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飛行禁止の密集市街地で活躍するLiDAR地形測量:柔軟・安全な計測手法

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万能の測量機LRTKの説明

著者: LRTKチーム

目次

密集市街地でドローンが飛ばせない理由と測量上の課題

LiDARを用いた地形測量とは

市街地におけるLiDAR測量のメリット

ドローン代替としての地上型LiDARの柔軟性と安全性

GNSSとLiDARの組み合わせによる効率的な測量

柔軟・安全で簡易な測量を可能にするLRTK LiDAR

FAQ


人口が密集した都市部では、ドローンなど無人航空機を用いた上空からの測量が法律上や安全上の理由で制限されています。しかし、道路整備や防災対策などの目的で、市街地でも高精度な地形データを取得するニーズは依然として存在します。では、ドローンが飛ばせない環境で、私たちはどのように効率的かつ安全に地形測量を行えばよいのでしょうか。本記事では、その解決策として注目されるレーザー計測技術(LiDAR)による地形測量に焦点を当て、都市部で活躍する柔軟で安全な測量手法について詳しく解説します。


密集市街地でドローンが飛ばせない理由と測量上の課題

まず、都市の人口密集地域(いわゆるDID地区)では、法律によりドローンなどの無人航空機を自由に飛行させることができません。日本の航空法では、人口が集中する地域上空は「飛行禁止空域」に指定されており、特別な許可なしにドローンを飛ばすことは原則禁止されています。この規制の背景には、機体の故障や操縦ミスによる墜落が地上の人々や建物に及ぼすリスクを防ぐ目的があります。実際、都市部では狭い空間に多くの人々や建造物が存在するため、ドローンの飛行には常に事故やプライバシー侵害への懸念が伴います。なお、日本の大都市圏では、東京23区をはじめ横浜市や大阪市など多くの地域がこの人口集中地区(DID)に該当し、実質的に市街地上空でのドローン測量は非常に困難となっています。


ドローンが使えない密集市街地で地形測量を行う際には、従来の地上測量に頼らざるを得ません。しかし都市部特有の事情として、狭い道路や高層建築物が立ち並ぶ環境では、従来手法による測量にいくつかの課題が生じます。例えば、建物が多く衛星測位(GNSS)による測位精度が低下しがちです。また、トータルステーションなどを用いた細かな測点の計測は、多くの人手と時間を要し、交通の多い道路上では測量作業自体が安全面のリスクにもなります。加えて、従来の地上型レーザースキャナーを用いる場合も、一箇所ずつ三脚を据えてスキャンする必要があり、都市の複雑な地形をカバーするには何度も機材を移動させる手間が生じます。このように、飛行禁止の市街地ではドローンによる効率的な測量ができない一方、従来手法では迅速性や安全性の面で限界があるのが現状です。


LiDARを用いた地形測量とは

LiDAR(ライダー、Light Detection and Rangingの略)とは、レーザー光を対象物に照射しその反射を計測することで距離を求める技術です。測量分野においてLiDARは「3次元レーザースキャナー」として活用され、周囲の地形や構造物を面的に測定できる手法として注目されています。従来の測量が一点ずつ高さや位置を計測するのに対し、LiDAR測量では無数のレーザーパルスを発射して得られる点の集合(点群データ)によって地形の形状を詳細に記録します。これにより、地面の起伏や建物・道路の位置を高密度な点群としてデジタルに取得することが可能です。


LiDARによる地形測量には、航空機やドローンにレーザースキャナーを搭載して上空から広範囲を測る方法や、地上に据え付けた機器で周囲をスキャンする方法などがあります。航空機LiDARは広域測量に適し、地上LiDARは局所的な詳細計測に適しています。いずれの場合も、LiDAR測量で得られる点群データから地形図や断面図を作成したり、土地の高低差や体積計算を行ったりと、土木・建設から都市計画、防災まで幅広い用途に役立てることができます。特に市街地では、複雑な構造物や入り組んだ地形を短時間でデータ化できる点で、LiDAR技術は非常に有効な測量手段となっています。


