高精度RTK＋3Dスキャンで施工品質を守る新ソリューション

近年、建設業界では3Dスキャン技術と高精度測位技術を組み合わせることで、施工品質を飛躍的に向上させる新しいソリューションが注目されています。従来は職人の経験や手作業に頼っていた施工管理も、デジタル技術の活用により誰もが精度の高い計測や出来形管理を行える時代に移行しつつあります。本記事では、リアルタイムキネマティック（RTK）やネットワークRTK、さらには日本独自の測位サービスであるCLASなどの高精度測位技術と、レーザースキャナやフォトグラメトリを含む3Dスキャン技術の概要を専門的に解説します。あわせて、これらを活用した施工品質確保の方法や出来形管理への導入事例、安全性と効率性の両立、図面との整合性保持について詳しく紹介します。さらに、スマートフォンとRTKを連携させた点群データ取得手法の精度・メリットを従来手法と比較し、現場への導入のしやすさにも触れます。最後に、高精度なRTKソリューション「LRTK」を例に、スマートフォンによる簡易測量や3Dスキャンの具体的ステップを紹介し、この新技術を導入する動機づけとします。

高精度測位技術の概要：RTK・ネットワークRTK・CLASとは

まず、高精度測位を実現する代表的な技術であるRTKについて整理します。RTK（Real Time Kinematicの略、リアルタイムキネマティック）とは、GNSS（全球測位衛星システム）の誤差を補正することでリアルタイムにセンチメートル級の測位を可能にする手法です。一般的な単独測位（通常のGPS受信機による測位）では、数メートル程度の誤差が生じますが、RTKでは基地局（既知の厳密な座標を持つ参照点）と移動局（計測したい受信機）の間で衛星信号の位相情報をやり取りし、共通の誤差要因を打ち消すことで高精度な相対位置を算出します。その結果、通常は水平2〜3cm、垂直4〜5cm程度の精度で位置を測定でき、数秒以内に初期解（固定解）を得ることができます。これは従来、測量士がトータルステーションを用いて杭打ちや丁張確認をしていた精度に匹敵し、GNSS測位の新たな地平を切り開いた技術革新と言えます。

RTKの一形態であるネットワークRTKは、国や民間が整備した複数の基準点（電子基準点ネットワーク）を利用し、仮想基準点からの補正情報を携帯通信を通じて取得する方式です。ネットワーク型では、自前で基地局を設置する必要がなく、基準局から離れたことによる精度低下も補完されます。専用の受信アプリや測量機器がインターネット経由で地域の補正データ（RTCMフォーマットなど）をリアルタイム受信し、移動局の測位に適用します。この方式により、広範囲で安定したセンチメートル精度が得られますが、携帯電波の圏内であることや利用料金（補正情報サービスの月額契約など）が必要という条件があります。山間部や通信インフラが届かない場所では利用が難しく、月額費用は中小企業にとって負担となる場合もあります。

そこで登場したのが、日本の準天頂衛星システム「みちびき」によるCLAS（Centimeter Level Augmentation Service、センチメートル級測位補強サービス）です。CLASは国土地理院の電子基準点網が提供する誤差補正情報を衛星経由で配信する仕組みで、一言で言えば「衛星から降ってくるRTK補正情報」です。対応するGNSS受信機を使い、みちびき衛星のL6帯信号を受信することで、リアルタイムに全国どこでも数センチの測位精度を得られます。政府提供の無料サービスであり、基地局を設置せずとも、また携帯通信が圏外の現場でも、高精度測位を実現できる画期的な技術です。CLASの登場により、「山奥の工事現場や離島でもその場でセンチメートル級の測量が可能」「初期費用やランニングコストを大幅削減できる」といったメリットがもたらされました。ただし、CLASを利用するには対応する専用GNSS受信機が必要で、スマートフォン内蔵GPSなど従来の受信機ではL6信号を解読できません。また、ローカルRTKと比べると水平精度が若干劣る（公称値で95%の確率で水平6cm・垂直12cm以内）場合があること、測位開始から精度収束するまで数十秒〜1分程度要することには注意が必要です。それでも一度高精度に収束すれば安定して測位でき、補正データ入手に通信費がかからない利点は大きく、運用コストや手間を劇的に下げる技術として注目されています。

