高密度航空レーザ測量を用いた数値図化（地図情報レベル500）の検証
元木 健太・逢坂 直樹・上原 恵美・西村 大助・松岡 正格・西村 亜紀（国際航業株式会社）

1．はじめに

空中写真測量に比べて山間地において樹林下

国土交通省では、建設現場の生産性向上を図の地形・地物の判読が可能である5）。そのため、

るi-Construction1）の取組において、3次元モデ

小規模な測量地域や山間部におけるBIM/CIM

ルを活用し社会資本の整備や管理を行うCIMを目的とする業務の中で「UAV搭載型レーザス（Construction Information Modeling, Manage-

キャナを用いた公共測量マニュアル（案）」（以下、ment）を導入することによって受発注者双方のマニュアルという。
）」を用いた地図情報レベル

業務効率化・高度化を推進してきた2）。さらに、

500（照射点密度：400点以上/㎡）の3次元数

近年の土木分野における国際標準化の流れとし値図化を行なう機会が増加している。しかし、てBIM（Building Information Modeling）がUAVレーザ測量を実施するためには、航空局

顕 著な進 展を見せており、 国土交 通 省ではへの申請はもとより、住民への説明、必要に応Society5.0における新たな社会資本整備を見据じて地権者や道路管理者、鉄道管理者との協えた3次元データを基軸とする建設生産・管理議など、計測を開始するまでの諸手続きに非常システムを実現するBIM/CIM（Building/Const-に時間を有する場合がある6）。そのため、設計

ruction Information Modeling, Management）の元データとなる3次元数値地形図データの完3）という概念を再構築している 。BIM/CIMにつ成に時間がかかり、プロジェクト全体の工程にいては、令和5年度までの小規模を除く全ての影響を及ぼす場合がある。一方で、空中写真

公共工事におけるBIM/CIM原則適用に向け、測量では、樹木下の道路等の地物や地形が写

令和3年度より大規模構造物の詳細設計にて原真から判読が困難なため、後続作業の現地調3）

則適用となっている 。

査に時間がかかるとともに、現地調査時に調査このような社会情勢を背景に、測量分野にお漏れが発生した場合は、その後の作業工程のいても国土地理院が令和4年に「i-Construction検査において発見することが難しい。航空レー推進のための3次元数値地形図データ作成マザ測量は、数値標高モデルや等高線の作成をニュアル」を公表した。このなかで従来法の空目的としているため、地図情報レベル500の場

中写真測量だけでなく、最新技術であるUAV合は点密度が0.5m四方に1点となり、数値図化レーザ測量などを用いた3次元数値地形図や3次を行うことはできない7）。

元地形モデルの作成手法が記載されている。

そこで本論では、空中写真測量の樹木下の今後の測量分 野では、BIM/CIMの各ユース判読性の低さとUAVレーザ測量の現地作業のケースに応じた3次元数値地形図や3次元地形煩わしさの両方をクリアできると考えて、航空モデルを作成する機会が大いに増えると予測さ機を用いた航 空レーザ測量にて高密度 点群4）れる 。

（400点/㎡）を取得し用いて地図情報レベル3次元数値地形図や3次元地形モデルを作成500の数値図化を実施した（以下、高密度航空する際にUAVレーザ測量の特徴として、従来のレーザ測量）。その結果に対して、空中写真測23量を比較して位置精度と判読性について考察した。さらに、今回の検証結果をもとに空中写真測量やUAVレーザ測量に対する本手法の特徴を作業工種ごとにまとめた。
2．地域概要対象地は、奈良県高市郡明日香村の南西部に位置する国営飛鳥歴史公園のキトラ古墳周辺地区とした（図1）。当該地区は、阿部山（丘陵地）に築かれた特別史跡キトラ古墳を、周辺の自然環境や田園環境と一体的に整備したエリ

図3

飛行計測諸元と計測コース

アである。本論では、高密度航空レーザ測量を用いた数値図化の検証範囲を地物が明瞭にうため、対地高度を約1000m、スキャン角を23°判読できる箇所として、「公共測量標準図式（以とし、パルスレートとスキャン回転数は航空レー下、図式という。
）」の大分類で規定されているザ機器の最大値とした。対地高度が約1000m

道路施設、建物等、小物体、水部等、土地利のためフットプリントは約23㎝となり、一般的な用等、地形等の地物が存在するキトラ古墳周UAVレーザスキャナ機器であるRiegl社製VUX-1

