点群測量の進化：従来機器とスマホLRTKとの比較とメリット

近年、土木測量の現場では従来の手法に加えて、3次元点群データ（大量の測定点の集合）を活用する機会が飛躍的に増えています。3Dスキャナーやドローンによるレーザ測量などで取得できる点群は、地形や構造物の表面を無数の点で詳細に表現したデータです。従来の数点の測量では得られなかった精密な現況把握が可能となり、設計や出来形管理、災害対応まで様々な分野で活用が進んでいます。本記事では、点群測量の概要と従来機器の特徴を整理し、最新技術であるスマートフォン×LRTKを用いた測量手法との比較やメリットについて解説します。現場で働く土木従事者の皆様に向けて、技術の進化がもたらす効率化と今後の可能性を探っていきます。

点群測量の概要（点群とは何か、なぜ必要か）

点群（点群データ）とは、レーザスキャナーや写真測量によって取得された多数の3次元座標点の集合です。例えば地上型レーザースキャナーであれば、機器を回転させながらレーザー光を照射し、周囲の地形・構造物までの距離と方向を高速に測定することで、数百万に及ぶ点の座標データを一度に取得できます。各点にはX・Y・Zの位置情報（場合によっては色や反射強度などの属性も含む）が含まれており、その密集した点の集まりによって地表面や構造物の形状を精密に再現できるのです。

では、なぜ点群が必要とされるのでしょうか。従来の測量では、トータルステーション等で特徴点を一つひとつ計測し地形図を作成していましたが、この方法では人手と時間がかかり、計測点同士の間は線で補間するしかありませんでした。これに対し点群測量では、広範囲を短時間で高密度に計測でき、地表や構造物の微細な起伏まで捉えられます。そのため、現況地形のモデル化、土量計算、出来形（施工後形状）の検証、構造物の変位計測などにおいて威力を発揮します。特に国土交通省が推進する「i-Construction」やCIM※の流れの中で、3次元点群データは施工の効率化と高度化に欠かせない基盤技術となりつつあります。点群により現場のデジタルツイン（現実の写像）を作成することで、設計と現場との差異を可視化したり、遠隔で現地状況を把握・指示したりといった活用も可能になります。

*※CIM（Construction Information Modeling）：3次元モデルを用いた土木施工管理手法。BIMの土木版。*

従来の点群測量機器の特徴（トータルステーション、LiDARドローン、3Dスキャナなど）

点群データを取得・活用するために、これまで主に用いられてきた測量機器や手法には以下のようなものがあります。それぞれ特長と課題を整理してみましょう。

• トータルステーション（TS）：電子光学式の測量機で、目標プリズムまでの距離と水平・垂直角を測定することで高精度の座標を得ます。従来から基準点測量や細部の位置出しに広く使われ、高い精度（ミリメートルオーダー）の単点測位が可能です。しかし一度に取得できるのは1点ずつであり、広範囲の詳細な測量には膨大な観測が必要になります。また、本体重量は約5kg前後と比較的重く三脚の設置も必要で、通常はオペレーターとプリズムを持つ補助者の2人作業が基本でした。近年はロボティックトータルステーションで1人測量も可能になりましたが、それでも面的な3D測量には適していません。

• 3Dレーザースキャナー（地上型レーザースキャナー）：三脚に据えて設置し、周囲360°にレーザーを高速スキャンして大量の点群を取得する装置です。短時間で周囲の地形・構造物を高密度に測定でき、数百万点のデータから精密な3Dモデルを得ることができます。精度も高く、数mm程度の誤差で対象物の形状を記録できるため、出来形管理や変位計測、トンネルや橋梁の詳細な形状把握などに利用されています。ただし機器そのものが高価（数百万円～数千万円）であり、大型で重量も10kg近くになるものが多く運搬が大変です。また一度に測れる範囲には限りがあるため、広い現場では複数地点に機器を据え直してスキャンし、後で各点群データを合成（位置あわせ）する必要があります。データ処理にも専門ソフトと高性能PCが要るケースが多く、運用には専門知識と時間が必要でした。

