地上型レーザスキャナによる不安定化した切土法面の変動計測

全地連「技術 e－フォーラム 2004」福岡
【124】
地上型レーザスキャナによる不安定化した切土法面の変動計測
国際航業株式会社
1.はじめに
○新谷 ちか子
〃
松谷 泰生 .
〃
三戸 嘉之 .
〃
本多 政彦 .
図－２の移動杭の変動ベクトル図では，法面上端で
不安定化した道路法面の挙動把握調査と対策工検討
14 日間に 53cm，中段で 40cm と大きく変動しているに
のために，地上型レーザスキャナによって詳細な地形
もかかわらず，法面末端部でほとんど変動がなかった。
計測を行い，法面全体の変位状況の詳細把握を試みた。
(2) 既往調査での課題
以下では，この地上型レーザスキャナによる複数時
期の計測と，変動範囲ならびに変動量の解析による変
動機構の検討について紹介する。
これらの当初調査で対策工検討に不足していた情報
として以下の事項が挙げられる。
a.変動機構が不明である。
2.現地状況
中段付近をすべり面とした地すべり性の変動か，
約 20 年前に施工された道路沿いの切土法面の押し
トップリングか判断するにはデータが不足（移動
出しが発生し，モルタル吹付けが剥がれ落ちたり，背
杭測量により法面中段より上端の変位が若干大
後の尾根に道路に平行な伸張方向をもつ開口亀裂が発
きいが点数が少ないため，有意な差か否か不明）。
生するなどの変状が発生した。これにともない，挙動
b.当初 32 点設置した移動杭は，法面内 22 点中，中
把握調査と対策工検討が行われることになった。
段～下部の 5 点が，法面変状の進行に伴ない順次
対象となるこの切土法面は，幅約 70ｍ，比高約 50
ｍ，勾配 45 度程度で，ほぼ道路と同走向で約 70 度山
側傾斜の三波川帯の結晶片岩を主体とする。
剥落したこともあり，変動の範囲を確定できない。
このため，変動範囲・変動量の把握による変動機構
の解明と適切な対策工の検討を目的として，法面内へ
の立ち入りが不要な地上型レーザスキャナによる計測
を複数回行い，その地形変化の解析を行った。
4.地上型レーザスキャナとは
地上型レーザスキャナは，計測対象地内に立ち入ら
ずに，高密度の地形データを迅速に計測でき，人力で
持ち運びできることから，近年，斜面（特に急崖）や
図―１
現地状況（尾根末端部切土）
文化財発掘時等の形状計測に活用されてきている。
340°
3.従来手法による計測と課題
レーザ
スキャナ
(1) 当初からの挙動把握調査
挙動把握調査では，当初，トータルステーションに
レーザ
80°
よって法面内外に設置された 32 ヶ所の移動杭を定期的
に計測するとともに，法面背後でのボーリング調査や
斜面
レーザ反射時
間と方位から
点座標を取得
パイプ歪み計設置などにより調査が進められた。
ノート PC
表－１
型式
製造元・型番
計測距離
測距精度
図―３
計測原理
地上型レーザスキャナの諸元
地上型
レーザスキャナ
RIEGL LMS-Z210
2～350ｍ
±2.5 ㎝
ノンプリズム型トー
タルステーション
～150m
5mm+3ppm
ミリラジアン
レーザの拡散角
測定能率
図―２
変動ベクトル図（3/21 と 4/4 の比較）
動作環境
ミリラジアン
3 m rad （距離
0.6 m rad
100m で半径 15cm）
6
1
×10 点 / 1h
×10 点 / 1 h
暗闇可，大雨，霧，
暗闇・大雨・降雪可
降雪不可
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5.三次元モデル化と変動状況の解析
までの 36 日間では，最大 4.5m 以上も変位した。この
(1) 三次元モデルの構築
間，吹き付けの剥落や表層の小崩壊が何度か発生した
