した実験結果である。図９によれば、樹幹３の幹中心３Ｃを推定するに必要な幹周データ取得角度θは、好適には100度以上、より好適には150度以上であることが認められる。幹周データ取得角度θが150度以上であれば、10％のエラー内で正確な幹半径（幹直径）を得ることができる。但し、幹周データ取得角度θが上述の100度、150度というとき、それらの幹周データ取得角度θ内にデータが実質的に連続してあれば良く、幹周データ取得角度θ内におけるデータの僅かな欠けは許される。
【００５１】
(6)コンピュータは、上述(5)により算定した樹木２の樹幹３の幹データに基づき、樹幹３の幹体積、及び／又は幹高さ方向の幹曲がり（歪み、反り等を含む）を算定する。
【００５２】
即ち、樹木２の樹幹３の各層の幹面積を各層の間隔で積分する如くに重ね合せることにより、樹幹３の幹体積を算定できる。また、樹木２の樹幹３の各層の幹中心３Ｃを高さ方向に重ね合せることにより、樹幹３の幹高さ方向の幹曲がりを算定できる。
【００５３】
樹木２の樹幹３について取得した図１０（Ａ）のレーザーデータに対し、本発明方法により算定した樹幹３の高さ方向の各層の幹周形態を図１０（Ｂ）に示し、各層の幹半径、幹体積を図１０（Ａ）に示す。本発明方法により、樹木２の樹幹３の形態を実物に対し違和感なく正確に毎木調査できることを認めた。
【００５４】
従って、本発明によれば、地表面、地物、構造物等の地形データを取得するとともに、地表面の上の立木である各樹木２の位置、その樹幹３の樹高、幹直径、幹体積、曲がりや反り等の品質を併せてデータ化し、立木を切り倒すことなく、調査範囲の森林１の全体に渡る樹木２の形態を調査し、森林価値を算定できる。森林１の全体に渡る各樹木２の調査結果は、間伐材の効果的な選択、効率的な作業路線の計画立案等の作業ステップでも利用でき、林業の更なる情報化を促進する。
【００５５】
また、森林１の全体に渡る各樹木２の樹幹３の幹直径、幹体積、幹曲がりを、直接計測によって定量化できる特異性、優位性は高い。そして、各樹木２の樹幹３の正しく算定された幹体積からその質量を正しく把握でき、この幹質量に樹種による枝葉と根の拡大係数、及び炭素係数を用いることで、当該樹木２による二酸化炭素の吸収量を高精度に求め、ひいてはカーボンクレジットの制度を利用し、森林の管理資金を安定的に調達できる。循環型環境社会に適合する新たな林業経営にも大きく寄与できる。
【００５６】
ここで、本発明は、コンピュータをして、上述(1)〜(6)の各手順を実行する手段として機能させるためのプログラムを含む。
【００５７】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明は航空機レーザー装置を用いた三次元測定対象物の形態調査方法にも適用できる。また、測定対象物を地表面の上の車両、建築物、構造物、人等の動物とするものにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、三次元測定対象物の形態調査方法であり、測定対象物を森林の樹木とするとき、以下の如くに、自動で毎木調査できる。即ち、レーザー走査装置から照射されたレーザーの反射点の点群を入力として地形モデルＤＴＭ、表面モデルＤＳＭを作成し、それらの差分からその樹木の高さだけを表す高さモデルＤＣＭを作成する。作成された高さモデルＤＣＭに例えばWatershed Segmentation法を適用することで各樹木の単木単位の占有範囲を算定し、この占有範囲にある点群に例えばDijkstra法を適用することで各樹木の樹幹を他の部分と判別する。各樹木の樹幹を高さ別に層状化し、各層の点群から樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する。更に、幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹曲がりを算定するものである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 森林
２ 樹木
３ 樹幹
１０ レーザー走査装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定対象物の形態調査方法に係り、特に森林における樹木の形態を調査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
森林における樹木の位置、本数、樹冠面積、樹高、樹幹の幹周、幹直径、幹体積、幹曲がり等を把握することは、森林の形態を定量化し、森林の維持管理の上で重要である。
【０００３】
樹木の樹幹の体積から該樹幹の質量を把握し、更に樹種による枝葉と根の拡大係数、及び炭素係数を用いることで、当該樹木による二酸化炭素の吸収量を算定することもできる。この値をカーボンクレジットとして取り扱う制度もあり、この制度の利用によって森林の管理資金を調達することもできる。
【０００４】
樹木の樹幹の体積は、予め伐採した樹木の実測結果から作成済の樹種別の材積式に、今回算定対象となる樹木の樹高と樹幹直径（胸高直径）を当てはめることで求めることができる。
【０００５】
このとき、従来技術では、今回算定対象の樹木の樹高、樹幹直径等は、特許文献１に記載の地上レーザー走査装置、又は特許文献２に記載の航空機レーザー走査装置等を用いて計測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表2000-509150
【特許文献２】特開2008-111725
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の地上レーザー走査装置を用いる方法では、地上に配置された従来の地上レーザー走査装置から照射されるレーザーが樹木を見上げる角度になり、樹木の下部の樹幹、枝、葉等がレーザーを多く反射する障害物になり、これらの障害物が当該樹木又は他の樹木からの反射データを欠損させ、樹木の樹高、樹幹直径等を設定しづらい。
【０００８】
特許文献２に記載の航空機レーザー走査装置を用いる方法では、航空機に搭載された従来の航空機レーザー走査装置から照射されるレーザーが樹木の樹冠に反射されて地上に届かず、地形モデルが作成しづらい。それ故、樹木の樹高、胸高直径等を正しく計測することに困難がある。