• LiDAR搭載ドローン（UAVレーザ測量）：無人航空機（ドローン）に軽量のレーザースキャナーを搭載し、上空から地表をレーザー測量する手法です。空中から面的に地形を捉えられるため、山林や広範囲の測量に威力を発揮します。対地高度が低く飛行できることから高密度な点群が取得可能で、地形図作成や災害現場の状況把握にも用いられています。短時間で広範囲をカバーできる点が大きな利点ですが、機材一式が高額であること、航空法に基づくドローンの飛行許可や操縦士の技能が必要なことがハードルになります。飛行計画の立案や安全管理も重要で、天候（強風や雨など）によっては飛ばせない場合もあります。またドローンLiDARで取得した点群もそのままではノイズ除去や座標補正などの後処理が必要になるため、データ処理の手間は小さくありません。

• 写真測量（フォトグラメトリ）：上記機器以外にも、ドローンや一眼カメラで撮影した多数の写真から3次元形状を復元する手法も広く使われています。専用ソフトで写真群を解析して点群や3Dモデルを生成する方法で、UAVレーザ測量より機材コストは低いものの、点群生成には長時間の計算処理が必要です。また撮影時に十分な地上解像度が得られない場合や、対象が草木に覆われている場合などには精度が落ちることもあります。

以上のように、従来の点群測量機器・技術にはそれぞれ利点がありますが、共通する課題として「機材が大型・高価」「専門的な操作スキルが必要」「現場への持ち込み・セッティングに手間がかかる」「取得データ量が膨大で後処理が大変」などが挙げられます。例えば地上レーザースキャナーやドローンLiDARは優れた点群を得られるものの、現場に持ち込むだけでも一苦労で、データ処理まで含めると即日で成果を活用するのは難しいケースもありました。一方、トータルステーションは精度こそ抜群ですが点群のような面的情報は得られず、人力でのカバー範囲には限界があります。こうした課題を解決し、「誰でも手軽に現場で高精度な点群計測」を実現しようという流れの中で登場したのが、次に紹介するスマートフォンとLRTKを用いた測量技術です。

スマートフォンとLRTKを用いた測量技術の紹介（構成、使い方、特徴）

従来機器とは一線を画す新しいアプローチとして注目されているのが、スマートフォンと超小型の高精度GNSS受信機を組み合わせた測量技術です。レフィクシア社のLRTK Phoneはその代表例で、iPhoneやiPadの背面に専用デバイスを装着するだけで、スマホがセンチメートル級精度の測位を行える万能測量機に変身します。このLRTK（Real-Time Kinematicを意味するRTK技術を活用した製品）は重量約125g・厚さ13mmのポケットサイズながらバッテリーを内蔵し、専用カバー経由でワンタッチ装着できる手軽さを備えています。まさに「現場で使える実用的な端末」と言えるでしょう。

LRTKデバイスを取り付けたスマートフォンでは、専用アプリを用いて様々な測量機能が利用できます。GNSSによる単点測位はもちろん、スマホ内蔵のLiDARセンサーやカメラを活かした3D点群スキャン、任意の座標への位置誘導（杭打ち・墨出し）、写真撮影と同時にその撮影位置・方位を記録する測位写真、さらには設計データを重ねて現場に仮想的に表示するAR機能まで、1台で多彩な用途に対応します。スマホで取得したデータはクラウドに瞬時にアップロード・共有でき、現場と事務所間でリアルタイムに情報共有することも可能です。例えば離れた現場で職員が測量した結果を即座に事務所で確認し指示を出す、といったことも容易になります。

