UAV点群と地上レーザーによる土量計算の違い
点群を利用した土量計算は、造成工事、掘削工事、盛土工事、土砂置場の管理などで活用されています。対象地形を多数の三次元座標として取得し、その点群から地表面を作成して、施工前後の差や設計面との差を体積として求める方法です。
UAVから点群を取得する代表的な方法には、複数の写真から三次元形状を復元する写真測量と、UAVに搭載したレーザー計測があります。両者は取得原理や植生への反応、処理工程が異なります。本稿では、建設現場で広く利用されるUAV写真測量による点群と、据置型の地上レーザースキャナーによる点群を主な比較対象とします。UAV搭載レーザーや移動型レーザーを使用する場合は、本稿の評価軸を使いながら、機器と計測方式ごとの仕様を追加で確認する必要があります。
UAV写真測量では、上空から一定の重なりを持たせて多数の写真を撮影し、複数の画像に写る共通部分を解析して三次元形状を復元します。広い造成地や土砂置場など、上空から見渡しやすい範囲を面的に取得できることが特徴です。地上を歩いて多数の位置から計測する方法と比べると、現地での移動を抑えながら広範囲のデータを集めやすくなる場合があります。
据置型の地上レーザースキャナーは、地上に設置した機器から対象へレーザーを照射し、対象までの距離と方向を計測して点群を取得します。一つの設置位置から見える範囲を高密度に記録し、必要に応じて設置位置を移動しながら現場全体を取得します。掘削壁、急な法面、構造物の側面など、上空からは見えにくい形状を横方向から捉えやすい方法です。
土量計算に使用する方法を選ぶときは、単純に点数の多さや機器の公称測距性能だけで比較してはいけません。重要なのは、計算対象の地表面をどこまで欠測なく再現できるか、施工前後の点群を同じ基準で比較できるか、計測から計算までの工程を継続して運用できるかという点です。
広い範囲を短時間で取得できても、法尻や掘削壁が欠けていれば土量計算に必要な面が完成しません。反対に、局所的に高密度な点群を取得できても、計算対象全体を覆うために多くの設置と移動が必要であれば、日常的な土量管理には負担が大きくなることがあります。
UAV点群と地上レーザーを比較する際は、現場面積だけでなく、対象地形の形状、周囲の障害物、計測頻度、必要な成果、安全条件などを整理することが大切です。ここからは、実務で確認したい6つの評価軸に分けて、それぞれの特徴を詳しく解説します。
評価軸1 計測範囲と死角
1つ目の評価軸は、計測できる範囲と死角の生じ方です。UAV写真測量と据置型の地上レーザーでは対象を見る方向が異なるため、同じ現場を計測しても、点群が不足しやすい場所は同じではありません。
UAV写真測量は、一般に上空から地表面を見下ろす写真を中心に使用します。平坦な造成地、緩やかな斜面、上面が開けた盛土や土砂山などは、複数の画像に写りやすく、連続した点群を作成しやすい対象です。計測範囲が広くても、飛行経路と撮影条件を適切に設定できれば、現場全体を比較的そろった条件で撮影できます。
上空から広範囲を見渡せるため、工区全体の切土と盛土の分布を把握したい場合や、複数の土砂山を同じ時期に計測したい場合に向いています。施工前後に同じ範囲を取得すれば、地表面の変化を面的に比較しやすくなります。
一方で、上空からの写真を中心とするUAV写真測量は、垂直に近い面や張り出した形状の取得を苦手とする場合があります。真下向きに近い画像だけでは、掘削壁、擁壁際、構造物の側面などが十分に写りません。斜め方向からの撮影を加えることで改善できる場合もありますが、飛行空間、障害物、対象との離隔などによっては必要な撮影角度を確保できないことがあります。
土砂山の側面が急である場合、山の上面は取得できても、法尻付近や背面が画像に写りにくくなることがあります。複数の土砂山が近接している現場では、山と山の間が見えにくくなり、点群が不足することもあります。また、樹木、仮設屋根、橋梁、張り出した構造物の下側は、上空から直接見えないため、UAV写真測量だけでは地表面を取得できません。
UAV搭載レーザーを使用する場合も、照射方向から見えない面には死角が生じます。ただし、写真測量とは取得原理や地表面の捉え方が異なるため、写真測量と同じ条件で評価せず、走査方向、飛行高度、点密度、反射特性などを個別に確認します。