【０００９】
本発明の課題は、レーザー走査装置により三次元測定対象物の形態を正しく測量し、調査することにある。
【００１０】
本発明の他の課題は、レーザー走査装置により、森林における樹木の位置、本数、樹冠面積、樹高、樹幹の幹周、幹直径等を正しく計測し、ひいては樹幹の幹体積、幹曲がり等を正しく把握することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得し、前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する三次元測定対象物の形態調査方法である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成するようにしたものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において更に、前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成し、高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とするようにしたものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において更に、前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出するようにしたものである。また同時に、樹木位置を把握したものである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の三次元測定対象物の形態調査方法であって、単木の単位にて抽出した最高点を樹高として計測し、樹高測定箇所を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別するようにしたものである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において更に、前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定するようにしたものである。また、胸高直径を計測するようにしたものである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において更に、前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定するようにしたものである。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれかに係る発明において更に、前記レーザー走査装置が地表面に設置されてなるようにしたものである。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の三次元測定対象物の形態調査方法が適用される調査範囲の地表面に縦横一定間隔をなす格子を想定し、格子の各交差点にレーザー走査装置を配置するようにしたものである。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、コンピュータを、レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得する手段と、前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する手段として機能させるためのプログラムである。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成する手段として機能させるようにしたものである。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成する手段と、高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とする手段として機能させるようにしたものである。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、請求項１２に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出する手段として機能させるようにしたものである。また同時に、樹木位置を把握したものである。
【００２４】
請求項１４に係る発明は、請求項１３に係る発明において更に、前記コンピュータを、単木の単位にて抽出した最高点を樹高として計測し、樹高測定箇所を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別する手段として機能させるようにしたものである。
【００２５】
請求項１５に係る発明は、請求項１４に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する手段として機能させるようにしたものである。また、胸高直径を計測するようにしたものである。
【００２６】
請求項１６に係る発明は、請求項１５に係る発明において更に、前記コンピュータを、前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定する手段として機能させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、レーザー走査装置により三次元測定対象物の形態を正しく測量し、調査することができる。
【００２８】
また、レーザー走査装置により、森林における樹木の位置、本数、樹冠面積、樹高、樹幹の幹周、幹直径等を正しく計測し、ひいては樹幹の幹体積、幹曲がり等を正しく把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明による三次元測定対象物の形態調査手順を示す流れ図である。
【図２】図２はレーザー走査装置の配置を示す模式図である。
【図３】図３はレーザー走査装置の計測原理を示す模式図である。
【図４】図４は地表面と樹木のレーザーデータを示す模式図である。
【図５】図５は地形モデルのノイズ処理方法を示す模式図である。
【図６】図６は高さモデルを用いる単木の占有範囲判別方法を示す模式図である。
