iPhone スキャンが圏外でも？山間部の計測

山間部のインフラ整備・点検における3Dスキャンの必要性と課題

山間部の道路や橋梁、トンネルなどのインフラ整備や定期点検では、詳細な地形データの取得が不可欠です。従来は測量機器や人力で現地測量を行っていましたが、急斜面や森林が広がる現場では作業が困難で、安全面や効率面で課題がありました。そこで近年注目されているのが、現場で素早く詳細な三次元測量を行える3Dスキャン技術です。特に手軽に持ち運べるスマートフォン、とりわけ最新のiPhoneに搭載されたLiDAR（ライダー）センサーを活用した点群スキャンは、山間部でのインフラ計測に革命をもたらす可能性があります。しかし山間部では携帯電話の電波が届かない「圏外」エリアも多く、リアルタイムの通信や測位が困難です。本記事では、圏外の環境でもiPhoneを使った3Dスキャンを行う方法とその課題、対策について詳しく解説します。

圏外でのiPhoneスキャン：LiDARとフォトグラメトリの基本

そもそもiPhoneでの3Dスキャンとは何を指すのでしょうか？大きく分けて、LiDARスキャンとフォトグラメトリ（写真測量）の2つの手法があります。LiDARスキャンでは、iPhoneのProモデルに内蔵された赤外線LiDARセンサーから赤外光を照射し、その反射で対象物までの距離を測定します。これにより点の集合（点群データ）として物体や地形の形状を取得できます。一方フォトグラメトリでは、iPhoneのカメラで複数の写真を撮影し、専用のソフトウェアやアプリで解析して3次元モデルを復元します。被写体を様々な角度から撮影し、写真同士の特徴点のずれを計算することで、立体形状を推定する方法です。

圏外でも取得できるのか？ 結論から言えば、はい、3Dスキャン自体は圏外でも可能です。LiDARによる距離測定も、写真撮影も、基本的にスマホ単体で完結するためインターネット接続は不要です。例えば山奥で電波が届かなくても、iPhoneのLiDARスキャナアプリを使えばその場で周囲の地形や構造物の点群を取得できます。また写真測量に関しても、現地で写真を撮りためておき、後から社内でまとめて処理することで3Dモデル化が可能です。ただし注意すべきは、スキャン「データの取得」と「位置の特定」は別問題だということです。圏外環境では、スマホが現在位置を高精度に把握できなかったり、取得データをクラウド送信できなかったりします。つまり、山間部でもiPhoneで形状データは取得できるものの、その精度や活用の面でいくつか課題が残ります。

スマホ単体スキャンの限界：GNSS信号喪失による測位不良とSLAMのドリフト

山間部では視界を遮る山や樹木の影響で、GPSをはじめとする衛星測位（GNSS）の信号が弱まったり途切れたりします。また携帯ネットワークが圏外だと、スマホが補助的に利用するA-GPS（アシストGPS）の情報も得られません。この結果、iPhone単体の位置測位は誤差が大きくなり、場合によっては数十メートル以上ずれてしまうこともあります。現場で取得した3Dデータに正しい緯度経度や標高を付与できないと、後で地図や設計図と照合する際に手間がかかります。実際、iPhoneのLiDARで得た点群は、その場の相対的な形状こそミリ単位で詳細ですが、絶対的な座標（世界座標）となると専用の基準点で位置合わせをしない限り正確には求まりません。

さらにSLAMのドリフト（自己位置推定のズレ）もスマホ単体スキャンの課題です。SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）は、iPhoneの内部センサー（ジャイロや加速度計）とカメラ/LiDARの情報から、端末の動きと周囲のマップを同時に計算する技術です。これにより歩きながらリアルタイムで点群マップを構築できるわけですが、長時間連続でスキャンしていると少しずつ自己位置の推定がずれていきます。例えばトンネル内や森林の中など、似たような景色が続く環境では特徴点が少なく、iPhoneが「今どこをスキャンしているか」を見失いやすくなります。その結果、開始地点と終了地点が実際には同じ場所なのにスキャン上ではずれてしまう、壁が歪んでしまう、といった誤差（ドリフト）が発生します。スマホ単体ではGNSSからの位置補正も受けられないため、一度生じたドリフトをその場で修正することは困難です。要するに、iPhoneだけで山間部の広範囲をスキャンしようとすると、「位置の不確かさ」と「形状の歪み」という二つの限界に直面する可能性が高いのです。

