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» 2019年03月01日 10時00分 公開

ドローン測量を万全サポート:ドローン測量の「全ての課題をクリアする」、国際航業だから実現できる3次元測量サービスとは?

ここ数年で建設業界でも測量業務への導入が広がっている「ドローン(UAV)」。ドローンを利用した測量において、業務効率や精度のカギとなるのが測量に関するソフトウェアだ。航空測量をはじめとする「地理空間情報技術」のフロントランナーである国際航業は、70年以上にわたって培ってきたセンシング技術とノウハウを生かし、ハイエンドなデータ解析用ソフトウェア「Pix4Dmapper」をはじめ、国際航業だからできる万全なサポートも含めた、ドローン測量に関する一貫したサービスを展開している。

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 国際航業は、戦後間も無い1947年の設立時から航空写真測量の事業をスタートさせ、主に官公庁の公共測量をはじめ、道路、橋梁(きょうりょう)、トンネル、上下水道といった社会インフラやまちづくり分野で、施工以外の調査・設計・コンサルティング・維持管理の業務を担い、官公庁との強い絆と信頼を得てきた。

 そのような幅広い事業展開を行っている中で、最も重要なコア技術がセンシングであり、セスナをはじめ、専用の計測車両「MMS」、水中計測機、人工衛星、最近はドローンを用いるなど、高度な測量技術で地形上のあらゆる地物をさまざまな手段で計測している。取得したデータは、3次元の空間情報へと解析処理し、インフラ整備や街づくりの設計、GIS(地理情報システム)など、幅広い用途で活用されている。

 事業の柱となっている公共測量は、官公庁から案件を受注してデータを納める完全受注型のビジネスモデルであり、需要が安定している一方、近年では会社全体で公共依存だけではない新たなビジネス創出も目指し、自らサービス提供する新規事業「3Dセンシングサービス」を立ち上げた。

 3Dセンシングサービスは、セスナ、ドローン、市販カメラ、スマートフォンといった機器を問わず撮影した複数の写真から、3次元モデルを生成するSfM(Structure from Motion)ソフトウェアの「Pix4Dmapper(ピックスフォーディー・マッパー)」と3次元空間解析クラウドサービス「KKC-3D」を事業の核に据え、展開している。

「Pix4Dmapper」で生成した法面の3次元モデル

 さらに、ソフトウェアだけにとどまらず、ユーザーフォローとして、「ドローンスクール」も開催。単にドローンの操縦方法を学ぶだけでなく、座学と実技を通して3次元計測の実践スキルも習得でき、ソフトウェアとクラウド、スクールで、ドローン測量に関わるサービスを一気通貫で提供可能な体制を敷いている。

 国際航業で、本サービスの開発に携わったセンシング開発部 センシング担当部長 村木広和氏と、ドローンスクールの企画・運営を担当している技術サービス本部 本店営業部 企画グループ 本元里奈氏に3Dセンシングサービスの他には無い優位性などを聞いた。

航空測量で豊富な実績を有する国際航業が選んだ「Pix4Dmapper」

 今、国内で普及しているドローン測量の多くは、土木の造成工事を対象にしたものが大半となっている。起工測量や出来形測量など、これまでゼネコンが下請けの測量会社に委託して地上で行っていた業務がドローンに置き代わってきている。

ドローンと「Pix4Dmapper」を活用した出来形計測。上空のマーカーがドローンの撮影ポイント
※本画像は、大成建設株式会社様(気仙沼市防災集団移転促進事業)にフィールドを提供いただき作成しました
センシング開発部 センシング担当部長 村木広和氏

 しかし、国または地方自治体から直接仕事を受ける公共測量の領域は、ドローンでの手法がまだ確立されてはいない。ただ今後のドローン市場の発展を考慮すると、必ずその分野でもドローンが一般的になることは容易に予測できる。

 特に2020年に予定されている法改正で、第三者上空のドローン飛行が緩和されれば、都市部でのドローン撮影が可能になり、500分の1、250分の1といった精度が求められる公共の地図測量の分野にも普及し、市場の大幅な拡大が見込まれる。

