ドローン不可エリアで威力を発揮するLiDAR地形測量：市街地測量にもたらす利点

目次

• ドローンが飛ばせないエリアとは？

• LiDAR地形測量とは？

• 市街地の地形測量でLiDARを活用するメリット

• 従来の測量手法との比較

• 市街地におけるLiDAR測量の活用例

• LRTKによる簡易測量

• よくある質問（FAQ）

近年、測量の現場にはドローンや3Dスキャンなど新技術が次々と導入され、効率化と高精度化が進んでいます。しかし、都市部のようにドローンが飛ばせないエリアでは、従来の手法に頼らざるを得ない場面も少なくありません。そこで注目されているのがLiDAR（ライダー）を用いた地形測量です。LiDARはレーザー光で周囲の形状を計測して詳細な3Dデータを取得できる技術で、ドローンを使えない環境でも威力を発揮します。本記事では、ドローン飛行禁止区域と都市部測量の課題を踏まえ、LiDAR地形測量の仕組みと市街地測量にもたらす利点について解説します。最後に、最新ソリューションであるLRTKを活用した手軽な測量方法についても紹介します。

ドローンが飛ばせないエリアとは？

まず、なぜドローンが使えないエリアが存在するのかを確認しましょう。日本の航空法では、安全上の理由から飛行禁止空域が定められており、空港周辺の空域や地表から150m以上の高度、そして人口集中地区（DID）上空での無人航空機（ドローン）の飛行には国土交通大臣の許可が必要です。人口集中地区とは人家が密集した地域を指し、主要な都市部の大半が該当します。つまり、東京や大阪など多くの市街地上空は原則としてドローンを自由に飛ばせないのです。

また、法律上飛行可能な場合でも、都市部でドローンを飛行させるには厳重な安全対策が求められます。万が一の墜落時には地上の人や建物に被害を及ぼすリスクが高く、周囲への十分な警戒や事前の届出が必要です。さらに、人口密集地ではプライバシーの問題から無人航空機の飛行に対する住民の抵抗感も強い傾向があります。これらの理由から、市街地でドローンを用いた空中測量を行うハードルは非常に高いと言えます。

その結果、都市部の地形測量では、依然として人力による地上測量や航空写真の活用など従来手法に頼らざるを得ないケースが多くあります。しかし、それらの手法だけでは測量に時間と手間がかかる上、十分な精度や情報量を得られないこともあります。ドローンを使えない市街地で、効率よく詳細な地形データを取得するにはどうすれば良いのか？ その解決策の一つとして注目されているのが、LiDARを活用した地形測量なのです。

LiDAR地形測量とは？

LiDAR（ライダー）とはLight Detection and Rangingの略で、レーザー光を照射して対象物までの距離を測定するセンサー技術です。LiDAR装置が発するレーザーパルスを地面や建造物に当て、その反射光が戻ってくるまでの時間を計測することで距離を算出します。光の速度（1秒間に約30万km）を利用すれば、往復時間から数センチ以下の精度で距離が求められます。電波を用いる従来のレーダーに比べ、レーザーは波長が非常に短いため微細な対象も検出可能で、高解像度の測距が可能です。

LiDARによる計測では、このレーザーパルスを毎秒数十万回以上繰り返し照射し、得られた無数の距離データを点の集合体として記録します。この膨大な点の集まりを点群データ（ポイントクラウド）と呼びます。各点には三次元座標（X,Y,Z）が含まれ、対象物の表面形状を精密に表現できます。例えば地面や建物の壁に向けてレーザーを当てると、その表面上の多数の点が取得され、それらをプロットすることで現場の3次元モデルが再現されます。点群密度が高いほど細部まで形状を捉えられるため、LiDARは短時間で現実空間を丸ごとデジタル化する強力な手段となります。

