初心者向け！点群データの取得方法と活用事例まとめ

建設業や土木測量の現場で近年よく耳にするようになった「点群データ」。しかし、初心者の方には「点群って何？」「どうやってデータを取るの？」と疑問も多いでしょう。この記事では、点群データの基本から主な取得方法、それぞれの特徴やメリット、そして実際の活用事例までをやさしく解説します。専門用語もできるだけ噛み砕いて補足しますので、技術導入を検討中の中小事業者や現場担当者、自治体職員の方々も安心して読み進めてください。

点群データとは何か（定義と基本構造）

点群データとは、その名のとおり「点の集まり」で構成されたデータのことです。コンピュータ上で扱われる多数の点の集合で、多くの場合は現実空間の物体や地形の表面上の位置を3次元座標（X, Y, Z）で表現したものを指します。各点には座標のほか、色（RGB）やレーザーの反射強度、法線ベクトル（面の向き）などの情報を持たせることもできます。点の集まりが高密度で位置精度も高ければ、点群によって写真とほぼ変わらない精度で対象物を3D再現できるのが特徴です。

図1．レーザースキャナーで取得した点群データの例です。古代遺跡の像を無数の緑色の点で表現しており、点群によって対象物の形状を3次元的に記録できていることがわかります。点群データでは、このように点の集合から対象の形状や寸法を読み取ることができます。

点群データは通常、数万から数千万以上もの点で構成されます。一つひとつの点は非常に小さな要素ですが、集まることで建物や地形などの形を詳細に表現できます。例えば、建物であれば壁や柱の表面に点がびっしりと付与され、その集合体によって壁面の凹凸や寸法を把握できます。点群データはファイル形式としては`.las`や`.pts`、`.xyz`などで保存され（テキスト形式で座標等を列挙）、専用のソフトウェアで可視化・解析します。

ポイント：線や面で構成された従来の図面と異なり、点群データは複雑な形状でも現地そのままの形を記録・再現しやすいというメリットがあります。図面が無くても実物から3Dモデルを起こすことができ、必要に応じて後から断面を切ったり寸法を計測したりと柔軟に利用できるのです。

点群データの主な取得方法

点群データを得るには、専用の計測機器や写真計測技術を用います。代表的な取得方法として、以下のようなものがあります。

• TLS（地上型レーザースキャナー）による計測

• ドローン搭載LiDARによる空中計測

• 写真測量（フォトグラメトリ）による点群生成

• スマートフォン＋LRTKによる手軽な計測

それぞれの方法について、特徴やメリット・デメリット、向いている用途を見ていきましょう。

地上型レーザースキャナー（TLS）による計測

TLS（ティーエルエス：Terrestrial Laser Scannerの略、地上型レーザースキャナー）とは、三脚などに据え付けて使う高精度レーザー計測機器です。360度回転するレーザー発信器で周囲の物体までの距離を一度に大量に測定し、短時間で高密度の点群データを取得できます。従来のトータルステーション（光波測距儀）のように一点一点測るのではなく、面を一気にスキャンできるため、広範囲の3次元座標を一度に取得できるのが大きなメリットです。

写真1．地上型レーザースキャナー装置の一例（RIEGL社 VZ-400）。このような三脚据付型のスキャナーを現場に設置し、周囲360°の点群を計測します。レーザー計測により直接3次元座標データを取得するため、その場で点群の一部を確認でき、写真測量と違って撮影画像から計算で点群化する手間が少ない点も特徴です。

TLS計測の精度は非常に高く、適切に機器校正と基準点（既知の測量基準）への合致を行えば、ミリ単位の精度で点群を取得することも可能です。地上からの計測なので上空からでは捉えにくい構造物の細部や室内空間のスキャンにも向いています。また機種によってはカメラを搭載し、取得した点群に実際の色を付与（カラーレンダリング）できるものもあります。

一方、TLSにはデメリットや課題もあります。装置が据え付け型のため、一度の設置で取得できる範囲には限りがあり、死角（陰になってレーザーが当たらない部分）が生じます。そのため現場では機器を複数回移動（据え替え）し、様々な角度からスキャンしてデータを取得し、後で「位置合わせ（レジストレーション）」と呼ばれる処理で点群同士を結合する必要があります。例えば、障害物の裏側や複雑な地形の凹凸をすべて記録するには、何度も場所を変えて計測しなければなりません。装置自体が大型・高価であること、人員の手配や操作訓練が必要なことも中小事業者にはハードルとなります。

