開発したドローンレーザ測量システムの測量精度検証

本 節 で は ， 前 節 で 記 述 し た ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム の 測 量 精 度 の 検 証 を 実 施 し た 結 果 を 示 す ． 大 阪 府 内 の 能 勢 高 原 ド ロ ー ン フ ィ ー ル ド に て 行 っ た ． 当 フ ィ ー ル ド の 面 積 は 6152m²で あ る ． 図 3-16 に 能 勢 高 原 ド ロ ー ン フ ィ ー ル ド に お け る 機 器 の 配 置 を 示 す ． 図 に お い て 円 形 で 示 す も の が 検 証 点 と な る 1 か ら 17 ま で の 対 空 標 識 点(タ ー ゲ ッ ト)で あ る ． ま た 三 角 形 で 示 し た No.1 か ら No.2 は 検 証点 の 測 量 の た め の GNSS に よ る 2 級 基 準 点 の 計 測 位 置 を 示 す ． 検 証 点 の 測 量 に て 使 用 し た タ ー ゲ ッ ト と GNSS受 信 ア ン テ ナ は 図 3-17に 示 す と お り で あ る ．

図3-18 は ，前 節 に お い て 示 し た ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム（ 機 体：Matrice600 と レ ー ザ ス キ ャ ナ ：TDOT の 組 み 合 わ せ ） の 概 観 で あ る ． た だ し ， 計 測 対 象 の フ ィ ー ル ド に 植 生 は 無 く ，6 万 点/秒 以 下 で も 充 分 に 高 密 度 の レ ー ザ 点 群 を 得 る こ と が で き る の で ，レ ー ザ ス キ ャ ナ は 4万 パ ル ス/秒 の 仕 様 の も の を 使 用 し た ．取 得 し

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た レ ー ザ 点 群 の 結 果 を 図 3-19に 示 す ．航 空 レ ー ザ 測 量 の レ ー ザ 光 は ，地 面 ば か り で な く ， 建 物 や 樹 木 の 上 で 反 射 す る の で ， 直 接 得 ら れ る 高 さ の デ ー タ は 建 物 や 樹 木 の 高 さ を 含 む も の と な る ． こ の よ う な 高 さ の デ ー タ よ り グ リ ッ ド 化 し た 地 表 モ デ ル を 数 値 表 層 モ デ ル ，通 称 DSM（Digital Surface Model）と 称 す る ．こ れ に 対 し て ， 一 般 の 地 図 の よ う に 地 表 の 高 さ を 示 し た い 場 合 は ， こ れ ら の 建 物 や 樹 木 の 高 さ を 取 り 除 く こ と が 必 要 と な る ． こ の 建 物 や 樹 木 の 高 さ を 取 り 除 く 作 業 を 「 フ ィ ル タ リ ン グ 」 と 呼 ぶ が ， フ ィ ル タ リ ン グ を 行 っ て 得 た 地 表 面 だ け の 高 さ の デ ー タ か ら グ リ ッ ド 化 し た 地 表 モ デ ル を 数 値 標 高 モ デ ル を 通 称 DEM（Digital Elevation Model） あ る い は DTM（Digital Terrain Model） と 称 す る

図 3-16 能 勢 高 原 ド ロ ー ン フ ィ ー ル ド の 概 観

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図 3-17 本 検 証 で 使 用 さ れ た タ ー ゲ ッ ト と GNSS 受 信 ア ン テ ナ

図 3-18 ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム の 概 観

図 3-19 本 測 量 実 験 で 取 得 し た レ ー ザ 点 群 例

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図3-19 は ，DSMを 陰 影 段 彩 図 と し て 表 現 し て ，立 体 的 な 図 に し た も の で あ る ． こ の 陰 影 段 彩 図 は 高 さ の デ ー タ に 対 し ，高 い と こ ろ を 赤 ，低 い と こ ろ を 青 と し て ， そ の 間 を 橙 ， 黄 ， 黄 緑 ， 緑 お よ び 青 緑 と 連 続 的 に 表 現 し ， さ ら に 影 を つ け た も の で あ る ． ま た 計 測 対 象 の 近 傍 の 植 生 が 繁 茂 し て い る 箇 所 を 計 測 し た 際 の DSM が 図 3-20で あ る ．植 生 を 通 過 し て 地 表 面が 計 測 さ れ て い る こ と が 分 か る ．こ の よ う に レ ー ザ 測 量 は ， 写 真 測 量 に 比 べ て 植 生 の 影 響 を 受 け 難 い 測 量 手 法 で あ る と 言 え る ． 図 3-21 お よ び 図 3-22に は ， あ らた め て 当 計 測 対 象 の DSM と DTM を 示 す ．

