JP2018132993A - 建物設計情報修正支援装置、建物設計情報修正支援方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】情報量の少ない計測情報であっても当該計測情報と設計情報である３次元モデル情報との対応付けを行う。【解決手段】３次元計測部により計測された建物内の３次元情報から、建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する計測配置パターン抽出部と、予め記憶部に記憶された建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する設計配置パターン生成部と、計測配置パターンと設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、計測配置パターンと相関の高い設計配置パターンを選択する配置パターンマッチング部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、建物を実測した３次元計測情報と、設計情報（設計段階等の３次元モデル情報）とを対応づけ、設計情報を実測に合わせて修正するための建物設計情報修正支援装置、建物設計情報修正支援方法、及びプログラムに関する。

プラント建物内に任意の装置を新設する場合、建物設計図（設計情報）と照らし合わせて、実測の難しい地中配管等との整合性を取りながら、配置計画を行わなければならない。この配置計画を使用して、装置を建物内のどこに設置可能か、また、建物内に既設されたどの装置をどのように移動すれば占有効率や利用効率の向上を図ることができるかを検討する。

この際、建物および建物内に既設された装置等の内装物の位置情報を３次元的に計測し、建物設計図と対応付けることで、装置や配管の位置等詳細な寸法関係を把握したいという要望がある。一般には、プラント建物内の施行状態確認等のために３次元計測器等で対象物の点群データを計測し、点群データと設計情報（３次元モデル情報）との相違を確認し、３次元モデル情報の修正、追加等が行われる。

しかし、３次元モデルと点群データとの位置合わせが困難な場合がある。プラントのような建物においては、建物設計図には記入されていない内装物が数多く設置されている上、内装物の移動が建物設計図に反映されていない、あるいは、内装物が複雑で建物構造の建物設計図には記入されていない等、建物の現状と建物設計図が不整合であることが多い。建物の現状と建物設計図が不整合である場合、その実測された３次元の位置情報（以下、単に「３次元情報」ともいう）と建物設計図とのパターンマッチングをとることができなかった。また、プラントのように配管や制御盤、機材等の内装物が密に設置されている建物では、壁の露出が少なく、実際の建物構造と建物設計図との概略的な対応付け（回転や水平変位等）さえ困難であった。

例えば特許文献１では、実測した３次元情報から、内装物の遮蔽から免れた壁の一部を特定し、パターンマッチングにより壁と３次元モデルとのを行い、対応付けを行う技術が開示されている。

特開２０１４−０４１５００号公報

しかし、特許文献１の技術では、特徴的な壁面パターンを十分表しうる３次元計測情報を取得できなかったり、対称構造を持つ壁面パターンでは、パターンマッチする候補が複数発生したりし、対応付けがうまくいかない場合があった。

上記の状況から、情報量の少ない計測情報であっても当該計測情報と設計情報である３次元モデル情報との対応付けを行うことができる手法が要望されていた。

本発明の一態様の建物設計情報修正支援装置は、３次元計測部により計測された建物の３次元情報から、建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する計測配置パターン抽出部と、予め記憶部に記憶された建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する設計配置パターン生成部と、計測配置パターンと設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、計測配置パターンと相関の高い設計配置パターンを選択する配置パターンマッチング部と、を備える。

本発明の一態様の建物設計情報修正支援方法は、３次元計測部により計測された建物の３次元情報から、建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する計測配置パターンステップと、予め記憶部に記憶された建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する設計配置パターン生成ステップと、計測配置パターンと設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、計測配置パターンと相関の高い設計配置パターンを選択する配置パターンマッチングステップと、を含む。

本発明の一態様のプログラムは、上記建物設計情報修正支援方法をコンピューターに実行させるためのプログラムである。

本発明の少なくとも一態様によれば、少なくとも貫通部が含まれる壁の配置パターンを元に、建物の計測情報と３次元モデル情報の位置合わせを行うことができる。それゆえ、情報量の少ない計測情報と３次元モデル情報との対応付けが容易に実現可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る建物設計情報修正支援システムの全体構成例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るプラント建屋の壁の構造例を示す説明図である。 プラント建屋の壁に形成される開口部の説明図である。 本発明の一実施形態に係るプラント建屋の壁、貫通部及び点群データ取得例を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る建物設計情報修正支援装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る計測配置パターン抽出部の処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る法線直交方向点群スライスと連続部の説明図である。 本発明の一実施形態に係る配置パターン生成ステップのサブルーチンを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る貫通部を含む平面部の投影変換の説明図である。 本発明の一実施形態に係る設計配置パターン生成部の処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る配置パターンマッチング部の処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る計測配置パターンと設計配置パターンのパターンマッチングの説明図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。添付図面では実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

＜１．一実施形態＞
発明者等は、プラントにおいてより多くの特徴を持つ、配管等の壁面上における貫通部に着目する。配管等の貫通部は、壁面に形成された貫通孔の開口部分に相当するものであり、プラント内の主要箇所には必ず存在する。貫通部は、壁面、床面、天井面に対して、一定の特徴を持って存在する。これらの貫通部の配置パターンは、プラント内で同一となることはほとんどなく、その配置パターンを見れば、プラント内の位置を特定することも可能である。このような配置パターンは、部屋全体の壁面の情報を取得することなくとも、壁面の一部の情報から取得可能である。以下、本発明の一実施形態として、配管等の貫通部の配置パターンに着目した建物設計情報修正支援システムついて説明する。