TLSに向いている用途: 精密な計測が求められるケース（構造物の詳細な変位計測、トンネルや橋梁の出来形測定など）、建物室内の寸法取り、プラント設備の据付前後の計測、地上からアクセスできる範囲の地形測量　など。高精度かつ高密度で点群が得られるので、出来形管理※など品質検査用途にも用いられます。反面、広大な敷地全体の地形把握や、急峻で足場の悪い斜面の計測などには機動力の面で不利です。

ドローン搭載LiDARによる点群計測

上空からドローンを使って点群を取得する方法も普及してきました。特にドローンに軽量のレーザースキャナー（LiDAR：ライダー）を搭載したUAVレーザー計測は、地上から難しい広範囲の3D測量に威力を発揮します。飛行するドローンから地表や構造物に向けてレーザーを照射し、距離データを集めることで点群データを取得します。この場合、ドローンの位置や姿勢を把握するGPS・IMUセンサーと組み合わせて、取得した点群に地理座標を与えます。

ドローンLiDAR計測のメリット: 地上を歩き回らずとも、空から一度に広いエリアをカバーできることです。例えば急斜面の法面（のりめん）の3D測量では、TLSだと斜面を登ったり迂回したり大変ですが、ドローンなら上空から短時間で斜面全体をスキャンできます。またレーザーは樹木の隙間を通り抜けて地表まで到達するため、森林や茂みのある地域でも地面の形状をある程度捉えられる点は写真測量にはない強みです。加えて、ドローンを計画範囲より少し広めに飛行させれば、工事箇所周辺の地形も含めて把握することが可能です。これは災害対応や周辺環境を考慮した設計検討にも有用でしょう。

デメリットや制約: ドローン＋LiDAR機材の導入コストは高額で、機体の飛行許可やオペレーションスキルも必要です。また、飛行中はどうしても揺れや姿勢変化があり、地上固定型のTLSに比べて点群の精度・解像度は劣る場合が多いとされています。特に出来形管理のように高精度が求められる用途では、現状ドローンレーザーのみで必要精度を満たすのは難しいケースもあります。そのため、ミリ精度が必要な局所的エリアは地上計測に任せ、広域の概況把握にドローンを使う、といった使い分けが有効です。また、樹木越しに地表を測れるとはいえ密生林では点が十分届かないこともあります。

ドローンLiDARに向いている用途: 地形測量（広域の現況モデル作成、土量計算など）、森林・河川の測量、災害現場の状況把握、山間部の道路や法面の調査　など。特に地上から近寄れない場所や、危険で人が立ち入れない場所のデータ取得に適しています。精度よりもスピードやエリアカバーを重視する場面で威力を発揮します。

写真測量（フォトグラメトリ）による点群生成

写真測量（フォトグラメトリ）とは、写真画像から3次元形状を復元する手法です。ドローンや地上カメラで対象物を様々な角度から撮影し、重複して写った特徴点をソフトウェアで照合することで点群データ（または3Dモデル）を生成します。特にドローンを用いた写真測量はUAV写真測量とも呼ばれ、上空から多数の写真を撮って地形や構造物の点群を作成するのに広く使われています。

写真測量のメリット: まず専用の高価なレーザー機器が不要で、カメラとソフトウェアがあれば始められる手軽さがあります。ドローン搭載カメラであれば市販の高解像度カメラで十分なので、中小企業でも比較的導入しやすいでしょう。また、得られる点群データの精密さも特筆すべき点です。適切に撮影し十分な重複（オーバーラップ）を確保すれば、非常に高密度で精度の高い点群を生成できます。実際、国土交通省が推進するICT施工では、出来形管理（施工後の仕上がり検査）に高密度点群を用いる場合、UAV写真測量が不可欠とまで言われています。写真測量で得られた点群は各点にカラー写真に基づくRGB情報を持つため、見た目にも直感的に現場を把握しやすい（まるで航空写真の3D版のように見える）という利点もあります。

デメリットや注意点: 写真測量は「写真に写っているもの」しか復元できません。そのため、物陰や建物の裏側、樹木の下敷きになっている地面などは点群化されず欠落します。樹木が生い茂るエリアの地表計測には不向きで、そうした場合は前述のレーザースキャンとの併用が望ましいです。また、高精度に点群化するには対空標識と呼ばれる既知点（地上に設置する標識の位置をあらかじめ測量しておく）を複数配置しておく必要があります。撮影や標識設置の手間、そして何百枚もの写真から点群を計算する処理時間（専門ソフトで数時間〜場合によっては数日）がかかる点は、レーザースキャンに比べて労力が大きい部分です。さらに、写真解析上、被写体に十分な模様や凹凸がないと特徴点を検出できず精度が落ちます。例えばコンクリートの一様な壁や、水面のように反射するだけで模様がないものは苦手です。そのため必要に応じて撮影角度を工夫したり、地上から追加撮影したりといった対応も求められます。