通信がない場所でも安定スキャンする工夫

こうした限界に対処し、圏外の環境でもできるだけ正確に3Dスキャンを行うための工夫をいくつか紹介します。

LiDARを活かしたオフライン3Dスキャン

まず、オフライン環境ではスマホ内蔵のLiDARセンサーを積極的に活用することが重要です。LiDARは暗所やテクスチャのない壁面でも距離を直接測定できるため、光の加減や模様に左右されにくく、山林やトンネルのような場所でも安定した点群取得が期待できます。特に最新のiPhone ProシリーズのLiDARは5m前後の範囲で高密度な点群を取得可能で、足元から頭上までまんべんなくスキャンすることで周囲の形状を漏れなく記録できます。オフライン対応の点群スキャンアプリ（事前に地図データを不要とするアプリ）を用いれば、電波の届かないエリアでもそのまま計測を続行できます。重要なのは、通信を前提としない手元完結型の手法を選ぶことです。例えばフォトグラメトリでも、現場で撮影するだけならネット不要なので、数十枚から数百枚の写真をしっかり撮影しておき、クラウド処理が必要なら後日オフィスで実行する、といった段取りを組みましょう。LiDARスキャン中は極力スマホを安定した速度で移動させ、急な振り回しを避けるとセンサーの追従精度が向上します。また、適宜スキャンを一時停止して途中経過を確認することも、ヌケモレのないデータ取得につながります。

自己位置補正のためのスキャン計画（ループとターゲット）

SLAMドリフトを軽減するには、スキャンルートの計画が鍵です。可能であれば計測中にループ（閉合経路）を作るようにしましょう。例えば、ぐるっと一周回ってスタート地点に戻る経路を取れば、スキャンソフトが開始地点と終了地点の点群を突き合わせてズレを検出し、自動で補正する（ループクローズと言います）ことがあります。現場の地形が許せば、始点と終点が重なるような動きを意識的に取り入れると良いでしょう。

また、人工ターゲットの活用も有効です。スキャン前に地面や構造物上にマーカー（例えば、市松模様のターゲットシートや反射テープ、QRコードのような印刷マーカー）を設置しておけば、スキャンデータ中にそれらの目印が記録されます。後でデータを処理する際に、そのマーカー同士の位置関係を基準にして点群のズレを修正したり、別々のスキャンを結合したりできます。ターゲットを使った手法は特にフォトグラメトリで有効で、複数の写真に同じマーカーが写っていればソフトウェアが自動でそれを一致させ、精度良く3Dモデルを合成してくれます。山間部の測量では手頃な足場がないことも多いですが、テープを貼ったポールを地面に挿す、プラスチック製のマーカー板を要所に置くなど、ちょっとした工夫で「ここが基準」という点を現場に用意しておくと良いでしょう。

後処理での位置合わせ（基準点・標定点の活用）

現場でどうしても補正しきれない位置ズレや誤差は、取得データの後処理でリカバリーできます。もし事前に山間部の現場近くに既知の基準点（三角点や電子基準点など）があれば、その近辺もスキャンして点群に含めておき、帰社後に基準点の座標値に合わせて点群全体を平行移動・回転させることで、データを公共座標系に合致させることができます。また、任意に設定した標定点（ターゲットを設置して測量機やGNSSで座標を測っておいた点）を複数用意できれば理想的です。例えばエリアの端に2〜3か所の標定点を配置し、その地点を必ずスキャンデータに含めておきます。後で各標定点の「測量で得た正確な座標」と「点群上の座標」を突き合わせ、最適な変換パラメータ（3次元の平行移動量と回転量、スケール）を計算することで、点群全体の位置合わせ（レジストレーション）を行います。ソフトウェアにはICPアルゴリズム（Iterative Closest Point）といった自動位置合わせ機能もありますが、絶対座標に関してはやはり既知点による補正が確実です。ポイントは、後で紐付けられる拠り所をデータ内に残しておくことです。そうすれば、現場が圏外であろうと最終的には高精度な位置合わせが可能になります。