図 3-20 植 生 が 繁 茂 し て い る 箇 所 の レ ー ザ 点 群 取 得 状 況

図 3-21 当 フ ィ ー ル ド の DSM デ ー タ の 例

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図 3-22 当 フ ィ ー ル ド の DTMデ ー タの 例

図3-23 に ，レ ー ザ 点 群 密 度 を 示 す ．図 に 示 す よ う に ，進 行 方 向 は レ ー ザ 点 間 隔 に バ ラ ツ キ が 生 じ ， 進 行 方 向 に 対 し て 直 角 の 横 断 方 向 は ， 一 定 の レ ー ザ 点 間 隔 を 得 る こ と が 出 来 る ． こ れ は ド ロ ー ン の 機 体 の 不 安 定 さ が 原 因 で あ り ， 風 速 が 強 い 場 合（ 例 え ば 5m/s 以 上 ）の 計 測 で は ，安 定 し た 制 度 を 得 る こ と が 困 難 な 場 合 が 生 じ る こ と が 予 想 さ れ る ．

次 に 検 証 点 の 座 標 と 比 較 し た ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 の 精 度 を 求 め た の が 図 3-24 で あ る ． 標 高 値 を 比 較 し た も の で あ る が ，2 級 基 準 点 測 量 を 与 点 に し た 測 量 に よ る 座 標 に 対 し て±50mm の 精 度 が 確 保 で き て い る こ と が 分 か る ．さ ら に 計 測 対 象 フ ィ ー ル ド 内 の 地 物（ プ ー ル ）の 特 徴 点 に 対 し て 測 量 を 行 っ た 結 果 が 図 3-25 で あ る ． な お 特 徴 点 も 同 じ く2 級 基 準 点 を 与 点 に し た 測 量 を 実 施 し た ． こ の 結 果 か ら 分 か る よ う に ，図 3-23 に 示 し た レ ー ザ 点 群密 度 の 影 響 が 現 れ ，進 行 方 向 の 較 差 が 大 き く な っ て い る ．し か し な が ら ，進 行 方 向 で は 最 大 で 200mm 以 内 ，標 高 は±50mm，

ド ロ ー ン の 進 行 に 対 し て 直 角 方 向 は±100mm 以 内 の 較 差 で あ り ， 一 般 的 な 航 空 レ ー ザ 測 量 で の 高 さ の 精 度±150mm，水 平 方 向 の 位 置 精 度 1000mmに 比 較 す る と ，高 精 度 の 測 量 が 可 能 に な る こ と を 実 証 し た ．

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図 3-23 レ ー ザ 点 群 密 度 の 計 測 結 果

図 3-24 ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 の 精 度 検 証 結 果

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図 3-25 地 物 で の レ ー ザ ド ロ ー ン 測 量 の 精 度 検 証 結 果

