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測量における i-Construction の取り組み-複数のレーザスキャナを用いた３Ｄ測量パシフィック
コンサルタンツ株式会社
中部交通基盤事業部長
金子雅明

前田建設工業株式会社
愛知道路 CMｒ作業所
統括所長
今坂成史

株式会社計測リサーチコンサルタント
クリエイティブ事業部
取締役事業部長西村正三

愛知県道路公社事業部事業課主任専門員兼主査
脇本勝通

UAV レーザ等による地形測量の概要

はじめに
測量における i-Construction の取り組みを紹介する。設

供用中の自動車専用道路と新設 IC 建設予定地を対象に、

計 CIM が推進される中で正確な 3D 地形データが待望されUAV レーザ測量と MMS 測量および地上レーザ測量を実施る。しかし、山林等における従来のトータルステーション測量した。

（TS 測量）では、経験豊富な測量技術者が地形変曲点毎に(1) UAV レーザ測量測量し、TS の盛替えに労力がかかる、供用中の道路を面的3D 地形測量の手法として、「UAV レーザによるリアルタイに測量するには通行規制が必要など課題が多い。

ム空間情報取得システム」を用いた。本システムは、UAV に本報告では、自動車専用道路に隣接する山林を造成して搭載されたメインシステム（PC）で GNSS/IMU とレーザスキIC を新設する設計に用いる測量として各種のレーザ等によャナの完全自動統合を行い、自動統合された色付き点群をり実施した 3D 測量について報告する。山林部分では参考

無線 LAN により地上の PC へ伝送するシステムである。この

文献 1)に準拠して UAV に搭載したレーザによる測量（UAVシステムは、GNSS/IMU 解析処理後の正確な点群データレーザ測量）を実施し、供用道路部分では MMS（Mobileの取得状況をリアルタイムに確認することができるため、状況Mapping System：高精度 GPS 移動計測装置）を実施した。に応じた柔軟かつ迅速な飛行ルート変更を可能とするほか、UAV レーザ測量では、上空から短時間で広範囲を計測し、欠測に伴う再測の解消により作業時間の短縮等が図られる。

自動フィルタリングにより樹木下の地形データを高密度に取。

得した。また既設構造物の端面などを地上レーザ測量により3D 化することで、従来の TS 測量に比べ有効な測量データになることが実証できた。
事業名：愛知県有料道路運営事業武豊北インターチェンジ（仮称）新設工事
事業主体：愛知県道路公社
業務名：武豊北インターチェンジ（仮称）における３次元地形データ
計測業務
業務目的：３次元計測により３次元地形データを取得し、３次元データの計測精度の確認を行い、実用性を検証。従来手法（TS 測量）と効率性について比較
業務実施者：パシフィックコンサルタンツ株式会社
前田建設工業株式会社
計測作業実施者：株式会社計測リサーチコンサルタント

無線 LAN
メインシステム
IMU
レーザスキャナ

統合済色付き点群

GNSS 補正情報
RTK-GNSS

写真-1

地上 PC で確認

UAV レーザ（リアルタイム空間情報取得システム）(2) MMS 測量
UAV は、墜落リスクの観点から供用中の道路の直上を飛行させることはできず、道路から 45°離れたルートを飛行させる必要がある（図-5 参照）。また今回用いた UAV レーザは、上空斜めからの反射強度が低いアスファルト面のデータ捕捉には弱点があった。そこで平面・縦横断面を面的に走行しながら測量することが可能な MMS で計測することとした。

図-1 武豊北インターチェンジ（仮称）の位置

Journal of Civil Engineering
1

MMS には、パシフィックコンサ
ルタンツ保有のトンネル計測にＵＡＶレーザ測量等の設定方針も対応できる MIMM 車両を用いた。走行ルートは、上下 4 車

ＵＡＶレーザ測量等の作業は、図-3 のプロセスにしたがっ線をそれぞれ走行して測量して実施した。以下では特に留意した点について述べる。

た。

写真-3 MMS 測量（MIMM 車両）(3) 地上レーザ測量（据置・モバイル）①UAV 飛行に課題となる電波塔などの有無を確認した結果、地上レーザ測量は、UAV 飛行ルート外の裸地や UAV レルートとした。②UAV レーザで樹木下の 3D 地形を作成するーザでの欠測が懸念される垂直に構築されたボックスカルバには、均等な点間隔が望ましいため 16 方向のレーザを照ートの翼壁等、上空から測量が困難な箇所での補助とした。

射する Phoenix：AL3-16 を用いることした。また進行・横断UAV レーザと重複する部分では精度を優先して地上レーザ方向の点間隔が同程度となるように飛行高度・速度を設定し測量（据置）により 3D 合成した。モバイルは、見通しが悪く、た。③飛行コース間隔は、データのノイズ低減を考え、各飛GNSS データを捕捉できない箇所で使用した。

行毎に 45°迄のデータを用い、オーバーラップを取るように2D レーザ

範囲内の 2 基の携帯基地局があり、30m の離隔を取る飛行設定した（図-5 参照）。④また景観検討への活用を考え画像カメラも同時に取得し SFM 解析が行える計画とした。

ターゲット
IMU

1．現地調査・飛行計画
・電波塔などの有無確認 ・点密度の向上策検討

ターゲット

２.

