図面よりラクで正確？点群で学ぶ現場のデジタル測量入門

近年、土木・建設の現場で「点群データ」という言葉を耳にする機会が増えています。従来の図面や写真とは違う新しい3Dデータとして注目されており、現場の生産性向上や効率化に貢献すると期待されています。従来は2次元の図面を頼りに測量や出来形の確認を行っていましたが、平面的な図面だけでは現場の立体的な形状や高低差などを正確に把握するには限界があります。実際、従来の平面的な図面や写真では捉えきれない奥行き方向の情報まで含めて現場を記録できるのが点群データの特徴です。そこで今、図面よりもラクでしかも正確に現場を計測・記録できる方法として「点群」による3次元測量が脚光を浴びています。本記事では、測量の基本から点群データとは何かを初心者向けにやさしく解説し、デジタル測量としてのメリットや現場での活用方法をご紹介します。最後に、図面に代わる身近な測量機として注目されるLRTKも取り上げます。

測量とは何か？図面との違いと3次元情報の重要性

測量とは、土地や構造物の位置・形状を測定し、地図や図面、データとして記録する作業です。建設分野においては、工事の計画・設計や出来形管理のために現場の正確な寸法や形状を把握する重要なプロセスとなっています。従来、測量はトータルステーション（TS）やレベルを用いて二人一組で行う手法が主流でした。TSは1980年代以降に普及した測量機器で、一台で角度と距離を高精度に計測できるため広く使われてきました。しかし近年、3次元測量技術の進化によって従来の平面測量では把握できなかった立体的な形状データを取得できるようになりました。国土交通省が推進するi-Construction（ICT施工）の流れもあり、ドローンやモバイル端末のセンサーによる3次元測量が現場に浸透しつつあります。このように測量の世界は2次元の図面中心から3次元データ活用へと大きくシフトしつつあり、現場でも奥行き方向を含む正確な3D情報の重要性が高まっています。

点群とは何か？初心者向けにやさしく解説

例えば、ある斜面を点群データで記録した様子です。コンクリート格子が設置された法面の形状が無数の点で精細に表現され、まるで写真のように見えます。このように現場を丸ごとデジタルコピーした点群データ上で、任意の範囲の面積を測定するといった解析も可能です（黄色の箇所は指定範囲の面積計測結果を示しています）。

では点群データとは具体的に何なのでしょうか。点群データ（ポイントクラウド）とは、物体や地形の形状を無数の点の集合として表現した三次元データのことです。各ポイントには位置を示すX・Y・Z座標値が含まれ、取得方法によっては色（RGB値）や反射強度といった情報も持ちます。例えば建物や地形を点群化すると、その表面上のあらゆるポイントがデジタル上に再現され、写真のように見える立体的な点の集まりとして表示されます。レーザースキャナーによる3D計測やドローン空撮を用いた写真測量（フォトグラメトリ）によって取得でき、計測した時点の現場状況を高精度な3Dデータとして丸ごと記録できる点が大きな特徴です。言い換えれば、点群データは現実空間をそのままデジタル上にコピーしたようなものと言えるでしょう。

従来の平面的な図面や写真では表現しきれない奥行き方向の情報まで含めて現場を記録できるため、コンピュータ上で好きな視点から自由に観察したり、任意の2点間の距離を測定したりすることが可能です。人が手作業で巻尺を当てて測るのとは異なり、一度に広範囲を測量できて測り残しがほとんど出ないことも利点です。また、取得した点群データをもとに後から図面や3Dモデルを起こすことも容易で、必要な寸法を取り忘れて再調査…といった手戻りも防げます。まさに現場を丸ごと記録できるデジタルデータであり、今や測量のみならず設計や施工管理でも活用が広がっています。

