日本情報地質学会 シンポジウム2016

i-Const./CIM時代の地形・地質三次元モデリング

講演論文集
Proceedings of2016 Geoinformatics Symposium日時：2016年11月18日(金)会

場：飯田橋レインボービル （東京）共

催：特定国立研究開発法人 産業技術総合研究所
一般社団法人 全国地質調査業協会連合会
一般社団法人 資源・素材学会 探査工学部門委員会
特定非営利活動法人 地質情報整備活用機構

後援：公益社団法人 日本地質学会 情報地質部会

日 本 情 報 地 質 学 会
Japan Society of Geoinformatics

日本情報地質学会 シンポジウム2016

i-Const./CIM時代の地形・地質三次元モデリング
目

次

亮一

1

フリーソフトによる衛星データの３次元表示

古宇田

斜面傾斜角の経緯度による補正法

井上

誠

19

Web-GL による地形・地質情報の三次元可視化プログラムの開発

北尾

馨

23

CIM に対応するための三次元地盤情報の基盤(モデラーなど)開発
中田文雄：土屋 彰義：安藤 潤：坂森 計則：和田 里絵

47

Web 版ジオモデラーを使用したサーフェスモデルの推定(実演)中田文雄：土屋 彰義：安藤 潤：坂森 計則：和田 里絵

75

18

日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集, 1-17, 2016
i-Const./CIM 時代の地形・地質三次元モデリング

フリーソフトによる衛星データの３次元表示
古宇田

亮一*

3D visualization of satellite image data using free and open-source software
Ryoichi Kouda**

特定国立研究開発法人産業技術総合研究所 AIST., 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8567, Japan.
E-mail: roy.kouda@aist.go.jp

キーワード： フリーオープンソースソフトウエア，衛星画像データ, ３次元表示, Web-GL，three.js
Key words : Free and Open-Source Software, Satellite Image Data, Three-dimensional
Visualization，Web-GL，Three.js

1

緒言
・ＧＩＳソフトウエア開発動向の一つに「３次元化表示」がある．
・代表的なGISソフトであるESRI社のArcGISでは，建物や樹木等を平
面GISに上乗せすることを３次元表示と呼ぶことが多い．
・一方，地下構造を表現できる「真３次元」化は，ソリッドモデル又はボクセルモデルによる通常の３次元CADと大きくは変わらない．
・GISの大きな違いは，歴史的蓄積のある平面座標系を持つことにある．即ち，地球の曲面を幾何学的に平面投影処理する点である．
・衛星画像は地表情報だけに限定されることが多いので，地形高度と合わせた３次元表示をもって３次元と称し，あるいは「２．５次元」と称されることもある．即ち，３次元地球をそのまま扱うのではない．
・投影した平面分布図を基に構築するので， 「疑似３次元」である．
・ここでは，この「２．５次元」表示，すなわち，標高を伴う平面GISの表示を「３次元表示」と称することにする．
・有料ソフト・データは数多いが，今はフリーに使えるものに限定する．
・最近の進歩は，フリーにより初期コスト削減可能な点にある．
2「フリー」と聞いて，引く人々
・コンピュータウイルスは「フリーソフト」
・有料なら中身が確実でサポートもよい（はず）
・有料なら高度で多様な処理ができる（はず）
・ゆえに，フリーは使わない

vs. オープンソースは集合知・オープンソースを扱えるならウイルスフリー
・検証可能で，サポートは世界中のボランティア
・最新で高度な処理を求めるなら集合知が最適
・国の衛星画像フリー化は世界の流れ「心の障壁」をはずしましょう2

3

フリーGISソフトの導入
・フリーGISソフトウエアにもいくつかある．
世界的にもっともユーザーが多いQGISは，
２０１６年１０月時点の最新版が「2.18.0」版
である．
http://www.qgis.org/ja/site/forusers/downl
oad.html
・上記のダウンロードサイトの所望の行をクリックすることで，インストーラが得られ，WindowsOSであれば，３２bit版か６４ビット版かに従って対応するインストーラをダブ
ルクリックすることで，簡易にインストール
できる．
・Windows版の他に，MacOS版やLINUX版，
BSD版，Android版がある．

4

フリー標高データの導入
・「３次元表示」には数値標高データが必要である．
・衛星画像との対応が良いデータの代表的なものが分解能1 arc secondのSRTMデータで，USGSのEarth
Explorerサイトからダウンロードできる．
http://earthexplorer.usgs.gov/
・日本のASTERデータも画像と同じ範囲の水平30m分
解能の標高データを含み，産総研のサイトからダウンロードできる．
https://gbank.gsj.jp/madas/
・日本のALOSデータも水平30m分解能の標高データ
がフリーでダウンロードできる．
http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/index.htm
・日本国内限定ながら，国土地理院のダウンロードサ
イトから，水平５０mメッシュと１０ｍメッシュの数値標
高データが条件付きで得られる．
http://fgd.gsi.go.jp/download/menu.php#
・有料のサイトでは，水平10mより分解能の高い標高データが得られることがある．

53

フリー衛星画像の導入
LANDSAT → Earth Explorer

http://earthexplorer.usgs.gov/

6

IDとPASSWORDの設定

74

対象地域への移動

8

選択領域の設定 –'use map'-95

データセットの選択

10

雲量など追加的条件

116

選択結果の表示

12

Footprintの確認

137

画像のサムネイル表示

14

ダウンロードの選択

15

8

SRTM地形標高データの取得

16

ASTER画像
ID・パスワード設定などがなく，検索後，いきなりデータダウンロードプロセスに入れる．

https://gbank.gsj.jp/madas/

917

ASTER画像ダウンロード

18

Sentinel データの選択

https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home

1019対象地域の選択

20

衛星選択

21

11

ユーザー登録が必須

22

探しても無ければ条件を変更する

23

12

ALOS衛星の地形データ

http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/index.htm

24

２．５次元の事例：アフリカ大地溝帯
https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Rift_Valley
ASTER image of a graben in theAfar Depression

25

13

東アフリカ大地溝帯（ケニア西部）(Google Image)26

ケニアの大地溝帯GIS
紙地質図も簡易にGIS化

QGISレイヤー重ね合わせ表示

LANDSAT RGB=5,4,3

14

ASTER RGB=3,2,1

27

SRTM地形標高画像(4シーンのモザイク合成）
28

３次元表示（Landsat, ASTER画像）
Landsat RGB=5,4,3; 手前ASTER RGB=3,2,1

手前NAIVASHA湖の幅が18km

1529３次元表示（地質図，ASTER画像)
1987地質図 scale 1:1,000,000; ASTER RGB=3,2,1

30

合計3MB以下の４ファイルを．．．

．．．メール添付で送れば，どこでも３次元表示（時間あれば実演）
31

16

結語
・代表的なフリーGISソフトであるQGISには，プラグインとして標準的なthree.jsのアプリ「Qgis2three.js」があり，メニュー「Web」の中から選択できる．
・衛星画像データを地形標高データと組み合わせて，高さ方向を強調する３次元表示が可能．
・作成結果は数MB以下の大きさなので，メール添付等により遠方へ送り，受信側のWebブラウザのWEB-GL機能により，同一の３次元（動画）表示ができる．
・衛星画像は，主に，米国のランドサット画像，日本のASTER画像，欧州のセンチネル画像がフリーで利用できる．
・地形標高データは，衛星画像と解像度が適合するフリーなSRTM, ASTERDEM, ALOS-DEM等を用いることができる．
・国レベルのGISデータは国連地理課のフリーなGlobal Mapが利用できる．
・国レベルの縮尺であれば，衛星画像データ並びにGISデータは，近年のオープ
ンデータ環境下で，ソフトウエアも含めて，全てフリーで構成できる．

・この操作環境は，例えば，インフラ輸出のための調査や資源探査の初期コストを大幅に下げるだけでなく，環境監視等の様々な国際共同プロジェクト等に役立ち，離れた協力者との３次元表示
情報の共有等にも効果がある．
32

御清聴ありがとうございました．
ご質問等は，以下にメールしていただいても構いません：
roy.kouda@aist.go.jp

引用URLまとめ:http://www.qgis.org/ja/site/forusers/download.html
http://earthexplorer.usgs.gov/
https://gbank.gsj.jp/madas/
http://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/en/aw3d30/index.htm
http://fgd.gsi.go.jp/download/menu.php#
http://ncsu-osgeorel.github.io/geospatial-modeling-course/lectures.html
https://scihub.copernicus.eu/dhus/#/home
https://en.wikipedia.org/wiki/Great_Rift_Valley
33

17日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集,
講演論文集 19-2
22, 2016
i-Const./CIM
i
時代の地形・地質三次元モデリング

斜面傾斜角の斜面傾斜角の経緯度による補正法
による補正法井上誠*

The correction method for the slope angle using the longitude and the latitude.
Makoto INOUE**地球情報・技術研究所
E-mail:m_ino_ue@nifty.com
m_ino_ue@nifty.com

Global Info-tec
tec ,1-11-6 Kizaki, Urawa-ku, Saitama City,, 330
330-0042,, Japan.

キーワード：
キーワード：DEM
DEM，傾斜角，地形解析，経度，緯度，補正法，経度，緯度，補正法
Key words : DEM,
DEM slope angle,
angle geomorphic analysis
analysis, longitude,
longitude latitude, correction method

１．はじめに最近公開されているリモートセンシング技術で作成された DEM や国土地理院が公開している基盤地図情報標高モや国土地理院が公開している基盤地図情報 標高モ
デルのデル DEM は、サンプリング間隔が秒で表示されている。
そのため、斜面傾斜角を求める時に使用する東西方向のサンプリング距離と南北方向のサンプリング距離とが異なってくる。特に高緯度地域ほどその差が大きくなってくる。
サンプリング間隔が緯度により変化するため、傾斜量、
傾斜度、勾配などは分母のサンプリング距離が変わる。
傾斜度、勾配などは分母のサンプリング距離が変わる 。この問題を解決するために 2 点間の距離を経緯度から簡易的に求める方法をに求める方法を利用し、傾斜角に与える影響を調し、傾斜角に与える影響を調べた結果
し、傾斜角に与える影響を調べた結果について報告する。
２．経緯度からサンプリング距離を計算する方法
２からサンプリング距離を計算する方法
地球は回転楕円体であるため、地球は回転楕円体であるため、2 点間の距離は直線的な距離ではなく、球面三角法によって曲面距離を計算しなければならい。国土地理院測地部では下記のアドレスでればならい。国土地理院測地部では下記のアドレスで 2 点
間距離を経緯度
間距離を経緯度から求める計算式を公開している。
から求める計算式を公開している。
http://vldb.gsi.go.jp/sokuchi/surveycalc/surveycalc/algori
thm/bl2st/bl2st.htm
しかし、式が複雑でしかし、式が複雑でプログラムのプログラムの 1 部として組み込むには適さない。比較的精度がよい簡易計算法としてヒュベニは適さない。比較的精度がよい簡易計算法としてヒュベニの公式がある。（図（図-1 参照）その精度を調べるために国土地理院の 2 点間距離を求めるホームページの計算結果とヒ
点間距離を求めるホームページ の計算結果とヒ
ュベニの式の計算結果を比較した。検証データとしては
ュベニの式の計算結果を比較した。検証データとしては基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM の屋久島近傍を使用した。
した
north: 30.5、、south:south: 30.166666668
east: 130.75
130.75、west:
west: 130.375
rows: 3000
3000、cols:
cols: 3375
図-2 に示すように計算誤差は東西方向で 20cm 以下、南
北方向で数 cm の誤差であった。この辺の距離をデータ数で割ればサンプリング距離の誤差は 1mm 以下になることが確認できた。
DEM のサンプリング
サンプリング距離は、計算範囲を囲む
距離は、計算範囲を囲む 4 辺の距離を計算し、計算範囲の中心点での距離を東西方向
計算範囲の中心点での距離を
（dx
dx）
、
南北方向（dy）
南北方向（ ）として下式で計算し下式で計算した。
dx=（
dx=（（北側辺の距離＋南側辺の距離）（北側辺の距離＋南側辺の距離）/2））/（東西方向のデ（東西方向のデータ数-1）
ータ数
dy=（
dy=（
（東側辺の距離＋西側辺の距離）（東側辺の距離＋西側辺の距離）/2））/（南北方向のデ（南北方向のデ

