ＩＳＳＮ１３４６－７８４０

港湾空港技術研究所
資料
TECHNICAL NOTEOFTHE PORT AND AIRPORT RESEARCH INSTITUTE

No.1263

December 2012

不同沈下測定を目的とした車載型レーザースキャナ測量
渡部田中

独立行政法人要一
政典

港湾空港技術研究所

Independent Administrative Institution,

Port and Airport Research Institute, Japan目

次旨 ······························································································································································

3

1. はじめに ························································································································································

4要

2. 計測方法 ························································································································································

4

2.1

前方スキャン用の機種 ·······················································································································

5

2.2

側方スキャン用の機種 ·······················································································································

5

3. データ整理 ····················································································································································

7

3.1

点群情報 ················································································································································

7

3.2

走行ごとのデータ補正 ·······················································································································

93.3

全体データの相対的なずれに対する補正 ························································································· 10

3.4

データの活用 ·········································································································································· 12

4. まとめ ···························································································································································· 13
謝辞 ······································································································································································· 14
参考文献 ······························································································································································ 14-1-Leveling with Mobile 3D-Laser Scanner to Measure Differential Settlement

Yoichi WATABE*1
Masanori TANAKA*2

Synopsis
Airport facilities, such as runway, taxiway and apron, are required to be flat as plane structure. In
addition, elevation of the ground surface is very important information corresponding to landsettlement in case of man-made island on soft clay deposit. Ground elevation has been measured byleveling, but recently, it is replaced by GPS measuring at some new airport facilities. GPS
observation condition is generally ideal at airport facilities, because there is no obstacle in the sky
to catch GPS signals. To avoid large manpower and long working period, leveling and GPS
measuring prefer to be replaced by an efficient measuring system such as automated one. In thisstudy, leveling using mobile 3D-laser scanner was attempted at the D-runway of the Tokyo Haneda
Airport. Comparing a front scanner with a side scanner, outline of the system and measuring method
are described, then measured data sets were treated to transform from point group to allocated meshdata. The data sets obtained by both methods are strongly affected by the errors of GPS observation;
however, relative error during the measuring period was sufficiently small in an acceptable level inpractice. To cover the runway of 80 m width, the front scanner requires four round (or eight
one-way) drives because its scan range is narrow (less than 15 m); while the side scanner requires
two round drives because scan range is wide (more than 50 m). To correct GPS error, it isrecommended that at least one point where its elevation is known is included in the measuring rangeof mobile 3D-laser scanner.
Key words: leveling, differential settlement, mobile laser scanner, GPS, elevation*1 Director of Geotechnical Engineering Field*2 Research Specialist (formerly Senior Researcher of Soil Mechanics and Geo-environment Group)
1-1 Nagase, Yokosuka, 239-0826 Japan
Phone：+81-46-844-5053
Fax：+81-46-844-4577
e-mail: watabe@ipc.pari.go.jp-2-

不同沈下測定を目的とした車載型レーザースキャナ測量
渡部要一 1)・田中政典 2)

要旨

滑走路や誘導路といった空港施設では，路面の勾配や角折れが規定を満足しなければならず，かつ，埋立地に立地する空港では標高情報は沈下量管理とも直結する重要な情報である．これらの計測は一般に水準測量（レベル測量）によって行われているが，一部の新しい空港施設では GPS 測量も導入されている．しかし，広大な空港施設での計測は時間と労力を要することから，自動化された計測手法のような効率的な計測方法があれば，置き換えが進むものと期待される．本研究では，
2010 年 10 月に供用開始した羽田空港 D 滑走路において，車載型のレーザースキャナの適用性を検討することを目的として，スキャニング方向が異なる 2 機種，すなわち，走行方向前方をスキャンする機種と走行方向側方をスキャンする機種を取り上げ，それぞれの計測方法について，計測装置の概要や計測方法，計測結果例，データ整理方法についてとりまとめた．前方をスキャンする方法と側方をスキャンする方法について，どちらの方法でも GPS の計測誤差に基づく絶対値の誤差がありうるが，計測時の相対的な誤差については十分な精度の測定結果を得ることができることを確認した．前方スキャンの場合，測定範囲が狭いので計測回数が多くなる欠点があり，側方スキャンの方が，測定範囲が広いので計測回数が少なく，空港測量にはより適していることがわかった．数時
間の計測時間中における相対的な誤差は小さいことから，絶対値としての GPS 観測誤差を補正する
ために，標高が既知な点を計測範囲に含むことが有効である．
キーワード：測量，不同沈下，車載型レーザー，GPS，標高

