3次元計測

地上レーザースキャナを用いて3D計測をおこないます。

3次元データを駆使した情報化施工やCIMの活用などを統合して、建設現場の生産性を向上を目的とするのがi-Constructionです。建築建設の設計・施工・管理など全工程で情報活用を図るBIM(Building Information Modeling)を土木分野にも活用することが目的です。

弊社ではi-Constructionに対応していくことを目的に、地上レーザスキャナを用いる測量をおこなっています。

地上レーザースキャナとは

地上レーザスキャとは、計測対象に触れることなく、地形や構造物の３次元データを取得可能なノンプリズムの計測器です。面的な点群データを高密度・高精度に取得できます。
UAV(ドローン)と比較して対象物を直接観測できるため、精度の高い３次元点群データを取得できるのが特徴です。
最近では国土交通省が進める i-Construction だけでなく、河川管理においても３次元点群の活用が期待されています。
その他にも建築物、構造物、歴史的建造物などの維持管理を目的とした調査など、さまざまな場面で活用されています。

概要

はじめに、最近流行の3次元データから3Dプリンターを用いて立体的に物体を生産するものとは種類が異なります。

測量・設計分野では周囲に存在する地形・地物を観測し、3次元点群データで地形を表現（数値地形図データ作成）するために行ないます。

3次元データはx,y,z座標がある為、距離の計測・地形の勾配・土量算出・面積算出など様々な計算が可能です。

昨今では日本メーカーの他にも海外メーカーの3Dスキャナがたくさん登場しており、三次元計測の注目度が高まってきています。

計測方法

地上レーザスキャナは特定の位置に器械を配置し、前方に断面を切るようにレーザーを放射すると同時に、器械本体を横方向に回転させることにより周囲の地形・地物までの角度と距離を観測します。

観測点の精密具合は間隔を設定することによって変えることができます。細かい間隔で観測すれば必然的にデータ量は膨大になっていく為、PCの処理速度に影響してきます。その為、測量の用途によって間隔を変更します。

器械の種類やメーカー・観測の設定によって観測速度は変わってきますが、最新の機種では横方向に360°観測をおこなっても10分かからずに終わります。

３次元データ解析

解析を行う際には何も処理をしていない全観測データから、成果として使用できるデータだけにする為、有効な点を残し無効な点を除去する必要があります。

上の画像はある場所で測量をした、処理前の観測データ数になります。
全点数で1100万点を超えています。この中には不要な点が含まれていますので、3次元データ処理を行うソフトを用いて処理します。
この現場では最終的に400万点付近まで削ることができました。概要欄にある某河川の測量の際には、延長が500Ｍほどの河川でしたが処理前のデータ数は3000万点を超えていました。

除去を行い、データの精度が上がったところで次に業務の目的に沿ったデータを抽出していきます。

左側の画像では観測データを標高で色分けしてあります。
これにより現地の標高差が一目で把握することが可能です。

真ん中の画像では10Ｍ×10Ｍピッチのメッシュデータを挿入したものです。
このメッシュデータを挿入することにより右側の画像のように指定した列に対しての縦断図（横断図）が作成できます。

また任意での断面抽出も可能なので発注者側からここの断面が欲しいなどの要望があればデータのあるところであれば縦断図（横断図）をすることが出来ます。

土量の抽出、構造物等の延長、勾配計算など他にも多種多様な使い道があります。

このように膨大なデータ量を処理することになる為、点群の処理を行うのが一番苦労するところではあります。

データ解析

[点群データ生成・合成ソフト] MAGNET Collage/TOPCON
[点群処理システム] TREND-POINT/福井コンピュータ

・断面作成
線形情報（中心線）を設定し、点群データから断面を抽出します。地形形状の変化点を
確認しながら、測点以外の任意の中間点で断面抽出が可能です。作成した断面データは
DXF/DWG 形式や縦横断 SIMA 形式で出力し、縦断図や横断図の CAD 図面が作成で
きます。

・メッシュ土量計測
点群データや設計データ（TIN データ）を用いた土量計算が行えます。設計データがな
い場合でも、造成計画高さと範囲を指定するだけで、概算の盛土量や残土処分量の計算
ができます。メッシュ法（点高法）や三角網による土量計算により、i-Construction 工
事の出来高管理での活用が可能です。

・CAD 連携による各種図面化
測量 CAD システム「TREND-ONE」との連携により、点群データから地形図・立面
図・断面図等の各種図面が作製できます。

・ビューアー出力
発注者様でも点群データを 3 次元で閲覧できる「ビューアーファイル」も併せて納品
できます。

3次元データの今後

3Dデータを用いた測量や設計、工事などが最近急速に増えてきています。

地上レーザスキャナの他にも、ドローン（UAV）に3Dスキャナが装着され上空からの観測や、車に３3Dキャナを装着し、走行しながら観測をおこなうMMS（モバイルマッピングシステム）など世界規模で発展してきています。

実際に国土地理院から各種類を用いた公共測量マニュアル（案）が平成29年3月に公表され、国としても注目されてきています。
まだ公共測量マニュアルが案の段階ではありますが、機材の技術性能の向上も、公共測量として発注されていくのは近い将来だと言われてますので、今後注目すべき分野の一つです。