スマホで誰でも簡単に座標付き点群を取得：LRTKで始める測量DX

目次

• 座標付き点群とは？

• 点群データの体積計算とは？

• 従来の測量方法と土量計算の課題

• スマホによる点群計測のメリット

• LRTKで簡単に座標付き点群を取得

• 点群データで効率化できる体積計算

• スマホで始める測量DX：LRTKによる簡易測量

• FAQ

建設・土木の現場では、盛土や掘削といった土工事の体積計算（土量算出）は工程管理や出来高管理に欠かせない重要業務です。従来は測量機器で地形を測定して断面図を作成し、平均断面法で体積を算出する方法が一般的でした。しかし近年、ドローンやレーザースキャナー、さらにはスマートフォンを活用した3D測量が普及しつつあります。こうした技術で取得できる点群データを用いれば、より迅速かつ高精度に土量を求めることが可能になってきました。本記事では、まず「座標付き点群」とは何かという基本から、点群データを使った体積計算の方法とメリット、そしてスマホで誰でも高精度な点群計測を行うための最新ソリューションについて解説します。最後に、手軽に導入できるLRTKによる簡易測量の方法もご紹介します。

座標付き点群とは？

点群データとは、空間中の多数の測定点の集合で、各点がX・Y・Zの座標（位置情報）を持つ三次元データです。レーザースキャナーや写真測量（フォトグラメトリ）によって建物や地形を計測すると、表面上に数百万規模の点を取得でき、その点の集まりで対象物の形状を詳細に表現できます。簡単に言えば、点群は無数の点でできた3Dモデルです。

座標付き点群とは、こうして得られた点群の各点が現実世界の座標系（例えば公共座標や緯度・経度など）に基づく数値を持った状態のデータを指します。通常、スマホや従来型の3Dスキャンで得られる点群は任意のローカル座標系（相対座標）上に配置されるため、そのままでは地図上のどこに位置するか分かりません。これに対して座標付き点群では、点群全体が測量基準に合わせて位置合わせ（ジオリファレンス）されており、各点の座標値を見れば実際の地理空間上の位置（絶対座標）が分かります。

座標付き点群であれば、複数の点群データを時間差で取得しても簡単に重ね合わせて比較でき、図面やGISデータとも統合しやすくなります。また各点に正確なスケール（縮尺）が付与されているため、距離や面積・体積の測定も現実の単位（メートル）で直接行えます。こうした特徴から、座標付き点群は工事の出来形管理や複数時点の地形変化の分析などに非常に有用です。

点群データの体積計算とは？

点群データから体積を計算するとは、取得した3Dの点群モデルを用いて、ある領域内の盛土や掘削の体積（盛土量・土量）を求めることです。代表的な方法としては大きく二通りあります。一つは工事の施工前後で取得した地形の点群データを比較し、その差分から増減した土量を算出する方法です。例えば造成工事であれば、着工前の地盤点群と施工後の地形点群を重ね合わせ、両者の高さの差を計算することで、削られた土量や盛られた土量を自動で求めることができます。もう一つは単独の盛土や山積みされた材料など、孤立した土の塊の体積を測る方法です。この場合、点群データ上でその盛土の領域を指定し、周囲の地面を基準面（底面）とみなして、その上に盛り上がった部分の体積を計算します。要するに、盛土を覆う直方体（プリズム）から地面部分を差し引いて体積を求めるイメージです。

従来は体積を計算するには点群データをポリゴンメッシュなどのサーフェスモデルに変換し、CADソフト上で体積を算出する必要がありました。しかし最近では、点群専用のビューアソフトやクラウドサービス上で、点群データをアップロードして計測範囲を指定するだけで自動的に体積を計算できるものが増えています。難しい3Dモデリング操作をしなくても、点群データさえあればワンクリックで盛土量・土量を算出できる時代になりつつあります。