1) 地盤研究領域長（兼 土質研究チームリーダー）
2) 専門研究員（元 土質研究チーム主任研究官）〒239-0826 横須賀市長瀬3-1-1 独立行政法人港湾空港技術研究所
電話：046-844-5053 Fax：046-844-4577
e-mail: watabe@ipc.pari.go.jp-3-

1. はじめに点そのものが沈下して標高がずれていくことから，レベル測量とGPS測量を比較した場合，どちらが優れているかを一概に言い切ることはできない．

滑走路や誘導路といった空港施設では，路面の勾配や角折れが規定を満足しなければならず，かつ，埋立地に空港施設は全天にわたって建造物等がGPS衛星を遮ら立地する空港では標高情報も重要になる．標高情報は沈ないため，当該地点・時点において利用可能なすべての下量管理とも直結する重要な情報である．これらの計測

GPS衛星を捉えることができる．これは，GPS計測を行うは一般に水準測量（レベル測量）によって行われている

のに理想的な条件であるといえる．もちろん，GPSの計測が，広大な空港施設での計測は時間と労力を要すること

精度を超えることはできないが，計測条件が良いためにから，自動化された計測手法のような効率的な計測方法

計測中の値の揺らぎは比較的小さく，計測結果全体の標があれば，置き換えが進むものと期待される．

高データが絶対値として数cmずれていたとしても，計測

供用中の滑走路では滑走路が閉鎖される夜間しか作業中の値のシフトはほとんどない．このことを踏まえて考ができないため，広大な滑走路全体を効率的に十分な精えると，広大な空港施設を効率的に測量する装置として，度で計測する技術が必要とされている．例えば，東京国

車両搭載型（以下では車載型と称する）のレーザースキ

際空港（羽田空港）のD滑走路（2010年10月21供用開始）

ャナの適用が有効であると考えられる．

では，維持管理のために週に2回，23:30から5:30までの6車載型のレーザースキャナは，レーザー計測の分野に

時間のみ閉鎖されている（2012年1月現在）．滑走路の運おいて最も新しい種類のものと位置づけられ，今後の期用前の点検が5:00から開始されるので，維持管理のための待も大きい1)．装置は，幾つかの会社によって開発されて各種作業は23:30から5:00までしか実施できない状況にあいるが，これまでの利用実績のほとんどは道路沿いでのる．一方で，設計・施工時の想定では，施工後100年間の計測であり，滑走路のように広大な場所において，複数

予測沈下量は，最大で70cm程度と予測されており，標高回の走行で得られる計測結果を統合して，広大な空間情情報の取得は維持管理上重要となっている．

報を構築するといった利用実績はなかったのが実情であ

多くの場合，空港の測量では，空港内に設けられた基る．このため，いざレーザースキャナを滑走路や誘導路

準点からトランシットとスタッフを用いたレベル測量がで適用しようとすると，克服すべき様々な技術的課題が実施される．埋立空港の場合，供用開始後にも残留沈下

出てくるとともに，道路で利用するなどの従来の利用法が継続するため，基準点そのものが沈下することに留意

以上に，機種ごとの長所・短所が明瞭に現れてくることする必要がある．このため，定期的に水準点のような標が予想された．

高が既知の点から施設内の基準点まで測量を展開し，基そこで，本研究では，2010年10月に供用開始した羽田準点の設定値が許容される誤差内にあるかどうかを確認

空港D滑走路において，車載型のレーザースキャナの適用する．許容誤差から逸脱した場合には，基準点の情報を性を検討するために，スキャニング方向が異なる2機種，

更新することになる．空港の場合，水準点までの距離がすなわち，走行方向前方をスキャンする機種と走行方向遠いことが多く，許容される誤差が相対的に大きいため，側方をスキャンする機種を取り上げ，それぞれについて

