点群データとは？土木・建設現場で注目される理由とLRTKによる簡単取得法

近年、土木・建設業界ではデジタルトランスフォーメーション（DX）の進展に伴い「点群データ」が大きな注目を集めています。地形や構造物の形状を無数の点の集合体として3次元で記録するこの技術は、現場の業務効率化や品質向上に寄与すると期待されています。しかし、「点群データとはそもそも何か」「現場でどう役立つのか」「どうやって取得すればいいのか」と疑問に思う方も多いでしょう。そこで本記事では、点群データの基本から建設業界で注目される理由、従来手法の課題、LRTKによる簡単な取得方法、他方式との比較、そして今後の可能性までを解説します。現場で点群活用を検討している方が自分の業務に置き換えてイメージできるよう、技術的な情報を整理して紹介します。

点群データとは？

点群データ（ポイントクラウド）とは、3次元空間上の多数の点の集まりによって対象物の形状を表現したデータのことです。各点には位置を表すX・Y・Z座標値が記録されており、場合によっては色（R,G,B）や強度などの情報も含まれます。例えば建物や地形を点群データ化すると、表面上にある無数の測定点がコンピュータ上に再現され、写真のようにも見える立体的な点の集合体として表示されます。レーザースキャナー（LiDAR）や写真測量（フォトグラメトリ）などの3D計測手法によって取得でき、計測した時点の現実空間を高精度にデジタル保存できる点が大きな特徴です。

図1は、都市の交差点をLiDARスキャナーで測量して得られた点群データの可視化例です。ビルや道路、街路樹などが無数の点によって3次元空間上に表現されています。このように現実の空間を精密にデジタル化できる点群データは、土木・建設をはじめ様々な分野で活用が進んでいます。特に建設現場では出来形管理や地形測量、構造物の点検など幅広い用途で導入が始まっています。

土木・建設現場で点群データが注目される理由

点群データが土木・建設分野で重要視されている理由は、その迅速さと正確さにあります。従来、人力で一つ一つ計測しなければならなかった対象物の形状も、点群技術を用いれば短時間で広範囲をカバーして高精度に計測できます。取得できる情報量も桁違いに多く、後から必要な寸法をソフト上で自由に測ったり、設計図や3Dモデルを起こしたりすることも容易です。一度に現場のあらゆる形状データを"持ち帰る"イメージで取得できるため、計測漏れによる追加の再調査を減らせるメリットもあります。

また、得られた点群データを活用すれば施工や維持管理のプロセスも効率化できます。国土交通省主導の「i-Construction」の流れもあり、現在では測量から設計、施工管理、維持管理まで点群データによる3次元活用が推進されています。例えば工事完了時に構造物や地形の出来形をまるごと点群記録しておけば、完成後に図面が手元になくても正確な3Dモデルや断面図を作成でき、品質管理や将来の改修計画に役立てることができます。このように点群データは、現場のデジタルツイン（現実空間の双子となるデジタル模型）を実現する基盤技術としても注目されています。実際、点群によって現場を精密に記録・共有することで、関係者間の認識共有がスムーズになり施工ミス防止や工程短縮につながるケースも報告されています。

従来手法の課題

画期的な点群技術が登場する以前、現場の3D情報取得には様々な課題がありました。従来手法でどんな制約があったのか、主なポイントを整理します。

手作業測量の限界

従来の地上測量では、測量士がトータルステーションやGPS測量機で主要な点を一つずつ測っていく必要があり、広範囲を詳細に記録するには莫大な手間と時間を要しました。人力取得では測点間が離れるため複雑な地形・構造物の全容を捉えきれないことも多く、計測漏れが後で判明して再測量に赴くケースも少なくありません。

大型3Dスキャナーのハードル

高精度な地上型3Dレーザースキャナー（TLS）を使えば密度の高い点群を取得できますが、機器自体が非常に高価で設置にも重量があり、専門的な操作スキルが求められます。また現場で場所を変えながら複数回スキャンしたデータを後処理で統合する手間も発生し、日常的な現場業務に気軽に導入するにはハードルが高いものでした。