デジタル測量としての点群の強み（精度・スピード・記録性）

点群を用いたデジタル測量には、従来手法にはない多くのメリットがあります。ここでは特に精度・スピード・記録性の観点からその強みを見てみましょう。

スピードと省力化の面では、大幅な効率向上が期待できます。点群計測の導入によって、測量や検測にかかる手間は劇的に削減されます。従来は複数人で何日もかけていた現場計測が、レーザースキャナー1台を据えて短時間で終わるケースもあります。危険な高所や立ち入り禁止区域も遠隔から安全に測れるため、人が無理をして測る必要がありません。限られた人員で効率良く現場を管理する上で、点群データは強い味方となります。実際、作業時間の大幅短縮も報告されています。例えば、数ヘクタール規模の造成地形測量では、トータルステーションなら約3日かかる作業が地上型レーザースキャナーなら約2日、UAV（ドローン）写真測量なら半日程度で完了したとの報告があります。さらに、レーザースキャナー搭載ドローンでの測量は従来法の6分の1の時間で広範囲のデータ取得を終え、全体の作業時間を半分以下に短縮できたという結果も得られています。効率化という観点では点群測量の圧勝であり、大幅な人件費削減や工期短縮に寄与することがわかります。

精度の面でも点群測量は優れています。高性能なレーザースキャナーを用いることで、点群データはミリメートル単位の精度で対象形状を捉えられる場合もあり、手作業では得られない高精度な計測結果をもたらします。取得した点群を設計データ（3Dモデル）と突き合わせてズレをチェックすれば、施工精度の検証を定量的に行うことも可能です。また点群上で体積や断面形状を解析すれば、盛土・切土量の算出や変形量の測定など高度な分析も現場で即座に行えます。これらは従来、専門業者に委ねていた作業ですが、点群データがあれば現場担当者自ら短時間で正確に実施可能です。高精度なデータによって即時に分析・判断できることは、施工管理や品質管理の迅速化につながります。

記録性（デジタルアーカイブ）も大きな強みです。点群データは現場の状況を余すことなく記録できるデジタルアーカイブであり、後から必要に応じて細部まで確認できる財産となります。例えば工事前の原状、施工中の出来形、竣工後の完成形といった点群データを時系列で蓄積しておけば、年月が経ってから過去の状態を正確に振り返ることができます。写真や報告書では残らない細部も点群上に再現されているため、設計変更の履歴確認やトラブル発生時の原因検証にも役立ちます。このように現場を丸ごとデジタル保存できる点群データは、将来にわたって価値の高い記録資料となります。

従来の測量手法との違い（トータルステーションや巻尺との比較）

では、点群測量は具体的に従来の測量と何が違うのでしょうか。大きな違いの一つは計測手法です。トータルステーション（TS）は特定のポイントを1点ずつ狙って測定するのに特化した機器で、プリズムなどのターゲットに光を当てて反射信号から距離と角度を割り出し、一点一点の座標を求めます。これに対し、レーザースキャナーや写真測量（フォトグラメトリ）による点群測量は短時間で大量の測点を面的に取得できるのが特徴です。言うなれば、TSが「点」で測るのに対し点群測量は「面」を一度に測るイメージです。この違いによって、従来は測りにくかった複雑な地形や大規模構造物も非接触で容易に計測できるようになります。

また必要人員と作業スタイルも異なります。TSによる測量は基本的に測量機とプリズムスタッフを操作する2人1組の作業が必要でしたが、レーザースキャナーによる測量は1人でも機器を操作して計測できる場合が多く、人手の面でも効率的です。さらに、巻尺による手計測ではごく一部の点しか測れず人為誤差も避けられませんが、点群スキャナーなら多数の点を自動取得できヒューマンエラーも減らせます。例えば出来形検査では、従来はトータルステーションや巻尺で代表的な点だけを測り、その値を図面上の寸法と照合する方法が一般的でした。しかし点群データを用いれば、完成物全体をスキャンして取得し、設計の3Dデータや基準断面と隙間なく比較することが可能です。現場で拾える情報量が桁違いに多いため、一度の測量で現場のすべてを把握できる点が大きな違いと言えます。

加えて、安全性の面でも差があります。TSや巻尺では測りにくかった高所・急斜面・立入禁止エリアも、点群なら離れた場所から計測できるため作業員のリスクを減らせます。総じて、従来の測量手法と比べて点群測量は取得できる情報の網羅性や効率性で優れており、現場で得られるデータ量とその利活用範囲が格段に広がります。

