今さら聞けない点群データ｜土木現場のための基礎知識

近年、建設業界では「点群データ」という言葉を耳にする機会が増えています。国土交通省のi-Construction施策推進などにより3次元レーザースキャナー計測が普及し、その計測で取得される点群データの活用が広がってきました。点群データは極めて高精度で現場状況を記録できるため、インフラ構造物の保守点検や老朽化診断など様々な分野で注目されています。しかし、「今さら人に聞けないけど点群って何？」と感じている土木従事者の方も多いのではないでしょうか。この記事では、点群データの基本から取得方法、活用事例、扱い方まで基礎知識を丁寧に解説します。現場での導入に役立つヒントも紹介しますので、ぜひ参考にしてください。

点群データとは何か（初心者向け解説）

点群データとは、その名のとおり空間上の無数の「点」の集合で対象物の形状を表現した三次元データのことです。写真が細かなドットの集まりで画像を構成するように、点群データも点の集合で3Dの形を記録・再現します。例えば建物や地形をレーザースキャナーで測定すると、表面にある無数の点が取得され、コンピュータ上でまるで点でできた3D写真のように表示されます。従来の平面的な図面や写真では捉えきれない奥行き方向の情報まで含めて現場をデジタル保存できる点が、点群データ最大の特徴です。

言い換えれば、点群データは現実空間を丸ごと高精度にデジタルコピーしたものです。一度に広範囲を測量してミリ単位まで詳細に形状を取得でき、後から任意の寸法を計測したり必要な断面図を切り出したりすることも容易です。人の手による従来の測量では一点一点を測って図面化していた作業も、点群計測なら短時間で広範囲をカバーできて測り残しがほとんど出ないという利点があります。取得した現場状況をそのまま3Dデータ化できるため、完成後に図面がなくても正確な3Dモデルや図面を起こせるなど、施工管理や維持管理の強力な武器になると期待されています。

点群データの基本構造・種類（XYZ座標・RGB・強度情報など）

点群データは各ポイント（点）の位置座標(X, Y, Z)を基本要素とし、点によっては色（RGB値）やレーザーの反射強度（Intensity）などの属性情報も含んでいます。例えば写真測量で生成した点群には撮影画像に基づく色情報が付与され、レーザースキャナー計測の点群には機器から照射したレーザーの反射強度（輝度）データが記録されます。またソフトウェア処理によって各点に法線ベクトル（面の向き）や分類情報（地面・建物・植生などの属性分類）を持たせることもできます。点群一つひとつの点は非常に微小な要素ですが、数百万～数億におよぶ点が集まることで建物や地形の形状を精密に表現できるのです。

点群データは通常、テキスト形式やバイナリ形式の専用ファイルに保存・管理されます。代表的なファイル形式には、国際標準のLAS形式（拡張子`.las`）やテキストで座標値を列挙したXYZ形式（拡張子`.xyz`）、PTSやPLY形式などがあります。たとえばLAS形式は各点の座標や色、強度、分類コードなどをバイナリで格納するため効率的で、測量業界で広く使われています。一方で、点群データはその点数の多さゆえファイル容量が非常に大きくなりがちです。数百万点規模のスキャンデータは数百MB～数GB、都市全体の点群では数百GBにも達することもあります。そのため、大容量データを扱う際にはコンピュータの性能やストレージ容量、データ圧縮・分割の工夫も重要になります。

点群データの主な取得方法（レーザースキャナ・写真測量・ドローン・スマホ等）

点群データを取得するには、専用の3D計測機器や画像解析技術を用います。主な取得方法として、以下のような手法が現場で活用されています。

• 地上型3Dレーザースキャナー（TLS）：三脚に据え付けるタイプの高精度レーザースキャナーで、その場で周囲360°にレーザー光を照射し距離を測定して点群を取得します。1秒間に数百万点もの座標を取得でき、建築物や土木構造物の形状を短時間で高密度点群化できます。地上設置型のレーザースキャナーは現在最も一般的な手法で、土木測量や出来形管理の現場で広く利用されています。

