衛星測位が可能にする3Dスキャンの革新：現場DXの新常識

建設・土木分野でデジタルトランスフォーメーション（DX）が加速する中、3Dスキャン技術は現場の「今」をデジタルデータとして記録・共有できる画期的な手法として注目されています。従来は専門機器や高度なスキルが必要だった3D計測が、近年の技術革新によって飛躍的に身近なものになりつつあります。その中でも特に注目すべきが、衛星測位（RTKやネットワークRTK、準天頂衛星システムのCLASなど）の進歩が可能にした新しい3Dスキャン手法です。衛星から得られるセンチメートル級の高精度位置情報を活用することで、現場DXの新常識とも言える革新的な計測が実現しています。

本記事では、3Dスキャン技術と現場DXへの影響について、技術的背景から応用事例、得られる成果、そして将来展望に至るまで専門的に解説します。さらに、スマートフォンと衛星測位を組み合わせて高精度な点群データを取得し、出来形管理や施工支援に活用する先進的なソリューション「LRTK」を例に、その具体的な活用方法と手順をご紹介します。これからの建設現場における計測・管理の新常識を紐解き、DX時代に求められる知見を深めていきましょう。

3Dスキャン技術と現場DXの現状

まず、3Dスキャンとはレーザースキャナーや写真測量などによって現場の形状を三次元の点群データとして取得する技術です。例えば地形や構造物をスキャンすれば、無数の測点から成る精密な3Dモデルが得られます。このモデルは、設計図やBIM/CIMモデルと重ね合わせて比較したり、断面図の作成や体積計算に利用したりできるため、測量や施工管理の分野で重要性が高まっています。

しかし従来の3Dスキャンには課題もありました。大型の3Dレーザースキャナーを三脚に据えて測定したり、ドローンを飛ばして写真測量を行ったりするには高価な機材と専門知識が必要で、データ処理や座標合わせにも手間がかかりました。せっかく得た点群も、基準点との位置合わせ（ジオレファレンス）が不十分だと、設計図との比較やGIS地図へのプロットに手間取ることもありました。現場DXが叫ばれる中、多くの実務者は「もっと手軽に、正確な位置情報付きの3Dスキャンができないか」と感じていたのです。

そのニーズに応えるべく登場したのが、衛星測位の活用による3Dスキャンという新たなアプローチです。次章では、この鍵となる衛星測位技術（RTK、ネットワークRTK、CLAS）の進歩と特徴を整理し、なぜそれが3Dスキャンに革命をもたらすのかを見ていきます。

衛星測位技術の進歩：RTK・ネットワークRTK・CLAS

人工衛星を利用した測位技術（GPSやGLONASSなどのGNSS）は、今や測量や機械制御に欠かせない基盤技術です。従来の単独測位（スタンドアロンGPS）では誤差が数メートル程度発生し、建設現場で求められる精度には不十分でした。しかし、リアルタイムキネマティック（RTK）と呼ばれる手法の登場により、衛星測位は飛躍的に高精度化しました。RTKでは既知点に置いた基地局と移動局（ローバー）の間で測位誤差を補正することで、センチメートル級の位置精度をリアルタイムに得ることができます。

さらに発展したネットワークRTKでは、国や民間が整備した複数の基準局ネットワーク（電子基準点など）からインターネット経由で補正情報を取得できます。これにより、ユーザ自身が基地局を設置せずとも広範囲でcm精度測位が可能となりました。日本では電子基準点網を利用した補正情報提供サービスや、VRS方式によるネットワークRTKサービスが普及しており、多くの測量機器や重機のマシンガイダンスで活用されています。

そして近年、日本独自の取り組みとして注目されているのが、準天頂衛星システム（QZSS）によるCLAS（センチメータ級測位補強サービス）です。CLAS対応の受信機を用いると、通信圏外の山間部などでも準天頂衛星から直接、高精度な補強信号を受け取ることができます。2020年代に入り、このCLASに対応した小型GNSS受信デバイスが登場したことで、携帯電話の電波に頼らずにcm級測位を行える環境が整いつつあります。

これら衛星測位技術の進歩によって、測位の高精度化・容易化・ポータブル化が一気に進みました。重量数キログラムの測量機や高価なGNSSアンテナがなくとも、今や手のひらサイズの受信機とモバイル端末で、高精度な位置情報が手に入る時代となっています。このことが、次に述べる3Dスキャンの革新に直結していきます。

