ＩＳＳＮ１３４６－７８４０

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

No.1365

February 2020

現地試験による係留施設を対象とした
地震時の残留変位計測手法の精度検証
大矢
小濱

国立研究開発法人

陽介
英司

海上・港湾・航空技術研究所

National Institute of Maritime,
Port and Aviation Technology, Japan

目
要

次

旨 ..................................................................................................................................................................................... 3

1. 序論 ....................................................................................................................................................................................... 4
2. 災害時の利用可否判断と残留変位評価 ............................................................................................................................ 4
2.1 被災時の調査内容と変位量評価 ................................................................. 4
2.2 地盤変位と地殻変動 ........................................................................... 5
2.3 RTK 測位を利用した残留変位評価 ............................................................... 6
3. 試験条件 ............................................................................................................................................................................... 7
3.1 試験場所と実施日 ............................................................................. 7
3.2 岸壁模型 ..................................................................................... 7
3.3 試験方法 ..................................................................................... 7(1) 直接法による試験 ........................................................................... 8(2) UAV による試験 ............................................................................. 8
3.4 飛行経路 ..................................................................................... 8
3.5 変位量の評価方法 ............................................................................ 14(1) 座標計測方法 .............................................................................. 14(2) 変位評価位置の選択ユーザー ................................................................ 14(3) 変位評価位置の判定手順 .................................................................... 14
3.6 地震災害時の GCP の制約と配置 ................................................................ 15(1) 地震災害時における GCP の制約 .............................................................. 15(2) GCP の配置 ................................................................................ 15
3.7 検討ケース設定 .............................................................................. 15
4. 試験結果 ............................................................................................................................................................................. 19
4.1 試験実績 .................................................................................... 19
4.2 取得画像 .................................................................................... 19
4.3 計測精度評価 ................................................................................ 21(1) 検討 1 の結果（GCP 有無，RTK 測位有無） ..................................................... 21(2) 検討 2 の結果（GCP の配置） ................................................................ 21(3) 検討 3 の結果（模型エッジでの変位評価） .................................................... 22(4) 検討 4 の結果（地震前後で異なる GCP 配置） .................................................. 23
5. 地震災害時の UAV 活用における留意点 .......................................................................................................................... 24
5.1 利用用途と計測精度 .......................................................................... 24
5.2 地殻変動の考慮 .............................................................................. 24
5.3 UAV 写真測量における留意点 .................................................................. 24
6. 結論 ..................................................................................................................................................................................... 24
謝辞 ........................................................................................................................................................................................... 25- 1 -Field Test on Validation Accuracy of Residual Displacement
Measurement Method after Earthquake for Mooring Facilities
Yousuke OHYA*
Eiji KOHAMA**

Synopsis
As a method of evaluating the residual displacement required to judge availability of mooring facility
after earthquake disaster, a measurement method using satellite positioning and unmanned aerial
vehicles (UAV) was examined. In the method using the UAV, accuracy varies greatly depending on theconditions such as the type of the UAV and camera, the conditions of flight and photographing, andlocation and shape of the target facility. In this research, for the purpose of confirming the accuracy ofthe displacement measurement method using UAV and extracting issues during measurement, field tests
were conducted at a port facility. The measurement accuracy obtained in the experiment was in theorder of satellite positioning (RTK-GNSS), and UAV, but the measurement accuracy of method using
UAV was sufficiently accurate for the purpose of grasping the damage situation after the earthquake. If
the ground control point (GCP) behind the quay wall cannot be used due to ground displacement after
earthquake, it was difficult to evaluate the residual displacement of the mooring facility by analyzing
the captured images taken by UAV. However, it was turned out that moderate accuracy of displacement
measurement can be secured even under conditions that assume earthquake disasters by using the GCP
near the quay wall or using RTK positioning.
Key Words: mooring facility, residual displacement, earthquake damage,unmanned aerial vehicle, global navigation satellite system* Senior Researcher, Earthquake and Structural Dynamics Groupand Senior Researcher, Productivity Improvement Research Center** Head, Earthquake and Structural Dynamics Groupand Principal Researcher, Productivity Improvement Research Center
3-1-1, Nagase, Yokosuka, Kanagawa 239-0826, Japan
Phone : +81-46-844-5058
Fax : +81-46-844-0839
E-mail : ooya-y@p.mpat.go.jp- 2 -現地試験による係留施設を対象とした
地震時の残留変位計測手法の精度検証
大矢

陽介*・小濱要英司**

旨

災害発生時に係留施設の利用可否判断に必要な残留変位の計測方法として，衛星測位および無人航空機（UAV）による取得画像を利用した計測方法を検討した．UAV による方法は，航空機やカメラの種別，
飛行や撮影の条件および対象施設の立地や形状等の諸条件により精度が大きく変わるため，変位計測精度の確認および計測時の課題抽出を目的に，港湾施設における現地試験を行った．試験における計測精度は衛星測位（RTK-GNSS），UAV 写真測量の順序であったが，UAV による方法の計測精度も地震後の被災状況を把握する目的では，十分な精度であることが分かった．また，災害時に地盤変位によって岸壁背後の地上基準点を利用できない場合，UAV による取得画像から係留施設の残留変位を評価することは困難であったが，岸壁付近の基準点が利用できる場合や RTK 測位の利用によって，地震災害を想定した条件下においても一定の変位計測精度が確保できることが分かった．
キーワード：係留施設，残留変位，地震被害，UAV，GNSS* 地震防災研究領域耐震構造研究グループ主任研究官
港湾空港生産性向上技術センター主任研究官 併任** 地震防災研究領域耐震構造研究グループ長
港湾空港生産性向上技術センター上席研究官 併任〒239-0826 横須賀市長瀬3-1-1 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 港湾空港技術研究所
電話：046-844-5058
Fax：046-844-0839
E-mail：ooya-y@p.mpat.go.jp- 3 -1. 序論を想定し，変位計測手法の精度確認および計測時の課題を抽出すること目的とした現地試験を行った．試験では，港湾の係留施設は，災害発生時に緊急物資輸送や人員

実際の被災状況に近い計測条件として，係留施設に岸壁輸送の拠点として利用されることから，被災時には被害の変位を模擬した装置（以降，岸壁模型と称する）を設

状況の把握，利用可否の判断を迅速かつ適切に行うこと

置し，模型を移動することで地震時の残留変位を模擬しが求められている．耐震構造研究グループでは，地震後た．また，地盤の液状化等によって岸壁背後の地盤が変

1)」位し，地震前に座標計測済みの基準点も移動して地震後を開発し，被災現場での利用可否判断に資する研究を行に利用できない想定など，被災時の制約と計測精度につっている．このツールは，衛星測位のうちRTK-GNSS（R

いて検討した．

係留施設の利用可否判断支援ツール「Berth Surveyor

eal Time Kinematic-Global Navigation Satellite System．以降，RTK測位と称する）を利用したもので，基準点でのG

2. 災害時の利用可否判断と残留変位評価

NSSからの測位情報等を補正情報として計測点に送り，計測点の誤差補正に使用する方式で，精度は1 cm程度である2)．計測に必要な機器は被災後に設置し，電源は発電機

2.1 被災時の調査内容と変位量評価

やバッテリーを利用することが出来るため，被災時にお発災当日から着手する初期調査のうち被災状況の概略

いても停電や通信設備の不通の影響を受けずに，利用可把握調査は，施設の被災状況について目視で確認できる

否判断に必要な変位量を高精度で計測できる．耐震構造範囲を把握する．そのため，情報の正確さより早さが優研究グループでは現在，全国の港湾施設で利用できるよ

先されるため，UAVによる取得画像を活用すれば港湾周う，計測点や基準点の選定，地震前の座標計測の実施等，辺の被害状況の全体像を把握することができる4)．例えば，利用可否判断支援ツール導入を支援している．

