CPD講座

Continuing Professional Development Lecture

測量と計測技術の最前線
第1回

レーザー計測器を用いた点群計測安達基朗 ｜（株）シュルード設計

特にお施主様と設計者の建築イメージの共有、工事計画の策定が挙げられます。3 次元測定はさまざまな方面へと発展が可能な技術

i-Construction と BIMです。建築の測定が変化すれば、その後の設計プロセスにも何らかの変化が生じる可能性が十分に考えられます。

2016 年度から国土交通省は本格的に i-Construction を推進し始建築物を 3 次元測定する場合には、レーザー測定と写真測定がめ まし た。建 築 業 界 で も ICT（Information and Communication

現在の主な 3 次元測定の手法です。そこで今回は、レーザー測定をTechnology …情報通信技術）の取り入れが積極的になってきています。

取り上げます。レーザー計測とは、レーザー光（光は電波の一種）をト

こうした 建 築・社 会 情 勢 が 展 開 する 状 況 において、昨 今、BIM

ランジットから建築物に対して照射する際に発射される照射波が建（Building Information Modeling）が建設業界で普及し始め、設計時築物に到達し、建築物から反射されて戻ってくる反射波との位相のには 3 次元モデルとして、建築情報を管理した設計・監理へと展開違いから、空間の 3 次元座標を取得する方法です。

してきています。

図 1 は取得した座標を点で表示しており、点が群をなして建築物

ところが、測定の立場からみれば、意外にも建築分野で既存建屋の実体を現していることから「点群」と呼ばれます［図 1］。この点群をの測定という分野において、3 次元モデルを利活用する事業事例は利用することで、3 次元で空間の構成を把握することができるようにあまり知られていないと言えます。測定の世界では、3 次元測定と言なります。これまでは、点群を取得する機器も高額で、点群処理をわれる手法が採用されるようになってきています。3 次元測定は、こ行うソフトウェアも高額であったため、利用が普及していませんでし

れまでの 2 次元での測定とは大きく異なり、ある一定の対象の空間た。しかし最近では、安価な測定機具も開発され、建築分野での利を全体として測定する手法と言えます。3 次元測定を BIM と連携さ活用も広がり始めています。国土交通省は i-Construction 政策に関せることで、これまでとは異なる設計・監理手法へと展開できます。

連し「地上レーザースキャナを用いた公共測量マニュアル（案）」を公

対象物
x、y、z 座標
取得
レーザー光
レーザー照射受光部
水平 360 度回転

本体が水平方向
360 度回転図 1 レーザー測定結果（重要文化財 舞鶴旧鎮守府倉庫施設舞鶴海軍需品庫）。

本図の角度から写真撮影は行えない。自由に描写のための視点場を定めることができ、点群では質感のある建築物の形態データを再現することができる。
建築物の内部と外部を同時に調査しているので、屋根の小屋組が部分的に見える。屋根がすべて表現できないことは、レーザーが届く視点場に限界があるためである。こうしたデータを元図とする

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2019.11本体下部 40 度範囲は筐体があり測定不可
図 2 3 次元レーザースキャナの概略図（著者提供）

図 3 点群の結合過程の工程（京都女子大学旧D 校舎）。測定を繰り返すことにより点群の空間情報を加えていく

図4表しています（2017 年 3 月31日）。今後はさらにデジタルデータの利点から得た情報を一つのデータとて統合していきます［図 3］。何度も用が建設業界で広まることが予測できます。

測定点を移動させ、一つのデータにまとめることで建築物全体やサ筆者は国内の主要な製鉄所、化学プラントなどで 3 次元レーザー点群立面パース（京都女子大学旧E 校舎［註 1］）。点群データを結合して作成

イト全体の測定データを形成します［図 4］。

測定技術を提供してきました。こうしたさまざまな経験から得たノウハウを活かし、3 次元計測を BIM と組み合わせて、建築物のリノベーションへの活用に関する技術開発を行い、建築士の方々と模索してきました。こうして得た知見に基づいて、本講座では 3 次元測定にモービルマッピングシステムと航空レーザー測定

関する最新技術を解説していきます。
「地上据置型3 次元測定をレーザーで測定する主な方法には、レーザースキャナ測定」「モービルマッピングシステム」「航空レー次にモービルマッピングシステム（MMS）と言われる測定方法を紹介します。

ザー測定」の 3 つがあります。最近では、ハンディ型のスキャナも登MMS とは自動車 に 3 次元レーザースキャナ、GPS などの GNSS場しています。建築の現場では「地上据置型レーザースキャナ測定」（Global Navigation Satellite System …全球測位衛星システム）、アンテの補完的利用が多いため、本稿では「地上据置型レーザースキャナナ、ジャイロ（角速度センサ）や加速度計（単位時間あたりの速度変化測定」に主な焦点を当てて解説します。

計測）などの IMU（Inertial Measurement Unit …慣性計測装置）、カメラなどの計測装置を搭載し、車両位置と同期させたレーザースキャ
ナで座標を定め、カメラで色情報を取得し、座標点に色を付けた点

