(文化財科学研究の最前線文化財科学一般）

高精度航空測量技術による３次元計測
一航空測量の発展と赤色立体地図による高密度
３次元データの可視化一藤井紀綱!）・西藤渭秀2)・千葉達朗3）●【Ｄキーワード

航空写真測量 (aerialphotogrametricsurvey),航空レーザ計測(LiDAR),
赤色立体地図 (redreliefimagemap),モバイルマッピングシステム(mobilemappingsystem),
３次元モデル (３Dmodel)

1956年には航測会社も使川事業免許をII1詩し，続々と

１．はじめに自社機の連航が開始されるようになり，この時代の張力

近年，測量技術の進歩による高精度な３次元計測や地撮影機材は,DC-３などであった。その後，航空機は，

図作成が実現可能となった。特に高密度な３次元計測に新しい機体に順次入れ替わり，現在までには，固定翼よるリアルな３Dモデル表現や解析手法が進歩した。文機では，エンジンが単発動機のセスナ２０６，同２０７,111

化財の記録や管理においても高精度な測量技術の応用が208が主ﾉJ機となり，双発動機であるエアロコマンダ­取り込まれてきた。本編では，地図作成に用いられた航６９５も使用されている。現在の撮影機材は，アナログ航空測量技術の紹介からGPSや航空レーザ計測による３空カメラ（図２)+GPS・航空レーザ計測機器・航空デ次元計測とそのデータの表現法の技術と文化財計測の利

ジタルカメラ等を主に使用している。また低空では，ヘ

活用場面を紹介する。３次元の計測技術には，広範囲をリコプターに航空計測の機材を搭載してデータ取得して測IItする従来手法として，航空測最があげられる。まず
は，航空測量の技術発展について祝lﾘjする。
航ｸﾋ測量とは，航窄機による空''1からの写真等を川い

〜

電
:圃

た地IXI作成などの測l,tをいう。航空測量の始まりは，
1858年フランスのナダールによる熱気球からの写典，
いわゆる航空写真から始まったとされている。小型の航空機から鉛直下を搬影する航空写真により地図が作成されたのは,１９２０年代からであり(IXll),戦後の米軍写
真が'二１本の国土の変遷を鑑みることのできる遺産である。

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-黙学・ʻ塾藤日本では,１９５２年１１月に戦後初の機体であるセスナ

３
イ

Cl70にK-８型航空カメラを使用して試験撮影が実施さ

図１手持ち航空カメラによる搬影（堀江延IW{氏提供）
Fig.１Aerialphotogrammetrybyahandheldcamera(cour-れた。１９５４年にはチャータ機による本格撮影が始まり，氏

tesyofNobutsuguHorie)|）アジア航測株式会社航空事業部〒215-0004神奈川県川崎市麻生区万福寺1-2-22)奈良県立橿原考古学研究所〒634-0065奈良県橿原市畝傍町１３)アジア航測株式会社社会基盤開発センター〒215-0004神奈川県川崎市麻生区万福寺1-2-2
ワ ワ
。。

いる。
航空写真測量は，航空写真を実体視（物を立体的に見ること）し，｜司じ場所を違う角度から撮影した２枚の写真を幾学的にかつ精密に解析することによって，航空写真に写っているさまざまな地物を正確に計測する測量手法である。人の立ち入りが困難な場所や広大な範囲の地形や面積を測量することが可能で，主にセスナ機等の固定翼機を使用して写真撮影を行い，空中三角測量に基づいて，図化機を使用して測量図面や地図を作成する（図■３)｡空中三角測量とは，オーバーラップされて撮影する写真中に座標が既知である三角点を配点し，そこから複数の基準点を設置して，２枚の写真の撮影位置と３軸

図２アナログ航空カメラ(LeicaRC30)
Fig.２Aerialfilmcamera(LeicaRC30)の傾きを計算で算出する技術である｡３次元の立体モデ
ルを再現して計測するため，現地に対空標識という白板を設置して写真上に示さなければならなかった。しかしながら，妓近では,GPS(GlobalPositioningSystem)､IMU(InertialMeasurementUnit)の開発と発展により，撮影時の空間位置や航空機の傾きが計測，記録可能となったため，対空標識の設置作業が航空測量は，
都市計画，総合開発，河川測量，水路調査森林開発，耕地整理，環境調査，道路調査，現況調査，緑地調査，
遺跡調査，地域開発などをＨ的とした，諸計画の推進に威力を発揮している。また今日では,GPS/IMUの発展により，レーザスキャナを航空機に搭載する新技術も開図３PC図化機による地図作成
Fig.３MappingbyPCstereoplotter

発された。そこで本稿では航空測量により収集した３次元情報等を文化財の分野への利活用した例を測量技術とともに紹介する。

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ＧＰＳ（XＹ
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GPSｱﾝﾃﾅ｜ー夢、

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２.GPSからGNSS

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2.1GPS

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ʻ 蕊"踵〆“……“〃VＳ、．

IMU：回転角G P S と は , G l o b a l P o s i t i o n i n g S y s t e m の 略 で， 日
本語では，全地球位置観測システムと呼ばれている。
GPSはアメリカ国防総省により軍事目的で開発され，1990年代からは，民間利用も可能となった。GPS衛星
は，地球を６つの軌道で地上20,000mの高度を周回し，

薗唖̲…
＊-=迄二璽夢壺豊­­､ 、 、 ／ 一Ｌｰ-・電子基準点；鐸＝ʻ＝一GPS地上局ｱﾝﾃﾅ

EI4GPS/IMUとデジタルカメラによる航空写真測量
Fig.４PhotogrametrybyGPS/IMU&digitalcamera

各軌道には最低４個の衛星が等間隔で回り，全地球を２４個の衛星でカバーしている。よって，地球上どこのに利用されるようになり，より生活に身近なものとなっ場所でもGPS電波が受信可能となった。

た。測量で使用するGPSは，携帯電話の単独測位方式

G P S は ， カ ー ナ ビゲー シ ョ ン， 携 帯 電 話 の 位 置 探 索
7８とは解析方法が異なる。単独測位方式では，平面位置誤差が数ｍから１0数ｍ程度であるのに対し，測量のGPSは,1轆標値がわかっている基準点でのGPS受信電波と計測したい場所でのGPS受信電波を相対的に解析