図-2.1に示すように被災後に自動運航により，港湾内の初期調査が可能と考えられる．

一方，大規模地震・津波発生時には被災範囲が広範囲となり，津波警報発令時には施設に立ち入ることができ

概略把握調査に引き続いて行う施設の利用可否の判断ないため，効率的な調査方法として無人航空機（Unmanned

調査は，緊急物資輸送のルート確定のため被災後2日目程Aerial Vehicle．以降，UAVと称する）の利用が期待されている．港湾施設および海岸保全施設の目視点検におけるUAVの活用は検討され，施設や部材に発生した段差やずれ，ひび割れの有無など，変状の有無を確認できることが分かった3)．本研究が対象とする，地震時に発生する係留施設の残留変位の計測においても，従来の航空写真を用いて写真に含まれる基準長さ（例えば，構造物の長さ）を設定し，対象施設の地震前後の移動量と基準長さを比較することで変位量を評価する方法を，UAVによる取得
画像について適用することも可能である．なお，本研究では，地震後に施設が変形によって地震前の位置に戻らず，残った変位を残留変位と呼び，断りが無い場合は水平方向の成分を示す．
本研究では，地震時の残留変位の評価方法として，UAVによる地震前後の取得画像から画像処理により座標情報が含まれる三次元点群データを作成し，そのデータから対象施設の地震前後の位置座標の差分より変位量を求める方法を検討する．このようなUAVによる取得画像を用いた調査方法では，航空機やカメラの種別，飛行や撮影の条件および対象施設の立地や形状等の諸条件により，精度が大きく変わる．本研究では係留施設を対象に，UAVを利用して発災後に迅速かつ効率的に変位計測すること

図-2.1

- 4 -

UAV を利用した災害時の初期調査イメージ

450
400
:P-1
P‐1

350

Lateral displacement (cm)

:P-2
P‐2
P-6

300

P‐3
:P-3
P‐4
:P-4

250

Port
Island

P‐5
:P-5
P‐6
:P-6

200
P-5

150

P-3

P-2

100

P-1

50
P-4

0
0

50

100

150

200

Distance from waterfront line (m)図-2.2

重力式係船岸の被災事例

図-2.3

水際からの水平変位分布8)

図-2.4

地殻変動による水平変動量（1995 年兵庫県南部地震）5)度以降に着手し，5日目頃までには完了を目指し実施される．利用可否判断の着眼点として，係留施設については，施設の構造上の安定の確保に加えて，船舶や輸送用車両のアクセスの確保等がある．本研究で対象とする構造上の安定については，施設の構造形式により着眼点が異なる．例えば，図-2.2に示す重力式係船岸については，兵庫県南部地震のような大きな外力が作用した場合においても，堤体そのものの破壊が問題となった事例は報告されていない．そのため，利用可否判断においては，船舶の接岸や車両のアクセスの観点からの判断を行えば良い．
そのため，重力式係船岸の利用可否判断については，ある程度目視による判定も可能であり，UAVによる調査も有用である4)．
矢板式係船岸や桟橋など鋼部材を主体とする係留施設
では，部材の損傷により構造上の安定が失われた事例 6)があり，利用可否の判断においては部材の変形・応力状態を確認する必要がある．地震後の利用可否判断の目安となる変位量は，施設の構造形式や地盤条件といった個々の特性に大きく依存する．例えば，岸壁の供用上の変位量の限界値を数値解析より求めた検討では，矢板式岸壁で15 cmという変位量の目安が設定されている7)．そ（2011 年東北地方太平洋沖地震

本震前後）9)のため，利用可否判断のための変位計測手法には高い精度が要求され，Berth Surveyorによる方法が利用できる．

である．この変位分布は，地表に発生した亀裂の幅を測

一方，UAVの活用については，撮影方法と計測精度を踏って足し合わせて求めたものであり，岸壁で2 m以上の水

まえて慎重な判断が求められる．

平変位が発生し，大部分の測線の変位が水際からの距離
150 mまでに変位が一定値に収束している．このように埋2.2 地盤変位と地殻変動

立地で地盤の液状化が発生する場合，地盤変位が護岸か

図-2.2のように，土留めの役割を果たす岸壁が移動す

ら数百m離れた範囲まで発生することは明らかである．

ると液状化した岸壁背後地盤も地盤流動によって海側へ同じように地震時に発生する変位として地殻変動があ変位する．図-2.3は1995年兵庫県南部地震の際のポート

る．図-2.4は，2011年東北地方太平洋沖地震前後の地殻

アイランドにおける水際からの距離と水平変位の関係 8)- 5 -護岸移動の影響
による変位
護岸移動の影響範
係留施設の変形を伴わない
囲外に基準点を設
地殻変動による全体移動
置

係留施設の変形による残留変位（観測したい
変位）

観測局

図-2.5

護岸移動の
影響範囲内を基準としない基準局

RTK 測位による残留変位計測の概要（文献 1)を修正）

変動による水平変動量のベクトルを示している．地震発
生により，牡鹿半島周辺で，水平方向で5 mを超える地殻変動が観測された9)．地殻変動は施設延長に対して十分広い範囲で発生するため，施設は地殻変動とともに変位し，地殻変動によって施設が損傷することはない．このような，地殻変動による座標の移動量は，地震後の衛星測位
による座標値に含まれるため，留意する必要がある．
2.3 RTK 測位を利用した残留変位評価
施設の利用可否判断のための部材の変形・応力状態の評価に必要な残留変位は，係留施設の変形に伴う変位であり，地震前後の衛星測位による座標の移動量から地殻変動分を除く必要がある．
このような残留変位の計測には，図-2.5に示すように
RTK測位を利用すると利点がある．RTK測位は，基準局でのGNSSからの測位情報等を補正情報として観測局の誤差補正に使用する方式で，本質的に，基準局座標を基に観測局座標を相対的に評価する．まず，残留変位を計測
したい観測局と地殻変動量が大きく差が無い位置に基準局を設けることで，地殻変動量を無視することができる．
次に，基準局を施設の変形による影響の範囲外で地震動による変位が小さい位置に設けることで，基準局と観測局の相対変位，すなわち，観測局の残留変位を評価することができる．
Berth SurveyorはAndroidアプリケーションで，一人で計測操作でき，RTK測位により誤差1～2 cmの高精度の残留変位計測が可能となり，係留施設の残留変形計測に適し
ている．

- 6 -

地震前
地震後

3. 試験条件

3.3 試験方法
試験は，RTK測位を利用した衛星測位（以降，直接法

3.1 試験場所と実施日と称する）と機体が異なる2 機種のUAVを用いた．

現地試験は，敦賀港鞠山北岸壁にて行った．試験実施
日は以下の通りである．
2017 年 9 月 28 日：敦賀港鞠山北地区において現地試験を実施
2017 年 10 月 31 日～11 月 2 日：現地にて UAV のフラ
イト実施
3.2 岸壁模型
地震時に発生する岸壁の海側への変位は，海に張り出すよう設置した岸壁模型を海側へ移動させることで模擬した．模型は，ベニア板にグレー色のカラーダンボールを貼り付けて製作し，平面の寸法は縦90 cm×横120 cmとした．岸壁の変位量の違いが取得画像における認識精度，
変位量の計測精度に与える影響を評価するため，所定変位量として水平5 cm，10 cm，20 cm，50 cmおよび鉛直16 cmを設定した．そのため，模型は5体製作した．岸壁模型の概要を図-3.1，設置状況を図-3.2に示す．なお，模型の移動は，メジャーで測りながら所定の変位量を手動で移
動させた．

図-3.2

岸壁模型の設置状況（変位後）（模型の所定変位量は手前から
水平 5，10，20，50 cm，鉛直 16 cm）【海水浴場】
固定翼着陸地点【岸壁模型（変位後）】
【海】