以上のように、RTKやネットワークRTK、そしてCLASといった高精度測位技術の発展により、リアルタイムで数センチの精度を誰もが得られる環境が整いつつあります。次項では、これらの測位技術と組み合わせて活用される3Dスキャン技術について、その概要と建設分野での応用を見ていきましょう。

3Dスキャン技術の概要と建設現場での活用

3Dスキャン技術とは、物体や地形の形状をデジタルな3次元データとして取得する技術の総称です。代表的な手法に、レーザー光を照射して多数の点の座標を取得する3Dレーザースキャナ（LiDAR）や、複数の写真画像から立体形状を復元するフォトグラメトリ（写真測量）があります。これらの技術により得られる点の集まり（点群データ）を用いて、地表や構造物の詳細な3Dモデルを構築することが可能です。

近年では、機器の小型化と計算能力の向上により、3Dスキャンはより手軽なものになってきました。従来は据え置き型の大型レーザースキャナや特殊なカメラ機材が必要でしたが、現在ではドローン搭載型のLiDARやカメラによる上空からの地形スキャン、ヘルメットに装着するモバイルマッピングシステムによる歩行者視点でのスキャンなど、多様な方法で現場の点群を取得できます。さらに、最新のスマートフォンにはLiDARセンサーを搭載したモデルも登場し、専用アプリを用いて誰でも簡単に身の回りの空間を3Dスキャンできるようになりました。スマートフォン単体のスキャンは主に内蔵センサーによる自己位置推定（SLAM技術）で相対座標の点群を生成しますが、後述するRTK測位と組み合わせることで、これを地理座標に紐付けた高精度な点群として取得することも可能です。

建設現場において3Dスキャン技術は、従来測量では得られなかった詳細で包括的な現況把握を可能にします。例えば、施工前の地盤形状をスキャンしてデジタル地形モデルを作成したり、施工中の出来形を逐次スキャンして設計モデルとの比較検証に活用したりできます。従来であれば人力で数十点の計測を行って地形断面を作成していた場面でも、3Dスキャンを使えば一度に数百万点にも及ぶ測定点を取得でき、より精密かつ網羅的な形状確認が行えます。このようなデータは土量計算、変形計測、出来形検査など様々な施工管理業務に役立ち、近年では国土交通省の提唱するICT施工（i-Construction）の一環としてドローン写真測量やレーザースキャナによる出来形管理が推奨されるようになっています。3Dスキャン技術は今や先進的な施工管理に欠かせない要素となりつつあり、高精度測位技術との組み合わせによってさらなる価値を発揮しています。

高精度RTK×3Dスキャンで施工品質を確保する

高精度測位技術と3Dスキャンを組み合わせることで、施工品質の確保に画期的な効果が得られます。RTKやCLASによるセンチメートル級の位置情報と、3Dスキャンで取得する詳細な形状データを融合することで、正確さと包括性を兼ね備えた出来形把握が可能となるからです。具体的には、RTKにより付与されたグローバル座標（絶対座標）を各点群に持たせることで、取得した3次元データを設計図や既存の測量座標系と直接比較できるようになります。これにより、施工した構造物や造成地形が設計通りの位置・寸法・形状になっているかを、面的かつ高精度に検証することができます。

例えば、ダムや造成工事の法面（のりめん）の仕上がりを検査する場合を考えてみます。従来は所定の位置で高さを数点測り、設計断面と比較して勾配や厚みを確認していました。しかしこの方法では、測った点以外の部分で局所的に凸凹や不足・超過があっても見落とす可能性があります。そこで高精度RTKと3Dスキャンを用いて法面全体の点群データを取得すれば、法面のすべての箇所の形状・勾配を網羅的にチェックできます。取得した点群と設計形状を重ね合わせることで、どの部分が設計通りで、どの部分に修正が必要かを一目で把握できるのです。点群データ上で色分けした誤差マップを作成すれば、施工精度を直感的に評価でき、品質管理の精度と信頼性が飛躍的に向上します。