ドローン空撮の制約

上空からの写真測量による点群取得（ドローン測量）は、広大な範囲を短時間で計測できる点で革新的です。しかし天候に左右され、強風や雨天時は飛行不可になるほか、航空法に基づく飛行許可・承認が必要な場合もあり運用に制約があります。さらに空撮画像から点群データを生成するには専用ソフトでの解析処理が必要で、現場で即座に結果を得ることは難しく、データ処理に時間を要しました。

スマートフォンLiDARの限界

最近ではiPhoneやiPadなどLiDAR搭載のスマートフォンで手軽に点群スキャンを行うことも可能になりました。しかし取得できる点群は端末内のローカル座標系で位置付けられるため、測量座標系に合わせて活用するには後処理での位置合わせ（座標変換）が必要でした。またセンサーの有効距離が半径数メートル程度と限られるため、一度に広い現場全体を取り込む用途には不向きで、スキャン中に生じる位置誤差の累積も課題となります。

以上のように、従来の手法では「広い範囲を」「高精度に」「迅速に」3D計測することが難しく、専門機器や高度なスキルが必要でした。これらの課題を解決し、誰でも簡単に現場の点群データを取得し活用できるようにするのが次に紹介するLRTKです。

LRTKによる点群データの簡単取得方法と活用例

LRTK（エルアールティーケー）は、初心者でも簡単に高精度な点群データを取得できるスマートフォン用の計測システムです。日本のスタートアップ企業Lefixea Inc.が提供しており、高精度GNSS受信機「LRTK Phone」と専用のスマートフォンアプリ、クラウドサービスから構成されています。スマートフォンに小型のLRTK Phoneデバイスを装着し、スマホ内蔵のLiDARセンサーと組み合わせて使用することで、手のひらサイズの機器だけでミリに近い精度の3Dスキャンが可能になります。

写真Aはスマートフォンの背面に取り付けたLRTK Phoneデバイスの例です。このような小型デバイスをスマホに装着することで、衛星測位によるリアルタイムキネマティック（RTK）測位が可能となり、スマホのLiDARで取得した点群にその場で世界測地系の絶対座標を付与できるようになります。従来、スマホ単体のLiDAR計測では点群の位置がローカル座標に留まるため後から基準点との合致に調整が必要でしたが、LRTKなら取得した点群がそのまま既存の測量座標系や図面座標と一致するため後処理の手間を大幅に省けます。例えば事前に現場に既知の基準点を設定しておけば、周囲をスキャンするだけで経緯度や標高情報付きの点群データを即座に得ることができます。直感的に操作できるよう設計されており、特別な測量知識がなくても扱える点も現場実務者には大きな魅力です。

LRTKを用いることで、これまで専門機器が必要だった点群計測が飛躍的に手軽になります。実際、LRTKアプリにはワンタップで利用できる便利機能が多数搭載されています。スマホをかざして歩くだけで点群がその場でリアルタイムに画面表示され、取りこぼしなくスキャンできているかその場で確認可能です。取得後はすぐにスマホ上で2点間の距離を測ったり、体積計算を行ったりすることもできます。例えば盛土の山を周囲からスキャンすれば、その体積を現地で即座に算出して表示できるので（土量算出の例：写真B）、土量管理に革命的な時短効果をもたらします。取得した点群データや撮影画像は自動的にクラウドに同期されるため、オフィスのPCで詳細解析したり関係者と共有したりといった後工程もスムーズに行えます。

精度面でもLRTKは優れた性能を発揮します。LRTK Phoneは日本の準天頂衛星システム（QZSS）から配信される「センチメータ級測位補強サービス（CLAS）」に対応しており、携帯電波の届かない山間部などでも高精度測位が可能です。都市部から遠隔地まで場所を選ばず活用でき、測位精度は状況によりますが数センチ程度とされています。これは従来の据え置き型GNSS測量機に匹敵する精度であり、それをスマホと手のひらサイズの機器だけで実現できるのは画期的と言えます。