【岸壁】
固定翼：離陸地点
回転翼：離着陸地点

水平
水平5cm
5cm

模型サイズ： 水平
水平5cm
90cm×120cm 10cm

【対空標識】
変位量評価位置

水平
水平5cm
20cm
水平
50cm

破線：
変位前の位置サイズ：21cm×29.7cm

鉛直
16cm

【RC造3階建の屋上】
RTK基準局図-3.1

岸壁模型の概要- 7 -(b)基準局（左：GNSS アンテナ，右：無線アンテナ）(a)観測局（スマートフォンで計測操作，
衛星受信機と無線受信機）
図-3.3
表-3.1

名称
製品名
RTK
重量 [kg]
寸法 [cm]操作
付属品

直接法による試験状況

直接法の機器情報

なお，直接法の計測には，耐震構造研究グループが開直接法
ProMarker500
有り
1.4（本体のみ）
22.818.88.4
スマートフォン（Android）
無線機，ポール，バッテリー

発 し て い る ス マ ー ト フ ォ ン ア プ リ ケ ー シ ョ ン 「 BerthSurveyor」を用いた．
(2) UAV による試験
計測に用いたUAVは，表-3.2に示す回転翼および固定翼の2種類を用いた．UAVによる試験状況を図-3.4および
図-3.5に示す．飛行方法の違いに加えて，RTK測位の有無が大きな違いであり，本研究ではRTK測位の有用性を確認するため，RTK測位可能な固定翼を試験に用いた．

(1) 直接法による試験

飛行方法の違いのため，離着陸方法にも違いがある．

試験には，UAVによる取得画像を用いた変位計測手法

回転翼は任意の場所から垂直離着陸が可能である．一方，と比較するため，変位量評価位置（対空標識中央）でよ

固定翼は，離陸はプロペラ始動後に手で投げて行い，着り高精度な変位量が評価可能な試験方法として直接法を

陸は胴体着陸となる．本試験では，施設がコンクリート

用いた．直接法の機器情報を表-3.1，試験状況を図-3.3

版，コンクリート舗装またはアスファルト舗装であるこに示す．直接法に加えて，固定翼のUAVについてもRTKとから，機体への衝撃を緩和させるため，近くの海水浴

測位が可能であり，基準局から補正情報を受け取ること

場を着陸場所とした．

で高精度の位置座標の測位が可能である．本試験では，試験対象である岸壁より約2.7 km離れたRC造3階建の屋

3.4 飛行経路

上に基準局を設置し，直接法および固定翼の試験に用い本研究では，発災後に迅速かつ効率的にUAVを活用した．

て変位計測することを想定しているため，UAVは自動運

大規模地震の際，地殻変動が発生すれば位置座標に地転により飛行し，一度に複数バース計測可能な飛行計画

殻変動量が含まれてしまうため，施設の利用可否判断におよび計測条件を設定した．実際の飛行状況は後述する

必要な残留変位の評価には地殻変動量を取り除く必要が（表-4.1参照）．

ある．RTK測位の場合，基準局を係留施設と地殻変動量

試験場所の周辺には，荷役機械や発電所建屋等があるが同じ範囲内かつ，岸壁背後の地盤変位の範囲外に設置ため，回転翼の飛行高度は100 mとした．固定翼では，着し，地殻変動で移動した基準局の座標を更新しないこと

陸地点の海水浴場までの経路途中の山の高さを考慮して，で，係留施設の利用可否判断に必要な地殻変動量を除い飛行高度は120 mとした．

た変位量を求めることができる1)．

UAVによる撮影範囲は，模型を設置した1バースと地震- 8 -表-3.2

名称
製品名
RTK
重量 [kg]（カメラを含む）
カメラ機種
カメラ方向・接続方法
寸法 [cm]機体
情報

UAV 機体情報

回転翼
Phantom 4 Pro無し

固定翼
eBee RTK
有り

1.39

0.73

1インチ20 MP（標準搭載）
18.2 MP（Sony WX）
真下（ジンバル有り）
真下固定（ジンバル無し）
35（プロペラ除く）
96（翼幅）(a)機体とコントローラ(b)離陸状況(d)コントローラの表示画面(c)着陸状況
図-3.4

UAV による試験状況（回転翼）時の地盤流動の範囲を想定して約300 m離れた背後地まGCPや対象施設が被写体として含まれるよう，図-3.8での範囲を基本とした．また，三次元点群データを作成に示す飛行経路を設定した．なお，オーバーラップ率やするための画像処理において，既知の座標点として補正

サイドラップ率等の飛行時の撮影条件は，機体を制御すに必要な地上基準点（Ground Control Point．以降，GCPとるソフトウェアの既定値を用いた．GCPの座標は直接法称する）は，図-3.6のように配置した．地震時に津波警により計測した．GCPの座標一覧を表-3.3に示す．強風報が発令されている場合，施設へ立ち入ることができな

により，UAVによる試験は2日かけて実施したため，対空いため，GCPに対空標識を設置することができない．そ標識は試験日毎に設置し，直接法により座標を計測した．

のため，対空標識を設置しなくても，位置を識別できる

そのため，同表には対空標識を用いたGCPには，UAV機基準点として，既設構造物をGCPとして設定した．具体

体毎の座標が示されている．

的には，側溝のグレーチングやコンクリート構造の角を設定した（図-3.7参照）．

- 9 -(a)機体(b)機体のリリース状況(c)着陸状況(d)コントローラの表示画面
図-3.5

図-3.6

UAV による試験状況（固定翼）岸壁模型と GCP の配置- 10 -

GCP
番号

GCP

外観と形状

番号

外観と形状

1
2
10

3
4
5
標識中央（1 m×1 m）

既設構造（グレーチングの⾓）116

既設構造（グレーチングの⾓）既設構造（グレーチングの⾓）712既設構造（コンクリート構造の⾓）既設構造（グレーチングの⾓）813

既設構造（グレーチングの⾓）既設構造（グレーチングの⾓）149既設構造（グレーチングの⾓）
図-3.7

既設構造（グレーチングの⾓）
GCP の外観と形状- 11 -

図-3.8UAV の飛行軌跡（回転翼は撮影時のみの軌跡）- 12 -

表-3.3
GCP 番号

GCP の座標一覧（公共測量座標系，単位：m）

X 座標

Y 座標

Z 座標

備考

1

-36066.573

6730.400

2.465

2-35846.393

6745.876

2.629

3-35896.674

6969.111

5.785

4-36075.832

6943.668

5.525

5-35980.170

6805.744

3.228

1-36065.944

6729.446

2.414

2-35850.696

6748.999

2.607

3-35860.598

6969.215

5.824

4-36075.690

6944.520

5.487

5-35982.479

6805.433

3.197

6-36071.313

6745.441

2.400

7-35958.511

6965.285

5.609

8-36081.566

6980.360

5.283

9-35950.823

6752.009

2.530

10

-35872.587

6746.075

2.512

11

-35851.566

6969.506

5.728

12

-36032.418

6746.783

2.476

13

-35833.156

6969.710

5.707

14

-35904.087

6968.759

5.739- 13 -

回転翼用

固定翼用

回転翼，固定翼共通

3.5 変位量の評価方法(1) 座標計測方法
地震による残留変位量は，岸壁模型が移動する前後の座標の移動量とする．試験方法により以下の方法で座標を計測した．
①

直接法(a-1) 選定手順 1

GCPを計測する時と同様に，図-3.3のように模型に(a-2) 選定手順 2(a) 模型の対空標識中央

貼り付けた対空標識の中心にポールを立てて座標を測
った．
②

UAV

はじめに飛行により画像を撮影する．撮影は地震前として模型設置後，地震後として模型移動後の2回実施
した．次に，100枚以上の取得画像について，ソフトウ
ェア「Pix4Dmapper10)」を用いて画像処理により撮影した複数の画像を1枚の画像として合成し，正射投影した(b-1) 模型エッジ