表lGPSの測位〃式と特徴
Ta b l e l G P S p o s i t i o n i n g m e t h o d s a n d t h e i r f e a t u r e s
側位刀式
単独測位

することで，数CInの精度で観測することが,』I能である。

ＤＧＰＳ

樹林の巾やビルディングが多く，犬空が|刑けていない地

ＳＴＡＴＩＣ域など,GPS電波を良好に受信できない場所では利用

Ｋｉｎｅｍａｔｈｉｃ

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特徴
カーナビ，桃,川:の地|xlでｷ11川ｌ|古I定局の変異量で移助i!!)をﾄlli'l;１

最も高精度な川ｲ,〉
ＲＴＫ機能で工事測量にｆ|川Ｉ

で き な い ｡ G P S の 観 測 に は ， 表 ｌ の よ う に い くつ か 測
位 方 式 が あ る ｡ ( 長 谷 川 ・ 川 端 : ２ ０ １ ０ )２２電子基準点
電子基準点とは，国土地理院が全国に1,200地点以上のGPSアンテナを設置した,２４時間連続位置情報を観測しているﾉiL唯点を云う（図５)。それにより，予め座標がわかっている三角点などの既知,1,1ｉにアンテナを没潰しなくとも，！汁測したい地点でアンテナによるGPS電
波を受信し，座標を算出することが可能となった。また，携帯電話の杵及に広まり，モバイル環境か好転したこと

図５竜ｆ堆準点と機器構成（国十地理院HPより引川）Fig.５Electronicreferencepointandconfiguration(quoted

から電f基準!､'ｽを基地局として，携帯電話で電ｆ基準点

fromtheGeographicalSurveylnstituteHPの補正情報を移動局へ転送してリアルタイムに解析する

http://terras・gsigojp/gps/gps-basedcontrolstation
html）

方 式 の R T K- G P S 測 量 ( R e a l T i m e K i n e m a t i c G P S )が可能となった。本方式により，移動局アンテナを持って計りたい場所を移動するだけで，リアルタイムにその2.4今後の展開

場所の座標を読み取ることができる。航空機搭載の航空

わが国では,２011年に準天頂衛星「みちびき」が打デジタルカメラで撮影する写真や航空レーザ計測では，ち上げられ，試験的に運用されている｡８の芋軌道で地機体のʼ２邪にGPSアンテナを取り付け，写典の搬影箇

球上を周mlし，特定の地域の上空に留まるllflll１が良い。

所のlAK棟やレーザʼ汁1111点の座標算出に地上の奄必悲準点

準天頂衛星の主な目的は，「補完機能」と「補ll皇機能」

データを川いたキネマティック方式で面的な広域測量をであり，準天頂衛星を天頂付近に配置させ,GPS衛星

実現している。

の互換信号を送信することで，都市部やII1岳地形の谷間などの測位において，衛星の幾何学的配置を改善するこ

2.３GNSSとが目的であり，この衛星を特徴づける機能である。

GNSSとは,GIobalNabigationSateliteSystemの略 で , G P S は ， アメ リ カ の 打 ち 上 げ た 衛 星 の み を 使 用

３．航空レーザ計測(AirborneLiDAR:
LightDetectionandRanging)

して い る シス テム で あ る の に 対 し , G N S S は ， ロ シ アの G l o n a s s , イタ リ ア の G a l i r e o 衛 星 他 を 合 わ せ た ， 全

航空レーザ計測は，航空機から地上に向けて照射したての衛腱を使川した位潰観測システムである。より多数

レーザパルスによって地表面の３次元データをIIWi'i度にの衛星の電波を'更伝することで，精度を確保するもので取得する技術である。近年，防災，環境など，測硫以外

あ る 。 よ って 蚊 近 で は ， 従 来 の G P S 技 術 の こ と は ，の多方面の分野で利川されるようになった。本技術の原GNSSと呼ばれるようになった。

理と特徴を紹介する。

７
９

G驫趣Ｉ

空間があればレーザー光は隙間を縫って下方に進む|鷲鐵い…｡

ご ­G P S z

､空機の空間率 垂

ʼ

Ｋ夢一位置を測定

一"Ufxo----動ʻ之婆ﾚｰｻ舅#ﾘ唖妾置
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準慕罰

発射したレーザー光

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ファーストパルス

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中間パルス？

琴F霜、

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図６航空レーザ計測の概略
Fig.６０utlineofAirborneLiDARSurvey

航空レーザ計測は，航空機搭載型のスキャン式レーザ

ラストパルス

停
包

悪

マ

可

3.1計測原理

樹木を上方向から見た図

汐E 1 ７ レ ー ザパ ルス の 反 射 概 略 I X I
F i g . ７ Va r i o u s r e f l e c t i o n s o f e m i t t e d l a s e r p u l s e

測距装置を用いて計測される。航空機に搭載された装置
は , G N S S 受 信 機 を 内 蔵 して お り ， 地 理 座 標 が 既 知 である電子基準点なと地上基準局で受信したGNSSデー
タと照合することで，航空機の位置を高精度に算出ことかできる。また，航空レーザはIMU(Inertial
MeasurementUnit)を内蔵しており，航空機の姿勢を計測することでレーザ光の照射方向，照射位置を高精度、に把握することができる。一方，レーザ光は高頻度で発射されながら反射ミラーにより左右にスキャンするため，／航空機の進行にともないフットプリント（レーザ光が地上に当たった点）がジグザグに並ぶことになる。この１

図８航空機レーザ計測のコントロールユニット（奥）とセンサー
ヘッド（手前）発ごとの計測点を座標化することで，地表面や地形の形

Fig.８Controlunit(backside)andsensorhead(nearside)of
airborneLiDAR

状データを取得することができる。さらにデジタルカメ
ラも搭載可能で，画像撮影時の航空機位置での座標と姿
勢（回転要素）が取得できるため，オルソフォトの作成

その間を中間パルスという（図７)｡樹冠や建造物等のや図化作業を簡便に行うことが可能である。図６に航空被覆物を計測する場合はファーストパルスを使用して座レーザ計測の概略を示す。