 良い部分だけにスポットが当たりがちなドローンだが、村木氏にすれば公共測量での活用にはまだまだ課題があり、測量業者の責務として対応すべきことは多いと指摘する。「ドローンによる写真測量は、短時間である程度の精度を持った3次元データを作成できるメリットがあり、市場の期待値は高いが、公共測量ではドローンの操縦テクニック以外にも、法令・ガイドラインへの理解や航空写真測量の知識が不可欠だ」。

 現に国土地理院が取りまとめた「UAVを用いた公共測量マニュアル(案)」では、航空写真測量の延長線上に、ドローンによる写真測量が位置付けられている。この中で、数値地形図の作成方法を定義した第2編では、SfMソフトウェアの標準使用は明言されておらず、測量方法についてもカメラの機能や自己位置推定の方法、測量機器の第三者機関による検定など、厳しい規定が定められている。

技術サービス本部 本店営業部 企画グループ 本元里奈氏

 村木氏によると、「こうした厳密なルールを読み説き、法改正前に対応策を準備していなければ、実際にドローンで公共測量を行うことはできない。当社では、航空写真測量での長年の経験に基づき、全ての課題をクリアして、ドローン撮影から、Pix4Dmapperで3Dモデルを作成するまでの一連の測量手法を既に確立している」。

 また、「Pix4Dを販売している会社は他にもあるが、そのほとんどは商社で、実業務で使用しているのは当社だけ。豊富な実績があるため、ユーザーに対して、ドローン測量ではどういった対策が必要で、注意すべき点がどこにあるかなど、手取り足取りフォローアップができるのが強み」と、航空測量会社がSfMソフトウェアを販売することの意義を説く。

Pix4Dmapperがドローン測量に最適な理由

 国内では現状、ドローン測量を対象にSfM処理を行うソフトウェアは、海外製を中心にいくつかの製品が流通しているが、長年SfMソフトの技術研究を続けてきている村木氏によれば、「Pix4Dmapperは、より測量に適合したSfMソフトウェアだ」と推奨する。

センシング開発部 センシング担当部長 村木広和氏

 他社製品は、3次元の点群生成後にフィルタリング処理を実行するフィルター機能が搭載されているが、強いフィルタリングを行うほど、信頼性の高い点だけが残る代わりに、点数の少ない柱状の電柱や照明などの構造物が消失してしまう。逆にフィルタリングが弱いと、平面上に間違った点などのミスマッチング点群が発生しやすい。

 強弱ともに凹凸部分は平滑化される傾向があり、i-Constructionのドローン計測で求められる1cm(センチ)/画素以内の地上画素寸法および±5cm以内の測定精度を得られない可能性もある。

 また、取得する点群数は、必要以上に点を発生させるため、Pix4Dmapperの数倍多いが、表示するだけでもPCのメモリにはかなりの負荷がかかるデメリットがある。

 一方、Pix4Dmapperは、強制的なフィルタリング処理が無く、素直に3次元点群モデルを生成する。高さ精度に揺れは生じるものの、形状を問わず、安定してモデルが作られるため、正確な変位抽出が行える。特に平面では、他社製品よりも、2cmほど精度の高さが実証実験で確認されている。

「Pix4Dmapper」と「他社製品」の取得する点群の違い(屋外スタジアム観客席断面比較例)。Pix4Dmapperの方が凹凸部分を正確に再現できる

 Pix4Dmapperの作業フローは、新規プロジェクトでフォルダを作成して、撮影した画像を選ぶと、緯度・経度情報が表示される。日本列島を19分割している平面直角座標系から適用区域を選択し、空中三角測量やレンズのゆがみ修正などの肝となる“初期処理”を加えれば、後は3次元点群・メッシュ生成からオルソ化が自動で行われる。

 ドローン撮影だけでなく、手持ちのスマートフォンによる撮影や動画にも対応しており、機器を限定せず、3次元化データを手軽に作成することができる。

スマートフォンで撮影して「Pix4Dmapper」で3次元化したモデル

 バージョン4.0以降からは、生成される点群データをAIによる機械学習で、自動的に分類される機能も標準搭載。点群モデル内の建築物をはじめ、平たん地、グランド、道路、植生、車両が、チェックボックス一つで表示/非表示を切り替えられ、点群ソフトでいちいちトリミングをする必要がない。

