第一工業大学研究報告第27号（2015）pp.37－42

37の速の傾斜地の迅速かつ経済的な地形測量法の提案
田田中中 龍一児 1・岡林

本巧 2・山本健太郎 3国中）大学（E-mail: r-tanaka@daiichi-koudai.ac.jp
大学

学

（）

E-mail: yamaken@oce.kagoshima-u.ac.jp

A PROPOSAL OF QUICK AND ECONOMICALTOPOGRAPHICAL SURVEY IN STEEP SLOPES
Ryoji TANAKA1, Takumi OKABAYASHI2 and Kentaro YAMAMOTO3
1

Associate Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Daiichi Institute of Technology (899-4395 1-10-2

Kokubu-chuou, Kirishima, Kagoshima)
2Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Daiichi Institute of Technology (899-4395 1-10-2 Kokubu-chuou,Kirishima, Kagoshima)
3

Assistant professor, Department of Ocean Civil Engineering, Kagoshima University (890-0065 1-21-40 Korimoto, Kagoshima)

Abstract: In this paper，we propose three surveying methods for sloping ground where is too small toapply an airborne laser survey system or aerial photograph survey. It is also too large to apply a traditionalsurveying. The first one uses commercial handy GPS, the second one IMU (Inertial Measurement Unit),
and the third one non-prism Total Station. As a result, accurate topography data set which is equivalent tomapping information level 2500 (reference scale 1/2,500), can be reasonably obtained.
Key Words: topographical survey, handy gps, imu, steep slope

め児は， くしらすにれて り，年間を して が いため， 今でも， 年のように土 災害が発して り，土 災害や土 災害対策のための地形 量の必要 は 変である．
広範囲の土 災害防止のためのや， 大な数のが発生した被災地の地形 量は，近年のが しい 空レー量による方法が迅速か1的である ．
一方， い範囲では，近年では ット ーRTK-GPS
量をは めとしたシム(Global Navigation Satellite System: GNSS) と地レー

ャ が いられるようになったが，シムが高である とや，地では，がされるため GPS ができ ，地レー
ャ にしてもが 生して地 が見えない場所では計 が しい．そのため，の地形図をそのままするか，なに立って 来 の 量が行 れている．
は， 空レー
量を実 するには く，一の地量法ではな地に いて，(1) 行可能で 空視 が け GPSが く場所，(2)が生し 空視 が けていない場所， よ (3)地な 表土はできるが 行な場所の 3 の 分に分け，それ れに いて 切な 量法をした．
計 には，(1)の状 ではアウトドア けの ンデ

第一工業大学研究報告38第27号（2015））GPS，(2)の状 ではIMU，(3)の状では ンプ
ム トータルーシ ン， ンプム TS） よ
生 デジタル メラな ，比較的で軽量な計 機 をし，それ れのを生かした地での迅速か的な地形 量法をす
る．

図のGPSのンデ GPS はで，のは 0.01 でにすると約 0.3m，標高のは0.1m であるが，実 は等ので計が大きい場合がある． に標高に いてはが大きいので，そのままでは 量にはできない ．
しかしながら，図 に すように GPS の方式には に 対があり，その中で，デ フ レンシャル( Differential GPS，DGPS )は図 のように，対 となる 動 の にの かっているで GPSをし，対流 の，の等のをする方法 である．
は， 知 に かれた
機に けるの値を アルタ ムに 動 へするが，DGPS 機能のない機 では，式(1)のように後 理で計算を行なう．

動の標 ）動の計の計の(1)標 ）のために，標にのアフ ン変 により 何いて式(2)にする．
図ad X Y Z 1  x y z 1
g

j

ル

標
標のさらにす3

図behcfikl0001 (2)で， x, y , z は変 前， X , Y , Z は変 後の 標
値． a ~ l は変 パラメータである．
変 パラメータは対応する 4 の計 値があればめられるが，4より い場合，すな過の場合は，二 法をし り し計算する．の二 法を いる一 化されたアフ ン変 は，ラーで 形化されているので，値が大きくれると， いが られないため，10の計算の中で標とのがとなる のパラメータを いた．の・ 計 にする ンデ GPS のデータ取 間 を 1にし，で約 10 分間 き
状 がするまで．
機能がある機 ではの標高を 力する．