衛星測位×3Dスキャンがもたらす革新

高精度な衛星測位と3Dスキャン技術の融合は、現場計測に大きな革新をもたらしました。一言で言えば、「位置情報付きの3Dスキャンデータを即座に取得できる」ようになったのです。具体的には、測位誤差±数cmのGNSS受信機と、LiDARスキャナーや高性能カメラを備えた端末を組み合わせることで、各点に絶対座標（緯度・経度・標高）が付与された点群データをその場で取得できます。

これは従来手法と比べて飛躍的な効率化です。例えば以前であれば、レーザースキャナーで取得した点群と現場の測量座標系を紐付けるために、ターゲットと呼ばれる標識を複数設置して位置合わせを行う必要がありました。また、スキャン後にオフィスで基準点との統合処理をする手間も発生していました。衛星測位×3Dスキャンでは、取得と同時に点群が地理座標系に載った状態になるため、後処理の負担が大幅に軽減されます。

現場で得られた絶対座標付き点群は、そのまま設計データや地形図と照合でき、即座に出来形のチェックや進捗管理に役立てることができます。例えば道路工事の切土・盛土量を、その場でスキャンした地形点群から自動計算したり、橋梁の施工誤差を直ちに検出したりといったことが容易になります。また、データはデジタル化されているためクラウド経由で瞬時に共有可能で、遠隔地の上司や発注者ともリアルタイムに現場状況を把握できるようになります。これはまさに現場DXの理想形であり、「誰でも・どこでも・すぐに」精密な3D計測が行えるという新常識が生まれつつあるのです。

実際、最新のソリューションでは「まるで動画撮影をするようにスマホを片手に現場を歩くだけで、数百メートルにおよぶ範囲の点群を短時間で取得できる」例も報告されています。たとえば全長100mほどの法面（のりめん）であっても、1分程度スマートフォンを動かしながら歩き回るだけで、その凹凸まで鮮明に記録した点群モデルを取得可能です。しかも得られた点群データの各点には衛星測位による正確な座標が付与されているため、取得直後から設計図面や既存の測量座標と合致した形で扱えます。これまで専門測量班に任せきりだった3次元計測が、現場の技術者自ら手軽に行えるようになった意義は非常に大きいと言えるでしょう。

スマホで実現する高精度3Dスキャン：LRTKの登場

上記の革新を体現する代表的なソリューションが、レフィクシア社の提供するLRTKです。LRTK（エルアールティーケー）は、iPhone等のスマートフォンに取り付け可能な超小型のRTK-GNSS受信機と専用アプリから構成され、これ一台で「センチメートル精度の測位＋3Dスキャン＋クラウド共有」を実現する次世代の測量ツールです。

このデバイスをスマホに装着しアプリを起動するだけで、普段使っているiPhoneが万能測量機に早変わりします。重量はわずか数百グラム程度（受信機本体は約125g）と軽量でポケットに収まるサイズのため、現場を歩き回る際も負担になりません。専用の伸縮ポール（一脚）を使えば、地面の高さにスマホを安定してかざして測る単点測位も容易に行えますし、手持ちのまま周囲をスキャンすれば高精度点群の取得が可能です。内蔵バッテリーで長時間稼働し、Bluetooth接続によりスマホとワイヤレス連携するため、ケーブルの煩わしさもありません。

LRTKアプリには、建設現場で役立つ様々な機能がオールインワンで搭載されています。主な機能を挙げると:

• 高精度単点測位: 測りたい地点にスマホをかざしてボタンを押すだけで、その地点の緯度・経度・標高をcm精度で記録します。測位データには時刻や測位状態も自動記録され、平面直角座標系やジオイド高への換算も即座に行われます。現場で紙に記録する必要がなく、測点のメモや写真も一括で管理できます。

• 3D点群スキャン: LiDARセンサー搭載のiPhoneで周囲を走査し、構造物や地形の点群データを取得します。各点にはリアルタイムにGNSS由来の絶対座標が付与されるため、取得した3Dモデルは最初から世界測地系座標に位置づけられます。広範囲をスキャンする際はスマホを持って歩き回るだけでよく、専門的なスキャナ操作は不要です。

• 出来形管理・施工支援: 測位・スキャンしたデータはその場でクラウドにアップロード可能で、オフィスのPCから即時に確認できます。取得した点群から自動で断面図を作成したり、盛土・掘削の体積を算出したりも可能です。また、設計図や3Dモデルをアプリに取り込んでおけば、現場でAR表示して完成形との照合や、杭打ち・墨出し作業の支援に活用できます。測量結果をもとにした距離・面積計測や写真付き報告書の作成など、施工管理に必要な機能も一通り揃っています。

