点群とは何か？社内説明用に使える基本と導入メリットまとめ

近年、「点群データ」という言葉を耳にする機会が増えています。建設業界でも、DX（デジタルトランスフォーメーション）の推進や国土交通省の i-Construction 施策に伴い、3次元の点群技術が注目されています。一方で、社内で点群技術の導入を検討していても、「点群とはそもそも何か？」を明確に説明するのは簡単ではありません。本記事では、点群データの基本と取得方法、従来手法との違いや導入メリットについて、経営層から現場技術者まで分かりやすく解説します。社内稟議や教育の場で活用できるよう、ポイントも整理しました。

点群とは？基本概念と取得方法

点群（point cloud） とは、その名の通り空間上の多数の「点」の集合で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3次元座標値(X, Y, Z)が割り当てられ、場合によっては色(R, G, B)や反射強度などの情報も含まれます。無数の点が集まって物体や地形の表面形状を再現するため、点の密度が高く精度が良ければ写真に近い見た目の3Dデータになります。

例えばレーザースキャナーで建物をスキャンして得た点群を可視化すると、建物表面上の無数の測定点が3次元空間上にプロットされ、あたかも写真のように建物が点の集合体で立体表示されます（図1）。このように現実世界の形状を高精度にデジタル保存できる点群データは、近年飛躍的に進歩した 3Dスキャン技術 によって取得されます。具体的には、据え置き型やモバイル型の3Dレーザースキャナー（LiDAR）による計測や、ドローンなどを用いた写真測量（フォトグラメトリ）、MMS（モバイルマッピングシステム）による走行計測など、様々な手法で点群を取得可能です。地形や構造物が複雑でも、複数方向から面状に測れば表面を余すところなく3次元データ化できるのが特徴です。

取得された点群データは基本的に数百万～数億点もの座標情報の集まりであり、そのままでは巨大な生データです。専用の点群処理ソフトを用いて座標合わせ（位置合わせ）やノイズ除去を行い、必要に応じてメッシュ（ポリゴン）やCAD図面への変換を行って活用します。点群はデジタル現場コピーとも言える膨大な情報源で、適切に処理すれば計測対象を丸ごと再現した3Dモデルを得ることができます。従来は図面や現場での目測に頼っていた部分も、点群があればデータ上で詳細を確認できるため、計測漏れがなく記録性が高いことが大きなメリットです。

点群技術が注目される背景

点群がこれほど注目される背景には、建設業界を取り巻く人材不足と生産性向上のニーズがあります。国土交通省の統計によれば、建設業就業者は1997年の約685万人から2022年には約479万人と30%減少し、しかも労働人口の年齢構成は55歳以上が36%を占める一方で29歳以下はわずか12%にとどまっています。このように高齢化と若年層の減少が進む中、限られた人員でインフラ整備を続けるには、一人当たりの生産性向上が不可欠です。

政府も2016年より「生産性革命プロジェクト」として建設現場のDXを推進し、2025年度までに建設現場の生産性を20%向上させる目標を掲げています。その代表的な施策が i-Construction（アイ・コンストラクション）であり、測量・設計・施工・検査といった建設プロセス全体でICT技術を活用する取り組みです。i-Constructionの推進により、特に土工分野ではドローンを使った3次元測量やマシンガイダンス、BIM/CIMによる3D設計などが現場に浸透しつつあります。

こうした流れの中で点群データは、現場の状況を精密かつ包括的にデジタル化する基盤技術として位置付けられています。従来の図面や2次元データでは捉えきれなかった現場を丸ごと記録・解析できる点群は、建設DXを支えるキーテクノロジーの一つです。国や自治体も3次元点群データの活用を後押ししており、例えば国土交通省は公共工事の出来形管理でICT活用（3次元計測）の加点評価を行うなど、普及促進策が取られています。現場側でも、生産性向上や安全確保の観点から点群の有用性が認識され、導入事例が急速に増えています。

技術面でも、近年はレーザースキャナー機器の小型化・低価格化、ドローン搭載LiDARの実用化、スマートフォンのLiDARセンサー搭載などが進み、点群計測のハードルが下がってきたことも大きな要因です。高性能PCやクラウドを使ったデータ処理環境も整い始めており、昔は専門業者に依頼しなければ難しかった点群計測が、今では自社内でも取り組みやすくなっています。総じて、人手不足への対応策でありDX推進の切り札として、点群技術が注目を集めているのです。