標値を算出する。地形を計測する場合は，ラストパルスを使用して座標値を算出する○3 . 2 レ ー ザパ ル ス
地表までの距離は，航空機から地上に向けてレーザ光

3 . 3 シス テム 構 成を照射し，反射して返ってくるレーザ光を検知し，その計測システムの基本的構成は，レーザ本体とデジタル

往復の時間を測定することにより求める。発射されたレー

カ メ ラ , I M U を 組 み 込 ん だ セ ン サ ー ヘッ ド 部 ， 信 号 処

ザ光の一部が樹木や植物などの地物に，残りが地表面に理装置及びナビゲーション装置からなる。図８にセン当たった場合，反射パルスは複数となる。その最初に当

サーヘッドとコントロールユニットを示す。最新のレーたったパルスをファーストパルス，最後をラストパルス，

ザの発射頻度は一秒間に１０万発のパルスを発射するこ

８０

表２航空レーザ計測装置ALS60(Leica)の仕様
Table２SpecificationsofLeicaALS６0airbornelascrscannel

形
〔
』
:

ｌＬＳ６０

述川,1.i'il"

2()O〜5,000ｍ

観測りi,i161()m(対地高度２000m,人世介irl４４12)

岐人パルス数

200,000Ｈｚ

商さ梢度(1(J)10cm(対地高度2,000m)

水平W,iil"(Io)

２５cm(対地高度2,000m)

走街的

鹸大７５。

、 ルスモ ー ト

ファースト／ラスト／''1間パルス|1il時取得

レーザ反射強i災

取得n｣

搭載カメラ

カラー・亦外デジタルカメラ(3,900万lil'i*)

製造会社

LeicaGeosvstGms（スイス）

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図９DSMの例
Fig.９ExampleofDSMとができ，対地尚度も３,０００m以̅上で測定111能である。
例 と して 航 空 レ ー ザ 計 測 装 置 ( L e i c a A L S 6 0 ) の 仕 様を表２に示す。

3.4航空レーザ計測の特徴(１)DSMとDEM
レーザ計測点群データには，地表面以外にも樹木・構造物など様々な地物が含まれている。すべての計測点デー
タからノイズや樹木等の被覆物のデータを除去して地形を抽出する処理をフィルタリング処理という。地形抽出
フィルタリング処理では，ラストパルスデータに統計的図lODEMの例
Fig.１OExampleofDEM

手法や川波数解析などによって地物を除去し，地形デー
タを作成する。地表及び地形を示す点群データに対して（３）応川

内挿計算をすることにより,DSM(DigitalSurfaceM

航空レーザ計測は，広範囲を高密度位置形状情報としodel:被覆物の表層メッシュデータ）とDEM(Digitalて取得するため，地形測量のためだけではなく，都市計

ElevationModel:地盤高のメッシュデータ）が作成さ画（構造物形状，景観等)，災害（地震火山，津波，れる（図９，図１0)｡

地すべり等）対策，水資源管理(積雪量，ダム水等)，河（２）航空写真測量との比較

川管理（内水氾濫等)，生物環境（樹高，バイオマス等）

航空レーザ計測は，従来の航空写真測量と比較して以

調査，施設設計（道路，送変電所等）など，多方面で利下の特徴がある。

用されており，さらなる今後の発展が期待される。

・森林地帯でも樹木下の地形計測が口I能。
・犬候条件が緩く計測機会が増す。
・雄唯JIII､(不要で現地作業がほとんどない。
・面接デジタルデータを取得するので，計測後のデー
タ処理が迅迷に行える。
・機械的誤差だけで，人為的な誤差が入らない。

４．赤色立体地図(RRIM:RedRelief
ImageMap)
4.1背景
従来，地図における地形表現手法として，肢もよく用いられるのは，等高線であった。等高線は地形面と水平
８１

面の交線の位置を平面図上に示したものであり，客観的で優れた方法である。さらに等高線の背景に「ぼかし」
画像を重ね，地形をより立体的に表現することもしばしば行われてきた。
最近航空レーザ計測技術(AirborneLiDAR)が急速に発展し，高精度の地形データが得られるようになってきた｡LiDARによる地形データのメッシュサイズは,1ｍ程度と小さく，高度も数十cIn程度の精度を持つ。
このような高密度・高精度・広範囲のデータを実用的に数千分の一程度の等高線で表現するのは困難であり，また既存の地形可視化手法でも'一分に表現しきれていない

灘

図ll富士111青木が原水火火ｎ列赤色立体地図
Fig.llRRIMofcraterrowinAoki-ga-hara,Mt.Fuji

問題があった。
このような背景から,２００２年富士山麓部の航空レー

1００

ザ計測後の地形表現検討の中で「赤色立体地図」（|勤11）が千葉により発案された（千葉・小山:2002)｡これは，コンピュータグラフィックス(CG)における，環境光の考え方を地形表現に適用したもので「ぼかし」
として等高線の背景図に利用するだけでなく，地図のように利用可能な新しい地形可視化手法であった。

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線の太さ0.15mm)­等高線の間の隙間

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4.2等高線表示の問題点！

＝ --１/25000(10m間隔、

＝二F＝

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軍属

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０ １ ０ ２ ０ ３ ０ ４ ０ ５ ０ ６ ０ ７ ０ ８ ０ ９ ０

地形面の傾斜角度，"副鶚臘"“

従来の航空測量による地形図作成では，図化機で実態視しながら等高線を描くのであり，一般的には等高線間

図１２斜面傾斜と図面上での等高線間隔Ｈ１離の関係(1/25,000地
形図の主曲線の場合，線||15０.１５mm)(干葉・鈴木(2004)
を一部改変).