据置型の地上レーザーは、設置位置から対象を横方向または斜め方向に捉えます。掘削壁や急斜面を正面に近い方向から計測できるため、UAVでは不足しやすい側面形状を取得しやすい点が特徴です。盛土の裾部、構造物との接触部、法面の折れ点など、土量計算の境界に関わる形状を近距離から確認できます。
ただし、地上レーザーは設置位置から見通せない場所を計測できません。土砂山を一方向から計測した場合、反対側は山そのものに遮られます。重機、車両、資材、仮囲いなどが手前にある場合も、その裏側が死角になります。
死角を減らすには機器を複数の位置に設置し、対象を異なる方向から取得する必要があります。設置位置が増えるほど現地での移動と準備が増え、取得した点群を一つに統合する作業も必要になります。
土量計算では、点群が存在する場所だけでなく、存在しない場所を確認することが重要です。点群の表示画面を遠くから見ると、対象全体を取得できているように見えても、断面を確認すると法尻や背面が欠けていることがあります。欠測部を自動的に補間すると、実際には計測していない面を推定して体積を求めることになります。
計測方法を選ぶ前に、土量計算に必要な外周、天端、法面、法尻がどの方向から見えるかを確認します。広い上面を取得するならUAV写真測量が有利になりやすく、側面や構造物際を取得するなら地上レーザーが有利になりやすいと考えられます。ただし、現場の形状によっては両方に死角が生じるため、計測位置と撮影方向を事前に計画することが欠かせません。
評価軸2 精度と地表面の再現性
2つ目の評価軸は、座標精度と地表面の再現性です。点群による土量計算では、一点ごとの誤差だけでなく、点群全体の標高のずれ、傾き、縮尺の違いが結果に影響します。
土量は、基準面と地表面の高さの差を対象範囲全体で積み上げて求めます。そのため、各地点の高さにわずかなずれがあるだけでも、対象面積が広ければ体積差が大きくなる可能性があります。点群が細かく見えることと、現場座標に正しく配置されていることは別の問題です。
UAVによる写真測量では、撮影した画像の位置関係を解析して三次元形状を作成します。点群の品質は、撮影高度、画像の重なり、地表面の模様、撮影時の明るさ、画像のぶれ、撮影位置の情報、基準点の配置などに影響されます。
画像同士の重なりが不足すると、三次元形状を安定して復元できない範囲が生じます。地表面の模様が少ない場所、強く反射する場所、水面、深い影などでは、画像間の共通部分を認識しにくくなり、点群に穴や不自然な起伏が生じることがあります。
UAV写真測量の点群を現場座標へ合わせる場合は、基準点と検証点の扱いが重要です。点群生成に使用した基準点だけで精度を判断すると、その点に合うように調整された結果だけを評価することになります。処理に使用していない検証点でも座標差を確認し、点群全体に傾きや局所的な変形がないかを確かめます。
基準点や検証点の必要数と配置は、対象範囲、起伏、使用機器、測位方式、求める成果によって異なります。配置する場合は一部へ集中させず、外周、中央、高低差のある場所などで点群全体を確認できるようにします。平坦部だけで確認すると、法面や掘削底など高さの異なる場所で誤差が増えていても気付きにくくなります。
地上レーザーでは、機器から対象までの距離、レーザーが対象面へ当たる角度、機器の設置状態、点群同士の位置合わせなどが精度に関わります。一般に、同じ角度分解能であれば対象までの距離が長くなるほど点間隔は広がります。対象面へ浅い角度でレーザーが当たる場所では、点の分布やばらつきが不利になる場合があります。
複数の設置位置から取得した地上レーザー点群を統合するときは、位置合わせの誤差に注意します。同じ地面が二重に見えたり、固定構造物の輪郭に厚みが生じたりしている場合は、点群同士が十分に重なっていない可能性があります。
地上レーザーは局所的に高密度な点群を取得できますが、密度が高いだけで施工前点群や設計面と正確に比較できるわけではありません。点群全体を現場座標へ配置する手順が適切でなければ、形状を細かく取得できていても、土量計算の基準面とはずれてしまいます。
地表面の再現性を確認するときは、点群を上から見るだけでなく、複数の断面を作成して確認します。平らであるはずの場所に波状の起伏がないか、連続する斜面に不自然な段差がないか、法肩や法尻の位置が現地と整合しているかを確認します。