［建物設計情報修正支援システムの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る建物設計情報修正支援システムの全体構成例を示している。建物設計情報修正支援システム１は、設計情報保持部１１、計測情報保持部１２、及びマッチング装置２０を備える。マッチング装置２０は、建物設計情報修正支援装置の一例でもあり、計測配置パターン抽出部２１、設計配置パターン生成部２２、配置パターンマッチング部２３、３次元位置特定部２４、及び修正処理部２５から構成される。

３次元計測部３０は、プラント建屋内の任意の一又は複数の点から放射状に複数の計測点までの距離を測定する。ここで、計測点は、３次元計測部３０から見通せる位置にある対象物（内装物や壁等）の表面の点であり、対象物の外形を表すことができる。

３次元計測部３０として光学式の計測器を用いることができる。例えば３次元計測部３０としてレーザー計測器を用いる場合、レーザー計測器のレーザー光を水平方向に投射、鉛直方向にスイープし、その投射光に対する対象物での反射光に基づいて距離を導出する。このような鉛直方向へのスイープ動作を、鉛直軸を中心にした円周方向に実施することで（水平３６０度）、建物１０内の見通せる範囲に存在する全ての対象物の距離を導出することができる。本実施形態では、３次元計測部３０としてレーザー計測器を例に挙げて説明する。

ただし、３次元計測部３０は、レーザー計測器に限定されず、可視カメラや赤外線等、既存の様々な測距手段を用いることができる。例えば、仮に、３次元計測部３０としてカメラを用いる場合、複数のカメラで撮像された撮像画像中の対象物（計測点）のそれぞれの位置（画角）を用い、３点測位法により対象物の距離を導出することができる。

３次元計測部３０による計測は、予め設計情報保持部１１に保持されたＣＡＤ（Computer-Aided Design）モデルからプラント建物の構造体を構成する面部（壁面等）と内装物との接続部分である貫通部を抽出し、面部における貫通部の配置パターンが特定可能な計測位置で行うことが望ましい。それにより、効率的な点群計測が可能となる。

設計情報保持部１１（記憶部の一例）は、プラント建屋の設計情報として、設計段階もしくは建築後の、ＣＡＤモデル及び属性データを保持する。ＣＡＤモデルは、プラント建物の構造体としての壁、床、及び天井等を含む３次元モデルを示す３次元モデル情報である。プラント建物の構造体とは、内装物が配置される部屋を構成する部材であり、プラント建物の躯体の一部でもある。部屋を構成する部材は、一例として壁、床、天井などである。内装物は、配管、配線、又は機器などである。属性データは、３次元モデル情報の各部の属性を表すデータである。属性データとしては、例えば建屋、構造体（壁、床、及び天井等）、配管、機器等である。この設計情報保持部１１は、後述する図５に示すＲＯＭ６２、不揮発性ストレージ６７等で構成される。

計測情報保持部１２（記憶部の一例）は、３次元計測部３０で計測された計測情報を保持する。計測情報は、３次元計測部３０の計測結果から、複数の計測点までの距離と、３次元計測部３０に対する計測点の相対的方向とに基づいて導出された、各計測点の３次元位置（３次元座標）をまとめた全ての計測点の３次元情報が含まれる。

計測配置パターン抽出部２１は、３次元計測部３０により計測されたプラント建物内の３次元情報から、プラント建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する処理を行う。この計測配置パターン抽出部２１は、構造体の面部と同じ法線を持つ平面を法線方向に段階的に少しずつずらして各位置における平面上にある点群を検出し、各平面で近い場所にある点群が連続して検出される所定長以上の範囲の連続部を内装物として検出する。

設計配置パターン生成部２２は、予め設計情報保持部１１に記憶されたプラント建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、プラント建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する処理を行う。

配置パターンマッチング部２３は、計測配置パターンと設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、計測配置パターンと相関の高い設計配置パターンを選択する処理を行う。そして、配置パターンマッチング部２３は、選択の結果として計測配置パターンと設計配置パターンの対応関係の情報を、３次元位置特定部２４に出力する。

３次元位置特定部２４は、配置パターンマッチング部２３により選択された設計配置パターンと対応する計測配置パターンとの位置合わせを行い、３次元モデル情報の該当面部における３次元情報の貫通部の位置（座標）を特定する処理を行う。

修正処理部２５は、３次元位置特定部２４で特定された３次元情報の貫通部の位置に基づき、３次元モデル情報の対応する貫通部の位置を修正し、設計情報保持部１１の３次元モデル情報を更新する処理を行う。