3.3 ドローンレーザ測量システムの災害地への適用事例

航 空 レ ー ザ 測 量 技 術 の 進 展 に よ り ， 植 生 で 被 覆 さ れ た 地 域 で も 詳 細 な 地 形 や 地 物 を 可 視 化 す る こ と が 可 能 と な っ た ．広 域 を 迅 速 か つ 高 精 度 に 計 測 出 来 る 航 空 L レ ー ザ 測 量 の 優 位 性 は 揺 ら が な い も の の ，実 際 に は 1 回 の 費 用 が 高 額 で あ る ．さ ら に 秒 間 10 万 点 を 超 す 稠 密 な デ ー タシ ス テ ム で あ る が ， 高 度 数 百 m を 時 速 100 km 以 上 で 移 動 す る 機 体 か ら の デ ー タ 取 得 と な る た め ， 実 際 の デ ー タ 密 度 は 1 平 方 メ ー ト ル あ た り 最 大 20 点 程 度 と なる ． こ の た め ， 詳 細 形 状 把 握 に は 限 界 が あ る ． 一 方 ， ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム は ， 自 ら が 操 作 可 能 な た め 低 コ ス ト で の 計 測 が 可 能 と な る ．高 度 数 10mを 低 速 移 動 し な が ら デ ー タ 取 得 し ，デ ー タ 密 度 は

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1平 方 メ ー ト ル あ た り200点 以 上 で ，詳 細 な 地 形 デ ー タ を 取 得 す る こ と が 出 来 る ． こ こ で は ， 前 節 に 示 し た 開 発 し た ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム を 災 害 地 で の 測 量 に 応 用 し た 事 例 を 示 す ． 使 用 し た ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム は 図 3－13 に示 し た ス キ ャ ナ を 使 用 し た ．ド ロ ー ン の 機 体 は ，最 大 積 載 量 5.5kg の 折 畳 み 可 能 な 機 材 DJI Ma-trice600Pro を 用 い た ．

現 場 は ，2018年 4 月 ，大 分 県 中 津 市 耶馬 溪 町 大 字 金 吉 の 梶 ケ 原 地 区 に お い て 発 生 し た 斜 面 崩 壊 地 で あ る ． 大 分 県 中 津 市 耶 馬 溪 町 の 崩 壊 地 付 近 は 標 高 350m～ 400m の 平 坦 な 火 砕 流 台 地 が 広 が り ， そ の 中 を 山 国 川 の 支 川 の 金 吉 川 が 貫 流 し て い る ． 崩 壊 は 図 3－26に 示 す よ う に ，金 吉 川 の 左 岸 側 斜 面 で 発 生 し た ． 崩 壊 地 付 近 で 金 吉 川 は 大 き く 蛇 行 し ， 被 災 集 落 の 梶 ケ 原 地 区 は 河 川 の 攻 撃 斜 面 に あ た る ． 崩 壊 前 に は 地 震 も 先 行 す る 降 雨 も な い 中 で ， 深 夜 崩 壊 が 発 生 し た ． 周 辺 の 地 質 は 新 第 三 紀 中 新 世 ～ 鮮 新 世 の 豊 肥 火 山 岩 類 （ ： 安 山 岩 ， 玄 武 岩 質 安 山 岩 お よ び 火 砕 岩 ） の 分 布 地 域 で ， こ の 中 に 耶 馬 渓 層 で あ る 凝 灰 質 砂 ， シ ル ト ， 軽 石 が 挟 ま れ て い る ． 平 坦 な 火 砕 流 台 地 を 形 成 す る 地 層 は ， 約 100万 年 前 の 耶 馬 渓 火 砕 流 堆 積 物 で 柱 状 節 理 の 発 達 し た 溶 結 凝 灰 岩 で そ の 下 位 に は 非 溶 結 部 を 伴 っ て い る ． 山 国 川 沿 い に は 約 9万 年 前 の 阿 蘇 ４ 火 砕 流 堆 積 物 の 溶 結 凝 灰 岩 の 分 布 は あ る が ， 崩 壊 地 周 辺 に は 分 布 し な い ．

図 3－26 崩 壊 斜 面 の 状 況

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図 3―27 崩 壊 斜 面 周 辺 の 崩 壊 前 の 地 形 図