基準点情報が更新されると標高データが突然数cm分シフ

滑走路への適用性を検討した．以下では，計測装置の概トすることになる．また，レベル測量では，広大な空港

要や計測方法，計測結果例，データ整理方法についてと内で測量を行うと，基準点から遠い地点では誤差の蓄積りまとめる．

も起こりうる．

2. 計測方法

近年ではGPSによる測量技術が発達してきており，水準点や基準点からレベル測量を展開する必要がないなどの手軽さから，建設現場などさまざまな場面で活用される

車載型レーザースキャナを使ったときに，移動方向にようになった．実際，一部の新しい空港施設では，従来関しては連続的なデータが得られることから，例えば，のレベル測量をRTK-GPS測量に置き換えて実施している

滑走路の縦断方向に移動しながらスキャンすると，縦断

ところもある．RTK-GPS測量は，レベル測量に比べて簡方向に関しては施設の維持管理の上で必要となる勾配や易に計測できること，誤差の蓄積がないこと，などが利角折れに関するデータが連続的に得られる．むしろ，常点である．しかし，GPSの計測誤差が無視し得ないほどに

時GPS観測により位置情報を更新し続ける車載型レーザ

大きい可能性は否定できない．しかし，上述のように，

ースキャナの方が，通常のレベル測量で起こりうる誤差

建設中や供用開始後にも沈下が進む海上空港では，基準の蓄積を生まないため，広大な施設の測量には適してい

-4-

表-1

前方スキャン用に使用した機材の仕様

項目

仕様

位置精度

0.06m（車両位置）
0.10m（レーザー照射点）

高さ精度

0.15m

方位精度

0.18°

ピッチ精度

0.36°

ロール精度

0.72°

標準計測速度

40km/h以下（推奨）最高計測速度

80km/h

許容段差

最大10cm連続記録容量8時間

最大記憶容量500時間

写真-1a 前方スキャン用の車載型レーザースキャナの外観（車両と一体型）

るともいえる．そこで，D滑走路を対象として，走行方向
前方をスキャンする機材と走行方向側方をスキャンする
機材についてそれぞれ適用性を検討した．
以下に本研究で検討した2機種の特徴をとりまとめる．
なお，ここで選定した2機種はそれぞれ前方スキャン用機
材と側方スキャン用の機材の一例に過ぎず，同等あるいはそれ以上の性能を有する機材は他にもあり得ることを予め断っておく．計測技術の進歩には目覚ましいものがあり，レーザースキャナによる測量を実務で適用する際には，最新の技術動向を踏まえて，適切な機材を選定す

写真-1b 前方スキャン用の車載型レーザースキャナ（車両搭載部の拡大）る必要があるといえる．

滑走路23（沖側）

2.1 前方スキャン用の機種

滑走路05（桟橋）

前方スキャン用に検討した機種は，移動体（自動車）と一体になった装置である2)．当該機種はGPSを3機搭載し，3基のGPSが形成する三角形の空間情報から精度の高い位
置情報を取得できる．IMU（Inertial Measurement Unit：慣性姿勢計測装置）も登載されている．計測は走行方向に

図-1 前方スキャン用機材による走行位置のイメージ図（左が滑走路23（埋立側），右が滑走路05（桟橋側））

対して直近前方の位置において幅約15mの範囲をスキャンする．レーザー距離は短いが，サンプリングレートが毎秒約100,000点と大きいため，移動体の走行速度はある

場合，移動体（自動車）の走行方向に対して直角方向片程度速くても対応できる．なお，実際の計測は，作業の側（使用した機材では進行方向左側）をスキャンする．

安全性を考慮して20～30km/hで実施した．計測に用いた

GPSによる位置情報のほかに，ジャイロと加速度計を使っ機材を写真-1に示し，その仕様を表-1にまとめた．滑走

たIMU（Inertial Measurement Unit：慣性姿勢計測装置）に路に適用する場合には，走行ごとの測定範囲がある程度

より姿勢情報を取得し，対象物の三次元空間情報を精度ラップするように，滑走路幅10mごとに走行ルートを設定

よく評価することができる．装置を横置きに設置すれば，して計測し，路肩を含め幅80mある滑走路を10m幅ごとに移動体の前方をスキャンすることもでき，仕様は異なる

分割し，8回の走行（4往復または8片道）により滑走路全が，上述の前方スキャン用の機種と同等の計測も可能で体を計測した（図-1）．

ある．本検討では，装置を縦置きにした標準的な使用方法を採用した．当該装置は取り外してヘリコプターや小2.2 側方スキャン用の機種型航空機（横置き），船舶（縦置き）などにも搭載し，様々

