土量計算の即時化：高精度GNSS測量で土工管理を効率アップ

目次

• はじめに

• 土量計算の従来の課題

• 高精度GNSS測量とは

• GNSS測量による土量計算の即時化

• 高精度GNSS測量で土工管理が効率化する理由

• 建設現場のICT化と測量技術の進歩

• LRTKによる簡易測量のすすめ

• FAQ

はじめに

土木・建設現場において、掘削や盛土などの土工事では「土量」、すなわち土砂の体積を正確に把握することが極めて重要です。例えば、土量の見積もり違いはダンプトラックの手配数ミスや余剰土の処分計画逸脱につながりかねず、現場運営に深刻な影響を及ぼします。どれだけの土砂を掘削・搬出し、あるいは搬入・盛土したかの量を見誤ると、工事のコストやスケジュールに大きな狂いが生じかねません。土量の算出は工事の積算や進捗管理、出来形（できがた）管理に直結し、工期やコストの適切な管理にも欠かせません。しかし、従来の土量計算には時間と手間がかかり、現場で即座に土量を把握することは容易ではありませんでした。本記事では、この土量計算の即時化を可能にする技術として注目される「高精度GNSS測量」に焦点を当て、土工管理の効率アップにつながる最新手法をご紹介します。

土量計算の従来の課題

まず、従来の土量計算が抱える課題について整理します。一般的に土量を計算するには、施工前後の地盤形状を把握し、その差分から掘削量や盛土量を求める必要があります。従来は、測量士がトータルステーションやレベルといった測量機器を用いて、地形の基準点を設置し多数の測点を取得しました。そして事務所に戻ってから専用のソフトウェアで地表面モデルを作成し、設計面との比較や断面図による計算で土量を算出していました。

しかし、このプロセスにはいくつかの非効率な点がありました。第一に、測量作業に時間と人手がかかることです。広い現場では測点の取得に何人もの人員と数日間を要することも珍しくありません。第二に、計算結果が得られるまでタイムラグがあることです。測量したデータをもとに土量が判明するのは早くても翌日以降で、現場で即座に結果を確認することはできません。例えば「今日の掘削で予定の土量に達したか」をその場で判断できず、不足や過剰を後から認識して手戻りが発生するリスクがありました。現場では「思ったより残土が多かった」「埋め戻し土が足りなくなった」といった問題が後になって発覚することがありますが、その一因はリアルタイムに土量を測定できないことにありました。第三に、経験や勘に頼った概算に頼らざるを得ない場面も多く、精度や信頼性に課題を残しました。ダンプトラックの台数から土量を推定したり、現場合わせで対応した結果、最終的な出来高で差異が生じるケースもあります。

このように、従来の方法では土量計算に手間と時間がかかり、リアルタイムな土工管理を阻害していたのです。そこで求められるのが、現場で素早く計測・算出できる新たな測量技術です。

高精度GNSS測量とは

近年、土木・建設分野で急速に普及しつつあるのがGNSS測量です。GNSSとはGlobal Navigation Satellite System（全球測位衛星システム）の略称で、GPSやGLONASS、みちびき（QZSS）などの人工衛星を利用して位置を測定する仕組みです。一般的なスマートフォンやカーナビのGPSでも位置情報は取得できますが、誤差は数メートル程度生じます。これに対し、測量や施工管理で要求される高精度を達成するために用いられるのがRTK（Real Time Kinematic）方式などによる高精度GNSS測位です。

高精度GNSS測量では、基地局（基準点）と移動局（測定用受信機）の2台で同時に衛星信号を観測し、両者の差分からセンチメートル級の精度で位置を特定します。基地局は既知の位置に設置され、移動局との距離や共通の誤差要因を補正情報として送信します。移動局はその補正を適用することで、自身の正確な位置座標をリアルタイムに算出できるのです。これをRTK測量と呼びます。言い換えれば、通常のGPSでは数メートルのずれが生じるところを、RTK測量なら数センチ程度まで誤差を縮小できるということです。

一般にRTK測量では水平・鉛直ともに誤差が数センチメートル程度に収まります。実際、土木現場で水平2～3cm・鉛直3～4cmほどの精度が確認された例もあり、従来のGPS測位と比べて桁違いに高精度です。

RTK測量の利点は、専用の基準局を用意しなくても、国や地域の電子基準点ネットワークや補正情報サービスを利用して実現できる点にもあります。インターネット経由で配信される高精度の補正データ（ネットワーク型RTK）や、日本では準天頂衛星みちびきが提供する「センチメータ級測位補強サービス（CLAS）」など、さまざまなソリューションが利用可能です。これにより、山間部や広大な現場でも安定した高精度測位が行えるようになってきました。

従来は高価で専門知識が必要だったRTK-GNSSですが、近年は受信機の小型化・低価格化が進み、現場技術者が自ら扱える時代になりつつあります。アンテナと受信機を一体化した手のひらサイズのGNSS端末も登場し、一人で手軽に高精度測量ができる環境が整ってきました。この技術革新が、土量計算の即時化を後押ししています。

