点群とは？建設業で注目される3Dスキャン技術をやさしく解説

近年、建設業界で「点群」という言葉を耳にする機会が増えています。3Dスキャン技術の一つである点群計測は注目を集めていますが、そもそも「点群」とは何を指しているのでしょうか。実は詳しく知らないという方も多いかもしれません。

この記事では、点群の基礎から建設現場での活用方法、さらにスマホ測量ツール「LRTK」を使った簡単な点群取得方法まで、初心者にもわかりやすく解説します。

点群の基本（点群とは？）

「点群データ」とは、その名の通り無数の「点」の集まりによって構成される3次元データです。各点には位置を示すXYZ座標値が含まれ、写真測量を組み合わせた場合は色（RGB値）の情報を持つこともあります。建物や地形を点群化すると、その表面上の無数の測定点がコンピュータ上に再現され、立体的な点の集合体として表示されます（まるで写真のように見えるイメージです）。

点群データは専用の3Dレーザースキャナーやドローン空撮、写真測量（フォトグラメトリ）などによって取得できます。取得時の現実空間を高精度にデジタル記録できる点が大きな特徴で、まさに現場の「3D写真」を残すイメージです。このように現実空間を丸ごとデジタル化できる点群技術は、建設分野のデジタルツイン（現実空間を仮想空間に再現する双子モデル）を実現する基盤技術としても注目されています。

では、なぜ点群技術が建設業でこれほど注目されているのでしょうか。次に、その理由を具体的に見ていきましょう。

建設業で点群が注目される理由

建設業界では点群データの利活用が急速に広がっています。その背景には、測量から施工管理、出来形管理、維持管理に至るまで従来の業務プロセスを大きく効率化・高度化できる可能性があるためです。ここでは、特に重要な4つの分野での点群活用方法とその効果を見てみましょう。

測量への活用

点群計測は、地形や構造物の測量手法に大きな変革をもたらしています。従来、地上測量では測量士がトータルステーションやGPS測量機で地道にポイントを一つずつ測っていく必要がありました。これに対しレーザースキャナーやドローンを用いれば、地表面を面的かつ連続的にスキャンでき、短時間で詳細な現況データを取得できます。

例えば大規模な造成工事の現場では、着工前にドローンで上空から現場を空撮して点群モデルを作成することで、広範囲の地形を効率よく把握できます。また、人が立ち入れない急斜面や災害直後の危険な現場でも、点群測量なら遠隔から安全に現況を記録可能です。森林地帯から都市部まで、広いエリアを高い再現度で3次元化できるのも利点と言えます。

施工管理への活用

施工中の現場記録・管理にも点群が活躍しています。工事の各工程で定期的に現場を3Dスキャンしておけば、進捗状況の把握や品質チェックを効率的に行えます。例えばコンクリート構造物の施工では、打設後に点群測定を行い、あらかじめ用意した設計3Dモデル（BIMデータ）と重ね合わせて比較します。構造物の位置や形状が図面通りか一目で確認でき、ズレがあれば早期に発見して修正可能です。これにより手戻りを防ぎ、品質確保につながります。

さらに、取得した点群データをクラウド上で共有すれば、遠隔地から現場状況を確認するリモート施工管理も可能です。担当者がわざわざ現地に赴かなくても進捗を把握でき、移動時間を大幅に削減できます。点群は臨場感のある3Dデータとして現場を可視化し、施工管理の省力化に役立っています。

出来形管理への活用

出来形管理（できがたかんり）とは、工事完了後に出来上がった構造物や地形が設計どおりか検証し記録するプロセスです。点群技術の導入によって、この出来形管理も効率化・高度化が図られています。

従来は完成した構造物のごく一部のポイントを計測し、設計値との差をチェックしていましたが、点群を使えば構造物全体を対象に詳細な出来形検査が可能です。例えば道路工事では、仕上がった路面をドローン写真測量や地上レーザースキャンで点群化し、設計3Dモデルと重ね合わせて厚みや高さの差を面的に解析できます。限られた測点のみでなく面全体で品質を評価できるため、管理の精度が向上します。

さらに点群は完成時の詳細なデジタル記録として保存できる点も重要です。国土交通省の要領でも、出来形管理で取得した点群データを完成図書に活用することが推奨されています。古い橋梁などで図面が残っていない場合でも、完成時の点群があれば正確な現況図や3Dモデルを後から作成できます。出来形で取得した点群データは、そのまま将来の維持管理の基礎資料としても役立ちます。

維持管理への活用

インフラ施設の維持管理（メンテナンス）分野でも点群データが活用されています。橋梁・トンネル・ダムといった構造物では、定期点検時に構造物全体を3Dスキャンして点群化しておけば、次回点検時に新旧の点群データを比較して変位やたわみの変化を把握できます。また取得した点群に高解像度の写真データを重ね合わせて解析すれば、コンクリート表面の微細なひび割れも検出でき、劣化の早期発見に役立ちます。