Sx=
Sy=

H11+H21+H31-

H13+H23+H33

6D
Dx
H11+H12+H13 - H31+H32
2+H33
6D
Dy

図-1 ヒュベニの平均緯度の式（三浦 2015 より）

図-2
2

国土地林の計算結果とヒュベニの式の計算結果の比較
ータ数-1）
ータ数
下記に Microsoft 社 Visual BASIC V6 のプログラムリス
トを示す。
トを示
このプログラムの IDO1, IDO2, KEI1, KEI2 に 2 地点の経緯度を入れて 4 辺の球面距離を辺のを計算して中心点でのサンプ
中心点でのサンプ
リング距離 dx, dy を求める。変数はすべて倍精度を使用
変数はすべて倍精度を使用す
する。
。
'2 点間の距離
ヒュベニの公式
公式
Dim ido1 As Double '緯度１'

19

日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集,
講演論文集 18-21,
21, 2016
i-Const./CIM
i
時代の地形・地質三次元モデリング
Dim ido2 As Double ''緯度２
緯度２
Dim kei1 As Double ''経度１
経度１
Dim kei2 As Double ''経度
経度 2
Dim D As Double '2 点間の距離
Dim P As Double '2 点の平均緯度
Dim dP As Double '2 点の緯度差
Dim dR As Double '2 点の経度差
Dim M As Double ''子午線曲率半径
子午線曲率半径Dim N As Double ''卯西線曲率半径
卯西線曲率半径Dim pi As Double ''π
Dim yn_D As Double
Dim ys_D As Double
Dim xe_D As Double
Dim xw_D As Double
Dim aa As Double
Dim bb As Double
Dim ee As Double
Dim ww As Double
pi = 3.14159265358979 / 180
aa = 6378137‘長半径bb = 6356752.314245‘短半径
ee = Sqr((aa ^ 2 - bb ^ 2) / aa ^ 2) ‘第 1 離心率'北側の辺の長さ
北側の辺の長さ
ido1 = yn * pi
ido2 = yn * pi
kei1 = xe * pi
kei2 = xw * pi
P = (ido1 + ido2) / 2
dP = ido1 - ido2
dR = kei1 - kei2
If dP = 0 Then dP = 0.0000001

表-1
表
サンプリング距離を 10m に固定した場合と経度・緯度で補正した場合の各地点での誤差

ww = Sqr(1
Sqr - ee ^ 2 * Sin(P) * Sin(P))
M = aa * (1 - ee ^ 2) / ww ^ 3
N = aa / ww
yn_D = Sqr((M * dP) * (M * dP) + (N * Cos(P) * dR) * (N *Cos(P) * dR)) ‘単位は m
３．誤差の検証
３．誤差の検証
第 1 表は、国内の島を対象に国内の島を対象にしてサンプリング距離を 10mに固定した場合とに固定した場合と経緯度でサンでサンプリング距離を補正した場合との差を示す。対象とした地形要の対象とした地形要
素は、傾斜量、傾斜度、勾配で
図-3
3 データ配置図ある。
図-3 に示すデータ配置の場合の計算式を示す。傾斜量とに示すデータ配置の場合の計算式を示す。傾斜量と傾斜度は Prewitt 法を用いて下記に示す式で計算した。
Prewitt 法

傾斜量

表-2 勾配の頻度分布
勾配fx = (h21 – h11) / (2 * dx)
fy = (h12 – h11)
11 / (2 * dy)ta = Sqr(fx * fx + fy * fy)/degfy)/deg
表-1
表 に示す通り、南北方向の dy の値はほとんど変わらないが、東西方向のいが、東西方向の dx は緯度による円周距離が高緯度になるにつれて小さくなっている。傾斜角については最大傾斜角について調べた。利尻島の傾斜量と傾斜度を除いて、経緯度でサンプリング距離を補正した傾斜角が 10m に固定して計算した平均
定して計算した平均角度より多少大きい。また、範囲内の角度より多少大きい。また、範囲内のすべてのデータについて差を求め、すべてのデータについて差を求め、その平均値で評価した。
表-2
2 の勾配角度の頻度分布で見ると経緯度補正した結果
では全体的に低角度での頻度が増し、高角度で減少していでは全体的に低角度での頻度が増し、高角度で減少していることがわかる。
ことがわかる。このことから、経緯度補正を行うと角度ことがわかる。このことから、経緯度補正を行うと角度が小さくなることがわかる。
図-4、図-5
図に傾斜度図、図
傾斜度図、図-66、図-7 に傾斜量図、図-8、に傾斜量図、図 、
図-99 に勾配図のイメージ図を示す。それぞれの図は、左側が経緯度
経緯度補正をしたイメージ図であり、右側がサンプリンをしたイメージ図であり、右側がサンプリン

⁄6
⁄6

傾斜度
kaku = Atn(Sqr(sx * sx + sy * sy))sy))/deg/deg
但し、deg
但し、= 3.14159 / 18020日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集, 18-21, 2016
i-Const./CIM 時代の地形・地質三次元モデリング

図-5 経度・緯度なしの傾斜度図（ポジ画像）

図-4 経度・緯度補正した傾斜度図（ポジ画像）

基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用

基盤地図情報数値標高モデル 10ｍDEM を使用

図-6 経度・緯度補正した傾斜量図（ポジ画像）

図-7 経度・緯度補正なしの傾斜量図（ポジ画像）

基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用

基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用

図-9 経度・緯度補正なしの勾配図（ポジ画像）

図-8 経度・緯度補正した勾配図（ポジ画像）

基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用

基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用

21

日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集, 18-21, 2016
i-Const./CIM 時代の地形・地質三次元モデリング
グ距離を 10m に固定して計算したイメージ図である。左右を比較すると多少色の明暗を感じることはできるが、地形構造上には全く変化は見られない。見易さの点では、傾
斜量図、傾斜度図、勾配図では差があるが、これは計算式による影響であり、左右の図では大きな変化はない。表-1
及び表-2 に示した数値では確かに差があるが、この程度の差ではイメージ画像で表現するとその違いは肉眼ではほとんど判別できない。しかし、拡大して注意深く見ると濃淡に少しの差がみられる。屋久島中央部の暗部に注目して見るとその差を確認できる。地形区分をするときには、平野部から少し緩傾斜ところでは地形区分に影響が出るが、イメージ画像で取り扱う限り実用的には問題ないものと考える。
４．地形形状の表現
経緯度による影響は、サンプリング距離による斜面勾配のイメージ図への影響はあまり大きくないことがわかった。
しかし、イメージ画像における地形形状は座標系の違いによる投影方法に依存していることがわかった。
図-10 は計算結果の画素を縦横比 1:1 で表示した傾斜度のイメージ画像（ポジ画像）である。このイメージ図を右上の UTM 座標系のイメージ図と比較すると屋久島の形状が東西に幅広くなっていることがわかる。図-11 は利尻島の傾斜度図である。上の図が UTM 座標系、下が画素の縦横比 1：1 の図である。縦横比 1:1 の図では東西に広がった形状になっている。島の形状上は表示する座標系に大きく関係しており、地質図などの他の画像と対比する場合には座標系をそろえる必要がある。

図-10 計算結果の画素をそのまま表示した傾斜度図
基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用

５．まとめ
1) 地球が回転楕円体であることから高緯度へ行くに従い、同じ秒数であっても東西方向（dx）と南北方向（dy）の距離が大きく異なる。このため、0.4 秒を dx=dy=10m と固定して傾斜角を求める時には注意が必要である。
2) 経緯度の補正にはヒュベニの公式を使用すると簡便に計算できる。計算誤差は、国土地理院ホームページで公開されている 2 点間距離の計算結果と比較して東西方向で35km あたり 16-17ｃｍ、南北方向は数 cm であり、dx, dy
で考えた場合には誤差はほとんどない。十分使用できる計算式であることがわかった。
3) 経緯度補正を行った結果と補正を行わない計算結果を頻度分布で見ると、経緯度補正を行うと低角度の頻度は増し、興亜角度の頻度が低下している。補正を行うと傾斜角が小さくなる傾向があることがわかった。
4) 島の形状の差は、表示する座標系に大きく依存していることがわかった。他の画像と比較する場合は比較する画像の座標系に合わせる必要がある。
６．参考文献三浦英俊（2015）緯度経度を用いた 3 つの距離計算方法，
オペレーション・リサーチ,2015 年 12 月号，pp701-705
野上道夫(1999)：50m-DEM による地形計測値と地質の関係，地理学評論，72A-1，pp.23-29
神谷泉・黒木貴一・早田靖博・小田切聡子・政春尋志・田図-11 利尻島の傾斜度イメージ図

中耕平（1999）：傾斜量図の作成とその応用，情報地質，

上：UTM 座標系、下:画素の縦横比 1：1

Vol.10，No.2，pp.76-79
井上誠(2009) DEM から地質情報を得るための検討－その１ 傾斜量図－，情報地質，Vol.20，No.2，pp114-115
井上誠(2010) DEM から地質情報を得るための検討－その基盤地図情報数値標高モデル 10mDEM を使用
2 傾斜量図と地質情報の関係－，情報地質，Vol.21，
No.2，pp78-79

22

日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集, 23-45, 2016
i-Const./CIM 時代の地形・地質三次元モデリング

Web-GL による地形・地質情報の三次元可視化プログラムの開発
北 尾馨*Development of a program for three-dimensional visualizationof geological or geographical data with Web-GL
Kaoru Kitao**

合資会社キューブワークス CubeWorks Inc., 4-1, Mizukino-2chome, Moriya, Ibaraki 302-0121,
Japan. E-mail: kitao@cubeworks.co.jp

キーワード： 三次元可視化，Web-GL，Three.js，JavaScript
Key words : Three-dimensional visualization，Web-GL，Three.js，JavaScript

23

本日の話題
1. WebGL以前の三次元表示
2. WebGLの概要
3. JavaScriptライブラリ 「Three.js」
4. 開発したアプリケーションの紹介
5. その他事例紹介
6. デモンストレーション

講演者の仕様• ウェブシステム開発
JavaScript、PHP、MySQL、PostgreSQL他• 家族構成年老いた妻1、金のかかる子2、かわいい猫3。
• 経歴
地質で卒業、地質の会社でお世話になる。
その後職を転々として、ウェブ屋になる。
• 三次元に関する理解レベル
ひよこ

24三次元表示の歴史（1980年代後半頃から）

WebGL以前の三次元表示

三次元表示専用のリソース• 高価なハードウェア– 高速なプロセッサ（CPU：演算処理装置）– 高速なコプロセッサ（FPU、GPU等）– （いつの世も同じ）なるべく多くのメモリ–例Apple Ⅱfx、SGI社ワークステーション• 高価なソフトウェア–例Vision（現STRATA 3D）、Shade25

Macintosh Ⅱfx
Price
CPU
FPU
RAM

$9,000（¥1,377,000）〜
68030
68882
4MB（Max.128MB）

ビデオカード、モニタ別売り
ハード一式で¥2,000,000〜
愛称
wickedly fast（手に負えない速さ）

出典：Wikipedia

やがて• ハードウェアの高性能化・低価格化
高性能化と低価格化により、誰でも三次元表示を体験できるハードウェアを比較的安価に購入可能となった（数十万円程度）。
• やや安価になったソフトウェア
数十万円程度の三次元表示のための専用ソフトウェアを別途購入。
• 各種規格化
OpenGLやDirectXなどの規格が登場し、三次元表示の敷居が低くなった。

