「デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析」

空間情報科学研究センターシンポジウム

レーザレーダによる 50cm-DEM の作成方法と精度
坪井 知美・村手 直明 （中日本航空株式会社）
ヘリ搭載型地形計測システムは，ヘリコプターに搭載したスキャン型レーザ測距装置と慣性航法装置，D-GPS を利用して地表面の 3 次元測量を行なうシステムであり，取得したデータから 50cm-DEM を作成することが可能である．DEM 作成ために，まず D-GPS によってヘリコプターの航跡を解析し，そのデータと慣性航法装置から得られたデータから，ヘリコプターの詳細な位置と姿勢データを算出する．次に，この位置と姿勢データを用いてレーザレーダの測距データおよび測角データの動揺を補正処理し，ランダム点の水平位置および高さデータ（WGS-84 系）を算出する．そして，これらのランダム点をメッシュデータ（日本測地系）に並べ替え，50cm メッシュの DEM を作成する．
DEM の品質を検証したところ，誤差の偏差が x 座標で 0.30m，y 座標で 0.39m，標高で 0.15m という結果が得られたことから，かなり実用的な精度であるといえる．ダブルパルス機能やレーザの反射強度データ，ラインセンサカメラで取得した画像データに関して，有効利用や精度の検証が今後の課題である．

1．ヘリ搭載地形計測システムの概要．ヘリ搭載地形計測システムの概要とが可能である．また，高さの情報だけでなく，カラーラインセンサ

ヘリ搭載地形計測システム（以下，計測システムとする）とは，カメラの搭載により，オルソ画像の作成が容易に行える．

ヘリコプターに搭載したスキャン型レーザ測距装置と慣性航法装置，D-GPS を利用して，ヘリコプターから地表面の 3 次元計測を2．システム構成と仕様．システム構成と仕様行うシステムである．計測の原理は，ヘリコプターの飛行高度から計測システムの構成は，計測部と解析部に分かれている．計

レーザ測距装置で測定した距離を差し引くことによって，標高を測測部には，ヘリコプターの位置と姿勢情報を取得する装置，地表定するものである（図 1）．

面までの距離を計測するレーザレーダ，地表面の色情報を取得

本計測システムは，現場に人が入る必要がなく，広範囲を短するカラーラインセンサカメラなどがある．解析部には各データの時間で計測できるという特徴をもつ．これは，災害地や急峻な山解析装置と保存装置がある（図 2）．

岳地の調査を安全に実施し，従来よりも早いデータ提供を約束す

これら各機器の仕様について表 1 に示す．

るものである．また，レーザの反射強度を計測して地表の構造物と植生の判読を行い，ダブルパルス機能により樹高を測定するこ

図 2 システムの構成

図 1 計測システムの概念図- 15 -

表 1 計測機器の仕様
装置

レーザ測距装置

仕様
2 号機

項目
レーザ波長
レーザ安全基準（JIS）
レーザ発射回数
スキャン回数

1.06 µm 帯
クラス 3A
20，000 回／秒
24 回/秒
4 段階切り替え：0 度 , 10 度 , 45 度 , 60 度
中心を左右 30°に傾けられる
2 段階切り替え： 2.5mrad , 0.5mrad
roll , pitch , yaw , position , velocity , time
50 回／秒相対測位（Differential method）
2048
28.672
f = 24 mm
プリズムによる 1 ライン 3 色分解式
CCD カラーカメラ，38 万画素オートアイリス
ホワイト・ブラックオートバランス，水平解像度 450 本

スキャン角度POS

カラーラインセンサ
カメラ
ビデオ装置

ビーム広がり角
出力情報
データ出力頻度
測位置方法
画素数
全画素長
レンズ焦点距離特記事項
カメラ

レーザ測距装置は，特に安全面を考慮して，レーザ光を直視ずヘリコプターの飛行ルートを解析し，そのデータと慣性航法装しても問題がないクラス 3A を使用している．計測中に対地高度が置から得られたデータから，ヘリコプターの詳細な位置と姿勢デ低くなった場合には，レーザの出力を低下させるような安全機構ータを算出する．この位置と姿勢データを用いて，測距データおも備えている．また，レーザビームの広がり角は 2 段の切り替え式