LiDAR地形測量とは、こうして取得した点群データから地表面の高さや地形の起伏を測定する手法です。専用のソフトウェアを用いて地面の点を抽出すれば、等高線の作成や地形断面の確認が容易に行えます。従来は人力で多数の地点を測って作成していた地形図も、LiDARを使えば自動的に詳細なデジタル地形モデル（DTM）を得ることができます。また、レーザー光は昼夜を問わず使用可能であり、太陽光に依存しないため夜間や薄暗い環境でも計測できるという利点もあります。

市街地の地形測量でLiDARを活用するメリット

市街地の測量にLiDAR技術を導入することで、従来手法にはない多くのメリットが得られます。その主な利点を挙げてみましょう。

• スピードと効率性：LiDARスキャナーは1秒間に数十万点もの測距を行えるため、短時間で広範囲の地形データを取得できます。手作業で1点ずつ測っていたのに比べ、現場作業の時間を大幅に短縮できます。一度に大量の点を自動取得するため、測り残しがなく効率的です。

• 省力化と安全性：重い機材を担いで何度も据え直す必要がなく、少人数でスムーズに測量が行えます。場合によっては一人でも測量が完結するほど作業が簡素化されます。作業時間の短縮は人員コスト削減につながるだけでなく、作業員の負担軽減にも有効です。また、危険な道路上や高所に立ち入らず遠隔から計測できるため、現場での安全性も向上します。

• 高密度かつ網羅的なデータ取得：LiDARによる点群データは非常に高密度で、地表面や構造物の細部まで捉えています。後でオフィスで点群を確認すれば、見落としや測り忘れがあった箇所も簡単に特定できます。必要に応じて任意の地点の高さや距離をデータ上で測れるため、現地で「もう一度測り直し」に戻るリスクも減ります。結果として、詳細かつ網羅的な3D測量が可能になります。

• 非接触・遠隔での測定：レーザースキャナーは対象に触れずに離れた位置から計測できるので、狭い場所や人が立ち入れない区域の地形も取得しやすくなります。例えば立入禁止の敷地越しに隣接地形をスキャンしたり、手が届かない高所の構造物形状を地上から把握したりといったことも可能です。市街地特有の複雑な環境でも、機動力を活かしてあらゆる角度からデータ収集できます。

• 時間帯や光の条件を問わない：前述の通り、LiDARは自ら発光して距離を測定する仕組みのため、夜間や日照の少ない状況でも精度が落ちません。交通量の少ない夜間に計測するなど、作業時間帯の選択肢が広がる点は市街地測量において大きな利点です。多少の雨天でもレーザーは動作します（※激しい降雨や濃霧では測定精度が低下する可能性がありますが、小雨程度なら問題ありません）。

従来の測量手法との比較

LiDARによる測量を理解するために、ここで従来から用いられてきた他の手法と簡単に比較してみます。

• 地上での従来測量：測量士がトータルステーション（光波測距儀）やレベル（測量用水平器）を使い、現場で1点ずつ角度や距離を測定する方法です。精度は高いものの、広範囲を測るには人手と時間がかかります。都市部では測点ごとに三脚を据えるスペースの確保や交通誘導が必要になる場合もあり、効率面で課題があります。また、取得できるのは測った点の座標のみで、測点間の地形は想定で補完するしかありません。複雑な形状を持つ構造物や地形を十分に捉えるには、非常に多くの点を測らねばならず現実的ではありません。

• 航空写真測量（フォトグラメトリ）：航空機やドローンから地表の写真を撮影し、画像解析によって3Dモデルや等高線を作成する手法です。広範囲を短時間でカバーできる長所がありますが、市街地では前述のようにドローン飛行が制限されます。有人航空機による空中写真はコストが高く、細かな部分の解像度も限定的です。また、写真測量は日照や天候の影響を受けやすく、ビルの陰や樹木の下などカメラの見えない箇所の地形を捉えにくいという側面があります。精度確保のためには地上に既知点を設置するなど手間もかかります。

