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令和４年度砂防学会研究発表会概要集

砂防分野の BIM/CIM における各種レーザ計測手法の活用性について
国土交通省 中部地方整備局 越美山系砂防事務所 丹羽俊一＊1，土屋郁夫＊2，浅野里奈，浅野雅博＊3
アジア航測株式会社 梅村裕也，○大橋一智，井上(香月)敦，恩藤(湯川)典子，小澤弘典，濵田尚志株式会社三栄コンサルタント 西尾恭輔

1，はじめに
今後の公共工事においては原則 BIM/CIM を活用する必要があることから、航空レーザ測量等で得られた三次元測量成果を効果的に活用していく必要がある。
一方で、詳細設計等にあたっては、既設構造物等の詳細な地形情報も必要となることから、航空レーザ測量だけでは把握できない可能性がある。
ここでは、航空レーザ測量のほかに、高密度点群データの取得が可能な地上レーザ計測、SLAM 計測による三次元測量を実施し、各測量手法で取得した地形データの BIM/CIM への活用性について検証した。

図1

ｸﾞﾗｳﾝﾄﾞﾃﾞｰﾀから作成した LandXML2，航空レーザ測量成果の適用項目「BIM/CIM 活用ガイドライン（案）」の「測量成果（3 次元データ）作成指針」では、砂防分野の測量段階で作成する 3 次元データとして、①UAV 等を用いた公共測量（砂防土工）、②砂防施設配置計画用測量、③砂防構造物設計用測量の 3 段階の測量を設定している。
①②③の各段階の必要条件に対し、航空レーザ測量データはいずれの測量段階においても求められる点密度を満たしており活用可能と判断できる。しかしながら、③砂防構造物設計用測量において実際に設計に用いる際には、構造物を設計上のコントロールとすることが想定されるため、航空レーザ測量成果からの構造物の表現性も検証した。
3，航空レーザ測量成果からの CIM モデル（地形モデル）の作成および課題
航空レーザ計測データより作成した CIM モデル（地形モデル）の活用性および課題を整理するために、地形データ（DEM、グラウンドデータ）および作成範囲が異なる LandXML 形式の地形モデルを作成した。
LandXML 作成に活用したデータ種別、モデル作成範
囲およびその点群数を整理した（表１）。ここで、モデル作成範囲は CAD 作業の汎用性を考えて 1/2500 図郭、A1 サイズ（1/500、1/1000）とした。1/2500 図郭範囲に対し DEM(1m)より LandXML データを作成した場合、300 万点の点群データより作成することとなることから、データ容量が大きくなる。
表 1 図郭サイズと点群数の比較
種類

データ

サイズ

点群点数

1/2500 図郭DEM(1m)2000×1500m

3,000,000 点

A1(1/500)

ｸﾞﾗｳﾝﾄﾞﾃﾞｰﾀ

420×297m

1,037,984 点

A1(1/1000)

DEM(1m)841×594m

499,554 点－ 373 －

図 2 DEM ﾃﾞｰﾀから作成した LandXML
これらを比較した結果、いずれも LandXML が作成可能であり、地形形状については十分な表現性がある。
しかしながら、作成範囲が大きすぎるとファイルサイズが大きくなることから、地形モデル作成にあたっては利用スケールに応じて、作成範囲を適切に設定する必要がある。一方で、既設構造物のエッジ表現が不十分であった(表 2)。そのため、既設構造物等を設計上のコントロールとしてセンチ単位のスケールで表現する必要がある場合には、より詳細な測量手法等で取得した 3 次元データで CIM モデルを作成することが必要である。
表 2 作成した LandXML の状況
種類

LandXML
ﾌｧｲﾙｻｲｽﾞ

地形1/2500
図郭416,972KB

確認できる

A1(1/500)

144,270KB

DEM よ り 詳
細に確認できる

A1(1/1000)

69,433KB

確認できる

構造物
大型の構造物であれば、大まかな形状が確認できる
DEM から作成したもの
より詳細に確認できる
が、エッジは不鮮明
大型の構造物であれば、大まかな形状が確認できる