総合すると、LRTKは「スマホ一つで基準点測位から点群計測、体積算出までこなす」オールインワンの点群計測ソリューションです。従来は高価な機材と専門スキルが必要だった3D計測を身近なものにし、現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）を力強く後押ししてくれます。LRTKを使えば難しい座標変換や機器操作を意識せずとも、直感的な操作で高精度の3Dデータ取得が可能になります。現場で「だれでも3Dスキャン」が実現する日も近いでしょう。

LRTKの活用例

LRTKは土木・建設の様々な現場シーンで活用が期待できます。例えば以下のような使い方が可能です。

• 出来形測量・施工管理: コンクリート構造物の打設後にLRTKで形状をスキャンし、設計の3Dモデル（BIMデータ）と重ね合わせて形状や寸法が図面どおりか即時にチェックできます。これにより手戻りを最小化し品質管理を高度化できます。

• 土量計算・造成計画: 工事前後の地形をLRTKで点群化し、差分から正確な盛土・切土量を算出できます。従来は数日かかった土量計算が即座に行えるため、残土処分や運搬の計画立案が迅速になります。

• 設備・配管の記録: 地中埋設物の掘削工事で露出した配管やケーブル位置をLRTKでスキャンして記録すれば、埋戻し後も正確な位置を3Dで把握できます。将来の改修工事や維持管理で図面が無い場合でも、点群記録を参照して迅速に対応できます。

• 狭小空間や室内測量: 従来機器が持ち込みにくい狭いトンネル内部や建物室内でも、スマホベースのLRTKなら手軽に持ち込んで3D計測が行えます。暗所でもLiDARセンサーにより安定した点群取得が可能で、内部形状の把握や変位計測に役立ちます。

このようにLRTKは現場の様々な場面で「短時間で」「誰でも」「高精度に」点群データを取得できる強力なツールです。初めて点群活用に挑戦する現場実務者にとっても、扱いやすく即戦力となるでしょう。

他方式との比較

最後に、LRTKによる点群取得とその他の代表的な点群計測方式を比較し、それぞれの特徴を見てみます。

据置型3Dレーザースキャナーとの比較

三脚据置型の3Dレーザースキャナー（TLS）は毎秒数十万点もの高速測距が可能で、広範囲を高密度に計測できる点で優れています。またレーザー光を使うため夜間や暗所でも精度の高い測定が可能です。一方で機器が非常に高価・大型で、専門のオペレーターによる設定や複数地点からの測定・合成が必要になる場合もあります。LRTKはTLSほど遠距離まで一度に取得することはできないものの、手持ちのスマホで必要十分な範囲をカバーでき、数cm精度の点群を取得できます。初期導入コストや運用の手軽さという面ではLRTKに分があります。狭い現場や日常の施工管理用途ではLRTKが機動力を発揮し、大規模なインフラ計測や詳細な変状検知ではTLSが活きる、といった使い分けが可能です。

ドローン写真測量との比較

ドローンを用いた写真測量（フォトグラメトリ）では、上空から広いエリアを短時間で網羅する点が大きなメリットです。特に大規模造成現場や山間部の測量では、地上から接近しにくい場所でも安全にデータ取得できます。しかし前述のとおり天候・飛行制約やデータ処理時間といった課題があります。LRTKはオペレーターが地上を歩いて計測するため、カメラでは捉えにくい構造物の細部や室内空間も逃さず計測できます。また結果を現場で即座に得られるため、その場での判断や追加計測にも対応しやすいです。広大な敷地全体を一度に取得する場合はドローン、高精度かつ即時性が求められる部分的な計測にはLRTK、といった形で併用することで互いの長所を活かすことができます。