市街地におけるLiDAR測量のメリット

都市部でLiDAR測量を活用する最大のメリットの一つは、測量作業の効率化です。従来、地形図を作成するためには多数の測点を地道に計測する必要がありましたが、LiDARでスキャンすれば短時間で広範囲の点群データを取得できます。例えば道路沿いにレーザースキャナーを設置して走行または歩行しながらスキャンすることで、周囲の地表面や建物の形状を一度に記録でき、従来なら数日かかる範囲をわずか数時間で測量することも可能です。この効率の良さは、限られた時間内で成果を求められる市街地の工事計画や調査で大きな強みとなります。


また、安全性の向上も見逃せないポイントです。LiDAR測量では非接触で周囲を計測できるため、測量員が車道に立ち入って危険な目に遭うリスクを減らせます。さらに、道路を封鎖したり交通規制を敷いたりせずに測量が完了するため、第三者への影響も最低限で済みます。遠く離れた地点からレーザーで測れるので、高所や人が立ち入りにくい場所のデータも安全に取得できます。例えば車の往来が激しい交差点や、急斜面・崖沿いの地形であっても、LiDAR機器を歩道や安全な位置から向けるだけで地形を測定でき、作業者の安全確保につながります。


さらに、LiDARで取得した点群データは詳細かつ包括的です。現場を丸ごと3次元の「デジタルコピー」として記録できるため、後から必要な箇所の寸法を計ったり断面図を切り出したりといった二次利用が容易です。市街地の複雑な現場では、測り忘れや見落としを防ぐことが難題ですが、LiDARなら一度のスキャンでほぼすべての対象物をデータ化できるため、追加調査のために再度現地に行く手間も減ります。このように、都市部におけるLiDAR地形測量は、作業のスピードと安全性、そして成果データの網羅性の点で大きなメリットをもたらします。


ドローン代替としての地上型LiDARの柔軟性と安全性

ドローンを使えない環境では、地上型のLiDAR計測が有効な代替手段となります。地上型LiDARとは、歩行者や車両に搭載したレーザースキャナーで地表や周囲をスキャンする方法です。これにより、ドローンが入り込めない狭い路地や屋根の下、橋梁の裏側といった場所でも、直接その場に計測者が赴いてデータ取得が可能です。地上からの測定であれば航空法上の制限を受けないため、人口密集地でも許可申請の手間なく機動的に測量を進められるという利点があります。さらに、地上を移動しながらスキャンできる機器であれば、現場の状況に応じて柔軟に測定ルートを変更したり追加計測したりできるため、複雑な市街地の地形にも臨機応変に対応できます。


加えて、地上型LiDARの中にはSLAM(自己位置推定)技術を用いることで、GPS信号が届かない屋内や地下空間でも自律的に位置を把握しながらスキャンできるタイプの機器も存在します。環境に応じて適切な計測手法を選べる柔軟性も、地上計測ならではの強みと言えるでしょう。


安全性の面でも、地上型LiDARには大きなメリットがあります。上空に物体を飛ばさないため、万一機器に不具合が生じても人や建物に落下物被害を与える心配がありません。また、夜間や悪天候でも地上であれば比較的安全に機器を操作できます(視界が確保できればレーザー測定自体は昼夜を問わず可能です)。都市部では夜間や早朝の人通りが少ない時間帯に測量を実施したいケースもありますが、地上型LiDARなら静音かつ光の拡散も限定的なため、周囲への影響を抑えつつ深夜の計測も行いやすいでしょう。このように、地上から行うLiDAR測量は、飛行リスクを伴わず柔軟に作業できる安全な計測手法として、市街地で大いに活躍します。


GNSSとLiDARの組み合わせによる効率的な測量

LiDAR測量の威力を最大限に引き出すために、近年ではGNSS(衛星測位)技術との融合が進んでいます。高精度のGNSS受信機(RTK方式など)とモバイル型のレーザースキャナーを組み合わせたシステムを使えば、点群データにリアルタイムで座標情報を付与しながら計測することが可能です。従来は3次元スキャン後に基準点との合致や複数スキャンの統合作業が必要でしたが、GNSSによってスキャン中に絶対座標が取得できるため、面倒な後処理を大幅に削減できます。マーカーや標定点を設置する手間もなく、スキャニングを開始すればすぐに地図座標系での点群が得られるという手軽さは、実務上非常に大きなメリットです。