地上据置型レーザースキャナ測定群を測定する方法です。
MMS は精度の観点から評価すると、地上据置型には劣ります。し最初に、地上据置型と言われる 3 次元レーザースキャナを紹介しまかし最大のメリットは、自動車に搭載して測定するので、測定範囲がす。現在、多くのメーカーがこのタイプの測定機を販売しています。

大幅に広がり、広範囲の空間を短時間で測定できる点にあります。

図 2 で例示した通り、水平方向に 360 度、垂直方向に 320 度の

最近では、人が担いで歩くことでレーザー測定が可能となるバック

範囲の座標を一度のレーザー照射で取得できます［図 2］。データをパック型も開発されています。この機器では車が立ち入れない屋内取得できる距離は測定機の能力により異なりますが、一度の照射で、などでの対応も考慮されており、GNSS の代わりに、お掃除ロボットある地上の定点から 100〜300m 程度の距離まで座標取得できるなどに搭載されている SLAM（Simultaneous Localization and Mapping

機器が一般的です。レーザー照射ですので透過はしません。したがっ…自己位置推定と環境地図作成）を使い、自己の位置を認識しながらて、建築物の裏側や内部の座標点は取得できません（建築物内部はレーザー測定が可能です。この測定方法でも点群が取得できます。

必要に応じて別途測定する必要があります）。3 次元レーザー測定機を航空レーザーは空中から測定する方法です。航空機にレーザース設置した 地点 から半径 300m の 球状内 に存在する建築物 にレーキャナ、GNSS、IMU を搭載し測定を行う方法です。これまでは、セザーが届く箇所すべての座標点を取得できます。

図 3 は、3 次元レーザー測定機による測定を京都女子大学の旧校舎を対象に実施し、取得した点群データを表示する例です［図 3］。
先ほど、レーザーが届く箇所すべての座標点と記述しましたが、レーレーザースキャナ

GNSS

カメラ

IMU カメラレーザースキャナ

ザーが届かない範囲については、地上の測定点を移動させ、レーザーが届かなかったと思われる範囲にレーザーを照射できるように、測定点を移動して測定していきます。移動して測定を実施した後に、専用のソフトウェアで「結合」というデータ処理を行い、多くの測定図 5 モービルマッピングシステム（MMS の 概念図、著者提供）

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スナ機で測定が多く実施されてきましたが、最近ではドローンでの測定が頻繁に行われるようになってきました。空中からの測定方法で取得できるデータも点群データです。
いずれの測定も「点群」が取得できます。点群を建築士の方に利図 6 点 群 調 査 により 作 成 した 断 面 図用していただいた結果、よい点やまだ足りない点が見えてきました。

（京都女子大学旧E 校

これまでのさまざまな測定を建築設計と結びつけて検討した結果を、舎）。点 群 調 査 では

避雷針、テレビアンテナやそれらを支えるケーブルなどに 関する情報も取得できた。この 計測結果を分析 すると、各部 の寸法を任意に計測できる。さらに、BIM のシステムに 3 次元情報として取り込むことができる

評価と課題に分けてみると、以下のようにまとめられます。

地上据置型レーザースキャナの 評価
地上据置型レーザースキャナ（以下、レーザースキャナ）で測定を行い、建築士がそのデータを利用する事例として、建築物のリノベーションと耐震補強工事前の測定が求められます。一つの建築物の内外部、すべてを測定します。この方法は、測定範囲と精度の面から建築利［評価 3］設計作業と連携用には最適と言えます。

点群の表現に示すように［図 1、4、6］、点群は空間イメージをそのまま、レーザースキャナで取得された点群データは計測処理を行い、距パソコンなどのデジタル画面上で表現できます。そのため、画面上離を求めることで図面化が可能となります。BIM を導入されていなで現物の建築物に改修後の空間のイメージを書き込んでいくこともい建築士でも数値データとして利用することは可能です。この場合、可能です。
「今までは、頭の中で図面を引いて、それを立体イメージ従来のコンベックスなどで測定した結果と同じ利用方法になります。にしていた。頭で引いた図面をその場で画面上に書いていたら、もこの利用方法ですと、現場での測定の時間の短縮が可能となりまのができあがっていた」と建築士から評価があります。この点が最もすが、測定後の処理に時間が掛かり、大きなメリットが出てきません。

高い評価だと認識しています。

メリットを出す方法も当然ありますが、レーザー計測の話とはまた別のテーマとなりますので割愛します。

［評価 4］外部空間 の 記録と検証

点群データは 3 次元データです。メリットを最大限に利用するに建築士の方が建築を考えられる時に、周りの情景も考えておられるは、利用も 3 次元で行うことが 理想です。そこで登場してくるのがことと思います。レーザースキャナにて測定を行うと、周囲の空間もBIM です。点群利用が可能な BIM ソフトですと、3 次元レーザー測定測定対象になります。そのため、周りの情報も取り込むことが可能でを行うことで、既設の建屋の測定から BIM データへの工程が大幅にす。特に「庭」は今まで写真を撮るぐらいしかできなかったのですが、改善することができます。以下、建築士の評価についてまとめました。