の高度は測定しない。等高線間の任意の１点の高度は，両側の等高線から内挿補間によって読み取る。ところが，Fig.1２RelationbetweenslopeinclinationandcontourintervalonthedrawingwithalinewidthofO.1５mmin

LiDARなどの測定データから計算で等高線を作成する

ascalcoﬂ/25,000topographicmap(Chibaand
Suzuki:2004)

場合，緩斜面では等高線高度と一致しないために隙間を生じることがある。地形表現として等高線を用いる場合，
この隙間部分の任意の１点の高度を知るには，実測値が地形を読み取るのが難しいことは，よく経験することで存在するにもかかわらず，等高線から内挿補間で求めるある。

ことになる。これでは取得されたデータの精度がいかされていないことになる。

この図から，等高線による緩傾斜部の地形表現力を向上させるためには，等高線間隔をできるだけ狭くすればこのような問題は，等高線の性質によって生じる。斜よいことがわかる。一方で，急傾斜の等高線どうしの接面傾斜と図面上での等高線間の隙間に着目して整理した

合を避けるためには，線を細くするか図面縮尺を大きく

ダイヤグラムを図１２に示す。斜面が急になるにつれ，

す る こ と に な る ｡ L i D A R に よ って 取 得 さ れ た １ m メ ッ

等高線間の距離は狭くなる。傾斜７０度になると，等高

シュの地形データを測定精度を生かして表現するには，線の間隔が広がり，傾斜３度では間隔が１cmに達する。

1/500程度の大縮尺とせざるをえない。範|荊が広ければ

傾斜０度ではtaneは無限大となる。平野の地形を等高

図面数も膨大となり，現地調査には使いにくい。したがっ線で表現することは困難であり，等高線にから平野の微て , L i D A R に よる 高 精 度 の 地 形 デ ー タ の 利 活 用 の た め8２

には，等高線以外の地形表現が必要となる「

4 . 3 地 形 可 視 化 フィル タ
DEMデータをもとに，地形をⅢI視化する手法には，
陰影IXI,斜度方位|又分IXI,高度段彩IxI,ラプラシアン図，
地上開度図，地下開度図などの各種フィルタ画像がある。
これらの画像には，それぞれ一長一短があり,１枚です
べての地形特性を表現することは難しい。いくつかの画像を見比べあるいは合成し，総合的に理解することが必要である。
一般に地形面は，ひと組の(x,y)値についてひとつのzil'iiしかもたない｡これは写真等のデジタル画像と共通の２．５次元データ構造である。したがって，高度を輝度に変換すれば，地形を１町像として取り扱うことも可能で，
Photoshopなどの凹像処理ソフトウェアによる高度な画像処理も可能となる。以下，代表的な画像処理フィル
タについて解説する。
(１)陰影図直射日光に照らしだされたような画像であり，一般的に大地形はわかりにくい表現である。地形面の法線ベク
トルと太陽光のベクトルの余弦から，反射率を求め陰影(b)北火太陽高度４５度

図とする。太陽光に地形面が正対しているほど明るく表現される。太陽高度を低くするとコントラストが火きく

図１３１E1ｔ地理院1０mメッシュ数値標高モテル「蔵王」から作成
した|陰影図:(a)北l几i太陽高度４５度,(b)北東太|場尚度なり，微地形をより強調することができる（図１３(a))｡Fig.1３ShadedreliefmaparoundMt.Zaocreatedbyusing

強い〃1句依存 性があり特定方向の地形を選択的に強調

lOm-gridDEMofMt.ZaoprovidedbyGeospalial

４５度．

InformationAuthorityofJapan:

するため，すべての微地形を把握するために光源の方向(a)illuminatedfromnorthwestinsolaraltitudeof45｡,(b)illuminatedfromnortheastinsolal･altitudeof45｡などを様々に変化させて比較することがよく行われるｏ
影を計算するとさらに立体感が強まるが，影が投影された部分の地形が判読しにくくなる。光源が下辺方向からともある(IXll4)o

当たった場合には地形が反転してみえることもある（図斜度図には，陰影図のような方向依存性がなく，あら13(b))｡机上に地図をおいて周りを取り囲んで議論す

ゆる方向の地形の特徴をよく表現できるＯ微地形を強調るような場合，陰影の方向と見る方向が理想的な側の人

するが，人地形は明瞭ではない。しかし，斜度図だけでと，理想的でない側の人の間で，凹凸の判断が反転し，は周囲と比較して高いのか低いのか，尾根なのか谷なの

議論に混乱が生じる側I能性がある。

か区別がつかないという問題があるｏたとえば，円形の（２）斜度図丘なのか窪地なのかを斜度図のみから判定することはで

斜度図は，微分l'l'i像とも呼ばれることがある。地形曲

きない。

の法線ベクトルの飛11![成分から傾斜を求め，明度と反比（３）高度段彩図

例させて表現する。傾斜と等高線密度との関係に類似し，古くから地図帳などの小縮尺地形|xlに使用されてきた

直観的に理解しやすい。カラーテーブルに対応つけるこ手法である。高度と色相を対応支えたカラーパレットを８３用いる。一般的に大地形分布を表現するには適した方法であるが，微地形は表現できない。また，色数を増やしても識別に|限界があるためにグラデーション的表現を用いる場合と，色数を限定して等高線を遠方から認識しやすくする場合がある。表現したい地形特性に合わせて，
カラーパレットと高度の対応関係を微調整すると，非常にわかりやすい画像が作成できる。小縮尺の地形図や平野部，海底地形図など，相対的に高度変化の少ない地形に適している。

4.4赤色立体地図の作成

図１４斜度図Fig.１４Slopemap(1)地上開度と地下開度（横山．白沢・菊池:1999)
地上開度と地下開度のフィルタは，大地形を表現する
フィルタであり，任意の地点から空の広がりを表現しようとしたフィルタである。地上開度は，着目点を中心とする考慮距離までの地表面について，着眼点における天
頂から地平線までの角度を８方向測定し平均したものである。一方地下開度は，着眼点における鉛直下法にある天底と地表面との角度の最低のものを８方向測定し，平均したものである。いいかえれば，地下開度は，あらか
じめ地形反転させて計算した地形開度とも言う。
地上開度を明度と比例させて作成した地上開度画像は，尾根筋が白く強調されるが谷筋はぼやけた表現となる( 図 l 5 ) ｡ 全 体 に 方 向 依 存 性 の な い レ リ ーフ の よ う な 立

