3D測量とは？3D測量にはどんな手法がある？手法選定のポイントやメリットを解説！

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建設現場に欠かせない測量技術は年々進歩しています。今回は、測量技術の中でもデジタル技術を駆使した3D測量（3次元測量）技術にスポットを当てました。3D測量とはどのような技術なのでしょうか。この記事では、3D測量手法の概要から進歩の歴史。3D測量j手法の種類や選定のポイントについて解説します。3D測量のメリットなどにも言及しますので導入を検討されている方は参考にしてください。

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3D測量とは

3D測量とは、3次元計測の技術を用いて寸法測定する測量方法です。地形や構造物の奥行き・高さ・幅の3次元位置情報を点（座標）で取得して立体的に表示し、それぞれの点と点の間の寸法を測定します。また、取得した点にRGBの色情報を付け加えることで視覚的には立体映像のように見えるため、自由な視点から確認できます。

3D測量の歴史

測量の基礎となった三角測量法は1617年にエジプトで開発されました。その後、かなりの年月が経って角度と距離を同時に計測できる測量機器「トータルステーション」が登場します。日本では1980年頃から普及しました。3D計測器（レーザースキャナ）が日本に紹介されたのは1998年頃です。当初、海外で原子力発電所向けに開発されました。そして、2008年には国内初となるレーザースキャナが販売されています。ドローンが測定に導入されたのは2016年です。

2022年には国土交通省が「3次元測量技術を用いた出来高管理要綱」の改訂版を策定し、3次元測量は建設土木業界で定番の技術となりました。

3D測量における3つのメリット

この項目では、3D測量を導入することのメリットについて説明します。3D測量では非接触で測定できデジタルデータとしての保存が可能です。それらの特徴から考えられるメリットは次の3点です。

対象物から離れていても測量ができる
地形や形状が複雑な場所でも測量できる
少人数で測量できる

以下、詳細に説明します。

対象物から離れていても測量ができる

3D測量を導入することで得られるメリットとして、測量する対象物から離れたところから測定できる点があります。土木建築などの現場で、測量対象物が高い所にあったり周辺が危険を伴う場合は測量が困難です。3D測量手法の中にはドローンを用いるものもあり、どんな場所でも対象物から離れて測量できます。安全第一の現場において離れて測量できることは大きなメリットです。

地形が複雑な場所でも測量できる

3D測量技術を活用すれば、複雑な地形や人が入りにくい狭くて入り組んだ場所でも測量が可能です。掘削現場の入り組んだ地表面の測量や、人が入れないような立ち並ぶビルの隙間などでも力を発揮します。

人が踏み込んだことのない未開の地をならして開拓する工事など、従来では測量できなかった場所でデータ取得できるのは大きなメリットです。

少人数で測量が完了する

従来の測量では作業者が測量地点まで機材を持ち運んで作業する必要があり、作業を効率的に行うためには複数で作業することが必要でした。

3D測量を導入すると同じ作業でも工程が省人化できます。また、危険な個所に入り込んで作業することもないので安全性や作業効率の向上も可能です。3D測量を導入すれば、時間短縮や省人化によって安全面も含めた効率改善が期待できます。

Zenmuse L2（ゼンミューズエル2）はDJI社製の測量用ドローンレーザー機です。飛行ルートの自動生成や測量の際の離陸から着陸も自動でできるため、誰でも操作しやすいのが特徴です。また、出来形測量の要求精度を満たす高精度を誇るだけでなく、従来のドローンと比較してコストも10分の1と安価に導入できるのも魅力です。

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3D測量の8つの手法

3D測量には様々な手法があります。この項目では代表的な3D測量手法を紹介します。ここで取り上げる手法は以下の8つです。

地上レーザー測量
UAV写真点群測量
UAVレーザー測量
車載写真レーザー測量
航空レーザー測量
空中写真測量
衛星画像測量
マルチビーム測深

以下、詳細に説明します。

地上レーザー測量

地上レーザ―測量は、パルス式のレーザースキャナを用いて対象物の3次元点群データを取得する測量方法です。主に地上に機器を設置して測量するため安定性があり、対象物との距離も比較的近いので精度の高いデータが取得できます。

点群データを使って断面図や横断図の作成も可能です。ただし、測定ポイント毎に機器設置の段取りが必要になるので準備に時間を要します。

UAV写真点群測量

UAVとは無人航空機の略称で、遠隔操作やプログラムされた自律制御で飛行を行うドローンを指します。UAV写真点群測量は、ドローンで撮影した数値写真から3次元点群を抽出しデジタル処理により3次元形状を復元して計測する測量手法です。人が立ち入ることができない地形や広大な地形の測量に適しているほか、社会インフラ（橋梁）や災害によって崩壊した地域の調査などでも利用されます。気象条件に影響されやすいことや、草木があると正確な標高が測れないなどがデメリットです。

UAVレーザー測量

UAVレーザー測量はUAV（無人航空機）を利用してレーザー計測を行う測量手法です。レーザー照射で広大な地形などをトレースするため、草木や森に覆われている場合でも隙間から照射でき正確な計測ができます。局所的な計測が得意で地面からの高度も低いため高密度な点群データが取得でき精細な計測が可能です。ただし、航空法などに遵守しなければならないため使用できない地域があります。