スマートフォン単体でのスキャンとの比較

iPhoneなどのスマホ単体でもLiDARスキャンアプリで点群取得は可能ですが、先に述べたように位置情報がローカル座標止まりであったり長尺物のスキャンで精度低下したりといった制約があります。LRTKはRTK測位によってグローバル座標を付与し、誤差累積を防ぐことで大規模構造物でも精度の高い点群取得を実現しています。また単体利用では別途基準点との照合作業が必要だったものが、LRTKでは現地で完結するためデータ処理の効率が飛躍的に向上します。要するに、スマホの手軽さに測量機並みの精度を融合させたのがLRTKであり、現場利用に耐える信頼性を備えている点が大きな違いです。

点群データ活用の今後の可能性

点群データ技術は日進月歩で進化しており、今後さらに利活用の幅が広がると考えられます。いくつか将来の展望を見てみましょう。

まず、計測デバイスの進化によって点群取得はますます簡便かつ高速になるでしょう。現在でも高精度GPSと連携したドローン計測や車両搭載型のモバイルマッピング、スマートフォン内蔵LiDARの活用など、新しいデバイス・手法が続々と登場しています。将来はより小型で高性能な3Dセンサーが普及し、誰もが日常的に3Dスキャンできる時代が来るかもしれません。事実、最新のスマホには既にLiDARが搭載されており、これを活用したアプリ（まさにLRTKのようなもの）が次々と開発されています。技術の進歩により、点群取得や3Dモデル化のプロセスが一段と効率化され、コスト削減や品質向上が期待されています。

次に、クラウドやAIとの連携も進むでしょう。膨大な点群データをクラウド上で保管・共有し、高性能なサーバで高速に解析するサービスが一般化すると考えられます。例えば点群から自動で地形の変化を検知したり、構造物の劣化兆候をAIが診断したりといった応用です。現在でも点群から不要物を除去したり分類したりするソフトウェアがありますが、ディープラーニングの導入で精度と自動化がさらに進むでしょう。またクラウド経由で常に最新の点群データを関係者全員が閲覧できるようになれば、遠隔地間での協働もより円滑になります。

そして、デジタルツインの実現です。デジタルツインとは、現実の施設や都市をサイバー空間上に丸ごと再現し、リアルタイムにリンクさせる概念です。点群データはデジタルツインを構成する要素として不可欠であり、センサーで継続取得される最新の点群が現実世界の"今"を仮想空間に映し出します。これにより遠く離れた場所にいながら、仮想空間上で現実と同じ状況を確認・分析するといったことが可能になります。土木・建設分野でも点群データはプロジェクトの成功率を高める重要なツールとして期待されており、より効率的で創造的なプロジェクト管理の未来を切り開いていくでしょう。

総じて、点群データの未来は明るいと言えます。今後は業務フローを組み立てる際に「まず点群ありき」で現場を記録し、そのデータを基に設計・施工を進める場面が増えるかもしれません。3Dスキャンとデータ活用が当たり前の時代になり、技術者にとって新たなスキル習得が必要になる一方、それ以上に大きな価値が得られるでしょう。点群データはデジタル時代の土木・建設業に不可欠な基盤技術として定着し、現場の生産性と創造性を飛躍的に高めていくと考えられます。

おわりに：まずは点群データに触れてみよう

以上、点群データの基本から活用方法、LRTKによる取得手法とその優位性、そして将来展望まで解説しました。点群技術はまだ発展途中ではありますが、確実に現場の業務を変革しつつあります。初心者の方もまずは身近なところから3D点群データに触れてみて、その有用性を実感してみてください。きっと業務改善や新しいプロジェクトの可能性が見えてくるはずです。

LRTKのような手軽で高精度な計測ソリューションを活用すれば、現場の測量精度・作業効率は飛躍的に向上します。興味のある方はLRTK公式サイトやアプリダウンロードページをぜひチェックしてみてください。現場のDXを加速させる強力なパートナーとして、点群データとLRTKを活用し、次のステージへと踏み出してみましょう。