マッチング装置２０を構成する各処理部の処理の詳細については後述する。以下、本発明が適用されるプラント建屋の例を説明する。

［プラント建屋の説明］
図２は、プラント建屋の壁の構造例を示す。
図３は、プラント建屋の壁に形成される開口部を示す。

図２に示されたプラント建屋は、躯体として壁５０Ａ〜５０Ｃを有する。壁５０Ａと壁５０Ｃは平行に設置されているとともに、壁５０Ｂは壁５０Ａと壁５０Ｃに直交するように設置されている。壁５０Ｂの一端側は壁５０Ａと接続し、壁５０Ｂの他端側は壁５０Ｃと接続している。

プラント建屋は、配管５１Ａ〜５１Ｄ等の複数の配管を有する。配管５１Ａ〜５１Ｄは壁５０Ａを貫通するルートを通る系統の一部である。配管５１Ａは、壁５０Ａに形成された開口部５２Ａの孔埋め部材５３Ａを貫通する。また配管５１Ｂは、開口部５２Ｂの孔埋め部材５３Ｂを貫通し、さらに配管５１Ｃ，５１Ｄは、開口部５２Ｃの孔埋め部材５３Ｃを貫通している。即ち、孔埋め部材５３Ａ〜５３Ｃは、貫通させる配管５１Ａ〜５１Ｄを通すための貫通孔（貫通部）を有する。孔埋め部材としては、板状の部材や硬化性の樹脂などを用いることができる。

プラント建屋の建設時には、配管ルートが多少ずれても通すことができるように、配管の太さより大きな孔（開口部）を壁に空けて施工が行われる。配管の敷設後、開口部を孔埋め部材によって塞ぐことにより、隙間なく配管を壁に貫通させることができる。

貫通孔は、プラント建屋の施工側と内装設備施工側との位置合わせにおける重要な部分であるため、建屋建築時には、その配置は高い精度が要求される。また、プラント建屋ではこのような貫通孔が各部屋に多数存在し、通常、その配置パターンは壁毎に異なるため、配置パターンを確認することで、部屋の中のどの面であるかを判別することが可能である。

一般に設計段階では、図３に示すように、壁５０Ａの開口部５２Ｂに嵌着された孔埋め部材５３Ｂの中央に貫通孔５４Ｂが位置するように設計される。しかし、プラント建屋の施工側と内装設備施工側との位置合わせの結果、最終的に中央からずれた位置に二点鎖線で表した貫通孔５４Ｂｒが設けられたりする。以上では壁と説明してきたが、上下、左右、前後に３次元的に広がりを持つプラント建屋では、壁と同様に天井や床などにも同様のことが当てはまる。

図４は、プラント建屋の壁、貫通孔（貫通部）及び点群データ取得例を示す概略断面図である。図４は、プラント建屋内の室内の断面について説明する図であるが、図２とは対応していない。断面図は、水平面の断面と考えてもよいし、垂直面の断面と考えてもよい。

図４の空間１００は、プラント建屋内の一つの部屋１０１に囲まれた空間である。部屋１０１は、壁もしくは天井、床を含む部屋を仕切るプラント建屋の躯体であり、図４では壁として壁Ｐ１〜Ｐ５を備える。図４には示していないが、部屋１０１を挟み、プラント建屋内の隣接する空間が広がっている。壁Ｐ１には開口部５２Ｄが形成され、壁Ｐ２には開口部５２Ｅ，５２Ｆが形成されている。開口部５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに取り付けられた孔埋め部材５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆは、それぞれ貫通部を有する。孔埋め部材５３Ｄには、配管５１Ｅ，５１Ｆの２本の配管が貫通し、部屋１０１に隣接した空間に繋がっている。また、孔埋め部材５３Ｅ，５３Ｆにはそれぞれ、配管５１Ｇ，５１Ｈが貫通している。

機器１０２は、各配管５１Ｅ〜５１Ｈが接続された機器である。配管５１Ｅ〜５１Ｈ、機器１０２、部屋１０１（躯体）、及び孔埋め部材５３Ｄ〜５３Ｆにおける太線で示した部分は、レーザースキャナ（光学式の３次元計測部の一例）などによる３次元計測部３０によって得られる計測点（点群ｐｇ）を表している。計測点を線で表しているが、実際には、測定誤差を含む３次元の計測点の集まり（点群）である。太線でない部分は、機器１０２や配管５１Ｅ〜５１Ｈと３次元計測部３０との位置関係により発生する遮蔽部分や、被計測物の材質や色により計測点が得られなかった部分を表している。

配管等による遮蔽部分の影響により、点群データから当初得られる貫通部は円などの閉じた形状とならないことがあるが、周知の補間処理技術を用いて計算により、閉じた形状の貫通部を得ることが可能である。

なお、プラント建屋内で壁面の貫通部が少ない場合、必要に応じて、位置が異なる複数の点で同時に、または、位置を異ならせて複数回、計測点の距離を測定し、その測定結果を統合（オーバーラップ）させてもよい。いずれにしても、壁の貫通部が形成された部分までの距離を測定できる位置に３次元計測部３０を設置する。また、図４では、プラント建物の部屋の中に３次元計測部３０を配置し、部屋の構造体（図４では壁）の内面の点群データを取得したが、この例に限らない。部屋の外に配置した３次元計測部３０で部屋の構造体（壁等）の外面の点群データを取得し、その点群データを用いて３次元モデルとの配置パターンマッチングを行うことも可能である。