ラスターデータであるオルソ画像と数値表層モデル(b-2) エッジの選定状況(b) 模型エッジ（以降，DSMと称する）を作製した．最後に，ソフト
ウェア「Global Mapper11)」を用いて，オルソ画像より後述する方法により，模型の対空標識中央または模型のエッジを判別し，DSMから座標値を抽出した．
模型エッジにおいて変位を評価した理由は，係留施設の残留変位を評価する際，実際は岸壁の水際位置を測ることが一般的と考えられ，また，このような岸壁水際付(c-1) 対空標識中央

近では，対空標識を設置することは困難であり，さらに，(c-2) 中央の選定状況(c) GCP の対空標識

被災時には対空標識を用いないでUAVを飛行させることも考えられるためである．すなわち，係留施設の残留変図-3.9位については，対空標識でなく模型エッジで評価する方

対空標識および模型エッジの変位評価位置の判定手順が現実に即した方法と言える．
一方，直接法については，模型エッジにポールを立てることは困難である．そのため，実際の施設を対象とし

UAVを用いた写真測量を生業とするベテラン技術者て計測する場合は，水際より数十cm陸側に鋲を打ち，鋲

1名であり，画像処理および座標抽出に用いたソフトウ
ェアに熟知している．評価の際は評価位置（例えば，の座標を測ることが一般的である．

対空標識中央）を指示し，位置選択の判断は委ねた．

(2) 変位評価位置の選択ユーザー②

オルソ画像より座標を抽出する際，ソフトウェア上で位置を選択（マウスでクリック）する必要があるが，そと，異なる画像処理ソフトウェアの経験がある研究者の位置の判断はユーザーに依る．特に，本研究では広範の2名である．画像処理の条件の違いによる計測精度を囲の撮影を対象としているため飛行高度は100 m以上と公平に評価するため，予め変位評価位置の選択手順を

高く画像の解像度が低い．そのため，変位評価位置は明決めて，判断方法を共有した．また，1名の選択位置が瞭ではなく，画像をピクセル単位で分析し，判断する必適当かどうか，もう1名が確認し，必要があれば選択し要がある．このとき，ユーザーによって判断が異なり，直した．

結果的に座標値に違いが現れる．また，本研究では以下(3) 変位評価位置の判定手順のように，検討内容によってユーザーが異なるため，評

ユーザー2による，オルソ画像を用いて座標値の抽出を

価位置の判断方法にも違いがある．
①

ユーザー2
本研究で用いたソフトウェア操作を習得した研究者するため位置を判定する手順の概要を図-3.9に示す．模ユーザー1- 14 -

型に貼り付けた対空標識はA4サイズ（長辺30 cm）と小さいため解像度が低いので，対空標識の左右を見比べて同色のピクセルを見つけ（(a-1)），同じ色が隣り合わせになった位置のピクセル下側中間点を評価位置として選んだ（(a-2)）．
実際の岸壁を対象とした調査では，岸壁の水際位置で変位を評価することが考えられる．そのため，変位の評価位置として，岸壁模型のエッジを選んだケースも検討した．模型エッジの評価位置は，縦方向（赤枠）および横方向（青枠）のように色が変化しないピクセルを見つけ，枠同士が重なる点を選んだ（(b-2)）．このような，岸壁水際付近では，対空標識を設置することは困難であり，また，被災後の調査では対空標識を用いないでUAVを飛行させることも考えられるため，現実に即した方法と考えられる．
GCPに用いた対空標識は大きさが1 m×1 mであるため，画像から容易に中央点を選定できた（(c-2)）．
図-3.10

災害時の GCP 利用可否

3.6 地震災害時の GCP の制約と配置(1) 地震災害時における GCP の制約

度を確保できることから，RTK測位の優位性の有無を確

UAVを用いた公共測量マニュアル12)では，計測対象物を認できる．

囲むようにGCPを配置することが基本とされている．本

配置番号2および3は，計測したGCPをほぼ全て用いた研究の計測対象である岸壁は，水際に位置するため取り配置で，撮影範囲の四隅だけを押さえた配置番号4と比較

囲むようなGCPの配置が困難であるため，図-3.6に示しする．

たようにGCPは岸壁付近と水際から200 m以上離れた位

後述のように，災害時を想定した陸側2点のみ画像処理

置に設定した．これは，前述のように，地震時に地盤のを行うと，オルソ画像の画質が悪く，座標評価位置を識

流動変位によって，護岸背後にGCPを設置したとしても別できなかったり，識別できても変位量がメートルオー

その位置も移動してしまうためである．GCPが移動したダーになったりする結果となった．そのため，陸側2点に場合には，地震後にその座標計測が必要となるが，津波加えて，海側に1点追加したGCP3点の配置（配置番号5，

警報発令等により座標計測のための現地立ち入りができ

6および7）を設定した．GCP3点配置の3つのケースは，ないことも多いと考えられる．

海側1点のGCPと岸壁模型との距離が異なる．災害時に施地盤変位の影響範囲については，例えば，神戸港の事

設に立ち入り1点のGCPの座標を計測した，または，地盤例（図-2.3）を参考に水際から150 mの範囲で地盤が変位の流動変位の影響を受けない強固な施設上のGCP1点をしたとすると，図-3.10に示すように海側のGCPは移動し，設定した場合が該当するが，現実的な条件設定ではない．

水際から200 m以上離れたところに位置する陸側のGCPは移動しない．そのため，災害時には陸側のGCPのみが3.7 検討ケース設定利用できる想定とする．

これまでに述べた，変位評価位置を選択するユーザー，(2) GCP の配置

UAV機体（RTK測位），GCP配置および変位の評価位置の画像処理の際に設定したGCPの配置一覧を図-3.11に組合せが異なる検討ケースを表-3.4のように設定した．

示す．災害時の制約を考慮した陸側2点（配置番号8）に

検討内容は4つに大別でき，以下に検討の着目点を示す．

加えて多数のGCP配置を検討した．

①

検討1（GCP有無，RTK測位有無）

GCP無し（配置番号1）は，GCPを利用せずに画像処理

GCPの有無と，RTK測位の有無を比較する．UAV写真が可能かどうか，精度が確保できるかどうか不明確であ

測量で一般的な条件はCase1-2が該当し，写真測量の際ったため設定した．また，RTK測位可能な固定翼は，GCPにGCPによる補正を行う．Case1-3は，RTK測位でGCPを設定しなくても写真撮影時の座標について高い計測精無しとしたケースで，実際の災害時に適した条件設定- 15 -

で計測精度を確認する．
②④

検討2（GCPの配置）

検討4（地震前後で異なるGCP配置）
地震前は全てのGCPが利用でき，地震後のみGCPの利

GCPの配置の影響を比較する．災害時に適用可能な用に制約が加わった場合を想定する．地震前は全てのGCP配置は陸側2点を用いるCase2-6のみであるが，GCP

GCPを用いたGCP配置番号3の座標を，地震後は各検討配置が精度に及ぼす影響を確認する．

ケースのGCP配置に基づく座標を用いて，地震前後で③異なるGCPを用いた場合の計測精度を確認する．

検討3（模型エッジでの変位評価）
検討2と同じ条件で画像処理を行い，変位評価位置を

対空標識中央の代わりに模型エッジで行った検討であ

同表には地震時の適用性として，地震時の地盤変位やる．係留施設の残留変位評価については，対空標識を

地殻変動に対して有効な条件設定となっているのかを評用いず既設構造エッジで評価する方が，現実に即した価した．つまり，計測精度を評価したものではない．
RTK測位の利用によって地盤変位と地殻変動の影響を方法と考えられる．
配置
番号