防災の分野でも点群は有用です。地震や豪雨で被災した構造物や斜面をドローンで速やかに空撮・点群化すれば、崩壊土量や被害範囲を迅速に把握して復旧計画に活かせます。人が近づけない状況でも空から現況を取得でき、二次災害の防止にもつながります。

点群データの取得方法（TLS・ドローン・スマホ測量など）

では、こうした点群データはどのように取得するのでしょうか。代表的な手法として、3Dレーザースキャナー（LiDAR）による計測、ドローンを使った写真測量、地上での写真測量（フォトグラメトリ）の3つが挙げられます。それぞれの特徴とメリットを紹介します。加えて、近年登場したスマートフォンを活用した手軽な点群取得方法についても触れます。

3Dレーザースキャナー（LiDAR）による計測

LiDAR（ライダー）スキャナーとは、レーザー光を照射して対象物までの距離を測定し、その点の3次元座標を取得する計測機器です。地上据え置き型の3Dレーザースキャナー（TLS）や車両に搭載するモバイルマッピングシステム、航空機に搭載する航空レーザ測量機など様々な種類があります。LiDAR計測の長所は、高速かつ高精度に大量の点を取得できることです。毎秒数十万点規模で測距可能な最新機器もあり、短時間で非常に密度の高い点群データを得られます。またレーザー光を使うため夜間や暗所でも計測でき、太陽光に左右されない安定した測定が可能です。

土木分野ではトンネルや橋梁の形状計測に地上型レーザースキャナーがよく使われています。例えばトンネル内部をスキャンすれば、内空断面の歪みや覆工コンクリートのひび割れを面的に把握できます。また道路トンネルでは、車両走行しながら測定できる車載型モバイルマッピングシステムも登場しており、交通を止めずにトンネル内部の3Dデータを取得することが可能です。

航空レーザ測量では、樹木に覆われた地形も上空から精度良くモデル化できるため、河川流域のハザードマップ作成や森林の管理などにも活用されています。このようにLiDARスキャナーは高品質な点群取得手段として多方面で活用されていますが、機器や運用コストが高価である点には注意が必要です。

ドローンによる点群取得（写真測量）

ドローン（無人航空機）を使った3D測量も、近年急速に普及している手法です。一般的なのはドローンに搭載したカメラで地表を空撮し、その複数写真をもとにフォトグラメトリ技術で点群データ化する方法（空中写真測量）です。ドローン測量の最大のメリットは、広範囲を短時間で計測できる点にあります。人間が1日かけて測量するような広い面積を、ドローンなら数十分程度で網羅できます。また上空から俯瞰できるため、複雑な地形や広大な造成現場でもムラなくデータを取得可能です。

土木工事では、盛土や切土の土量管理にドローン写真測量がよく使われます。工事前後に現場を空撮して点群化し、両者の差分から正確な土量を算出できます。国土地理院や自治体も公共測量にドローンを取り入れており、従来より効率的に地形図作成や出来形検査が行われています。さらに災害対応では、被災状況をいち早く把握する目的でドローン点群が活用されています。

一方でドローン測量には天候や飛行許可の制約もあります。強風や雨天時は飛行できず、航空法に基づく許可・申請が必要な場合があります。しかし近年は機体性能や自動航行技術の進歩で安定飛行が容易になり、運用のハードルは下がりつつあります。

写真測量（地上フォトグラメトリ）

フォトグラメトリとは、重複した複数の写真から対象物の3次元形状を復元し、点群データ化する手法です。特別な3Dスキャナーがなくても、一般的なデジカメで撮影した写真から点群を生成できるのが大きな利点です。例えば建物なら、様々な角度から何十枚もの写真を撮影し、それらを解析ソフトに取り込んで特徴点をマッチングさせれば、建物表面の点群モデルを再構築できます。

フォトグラメトリのメリットは、低コストでカラー付きの点群が得られる点です。写真を使うため各点に色情報（RGB値）を付与でき、見た目にも直感的で分かりやすい3Dモデルを生成できます。

一方でフォトグラメトリには、撮影のための事前準備とデータ処理時間が必要です。高精度な結果を得るには被写体を取り囲むように十分な枚数の写真を撮影する必要があり、撮影計画に手間がかかります。また撮影後の写真位置合わせや点群生成の処理に時間を要する場合があります。しかし最近はパソコンやクラウドの高性能化により解析時間も短縮され、手軽に使えるサービスも登場しています。