従来の測量方法と土量計算の課題

従来の測量で土量を算出するには、多くの場合、人力による手間と時間がかかっていました。測量スタッフが現場で一定間隔ごとに高さを測り、断面図や等高線図を作成し、そこから体積を計算するといった作業です。大規模な盛土量を測るには複数人で数日がかりになることも珍しくありませんでした。限られた測点データから形状を推定するため、実際の地形の細かな起伏までは反映しきれず、誤差要因にもなりがちです。また、急斜面や不安定な土砂の上での測量作業は安全面のリスクも伴います。

近年はレーザースキャナーやドローン写真測量といった先進機材も登場していますが、これらも導入コストや専門知識の面でハードルがあり、誰もが頻繁に使えるわけではありません。高性能な3Dスキャナーは価格が非常に高く、操作にも習熟が必要です。ドローン測量も天候や飛行制限の影響を受け、専任オペレーターやデータ処理の時間が必要です。さらに、異なる測定機器で取得した点群データ同士を比較して体積を求めるには、それらを同じ座標系に統一（基準点での位置合わせ）しておかなければなりません。現場で十分な基準点を設置したり、後処理で点群の位置合わせ（レジストレーション）を行ったりする手間も発生します。つまり、精度の高い土量算定には高度な測量スキルと労力が求められてきたのが実情です。

スマホによる点群計測のメリット

近年のスマートフォンには高性能なカメラやセンサーが搭載されており、専用アプリを使って周囲の環境をスキャンすることで点群データを取得できるようになりました。特に最新のiPhoneやiPadに搭載されたLiDAR（光検出と測距）センサーを利用すれば、数メートル先までの空間を瞬時に3Dスキャンして点群化できます。スマホでの点群計測最大のメリットは、その手軽さと機動性です。ポケットに入るデバイス1つで済むため、重たい機材を持ち運ぶ必要がなく、思い立ったときにすぐ現場を計測できます。専用機材に比べ導入コストが圧倒的に低いことも魅力で、誰でも日常的に3D測量を行える可能性が広がっています。

しかし、スマホ単体での点群スキャンにはいくつか課題もあります。例えば取得した点群が現場の絶対座標に紐づかないため、位置や高さの基準が不明確なままになってしまいます。広い範囲を歩きながらスキャンすると、スマホ内のセンサーによる自己位置推定にはわずかな誤差が蓄積し、地面の形状が徐々に歪んでしまうこともあります。また測位精度（位置の正確さ）は、一般的なスマホ内蔵GPSでは数メートル程度の誤差があるため、厳密な測量には不十分です。こうした理由から、スマホで取得した点群データを測量や設計に活用するには、あと一歩精度と信頼性を高める工夫が必要でした。

LRTKで簡単に座標付き点群を取得

上記の課題を解決するものとして登場したのが LRTK です。LRTKはスマートフォンに取り付けて使う超小型のRTK-GNSS受信機で、衛星からの測位情報に基づきスマホでセンチメートル級の高精度測位を可能にします。RTKとはリアルタイムキネマティックの略で、基準局からの補正データなどを用いてGPS測位の誤差を大幅に縮小する技術です。LRTKをiPhoneやiPadと組み合わせれば、撮影する点群データの全ての点にグローバル座標（絶対座標）をリアルタイムで付与できます。常に自身の位置をcm精度で把握しながらスキャンできるため、歩き回っても点群が途中で歪んでしまう心配がありません。

使い方もシンプルで、スマホに専用のLRTK受信機を装着してアプリを起動し、カメラを向けて歩くだけです。特別な校正作業や専門的な設定も不要で、直感的な操作で誰でも高精度な点群スキャンが行えます。ポケットに収まるデバイス一つで、これまで高価な機材と専門知識が必要だった測量作業を代替できるのは画期的です。たとえばLRTKを使えば、広い造成地でも短時間で歩きながら地形をスキャンし、その場でスマホ画面上に取得した点群を表示して任意の2点間距離を測ったり、盛土の体積を計算したりできます。重たいレーザースキャナーやノートPCを現場に持ち込む必要もなく、一人で手軽に精密な測量データを収集できるのです。