【図７】図７は単木の樹幹判別方法を示す模式図である。
【図８】図８は単木の樹幹中心算定方法を示す模式図である。
【図９】図９は単木に必要とされる幹周データ取得角度を示す線図である。
【図１０】図１０は単木の幹体積と幹曲がりの算定結果を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、レーザー走査装置１０を用いた三次元測定対象物、本実施例では、地表面Ｅと、その上の森林１を構成する樹木２の形態を毎木調査する本発明方法の手順を示す流れ図である。
【００３１】
レーザー走査装置１０は、本実施例では地表面に設置される地上レーザー走査装置である。本実施例では、図２に示す如く、本発明方法が適用される1ha〜4haに渡る調査範囲の地表面に、縦横一定間隔ａ×ｂ、好適にはａとｂが30ｍ〜100ｍ間隔、より好適にはａとｂが50ｍ間隔をなす格子を想定し、格子の各交差点にレーザー走査装置１０を配置する。本実施例では、１台のレーザー走査装置１０を用い、この１台のレーザー走査装置１０を格子の各交差点に順に移動して計測動作する。
【００３２】
レーザー走査装置１０を上述の如くの格子の交差点（観測点）に配置することで、格子の各交差点に配置された各レーザー走査装置１０が調査範囲の各所（各樹木２）について得る反射データを互いに補完し合うことにより、当該各所（各樹木２）における反射データの欠損を最小限にし、走査効率を向上できる。そして、各観測点でレーザー走査装置１０の回転角α、傾角βのデータをそれぞれ後述する如くに360度、100度としてデータ取得することで、1ha〜4haの調査範囲の森林１における各樹木２の樹幹３等の形態を１日６時間で正確に毎木調査可能にした。これにより、航空機レーザー走査装置を用いた場合に匹敵する広い調査範囲を高速短時間で高精度に調査できる。
【００３３】
ここで、レーザー走査装置１０は、三脚台の上で、鉛直軸まわりに回転し、かつ水平面に対して傾動可能とされるチルト台に設置されて用いられる。レーザー走査装置１０は、図３に示す如く、鉛直高さ方向ｚに沿って上下動する各計測高さ位置で、水平面上における回転角α360度、水平面に対する傾角β100度（水平面に対して上向き＋60度、下向き−40度）の走査領域に対し、レーザーＬを一定のピッチ角γで照射する。レーザー走査装置１０は、レーザーＬの照射光Ｌ1が走査領域に存在する測定対象物（地表面Ｅ又は森林１の樹木２）の反射点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）で反射されたとき、その反射点Ｐからの反射光Ｌ2を受光する。レーザー走査装置１０は、１つのレーザーＬの照射から受光までの時間により、レーザー走査装置１０の設置位置から反射点Ｐまでの距離を算出し、調査範囲における当該反射点Ｐの三次元座標化された位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。
【００３４】
また、レーザー走査装置１０は、例えばRIEGL VZ-400（商品名）を採用でき、エコーデジタル処理とオンライン波形分析機能を具備する。これにより、レーザー走査装置１０は、レーザーＬの同一照射ライン上にある樹木の枝、葉、幹等の複数の反射点Ｐからのレーザー反射をデジタル処理して抽出し、波形分析することにより、それらの各反射点Ｐの三次元座標位置（ｘ，ｙ，ｚ）を反射データとして高精度に算出できる。これにより、レーザー走査装置１０は、細かな葉や枝の後ろ側にある物からの反射も把握でき、結果として１つの設置カ所から広範囲に、樹木の頂点も把握し得るような反射データの取得ができる。
【００３５】
しかるに、レーザー走査装置１０が上述の如くに算出したレーザーの反射データを取得したコンピュータは、本発明の三次元測定対象物、具体的には地表面Ｅと、その上の森林１の樹木２の形態を以下の手順で調査する。
【００３６】
(1)コンピュータは、レーザー走査装置１０（図２の格子の各交差点に配置された複数のレーザー走査装置１０をいう、以下同じ）が、図２に示した調査範囲内で、地上物（森林１の樹木２）が存在する走査領域にレーザーＬを照射したとき、該レーザーＬの多数の反射点Ｐの各点を、三次元座標化された反射データの点（ｘ，ｙ，ｚ）として取得する。コンピュータが取得したそのレーザーデータの点群は、地表面Ｅと森林１の各樹木２に対応する図４に示す如くの絵柄を描くものになる。
【００３７】
コンピュータは、レーザー走査装置１０が走査した調査範囲の水平面上に多数のグリッド、好適には10cm四方〜1ｍ四方のグリッド、より好適には50cm四方のグリッドを派生させ、各グリッド（ピクセル）の中にある点群Ｐg（ｘg，ｙg，ｚg）の鉛直座標分布ｚgから標高値の最も低い低位点ｚLを抽出する。各グリッドで抽出された低位点ｚLを用いて、図５に示す如くの調査範囲の地形モデルＤＴＭ（Digital Terrain Model）を作成する。これにより、地表面からの反射データをそれ以外の植物等からの反射データと区別し得るものになる。
【００３８】
尚、各グリッドで抽出された低位点ｚLのデータは図５（Ａ）に示した如くのノイズ（地表面とは言えない突起物等）が多いデータであるから、画像フィルターを用いて、図５（Ｂ）に示す如くのノズルを低減したデータにする。ノイズの低減手法としては、データが欠損している場所（穴）には近隣の各ピクセルの低位点ｚLの平均値で補間し、ノイズがある場所では近隣の各ピクセルの低位点ｚLの平均値と比較してそのノイズを除去する。この画像フィルターを繰り返し導入することで、滑らかでノイズや穴のない地形モデルＤＴＭを作成できる。
【００３９】
(2)コンピュータは、上述(1)で調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群Ｐgのデータの鉛直座標分布ｚgから標高値の最も高い高位点ｚHを抽出する。各グリッドで抽出された高位点ｚHを用いて、調査範囲における地上物（森林１の樹木２）の表面モデルＤＳＭ（Digital Surface Model）を作成する。この表面モデルＤＳＭは樹木２の樹冠の高さレベルを示すものになる。
【００４０】
