Pb-64
高密度・高精度レーザー計測に基づく短期間の土砂移動現象の把握（一財）砂防・地すべり技術センター ○小林 拓也
中日本航空株式会社 皆木 美宣 高橋 弘 水野 洋平

枦木 敏仁鈴木 浩二

1.はじめに土砂移動のモニタリングに関する報告はこれまで多くの事例があるが，計測技術の制約等により，1 出水など小規模あるいは短期間の土砂移動状況を，面的かつ高精度に把握した事例は少ない。一方，近年では無人航空機（以下「UAV（Unmanned aerial Vehicle）」）に計測機器等を搭載して災害直後の状況把握などに活用する方法が普及し始めており，UAV にレーザー計測機器を搭載して計測した場合は，有人機に比べ低高度での飛行が可能となるため，これまで把握が困難とされてきた微細な地形データ（リル・ガリ形状など）が取得できることが報告されている 1）。
そこで本研究では，中日本航空株式会社との共同により，UAV に小型レーザースキャナを搭載した航空レーザー計測システム「TOKI」（以下「TOKI」）を利用し，降雨イベントの前後で計測を実施してデータの比較・解析を行い，1 降雨による土砂移動状況の把握を行った。
「TOKI」は車載が可能で機動性に優れており，災害後などで人の立ち入りが危険な場所の地形データの取得や，微地形，小規模な土砂移動現象を把握できるツールとしての利用が期待される。

3.対象地の概要
本研究は，平成 23 年の台風 12 号により深層崩壊および河道閉塞の生じた奈良県五条市赤谷地区の崩壊地を対象として計測を実施した。赤谷における深層崩壊は，河床の標高が約 450m，尾根部の標高が約 1050mの長大斜面で発生しており，崩壊長は約 1000m，最大崩壊幅は約 400m である。
赤谷地区では，崩壊地下流において砂防堰堤が整備されているが，崩壊面及び河道には崩壊土砂の一部が残存しており，降雨により土砂移動が発生する可能性のある箇所と考えられる。

2.レーザー計測システム「TOKI」の概要
レーザー計測システム「TOKI」の外観を図 1 に示す。
計測システムは，産業用 UAV を基盤とし，小型レーザスキャナ，衛星航法システム（GNSS）により機体の位置情報を取得するためのアンテナ，機体の傾きを記録するための慣性計測装置（IMU），およびそれら計器の制御装置（PC）で構成される。
TOKI の基礎性能は，水平精度は約 3cm，標高精度は約 1cm，点群（レーザーによる照射点）密度は 300 点/m²と，国土交通省公共測量作業規程における有人の航空レーザー計測基準と比べて，高密度かつ高精度な。
計測ができることが確認されている 2）（表 1）

図 2 崩壊地の状況（奈良県五条市赤谷地区）

GNSS / IMU

4.2.計測期間中における降雨国土交通省 紀伊山系砂防事務所が公表していた赤谷地区の雨量計データより，1 回目の計測から 2 回目の計測を実施するまでの降雨を整理した。雨量の推移を図 3 に，各雨量を表 2 に示す。18 日から断続的な小降雨が発生し，20 日の昼に最大 1 時間雨量 21mmを観測した。