UAV点群と地上レーザーを比較する場合は、同じ検証点、同じ固定構造物、同じ地表範囲を使って評価することが大切です。一方だけを機器の公称値で評価し、もう一方を現地の検証結果で評価すると、公平な比較になりません。機器仕様は参考情報として扱い、実際の計測条件で得られた検証結果と分けて確認します。
土量計算に必要なのは、点群の一点が極端に細かいことではなく、対象範囲全体の地表面が同じ座標基準で安定して再現されていることです。
評価軸3 現地作業の時間と手間
3つ目の評価軸は、現地計測に必要な時間、作業人数、準備の手間です。計測時間を比べる場合は、データを取得している時間だけでなく、準備、基準点の確認、機器の移動、安全管理、撤収まで含めて考えます。
UAV写真測量は、開けた現場であれば一度または少ない回数の飛行で広い範囲を撮影できる場合があります。作業者が広い工区を歩き回らなくても、上空から連続した画像を取得できます。複数の盛土や土砂山をまとめて計測する場合も、飛行経路を設定することで効率よく撮影できます。
ただし、UAVの現地作業は飛行だけではありません。計測前には、対象範囲、周辺の障害物、飛行経路、撮影高度、画像の重なりなどを確認します。必要に応じて基準点や検証点を設置し、それらの座標を測定します。
施工中の現場では、重機の稼働範囲、立入禁止範囲、作業員の動線なども確認する必要があります。飛行中に重機や車両が頻繁に移動すると、画像ごとに異なる位置へ写り込み、点群生成や不要物除去の負担が増えることがあります。
据置型の地上レーザーは、一つの設置位置から見える範囲を比較的短時間で計測できます。対象が小さく、少ない設置位置から全体を見渡せる場合は、効率よく高密度な点群を取得できます。
一方、広い造成地や複雑な土砂山を欠測なく取得するには、機器を何度も移動する必要があります。設置位置ごとに機器を安定させ、計測範囲を確認し、点群を統合するために必要な共通部分や標識を確保します。
土砂山の四周を計測する場合、山の周囲を移動しながら複数回設置します。掘削箇所では、底面と上部の両方から取得しなければならない場合があります。面積が小さくても、対象の形状が複雑で死角が多いと、作業時間は長くなります。
定期的な土量管理では、1回の計測時間だけでなく、同じ手順を繰り返しやすいかを評価します。施工の進行に伴って重機の動線や地形が変化すると、前回と同じ位置へ地上レーザーを設置できないことがあります。UAVも、現場周辺にクレーンや仮設物が増えると、以前と同じ飛行経路を使用できない場合があります。
計測手順を標準化するためには、UAVの飛行範囲や撮影条件、地上レーザーの標準設置位置、基準点と検証点の位置を記録しておきます。担当者が変わっても同じ考え方で計測できる状態にすることで、作業時間と成果のばらつきを抑えやすくなります。
現地作業の効率は、計測機器を操作する人数だけでは決まりません。現場条件や安全計画によっては、基準点を確認する担当者、重機との接触を防ぐ担当者、周辺の安全を確認する担当者などが必要になります。
UAV写真測量は広範囲を一括して取得しやすく、据置型の地上レーザーは必要な場所を局所的に高密度で取得しやすい方法です。現場全体の面積だけでなく、設置回数、移動経路、準備工程、計測頻度まで含めて比較する必要があります。
評価軸4 点密度と複雑形状への対応
4つ目の評価軸は、点密度と複雑な地形への対応力です。点群の点数が多いほど正確な土量が求められるように見えますが、土量計算では必要な場所に有効な点が存在し、その点が実際の地表を表していることが重要です。
UAVによる写真測量では、撮影高度を低くすると地表面を細かく撮影しやすくなります。ただし、同じ面積を撮影するための画像枚数が増え、飛行時間や処理するデータ量も増加します。撮影高度を高くすれば広範囲を効率よく取得できますが、地上画素寸法や撮影条件によっては、細かな段差や法肩の再現性が低下する可能性があります。
土量計算の対象が広い造成地の切土量や盛土量であれば、地表の小さな石や細かな走行跡まで再現する必要はない場合があります。一方、狭い範囲の余掘り量や、構造物際の土量を確認する場合は、細かな境界と形状を保持できる点密度が必要です。
写真測量では、画像に写る地表面の特徴を利用して三次元形状を作成します。色や模様が少ない均一な地面、濡れた面、反射の強い面、深い影などでは、点群が安定しないことがあります。点が多く生成されていても、地表面が実際より波打っている可能性があるため、点数だけで品質を判断できません。