車載写真レーザー測量

車載写真レーザー測量は、車両にレーザースキャナと360度全方位カメラを搭載してデータを取得する測量手法です。レーザーや全方位カメラを走行距離計や位置情報データと連動させることで高精度の測量ができます。車両を使用するので自走できれば道路や道路周辺、トンネル内部の3次元計測が可能です。ただし、山間部など位置情報取得が難しい地域では思うようにデータが取得できません。

航空レーザー測量

航空レーザー測量は、UAVとは異なり有人航空機にレーザースキャナやカメラなどを搭載して上空から面的に点群データや写真データを取得する測量手法です。レーザースキャナなどを位置情報受信機やIMU（航空機の姿勢や加速度を計測する装置)と連動させれば、数百ヘクタール規模の広範囲のデータ取得が可能です。ただし、地上付近で測量する手法に比べるとデータ精度が低い難点があります。

空中写真測量

空中写真測量とは、航空機に搭載したカメラで上空から撮影した空中写真を利用して3次元計測をするものです。UAVで撮影した写真を利用することもあります。上空から人の立ち入れない地域のデータ取得や広範囲にわたる計測が可能です。航空機には位置情報受信機やIMUも搭載されていて、写真の中心位置と航空機の姿勢を連動させて3次元計測を行います。

衛星画像処理

衛星画像処理は写真測量の1つです。人工衛星のセンサーで取得したデジタルデータをひずみの無いオルソ画像に処理すれば3次元計測に活用できます。衛星画像処理では地上600キロメートル以上の高度から、航空機で撮影できない広範囲の情報取得が可能です。ただし、軌道外のデータが取れないことやデータ取得に時間がかかるなどのデメリットもあります。

マルチビーム測深

マルチビーム測深はマルチビームの音響測深によって海底や川底などの地形を3次元計測する測量手法です。測量船の船底に音波を送受信する装置を取り付け、水底に向けて扇状に発射した音波の反響によって水底の地形を計測します。複雑な水中地形でも面的に正確な計測が可能です。扇状の音波は深さによって3種類あり、数メートルの浅瀬から数千メートルの深海まで網羅できます。

３D測量の手法の選び方のポイント

ここまでは3D測量手法の概要や種類について説明してきました。ここからは実際に導入する際に考慮すべき手法選定のポイントについて解説します。ここで取り上げるポイントは以下の4点です。

長所と短所を見極める
現場の状況に適した手法を選ぶ
コストについては総合的に判断する
測量技術の進歩をリサーチする

以下詳細に説明します。

長所と短所を見極める

測量手法や測量機器にはそれぞれ長所と短所があります。UAVレーザー測量と航空レーザー測量でもわかるように、航空レーザーで高所から計測すれば広範囲のデータが取れますがデータ精度はUAVレーザーに劣ります。自社で3D測量を導入する際は測量手法のメリットだけを見るのではなく、デメリットにも目を向けてリスクを受け入れるかリスクヘッジするなどの対応も十分考慮しましょう。

現場の状況に適した手法を選ぶ

3D測量を導入する際は、どのような現場で活用するかも重要なポイントです。狭い現場に有人航空機を飛ばすのは効率的ではありません。また、写真に写り込んだ情報を解析する写真測量に対してレーザー測量はレーザー光線の反射による情報を活用します。得られる情報が異なるため「どのような情報が欲しいか」も十分考えて測量手法を選ぶべきです。

コストについては総合的に判断する

3D測量は各測量手法を活用して蓄積したデータを解析するまでが一連の流れです。自社に3D測量を導入する場合は、測量機器に加えてデータ解析ソフトが必要になる場合もあります。また、解析するには専門的な知識が必要なので専門家に外注する人件費も発生するでしょう。コストを吟味する場合はデータ解析まで含めた総合的な判断が必要です。

測量技術の進歩をリサーチする

3D測量の技術分野は日進月歩で技術開発が進んでいます。3D測量の導入を検討するときには新製品状況のリサーチが必須です。定期的に新製品をチェックしたり、気になった場合は説明会に参加するなどして情報を収集しましょう。デメリットが改善されてより効率的で優良な製品が見つかるかもしれません。導入の際には技術進歩のリサーチが重要です。

3D測量を取り入れて業務の効率化を図る

光を利用した光波測距儀が主流だった測量技術も、今ではレーザースキャナなどを活用した3D測量が主流になってきました。3D測量では人が立ち入れない箇所の計測や複雑な地形にも対応できます。また、従来複数人数で対応していた作業が少人数でできるなど効率の良い作業が可能です。2016年度から国土交通省が導入したi-Constructionでも、土木建築現場での3D測量の導入を推奨しています。今後は、業務効率の改善に向けて3D測量がさらに浸透していくでしょう。

【まとめ】3D測量を積極的に導入して業務の効率化を図ろう

3D測量はレーザースキャナなどを活用して3次元計測を可能にした測量手法です。対象物から離れた場所から複雑な地形でも測量できるなどのメリットの他、省人化による作業効率の改善も見込まれます。測量手法は用途に合わせて様々です。自社で導入する際は、現場の状況や用途、トータルコストを見極めて最適な測量手法を選定しましょう。

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