群馬県土地家屋調査士会様 令和4年度第2回会員研修会

3D点群の概要と活用事例

2023年3月3日

株式会社ニコン・トリンブル
トリンブルパートナーズ関東株式会社

1. 3D点群データについて
2. 3D点群データの活⽤事例
3. レーザースキャナーのご紹介
4.まとめ1. 3D活⽤と点群ついて
2. 3D点群データの活⽤事例
3. レーザースキャナーのご紹介
4. まとめ1-1 3D業務の背景
・ i-Constructionの推進＜i-Constructionによる工事（ICT⼟工）を適用する場合の⼀般的な作業の流れ＞【３次元測量】【３次元設計】【情報化施工】

UAVやレーザ計測機器等の最新の測量技術を活用

測量
３次元測量により詳細な地形を把握し、３次元データを作成

設計
施工計画
地形の３次元データから施工数量等を⾃動算出

施工
起工測量・出来形計測にUAV等を活用、３次元設計に基づく情報化施工を実施

検査
３次元データを活用した電子検査、完成状況の可視化

測量により作成した３次元データの全工程での共通利用を促進

維持管理
完成時３次元データを元に経年変化等の確認に活用

1-1 3D業務の背景
i-Constructionの推進1-1 3D業務の背景
３次元計測技術を⽤いた出来形管理活⽤⼿引き（案）
国⼟交通省 令和4年12月 ＜抜粋＞

1-1 3D業務の背景
測量の階層的構造
・

1-2 3D点群の基本
3Dレーザースキャナとは︖
3Dレーザースキャナとは、ノンプリズムトータルステーションと同様に、 測距、測角により三次元座標と反射強度を測定する機能を有し、 測距光を高速で走査することで高密度な三次元計測データを短時間で取得する測量機です。

1-2 3D点群の基本
3Dレーザースキャナとは︖■ 3次元座標■ 反射光量強度■ 色情報（RGB）■ 画像
・ 精密かつ迅速に３次元の形状を把握
・ 視点を変えてのビューが可能
・ データの劣化がない
・ 設計データなど重ねてシュミレーションが可能実際のデータへ1-2 3D点群の基本単点としてのポイントの観測の重要性（必要性）
・現場の3次元形状とイメージをデータとして取得可能➤ 地権者へ現場状況を伝えるのが容易➤ 様々に視点を変えて、現場の状況を閲覧可能

・高い観測技術/経験値が不要でもデータ取得可能

対象現場 東側からの視点➤ TS等では観測できない細部も観測可能➤ 現場の状況を詳細の3次元点群でスキャンするのみ

対象現場 ⻄側からの視点

・トータルステーションと⽐較して観測経験値が不要➤ 細部まで3次元点群でスキャン可能（ミラー設置不要）➤ 広範囲の形状をスキャンするだけ➤ 観測時間を削減できる（現場コストの削減）

複雑な形状の描写も3次元点群では可能

1-2 3D点群の基本
・ 3Dレーザースキャナの留意点
・トータルステーションのようにピンポイントは計測できない➤ 境界点などの限定した『単点』の計測は出来ない➤ トータルステーションのプリズム観測より精度は劣る

・遮蔽物の後ろ側は観測不可➤ ノンプリズムと同様の観測方法なので遮蔽物の後ろ側が観測できない➤ 遮蔽部をスキャンするには、器械点移動が必須

塀で遮蔽された部分のデータは無い
点群間隔は、5〜10mm程度

1-2 3D点群の基本
・ 3Dレーザースキャナの留意点◆ 特性︓TS(プリズム観測）よりも精度的に劣る 。
→地形と観測する際などはTSノンプリ測距と同様、薄い角度が苦⼿