また、GNSSと連携したLiDAR計測機器は広範囲かつ高精度な測量を短時間で実現します。例えば、GNSS-RTKの位置補正と高性能レーザースキャナーを組み合わせた装置なら、数百メートル先の建造物や地形まで正確に測定でき、数ヘクタール規模の現場を1時間程度で一人でスキャンすることも可能です。得られた複数のスキャンデータはすべて同じ座標基準に載っているため、別々に取得した点群同士が自動的に重なり合い、後で繋ぎ合わせる際のズレが生じません。現場で取得したデータは即座にクラウドにアップロードして関係者と共有したり、専用ソフトを使わずWeb上で距離・角度・面積を測定したりすることもでき、測量プロセス全体の効率化につながっています。


柔軟・安全で簡易な測量を可能にするLRTK LiDAR

ここまで述べてきたような技術を集結し、飛行禁止の密集市街地における地形測量を飛躍的に簡便にした計測ソリューションの一例がLRTK LiDARです。LRTK LiDARは高精度GNSS受信機と高性能3Dレーザースキャナーを一体化した国産の測量機器で、現場での使いやすさを徹底追求して開発されています。面倒なマーカーの設置なしでスキャンを開始でき、取得する点群には自動的に緯度・経度・高さの情報が付加されます。タブレット端末で操作しつつリアルタイムにスキャン状況を確認できるため、初めて扱う人でも狙った範囲を余すところなく記録可能です。細い電線のような従来は見落とされがちな対象物でも高精度に点群化でき、取得データはその場でクラウドにアップロードして関係者と即時に共有できます。


LRTK LiDARがあれば、ドローンを飛ばせない都市部の現場でも一人で安全に地形測量を完結できます。その柔軟性と機動力により、道路や狭小地から橋梁下や高層ビル街まで、あらゆる場面で地形計測が可能です。複雑な市街地測量のハードルを下げるLRTKのソリューションは、今後の測量現場において「早く・安全に・簡易に」精密データを取得するための心強い味方となってくれるでしょう。この次世代の計測アプローチによって、測量の現場はさらに効率的で安全なものへと変わりつつあります。


FAQ

Q: 市街地ではなぜドローンが規制されるのですか? A: 市街地(人口集中地区)上空でのドローン飛行は、航空法によって原則禁止されています。住宅や人が密集する場所でドローンが墜落した場合、地上の人や建物に重大な被害を及ぼす可能性が高いためです。安全確保の観点から、都市部でドローンを飛ばすには国土交通省の許可が必要となっています。


Q: LiDAR測量でどんなデータが得られますか? A: レーザーで取得した多数の点からなる「3次元点群データ」が得られます。この点群には地表や構造物の形状が詳細に反映されており、これをもとに等高線図や縦横断図の作成、土地の高さ・距離・傾斜の計測、さらには3Dモデル化などさまざまな解析が可能です。写真測量と異なり、日陰や夜間でも取得できる客観的な空間データが得られる点も特徴です。


Q: 地上型LiDAR測量の精度や測定範囲はどの程度ですか? A: 機器によりますが、高性能な地上型LiDARであれば位置精度は数センチメートル程度、距離方向の分解能も数センチ以下で計測できます。測定可能な距離(レーザーの届く範囲)は装置のレーザー出力にもよりますが、一般的な地上用レーザースキャナーでは数十メートルから長いもので数百メートル先まで取得可能です。例えばLRTK LiDARでは約200m離れた対象物まで点群化でき、建物の高層部や広場全体を地上から一度に測ることができます。


Q: 専門知識がなくてもLiDARを扱えますか? A: 最近のLiDAR計測システムはユーザーフレンドリーに設計されており、基本的な操作を覚えれば専門的な測量の経験が浅い方でも扱いやすくなっています。特にLRTK LiDARのようにリアルタイムで点群を確認できる機器であれば、取りこぼしなくデータを取得できるため、誰でも安心して計測作業を行えます。ただし、取得したデータの解釈や測量成果としてまとめる際には、ある程度の土木・測量知識が求められる場合があります。


