図-2 試行箇所

③構造物(計画)の3次元ﾓﾃﾞﾙ

①地形(現況)の3次元ﾓﾃﾞﾙ

　・地形(現況)の3次元形状ﾃﾞｰﾀ

②堤防(計画)の3次元ﾓﾃﾞﾙ

　・堤防(計画)の3次元形状ﾃﾞｰﾀ

①＋②＋③⇒改修計画の3次元モデル

　・地形(現況)の3次元形状ﾃﾞｰﾀ+

　・堤防(計画)の3次元形状ﾃﾞｰﾀ

改修計画の3次元形状ﾃﾞｰﾀ

本試行

図-1 本試行における3次元モデルの定義

CIMにおける地上レーザ計測により取得した

地形３次元データの活用について

塚原 大輔1・岡崎 仁司2

1千曲川河川事務所 調査課（〒380-0903 長野県長野市鶴賀字峰村74）

2前)千曲川河川事務所 調査課（〒380-0903 長野県長野市鶴賀字峰村74）.

本稿は，CIM モデル構築のため必要となる地形 3 次元データについて，地上レーザ計測にて

取得し，地形 3 次元データ作成までの処理方法と，TS 測量成果を用いた従来設計との現況地

形・設計形状並びに数量算出の比較について，内容と結果を報告するものである.

キーワード CIM，地形3次元データ，地上レーザ計測

１．はじめに

CIM(Construction Information Modeling/Management)は，

ICTを駆使して公共事業における計画・設計・施工・維

持管理の過程を3次元モデルで構築し，建設生産システ

ムの効率化を目的としている1)．

国土交通省では，CIM制度検討の中期目標（H24-H28）

である『CIM 導入ガイドラインの策定』に向けて，全国

の直轄事業の異なる5案件について，産学官の検討体制

を構築し，CIMの導入効果を一段と高めるべく，CIMモデ

ル構築を通じた課題抽出とその対応策，有効性の検証

等々の検討を行っている．5案件のうち河川事業の試行

として選定された「荻原築堤護岸他工事」は，当事務所

のCIM試行事業であり，“新たな河川管理(築堤事業)の

方向性”を個別目標として検討を行っている．これに準

じて，平成26年度より実施している屋島・福島築堤事業

の堤防詳細設計においてもCIMの取り組みを行った．

屋島・福島築堤事業のCIMモデル構築に当たっては，

地形（現況）の3次元モデル及び堤防(計画)の3次元モデ

ルをそれぞれ作成・統合することで改修計画の3次元モ

デルを構築することとした（図-1）.

本稿は，堤防詳細設計におけるCIM適用性を検証する

ことを目的とし，3次元モデル構築前の改修計画の3次元

形状データと，従来のTS測量成果を用いた従来設計デー

タについて，現況地形・設計形状並びに数量算出の比較

を行い，整理したものである．

２.レーザ計測によるデータの取得

(1)CIM試行箇所の概要

一級河川信濃川水系千曲川60.00km～62.25km左右岸の

屋島・福島地区(左岸：長野市大字屋島地先，右岸：須

坂市大字福島地先）の約2.5km区間(図-2)における築堤

設計についてCIMを試行した．

まず現地測量として，地上レーザ計測にて地形(現況)

の3次元形状データを取得し，別途作成した堤防(計画)

の3次元形状データを重ねて，改修計画の3次元形状デー

タの構築を行った．また，比較検証を行うため従来のTS

測量も同時に実施した．

屋島橋

村山

橋

60.0

k

61.0

k

62.0

k

屋島築堤

福島築堤

長野市

須坂市

(2)レーザ計測

地形（現況）の3次元形状データの作成に当たっては，

国土地理院で公開している数値標高モデル(5mメッシュ

の地形データ)や，既存のDM(デジタルマッピング)等の

データを利用することによって比較的簡単に作成するこ

とが出来るが，本試行においては，点群データの取得か

ら3次元形状データの作成までの一連の適用性を把握す

るため，新たにレーザ計測を実施した.

レーザ計測の方法としては，航空機搭載型，車両搭載

型，地上型に区分される１)．屋島・福島地区の地形(現

況)の3次元形状データ取得に関しては，経済性,精度的

観点,作業性等を考慮し，地上レーザ計測で行った．

(3)地上レーザ計測

地上レーザ計測では，トプコンGLS-1500を使用した．

条件・設定は，表-1に示す．作業は，最初に基準点に計

測機を据え，計測機から1秒間に約30,000回のレーザを

照射し，地物に反射し計測機まで戻ってくる時間を計測

した.計測した点データをｘ・ｙ・ｚの座標値に換算し

記録した．今回の計測は，堤防法線沿いに約50m間隔を

基本に計測を行い，地形の突起・構造物の影等でレーザ

が到達しない範囲については，計測漏れがないよう機器

を密に配置して計測を行った．また，計測と同時にデジ

タル画像を撮影することで，座標点群に色データを付与

し，後に行うフィルタリング作業の参考とした．

現地でのレーザ計測には以下の点にも注意した.