側方スキャン用に検討した機材は，縦置きに設置したな移動体からのスキャニングに使用することもできる．

-5-

表-2

側方スキャン用に使用した機材の仕様

項目
レーザー
スキャナ部

仕様
計測距離

300m（反射率80%）100m（反射率20%）

計測最短距離

2m

精度

±6mm

レート

8333/秒

計測範囲

80°

ライン数

1～20/秒

モーション 方位精度
センサー部 ローリング

0.01°

ピッチング

0.01°

速度

0.005m/s

レート

100Hz

0.01°

写真-2a 側方スキャン用の車載型レーザースキャナの外観（車載状況）サンプリングレートは毎秒約8000点とやや小さいため，
今回の検討では高密度な計測を行うために移動体の走行速度を20km/h以下とした．レーザー距離は300m程度と長いが，レーザーの入射角が浅くなると計測精度が落ちる．
一方で，レーザーの入射角が浅いデータは点群が粗になり，データ数が少なくなる．このため，複数回の計測データを重ね合わせて整理すると，入射角が浅いために誤差が大きくなることの影響は実質的に無視することができる．計測に用いた機材を写真-2に示し，その仕様を表-2にまとめた．なお，当該装置はレーザースキャナとモーションセンサーについて別々に購入して組み合わせられており，仕様をそれぞれに示す形で表示してある．路
肩を含め幅80mの範囲を2往復の走行により滑走路全体を計測した（図-2）．
前方スキャン用の機種と側方スキャン用の機種につい写真-2b 側方スキャン用の車載型レーザースキャナ（車両搭載部の拡大．今回の計測で使用した治具は異種のもの
で，かつ，夜間作業のためカメラは取り付けずに使用）てとりまとめたが，上述したように，仕様は機種ごとに異なるばかりでなく，技術開発とともに改良されていくことに留意が必要である．ここで記述した前方スキャン

滑走路23（沖側）

滑走路05（桟橋）用の機種の特徴として，3台のGPSを搭載することにより，3点の位置情報から形成される三角形の空間情報からGPS
データの高精度化を図っていることが挙げられる．これに対し，側方スキャン用の機種の特徴として，IMUによる姿勢情報の高精度化や長距離レーザーの利用が挙げら
図-2 側方スキャン用機材（進行方向左側をスキャン）による走行位置のイメージ図（左が滑走路23（埋立側），右が滑走路05（桟橋側））

れる．両方式にはそれぞれ長所・短所があり，一概にどちらが優れているとは言えないが，段差の激しい箇所を走行しない限り，測定結果は基本的にはGPSの測定精度に依存するところが大きい．

週間間隔で2回調査した結果を比較することにより，調査

計測は，供用開始から約3カ月後の2011年1月19日未明

結果の再現性（信頼性）を確認した．前方スキャンと側に前方スキャンによる計測，それから約1年後の2012年1

方スキャンでは，スキャンしている範囲が違うため，両月11日未明と18日未明に前方スキャンと側方スキャンの手法で計測した2012年1月11日に得られた点群情報をプ両手法による計測をそれぞれ行った．2012年の調査では1-6-

前方スキャン
による計測結果

標高T.P.(m)

側方スキャンによる計測結果

注）図はT.P.表示
A.P. = T.P.+1.134 m

図-3

車載型レーザースキャナで得られたD滑走路の標高データの点群情報．

ロットすると，図-3のように違いが現れる．しかし，計で，図-4は左側が埋立側（滑走路23側），右側が桟橋側（滑測のターゲットとしている滑走路部分については，後で走路05側）となっている．また，図-5は，滑走路23側か述べるようにGPSによる計測誤差がそれぞれにあるもの

ら見た断面となっている．これらの断面図上の点群は，の，ほぼ同様の点群データが得られている．ここで表示

注目している断面から奥行き方向に±0.5mの範囲に入しているデータは，GPSの測定結果に基づきジオイド面にる点群情報を抽出してプロットしたものである．標高は，対応したT.P.で表示しているが，空港工事の標高管理で使ジオイド面を基準にした標高（T.P.に相当する．A.P.表示

