ICTを現場に導入して約8年。11日に国土交通省が発表した1回目の「i-Construction大賞」で国土交通大臣賞を受賞した。ICT土工の第1号工事として延べ800人の見学者を受け入れるなどICT土工の有用性を広めた点も評価され、「いろいろな方から教わったり力をいただいた結果」と語る。「これで終わりではないという気持ちを持ち続けて努力する」と、さらなる生産性、安全性、品質の向上に意欲を燃やす。

 国土交通省は11日、2017年度『i-Construction大賞』の受賞者を発表した。最優秀賞となる「国土交通大臣賞」の受賞者は、砂子組(北海道)とカナツ技建工業(島根県)に決定した。年明けに表彰式を開く。
 北海道開発局が発注した「道央圏連絡道路千歳市泉郷改良工事」を施工した砂子組は、社内に専門部署「ICT施工推進室」を設置した。ICT施工に関する準備を専門部署に一元化することで、現場へのバックアップ体制を強化。スムーズなICT対応を実現した。
 ICT土工の第1号工事として多くの見学会や取材にも対応。ICT土工の有用性を広めた点も高く評価された。
 一方、中国地方整備局の「多伎朝山道路小田地区改良第12工事」を担当したカナツ技建工業は、地元の測量業者や測量機器メーカー、関連ソフトのメーカーで構成するプロジェクトチーム“i-Con etc隊(アイコン エトセトラ隊)"を編成。元請けを中心に地元業界の力を結集してICTの活用に力を入れている点が評価された。
 若手技術者を対象にした研修や女性技術者向けの講習会など、ICTに対応できる技術者の育成に積極的に取り組んでいる点も高く評価された。

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UAVやレーザースキャナ(LS)などを使って起工測量を行った場合、工事区域の点群やTINデータは作成できるが、現場周辺の地形などが必要な場合、国土地理院が提供する基盤地図情報(数値標高モデル、DEM)を取り込み、メッシュ地形モデルを作成することができる。今回は、実際に地理院の基盤地図情報ダウンロードサービスサイトから、LandXMLでデータを取得し、福井コンピュータのトレンドポイントでデータ化してみる。

◇DSMとDEMの違い

 基盤地図情報は、基本的に国土地理院が航空レーザー測量で取得したもので、航空レーザ測量からはオリジナルデータ、グラウンドデータ、メッシュデータ、オルソ画像といったデータが取得できる。
 オリジナルデータは、DSM(Digital Surface Model)と呼ばれ、航空機から発射されたレーザーのオリジナル数値が入っている。これには地表面だけでなく、樹木や建物といった高さ情報も入っている。
 一方で地盤の高さだけが必要な場合、DSMから樹木などの高さを取り除くフィルタリングを行うと、地盤面の高さだけが残る。これがDEM(Digital Elevation Model)と呼ばれる。
 サイトで手に入るDEMデータは、地表面を等間隔の正方形に区切り、それぞれの正方形に中心点の標高値を持たせたデータだ。

◇つくってみよう

国土地理院の基盤地図情報ダウンロードサービス
国土地理院の基盤地図情報ダウンロードサービス(https://fgd.gsi.go.jp/download/menu.php)は、商業利用も可能なサービスで、利用規約を守れば自由に利用できる。
 利用にはIDとパスワードが必要だが、登録はサイトから簡単に可能だ。サイトからは、基盤地図情報の基本項目、数値標高モデル、ジオイドモデルが入手できる。
 サービスに入ると、日本全国の地図が表示され、縮尺の変更や市町村の選択ができる。作成したい地域を探して指定する。今回は、富士市のDEMからTINデータを作成してみる。
 サイトで必要なエリアを選択して、当該地域のXMLファイルをダウンロードする。
 ファイルが手に入ったら、トレンドポイントを起動し、新規プロジェクトとして測量座標系でプロジェクトを作成する。
 次にファイルメニューから、「基盤地図(標高)」という読み込みメニューボタンを押して、先ほどダウンロードしてきたXMLファイルが入っているフォルダを開き、該当するXMLファイルをすべて選択して開く。
 すると平面直角座標系を聞いてくるので、今回は静岡県の「8系」を指定する。すると数秒でDEMの点群が平面直角座標で読み込まれる。5mメッシュで富士市の市街地がきれいに読み込まれた。
読み込まれたデータ

◇説明会用資料にも

 現在の表示だと、すべての点群が白いままなので、ここで高さ情報に色を付けてみる。表示メニューから点群表示色を「標高段彩」と指定し、色づけのレンジを高さマイナス2mから20mの範囲に絞ると、図のように高さが一目で判別できるようになった。
 次は、点群から不等辺三角形網(TIN)を作成する。三角網メニューから外周線を自動作成し、その外周線内の点についてTINを張る。これは外周線を指定してボタンを押すだけだ。図のようにきれいに面が作成されたことがわかる。
 完成したモデルは、ぐるぐると動かせるので、現場の起工測量データや設計データをこのモデルに重ねて、説明会や協議用の資料としても生かすことができる。
点群に色を付けた
TINで面を作成した