写真測量に向いている用途: 比較的開放的な現場の地形測量、出来形管理（例：ダムや造成地の出来形を高密度点群で取得）、建築分野での既存建物の3Dモデル化、文化財の記録（ドローンや一眼カメラで撮影）など。高精細な3Dモデルが必要な場合に適しています。最近ではソフトの進化で手間はある程度自動化されつつあり、小規模な現場ならドローンを飛ばして当日中に点群モデルを生成、といったことも可能になってきています。

スマートフォン＋LRTKによる手軽な点群計測

近年登場した新しいアプローチとして、スマートフォンを使った点群計測があります。2020年以降のiPhoneやiPadにはLiDARセンサーが搭載されはじめ、身近なスマホで周囲の点群を取得できるようになってきました。さらにスマホに取り付ける小型デバイスとリアルタイム補正技術を組み合わせることで、測量機器顔負けの高精度3D計測を実現したのがLRTKというソリューションです。

LRTKとは: スマホ＋RTK（Real-Time Kinematic：衛星測位の高精度化技術）の略称で、レフィクシア株式会社が提供する製品名です。iPhoneに装着するわずか165gの小型GNSS受信機「LRTK Phone」を用いて、スマホでcm級の測位（高精度な位置座標取得）を可能にするものです。例えば通常のスマホGPSは精度数m程度ですが、LRTKデバイスを付けると誤差が水平1〜2cm・垂直3cm程度まで向上します。これに専用アプリを組み合わせることで、スマホのカメラやLiDARで捉えた対象物に正確な位置情報を付与しながら点群データを取得できます。言わばスマホが高精度の万能測量機に変身するイメージです。

スマホ＋LRTK計測のメリット: 最大の利点はその手軽さと機動力です。ポケットに入る機材一つで一人ですぐ現場計測が可能になり、従来の大型機器に比べ圧倒的に導入ハードルが低いです。難しい操作も不要で、アプリでスキャンボタンを押すだけという手軽さ（専門の測量資格や経験がなくても扱える）も初心者には安心です。取得した点群には初めから緯度・経度・高さの座標が紐付いているため、後処理で基準点に合わせる手間もほとんどありません。精度も数cm程度確保されており、住宅の敷地測量や簡易的な出来形確認、構造物の変位チェックなど多くの現場ニーズに耐えうるものです。さらにクラウドサービスと連携したデータ管理も用意されており、現場でスキャンした点群や高精度写真を即座に会社や役所で共有するといった使い方もできます。

デメリットや限界: 現状、スマホLiDARの有効距離はせいぜい数メートル〜十数メートルと限られるため、一度に取得できる範囲は限定的です。広い範囲を測るには歩き回ってスキャンを繰り返し、部分ごとの点群を後で合成する必要があります。点群の密度や精度も、ハイエンドのTLSや高性能な地上/航空レーザには及びません。そのためミリ単位の精度管理や数百m四方の大規模測量では役不足ですが、逆に言えば「数cm精度で数十m範囲」の用途には十分実用になりつつあります。屋外でRTK補正情報を得るには通信が必要ですが、LRTKは日本の衛星測位補強サービス（みちびきのCLAS）にも対応しており、通信圏外でも高精度測位できる工夫がされています。完全な暗所ではLiDARスキャンが機能しない（赤外線なので暗くても大丈夫ですが真っ暗だとカメラでの特徴点検出は困難）など、撮影条件に左右される面もあります。

スマホ＋LRTKに向いている用途: 小規模な測量・計測全般。具体的には、宅地造成や小さな工事箇所の現況測量、道路の舗装の出来形確認（短距離で高低差をチェック）、橋梁やトンネル内の簡易点検（近接箇所の変状を点群記録）、災害現場の初動調査（少人数で素早く被害箇所をスキャン）など、「これまで大掛かりな機材なしでは難しかった計測」を気軽に実施できます。また取得後すぐその場で点群上の距離や面積・体積を計算できるアプリ機能もあり、たとえば盛土や残土の土量計算を現地で即座に行うといった使い方も可能です。スマホで撮った写真に高精度な位置タグを付けて資産管理する、といった応用もできます。このようにLRTKは、現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）を推進する手軽な計測ツールとして注目されています。