点群データの主な用途

点群データは、取得した現場のデジタルコピーとして様々な用途に活用できます。建設・土木分野における代表的な利用シーンを以下に整理します。

測量（現況把握・設計入力）

点群はまず、従来の地形測量や現況調査の分野で大きな威力を発揮します。例えば、工事計画前の既存地形を把握する測量では、従来は測量士がトータルステーション等で主要な点を一つひとつ測って地形図を作成していました。これに対し、ドローンによる写真測量や地上型レーザースキャナーを使えば、現場を上空から丸ごと立体スキャンして詳細な3D地形データを得ることができます。取得された点群の各点は座標値として現実の位置を持つため、そのまま設計の下地となる3次元測地図や数値地形模型（DTM）を作成可能です。地形の3Dデータがあれば土量の算出もコンピュータ上で正確に行えるため、例えば「この盛土を撤去するのにダンプ何台分か？」といった積算も迅速に行えます。これは平面的な測量図では難しかった精度とスピードでの数量計算を可能にし、過不足のない施工計画につながります。

また、構造物の現況調査にも点群は有用です。橋梁やトンネルの既存構造をスキャンしておけば、断面形状や変状箇所を後から詳細に分析できますし、リバースエンジニアリング（既存構造物からの図面起こし）にも役立ちます。設計段階では、取得した点群データを背景にして新設構造物との取り合いを検討したり、干渉チェックに使ったりすることもできます。図面やモデルが存在しない既存構造でも、点群さえあればその場に行かなくても寸法を確認できるので、設計の自由度と精度が向上します。

出来形管理（施工完了後の品質検証）

出来形管理とは、施工後に出来上がった構造物や造成地形が設計通りの形状・寸法になっているかを検証・記録する工程です。従来は、完成物の要所要所で測点を選び、トータルステーションや巻尺を使って寸法を計測し、設計図の値と照合するといった方法が主流でした。しかしこの方法では、測った「点」でしか誤差を把握できず、曲面や複雑形状では一部しか検査できないという課題がありました。

点群データを活用すれば、完成した構造物全体を全面的にスキャンして記録し、設計の3Dデータや基準断面モデルと隙間なく比較することが可能です。例えば道路やダム堤体の出来形検査では、完成形の点群と設計モデルとの差をカラーマップ表示すれば、高低差や厚みの過不足を一目で把握できます。人手では測定が難しい曲面部（トンネルのアーチやタンクの曲面など）でも、点群ならその表面全体について誤差を評価できるため、品質検査の網羅性が飛躍的に向上します。専用ソフト上で点群と設計面を重ね、許容範囲を超えるズレを自動色分けしたり、任意の断面図を即座に生成したりといった解析も容易です。これにより出来形検査にかかる手間と時間が大幅に削減され、検査精度も向上します。

さらに、点群による出来形管理は出来高数量の算出にも威力を発揮します。土工事では施工前後に地形をスキャンし、その点群同士の差分から掘削量・盛土量を自動計算できます。従来の平均断面法のように多数の断面を起こして手計算する必要がなく、ソフトが瞬時に体積を算出してくれるため、出来高管理業務が効率化するとともに算出精度も上がります。このように点群データは出来形管理において品質と数量の「見える化」を実現し、検査の効率化と信頼性向上に寄与しています。

施工記録・施工管理（進捗把握・リモート活用）

工事の施工中においても、点群データは現場記録や進捗管理のツールとして役立ちます。施工プロセスの各段階で現場を点群計測しておけば、出来形検査だけでなく施工履歴としての3次元記録が蓄積されます。例えば、埋設管を設置後に埋め戻す前に点群で配管位置を全て記録しておく、コンクリート打設前に配筋状態をスキャンして鉄筋配置の記録を残す、あるいは毎週定点で土工現場全体を撮影して工事の進行を逐次3D記録するといった使い方です。これにより、あとから施工不良が見つかった際にもいつ・どのような状態だったかを遡って確認でき、問題箇所の特定や是正判断に活用できます。写真や2D図面だけでは把握しにくい事項も、3D点群記録があれば直感的に検証できるため、トラブル発生時の原因究明や将来の改修計画の資料としても有用です。

点群データはまた、施工管理の省力化・高度化にも貢献します。取得した点群をクラウド上にアップロードして社内で共有すれば、遠隔地から現場の状況を詳細に把握することが可能になります。実際にある大手建設会社の現場では、スマホのLiDARで取得した点群や360度写真をクラウドに集約し、本社オフィスからVR空間上で現場を巡回する試みが行われました（写真A）。その結果、担当者が毎回現地に出向かなくても施工状況を確認でき、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」ための情報基盤にもなり得ます。将来的にはドローン等で取得するリアルタイム点群とAI解析を組み合わせ、「現場に行かない施工管理」を実現する動きも期待されています。