また、コンクリート構造物の出来形検査にも3Dスキャンは有効です。橋梁の橋脚やトンネルの覆工コンクリートなど、複雑な形状や広範囲にわたる構造物でも、点群を取得すれば全面的な形状確認が可能です。高精度測位によりこれら点群に絶対座標が付与されているため、設計CADデータやBIMモデルと比較して、寸法の過不足や位置ずれをミリ単位〜センチ単位で検出できます。例えば、トンネル内空断面をスキャンして設計断面図と照合し、掘削しすぎ（オーバーブレイク）や不足（アンダーブレイク）が無いか確認する、といった使い方が現実に行われ始めています。従来は専門測量チームが断面ごとに計測し解析していた作業も、3Dスキャンデータがあれば短時間で高密度に検査できるため、品質管理プロセス自体が変革されつつあります。

このように、高精度RTKと3Dスキャンの融合によって得られた高精度な出来形データは、施工品質を客観的かつ詳細に保証する強力な手段となります。次章では、具体的な出来形管理への導入事例や、それによってもたらされる安全性・効率性の向上についてさらに掘り下げます。

出来形管理への3Dスキャン導入事例とメリット

施工現場で3Dスキャンを出来形管理に導入し始めた事例として、土工事やコンクリート工事での活用が挙げられます。例えばある土量管理のケースでは、従来はブルドーザやショベルで造成した盛土の高さを箇所箇所で測り、体積を推定していました。これを3Dスキャンに置き換えたところ、盛土全体をスキャンして精密な点群モデルを取得し、ソフト上で体積を自動算出することで、わずかな時間で正確な土量を把握できるようになりました。数百立方メートル規模の盛土であっても、スマートフォンとGNSS受信機を用いて作業員一人が数分歩き回るだけで点群取得が完了し、そのデータから盛土の体積や断面形状を即座に確認できます。結果として出来形検測にかかる時間が大幅に短縮され、重機の待機時間削減や工程短縮による経済効果が得られています。

コンクリート構造物の例では、ある建設現場で橋脚の出来形検査に3Dスキャンが利用されました。施工後の橋脚表面をハンディタイプのレーザースキャナ（またはスマートフォンLiDAR）でスキャンし、取得点群を設計の3Dモデルと比較することで、表面の凸凹や寸法公差を全周にわたってチェックしました。特に、橋脚天端の平坦さや、型枠の組み違いによる微小な段差など、人間の目視では見逃しがちな欠陥も点群データ上で容易に発見できました。この現場では、点群から任意の高さで断面図を切り出し、設計断面と重ねた図面を品質証明のエビデンスとして提出することで、発注者から高い評価を受けています。従来は職人の経験に頼っていた品質判断が、データに基づく客観的なものへと進化した好例と言えるでしょう。

以上のような導入事例が示す通り、3Dスキャンを出来形管理に活用することで施工データの「見える化」が進み、品質のばらつきを減らすことができます。現場担当者だけでなく発注者や設計者も含め、誰もが納得できる形で品質を証明できるため、追加手直しや品質トラブルの防止にもつながっています。次に、こうした新技術の活用が安全性と効率性に与える影響について見ていきます。

非接触計測による安全性向上と作業効率化の両立

建設現場における安全管理において、非接触で計測できる3Dスキャン技術は大きな利点をもたらします。従来の測量や出来形確認では、作業員が直接危険な場所に立ち入って計測する必要がある場面が多々ありました。例えば急斜面の法肩部での高さ測定、深い掘削溝の底での幅確認、高所足場での構造寸法チェックなどは、常に転落や崩落のリスクが伴います。高精度RTKと組み合わせた3Dスキャンであれば、遠隔から地形や構造物のデータを取得できるため、これら危険箇所への立ち入りを最小限に抑えることができます。作業員は安全な位置から機器を操作するだけで、必要な測定結果を得られるため、現場の安全性は飛躍的に向上します。