・堤防に繁茂する草の影響を軽減するため，堤防除草

後に計測を行った.

・地表に水分がある場合や，舗装面などの滑面へのレ

ーザ光の低入射角の場合は，点群データが取得されな

いことがあるため，天候変化による現地状況及びレー

ザの入射角等を十分に検討・確認し計測した.

(4)取得データの処理

地上レーザ計測によって取得した地形(現況)の3次元

形状データ（オリジナルデータ）においては(図-3)，樹

木や草などの植生，構造物，人，車，粉じん等に起因す

る乱反射などを含むデータ(ノイズ)も取得されるため

(図-4)，そのまま使用した場合には現地形を適切に表現

できないため，取得したオリジナルデータからノイズを

除去する“フィルタリング作業”を以下の手順で実施し

た．

◯フィルタリング作業方法

作業① 取得したオリジナルデータ(左岸側で約9,400万

点)をLandFormsの電算処理によって，10cm四方にある

点群データから一番低いデータ(グラウンドデータ)以

外の点データを除去する(除去後 約960万点)．

作業② レーザ計測時に撮影したデジタル画像を参考

に，画面上の地表から浮き出る点データを特定し，手

動により削除する．

作業③ 作業②と平行して，地表面から浮き出る点デ

ータを，三角形の集合体で表現するTIN(Triangulated

Irregular Network)化によって特定し(図-5)，手動に

より削除する．

作業④ ノイズ除去後の点群データが，地表面として

判定できるかをTINによる三角網を組み，異常な形状

となっていないかを確認出来るまで手動フィルタリン

グ作業②，③の工程を繰り返し，グラウンドデータを

作成(除去後98万点)する(図-6)．

作業⑤ 地上レーザ計測で，正確なデータ取得が困難

な範囲（樹木密集帯等）について，TS測量により取得

したデータを合成（内挿）し補間する．

作業⑥ データ密度が不均一な点群データを，目的に

応じた密度間隔のメッシュ(25cm格子点)データに処理

し，地表面を表現した数値標高モデル(DEM:Digital

Elevation Model)として利用する(図-7)．

表-1 地上レーザ計測の仕様等

写真-1 計測状況 写真-2 計測の説明会

図-3 取得した地形(現況)の 3次元形状データ(オリジ

ナルデータ)

植生

車両

浮点住宅

図-4 不必要である点群

図-6 グラウンドデータ 図-7 25cmメッシュデータ

図-5 点群データのTIN化

法肩

法肩 法尻

屋島No20 付近(堤内側) ノイズの明確化

屋島No20 付近(堤内側)

項目 仕様・条件・設定

使用機器 測量機器：TOPCON製GLS-1500

スキャニングスピード 30,000点/秒

機器配置基準 地図情報レベル500に準拠

従来設計 改修計画の3次元形状データ

図-10 現況地形と擦り付け部の相違点

擦り付け部の形状が異なる

従来設計 改修計画の3次元形状データ

３.結果と考察

(1)地上レーザ計測成果の，ノイズ除去レベルが異なる

地形(現況)の3次元形状データの比較

計測により得られたオリジナルデータについて，適切

なノイズ処理を実施することにより，TS測量による横断

と同程度の精度を得ることが出来た．ノイズ除去の段階

毎の地形の3次元形状データを比較してみると，処理に

時間を要するケースⅢが最も精度が良く，ケースⅠが最

も精度が悪かった．時間・作業量はかかるが，地形(現

況)の3次元形状データを構築するためには，細部まで手

動フィルタリング作業を行う必要がある．

(2)改修計画の3次元形状データと，従来設計との取付部

の比較

◯改修計画の3次元形状データの作成

・設計ソフト（AutoCAD Civil3D 2015)を使用．

・計画堤防法線・計画縦断を設定し，計画横断の諸元を

入力することによって，計画断面を一定間隔（本試行で

は１m間隔）で縦断方向に押し出し，堤防(計画)の3次元

形状データを作成した．

・地形(現況)の3次元形状データと合成し，改修計画の3

次元形状データを作成した(図-9)．

改修計画の3次元形状データと，従来設計との取付部

の比較した結果，法尻形状が異なる箇所が確認された

(図-10)．これは，従来設計では 20m ピッチの横断図を

基に設計を行うため，測線間の地形の起伏を詳細に把握

することが出来ない一方，3 次元モデル設計では，現況

地形を連続的（3 次元的）に把握可能なためと考えられ

る．

(3)改修計画の3次元形状データによる数量算出と，従来

の平均断面法による数量算出の比較

№95～№100までの延長100mを対象に(図-11)，従来設

計から平均断面法を用いて算出した盛土数量と，オリジ

計画堤防法線の諸元を設定

計画横断の諸元を設定

図-9 改修計画の3次元形状データ

屋島No25 付近(堤外側)

