建設業を中心に活用の場が急拡大！
今すぐ知りたい「点群データ」とは？

「点群データ」という言葉を、近年よく耳にするようになってきました。国土交通省が提唱する「i-Construction」などを皮切りに、建設業を中心に3次元の点群データの活用の重要性が叫ばれているのです。

点群データは、建設現場における測量や、構造物の保守点検、自治体のインフラ保全といった様々な分野において活用の可能性が一気に広がっています。

「点群データ」を計測する技術自体は昔から存在していましたが、専門分野のみで利用されていたので広く浸透してはいませんでした。

では、知名度があがった「点群データ」とは一体何なのか？どのような特徴を持っているのでしょうか？

今回はそんな「点群データ」について詳しく解説していきます。

「点群データ」とは

「点群データ」とは文字通り、点が集まったデータのことです。一般的な測量データはX・Yの2次元の位置座標を取得しますが、「点群データ」はX・Y・Zの空間座標を持っています。

さらに、色調（RGB）の情報も持ち合わせているため、単なる点とは異なり、「点群データ」を生成すると、様々な角度から、現場をまるで写真のように鮮明な状態で、且つ、立体的に見ることができるようになります。

UAV写真測量の普及により「点群データ」の知名度があがった

UAVとは「Unmanned Aerial Vehicle」の略で、日本語では無人航空機と呼ばれています。分かりやすく言えば、ドローンが代表的なUAVです。

UAV写真測量とはドローンに搭載したカメラで、空中写真測量をおこないデータを取得する方法です。一昔前の写真測量は、ヘリコプターや飛行機による空中写真測量がメインだったので、業界内でしか「点群データ」を扱いませんでした。

ところがドローン測量の普及によって、測量業界のみならずさまざまな業界で「点群データ」が活用されるようになり、よく耳にするようになったのです。

「点群データ」が有効な理由は3次元データであること

これまで2次元の位置座標だけで、建物の配管図をデータで保存する際には、平面図・横断面図・縦断図など複数の図面を作成することで、高低差や奥行などを補完していました。

ですが、「点群データ」なら3次元の空間座標を持っているので、3Dのイメージで保存が可能となっています。従って、「点群データ」は2次元データよりも有効に活用できるのは言うまでもありません。

「点群データ」の取得方法

では、有効活用できる3次元の空間座標を持つ「点群データ」は、どのような方法で取得ができるのかを解説しましょう。

「点群データ」を取得するには基本的にはレーザー測量がメインとなりますが、航空写真からSfM/MVS技術を活用して、高密度な点群データを取得する方法もあります。

「点群データ」を取得する4つの方法

それでは、「点群データ」を取得する4つの方法を紹介します。

●その1：地上型の3Dレーザースキャナーで取得
「点群データ」を取得するもっともポピュラーな装置は、地上型の3Dレーザースキャナーです。計測器を地面に設置すれば、ほぼ真下以外の360°の範囲が測定できます。

ただし、1回だけの計測では確実な「点群データ」の取得ができないので、計測器を移動させて複数回計測することで正確な点群データを取得します。

●その2：MMS（モービルマッピングシステム）で取得
MMSは「Mobile Mapping System（モービルマッピングシステム）」の略で、車に3Dレーザースキャナーとデジタルカメラを取り付けて、走りながら道路やその周辺の「点群データ」を取得する方法です。

イメージしやすいのは、Googleマップのストリートビューでしょう。道路を進みながら360°周囲の状況を確認できる仕組みは、MMSで道路を走りながら3次元計測しているからです。

●その3：ドローン搭載型のレーザースキャナーで取得
小型のレーザースキャナーをドローンに搭載してフライトするだけで、「点群データ」の取得が可能です。

先のモービルマッピングシステムや地上型レーザースキャナーでは、計測できない場所の「点群データ」取得に適しています。また、ドローンが飛行できる範囲であれば、どこでも計測が可能なので地上型のレーザースキャナーよりも、活用できる範囲が広いのも特徴です。

●その4：ドローンによる空中写真測量で取得
ドローンによる空中写真測量からでも、「点群データ」の取得が可能となっています。ドローンで撮影した空中写真をSfM/MVS処理することで、必ずしもレーザースキャナーを搭載していなくても、可視光カメラで撮影された空撮画像から高密度な「点群データ」を生成することができます。

撮影した写真をSfM（Structure from Motion）という処理を通して、3D形状に復元します。計測対象となる現場の地形を様々な位置から撮影し、地形の特徴点を専門のソフトウェアで解析・処理することで、対象の3D点群データを自動作成する手法のことを指しています。この時点ではまだ低密度の「点群データ」のみの生成なので、次にMVS処理を施します。

複数枚の空撮画像から、計測対象の3D点群を推定するのがStructure from Motionなら、そこで求められたカメラの姿勢や、粗い点群の情報をさらに密な点群に仕上げるのがMulti-View Stereo（多眼ステレオ処理）という手法なのです。

このMVS処理にて、高密度の「点群データ」を生成、写真からテクスチャを付与して、ポリゴンモデルを生成します。

これらの処理を経て、「点群データ」による3Dモデルの生成が可能となります。

GISにおける「点群データ」の扱い

「点群データ」を有効に活用するには、データを表示して計測などがおこなえるシステムが必要となります。もっとも、「点群データ」と相性のよいシステムはGISといえるでしょう。

GISとは「Geographic Information System」の略で「地理情報システム」と呼ばれていて、地球上の座標を正確に表示できて、解析や計測に向いているシステムのことです。

GoogleマップはGISを利用している

GISを最も簡単に理解できるのは、Googleマップです。GISの特徴はレイヤー構造にあり、地形図・航空写真・道路・ラベルなどをレイヤー（階層）で管理することで、さまざまな活用方法が可能となります。