図１５地ｋ開度図（開度考盧距離１０００m)
Fig.1５Groundopennessmapwitharadiallimitofl,000m

体感があるｏ
一方，地下開度を明度と比例させて作成した地下開度
画像は，谷筋の部分が白く強調され，尾根筋ぼやけた表現となる(gll6)。これらの画像は，着眼点の近傍で最大角度や最小角度をとる場合には微地形が表現され，遠方で最大角度や最小角度をとる場合には,結果的に大地形に微地形を同時に表現することができる。地上開度画
像は，天空光（環境光）に照らし出された白色完全不透明の地形表面に類似し，尾根を明るく表現するｏ地下開
度画像は，同様の環境光下の半透明で内部散乱可能な地
形表面の明るさに類似し，谷を明るく表現する。
（２）尾根谷度
地上開度図と地下開度図は，大地形と微地形を同時に表現するこれまでにない画像であるが，地形を把握するために２枚の画像を，枚に統合することで，両方のブイ
8４

図１６地下開度図（開度考臘ＭＩＩ離１０００m)
Fig.1６Undergroundopennessmapwitharadiallimitof
1,000mルタ画像の長所を取り入れた画像が導入された。これが尾根谷度|XIである。
地上開上と地下開土の間には明瞭な反比例関係がある（図１７)｡この関係は，考盧距離が短くなるほと強くなる。尾根部では地上開度が大きく，谷部では地上開度が小さく地下開度が大きい。また，地上開度と地下開度の合計値と傾斜の間に，弱い比例関係があり，傾斜が緩い
場合には地I淵度も地下開度ともに９０度に近づく傾向がある。地上開度は天頂と地形断面の上側接線の角度，
地下開度は，天底と地形断面との下側接線の角度であるＯ
したがって，地下開度と地上開度の差は，尾根なのか谷

図1８赤色立体地IXI
Fig.１８RedRelieflmageMap(RRIM)

なのかの尺度となる。そこで，尾根谷度を
尾根谷度＝（地上開度一地下開度)/２と定義する（千葉・鈴木:2004)。この計算により尾根
谷度図が作成できる。
（３）赤色正体地図
尾根谷度は，広い平面上地形では，水平面も斜面もＯという値をとり，傾斜を表現することができないＯ尾根
谷度というパラメータは，図１８では，右下４５度方向に向かう軸に投影した値とみなすことができるＯこれに対し，傾斜は軸に対し垂直方向に変化するので，傾斜と尾根谷度を独立して識別できるカラー合成を行い図化すれば，大地形も微地形も表現できる画像が作成できる０

図1９有珠l1｣２０００年I噴火西111西麓火口群
Fig.1９CratersonthewestfootofNishiyama,Mt.Usu

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地卜開度
図１７地|淵度と地ド附度の関係

図２０新潟県艮IMl'li(IIllll古志村）虫亀付近の棚lll地形

Fig.1７RelationbetweengroundopennessandundergroundF i g . ２ 0 R i c e t e r r a c e s a t Ya m a k o s h i - M u s h i k a m e , N a g a o k a ,ｏｐｅｎｎｅｓｓ

NiigataPref.

８
５

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尾根谷度を明度に，傾斜は赤の彩度に比例させた画像

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涯

を乗算合成した時に，最も地形特性をわかりやすく表現することができる（千葉・鈴木:2004)。このl１１１１像には，安定した,牡体感もあり，しかも微地形も人地形も認識できるl'i'i像で，これが「赤色立体地IXI」である（図１８)｡

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弐・

全ての色ﾎⅡについて|司様な画像を作成することが可能であるが，肢も立体感が強く感じられる色は赤である。

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図１９,２０に，有珠山西山西麓火１１群と新潟県長岡市(旧山古志村）虫亀地区の棚田地形の赤色立体図を示す。

ʼ

ヘリコプター底部にレーザ計測システムを搭載(４)３Dビューワ
や

赤色､IX体地図は２次元の画像でありながら,３次元的に視覚にI訴えかける画像となる。さらに，赤色立体画像
をDEM(数1IIT標高モデル）に貼り付け,３Dビューワにレーザ¥后

よる表,｣〈もiil能となる。この表示は大変リアルであり，

ʼ｜

空からの地形データと画像を組み合わせたモデル巾に降り立ち地|を典横から対象物を見ることなども口I能であり，臨場感あふれた画像を作成できる(IXI29)｡航空レーザ
一手:-F:．ʻʻ勺ノ1.チＪ《弓計測十赤色立体地図+３Dビューワという最新技術のコラボレーションで実現された。

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図２１使川されたヘリコプターと航空レーザ!;|-川機器
Fig.２１HelicopterandAirborneLiDARsystem5．古墳の航空レーザ計測
大型11,.埴の測量図の大部分は戦前に作成されているが，多数のレーザ光を照射するため，高密度の計測を行うこ

測量|XIから得られる地形情報は，考古学の観点からみてとができる。，奇密度で計測できることにより，樹木内の柚めて砿要である。しかしながら，人ﾉw1li蝋の詳細な測地盤Imに多くのレーザ光が届き，よりi;"lllな地形形状を量は容易ではない。地上測量による場合，現地への立ち

捉 え る 。 仙 川 さ れ た ヘ リ コ プタ ー （ ロ ビ ン ソ ン 社 製

入りiWI:IIIなどの制約があるだけでなく，樹木など障害物

R44)とレーザʼ汁測機器(TopoSys社製Harrier56)をにより作業に困難を伴う場合がある。そこで，精密な地図２１に示す。

形情報を群るため，航空レーザ計の適川が検討された。
過去に人咽古墳を対象とした航空レーザ計測は行われて

5.2御廟山古墳とコナベ古墳

おらず，榧脈觜古学研究所とアジア航測の共同研究によ御廟山古墳の航空レーザ計測は,２０１０年２月２1tlに，り，初めてヘリコプター搭載型航空レーザ計測が実施さ

コナベ占墳は２００９年１２月７日に，表３の計測諸元にてれた。その結果，非常に貴重な大型占墳である御廟山占実施されたo１吋古墳とも樹木が畿蒼としており，濠の外噛・コナベ古墳，箸墓古墳，西殿塚古墳，また新沢干塚側から一部墳丘内の裾の地表面を確認できる程度だった,li墳群の詳糸lllな地形情報が取得された(IILi膝・藤井：(H２２)｡そこで，古墳を「井」字状に４測線からレー

2010)(藤ｊｌ２ら:2011)(佐円ら:2012)(Fujii"".:

ザ計測を行う手法が採られた。同一地点に対して４方向

2012)。以卜．その成果のいくつかを紹介する。

からレーザ光が照射されることで，地樅へのレーザ光の進入苅皮が変わり，樹木の陰になりi汁測できない簡所も，

5 . 1 ヘリ コ プタ ー 搭 載 型 航 空 レ ー ザ 計 測ヘリコプターの場合，固定翼より低対地I葡度で飛行し8６

均一な地盤データが取得できる。また，樹木の表層，中間層のデータも取得でき，墳丘上に柿ﾉ|えする樹木の繁茂

炎３御IWIIII占墳とコナベ古噛の航空機レーザ計測諸元
Ta b l e ３ S p e c i f i c a t i o n s o f a i r b o r n e L i D A R s u r v c 》

樹木の表層データａｔ

GobvovamaandKonabemoundedtombs

illll"l11,1,.｣1'i

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２()１０年２１１２１EI

2009fli１２月７日

コ ース 駁

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４コース!;･'測高IH(m)対地500ｍ対地650ｍ

パルス発射数180ｋＨｚ120ｋＨｚ

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70km/h

70km/hレーザ;l･ill'1点密度

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(a)墳丘主IIilll直交方向断面
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̲̲ノー･"◆­二■(b)墳｢ft'lilh方|f'j断lili|列２３コナベil｢墳のレーザ反射｣1b1,(データFig̲23LaserreﬂectionpointsofKonabemoundedtomb:(a)acrosstheprincipalaxis､b)alongtheprincipalaxis

径

Ix１２２御l,jilll古墳
Ｆｉ貝.２２Gobvovamamoundedtomb

状況も断面図ほかにより把握することができる｡(図２３,
IIx124)(１)御廟山古噴御廟lll占墳は，人阪府堺市北|><I'i舌鳥本l１１rに所在し，噛丘部はI'j舌烏|唆墓参考地として官内庁に管理されている。このI{i-墳は，前方部を西にlfilけた前方後円墳であり，

ＩＸｌ２４コナベILf墳のレーザ強皮データ（烏倣図）Fig.２４LaserintensitvdataofKonabemoundedtomb(bird's
evcview)

ILi舌烏古墳群の一部を構成し，その規模は本古墳群内で４番目にｌⅡ当する。２００８年には宮内庁と堺市により墳丘と濠の一部の調査が実施された。この調査により御廟山た。図２６に，地上測量の等高線とレーザデータの等高,li墳が５枇紀中ごろに築造され，墳丘の規模が全長約線を重ねた図を示す。後円部および前方部の最高標高点

200mであることが判明した。またこの占墳は３段築成の高さを比較した結果，誤差が数ｃｍであったが，ハド面であり，南側くびれ部には造り出しがあり，墳丘各段のの形状でもほとんど差異がないため，レーザデータは現

ふきいし

斜面には葺石が，平坦部には埴輪が巡らされ，墳丘の周地測量と遜色ない精度を確保していると考えられる。た|ﾉﾄlには濠が２重に没けられている。

だし，墳丘内の樹木を伐採した際に，処理木が集積され航空機レーザ1汁測でえられた地撚面データの亦色立体た場所があり，等I苛線に違いが生じている（図２６(b))。

地IXIをIXI25に示す｡２００８年に,'R.内庁が墳丘を，堺市（２）コナベ古墳が濠から外側の測量を実施し，測量図を作成しており，

コナベ占墳は，奈良県奈良巾法華､f町に所在し，小"|I

このデータを使用して，レーザデータの精度検証を行っ

辺|凌墓参考地として宮内庁に管理されている。この古墳
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|xI２５mli'lillll!l,.j側亦色立体地|Xi
Fig.２５RRIMofGobyoyamamoundedtomb

は前方部を南に向けた前方後円墳であり，佐紀盾列古墳群の一部を構成している。この古墳には濠が巡り，その外側には堤に沿って陪塚が築造されている（図２７)。５
世紀前半の築造とされ，墳丘は３段に築成され，東西のくびれ部には造り出しが設けられている。現在公表されている墳丘の規模は，全長約２０４m,後円部径約１２５m,
高さ約２０m,前方部幅約１２９m,高さ約17.5mであり，
近ｲﾄの洲介では堤や陪塚が奈良時代の庭剛として利用されていることが判明している。２００９{| 秋の四造り出し部の!洲侮では円筒埴輪のほか，柵形埴輪，恭形埴輪，家形ilfi!陥等の形象埴輪が検出された。
航空レーザ計測の赤色立体地図を図２８に，その３D
表示を図２９に示す。後円部墳丘の小さな高まり，後円部墳頂へ至る道や西造り出しの方形の高まりが確認でき(a)等高線|叉Ｉ蕊
*１l.li線に差異(b)墳丘拡大図

図２６御廟11l古噴における地上測量と航空機レーザ測量の比較（青色：レーザ言|測等高線）
Fig.２６Comparisonbetweengroundsurveyandairborne

る。また，古墳周辺部では古墳を取り囲むように段丘上

L i D A R s u r l ･ e v a t G o b v o Va m a m o u n d e d t o m b ( b l u eに立地する陪塚等が明瞭に表示され，新たなコナベ古墳

linc:LiDARdata):(a)Contourmap,(b)CIose-upmap
ｏｆｔｈｅｍｏｕｎｄ．

像を兄ることができる。（藤井・吉永:2010)

5.3新沢千塚古墳群
新沢T･jX!'i噛群は，奈良盆地の|村部，柵原IIi川西町，
烏陛lllJ,北越智町に位置する小丘陵に密集するように築造されている（図３0)｡この古墳群は,４世紀後半から
８８６世紀中頃に築造され，直径１Omから１５mの円墳を中心に,liij方後円墳や方墳を含む約６００基あまりから構成される。
１９６０年代初めの日本政府の農業生産拡大政策の中，

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図 ２ ７ コ ナ ベ 古 墳 の デ ジタル 航 空 写 真
Fig.２７DigitalaerialphotographofKonabemoundedtomb

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(b)側面図図２９コナベ古墳赤色立体地図の３Dビューワによる表示