Q: 従来の方法と比べて、どのくらい迅速に測量できますか? A: 現場の規模によりますが、大まかな比較として、LiDARを用いることで測量作業の所要時間は従来の人力測量に比べて数分の一から数十分の一程度に短縮できると言われています。例えば、数日かけてトータルステーションで計測していた広さ数ヘクタールの現場も、高速のLiDARスキャンなら半日以内でほぼデータ取得を完了できるケースがあります。後処理の負担も軽減されるため、測量計画から成果品作成までの全体的なプロジェクト期間も大幅に短縮できます。


Q: 点群データの処理や活用は難しいですか? A: 点群データは情報量が多いため、従来は高性能なPCや専門ソフトが必要でした。しかし現在では、クラウドサービス上で点群を可視化・編集できるプラットフォームが普及しつつあり、専用ソフトを使わなくてもブラウザ経由で基本的な計測や図化が可能です。LRTKが提供するクラウドビューアのようなツールを使えば、現場でスキャンしたデータをそのままアップロードして共有し、オフィスのPCで平面図や断面図を作成するといった作業も効率的に行えます。また、点群データは標準的なLASやPLY形式などで出力でき、他のCADソフトやBIMツールとも互換性が高いため、従来の設計フローにも組み込みやすくなっています。


Q: 機材の導入コストが高いのではないですか? A: 確かに従来の3Dレーザースキャナーは非常に高価で大型なものが主流でしたが、近年は技術の進歩と普及によりコストが下がりつつあります。LRTKシリーズのようにスマートフォンを活用した小型軽量の測量機器も登場しており、従来機材より低コストで導入できるケースが増えています。また、一台で写真測量とレーザー測量を兼ねられるなどマルチに活用できる製品もあり、複数の測量機器を揃えるより経済的という面もあります。導入費用は必要ですが、その分、作業効率化による人件費削減や短工期化によるメリットが大きいため、総合的には十分元が取れる投資と言えるでしょう。


Q: LiDAR測量にはどんな現場・用途が向いていますか? A: 都市部の道路や街区の現況測量、老朽化したインフラの3D記録、災害現場の状況把握など、複雑な地形や構造物が存在する現場でLiDAR測量は大きな威力を発揮します。狭い範囲を詳細に記録するのに適しており、逆に数十平方キロメートルに及ぶような大規模区域の測量では航空写真測量や航空LiDARとの組み合わせを検討することが望ましいでしょう。一般にLiDAR測量は、現地の地形・構造物を精密な3Dデータとして残したいケース全般に有用です。土木設計から都市計画、防災・減災、さらには文化財の記録保存まで、幅広い用途で活用されています。


Q: 写真測量とLiDAR測量はどう違いますか? A: 写真測量はカメラで撮影した画像からソフトウェアで3次元形状を復元する手法で、LiDAR測量はレーザーで直接距離を測定して3次元点群を取得する手法です。写真測量は手軽で広範囲を一度に撮影できますが、精度を出すには十分な数の標定点や明るい環境が必要になる場合があります。一方、LiDARは日陰や夜間でも安定した精度で距離データを取得でき、物体の質感や模様に左右されず形状を捉えられる利点があります。また、写真データの解析には時間を要しますが、LiDARは取得直後の点群をすぐに測量成果として活用できるという違いもあります。両者には一長一短があり、用途によって使い分けられますが、最近ではLRTK Phoneのように写真測量とLiDARの両方を組み合わせて活用できるソリューションも登場しています。


LRTKで現場の測量精度・作業効率を飛躍的に向上

LRTKシリーズは、建設・土木・測量分野における高精度なGNSS測位を実現し、作業時間短縮や生産性の大幅な向上を可能にします。国土交通省が推進するi-Constructionにも対応しており、建設業界のデジタル化促進に最適なソリューションです。

LRTKの詳細については、下記のリンクよりご覧ください。

 

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