では、スマホ×LRTK測量の使い方はどのようなものか、その一例を紹介します。基本的な単点測位の場合、LRTK付きスマホを計測したい地点に持っていき、アプリ上の「測位」ボタンを押すだけです。従来のGNSS測量機と同様にネットワーク型RTK（補正情報はNtrip経由）や、携帯圏外時には日本の準天頂衛星システム（みちびき）のCLAS信号を受信して補正を行うことで、観測開始から短時間でサブセンチ～数センチの誤差に収束した座標値が得られます。必要に応じて測位値を平均化することも可能で、例えば10秒程度の測位で水平方向約12mmの精度、60回の測定平均では約8mmという極めて高い精度を確認した例も報告されています。これは基準点測量に匹敵する精度であり、この小型デバイスが本格的な測量機として通用することを示しています。測位結果はその場で電子野帳に記録したり、CSV/PDF形式でエクスポートしてCAD図面に取り込んだりといったことも簡単です。

さらに特筆すべきは3Dスキャン機能です。最新のiPhoneやiPadはLiDARスキャナーを内蔵しており、これにより周囲の環境を手軽に点群化できます。しかし通常のスマホ単体でのLiDAR計測では、取得できる点群に絶対座標（緯度経度高さ）が付与されずローカル座標系になってしまうこと、歩き回ってスキャンするとデータが徐々に歪んでしまう（位置推定がずれて地面が波打つ等）という課題がありました。LRTKと組み合わせることでこれらの問題は解消します。RTK-GNSSによりスキャン中もスマホの自己位置を常にcm精度で把握できるため、点群全体に高精度のグローバル座標を付与でき、長距離を歩いても形状が歪みません。専門知識がなくとも誰でも座標付き点群を簡単に取得できるようになる点は画期的です。

 *図：LRTKデバイスを装着したスマートフォン（左）で周囲をスキャンし、取得した3D点群をアプリ上に表示して任意の2点間の距離を計測している様子（右）。スマホとLRTKだけで高精度座標付きの点群を取得し、現場ですぐに距離・面積・体積計算まで行える。重いレーザースキャナやPCを持ち歩かずに、ポケットサイズの端末一つで現場作業者の「身軽に点群計測したい」というニーズを実現している。*

このようにスマートフォン×LRTKによる測量技術は、「手軽さ」と「多機能さ」と「高精度」を両立している点が最大の特徴です。測位から点群取得、位置出し、写真記録、さらにはARによる可視化までを一つのプラットフォーム上で行えるため、現場で発生する様々なニーズに即応できます。しかも機材はスマホと小型デバイスのみで、持ち運びも簡単、必要なのは“スマホを用意するだけ”という手軽さです。従来は分業や専門職に委ねていた測量作業を、誰もが日常業務の中で当たり前に行える——そんな可能性を秘めた技術革新と言えるでしょう。

従来機器とスマホLRTKの比較（機材の重さ、価格、精度、作業人数、作業時間、データ処理のしやすさ 等）

では、従来の測量機器とスマホ×LRTK方式の違いを具体的な観点で比較してみます。それぞれのメリット・デメリットを把握することで、現場に応じた最適な使い分けも見えてくるはずです。

• 機材の重さ・携行性: 従来の測量機器は総じて大型で、現場への運搬・設置に労力がかかりました。例えばトータルステーション本体は約5kg前後あり三脚も必要、3Dレーザースキャナーは10kg近いものもあり車両で運ぶのが普通です。ドローンもバッテリーやGNSS基地局等を含めるとそれなりの荷物になります。これに対しスマホ+LRTKはデバイス重量125g程度にスマホ本体約200g程度を加えるのみで片手で持てるコンパクトさ。ポケットにも収まるので高低差のある山岳現場や狭い場所でも楽に持ち運べ、必要なときにサッと取り出して使えます。携行性の高さは、安全面（足場の悪い現場で重機材を持ち歩かない）やフットワークの軽さに直結します。

• 価格: 測量機器の価格差も大きなポイントです。従来の高精度機器は数百万円以上するものが多く、台数を揃えるにも予算上限があります。最新式のドローンLiDARやレーザースキャナーとなれば1台で数千万円に達するケースもあり、中小企業には手が出にくいものでした。一方、スマートフォンは既に多くの人が持つ汎用端末であり、LRTKデバイス自体も数十万円以下（数万円台後半～十数万円程度と推測されます）の比較的安価な製品です。初期導入コストが桁違いに低い上、1人1台配備することも現実的な範囲と言えます。「価格は超リーズナブル。1人1台あれば現場業務の生産性は大幅向上」という声もあるほどです。安価で多数展開できる利点は、現場のデジタル化を一気に推し進める原動力になるでしょう。