F i g . ２ ９ D i s p l a y o f R R I M o f Ko n a b e m o u n d e d t o m b b y ３ D
viewer:(a)Bird's-eveview.(bノｂｌｑｅｖｌｅｗ．
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古墳を守るべく約１３０基の古墳が発掘された。この発掘
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調査をとおして小規模古墳の群構造や築造過程，さらにー

大陸からもたらされたiil1葬品の存在がlﾘlらかになった。
その結果,１９７６年には，ほとんど古墳群全休にあたる
124,427m2が国史跡に指定された。
ヘリコプター搭載レーザ地形計測は,２０１１年３jjlO日に実施された。飛行高度５００m,飛行速度７０km/h,
古墳群上空を北西南東方向に，７コースで計測された。
レーザは,１秒間に１８万回発射される。良質なデータ

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るようコースの重複率をあげてレーザ光の地盤への到達「
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図２８コナベ古墳の赤色虻体地図
Fig．２８RRIMofKonabemoundedtombを取得するため，同一地点に３方向からレーザを照射す率を高め,1m２あたり３０点以上のデータを取得し，詳ー

細な地形データを取得した。得られたデータは，既存の地上測最との比較では，１苛さで数CIn以内の差であった。
結果の赤色立体地図を図３１に示す。また,３Dビュー
アシステム「LandViewer｣(アジア航測）を用いて，３D表示した結果を図３２に示す。
8９護憲( a ) オルソ 写 真

IU３0新沢T･塚占噛のデジタルカメラオル､/l'l'i像
Fig.３()DigitalorthophotographofNiizawa-senzuka(b)赤色立体地Ⅸ｜
図３２新沢T･塚占墳群の３Dビューワによる表示
Fig.３２３DviewofNiizawa-senzuka:(a)Orthophoto,(b)ＲＲＩＭ．

読が困難であることが多い中，ヘリコプターレーザ計測による尚密度の測量が古墳の発見につながった。
（２）新たな墳形の確認
新沢千塚古墳群１７号墳は，これまで発見例のなかっ
IXI31新沢T･塚占埴群の赤色立体地図
Fig.３１RRIMofNiizawa-senzuka

た，踵方形の方墳の上に円墳が片側に偏って乗った墳形(変形止l'lド方墳）であることが確認された。墳丘の赤色立体地図を図３４に，墳丘の大きさを表５に示す。
小規模な占墳が密集する新沢千塚古墳群において，大地形データの詳細な観察の結果，新たな墳丘やこれまで知られていなかった墳形の占墳が発見された。

規模古墳|司様に墳丘情報を詳細に取得し，各｢lf墳の立地を明確に視覚化できた。（佐田・吉永:2012)(１)新発兇の前方後円墳
新沢千塚11I-壌群の南東に位侭する竹林内でこれまで確i謝できなったliij方後l｣ｊ墳が発見された。峨尚が３m程

６．モービルマッピングシステム(MMS:
MobileMappingSystem)

度と低いためこれまで古墳として認識されていなかった。
墳丘の亦色立体地図を凶３３に，墳丘の大きさを表４に

車l,ijなどの地上移動体に位置姿勢制測装iifi(GNSS/

示す̅･竹林ではレーザ光の地稚到達率が低く，地形の判IMU),レーザスキャナ，カメラなどのセンサを搭戦し，

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１９­­,,,/＝-'ʻ』ʻ/、ʻへ,ʻ＃、Fig.３３Newly-discoveredkeyhole-shapedmoundE１３４新たに確認された墳形
Fig.３４Newly-discoveredformoftomb

表４新発兇のliij方後|Wiの大きさ
Ta b l c ４ D i m e n s i o n a l d a t a ( ) f n c w l v - d i s c o v e r e d k e v h o l e shapedmound

表５新たに確認された噛形の大きさ
Ta b l e ５ D i m e n s i o n a l d a t a o f t h e n c w l v - d i s c o v e r e d f o r m o f
tｏｍｂ

11.72ｍ(11乏辺腿

38.25ｍ2後|'1祁径24.83ｍ

2短辺長25.72ｍ3 催 | リ 部 局 ２ . １ １ m ( W, R i 8 9 . 7 5 m )3〃墳I府』

2４６ｍ（標高91.35ｍ）⑳前〃部鵬

12.29ｍ

血''1墳從

15.62ｍ5前〃祁高2.74m(標向88.57m)

a円墳高224m(標而j９３5９m)

１く､､I
1 r ̅ - 」

移動しながら周辺地物・地形の三次元情報を取得する装Ｉ

置 を モ ー ビ ルマ ッ ピ ン グ シス テム ( M M S ) と い い ， 計

ヶ測装置の柵成や計測原即は，航窄レーザ計測装置とほぼ|『1様である（凶３５)。航空レーザ計測装悩が上空から̅ド方向のみを計測しているのに対し，モービルマッピンッ
グシステムは地上の車から周囲を計測し，道路面以外に
建物畦面やオーバーハングの構造物，トンネル内の計測
も 可 能 と して い る 。 ま た ， 地 上 で は , G N S S 信 号 が 受信できない環境が多く存在するため，オドメータ（距離図 ３ ５ モ ー ビ ルマ ッ ピ ン グ シス テム ( M M S )計）を搭救して位置精度を確保する方法も採用している。

Fig.３５MobileMappingSystem

取得したレーザデータや画像データを使用して地物や地形を三次元図化することがiII能であり，建造物のCSDモデル化，航空レーザの補完，点群そのものを利川した計測などI幅広く利活川できる（図３６)｡空から観測できない文化財，例えば，建造物群や町､itみなどの計
測に応用することができる。

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ルイ砿『)農寂Ⅶ句｡.』I試鮴咽六脚
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７．おわりに

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測量機器による広域の３次元計測技術は，航空I/真か… ﾉ ? … f ̅号､角宅両同Fワノ症凸.ZO
U知ら始まり,GNSS/IMU技術とレーザ計測技術の融合に｜ : ' 昌 岱 二 」⑳過｜｢万云腕･ʼ