スマートフォンを使った点群計測

近年ではスマートフォンやタブレットを用いて手軽に点群を取得する方法も登場しています。最新のiPhoneやiPadにはLiDARセンサーが搭載されており、専用アプリで周囲をスキャンすることで、数メートル程度の範囲であればその場で3D点群データを生成可能です。さらに、高精度GPS（RTK-GNSS）を組み合わせれば、取得した点群に正確な位置座標を付与することもできます。例えばレフィクシア社のLRTKはスマホに装着できる小型のRTK測位デバイスで、これを利用すればスマホ単体でセンチメートル級の測位が行えます。

こうしたスマホ測量技術を使えば、従来は高額な専門機器が必要だった3D計測を誰でも手軽に行えるようになりつつあります。現場でさっとスマホを取り出して必要な部分をスキャンし、その場で点群化するといった使い方も現実的になってきました。次に、スマホ＋LRTKを使って実際に点群を取得する手順と、その活用例を見てみましょう。

スマホ＋LRTKを使った点群取得の手順と活用例

スマートフォンとLRTKを組み合わせた点群計測は非常にシンプルです。例えば以下のような手順で作業できます。

• スマホにLRTKデバイスを装着し、専用アプリを起動 – スマートフォンにLRTK受信機を取り付け、対応アプリを立ち上げます。数十秒ほどで衛星を捕捉し、センチメートル精度で測位する準備が整います。

• 計測したいエリアを歩いてスキャン – スマホを手に現場の対象エリアを歩き回りながらLiDARスキャンします。スマホ内蔵のLiDARが周囲の点群データを取得し、同時にLRTKによって各点に高精度な位置座標（緯度・経度・高さ）が付加されます。スマホ画面に点群がリアルタイム表示されるので、取りこぼしがないよう確認しつつ計測できます。

• 点群データの保存・共有 – スキャン完了後、取得した点群データをスマホ内に保存します。必要に応じてクラウドにアップロードすれば、PCで詳細を解析したり関係者と共有したりできます。オフラインの現場でもデータは後でまとめて転送可能です。

このように、特別な機材がなくてもスマホと小型デバイスだけで3次元測量が完結します。ではスマホ＋LRTKで何ができるのか、その活用例を見てみましょう。

例えば小規模な造成現場で盛土や切土の体積を測りたい場合、スマホ＋LRTKで現場を歩いてスキャンするだけで地形の3Dモデルが取得でき、ソフト上で盛土量・掘削量を自動算出できます。従来の人力測量と比べて短時間で安全に実施でき、作業効率は格段に向上します。

他の方式との違いと現場導入のメリット

最後に、点群計測を現場に導入することによる主なメリットを整理します。従来手法や他の計測方式と比較した際に特に大きい利点として、以下の3点が挙げられます。

• コストの削減: 高性能の3Dレーザースキャナーや測量用ドローンを導入するには多額の投資が必要ですが、スマートフォン＋LRTKであれば比較的低コストで始められます。手持ちのスマホを活用できるため初期投資を抑えられ、中小企業でも点群技術を取り入れやすくなっています。

• 作業時間の短縮と省力化: 点群計測により現地での測量・計測作業は大幅に効率化されます。広い現場でも短時間で詳細データを取得でき、人力では不可能なレベルの成果を一度に集められます。また、一度点群を取得しておけば後から不足箇所を計測できるため、追加の再調査が減り「現場を丸ごと持ち帰る」ことが可能です。熟練の測量技術者が不足していても、誰でも扱える3D計測ツールがあれば将来の担い手不足を補う手段にもなります。

• 安全性の向上: 点群技術は作業員の安全確保にも寄与します。危険な高所や傾斜地での測量を人が直接行う必要が減り、離れた場所からデータ収集できるためです。例えば崩落の恐れがある斜面も、ドローンや長距離LiDARで人が近づかずに現況を把握できます。また交通量の多い道路上での測量も、車両搭載型LiDARを走行させながら実施できるため、車道に人が立ち入るリスクを低減できます。さらに災害直後の被害調査でも、人が現地確認を行う前にドローン点群で状況把握することで二次災害を防ぐ取り組みが広がっています。

まとめ

点群による3Dスキャン技術は、建設現場のDXを力強く後押しするツールです。従来の方法では得られなかった詳細情報を短時間で取得し、業務の効率化や品質向上、安全性確保に大きく貢献します。最近ではスマホとLRTKのような身近な機器で誰でも簡単に点群計測が行えるようになり、中小企業でも導入しやすくなっています。この機会に、ぜひ点群データの活用を検討してみてはいかがでしょうか。

スマートフォンを高精度3D測量機に変えるソリューションLRTKの詳細は、[LRTK公式サイト](https://www.lrtk.lefixea.com/)をご覧ください。