維持管理（モニタリング・デジタルツイン）

完成後の維持管理の段階でも、点群データの活用が進んでいます。インフラ構造物の定期点検時に点群を取得・蓄積しておけば、経年変化を3次元で追跡することができます。例えばトンネルや橋梁を定期的にスキャナ計測し、時系列で得た点群データ同士を比較すれば、わずかな 変位 や たわみ であっても検出可能です。ひび割れなどの表面劣化についても、近年では点群テクスチャや高密度レーザー点群を用いて自動抽出する研究が進んでおり、将来的には人間の目視に頼らない客観的な健全度評価が期待されています。また、災害発生時には被災前に取得しておいた点群と被災後の点群を比較することで、崩壊土量の算出や変形量の評価を迅速に行うといった応用も可能です。従来は災害現場で迅速な測量を行うのは困難でしたが、ドローン搭載LiDARなどと組み合わせれば短時間で広範囲の被災状況を3D記録でき、復旧計画立案の効率化に繋がっています。

さらに点群データは、インフラ資産のデジタルツイン（現実の双子となるデジタルモデル）構築にも利用されます。既存設備や地形の点群を元に精密な3Dモデルを作成し、それをベースに維持管理シミュレーションや予防保全計画を立てる試みも広がっています。例えば上下水道管路の点群モデル上で流量解析を行ったり、ダム貯水池の堆砂量を点群から推定したりといった活用です。点群が現場の「真実の姿」を詳細に記録しているからこそ、こうしたデジタル上での解析や計画立案が現実に即した精度で可能になります。自治体でも、保有する3次元点群データをオープンデータ化してハザードマップの高度化や都市計画の検討に役立てる動きが見られます。このように点群データは維持管理フェーズでも重要なインフラ情報資源となりつつあります。

従来手法との違い（トータルステーション・ドローン・TLS など）

点群計測と従来の測量手法（トータルステーション測量など）には、アプローチや得られる情報量に大きな違いがあります。従来型の光学測量機器である トータルステーション（TS） は、プリズムや目標点に対して一箇所ずつ照準し、距離と角度を測定して座標を求めるものです。高精度ではありますが、一度に取得できるのは一つの点の座標のみであり、広範囲を測るには膨大な測点数と人手・時間を要しました。一方、レーザースキャナーや写真測量による点群計測は、センサーを向けた視野内の対象物を一度に面として大量の点で計測できるのが特徴です。TSが一点一点「点」で測るのに対し、スキャナーは面をスキャンして面的な点の集まりを取得するイメージと言えます。この違いにより、従来は測りにくかった複雑地形や大規模構造物も、点群測量なら非接触で容易に形状を取得することが可能です。例えば急斜面や立入危険箇所でも、遠隔からレーザーを当てて計測できるため、作業員が危険を冒すことなくデータ収集できます。従来法では足場を掛けたり高所作業車を使ったりして測っていたようなケースでも、安全かつ短時間で計測が完了します。

効率の面でも、点群計測は従来手法を大きく凌駕します。ある報告によれば、数ヘクタール規模の造成地測量ではトータルステーションで約3日かかる作業が、地上型レーザースキャナーなら約2日、UAV（ドローン）写真測量なら半日程度で完了したといいます。実際、レーザースキャナー搭載ドローンでの測量を従来法と比較した実験では、約6分の1の時間で広範囲のデータ取得を終え、全体の作業時間を半分以下に短縮できたとの結果も報告されています。このように短時間で大量の測量データを得られる点群計測は、測量作業の生産性を飛躍的に向上させ、人件費削減や工期短縮に大きく寄与します。特に広大な敷地や複雑構造物では、一度に一人で取得できる情報量が桁違いなため、人手不足対策としても有効です。

なお、点群計測に用いるデバイスには用途に応じた使い分けがあります。地上据え置き型のTLS（Terrestrial Laser Scanner） はミリ精度で近距離の高密度点群を取得するのに適しており、建物内部やプラント配管計測などによく使われます。UAV搭載型レーザースキャナーや写真測量は上空から広範囲を効率良く測れるため、造成地形の測量や災害現場の状況把握に力を発揮します。一方で上空からだと樹木下や橋桁の下側は見えないなど死角もあるため、地上と空中の手法を組み合わせて補完し合うのが理想です。また近年は後述するスマートフォンを用いた点群計測も登場しており、狭小空間のスキャンや手軽な現場記録に活用されています（写真A）。いずれにせよ、従来のTSやレベルといった機器では測り得なかった膨大な情報を短時間で取得できる点が、点群技術の最大の違いと言えるでしょう。

