ICT 舗装工における MMS を活用した 3 次元出来形計測の生産性向上に関する研究㈱NIPPO 総合技術部 生産開発センター 其田 直樹㈱NIPPO 総合技術部 生産開発センター 相田 尚㈱パスコ 安井 嘉文㈱パスコ 其阿彌 大祐

1. はじめに来形管理において必須となっており、そのデータ取得方

わが国では、i-Construction の取組みにより、2025 年までに建設現場の生産性を 2 割向上させることで、魅力ある建設現場の実現を目指すことが推進されている。

法は TLS や地上移動体搭載型レーザースキャナー（以下、移動体 LS）等が活用されている。
TLS と移動体 LS により取得された 3 次元点群データ

国土交通省のトップランナー施策の一つである「ICTを用いることにより面的管理が可能であることが大きなの全面的な活用」とは、調査・測量から設計、施工、検査、特長であるが、実際のデータ取得に一定の時間を要する維持管理・更新までのあらゆる建設生産プロセスにおい方法といえる。したがって、これらによるデータ取得時て、3 次元データを一貫して使用する ICT を全体的に導間は、ICT 舗装工の第一段階である道路新設時の起工測入することであり、建設現場の抜本的な生産性の向上を量および表層工の出来形管理においては大きな制約とは図ることをその目的としている。

ならないレベルといえるが、交通規制時間の制約がある

これらを実現するためには、調査から更新に至る各プ

舗装維持管理における調査、点検および舗装維持修繕工

ロセスを横断したデータ活用を可能とする必要があるこ事などのプロセスにおいては、これらのデータ取得に費とから、そのデータの内容と取得方法は重要な課題といやす時間が、各プロセスそのものの生産性を低下させるえる。そこで筆者らは、あらゆる建設生産プロセスにお要因となる可能性がある。

ける新たな 3 次元点群データ取得方法として、移動計測

MMS は、車両に搭載された 3 次元レーザー計測機と車両による計測システム（モービルマッピングシステム、デジタルカメラなどによって、道路および周辺の 3 次元

1)

以下、MMS）の活用を研究している 。本論文では、本点群データと、測定区間の連続映像を短時間で取得する研究から得られたICT 舗装工におけるMMS を活用したことが可能な計測装置である。

3 次元出来形計測の生産性向上に関する新たな知見につ本研究は、MMS の 3 次元出来形計測性能の確認とそいて述べるものである。の性能向上による 3 次元出来形計測の生産性向上を目的

2. 研究の背景と目的とし、以下の 2 点について検討を行った。

2017 年から導入された ICT 舗装工では、事業フェー(1) MMS の 3 次元出来形計測性能の確認

ズや目的に応じて段階的に取組みが進められている 。

実際の新設舗装区間において、MMS と TLS による路盤工における MC グレーダと地上型レーザースキャナ

3 次元点群データを取得し、これらの①現地計測時間、ー（以下、TLS）による出来形面管理が ICT 舗装工の第②計測点密度、③高さ精度を比較する。

一段階として導入された。また、3 次元測量においては、(2)MMS の高精度 3 次元点群データ計測手法の確認

2)

ICT 舗装工対象工事における起工測量および表層工の出構内道路において、密粒度アスファルト舗装（以下、図－１ MMS による 3 次元点群データ取得および処理方法密粒）と排水性舗装（以下、排水性）の舗装切削オーバー

写真－１ 計測状況（上段：MMS、下段 TLS）

4.2 現地計測時間

レイ工事を想定した試験舗装路面を用いた計測性能の検表－１に、MMS と TLS による 3 次元点群データの現証を行った。検証では MMS、TLS および移動体 LS に地計測時間の比較結果を示す。表－１に示す MMS によよる 3 次元点群データを取得し、これらの高さ精度をレる現地計測時間は、車両速度が 14.4km／h によるものでベル測量と比較することにした。