• LiDAR測量：レーザースキャナーによって直接3次元点群を取得する手法です。一度の計測で膨大な密度のデータを取得でき、上記の課題を一挙に解決できます。地上測量のように人手で点を拾う必要がなく、写真測量のように明るさや見通しに左右されることも少ないため、安定した精度で効率的に成果を得られます。以前はLiDAR機器自体が高価でしたが、近年はドローン用の小型モデルや手持ち型の普及により導入ハードルも下がりつつあります。都市部でも持ち運び可能なLiDAR機器を使えば、許可申請や大掛かりな準備なしにその場で詳細な地形情報を取得できるようになっています。

市街地におけるLiDAR測量の活用例

LiDAR地形測量は、都市のさまざまなシーンで活躍しています。以下に市街地での典型的な活用例をいくつか紹介します。

• 狭い道路や路地の測量：幅員の狭い道路や入り組んだ路地では、三脚を据えての測量やドローン飛行が困難です。LiDARであれば、徒歩でセンサーを持ち歩いたり車両に搭載して走行したりするだけで、道路沿いの地形や建物壁面を効率よくスキャンできます。深夜の交通量が少ない時間帯に短時間で実施すれば、道路封鎖の必要もなく周辺への迷惑を最小限に抑えられます。

• 再開発エリアの現況把握：老朽化した建物が建ち並ぶ市街地再開発予定地などでは、狭い敷地や高低差のある地形の把握にLiDARが有効です。取り壊す前の建物配置や地盤の高低を詳細に記録しておけば、再開発の設計検討や工事計画に役立ちます。LiDAR点群データから現況の3Dモデルを作成すれば、関係者間で共有して合意形成をスムーズに進めることも可能です。

• 災害時の被害状況調査：地震や火災など災害後の都市部では、倒壊建物やがれきの状況を迅速に把握する必要があります。ドローンが飛ばせないエリアでも、LiDAR機器を担いで被災現場を歩けば、短時間で精密な被害範囲の点群データを取得できます。夜間でも計測できるため、日中の救助活動を妨げずに現況記録を行うことができます。得られた3Dデータは復旧計画や原因分析にも活用されます。

LRTKによる簡易測量

最後に、都市部でのLiDAR測量を飛躍的に手軽にしてくれる最新ツールとしてLRTKをご紹介します。LRTK（エルアールティーケー）は、GNSS（全球測位システム）のリアルタイム補正技術（RTK）とLiDAR計測を組み合わせ、専門家でなくても誰でも高精度な3D測量が行えるように設計されたソリューションです。

LRTKはスマートフォンや小型タブレットに取り付ける専用のGNSS受信機デバイスとアプリから構成されており、衛星からの位置補正情報（ネットワーク型のRTKや衛星補強信号など）を手軽に活用できます。これにより、従来は数メートルあったスマホGPSの位置誤差が数センチ程度まで縮小し、取得した点群データに高精度の座標情報を付与できるようになります。例えば、LRTK対応デバイスは複数の衛星群に対応した高感度アンテナを内蔵しており、安定したセンチメートル級の測位を実現します。

操作もシンプルで、スマホにデバイスを装着したらアプリでボタンを押すだけで測位が開始されます。難しい設定や専門知識は不要で、測量の経験が浅い方でも直感的に扱えるユーザーインターフェースとなっています。得られた点群データは自動的にクラウド上に保存・共有することも可能で、現場で計測した直後にオフィスの同僚と3Dデータを確認するといった使い方もできます。

こうしたLRTKの登場によって、都市部での地形測量は大きく様変わりしつつあります。高価な機材や大規模な人員を投入しなくても、一人で現地を歩き回るだけで詳細な地形情報が手に入るため、測量のハードルが格段に下がりました。ドローンを飛ばせないエリアであっても、LRTKを活用すれば従来以上に迅速かつ安全に3次元測量が行えます。最新技術を取り入れたLRTKによる簡易測量は、今後ますます市街地の測量現場で活躍していくことでしょう。

よくある質問（FAQ）

Q: ドローンが飛ばせないエリアにはどんな場所がありますか？ A: 代表的なのは人口集中地区（DID）と呼ばれる市街地の上空です。例えば都市部の住宅地や商業地はほぼすべてこの対象となり、法律上ドローンを飛ばすには国土交通大臣の許可が必要です。そのほか、空港周辺や地上150m以上の高さの空域、そして一部の重要施設周辺（発電所や官邸付近など）も飛行禁止区域に指定されています。