辺地区の一部の0.01㎢を対象とした（図2）。

にて対地100mでフライトした場合の約5㎝と比較して4.6倍となった。計測コースは、1コースの照射密度を約45点/㎡に設定し、コース間重複度を68%（同一箇所を3回計測）とし、同じコースA・B・Cを3回計測することで、照射密度が400点/㎡以上を満たす計測計画で実施した。
すなわち、点密度の計算は、45点/㎡×3回（コース間重複度）×3回計測＝405点/㎡となる。なお、

図1

航空レーザ計測範囲

図2

数値図化検証範囲

コース間重複度を68%に設定することで同一地点を多方向から照射することになり、草本や塀などの遮蔽物の影響を減少させることが期待で

3．高密度航空レーザ測量の飛行計測諸元きる。

本 検 証に用いた 航 空レーザ 機 器 はLeica
Geosystems社 製TerreinMapper2で、 航 空 機

4．高密度航空レーザ測量を用いた数値図化の検証の機体はCessna社製Cessna 208 Caravanである。マニュアルにおいて、UAVレーザ測量で地4.1

数値図化方法

図情報レベル500の数値地形図データを作成す

本手法における数値図化方法は、CAD上にる場合は、レーザの照射密度が400点/㎡と定義

レーザ点群データを反射強度表示して地物の入されている。本検証ではマニュアルの照射密度力を行なった。通常は上面表示にてレーザ点群をもとに航空レーザ計測の照射密度を400点/㎡データのXYZ座標を取得し、上面から判読でに設定した（図3）。飛行計画は高密度計測を行きない立体的な地物は鳥瞰表示にてXYZ座標

24

先端測量技術 118号

図4

高密度航空レーザ測量を用いた数値図化のイメージ図を取得した。数値図化後には、航空レーザ用と比較した。作業時間は数値図化工程のみを写真地図データと重ね合わせて、取得漏れや対象として比較を行なった。

分類コードの誤入力の確認を行なった（図4）
。
4.3
4.2

検証結果

①位置精度

検証方法

本対象地域では、同時期に航空機による空図式の大分 類で水平 位置について26分 類

中写真測量にて地図情報レベル500の数値図化（438箇所）、 標高について12分 類（223箇所）を実施している。そのため、この空中写真測量の項目についてそれぞれ検証を実施（表1）し、による数値図化と本手法による数値図化につい水平位置及び標高の検証結果をとりまとめたて、位置精度、判読性、作業時間について比（表2）。検証の結果、空中写真測量で得た結較を行なった。位置精度は空中写真測量を真果を真値と仮定した場合において、水平位置の値として水平位置及び標高の較差を算出した。

標準偏差が0.084m、標高の標準偏差が0.161m

判読性は特徴的な地物について空中写真測量の結果となり、「作業規程の準則（以下、規程表1

検証項目

水平位置
分類数
検証個所数
（26分類） （合計：438箇所）

大分類

分類

交通施設

道路縁（街区線）、道路橋（高架部）、歩道、石段、側溝 U 字溝無蓋、側溝 U 字溝有蓋、側溝 L 字溝、雨水桝、カーブミラー

9173

建物等

普通建物、普通無壁舎

281

小物体

マンホール（電気）、電力柱、マンホール（下水）、照明灯

412

水部等

用水路、水路地下部

261

人工斜面、コンクリート被覆、ブロック被覆、石積被覆、防護さく、鉄さく、堅ろうへい、植生界

8108

ブレークライン

13

土地利用等
地形等

標高
大分類

分類

分類数
検証個所数
（12分類） （合計：223箇所）

交通施設

道路縁（街区線）、道路橋（高架部）、石段、雨水桝

458

水部等

用水路

159

人工斜面、コンクリート被覆、ブロック被覆、石積被覆、堅ろうへい、植生界

6103

ブレークライン

13土地利用等
地形等

25

表2

検証結果

水平位置項目

標高

検証結果
検証結果
（26分類：438箇所） （12分類：223箇所）

最大値

0.484m0.626m最小値

0.011m-0.449m

平均値

0.137m

-0.002m

標準偏差0.084m0.161m
図7

判読が困難な地物（例：マンホール）という。
）」で規定されている地図情報レベルさかったと考えられる（図5）。用水路は、草本500の制限値である0.25mを水平位置及び標高が上から被さった状態のため空中写真測量でともに精度を満たしていた。