これらの機能を1台のスマホとLRTKデバイスだけでこなせてしまう点が、現場の常識を覆すポイントです。従来はトータルステーションやレベル、3Dスキャナ、GPS受信機と用途ごとに別々の機材が必要でしたが、LRTKならそれらの役割を統合し、誰でも持ち歩ける一台に凝縮しています。価格も従来の測量機器に比べて抑えられており、「1人1台」を現実的なものにしました。現場の作業員が各自このツールを携行し、必要なときにサッと測ってデータ共有するといったスタイルが実現すれば、測量待ちによる工事の停滞も解消し、大幅な生産性向上につながるでしょう。

建設現場への応用事例：出来形管理と施工支援

それでは、衛星測位対応の3Dスキャン技術が具体的に建設・土木現場でどのように役立つのか、代表的な応用分野である出来形管理と施工支援の観点から見てみます。

出来形管理とは、工事で出来上がった構造物や地形が設計通りの形状・寸法になっているかを検測・確認する業務です。従来、この作業は完成後に測量担当者が要所の高さや幅を計測し、設計値との誤差をチェックするという方法が一般的でした。しかし3Dスキャンを導入すれば、完成直後の構造物全体を点群で余すところなく記録できるため、任意の地点の寸法チェックはもちろん、全体の形状誤差を面的に評価することができます。例えばダムや造成地の出来形を点群で取得すれば、後から任意の断面で設計断面と比較したり、出来形数量（盛土量・掘削量）を算出したりといった解析が容易です。点群計測を用いる出来形管理手法は国土交通省の要領にも明記され始めており、今後は品質証明の標準手段になっていくことが予想されます。

衛星測位×3Dスキャンによる出来形管理の利点は、点群に絶対座標が含まれているため追加の位置合わせが不要な点です。つまり、施工中に設置した基準点や既存の座標系とすぐに照合でき、その場で合否判断が可能になります。例えば道路の路盤厚をスキャンで計測し設計値と比較すれば、不備があれば即座に是正工事に移れます。従来は測量結果を持ち帰って解析し報告書が出るまでズレに気づけないケースもありましたが、リアルタイム計測なら施工段階でPDCAを回して品質を担保できるのです。

次に施工支援の分野でも、衛星測位と3Dスキャンの融合は大きな威力を発揮します。一つは杭打ち・墨出し作業の効率化です。LRTKのようなシステムでは、事前に設定した座標値に現場で誘導してくれる「座標ナビゲーション」機能があります。これを使えば、従来は測量班と協力して行っていた杭の位置出しや構造物の設置位置マーキングを、作業員自ら正確にこなせます。スマホ画面上に目標地点の方向と距離が表示され、近づくと音や振動で知らせてくれるため、直感的に所定位置を特定可能です。これにより、測量待ちで手が止まる時間が減り、職人が自身で進められる作業範囲が広がります。

もう一つの革新的活用がAR（拡張現実）による施工検証です。スマホの画面越しに、あたかもその場に完成構造物が存在するかのように3Dモデルを重ねて表示できる技術で、衛星測位で端末の実空間内での位置・姿勢が高精度に把握できるからこそ可能になります。例えば、埋設管の位置を地面の上からAR表示して掘削場所を誤らないようにしたり、コンクリート打設前に設計BIMモデルを現場に投影して仕上がりをイメージ共有したりといった使い方が実現します。これまで図面上でしか見られなかった完成形を、現地の実景に合わせて確認できるため、発注者への説明やチーム内の意思疎通が格段にスムーズになります。施工ミスの未然防止や、出来栄えのリアルタイム検証にもつながり、ひいては工期短縮と安全性向上にも寄与するでしょう。

以上のように、出来形管理と施工支援の両面で衛星測位対応3Dスキャンは大きな効果を発揮します。単なる点群取得に留まらず、そのデータを即座に解析・共有し、施工プロセス全体の効率と品質を底上げするツールとなり得るのです。現場DXの文脈でも、人手不足の解消や若手技術者への技術伝承（熟練者の勘や経験をデータで補完）といった課題に対する一つの解となるでしょう。

現場DXへの効果と今後の展望

衛星測位と3Dスキャンの融合がもたらすDX効果としては、まず業務の迅速化・省力化が挙げられます。従来何人もの人員と数日を要した測量業務が、1台のスマホを持った1人で短時間に完了するケースも出てきました。これにより測量待ちで他の作業が滞留することが減り、全体の工程短縮が期待できます。また、点群データ取得から共有までデジタルに一貫しているため、紙の書類作成や手入力のミスも削減されます。クラウド上で自動記録・集計されたデータを日報や出来形報告書にそのまま転用でき、生産性向上と働き方改革にも寄与します。