GNSS測量による土量計算の即時化

高精度GNSS測量を活用することで、これまで時間を要していた土量計算が飛躍的にスピードアップします。具体的には、現場で直接測量データを取得し、その場で土量を算出することが可能となります。

例えば、RTK対応のGNSS受信機を用いて施工前後の地形データを取得すれば、掘削前の地盤モデルと掘削後の地盤モデルとの差分から即座に土量を計算できます。GNSS受信機とタブレット端末やスマートフォンを連携させれば、測点の取得と同時に体積計算を行うソフトウェアでリアルタイムに土量を表示することもできます。従来は事務所に持ち帰ってPCで処理していた工程が、現地で完結できるようになるのです。例えば1万平方メートル規模の造成現場で土量を算出する場合、従来手法では測量と計算に数日かかっていたものが、高精度GNSS測量ならその日のうちに結果を出せるケースも珍しくありません。

また、高精度GNSS測量は広範囲の測定を短時間で行えるため、作業の合間や日々の終了時に頻繁に土量をチェックすることが現実的になります。例えば毎日の作業終了時にその日の盛土・埋め戻し量を即座に確認し、翌日の計画に反映させることができます。これにより、「予定より土砂搬出が不足している」「所定の盛土高に達していない」といった問題を素早く把握し、すぐに是正措置を講じることができます。

さらに、GNSS測量によるデータはデジタル形式で保存されるため、現場からクラウドへアップロードして関係者と共有し、即座に報告資料を作成するといったことも容易です。これまで現場監督が経験に頼って報告していた土量情報も、客観的なデータとしてリアルタイムに提示できるようになります。GNSS測量が土量計算の即時化を実現することで、現場の意思決定スピードと正確性は格段に向上するでしょう。

高精度GNSS測量で土工管理が効率化する理由

高精度GNSS測量により土量計算を即時化できることは、土工事の管理全般にさまざまなメリットをもたらします。ここでは主な効率化のポイントを整理します。

• 進捗管理の迅速化: 即時に土量が分かることで、日々の工事進捗を正確に把握できます。計画との差異をその場で修正し、無駄のない工程管理が可能になります。

• 手戻りや過剰施工の防止: 掘削・盛土の過不足を早期に発見できるため、やり過ぎや手直しの発生を防げます。これはコスト削減や工期短縮にも直結します。

• 省力化と人手不足対策: GNSS測量は一人でも広範囲を測れるため、人員不足の現場でも測量作業を継続できます。複数人での従来測量に比べて省力化が進み、測量士が常駐しない現場でも対応可能です。

• 安全性の向上: 危険な斜面や起伏の大きい現場でも、GNSSなら離れた場所から計測できます。測量のために足場の悪い場所に立ち入る頻度が減り、労働災害のリスク低減につながります。

• データ活用の促進: デジタル化された高精度の地形データは、土量計算だけでなく出来形管理や品質記録にもそのまま活用できます。一度取得した3次元データを使い回すことで業務の重複を減らし、ICTを活用した統合的な現場管理がしやすくなります。

• 客観データによる信頼性向上: GNSSで取得した測量データに基づいて数量を示せるため、発注者や監督官庁への報告・協議がスムーズになります。主観や推測に頼らない説明が可能となり、現場管理の透明性と信用度が高まります。

以上のように、高精度GNSS測量を導入することは単に土量計算を速くするだけでなく、現場運営の効率と質をトータルで引き上げる効果があります。

建設現場のICT化と測量技術の進歩

国土交通省が推進するi-Constructionや建設業界のDX（デジタルトランスフォーメーション）の流れの中で、測量技術の進歩は重要な位置を占めています。ドローンを用いた写真測量や3Dレーザースキャナによる点群計測など、現場のデジタル化が進む中で、GNSS測量は特に手軽さと即時性の面で現場への浸透が著しい技術です。

従来は測量と言えば専門の測量士に依頼する業務でしたが、現在では現場の技術者自らが最新の測量ガジェットを使いこなし、必要なデータを自前で取得するケースが増えています。高精度GNSS受信機の小型・軽量化により、現場で持ち運びながらいつでも測量できる環境が整いました。例えば、RTK対応のドローンを使えば、空撮写真から精密な地形モデルを作成し土量計算に活用できますし、RTK-GNSSローバーを使えば、従来数人がかりだった地形測量を一人で短時間に完了できます。

また、国交省の「ICT土工」施策により、3次元設計データや出来形管理データの活用が推奨される現場が増えてきました。高精度GNSS測量で取得した3次元データは、これらICT施工の要件を満たす手段としても注目されています。慢性的な人手不足に悩む建設業において、こうした技術革新は生産性を飛躍的に高める原動力となります。特に土工事では、測量から施工まで一貫してデジタルデータで管理することで、ヒューマンエラーの削減やスムーズな情報共有が実現します。今や高精度の測量データは、施工計画の立案から出来形検査まで多方面で活用される「現場の共通言語」となりつつあります。GNSS測量の現場導入は、こうした建設現場のICT化推進における基盤技術の一つと言えるでしょう。

