建設現場で最近よく耳にする「点群測量」。従来は特殊な3Dレーザースキャナーやドローン、測量機器を使う専門的な作業という印象が強く、「難しそう」「高価そう」と敬遠していた方も多いでしょう。しかし今やスマホとアプリだけで、誰でも手軽に高精度の点群データを取得できる時代が来ています。スマートフォン内蔵のLiDAR(ライダー)センサーとRTK測位技術を組み合わせれば、現場をそのまま3次元モデル化し、必要な寸法や体積をその場で測れるのです。
本記事では、点群測量の基礎からスマホでの活用方法まで、初心者にも分かりやすく解説します。「出来形管理」や「土量算出」といった土木現場の具体的な活用シーンやメリット・注意点を現場目線で紹介し、最後にはスマホ点群測量を実現する製品LRTKについても触れます。「点群は難しい…」と感じている方も、読み終える頃には「これなら自分にもできそう!」と思えるはずです。
点群測量とは?スマホで扱える理由(LiDAR×RTK)
点群測量とは、対象物や地形の表面を構成する多数の点(ポイント)を三次元座標として計測し、その集合体(点群データ)によって形状を捉える測量手法です。取得した各点にはX,Y,Zの座標値が含まれ、写真測量と組み合わせれば各点に色(RGB)情報を付与することもできます。要するに、無数の点の集まりで物の形を3Dモデル化するイメージです。従来、この点群データを得るには三脚に据え付ける高性能レーザースキャナーやドローン測量、写真測量(フォトグラメトリ)などが用いられてきました。
ではスマホで点群測量が可能になった理由は何でしょうか?鍵となるのが、スマートフォンのLiDARセンサーとRTK-GNSS測位技術の組み合わせです。
• LiDARセンサーによる3Dスキャン: 近年のスマートフォン(例: iPhone 12 Pro以降やiPad Proなど)にはLiDARと呼ばれる赤外線レーザーによる深度センサーが搭載されており、カメラではなくレーザーの光で周囲の形状を点群として捉えることができます。LiDAR搭載のスマホをかざすと、壁や地面、構造物との距離を高速に計測し、数メートル範囲の点群データをリアルタイムに生成できます。これにより、これまで専門機器が必要だった3Dスキャンがスマホだけで「手軽に」できるようになりました。
• RTK-GNSSによる高精度位置情報: スマホ単体で取得できる位置情報(GPSなど)は精度が数m程度にとどまり、測量には不十分です。またスマホのLiDARスキャンも、長くスキャンを続けると徐々に位置誤差が蓄積して点群が歪む課題がありました。ここで活躍するのがRTK(リアルタイムキネマティック)と呼ばれる衛星測位の高精度化技術です。RTK-GNSSでは、基地局(既知点)から移動局(端末)へ誤差補正情報を送り、リアルタイムに測位精度を向上させます。その結果、水平位置で約2~3cm、鉛直方向で約3~4cm程度の誤差にまで精度が高まります。スマホに外付けのRTK対応GNSS受信機を組み合わせれば、スキャン中も常に現在位置をcm精度で把握でき、取得する点群すべてに高精度なグローバル座標(世界測地系の経緯度・標高)を付与することが可能になります。これにより、スマホのLiDAR点群でも形状の歪みを補正し、測量に耐えうる正確さで記録できます。
要するに、スマホ内蔵LiDARの「形を測る力」とRTKの「正確な位置を測る力」を掛け合わせることで、スマホが高精度な3D測量機器に変身するわけです。これが「スマホとアプリだけで点群測量」が可能になった理由です。
スマホ×点群測量で何が変わる?(出来形管理・土量計算・施工記録)
スマホで手軽に点群データを取得できるようになると、土木の現場業務にどのような変化やメリットがあるのでしょうか。代表的な活用シーンで見てみましょう。
• 出来形管理の効率化: 出来形管理とは、施工後の構 造物や地形が設計通りの形状・寸法になっているか確認する作業です。従来はスタッフが測量機器で要所のポイントを測って断面図と照合したり、レベルで高さを確認したりしていました。スマホ点群測量を使えば、施工箇所全体をスキャンして3Dモデル化し、設計3Dデータと重ね合わせて確認できます。例えば完成した盛土を丸ごと点群で記録し、設計の盛土モデルと比較すれば、どの部分が過不足か一目瞭然です。さらにスマホやタブレットの画面上で設計データをAR表示し、実物と見比べることで「狙い通り形ができているか」を直感的にチェックすることも可能です。これにより出来形検査にかかる時間を短縮でき、見落とし防止にもつながります。
• 土量算出・体積計算の迅速化: 土工事では、掘削や盛土の体積(土量)管理が重要です。スマホ点群測量を使うと、施工前後の地形をスキャンして点群同士を比較することで、短時間で正確な体積差を求めることができます。例えば、ある掘削箇所で「あとどれくらい掘れば設計の深さになるか」「盛土をどれくらい盛れば必要な高さになるか」といった判断を、その場で点群データから計算可能です。また、現場に山積みされた残土や資材の盛土量も、スマホでぐるっと周囲をスキャンすれば即座に容積を算出できます。これまで体積計算には測量データを事務所に持ち帰って専用ソフトで解析する必要がありましたが、スマホ一つで現場ですぐ結果が得られ る点は大きな革新です。
• 施工記録の高度化: 工事の進捗や出来形を記録する手段としても点群データは有用です。例えば基礎工事で鉄筋を組んだ状態をスキャンしておけば、あとでコンクリートを打設した後でも「中の鉄筋が設計通り配置されていたか」を確認できますし、埋設物の位置を記録しておけば掘り返さずに位置把握できます。写真と違って3Dデータなので、角度を変えて確認したり正確な寸法を測ったりできる利点があります。実際、橋梁点検の現場では、作業員が橋の下部をiPhoneでスキャンし、橋脚や桁の点群データを一人で取得するといった手法も実用化されています。取得した3D点群モデル上に損傷個所の写真やメモをピンで紐づけて記録でき、紙の野帳の代わりにデジタルで一元管理する試みも行われています。同様に工事記録でも、点群上に検査結果や注記を残せば、「いつ・どこで・何をした」かを立体的に残すことができます。これらの記録は社内共有だけでなく発注者への報告資料にも活用できるため、説明責任の強化にもつながります。
こうした出来形管理・土量管理