われているA.P.で表すには+1.134mを補正する必要がある．

にするためには+1.134mを補正する必要がある）としている．

3. データ整理

縦断図および横断図のいずれからも読み取れるように（ただし，縦断図は縦軸の表示範囲が広いために読み取

3.1 点群情報

りにくい），側方スキャンによる標高計測結果に対し，前計測された点群情報のままでは，情報量が膨大すぎる

方スキャンによる標高計測結果が80mmほど低くなってとともに，様々なノイズや，走行ごとの計測誤差などもいる．このような計測結果の違いが生じる要因として，含まれているため，維持管理に使いづらい．そこで，デ両者におけるGPSデータの処理方法の違いが考えられる．

ータを使いやすいように平均化処理し，情報量を少なくGPSによる位置情報計測は，ネットワーク型RTK-GPS
により処理しているが，この処理方法にはVRS方式とすることにした．
滑走路の縦断図と横断図の一例として，2012年1月11FKP方式の2方式がある．側方スキャン用の機材ではVRS

日ならびに18日に取得した点群データについて，滑走路方式を採用しているのに対し，前方スキャン用の機材でセンター位置での縦断図（図-4）と滑走路23端部（埋立はFKP方式を採用している．
VRS方式では，複数の固定電子基準点のGPS観測デー

側端部）から200m位置での断面図（図-5）を示す．ここ

-7-

図-4

図-5

滑走路縦断図（縦軸は標高T.P.(m)）

滑走路横断図（滑走路23端から200m．縦軸は標高T.P.(m)）

タを使って仮想基準点で生成される補正データを位置情

GPSは長時間のスタティック計測としている点から，常報サービス事業者から購入して利用し，RTK観測を行う

時移動している側方スキャン機材でのGPS処理とは，デ方式である．一方，FKP方式は，複数の固定電子基準点ータ処理や測定精度が異なっている．

のGPS観測データを使って固定電子基準点で囲まれた空

GPSによる計測結果には衛星状態等により揺らぎがあ間における面補正パラメータを生成し，線形補間処理をり，長時間にわたるスタティック計測を行わないと精度行うことによって移動局の位置を求める方式である．なの高い計測結果は得られないが，移動体による瞬時の計

お，維持管理JVによるD滑走路の維持管理でもVRS方式

測でも，標高データとして10cm程度の誤差でデータが得を採用しているが，既存空港側の消防署庁舎屋上にGPSられる．なお，空港での計測では，衛星を遮る障害物が基準局を設置し，そこで実際に計測されたデータを基準ないため，移動体による計測中に衛星状態に著しい変化

局情報として使用したGPS処理を行っており，さらにはなく，絶対値として誤差はあっても，計測中に生じる

-8-

15.0
14.9
14.8

計測データから所定の範囲を抽出

標高 (m)

図-6(a)

14.7
14.6
14.5
14.4

図-6(b) 計測ごとの中心を固定し隣接コースとのギャッ
プを按分

0

10

20

30

40

50

60

70

80

横断距離 (m)図-7(a)

メッシュデータから作成した断面図

15.0
14.9

図-6(c) 各コースの中心を両端の補正量の平均値だけ移動

標高 (m)

14.8

図-6 前方スキャンの走行ごとの測定結果の接合方法（概
念図）

14.7
14.6
14.5
14.4
0

相対的な誤差はほとんどない．このため，複数の走行に

10

20

30

40

50

60

70

80

横断距離 (m)よる計測結果を重ね合わせている図-5から読み取れるよ図-7(b) 計測ごとの中心を固定し隣接コースとのギャッ
プを按分して接合した断面図

うに，数時間の計測中には計測値の著しい相対的なずれは見られない．このことは，車載型レーザースキャナに15.0よる測定方法を滑走路や誘導路といった広大な空港施設
14.9

においても利用可能であることを示唆している．しかし，

14.8

標高 (m)

GPS処理の違いによる絶対値としての計測誤差については解決しなければならないといえる．このことについては後述する方法によって解決できる．

14.7
14.6
14.5

3.2 走行ごとのデータ補正

14.4
0

前方スキャンの測定結果は，走行ごとのラップ部分が

10

20

30

40

50

60

70

80

横断距離 (m)少ないため，図-6, 7に示すようにデータを整理した．図

図-7(c) 各コースの中心を両端の補正量の平均値だけ移動させた断面図-6は説明用の概念図，図-7は実際のデータである．ここでは，2011年の計測結果のうち，滑走路23端部から距離

15.0495m位置での断面図を例にしてデータ整理方法につい14.9て示す．なお，データ処理方法がわかりやすいように，
14.8

標高 (m)