測定できるようになり、高い評価を得ています。BIM ソフトで設計すると、今の庭が窓からどう見えるかなども、お施主様とお話ができる［評価 1］現場で 調査する回数が 減るようです。

地上据置型レーザースキャナでは、水平 360 度、垂直 320 度の範囲を測定できます。現場での測定者の力量により測定漏れの程度が異なります。測定で測り漏れが発生しないとは言い切れません。

地上据置型レーザースキャナの 課題

現場状況、降雨や雑草などの障害物のほか、家具などが建屋に残存していることにより、十分に測定データが取得できない場合もあり［課題 1］建築物内部 の 測定ます。しかし、手作業で測定することと比較すると、大幅に測定漏れ

前述の通り、地上据置型のレーザースキャナは、何度も移動を重ねが減り、測定データ取得者から高い評価が得られています。

ながら測定を行い、レーザーが届かなかった箇所を補いながら測定を進めます。そのため、レーザーが届かなかった測定点が多いと測［評価 2］高所 の 測定が 容易

定回数が増え、必然的に測定時間が増加します。特に内部空間で、レーザースキャナは、地上からの測定でも天井や梁など上方にある押入や床の間、縁側、狭い間隔で間仕切りが多くある日本家屋では、対象も測定できます。これは、足場を組む必要がなくなることを意味測定時に工夫が必要となります。また、現状調査のタイミングではしています。工期の短縮面だけでなく、安全面からもメリットが出る家具などが置かれたままになっていることが大半です。建築物内部と評価されています。に設置されている家具などに対する対策をとることが求められます。

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［課題 2］データの 容量

決方法は大学の研究者とも協力し、ソフトウェアの開発を行うことで点群データは非常に容量が大きなデータになります。ビル 1 棟を丸解決を試みています。BIM の普及についても、京都府建築士会のごと測定 するとなると相当なデータ容量となり、事務用や 2 次元BIM 研究会に参画させていただき、普及のお手伝いもしています。

CAD 用の PC では扱いきれません。現状、扱うことと保管の観点からも、設計側でデータの大容量化への対策が必要になります。

まとめ［課題 3］ノイズ
レーザー測定の弱点として、黒光りするもの、鏡、ガラスがあります。

安心・安全な建築の設計を行い、お施主様に長く使っていただき、これらを測定すると、反射レーザーが返ってこないことや、実物と違後世に残していく。そんな建築物を建てていくために、建築士の方々う座標として返ってくるという現象が発生します。違った点で返ってきと、計測技術と計測したデータ処理に関わるソフトウェア開発を行うた座標点を「ノイズ」と言います。鏡やガラスは建築物には多く存在エンジニアリング会社が協力しあい、新しいものへ挑戦していくきっするもので、ノイズへの対策も課題の一つです。

かけとなれるようにと思いを込めて、連載させていただきます。

［課題 3］BIM の 普及
BIM の導入が現段階では途上にあります。点群の測定にメリットが出ないわけではありませんが、3 次元レーザー測定は BIM と組み合謝辞
本稿は科学研究費 16H02386 の研究の一環として舞鶴市の協力を得て実施した調査研究の一部である。また、京都女子大学および藤森神社の協力を得て、外部空間と建築物を一体化した測定実験を行うことができた。関係者各位に謝意を表するわせることで多くのメリットが出てきます。BIM の普及の促進も必要註1な課題となってきます。
このように課題もいくつか見つかりましたが、容量、ノイズへの解京都女子大学旧E 校舎は、2018 年度に除却されたので現存しない。

本点群データは京都女子大学のキャンパス景観のデジタルアーカイブの実験として測定した結果である

あだち・もとあき（駅務システム開発）（株）アル京都システムズ（株）、
ソフト（携帯電話システム開発・カーナビゲーションシステム開発）、システムセグロ（カーナビゲーションシステム開発）を経て、個人事業主として、機械設計・3D測定技術者・機械制御ソフト開発。2014 年 9月〜（株）シュルード設計代表取締役として、現在に至る。
機械設計・3D 測定技術者・機械制御ソフト開発。
京都府建築士会賛助会員

図 7 外部空間の点群表現の例（京都・藤森神社庭園）

自習型認定研修 の 設問
設問 1

設問 2

測定方法に関して間違っているものはどれか。

地上据置型レーザースキャナの課題で間違っているものはどれか。

a. 3次元レーザースキャナはレーザー照射なので建物を透過しない。

a. 日本家屋のように、狭い間隔で間仕切りが多くある室内は測定時に工夫が必要。

b. MMSの精度が最も優れる。

b. 点群データは容量が大きなデータなため、設計側でデータの大容量化への対策が必要。

c. 航空レーザーは、最近ではドローンでの測定が頻繁に行われている。

c. 鏡やガラスを多用する建築物は座標の精度が増す。

認定教材の設問への回答は、CPD 情報システムのページ

https://jaeic-cpd.jp/にアクセスのうえ、お願い致します。
※不正解の場合は、単位に登録できない場合があります。
※自習型教材の選択欄における会誌『建築士』
選択項目は、平成 28 年 1 月より建築士会会員のみの表示項目になります。

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