コスト面でもDX効果は大きいでしょう。高価な専用機器をレンタルしたり外注したりしていた3D測量が、自社で安価なデバイスを導入するだけで日常業務に取り込めます。LRTKのような製品は初期投資が抑えられている上、複数の機能を兼ねているため機材の削減にもつながります。データのクラウド共有で無駄な出張や現地確認も減るため、トータルでの運用コスト低減も見込めます。

データ利活用の高度化も見逃せません。点群という膨大な情報を現場から蓄積できるようになると、そのデータを用いた解析やAIによる検知が進む可能性があります。例えば施工後の点群を時系列で比較して変状検出や出来形評価を自動化したり、蓄積データから施工プロセスを学習して最適化提案を行う、といった未来も考えられます。また、現場で取得した正確な3Dデータはデジタルツインの基盤ともなり、維持管理段階での活用（検査のリモート化や予防保全計画策定）にもつながっていきます。

将来展望としては、ますますの技術進化と普及が見込まれます。一つはハードウェア面で、スマートフォン自体のGNSS受信性能向上や、LiDARセンサーの高性能化が期待されます。ゆくゆくはスマホ単体でRTKが利用可能になる時代も来るかもしれません。また、衛星測位衛星や基準局網の整備が進めば、山間部や市街地高層ビル陰といった難条件下でも安定してセンチ精度を得られるでしょう。もう一つはソフトウェア・サービス面で、取得データをリアルタイム解析して現場にフィードバックする仕組みの充実です。AIやAR技術と組み合わせることで、スマホをかざしただけで「ここをもう5cm掘削」「この部材は設計より少し高い位置にある」といった指示や検知を即座に受け取れる未来像も現実味を帯びています。

このように、衛星測位が可能にする3Dスキャン技術は、現場DXのキーテクノロジーとして今後ますます発展していくでしょう。それは単なる計測の効率化に留まらず、現場の意思決定やコミュニケーション、技術継承のあり方までも変えていくポテンシャルを秘めています。「3次元で現場を捉え、データで現場を動かす」——そんな新常識が、目前に迫っているのです。

LRTKを用いた簡単測量・スキャン手順紹介

最後に、衛星測位対応3Dスキャンの具体的な操作イメージとして、LRTKを使った測量・スキャン手順の一例をご紹介します。高精度機器というと難しそうに聞こえるかもしれませんが、LRTKの操作は驚くほどシンプルです。

• デバイス準備: スマートフォンにLRTK受信機を装着し、LRTKアプリを起動します。衛星からの補強信号を受信し、アプリ画面上で測位がcm精度で安定していることを確認します（RTKの「Fix解」状態になれば準備完了です）。

• モード選択: アプリ内で計測したいモードを選びます。単点の座標を記録したい場合は「ポイント測位」機能を、エリア全体をスキャンしたい場合は「3Dスキャン」機能を選択します。

• 測位・スキャン実施: - ポイント測位の場合: 計測したい位置にスマホを移動させ、端末を静止させて画面の測位ボタンをタップするだけです。その地点の座標値が日時とともに保存されます。必要に応じてメモや写真を添付することも可能です。 - 3Dスキャンの場合: スキャンを開始したら、スマホを手に持ち、対象物や地形の周囲を歩いてカメラで撮影するように動かします。LiDARセンサーとカメラが連動して周囲の点群をどんどん取得し、歩き回った範囲の3Dモデルがリアルタイムに生成されていきます。取り逃しがないように様々な角度から撮影しましょう。十分にスキャンできたら終了ボタンを押します。

• データ保存・共有: 測定が終わったら、アプリ上で「クラウド同期」ボタンをタップします。すると取得した座標データや点群データが自動でクラウドにアップロードされます。オフィスに戻ってPCのウェブブラウザからLRTKクラウドにアクセスすれば、現場で取得したばかりのデータが地図上にプロットされ、3Dビューアで点群モデルを閲覧できます。必要に応じて断面の作成や距離・面積の計測、関係者とのデータ共有（URL発行）もワンクリックで行えます。

以上のように、LRTKを用いれば計測からデータ活用まで一連の流れが直感的な操作で完結します。特別な技能がなくとも、ほんの短時間のトレーニングで誰もが扱えるよう設計されているため、現場への導入ハードルも低く抑えられています。実際に使ってみると、従来の測量作業とのあまりの手軽さの違いに驚かれることでしょう。

衛星測位×3Dスキャンという革新的技術は、まさに現場DXの新常識となりつつあります。従来の常識にとらわれず新しいツールを活用することで、品質と効率の両立を実現する時代が到来しています。この機会に、ぜひ最先端の計測ソリューションであるLRTKの活用も視野に入れ、自社の現場DXを一歩前進させてみてはいかがでしょうか。