配置

GCP 配置

GCP 配置番号1

3

対空標識 4 点+既設構造エッジ全て

GCP 無し2

4

対空標識 5 点+既設構造エッジ全て
図-3.11

対空標識 4 点

画像処理に用いる GCP の配置- 16 -配置
番号

配置

GCP 配置

GCP 配置番号5

7

GCP3 点（陸側 2 点＋海側 1 点）

GCP3 点（陸側 2 点＋海側 1 点）

6

8

GCP3 点（陸側 2 点＋海側 1 点）
図-3.11

GCP2 点（陸側 2 点）

画像処理に用いる GCP の配置（つづき）

受けず，GCPを利用しないCase1-3のみを◎とした．次に，
GCPを利用しない，または，陸側2点のみのGCPを利用す
るCase1-1，Case2-6，Case3-6およびCase4-6は，地殻変動の影響が少ない場合，設定できるので○とした．その他のケースは，地震時に移動して利用できないと考えられる水際付近のGCPを用いているため，設定できないので×とした．

- 17 -

表-3.4

検討番号

検討1

検討2

検討3

検討4

検討ケース一覧

ケース名

選択
ユーザー

UAV

RTK測位

Case1-1
Case1-2
Case1-3
Case1-4
Case2-1
Case2-2
Case2-3
Case2-4
Case2-5
Case2-6
Case3-1
Case3-2
Case3-3
Case3-4
Case3-5
Case3-6
Case4-1
Case4-2
Case4-3
Case4-4
Case4-5
Case4-6

1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

回転翼

×
×
○
○
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×

（注）
・地震時の適用性

回転翼
固定翼
固定翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼
回転翼

GCP配置

変位
評価位置

地震時
の適用性

1

標識中央

○

2
1
2
3
4
5
6
7
8
3
4
5
6
7
8

標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
模型エッジ
模型エッジ
模型エッジ
模型エッジ
模型エッジ
模型エッジ
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央
標識中央

×
◎
×
×
×
×
×
×
○
×
×
×
×
×
○
×
×
×
×
×
○

地震前

3
3
3
3
3
3

地震後

3
4
5
6
7
8

◎：RTK測位によりGCPを利用しない。地盤変位と地殻変動の影響を受けない○：水際から200m離れたGCPのみを利用する。地盤変位の影響は受けないが，地殻変動の影響は受ける
×：GCPを利用するため，地震後に地盤変位と地殻変動の影響を受ける
・Case4-1はCase2-1と同じ- 18 -

表-4.1

名称
製品名
模型設定
飛行高度（対地高度） [m]
オーバーラップ率 [%]試験
実績
サイドラップ率 [%]
取得画像数 [枚]飛行時間 [min]

試験実績

回転翼
Phantom 4 Pro
変位前
変位後
100
100
90
90
60
60
159
159
7
7

固定翼
eBee RTK
変位前
変位後
120
120
75
75
80
80
103
109
19
17

4.2 取得画像
画像処理により作成したオルソ画像を図-4.2，岸壁模型近傍の拡大図を図-4.3に示す．本試験では飛行高度が100 m以上と高い条件設定ではあったが，対空標識の中心および既設構造物のエッジを識別するのに十分な画質の画像が得られた．また，岸壁模型の所定変位量5 cmと10cmの変位量の大小関係も目視で判断できた．
表-4.1に示した枚数の取得画像について，画像処理を実施したところ，処理時間は固定翼で約1.3時間，回転翼で約1.5時間と画像枚数に応じた時間となった（PCスペッ
クは，CPU：Intel® Core™ i7-6700 CPU @ 3.40 GHz，RAM：
図-4.1

32 GB，GPU：NVIDIA GeForce GTX 950M）．本試験では，

カラスとトンビの来襲

1バースまたは2バースを対象に，比較的高い高度から撮影したため100枚程度の少ない取得画像について処理を

4. 試験結果行ったため，発災後の調査内容として許容できる短い処
理時間になったと考えられる．

4.1 試験実績
回転翼および固定翼の飛行軌跡を図-3.8，試験実績を
表-4.1に示す．固定翼は飛行軌跡を示しているが，回転翼は取得画像のExif情報（写真データに含まれるカメラの設定，撮影日時，GNSSにより自動的に記録された緯度・経度・標高の位置情報などのメタデータ）から作成された軌跡であるため，画像が撮影されている間の飛行軌跡である．回転翼では1バースを，固定翼ではより広範囲の2バースを撮影対象として飛行した．図中で「待機」と記載された固定翼の軌跡は，UAVが空中で同じ場所を回り続けて待機したことを示している．これは，図-4.1に示すように試験場所周辺の山を塒とする多数の鳥（カラスやトンビ）に追従されたため，飛行の継続や，最短距離
で着陸地点へ向かうことが困難となり，待機したためである．そのため，固定翼の飛行時間は長くなり，回転翼の2倍～3倍となった．

- 19 -

(a)固定翼(a)固定翼(b)固定翼(c)回転翼(d)回転翼

変位前

変位後

変位前

変位後

図-4.3

オルソ画像（岸壁模型近傍の拡大図．模型の所定変位量は上から水平 5，10，20，50 cm，鉛直 16 cm．）(b)回転翼図-4.2

オルソ画像（変位前）（四角枠内が岸壁模型設置位置）- 20 -

4.3 計測精度評価

変位差の絶対最大値（表-4.2の太字）について整理した

ここでは，画像処理で抽出した座標値について地震前

図を図-4.4に示す．

後で差分を取った値を変位量と呼ぶ．また，この変位量

変 位 差 は ， GCP を 設 定 す る 場 合 ， 回 転 翼 で 23 mmと岸壁模型を移動する際の目標値である所定変位量との（Case1-2），固定翼で58 mm（Case1-4）となり回転翼の方差を誤差と呼ぶ．岸壁模型はメジャーで測りながら所定

が精度は高くなった．しかし，表-4.2の最大値以外の結変位量分を移動させたため，実際の模型の移動量と目標果を見ると，固定翼の結果も1 cm以下の精度で計測でき値（所定変位量）とはミリ単位の違いがあると考えられている．このような精度が異なる結果が得られた理由とる．計測精度の評価として，各ケースで計測された変位

して，不鮮明な画像が撮影されたことが考えられる．固量と所定変位量との差（以降，変位差と称する）の最大

定翼は，回転翼と比べて飛行高度が高く，オーバーラッ

値がより小さいものを精度が高いと表現する．

プ率が低くなっていて，カメラの固定方法が本体固定（回(1) 検討 1 の結果（GCP 有無，RTK 測位有無）

転翼はジンバル固定）等，計測条件で不利であったと考

計測結果の一覧を直接法の結果と合わせて表-4.2に示

えられる．

す．回転翼と固定翼の計測日（飛行日）が異なり，岸壁

次に，GCPを設定しない場合，回転翼の変位差の最大模型を2回設置したため，合わせて直接法の計測も2回行

値は1 m以上となり，位置座標の計測誤差が変位差となっった．なお，本検討では評価は水平変位のみ行った．

て現れた．一方，固定翼では65 mmとなりGCPが無い場合

直接法の結果は，所定変位量との変位差の最大値が13でも一定の変位計測精度が認められる．三次元点群デーmmとなり，一般的に認知されているRTK測位の計測精度

タの位置座標から施設の変位量を評価する場合，画像処（水平で1 cm程度）と大差なく，地震前後で2回の計測結理の際にGCPによる補正が必須であるが，RTK測位が可能