“Ｉより，航空レーザ!汁測へと発展し，空中と地'２の両方か｡̲w,"iﾊ、;魂

ら計測する手段を得た。文化財分野への利活用場面では，地上の立ち入り困難，かつ植生が存在する場所では，ヘ

国

二
犀
勇
二

リコプターレーザ計測により高密度な微地形データを取､巨費断羽町5(a)LiDAR点群（左）と３６０度パノラマ画像（右）得することが有効である。大型古墳を例にあげれば，墳丘および周辺の精徴な地形情報の取得は，学術的にも社一ヅ

会教育的にも大きな意味があるといえる。また，前方後ーーl'l墳の「赤色立体地図」表示は，その「造形美」を際立たせ，占墳築造の意味やＨ的に，立体的な造形への意識

房轌̅

が，強く関わっていることを印象付けさせる岐適な表現

凹痘方圭|錘I部'Ｉ二」法であるといえる。

押工『ごＦ１画貝定…

軍”98#■〜1ＵＬ的廼

航空機レーザによる!;|･測手法は，広範|用での微糸lll地形”エ巴（l↑8000116000
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72779為４Ｙʼ一”61436鈍り河Ⅳ■I ■１０８０棚■■･粥003

雪型
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や遺構の検討のみならず，人が立ち入ることが困難な森
林地帯（熱帯雨林等）や，危険地域（地雷腺・自然災害」
三地区）における遺跡の立地や分布調査に威力を発揮する(b)I所さ色分け表アパ（左）と３６０度パノラマl'lli像(fi)|xI３６MMS計測データのビューワ表示
Fig.３６Display()IMMSmeasuremcntdata:(a)LiDARpoint

clouds(left)and360upanoramicpicture(right);(b)AltitudetintsdisplayofLiDARpointcloud(left)and

ことができる。そして{､l随して得られる情報から，繁茂する植生の研究にも役立つと考えられる。地上からを含めたレーザ測量技術は，ピラミッドや城郭などの大型36()｡panoramicpicture(right).

建造物の測最や，集落や町並み全体の記録・保存など，
文化財関連での有効活川が大いに期待される技術である。

引用文献
蒋ｊ|武政・柳沢幸夫･l１１１１昇一・寒川旭・松野久也１９８２「松島地域の地質」地域地質研究搬告:５万分の一地寅図幅／地質調盃所（編）秋田(6)第８９号l２1p
西藤清秀・藤井紀綱２０１０「新時代を迎えた大占墳測量」日本文化財科学会第２７回大会研究発表要旨集
pp.40-41
佐HI一徹・吉永剛・藤井紀綱・西藤清秀２０１２「ヘリコプター搭載航空レーザ測量による古墳調査」ｕ
本写真測量学会平成２４年度秋季学術講演会予稿集pp.23-24
末永雅雄1961『日本の古墳」朝'二l新聞社1６９p
干柴達朗２００６「活火山活断層赤色立体地IXIでみるI1本の凹凸』技術評論社l３６p
千雌達朗・小lll真人２００２「青木が原樹海の地形が見えた」旧土交通省'高士砂防事務所広報誌「ふじあざみ」３８pp.1-2
千柴達朗・鈴木雄介２００４「赤色立体地IxI-新しい地形表現手法」応川測壁諭文集l５pp.81-89
千梁達朗・鈴木雄介・平松孝iljf２00７「地形衣現が生み出す地図の111能ʻ性」「地形衣現手法の潴問鼬と赤色立体地図」Ｈ本I痕|際地図学会pp.27-36
9２奈良県立橿原考古学研究所附属博物館1998『オオヤマトの古墳と王権』奈良県立橿原考古学研究所附属博物館第50冊特別図録72p
長谷川昌弘・川端良和（編著)2010『基礎測量学」電気書院pp.114-125
藤井紀綱・西藤清秀，千葉達朗2012"Thenewvisualizationmethodofthethreedimensionaldata
toheritagesitesbyLiDARData"第３回日韓レーザーシンポジウム要旨集pp.205-219
藤井紀綱・吉永剛・佐田一徹・西藤清秀2011「ヘリ搭載航空レーザー計測データによる大型古墳の微地形表現」写真測量とリモートセンシング50(1)pp.2-3
横山隆三・白沢道生・菊池祐1999「開度による地形特徴の表示」写真測量とリモートセンシング４
pp.26-34
Fujii,N.,Saito,K.,Chiba,T.,Sata,I.,Yoshinaga,T.andTasaki,K.2012,GThenewthree-dimensional
visualizationmethodofheritagesitesbyLIDARdata"TheXXIIndCongressoftheInternationalSocietyofPhotogrammetryandRemoteSensing,Melbornepp.87-92(2013年12月27日受付,2015年３月15日受理）

9３(RecentAdvancesinScientiﬁcStudiesonCulturalProperties:Archaeoinformatics)

High-ResolutionAerialSurvey:
E v o l u t i o n o f M e a s u r e m e n t a n d D i s p l a y Te c h n i q u e s ,fromLiDARtoRedRelieﬂmageMap
NoritsunaFUJII!),KiyohideSAITO2)andTatsuroCHIBA3)')AsiaAirSurveyCo.,Ltd.1-2-2Manpukuji,Asao-ku,Kawasaki,Kanagawa215-0004,Japan
2)ArchaeologicallnstituteofKashihara,NaraPrefecture,1Unebi-cho,Kashihara,Nara634-0065,Japan

Manyhistoricalandarchaeologicalmonuments,includingancienttombs,arefoundwidely
throughoutinJapan,andcanbesuitablydetectedandvisualizedbyaerialsurveying.Theconv e n t i o n a l m e t h o d o f a e r i a l s u r v e y i s m a i n l y b a s e d i n a e r i a l p h o t o g r a m m e t r y . P r e s e n t l y, l a s e rscanningtechniqueshaveenabledustoacquiretopographicaldatawithhigherresolution.A
newaerialsurveysystem,airbornelightdetectingandranging(LiDAR),cancollectbare
ground-surfacedataeveninlocationswithtreeandbushcoverage.RedRelieﬂmageMap(RRIM)isanewmethodofvisualizingtopographicinformationthatcanvisualizebothconcave
andconvexregionsoftopographicslopes.CombiningairborneLiDARwithRRIMcanserveas
apowerfultooltoﬁndandmonitorarchaeologicalmonumentsscatteredacrosswideareas

９４