Q&A

写真測量技術の農業分野における活用について
水利基盤チームはじめにっています。
写真測量の原理のポイントとなるのは、異なる視点画像を用いた3次元計測技術である写真測量は幅広から対象物を撮影した画像を用いるという点です。人い分野で活用されています。土木分野では地形測量や間が2つの眼で見ることによって奥行きの感覚を得る

土量計測、構造物の変状の検出などが活用例として挙ことができるのと同じように、2枚以上の画像を使うげられます。従来のトータルステーション等の測量機ことで3次元の情報を構築します。具体的には、三角器を用いた計測では、広範囲を高密度にカバーするた測量の原理を応用して複数の画像から対象物の位置をめには多大な労力が必要でしたが、写真測量を用いる定めています。図－1に2地点から撮影した画像を用いと現場での作業が対象物や対象地域の撮影のみで完結て、対象物の位置を求める方法の概念図を示します。

するため、労力の大幅な削減が期待できます。ここで1つの点が、異なった位置から撮影された2枚以上の画は、写真測量技術の概要とその農業分野における活用

像に捉えられている場合、2つのカメラの位置からそについて、Q＆A形式で解説します。の点に向けて仮想的な線をそれぞれ引くことができます。カメラの位置、角度が既知である場合は、その2

Ｑ１：写真測量とはどのような技術ですか？

本の線の交点を計算することによって位置が定まるのです。

Ａ１：写真測量（Photogrammetry）は対象物（物

図－1は写真測量の原理を単純化したもので、実際体、地形、構造物など）の特性を写真などの画像を用は対象物の位置に加えて、カメラの位置や角度も未知いて、非破壊かつ非接触で取得する技術です。英語名であることが普通です。実際のコンピューターによる称のPhotogrammetry（フォトグラメトリ）は、ギリ計算過程では、複数の画像から対象物の複数の箇所をシャ語のphot（光）＋gramma（記録する）＋metrein抽出し、多数の方程式を立て、それを解くことで、対（計測する）が語源です。広い意味では「写真画像な象物の位置と同時にカメラの位置と角度を求めていまどを用いて地形や物体などの対象物に関する情報を得す。

るための手法・技術」と定義されており1）、対象物の上で述べたようにコンピューターは複雑な計算を経形状などの幾何学的な特性に加えて、色や光の反射率て3次元情報を構築しますが、擬似的にその仕組みを等の情報を得ることも含まれています。ここでは、よ簡単に体験できるものとして立体視があります。ここり狭義の「2次元情報である画像を用いて対象物の3次では、2枚の空中写真を使って、そのプロセスを体験元形状を測定する技術」に焦点を当てます。

してみましょう。図－2に平成30年北海道胆振東部地

写真測量の歴史は古く、19世紀半ばの写真機の発明とほぼ時を同じくして、その原理が発明されたとされています2）。当初は、複数の写真を用いて建物の位置ኻ⽎‛↹௝㽳

や標高を測るという簡易な活用方法であったようです
が、コンピューターなどの計算機がない当時は、8枚の写真から地図を作成するのに4日を要したとの記録↹௝㽲

が残っています2）。コンピューターの計算能力が飛躍㱎的に向上した今日においては、数百枚、場合によっては数千枚の画像を数時間で処理し、高解像度の3次元䉦䊜 䊤㽳䉦䊜 䊤㽲

モデルを構築したり、リアルタイムで3次元スキャンὶὐ〒㔌㪽を行ったりするなど、高度な活用がなされるようにな

図－154

㱍

画像を用いた三角測量の概念図
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2024年７月

震で斜面崩壊が発生した場所を上空から捉えた写真をして写っている特徴点を探索する、特徴点とカメラの2枚並べています。2枚は同じ場所を異なる地点から撮相対的な位置関係を決定する、さらに決定した位置関影したものです。同じように見える写真ですが、よく係に基づいてより高密度・高解像度の3次元情報を構見ると、左右の写真には写り方が違う箇所があり（特築するなどの様々な計算処理が求められるからです。に、崩壊した斜面）、異なる視点から撮られた画像で高度な計算が必要になるものの、コンピューターによあることがわかります。左の画像を右眼で、右の画像ってデジタルデータ化することで数値的な解析（例えを左眼で見る、つまり寄り目にして視線を画像の手前ば、体積の計算）が可能になります。実際に、図－2で交差させ、2枚の画像を重ねるように見ると（慣れの画像をコンピューターで処理すると図－3に示すよないうちは難しいかもしれませんが）、画像を立体的うな3次元の地形モデルを得ることができます。ここに認識することができます。このように視点の異なる