鉛直方向を著しく拡大した図として示している．
作業手順は以下の通りである．走行ごとの10m幅の点

14.7

群データを1m×1mメッシュごとに単純平均し，これを14.6基に横断図を作成する（図-6(a), 7(a)）．なお，走行ご14.5とに若干の値のずれがあることから，データは10m幅ご14.40とに不連続になっている．走行ごとの計測中心を固定し，

10

20

30

40

50

60

70

80

横断距離 (m)図-7(d) 上記補正断面と横断走行による計測結果との比較

隣接走行で得られたデータとのギャップを按分してデータ間の接合を行う（図-6(b), 7(b)）．次に，走行ごとの

図-7 前方スキャンの走行ごとの測定結果の接合方法（滑走路23端部から距離495m位置）

データ両端の補正量の平均分だけ計測中心の標高を補正するとともに，左右の補正値を中心部からの距離で按分し，断面内のすべての点のデータを補正する（図-6(c),-9-のデータ群のギャップが最小となるように修正したデー
タを生成し（図-8(b)），この修正データに対してメッシ

図-8(a) 装置が傾いているとき，往路走行で取得したデータと復路走行で取得したデータが交差ュ情報を作成することにした．
3.3 全体データの相対的なずれに対する補正
D滑走路の維持管理JVによる標高測量ではレベル測量

図-8(b) 往路走行で取得したデータと復路走行で取得したデータの差が最小となるように計算により傾き分を補正．

を行っているが，レベル測量のためには基準点が必要である．そこで，D滑走路の接続部に基準点を設定し，基準点の標高情報をRTK-GPSによるスタティック観測で

図-8 装置の傾きに対する側方スキャンデータの補正（概念図）求めている．RTK-GPS観測の基準局として，既存空港施設側にある消防東庁舎屋上にGPSアンテナを設置している．スタティック観測では精度の高い情報が得られるこ7(c)）．なお，滑走路の路肩端部は，隣り合うデータが存とが知られている．

在しないことから，この端部の補正量は0として取り扱っ

そこで，車載型レーザースキャナでは絶対値としてのた．このようにして描いた断面図が図-7(d)である．同図

誤差は大きいが計測中の相対的な誤差は小さいこと，スには，別途横断方向の走行によって計測した断面図を重タティック観測では高い精度の位置情報が得られることねて描いているが，縦断方向に複数回走行した計測デーに着目し，両者の長所を活用することにした．すなわち，

タと，横断方向に1回走行した計測データを比較してみる

絶対的な値としてスタティック観測の情報を使い，相対と，両者の誤差は最大でも2cm未満であり，GPSそのも的な空間情報として車載型レーザースキャナの観測結果のの計測誤差の範囲よりも著しく小さい範囲にあることを使うというものである．ただし，スタティック観測のがわかる．

位置が車載型レーザースキャナの観測範囲，すなわち，

側方スキャンの測定結果は，走行ごとのデータのラッ

滑走路の舗装部分上ではないため，スタティック観測のプ範囲が広いことから，点群情報を1m×1mのメッシュ

結果から展開したレベル測量の結果を用いることにした．

情報にするに当たっては，各メッシュに入る点群の標高

2011年の計測と2012年の計測のそれぞれの直前に行わデータを単純に平均化するだけで十分であった．なお，れていたスタティック観測結果からのレベル測量結果を側方スキャンの機材の場合，レーザー距離が長いことか正しいものとして，車載型レーザースキャナの測定結果

ら，機材の設置姿勢がわずかでも傾いていると，走行ごが相対的にどれだけずれていたかをまとめたものが表-3とにデータのギャップが生じやすい（図-8(a)）．このたである．滑走路23端部からの距離0m，1250m，1695m，め，設置姿勢のわずかなずれを補正するため，走行ごと

表-3

車載型レーザースキャナの測定結果の相対的なずれに対する補正

滑走路センターの標高推移
測定値

補正後

計測方法・測定日

補正値
0m2010/11/20・
2010/12/25

1250m 1695m 2500m

0m

1250m 1695m 2500m

17.727 13.899 13.697 14.990

0.000 17.727 13.899 13.697 14.990

前方スキャン 2011/1/19

17.634 13.797 13.581 14.916

0.080 17.714 13.877 13.661 14.996

2011/11/4

17.567 13.797 13.644 14.995

0.000 17.567 13.797 13.644 14.995

側方スキャン 2012/1/11

17.639 13.885 13.757 15.075-0.080 17.559 13.805 13.677 14.995

前方スキャン 2012/1/11

17.557 13.810 13.665 14.991

0.000 17.557 13.810 13.665 14.991

スタティックスタティック- 10 -

18

水準2010.11.20と12.25
水準2011.11.4
前方2011.1.19（+8cm補正）
側方2012.1.11（-8cm補正）
前方2012.1.11（補正なし）