たとえば、Googleマップ上で道路と航空写真、鉄道、ランドマークなどの表示・非表示が可能です。また、Googleマップ上で距離を計測したり、ナビとして利用したりすることも可能です。

つまり、正確な緯度経度の表示が可能なシステムとなるため、さまざま活用が可能となっています。

「点群データ」は3D GISデータとして利用できる

GISは正確な緯度経度の表示が可能であると同時に、「点群データ」など3次元の空間座標を取り込めば、3D GISデータとして活用できます。

「点群データ」をGISで表示することで、取得データを立体的に表現できるようになり、さまざまなデータを可視化できます。また、GISの機能によって3次元データの計測も可能となるので、2次元データでは計測できなかった体積の計測も可能となります。

「点群データ」があればGIS上で、距離・面積・体積・高度などの計測が可能です。先述の通り、「点群データ」のそれぞれの点は位置情報を保有していますので、特定の点と点を抽出することで、２点間の長さが分かります。

これが水平方向であれば距離となりますし、垂直方向であれば高さ情報と言えます。従って、大量の点をもってすれば、体積の計測も可能というわけです。

データの軽量化や不要なデータの排除がポイントになる

「点群データ」をGISで利用すればさまざまなデータを可視化でき、計測もおこなえるので便利なのですが弱点もあります。

それは計測したままの「点群データ」は、データ量が膨大なため適切な処理を加えてGISで利用しなければならない点です。

「点群データ」の軽量化はもちろんですが、計測しただけの「点群データ」には、不要なデータも多く存在するので、不要なデータは極力排除しなければ正確な表現ができなくなります。

このように、「点群データ」をGISで利用するには、その前に適正なデータにするための作業が必要なのであり、これには高度な専門知識が必要です。

「点群データ」活用が検討されるようになった理由とは

ここで近年、「点群データ」の活用が検討されるようになった理由を考えてみます。やはり一番の理由は、メリットが多いことが挙げられます。

ここまでで解説してきたように、「点群データ」はレーザー測量や航空写真から取得でき、空間座標を持った3次元データとしてさまざまに活用できます。

それにより、これまで不可能とされてきたことも可能となるため、「点群データ」の活用は必要不可欠な存在になっています。

「点群データ」は既にインフラ整備にも活用されている

「点群データ」は既に国土交通省による、GISと3次元点群データを活用した道路・構造物維持管理支援システムである「InfraDoctor（インフラドクター）」と呼ばれるシステムで利用されています。

モービルマッピングシステムによって取得した点群データを、GISシステムに搭載することで道路構造物の計測や、建築限界の確認を可能としています。

また、測量を実施することなく点群データで計測することで、構造物の傾きを調査することもできています。

適切なGISが必要となるデメリットも存在する

国土交通省も利用している「点群データ」ですが、このデータを活用するには「点群データ」のビューワー機能や計測機能などを備えたGISシステムを導入する必要があります。

さまざまに利用できる「点群データ」も、搭載するシステムによって利用範囲が限定されてしまいます。つまり、パソコンのスペック、利用方法、操作性やGISに慣れるまでの期間などを十分に評価し、目的に合うようなGISを導入しなければ、上手く点群データを利用できない状況になってしまうのです。

「くみき」なら、カンタンに点群データを取得できる

ここまでで、「点群データ」のメリットとGISとの相性について解説してきました。「点群データ」をGISで利用すれば、とても便利であることはお分かりいただけたと思います。

ただ、「点群データ」を取得した上で適切なGISに搭載することで、はじめて活用できるので、手順としては意外に面倒です。

そこで、「点群データ」をカンタンに取得できて、そのまま活用できるシステムをご紹介しましょう。

そのシステムはスカイマティクス社が提供する、「KUMIKI」ドローン測量・現地管理DXクラウドです。

ドローン画像をアップするだけで3D点群データを自動生成できる

「KUMIKI」ドローン測量・現地管理DXクラウドの特徴は、ドローンで撮影した航空写真をクラウドにアップロードするだけで、オルソ画像や3D点群データが自動で生成されるので、誰でも利用が可能です。

通常なら座標点の標定や、複雑な作業をおこなう必要がありますが、「くみき」なら、そのような面倒な作業は一切不要で、点群データを自動生成してそのまま計測作業に入ることができる、優れたシステムです。

まとめ

「点群データ」は今や「測る・解析する・確認する」ためには、必要不可欠なデータとなっています。そして点群データは、高価なレーザースキャナーを使わなくても、ドローンによる空中写真を解析することで取得できるようになりました。

しかし、そのためには優秀なGISシステムが必要で、システムによっては専門的な知識がないと点群データを生成できないケースもあります。

その点「くみき」なら、ドローンで撮影した航空写真をクラウドにアップロードするだけで、点群データを自動生成できてそのまま計測が可能です。

「くみき」が気になる方は、ぜひスカイマティクス社にお問い合わせください。

▶︎「くみき」公式サイト：https://smx-kumiki.com/

2017年12月に汎用ドローンに対応した国産初のクラウド型ドローン測量サービスとしてリリースされて以来、「くみき」はこれまでに建設・砕石・産廃・農業業界など人手不足や技能・知見の伝承に課題を抱える業界、DX（デジタル・トランスフォーメーション）推進に取り組む企業様、官公庁・自治体様まで業種や企業規模を問わず幅広い企業・団体様に導入されてきました。

スカイマティクスは、今回の新機能追加のみならず、さらなる機能拡充を随時行い、皆様の課題解決やDX推進を強力にサポートしてまいります。引き続き「くみき」による“新しい現場管理の可能性”をご体感ください。