写真計測による3Dモデル構築システム 「Photo

写真計測による３Dモデル構築システム
「Photo-IDEA」のご紹介
※NETIS登録申請中
－維持管理業務における３次元計測手法の活用－
３次元立体モデル簡易計測手法とは？
標的あり
標的の中心点
を精度±1mm
（標準偏差）
オーダで観測
が可能
【定義】 対象物をカメラで数箇所から撮影し、その画像
をパソコンで解析することで、画像の２次元座標から対象
物の３次元座標を計測する。
標的なし
標的なしで地物
の計測は±10cm
（標準偏差）
オーダで観測が
可能
1/11
写真撮影から立体モデル作成まで手法の流れ
（ターゲットありの場合、初回のみ）
現
地
作
業
基準点の設置・測量
ターゲットの例
写真撮影
現場へのターゲット設置例
基準点の標定
写
真
解
析
内部標定
相互標定
外部標定
三次元地形の解析イメージ
三次元地形の解析
図
化
三次元表面モデルの作成
2/11
三次元表面モデル作成イメージ
適用事例①：斜面変位量の把握（ターゲット方式の場合）
ターゲット方式により、実際のＴＳ測量値と写真計測を行った際の測量
値の精度差比較を行った事例
計測距離は20ｍ～50ｍの範囲
3/11
精度検証結果
X
TS測量値(m)
Y
Z
71
-86786.735
50481.308
38.252
-86786.727
50481.314
38.256
72
-86787.450
50482.006
38.263
-86787.445
50482.011
38.266
73
-86799.720
50464.269
30.192
-86799.725
50464.266
30.191
74
-86800.670
50464.582
30.186
-86800.675
50464.580
30.184
701
-86785.044
50479.411
37.944
-86785.034
50479.417
37.946
702
703
-86790.531
-86797.650
50482.800
50481.470
38.208
37.763
-86790.534
-86797.661
50482.801
50481.463
38.208
37.759
704
-86785.515
50473.581
35.095
-86785.507
50473.578
35.094
705
-86791.815
50477.147
35.105
-86791.821
50477.141
35.102
706
-86799.237
50476.585
35.086
-86799.250
50476.568
35.078
707
-86788.384
50463.658
30.008
-86788.388
50463.652
30.007
708
-86795.460
50464.769
30.277
-86795.467
50464.766
30.274
709
-86802.934
50463.698
29.940
-86802.935
50463.698
29.938
710
-86802.965
50459.736
26.891
-86802.962
50459.748
26.897
ID
写真計測測量値(m)
X
Y
Z
ΔX
0.008
0.005
-0.005
-0.004
0.010
-0.003
-0.011
0.008
-0.006
-0.013
-0.004
-0.007
-0.001
0.003
差値（ｍ）
ΔY
0.006
0.005
-0.003
-0.002
0.006
0.001
-0.007
-0.003
-0.006
-0.017
-0.006
-0.003
0.000
0.012
ΔZ
0.004
0.003
-0.001
-0.002
0.002
0.000
-0.004
-0.001
-0.003
-0.008
-0.001
-0.003
-0.002
0.006
精度差は、撮影ステーションの距離が20ｍ～50ｍ程度の標的に対して、
数mm~1ｃｍ程度の精度を確保することができる。
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適用事例②：河口砂洲の挙動把握（ノーターゲット方式の場合）
計測したい砂州の全体がみ
わたせる場所から写真を撮
影します。
この事例では、精度検証お
行うために、ターゲットを
設置した場合も写真撮影を
行いました。
複数枚の写真から、立体モ
デルを作成します。ここで
は、橋梁などを標定点とし
ています。
経年的に撮影を行い、被写
体の形状変化を３次元的に
捉えることができます。
立体モデルの作成
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精度検証結果（標高３次元モデル）
精度は10cm程度
水準測量と写真観測の比較（標準偏差）
横断線比較(No.1)
標高(m)
3
2.5
2
TS実測値
PM計測値
1.5
1
113mm
0.5
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
点番
標高３次元モデル＋水準測線
横断線比較（No.2）
標高(m)
3.5
3
39980.00
2.5
2
TS実測値
PM計測値
1.5
39960.00
1
0.5
105mm
0
1
39940.00
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27
点番
3.20
3.00
2.80
39920.00
横断線比較(No.3)
標高(m)
39900.00
2.60
3.500
2.40
3.000
2.20
2.500
2.000
2.00
39880.00
1.80