果の差分を計算するため，精度が半分（2 cm程度）に低であれば，GCPによる補正を行わなくても座標計測精度

下することもなかった．

が高いため，変位計測についても一定の精度が確保されUAVの結果は，回転翼（RTK測位無し），固定翼（RTK

たと考えられる．

測位有り）について，画像処理の際にGCPを設定する場

また，前述のようにRTK測位により地殻変動分を除く

合，GCPを設定しない場合，合計4ケースの結果を示した．

ことも可能であり，大規模地震発生時の係留施設の残留変位計測手法として，RTK測位可能なUAVを利用した写

所定変位
[cm]

直接法
回転翼用

水平5
水平10
水平20
水平50

直接法
固定翼用

真測量は有利である．

検討 1 の計測結果一覧
水平所定変位
変位量[m]との差[m]
0.043
0.007
0.099
0.001
0.189
0.011
0.488
0.012

水平5
水平10
水平20

0.052

-0.002

0.113
0.208

-0.013-0.008

水平50

0.492
1.151

0.008
-1.101

Case1-1

水平5

GCP無し
回転翼

水平10
水平20
水平50

1.125
1.024

-1.025-0.8240.793-0.293

Case1-2

水平5

0.046

0.004

0.15
1.1m

Difference from the specified
displacement (m)表-4.2

Horizontal
displacement

0.1

0.05

0

RTK

Case1-1 Case1-2 Case1-3 Case1-4

検討 1 の計測精度比較，縦軸：各ケースの変位

水平10

0.111

-0.011

図-4.4

5点と全エッジ
回転翼

水平20

0.216
0.477

-0.016

差の最大値，RTK：直接法（計測 2 回分の平均値），Case1-1

Case1-3

水平5
水平10

0.115

-0.065-0.037-0.025

水平50

0.023

GCP無し
固定翼・RTK

水平20

0.137
0.225

水平50

0.499

0.001

Case1-4

水平5
水平10
水平20

0.058

-0.0080.106
5点と全エッジ
0.193
固定翼・RTK
0.442
水平50＊太字は，所定変位との差が最大の結果．

は縦軸最大値 0.15 m を超える 1.1 m(2) 検討 2 の結果（GCP の配置）
計測結果の一覧を直接法の結果と合わせて表-4.3に，-0.0060.007

変位差の絶対最大値を整理した図を図-4.5に示す．
水平変位に着目すると，全てのGCPを用いたCase2-1の0.058

変位差の最大値は16 mm，撮影範囲の四方4箇所にGCPを- 21 -

所定変位
[cm]

直接法

水平5
水平10
水平20
水平50

（Case2-4で49 mm，Case2-5で66 mm）．被災時に地盤変位検討 2 の計測結果一覧

0.071
0.052
0.105

-0.071-0.002-0.005-0.1470.003-0.001-0.013-0.003
0.001

0.216
0.498

-0.0160.002

0.009-0.024-0.009

0.064
0.036
0.123

-0.0640.014-0.023-0.1450.003-0.002-0.015-0.003
0.002

水平20

0.205

-0.0050.013-0.013

水平50

0.484

0.016

-0.012

0.012

鉛直16
水平5

0.046
0.076

-0.046-0.026-0.1630.001

0.003-0.001

Case2-3

水平10

3点(2,4,5)

水平20
水平50

0.127
0.209
0.517

-0.027-0.009-0.017-0.0070.006-0.0290.007-0.006

Case2-1
4 点と全エッ
ジ

鉛直16
水平5
水平10
水平20
水平50
鉛直16
水平5

Case2-2
4点(1,2,4,5)

Case2-4
3点(1,4,5)

Case2-5
3点(3,4,5)水平10

得画像から係留施設の残留変位を評価することは困難である．しかし，岸壁から離れたGCPに加えて少なくても1点，施設近傍にGCPを設定できれば，一定の計測精度を確保できることが分かった．
図-4.5に示すように，鉛直変位の計測精度も水平変位と概ね同じ傾向を示す結果となった．直接法が水平変位よりも鉛直変位の誤差が低くなった結果に対して，UAV

0.024の結果のうち，鉛直変位の精度が高かった3ケースは水平
変位と同程度であった．

0.15

0.029

鉛直16

0.039

-0.039-0.162

0.002

水平5
水平10
水平20
水平50

0.078
0.114
0.249

0.067
0.062
0.075

0.531

-0.028-0.014-0.049-0.031

0.035-0.067-0.062-0.075-0.035

鉛直16

0.062
0.012
0.041
0.151
0.434
0.115

-0.062
0.038
0.059
0.049
0.066
-0.115-0.098-0.046-0.054-0.046-0.101-0.229-0.062
0.046
0.054
0.046
0.101
0.069

水平5
水平10
水平20
水平50
鉛直16

によって岸壁背後のGCPを利用できない場合，UAVの取

水平
鉛直
所定変位
所定変位
変位量[m]
変位量[m]との差[m]との差[m]
0.043
0.007-0.026
0.026
0.099
0.001
-0.004
0.004
0.189
0.011
-0.014
0.014
0.488
0.013
-0.0130.012

Difference from the specified
displacement (m)表-4.3

Horizontal
displacement
Verticaldisplacement

0.1

0.05

0
RTK

図-4.5

Case2-1 Case2-2 Case2-3 Case2-4 Case2-5

検討 2 の計測精度比較，縦軸：各ケースの変位差の最大値，黒色：水平変位，灰色：鉛直変位，RTK：＊太字は，水平は水平変位用模型のうち所定変位との差が最大の結果．鉛直は全ての模型で差が最大の結果．

直接法

配置したCase2-2の最大値は23 mmとなり，計測精度とし(3) 検討 3 の結果（模型エッジでの変位評価）ては直接法と同程度であることが確認できた．しかしな

計測結果の一覧を表-4.4に，変位差の絶対最大値を整がら，検討1で示したように両ケースではGCPが移動しな理した図を図-4.6に示す．模型エッジで評価した水平変いことを前提とした条件であることに留意する必要があ

位の結果は，対空標識中央の評価で精度が高かったGCP

る．

配置ケース（Case2-1，Case2-2，Case2-3）において，対空

地震時に岸壁背後150 mまでの範囲で地盤変位が発生

標識よりも2倍程度誤差が大きくなった．鉛直変位の精度し，この範囲のGCPの座標が利用出来ないことを想定しの低下はより顕著に現れ，GCPの配置との関係性は見らたCase2-6は，地盤変位の影響が小さい岸壁から200 m離れれない．

た2点のGCPを利用して画像処理を行ったが，オルソ画像

図-3.9に示したように模型エッジは，定めたルールにの画質が悪いため，変位評価位置を識別できなかったり

則り，ピクセル単位で分析しながら設定したため，この識別できても変位量がメートルオーダーになったりする

ような誤差は，変位評価位置の選択によるものとは考え結果となった．そのため，表-4.3や後述の検討でも陸側にくい．そのため，模型エッジが水際であるため，座標

GCP2点の検討結果を示していない．

の精度が低かったと考えられる．実際の運用を考慮する

Case2-6で用いた岸壁から200 m離れた陸側GCP2点に加と，岸壁を対象とした場合，水際より陸側（例えば，ケえて，岸壁付近に1点を加えた，GCPが三角形配置となる

ーソン陸側の面付近の，ソフトウェア上で選択できる何Case2-3 の 誤 差 は 27 mm と な り ， 四 辺 形 配 置 の ケ ー ス

らかの特徴点）で変位量を評価した方が精度を確保でき（Case2-1，Case2-2）と精度が大きく変わらない結果となるものと考えられる．

った．しかし，3点目のGCPが模型設置位置と離れてしまうと誤差は大きくなり，精度が低くなることが分かった- 22 -

表-4.4
所定変位[cm]
Case3-1
4 点と全エッジ

Case3-2
4点(1,2,4,5)

Case3-3
3点(2,4,5)

Case3-4
3点(1,4,5)