［ハードウェア構成例］
図５は、建物設計情報修正支援システム１のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５は、建物設計情報修正支援システム１を構成するコンピューター６０のハードウェア構成を説明する。なお、各装置の機能、使用目的に合わせてコンピューター６０の各部は取捨選択される。

コンピューター６０は、バス６４にそれぞれ接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３を備える。さらに、コンピューター６０は、表示部６５、操作部６６、不揮発性ストレージ６７、ネットワークインターフェース６８を備える。

ＣＰＵ６１は、本実施形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ６２から読み出して実行する。なお、コンピューター６０は、ＣＰＵ６１の代わりに、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等の処理装置を備えるようにしてもよい。ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１のワークエリアであり、演算処理の途中に発生した変数やパラメーター等が一時的に書き込まれる。

表示部６５は、例えば、液晶ディスプレイモニタであり、コンピューター６０で行われる処理の結果等を表示する。操作部６６には、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等が用いられ、監視員が所定の操作入力、指示を行うことが可能である。また操作部６６は、操作キーやボタンスイッチなどの操作子でもよい。

不揮発性ストレージ６７としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等が用いられる。この不揮発性ストレージ６７には、ＯＳ（Operating System）、各種のパラメーターやデータの他に、コンピューター６０を機能させるためのプログラムが記録されていてもよい。例えば不揮発性ストレージ６７は、設計情報保持部１１及び計測情報保持部１２として機能する。

ネットワークインターフェース６８には、例えば、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）等が用いられ、ＬＡＮ等のネットワークＮを介して外部装置との間で各種データを送受信することが可能である。

なお、マッチング装置２０が備える計測配置パターン抽出部２１、設計配置パターン生成部２２、配置パターンマッチング部２３、３次元位置特定部２４、及び修正処理部２５を一つのコンピューターで構成してもよいし、複数のコンピューターで構成してもよい。以下、マッチング装置２０の各処理部の処理について詳細に説明する。

［計測配置パターン抽出部の処理例］
初めに、マッチング装置２０の計測配置パターン抽出部２１の処理例について図６を参照して説明する。
図６は、計測配置パターン抽出部２１の処理例を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１がＲＯＭ６２に記録されたプログラムをＲＡＭ６３に読み込んで実行することにより、図６のフローチャートの処理が実現される。

例えば操作部６６により計測配置パターン抽出処理開始が指示されると、計測配置パターン抽出部２１は、計測情報保持部１２から点群データの読み込み処理を行う（Ｓ１）。点群データの読み込み処理は、３次元計測部３０により計測され、計測情報保持部１２に保持された点群データを読み込む処理である。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、点群データから平面部を検索する（Ｓ２）。平面部検索は、点群データの中から同一平面にあるとみなされる点群を求める処理である。例えば、点群に含まれる近接した計測点の座標値に対して、主成分分析を行うことにより、点群の広がりを調べることができる。対象とする点群の重心位置を算出し、当該重心位置と各計測点との差分を求め、その差分の共分散行列の固有値を求めることにより、計測点群が線上に揃っているのか、面上に揃っているのか、立体的に広がっているのかを判別することができる。また、このステップＳ２の処理では、固有値解析により平面の法線を得ることができる。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、ステップＳ２の処理で抽出したすべての平面部Ｐについて、ステップＳ４〜Ｓ１２からなる繰り返し処理を行う（Ｓ３）。

まず計測配置パターン抽出部２１は、平面部Ｐが規定面積以上であるか否かを判定する（Ｓ４）。このステップＳ４の判定処理は、点群が一つの平面上にあり（上記Ｓ２）、かつ予め定めた面積以上の大きさを有する平面部Ｐを、処理対象（壁、床、天井）として抽出する処理である。ここで、平面部Ｐが規定面積より小さい場合には（Ｓ４のＮＯ）、計測配置パターン抽出部２１は、ステップＳ１３に進み、次の平面部Ｐが存在するか否かを判定する。計測配置パターン抽出部２１は、次の平面部Ｐが存在すると判定した場合には、次の平面部Ｐに対してステップＳ４〜Ｓ１２を含む繰り返し処理を行う。

一方、平面部Ｐが規定面積以上である場合には（Ｓ４のＹＥＳ）、計測配置パターン抽出部２１は、法線直交方向点群スライスを生成する処理を行う（Ｓ５）。この処理は、平面部Ｐと同じ法線を持つ平面を法線方向ｎに少しずつずらし、各位置の平面（スライス部）上にある点群を検出する処理である。法線直交方向点群スライスについて、図７を参照して説明する。

図７は、法線直交方向点群スライスと連続部の説明図である。
図７において、壁面に相当する平面部Ｐと同じ法線を持つ平面を法線方向ｎに段階的に少しずつずらし、配管５１に相当するオブジェクト（即ち連続部Ｃ）とそのずらした平面とが重複する部分が、スライス部Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎとして検出される。そしてスライス部Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎで構成されるオブジェクトは、所定の条件を満たす場合に連続部Ｃとして検出される。平面部Ｐと連続部Ｃ（スライス部Ｓ１）との接続部分が、貫通孔に対応する貫通部ｈである。

