点群データとは何か
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点群データとは、測量によって得られた地形に関する情報の集まりのことです。3Dの座標データ（X・Y・Z）が無数に集まっていることから点群データと呼ばれています。
点群データは地形の情報を数値化したもので、解析することにより3Dモデルを作成できるのが特徴。さまざまな分野に活かせますが、特に土木建設分野では業務効率化や省力化に寄与するものとして期待されています。
点群データのメリットとデメリット
点群データのメリットは、簡単に3Dモデルを作成できる点にあります。測量で取得した点群データがあれば、複雑な形状の地形でも詳細な3Dモデルを作ることが可能。制度の高いデータを取得できるため、測量の精度も高まります。また、現地へ直接行かずとも状態を細かく把握できるのも強みです。
一方、点群データのデメリットはデータ量が膨大なことにあります。データは専用のソフトを使わなくては解析できないため、準備に手間がかかる点もデメリットです。
点群データの用語と指標の整理
点密度は一定面積あたりの点の数を表し、細部の再現性に直結します。分解能はセンサーが区別できる最小の間隔を示し、密度とは役割が異なります。精度は真値への近さ、確度はばらつきの少なさを指し、両方を確認すると品質を判断しやすくなります。誤差は測距角度や対象の反射率、気象条件、GNSSの受信状態、標定点の配置などが主な要因です。
点群には強度や時刻などの属性が含まれる場合があります。属性を併せて確認すると、金属面の飽和や水面の抜け、植生の揺れによる散らばりなどを早期に見分けやすくなります。
座標系の基礎
現場で使うローカル座標と、成果で求められる世界測地系や平面直角座標の関係を整理しておくと後工程が安定します。高さは水準基準と楕円体高で扱いが異なるため、どの基準で記録し、どの段階で変換するかを明示しておくと混乱を防げます。既設図面との突合やBIM CIM連携では、座標系と単位を合わせることが最優先になります。
点群データを取得するには
点群データは、主に以下の方法で取得可能です。
- 地上からレーザースキャナーで測量する
- 上空からドローンで測量を実施する
地上で使用するレーザースキャナーは、特定の場所に設置するタイプと移動させながら使うタイプがあります。ポピュラーな方法である反面、測量範囲が広くなると時間がかかるデメリットも。測量には高度な技術も求められます。
一方、地上からの測量に変わって広まりつつあるのがドローンによる測量です。ドローン測量では、ドローンにカメラやレーザースキャナーを搭載し、上空から点群データを集めます。従来の手法と違って一度に広範囲を測量できるほか、短時間でデータを集められるのがメリット。コストを抑えられる場合もあります。
点群データの取得手法の比較
現場条件と目的により最適な手法は変わります。遮蔽物が多い市街地や屋内は地上型や移動計測が有利で、広域の造成地や法面はUAVが効率的です。形状精度を重視する場合はLiDARが安定し、テクスチャを重視する場合は写真測量が適しています。計測範囲や必要点密度、許容誤差、移動制限、予算や日数を合わせて選定します。
地上固定型と移動計測とUAV LiDARと写真測量SfM
地上固定型は一点ごとの据え付けで高精度なデータが得られます。移動計測は歩行や車載で連続取得でき、複雑な経路を素早く網羅できます。UAV LiDARは樹冠下の一部透過が期待でき、広域でも均一な点密度を確保しやすくなります。写真測量SfMは画像から点群を復元する方法で、設備が比較的扱いやすく、広い面積を短時間で撮影できます。
データ取得から3Dモデル化までの流れ
取得から3Dモデル化までの流れは次のとおりです。
- 現場で点群データを集める
- 専用ソフトで点群データを処理する
- 専用ソフトで解析する
- 3Dモデル・メッシュデータを作成する
現場で点群データを集め、専用のソフトを使って解析処理する必要があります。
点群データの用途・活用方法
測量によって得られた点群データは、主に以下の用途で活用されています。
- 地形の測量・把握に
- 災害の被害状況確認に
特に広く活用されているのが地形の測量や把握です。点群データを3Dモデル化することで、高精度な測量データを取得できます。また、地形図も作成できますので、細部まで地形の状態を確認することが可能です。
また、災害の被害状況確認にも利用されています。3Dモデル化すれば、現在の地形の状態を把握したり、災害前と比較したりすることが可能。適切な災害復興計画の策定にも寄与します。
出来形と土量と変位監視
出来形は設計データとの比較で合否を判断します。断面の抽出や偏差の可視化を行い、必要に応じて是正を検討します。土量は現況と計画面の差分から算出し、切土と盛土のバランスを確認します。変位監視は同一座標系での時系列比較が基本で、施工中や供用後の変化を定期的に評価します。
建築設備とBIM CIM連携
建築や設備の現況把握では、天井裏や配管まわりのクリアランス確認に点群が有効です。BIM CIM連携では点群を参照しながらモデルを更新し、計画と現況の差を早期に見つけます。整合の精度と作業範囲を決めておくと、無理のない運用にできます。
木造や既存建物の現況スキャンとBIM整合
木造は柱や梁の傾き、仕上げの不陸、開口周りの収まりを点群で把握します。モデル化は通り芯と基準高さを合わせ、必要部分から段階的に行います。既存設備は優先度の高い要素から属性を付け、改修計画に必要な情報に集中させます。
現場ワークフロー改善の考え方
点群ビューアで関係者が同じ画面を見ながら確認すると合意形成が早まります。干渉の予見や搬入経路の検討、数量の拾い出しなどを事前に済ませることで、手戻りを減らすことができます。記録として残すと、施工後の検証にも役立ちます。
災害対応と文化財と林業
災害では崩壊範囲の把握や堆積量の見積もりに使います。文化財では形状の保存と再現の土台になります。林業では樹高や樹冠の把握、路網計画の検討に活用できます。いずれも現況の再現性が高いため、計画と評価の精度向上に寄与します。
解析には専用ソフトやPCが必要
なお、点群データを解析する際は専用のソフトとPCが必要です。特に重要なのはPCのスペックで、点群データの処理速度に影響します。スピーディなデータ解析を行うためには、処理速度の速い高性能なPCを用意しなくてはいけません。
点群データが活用されるようになった背景
点群データが活用されるようになった理由は、土木建設業界がDX化・ICT化を進めているためです。土木建設業界では、生産性向上のためにDX化などを推進しています。その取り組みの一つがドローンによる測量で、同時に点群データも活用されるようになったのです。
また、国土交通省も建設システム全体の生産性向上を目的として「i-Construction」を推進しています。こうした動きもあり、点群データが広く活用されるようになったのが実情です。
本メディア監修の柳土木設計事務所では、測量士／土地家屋調査士が、各分野の専門家と連携し
ドローン測量による境界確定から登記申請にも対応しています。