地上レーザーは、機器の近くにある対象を高密度に取得しやすい方法です。急斜面、掘削壁、段差、土砂の細かな起伏など、横方向から見る必要がある形状を再現しやすくなります。
ただし、地上レーザーの点密度は対象までの距離、走査設定、入射角などによって変わります。機器に近い範囲では点が密集しやすく、遠い範囲では点の間隔が広がりやすくなります。手前の対象に遮られた範囲には点が存在しないため、一部が高密度であることと、計算対象全体が適切に取得できていることは同じではありません。
土量計算では、点群から三角形の面や格子状の標高面を作成します。点が不足した場所では、周辺の点を利用して面が補間されることがあります。欠測範囲が小さく、周囲の地形が滑らかであれば、補間による影響が限定的な場合もあります。しかし、法肩、法尻、段差、垂直面などをまたいで補間すると、実際には存在しない斜面が作られる可能性があります。
土砂山の背面が欠けた状態で、上面と法尻の点を自動的に結ぶと、見た目上は閉じた面を作成できます。しかし、その面は実測されたものではなく、ソフトウェアが推定した形状です。計算結果を利用するときは、どの範囲が実測で、どの範囲が補間なのかを区別する必要があります。
点群を必要以上に細かく残すことにも注意が必要です。重機の走行跡、小さな石、草の先端などがすべて地表面として残ると、施工前後の比較で細かな凹凸が土量差として現れます。反対に、点群を粗くしすぎると、法肩や段差など土量に影響する形状が失われます。
適切な点密度は、現場の面積だけでは決まりません。求めたい土量の大きさ、残すべき最小形状、地表面の傾斜、境界の複雑さ、使用する地表面モデルの条件などを考慮して決めます。
UAV点群と地上レーザーを比較するときは、平均点密度ではなく、土量計算に重要な法肩、法尻、天端、構造物際、急斜面で必要な点が取得できているかを確認することが大切です。
評価軸5 データ処理と土量計算の再現性
5つ目の評価軸は、現地計測後のデータ処理と、土量計算を再現できるかどうかです。計測を短時間で終えられても、点群の作成や整理に多くの時間が必要であれば、結果を得るまでの全体工程は長くなります。
UAVによる写真測量では、多数の画像から撮影位置を推定し、画像間の共通部分を解析して三次元形状を生成します。画像枚数が多いほど処理量は増える傾向があります。広い現場を細かく処理する場合は、点群データの容量も大きくなります。
処理中には、基準点の指定、不要画像の除外、画像の位置関係の確認、点群の生成条件などを設定します。同じ画像を使用しても、設定や基準点の扱いが異なれば、点群の座標や細かさが変わる場合があります。
UAV写真測量では、元画像と撮影情報が保存されていれば、基準点の指定や処理条件を見直して点群を再生成できる場合があります。ただし、元画像の撮影範囲に対象が写っていない場合や、画像がぶれている場合、必要な重複がない場合は、後処理だけで必要な地表面を復元することはできません。UAV搭載レーザーの点群は画像から再生成するものではないため、同じ説明を当てはめないようにします。
地上レーザーでは、設置位置ごとに取得した点群を一つの座標空間へ統合します。設置位置が増えるほど、重複部分の確認や位置合わせの工程が増えます。自動的に位置を合わせる処理を利用した場合でも、固定構造物の輪郭や地表面の重なりを確認し、誤った統合がないかを検証します。
UAV点群と地上レーザーのどちらにも、土量計算に不要な点が含まれることがあります。代表的なものは、重機、車両、作業員、資材、草木、仮設物などです。地上レーザーでは粉じん、雨滴、通行物などに由来する点が混入する場合もあります。
不要な点を残したまま地表面を作成すると、本来の地盤より高い面ができ、盛土量や土砂量を過大に計算する可能性があります。反対に、地表面の点を不要物として除去すると、欠測範囲が広がり、補間による誤差が増えます。
土量計算を再現できるようにするには、元データ、処理済み点群、計算範囲、基準面、除去範囲、補間条件を分けて保存します。最終的な体積値だけを保存しても、後から計算条件を確認できません。
例えば、土砂山の裾部をどこまで計算範囲へ含めたかによって、体積は変化します。外周を少し広げるだけでも、地面と土砂の境界付近に高さの差があれば、計算値に影響します。担当者ごとに外周を作成すると、同じ点群でも異なる結果になる可能性があります。