点群データで効率化できる体積計算

点群を活用した体積算出に切り替えることで、土量計算の作業効率は飛躍的に向上します。例えば、ある大規模造成現場では、従来4人の測量班が1週間（延べ20〜30人日）かけて行っていた出来形土量の測定・計算作業を、ドローン空撮による点群作成と専用ソフトでの体積算出に切り替えたところ、2人で1日（2人日）で完了したという事例があります。測量〜図面化〜手計算という従来プロセスを、点群データでは計測してすぐソフト上で結果を得られるため中間工程を大幅に省略できるからです。人員・日数の削減によるコスト低減はもちろん、迅速な出来高把握によって工事全体の生産性向上にも直結します。

点群計測データの網羅性（カバー範囲の広さ）と高密度さも大きな利点です。人力測量では数十メートルおきの断面線や限られた測点で形状を推定していたのに対し、点群は現場全体を隅々まで数百万点の点で覆います。そのため、体積計算においても従来は見逃しがちだった細かな凹凸や局所的なくぼみ・盛り上がりまで反映可能で、精度向上につながります。実際に、ドローンやレーザースキャンで取得した点群から算出した土量は従来法による値とほとんど差がなく、誤差1〜2%程度に収まったという検証結果も報告されています。安全性の面でも、点群測量なら危険な斜面上に人が立ち入る必要がなく、非接触でデータ収集できるため作業員のリスク低減につながります。また、一度取得した3D点群データは後から別の解析（断面図の作成や変形のモニタリング等）に再利用できるため、現場のデジタル記録として資産価値が高いというメリットもあります。

さらに、点群データの活用は結果の即時性にも優れています。測ったその日のうちにクラウド経由で体積を算出して数量を把握できるので、現場の意思決定をスピードアップできます。例えば、従来は専門の測量結果を待ってから判断していたような作業も、現場担当者自ら日々点群を計測して即座に残土量を算出すれば、ダンプの手配数や重機の稼働計画を迅速に最適化できるでしょう。点群技術により、これまでリアルタイム性に欠けていた出来高管理が現場レベルで完結し、施工管理のDX（デジタルトランスフォーメーション）が大きく前進します。

スマホで始める測量DX：LRTKによる簡易測量

3D点群による高精度な計測と体積算出は、これからの現場管理において欠かせない技術となっていくでしょう。とはいえ、従来は専門スキルや高額な機材が必要で、ハードルが高いものでした。LRTKのようなスマホ測量ソリューションは、そのハードルを大きく下げ、誰もが簡単に測量DXを実践できるようにします。実際に国土交通省が推進するi-Constructionなどでも3D測量技術の活用が奨励されており、業界全体でデジタル化が加速しています。こうした流れの中で、LRTKは手軽さと高精度を両立したツールとして、現場の生産性向上に貢献します。

スマートフォンと小型デバイスさえあれば、従来は専門業者に依頼していた測量や土量計算を自分たちの手で行える時代です。測量DXの第一歩として、まずは現場にスマホとLRTKを取り入れてみてはいかがでしょうか。誰でも扱える簡易測量から始めて、現場のDXを推進していきましょう。

FAQ

Q1. 高価な3Dスキャナーやドローンがなくても座標付き点群を取得できますか？ A. はい、可能です。確かに高性能なレーザースキャナーやドローンは広範囲の計測に便利ですが、そうした機材がなくても点群技術を活用する方法はあります。小規模な範囲であれば、最近のスマートフォン（例：LiDAR搭載のiPhone/iPad）で手軽に点群を取得可能です。加えて、高精度な位置情報が必要な場合でも、LRTKのようなスマホ用GNSSデバイスを組み合わせれば、安価な機材でセンチメートル精度の座標付き点群測量が実現できます。また、ドローンを使わずに地上からカメラ撮影して3Dモデルを生成するフォトグラメトリ（写真測量）の手法も選択肢です。現場の規模や用途に応じて最適な方法を選べば、高価な機器がなくても十分実用的な点群データを取得でき、そのデータから体積計算を行えます。