Q: 市街地でLiDAR測量を行うのに許可は必要ですか？ A: 地上から行うLiDAR測量には基本的に特別な許可は不要です。ドローンを使用しなければ航空法の適用外となるため、誰でも計測自体は可能です。ただし、道路上で作業する際には安全確保の義務があり、場合によっては道路使用許可等の確認が必要になることがあります。また、私有地の内部を無断でスキャンするのは避け、必要に応じて事前に所有者の了承を得るようにしましょう。

Q: LiDAR測量の精度や範囲はどれくらいですか？ A: 使用する機材によって異なりますが、最新のLiDAR測量システムを用いれば数センチ程度の精度で地形を計測できます。特にGNSSによるRTK補正を組み合わせた場合、平面位置・高さともに誤差が数センチ以内に収まることも珍しくありません。計測可能な範囲（有効距離）についてはセンサーの出力次第ですが、地上設置型レーザースキャナーなどでは半径数十〜数百メートル規模まで点群を取得できるものもあります。市街地の測量であれば見通しの利く範囲を順次スキャンしていくことで必要十分なエリアをカバーできるでしょう。

Q: 夜間や雨の日でも測量できますか？ A: はい、LiDARは暗い中でもレーザー光によって測定できるため夜間でも問題なく利用できます。むしろ交通量が少ない夜間は市街地での測量には好都合です。また小雨程度であれば概ね正常に動作します。ただし豪雨や濃霧のような条件下ではレーザーが散乱して精度が低下する可能性があるため、そうした悪天候時の計測は避けたほうが無難です。機材の防水対策や、濡れない工夫も忘れないようにしましょう。

Q: 取得した点群データの処理や活用は難しくないですか？ A: 点群データの処理には専用ソフトウェアが必要ですが、近年はユーザーフレンドリーなツールが増えており、基本的な操作であればさほど難しくありません。例えば、点群から地面の点だけを抽出して等高線を作成したり、不要なノイズを除去するといった処理は自動化できます。また、CADソフトや3Dモデル作成ソフトに点群を読み込めば、任意の断面を表示して寸法を測ったり、図面化したりすることも可能です。なお、LRTKのクラウドサービスを使えば現場で取得したデータを即座に社内共有することもでき、点群データの活用が一層スムーズになります。

Q: LiDAR測量を始めるにはどんな機材が必要ですか？ A: 基本的にはLiDARセンサー（レーザースキャナー）と測位用GNSS機器、そして取得データを処理するパソコンソフトが必要です。LiDARセンサーには地上据え置き型や車両搭載型、ドローン搭載型、手持ち型など種類があり、用途に応じて選びます。GNSSについては高精度な測位のためRTK対応の受信機があると望ましいですが、最近はスマホと連携できる小型RTK受信機（例えばLRTK）も登場しており手軽に導入できます。また最新のスマートフォン自体が簡易的なLiDARセンサーを備えている場合もあり、小規模なスキャンであればそうした身近な機器でスタートすることも可能です。目的と精度要件に合わせて、段階的に機材を揃えていくと良いでしょう。

Q: LiDAR測量の弱点や注意点はありますか？ A: LiDARは非常に有用な技術ですが、万能ではありません。例えばレーザー光が直接届かない物陰や建物の裏側などは点群が取得できないため、死角を埋めるには複数の位置から計測する必要があります。また、ガラスや水面のように光を透過・鏡面反射する素材は正確に測れない場合があります。データ量が膨大になる点にも注意が必要で、高解像度の点群を扱うには大容量のストレージや高性能なコンピュータが求められます。さらに、高精度のLiDAR機材は従来かなり高価でした。ただし現在では小型・低コストの製品も増えており、処理ソフトの性能向上も著しいため、こうした課題は次第に解消されつつあります。