標高 (m)

17
16
15
14
13
12

0

500

1000

1500

2000

2500

縦断距離 (m)図-9(a)

滑走路センターにおける地表面標高の縦断図

18.0

水準2010.11.20と12.25
水準2011.11.4
前方2011.1.19（+8cm補正）
側方2012.1.11（-8cm補正）
前方2012.1.11（補正なし）

17.5

標高 (m)

17.0
16.5
16.0
15.5
15.0

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

縦断距離 (m)図-9(b)

滑走路センターにおける地表面標高の縦断図（距離0～500m部分の拡大図）

2500m（滑走路05端部）における滑走路中央部での標高

態等により計測精度は変化していることである．実際，情報を比較している．これによると，2011年の前方スキ

前方スキャンの機種では，2011年の結果に対しては補正

ャンの結果については+8cm，2012年の前方スキャンの結が必要であったが2012年の結果に対しては補正が不要で果については補正なし，側方スキャンの結果についてはあった．ただし，両者の測定に用いた機材は同種ではあ–8cmの補正を行うことにより，スタティック計測を基にるが別のものであったことを断っておく．

展開したレベル測量結果と整合した空間情報になること

このように，
車載型レーザースキャナによる計測では，がわかる．ここで興味深いのは，同じ原理の機種だから

GPS観測データを用いているために，GPS観測の誤差をといっていつも補正が必要というわけではなく，衛星状含むことはやむを得ない．しかし，計測中の相対誤差は- 11 -

17.8
17.7
17.6

標高 (m)

17.5
17.4
17.3
17.2

水準2010.11.20と12.25
水準2011.11.4
前方2011.1.19（+8cm補正）
側方2012.1.11（-8cm補正）
前方2012.1.11（補正なし）

17.1
17.0
16.9
0

10

20

30

40

50

60

70

80

横断距離 (m)図-10滑走路埋立側端部における地表面標高の横断図

図-11(a) 滑走路2500m全体の標高分布（平均化処理後）．左が滑走路23（埋立側），右が滑走路05（桟橋側）

図-11(b) 滑走路23端部（図の左端）から1000mまでの範囲の標高分布（平均化処理後）の拡大図．

十分に小さいことを利用し，計測日ごとのGPS観測誤差箇所の不同沈下は、過去の計測結果（舗装の途中段階をを補正することで，誤差の問題を解決できるといえる．

含む）においても見られていたことから，埋立て工事中

車載型レーザースキャナの計測範囲に標高データが既知に生じたものであると考えられる．舗装の施工は標高での点を含むようにすれば，車載型レーザースキャナによはなく層厚で管理されているため，埋立て工事中に生じる計測結果を補正できる．具体的には上述のように±た不同沈下がそのまま現在の地表面形状の凹凸となって8cm程度の補正が必要となることがあり得ることになる．

いる．また，埋立部と桟橋部との接続部付近（縦断距離約1500m付近）では，複雑な挙動をしている．この部分

3.4 データの活用

では，沈下が滑走路で規定されている許容量2cmを超え

計測結果の例として，滑走路中央部の縦断図と滑走路ないように，段差ができると補修工事を実施しており，

23側端部における横断図を図-9と図-10にそれぞれ示す．

その影響が計測結果にも表れている．車載型レーザース

これらの図では，ジオイド面に対応したT.P.ではなく，空キャナによる連続的なデータは，レベル測量によって得港工事における標高管理に合わせてA.P.により表示してられた点情報の間を補間している（図-9(b)や図-10）．平いる．縦断図を見ると，桟橋部では沈下量は実質的にゼ均化処理したデータは1m×1mメッシュとしてあるので，ロであること，埋立部では供用開始後も沈下が継続して必要があれば1mごとの勾配分布まで計算することが可