ステップＳ６の説明に戻る。次に、計測配置パターン抽出部２１は、各スライス部Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｎで近い場所にある（即ち各平面内における座標が同じもしくは近い）点群が連続して検出される範囲（図７の連続部Ｃ）を抽出する（Ｓ６）。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、検出された各連続部Ｃについて、ステップＳ８〜Ｓ１０を含む繰り返し処理を行う（Ｓ７）。

まず計測配置パターン抽出部２１は、連続部Ｃの法線方向ｎの長さを検出する（Ｓ８）。次いで、計測配置パターン抽出部２１は、連続部Ｃが予め定めた規定長以上であるか否かを判定する（Ｓ９）。ここで、連続部Ｃが規定長より小さい場合には（Ｓ９のＮＯ）、計測配置パターン抽出部２１は、ステップＳ１１に進み、すべての連続部Ｃについて処理が終了したか否かを判定する。計測配置パターン抽出部２１は、すべての連続部Ｃについて処理が終了していない場合には、次の連続部Ｃに対してステップＳ８〜Ｓ１０を含む繰り返し処理を行う。

一方、計測配置パターン抽出部２１は、連続部Ｃが規定長以上である場合には貫通部Ｃと平面部Ｐとの接続部分を貫通部ｈと判定し（Ｓ９のＹＥＳ）、計測情報保持部１２に格納されている貫通部リストＣＬに貫通部ｈを登録する（Ｓ１０）。

次いで、計測配置パターン抽出部２１は、すべての連続部Ｃについて処理が終了したか否かを判定し（Ｓ１１）、すべての連続部Ｃについて処理が終了していない場合には、次の連続部Ｃに対してステップＳ８〜Ｓ１０を含む繰り返し処理を行う。他方、計測配置パターン抽出部２１は、すべての連続部Ｃについて処理が終了した場合には、ステップＳ８〜Ｓ１０を含む繰り返し処理を終了し、ステップＳ１２の処理に進む。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、平面部Ｐ及び貫通部リストＣＬにより、平面部Ｐの配置パターンを生成する処理を行う（Ｓ１２）。この処理は、図８に示すフローチャートを参照して後述する。

そして、計測配置パターン抽出部２１は、すべての平面部Ｐについて処理が終了したか否かを判定し（Ｓ１３）、すべての平面部Ｐについて処理が終了していない場合には、次の平面部Ｐに対してステップＳ４〜Ｓ１２を含む繰り返し処理を行う。他方、計測配置パターン抽出部２１は、すべての平面部Ｐについて処理が終了した場合には、ステップＳ４〜Ｓ１２を含む繰り返し処理を終了する。ステップＳ１３の処理後、本フローチャートの一連の処理を終了する。

［配置パターン生成処理例］
ここで、ステップＳ１２の配置パターン生成処理について図８及び図９を参照して説明する。
図８は、ステップＳ１２の配置パターン生成処理のサブルーチンを示すフローチャートである。
図９は、貫通部を含む平面部の投影変換の説明図である。本実施形態では、配置パターンを２次元画像によって表す。

まず計測配置パターン抽出部２１は、配置パターン生成処理が開始されると、図９に示すように平面部Ｐを２次元画像面ｉに描画する（Ｓ２１）。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、ステップＳ１０で貫通部リストＣＬに登録された平面部Ｐの各貫通部ｈについて、ステップＳ２３を含む繰り返し処理を行う（Ｓ２２）。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、貫通部ｈから平面部Ｐの法線に沿った平行投影画像を生成し、平行投影画像を２次元画像面ｉに重ねて描画する（Ｓ２３）。

次に、計測配置パターン抽出部２１は、すべての貫通部ｈについて処理が終了したか否かを判定し（Ｓ２４）、すべての貫通部ｈについて処理が終了していない場合には、次の貫通部ｈに対してステップＳ２３の処理を行う。他方、計測配置パターン抽出部２１は、すべての貫通部ｈについて処理が終了した場合には、ステップＳ２３からなる繰り返し処理を終了し、ステップＳ２５の処理へ進む。

そして、計測配置パターン抽出部２１は、２次元画像面ｉを配置パターン（ここでは計測配置パターン）として登録し、例えば計測情報保持部１２に保存する（Ｓ２５）。このステップＳ２５の処理後、本フローチャートの処理を終了し、ステップＳ１３に進む。

［設計配置パターン生成部の処理例］
次に、マッチング装置２０の設計配置パターン生成部２２の処理例について図１０を参照して説明する。
図１０は、３次元モデルから配置パターンを生成する設計配置パターン生成部２２の処理例を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１がＲＯＭ６２に記録されたプログラムをＲＡＭ６３に読み込んで実行することにより、図１０のフローチャートの処理が実現される。