4，地上レーザ測量成果からの CIM モデル（点群構造物モデル）作成および課題既設構造物のエッジなどが把握できる、より詳細な CIM モデル（点群構造物モデル）を作成するために、地上レーザ測量の活用性を検討した。ここでは、通常の地上レーザスキャナ計測によるものと、SLAM 計測の 2 種類の方法で実施し、それぞれの手法で取得したデータ特性等について比較した。
4.1，計測方法①地上レーザ計測
GNSS 測量機によるスタティック法およびトータルステーションにて基準点を設置したうえで、地上レーザスキャナ(ニコン・トリンブル SX10)を使用し、計測範囲が網羅されるようスキャン範囲や測定密度などの設定を行い観測した。
②SLAM 計測
SLAM とは、自己位置推定と点群データ取得を同時に行うものであり、ハンディ型のレーザースキャナ(emesent HOVER MAP)を使用し、GPS の測位や方位センサーを使うことなく地形や構造物形状の 3D スキャンを実施した。
地上レーザ計測

SLAM 計測

図 3 計測状況
4.2，点群構造物モデル作成
地上レーザ計測および SLAM 計測時に各点の RGBを同時に取得し、地物が判別しやすい鮮明な色付き点群の点群構造物モデルを作成した(図 4、図 5)。またこ
れらの高密度点群を用いることで、ポリゴンによる構造物モデルを作成することも可能である。

5，まとめ
砂防構造物設計の測量段階で作成する 3 次元データの測量手法と作業性・活用性について比較検証結果をとりまとめた。
①地表面
 航空レーザ測量成果で地表面表示が可能である
 作業性を考慮すると、データ作成範囲は設計に必要な範囲に絞り込むことが望ましい
 DEM、グラウンドデータ共に表現可能であるが、点群密度の高いグラウンドデータを使用することが望ましい②構造物
 航空レーザ測量より地上レーザ測量成果の方が精度のよいモデルが作成できる
 地上レーザ測量は、データ取得対象物の特徴や、周辺地形、求められる精度等を考慮して、地上レーザ計測と SLAM 計測を選択することで効率化を図ることが可能である
 点群の構造物モデルよりも、構造物オブジェクトをポリゴン・ソリッドで作成することで、地表面モデルとの重複部分の削除作業の時間短縮が可能である

6，

今後の課題

CIM データの活用は、今後原則適用となっていくた
め、CIM データ活用への対応を進めていくことは喫緊の課題である。現在は、各段階において試行錯誤しつつ推進しているが、より効率的・効果的でかつ調査・設計から施工・維持管理まで統一的に活用できるデータ作成に努めていく必要がある。

図 4 地上レーザ計測点群構造物モデル

図 5 SLAM 計測点群構造物モデル
以上より把握した地上レーザ計測と SLAM 計測の特徴をとりまとめた(表 3)。

参考文献 ）
・BIM/CIM 活用ガイドライン（案）共通編 令和 3 年
3 月 国土交通省
・BIM/CIM 活用ガイドライン（案）第 3 編 砂防及び地すべり対策編 令和 3 年 3 月 国土交通省

表 3 地上レーザ計測と SLAM 計測の特徴
項目
点群密度

点群精度

作業時間

死角
安全性

地上レーザ計測

SLAM計測計測する基準点数によるが、十分な点群密度を取得できる。
計測に時間をかければ、十分な点群密度を取得できる（今回取得点数：157,972,375点）（今回取得点数：88,634,653点）
基準点測量から、座標を取得しているので、点群1点1 点が平面標識等で、既知点を明らかにしたうえで、取得した任意座標に、平面直角直角座標系の座標で管理されているため、SLAM 計測と比較し座標に関連付けるため、地上レーザ計測よりも劣る。て精度が高い。
（今回基準点：スタティック法）（今回基準点：対空標識）
対象構造物が複雑な場合や、 植生でレーザー到達範囲が限ら 計測作業者が、徒歩で移動しながら計測するのみなので、作業時間は短れる場合は、基準点を増やす必要があり、時間を要する。
い。
（今回作業時間：基準点含め11時間）（今回作業時間：標識含め1.5時間）
設置点が固定されているために、計測対象とする構造物との間計測作業者が、計測対象範囲内を計測漏れがないように徒歩で移動しなに植生や他の構造物がある場合は、レーザーが到達せず死角がら計測するため、死角が発生しにくい。
が発生しやすい。
機材重量があるため、急峻な地形では、設置場所までの運搬 移動しながらの計測となるため、移動ルートの安全確認が必要となる。
で転倒しないよう注意を要する。
なおレーザー計測可能範囲は地上レーザ計測と同等である。

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