いることなどが読み取れる．距離200m～600mの区間で能となる．

明瞭に凹凸が発生しており，この不同沈下については、

1m×1mメッシュデータを作成することには様々なメ

今後の変化傾向に着目する必要がありそうである．当該

リットがある．例えば，滑走路全体を細分してデータを- 12 -

図-12

滑走路（80m×2500m）の標高情報をExcelのシート（81列×2501行）に割当てたデータ例

く，空港測量にはより適していることがわかった．

保存していることから，標高分布図（コンター図）を描くことができる．一例として標高を色分布として描いた

滑走路のような広域かつ上空に障害物がない場所で地ものを図-11に示す．左が滑走路23（埋立側），右が滑走

表面プロファイルを計測するに当たっては，車載型レー

路05（桟橋側）となるように描いている．

ザースキャナによる計測が非常に効率的であり，かつ，

路肩を含めた滑走路（80m×2500m）の標高情報を

現在の情報処理技術によって，相対的な空間情報として

MS-Excelのシート（81列×2501行）に割当てし，図-12は十分な精度で計測することが可能であった．一方で，のように整理した．これは，滑走路全体を1m×1mのメ埋立地において，設定した基準点からのレベル測量によッシュに分割し，MS-Excelのシートを滑走路に見立ててり広域な標高データを取得する場合，埋立地そのもののデータを保存していることになる．すなわち，1m×1m

沈下に伴う基準点標高の変化，レベル測量を展開する際のメッシュがMS-Excelのシートの1つのセルに相当する．

の誤差の蓄積の可能性など，滑走路は広大であるが故にこれにより，パソコンを利用できれば，任意の位置での誤差も無視しえないものとなる可能性がある．しかし，縦断図，横断図を誰でも容易に描くことができるようにGPSを活用した測量では，GPS観測誤差はあるものの，なり，空港施設の維持管理の上で便利である．また，定随時GPS観測を行っているので，誤差が蓄積される心配期的な計測結果をその都度1枚のシートに保存しておけはない．数時間の計測時間中における相対的な誤差は小ば，任意の地点の標高を時系列に抜き出すこともでき，

さいことから，絶対値としてのGPS観測誤差を補正する

これをプロットすることによって当該地点の沈下曲線をために，標高が既知な点を計測範囲に含むことが有効で描くことも可能となる．

あると考えられる．車載型レーザースキャナによる計測
中に，近傍でGPSによるスタティック計測を併用するな

4. まとめどの手法も想定される．
従来の埋立空港に比べ標高が非常に高く，海底地盤が車載型レーザースキャナの空港施設への適用性を検討

複雑で，水深が深く，かつ，埋立材料も非常に複雑な断するため，前方をスキャンする方法と側方をスキャンす

面構造となっているD滑走路では，多くの箇所で不同沈る方法について比較した．その結果，どちらのスキャン下が生じやすい構造となっており，高密度なデータが得方法でもGPSの計測誤差に基づく絶対値の誤差がありうられる車載型レーザースキャナによる標高情報は有用でるが，計測時の相対的な誤差については十分な精度の測あると考えられる．今後，車載型レーザースキャナによ定結果が得られることを確認した．前方スキャンの場合，る 測 量 デ ー タ が 蓄 積 さ れ れ ば ， 滑 走 路 全 体 （ 80m×

測定範囲が狭いので計測回数が多くなる欠点があり，側2500m）に対する1m×1mメッシュごとの沈下傾向を把握

方スキャンの場合，測定範囲が広いので計測回数が少な

し，沈下予測などに反映していくことが期待される．

- 13 -

参考文献（2012年8月10日受付）

1) 近藤雅信, 小野貴稔 (2011): 講座「わかって使うレー

謝辞

ザ計測」2. レーザ計測による地形情報取得の基礎, 地
盤工学会誌, Vol. 59, No. 10, pp. 68-76.

本研究は，関東地方整備局からの受託研究の一部とし

2) 西山て実施されたものである．ここに記し，関係者に感謝の意を表します．

哲, 沢田和秀, 里優 (2012): 講座「わかって使うレーザ計測」7. 事例その4：車両搭載型レーザ計測装置の利用, 地盤工学会誌, Vol. 60, No. 3, pp. 63-66.

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港湾空港技術研究所資料

No.1263２０１２．１２

編集兼発行人

独立行政法人港湾空港技術研究所

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独立行政法人港湾空港技術研究所
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刷

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