26

WebGLの登場• OSに標準で付属するウェブブラウザが、ビデオカードの演算、描画を直接操作するための機能を実装。それが「WebGL」。
• 今、秋葉原でパソコンを買えば誰でも無償で三次元表示を始めることが出来る（数万円程度でOK）。
• もちろん専用の高価なソフトウェアも健在。

安価に三次元表示を可能にする技術

WebGLの概要

27

WebGL（Web Graphic Library）とは• ウェブブラウザで三次元コンピュータグラ
フィックスを表示させるための標準仕様。
• ビデオカードを直接操作する二次元・三次元表示用命令群（OpenGL）を、ウェブブラウザ
上で動作するプログラム言語JavaScriptから操作して高速な描画を実現。
• 近年のパソコンの高性能化により、専用のハードウェアやソフトウェアを使わなくても三次元表示を可能にする究極（?）の技術。

WebGLで何が出来るか• 専用のソフトウェアやウェブブラウザのプラグインがなくても、インターネットを通じて、三次元のコンテンツを配信することが可能。
• 業務で三次元のコンテンツを納品する際、発注者の環境を考慮する必要がない（比較的新しいバージョンのウェブブラウザがあれば動作するため）。

28

WebGLの歴史• すべての原点はSGI（シリコングラフィックス）1980年前半
ワークステーション用ライブラリ「IRIS GL」• 「IRIS GL」から移植性の高い「Open GL」を開発
1992年以降
Apple、DELL、HP、Intel、NVIDIA等• ウェブブラウザ組み込みへの実験開始
2006年以降
Mozillaのプロトタイプ開発（後のWebGL）

WebGL対応の主要ブラウザ
PC• Edge、Internet Explorer 11以降
• Google Chrome 9以降• Mozilla Firefox 4以降• Safari 8以降
モバイル• Google Chrome for Android 30以降
• Mobile Safari 8以降

29

WindowsはDirectXじゃないの？
• WindowsのグラフィックAPIはDirectX。
• 心配無用、Windows版ウェブブラウザは、
WebGLをDirectXに自動翻訳してくれる。
• とにかくWebGLを使えば、WindowsでもMacでもLinuxでも、ほとんどのOSのほとんどのウェ
ブブラウザ上で動作する。

WebGLを簡単に扱うライブラリ

Three.js30

実際にWebGLを使う• WebGLはプログラム言語JavaScriptで操作
直接WebGLのコマンドを書き進めることが出来る（但し若干難しい）。
• WebGLを簡単に扱うライブラリを使用
難しい部分を隠蔽（ライブラリが吸収）し、比較的、平易にプログラムを書くことが出来る。
ライブラリ「Three.js」を使う。

表示例

出典：Three.js同梱サンプル（geometry / terrain）

31

表示例

出典：Three.js同梱サンプル（material / envmaps）

表示例

出典：Three.js同梱サンプル（material / skin）

32

三次元描画に必要な要素• 仮想空間（入れ物）• 対象物の形状（座標）• 対象物表面の絵柄（質感）• 視点（位置と向き）• 光源（種類と位置と向き）

Scene
Geometry
Material
CameraLight面を三角形で構成
頂点3つ（三角形）で1つの面を定義
複数の三角形で物体の表面を定義
頂点①、②、③、④

①

三角形
①②③、
①③④、
①④②、
②④③

④
③
②

33

ライブラリに含まれるジオメトリ• Sphere• Box• Cylinder• Corn• Plane球
箱（立方体、直方体）
角柱（円柱）
角錐（円錐）
平面

他にもたくさんtetrahedron、octaherdon、torus ・・・・・・

凹凸面（地面・地層面）を描く• PlaneBufferGeometryを使う。
• グリッド（格子）で座標を与えることで、凹凸のある面を表現、描画するためのジオメトリ。
任意の分割数と長さ
任意 の分割数と長さ

34最も簡単な地形面描画の例• 描画エリアの定義
南北5km、
東西5kmのエリア
南北1km毎、 東西1km毎 の標高6 x 6 = 36個の標高で地形面を三次元表示

サンプルデータ
101

105

108

110

111

112

105

106

109

111

111

114

108

109

110

111

112

116

110

111

111

114

113

117

111

111

112

113

117

118

112

114

116

117

118

119

35

5m毎の等高線（フリーハンド）
101

105

108

110

111

112

105

106

109

111

111

114

108

109

110

111

112

116

110

111

111

114

113

117

111

111

112

113

117

118

112

114

116

117

118

119

サンプルデータの三次元表示例

左上隅

36

素朴な疑問• 表現できるのは平面上の起伏だけ？
• 切り立った崖は表現できるの？
• 横臥褶曲は表現できるの？

いろいろできます
各点において、Z
座標（標高）だけ
でなく、平面座標（XY）を任意に設定することが可能。

[ 0, 5000, 101 ][ 0, 4000, 105 ]37

崖の三次元表示例

横臥褶曲の三次元表示例

38

地形・地質情報を汎用的に扱うための開発開発したアプリケーションの紹介

地形・地質情報の三次元可視化• ライブラリを使っても敷居がやや高い
実際にはプログラムを書く必要あり。
• 3点セットで表示したい
– 柱状図
– 断面図
– 地表面および地層面• 柱状図、断面図、地表面および地層面を汎用的に描画するためのプログラムを開発。

39

プログラムの概要• プログラムはすべてJavaScriptで記述– ライブラリ「Three.js」を利用• 設定ファイルで描画対象・状態を変更– 地表面および地層面
– 柱状図
– 断面図
– 見る方向と位置（視点）• プログラムの知識最小限で利用可プログラム実行例（高架橋モデル）

出典：「CIM対応三次元地盤モデル構築」デモサイト

40

実装した機能• 自由に視点を変更（対象物の位置を操作）• 面の不透明度を変更• Z軸（鉛直）方向の倍率変更• 背景色の変更（黒と白）• Z軸（鉛直）リセット• 視点リセット

使用したジオメトリ• 平面、断面PlaneBufferGeometry• 柱状図
CylinderGeometry
CylinderGeometryは角柱を描くクラス。
柱状図は八角柱で表現。
表面に絵を貼り付ければ十分円柱に見える。

41

デモンストレーション

後ほど時間があれば。

その他事例紹介• 日本地球惑星科学連合2016年大会
浅部物理探査結果の3Dモデル化およびウェ
ブ3D表示
稲崎・北尾・青池・小河原– VRS-GNSS測位機能付きGPR– 非接触高周波表面波探査– 極浅層反射法探査– 高分解能電気探査42

正直最初は
遠い世界の
名前しか
話だ
知らない
なんとか、うまいこと言って、やったことない
これで仕事断れないかなとれるの？
難しそう

表示例

土木研究所構内外周道路
路面、路床のコンター図、掘削孔写真、GPR探査断面
出典：物理探査（地面の下のイメージング技術）

43もう一つ事例紹介• 地表、地層面とボーリングを三次元で表現したい。
• 地表面は国土地理院の数値地図、ボーリン
グは業者から提供されたデータを使用。
• ボーリングの掘削孔が地表からかなり飛び出ている。
• 業者のデータ作成ミスが判明。

視覚的にデータの誤りを確認できた

課題と展望• Web-GLはまだ登場して間もない技術
Web-GLのためのライブラリもまだまだ機能不十分（頻繁に更新されている）。
• ウェブブラウザ上での操作は意外と難しい。
• 三次元表示が標準になる可能性が高い。
• PCへの追加インストール（ウェブブラウザプラ
グインやアプリケーション等）が不要なので、爆発的に普及する可能性あり。

44

デモンストレーション「CIM対応三次元地盤モデル構築」デモサイト
3次元浅部地盤構造モデルの構築と表示

ご静聴ありがとうございました

45

46

日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集, 47-74, 2016
i-Const./CIM 時代の地形・地質三次元モデリング

CIM に対応するための地盤情報の基盤開発
中田 文雄*・土屋 彰義*：安藤潤*：坂森 計則*：和田 里絵*

Development of Geoinformation System for CIM
Fumio NAKADA,* Akiyoshi TSUCHIYA*, Jun ANDOH*,
Kazunori SAKAMORI* and Rie WADA** 一般社団法人 全国地質調査業協会連合会 Japan Geotechnical Consultants Association,
1-5-13, Uchikanda, Chiyoda-ku, Tokyo, 101-0047, Japan E-mail: nakadaf@gupi.jp

キーワード：地質調査，電子成果品，三次元地質モデル，システム開発
Key words : Geological survey, Computerized report, Three-dimensional geological model,
System development47

★研究の概要

2

研究期間
研究目的

：(自)平成26年8月16日 (至)平成28年8月31日：CIMで利用可能な信頼性の高い地質地盤モデルの作成を支援すること目的として，以下の研究課題に取り組む
研究課題Ⅰ：三次元地盤モデル作成の基となる地盤情報の管理と公開を支援する情報共有基盤の開発
研究課題Ⅱ：CIMで活用可能な三次元地盤データモデルの標準化
研究成果 ：三次元地盤モデル作成を支援するデータ標準と共有基盤の作成。 成果は，一般へ無償公開する研究機関 ：一般社団法人 全国地質調査業協会連合会
研究委員会： 「CIM対応三次元地盤モデル委員会」で意見を拝聴
前提事項：地質地盤分野における三次元モデルは 技術者の解釈と想像力を加えた推定モデルである。

★研究の概要3

Ⅰ 地盤情報の管理・公開支援用情報共有基盤の開発

メタデータの標準仕様作成

Web-GIS公 開 シ ス テ ム
二次利用支援Ⅱ 三次元地盤データモデルの標準化

概略工程

地盤情報共有基盤の開発☆電子納品を支援する基盤開発：座標値の読取処理等4種類☆電子成果品の二次利用を支援する基盤開発：メタデータ抽出処理等3種類
Web-GIS公開システム構築

平成26年度

公開中
公開中

試験公開を経て一般へ公開

三次元地盤モデルデータの標準仕様作成

三次元地盤情報共有基盤の開発☆三次元地盤モデル 形状データ☆三次元地盤モデル 属性データ☆三次元地盤モデル 管理データ☆サーフェスモデラーの開発
・OCU Geomodeller
・Terramod_BS(BS-Horizon)☆関連するプログラムの開発
・標高データ取得処理
・入力データ作成処理
・地質の論理モデル作成処理
・パネルダイアグラム推定処理
・三次元可視化処理
・ボーリングモデル作成
・管理用ウェブサイト

CIM対 象 別 (分 野 別 )地盤
モデルの標準仕様作成
構造物基礎地盤，道路(トンネル)，河川堤防，ダム(堤体)，
土工(切土，堤体材料)，道路(斜面)，地すべり，地質調査全般

平成28年度実証実験（高知県内他）
試験公開中

試験公開を経て一般へ公開

48

平成27年度

試験公開中

★研究の概要

4

C I M 対 応 三 次 元 地 盤 モ デ ル 委 員 会 委 員(学会・全地連関係者のみ)
委員長 升本 眞二 大阪市立大学 大学院理学研究科 教授
委 員 根本 達也 大阪市立大学 大学院理学研究科 講師
野々垣 進 (特国法)産業技術総合研究所 研究員
秋山 泰久 (一社)全地連 情報化委員長[国際航業(株)]照屋 純(一社)全地連 情報化委員[日本工営(株)]事務局 土屋 彰義 (一社)全国地質調査業協会連合会
中田 文雄 川崎地質(株)／(NPO)地質情報整備活用機構
安藤 潤
川崎地質(株)坂森 計則 日本工営(株)和田 里絵 応用地質(株)プログラム提供・開発
升本 眞二 ：OCU Geomodeller(パネルダイアグラム：Fortran)
根本 達也 ：OCU Geomodeller(サーフェスモデラー：Fortran)
北尾 馨 ：上記のサーバー/クライアント制御システム
坂本 正徳・野々垣 進・升本 眞二： Terramod_BS (Visual Basic)
注 座標系を数学系から平面直角座標系に変更
中田 文雄 ：全てのウェブ制御・支援システム★研究の概要5