現地では３月下旬から４月の１ヶ月強の間に述べ８
日間計測を行い，約５～10cm 間隔，40 万点前後の点群
データを取得した。この点群データから各時期毎に，
以下の手順で三次元モデルを構築した。
ため，４月中旬には，道路を迂回させたうえで，法面
下部に大規模な盛土が行われた。
この三次元モデルの変動量分布は，トータルステー
ションにより計測した移動杭の変動ベクトル図とも整
a.点群の反射強度から法面外側の基準点を抽出
合的である。このことから，地上型レーザスキャナ計
b.法面外側の移動杭測量を基に公共座標系に変換
測による三次元モデル自体の比較により，２～３cm 以
c.植生や電線などの不要データを手動で除去
上の変位であれば面的に把握できることが確認された。
d.計測地点を視点として点群を平面に投影して TIN
6.おわりに
（三角網）を構築することで三次元の面を定義
(1) 変動機構の判定
地上型レーザスキャナにより法面形状を詳細に計測
(2) 変動量・範囲の把握
構築した各時期のモデルのズレの大きさに応じて着
することで，法面内に設置した移動杭のみの計測だけ
色した変動分布図を作成した（図－４～５）。このズレ
では把握が困難だった，変動の大きい範囲とその変動
は，計測した全点群ごとに，道路に直交の水平方向の
量を，定量的に把握できた。
ズレを変動量として求めたものである。なお，計測は，
この解析の結果，上部から中段にかけて変位量は，
法面の斜め下方から行ったため，法面小段はほぼ死角
漸移的に減少しており，下部ではほとんど変位してい
となったことから，モデルに誤差が大きく，見かけ上，
なかった。また，現地の状況が地すべりよりもトップ
２時期の差が大きくなっている。
リングの一般的な現象を示していたこととも考え合わ
せ，対象法面の挙動は，約 70°山側傾斜の結晶片岩（受
け盤）斜面でのトップリングによる現象と判断した。
このような挙動機構の判定は，従来，移動杭測量な
小段
ど変状の断片的データや地質状況その他を総合して経
験的・定性的に判断していた。当地点では，法面の面
小段
的な変位を綿密に把握したことにより，定量的な挙動
小段
機構判定が行えた。
(2) 今後の課題
小段
今回の計測・解析で残された課題としては，以下の
小段
事項が挙げられる。
a.公共座標系への変換用の基準点を計測点群デー
タから抽出する際の座標の誤差が，数 cm と大き
図―４
水平変動分布図（4/4-4/6 平面図）
い。ただし，今回は三次元モデルのズレによる変
※ 小段は計測地点から死角となるため誤差大
動分布図と法面内の移動杭測量の成果と整合的
なことが確認できたことから，モデル全体として
小段
見たときの誤差はこれより小さいと考えられる。
b.図－４～５に示した変動分布は道路に直交する
水平方向の差を取ったものであり，変動量自体を
表したものではない。移動杭測量による実際の変
動方向は，水平より若干斜め下方へ向かっている。
今後は，事例を増やして精度の検証を進めるととも
に，計測手法や基準点の抽出方法，ならびに，実際の
変動方向を考慮に入れた変状の可視化について改良を
検討していく必要がある。
《参考文献》
図―５
水平変動分布図（4/4-4/6 法面正面）
1) 小山内信智・他３：３Ｄレーザースキャナーの切
土斜面地すべり観測への適用性，砂防学会研究発表
これらの図では，法面の下部にはほとんど変位がな
会概要集，2003.5
く，中段から上部にかけて，変位が漸移的に大きくな
2) 三戸嘉之・他６：のり面・崖地の高密度三次元座
っている。上部では２日間に上端で 15cm 程度，中段で
標データの取得と応用地質分野への活用，pp.351～
６cm 程度変位してる。なお，計測期間の当初から最後
364，応用地質，Vol42,No6,2002.6