点群が「ラク」な理由（図面いらず・測り残しなし・後から何度でも測れる）

点群データ活用が「現場の武器」になると言われるのは、「ラク（楽）」で「正確」だからだと述べました。その「ラク」である具体的な理由を整理すると、以下の点が挙げられます。

① 現場状況の理解が直感的: 点群データは現場をそのまま立体的に再現するため、図面ではピンと来ない対象物同士の傾きや高さ関係も点群を見れば一目瞭然です。例えば高さや位置が異なる複数の構造物間の干渉も、3D点群上で確認すれば直感的に理解できます。図面や数値データの読み取りに不慣れな新人技術者や施主（発注者）でも、点群があれば出来上がりイメージを共有しやすくなり、安全確認や作業指示もスムーズになるでしょう。このように、点群は専門知識の有無にかかわらず誰もが空間を直感的に把握できるビジュアルデータなのです。

② 測り残しがなく、後から何度でも計測可能: 人力による部分的な測量と違い、点群計測では一度に広範囲を取得でき測り残しがほとんどありません。現場で「計測し忘れた箇所があった…」という心配が減り、追加の現地調査に奔走する手間も省けます。取得した点群データさえあれば、オフィスに戻ってから必要な寸法をいつでも計測できますし、断面図など二次的な図面を後から作成することも容易です。つまり、「データさえ取っておけば後でいくらでも測れる」という安心感が得られるのが点群の利点です。これは大きな作業負担の軽減であり、現場担当者にとっては非常に「ラク」なポイントと言えます。

③ 図面に頼らずに現場を測れる: 点群データを用いると、場合によっては図面なしで現場から直接3Dモデルや図面を作成できます。例えば古い構造物で過去の図面が紛失していたり手書き図しか残っていないようなケースでも、現場をスキャンして点群化すれば正確な現況の3Dモデルや各種図面を起こすことが可能です。実際、iPhoneのLiDARスキャナを使って既存建物内部をスキャンし、その場で2Dの間取り図（現況図）を自動生成できるアプリも登場しています。このように、点群は現場そのものを記録したデータですから、極端に言えば「現地に行って測るだけで図面ができる」わけで、事前に詳細な図面がなくとも対応できる柔軟性があります。図面を手に現場の寸法をいちいち確認し直す手間を省けるという意味でも、点群は現場作業を格段に楽にしてくれるのです。

以上の理由から、点群データの活用によって「測るのが楽」になり、しかも「結果が正確」という理想的な状況が生まれます。従来のように平面図とメジャー片手に四苦八苦するのではなく、取得した3Dデータ上で自在に計測・検討できるため、現場作業や検査の負担が大きく軽減されるのです。

点群データの現場実務での活用：出来形確認・進捗管理・記録・図面化

点群データは、実際の土木現場でさまざまな業務に活用されています。ここでは代表的な出来形確認（出来形管理）、進捗管理（施工管理）、データ記録および図面化への応用について見てみましょう。

出来形確認への活用

出来形管理（出来形測定）とは、完成した構造物や造成地形が設計通りの寸法・形状になっているかを検証する工程です。従来はトータルステーションや巻尺で代表点を測り、設計図面上の寸法と照合する方法が主流でした。しかし点群データを用いれば、完成物を全面的にスキャンして取得し、設計の3Dデータや基準断面と隙間なく比較することができます。例えば道路やダム堤体の出来形をチェックする際、完成形の点群と設計モデルとの差をカラーマップ表示すれば、一見して高さや厚みの過不足を把握可能です。人手では測定が難しい曲面や複雑形状（球形タンクのような構造物）でも、点群ならその曲面全体の出来形を評価できます。点群処理ソフト上で設計データと出来形点群を重ね、許容誤差を超える部分を自動色分け表示したり、断面図を自動生成したりすることも容易です。これにより検査者の見落としを防ぎつつ、品質管理を効率化できます。さらに土工では、施工前後の地形点群を比較して出来高数量（盛土・切土量）の自動算出も可能です。平均断面法のように手計算することなく点群同士の差分から正確な土量を求められるため、出来高管理や出来形図作成が迅速になります。このように点群データの活用によって、出来形管理では検査の網羅性と効率性、信頼性が飛躍的に向上します。