研究課題Ⅰ：三次元地盤モデル作成の基となる地盤情報の管理と公開を支援する情報共有基盤の開発
項目

1)地盤情報メタデータの標準仕様作成項

策定したデータ標準
ボーリングデータ類のメタデータ

目開発したプログラム群
電子納品を支援する基盤の開発(位置座標の確認)
・ウエブ版 座標値の読取りと確認処理(2種類)・ウエブ版 位置座標の確認処理
・ウエブ版 測地系の変換処理

2)地盤情報共有基盤の開発

電子成果品の二次利用を支援する基盤の開発
・ウエブ版 メタデータ抽出処理
・ウエブ版 地盤データの抽出処理・ウエブ版 土質試験結果一覧表の表示処理
・Web-GIS公開システム構築

本研究期間中，平成28年(2016)熊本地震が発生した。
本研究で開発したWeb-GIS公開システムを利用して，同地震の復旧・復興を支援する地盤情報公開サイトを立ち上げ，本システムが実用の域に達していることを実証した。

注 時間の関係で，研究課題Ⅰの説明は割愛します。

49

★研究の概要

6

研究課題Ⅱ：CIMで活用可能な三次元地盤データモデルの標準化
項

目

1)三次元地盤モデルデータの標準仕様作成

2)CIM対象別(分野別)地盤モデルの作成事例
項

策定したデータ標準
三次元地盤モデル 形状データの標準仕様策定(提案)
ボーリングモデル，テクスチャモデル，准三次元(地質)断面図，
サーフェスモデル，ソリッド・ボクセルモデル，柱状体モデル，
パネルダイアグラム
三次元地盤モデル

属性データの標準仕様策定(提案)

上記に同じ

三次元地盤モデル

管理データの標準仕様策定(提案)

上記に同じ

構造物基礎地盤，道路(トンネル)，河川堤防，ダム(堤体)，
土工(切土，堤体材料)，道路(斜面)，地すべり，地質調査全般

目3)サーフェスモデラー
及び関連するプログラムの開発開発したプログラム群
サーフェスモデラーの開発
・ウェブ版 OCU Geomodeller
・Terramod_BS(BS-Horizon)[改良][地層境界面の形状推定プログラム]
関連するプログラムの開発
・ウェブ版 標高データ取得処理
・ウェブ版 入力データ作成処理
・ウェブ版 地質の論理モデル作成処理
・ウェブ版 パネルダイアグラム推定処理
・ウェブ版 三次元可視化処理
・ウェブ版 ボーリングモデル(イメージ)作成
・各プログラム管理用ウェブサイト

★『三次元地盤モデル作成の手引き』～建設現場の生産性向上に向けて～★手引きとは・研究報告書の抜粋
・モデルの作成方法と留意点を重視した内容
・広く提供するためにウェブでも公開★目 次
1. CIM で活用可能な三次元地盤モデルデータの標準化(提案)2. 三次元地盤モデル(形状データ)の作成方法(例)と留意点
3. CIM 対応三次元地盤モデルの構築を支援するウェブサイト
4. 実践に基づく三次元地盤モデルの作成手順
5. CIM 対象ごと(分野別)の三次元地盤モデルの事例
注 以後のタイトル番号は手引きによる

50

7

1.1 CIM における三次元地盤モデル

8

本研究では，三次元の位置情報を持つ地盤モデルを「三次元地盤モデル」と定義づけた。
モデル名称

特 記

事 項

一次元地盤モデル
ボーリングモデル

ボーリング柱状図から層序等を抽出したモデル

准三次元地盤モデル
テクスチャモデル

三次元地形表面に地質平面図などを貼り付けたモデル

准三次元断面図

従来手法の地質断面図に空間情報を付与したモデル

三次元地盤モデル
サーフェスモデル
ソリッド
モデル

地層あるいは物性値層による境界モデル

ボクセルモデル

属性データを，ボックスセルと接点のいずれかに付与

柱状体モデル

平面的にはセル，深さ方向は地層境界であるモデル

パネルダイアグラム

三次元地盤モデルから作成された任意の断(平)面図

1.1 CIM における三次元地盤モデル

9☆ボーリングモデルと准三次元断面図の見本☆テクスチャモデル(准三次元地質平面図等)の見本
阿蘇大橋(左)国土地理院色別標高図(中)産総研シームレス地質図

51(右)国土地理院国土基本図

1.1 CIM における三次元地盤モデル

10☆(狭義)三次元地盤モデルの見本

1.2 三次元地盤モデルとモデルデータ★モデルデータの原則：継承性とデータ標準の公開★データ標準：形状データ，属性データ(本研究では提案のみ)

52

11

1.2.2 三次元地盤モデルの詳細度(提案)

12

詳細度

CIMの段階地盤モデルでの定義

地盤モデルの例

100程度

企画・計画
(事業計画)

・基盤地図情報や既存資料を利用して作成できる程度の形状情報・境界面のみの属性情報
・形状情報と属性情報は分離しない・テクスチャモデル
・ボーリングモデル
・准三次元断面図
・サーフェスモデル(簡易版)

150程度

調
査
(関係者協議)・地質調査によって作成できる程度の形状情報
・境界面のみの属性情報
・形状情報と属性情報は分離しない

・ボーリングモデル
・准三次元断面図
・サーフェスモデル
・パネルダイアグラム(サーフェス)

200程度

調査・解析
(設計・施工)・地質調査によって作成できる程度の形状情報
・地層や物性値等による属性情報
・形状情報と属性情報はIDによる関連付けの上，個別に管理する

上記に加え・ソリッド・ボクセルモデル
・パネルダイアグラム(ソリッド)

300程度

施 工・
維持管理

・掘削土工により判明した観察に基づく形状情報
・地層や物性値等による属性情報
・形状情報と属性情報はIによる関連付けの上，個別に管理する・テクスチャモデル
・准三次元断面図
・サーフェスモデル・ソリッド・ボクセルモデル
・パネルダイアグラム★BIM Forum の定義：LOD=200は「近似値での数量・・・」
LOD=300は「正確な数量・・・」★地質調査の成果である三次元地盤モデルは，一部を除き地質調査の成果から導き出された「客観的(事実)モデル」ではなく，コンピュータ(モデラーや三次元CAD)の支援を受けつつ，地質・地盤技術者が仮想空間上に構築する「イメージモデル」であるため，座標値は必ずしも正確では無い。

1.2.3 三次元地盤モデルの予測度(提案)
レベル

内

容

13

予測程度

地盤モデル例

1

・現地調査(観察・計測等)結果のみから作成される地盤モデル
・次元は問わない

少ない
(実測図)

・ボーリング柱状図
・現地測定結果
・(トンネル)切羽観察図

2

・技術者が解析・考察等により予測した地盤モデル
・2D-CADで扱うことのできる二次元形状情報で構成される・属性情報の有無は問わない

大きい・地質断面図(予測図)

・解析断面図3

・技術者が解析・考察等により予測した地盤モデル
・3D-CADで扱うことのできる准三次元形状情報で構成される・属性情報の有無は問わない

大きい

・准三次元断面図
・工学的地質図・テクスチャモデル

4・ジオ・モデラーの支援を受けて技術者が解析・考察等により予測した地盤モデル・3D-CADで扱うことのできる三次元形状情報で構成される・境界面程度の属性情報を形状情報と同一で管理

5・ジオ・モデラーの支援を受けて技術者が解析・考察等により予測した地盤モデル・3D-CADで扱うことのできるオブジェクト型三次元形状情報で構成される・属性情報は形状情報とは個別に管理するが，IDによって双方を関
係づける

53

(予測図)
極めて
大きい
(参考図)

極めて
大きい
(参考図)

・サーフェスモデル・ソリッドモデル
・パネルダイアグラム

・サーフェスモデル・ソリッドモデル
・パネルダイアグラム

14

1.2.4 三 次元 地 盤 モ デル デ ー タ の 構成

共通ID
種類

内

容

管理データ

・形状データと属性データの双方を管理するために使用する。
・形状データと属性データを関連づけるための「共通ID」を使用する。
・地盤情報データベースを構築する際は，検索用キーワードとして使用する。

形状データ

・三次元地盤情報の形(形状)を再現できる三次元座標値を持つ。
・座標系は，CAD内のローカル座標系では無く「平面直角座標系」とする。
・高さは「標高(T.P.)」とする。
・オブジェクト型として構成する。
・属性情報と関連づけるためのIDを付与する。

属性データ

・個々の形状データの属性を保存する。属性の例は，「地層・岩体区分」，「岩級区分」，「土質区分」，「地盤強度」や「弾性波速度」などである。
・形状データと関連づけるためのIDを付与する。
・複数の属性データ(テーブル：ファイル)が存在する場合には，それらを関連づけるためのジョイント(ブリッジ)データを使用する。

属性データの取り扱い(提案)提案：一つの境界(地層)内で複数の属性データが扱えるようにする。

提案：複数の属性データテーブルを関係づけるための(ブリッジ)ジョイントデータテーブルを採用。

5415

1.3 三次元地盤モデルデータの仕様(提案)16

1.3.1 ボーリングモデル★ 簡易版：ボーリング交換用データ(XML)をそのまま利用する。
層序名は「<地層・岩体区分>タグ」に。地層区分表などは「<フリー情報>タグ」に。
★ 詳細版：専用のデータファイルを使用する。
層序名や堆積(優先)順位は「属性データファイル」。
参照する地層区分表(属性データ)や引用先情報などは「別のデータファイル」。
情報名

説

明

管理データ

・属性データを管理するためのデータ。
・簡易版はボーリング交換用データに属性データを書き込むため作成しない。
・詳細版のみ作成する。

形状データ

・ボーリング交換用データ(XML)をそのまま利用。

属性データ

・地質断面図などを作成する際の「地層・岩体区分」，「岩級区分」や「土質区分」など，地質断面図の凡例に準拠するデータ。
・簡易版と詳細版のいずれについても作成する。

情報名

簡 易

版

詳 細 版

概 要

「BEDnnnn.XML」に追記

独自のデータ仕様

データ仕様

XML

CSVまたはEXCEL

ファイル名

BEDnnnn.XML

－

格納場所

¥BORING¥CIMMODEL¥BORING¥CIMMODEL1.3.1 ボーリングモデル
BEDCKochi19980006

17

ボーリングモデル(イメージ)

BEDPKochi19910032

BEDCKochi19980005
BEDCKochi19960057

ボーリングモデルの形状データ
B層

AU層

AV層

AD層

DU層

R層

id

Y(東西)

X(南北)