表-2 本試行における作業日数・時間

実施日 延べ作業時間

測量 地上ﾚｰｻﾞ計測及びﾃﾞｰﾀ整理 レーザ計測及びデータを統合H26.9.6～H26.9.30

(内８日間）８日

ｵﾘｼﾞﾅﾙﾃﾞｰﾀの電算処理 作業① H26.9.6～H26.9.30 24時間

作業② H26.10.1～H27.1.22 240時間

作業③ H27.1.22～H27.1.27 84時間

地形ﾃﾞｰﾀ未取得箇所の補間 作業⑤ H27.1.28 8時間

ﾒｯｼｭﾃﾞｰﾀ作成 作業⑥ H27.1.28 5時間

所要時間　　(参考)

電算処理後ﾃﾞｰﾀの手動ノイズ除去

行　　　　　程

フ

ィルタリング作業

概　　　　　要

左岸：屋島地区

ｹｰｽⅠ　ｵﾘｼﾞﾅﾙﾃﾞｰﾀ

ｹｰｽⅡ　電算処理後

ｹｰｽⅢ　電算処理後+手動除去後

9mm

41mm

不明

12mm

19mm

25mm

ｵﾘｼﾞﾅﾙﾃﾞｰﾀ

電算処理後

電算処理+手動除去後

従来TS測量線

TS測量により測定した折点(法肩)

TS測量により測定した折点(法尻)

川表法面

川表法面

川表法面

(異差)

横断図　(屋島No25)

従来TS測量線

従来TS測量線

従来TS測量線

図-8 断面比較図

写真-3 現況堤防状況(除草前)

屋島No25 付近(堤外側)