進捗管理への活用

施工現場の進捗管理においても点群データは威力を発揮します。工事の進捗状況や施工精度をリアルタイムに把握するために、現場を定期的にスキャンして3Dの進捗記録を取得しておけば、各時点の出来高を可視化して比較することが可能です。例えば毎週ドローンや地上レーザースキャナーで現場全体をスキャンし点群データを蓄積していけば、時系列で重ね合わせることで「どの部分が完了し、どこが未着手か」を一目で把握できます。口頭の報告や写真だけでは掴みづらかった進捗も、客観的なデータとして共有できるため、施工計画の見直しや資材・重機手配の判断にも役立ちます。また、面的な出来形の変化（盛土の盛り立て状況など）も点群の差分から定量的に把握できます。さらに、遠隔操作ロボットやドローンで点群計測を行えば、作業員が危険な場所に立ち入らずに必要なデータを取得することも可能です。以上のように、施工管理において点群データは進捗の見える化と施工精度の保証、安全性向上に大きく貢献しています。発注者や本社とも3D点群を共有しながら打合せすれば、認識のズレなく効率的に進捗管理を行うことができるでしょう。

データ記録・図面化への活用

点群データはデジタル記録としての価値が高く、完成後の維持管理や将来の改修計画にも活かされています。竣工時の点群を保存しておけば、時間が経過した後に現地を再スキャンして比較することで、変状の有無や経年変化を正確に捉えることができます。実際、定期点検時に取得した点群から構造物のひび割れや変位を検出する技術開発も進んでいます。また、点群データをクラウド上に蓄積しておけば、本社にいながら現場の出来形を即座に確認するといった遠隔モニタリングも可能になります。あるトンネル工事では、四足歩行ロボットとドローンにLiDARを搭載して坑内外をスキャンし、取得した点群をリアルタイムで遠隔地に伝送する実証実験が行われています。このシステムにより、本社から離れた現場の進捗や出来形を即座に把握でき、遠隔からの施工管理が実現しました。点群データはこのように新たな施工管理手法（広域計測・遠隔臨場）も可能にしています。

さらに、点群データから必要に応じて各種図面や3Dモデルを作成することも容易です。現況の点群をもとにCADソフトでモデリングすれば、複雑なプラント配管や地形の詳細図面化も効率的に行えます。完成形の点群データがあれば、もし設計図書が後から紛失してしまった場合でも正確な3Dモデルや断面図を起こすことができるため、品質管理や将来の改修計画に役立ちます。従来は要所要所の情報しか残せなかった出来形記録も、点群を残しておけば抜け漏れなく現物をデジタル保存できるので安心です。このように記録・図面化の面でも、点群データは現場のデジタル変革（DX）を支える強力なツールとなっています。

初心者が始めるための導入方法（スマホスキャン・クラウド活用など）

点群によるデジタル測量のメリットを理解しても、「専門の高価な機材が必要なのでは？」「使いこなすには熟練が要るのでは？」と不安に思う初心者の方もいるかもしれません。最近ではそうしたハードルも下がってきています。手軽に点群計測を始める方法としてまず挙げられるのが、スマートフォンの活用です。

近年、iPhoneやiPad Proに搭載されたLiDARセンサーを使って手軽に空間を3Dスキャンできるアプリが登場しています。例えば室内をスキャンして寸法や面積を素早く計測できるアプリや、スマホで撮影した複数の写真から点群モデルを生成できるサービスがあります。実際、スマホを用いた現場3D計測アプリの利用で「現場調査の時間が圧倒的に短くなった」という声も上がっています。スマホ単体の計測精度は数cm～数十cm程度と言われますが、小規模な計測や概略把握には十分実用的です。最近はiPhoneだけでなくAndroidでも外付けの深度センサーを装着できる機種があり、個人でも低コストで3Dスキャンに挑戦できる環境が整いつつあります。