3D 地形データ・画像データ取得
地上でリアルタイムにデータを確認

写真-2 据置（左）とモバイル今回用いた 4 種類のレーザスキャナの性能を表-1 に一覧

３.

3D 地形データ作成

・計測データ ・オリジナルデータ ・グランドデータ
・グリッドデータ・等高線データ ・数値地図データにして示す。
表-1 使用レーザスキャナの性能表
種類

機器名称

計測精度

UAV

Phoenix：AL3-16±3cm

30 万点/秒

ＭＭＳ

SICK：LMS511-20100PRO±7mm

2.7 万点/秒

据置FARO：FOCUS 3D±2mm

12 万点/秒

モバイル

KAARTA：Stencil2±3cm

30 万点/秒

４．適用性の検証

放射点数

比較検証：据置・モバイル3Dレーザ

３D 測量は、設計、施工、維持管理に利用可能な情報が得られるか？

i-Construction、CIM(4)各レーザの使用区分を図-2 に示す。

図-3 ＵＡＶレーザ測量等の作業実施フロー
上記で検討した結果を基に、計画したＵＡＶレーザ飛行計画及び調整用基準点の配置計画を図-4 に示す。

図-2 レーザ使用区分

図-4

Journal of Civil Engineering
2UAV レーザの飛行計画及び調整用基準点配置

ＵＡＶの飛行ルートなど測量諸元（高度、速度、計測点密度）の設定方針を表-2、図-5 にまとめて示す。

⼭林部における点密度サンプリング箇所

・高度：対地 40m。ただし、山林部計測においては、地表面データ収集のため一部で 30m 程度としている。
・飛行計測速度：4m/sec。
・点密度：フィルタリング処理前のオリジナルデータの点密
平地部における点密度サンプリング箇所

度は、100 点以上/㎡とした。
表-2 各飛行ルートの設定の方針
飛行対地高度飛行速度
LS 拡散角
スキャン・レーザ発光回数
有効計測角 計測幅
コース間隔
計測密度（進行、横断方向）

グランドデータの点密度計測箇所

30～40m （As 反射：30～40m）
4m/sec3mrad
10 回転/sec
300,000 回数
45 度
60～80m30～40m
10cm×10cm

図-6 UAV レーザ測量における点密度サンプリング箇所（a)山地部(b)平地部

図-7 測量した点密度

ＵＡＶレーザ測量他の精度検証（１）ＵＡＶレーザ測量の精度検証
現行の公共測量作業規程には、UAV レーザに関する規定はないが、17 条に「（機器等及び作業方法に関する特例）」があり、本業務では、3D 点群を生成するまでのアプロ
図-5 各飛行ルートの設定方針のイメージ

ーチを航空レーザと同様の GNSS/IMU、レーザとした。また調整用基準点の設置数、IMU の安定化にも十分熟知して計測を実施した結果、地図情報レベル 500 を満足するもの

ＵＡＶレーザ測量の計測結果である。調整用基準点は、反射強度を得るため白色に塗装した木製標識（90cm×90cm）を 5 点設置。調整用基準点のUAV レーザで計 14 フライト計測した。以下では風環境における飛行の安全性確保、リスク回避のための安全対策、取計測（座標付与）は、既設 4 級基準点から TS 測量により行った。

得データの点密度について述べる。
（１）風の影響等飛行上の問題の有無と対策
風の影響は大きく、10m/sec 以上の風がある場合は原則飛行させない。風速計を使い、風がないタイミングを図る。上空では、機体の挙動に常に留意する必要がある。
（２）安全対策
本計測前にルート、速度、高度等の確認のため、小型図-8 調整用基準点標識の実物写真と点群取得状況

UAV（Phantom4Pro）を用いて同ルートにて確認飛行を行調整用基準点における点検は、UAV レーザの標識天端い、本計測の際の微調整ができるようにした。

上で得られた点群データのうち標高データの平均値を、水（3）取得データの点密度

平位置は標識天端中心あるいは天端角の座標値を、TS 測

フィルタリング処理後のグラウンドデータの点密度は、場所量で得た値と比較することにより行った。コース間較差、調整により粗密はあるが、概ね平地部で 15 点/㎡、山林部で 2 点