39860.00
TS実測値
PM計測値
1.500
1.000
1.60
0.500
1.40
0.000
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
121mm
27
点番
1.20
1.00
39840.00
0.80
0.60
横断線比較(No.4)
標高(m)
3.5
3
0.40
39820.00
0.20
4
2.5
2
TS実測値
PM計測値
1.5
39800.00
3
2
1
１
0.5
0
39780.00
-150200.00
-150160.00
-150120.00
-150080.00
123mm
-150040.00
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27
点番
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河口砂洲における写真観測の効果
観測結果
① 面的変動 ② 断面高さの変動 ③ 堆積量の変動
2回目
1回目
Z
1回目
2回目
Y
X
断面高さの変動
X
面的変動
＜洪水直後＞
＜半年後＞
出水時や洪水時期の観測により砂州の形状変化が把握できる。
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【活用事例】日野川河口砂州モニタリング結果
写真計測による河口砂州の定量的経年変化把握
●洪水(9/3)でフラッシュされた河口砂州は、約3ヶ月程で1万6千m3復元した。（T.P+0.6m以上のボリュームを算出）
日野川
河口砂州のボリューム変化一覧表
フラッシュされた河口砂州（2011／9／9撮影）
撮影日
9/3出水からの経過日数と河口砂州の発達状況図
9月29日 10月12日 11月22日 12月21日 2月29日
経過日数
26
39
80
109
179
V(m3)
422
3610
8199
16264
15255
0.607
0.557
0.607
0.357
0.262
潮位（T.P.m)
V＝T.P+0.607m以上のボリューム
河口砂州経年変化平面図
2011年9月29日
2011年10月12日
2011年11月22日
2011年12月21日
2012年2月29日
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（参考）写真計測による日野川河口砂州の定量的経年変化把握
●左右岸から撮影されたステレオ写真から砂州形状を3次元解析し、砂州の復元過程を定量的に把握した。
左
岸
か
ら
撮
影
右
岸
か
ら
撮
影
2011年9月29日
2011年10月12日
2011年11月22日
2011年12月21日
2012年2月29日
（潮位T.P+0.607）
（潮位T.P+0.557）
（潮位T.P+0.607）
（潮位T.P+0.357）
（潮位T.P+0.357）
撮影写真の平面幾何補正図
9
３次元立体モデル簡易計測手法の特徴
①高精度
→ 撮影条件によって、計測精度1mmオーダまで可能です。
②手 軽
→ 市販のデジカメ（1000万画素程度）で対応可能です。
③低価格
→ 写真撮影のみなので、長期間のモニタリングが可能です。
④非接触
→ 離れたところから直接触れずに対象物を観測可能です。
⑤短時間
→ 現場作業が短時間のため解析までの時間を短縮可能です。
10/11
災害対応への活用例
災害後、離れた位置から被災箇所を撮影した複数の写真から
簡易的な計測技術として活用できる。
11/11
①水位計や浸水センサーなどが設置できない
場所でも水位状況の監視を行いたい。
②急激な水位上昇を検知した時点で、メール
等で危険を察知したい。
③ リアルタイムの映像情報をPC・携帯電話
等で見たい。
1
リアルタイム画像と画像解析技術を組み合わせた自動判別システムを開発
CCTVカメラ
または
ネットワークカメラ
例）橋脚
はん濫危険水位
避難判断水位
データの転送
はん濫注意水位
ある一定の水位を超えた場合、カメラで監
視している画像から検知して、画像解析処理
を行い、河川管理者や利用者に対して危険を
知らせるメールを配信することができる。
アラートメールの配信
画像解析・データ配信
サーバ
画像の配信
2
（１）画面内の任意の場所に、自動判別するための「枠」を設定する
「枠」はいくつでも設定すること
ができます
画像内の任意箇所に「枠」を
設定することができます
3
（２）
「枠」の中に何か動態を検知したらメールを自動送信する
メール配信（第3弾）
メール配信（第2弾）
メール配信（第1弾）
アラートメールの発信は、
段階的に設定することができます
4
＜システム構成の例＞
ネットワークカメラ
通信カード（ＵＳＢ等）
携帯電話
静止画の保存・蓄積
通信インフラは、
携帯電話回線網
携帯回線網
でデータ送信
画像解析・データ配信
サーバ
未設置区間への設置
事務所
現場作業員
5
①画面の任意の場所に「判別枠」を指定
②リアルタイム画像から判別が可能
③メールによる自動配信が可能
④水位計等が無い場所でも判定が可能
⑤インフラの二重化が可能
（携帯電話回線網を利用したシステム）
6
1）既存のCCTV画像から水位判別を可能とする。
2）突発的な動態を検知し、自動録画および関係者
への画像・映像の自動配信を可能する。
3）太陽光や風力発電機器などと
組合せ、電源供給が難しい地点
での自動監視を可能とする。
監視カメラ部
Surveillance camera
太陽光パネル部
Solar panels
収納BOX部 Storage Box
（バッテリー、通信機器類 等）
（Battery、For communication
equipment etc.)
7