(3)コンピュータは、上述(1)の調査範囲に高さの異なる複数の地上物（森林１の樹木２）が存在するとき、該調査範囲における上述(2)の表面モデルＤＳＭと上述(1)の地形モデルＤＴＭの、各水平座標位置（ｘ，ｙ）での高さ（ｚ）の差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた図６（Ａ）に示す如くの各地上物（樹木２）の高さだけを表す高さモデルＤＣＭ（Digital Canopy Model）を作成する。高さモデルＤＣＭの上面は、各樹木２の樹高の最高点が形成する多数の山と、各山の間の谷とからなる。
【００４１】
コンピュータは、高さモデルＤＣＭにWatershed Segmentation法を適用し、高さモデルＤＣＭに表れる各山の個々が、それらの周囲の谷により囲まれる水平座標（ｘ，ｙ）の範囲を、各地上物（樹木２）の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…として判別する。
【００４２】
コンピュータは、このようにして判別された図６（Ｂ）に示す如くの各樹木２の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…の中にある点群Ｐwのデータに基づき、各樹木２を単木の単位にて図７（Ａ）に示す如くに抽出する。コンピュータは、各樹木２の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…、及び各樹木２に属する点群Ｐwを、単木毎に互いに色分け表示できる。
【００４３】
コンピュータは、各樹木２の占有範囲２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…にある点群Ｐw（ｘw，ｙw，ｚw）の鉛直座標分布ｚwから標高値の最も高い高位点（ピーク）を、当該樹木２の樹高として算定する。
【００４４】
(4)コンピュータは、上述(3)により単木の単位にて抽出した樹木２の点群Ｐwの中で、前述の如く最高点（樹高計測箇所）を始点とし、Dijkstra法を用いて、樹幹３のデータを抽出し、該樹幹３の位置を判別する。
【００４５】
このとき、Voxel法を以下の如くに併用することで、Dijkstra法の計算処理速度を向上させる。
【００４６】
即ち、コンピュータは、単木の単位にて抽出した樹木２の最高点（樹高計測箇所）を始点とし、その地表点（樹木の地表にある点）を終点とする。そして、図７（Ｂ）に示す如く、樹木２の全点群Ｐwを複数の単位サイズの箱４により囲み分けする。更に、樹木２の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱４を選択し、選択した各箱４を順につないだものを、図７（Ｃ）に示す如くの当該樹木２の樹幹３として判別する。
【００４７】
(5)コンピュータは、上述(4)により判別した樹木２の樹幹３のデータを、一定間隔の高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群Ｐh（ｘh，ｙh，ｚh）を抽出し、この点群Ｐhから各層の樹幹３の幹中心３Ｃ、幹周（樹幹３の周形状、周長）、幹直径及び／又は幹面積（樹幹３の断面積）等からなる幹データを算定する。
【００４８】
このとき、樹木２の樹幹３が他の樹木２、枝葉等に邪魔され、幹周の一部しか、又は幹周の一側面しかレーザーが照射されず、当該樹幹３の幹周のレーザーデータが欠損している場合がある。安全な幹周のデータが得られなくても、樹幹３の幹中心３Ｃ、幹直径等を以下の如くに算定可能にした。
【００４９】
即ち、コンピュータは、図８に示す如く、レーザーデータが幹周の一部で欠損していても、得られている幹周の点群Ｐhを周方向にグループ分けし、各点群グループで主成分分析を行なう。各点群グループの第１主成分を求め、この第１主成分に直交する第２主成分を求める。各点群グループについて求めた第２主成分の交点を樹幹３の幹中心３Ｃとし、その幹中心３Ｃと周皮（幹周）（周皮からのレーザー反射）との距離を幹直径と推定する。また、樹幹３の幹直径から幹周、幹面積も算定できる。
【００５０】
ここで、図９は、樹幹３の幹周のレーザーデータが欠損しているとき、幹周のレーザーデータが得られている幹中心まわりの角度範囲（幹周データ取得角度θ）と、これによって算定され得る幹中心が正しい中心に対するずれ量（幹中心ずれ量ΔＣ）との関係を調査した実験結果である。図９によれば、樹幹３の幹中心３Ｃを推定するに必要な幹周データ取得角度θは、好適には100度以上、より好適には150度以上であることが認められる。幹周データ取得角度θが150度以上であれば、10％のエラー内で正確な幹半径（幹直径）を得ることができる。但し、幹周データ取得角度θが上述の100度、150度というとき、それらの幹周データ取得角度θ内にデータが実質的に連続してあれば良く、幹周データ取得角度θ内におけるデータの僅かな欠けは許される。
【００５１】
(6)コンピュータは、上述(5)により算定した樹木２の樹幹３の幹データに基づき、樹幹３の幹体積、及び／又は幹高さ方向の幹曲がり（歪み、反り等を含む）を算定する。
【００５２】
即ち、樹木２の樹幹３の各層の幹面積を各層の間隔で積分する如くに重ね合せることにより、樹幹３の幹体積を算定できる。また、樹木２の樹幹３の各層の幹中心３Ｃを高さ方向に重ね合せることにより、樹幹３の幹高さ方向の幹曲がりを算定できる。
【００５３】
樹木２の樹幹３について取得した図１０（Ａ）のレーザーデータに対し、本発明方法により算定した樹幹３の高さ方向の各層の幹周形態を図１０（Ｂ）に示し、各層の幹半径、幹体積を図１０（Ａ）に示す。本発明方法により、樹木２の樹幹３の形態を実物に対し違和感なく正確に毎木調査できることを認めた。
【００５４】
従って、本発明によれば、地表面、地物、構造物等の地形データを取得するとともに、地表面の上の立木である各樹木２の位置、その樹幹３の樹高、幹直径、幹体積、曲がりや反り等の品質を併せてデータ化し、立木を切り倒すことなく、調査範囲の森林１の全体に渡る樹木２の形態を調査し、森林価値を算定できる。森林１の全体に渡る各樹木２の調査結果は、間伐材の効果的な選択、効率的な作業路線の計画立案等の作業ステップでも利用でき、林業の更なる情報化を促進する。
【００５５】