精度面について補足すれば、レーザースキャナー計測の精度は機種や条件によりますが、おおむね数ミリ～数センチ程度の誤差範囲とされています。高精度なTS測量（サーベイ級）に比べれば若干劣る場合もありますが、得られる点の数が圧倒的に多いため平均的な精度は高く、面全体の形状把握には十分な品質です。さらに近年はRTK-GNSSとの連携や、スキャナー自体の高精度化も進み、初期基準点さえ適切に測量しておけば点群による出来形成果でも充分な精度検証が可能になっています。むしろ人が部分的に測っていた頃と比べて測定漏れ・記録漏れが無くなることで、品質管理上の安心感は増していると言えるでしょう。

点群導入のメリット

以上の特徴を踏まえ、点群技術を導入することで得られる主なメリットを整理します。

• 作業効率の飛躍的向上によるコスト削減: 点群計測は短時間で広範囲の測量が可能なため、現地作業の日数・人員を大幅に減らせます。実例として、ドローン測量で従来の6分の1の時間でデータ取得を終え、作業全体を半分以下の期間に短縮できたケースもあります。これは人件費や機械経費の削減につながり、工期短縮による間接費の圧縮効果も期待できます。特に測量や出来形検査にかかる日数が減れば、その分早く次の工程に移行できるためプロジェクト全体の効率化にも寄与します。

• 測り残しの防止と手戻り削減: 点群計測では対象物を隅々までスキャンしてデータ化できるため、従来法で起こりがちだった「あとから測り忘れに気付いて再測量」といった事態を防げます。取得した点群さえあれば、後日にオフィスで必要な寸法をソフト上で計測したり、追加の断面図を作成したりできるため追加の現場調査が原則不要となります。一度の計測で漏れなく現場を記録できる安心感は大きく、これにより不要な手戻り作業や出張コストを削減できます。

• 省人化と安全性向上: 点群技術は一人でも効率的に計測を行えるため、慢性的な人手不足への対策となります。従来2～3人がかりだった測量作業を1人でこなせる場面も多く、将来的には「一現場一スキャナー」で測量専門スタッフが常駐せずとも測定できるようになります。また非接触計測により高所や危険箇所での人力測量を減らせるため、墜落や重機接触などのリスク低減にもつながります。点群で取得した高精度データを施工管理に活かせば、品質不良の予防（施工中の誤差早期発見）にも寄与し、結果的に事故や補修の減少といった安全面・コスト面のメリットも得られます。

• データ共有と社内教育への活用: 点群データは直感的に現場の状況を把握できるビジュアルな3D情報であり、社内外での情報共有に優れています。例えば現地に行けない上司や発注者にも点群を見せれば、図面より理解しやすい形で現場を疑似体験できます。これは合意形成の円滑化や施策検討のスピードアップにつながります。また社内教育の観点でも、若手技術者が点群を操作しながらベテランのノウハウ（「どこをチェックすべきか」等）を学ぶといった使い方が考えられます。紙の図面では掴みにくかった空間感覚や完成イメージも、点群の3Dモデルなら掴みやすく、技術伝承のツールにもなり得ます。さらにクラウドに点群データを蓄積していけば、社内のナレッジデータベースとして将来の類似案件の参考資料にすることも可能です。

• 付加価値サービスへの展開: 点群データは必要な測量・検査に使うだけでなく、二次利用することで新たな価値創出もできます。例えば点群から出来形図書を自動作成したり、AR技術と組み合わせて完成イメージを現地で重ねて表示したり、施工前後の点群を比較して施工効果を見える化するといったことも容易です。発注者への説明資料や営業提案に点群の可視化資料を用いれば、他社との差別化にもつながるでしょう。このように、一度取得した詳細な3Dデータは社内外で繰り返し活用でき、単なる測量以上の価値をもたらします。

スマホ測量ツール（LRTK）による導入ハードルの低下

点群技術のメリットは魅力的ですが、「初期投資が高そう」「専門技術者がいないと扱えないのでは？」と導入に踏み切れないケースも多いでしょう。確かに従来は高精度なレーザースキャナー一式で数百万円以上、ドローン搭載型LiDARでも機材とソフトを揃えると数百万円～数千万円といったコストがかかり、中小企業や現場単位で導入するにはハードルがありました。また大量の3Dデータを扱うためのPC環境やソフトウェア習熟にも高い専門性が要求される面がありました。

