点群って難しいと思ってない？スマホではじめる3D測量入門

点群とは何か？図面や写真との違い

点群データ（ポイントクラウド）とは、無数の点の集まりによって対象物の形状を表現した3次元データのことです。各点には位置を示す座標値（X, Y, Z）と、場合によっては色（R, G, B）や強度などの情報が含まれます。例えば建物や地形を点群化すると、その表面上にある無数の測定点がコンピュータ上で再現され、立体的な「点の雲」として表示されます。一見すると写真より粗く見えるかもしれませんが、図面や写真が平面的な情報であるのに対し、点群データは各点に実空間の座標位置と色情報を持つのが大きな違いです。つまり写真のような見た目を持ちながら、空間内の形状や寸法を正確に反映したデジタル計測データなのです。

従来の2次元図面では高さ方向の情報が断面図など限られた形でしか得られませんし、写真は現場の様子を直感的に伝えられるものの距離や寸法を正確に測ることはできません。その点、点群データであれば現場の形状を高密度な点の集合で記録しているため、後から任意の位置の寸法をソフト上で測定したり、断面図を作成したりすることが可能です。また点群は測定対象をミリ単位まで精密に表現できるため、従来の手作業による測量では難しい高精度な3D記録にも適しています。座標を持ったデータであることから、点群同士や他の地図・設計データとの重ね合わせも容易で、現場のデジタルツイン（現実空間の双子となる3Dモデル）を作る基盤にもなります。

もっとも、生の点群データは数百万～数億点にも及ぶ膨大な情報量になるため、そのままでは取り扱いが難しい場合があります。不要な点を削除したり、CADソフトで扱える形式に変換したりといった点群処理が必要になるケースもあります。しかし最近ではパソコンの性能向上やソフトウェアの進歩により、点群のフィルタリング・編集・活用も以前より手軽になってきました。後述するスマホによる点群計測では、現地で必要な計測だけを行いクラウドにデータを保管するといった運用も可能になりつつあります。重要なのは、点群データは「現実を丸ごと記録できる3D情報」であり、図面や写真を補完・代替する新しい現場記録手段だという点です。

なぜ今、点群が土木で注目されているのか（活用シーン）

近年、建設・土木業界では国土交通省主導の「i-Construction」の流れもあり、測量から設計、施工管理、維持管理まであらゆるプロセスでICT・3D技術の導入が推進されています。とりわけドローンや3Dスキャナーで取得する点群データの活用は、生産性向上の切り札として注目されています。現場を立体的にデジタル化することで、設計段階では土量算出の精度向上、施工中は出来形管理の効率化、完成後は維持管理への活用といった効果が期待できるためです。

具体的な活用シーンとしてまず挙げられるのが、出来形管理（できがたかんり）です。出来形管理とは、施工後の構造物や地形が設計どおりに出来ているかを確認・記録する工程のことです。従来は完成した構造物の要所要所を人手で測って記録していましたが、点群データを使えば構造物全体を丸ごと3D計測して記録しておけます。例えばある現場では固定式の3Dレーザースキャナで構造物をスキャンし、部材寸法を点群上で計測することで配筋検査の出来形確認を行ったところ、実地で人が測る場合に比べて時間・費用を73%削減できたと報告されています。また取得した点群から基準面を作成し各点のわずかな高低差を調べることで、コンクリート表面の浮きや剥離、水漏れ箇所の検知にも役立てられています。このように点群計測を取り入れることで品質管理が効率化し、将来的な補修計画にも活かせる高度な記録が残せるのです。

次に土量（どりょう）管理への活用も重要です。土木工事では盛土や切土の体積を正確に把握することがコスト管理上欠かせません。点群で現場全体を計測すれば、工事前後の地形データの差分から厳密な土量算出が行えます。実際に近年はドローンによる写真測量で現場の点群データを取得し、着手前と完了後の比較で盛土量・掘削量を算出する手法が広く普及しました。国土地理院や自治体も公共測量にドローン点群を取り入れており、従来より効率的に地形図作成や出来形確認を実現しています。また施工中であっても、例えば盛土の山をスマホでスキャンすればその場で体積を即座に算出できる技術も登場しており、大幅な省力化につながります。