ある。MMS による現地における計測は、測定区間 200mにおける所要時間は約 1 分間であった。なお、MMS は、

3. MMS による 3 次元点群データ取得および処理方法

計測開始前に装置初期化作業が必要となるため、表－１

図－１に、筆者らが検討している MMS による 3 次元中に初期化時間（10 分間）を含めた。次に TLS の現地点群データ取得および処理方法を示す。図－１より、計測時間は、1 回当りの計測距離を 50m とし、測定区間

MMS は車両に搭載された①GNSS 受信機、②IMU

200m における測定時間は 40 分間（10 分間×4 回）であ（車両慣性計測装置）、③オドメトリ（距離計）、④レーった。また、4 回の計測器の据替作業時間として、表－１

ザースキャナー、および⑤連続映像撮影用カメラからな中に据替作業時間（20 分間＝5 分間×4 回）を含めた。

る計測システムである。これらにより、自己位置をリア

表－１より、MMS と TLS による 3 次元点群データの現ルタイムに把握しながら、測定区間の 3 次元点群データ地計測時間を比較すると、MMS が 11 分間に対して、と連続映像を取得する。次に、データセンターよりイン

TLS は 60 分間であり、MMS は TLS の約 5 分の 1 の時ターネットを介して収集される地上参照局 GNSS デー間で測定が可能であることがわかった。

タ（電子基準点および面補正パラメータ）を用いて、測定区間で取得した 3 次元点群データと連続映像を後処理解析（位置、姿勢解析、レーザー点群解析、画像統合処理）をすることで、精度の高い 3 次元点群データと画像データとなる。

4. MMS と TLS による計測性能の比較
4.1 計測概要
新設道路の直線区間において、MMS と TLS による 3

表－１ MMS と TLS の現地計測時間の比較（単位：分）
項 目

MMS

TLS

初期化時間

10－

計測時間

140 (10×4 回)

据替作業時間－20 (5×4 回)

合 計

1160

*測定区間：延長約 200m、縦断勾配 2％、排水性舗装(13)次元点群データを取得し、これらの現地計測時間、計測

ここで、表－１をもとに、測定区間長が 500m のケー点密度、高さ精度を比較した。写真－１に、新設道路におスを試算すると、MMS が 12 分間に対して、TLS は 150

ける MMS と TLS の計測状況を示す。測定区間は、延長分間であり、MMS は TLS の約 12 分の 1 の時間で測定

約 200m、縦断勾配 2.0％の片側 2 車線道路であり、表層が可能となる。このことは、交通規制時間の制約があるは排水性舗装(13)である。

舗装維持管理における調査、点検および舗装維持修繕工

事などのプロセスにおける 3 次元点群データの取得におにおける 0.01 ㎡あたりの点密度測定を実施した。なお、

いて、MMS を活用することで、3 次元出来形計測の生産

図－３は、道路縦断勾配が＋2.0％と－2.0％のケースに性向上と、各プロセスそのものの生産性の確保に期待がよる点密度測定結果を示した。図－３より、計測距離にできることがわかった。

より点密度が異なり、計測距離が長くなるほど、計測点4.3 計測点密度密度が低下することがわかる。また、縦断勾配が変化す

図－２に、MMS の計測点密度の測定結果を示す。本検ると計測点密度が変化している。このことは、縦断勾配討では、MMS の計測点密度が計測車両の走行速度によの違いにより、入射角が変化することに起因しているとり、どの程度変化するかを確認するため、図－２に示す考えられる。前述の計測点密度の計測精度管理基準値（1４速度のケースを設定し、各速度における 0.01 ㎡あたり点／0.01m2）と実測値を比較すると、本検討の範囲ではの点密度測定を実施した。図－２より、車両走行速度に実測値は基準値を満足している。しかしながら、縦断勾より点密度が異なり、走行速度が速くなるほど、計測点配が－2.0％で、計測距離が 50m の場合、計測点密度は密度が低下することがわかる。図－２の実測値を見ると、1.5 点／0.01m2 となっている。このことは、管理基準値