地上レーザースキャナを用いた公共測量マニュアル（案）より

以上の 特性 を考慮すると・・・、確実に押さえておきたい重要な 「現況点・変化点」 は、TSを使って補測の観測が必要な場合がある。

1. 3D点群データについて
2. 3D点群データの活⽤事例
3. 3D計測機器利⽤現場
4.最新型レーザースキャナーのご紹介
5.まとめ2. 3D点群データの活⽤事例
・ お客様事例（背景）・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
・スキャニングニータルステーションによる住宅密集地の計測例
外業︓ハイブリット3Dレーザースキャナー計測
内業︓3D点群取込⇒自動分類⇒メッシュ作成⇒⼟量計算⇒CADトレース
・iPhoneLiDARを使⽤した3D補備補備データ取得参考事例2. 3D点群データの活⽤事例
・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
対象エリアを３次元点群で全て取得❶トータルステーション機能による器械点設置❷トータルステーション機能による境界点観測❸ スキャン機能による現況測量

器械点/後視点・後方交会法

繰り返し❹と❺のまとめ最終成果作成❺ 点群の３次元現況トレース
イメージ図作成❹トータルステーション観測値
からの境界点プロット図作成

オフィスでの現況測量のイメージ

従来（今までと同様）の作業

現場での観測作業

デジタル・ジオラマ化

事務所での作業事務所で現場を再現

・ 現場データの維持・管理
・ 設計データへの応⽤

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
外業︓ハイブリット3Dレーザースキャナー計測
現場の状況

住宅メーカー様に依頼され、⺠家の三次元計測と、境界点の観測を⾏いました。
また、住宅メーカーの⽅から、この⺠家の敷地には急傾斜地が存在し、その部分を埋め⽴てた場合、有効敷地⾯積がどれほど増えるのか︖そして、埋め⽴てに必要となる⼟量はどれぐらい必要になるかを算出してほしいとの要望がありました。

敷地の⼀部が急傾斜となっている。
この部分を埋め⽴てた場合の有効式地⾯積と、埋め⽴てに必要な⼟量を点群データを基に算出します。

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
外業︓ハイブリット3Dレーザースキャナー計測
計測データ
現場の状況
まず初めに、トータルステーション機能を使用し、突き出し点の観測を⾏い、⺠家の敷地内に器械を設置するポイントを作成し、計測を⾏いました。

器械設置ポイント-民家と民家の間

現場︓横浜の住宅密集地
器械設置点︓8点
観測時間︓AM10︓00〜PM15︓00（休憩︓1時間）
観測内容︓⺠家と周りの三次元計測
境界点の観測取得点群数︓4000万点

境界点の観測結果

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
内業︓3D点群取込⇒自動分類⇒メッシュ作成⇒⼟量計算⇒CADトレース

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
内業︓3D点群取込⇒自動分類⇒メッシュ作成⇒⼟量計算⇒CADトレース
点群処理・成果作成②

有効敷地面積の算出

埋め⽴てに必要となる土量の算出

赤枠内をメッシューデータに変換し現在使用している有効敷地⾯積を計測

赤枠の埋め⽴て後のﾒｯｼｭデータと、⻘枠の斜⾯のﾒｯｼｭデータを⽐較し、埋め⽴てに必要な⼟量を算出します。

そして、緑枠と赤枠に点群をメッシュデータに変換し、埋め⽴て後の(有効敷地⾯積を算出

その結果、埋め⽴てに必要な⼟量は、
切⼟︓0.0
盛⼟︓79.5ということがわかりました。

その結果、有効敷地⾯積が、37㎡増加する

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
内業︓3D点群取込⇒自動分類⇒メッシュ作成⇒⼟量計算⇒CADトレース
⼟量計算

土量計算書（埋め立て前と埋め立て後）

埋め⽴て後埋め⽴て前・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
内業︓3D点群取込⇒自動分類⇒メッシュ作成⇒⼟量計算⇒CADトレース

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
内業︓3D点群取込⇒自動分類⇒メッシュ作成⇒⼟量計算⇒CADトレース

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
ハイブリット型3Dレーザースキャナーを活⽤したワークフロー