基準面の選択も重要です。施工前地盤と比較するのか、設計面と比較するのか、一定の標高面から上側の体積を求めるのかによって、同じ点群から算出される体積は異なります。
定期的に土量計算を行う場合は、座標系、高さの基準、計算範囲、地表面の作成方法、格子間隔、三角網の条件、欠測部の処理方法などを標準化します。計算条件を毎回記録し、担当者が変わっても同じ手順を実行できるようにします。
地上レーザーも、元の点群を保存していれば、不要点の除去や計算範囲を変更して再計算できます。ただし、死角となって取得されなかった部分は、元データから復元できません。
処理のしやすさを比較するときは、自動化できる工程だけでなく、最終的に人が確認する工程を含めます。点群を自動生成できても、欠測、不要物、地表面の乱れ、境界を確認する作業は必要です。
土量計算の信頼性を高めるには、計測方式の選択だけでなく、処理条件と判断過程を残すことが重要です。
評価軸6 安全性と現場条件への適応性
6つ目の評価軸は、安全性と現場条件への適応性です。土量計算のための計測では、精度や作業速度だけでなく、作業者が危険な場所へ入らずに必要なデータを取得できるかを検討します。
UAVは、急斜面、軟弱地盤、崩落のおそれがある場所などを上空から撮影または走査できます。作業者が土砂山の上や掘削斜面へ立ち入る必要を減らせるため、現場条件によっては安全性を高められます。
広い造成地を計測する場合も、作業者が重機の動線内を長距離移動する機会を減らせることがあります。地表面へ直接近づきにくい現場で、離れた位置から計測計画を立てられる点は利点です。
一方で、UAVは風、雨、視界、障害物などの影響を受けます。風が強い状態では、予定した位置や角度で安定して撮影または走査できない場合があります。機体が流されると、画像の重なりが不足したり、撮影範囲や走査範囲がずれたりする可能性があります。
降雨時には安全な飛行が難しくなる場合があるだけでなく、地面の状態も変化します。水たまりができたり、地面が濡れて反射状態が変わったりすると、写真測量による点群生成やレーザー計測の取得状態へ影響することがあります。
周囲に架空線、高い構造物、樹木、クレーンなどがある場合は、飛行経路を慎重に設定します。飛行に関する条件や必要な対応は、場所、機体、運用方法、計測時点の制度などによって異なるため、最新のルールと現場内の安全基準を確認する必要があります。
地上レーザーは、飛行が難しい場所でも使用できます。橋梁下、構造物内部、屋根のある場所、高い障害物に囲まれた場所などでは、地上からの計測が適しています。
ただし、据置型の地上レーザーを使用するには、作業者が機器を設置する位置まで移動しなければなりません。掘削底面、法面付近、土砂山の裏側などへ機器を運ぶ場合は、足元の状態や崩落の危険を確認します。
重機が稼働している現場では、機器の設置位置が重機の死角に入らないようにしなければなりません。機器を保護するためだけでなく、設置や撤収を行う作業者の安全を確保する必要があります。
地上レーザーはUAVより天候の影響を受けにくい場面もありますが、雨滴、霧、粉じんなどがレーザー計測へ影響し、不要な点や欠測が増える可能性があります。地表が濡れている場合は、対象面の反射特性が変化することも考えられます。
安全性の比較では、UAVだから常に安全、地上レーザーだから常に危険と判断することはできません。UAVの離着陸場所や周辺環境に危険がある場合もあれば、地上レーザーを安全な遠方へ設置して対象を計測できる場合もあります。
重要なのは、計測対象に対して作業者がどこまで近づく必要があるか、重機の作業を止める必要があるか、天候によって計測日程が変わる可能性があるかを現場ごとに確認することです。
UAV点群と地上レーザーを公平に比較する方法
UAV点群と地上レーザーで求めた土量を比較するときは、計測方法以外の条件をそろえます。条件が異なるまま体積値だけを比較すると、差の原因を正しく判断できません。
最初に統一するのは、平面座標と高さの基準です。二つの点群が異なる座標系や高さの基準を使用していると、同じ地形を取得していても位置が一致しません。
高さに一定のずれがある状態で土量差を計算すると、地表面全体に差が発生します。対象面積が広いほど、わずかな標高差でも体積差が大きくなる可能性があります。比較前に固定構造物や検証点を使用して、平面位置と高さが整合しているかを確認します。