では、航空写真を使った広い範囲の地形解析を例とし複数の画像を用いることで、2次元である画像から3次て挙げましたが、対象物のサイズを問わず様々なスケ元の情報を得ることができるのです。

ールで3次元モデル化が可能です。

人間の眼では、立体視によって瞬時に複数の画像から対象物を立体的に認識することができますが、コンＱ２：3次元計測が可能な計測器としてレーザースキャ

ピューターでは膨大な計算が必要になります。画像中ナもありますが、どのような点が違いますか？の特徴的な点を大量に抽出する、複数の画像中に共通
Ａ２：写真測量で使用する写真画像は、対象物の表面で反射した太陽光や照明の光をカメラのセンサが捉えることで得られるものなので、写真測量は「受動的な」観測技術になります。一方で、レーザースキャナは計測装置からレーザーパルスを対象物に向けて照射し、その反射が計測装置に戻るまでに要する時間を計測し、対象物までの距離情報を得る「能動的な」観測技術です。一回のレーザーパルスで1地点しか計測することができませんが、方向を連続的に変えてレーザーの照射と受光を行うことで面的なデータを構築します。
このような測定原理の違いによって、計測対象、精度、所要時間、コストなどが部分的に異なってきます。
図－2

平成30年北海道胆振東部地震で斜面崩壊が発生した
地域の空中写真から作成した立体視用画像（国土地理院撮影の空中写真を加工して作成）

まず、計測対象について比較すると、写真測量では画像中の特徴的な点（明るさや色などが変化する点）を多数抽出する必要があるので、透明なものや、表面の色や明るさが一様なもの（白い壁など）の計測には向きません。一方で、レーザースキャナの場合はこのようなものでもレーザー光を反射するので計測することが可能です。また、写真測量は「受動的な」観測であるため、十分な光を得られない環境（夜間の屋外や暗い部屋など）では計測を行うことができないのに対し、自ら光を照射するレーザースキャナでは周辺環境の明るさの影響は受けません。
得られる3次元データについてみると、写真測量の場合、対象物を面的に捉えることが可能で、かつ、色の情報も取得できるため、表面の状態をよりリアルに再現することができます。一方で、レーザースキャナ

図－3

空中写真から作成した３次元モデル（俯瞰図）（国土地理院撮影の空中写真を加工して作成）

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では、対象物をたくさんの点の集合として捉えることになるため、細かなテクスチャなどを再現することは55

できません。

ューターによる解析を行います。まず、画像中の特徴

精度の観点では、様々な要因が影響を及ぼすため、点を抽出し（図－4）、複数の画像に共通する特徴点

技術的な原理の差によって単純に両者を比較することを使ってその位置と画像を撮影した位置・角度を計算は困難ですが、適切な機材、計測方法、解析方法を選によって決定します（図－5）。撮影時のカメラの位択することによりどちらも同程度の精度で計測を行う

置が決定したのち、各画像の全画素について対応することが可能です。

3次元座標を計算し、高密度な点群を作成します。こまた、機材や現場作業の観点では、写真測量はカメの点群中の点ひとつひとつを頂点とするメッシュを作

ラさえあればデータの取得が可能です。また解析には、成することで3次元モデルが完成します（図－6）。一相応の計算能力を持つコンピューターとソフトウェア連の作業は基本的に解析ソフトによって自動で行われが必要です。ソフトウェアは無償のものもあります。

ます。ここで作成した開水路壁面の3次元モデルは約100万円以内で導入可能で、初期コストは小さいです。

0.05mm/pixelの空間解像度を有し、表面の粗度など一方、レーザースキャナは専用の機器が必要になりまの評価に用いることができます。

す。機材にもよりますが導入コストは数百万円から千今回はカメラを使って，手持ちで撮影を行いました万円程度になり、初期コストは大きくなります。地上が、UAVに搭載したカメラを用いることでより広い範で撮影やスキャンを行う場合、レーザースキャナは、囲の計測も可能です。また、解析に使うソフトウェア見通しが確保できていれば数百メートルの範囲を一度によってはここで紹介した手順とは多少異なることがにスキャンできるのに対して、写真測量を用いる場合あります。加えて、3次元モデルの作成の目的や用途には、その範囲の画像を全て取得する必要があり、作によっても手順や方法が異なります。各機関がそれぞ業性は劣ります。UAV等を用いて上空からのデータれの目的に対応した手引書やマニュアルを公開してい計測を行う場合は、両者の作業性の差は小さくなりまるので、参考にしていただければと思います。