用基準点における較差は、いずれも許容値（コース間較差/㎡程度の点群を取得した。

3cm、調整用基準点の較差 5cm）内に収まっている。また、
TS 測量との誤差は、計測断面によってずれはあるが概ねJournal of Civil Engineering
33cm～6ｃｍ程度である。TS 測量と MMS 測量との誤差は大

従来の TS 測量との比較についてきいところで 3cm 程度であった。今回の測量では、UAV レーザ、MMS は、国土地理院が管理している電子基準点を基準にした公共座標系に変換された点群データである。ま従来の TS 測量と UAV レーザ測量等との比較を表-4 にたモバイル 3D レーザは、写真-2 に示すように GNSS を必要示す。前者の工数・直接費は測量業務積算基準における現とせず、レーザ点群・IMU・カメラのデータを統合処理し、自己位置推定を行い自動合成する SLAM 技術による相対測地測量（S=1/500）の標準歩掛を用いて算出し、後者は実工数及び実費用から算出した。実際の現地作業で言えば、TS位の後、ターゲット基準を用いて公共座標に変換した。その後それぞれの誤差分を補正して 3D 合成させている。

測量が約 1.5 ヶ月要したのに比較して UAV レーザ測量等は4 日程度であり、現場負担ははるかに軽減できるが、トータル（２）樹木部分の UAV レーザ測量成果
樹木部分の UAV 測量成果については、図-9 に示すようコストは同程度となった。
表-4 工数等の比較（0.1ｋ㎡当り）に地表面と草木の先端の両方のデータが密な点群データとTS 測量

UAV レーザ測量等して捕捉されており、従来のＴＳ測量では作図できない部分

外業工数

23.74.0を表現できていることが評価できる。

内業工数

11.412.0

樹木工数計

35.1

16.0

直接費

1,145,000 円※1

1,048,000 円※2※1 機械経費、通信運搬費、材料費、精度管理費を含む。
※2 機器損料、ソフトウェア使用料を含む。
※3 TS 測量の地域区分は平地/耕地とし、変化率は 0 としている。

地表面

図-9 UAV レーザ取得の点群（樹木部分）

おわりに（３）地上レーザ測量（据置とモバイル）
据置とモバイルの計測精度の違いの評価は、ボックスカルバートの計測結果を用いた。据置による取得点群を基準とし、モバイルの取得点群を BOX 両端部４箇所に設置した標定点を用いて合成し、両者の差を比べた。モバイル（KAARTA
Stencil2）の測定精度は±3cm であり、取得点群はある程度の厚み（ばらつき）を持つが、BOX の形状自体は据置による取得点群と概ね合致している。切り出した縦横断面における測定精度（公称）
現場計測時間データ処理時間

モバイル±2mm
30min2hour（合成・座標付与）

±3cm
5min
20min
（座標付与）

有効であること、一方地上レーザ測量（据置、モバイル）
が、UAV の苦手な垂直面計測や見通しの効かない狭所部分に便利なことが実証できた。また、UAV 墜落のリスクや上空制限のある道路面での高精度なデータ取得がった。すべての地形情報を従来の TS 等による実測手法

据置とモバイルの比較
据置方で今回のような樹木の多い場所での点群取得に非常に必要な箇所については MMS が有効であることが分か据置による取得点群との差は、20mm 程度であった。
表-3

UAV レーザ測量は、強風制限や墜落リスクを抱える一で行えば、設計上の要求精度は満たすことになるが、しかしコスト面の課題があるため、例えば今回紹介したモバイル 3D レーザなど高精度でなくてもよい地形測量手法の棲み分けが今後必要になると考える。

なお、モバイル 3D レーザ（KAARTA Stencil2）について
は、今回の計測では比較的良い結果が得られ、地形測量には十分な精度を有しているものと考えるが、特徴変化の少ない構造物が連続した場合、自己位置推定に誤差が生じ、デ《参考文献》
1) 公共測量 作業規程の準則 第 3 編 第 8 章 航空レーザ測量（国土交通省、平成 28 年 3 月 31 日改正）
2) 移動計測車両による測量システムを用いる数値地形図データ作成マニュアル（案）,国土交通省国土地理ータにズレが生じることがあるので注意が必要である。

院,平成 24 年 5 月
3) 地上レーザスキャナを用いた公共測量マニュアル（案）、国土交通省国土地理院、平成 29 年３月

点群の差 20mm4) 無人航空機搭載型レーザスキャナを用いた出来形管理要領（土工編）（案）,国土交通省,平成 29 年 3 月
5)

赤色：据置型
水色：モバイル型

図-10

UAV を用いた公共測量マニュアル（案）国土交通省国土地理院、平成 29 年 3 月

6) 公共測量における UAV の使用に関する安全基準（案）

据置点群（左）とボックスカルバート隅角の点群比較

国土交通省国土地理院、平成 28 年 3 月

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