安全性が向上する一方で、作業効率も大幅に改善します。非接触のスキャン計測は、一度に広範囲を短時間で記録できるため、人力でポイントごとに測定するのと比べ圧倒的に迅速です。例えば、広い造成地の高さ測量を人が行えば半日がかりの作業も、ドローン空撮や地上スキャンを用いればわずか数十分で完了します。また、1人で操作できる機器が多いため、複数人で行っていた従来作業を省力化し、人員配置の効率化にもつながります。労働人口が減少し職人不足が課題となっている建設業界において、デジタル技術による省力化効果は非常に重要です。

さらに、スキャンした点群データはその場でタブレットやPCに表示して確認することが可能なため、即時性の面でも優れています。もし計測結果に問題が見つかれば、すぐに現場で追加施工や是正措置を講じることができます。従来は測量班がデータを持ち帰り解析してから指摘が上がるまでタイムラグがあり、手戻り作業の原因となっていました。リアルタイムに近い形で出来形を検証できることは、後戻りのない品質施工、ひいては工期短縮にも寄与します。このように、安全性と効率性の両立という観点でも、高精度RTKと3Dスキャンを活用するメリットは非常に大きいのです。

点群データと設計図面の整合性保持

施工品質を語る上で欠かせないのが、出来形と設計図面（あるいはBIM/CADデータ）の整合性確認です。高精度RTKと3Dスキャンにより取得した点群データは、既述の通り絶対座標系で空間位置が担保されています。これはつまり、その点群データを設計図や基準座標にピタリと重ね合わせることができることを意味します。従来、施工後の構造物が図面通りか確認するには、墨出しの基準からいくつか寸法を測って照合する程度でした。しかし、点群データを図面データ上に重ねれば、構造物全体が設計位置からどの程度ずれているか、直感的なビジュアルで把握できます。

例えば、建物の位置出しにおいて基準杭からの離れや回転角の誤差をチェックする場合、点群の位置と設計座標系とのズレを計算すれば一発で結果が得られます。柱や壁の立ち上がり位置が設計グリッドと合っているか、施工後に精密に検証することも容易です。特に、複数の施工範囲にまたがるプロジェクトでは、各部分がきちんと所定の座標に収まっていないと後工程で合わなくなる恐れがありますが、高精度点群を活用した段階検査により早期に発見・是正できます。また、設計変更があった場合にも、既施工部との整合性を点群上で検証し、追加工事の手配に役立てることが可能です。

図面との整合性保持には、単に位置・寸法の比較だけでなく、取得した点群を活用したデジタル記録の共有という利点もあります。点群データと設計データを照合した結果を関係者間で共有すれば、発注者や設計者とも完成物の状況を正確に共有できます。これは引き渡し時のエビデンスとしてだけでなく、将来の維持管理やリニューアル時にも役立つ情報資産となります。LRTKのようなクラウドプラットフォームを用いれば、ブラウザ上で点群と図面を重ね合わせて表示し、距離や面積をその場で計測するといったことも可能です。このように、高精度点群データによって施工結果と設計意図のズレを最小化し、常に一致させていくことが、品質確保と後工程のスムーズ化に繋がっています。

スマートフォン×RTKによる点群取得の精度とメリット（従来手法との比較）

高精度な点群を取得する手段として、専用のレーザースキャナ機器やドローンがありますが、近年注目されているのがスマートフォンとRTKの連携による点群取得です。スマートフォンは手軽で操作に習熟しやすいデバイスですが、内蔵GPSの精度は数m程度と粗く、そのままでは正確な位置情報を伴う点群取得には適しません。しかし、ここにRTKやCLAS対応の小型GNSS受信機を組み合わせることで、スマートフォンでもセンチメートル精度の測位が可能になります。さらにスマホ内蔵のカメラ・LiDARセンサー・加速度センサー等を駆使して周囲をスキャンすることで、位置精度と形状再現性の両方を兼ね備えた点群データを取得できるのです。

従来のレーザースキャナ（地上型LiDAR）はミリ単位の精度で数十m先まで計測できる高性能機器ですが、非常に高価で持ち運びや操作にも専門知識が必要でした。また、取得した点群を既知座標に合わせるためにはターゲット設置や後処理が必要な場合も多く、現場即時で結果を得るにはハードルがありました。これに対し、スマートフォン+RTKによる手法では、市販のスマホと数十万円程度のGNSS受信機があればシステムを構築でき、機材コストを大幅に抑えられます。スマホアプリ上でリアルタイムに補正情報を適用しながらスキャンを行えば、その場で既に測位補正済みの点群モデルが得られるため、現地でほぼリアルタイムに結果を確認できるのも大きなメリットです。