GL
標高

BEDCKochi19980006

4492.064104.1

1.8

0.9

-1.9

-2.1

-2.5

-4.2

-11.7

BEDCKochi19980005

4583.064109.0

1.3

0.1

-3.1

-3.4

-4.7

-5.2

-11.7

BEDCKochi19960059

4679.564140.7

0.5

0.0

-3.4

-3.5

-3.6

-3.7

-13.6

BEDCKochi19980004

4751.964137.6

1.0

-0.4

-4.3

-4.4

-4.5

-6.7

-12.1

BEDCKochi19980003

4812.364147.6

0.9

-0.5

-5.1

-5.2

-7.8

-9.4

-12.1

BEDCKochi19960058

4894.964139.9

-0.3

-0.5

-6.5

-6.6

-9.5

-10.0

-13.3

BEDCKochi19980002

5001.664174.6

0.8

-0.1

-5.3

-5.7

-7.8

-11.2

-12.2

BEDCKochi19960057

5088.964200.5

0.8

0.1

-5.0

-5.9

-9.4

-11.6

-14.9

BEDPKochi19910032

5250.464205.0

1.5

1.0

-3.0

-3.8

-3.9

-4.5

-8.6

標高(m) 標高(m) 標高(m) 標高(m) 標高(m) 標高(m)55

1.3.1 ボーリングモデル

18

詳細版ボーリングモデルの管理データ(案)情報名

登 録 内 容管理データ

事業名，調査名，ボーリング名，調査者名，調査位置住所，調査開始期日，
調査終了期日，ボーリング交換用データファイル名，孔口座標1)，孔口標高，
総掘進長，地質情報名2)，オリジナルデータリンク3)，形状データファイル名，
属性データファイル名，ジョイントデータファイル名，改訂履歴(実施期日，
理由，実施者氏名等)

1)座 標： 緯度・経度，平面直角座標系の系番号とX(南北)座標・Y(東西)座標。
2)地質情報名： 地層・岩体区分名など，属性データの地質情報名と同じ内容。
3)オリジナルデータリンク：地質情報管理ファイル(BORING.XML)などの各管理ファイルから抽出した管理データ。
管理データ見本(部分)1.3.1 ボーリングモデル

19

詳細版ボーリングモデルの属性データ(案)情報名

登 録 内 容地質情報

共通IDコード1)，深度，地質情報名2)，堆積(優先)順位3)，特記事項

1)共通ID コード：CIM の全段階を想定して作成する。
2)地質情報名：地質断面図の断面線を描画する際に使用した地質情報。
調査初期： 地層・岩体区分名，岩級区分名，土質区分名やN 値など
調査終期： 弾性波速度値，密度や減衰常数など

3)堆積(優先)順位：地層・岩体区分で最も下位層からの堆積順位を表す番号など。

詳細版ボーリングモデルの属性データ(見本)
減衰常数
h

湿潤密度
(g/cm 3 )

607

0.03

1.8

②

821

0.05

1.7

①

226

1,152

0.02

2.0

③

7.5

167

852

0.03

1.9

②

As

9.0

175

892

0.03

1.5

②

M2

Ac

8.0

192

979

0.03

1.8

①

礫質土層

G2

Dg

31.0

299

1,525

0.02

2.0

③

粘性土層

M3

Dc

12.0

260

1,326

0.03

1.8

①

27.0

礫質土層

G2

Dg

36.8

312

1,591

0.02

2.0

③

2

43.2

礫質土層

G2

Dg

50.0

338

1,722

0.02

2.1

③

1

－

基盤面

RW

-

700

2,100

0.01

2.1

-

ID

堆積
順位

BEDnnn1-11

11

BEDnnn1-1010BEDnnn1-09

深度
(m)

Vs
(m/s)

地層・岩体区分記号

実測 N 値

1.5

埋土

B

As

2.0

119

2.6

粘性土層

M1

Ac

4.0

161

9

7.5

礫質土層

G1a

Ag

23.0

BEDnnn1-08

8

9.7

砂質土層

S1a

As

BEDnnn1-07

7

10.7

砂質土層

S1v

BEDnnn1-06

6

17.2

粘性土層

BEDnnn1-05

5

19.6

BEDnnn1-04

4

20.6

BEDnnn1-03

3

BEDnnn1-02
BEDnnn1-01

56

Vp
(m/s)

非線形
特 性

1.3.2 テクスチャモデル

20★三次元地形表面(ワイヤーフレーム)に，地質平面図などのテクスチャを貼り付けたモデル。

テクスチャモデルの主な対象図面
種 類

特 記 事 項
地質平面図，空中写真，斜面スケッチ，SARなどによる変動図，ハザードマップ(計測震度，液状化危険度，洪水，津波，土砂災害警戒区域，火山)など

図面類

テクスチャモデルの属性データ(案)情報名

登 録 内 容共通IDコード1)，深度，地質情報名2)，カラーコード－地質情報対比データ3)，
特記事項

地質情報

1) 共通ID コード： CIM の全段階を想定して作成する。
2) 地質情報名： 地質平断面図の凡例に記載されている地質情報。
具体的には地層・岩体区分名，地質構造，風化帯区分，変質帯区分など

3)カラーコード－地質情報対比データ： テクスチャモデルに使用する地質図などが単色に塗り分けられている場合。 RGB 形式を推奨。

1.3.3 準三次元断面図

21★従来から作成されている地質断面図，速度層断面図や地山条件調査結果図などを基にして，CIM 対応に必要な三次元空間情報を付加したモデル。

準三次元断面図として扱う内容
種 類
図面類(共通)特 記 事 項・地質・土質調査成果電子納品要領に準拠して作成された地質断面図等のデータ。
・三次元CADツールやビューアを使用して三次元的に表現できるように必要な空間情報が付与されていること。

地質断面図

・層序に基づく断面図。
・土質断面図やボーリング集合柱状図などを含む。

物性値断面図・速度層断面図や比抵抗層断面図など。

総合解析断面図

・地質区分，岩級区分，地下水面，ルジオン値や速度値などを総合的に評価して作成される断面図。

準三次元断面図の属性データ(案)
情報名
地質情報

登 録 内 容共通IDコード1)，深度，地質情報名2)，堆積(優先)順位3)，特記事項

1) 2) ： テクスチャモデルを参照のこと。
3)堆積(優先)順位：地層・岩体区分等で最も下位層からの堆積順位を表す番号など。

57

1.3.4 サーフェスモデル

22★サーフェスモデルとは，地層などの境界面のワイヤーフレームモデルに，地層・岩体区分などの属性を持つテクスチャを貼り付けたモデル。
★ワイヤーフレームの位置情報(X，Y，Z)のうち，標高(Z)はスプライン関数など，面の形状を推定する数式を利用して推定された推測値である。
★サーフェスモデル，属性データや地層の論理モデルなどは，客観的データに基づいて地質技術者等が解釈したイメージである。

サーフェスモデルの種類
種 類

説

地層境界面(層序=ユニット)モデル

明・地層境界をワイヤーフレームモデルとして数学的に表現
・属性データである地層区分をテクスチャとして貼り込む
・方法1：ボーリング調査などのランダム点の地層データから推定する・方法2：複数の地質断面図から，多数の地層データを読み取って推定する

物性値境界(クラス)モデル・物性値境界をワイヤーフレームモデルとして数学的に表現
・属性データである物性値区分テクスチャとして貼り込む
・探査断面図から，多数の物性値境界を読み取って推定する

地質評価境界面(クラス)モデル・総合的に解釈して作成した境界をワイヤーフレームモデルとする
・属性データである地質評価区分をテクスチャとして貼り込む⇒地質(岩種)区分，岩級区分，地下水面，ルジオン値や速度値など
・総合解析断面図(データ)から，多数の評価境界を読み取って推定する

1.3.4 サーフェスモデル

23

サーフェスモデルのデータ構成とデータ仕様(案)
情報名

説

明

ファイル形式・形状データ，入力情報と属性データを管理するためのデータ。
・モデルを作成するために使用した入力情報，モデラー名
管理
CSV，EXCEL
称，曲面推定方法，パラメータ群やファイル形式，など。
データ
・モデルを作成するために参照したボーリングや現地調査
結果に 関する情報，など。
・モデルを作成するために使用した地質構造モデルデータ。
入力
・地層の堆積と侵食を勘案して作成した論理モデルデータ。 CSV，Original
データ・推定計算に使用したパラメータデータ。
形状データ

・サーフェスデータ：曲面推定によって計算された四角(三角)メッシュデータ群。
※データ形式はワイヤーフレームデータ同じ。
・サーフェスモデルデータ：論理モデルに従って計算された四角(三角)メッシュデータ群。

dwg，dxf，CSV

・形状データに関連づけられた地質情報，など。
属性
CSV，EXCEL・三次元座標を持つポリゴン，ポリラインやポイントにデータ
属性を付与し，それらを一つのテーブルとしてまとめる。

58

1.3.4 サーフェスモデル

年代

地層

完
新
世

完
新
統

地質名

境界面

堆積/侵食

総合柱状図とサーフェスモデルの属性データ(案)色

埋土・盛土層

B

S8

堆積/侵食

D9D9D9

上部層

AU

S7

堆積

FFFF99

更
新
統

更
新
世

記号

24

火山灰層

AV

S6

堆積

FF99FF

下部層

AD

S5

堆積

3399FF

上部砂礫層

DG

S4

堆積

339933

上部層

DU

S3

堆積

0066FF

下部層

DD

S2

堆積

009900

RW

S1

堆積

996633

記号

境界面

軟岩層

減衰常数
h

湿潤密度
(g/cm 3 )

607

0.03

1.8

②

821

0.05

1.7

①

226

1,152

0.02

2.0

③

175

892

0.03

1.5

②

Vs
(m/s)

N値

Vp
(m/s)

非線形
特 性

id

地質名

Surf1-31

埋土・盛土層

B

S8

2.0

119

Surf1-23

完新統上部層

AU

S7

4.0

161

Surf1-22

完新統火山灰層

AV

S6

23.0

Surf1-21

完新統下部層

AD

S5

9.0

Surf1-13

更新統上部砂礫層

DG

S4

31.0

299

1,525

0.02

2.0

③

Surf1-12

更新統上部層

DU

S3

12.0

260

1,326

0.03

1.8

①

Surf1-11

更新統下部層DD

S2

Surf1-01

軟岩層

RW

S1

36.8
-

312

1,591

0.02

2.0

③

700

2,100

0.01

2.1

-

1.3.5 (ソリッド)ボクセルモデル

25★ボクセルモデルとは，モデル全体を小さな立方体(空間格子)の集合体として表現する。
★通常はサーフェスモデル(地層などの境界面モデル)の形状と境界面間の属性データを
微小立方体に付与することにより作成される。
★利用場面は，地盤強度等のFEM 解析，地下水流動や浸透流解析，地震動予測や液状化危険度判定，施工管理などを実施する場合など。

ボクセルモデルで扱う内容
種 類
測定データ群
判定データ群特 記 事 項地層名(層序)，地下水(位)，透水係数，ルジオン値，速度値(VP，VS)，

N値，一軸圧縮強さ，密度・単位体積重量など
地質(岩種)区分，岩級区分，地山区分，など

ボクセルモデルの属性データ(例)BoxNo.