次に、計算範囲を統一します。土砂山の外周、掘削範囲、盛土範囲などを一つの境界データとして作成し、両方の点群に同じ境界を使用します。
それぞれの点群から別々に外周を作成すると、裾部の認識差が体積差として現れます。片方では土砂として含め、もう片方では地盤として除外した範囲があると、計測精度とは関係のない差が生じます。
基準面も統一します。一方は施工前点群との比較、もう一方は水平面との比較という条件では、公平な評価になりません。施工前地盤、設計面、水平面など、どの面からの体積を求めるかをそろえます。
地表面を作成するときの条件も確認します。格子間隔、三角形の作成方法、最大辺長、欠測部の補間範囲などが異なると、点群が同じでも体積値が変化することがあります。
不要物の扱いも統一します。一方の点群から重機や資材を除去し、もう一方では残したまま計算すると、不要物の体積が差として現れます。草木、車両、仮設物、水たまりなどをどのように処理したかを記録します。
UAV側の取得方式も明記します。写真測量点群とUAV搭載レーザー点群では処理工程や欠測の傾向が異なるため、単にUAV点群とまとめず、どの方式で取得したかを比較条件へ含めます。地上側も、据置型、移動型、携帯型などの違いを記録します。
比較結果は、体積値だけで判断しないことが大切です。二つの点群の高さ差を平面上で確認し、どの範囲で高低差が生じているかを調べます。
全体の体積差が小さくても、一方の範囲では高く、別の範囲では低くなり、差が相殺されている場合があります。天端、法面、法尻、欠測部などに分けて確認すると、計測方法による特徴を把握しやすくなります。
断面を複数作成し、地表面の位置を比較することも有効です。UAV写真測量では急斜面の下部が滑らかに補間され、地上レーザーでは上面の一部が欠けるなど、方法ごとの違いを視覚的に確認できます。
施工前後の土量差を比較するときの注意点
施工前後の点群を比較して土量を求める場合は、二つの計測時点で条件をそろえることが重要です。施工によって変化した部分と、計測条件の違いによって変化して見える部分を区別しなければなりません。
施工前をUAV写真測量、施工後を地上レーザーで取得するなど、計測方式を途中で変更すると、点密度、死角、不要物の写り方、補間方法が変わります。施工による地形変化に加えて、取得方式の違いが土量差へ含まれる可能性があります。
可能であれば、施工前後は同じ計測方式と同じ座標基準を使用します。UAV写真測量であれば、同じ撮影範囲、近い撮影高度、同程度の画像重複を設定します。地上レーザーであれば、同じ設置位置または同等の見通しを確保し、共通する基準を利用します。
ただし、施工の進行によって地形が大きく変わると、前回と同じ条件を再現できない場合があります。盛土が高くなって地上レーザーの見通しが変わることや、掘削が深くなってUAVから法面下部が見えにくくなることがあります。
この場合は、計測条件を無理に固定するのではなく、変更した理由と影響範囲を記録します。共通して取得できる固定物や検証点を利用し、施工前後の点群が同じ座標に配置されているかを確認します。
計測時刻の違いにも注意が必要です。施工前点群を午前中、施工後点群を別日の作業中に取得すると、重機、仮置土、資材などの配置が異なります。計算対象外の物体を除去しなければ、施工量と無関係な体積差が生じます。
降雨前後の点群を比較する場合は、水たまり、地表面の軟化、流出、沈下なども考慮します。点群の座標が正確でも、計測時点の地表状態が異なれば、土量差に影響します。
草木の状態も時期によって変化します。施工前は草が短く、施工後は成長している場合、植生表面の高さの違いが盛土として計算される可能性があります。地表面を計算したい場合は、植生を除去する処理や現地確認が必要です。レーザー計測でも植生が自動的に完全除去されるわけではないため、地表点の分類結果を確認します。
施工前後の差分結果は、切土量と盛土量を分けて確認します。正味の体積差だけを見ると、同じ範囲内で切土と盛土が相殺され、施工の実態を把握できないことがあります。
点群による施工前後比較では、計測方式の精度だけでなく、計測時点、地表状態、不要物、計算範囲の統一が結果を左右します。
UAV点群と地上レーザーを併用する考え方
UAV点群と地上レーザーは、どちらか一方だけを選ぶ必要はありません。それぞれが得意とする方向を生かして併用すると、欠測を減らしやすくなります。