山間部でも測位できる？：みちびきCLAS対応LRTKの活用とRTK後処理

では、圏外の山間部でリアルタイムに自分の位置を正確に知ることはできないのでしょうか？実は、昨今の技術進展により通信圏外でもセンチメートル級の測位を行う方法が現れています。その代表が、日本の準天頂衛星システム「みちびき」が提供する [CLAS（センチメータ級測位補強サービス）](https://qzss.go.jp/overview/services/sv06_clas.html)の活用です。CLASは日本全国に向けて静止軌道の衛星から配信される高精度補正情報で、対応する受信機を使えばインターネットを介さずともRTK-GNSS並みの精度（誤差数cm以内）で現在位置を測定できます。山あいの現場であっても空が開けた場所なら衛星からのCLAS信号を直接受信できるため、携帯電波の届かないエリアでも高精度測位が可能になります。

こうしたオフライン補強信号を活かすデバイスとして注目されるのが [LRTK](https://www.lrtk.lefixea.com/lrtk-phone) です。これはスマートフォンと一体化して使用できる超小型のRTK-GNSS受信機で、みちびきのCLAS信号に対応しています。iPhoneにLRTKデバイスを装着し専用アプリを起動するだけで、補正情報を受信しながらGNSS測位を行い、その高精度な位置座標をリアルタイムにスマホへ提供します。つまり、山間部のようなネット通信が遮断された環境でも、iPhone上で自分の位置を常にセンチメートル単位で把握できるのです。取得した点群や写真にこの位置情報タグを付与すれば、先述の後処理による位置合わせの手間を大幅に省くことができます。

もしLRTKのようなデバイスを使えない場合でも、後処理（PPK）による補正という手段があります。現地では通常のGNSSデータを記録しておき、基準点となるGNSS観測所のデータやCLASのアーカイブデータを後で入手して組み合わせることで、測位情報を事後に精密補正する方法です。これをPPK（Post-Processed Kinematic）と呼び、リアルタイム性はありませんが最終的な精度を高めることができます。また、事前にインターネットに接続できる拠点で測量用ソフトに必要な補正データをオフラインキャッシュしておき、現地でそのデータを適用しながら測位するという工夫も一部では行われています（ただし長時間の精度維持は難しいので注意が必要です）。まとめると、山間部においてもRTK-GNSS技術を工夫次第で活用でき、iPhoneによる3Dスキャンの位置精度向上に結び付けられるのです。

現場でのデータ保存と電源管理：端末容量・バッテリー対策・スキャンデータ分割のコツ

山間部でiPhoneを使い長時間スキャンを行う際には、データの保存容量と電源管理にも気を配る必要があります。まず、点群データや写真データは想像以上に大容量になりがちです。高密度なLiDARスキャンを10分も実施すれば数百MBから1GB近いファイルになることも珍しくありません。事前にiPhoneの空きストレージを確認し、大きなデータを保存できる状態にしておきましょう。必要なら不要なアプリやファイルを削除したり、クラウド同期をオフにしてローカルに空きを確保したりします。また、スキャンアプリによっては取得データを途中でクラウド送信する設定になっていることがありますが、圏外ではアップロードに失敗してアプリが停止する可能性もあります。必ずオフラインモードやローカル保存モードに設定しておくことが重要です。

次にバッテリー対策です。LiDARやカメラを使い続けるとiPhone本体が発熱し、バッテリー消費も激しくなります。山間部では充電できる場所が限られるため、モバイルバッテリーを携行し、適宜休憩時に充電できるよう準備しましょう。スキャン中は機内モードにして不要な通信をオフにしたり、画面の明るさを抑えたりするだけでも電力消費を幾分抑えられます。予備のスマートフォンを用意できるなら交互に使うのも手です。夏場の炎天下では端末が高温で自動的に動作が制限されることもあるので、端末を日陰に入れつつ作業する、水冷ジェルケースを使う等の工夫で熱暴走を防止してください。