1時間雨量（mm）

251401201008060402002015105

図 1
表 1
方法

TOKI の外観（対地高度；速度）

水平精度

9/21 0:00

9/20 0:00

図 3 計測期間中の降雨（9/17～9/21）

TOKI の計測精度（有人機との比較）
条件

9/19 0:00

レーザースキャナ

9/18 0:00

9/17 0:000

表 2

計測期間中の各雨量

標高精度

点群密度

種別

（標準偏差） （標準偏差）（/1m³）

最大1時間雨量21mm

最大24時間雨量

105.5mm

総雨量

141mm

TOKI

80m； 15km/ｈ

0.031ｍ

0.009ｍ

300

固定翼2000m；260km/ｈ-0.054ｍ

1

回転翼450m；100km/ｈ

0.026ｍ

0.018ｍ16- 730 -雨量

累積雨量（mm）

産業用 UAV4.計測の実施
4.1.計測年月日
TOKI による計測は，1 降雨イベントを挟み，2016
年 9 月 17 日と 22 日の 2 回実施した。

5.計測結果
5.1.DSM の鳥瞰による土砂移動の把握取得された高密度点群データより DSM を作成し，鳥瞰表示により目視での対比を行った。高密度の点群データによる DSM のため，巨礫や流木の位置及びそれらの移動状況，地形変化の概況が把握可能である。
移動のない礫5.3.DSM の差分解析による変化量の算出
DSM の差分解析により地形変化が見られた範囲を対象として変化量を算出した。変化量は，採用するメッシュの大きさによる違いを検証するため，3 種類のメッシュサイズを設定し，それらに 2 時期の標高の増減値を乗じて算出した。算出の結果，メッシュの大きさによる変化量の差異は十数 m³に留まり，堆砂量が侵食量に比べ約 1,400m³多い結果となった（表 3）。
表 3
メッシュサイズ（ｍ）

移動した礫
侵食による澪筋の変化

図 4 2 時期 DSM 鳥瞰図による比較（左：降雨前、右：降雨後）5.2.DSM の差分解析による土砂移動の把握
2 時期の DSM により差分解析を行い，地形の変動状況を把握した。リル・ガリが発達している崩壊地上部では，侵食を受けている箇所が点在しており，総じて侵食傾向にある。中腹部では，降雨水が流下するガリ内部は下方，側方侵食を受けており，最大で約 4mの侵食が確認された。一方，勾配変化点，屈曲部，ガリーの下流部末端では，土砂の堆積が見られた。下流部では，一部で側方への侵食が見られるが，総じて堆積傾向にあり，最大約 2m の土砂堆積を生じている。

差分解析による変化量
堆砂量
（m³）

侵食量
（m³）

0.25

13,21411,822

0.50

13,212

11,822

1.00

13,22711,820

6.考察「TOKI」による 2 時期の高密度 DSM により，礫や流木の位置，移動状況が把握でき，またその差分比
較から小規模な地形変化を生じた箇所及びその変化量が把握できることが確認された。地形変化の生じた箇所も，崩壊地上部を除いてはガリ内に限られており，精度の高いデータが得られていると考えられた。
差分解析の結果を見ると，下流部の屈曲部において特に大きな侵食が生じていた。ただし，降雨後の横断図を見ると一様な谷地形を呈していることから，小降雨の発生時に移動した土砂が屈曲部で一時的に堆積しており，本研究の計測期間中に発生した降雨によりそれらが流下し，河道に流入・堆積したと考えられた。
一方，差分解析による変化量は，メッシュの大きさではより差を生じない結果となった。これは，各メッシュの中心点の標高値を，高密度 DSM を基に付与しているため，正確な中心点標高の増減値が算出されたことによると考えられる。また，1 万 m³以上の変動が見られており，大規模な崩壊地では数年が経過しても小規模な降雨による土砂流出が断続的に発生しており，数千 m³単位での侵食堆積を繰り返し生じている可能性が示唆された。
7.総括
レーザー計測システム「TOKI」は機動性に優れた高密度・高精度レーザー計測システムであり，有人による航空レーザー測量等で把握が困難な小規模な土砂移動の把握が可能である。そのため，大規模な土砂移動後の不安定土砂の挙動把握や，火山噴火後の降灰の流出状況の把握等に有効と考えられる。特に，降灰の流出については，技術面及び安全面から計測が困難なことから，これまで精度の高いデータの蓄積がなされていないため，TOKI の活用が望ましいと考える。
謝辞
本研究の実施に際しては，国土交通省 近畿地方整備局 紀伊山系砂防事務所より調査地を提供いただいた。ここに記して謝意を表する。

AB

参考文献

1）皆木ら：無人航空機（UAV）レーザ計測システム（TOKI）を用いた新たな調査ツールとしての考察，平成 28 年度砂防学会研究発表会概要集 B，p.2-093-094,2016
2）高橋 弘：超小型モバイルレーザ計測装置の UAV への適用，先端測量技術 107 号，p.102-114，2015

図 5 2 時期 DSM の差分解析- 731 -