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 今回は、UAVの写真測量から作成した現況の点群データと、自分で作成した3次元設計データを元に施工数量を算出する。まず、トレンドポイント(点群処理ソフト)で、現況の点群データをテキストやcsv形式で読み込ませる。次に武蔵で作成した3次元設計データをLandXML形式で三角網として読み込む。
 また工事基準点などの座標情報をSIMA形式のファイルで入れる。トレンドポイントは、テキストやcsvで座標点群を読み込ませると、点名が表示されないが、SIMA形式で入れると点名もきちんと表示する。

◇土量計算方式

 土量の数量算出方法は、平成28年度土木工事数量算出要領(案)で、(1)点高法(メッシュ法)(2)TIN分割法(3)プリズモイダル法の3方式が定められている。
 点高法は、現況地形や出来形計測結果などからなる2つの面データに重ね合わせたメッシュ(等間隔)交点で標高を算出し、標高差にメッシュ間隔の面積を乗じたものを総和する。メッシュ間隔は50cm以内だ。
 TIN分割法は、それぞれのデータからTINデータを作成し、ある一定の標高値で、DL面(標高基準面)を設定し、各TINの水平投影面積と、TINを構成する各点からDL面までの高低差の平均(平均高低差)を乗じた体積を総和する。
 プリズモイダル法は、2つのTINデータを互いに投影して、ラインが交差する部分で新しいTINラインをつくって、再び面をつくり、三角形水平面積と高低差を乗じた体積を総和する。

◇実際に測定

メッシュ法で測定する
今回は(1)のメッシュ法で実施してみる。
 「メッシュ領域の作成」からTINを選択すると、外周線が自動で選択されるので、外周線を選択した後、モデルが一番大きくなる角度でメッシュを決める。
 メッシュで生成する立方体の高さを、どの点群の高さから取るかを決めるため、逆距離加重法、最近隣法、平均法から選択する。
 格子サイズは、土量計算では1、2mでよい。ただ、工事の費用的なことを重視するなら、メッシュは細かい方がいいかもしれない。
 設定項目を入力したら「作成」というボタンを押すだけで計算が始まり、現況地形と設計データとの差を表示してくれる。メッシュ法による計算結果は、盛土量が5万9759m3、切土量が1993m3となった。差し引きで5万7765m3が、この工事での土量となる。

三角網による土量計算
次に三角網による土量計算も行ってみる。まずUAVで生成した点群からTINによる面をつくる。点群データに自動で外周線を作成し、起工測量用に0.25㎡あたり1点の密度を指定してTINを作成する。その後、3次元設計データのTINとの差分から体積を計算する。
 こちらは、メッシュを作成せず、設計データのTINの体積から求めるため、結果は、盛土量が5万9792m3、切土量が2040m3となった。差し引きで5万7752m3。計算後は、エクセルで開けるcsvで出力できる。

ベントレー・システムズ社の「Context Capture」は、空中写真から点群やモデルを生成するソフトウェアだ。今回は同社から、ソフトの評価版提供を受け、MAVICで撮影した実際の空撮写真使って点群生成する。
 ソフトを起動し、新しいプロジェクトを作成する。今回は、秩父にある日本キャタピラーの「D-Tech Center」を空撮したデータを利用する。
 まずソフトに空撮写真を読み込ませる。
 今回は112枚の空撮写真が入ったフォルダを指定し、シフトキーを押しながらすべての写真を選択、読み込ませた。

今回の実践ICT土工では、実際の図面を使って3次元設計データを作成する。発注図面として作成された平面図と横断図を、福井コンピュータ「武蔵」の建設CADにドラッグして読み込ませる。3次元設計データの作成については、以前もこの連載で取り上げているため、サンプルファイルを使用した前回と異なり、実際の図面を扱った時に気をつける点を書いていく。
 CAD発注図面のsfcファイルを開くと、左側にレイヤが多数現れる。これは、電子納品で提出する図面に定められている。
 国交省がとりまとめたCAD製図基準(案)によると、外枠(TTL)、現況地物(BGD)、基準線(BMK)、主構造物線(STR)など、図面に書き込まれている対象によって内容や色が細かく規定されている。
 図面を開いたら、はじめに図面照査を行う。これは座標系や縮尺がきちんとあっているか、設計要素や距離・勾配がきちんとしているかを確認する。
レイヤー構造は決められている