HWL

0.750

0.500

7.000

6.000 0.500

1:2.7

0.750

302

405

406

407

410

411

412

413

414

408

409

NO.12

NO.13

NO.14

NO.15

NO.16

NO.17

NO .18

N O.19

NO. 20

N O.21

NO.2 2

N O.23

NO.2 4

NO .25

NO.26

NO.27

NO.2 8

NO.29

NO.30

NO.31

EC- NO.17+8.722 R=250.000 L =82.520

NO.17+8.722 R=∞ L=21.603

N O.18+10.325 R=∞ L =21.603

BC- NO.18+10.325 R =500.000 L =28.396

EC- NO.19+18.721 R

=500 .000 L=28 .396

NO.19+18.721 R=∞

L=96.801

NO .24+15 .522 R=∞ L=96 .801

BC- NO.24+15 .522 R=110 .000 L=72 .957EC- NO.28+8.479 R=110.000 L=72.957

NO.28+8.479 R=∞ L=13.359

NO.29+1.839 R=∞ L=13.359BC- NO.29+1.839 R=188.286 L=138.771

NO.12+0.000

NO.13+0.000NO.13+6.202

NO.14+0.000

NO.15+0.000NO.15+7.462

NO.16+0.000

NO.17+0.000NO. 17+8 .72 2NO .18+0 .00 0N O.18 +10 .325NO .19+0 .000

N O.19+4 .523

NO.19 +18.72 1

NO.20+0 .000

NO .21+0.00 0

NO.22+0 .000

NO .23+0.00 0

NO.24+0 .000

N O.24+15 .5 22

NO .25+0 .000NO.26+0.000NO.26+12.001NO.27+0.000

NO.28+0.000

NO.28+8.479

NO.29+0.000NO.29+1.839

NO.30+0.000

NO.31+0.000

ナルデータのノイズ除去段階毎に作成した改修計画の3

次元形状データから，AutoCAD Civil 3D 2015 を用いて

算出した盛土数量の比較を行った．

従来のTS測量で得られた20mﾋﾟｯﾁの横断図を元に設計

を行い，平均断面法にて算出した盛土量は，8,215m3と

なった(表-3)．これに対し，堤防改修の3次元形状デー

タより算出したノイズ除去前のケースⅠは7,540m3(平均

断面法との差-675m3)，電算処理による簡易ノイズ除去

後のケースⅡは7,681m3(平均断面法との差-534m3)，電算

処理後及び手動によるノイズ除去後のケースⅢは

8,008m3(平均断面法との差-207m3)となった．この結果か

ら，盛土量の数量算出に当たり，オリジナルデータのノ

イズ処理状況（フィルタリング作業状況）によって，従

来の平均断面法との差異が変化し，時間をかけノイズ処

理を十分に行う事によって差異は小さくなることが分か

った．

また，改修計画の3次元形状データより算出した盛土

量が，従来の平均断面法から算出した盛土量より全体的

に小さな値を示した．これは，レーザ計測によって取得

した現地盤高は，従来のTS測量よりも高い傾向にあるこ

とが考えられ，実際に比較した断面からも，そのことが

確認出来た．これらから，堤防法面が凸状に盛り上がっ

ており，より現況地形を反映した数量算出が行えること

が分かる．

４.まとめ

今回実施した地上レーザ計測で構築した改修計画の3

次元形状データに関して，オリジナルデータ，簡易電算

処理によるノイズ除去，簡易電算処理及び手動によるノ

イズ除去の３段階で従来測量と比較した結果，細部まで

フィルタリング作業を行うことで，地形（現況）の3次

元形状データと従来測量との差異は小さくなることが分

かった．また，盛土量も，上記で作成したデータを使用

して算出するため同様の結果となる．しかしながら，細

部までフィルタリング作業を行うことによって，今回の

試行では(表-2)で示すとおりの時間を要した．また，フ

ィルタリング作業に従事する作業実施者に関しても，資

格・講習等の義務はないため，従事者の技能によって品

質・作業時間等に影響することが考えられる．

設計においては，従来設計では横断測線間の地形が十

分に把握できず，限られた情報を元に設計形状の設定が

行われるため，設計者の技量に左右されることが考えら

れるが，3次元設計では地上レーザ計測で取得した地形

（現況）の3次元データを使用して行うため，現況地形

と計画堤防の擦りつけをより精度よく反映した設計形状

とすることが可能となった．

５．おわりに

今回，地形(現況)の3次元形状データを使用して実施

した，平成26年度屋島・福島地区堤防等詳細設計業務に

おいては，道路管理者及び地元協議を行うに当たって，

バイパス計画や将来交通量推計等による，兼用道路の計

画交通量や舗装構成に変更が生じたため，当初設定した

法線が複数回変更となった．従来設計では，横断測量を

法線に対して直角に実施していることから，法線が変更

となった場合は，新たに横断測量を行うか，既存横断面

を補正して用いる等の作業が生じ，時間及び労力を費や

していたが，3次元地形データを使用することで，簡便

に設計の修正を行うことが出来た．

CIM全体の評価については維持管理の分野もあること

から，導入に長期間の検証が必要であると考えられるが，

本試行において実施した地形の3次元データ作成のため

のレーザ計測及び堤防等詳細設計への適用に関して，十

分に対応が可能と考えられる.今後は，フィルタリング

作業の基準確立や，ソフトウェアによる自動ノイズ処理

機能の改善が望まれる．

謝辞：本論文の作成にあたり，ご協力いただいた関係

各位に謝意を表す．

参考文献

1) CIM技術検討会 平成25年度報告 (平成26年5月)

表-3 盛土数量の比較

No95～ No96～ No97～ No98～ No99～No96 No97 No98 No99 No100

ｹｰｽⅠ 盛土量 1,441 1,523 1,585 1,580 1,411 7,540 7,500従来差 -142 -93 -66 -92 -282 -675 -700従来比 (0.910) (0.942) (0.960) (0.945) (0.833) (0.918) (0.915)

ｹｰｽⅡ 盛土量 1,450 1,531 1,602 1,596 1,502 7,681 7,700従来差 -133 -85 -49 -76 -191 -534 -500従来比 (0.916) (0.947) (0.970) (0.955) (0.887) (0.935) (0.939)

ｹｰｽⅢ 盛土量 1,534 1,574 1,626 1,626 1,648 8,008 8,000従来差 -49 -42 -25 -46 -45 -207 -200従来比 (0.969) (0.974) (0.985) (0.972) (0.973) (0.975) (0.976)

注）　（　）内は従来測量を1.000とした場合の比である

単位：m3

Auto CAD Civil3D 2015 により機械的に算出

ﾉｲｽﾞ除去前

電算処理による簡易ﾉｲｽﾞ除去後

電算処理後及び手動ﾉｲｽﾞ除去後

8,215

設計表示数量

従来測量（TS測量）

平均断面法 盛土量 1,583 1,616 1,651 1,672 1,693 8,200

測量方法 算出方法 区分

測点

合計数量

図-11 数量算出範囲

数量算出範囲　L=100m

No100No95

従来平面

改修計画の3次元形状ﾃﾞｰﾀ

No100

No95