Case3-5
3点(3,4,5)

水平5
水平10
水平20
水平50

表-4.5

検討 3 の計測結果一覧
水平
鉛直
所定変位
所定変位
変位量[m]との差[m]との差[m]
0.073-0.023-0.0540.054
0.130-0.101-0.0300.101
0.228-0.028-0.044
0.044
0.476
0.024
-0.037
0.037

鉛直16
水平5
水平10
水平20
水平50

0.031
0.097
0.120

鉛直16
水平5

-0.031

Case4-1
4 点と全エッ
ジ

水平50

0.498

0.002

-0.024

0.024

鉛直16

0.064

-0.064-0.145-0.0150.1340.131

変位量[m]

0.029-0.047-0.020-0.189-0.118-0.105

0.117
0.105

Case4-2

水平5
水平10

0.077
0.133

-0.027-0.033-0.134-0.131

0.230
0.492

-0.0300.008-0.059-0.047

0.058
0.047

水平20

0.243

0.103

0.523

-0.043-0.023-0.103水平50-0.092

0.092-0.054-0.048-0.023-0.216-0.010-0.035

0.056
0.010
0.035

鉛直16
水平5

0.039
0.047

-0.0390.003-0.207-0.119

0.047
0.119

水平10

0.054
0.098
0.123

4点
(1,2,4,5)

水平20

0.234

-0.034-0.059

0.059

水平50

0.522

-0.022-0.053

0.053

鉛直16
水平5

0.039
0.107

-0.039-0.057-0.1760.004

0.016-0.004

水平10
水平20
水平50

0.154
0.252
0.524

-0.054-0.052-0.0240.011-0.0330.012-0.011

Case4-4

0.033-0.012

3点(1,4,5)

Case4-3
3点(2,4,5)

水平10

0.072

0.028

-0.120

0.120

水平20

0.174

0.026

-0.097

0.097

水平50

0.480

0.020

-0.116

0.116

鉛直16

0.077

-0.077-0.221

0.061

水平5

0.304

-0.2540.277-0.277

水平10
水平20

0.356

-0.2560.278-0.2780.494-0.294

0.298

水平50

0.802

-0.3020.286-0.298-0.286

鉛直16

0.054

-0.054-0.145-0.015

鉛直16

0.249

-0.2490.183-0.343水平5-0.007
0.024
0.028

0.141
0.128
0.115
0.088

水平10
水平20

0.148
0.155
0.282

-0.098-0.055-0.082

0.100
0.097
0.117

0.062

-0.141-0.128-0.115-0.088

水平5

水平10
水平20
水平50

0.057
0.076
0.172
0.438

水平50

0.586

-0.0860.103-0.100-0.097-0.117-0.103

鉛直16

0.086

-0.086-0.273

0.113

鉛直16

0.112

-0.112-0.013-0.147

Case4-5
3点(3,4,5)＊太字は，水平は水平変位用模型のうち所定変位との差が最大の結果．鉛直は全ての模型で差が最大の結果．

＊太字は，水平は水平変位用模型のうち所定変位との差が最大の結果．鉛直は全ての模型で差が最大の結果．

合，この誤差の影響は互いに打ち消しあって小さくなる

0.15

Difference from the specified
displacement (m)

水平5
水平10
水平20

水平
鉛直
所定変位
所定変位
変位量[m]との差[m]との差[m]
0.052-0.0020.003-0.0030.105-0.005-0.001
0.001
0.216
0.009
-0.009-0.016所定変位[cm]

変位量[m]

検討 4 の計測結果一覧と考えられる．一方，地震前後でGCP配置が異なる場合，

Horizontal
displacement
Verticaldisplacement0.1

地震前後でGCP配置に起因する誤差に差があるため，座標の差分を取っても誤差の影響は必ずしも小さくならず，精度が低い結果になったと考えられる．特にGCPを3点用
いたCase4-4およびCase4-5においては，地震前後で同じ

0.05

GCP配置を用いることで四方配置のケースの数倍の誤差に収まっていたが，地震後に異なるGCP配置を用いることで，水平変位の精度が著しく低下した．

0

Case3-1 Case3-2 Case3-3 Case3-4 Case3-5

図-4.6

GCPの数や配置が精度を確保するのに十分でない場合，
地震前後で同じGCP配置を用いることで，GCP配置に起因

検討 3 の計測精度比較，縦軸：各ケースの変位する誤差の影響を小さくでき，変位量の計測精度の低下

差の最大値，黒色：水平変位，灰色：鉛直変位を避けられると考えられる．すなわち，地震後に利用で(4) 検討 4 の結果（地震前後で異なる GCP 配置）

きるGCPの配置に合わせて，地震前のGCPを設定して地震計測結果の一覧を表-4.5に，変位差の絶対最大値を整時の残留変位を評価することで，計測誤差を小さくできると考えられる．

理した図を図-4.7に示す．
地震前後で異なるGCP配置を用いた場合，全ケースで精度が低く，特に鉛直変位の精度が顕著に低い結果となった．座標にはGCP配置に起因する誤差が含まれ，GCPの数が少なく撮影範囲の四方に配置できない場合，この誤差は大きくなると考えられる．変位量は地震前後の座標の差分から求めているため，同じGCP配置を用いた場- 23 -

Difference from the specified
displacement (m)

0.15

0.3m

値に含まれる可能性が高い．地殻変動による変位は，施0.3m

設の変形・損傷には影響を及ぼさないため，利用可否判

Horizontal
displacement
Verticaldisplacement

0.1

断するための残留変位量には地殻変動分を取り除く必要がある．例えば，RTK測位を用いて係留施設と地殻変動が同程度と考えられる範囲に基準局を設けることにより地殻変動分を無視した計測が可能である．また，RTK測

0.05

位を搭載したUAVを用いることで，GCPを設定しなくても一定の計測精度を確保した変位評価が可能である．
0

Case4-1 Case4-2 Case4-3 Case4-4 Case4-5

図-4.7

5.3 UAV 写真測量における留意点

検討 4 の計測精度比較，縦軸：各ケースの変位

現地試験を実施して気づいたUAV写真測量における留差の最大値，黒色：水平変位，灰色：鉛直変位，Case4-4

意点を以下に記す．多くはUAV操作や写真測量の熟度には縦軸最大値 0.15m を超える 0.3m，Case4-1 は地震前後依存する事項である．

で GCP 配置が同じ（Case2-1 と同じ）①

試験地が敦賀港であったため，日本海側での季節風による強風が懸念されたため，試験日は11月迄と設定していた．晴天にもかかわらず，初日午後にはUAV

5. 地震災害時の UAV 活用における留意点

飛行が困難な強風となったため，翌日に試験を延期した．試験地の天候の特徴の把握，リアルタイムで

5.1 利用用途と計測精度

雨雲や風向きの予報が分かるアプリケーションが必

被災程度と利用可否判断の目安の関係は，現在も検討要と感じた．

が進められている．地震後の利用可否判断の目安は，施②

固定翼飛行の際，カラスやトンビの襲来があり，自設の構造形式や地盤条件といった個々の特性に大きく依

動運転を解除して待機やマニュアル運転を行った．

存する．例えば，岸壁の供用上の変形量の限界値を数値

非常時にも対応する運転技術が必要である．

解析より求めた検討では，重力式岸壁10 cm，矢板式岸壁
15 cmという水平変位量の目安が示されている③

7)．この程固定翼では近くの海水浴場を着陸地点として利用したため，施設等管理者の他，海水浴場までの経路に度の変位量に対して，固定翼（RTK測位有り，GCP無し）

入る自治体首長へ周知を行った．

の計測精度（誤差の最大値65 mm）では精度が十分とはい④

UAVの写真測量の計測精度は，取得画像の質に依存えない．10 cm程度の目安を対象に計測するのであれば，するところが多い．連続撮影するなかで，あるタイ

直接法を用いるべきである．

ミングでピントがずれた写真が含まれると，評価位

重力式係船岸については，構造本体そのものの破壊が置の判別が困難で精度が低く評価される可能性が考問題なった事例は報告されていないため，地震後の利用えられる．UAV飛行後に取得画像について現地で確可否判断においては，船舶の接岸や車両によるアクセス