また、森林１の全体に渡る各樹木２の樹幹３の幹直径、幹体積、幹曲がりを、直接計測によって定量化できる特異性、優位性は高い。そして、各樹木２の樹幹３の正しく算定された幹体積からその質量を正しく把握でき、この幹質量に樹種による枝葉と根の拡大係数、及び炭素係数を用いることで、当該樹木２による二酸化炭素の吸収量を高精度に求め、ひいてはカーボンクレジットの制度を利用し、森林の管理資金を安定的に調達できる。循環型環境社会に適合する新たな林業経営にも大きく寄与できる。
【００５６】
ここで、本発明は、コンピュータをして、上述(1)〜(6)の各手順を実行する手段として機能させるためのプログラムを含む。
【００５７】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明は航空機レーザー装置を用いた三次元測定対象物の形態調査方法にも適用できる。また、測定対象物を地表面の上の車両、建築物、構造物、人等の動物とするものにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、三次元測定対象物の形態調査方法であり、測定対象物を森林の樹木とするとき、以下の如くに、自動で毎木調査できる。即ち、レーザー走査装置から照射されたレーザーの反射点の点群を入力として地形モデルＤＴＭ、表面モデルＤＳＭを作成し、それらの差分からその樹木の高さだけを表す高さモデルＤＣＭを作成する。作成された高さモデルＤＣＭに例えばWatershed Segmentation法を適用することで各樹木の単木単位の占有範囲を算定し、この占有範囲にある点群に例えばDijkstra法を適用することで各樹木の樹幹を他の部分と判別する。各樹木の樹幹を高さ別に層状化し、各層の点群から樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する。更に、幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹曲がりを算定するものである。
【符号の説明】
【００５９】
１ 森林
２ 樹木
３ 樹幹
１０ レーザー走査装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得し、
前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項２】
前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成する請求項１に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項３】
前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成し、
高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とする請求項２に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項４】
前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出する請求項３に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の三次元測定対象物の形態調査方法であって、単木の単位にて抽出した樹木の最高点を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別する三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項６】
前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する請求項５に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項７】
前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定する請求項６に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項８】
前記レーザー走査装置が地表面に設置されてなる請求項１〜７のいずれかに記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項９】
請求項８に記載の三次元測定対象物の形態調査方法が適用される調査範囲の地表面に縦横一定間隔をなす格子を想定し、格子の各交差点にレーザー走査装置を配置する請求項８に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得する手段と、
前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項１１】
前記コンピュータを、
前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成する手段
として機能させるための請求項１０に記載のプログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータを、
前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成する手段と、
高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とする手段
として機能させるための請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１３】
前記コンピュータを、
前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出する手段
として機能させるための請求項１２に記載のプログラム。
【請求項１４】
前記コンピュータを、
単木の単位にて抽出した樹木の最高点を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別する手段
として機能させるための請求項１３に記載のプログラム。
【請求項１５】
前記コンピュータを、
前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する手段
として機能させるための請求項１４に記載のプログラム。
【請求項１６】
前記コンピュータを、