X軸位置

Y軸位置

Z軸位置

102000512010

地山弾性波速度

1.72

km/s

102001522010

地山弾性波速度

1.72

km/s

1020075820

10

地山弾性波速度

1.75

km/s

1020085920

10

地山弾性波速度

1.75

km/s

1020096020

10

地山弾性波速度

1.75

km/s

59

分

類

速度値

単位

1.3.6 パネルダイアグラム

26★三次元地盤モデル(サーフェスモデル，ソリッドモデル)に任意に設定した断面線で切り出した断面図(パネル)群。
★通常，切り出すパネルは複数枚であること，鳥瞰図として立体視化されることが多いため，このような断面図群のことをパネルダイアグラムと言う(本研究)。

パネルダイアグラムで扱う内容
種 類

特 記 事 項

図面類(共通)・三次元地盤モデル(サーフェスモデルなど)から専用ツールを使用して作成された断面図データ。
・三次元CADツールやビューアを使用して三次元的に表現できるように，必要な空間情報が付与されている。

地質断面図データ・層序に基づく断面図。
・土質断面図や簡略柱状図などを含む。

物性値断面図データ

・速度層断面図や比抵抗層断面図など。

総合解析断面図
データ

・地質区分，岩級区分，地下水面，ルジオン値や速度値などを総合的に評価して作成される断面図。

2.三次元地盤モデル(形状)データの作成方法(例)と留意点

27

2.1 座標系と位置の精度★座標系は「平面直角座標系(19 座標系)」とする。
★ボーリング交換用データの場合，孔口の位置情報は緯度・経度であるため，三次元地盤モデルを作成する際に，平面直角座標系に変換する。
★ボーリングモデルと地質断面図(準三次元地盤モデル)を作成する場合，位置座標の読み取り精度は0.3m(秒単位で1/100 秒)以内を目標とする。
★サーフェスモデルのような三次元地盤モデルの場合には，対象とする範囲，地盤モ
デルの施行段階，利用目的などを勘案して最も適切な精度を確保する。

読み取り精度(度・分・秒)
赤●：1/100 秒
青●：1/10 秒(1m～2m ずれる)
緑●：1 秒(2 孔が同じ位置に)茶●：10 秒(4 孔全てが同じ位置に)60

2.2 ボーリングモデル

28★統一凡例に基づいた地質断面図を作成する。
★地質断面図を作成するために使用した全てのボーリング柱状図に対して，
下上図(右)に示す地質凡例による属性データとボーリングモデルを作成する。

統一凡例

2.3 テクスチャモデル(左)ワイヤーフレーム

29(中)テクスチャ(表層地質図)(上)原データ (右)処理後のイメージ

・必要な部分を切り出す。
・平面図枠の縦軸を真北にする(回転)。
・必要な平面図枠を作成する。
・境界枠の座標を読み取る(四隅)。

61(右)テクスチャモデル

2.4 準三次元断面図

30★三次元CAD：三次元座標(平面直角座標)を使用して，3D-CAD データとしての
準三次元断面図を作成する。
★二次元CAD：従来通り二次元ローカル座標値を使用して断面図を作成する。
別途，実空間座標値(平面直角座標値)との関係表を作成し，両者の関係をCSV
ファイル等に保存する。
二次元CAD

A1～A4：平面直角座標系による断面図の四隅の座標値(断面図の余白を含む)
a1～a4 ：二次元CAD のローカル座標値(余白を含む)
注：イメージの場合，余白は透明にする

2.5 サーフェスモデル
情報名(1)データ群と形状データ
内

容

31

形式(例)

サーフェスデータ

・地層境界等の空間形状を推定した結果。
・メッシュ(四角)データとTIN(三角)データがある。

CSV

パラメータデータ

・形状曲面の推定に使用した数学モデル(例，Bスプライン関数)と実際の計算に使用したパラメータ。

EXCEL，
CSV

論理モデルデータ

・地層の層序関係等を論理的に表現するデータ。

CSV

サーフェス
・サーフェスデータと論理モデルデータから，サーモデルデータフェスモデルを作成した後のデータ。

62

3D-DXF( 2 ) 形状データの作成方法

32( 3 ) 地層の論理モデルの作成

33

初期地形面
(S1)

堆積侵食面
(S2)

堆積侵食面
(S3)

地層1(b1)

-1

-1

-1

地層2(b2)

1-1-1

地層3(b3)01-1

上部空間1(α)

0

0

1

注

記

(1，0，-1)の意味

1：地層(空間)は境界面より上位(b2はS1より常に上位，など)
0：地層(空間)は境界面と無関係-1：地層(空間)は境界面より下位(b3はS3より常に下位，など)

初期地形面
(S1)

★論理モデルデータを作成できるウェブブ
ラウザ用アプリを開発して対処した。

堆積面
(S2)

堆積面
(S3)

堆積面
(S4)

堆積侵食面
(S5)

堆積侵食面
(S6)

-1

地層1(b1)

-1

0

0

0

-1

地層2(b2)

1

-1

0

0

-1

-1

地層3(b3)

1

1

-1

0

-1

-1

地層4(b4)

1

1

1

-1

-1

-1

地層5(b5)

1

1

1

1

-1

-1

地層6(b6)

0

0

0

0

1

-1

上部空間1(α)

0

0

0

0

0

1

不整合

63

( 4 ) 地 層 境界 面 の形 状 を推 定 する 上 での 留意 点

34

矢印を指標にして①②④⑤を比較

・700m×400m程度の範囲。
・基盤などに急崖部あるいは遷急部が存在する場合。
・40点程度のボーリングデータから推定した「地層境界面の形状」には相当程度の誤差が含まれている。
・点数が少なくなるほど，誤差の範囲と誤差の値が大きくなっている。
⇒ 適切なボーリングの配置と数量が必要である。
⇒地質の三次元モデルには「誤差が含まれている」を理解した上で，その利用方法などを考えるべきである。

( 5 )サーフェスモデルの作成が難しい地質構造の例① 複雑な値層構造の例：複雑な地層を区分して境界面を推定するためには，極めて多くのボーリングや横坑掘削・観察などが必要。 ⇒ コスト的に現実的ではない可能性がある。
② 閉じた空間の例：閉鎖空間の二次元形状そのものが，地質やダム技術者の推定したモデル。
⇒ これを三次元に拡張するには，直行断面の調査などが必要。
③ 指交関係(インターフィンガー)：同時期に堆積した2種類の地層が，左右の手の指を重ね合わせたようになっている。 ⇒ 地層境界面の数学モデル自体の作成が困難である。
④ ブロック状構造：矢印の物理探査結果からサーフェスモデルを作成するのは困難。
⇒ 三次元物理探査結果から直接ボクセルモデルを作成すべき6435

2.7 パ ネ ル ダ イ ア グ ラ ム

36★地層境界面が交差するサーフェスモデルの場合，交差の条件等によっては，断面図のデータがポリゴンではなく(断続した)ポリラインとして出力されることがあるので，三次元CAD を使用してポリラインをポリゴンに修正する。
★作成したポリゴンに属性データとのリンク用の「ID」を付加する。

WebGL によるパネルダイアグラムの表示例

3.CIM対応三次元地盤モデルの構築を支援するウェブサイト

37① URL：https://geonews.zenchiren.or.jp/cim3d/index.html② 開発理念： 利用者が公開用ウェブサイトにアクセスするだけで利用できる。
③ 電子納品等の支援サイト： 電子納品と電子成果品の二次利用を支援するプロ
グラムを利用できるウェブサイト。
④ 三次元地盤モデル作成支援サイト： ボーリング交換用データからサーフェス
モデルを作成できるプログラムを利用できるウェブサイト。
⑤ 三次元地盤モデルデモサイト： 本書を執筆する過程で作成した三次元地盤モ
デルを閲覧することができるウェブサイト。
⑥ 研究報告書・プレゼン用資料： 本書の他に，研究報告書やJACIC 報告会等でのPPT 資料をダウンロードできるウェブサイト。いずれも「CC-BY」ライセ
ンス付きで公開されている。
⇒ 次の発表枠で報告し，本発表では割愛する。

65

4.実践に基づく三次元地盤モデルの作成手順

38★三次元地盤モデル(形状データ)を実際に作成し，これらの標準や方法，
更には完成した三次元地盤モデルの有効性や実用性などを評価した。

4.1 ボーリングモデル
作成手順

1. 地質区分凡例の作成
2. 地質区分凡例色の作成と，パラメータファイルへ保存
3. ボーリング交換用データに地質区分を入力
4. ツールを使用してボーリングモデル(イメージ)の作成
5. モデルの整形(イメージを孔底で切断)
6. 3D-Viewer登録データ作成
7. 3D-Viewerで可視化処理

4.1 ボーリングモデル

39

ボーリングモデルの三次元表示(例)66

注は同じボーリングを示している。
断面図の位置が間違っている。

4.1 ボーリングモデル

40★従来の柱状図の位置関係を把握するために，ビューアの三次元仮想空間上で他のコンテンツ類と同時に表現できる。
★属性データを作成する過程で，当該地層の特徴(地盤データ)を整理できる。
⇒ 後続の地質調査による新しい知見が得られた場合にも対処しやすい。
☆三次元的表示では，手前の対象物は大きく，遠くは小さく表現される。
⇒ 遠くでは柱状図記号などは読み取れない。
※ 微細な構造変化を捉えるより，地質構造を大局的に把握するために利用※ 柱状図をクリックすると，正規の柱状図が表示されるような仕掛けが必要。

4.2 テクスチャモデル

41

作成手順

1. 地質平面図等の座標確定：図面を真北に合わせ，南西端と北東端の座標を読み取る。
2. 直角平面座標を求める： 国土地理院のウェブサイトなど
3. メッシュの諸元を確定：ワイヤーフレームの始点・終点，間隔，個数などを決定する。
4. 標高データを取得する：標高データ取得ツールを使用する。
5. 3D-Viewer登録データ作成
注 貼り込む図は90゜
6. 3D-Viewerで可視化処理
右回転すること。

データの並び

データの並び674.2 テクスチャモデル

42

テクスチャモデルの三次元表示(例)

4.2 テクスチャモデル

43★DEMを併用することにより，三次元ビューアの仮想空間上で，自由な方向から観察できるため急崖部などを把握しやすい。
★住民や議会などで行われる事業説明会などでの利用が最も有効だろう。
☆遠近効果により，遠い部分の細部を読み取ることが難しい。
☆DEMで構成されたメッシュ面に平面図を貼り込むことによる歪みが発生する。

テクスチャモデルの歪み

テクスチャモデルの三次元表示(例)

地質図は「鹿児島市地盤図」。
地形(標高)は国土地理院の5mDEMを50m間隔で取得

68

4.3 準三次元断面図

44

作成手順

1. 断面図の表示範囲確定(下図の赤丸点参照)
2. 断面図の調整：範囲を切りだして透明化処理。 gif か png で保存。
3. 断面図の座標取得(国土地理院 「平面直角座標への換算」など)
4. 断面図の標高取得(標高縮尺による)
5. 3D-Viewer登録データ作成
6. 3D-Viewerで可視化処理

4.3 準三次元断面図45★ボーリングモデルとの併用により，地質断面図の作成のために使用したボーリン
グと，使用しなかったボーリングを同時に表示できる。
⇒ 地質構造の空間的な広がり方への把握に役立つ。
★断面図を交差させることにより，地質断面図の矛盾が比較的簡単に判明する。
⇒ 地質調査成果の品質向上に寄与する☆遠い部分では細部を読み取ることが比較的難しいため，詳細設計図面としての利用は困難である可能性が高く，大構造の把握のような地質構造等の概観での利用。

69

46

5.CIM 対象ごと(分野別)の三次元地盤モデルの事例
細CIMの対象目

三次元モデルの作成段階

手順書

構造物基礎

杭基礎，橋梁基礎

企画・計画，調査，施工

○

道

路

トンネル

企画・計画，調査，施工

○

河川堤防

土構造物

調査(照査・改築)，施工(改築)，
維持・管理

○

ダ

ム

堤

企画・計画，調査，施工

○

土

工

切土，堤体材料

企画・計画，調査，施工

○

道

路

斜

維持・管理(防災点検)

体

面

地すべり
全

般

本資料

○
○

○

調査(機構解析)，施工(対策工事)
地震動予測

調査

★各対象ごとに「三次元地盤モデルを作成する目的」，「仕様の提案」，「CIMの段階との関わり」，「属性データ」及び「形状データに関連づける地盤情報」などについて記載した。
★三次元地盤モデルを作成するCIM 段階は固定ではなく，設計・施工・維持管理のいずれの段階でも，必要が生じた時点で作成すればよい。