Q2. 専門知識がなくても使えますか？スマホ測量初心者でも大丈夫でしょうか？ A. はい、最新の点群計測アプリやビューアは初心者にも扱いやすい設計になっています。スマホでのスキャン操作は直感的で、画面上の案内に従って動かすだけなので特別な技術は必要ありません。LRTKアプリもボタンを押すだけで測位や点群スキャンができるよう工夫されていますし、クラウドの点群ビューアも難しい設定なしで使えるようになっています。高度な解析を行うには慣れが要りますが、基本的な距離測定や体積算出程度であれば数回試せば概ね使い方を習得できるでしょう。マニュアルやサポート情報も充実していますので、最初は小規模な対象から試し、徐々に慣れていけば問題なく活用できるはずです。

Q3. 点群で算出した体積の精度は信用できますか？従来の測量と比べて誤差はどの程度ですか？ A. 適切な手順で取得した点群データから計算した体積であれば、従来の方法と同等レベルの高い精度が期待できます。例えばドローン写真測量や地上レーザースキャンで計測した点群を用いた土量算出では、従来の断面法による計算結果と比べて誤差が1〜2%程度に収まるケースが多く報告されています。つまり丁寧に測った従来法と遜色ない数値が得られるということです。ただし高精度な結果を得るには、測量時に十分な基準点校正を行い、点群同士の位置合わせを正確に実施しておく必要があります（LRTKを使えばこの過程も自動化できます）。また点群にノイズや欠損が多いと誤差要因となるため、不要点の除去などデータ整理も大切です。条件を整えれば、点群測量は従来測量に匹敵する精度を発揮しますし、広範囲を高密度に計測できる分、局所的な見落としが減って信頼性の高い数量算出が期待できます。

Q4. スマホで点群測量して体積を出すには時間がかかりませんか？データ処理や計算に長い時間が必要ではないですか？ A. 点群データの作成から体積計算までの所要時間は、方法次第で従来より格段に短縮できます。確かに一昔前はレーザースキャン後のデータ処理に専門ソフトで何時間もかかることがありました。しかし現在では、写真データから点群生成まで自動化されたクラウドサービスや、スマホでスキャンしてすぐ結果が得られるアプリも登場しています。例えばドローンを用いる場合でも、現場を撮影してクラウドに写真をアップロードすれば数時間以内に点群モデルと正射画像が生成されますし、スマホスキャンなら数十秒〜数分かけて周囲を歩くだけで点群取得ができ、その直後にアプリ内で体積計算結果が表示されるケースもあります。点群ビューア自体の計算処理も最適化が進み、通常の土量計算であればコンピューターがほぼリアルタイムに結果を出してくれます。人が手作業で計算するより圧倒的に速いため、トータルの作業時間は大幅に短縮できるでしょう。データ容量が大きく自前のPCで負荷が心配な場合でも、クラウドを活用すればサーバー側で処理してくれるので安心です。

Q5. 点群測量の結果は公式な出来高数量として認められますか？ A. 現時点では完全に統一された運用基準があるわけではありませんが、近年は点群測量による出来高管理が公的にも積極的に導入されつつあります。国や自治体発注の工事でも、i-Construction対応の要領により点群データから算出した数量を出来形検査に用いる事例が増えてきました。ただし公式な出来高数量とするには、測量の信頼性を証明する手順が求められます。例えば写真測量であれば既知の基準点を現場に設置して精度検証を行う、レーザースキャンであれば機器の較正や別手法との誤差チェックを行う、などのプロセスです。発注者への報告時には、点群測量の精度や算出方法を示す資料を添付することも必要になるでしょう。しかし条件を満たした点群計測の成果は、今後十分公式な記録・数量算定手段として認められていく方向にあります。実際に「点群で測った数量で検査がOKになった」という現場も出始めており、今後は点群活用による出来高数量報告が一つの標準になっていくことが期待されます。まずは従来法と併用しながら、新しい手法のメリットを積極的に活かしていくと良いでしょう。