前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定する手段
として機能させるための請求項１５に記載のプログラム。
【請求項１】
レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得し、
前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項２】
前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成する請求項１に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項３】
前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成し、
高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とする請求項２に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項４】
前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出する請求項３に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の三次元測定対象物の形態調査方法であって、単木の単位にて抽出した樹木の最高点を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別する三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項６】
前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する請求項５に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項７】
前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定する請求項６に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項８】
前記レーザー走査装置が地表面に設置されてなる請求項１〜７のいずれかに記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項９】
請求項８に記載の三次元測定対象物の形態調査方法が適用される調査範囲の地表面に縦横一定間隔をなす格子を想定し、格子の各交差点にレーザー走査装置を配置する請求項８に記載の三次元測定対象物の形態調査方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
レーザー走査装置が調査範囲にレーザーを照射したとき、該レーザーの多数の反射点の各点を、三次元座標化された点として取得する手段と、
前記調査範囲の水平面上に多数のグリッドを派生させ、各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も低い低位点を抽出し、各グリッドで抽出された低位点を用いて調査範囲の地形モデルを作成する手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項１１】
前記コンピュータを、
前記調査範囲に派生させた各グリッドの中にある点群の鉛直座標分布から標高値の最も高い高位点を抽出し、各グリッドで抽出された高位点を用いて調査範囲における地上物の表面モデルを作成する手段
として機能させるための請求項１０に記載のプログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータを、
前記調査範囲に高さの異なる複数の地上物が存在するとき、該調査範囲における表面モデルと地形モデルの差分を求めることにより、地表面の凹凸の影響を除いた各地上物の高さだけを表す高さモデルを作成する手段と、
高さモデルに表われる各山の個々が谷により囲まれる水平範囲を、各地上物の占有範囲とする手段
として機能させるための請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１３】
前記コンピュータを、
前記地上物を森林内の樹木とし、森林を構成する各樹木の占有範囲に基づいて各樹木を単木の単位にて抽出する手段
として機能させるための請求項１２に記載のプログラム。
【請求項１４】
前記コンピュータを、
単木の単位にて抽出した樹木の最高点を始点とし、その地表点を終点とするとともに、該樹木の全点群を複数の単位サイズの箱により囲み分けし、該樹木の始点と終点を結ぶ直線に対して最短距離にある各箱を選択し、選択した各箱を順につないだものを該樹木の樹幹と判別する手段
として機能させるための請求項１３に記載のプログラム。
【請求項１５】
前記コンピュータを、
前記樹木の樹幹を高さ別に層状化し、高さの各層の中にある点群から、各層の樹幹の幹中心、幹周、幹直径、及び／又は幹面積からなる幹データを算定する手段
として機能させるための請求項１４に記載のプログラム。
【請求項１６】
前記コンピュータを、
前記幹データに基づき、樹幹の幹体積、及び／又は幹高さ方向の曲がりを算定する手段
として機能させるための請求項１５に記載のプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−８８１８８（Ｐ２０１３−８８１８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７１６５（Ｐ２０１１−２２７１６５）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（５１１２４９１３２）富士設計株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（５１１２４９１３２）富士設計株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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