SfMソフトのクラウド版「3次元空間解析クラウドサービス(KKC-3D)」、ボリュームユーザーには個別対応も

 クラウド版の「KKC-3D」は、ブラウザベースのアプリケーション。ネット環境さえあれば時間や場所の制約を受けず、3次元データにアクセスすることができる。使い方は、専用サイトから写真をアップロードするだけのカンタン操作で3次元データを生成できる。

 サービス体系は、サポート体制や目的別にBasic、Advanced、Expertの3プラン。Advanced、Expertは、i-Constructionに対応し、標定点補正や残差チェック結果の提供などの3次元データの精度を保証するサービスやデータ加工の追加オプションがある。業務量が多く、日々大量のデータ処理が必要なボリュームユーザー向けに、1社専用のクラウドを構築するなど、ニーズに合わせたカスタマイズ対応も行っているという。

クラウドサービス「KKC-3D」の目的別プラン

国際航業ならではのドローンスクール

 国際航業では、Pix4DmapperやKKC-3Dを実践的に使いこなすためのドローンスクールも展開している。日本UAS産業振興協議会(JUIDA)認定の「操縦技能コース」に加え、第1号のドローン測量教育研究機構(DSERO)認定カリキュラム実施校として、ドローン計測・技能の認定が受けられる「管理士コース」も、2016年の開校当初から運用されている。

 スクールの企画・運営に携わっている本元氏は、「ドローン測量は一見、何にでも簡単に適用できるように思えるが、運用上の知識を身に着けていないと、正確な精度で3次元モデルを作成できない。例えば、空撮時に地上の草木が風に揺れていると、ブレに影響されて位置情報が不安定になる。トラブルが起きる多くのケースでは、ソフトウェアの問題よりも、取得データ自体や撮影方法に起因することが少なくない」と、ドローン測量士自身が実践に即した正しい知識と技能を学習することの重要性を訴える。

JUIDATとDSERO認定のドローンスクール

 認定コースとは別に、オリジナルプログラムの「3次元計測カリキュラム」も用意されている。国際航業がこれまでに蓄積してきた航空写真測量のノウハウをベースにしたプログラムで、実用に耐えられる高精度のデータを取得する「3次元計測手法」と、計測データをさまざまな用途で利用できるように3次元化する「3次元データ活用手法」が実技を通して学べる。

実践的な計測方法も学べるカリキュラム

 コースは、「初級コース」「中級コース」の他、新設された「入門コース」の3つを用意。初級コースでは、ドローンによる撮影計画と3Dデータ作成方法に関する座学のみだが、中級コースは、実際にフライトプランを立ててドローンを飛ばすところから、Pix4Dmapperで3次元モデル生成までの一通りの作業を2日間にわたって体験する。

技術サービス本部 本店営業部 企画グループ 本元里奈氏

 入門コースについて本元氏は、「受講期間を半日の短期間とし、これまで忙しく興味があっても受講を諦めていた方でも、参加しやすいように設定した。測量業務に少しでも関わる幅広い業種を対象に、ドローンの操縦経験が全く無い方や測量に関心がある方にも広く参加を募っていく」。

 国際航業のドローンスクールは、これまでに累計で300人以上が受講している。実際にドローン測量を体系的に学べる中級コースを受けた参加者からは、「他のソフトだとドローンで取得した点群データを正確に拾えなかったが、講習で使用したPix4Dmapperは、グラフィックユーザーインタフェース(GUI)も見やすく操作感が良かった。公共測量に求められる正確な精度の3次元モデルを作成する手応えが得られた」という。

 「2019年内には、高度なドローンの活用方法を習得できる“上級コース”もスタートさせる。国土保全、防災、行政支援に貢献してきた当社の空間情報技術を生かして、これからの社会インフラの整備・構築の要となるドローン測量でも、一貫したサービスを提供していく」と抱負を語った。

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提供:国際航業株式会社
アイティメディア営業企画/制作:BUILT 編集部/掲載内容有効期限:2019年3月31日