さらに、点群データは施工計画や進捗管理にも威力を発揮します。現場を定期的にスキャンしておけば工事の進行状況を3Dで記録でき、設計モデルと比較して出来高をチェックしたり、工程の遅れを早期に発見したりできます。取得した点群や360度写真をクラウド上で共有すれば、本社オフィスからVR空間で現場を巡回するといったリモート施工管理も可能です。ある大手建設会社の現場では実際に、スマホのLiDARで取得した点群と写真をクラウドに集約し、本社の技術者がVR上で現場確認する取り組みが行われました。その結果、担当者が現地に出向かなくても施工状況を把握でき、移動時間を大幅に削減できたと報告されています。このように点群データは遠隔から現場を「見る」ための情報基盤としても有用で、今後はリアルタイム点群モニタリングとAI解析によって“現場に行かない施工管理”がさらに高度化することも期待されています。

以上のように、点群技術は出来形管理、土量管理、施工計画、維持管理など土木の様々な場面で活用が広がっています。背景には計測技術の進化とICT活用ニーズの高まりがあります。では一方で、なぜ「難しそう」「高価すぎる」といった声が出てしまうのでしょうか。その誤解の背景を次に整理します。

「難しい・高い」という誤解を生んだ背景

点群活用が注目される一方で、「高度な専門技術が必要なのでは？」「導入コストが高いのでは？」という声があるのも事実です。その背景には、これまで点群計測に用いられてきた機器や運用方法が関係しています。

まず従来の代表的な3D計測機器である3Dレーザースキャナー（LiDARスキャナー）は、非常に高速・高精度に点群を取得できる反面、機器そのものの価格が高価でした。地上型の据え置き型レーザースキャナーやモバイルマッピングシステム（車載型）、航空機搭載型のレーザ測量機など種類にもよりますが、一般的に数百万円から数千万円といった導入コストがかかります。例えば海外メーカーの高性能地上型LiDARは800万円～1500万円程度とも言われています。加えて、そうした機器を扱うには専門的な知識と訓練が必要で、計測後の点群データ処理にも専用ソフトや熟練者が求められました。現場の施工管理技術者にとっては「測量屋さんや専門業者に頼むもの」という位置付けになりがちで、日常的に自分たちで使う技術とは考えにくかったわけです。

また、ドローンによる写真測量も画期的な技術ですが、こちらも気象条件や法規制のハードルがありました。強風時や雨天時はドローンを飛ばせず、空撮には航空法に基づく飛行許可・承認も必要です。広範囲を短時間で測れるメリットは大きいものの、現場や環境によってはすぐに使えない場合もあります。このように「3D測量＝高額な機材」あるいは「扱いが難しく条件もシビア」というイメージが先行した結果、点群活用に対して尻込みしてしまう人が多かったのでしょう。

さらに以前は、点群データを後工程で活用する敷居も高めでした。例えば取得した点群からCAD図面やBIMモデルを起こすには手間がかかり、点群処理ソフトの操作も専門家向けで難解なものがありました。せっかく点群を取っても上手く使いこなせないと意味がないため、「宝の持ち腐れになるのでは」という心配も現場にはあったようです。しかし現在はソフトウェア面でも改善が進み、点群から自動で地形断面や数量を計算したり、AIで不要点を除去したりといった支援機能も増えてきています。

このような状況の中、「スマホで手軽に点群測量」という新たなソリューションが登場したことは、大きな転換点となりました。高価な専用機材と専門スキルが必要だった3D計測を、誰でも身近に扱える技術へと変えつつあるのです。次の章では、そのスマートフォンを使った点群測量で具体的に何ができるのかを見てみましょう。