速度が 7.2km／h の場合、計測点密度は 159.6 点／を満足するためには測定箇所の縦断勾配の大小を勘案し、0.01m2 に対して、速度が 4 倍の 28.8km／h の場合、39.1

適切な計測距離の選定を行う必要があるものと考えられ点／0.01m2 であり、計測点密度は約 4 分の１となっている。

る。図－２に計測器メーカーが示す計測点密度の理論値をあわせて示す。図－２より、MMS の計測点密度の実測値は、本検討の４速度の範囲ではあるが、理論値よりも大きい値が得られていることがわかった。ここで、国土交通省の「地上型レーザースキャナーを用いた出来形管理要領（舗装工事編）（案）」3)によれば、計測点密度の計測精度管理基準値は、1 点／0.01m2 となっている。このことは、MMS の計測点密度は、計測点密度の計測精度管理基準値を十分に満足しているといえる。
180

計測点密度（点／0.01㎡）

160

MMS実測

159.6

MMS理論140120

図－３ TLS の計測点密度と計測距離の関係

10095.080（単位：点／0.01m2）
78.0*測定区間：延長約 200m、縦断勾配 2％、排水性舗装(13)6054.243.4

4038.72039.136.4

図－２と図－３より、MMS と TLS による 3 次元点群データの計測点密度を比較すると、MMS の計測点密度

国交省基準値：１点／0.01㎡以上

00102030
走行速度（km/h）

40

図－２ MMS の計測点密度と走行速度の関係（単位：点／0.01m2）*測定区間：延長約 200m、縦断勾配 2％、排水性舗装(13)図－３に、TLS による計測距離別点密度の測定結果を示す。本検討では、TLS の計測点密度が計測距離と道路縦断勾配により、どの程度変化するかを確認するため、図－３に示す４計測距離のケースを設定し、各計測距離の方が大きいことがわかる。このことは、MMS と TLSの計測方法の考え方が異なることにも起因している。図－４に MMS と TLS の計測方法の計測概念を示す。図－４により、TLS は計測機を三脚に据え付けて、固定点から計測を行うため、計測箇所が計測機より離れるほど、入射角が小さくなり、計測点密度が低下する。これに対して、MMS は移動計測車両による計測システムであることから、計測距離が短く、入射角の変化が極めて小さいことから、均一な計測点密度を確保しやすいといえる。
したがって、MMS により取得したデータは TLS よりも図－４ MMS と TLS の計測方法のコンセプト

図－５ MMS における標定点を用いた点群データの補正処理方法

緻密であり、出来形計測への活用のみならず、舗装維持検査面を路面上に設置した。高さ精度の確認方法は、検管理における舗装路面の点検・調査において、例えば局査面内の 3 次元点群データの高さの平均値と、検査面の所的な路面の変形などの詳細調査への活用も期待できる

4 隅の高さをレベル計測した平均値を比較することで行ものと考えられる。

った。
表－２に標定点を用いた 3 次元点群データ補正処理

4.4 高さ精度
本研究では、MMS により取得した 3 次元点群データを行った MMS の高さ精度の確認結果を示す。表－２よの高さ精度を確保することを目的に、標定点を用いた 3

り、標定点を用いた 3 次元点群データ補正処理を行った次元点群データの補正処理方法を検証した。写真－２に、MMS 計測値とレベル計測値との差は‐17 から 0mm の本検討で用いた標定点および路面に設置した高さ精度の範囲であった。なお、標定点を用いた補正処理を行わな確認のための検査面を示す。標定点は舗装面の出来形取

い 3 次元点群データの場合は、‐92mm から‐50ｍｍの得のために TLS で使用しているものであり、現場既知点範囲であり、TLS による 3 次元点群データの場合は、＋座標である基準点上に設置している。延長方向 40ｍ間隔1mm から＋4ｍｍの範囲であった。の道路両端の 12 箇所に標定点を準備した。