47

5.3 道路(トンネル)
形状のイメージ
断層モデル

ボーリングモデル

断層モデル
トンネル面
に貼り付け

断層モデル：断層の走向，
傾斜，厚さ，地質，強度などを属性値とする三次元モデル

准三次元断面図(トンネル地山評価断面図)の三次元表示例

70

48

5.3 道路(トンネル)
三次元地盤モデルの種類：道路(トンネル)
モデル名称

説

明

ボーリングモデル

地層岩体区分が実施されているボーリングデータ

テクスチャモデル

三次元地形表面に地質平面図などを貼り付けたモデル

准三次元断面図

従来手法の地質断面図に空間情報を付与したモデル

パネルダイアグラム

サーフェスモデルから作成された任意断面

サーフェスモデル

地層境界面・物性値境界面・総合解析境界面モデル

ソリッドモデルボクセルモデル(主として物性値)
例 ・坑口からの湧水予測等のための三次元地下水モデル作成
・軟岩や破砕帯，近接施工などのための三次元力学解析モデル作成

出典：(一社)日本建設業連合会：2015施工CIM事例集

49

5.3 道路(トンネル)

実際は，地山条件判定結果図
を準三次元・として作成する

准三次元断面図の属性情報の例

ID☆CIMの「調査」～「施工」の各段階で作成する。
☆主な断面図は「地山条件判定
結果図」など。

類

分類コード

終点

内

01-01

分

地層名

Geo-01-01

29.40

30.68

赤松互層

02-01

岩

種

Roc-02-01

29.40

29.52

砂岩・泥岩互層

02-10

岩

種

Roc-02-10

30.18

30.51

泥岩

03-01

透水係数

Per-03-01

29.40

29.44

4×10

-7

03-07

透水係数

Pel-03-07

30.11

30.53

3×10

-7

04-01

地山弾性波速度

Vel-04-01

29.40

29.44

2.0

km/s

04-07

地山弾性波速度

Vel-04-07

30.11

30.53

2.4

km/s

05-01

地山強度比

Str-05-01

29.67

29.67

10

MPa

泥岩(一部破砕質)

05-02

地山強度比

Str-05-02

29.67

29.67

50

MPa

砂岩(一部破砕質)

06-01

湧水状況

Wat-06-01

29.40

30.68

10

l/min

全体的に少ない

06-02

湧水状況

Wat-06-02

29.40

30.68

90

l/min

全体的に少ない

07-01

地山等級

Lan-07-02

29.40

29.44

ⅠN

07-07

地山等級

Lan-07-07

30.11

30.35

ⅡN

08-01

断

層

Fol-08-01

29.75

29.75

**断層

09-01

注記事項

Rem-09-01

29.40

29.45

坑口付近，地すべりの可能性有り

71

始点

容

単位

特記事項

m/s
m/s

50

5.4 河 川 堤 防形状のイメージ

准三次元断面図(堤体)の三次元表示例

51

5.4 河 川 堤 防
三次元地盤モデルの属性データ(河川堤防)
モデル名称

説

明

ボーリングモデル

地層岩体区分などの登録情報

テクスチャモデル

貼り付ける地質平面図などに記載されている情報

准三次元断面図，
岩石・土名，N値，地盤強度，単位堆積重量，透水係数，
パネルダイアグラム，
圧密特性，粒度特性，塑性指数，緩み度などの値
ソリッドモデル
実際は，土質断面図を準三次元断面図として作成する

類

分類コード

始点

終点

01-01

ID

土質名

分

Geo-01-01

12.00

18.00

Bg

堤体(礫質土)

01-02

土質名

Geo-01-02

10.00

23.00

Bg

堤体(礫質土)Ｓ第二築堤工事

01-03

土質名

Geo-01-03

11.00

30.00

Bg

堤体(礫質土)Ｎ第二築堤災害復旧工事

02-01

土質名

Geo-02-01

8.00

15.00

Bs

堤体(砂質土)昭和30年以前の旧堤防

03-01

土質名

Geo-03-01

0.00

20.00

Bc

堤体(粘性土)昭和30年以前の旧堤防

04-01

土質名

Geo-04-01

0.00

30.00

Ac1

沖積粘性土

05-01

土質名

Geo-05-01

0.00

30.00

As2

沖積砂質土

06-01

土質名

Geo-06-01

0.00

30.00

Ac2

沖積粘性土

72

土質記号

内

容

工事履歴
Ｔ地区堤防嵩上工事

52

5.6 土工(切土・堤体材料)
形状のイメージ

出典：ニュージェック

斜面切土の三次元地盤モデル例(三角錐モデル)☆切土では，風化の状況に応じた境界面(例，強風化，弱風化，新鮮)を設定する。
☆堤体材料では，コンクリート骨材，(半)透水性材料，コア材(土質材料)といった観点から境界面を設定する。

53

5.6 土工(切土・堤体材料)
三次元地盤モデルの作成目的：土工(切土・堤体材料)
目

CIMの段階的

企画・計画

・三次元視覚化による悲観的地質リスクの明示化
・関係者間協議用の資料，住民説明用の資料の作成

調

査・三次元視覚化による施工対象(切土，堤体材料等)と，地形・地山(地盤・地質)の位置関係の明確化
・堤体材料の種類ごとの賦存量(採取可能量)の把握
・道路斜面の切土量の把握
・地質リスクの三次元把握による設計・施工への提言・助言

施

工・三次元視覚化による施工対象(切土，堤体材料等)と，地形・地山(地盤・地質)の位置関係の明確化による施工性の向上
・地質リスクの把握による施工時の安全確保

切土における悲観的地質リスクの例：
・地形：(活=第四紀)断層(線状模様，走向断層)，崩壊地，地すべり地，など
・地質：崩壊性地盤(地すべり堆積物，崖錐，崩積土，強風化岩)，風化の進行しやすい地盤(泥岩，凝灰岩，固結粘土など)，流れ盤状割れ目，地下水，など

73

54

おわりに
★2年間の研究により，以下についてまとめることができた。
☆三次元地盤モデルの種類の提案(狭義の一次元，準三次元，三次元)☆三次元モデルの基本的なデータモデルの提案☆三次元地盤モデルを作成(推定)方法の例示☆三次元地盤モデルに関する様々な課題点の整理と★同じく，以下を開発することができた。
☆地質調査の電子納品と電子成果品を支援するウェブサイト
☆サーフェスモデルを推定できるウェブサイト
★いずれの成果も，特設のウェブサイトから無料公開中

ご静聴下さりありがとうございました。

74

日本情報地質学会シンポジウム 2016 講演論文集, 75-90, 2016
i-Const./CIM 時代の地形・地質三次元モデリングWeb 版ジオモデラーを使用したサーフェスモデルの推定
中田 文雄*・土屋 彰義*：安藤潤*：坂森 計則*：和田 里絵*

Presumption of 3D Geologic Model using WEB Modeling System
Fumio NAKADA,* Akiyoshi TSUCHIYA*, Jun ANDOH*,
Kazunori SAKAMORI* and Rie WADA** 一般社団法人 全国地質調査業協会連合会 Japan Geotechnical Consultants Association,
1-5-13, Uchikanda, Chiyoda-ku, Tokyo, 101-0047, Japan E-mail: nakadaf@gupi.jp

キーワード：三次元地質モデル，システム開発，ウェブ技術
Key words : Three-dimensional geological model, System development,75

3.CIM 対応三次元地盤モデルの構築を支援するウェブサイト

2★URL：https://geonews.zenchiren.or.jp/cim3d/index.html★開発理念： 誰でも公開用ウェブサイトにアクセスするだけで利用できる。

メインメニュー

3.1 電子納品・電子成果品の二次利用を支援するウェブサイト
3.3 三次元地盤モデル作成支援用ウェブサイト
3.4 三次元地盤モデルのデモサイト★研究報告書・プレゼンテーション等資料閲覧ウェブサイト

3.1 電子納品・電子成果品二次利用支援ウェブサイト

3

サブメニュー

3.1.1 位置座標の読取り・確認処理(パソコン)
3.1.2 位置座標の読取り・確認処理(スマートフォン・タブレット)
3.1.3 地質・土質成果，ボーリング交換用データ 位置座標確認処理
3.1.4 ボーリング交換用データ 位置座標の測地系変換処理
3.1.5 ボーリング交換用データ → メタデータ抽出処理
3.1.6 原位置試験データ・土質試験データ抽出処理
3.1.7 土質試験データシート表示処理76

3.1.1 位置座標の読取り・確認処理(パソコン)

4

主な機能★緯度・経度(度単位，度・分・秒単位，地図メッシュコード・六次)★中心点の標高(国土地理院)，住所(GoogleMaps)★緯度・経度(度，度・分・秒)と住所での地図移動とマーキング★産総研シームレス地質図など，8種類の地図タイルのオーバーレイ機能

3.1.2 位置座標の読取り・確認処理(スマートフォンなど)

単発測定

連続測定

標高と住所検索

主な機能★内蔵のGPSによる位置測定とデータの表示(単発と連続)★地図の中心を測定位置に移動させる機能★その他の機能は，パソコン版とほぼ同じ

地図タイル

77

5

2.5 サーフェスモデル (2)形状データの作成手順 (再掲)6

3.3 三次元地盤モデル作成支援用ウェブサイト

7

三次元地盤モデル＝サーフェスモデル

サブメニュー
3.3.2 (1)地層境界面の形状推定用入力データの作成(入力データ)
3.3.3 (2)地層の論理モデルの作成
3.3.4 (3)標高データの取得
3.3.5 (4)Terramod_BS による地層境界面形状の推定
3.3.6 (5)サーフェスモデルの推定
3.3.7 (6)パネルダイアグラムの推定
3.3.8 (7)三次元可視化処理(Web-GL)
3.3.9 (8)三次元表示用ボーリングモデル(柱状図)の作成
3.3.10 (9)パラメータデータの作成

78

三次元地盤モデルの作成(推定)を支援するウェブサイト

8

ウェブ版OCU GeoModeller
地質技術者が三次元地盤モデルを初めて作成する入門用処理システム★誰でも自由(無料)に利用できる。
★地層の統一凡例と，それに準拠したボーリング交換用データ(XML)を用意すれば，専用のウェブサイトにアクセスするだけで「サーフェスモデル」と「パネルダイアグラム」を推定できる。
注 Terramod_BSのみ，プログラムのダウンロードが必要★推定処理に必要な，全てのパラメータファイルも作成できる。
★サーフェスモデルの形状データのファイル形式は「3D-DXF」。
⇒ 目視確認と再利用が容易。
☆初心者用のため「地層数は10層まで」，地層の論理モデルは「堆積層と侵食・堆積層の2種類のみ」という制限を設けた。
注 論理モデルを自作すればこの制限は無い。

OCU GeoModeller：升本 眞二・野々垣 進・サラウット ニンサワット・岩村 里美・
櫻井健一・生賀 大之・ベンカテッシュ ラガワン・塩野 清治：Web-GISを用いた3次元地質モデル構築システム，情報地質，vol.20，no.2，pp.94-95，2009
注 OCU：Osaka City University（公立大学法人 大阪市立大学）

ウェブ版 OCU GeoModeller を構成するプログラム群(3)メッシュ座標の地形データは，国土地理院のウェブサイトから直接取得できるよう，専用のウエブサイトを開発した。
(4)サーフェスモデルの基となる 地層境界面のメッシュデータは，ボーリングデータからTerramod_BSで推定する。
★地層の論理モデルが違うと，推定結果に不具合が生じるため，手順(2)の判断が最も重要。

799

ウェブ版 OCU GeoModeller を構成するプログラム群
名

称

主

な

機

能

(1)入力データの作成

・ボーリングデータ(XML)から，地層境界面の三次元形状を推定する・ツールに必要な入力データ群を作成する。
・ボーリングの経緯度から直交座標値を計算する機能がある。

(2)地層の論理モデルの作成

・地層境界のサーフェスモデルを作成する際に必要となる論理モデル(堆積，浸食・堆積)
データを作成する。

(3)標高データの取得

・国土地理院のウェブサイトから，(4)で設定するメッシュ座標の標高を自動的に入手する。

(4)地層境界面の推定(Terramod_BS)