まず設計配置パターン生成部２２は、設計配置パターン生成処理が開始されると、属性データを元に３次元モデルから壁、床、又は天井を表す平面部Ｐを検索する（Ｓ３１）。

次に、設計配置パターン生成部２２は、検索した各平面部Ｐについて、ステップＳ３３，Ｓ３４を含む繰り返し処理を行う（Ｓ３２）。

まず設計配置パターン生成部２２は、平面部Ｐ上の貫通部ｈを検索する（Ｓ３３）。次いで、設計配置パターン生成部２２は、平面部Ｐ及び検索された貫通部ｈにより、平面部Ｐの配置パターンを生成する処理を行う（Ｓ３４）。このステップＳ３４の処理は、図８の配置パターン生成処理と同じである。

そして、設計配置パターン生成部２２は、すべての平面部Ｐについて処理が終了したか否かを判定し（Ｓ３５）、すべての平面部Ｐについて処理が終了していない場合には、次の平面部Ｐに対してステップＳ３３，Ｓ３４を含む繰り返し処理を行う。他方、設計配置パターン生成部２２は、すべての平面部Ｐについて処理が終了した場合には、ステップＳ３３，３４を含む繰り返し処理を終了する。ステップＳ３５の処理後、本フローチャートの一連の処理を終了する。

［配置パターンマッチング部の処理例］
図１１は、配置パターンマッチング部２３の処理例を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１がＲＯＭ６２に記録されたプログラムをＲＡＭ６３に読み込んで実行することにより、図１１のフローチャートの処理が実現される。配置パターンマッチング部２３は、計測配置パターンＩａと設計配置パターンＩｂを比較し、計測配置パターンＩａに最もマッチングする設計配置パターンＩｂを検出する処理を行う。

まず配置パターンマッチング部２３は、配置パターンマッチング処理が開始されると、計測配置パターン抽出部２１において抽出された全ての計測配置パターンＩａについてステップＳ４２〜Ｓ４８を含む繰り返し処理を行う（Ｓ４１）。

まず配置パターンマッチング部２３は、比較対象の相互の配置パターンの相関の強さ（マッチング度）を表す相関指標Ｒａｂの最大値Ｒｍａｘを、例えばゼロに初期化する（Ｓ４２）。

次に、配置パターンマッチング部２３は、各設計配置パターンＩｂについてステップＳ４４〜Ｓ４６の処理を繰り返し行う（Ｓ４３）。

まず配置パターンマッチング部２３は、計測配置パターンＩａと設計配置パターンＩｂの相関指標Ｒａｂを算出する（Ｓ４４）。例えば、相関指標Ｒａｂを算出する方法として、一例として画像処理におけるテンプレートマッチング処理等が利用可能である。

次いで、配置パターンマッチング部２３は、これまでの最大値Ｒｍａｘと、現在処理中の相関指標Ｒａｂの値を比較して大小を判定する（Ｓ４５）。ここで、相関指標Ｒａｂが最大値Ｒｍａｘ以下である場合には（Ｓ４５のＮＯ）、配置パターンマッチング部２３は、ステップＳ４７に進み、すべての設計配置パターンＩｂについて処理が終了したか否かを判定する。配置パターンマッチング部２３は、すべての設計配置パターンＩｂについて処理が終了していない場合には、次の設計配置パターンＩｂに対してステップＳ４４，Ｓ４５，Ｓ４６を含む繰り返し処理を行う。

一方、配置パターンマッチング部２３は、相関指標Ｒａｂが最大値Ｒｍａｘよりも大きい場合には（Ｓ４５のＹＥＳ）、最大値Ｒｍａｘを相関指標Ｒａｂで置き換え、現在処理中の設計配置パターンＩｂを最大相関パターンＩｍａｘとして、設計情報保持部１１に保持する（Ｓ４６）。

次に、配置パターンマッチング部２３は、すべての設計配置パターンＩｂについて処理が終了したか否かを判定し（Ｓ４７）、すべての設計配置パターンＩｂについて処理が終了していない場合には、次の設計配置パターンＩｂに対してステップＳ４４〜Ｓ４６を含む繰り返し処理を行う。他方、配置パターンマッチング部２３は、すべての設計配置パターンＩｂについて処理が終了した場合には、ステップＳ４４〜Ｓ４６を含む繰り返し処理を終了し、ステップＳ４８の処理に進む。

次に、配置パターンマッチング部２３は、現在処理中の計測配置パターンＩａに対して最も相関する設計配置パターンＩｍａｘを最大相関パターンＩｂｍａｘとして、３次元位置特定部２４に出力する（Ｓ４８）。この計測配置パターンＩａと設計配置パターンＩｍａｘ（最大相関パターンＩｂｍａｘ）との対応関係の情報を、設計情報保持部１１又は計測情報保持部１２に保存してもよい。

次に、配置パターンマッチング部２３は、すべての計測配置パターンＩａについて処理が終了したか否かを判定し（Ｓ４９）、すべての計測配置パターンＩａについて処理が終了していない場合には、次の計測配置パターンＩａに対してステップＳ４２〜Ｓ４８を含む繰り返し処理を行う。他方、配置パターンマッチング部２３は、すべての計測配置パターンＩａについて処理が終了した場合には、ステップＳ４２〜Ｓ４８を含む繰り返し処理を終了する。ステップＳ４９の処理後、本フローチャートの一連の処理を終了する。