• 写真測量（フォトグラメトリ）：カメラで撮影した多数の写真画像から3次元形状を復元する手法です。建物や地形を様々な角度から撮影し、画像間の特徴点の対応を計算することで点群データを生成します。ドローン（UAV）による空撮写真を使ったオルソ画像・DSM作成や、地上で一眼カメラ等を用いたSfM（Structure from Motion）解析が該当します。写真測量は広範囲の地形把握や出来形記録に手軽に活用でき、近年はソフトウェアの進化で高解像度な点群が得られるようになっています。

• ドローン搭載LiDAR：ドローンにレーザースキャナー（LiDAR）を搭載して上空から直接レーザー計測する方法です。上空から地表面をスキャンできるため、森林の下層地形や山岳地帯など地上から計測が難しい場所でも有効です。また空中からのレーザーは広範囲を短時間でカバーできるため、地形全体の点群データを取得して土量計算や災害状況把握に役立てられます。航空レーザ測量のデータは国土地理院や自治体からオープンデータとして提供されている例もあり、二次利用することで現場計測の手間を省くケースもあります。

• モバイルマッピングシステム（MMS）：自動車や鉄道車両にレーザースキャナやカメラ、GPSを搭載し、走行しながら周囲の3Dデータを収集する移動計測システムです。道路やトンネルなど長距離のインフラを走行しながら連続的に点群化できるため、道路線形測量やトンネル変位計測に活用されています。高速走行でも高密度なデータが取得でき、近年はモバイルマッピング車両による道路資産管理が各地で進んでいます。

• ハンディスキャナ・スマートフォン：人が手で持って移動できる小型の3Dスキャナや、市販のスマートフォン・タブレットを利用した点群計測も登場しています。ハンディタイプのLiDARスキャナはSLAM（自己位置推定と地図同時作成）技術を用いており、歩き回るだけで周囲の点群をリアルタイム取得可能です。また最近のスマホはLiDARセンサー搭載モデル（例：iPhoneのProシリーズなど）もあり、専用アプリで手軽に物体や空間を3Dスキャンできます。スマホを使った点群計測は手軽さが魅力で、狭い室内や小規模構造物の計測、日常の進捗記録などに活用が始まっています。例えば後述する LRTK Phone のような補助デバイスをスマホに装着すれば、数cm精度で測位しながら点群取得することも可能です。

以上のように多様な手段で点群データを取得できますが、それぞれ精度や適用範囲、必要機材が異なります。地上レーザは精度が高く対象物の詳細計測に優れ、ドローン写真測量は広範囲を手軽に記録するのに適しています。ドローン搭載LiDARやMMSはインフラ全体の把握に有効で、スマホ・ハンディ型は機動性と手軽さが強みです。現場のニーズに応じて使い分けや組み合わせを検討すると良いでしょう。

点群データの用途と現場での活用場面

点群データは土木・建設のさまざまな場面で活用され始めています。従来の2D図面や単点測量にはないメリットをもたらし、現場のDXを推進するツールとして期待されています。主な用途や活用シーンをいくつか紹介します。

• 現況把握・設計資料の作成：既存構造物や地形を点群化することで、詳細な3Dモデルや2D図面を作成できます。例えば古い橋梁やトンネルの改修設計時に、現況図面が無かったり寸法が不明な場合でも、現地をスキャンして得た点群から正確な平面図・断面図を描き起こすことが可能です。点群による現況把握は、設計精度の向上や計画検討の効率化に寄与します。

• 出来形管理（施工後の形状・寸法確認）：施工完了後の構造物や造成地を点群で計測し、設計通りに仕上がっているか検証する用途です。点群から部材寸法や勾配を測定し、設計モデルとの差をカラーマップ表示することで、コンクリート表面の微小なたわみや仕上がり精度を可視化できます。ある事例では、トンネル工事において鉄筋の出来形確認を点群で行ったところ、従来の手計測に比べ作業時間・費用を73%削減できたと報告されています。このように点群を用いた出来形管理は、施工ミスの早期発見や手直し削減につながり、品質確保と効率化を両立します。

• 工事の進捗確認・出来高管理：工事現場を定期的にスキャンして点群化すれば、施工の進捗状況を3Dで「見える化」できます。例えば土工現場で毎週ドローン測量を行い地形の点群を重ねて比較すれば、どこまで掘削・盛土が進んだか一目で把握可能です。点群から体積計算を行えば、日々の出来高を正確に算出でき出来高管理資料の自動作成も可能です。人手による目視や写真記録では難しい定量的な進捗把握を支援し、工程管理の効率化につながります。