・(1)のデータに対して，Bスプライン関数を利用した推定法により，地層境界面の三次元形状を推定する。
・出力は，地層境界面のメッシュ(四角)標高データである。

(5)サーフェスモデルの推定・(4)で得られた地層境界面のメッシュ標高データと，(2)で得られた各境界面の論理モデルからサーフェスモデルを推定し，3D-DXF形式で出力する。

(6)パネルダイアグラムの推定・(4)で得られた地層境界面のメッシュ標高データと，(2)で得られた各境界面の論理モデルからサーフェスモデルを推定し，任意断面のパネルダイアグラム(イメージ)を出力する。

(7)三次元の可視化(WebGL)

・Web-GL技術を利用して(3)と(4)の出力データを三次元で可視化する。
・ボーリングモデルのイメージも合わせて可視化できる。
(現時点で公開準備中)(8)ボーリングモデル(イメージ)の作成

・柱状図を仮想的な三次元円柱として描画し，その外周に貼り付ける柱状図イメージ(png)を作成する。

(9)パラメータデーの作成

・(1)(5)(6)(8)で使用するパラメータファイルを作成する。
・事前に，地層名の統一凡例とカラーコードを決めておく必要がある。

【参考】ボーリングデータからサーフェスモデルへ
統 一 凡 例

ボーリング交換用データ

三次元地質凡例
年代

地層

完
新
世

完
新
統

更
新
世

更
新
統

新第三紀 中新世

地質名

記号

境界面

順序

色

埋土・盛土層

B

b5

S5

侵食面

D9D9D9

上部層

AU

b4

S4

堆積面

FFFF99

火山灰層

AV

b3

S3

堆積面

FF99FF

下部層

AD

b2

S2

堆積面

3399FF

上部砂礫層

DG

b1

S1

初期地表面

339933

上部層

DU

-

-

0066FF

下部層

DD

-

-

009900

軟岩層

R

-

-

996633-は出現せず地層パラメータ<地層岩体区分>タグ★緯度・経度 ⇒平面直角座標系への変換が必要
地層データ群801011【参考】ボーリングデータからサーフェスモデルへ

12

地層境界面の形状推定(ワイヤーフレームモデル)
地層の論理モデル

b5層

b4層

サーフェスモデル

サンプルデータを使用したサーフェスモデルの作成

13

サンプルデータ※n：1～5～8
・bn.txt：「 X，Y，Z，l」形式で保存した地層の上面標高・BEDSample000n.png：ボーリングイメージ
・BEDSample000n.XML：ボーリングデータ
・ChisoHanrei.txt：当該地域の統一凡例とカラーコード・color_tbl.txt：地層の色コードの指定ファイル(パネルダイアグラム)・fs.txt：地層境界面の形状データファイル群の記載ファイル。 S1(基盤層) ⇒ S5(地表面)・logic.txt：地層の論理モデルファイル
・PanelDiagram-X5400.png：X位置5400mのパネルダイアグラム
・Sn.grd 地層境界面の形状を 記載したファイル群
・SurfaceModel.dxf：サーフェスモデルの例
・SurfaceModel.jpg：同上の確認結果※赤字：デフォルトファイル名(変更可)81サンプルデータを使用したサーフェスモデルの作成
ボーリング位置(架空)とモデル作成範囲

14

三次元地盤モデル

S5

S1

実際は地図を使用
統一凡例
年代

完
新
世

更新世

地層

完
新
統

更新統

地質名

記号

地層

境界面

堆積/ 侵食カラーコード

埋土・盛土層Bb5

S5

堆積/ 侵食217,217,217

上部層

AU

b4

S4

堆積

255,255,153

火山灰層

AV

b3

S3

堆積

255,153,255

下部層

AD

b2

S2

堆積

51,153,255

上部砂礫層

DG

b1

S1

堆積

51,153,51

3.3.2 (1)地層境界面の形状推定用入力データの作成(入力データ)15

前提条件(パラメータファイル)☆統一凡例の例：ChisoHanrei.txt
DG,AD,AV,AU,B,4
rgba(51,153,51,1):rgba(51,153,255,1):rgba(255,153,255,1):rgba(255,255,153,1):
rgba(217,217,217,1):
改行なし☆地層境界面の形状データファイル群の例：fs.txt☆地層の論理モデルファイルの例：logic.txt☆地層の色コード指定ファイル(パネルダイアグラム) の例：color_tbl.txt
S1.grd
S2.grd
S3.grd
S4.grd
S5.grd

5,6,S1,S2,S3,S4,S5
b1,-1,0,0,0,-1
b2,1,-1,0,0,-1
b3,1,1,-1,0,-1
b4,1,1,1,-1,-1
b5,1,1,1,1,-1alpha,0,0,0,0,1

0 0 0 01 51 153 51
2 51 153 255
3 255 153 255
4 255 255 153
5 217 217 217
6 255 255 255

fs.txtlogic.txt

color_tbl.txt

82

3.3.2 (1)地層境界面の形状推定用入力データの作成(入力データ)

16☆ボーリングデータの留意点(必須登録データ)<経度_度>133</経度_度><経度_分>33</経度_分><経度_秒>30.4077</経度_秒><緯度_度>33</緯度_度><緯度_分>34</緯度_分><緯度_秒>2.8401</緯度_秒>

必須登録データ★位置情報(緯度・経度・標高)★地層岩体区分<孔口標高>0.4</孔口標高><地層岩体区分><地層岩体区分_上端深度>0.00</地層岩体区分_上端深度><地層岩体区分_下端深度>1.10</地層岩体区分_下端深度><地層岩体区分_地層岩体名>B</地層岩体区分_地層岩体名></地層岩体区分><地層岩体区分><地層岩体区分_上端深度>1.10</地層岩体区分_上端深度><地層岩体区分_下端深度>17.80</地層岩体区分_下端深度><地層岩体区分_地層岩体名>AU</地層岩体区分_地層岩体名></地層岩体区分

3.3.2 (1)地層境界面の形状推定用入力データの作成(入力データ)

ChisoHanrei.txt

BEDSample000n.XML

83

17

3.3.2 (1)地層境界面の形状推定用入力データの作成(入力データ)

18

OCU Geomodeller 用入力データ(Horizon 形式(X，Y，Z，l 形式))の出力

3.3.3 ( 2 )地層の論理モデルの作成

19

チェックで
「侵食面」へ論理モデルは，以下のみ可能。
「侵食面」と「侵食面」☆地表面は，侵食面☆際下境界面は，初期地表面★断層などは非対応。

84

20

3.3.4 ( 3 )標高データの取得★国土地理院の公開API
により，直交座標値 ⇒緯度・経度値の自動計算★標高値の自動取得★出力データ形式は，(4)地層境界面の推定と同一である☆(4)地層境界面の推定と同じメッシュデータが必要☆南西端座標値(m 単位)☆X軸(南北)とY 軸(東西)の間隔(Dx，Dy，いずれもm 単位)☆区分数(Nx，Ny)

21

3.3.4 ( 3 )標高データの取得

留意点
表示データには，
確認しやすいように・側線の開始座標
・区切りは「,」が付加されている。
起点

データの取得方向

85

223.3.5 (4)地層境界面の推定(Terramod_BS)★本プログラムは，当該処理の管理用ウェブページからダウンロードし，Windows PC にコピーして使用する(インストール必要なし)。
★CIM 対応として，・位置データ形式：地層区分(層序)の位置情報(X，Y)と標高情報(Z)・不等式を含む位置データ形式(位置データ＋不等式(l))★原プログラムとは違い，X=縦(南北)，Y=横(東西)に改良した。
⇒平面直角座標系に合わせてある。

23

3.3.5 (4)地層境界面の推定(Terramod_BS)

平面直角座標系に留意

Y=横(東西)X=縦(南北)
No.

Y

X

Z

8

l

6

1,5426.2854,62931.5093,-27.5,02,5521.8685,63006.8672,-27.7,03,5647.3262,62955.3699,-27,0
4,5521.7946,63135.7371,-36.5,05,5699.0645,63068.4111,-36.8,06,5774.7599,63171.5966,-27.5,0
7,5348.4870,63094.0504,-31.1,08,5396.2115,63250.6729,-27.3,09,9e9,9e9,9e9,9

7

1

86

24

3.3.5 (4)地層境界面の推定(Terramod_BS)
境界面の推定に使用するパラメータ
地表面の標高を取得したメッシュと同じ☆始点と終点の各座標値は，パネル
ダイアグラムの推定時に必要なので，別途記録しておくと良い。

コンター描画用のパラメータ設定の説明は省略

X=縦(南北)Y=横(東西)25

3.3.5 (4)地層境界面の推定(Terramod_BS)
推定結果の保存最新版は，小数点3桁に固定★ダンプリストを左90゜回転すると，等値線の向きに一致する。

87

3.3.6 (5)サーフェスモデルの推定

26

3.3.7 (6)パネルダイアグラムの推定

27★サーフェスモデルの作成処理に同じ・論理モデルファイル
・地層境界面ファイル名一覧ファイル
・地層境界面データファイル★主なパラメータ☆断面サイズ幅・高：ピクセルで指定するイメージの大きさ☆断面Z座標最低値・最高値：
標高(m)で指定する断面高。
☆始点・終点座標：以下を参照
Terramod_BSのパラメータ★境界線の有無：有/無から選択★VRMLの出力：有/無から選択

88

28

3.3.8 (7)ボーリングモデル(イメージ)の作成★前提条件
・ボーリング交換用データの「<地層岩体区分>タグ」に，所定の地層情報を入力
・「地層データ(CSV)」が必要

ChisoHanrei.txt

CANVAS上のイメージ

BEDSample000n.XML＊.png

イメージの編集作業

29

3.3.9 (8 )パラメータデータの作成★作成可能データ・ChisoHanrei.txt：当該地域の統一
凡例とカラーコード
・color_tbl.txt：地層の色コードの指定
ファイル(パネルダイアグラム用)・fs.txt：地層境界面の形状データファ
イル群の記載ファイル。
S1(基盤層) ⇒ S5(地表面)・logic.txt：地層の論理モデルファイル

地表面

R，G，B
0～255で指定
平面直角座標系
・系番号( 1 ～19 )基盤層

テキストエディタに
コピ・ペ，保存でもよい

カラーコード確認用

89

地表面データは，地図(イメージ)にする場合
でも，必ず作成のこと。

サンプルデータを使用したサーフェスモデルの作成(実践)30(9)パラメータデータの作成(1)地層境界面の形状推定用入力データの作成(入力データ)(2)地層の論理モデルの作成(3)標高データの取得(4)Terramod_BS による地層境界面形状の推定(5)サーフェスモデルの推定(6)パネルダイアグラムの推定
デモ［(7)三次元可視化処理(Web-GL)］(8)三次元表示用ボーリングモデル(柱状図)の作成

31

おわりに
★簡単な三次元モデルの形状データを作成できる。
⇒ より複雑な地層の論理モデルが必要な場合は，(有料)の専門サーフェスモデラーを利用されたい。
★下流工程を勘案して，最も利用されているファイル
形式(の一つ)での形状データのファイル形式を採用。
★三次元地質モデルの特徴
・地層境界面の形状を忠実に復元するためには，極めて多くのボーリングデータを必要とする。
⇒ 設計に必要な精度を持つモデルの推定は困難。
・三次元地質モデル作成のために，ボーリング箇所などを増やしてくれる保証は無い。
⇒ VRの中に三次元モデルを表示する程度の利用しか望めないだろう。
◆地元説明(建設同意)，議会説明(予算獲得)

90

日本情報地質学会 シンポジウム2016

i-Const./CIM時代の地形・地質三次元モデリング講 演 論 文 集

2016年11月18日 発行
発行

日本情報地質学会〒101-0047 東京都千代田区内神田1-5-13
内神田TKビル3階
特定非営利活動法人 地質情報整備活用機構内
Tel. 03-6689-5353