代表的な方法は、UAVで現場全体を取得し、地上レーザーで重要な側面や死角を補う運用です。造成地の全体、盛土の天端、広い掘削範囲はUAVで取得し、垂直に近い掘削壁、構造物際、土砂山の背面などを地上レーザーで補完します。
併用するときは、二つの点群を同じ座標へ配置し、重複範囲の整合を確認する必要があります。共通の基準点や固定構造物を利用し、重複部分で高さと位置が許容範囲内にあるかを確認します。
位置がずれた点群を無条件に統合すると、同じ地表面に厚みが生じます。地表面を作成するときに、上側の点と下側の点が混在し、不自然な凹凸になる可能性があります。
重複範囲では、どちらの点群を採用するか、またはどの条件で統合するかを決めます。平坦部や広い上面はUAV点群を優先し、急斜面や側面は地上レーザーを優先するなど、取得方向と点群品質に応じて選択します。
両方の点をそのまま混ぜるのではなく、点のばらつき、入射角、画像の状態、死角、分類結果などを確認して採用範囲を分けます。統合後には、境界部分に段差や隙間ができていないかを断面で確認します。
毎回すべての範囲を二つの方法で計測すると、現地作業とデータ処理の負担が大きくなります。継続的な土量管理では、主となる方法と補完する方法を決めると運用しやすくなります。
例えば、通常はUAV写真測量で現場全体を計測し、深い掘削が発生した工区だけ地上レーザーを追加します。反対に、構造物周辺を地上レーザーで定期計測し、工区全体の進捗確認が必要な時点だけUAVを使用する方法もあります。
併用の目的は点数を増やすことではありません。土量計算に必要な地表面を、実測に基づいて連続的に作成することが目的です。
現場条件に応じた計測方法の選び方
広く開けた造成地では、UAV写真測量による点群が適している場合が多くなります。上空から工区全体を取得しやすく、切土部、盛土部、残土置場などの位置関係を同じデータで確認できます。
施工段階ごとに同じ範囲を撮影すれば、現場全体の土量変化を追跡しやすくなります。ただし、高い法面や深い掘削部がある場合は、側面の取得状態を確認します。
独立した土砂山の土量を求める場合も、周囲が開けていて上面と裾部を撮影できるなら、UAV写真測量が利用しやすい方法です。土砂山が壁際にある場合や、別の土砂山と近接している場合は、背面に死角が生じる可能性があります。
垂直に近い掘削壁や段差が多い現場では、据置型の地上レーザーが適しています。壁面を横方向から計測できるため、上空から見えにくい凹凸や余掘りの形状を取得しやすくなります。
構造物の内部、橋梁下、屋根のある場所、上空に障害物が多い場所でも、地上レーザーが中心となります。ただし、複数の設置位置を確保できるか、機器を安全に運べるかを確認する必要があります。
草木が多い現場では、どの方式でも地表面の抽出に注意します。UAVによる写真測量では植生の表面が三次元形状として再現されやすく、地上レーザーでも草や枝にレーザーが当たります。UAV搭載レーザーや地上レーザーで一部の地表点が得られる場合でも、植生条件や点密度によって結果が変わるため、自動分類だけで地盤面が確定したと判断しないことが大切です。
土量計算の対象が地盤である場合は、可能な範囲で除草後に計測します。除草できない場所では、点群から地面と植生を分ける処理だけに頼らず、現地の地盤高や断面を確認します。
重機や車両が多い現場では、計測時間帯を調整します。UAV写真測量の画像に移動物が多数写ると、点群生成や不要点の除去が難しくなります。地上レーザーでも、手前を重機が通過すると、その裏側が欠測します。
現場面積が小さいという理由だけで地上レーザーを選び、面積が広いという理由だけでUAVを選ぶのではなく、対象面をどの方向から観測できるかを確認します。
必要な土量が全体の概算なのか、局所的な施工量なのかも重要です。広範囲の土量傾向を把握するならUAVが向きやすく、構造物際や急斜面の細かな土量を確認するなら地上レーザーが向きやすいと考えられます。ただし、最終的な適否は必要精度、成果要件、現場条件、使用機器の性能を合わせて判断します。
点群による土量計算の品質を安定させる方法
点群による土量計算の品質を安定させるには、計測方法を決めるだけでは不十分です。計測前の計画、現地での記録、点群処理、計算後の確認までを一つの工程として管理します。
最初に、土量計算の目的を明確にします。施工前後の変化を確認するのか、設計面に対する過不足を確認するのか、土砂山の現在量を把握するのかによって、必要な計測範囲と処理条件が変わります。