田中・岡林・山本：傾斜地の迅速かつ経済的な地形測量法の提案の ンデ GPS は，あらか め
したの に いてログをする．
・ 地形動 ）の ンデ GPS は，図 のようにヘルメットに取り けて， っくり きながら，トラッ
ントデータ，，標高，）を計 する．
また標では約 1 分間 止して計 する．
・ 計 作
後，計 されたデータをパソ ンに ウンロードし， 動 のデータからヘルメットまでの高さを減 ，に計 された 動 の 標値からの 標値を し き，標値を加える．
・ さらに 3のアフ ン変 を し， 整されたデータを取 する．
・により られたデータを GIS ソフトや CAD ソフトに取り み，等高 や図をする．

39・

計測地 のは 25,000m2 (100m×250m)で 周
囲には地 的な 地以 のとなるよ な地物はなく
測
9 00 12 00 の捉 は 7 以上 DOP も 4 以下ではであった 計測には 2 台の ン
GPS を い2を した
め TS により図 のよ に点 7 点をし計測 度を確認した DGPSを したで基点との れの 大値はに すよ に
位 2.9m2.0m で 3のン変の れの 大値は
位 2.4m1.1m
は位 1.3m0.7m であったに す 共測の位度にされている 1/2,500 の 度は
位 の1.75m 以内
点の0.66m 以内となっており 本研究のン変のは ほぼ
これを たしている
図 は計測現場であり 図 は GIS でした3D 地である
またン
GPS の 度と性（効率）をするために TS による地 測 を実 した（700 点） 地 測 では 測者とー ン2 で傾 変 点な 地 の変化点を中 に 測しは 16であった 図 は TS で 測した点と CAD でした 1mのである

図のの度
標高

大後
アフ ン変 後大2122

1111の標1 11 2

標高内

11

図標
内内
内

度

内
1内

第一工業大学研究報告40第27号（2015）

 cos sin r cos p sin sin p  ax G  sin s in r cos p  cos s in p  ay  a cos r cos p z図図図の地の地では，がされるため GPS ができ ，地レー
ャ にしてもが 生して地 が見えない 所等は計 がしい．一方，本 でする計(InertialMeasurement Unit，，IMU)は，間に いては，高な 対と方を 出できるが，ド フト等のを み，そのが 間の 過とともに急 に増大するというがある ．
そ で， 量地 にあらか め標となるをし，間を間で計 する．さらに，積分の発 を えるために，ローパ フ ルタにより高を ットした後，化 理を し，積の 減を図る．な ，計 データには，重力加速 とがまれるので，式(3)で重力加速 を取り く．

で， G は重力加速 ， a x , a y , a z は加速
 x, y , z  のに対する量， p , r , は 3である．
はローパ フ ルタにより化するが，そのまま積分すると大きく発 するため，計間が長くならないように，2間 1 セ シ ン）を約 5 分程 で計する．
また計算 理は 1 セ シ ンごとに行い， られた標を標にきヘルマート変 し地標を める．の・ 図 はヘルメットに IMU を取り けて計 している様である．計 中，地形変化 は必過し，標となる では約 1 分間 止する．また IMU になる
くのとなる急 な 動がらないように，進行方 を 視して 行する．
・ IMU は ZMP 社 の 63 加速 ，3 ジャ ロ）
ーシ ンセン を い，0.1ごとのしたデータを取 する．
・ データはタ レット PC にし，動作状 をしながら計 する．
・作後，重力加速 のな 計算 理を した 標値を GIS ソフトや CAD ソフトに取り み，地形図を作成する．

図

(3)