• 土量計算・数量管理：切土・盛土量の算出や残土のボリューム確認にも点群データが活躍します。従来は数十点の測量データから断面を作図し体積推定していた作業も、点群を使えば現場全体の詳細地形から精度の高い土量計算が行えます。出来高管理の効率化だけでなく、災害時の流出土砂量の推定など防災分野でも応用が進んでいます。

• インフラ点検・維持管理（デジタルツイン）：橋梁・トンネルなどインフラ構造物の点検にも点群データが利用されています。トンネル坑内を定期スキャンして変状を3Dでモニタリングしたり、橋梁の点群モデルに過去との変化を色表示して劣化箇所を検出するといった活用です。また竣工時に取得した構造物の点群をデジタルアーカイブとして保存しておけば、将来の補修設計や災害後の被害状況比較などに繰り返し活用できます。点群データは現場の長期的なデジタル記録となり、いわゆる「デジタルツイン」の基盤情報として維持管理や将来計画に役立てられます。

この他にも、例えば施工計画のシミュレーション（重機の作業範囲検討に点群モデルを使用）、安全管理（危険個所の非接触計測によるリスク低減）、文化財保護（遺跡や歴史的建造物の3Dアーカイブ）など、点群データの応用範囲は年々広がっています。今後さらに計測技術が身近になることで、現場のあらゆる記録や意思決定に点群データが活用される時代が来ると考えられています。

点群データの扱い方（取得後の処理・編集・可視化・座標合わせなど）

点群データを取得した後は、用途に応じて加工・編集して活用します。生の点群はそのままでは巨大な点の集まりなので、専用ソフトウェア上で必要な処理を行い、測量成果や図面、モデルとして使いやすい形に整えることが重要です。ここでは、点群取得後の代表的な処理・編集・可視化の流れを紹介します。

• 複数スキャンデータの統合（レジストレーション）：地上レーザースキャナーなどでは視点を変えて複数回計測し、得られた点群同士を合成して全体のデータを作ります。各スキャンの重複部分で共通点を対比させたり、ターゲットマーカーを用いて点群同士の位置合わせ（位置統合）を行います。この作業をレジストレーションと呼び、複数の点群を一つの座標系に統合する重要なステップです。適切に位置合わせすることで、広範囲の一貫した点群モデルが完成します。

• 座標変換・ジオリファレンス：取得した点群を地図座標系や現場の測量座標系に変換する作業です。レーザースキャンの場合、計測時は機器基準のローカル座標になっているため、既知の基準点に合わせた平面座標や標高系に変換します。方法としては、点群内の特徴点に現地測量した座標値を割り当ててアフィン変換を行ったり、ソフト上で基準点ファイルを読み込んで一括変換するなどがあります。これにより点群データを他の測量成果や図面と共通の座標上で扱えるようになり、設計図やGISデータとの重ね合わせが可能になります。

• ノイズ除去・不要点の編集：点群データには、計測時のノイズや不要物も含まれます。例えば通行中の車や人物、機器の反射ノイズなど、解析に不要な点群を削除・フィルタリングする作業が行われます。専用ソフトでは点群の一部領域を選択して削除できるほか、自動で地表面だけを抽出したり建物だけを分類するフィルタ処理機能も充実しています。ノイズ除去と必要部分の抽出を行うことで、後段の解析がスムーズになります。

• データ軽量化・分割：前述のとおり点群ファイルは非常に大容量になるため、扱いやすくするための軽量化も重要です。点群処理ソフトには、全点群の中から一定間隔で点を間引く間引き処理（サンプリング）や、範囲ごとにデータをタイル状に分割して読み込む機能があります。点群密度を適切に下げたり領域別にファイルを分割することで、PC上でも快適に表示・編集が可能になります。また近年はクラウドサービス上に大容量点群をアップロードし、ウェブブラウザ経由で軽快に閲覧・共有できる仕組みも登場しています。例えば点群を3Dタイルに変換してWebGLで表示する技術などにより、「重すぎて開けない」という課題は着実に解消しつつあります。