図１２は、計測配置パターンＩａと設計配置パターンＩｂのパターンマッチングの説明図である。
計測配置パターンＩａに対して設計情報を元に生成した全ての設計配置パターンＩｂを比較する。図１２では、設計配置パターンＩｂ１の相関指標がＲａｂ１、設計配置パターンＩｂ２の相関指標がＲａｂ２、設計配置パターンＩｂｎの相関指標がＲａｂｎについて、設計配置パターンＩｂ２の相関指標Ｒａｂ２が最も高い値であった場合、設計配置パターンＩｂ２が相関の高い設計配置パターンＩｍａｘであり、最大相関パターンＩｂｍａｘとなる。このときの最大相関パターンＩｂｍａｘの相関指標の最大値Ｒｍａｘは、設計配置パターンＩｂ２の相関指標Ｒａｂ２である。

なお、本実施形態では、配置パターンマッチング部２３は、計測配置パターンＩａと最も相関の高い設計配置パターンＩｂを選択する構成としているが、相関指標が既定値以上である設計配置パターンＩｂを検出する構成としてもよい。

以上のようにして、３次元計測部３０により得られた３次元情報（点群データ）が、３次元モデル内でどの場所（平面部）に対応するかを特定することが可能となる。そして、３次元位置特定部２４（図１）では、処理対象の計測配置パターンＩａに対して最も相関の高い設計配置パターンＩｂ（最大相関パターンＩｂｍａｘ）が特定された状態を初期値として、ＩＣＰ（Iterative Closest Point）法等を用いることにより、より精度よく３次元情報と３次元モデルの位置を合わせる処理を行う。３次元位置特定部２４は、設計情報の３次元モデル内の該当平面部の貫通部に対して、実際の観測情報から得られた対応する貫通部のずれ量（移動量）を計算する。

ＩＣＰ法は、入力として与えられる２つの点群の位置合わせを自動で行うマッチング方法である。ＩＣＰ法では、一方の点群を構成する各点に対し、他方の点群における最近傍点を探索し、これらを仮の対応点とし、このような対応点間の距離を最小化するような剛体変換を推定する。この対応点探索、剛体変換推定を繰り返すことで、２つの点群を位置合わせする運動を推定する。言い換えると、一方の点群を他方の点群に対して最も精度良く位置合わせを行うために、一方の点群をどれだけ移動すればよいかを計算する。ＩＣＰ法では、２つの点群を位置合わせする運動（移動量）が大きい場合、適切な初期値を設定しないと対応点探索がうまくいかず、運動推定が局所解に陥り不安定になることがある。

本実施形態では、計測配置パターンＩａに対して最も相関の高い設計配置パターンＩｂを特定し、３次元位置特定部２４はこの対応関係を初期値としてＩＣＰ法等により両者の位置合わせを行うため、精度良く位置合わせすることが可能である。

修正処理部２５（図１）は、３次元位置特定部２４のずれ量の計算結果に基づいて、設計情報保持部１１に保持された設計情報の貫通部（配管等）の位置を自動的に修正する。あるいは、３次元位置特定部２４がずれ量の計算結果を表示部６５に表示し、表示された計算結果を設計従事者が確認して設計情報に対する修正指示を行うようにしてもよい。修正処理部２５は、操作部６６を介して設計従事者の設計情報に対する修正指示を受け付けると、設計情報保持部１１に保持された設計情報の貫通部（配管等）の位置を修正する。

以上のように構成された一実施形態によれば、計測情報に含まれる壁（構造体）の貫通部の配置パターンを元に、計測情報（点群データ）と設計情報の位置合わせを行うことができる。即ち、少なくとも貫通部が含まれる構造体の配置パターンを元に、計測情報（点群データ）と３次元モデル情報の位置合わせを行うことができる。したがって、情報量の少ない計測情報と３次元モデル情報との対応付けが容易に実現可能である。言い換えると、内装物による遮蔽などにより壁面の輪郭パターンが取得できなくとも、計測配置パターンに対応する設計配置パターンを特定することができるため、壁面座標の特定が可能である。

また、上述の一実施形態は、壁等の構造体の貫通部（貫通口）を抽出するため、面部における貫通部の配置パターンのみならず、貫通部の形状の違いをロバストに検出することができる。即ち、種々の貫通部の形状に対応して、貫通部の計測配置パターンと設計配置パターンのマッチングが可能である。

上述の一実施形態は、プラント建屋のように配管や配線等が複雑に入り組んでいる建物に適用して特に好適である。なお、本実施形態では、平面状の壁等の貫通部の配置パターンを利用したが、曲面状の壁面（床面、天井面）上の貫通部の配置パターンを元に、計測情報（点群データ）と３次元モデル情報の位置合わせを行うことも可能である。