ン
GPS と約 1 間であった．図
また図は計 の図



計場で，計 所要 間はは，進行方 の加速 である．
である．の

田中・岡林・山本：傾斜地の迅速かつ経済的な地形測量法の提案

41・ 計 データはデータ レ タにされ，後 理でパソ ンに ウンロードした．計は後でできるよ
うに，デジタル メラでしたをタ レット PCに取り み，その にした．
・は られた 標値を GIS ソフトや CAD ソフトに取り み地形図を作成する．

図の加速度図

表土はの ン ートでされていたが，計 中ほと計ラーはなく，数 270 の計 に約 1.5 間を要した．
は られた 標値を GIS ソフトや CAD ソフトに取り み地形図を作成するが，本計 法のようにデータ数が ない場合は，表計算ソフト等でに 理できる．図は，1m メッシュの数値標高 デル( DEM;Digital Elevation Model )を作成し，表計算ソフトで作成した 3D 等高 図である．のの地ではを伴うため，はレーャ
や写真 量により，
計 対 物に れ に計 する3計 が行 れるが， 規模の地ではとなる．一方，本 でする ンプ
ム TS を いる計 方法は，一 にトラバー量とれ，機の 能や反の状 にもよるが，100m～200m までの計 が可能でも高い．の・ 図は計 実 を実 したである．と ンプ
ム TS とのは約 50m～100m で，にれていない 分の 積は約 100m2 であった．
・ 標高の高い 所からほぼ 1m 間 で 方 ・状に計 した．地形変化の大きい 分は 1m 間内であっても計 した．

図

図

図

まとめ
ンデ GPS による計 では，高 な 量をせ ， 山な アウトドアーとしてれている ンデ GPS をヘルメットに取り けて き って計 するという ニー な 量法の 発を行った．

42

第一工業大学研究報告のために場所を TS でも計 を実 したが，害のない場所では，，標高とも2m前後ので計 できる とがされた．迅速 にいては，TS による地形 量では 量のによるのでに比較はできないが，所要 間だけからみると らかに ンデ GPS の方が かった 約 4分の 1）． 来的に国 のが完備されるである とや，高感
ンデ GPS の 場により，に迅速に高な地形 量を可能にするものとできる．
が 生し 空視 が けていない場所では，IMU をヘルメットに取り け， 行中のログをタ レット PC にするといった， でもに迅速にできる 量法を試みた．IMU のであるド フト 間的変化）によるを 減する方法として，標間のセ シ ン たりの計間を くした．計間をくする とは，そのの標を くする とになるが， の程 の配にするか，との からする必要がある．積分の積による発 を える方法としては， 速 と加速 を組み合せた ルマンフ ルタによる 理 が考えられるが，今後のである．しかしながら，での 量は，土地のや 生状 ののために，その作のさから，の い ンパ量が行 れてり，さらに地形 量となると， 的なデータ取 のため，の地量では，見 しのために 大なのが必要となり，き めてな作 になる．
したがって，内を 行するだけで 3D 標が られる本 量法は，IMU ののが解 すれば，な 量法と考えられる．

第27号（2015）

地なな場所では， れた場所から計 する必要がある．本研究で実 した ンプ
ム TS での計は望でしながら計 できるはあるが，の 分を計 するかの判 はの によら るをない．また計に いてのなはないが，たとえば，1m メッシュを作成するには，50cm 間 あるいはそれの 細なデータが必要となり，計の広さによっては 大な量の計 を行 なければなら ，や 間のから実 的ではなく，今後のとしたい．

1）土田

二ほか：

形解析から
2

空レー

量データをいた

地する山体の形成過程，

1

1 ，．

2）田中龍児，地形

一，長山： ンデ量法の発，土学会論文

2，11，）山，，よる
要111）国土

2

いた発，

2 1
： ータ ル，2を

立

高等機に学

研究．

：

量作

規程の，2 1年

ほか：よのによる写真．
）

雲化に関する研究，国土21，）

立一，大学出，2
田一，2 12．

国土地理院

量の研究年

，2．

： ルマンフ ルタの，機