図3-27 に 示 す 崩 壊 前 の 地 形 図 か ら ，崩 壊 は 急 崖 直 下 で 僅 か に 凸 型 に 張 り 出 し た 部 分 で 発 生 し て い る こ と ． 周 辺 に は 同 様 の 地 形 が 複 数 確 認 で き ， 地 形 図 判 読 だ け か ら こ の 場 所 の 崩 壊 を 予 測 す る こ と は 極 め て 難 し い と 考 え ら れ る ． 崩 壊 地 の 計 測 は ，対 策 現 地 本 部 の 許 可 を 得 て ，捜 索 活 動 が 続 い て い た 期 間 中 に 実 施 し た ．図 3-28に 示 す ド ロ ー ン に 搭 載 し た デ ジ タ ル カ メ ラ の 画 像 か ら は ，崩 壊 地 の 範 囲 と 倒 木 現 況 は 把 握 す る こ と が 出 来 る が ， 樹 木 下 の 詳 細 な 地 形 形 状 が 分 か ら な い ． そ こ で ド ロ ー ン レ ー ザ 測 量 シ ス テ ム の 適 用 を 考 え ， 事 前 に 現 地 の 地 形 を 地 理 院 地 図 で 確 認 し ， 樹 木 の 高 さ を 考 慮 し た フ ラ イ ト プ ラ ン を 作 成 し た ． 具 体 的 に は 対 地 高 度 70mと し ，飛 行 速 度 3m/s 程 度 で ，ほ ぼ 0.1m格 子 の 点 群 が 取 得 で き る 計 画 と し た ． 計 測 終 了 後 数 分 で プ レ 解 析 し ， 点 群 を 閲 覧 し た 後 ， 本 解 析 処 理 を 行 っ た ． 本 解 析 は ク ラ ウ ド 処 理 し た ． 事 前 に 一 連 の 処 理 を プ ロ グ ラ ミ ン グ し て ク ラ ウ ド 化 し て お り ，こ れ に よ り 電 子 基 準 点 デ ー タ の 収 集 か ら GNSSや INS の 最 適 基 線 解 析 ，解 析

46 処 理 ま で の 処 理 を 完 全 自 動 で 実 施 し た ．

図 3-28 ド ロ ー ン に 搭 載 し た デ ジ タ ル カ メ ラ に よ る 崩 壊 地 の 全 景 画 像

樹 木 を 含 む 崩 壊 地 全 体 3次 元 モ デ ル を 図 3-29に ， 詳 細 図 を 図 3-30に ， ま た樹 木 除 去 処 理 後 の 3次 元 地 形 モ デ ル を 図 3-31 に 示 す ． 図 3-3２ に 示 す 崩 壊 地 を横 切 る 5m毎 の 樹 木 を 含 め た 崩 壊 地 中 央 部 を 通 る 代 表 断 面 を 図 3-33 に て 作 成 し た ． こ れ を 見 る と ， 樹 木 の 倒 壊 の 向 き や 形 態 と 樹 木 下 の 地 形 が 同 時 に 可 視 化 さ れ る こ と が 分 か る ．

次 に 崩 壊 形 態 を 推 定 す る た め に ， 主 断 面 を 図 3-34 の よ う に 作 成 し た ． 対 象 斜 面 は 標 高 170m～360m， 比 高 約 200m の 急 斜 面 で ， 崩 壊 は 斜 面 中 部 付 近 の 標 高 240m～270mで 発 生 し て い る ． 図 3-35 に 示 し た よ う に ， 崩 壊 主 部 で は 地 盤 に 根 を 張 っ た 状 態 で 樹 木 が 倒 壊 し ， 木 の 倒 壊 方 向 か ら 地 盤 が 後 方 回 転 し て い る こ と が 読 み 取 れ る ． 崩 壊 は 斜 面 中 部 が ス プ ー ン で 抉 る よ う に 滑 っ て い る こ と が 明 瞭 に 確 認 で き る ．

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図 3-29 樹 木 を 含 む 崩 壊 地 全 体 3 次 元モ デ ル 図

図 3-30 樹 木 を 含 む 崩 壊 地 全 体 3 次 元モ デ ル 図

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図 3-31 樹 木 を 除 去 処 理 後 の 3 次 元 地形 モ デ ル

図 3-32 崩 壊 地 全 体 の 点 群 平 面 と 断 面 を 表 示 さ せ る 位 置 ： 赤 色 の 実 線

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図 3-33 図 3-32 の 赤 色 の 実 線 で 示 し た 箇 所 で の 崩 壊 地 代 表 断 面

図 3-34 崩 壊 斜 面 の 主 断 面