は判読が難しい箇所があった（図6）。一方で、高密度航空レーザ測量では、グラウンドデータ②判読性を用いて植生下の地表面の判読が可能なため、判読性は、水平位置及び標高の標準偏差の標準偏差が大きくなったと考えられる。また、値が小さかった道路縁と大きかった用水路につ高密度航空レーザ測量において、対象地物がいて、現地状況を確認した（表3）。道路縁は、起伏のない地物（例：マンホールや雨水桝）で植生の影響が少なく比較的に判読しやすいたさらに周りの地物の反射強度が近い場合は、め、両手法の水平位置と標高の標準偏差が小反射強度だけで判読が困難な箇所が存在した（図7）。最大値と最小値についても地物の判読

表3

分類
道路縁（街区線）
用水路

検証結果（個別）

検証項目

標準偏差

水平位置0.047m

標高0.067m

水平位置0.063m

標高0.193m性によって、位置精度に傾向が出る結果になっ検証個所数た。

2159

③作業時間
検証範囲において数値図化に有した時間は、空中写真測量で約3時間、高密度航空レーザ測量で約4時間であった。これは、空中写真測量が上面からの判読のみで地物を取得するのに対して、高密度航空レーザ測量では上面以外にも建物等の高さがある地物について多方向鳥瞰表示にて取得するために作業に時間を有したと

図5

道路縁（街区線）

考えられる。
5．高密度航空レーザ測量を用いた数値図化の特徴検証の結果を踏まえ、従来法である空中写真測量、最新技術であるUAVレーザ測量、本手法である高密度航空レーザ測量について、数

図626

用水路

先端測量技術 118号

値図化を実施した場合の特徴を工種ごとに整表4

工種

撮影・計測

標定点・調整点・調整用基準点の設置
数値図化

各手法での数値図化に関わる比較一覧表

比較項目①空中写真測量② UAV レーザ測量③航空レーザ測量

機動性

〇×〇

安全性

〇

△〇

計測機会

△〇

△

計測に対する制約〇×〇

計測可能面積（1フライト）〇×〇

現地での作業量〇△〇

判読性（平地部）〇△△

判読性（山間部）×〇〇

理した（表4）。なお、地域条件として、UAVレーザ測量が実施されることが多い山林、田畑、宅地などが混在する場所を想定している。

②標定点・調整点・調整用基準点の設置
標定点・調整点・調整用基準点の設置において、計 測プラットフォーム（UAVと航 空機）により設置方法、現地の労力、計測期間に対①撮影・計測する制約が異なった。UAVは、計測可能面積

撮影・計測の工種では、計測プラットフォーが小さいため計測範囲内に明瞭な地物がないム（UAVと航空機）によって特徴が異なった。

場合が多く、調整点のために対空標識を新た機動性について、航空機は飛行場から数時間に設置することが多い8）。UAV計測時は対空標でフライトが可能であるが、UAVは計測対象ま識が設置されている必要があり、さらに計測中での移動とフライトするための基地が必要となに変化しないように見張り員の配置が必要であ8）る 。フライト基地は現地踏査にて事前に選定る。フライト基地と同様に現地踏査にて設置場するとともに、民地の場合は地権者への承諾も所を事前に選定するとともに、民地の場合は地必要となる8）。安全性について、航空機は大型権者への承諾も必要となる。さらに、データ解の機 体で高速で飛行するため安全 性が高く、析後の対空標識の撤去や再計測時の対空標識

UAVは小規模な機体のため風などの影響を受の再設置など、現地作業の労力とUAV計測とけやすく落下などのリスクがある。計測機会にの期間的な制約がかかる。設置数量について、ついて、航空機は高高度でフライトするため雲な作業対象が一定の面積以上の場合や鉄道や河どの影響を受けやすく、UAVは低高度でフライ川などで分割されるなどUAVが複数回フライトトするため雲など影響を受けにくい。計測に対する場合は、高密度航空レーザ測量と比較してする制約について、航空機は概ね航空局への申多くなる。航空機は、公道上の地物に直接座請にてフライトが可能となるが、UAVは航空局標を取り付けることが多いため、対空標識の設への申請に加えて、住民説明、必要に応じて地置や地権者承諾などが不要となる。そのため、権者、道路管理者、鉄道管理者との協議など現地作業が少なくなるとともに計測との期間的かなり手続きのプロセスに時間と労力が必要とな制約も少ない。