前回に引き続き「実践ICT土工」をお休みし、日本キャタピラーの「コンパクトトラックローダー(259D)」を使った現況測量を取り上げる。このトラックローダーは、全長3.5mほどのコンパクトなデザインの建機で、狭い場所でも施工しやすいのが特徴。同社はこのローダーに360度プリズムを取り付け、トータルステーション(TS)で連続的に座標を観測して、現況測量を行う手法を研究している。先日、秩父にある同社の「D-Tech Center」で、実際の建機を使用した計測実験が行われた。その模様をリポートする。

◇ローダーにプリズム搭載

 同社はこれまでにも、大型のラジコンカーなどにプリズムを取り付けて出来形などを測量する研究を行っているが、今回は履帯付きのローダーでもスムーズに測量できるかを研究した。
大型のラジコンカーなどにプリズムを取り付け計測

 ローダーの乗り降りは前から行う。前面にはバケットが付いており、ブルドーザーのような間隔で操縦する建機だ。
 実験では、ローダーの屋根部分に測量用の360度プリズムをネジ止めし、地表面からの高さを計測する。TSのデータコレクタに高さとプリズム定数を設定し、連続計測モードで、ミラーが2.5m移動するごとに観測する設定を行った。

 試験は、ヤードに5m×15mの試験範囲を決め、あらかじめ後方交会設置したTSを使って、手作業で3次元座標を計測しておく。縦方向に約2.5m、横方向に約1.5mで計測した。これを正解データとして記録する。
 実際に試験範囲をローダーで走行し、正解データに近い間隔で座標を取得した。走行にかかった時間は数分で、手計測による観測よりもはるかに速いスピードで完了した。

◇計測誤差はプラスマイナス2cm

 走行後には、TSのデータコレクタからCSV形式でデータを取り出し、点群処理ソフトのトレンドポイントで、正解データとローダー計測データを比較検証した。
 まず人力で計測した正解データの測点を点群として読み込ませ、TINメッシュを作成する。次にローダーで計測したデータから同様にTINメッシュを作成し、比較プロジェクトとしてメッシュ比較した。
トレンドポイントで比較した

 トラックで観測したデータと、TSによる計測データは、50cmメッシュ、4点平均標高法で計算し、最大標高差がプラス1cmからマイナス3cmで、プラスマイナス2cmの範囲に収まった。
 同社では、このコンパクトトラックローダーが、小型で小回りが利き公道走行も可能なことから、広範囲な現況測量に活用していく考えだ。

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今回は「実践ICT土工」をお休みして、UAVによる空中写真測量の実践編を行う。連載61回目に紹介した、やんちゃな土木ネットワーク(YDN、事務局・正治組)が開発したi-Construction支援ドローン自動航行アプリ「Drone-ize×YDN PRO」(3万4800円)を使って、実際の空中写真測量を行ってみる。今回は日本キャタピラーのご協力をいただき、埼玉県秩父市にある「D-Tech Center」をお借りして、正治組の大矢洋平土木部部長らと一緒に現況計測を行う。
日本キャタピラーのD-Tech Center

◇本当に設定が簡単

 今回使用するUAVは、DJI社のMAVIC PROだ。わずか12万円程度で購入できる機体ながら、30分間の飛行が可能で、搭載しているカメラもi-Conで定められている画素基準を満足できる。重量も1㎏を切っており、持ち運びも簡単だ。
 自分の持っているi-Phoneに、Drone-izeアプリをインストールし、MAVICと接続設定する。アプリからMAVICを選んで、アプリに表示される地図上で、計測したい範囲をタップして囲むだけで、自動的にi-Conに対応した解像度やシャッター間隔、撮影写真のラップ率が自動設定される。これで設定は完了。はっきり言って、ほとんどやることがない。
 すると総飛行距離、撮影範囲面積、飛行時間、撮影枚数が計算される。今回は、飛行距離500m、飛行時間3分45秒、112枚の写真を撮影するようだ。
Drone-izeアプリで飛行ルートを設定

◇標定点を設置、撮影

 次にトータルステーションを後方交会法で、ヤードにある小山の上に任意点設置した。このセンターには、いくつか既設の基準点が置いてあるので、数分で設置が完了した。
 撮影した写真を、後ほどフォトスキャンを使って点群化するが、あらかじめフォトスキャンのソフトから標定点を印刷するためのPDFを出力しておく。今回は、このファイルを一般的な複合機からA3で印刷したものを、10枚ヤードに石で固定した。
 標定点を撒いたら、測量用のミラーでTSから3次元座標を計測する。今回は10点を計測するのに約15分ほどかかった。
 いよいよMAVICを飛ばす。今回はD-Tech Centerの女性職員の方に、操作をお任せした。コントローラーにi-Phoneを取り付けて、飛行ボタンを押すだけで、MAVICは自動的に測量開始点まで飛行し撮影を始める。
 当日は台風一過で約5m程度の風が吹いていたが、MAVICは約4分で撮影を終えて無事に帰還した。