外業❶ TSによる器械点設置
後方交会法❷ TLSによる現況測量
エリアスキャン活用
バンドスキャン活用

TS/TLS
ハイブリット❸ TSによる補備測量

内業3D点群編集

Trimble Business Center❹ 3D点群の自動配置(合成処理）❺ 3D点群の最適化（間引き/ノイズ処理）

内業
成果図面作成3D点群トレースCADソフト

3D点群からの現況トレース
測量CADソフトによる単点プロット
遮蔽部・主要点・変化点

・ スキャニングトータルステーションを⽤いたワークフロー例
3D レーザースキャナーの有効性
１）PC上に保存された現場情報を、いつでも必要な時に活⽤できる。
➡ 現地に⾏かなくても、PC上でトレース作業が可能。
➡ 天候にも左右されることなく、昼夜を問わず作業が可能。
➡ オフィスでも在宅でも作業できる。
２）密度が⾼い⾊付き3D点群は、リアルに現場状況が網羅されている。
➡ スケッチに頼ることなく、 PC上でも充分に現況を把握できる。
➡ TS観測でありがちな 「測り忘れ〜再測」 が生じにくい。
３）『読む図面』から『 3D点群で見る・見せる』への 成果変革
➡ 作業工程における関係者間での認識共有が容易。
➡ お客様に、ビジュアルで分かりやすい資料を提供できる。

・ iPhoneLiDARを使⽤した3D補備測量データ取得参考事例
iPhoneLiDARスキャニング画像

・ iPhoneLiDARを使⽤した3D補備測量データ取得参考事例
iPhoneLiDARで計測した点群

・ iPhoneLiDARを使⽤した3D補備測量データ取得参考事例
地上型レーザースキャナーとiPhoneLiDAR点群合成結果

1. 3D点群データについて
2. 3D点群データの活⽤事例
3.レーザースキャナーのご紹介
4.まとめ3. レーザースキャナーのご紹介
各レーザスキャナーの活用分野
TLS（地上型レーザースキャナ）
ハイブリット型TS/レーザースキャナー
・ TS観測にて、高精度な測角/測距により、同時に境界点観測
・ 遠隔操作にて、ワンマン測量フルドーム型レーザースキャナー
・ 正準不要な任意場所への設置にて、簡易な計測を可能に
・ 計測点群データのリアルタイム自動合成
UAV LiDAR（ドローンレーザー）・ ⼤規模測量
・ 災害現場測量
スマホアプリ LiDAR
・現況観測補備計測、 i-Con建設現場にて、出来形・出来高管理計測

・4. 最新型レーザースキャナーのご紹介

3次元測量の迅速に⾏うTrimble X7
・自動化を極めた、地上型レーザスキャナ➤ 自動整準（最⼤±１０度）/自動キャリブレーション（精度担保）➤ 自動合成機能搭載

・3Dスキャニング機能➤ 1秒間に、50万点/秒の高速スキャンが可能➤ 360度フルドームスキャン（⽔平）➤ 高感度モード搭載（スキャンしにくい対象物も確実にスキャン）・イメージャー機能/座標変換➤ アノテーション機能（写真と情報を3次元位置と結び付け）➤ ジオリファレンス機能搭載

・3. 最新型レーザースキャナーのご紹介
Trimble X7を使った現況測量
３次元レーザスキャナ機能を用いて、自動合成機能を使いながら現場スキャン・現況測量➤ 現場対象エリアを網羅するように機械設置（任意）➤ 3次元トレースを想定し、⼗分な点群密度を確保しながらスキャン観測➤ 密度/自動合成/遮蔽などを考慮し、ステーション間は5〜10ｍ程度が望ましい➤ タブレットで自動合成された点群を確認しながら、観測を進める（現場で確認）- 点群密度がトレースに⼗分か︖- トレースを⾏うために、点群の抜けは無いか︖（再測防⽌）- 特に座標変換を⾏う参照点付近の点群密度に注意・3. 最新型レーザースキャナーのご紹介