さらにスキャンデータを分割取得するコツも覚えておきましょう。広い現場を一度に長時間かけてスキャンすると、ファイルが巨大化して扱いにくいだけでなく、途中でアプリが落ちてデータが失われるリスクも高まります。そこで、例えばエリアをいくつかのブロックに分け、小分けにスキャンしていく方法がおすすめです。ひとつのブロックごとに5分程度でスキャンを区切り、都度データを保存して休憩を挟みます。こうすれば万一一部でミスがあっても他の部分のデータは無事ですし、後でそれぞれの点群を結合する際も扱いやすくなります。分割スキャンしたデータ同士は、重複する範囲（オーバーラップ部分）を意図的に設けておけば、帰社後のソフト上でピタリと重ね合わせることができます。

iPhoneスキャンの成果を帰社後に活かす：点群確認・設計比較・体積計算

現場で苦労して取得したiPhoneスキャンの成果データは、ぜひ帰社後の業務で最大限活用しましょう。まず、取得直後の点群データを専用ビューアやCADソフトで開き、データの品質を確認します。点群にノイズや抜けがないか、重要な箇所を取り逃していないかをチェックします。必要に応じて、不要な点（空中に浮いてしまった点群や明らかな外れ値）はこの段階で削除してクリーンなデータに整えます。

次に、スキャンした現況の3Dデータと、事前に用意した設計データとの比較を行います。例えば道路工事であれば、設計の3次元モデルや図面と、現地から得られた点群を重ね合わせてみます。絶対座標付きの点群であればそのまま重ねるだけで位置もピッタリ合いますし、仮に位置がずれていても上記の方法で後から合わせておけば比較は容易です。点群と設計形状を比較することで、盛土や切土の勾配が設計通りになっているか、構造物の設置位置がずれていないか、といった出来形の確認が一目でできます。最近では点群と設計モデルの差分を色分け表示（ヒートマップ）して、設計との差を可視化するツールも登場しており、iPhoneで取得した点群でも十分に活用可能です。

さらに、工事現場で役立つのが点群を用いた体積計算です。例えば、山間部の道路拡張工事で発生した土量を算出したい場合、掘削前後の地形点群データを比較すれば、実際にどれだけの土砂を撤去または盛土したかを精度良く計算できます。iPhoneスキャンで取得した点群からメッシュ（ポリゴン）モデルを生成し、既存地盤面との差を計算することで、土量や出来形の評価に役立てることができます。点群ソフトや土木向けCADには体積計算機能が備わっているものも多く、従来は測量計算が必要だった土量算出が、データ処理だけでスピーディーにこなせるようになります。これらの活用は、現場の進捗管理や出来高報告に大いに貢献するでしょう。

まとめ：LRTKデバイス併用で山間部の施工管理が高精度・低コスト化

山間部のインフラ計測・施工管理において、iPhoneを使った3Dスキャンは機動力と即時性で従来の測量手法を補完する強力なツールとなり得ます。電波圏外という厳しい条件下でも、LiDARセンサーとフォトグラメトリを駆使して必要なデータを取得し、工夫次第でその精度と信頼性を担保できることを述べてきました。確かにスマホ単体では位置精度や長時間計測に課題が残るものの、ターゲット設置や後処理といった手順を組み合わせることで、山間部でも実用に耐える3次元測量が可能になります。

さらに、もし可能であればLRTKのようなCLAS対応デバイスを組み合わせることで状況は一変します。iPhoneによる手軽なスキャンに、衛星由来の高精度測位を組み合わせれば、これまで高価な機材や専門技術者が必要だった山間部の測量・出来形管理を誰もが短時間で行えるようになります。高精度・低コストでの測量が実現すれば、施工管理はこれまで以上に効率化され、品質も向上するでしょう。山間部のインフラ現場でも、iPhoneと新技術の力で精密なデータを手軽に取得し、設計と現場をシームレスに結び付ける時代が到来しています。新たなテクノロジーを積極的に活用し、困難だった現場環境でのDX（デジタルトランスフォーメーション）を推進していきましょう。