• 測量精度: 精度面では、従来機器には依然としてアドバンテージがあります。トータルステーションは条件次第でミリ単位の高精度を出せますし、地上レーザースキャナーも対象までの距離精度はミリ～数センチ以内に収まります。ドローン測量でもRTK-GNSS併用や地上基準点を入れれば全体を数cm程度の誤差に抑えられます。一方、スマホ×LRTKの精度はGNSS受信環境に左右されますが、オープンスカイであればほぼセンチメートル級が期待できます。実際の検証でも、単独測位で1～2cm程度、平均化で1cm未満の水準に到達しています。これは一般的な土木測量や出来形管理には十分な精度です。ただしスマホ内蔵LiDARの測距精度自体はプロ用スキャナーに及ばず、約5m程度の範囲で数cmの誤差と言われています。そのため微細形状の計測や長距離ターゲットの測定には適さない場合もありますが、地形の把握や土量計算などでは問題ないレベルでしょう。要するに土木現場の日常測量にはほぼ支障ない精度と言えます。一方でミリ単位の精密計測（橋梁部材の位置決めなど）では従来機器の出番が残る、といった棲み分けになります。

• 必要な作業人数: 上述の通りトータルステーションは基本2人作業（ロボットTSで1人可能）、レーザースキャナーやドローンも機材運用・監視に1～2名が必要です。つまり広い範囲を測ろうとすると複数人のチームで取り組むのが一般的でした。それに対しスマホ×LRTKは原則1人で完結します。測りたい人が自分のスマホを持っていけば即測れるので、「測量班を呼ぶ」ような手配も不要です。現場監督や作業員それぞれが自分の判断で必要箇所を測定できるため、待ち時間の解消やコミュニケーションロス低減にもつながります。また人員削減が叫ばれる中、人手不足の解消策としても期待できます。特に測量技術者の高齢化が進む中、若手でも扱えるスマホ測量の普及は世代交代を支えるでしょう。

• 作業時間・効率: スピードの面でも両者で大きな違いがあります。従来法では機材の準備・据付だけで時間を要し、測量計画から後片付けまで1日仕事ということも珍しくありませんでした。広範囲の点群取得では、スキャナーを何度も据え替えて数時間、データ処理に数日、といったこともしばしばです。スマホ×LRTKであれば、準備は装置をスマホに付けるだけ、電源を入れればすぐ測位が始まります。必要な範囲を歩いてスキャンすれば、そのまま3Dデータが得られます。例えば小規模な盛土であれば、数分歩くだけで点群取得から体積計算まで現場で完了します。測ったデータは即クラウドに同期されるため、オフィスに持ち帰って処理する手間も削減されます。もちろん広大な現場全体の高密度測量では依然としてドローン等が効率的ですが、局所的な計測や日常的な記録作業にはスマホ測量の俊敏さが際立ちます。「思い立ったら即計測」が可能になった点は、現場の働き方を大きく変えるでしょう。

• データ処理・活用の容易さ: 点群データは情報量が膨大なため、従来は処理・解析に手間取りがちでした。専用ソフトの操作習熟も必要で、せっかく取得した点群を持て余してしまうケースもあります。スマホ×LRTKでは、取得データをクラウド経由で扱うことでこのハードルを下げています。例えばLRTKクラウドでは、アップロードした点群をブラウザ上の3Dビューアで確認し、距離や面積を計測したり断面図を作成したりできます。特殊な高性能PCやソフトを用意しなくても、普通のパソコンでWebにアクセスするだけで点群を確認・活用できるのです。また点群にひも付けて撮影した写真を表示したり、既存の測量基準点データをインポートしてナビゲートに使ったりといった機能も充実しています。要は、データ処理の専門家でなくても現場データを使いこなせる環境が整いつつあるということです。これにより点群データが単なる記録に留まらず、即座に現場の判断や施工にフィードバックできる「生きた情報」となります。