す。
ここまで、写真測量とレーザースキャナの比較をしましたが、両者にはそれぞれ長所と短所があり、目的に応じて使い分ける必要があります。また、両者を併用して3次元データを取得することも可能です。
Ｑ３：写真測量で3次元計測を行う手順を教えてください。
Ａ３：ここでは、農業用のコンクリート開水路の壁面のモデリングを例に、写真測量による3次元データの作成手順を解説します。この際、使用した機材はカメラが3,300万画素のフルサイズミラーレスカメラ（SONY

図－4

コンクリート開水路側壁画像から特徴点を抽出（写真中の青と白の点が特徴点）

ILCE-7CM2）、レンズが焦点距離24mmの単焦点レンズ（SONY SEL24F28G）、コンピューターがMacBook
Pro、ソフトウェアがAgisoft Metashape Proです。
まず、対象としたい範囲を様々な角度、位置から撮影をします。このとき、各画像の撮影範囲が重なるよ
うに撮影を行います。また、画像全体にピントが合うように被写界深度（絞り）を調整すること、白飛びや黒つぶれが発生しないように露出を設定すること、手ぶれなどしないことに留意します。可能であれば、撮影後の編集で、露出等の調整の補正の自由度が高いRAW形式で画像を記録します。
撮影によって対象範囲の画像を取得したら、コンピ
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図－5

推定された画像の撮影位置と角度（青い四角形が撮影位置）
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Ｑ５：農業分野での写真測量の活用事例を教えてください。
Ａ５：現在、建設業界においては労働力不足への対応を念頭に、ICTを活用した情報化施工技術や3次元データの活用が進められています。農業土木の分野におHigh

いても、農林水産省は土地改良事業を対象に「情報化施工技術の活用ガイドライン」3）および「国営土地改Low

良事業等におけるBIM/CIM活用ガイドライン（案）」4）

図－6 写真測量によって構築されたコンクリート開水路表面の3次元モデル（赤色が凸部，青色が凹部）を定めており、この中に「無人航空機（UAV）による空中写真測量」として写真測量技術を活用した3次元データの作成手法が掲載されています。この中で、写真測量による3次元計測技術は、ほ場整備の起Ｑ４：より手軽に写真測量技術を利用する方法はあり工測量や出来形管理において、地形の情報や出来型を面的に把握するための手段として位置付けられていまませんか？

す3）、4）。
Ａ４：Q3では、対象物の画像を取得したのちに専用のガイドラインで定める情報化施工においては、UAV解析ソフトを用いて3次元モデルを作成しましたが、等を用いた写真測量で3次元の現況図を作成し、これ画像を取得しながら同時に3次元モデルを構築するをもとに3次元で設計を行います。3次元設計データがSLAM（Simultaneous Localization and Mapping）とあることによって、ICT建設機械（マシンコントローいう技術があります。英語の名称を直訳すると「位置ル、マシンガイダンス）を用いた施工が可能になり、の特定と地図作成の同時実行」という意味になりま

施工のための丁張り設置が不要となり施工の効率が向す。SLAMはレーザーなどを使うものもありますが、上します。施工後の出来形管理においても、これまでカメラの画像のみを使うものは、特にVisual SLAMと多数の計測点を設けて管理していましたが、UAVに呼ばれます。

よる写真測量で施工範囲を面的に測量することで省力

3次元計測の原理は写真測量と同じですが、写真測的かつ高密度な出来形管理が可能になっています。ほ量では撮影したすべての画像の全画素を利用すること

場整備工事において、UAV写真測量を導入した事例

で、解像度・精度を優先するのに対して、Visualでは、起工測量や出来形管理の作業時間が5割程度削SLAMでは動画など、画像が次々に連続的に入力され減できることが報告されています5）、6）。このように、てくるようなケースにおいて、リアルタイム性を優先

写真測量技術は情報化施工の根幹をなす要素技術の一して3次元計測を行うアルゴリズムになっています。

つとなっています。

写真測量では計算コスト（計算時間）を最大限投入す

加えて、事業の完了後の営農においても、今後普及るのに対して、Visual SLAMでは限られた計算コスが見込まれるロボットトラクタ等の自動運転のためのト（計算時間）でリアルタイムに3次元データを構築