スマホ×点群測量でできること（出来形、土量、位置出しなど）

近年ではスマートフォンを使った手軽な点群測量も登場しています。最新のスマホには深度センサー（LiDAR）が搭載されているものがあり、これと高精度なGNSS（後述のRTK測位）を組み合わせれば、熟練者でなくても簡単に現場の3D測量が行える時代になりつつあります。スマホアプリを起動して端末をかざしながら歩くだけで、その場で周囲の点群データが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確認することも可能です。計測が終わればすぐにスマホ上で任意の2点間距離を測ったり、囲まれた範囲の体積を計算したりといったこともボタン操作でできます。例えば盛土の山を周囲からグルッとスキャンすれば、専用ソフトに頼らずともその場で盛土体積を算出して表示できます。これは土量管理において革命的な時短効果をもたらします。

スマホ点群測量で実現できることとしては、先述の出来形管理・土量管理はもちろん、位置出し（測設）作業の効率化も挙げられます。高精度GNSSを搭載したスマホであれば、設計図上の座標値を現地でそのまま再現し、杭打ちやマーキングを行う「座標誘導」が可能です。専用アプリ上であらかじめ設計ポイント（基準点や構造物の仕上がり位置など）を登録しておけば、現場でそのポイントの方向と距離をリアルタイムに表示してナビゲートしてくれます。いわばGPS付きのトータルステーションのようにスマホを使えるわけです。さらにAR（拡張現実）技術と組み合わせれば、スマホ画面越しに現実の映像に設計モデルの3Dデータを重ねて表示し、図面では見えにくい完成イメージをその場で可視化するといったことも可能です。ARによる直感的な現場確認はヒューマンエラーの防止や関係者間の意思疎通向上に役立つとされ、実際にインフラ工事で設計モデルを現地に投影して合意形成を円滑にした事例もあります。スマホ×点群測量は、測るだけでなく測ったデータを活かして現場作業を支援するところまで視野に入れた技術なのです。

もう一つ、スマホ点群測量の利点は手軽さです。スマホと小型デバイス以外に大掛かりな機材を必要としないため、思い立ったときにすぐ計測できます。たとえば重機で掘削した直後の法面をサッとスキャンして出来形を確認したり、資材置場の残土量を定期的に測って搬出計画の資料にしたりといった具合に、これまで手間やコストの問題で測れていなかった場面にも3D測量を応用できるようになります。「ちょっと測ってみようか」と思ったときにすぐ使える気軽さが、スマホ測量最大のメリットと言えるでしょう。では、そのスマホとRTKを用いた測量では具体的にどのような手順で行い、どの程度の精度が得られるのでしょうか。次の章で詳しく解説します。

スマホとRTKを使った測量の流れと精度・費用感

*図：スマートフォンに装着する小型のRTK受信機「LRTK Phone」の例。市販のスマホ（写真はiPhone）に後付けして高精度測位を可能にする。これとスマホ内蔵LiDARを組み合わせることで手軽に点群計測が行える。*

スマホを使った3D測量では、一般的にスマートフォン本体＋外付けの高精度GNSS受信機＋専用アプリという構成になります。写真はLefixea社の「LRTK Phone」と呼ばれるデバイスで、スマホの背面に装着して使用します。仕組みとしてはRTK（リアルタイム・キネマティック）方式の高精度測位でスマホの位置座標をセンチメートル級に補正しつつ、スマホ内蔵のLiDARセンサーで周囲の形状をスキャンして点群化するというものです。従来はスマホ単体のLiDARスキャンだと位置情報がスマホを起点としたローカル座標系になり、他の測量図や設計座標と合わないため実務利用には後処理で位置合わせが必要でした。しかしRTK対応のスマホ測量なら、取得した点群にその場で世界測地系の座標（緯度・経度・標高）を付与できるため、後から基準点との合致調整をする手間が大幅に省けます。例えば現場に既知の基準点さえ設置しておけば、あとはその基準点にスマホを合わせて地形や構造物を歩き回りながらスキャンするだけで、測量座標系に合致した点群データが即座に得られるのです。