認し，必要に応じて複数回飛行できると，取得画像の機能上の観点から判断を行えば良いと考えることがでのエラーを取り除くことができ，精度の向上に繋がきる．例えば，耐震強化岸壁ではレベル2地震動に対するると考えられる．

使用性確保の目安として残留変位100 cmが用いられるこ
13)．このような，重力式係船岸を対象に100⑤

画像解析については，未経験者でも簡単に操作できcm

るアプリケーションが用意されている．一方，調査を目安に利用可否を判断する場合，初期調査として被災条件の設定，UAVの運転，画像処理の種々の設定な状況を把握し利用可能な施設を絞り込む用途においては，ど，計測精度に関しては技術者の熟度が大いに影響

固定翼（RTK測位有り，GCP無し）の計測精度で十分と考

する．

とが多い

えられる．

6. 結論

5.2 地殻変動の考慮得られた主な知見は以下の通りである．

大規模な地震災害の場合，地殻変動が発生することが①

考えられる．この場合，地殻変動による変位がUAVでの現地試験で得られた残留変位の計測精度は，直接法，UAV写真測量の順序であった．直接法がセンチメー

写真撮影時の座標に含まれ，写真測量より評価した座標- 24 -

トルオーダーの最も精度が高い結果であったが，CQ出版，pp.91-93，2018年.

UAVの計測精度も地震後の被災状況を把握する目的②

3)では，十分な精度であることが分かった．

プターを利用した港湾施設・海岸保全施設の点検にGCPを設定しない場合，回転翼の結果は1 m以上の誤関する検討，港湾空港技術研究所資料，No.1325，2016

差となり，RTK測位を搭載していないため，写真撮

年.

影時のGNSSの座標測位の誤差が変位量の誤差とな

4)の技術上の基準・同解説（下巻）作用及び材料強度であり，GCPを設定しなくてもRTK測位を搭載して条件編に関する参考技術資料，2018年.
5)菅野高弘，寺内潔，横田弘，藤本健幸，田中祐人，

ことが確認できた．

山崎浩之，小泉哲也，長尾毅，野津厚，宮田正史，

災害時に地盤変位によって岸壁背後のGCPを利用で

一井康二，森田年一，南兼一郎，及川研，松永康男，

きない場合，UAVの取得画像から係留施設の残留変

石井正樹，杉山盛行，高崎伸彦，小林延行，岡部勝

位を評価することは困難である．しかし，岸壁の変

彦：1995年兵庫県南部地震による港湾施設等被害報

位の影響が無視できる岸壁から200 m以上離れた

告，港湾技研資料，No.857，1762pp.，1997年.
6)

井合進，菅野高弘，野津厚，一井康二，佐藤陽子，

できれば，一定の計測精度を確保できる可能性を示

小濱英司，深沢清尊：港湾構造物の耐震性能照査型

した．ただし，加える1点のGCPは岸壁に近いほど精設計体系について，港湾空港技術研究所資料，度は高かった．

No.1018，48pp.，2002年.

実際の運用を想定した岸壁水際位置で変位量を評価

7)

国土交通省港湾局監修，日本港湾協会：港湾の施設する際，岸壁の水際位置をソフトウェア上で目視にの技術上の基準・同解説（下巻）施設編に関する参より判断することは可能である．しかし，水際の座考技術資料，2018年.

標の精度は低い可能性があり，岸壁では水際よりも⑤

稲富隆昌，善功企，外山進一，上部達生，井合進，とも可能で，災害時に適した変位計測が可能である

GCPに加えて少なくても1点，岸壁付近にGCPを設定④

国土交通省港湾局監修，日本港湾協会：港湾の施設って現れた．一方，固定翼の変位差の最大値は65 mm
いるため座標計測精度が高く，地殻変動量を除くこ③

野上周嗣，山本幸治，加藤絵万，田中豊：マルチコ

8)Ishihara,

K.,

Yasuda,S.

andNagase,

H.:

Soil

Soils

and

陸側の位置で変位を評価することが望ましい．

Characteristics

地震時の変位を評価する際，GCPの数や配置が精度

Foundations, Special Issue on Geotechnical Aspects onを確保するのに十分でない場合，地震前後で同じ

the January 17 1995 Hyogoken-nanbu Earthquake,

GCPの配置を用いることで，GCPの配置に起因する

pp.109-118, 1996年.

誤差の影響を小さくできる可能性がある．地震前後

9)

and

GroundDamage,

国土地理院：平成23年（2011年）東北地方太平洋沖に異なるGCP配置を用いると，精度は著しく低下す

地震から５年

る可能性がある．

動，2016年.<https://www.gsi.go.jp/kanshi/h23touhoku_5（2019年11月8日受付）

地震時の地殻変動と地震後の余効変years.html>，（参照2019.11.6）
10) Pix4D

SA:

Pix4Dmapper

4.1

USER

MANUAL<https://support.pix4d.com/hc/en-us/articles/204272989-

謝辞

Offline-Getting-Started-and-Manual-pdf->,

現地試験に協力頂いた国土交通省北陸地方整備局なら2019.4.7）

びに港湾管理者の方々，画像処理に協力頂いた岐阜工業
高等専門学校（ 参 照

11) Blue Marble Geographics: Global Mapper User Guide

長屋佑美氏に感謝の意を表します．

<https://www.bluemarblegeo.com/knowledgebase/globalmapper-20-1/index.htm>，（参照2019.4.7）

参考文献
1)

12) 国土交通省国土地理院：UAVを用いた公共測量マニ

伊藤広高，小濱英司，遠藤正洋，黒木真也：RTK-GNSS

ュアル（案）（平成29年3月改正），2017年.

を用いた地震後係留施設の使用可否判断支援ツール

13) 国土交通省港湾局監修，日本港湾協会：港湾の施設の開発，土木学会第58回年次学術講演会講演概要集，の技術上の基準・同解説（中巻）施設編，2018年.

CS12-39，2019年.
2)

トランジスタ技術編集部：GPSのしくみと応用技術，- 25 -

港湾空港技術研究所資料

No.1365

２０２０．２

編集兼発行人

国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所

発

港 湾 空 港 技 術 研 究 所

行

所

横 須 賀 市 長 瀬 ３ 丁 目 １ 番 １ 号
TEL. 046(844)5040 URL. http://www.pari.go.jp/

印

刷

所

株 式 会 社 シ ー ケ ン

C （2019）by MPAT
Copyright ○All rights reserved. No part of this book must be reproduced by any means without the written
permission of the President of MPAT
この資料は、海上・港湾・航空技術研究所理事長の承認を得て刊行したものである。したがって、
本報告書の全部または一部の転載、複写は海上・港湾・航空技術研究所理事長の文書による承認を得ずしてこれを行ってはならない。

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TECHNICAL NOTEOFTHE PORT AND AIRPORT RESEARCH INSTITUTE

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No.1339   March 2018㛗ᮇᾏὒᭀ㟢ヨ㦂࠾ࡼࡧᐇᵓ㐀≀ㄪᰝ࡟ᇶ࡙ࡃࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺࡢ
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ᕝ➃ 㞝୍㑻ᅜ❧◊✲㛤Ⓨἲே ᾏୖ࣭‴࣭⯟✵ᢏ⾡◊✲ᡤ

National Institute of Maritime,
Port and Aviation Technology, Japan