このことは、標定点を用いた 3 次元点群データの補正

図－５に、MMS における標定点を用いた点群データ処理を行うことで、高さ精度の大幅な改善につながるこの補正処理方法の考え方を示す。3 次元点群データの補とを示しているが、国土交通省の「地上型レーザースキ

正は、取得した 3 次元点群データより標定点を読み取り、ャナーを用いた出来形管理要領（舗装工事編）（案）」が示標定点の成果座標との差を使用して、位置補正ベクトル

す高さの計測精度管理基準値は、表層表面において±を算出する。位置補正ベクトルにより補正処理後の車両4mm である。したがって、MMS を 3 次元出来形計測に位置を算出し、点群データを再生成する方法である。検使用するためには、高さ精度の更なる向上が必要となる査面は延長方向 50ｍ間隔に、写真－２に示す 1m 四方のことがわかった。
表－２ 標定点を用いた 3 次元点群データ補正処理を行った MMS の高さ精度計測箇所a) 標定点b) 検査面

写真－２ 標定点および検査面（単位：mm）

走行速度（km/h）
7.214.421.628.8A 地点‐4‐5‐40B 地点‐7‐7‐12‐2C 地点‐12‐6‐16‐15D 地点‐17‐11‐1‐9*測定区間：延長約 200m、縦断勾配 2％、排水性舗装(13)5. MMS における高精度 3 次元点群データ計測手法
5.1 高精度 3 次元点群データ計測手法

検討に用いた計測器は、レーザースキャン速度（以下、LSV）の異なる MMS の２機種と、比較として TLS およ

本研究では、MMS における更なる 3 次元出来形計測

び移動体 LS を用いた。写真－５に検討に用いた計測機性能の向上を図ることを目的に、新たな手法を検討した。

を示す。なお、本検討では MMS の走行速度を 14.4km/h

検討にあたっては、交通規制時間の制約がある舗装維持にて計測を実施した。

管理における調査、点検および舗装維持修繕工事などのプロセスにおいても実際に適用可能な計測手法を検討コンセプトとした。そこで、前述の標定点を用いた 3 次元点群データ補正処理方法を活用することを前提とし、使用する標定点の設置位置に着目した。写真－３に筆者らが新たに検討した標定点を示す。標定点は 1 辺が 28cm

A) TLS (LSV 100 万点／sec)B) MMS(LSV 55 万点／sec)の正方形のターゲットである。この標定点を路面または路肩に直接貼り付けることで計測路面に近接した路面上の基準点を補正に使用し、これにより高さ精度の向上を図ることが、筆者らのシンプルな着想である。

C) MMS (LSV 102 万点／sec) D) 移動体 LS(LSV 100 万点／sec)

写真－５ 検討に用いた計測機

5.3 高さ精度
表－３に切削面、表－４に表層面における MMS と
写真－３ 新たに検討した標定点

TLS および移動体 LS の高さ精度の検証結果を示す。
MMS により取得した点群データは、路面上に設置した5.2 計測概要
密粒と排水性の舗装切削オーバーレイ工事を想定した

標定点を用いた 3 次元点群データ補正処理を行った。表構内道路の試験舗装路面において、筆者らが新たに検討－３と表－４中に示す標高差は、前述と同様に、1m 四方した MMS における高精度 3 次元点群データ計測手法のの検査面内の点群データの高さの平均値と、検査面の 4計測性能の検証を行った。写真－４に試験舗装路面を示隅の高さをレベル計測した平均値の差である。また標準す。試験舗装路面の延長は約 30m である。本検討では、偏差は、検査面の 4 隅の座標値より検査面を想定し、こ標定点と検査面を切削面および表層面に設置した。標定の想定面に対する 3 次元点群データのばらつきを示して点は延長方向 10m 間隔に設置した。また検査面の仕様はいる。