上述した一実施形態では、建物設計情報修正支援システム１が設計情報保持部１１を備える構成としたが、マッチング装置２０がネットワークＮに接続されたサーバーから設計情報を取得する構成としてもよい。また、計測情報についても、ネットワークＮを介して取得する構成としてもよい。

また、上述した一実施形態において、３次元位置特定部２４における位置合わせ後、ＣＡＤモデルと位置の近い点群データを抽出し、抽出した点群データとＣＡＤモデルを比較し、その差分の大きい箇所を表示部６５に提示してもよい。それにより、例えば施行完了後の引き渡し時における、プラント又はシステムの物理的状態を３次元モデル情報（設計情報）に反映する作業を支援することが可能となる。

また、上述した一実施形態において、３次元位置特定部２４における位置合わせ後、ＣＡＤモデルと位置の近い点群データを抽出し、点群データを分割して、分割した点群データにＣＡＤモデルに対する属性データを持たせるようにしてもよい。これにより、属性データにより点群を指定することが可能となり、点群データから操作したい計測点を抽出することが容易となる。

本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、一実施形態に係る建物設計情報修正支援システム１の各構成要素は、それぞれのハードウェアがネットワークを介して互いに情報を送受信できるならば、いずれのハードウェアに実装されてもよい。また、ある処理部により実施される処理が、１つのハードウェアにより実現されてもよいし、複数のハードウェアによる分散処理により実現されてもよい。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。

１…建物設計情報修正支援システム、 １１…設計情報保持部、 １２…計測情報保持部、 ２０…建物設計情報修正支援装置、 ２１…計測配置パターン抽出部、 ２２…設計配置パターン生成部、 ２３…配置パターンマッチング部、 ２３…３次元位置特定部、 ２５…修正処理部、 ３０…３次元計測部、 ５０Ａ〜５０Ｃ…壁、 ５１，５１Ａ〜５１Ｈ…配管、 ５２Ａ〜５２Ｆ…開口部、 ５３Ａ〜５３Ｆ…孔埋め部材、 ５４Ｂ，５４Ｂｒ…貫通部、 ６０…コンピューター、 ６１…ＣＰＵ、 １００…空間、 １０１…部屋、 Ｃ…連続部、 ｈ…貫通部、 Ｉ…２次元画像面、 Ｉａ…計測配置パターン、 Ｉｂ，Ｉｂ１，Ｉｂ２，Ｉｂｎ…設計配置パターン、 Ｉｂｍａｘ…最大相関パターン、 Ｐ…平面部、 Ｐ１〜Ｐ５…壁、 ｐｇ…点群、 Ｒａｂ…相関指標、 Ｒｍａｘ…最大値、 Ｓ１〜Ｓｎ…スライス部

Claims (8)

1. ３次元計測部により計測された建物の３次元情報から、前記建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する計測配置パターン抽出部と、
   予め記憶部に記憶された前記建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、前記建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する設計配置パターン生成部と、
   前記計測配置パターンと前記設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、前記計測配置パターンと相関の高い前記設計配置パターンを選択する配置パターンマッチング部と、
   を備える建物設計情報修正支援装置。
2. 前記構造体は、前記内装物が配置される部屋を構成する部材である
   請求項１に記載の建物設計情報修正支援装置。
3. 前記内装物は、配管又は配線である
   請求項１に記載の建物設計情報修正支援装置。
4. 前記計測配置パターン抽出部は、前記面部と同じ法線を持つ平面を法線方向に段階的に少しずつずらして各位置における前記平面上にある点群を検出し、各平面で近い場所にある点群が連続して検出される所定長以上の範囲の連続部を前記内装物として検出する
   請求項１に記載の建物設計情報修正支援装置。
5. 前記配置パターンマッチング部により選択された前記設計配置パターンと対応する前記計測配置パターンとの位置合わせを行い、前記３次元モデル情報の該当面部における前記３次元情報の前記貫通部の位置を特定する３次元位置特定部、を更に備える
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の建物設計情報修正支援装置。
6. 前記３次元位置特定部で特定された前記３次元情報の前記貫通部の位置に基づき、前記３次元モデル情報の対応する貫通部の位置を修正する修正処理部、を更に備える
   請求項５に記載の建物設計情報修正支援装置。
7. ３次元計測部により計測された建物の３次元情報から、前記建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する計測配置パターン抽出ステップと、
   予め記憶部に記憶された前記建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、前記貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する設計配置パターンステップと、
   前記計測配置パターンと前記設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、前記計測配置パターンと相関の高い前記設計配置パターンを選択する配置パターンマッチングステップと、
   を含む建物設計情報修正支援方法。
8. ３次元計測部により計測された建物の３次元情報から、前記建物の構造体を構成する面部と内装物との接続部分である貫通部の配置を表す１以上の計測配置パターンを抽出する処理と、
   予め記憶部に記憶された前記建物の３次元モデルを示す３次元モデル情報から、前記貫通部の配置を表す１以上の設計配置パターンを生成する処理と、
   前記計測配置パターンと前記設計配置パターンとのパターンマッチングを行い、前記計測配置パターンと相関の高い前記設計配置パターンを選択する処理と、
   をコンピューターに実行させるためのプログラム。

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