次に、クラウドサービスの活用も初心者には心強い手段です。ドローン写真からの点群生成やレーザースキャンのデータ処理など、大量の演算を要する作業もクラウド上で自動処理してくれるサービスがあります。これにより高性能なワークステーションが手元になくても、ブラウザ経由で点群データの閲覧・計測・共有ができるようになっています。例えば、現場でタブレットを使って点群をクラウド送信し、オフィスのPCで即座に設計担当者がチェックするといったことも可能です。専用ソフトをインストールしなくてもウェブブラウザ上で点群を確認できるサービスも登場しており、こうしたデータ利活用のハードルは着実に下がっています。関係者間で3Dデータをリアルタイム共有できれば、離れた場所からでも同じ現場モデルを見ながら打合せでき、認識のギャップを無くすことができます。

さらに、最近ではスマホと専用機器を組み合わせて測量精度を飛躍的に向上させるソリューションも登場しています（後述のLRTKがその一例です）。初心者が最初に点群計測を体験するなら、スマホアプリで身近な構造物をスキャンしてみたり、小型ドローンで撮影した写真から点群を作ってみるのも良いでしょう。まずは手軽な方法で3Dデータに触れてみて、その便利さと可能性を感じてみることをおすすめします。

図面に代わる身近な測量機：LRTKの紹介

LRTK Phoneを装着したスマートフォンのイメージ（左）。スマホ1台でcm級の高精度測位と点群スキャンが可能であることを謳っている。右側は点群スキャンによる出来形管理（土量計算や法面計測）、歩行しながらのブレないAR、杭打ち誘導などLRTKの活用例を示した画面イメージである。

最後に、デジタル測量の最新ソリューションとして注目される LRTK についてご紹介します。LRTK（レフィクシア社）は、GNSS-RTK（リアルタイムキネマティック）によるセンチメートル級の測位技術と高精細3Dスキャン機能を組み合わせた画期的な測量デバイスシリーズです。その特徴の一つがスマホ測量の実現です。例えば *LRTK Phone* と呼ばれる製品は、iPhoneやiPadに装着できる小型のRTK-GNSS受信機で、スマートフォンをセンチメートル級精度の万能測量機に変身させます。iPhoneに内蔵されたLiDARスキャナとRTK測位を連携させることで、単体では数メートル程度の誤差があるモバイル端末での点群計測が飛躍的に高精度化します。これにより、現場でスマホをかざすだけで高精度な点群データを取得し、任意の2点間距離や高低差を即座に測定するといったことが可能になります。取得したデータは専用アプリとクラウドサービスを通じて即時に共有でき、測量図や設計図との照合もその場で行えるため、1人1台で現場の即時測量・検測を実現します。従来は重機材と専門オペレーターが必要だった3D測量が手のひらサイズでこなせるようになった点は、現場の生産性向上に直結するでしょう。

このようにLRTK Phoneを使えば、スマホ一つで高精度の現場計測が完結します。測量のために重い機材を担いだり、図面を片手にメジャーで確認するといった手間は大幅に削減されます。まさに「図面に代わる身近な測量機」と言えるでしょう。LRTKシリーズには他にも、RTKを内蔵した地上型レーザースキャナー（LRTK LiDAR）やクラウド連携サービスなどが用意されており、広範囲の高密度点群計測やデータ共有も容易に行えます。誰でも簡単に高精度な3D測量を始められる時代が、すでに現実のものとなりつつあります。

おわりに: 点群データを用いたデジタル測量は、図面に頼った従来のやり方を大きく変えつつあります。現場を丸ごとデジタル化し、必要な情報を必要なときに引き出せる点群技術は、若手技術者にとっても強力な武器となるでしょう。最初は難しそうに感じるかもしれませんが、スマホアプリや手軽な機器からぜひ試してみてください。「図面よりラクで正確」な点群活用の効果を実感すれば、現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）は加速し、業務効率と品質は飛躍的に向上するはずです。あなたも最新の点群技術で、これからのスマートな現場測量に踏み出してみませんか？