以上、様々な観点で比較しましたが、総じて言えるのはスマホ×LRTKは「手軽で速い割に、精度や機能は実用十分」ということです。すべての場面で従来機器を置き換えるわけではありませんが、多くの現場測量業務で有力な選択肢となり得ます。特に「高価な機械を毎回持ち出すほどでもないが、ちょっと現況を測りたい」という日常的ニーズにはピッタリでしょう。一方で、絶対精度が問われる重要基準点の設定や、広域の詳細マッピングなどでは引き続き従来機器が主役となる場面もあります。現場の規模や目的に応じて、従来手法と新手法を上手に使い分けることが大切です。

スマホ×LRTKがもたらす現場の変化（活用事例、効率化、若手人材にも扱いやすい点など）

スマホ×LRTKの普及により、土木の現場にはどのような変化が起きるでしょうか。いくつかの活用事例や効果を見てみます。

まず、日常業務への点群活用が身近になります。従来は専門業者に依頼したり高価な機材を用意しないと難しかった3D計測が、各担当者のスマホで気軽に行えるようになるためです。例えば施工中の土量チェックや埋設物の深さ確認、出来形の記録など、これまで平面的な図面や写真で済ませていた作業も点群で記録・共有できるようになります。ある建設会社では、「1人1台のLRTK端末」を現場管理者に配備して日常的に測量させる取り組みを始めたところ、測量のための待ち時間が減り業務効率が格段に向上したといいます。クラウド連携により現場から即座に3Dデータが送られてくるため、設計部門や発注者との打ち合わせもスムーズになり、意思決定のスピードアップにつながったとのことです。コストが安く人手も要らないため、必要なときにすぐ測る・頻繁に測ることが可能となり、結果としてミスの早期発見や手戻り防止にも寄与します。

また、有事の際の迅速対応にも威力を発揮します。例えば地震や土砂崩れといった災害現場では、大がかりな測量機材を持ち込めなかったり、通信インフラが断たれていたりする場合があります。2023年の能登半島地震では、携帯基地局がダウンした被災地の状況記録にLRTKが活躍しました。LRTKは通信圏外でもみちびきのCLAS信号対応アンテナに切り替えることで高精度測位が可能であり、被災現場でも小型端末1台で位置情報付きの写真記録や測量が行えたのです。このように、緊急時に素早く現場の状況をデジタル記録・共有できる手段としてもスマホ測量は期待されます。小型軽量ゆえヘリコプターでの搬送や徒歩での移動も容易で、初動対応における情報収集を強力に支援します。

若手人材への技術継承という面でも大きなメリットがあります。高度成長期に整備されたインフラが更新期を迎える中、測量の需要は増える一方で担い手の高齢化・減少が課題となっています。スマホ×LRTKであれば、デジタルネイティブ世代が遊び感覚で直感的に操作できるため、測量に対する心理的ハードルを下げることができます。実際、ある現場で事務員に30分ほど使い方を教えただけで、即戦力として測量作業に従事できたという報告もあります。難解な専門機器を前に萎縮していた新人でも、スマホアプリであれば飲み込みが早く、主体的に現場計測を担えるようになります。これは技術者育成の時間短縮につながり、早期戦力化を可能にします。また、スマホ測量はゲーム的な要素もあり（ARで埋設物を可視化する機能などはまさに現場が“ポケモンGO”状態です）、若い世代のモチベーション向上や興味喚起にもひと役買っています。

さらに、スマホ×LRTKの浸透は現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）加速にも直結します。これまでデジタル化が部分的だった中小現場でも、一人一人がデータ発信源となることで、現場全体の施工管理がリアルタイムにデジタルで可視化されていきます。毎日のように点群や測位写真がクラウドに蓄積されれば、施工の進捗や出来形を逐次3Dで比較検証でき、品質管理や安全対策も高度化します。将来的には、このような現場データをAIが分析して自動で出来形チェックを行ったり、危険箇所を検知したりといった応用も考えられます。つまり、スマホ×LRTKは単に測量を効率化するだけでなく、現場からのデータドリブンな意思決定を可能にする基盤となり得るのです。