• 可視化・解析：編集済みの点群データは、用途に応じて様々な可視化や解析が行われます。専用ビューアやCADソフト上で点群を表示し、任意の断面を切って寸法を測ったり、2点間距離・面積・体積を計測したりできます。出来形管理では、点群と設計3Dモデルを重ねて差分を色分け表示するといった解析も有効です。さらに必要に応じて、点群からポリゴンメッシュを生成して3Dモデル化したり、建物の形状をCAD図面としてトレースするモデル化（モデリング）作業に進む場合もあります。可視化・解析結果は報告書や図面として出力したり、クラウドシステム上で関係者と共有して活用します。

以上が点群取得後のおおまかな処理フローです。これらの作業には「点群処理ソフトウェア」と呼ばれる専用ツールを用いるのが一般的で、近年は国産含めユーザーフレンドリーなソフトも増えてきました。初心者の方はまず基本的な点群ビューアで操作に慣れ、必要に応じて高度な解析機能を使っていくと良いでしょう。

初心者が戸惑いやすい点（データ容量・精度などの課題）

初めて点群データを扱う際、多くの初心者が直面する戸惑いポイントがあります。ここでは特に「データ容量」と「精度」に関する代表的な疑問について解説します。

• 「データ量が多すぎて扱えないのでは？」 前述の通り、点群データは場合によって数億点・数百GBにも達する膨大なデータ量になることがあります。以前は高性能なPCや特別な環境がないと処理が重く大変でした。しかし近年はパソコンの性能向上やソフトウェアの発達、クラウドサービスの普及により、大容量点群でも比較的スムーズに扱える環境が整ってきています。不要な点を間引いて軽量化したり、Web上でデータを共有・閲覧できる仕組みも登場しています。実際「重すぎて開けない」という課題は着実に解消されつつあり、初心者の方も過度に心配する必要はありません。最初は無料のビューア等で小規模データから試し、徐々に扱う点群サイズを増やして慣れていくと良いでしょう。

• 「点群計測の精度は信頼できるの？」 点群データの精度は計測機器と手法によって様々ですが、近年の技術進歩により適切に計測すれば従来の測量に匹敵する精度が得られるケースも多くなっています。高精度な地上型レーザースキャナーであればミリ単位の精度で形状を記録できますし、ドローン写真測量でもGCP（標定点）を用いて処理すれば数cm程度の誤差に収まることが一般的です。もちろん機器校正や測定条件によっては誤差やノイズが発生しますが、その点は従来測量と同様に適切な手法で精度管理を行うことでカバー可能です。たとえば要所に既知点でチェックしたり、取得後に不自然なずれがないか点検するといった手順です。最近ではスマートフォンでの簡易計測でも、補正デバイス（GNSS受信機）を組み合わせることで数cmレベルの位置精度を実現できるようになっています。総じて、用途に見合った機材選定と計測計画をすれば、点群は信頼に足る精度のデータを提供してくれるでしょう。

• 「操作や解析が難しそうで不安…」 3Dのデータを扱うことに不慣れだと、最初は専用ソフトの画面に戸惑うかもしれません。しかし基本的なビューア操作はマウスのドラッグで視点を動かすなど直感的で、数時間触れれば簡単な計測や断面作成は習得可能との声もあります。最近は日本語対応で分かりやすいUIを備えたソフトも増えており、メーカーによるトレーニングやサポート体制も充実してきました。一度ポイントが掴めれば「思ったより簡単だ」と感じるはずです。まずは基本機能から試し、徐々に高度な解析に挑戦してみましょう。

• 「機材やソフトにコストがかかりそう…」 新技術導入でコスト面を心配するのはもっともですが、点群の場合一度取得したデータを繰り返し活用できるため、長期的にはコスト削減効果も期待できます。初期投資を抑えるなら、高価なレーザースキャナをいきなり購入せず、スマホ活用や安価な簡易デバイスから小規模に始める方法もあります。実際フリーで使える点群ビューアやオープンソースの解析ソフトも存在しており、低コストで試して効果を検証してから本格導入を判断するのがおすすめです。