精度の面でも、スマートフォンのLiDARスキャンとRTK測位の組み合わせは、一般的な施工管理には十分なレベルに達しています。スマホLiDARの形状精度は環境や対象物によりますが、近距離であれば数センチ以内の誤差で形状を捉えることができます。これにGNSSの絶対位置精度（2〜3cm程度）が加わることで、グローバル座標系で見ても数cm程度の誤差に収まる点群データが取得可能です。例えば地盤面の高低差をスマホでスキャンした場合でも、従来のトータルステーション測量と遜色ない精度で高さを読み取れることが確認されています。もちろん、高精度レーザースキャナには及ばない点（長距離の精密測定や数ミリの微小変化検知など）はありますが、施工現場で求められる出来形管理や測量の多くはこのスマホ+RTKソリューションで十分対応可能です。

従来手法との比較という観点では、まず作業のスピードと手軽さが際立ちます。大型機材では準備・据付に時間がかかりましたが、スマートフォンならポケットから取り出してすぐに計測を開始できます。GNSS受信機も手のひらサイズのものが登場しており、現場内を持ち歩いて移動する負担が軽減されています。また、従来は測量専門の技術者が必要だった作業も、スマホアプリのガイドに従えば現場監督や施工管理技術者自身が計測をこなせるようになります。これにより、人に依存した属人的な作業から誰でもできる標準化された作業へと変わり、人材不足への対応や品質の均一化にも寄与します。

現場への導入ハードルが下がったことも大きな違いです。ネットワークRTKやCLAS対応のサービスは以前に比べ安価になり、通信環境さえ整えば日本全国どこでも利用できます。CLASであれば携帯電波さえ不要です。スマートフォンも高性能化が進み、企業が新たに高額機器を購入しなくても、現場で使い慣れた端末に受信機を接続するだけで測量・スキャンが始められます。結果データはクラウド上に自動アップロードされ、オフィスでも確認できるなど、データ活用の面でも効率的です。従来との比較で総合的に言えることは、スマートフォン×RTKによる点群計測は「安く・早く・簡単に・そこそこ高精度な」計測を実現したという点です。これが現在、建設現場で急速に普及しつつある理由と言えるでしょう。

LRTKを活用したスマートフォン簡易測量・3Dスキャンの具体的ステップ

最後に、スマートフォンとRTKを組み合わせた高精度計測ソリューションの一例として、LRTK（エルアールティーケー）の活用ステップを紹介します。LRTKは、スマートフォンと小型高精度GNSS受信機、そしてクラウドサービスを組み合わせたオールインワンの測量・点群取得システムです。現場で初めて使う方でも短時間のレクチャーで操作できるよう設計されており、「誰でも持ち運べる万能測量機」として注目されています。その基本的な利用の流れは次の通りです。

1. 機器の準備と測位の開始: 専用の小型GNSS受信機を現場に持ち込み、スマートフォンとBluetooth等で接続します。スマホ上でLRTKアプリを起動し、GNSS受信機からRTKもしくはCLASによる補正情報を受信できていることを確認します。補正情報はインターネット経由でネットワークRTKサービスに接続するか、CLAS対応機であればみちびき衛星から直接取得します。数秒〜数十秒で高精度測位が固定解となり、スマホ画面に現在位置がセンチ単位で表示されます。

2. 基準点の設定（必要に応じて）: 測量や出来形管理の目的によっては、現地既知点との照合やローカル座標系への変換が必要になる場合があります。LRTKでは、あらかじめ既知点の座標をアプリに入力しておけば、現場で取得したGNSS座標を基準点に合わせて補正する機能も備えています。これにより公共座標系や設計座標系への厳密な適合が可能です。ただし簡易な出来形チェックなどで絶対精度が数cm出ていれば十分な場合は、特別な基準点設定を行わずともそのまま運用できます。