対象範囲の外周も事前に確認します。盛土や土砂山の裾部が地盤と連続している場合、点群だけでは境界を判断しにくいことがあります。現地で境界を確認し、写真や位置情報を記録しておくと、処理時の判断に役立ちます。
基準点と検証点を使用する場合は、施工によって失われにくい位置を選びます。対象範囲の端部、中央、高低差のある場所などで点群全体を確認できるようにし、一部へ偏らせないことが重要です。必要数や配置は、適用する基準、現場規模、使用機器、測位方式に応じて決めます。
計測前には、重機、資材、草木、水たまり、仮設物など、地表面の取得を妨げる対象を確認します。移動できる物は計測範囲から外し、移動できない物は位置を記録します。
点群を生成または統合した後は、全体を上から見るだけでなく、陰影表示や断面表示を使って確認します。点群の穴、浮いた点、二重面、不自然な段差、平らすぎる補間面などを探します。
特に法肩、法尻、天端、計算範囲の境界は土量への影響が大きいため、重点的に確認します。境界付近に欠測がある場合は、自動補間へ任せる前に、現地形状を推定できる根拠があるかを検討します。
土量を計算した後は、施工計画、運搬記録、従来の断面計算など、別の情報と比較します。値が一致しない場合に、すぐ点群が誤っていると判断するのではなく、各方法の対象範囲や基準が同じかを確認します。
運搬記録は搬出または搬入された土の量を表しますが、締固め、ほぐし、土質、含水状態などによって地山、運搬時、盛土後の体積は一致しない場合があります。点群による体積と直接比較する際は、体積の状態と計測時点を整理する必要があります。
計算結果を保存するときは、体積値だけでなく、計測日、計測方式、使用した点群、座標系、高さの基準、計算範囲、基準面、不要点の処理、補間条件を記録します。
条件を残しておけば、後から境界や基準面を変更して再計算できます。また、担当者が変わった場合も、以前の計算方法を確認できます。
定期的に計測する現場では、施工の進行に応じて計測方法を見直します。造成初期はUAVで全体を取得できても、掘削が深くなると法面下部が見えにくくなる場合があります。その段階で地上レーザーを追加するなど、現場形状に合わせて運用を変更します。
まとめ
UAV点群と地上レーザーは、どちらも土量計算に利用できますが、得意な範囲と注意すべき点が異なります。UAV点群には写真測量とレーザー計測などがあり、本稿で主に扱ったUAV写真測量と据置型の地上レーザーでは、取得原理と処理工程が異なります。
UAV写真測量による点群は、上空から広範囲を面的に取得しやすく、開けた造成地、盛土、土砂置場などの全体量を把握する用途に適しています。一方、垂直に近い掘削壁、構造物の側面、張り出し部の下側などは、上空から見えにくくなる場合があります。
据置型の地上レーザーは、急斜面、掘削壁、構造物際などを横方向から高密度に取得しやすい方法です。一方、対象物や重機に遮られた範囲は死角となり、広い現場では多くの設置位置が必要になる場合があります。
比較するときは、計測範囲と死角、精度と地表面の再現性、現地作業の時間と手間、点密度と複雑形状への対応、データ処理と再現性、安全性と現場条件への適応性という6つの評価軸を使用します。
点群の点数や計測時間だけを見て方法を選ぶのではなく、土量計算に必要な外周、天端、法面、法尻をどこまで実測できるかを確認することが重要です。
二つの方法で土量を比較する場合は、座標系、高さの基準、計算範囲、基準面、不要物の処理、地表面の作成条件をそろえます。体積値だけでなく、断面や高さ差の分布を確認し、差が生じた場所と原因を調べます。
現場によっては、UAVで全体を計測し、地上レーザーで側面や死角を補う併用が有効です。主となる計測方法と補完方法を決め、基準点や計算条件を標準化することで、継続的な土量管理の再現性を高めやすくなります。
点群を使った土量計算で重要なのは、高密度なデータを取得すること自体ではありません。必要な地表面を安全に計測し、共通の座標と基準面で比較し、計算条件を後から確認できる状態にすることです。
現場で座標を確認しながら必要な範囲を機動的に計測し、点群を日常的な施工管理へ取り入れたい場合は、LRTK Phoneの活用も選択肢になります。導入時は、対象とする計測方式、必要精度、座標基準、検証手順が現場の要件に合うかを確認してください。