以上のように、初心者が感じやすい不安や戸惑いは技術の進歩と工夫次第で乗り越えられるものばかりです。「難しそう」「大変そう」という先入観にとらわれず、まずはできる範囲から点群活用を始めてみることが大切です。

現場で点群を使うための実践的なヒント（導入のコツ）

最後に、これから点群データ活用を始めたい方に向けて、現場導入の実践的なヒントをお伝えします。どこから手を付け、何を用意すれば良いのか迷っている方は参考にしてください。

• 小規模な計測から試してみる：最初から高価な機材をフルセット揃える必要はありません。まずは手元のスマホや安価なハンディスキャナで、小さな対象物や一部分をスキャンしてみましょう。例えば倉庫の一角や小規模な構造物を点群化し、社内で3Dデータを共有してみるとその便利さを実感できるはずです。小さな成功体験を積むことで現場の理解も深まり、次第に本格的な範囲や精度の計測へスムーズに移行できます。

• 必要な機材・ソフトを段階的に揃える：点群計測には測量機器（レーザースキャナやGNSS受信機など）、撮影機材（ドローンやカメラ）、そして点群処理ソフトが必要です。一度に全て購入するのは負担が大きいので、段階的に投資するのが賢明です。例えば初めは無料ソフトとスマホアプリで始め、効果を確認してから高精度機器の導入を検討する、といったプロセスです。レンタル機器を活用したり、最初は専門業者に計測を依頼してデータの使い方を学ぶ方法もあります。自社のニーズに合ったツールを見極めながら、無理なく体制を整えていきましょう。

• 社内のリテラシー向上とサポート活用：点群活用を軌道に乗せるには、人材育成もポイントです。若手社員には3Dデータに抵抗感が少ない世代も多く、「ゲームの延長で面白い」という声もあります。まずは意欲のあるメンバーにトライアルさせ、得られた点群成果を皆で見ながら効果を共有すると良いでしょう。メーカーやベンダーが開催する講習会・セミナーに参加したり、操作トレーニングを受けるのも有効です。社内に詳しい人がいなくても、外部の力を借りながらノウハウを蓄積していけば、徐々に自前で使いこなせるようになります。

• 安全面と許可条件の確認：ドローン測量やレーザースキャンを行う際は、安全確保と法令遵守も忘れずに。ドローンは飛行禁止空域や高度制限に注意し、必要に応じて国土交通省への許可申請を行います。レーザースキャナーも道路上での設置時には交通誘導をつけるなど、安全対策を講じてください。また公共測量の場合は作業規程の準則に沿った手順や精度管理が求められます。安全・法規を順守した計測計画を立てることも実践上の重要なポイントです。

以上の点を踏まえつつ、「まずはやってみる」精神で小さく始めることが現場導入のコツです。幸い現在は技術の進歩により、初心者でも扱いやすい手軽な点群計測ツールが登場しています。その一つが LRTK Phone（エルアールティーケー・フォン） です（詳細: ）。LRTK Phoneはスマートフォンに装着して使用する小型デバイスで、スマホを使った手軽な3Dスキャンを実現します。重量165gとポケットに収まるサイズながら、衛星測位の補強により数cmの高精度測位を可能にしており、取得した点群には緯度・経度・標高といった位置情報が自動で付与されます。専用アプリ上で距離や面積、体積の計測もその場で行えるため、誰でも直感的に点群データ計測・活用がスタートできるのが特徴です。スマホだけで出来形の計測や土量計算までこなせるため、現場の新たな“武器”として注目されています。

おわりに

点群データは、土木現場の記録や管理手法に大きな変革をもたらしつつあります。最初は難しそうに感じるかもしれませんが、基本を理解して少しずつ活用していけば、その便利さと価値を実感できるでしょう。幸い現在はスマホアプリから高精度機器まで選択肢も広がり、誰でも3D計測に挑戦しやすい時代が到来しています。ぜひ本記事の内容を参考に、点群データの活用を現場の生産性向上やDX推進につなげてください。そして、手軽に高精度な点群計測が可能な LRTK Phone（[https://www.lrtk.lefixea.com/lrtk-phone](https://www.lrtk.lefixea.com/lrtk-phone)） のようなツールも選択肢に入れながら、自社の業務に合った形で3D点群技術を味方につけていただければ幸いです。