地図データの作成などへの活用が見込まれています。

するように最適化されています。

RTK-GNSSなどによってcm級の精度で制御されるロ

このVisual SLAMは、専用の機材もありますが，ス

ボットトラクタの走行には、高精度な地図データが必

マートフォンに搭載されているカメラやLiDARセン要になります。写真測量技術を用いることで、農地やサで利用することも可能で、用途に応じて様々なアプ

その周辺の地形や地物（例えば農道や排水路）を3次リケーションが提供されています。スマートフォンで元データとして表現できるため（図－7）、走行可能

動画を撮るように、対象物を様々な角度から撮影するエリアや障害物の情報をあらかじめ農業機械に与えることでリアルタイム（多少の後処理時間が必要な場合ことが可能になります。農林水産省の「自動運転利用もありますが）で3Dスキャンを行うことができま等に資する農地基盤整備データ作成ガイドライン（案）」す。写真測量ソフトを用いた解析より解像度や精度は7）劣るものの、専用の機器等がなくとも、手軽に3次元の地図データを作成する方法や留意点が取りまとめらデータを取得することが可能です。

れています。

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では、UAV空中写真測量を用いて自動走行機械用57

所の寒地農業基盤研究グループでは、農業水利施設の機能診断や泥炭農地の地盤沈下に関する研究課題等で写真測量技術を活用しています。ご不明な点がありましたら，お気軽にお問い合わせください。
（文責：横地穣）

参考文献
1） Aber, J. S., Marzolff, I. and Ries, J. B.:Photogrammetry, In Aber, J. S., Marzolff, I. andRies, J. B（Eds.）Small-Format Aerial Photography,
pp. 23-39, 2010.
2） Ragey, L.: The work of Laussedat and educationin photogrammetry at the national school of artsand crafts, Paris, Photogrammetric Engineering andRemote Sensing, Vol. 18, No1, pp.21-26, 1952.
3） 農林水産省農村振興局整備部設計課：情報化施工
技術活用のガイドライン、2024.
https://www.maff.go.jp/j/nousin/sekkei/attach/
pdf/220812-36.pdf（2024年4月24日閲覧）
4） 農林水産省農村振興局整備部設計課：国営土地改図－7

農地周辺の写真地図（上）と３次元モデルから作成した数値標高地図（下）良事業等におけるBIM/CIM活用ガイドライン（案）、2023.
https://www.maff.go.jp/j/nousin/sekkei/01.pdf

さらに、農地基盤に限らず、農業水利施設の保全や（2024年4月24日閲覧）

機能診断にも写真測量の技術の導入が検討されていま

5） 三上雄也、伊藤誠、川北清香：ほ場整備工事におす。例えば、コンクリート開水路の傾倒などの監視へける情報化施工活用技術の取組みと有用な技術のの活用が試みられており、必要とする精度が得られる導入についてことが確認されています8）。

技術の活用に向けて－、第66回（2022年度）北海

また、農業農村整備事業の現場のみならず、農業分－農業農村整備におけるデジタル

道開発技術研究発表会、産業18、2023.

野の研究においても、幅広く利用されています。土壌

6） 前川英樹、小沢菜穂子、佐藤貴彦：ほ場整備工事

浸食量の定量、地盤沈下の計測、作物の高さの計測、におけるBIM/CIM活用工事及びICT施工技術のコンクリートの表面粗さの測定など多くの研究事例が取組みと効果・課題について－農業農村整備におあります。スケールを問わず、低コストかつ低労力でけるデジタル技術の活用に向けて－第67回（2023

3次元計測が可能な写真測量技術は、農業分野の研究年度）北海道開発技術研究発表会、D－12、2024.

において非常に有用で、なくてはならないツールとし

7） 農林水産省農村振興局整備部設計課：自動運転利て様々な場面で利用されています。

用等に資する農地基盤整備データ作成ガイドライン（案）、2023.

おわりにhttps://www.maff.go.jp/j/nousin/sekkei/pdf/
zidouunten.pdf（2024年4月24日閲覧）

本稿では、写真測量技術の概要とその農業分野にお8） 須藤勇二：UAV撮影画像から作成する３次元点群ける活用について解説しました。写真測量に代表されデータによる開水路の傾倒監視、第66回（2022年

る3次元計測技術は、農業土木分野においてもＤＸを度）北海道開発技術研究発表会、管理39、2023.

進める上での中核的な技術となります。現在、当研究58

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