しかし近年ではスマートフォンを使った手軽な点群測量ツールが登場しつつあり、こうした導入障壁は大きく低下してきています。例えば最新のiPhoneやiPadにはLiDARスキャナーが標準搭載されており、これと高精度GNSS受信機を組み合わせてスマホを3D測量機として活用できるソリューションが実用化されています。LRTK（エルアールティーケー） はその一例で、スマートフォンに後付けする小型デバイスと専用アプリによって、RTK方式（リアルタイムキネマティック）によるセンチメートル級の測位を実現しつつスマホ内蔵LiDARで点群を取得できるシステムです（写真A）。従来、スマホ単体のLiDAR計測では位置精度が数メートル程度と低く実務利用が難しいものでしたが、LRTKではRTK-GNSSによって各点に全球座標（絶対座標）を付与できるため、測量機器並みの精度で点群を計測できます。実測精度は従来の据置型GNSS測量機に匹敵するとされ、これをポケットに入るスマホと小型デバイスだけで実現できるのですから画期的です。

スマホ測量ツールの利点はコストと手軽さにあります。スマートフォンさえあれば良いため初期投資を大幅に抑えられ、社内の複数人に一人一台を持たせることも現実的になります。操作性もシンプルで、直感的なアプリ画面を見ながらスマホをかざして動かすだけでその場で点群がリアルタイム表示されるため、熟練者でなくても扱いやすい設計です。スキャンしたデータから即座にスマホ上で距離や面積・体積を計測できる機能も備えており、例えば盛土の山をぐるりと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ます。これは従来何日もかかっていた土量管理をその場で完結させるもので、施工管理の時短に大きな効果をもたらします。クラウド連携機能も充実しており、スマホで取得した点群や写真をそのままクラウドにアップロードして共有・解析するといったワークフローも容易に実現できます。

総合的に見て、LRTKのようなスマホ点群計測ソリューションの登場は「高価な機材と専門スキルが必要」という従来の常識を覆し、点群技術を誰もが使えるものに変えつつあります。現場の技術者が日常的に3D点群を扱えるようになれば、これまで以上に詳細な現場把握と効率的な意思決定が可能となり、ひいては会社全体のDX推進にもつながるでしょう。点群導入へのハードルは確実に下がってきています。今後ますます精度・使い勝手が向上していくスマホ測量ツールを活用しない手はありません。

まとめ：社内説明のための要点整理

最後に、社内で点群技術の導入メリットを説明・共有する際に押さえておきたいポイントをまとめます。

• 点群データの基本: 3次元空間上の多数の点の集合体であり、レーザースキャナーやドローン写真測量で現場を丸ごと3D計測して得られるデータ。 各点に座標（X,Y,Z）や色情報を持ち、対象物の形状を精密に再現できる（図1参照）。現場をデジタルコピーする技術といえる。

• 従来測量との比較: トータルステーション等の従来手法が一点ずつ測っていたのに対し、点群計測は一度に面的に多数の点を取得するため圧倒的に効率的。 作業時間の短縮が顕著で、例ではドローンを使った測量で従来比6分の1の時間で完了との報告もある。結果として人件費削減・工期短縮につながり、人手不足の中でも生産性向上を実現。非接触計測なので危険箇所でも安全に測量可能。

• データ活用による品質向上: 点群は現況を漏れなく記録するため測り残しがなく、後から追加調査に行く必要がない。出来形管理では全体を3D検証でき、高低差を色表示することで品質を一目で判断可能。施工中も点群で進捗を追えば誤差の早期発見ができ、ミスによるやり直し削減や品質均一化に寄与。 土量算出なども自動化され、計算誤差や手作業のばらつきを排除。

• 維持管理・資産管理での効果: 施設を定期的にスキャンして点群を蓄積すれば、ひび割れや変形の進行を経年比較で捉えられる。災害時には被災前後の点群差分から被害量を迅速に把握可能。点群によるデジタルツインを構築しておけば、将来の改修や維持管理計画にも活用できる。 社内でデータを共有しナレッジ化することで、長期的な技術継承と資産管理の高度化にもつながる。

• 導入障壁の低下: 最新技術により、点群計測は特別な専門家だけのものではなくなりつつある。特にスマホ測量ツールの登場で初期コストが下がり、現場担当者が自ら3D計測できる環境が整ってきた（例：スマートフォン用点群システム LRTK など）。 自社でも小規模なトライアルから始めやすく、DX時代に即したスマートな測量手法として注目。

点群技術の導入は、建設業における生産性向上とDX推進の重要な一手となります。単なる効率化に留まらず、現場情報の3D「見える化」によるコミュニケーション活性化や、安全性・品質の飛躍的向上など、多面的な効果をもたらすでしょう。自社の課題解決や競争力強化のために、ぜひこの機会に点群データ活用を前向きに検討してみてください。