今後の展望と技術の可能性

スマホとLRTKを組み合わせた測量技術は、今まさに黎明期から普及期へと移行しつつあります。今後さらにセンサー技術や通信環境が進化すれば、その可能性は一層広がっていくでしょう。将来を見据えた展望をいくつか述べてみます。

まず、スマートフォン自体の進化が挙げられます。年々高性能化するスマホには、より精度の高いGNSSチップや高解像度LiDARセンサーが搭載されていく可能性があります。すでにAndroid機種では複周波GNSSやRTKに対応するものも登場していますし、将来的にスマホ単体でRTK測位が標準機能になるかもしれません。そうなれば外付けデバイスなしでセンチ級測量が可能となり、文字通り「誰の手にも測量機」の時代が訪れるでしょう。またLiDARの測距範囲・精度が向上すれば、スマホで取得できる点群の質もプロ機器に迫っていくはずです。

次に、周辺技術との連携です。ARグラスやMRデバイスとスマホRTKを連動させることで、例えば作業員がメガネ型デバイスをかけて現場を見回すだけで、重要な基準点や設計線が視界に投影されるような未来も考えられます。既にスマホ画面上で埋設物の位置をAR表示する試みは始まっていますが、今後はより自然な形で現実とデジタル情報が融合するでしょう。さらに、ロボットやドローンとの協調も期待されます。自律走行ロボットにスマホRTKを積んで現場巡回させれば、人が行けない危険エリアの測量や定点観測も安全に行えるようになります。ドローンにしても現在は専門オペレーターが必要ですが、将来的にはスマホが自動航行ドローンをリアルタイム制御しつつ測量するといった完全自動化施工の一部を担う可能性もあります。

また、データ活用の高度化も展望の一つです。スマホで頻繁に取得される点群・写真データ群を、クラウド上でAI解析して地形変化や出来形誤差を自動検出する技術が進めば、現場監督の負担は飛躍的に軽減されます。人的リソースが限られる現場でも、機械が異常を見つけ出しアラートを上げることでミス防止や品質保証がなされるでしょう。さらには、複数現場・複数人のスマホ測量データを統合してリアルタイムなインフラ維持管理プラットフォームを構築する、といった大規模な応用も考えられます。道路や橋梁の管理者が、現場作業員のスマホから上がってくるデータを集約して常時モニタリングし、異常があればすぐ補修手配するといった仕組みです。点群データがインフラ管理の「ライブ情報」として活用される未来像も、そう遠くないかもしれません。

最後に、人間側の意識改革も含め、現場文化の変革が進むでしょう。従来は職人技に頼っていた測量や出来形管理が、誰でも扱えるデジタルツールによってオープン化・共有化されていくことで、組織全体の生産性と創造性が高まります。若手が積極的にデータを取り、ベテランがそれを基に指導・判断するといった協働も生まれやすくなります。スマホ×LRTKは単なるガジェットではなく、現場力を底上げするキー技術として定着していくことでしょう。

まとめと参考情報

以上、点群測量の進化について従来機器とスマホLRTK方式の比較を交えながら解説しました。かつては専門家の領域だった3次元測量が、技術革新によってより手軽で身近なものになりつつあります。もちろん適材適所で従来の精密機器も重要ですが、スマホ×LRTKの登場は現場の可能性を大きく広げました。コスト低減、人材育成、作業効率化といったメリットを考えると、この流れは今後さらに加速していくでしょう。

特に今回取り上げた LRTK Phone は、東京工業大学発ベンチャーのレフィクシア社が開発した先進的なソリューションです。スマートフォンを高精度な測量機器に変えるその仕組みと効果には、現場からも高い注目が集まっています。興味を持たれた方は、ぜひLRTK Phoneの公式紹介ページで詳細を確認してみてください。きっと、これからの測量の在り方が大きく変わることを実感できるはずです。