点群データの代表的な活用事例

取得した点群データは、建設・土木の様々なシーンで活用されています。ここでは代表的な活用分野と具体例を紹介します。

• 測量（現況把握）への活用: 点群データは従来の地形測量を大きく効率化します。例えば、広い造成予定地を丸ごとスキャンしておけば、後から任意の場所の高さや断面形状をデジタルに確認できます。従来は測量士が必要箇所を一点ずつ測っていたものが、点群によって面的に把握できるようになります。自治体でも保有する3D点群をオープンデータ化し、事業者に提供して活用してもらう動きがあります。実際、静岡県などでは公開点群データがハザードマップの作成や地形・建物のデジタルアーカイブに利用されています。また出来高管理（工事の進捗量計測）にも、掘削前後の地形を点群比較して土量を算出するなどの使い方がされています。

• 出来形管理（施工後の品質検査）への活用: 完成した構造物や造成地の形状を点群で計測し、設計通りに施工できているか検査する用途です。従来、完成後の地形を断面図と比較したり高さをこまめに計測したりしていましたが、点群があれば対象物全体を余すところなく記録できます。国土交通省も「3次元計測技術を用いた出来形管理要領（案）」を策定し、点群データを出来形管理に利用することを推進しています。例えばダムやトンネルの施工では、レーザースキャナーや写真測量で出来形点群を取得し、設計モデルとの差分を色分け表示して誤差を把握するといったことが行われています。点群を使えば人が測りにくい複雑な箇所も含めて検査でき、検査記録の信頼性向上と業務効率化につながります。

• インフラの維持管理への活用: 道路・橋梁・トンネルなどインフラ設備の維持管理（定期点検や補修計画）にも点群データが役立ちます。点検時に構造物を3Dスキャンしておけば、ひび割れや変形の状況を時系列で比較できます。たとえばトンネル内を定期的に点群計測しておき、前回データとの差分を調べれば、わずかな膨らみやたるみを検知できる可能性があります。橋梁の垂れ下がり具合や道路のわだち掘れの深さをカラーマップで可視化するといった解析例もあります。最近ではデジタルツインの概念が注目され、実際のインフラを仮想空間上に点群で写し取り管理する取り組みも進んでいます。点群データを蓄積・共有・再利用することで、効率的な維持管理と将来の補修コスト削減が期待できます。

• 災害対応への活用: 地震や土砂災害などが発生した際にも、点群データは被害状況の把握や復旧計画策定に威力を発揮します。災害直後にドローンで被災現場を空撮し、3D点群モデルを作成すれば、被害範囲や崩壊土量を迅速に計測できます。実際、2021年7月に静岡県熱海市で発生した大規模土石流では、事前に公開されていた基盤地形点群データ（静岡県「バーチャル静岡」）と災害後のデータを比較することで、崩落土砂量の算定や崩壊要因となった盛土の存在箇所特定に役立ちました。このように、災害前後の点群差分を見ることで被害の全容把握や原因分析が可能です。また現場に立ち入らなくても上空・遠方から計測できるため、二次災害のリスクを減らしつつ迅速な情報収集ができます。得られた点群モデルは関係機関で共有され、復旧工法の検討や住民への説明資料（被災状況を可視化した3D図）としても活用されます。

以上のように、点群データは測量・施工・維持管理・防災といった幅広い分野で活躍しています。現場のDXツールとして、今後さらに活用が拡大していくでしょう。

スマホで始める！LRTK製品の紹介

最後に、手軽に点群計測を始めたい方に向けてLRTKソリューションをご紹介します。LRTKは先述のとおりスマートフォンを用いた新しい計測ツールで、高精度RTK測位と3Dスキャンを一台で実現するものです。専用の小型デバイス「LRTK Phone」をiPhoneに取り付け、アプリを起動すれば、誰でも簡単に高精度の点群測量が行えます。土木測量の専門知識がない方でも直感的に操作でき、取得データはクラウド経由で共有・確認することも可能です。

LRTKを導入するメリットは、初期投資や人件費を抑えつつ最新の3D技術を活用できる点です。たとえば、中小の建設業者が大規模なレーザースキャナーやドローンをいきなり導入するのは難しいかもしれません。しかしLRTKであれば、手持ちのスマホを活用して低コストで3D点群の世界に踏み出せます。また、自治体などでも職員が現場巡回の際にLRTKでスキャンしてデータ記録しておく、といった使い方が考えられます。こうした積み重ねが、将来的な維持管理や防災対応に活きるデジタル資産となるでしょう。

初心者の方こそ、まずは手軽な方法で点群データ活用を体験してみるのがおすすめです。LRTKのようなツールを活用し、ぜひあなたの現場でも3D点群データの利便性を実感してみてください。現場のDX化を促進し、測量・施工管理の効率アップや安全性向上に繋げていきましょう！