基本的な手順としては、まずスマホに外付けGNSS受信機を接続し（Bluetooth接続など）、専用アプリ上でRTK測位の設定を行います。日本の場合、みちびき（準天頂衛星）によるセンチメータ級測位補強サービス（CLAS）を利用できる受信機であれば、携帯通信が届かない山間部でも衛星からの補強信号でリアルタイムに高精度測位が可能です。LRTKのようなシステムでは、このCLAS対応によって追加の通信料やサービス加入なしに誤差数cm以内の測位を実現しています。準備ができたら測量を開始します。スマホ画面に映るカメラ映像や点群プレビューを見ながら、測りたい範囲をまんべんなく歩いてスキャンします。短時間で数十万点もの測距を行えるLiDARのおかげで、数分もあれば部屋一室や小規模な構造物であれば点群取得が完了します。スキャン中は点群がリアルタイムに表示されるため、死角がないかその場でチェックできるのも安心です。必要に応じて複数地点からスキャンを行ったり、スマホを固定して定点観測することで精度を上げたりといった工夫もできますが、基本は直感的な操作で測量できるよう設計されています。

取得した点群データはスマホ内に保存され、すぐにその場で距離・面積・体積などを計測できます。またクラウド連携機能がある場合、端末からアップロードしてPCで詳細に解析したり、関係者とデータ共有したりといったことも容易です。肝心の測位精度ですが、RTKを用いることで従来の据置型GNSS測量機に匹敵する数センチ程度の精度が確保できるとされています。実験条件にもよりますが、例えば市街地でも±数cm、開けた現場ならさらに高精度な結果が得られるケースも報告されています。スマホ内蔵のLiDARセンサー自体の精度は環境によって数センチ～数ミリと幅がありますが、少なくとも数cmオーダーの精度が出ていれば一般的な土木測量や出来形管理には十分実用範囲と言えるでしょう。もちろん従来型の3Dスキャナーには数ミリ精度で数十メートル先まで測れる機種もありますから、必要とする精度・範囲によって使い分けることが大切です。

費用面については、スマホ測量の登場でハードルが大きく下がりました。すでにLiDAR搭載のスマートフォン（例：iPhone Proシリーズなど）を持っていれば新たな投資はほぼ不要ですし、仮に持っていなくても十数万円程度で市販の最新スマホが入手できます。外付けのRTK受信機も機種によりますが数十万円規模であり、トータルの初期導入費はせいぜい数十万円～100万円程度と見積もられます。これは、専用の3Dレーザースキャナーを購入する場合に比べて桁違いに安価です（高性能スキャナーは数百万円以上）。さらにクラウドサービスや無料の衛星補強（CLAS）の活用で運用コストが低く抑えられる点も魅力です。例えばLRTKでは月額制のアプリ利用プランも用意されており、必要な期間だけ契約して使うこともできます。総合的に見れば、「スマホ一つで点群計測から体積算出までこなせる」スマホ測量ソリューションは、従来は専門業者に委託していた3D計測を自社内・現場内で賄えるようにし、結果的にコスト削減と業務効率化を同時に実現してくれるでしょう。

おわりに：スマホ測量で広がる3D活用の未来

かつては難しく高価なイメージが強かった点群測量も、スマートフォンとRTKを組み合わせた手法の登場により、大きく身近な技術へと変わりつつあります。誰もが持つスマホが精密測量の道具になり、現場技術者一人ひとりが気軽に3Dスキャンを行える時代が目前です。実際、現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）を後押しする取り組みとしてスマホ測量を導入する企業も増えてきました。「これなら自分にもできそうだ」と感じた方は、ぜひ一度スマホ点群測量を体験してみてください。例えばLefixea社のLRTKのようなソリューションを使えば、スマホによる高精度測位から点群データ取得、そして出来形の確認や土量計算まで一連の作業をオールインワンでこなすことが可能です。従来は専門家に頼るしかなかった3D測量が手元で完結する便利さは、一度使うと手放せなくなるでしょう。点群って難しい？いいえ、今やスマホ片手に誰でも3D測量ができる時代です。あなたの現場でも、新しいテクノロジーを味方につけてみませんか？現場の可能性を広げるスマホ点群測量で、ぜひ次のステップへ踏み出してみてください。