◇フォトスキャンで点群

 撮影終了後は、MAVICからマイクロSDカードを取り出し、パソコンに写真をコピーする。カードには、普通のデジカメと同様にフォルダに写真が収まっている。
 フォトスキャンでは、平面直角座標9系を選択して、撮影した112枚の写真をドラッグするだけで大まかなモデルが生成される。あとはCSVで、10点の標定点座標を読み込ませて、写真に写り込んでいる標定点と合致させていく。高密度クラウドの生成を行うと、あっという間に写真のような点群ができあがってしまった。MAVICをケースから取り出して1時間半ほどで、空中写真測量が完了した。
 UAVやソフトの進展は想像以上に早い。これほど簡単に現況測量ができるようになっている。皆さんの現場でも、導入してはいかがだろうか?
あっというまに、点群が完成した

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トレンドポイントには、実に便利な「自動フィルタリング」という機能がある。これはノイズ、近傍点、地表面のフィルタリングを自動で行うもので、今回のデータに対して実施したところ、1300万点が286万点までフィルタリングしてくれた。
 福井コンピュータによると、この機能を使って起工測量データを作る会社もあるが、現場によって状況が異なるため、前回紹介したさまざまなフィルタリングの状況を把握してから使ってほしいと話している。
前回は、点群を選択して削除する方法を紹介したが、今回は「フィルタリング」で点群を処理してみる。
 フィルタリングにはさまざまな手法があるが、1つずつ解説する。まずは「均等間引きフィルタリング」だが、これはデータサイズを軽くするために行う。
 点群処理したデータは、最終的に点と点を結んだTINで面を作り、LandXML形式で出力する。起工測量データは面として扱い、3次元設計データと比較して土量計算や施工計画に反映するためだ。

 前回、フォトスキャンを使ってUAVの空撮写真から、起工測量用の点群を生成した。フォトスキャンから出力されたファイルはTXT形式で、点群はXYZ、RGBという順番で記述されている。データサイズは534メガバイト、点群の数は1300万点だった。このファイルを、今度は福井コンピュータの点群処理ソフト「TREND-POINT(トレンドポイント)」に読み込ませる。

 国土交通省は、建設現場に“生産性革命"をもたらすi-Constructionの普及に力を入れる。取り組みの1つとして、革新的なテクノロジーによって進化する建設現場を想起させる“シンボルマーク"を作成。建設現場の看板や仮囲い、作業員のヘルメットなどに使用することで、魅力的に変わる建設現場を業界の内外に広くアピールしていく方針だ。 注目されるデザインの最終決定は12月中旬を予定している。5日の「i-Construction推進コンソーシアム・企画委員会」(委員長・小宮山宏三菱総合研究所理事長)に提示された9つのデザイン(案)の中から、コンソーシアムの会員によるアンケート(審査)で決定する。

 「近く訪れる業界変革を見据え、新しい時代を先取りするための投資として決断した」と、マルフジ後藤重建(静岡県掛川市)の後藤義隆代表は胸を張る。
 「エリアでナンバーワンに」という志のもと、建設現場に生産性革命をもたらすi-Constructionの考えにいち早く注目し、コベルコのホルナビ3Dマシンガイダンス(ホルナビ)機能搭載の通常型ショベル「SK350LC」や後方超小旋回ショベル「SK235SR」などを購入。ICT建機全般への積極投資を進めている。

 標定点と写真をひも付けする時に感じたことは、標定点の点名を地面に書く場合は、必ずあとから写真を点群化する人が点名を判別できるよう、きれいに書くことが大切であるということだ。
 6と9は、空中から見るとどちらなのか非常に判別しにくいし、基準点と標定点も数字が似通うため、KとかGなど標定点の判別要素を入れておいてほしい。


 「実践ICT土工」で最初の作業は、現況測量から始める。現場の起工段階で実際にUAVを飛行させて撮影した現場の航空写真を、インターネットからダウンロードした「PhotoScan Professional」のデモ版にドラッグして読み込ませる。
 このソフトは、実際に購入すると3499米ドル(約40万円)もする高価なものだ。デモ版は結果の保存こそできないが、実際の作業手順を学ぶなら十分に使える。
 点群生成ソフトウェアは、このほか代表的なものとしてPix4D社の「Pix4D mapper」、トプコンの「MAGNET Collage」などがある。ほかにもインターネット上のクラウドサービスも多数存在しており、価格や使用頻度を考えて自社でのソフト購入やサービスとしての購入を検討したい。