よび測角データの動揺を補正処理して，ランダム点のx座標，y座になっており，植生密度の高い地形の計測時には広がり角を小さ標および高さの値を算出する．このときの座標値は WGS84 系にくして，樹冠の下の地形計測を可能にしている．

基づく．そして，これらのランダム点をメッシュデータに並べ替え，座標系を日本測地座標系に変換して，50cm メッシュの DEM を作

POS については，従来の位置・姿勢データ検出装置に比べ，成する（図 3）．

データの出力頻度を 10 回/秒から 50 回/秒に引き上げ，動揺補正のアルゴリズムの改正を実施した．これにより，ヘリコプターの動きにより近似した動揺データの再現を可能にした．

4．データ利用例．データ利用例
本計測システムを用いると，人が入れない危険地域の調査や3．
．DEM 作成

広範囲の調査を短時間に行うことができる．災害時には，安全か

本計測システムによって取得したデータを処理する際には，まつ迅速に現地の状況を把握することが可能である．また，災害調

図 3 DEM 作成の流れ- 16 -

査にとどまらず，山地・河川などの地形測量や，2 時期の計測を実ある．黒は変化が無いことを示し，白は高低差が生じていることを施することによるダム堆砂量調査・積雪深調査・樹高生長量調査・示す．この高低差は，建物の輪郭に多く見られることから，メッシュ河床の変動量調査など，さまざまな用途へ利用できる．の位置ずれが生じたか，建物の影になった部分と考えられる．メッシュの位置ずれとしても，1 メッシュ程度のずれであるため，大き災害が発生した場合，被害状況をいち早く知ることは，災害復な誤差とは思われない．

興にとって重要なことである．山地の崩壊や河川の氾濫，地震による都市災害など，迅速な災害状況の把握を迫られるようなときに次に絶対精度を検証するために，地上測量した点の座標値と，は，計測システムの利用が有用である．地形データに加えて画像

DEM 上の同じ場所と思われる点の座標値を比較した．比較した情報も取得できるため，被害状況を視覚的に捉えることが容易で点は樹木や建物の角といった，DEM 上で位置が特定しやすい点ある（図 4.1，図 4.2）．

を使用した．その結果，誤差の偏差が x 座標で 0.30m，y 座標で0.39m，標高で 0.15m となった．

計測システムデータはすべてデジタル化されているので，例
えば GIS での利用も可能である．

6．まとめ
．まとめ
レーザレーダによって 50cm-DEM を作成する方法と精度につ

5．精度
．精度
計測機器の精度としては，レーザレーダの測距精度・測角精いて述べてきたが，今回示した精度検証の結果から，1／1,000 の度，POSの自己位置精度・3方向の動揺精度が挙げられる（表2）．

図面精度を持っているといえる．今後は，レーザの反射強度を各

この精度は，各機器が本来持っている精度であるため，解析した調査にどのように活かすか，ダブルパルス機能の有効利用と精度，DEM ではどの程度の精度があるかを検証した．

ラインセンサカメラで取得した画像データの利用法などの課題に取り組んでいく所存である．

まず相対精度を検証するために，同じ場所を 2 度計測してDEM を作成し，その差を比較した（図 5）．図は 1 回目の DEM から 2 回目の DEM を引いて，その差分を色の変化で表したもので

図 4.2 カラーラインセンサ画像例

図 4.1 DEM データ例

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表 2 計測機器の精度（カタログ値）
項目

計測機器

ヘリコプター自己位置POS

ヘリコプター姿勢POS

精±20cm （基準点 10km 範囲）
roll , pitch ： 0.02 度 rms
yaw

最大測距距離最小測距距離度

500m
レーザ測距装置

50m

測距精度

±20cm

測角精度（スキャン方向）±1 mrad

図 5 差分画像- 18 -： 0.05 度 rms