前述と同様とし、10m または 14m の間隔で設置した。

表－３より、切削面における路面上の標定点を用いて3 次元点群データ補正処理を行った MMS 計測値とレベル計測値との差は、B 機において＋1 から＋3mm、C 機において 0 から＋2mm の範囲であった。これらの MMSの高さ精度は、TLS と移動体 LS の高さ精度よりも優れており、表層表面における高さの計測精度管理基準値の±4mm を十分に満足する結果を示している。次に、表－４より、表層面における路面上の標定点を用いて 3 次元点群データ補正処理を行った MMS 計測値とレベル計測値との差は、B 機において 0 から＋1mm、C 機において写真－４ 試験舗装路面0 から＋4mm の範囲であった。これらの MMS の高さ精度は移動体 LS とほぼ同等であるが、TLS の高さ精度よ表－３ 切削面における MMS・TLS および移動体 LS の高さ精度 （単位：mm）
検査面
番

A 機（TLS)

B 機（MMS)

C 機（MMS)D 機（移動体 LS）

舗装種別

標高差

標準偏差

標高差

標準偏差

標高差

標準偏差

標高差

標準偏差

①

切削面

32.733.223.112.7②切削面

13.4

33.903.5

13.6③切削面

41.6

32.100.931.3④切削面

32.3

32.801.7

22.0⑤

切削面

22.0

3

3.2

11.7

42.9⑥

切削面

01.2

12.2

2

1.862.6号

表－４ 表層面における MMS・TLS および移動体 LS の高さ精度 （単位：mm）
検査面番

A 機（TLS)

B 機（MMS)

C 機（MMS)D 機（移動体 LS）

舗装種別

標高差

標準偏差

標高差

標準偏差

標高差

標準偏差

標高差

標準偏差

①

密粒

41.7

11.8

21.52

1.4

②

密粒

33.6

13.7

0

3.4

13.3③密粒

32.302.211.922.1④

密粒

42.002.021.801.6⑤

排水性30.801.641.611.2⑥

排水性32.902.502.3

12.4号

りも優れており、表層表面における高さの計測精度管理(2)MMS の計測点密度は、車両走行速度により点密度基準値の±4mm を切削面と同様に十分に満足する結果が異なるが、TLS よりも高い点密度が得られる。

を示している。これらのことより、限定された条件では(3)MMS における 3 次元出来形計測性能の向上を図る

あるが、筆者らが新たに検討した標定点を用いた 3 次元ことを目的に、標定点に着目した高精度 3 次元点群デ点群データ計測手法は、従来の MMS における 3 次元点ータ計測手法を提案した。本手法は、限定された条件群データ計測手法と比較して、その高さ精度が向上する

ではあるが、「地上型レーザースキャナーを用いた出来ことがわかった。

形管理要領（舗装工事編）（案）」が示す高さの計測精度管理基準値を満足していることを確認した。

6. おわりに
本論文では、ICT 舗装工における MMS を活用した 3次元出来形計測の生産性向上を目的に、MMS の 3 次元

今後の課題として、標定点の設置間隔などがあげられる。今後更なるデータの収集を図り、検討を進めていきたい。

出来形計測性能の確認と、MMS における更なる 3 次元
出来形計測性能の向上を目的とした新たな手法を検討し＜参考文献＞た。本論文で得られた知見をまとめると、以下のとおり

1） 其田ほか：第 14 回北陸道路舗装会議,ICT 舗装工にである。

おける出来形計測の検証と考察,2018.

(1)MMS と TLS による 3 次元点群データの現地計測

2） 国土交通省：ICT 舗装工について,2017 年 3 月 7 日.

時間を比較すると、測定区間長が 500m のケースの試

3） 国土交通省：地上型レーザースキャナーを用いた出算では、MMS の現地計測時間は TLS の約 12 分の 1

来形管理要領（舗装工事編）（案）,2018 年 3 月.の時間による測定が可能である。MMS の適用により 3次元出来形計測の生産性向上に期待ができる。