3. 点群スキャンの実施: アプリの点群計測モードを起動し、スマートフォンのカメラやLiDARを使って対象物や地形をスキャンします。例えば法面をスキャンする場合、法面の下部からカメラを向けてゆっくり歩くだけで、映像を撮る感覚で点群が記録されていきます。LRTKアプリではスキャン中にGNSSから得た高精度座標を逐次点群に割り当てていくため、取得される点群には最初から絶対座標が付与されています。100m程度の長さの法面であっても、1〜2分程度で全体を覆う点群取得が可能です。取得が終わればスマホ画面上で点群のプレビューが表示され、抜け漏れなくデータが取れているかその場で確認できます。

4. データの保存とクラウド同期: 計測が完了したら、点群データをスマートフォン内に保存します。LRTKシステムでは、インターネット接続できる環境下でクラウドへの自動同期が行われ、オフィスのPCからウェブブラウザでスキャンデータを閲覧することもできます。クラウド上では、取得した点群に対して距離や面積、体積の計測を行ったり、設計図（たとえばDWGの図面データ）を重ねて表示したりすることが可能です。現場で撮影した高精度な写真や、他のセンサーで取得した点群（ドローン空撮データ等）を組み合わせて一括で表示することもできるため、現場と設計の情報を一元的に管理できます。

5. 結果の活用: 保存・共有された点群データは、出来形管理の帳票作成や関係者への報告資料として活用できます。例えば、スキャンした地形の横断面図や、施工前後の点群比較による出来形変化の可視化、さらには点群データから生成した3Dモデルを用いた出来形検査報告書の作成などが考えられます。また、LRTKで取得した点群モデルを現場のスマートフォンやタブレットでAR表示し、次工程の作業に役立てるといった先進的な活用も可能です。例えば埋設した配管の点群を記録しておき、後日の掘削時にその点群をARで地面に重ねて表示すれば、見えない配管の正確な位置を直感的に把握できます。こうした現場-設計データの連携により、ミスの無い施工と効率的な工程管理が実現します。

以上がLRTKを用いた高精度RTK＋スマートフォン計測の一連の流れです。難しい操作はアプリ側で自動化されており、現場担当者は直感的なUIに従って進めるだけで高度な測量結果を得ることができます。わずかな研修で誰もが扱えるようになるため、ベテラン測量技術者に頼らずとも現場スタッフ自らが精密な出来形データを取得・活用できる点が大きな魅力です。

まとめ：高精度RTK＋3Dスキャンで実現する建設DX

高精度RTK測位技術と3Dスキャン技術の融合は、建設業の施工管理に新たな地平をもたらしています。センチメートル級の測位と詳細な点群計測によって、施工品質を数値的かつ網羅的に把握・保証できるようになりました。これにより、これまで経験や勘に頼っていた品質管理がデータ駆動型に移行し、属人性の排除やミスの早期発見、手戻り防止が実現しています。また、非接触計測による安全性向上や省力化、リアルタイムな現場-設計データ連携による効率化など、副次的な効果も計り知れません。

「高精度RTK＋3Dスキャンで施工品質を守る新ソリューション」は、単なる測量の効率化にとどまらず、建設現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）を力強く推進する鍵となる技術です。LRTKに代表されるスマートフォンを活用した手軽な計測ツールの登場により、中小規模の現場や専門技術者が不足する現場でも、この先端技術を導入しやすくなっています。今後さらに機器やソフトウェアが進化すれば、計測だけでなく施工そのものの自動化・高度化にもつながっていくでしょう。

重要なのは、新技術を現場に取り入れることで得られる恩恵を正しく理解し、積極的に活用していく姿勢です。品質を守ることは顧客の信頼を得ることに直結し、ひいては企業の競争力向上にも寄与します。高精度RTKと3Dスキャンの組み合わせによる次世代の施工管理をぜひ一歩先取りし、確かな施工品質と生産性向上を両立するスマートな現場づくりに役立ててください。デジタル技術を味方に、安全・高品質・効率的な未来志向の建設プロジェクトを実現していきましょう。