なる。計測可能面積について、航空機は高密度
航空レーザ測量であっても1フライトで1㎢以上計測可能であり、UAVは1フライトで約0.2㎢以下の計測となる。

③数値図化
数値図化は、空中写真測量を用いた数値図化と高密度航空レーザ測量を用いた数値図化を27比較した際に以下の特徴があった。

により、林道や徒歩道を的確に抽出、漏れなく植生の影響を受けない場所では、視認性が調査できるため、作業期間とコストを抑えるこ高い空中写真測量を用いた手法の判読性が高とできる。これらの結果より、高密度レーザ測く、高密度レーザ測量は起伏がなく周辺と反量の有効性を示した。

射強度の差が少ない地物など反射強度だけでBIM/CIMの浸透によりレーザ点群データか判読が困難な箇所がある。なお、UAVレーザら作成する3次元数値地形図データや3次元地測量や高密度航空レーザ測量で同時取得する形モデルが求められている。今後もこのような数値写真データにてこのような地物の判読は可作業が増えてくると予想される中で、UAVレー能であるが、地図情報レベル500の数値図化をザ測量のような現地の作業期間を多く必要とす行なう位置精度を有していないため、地物の座る測量に変えて、高密度航空レーザ測量が有標取得を実施することができない。

効であると考えられる。ただし、平野部が含ま植生の影響を受ける場所では、植生下の地れる場合は空中写真測量が有効であるため、形が判読できる高密度レーザ測量を用いた手法

空中写真測量と高密度航空レーザ測量の併用の判読性が高かった。一般的に、航空レーザ法が有効と考える。今後の検討として、
航空レー測量は樹林下の道路や建物などの地物だけでザ計測と同時に撮影する航空レーザ用数値写なく、標高数値モデルや等高線についても地形真データを用いて空中写真測量を実施すること

9）形状の再現性が高い 。さらに、山間部が多いで、1つの機体で同時に写真とレーザ点群を取範囲であれば大部分が等高線となるため、高得することが可能となる。

密度航空レーザ測量をフィルタリングして等高線を自動発生することで作業にかかる時間を短縮することが可能である。

謝辞
本論では、高密度航空レーザ測量を用いた数値図化について、国土交通省近畿地方整備

6．最後に
本論では、高密度航空レーザ測量と空中写真測量の比較により、空中写真測量で得た結局国営飛鳥歴史公園事務所の業務成果を用いて、検証させていただきました。この場をお借りして感謝申し上げます。

果を真値と仮定した場合において、高密度航空レーザ測量による数値図化が規程の地図情報■参考文献

レベル500の精度内であることを確認した。高

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最新技術のUAVレーザ測量は今後、法制度の

３）国土交通省BIM/CIM推進委員会. 資料3-1

緩和により様々な制約が改善されることが見込

令和5年度のBIM/CIM原則適用に向けたまれるが、現時点では高密度航空レーザ測量進め方”. 2021, 3.

が現地の労力や計 測に対する制約が有利で４）田中成典. 窪田諭. 今井龍一. 中村健二. 山あった。特に山間部においての高密度航空レー

本雄平. 寺口敏生. 櫻井淳：レーザスキャ

ザ測量は、樹木下の地形形状を取得できるたナ搭載UAV開発のための点群データ計測

め、陰影段彩図を作成して現地調査を行うことの利用場面と解析・処理技術に関する調28

先端測量技術 118号

査 研 究. 土 木 学 会 論 文 集（Vol.72, No.2,■執筆者

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元木 健太（もとき けんた）５）元木健太.島田徹：UAV写真測量及びUAV
レーザ計測を用いた土石流数値シミュレー

国際航業株式会社
西日本地理空間情報部

ションのための数値地形モデル作成の有効性検証. 先端測量技術（Vol.111, pp.96-102）
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（共著者）

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６）加茂正人. UAV（ドローン）の安全運航管理と運用業務. 技術室報告（Vol.18）. 2017.
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上原 恵美（うえはら えみ）
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西村 大助（にしむら だいすけ）

群にか かる新しい 技 術. 精 密 工学 会 誌

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