Trimble X7 計測データ

1. 3D点群データについて
2. 3D点群データの活⽤事例
3. レーザースキャナーのご紹介
4.まとめ

・4. まとめ︓3Dレーザースキャナによるメリット
１）PC上に保存された現場情報を、いつでも必要な時に活⽤できる。
➡ 現地に⾏かなくても、PC上でトレース作業が可能。
➡ 天候にも左右されることなく、昼夜を問わず作業が可能。
➡ オフィスでも在宅でも作業できる。
２）密度が⾼い⾊付き3D点群は、リアルに現場状況が網羅されている。
➡ スケッチに頼ることなく、 PC上でも充分に現況を把握できる。
➡ TS観測でありがちな 「測り忘れ〜再測」 が生じにくい。

３）『読む図面』から『 3D点群で見る・見せる』への 成果変革
➡ 作業工程における関係者間での認識共有が容易。
➡ お客様に、ビジュアルで分かりやすい資料を提供できる。

・最後に・ 従来の２次元の測量から３次元の測量へ、また扱うデータも２次元から３次元（3D点群）データへ、その点群データの有効な活⽤例も多岐にわたり、確実にかわりつつあります。
ごく⾝近なスマホを使⽤した例も出てきて、今後ますますその傾向は加速されるものと思われます。
３Dレーザースキャナ（測量）を習得されるうえで、その⼀助になれいば幸いです。

・4. まとめ︓3Dレーザースキャナによるメリット

■

時間短縮

・ 広範囲の測量を短時間で計測■

人員削減

・ 測量⽇数、人員が減らせる為人件費の削減■

現場の様子が視覚的で分かりやすい・ スキャンと合わせて写真の色情報より、視覚的にわかりやすいデータが取得できる■点群データを多⽤途に活⽤できる・ 点群データより、⼟量の算出、断⾯図の作成
■

安全な測量

・ 災害現場等、近づけない現場の測量
・ 従来の２次元の測量から３次元の測量へ、また扱うデータも２次元から３次元（3D点群）データへ、その点群データの有効な活⽤例も多岐にわたり、確実にかわりつつあります。
ごく⾝近なスマホを使⽤した例も出てきて、今後ますますその傾向は加速されるものと思われます。
３Dレーザースキャナ（測量）を習得されるうえで、その⼀助になれいば幸いです。

⽤語解説■TLS（Terrestrial Laser Scanner）■LiDAR（Light Detection and Ranging）

地上型レーザースキャナーのことで、3Dレーザースキャナーを三脚で特定の位置に据えて⾏う3次元レーザー測量である。 レーザーを照射することによって、対象物の空間位置情報を取得するものである。

レーザーを使って物体を検出し、位置や距離を計測するセンサーです。

レーザースキャナーは、建築・測量現場や⼯場、博物館、映画製作など、様々な分野で利⽤されています。建築現場では、建物の内部や外観を測定して設計図面を作成したり、⼯場では製品の形状を測定して品質管理に利⽤したり、博物館では収蔵品を保存するために三次元データを作成することがあります。
映画製作では、特殊効果の制作に使⽤されることがあります。

レーザーを発射し、反射した光を受信して物体の位置や距離を測定します。
レーザー光は、短いパルスで発射され、物体に当たった時に反射されます。
反射した光がLiDARに戻ってくるまでの時間を計測することで、物体までの距離を算出します。
自動運転⾞、ドローン、ロボット、測量などの分野で幅広く利⽤されています。

■UAV（Unmanned Aerial Vehicle）■SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）

⼈間が乗らず、コンピュータによる自動操縦、もしくは遠隔操作で⾶⾏する航空機。「ドローン」とも呼ばれる。

自⼰位置推定と環境地図作成を同時に⾏う技術です。つまり、未知の環境で自⼰位置を推定しながら、周囲の環境をマップ化することができます。

測量や災害調査など様々な分野で使⽤される。

移動ロボットやドローンなどの自律移動するシステムに応⽤されています。これらのシステムは、自⼰位置の情報を持たない状態から、環境を探索しながら自⼰位置推定と環境地図作成を同時に⾏うことが必要です。

■i-Construction(アイコンストラクション）
国土交通省では、「ICTの全面的な活⽤（ICT土⼯）」等の施策を建設現場に導入することによって、建設生産システム全体の生産性向上を図り、もって魅⼒ある建設現場を目指す取組であるi-Constructionを進めています。