LRTKによる簡易測量のすすめ

高精度GNSS測量のメリットを享受したいとはいえ、「実際に現場で使うには専門的すぎて難しいのでは？」と不安に思う方もいるかもしれません。そこで最後に、誰でも手軽に扱える高精度GNSS測量システムとして注目のLRTKシリーズをご紹介します。

LRTK（エルアールティーケー）は、RTK測位技術を「いつでも・どこでも・誰でも」活用できることを目指して開発された小型GNSS測量デバイスです。アンテナ・GNSS受信機・バッテリー・通信モジュールが一体化されたコンパクトな端末で、スマートフォンやタブレットと無線接続するだけで、複雑な設定なしにセンチメートル級の測位を実現します。従来のように据え置き型の基地局や煩雑な配線を必要としないため、現場に持ち込んですぐに測量を開始できます。

例えば「LRTK Phone」と呼ばれるモデルでは、重量わずか約125gの受信機をスマホに装着して使用します。このような軽量機器でも、ネットワーク型RTKやみちびきのCLASに対応しており、高精度な測量を単独で行うことができます。一人一台を持ち歩き、必要なタイミングでサッと測って土量を確認するといった運用も現実的です。価格も従来の測量機器に比べて導入しやすく設計されており、現場規模の大小を問わず活用が見込めます。

LRTKを活用すれば、これまで専門業者に委託していた測量作業を自社内で簡易に行えるようになります。高精度GNSS測量が日常業務の一部となれば、土量計算の即時化はもちろん、現場のあらゆる計測業務の効率化と高度化が期待できます。もし「自分たちの現場にもGNSS測量を取り入れてみたい」とお考えでしたら、まずはLRTKシリーズのような手軽なソリューションから検討してみてはいかがでしょうか。最新技術を活用して、貴社の土工管理を次のレベルへ引き上げましょう。実際、LRTKシリーズはすでに自治体や官公庁にも導入が進んでおり、災害現場での測量やインフラ点検など幅広い用途で活用が始まっています。LRTKシリーズの詳細情報は[LRTK公式サイト](https://www.lrtk.lefixea.com/)でもご覧いただけます。

FAQ

Q: 土量を即時に計算するとはどういう意味ですか？ A: 現場で土砂の体積をその場で算出できることを指します。従来は測量データを持ち帰ってから土量を計算していたため結果が出るまで時間がかかりましたが、GNSS測量を使えば現地ですぐに掘削量や盛土量を計算できるようになります。

Q: GNSS測量による精度はどの程度信頼できますか？ A: RTK方式のGNSS測量では、水平・垂直ともに誤差が数センチメートル程度に収まります。熟練の測量士がトータルステーションで行う測量に匹敵する精度が得られるため、土工事の土量管理にも十分に信頼性を持って適用できます。

Q: 従来の測量法と比べてGNSS測量は何が優れていますか？ A: 最大の利点は作業効率と即時性です。GNSS測量なら装置を持って歩くだけで広範囲の点を短時間に測定でき、リアルタイムで座標が得られます。トータルステーションのように視通し確保や人員配置に気を遣う必要もありません。また、データが自動的にデジタル記録されるため、後処理の手間も大幅に削減できます。

Q: 専門知識のないスタッフでも高精度GNSS測量を扱えますか？ A: はい。近年のGNSS測量機器は操作性が向上しており、基本的なトレーニングを受ければ専門の測量技術者でなくとも扱えるよう設計されています。特にLRTKのような製品はシンプルな操作アプリを備えており、スマホを使う感覚で測量が可能です。現場で扱うICT機器の一つとして十分実用的と言えるでしょう。

Q: GNSS測量機器の導入コストが心配ですが、高くないのでしょうか？ A: かつて高精度GNSS測量機器は非常に高価でしたが、現在では技術進歩により価格が下がり、導入しやすくなっています。さらに、一度導入すれば外注測量のコスト削減や作業効率向上による経済効果が期待できます。LRTKのようにコストパフォーマンスに優れた機器も登場しており、小規模な現場から大規模プロジェクトまで幅広く投資に見合う効果が得られるでしょう。

Q: GNSS測量とドローン写真測量では、土量計算にどちらが適していますか？ A: 現場の状況によります。広大な敷地全体を高密度に測りたい場合はドローンを用いた写真測量が有効ですが、飛行許可の取得や天候の影響などの制約があります。一方、GNSS測量は地上で受信機を設置すればいつでも測定可能で、リアルタイム性に優れます。両者は互いに補完的な関係であり、広範囲を俯瞰するにはドローン、日常的な進捗管理にはGNSSといったように使い分けるのが理想です。なお、どちらも国土交通省が推進するICT施工を支える有力な技術ですので、長所を踏まえて活用していくことが重要です。

Q: 通信圏外の山間部でもGNSS測量は可能でしょうか？ A: 通常のネットワーク型RTK測量ではモバイル通信による補正データの受信が必要です。しかし、日本の準天頂衛星みちびきが提供するCLAS（センチメータ級補強サービス）に対応した受信機であれば、通信圏外でも衛星からの補強信号だけでセンチメートル級測位が可能です。つまり、山間部や離島など基地局の電波や通信圏が届かない地域でも、高精度GNSS測量を継続できます。