Comments
Description
Transcript
航空レーザ測量によるレベル500地形図の作成について ／ 川野 明夫
平成20年度技術研究発表会 理事長賞受賞論文 航空レーザ測量による レベル500地形図の 作成について 小石原川ダム建設所 （現草木ダム管理所） 川野 明夫 ～事業初期段階における効率的な地形データの取得～ 1 はじめに 2 航空レーザ測量について 小石原川ダムは、洪水調節、流水の正常な機能の維持、水 （１）航空レーザ測量の原理 道用水の供給を目的とした多目的ダムで、ダムサイトは、筑後 航空レーザ測量は、航空機に搭載した｢航空レーザ計測装 川水系小石原川（福岡県朝倉市）にあります（図−１）。 置｣を用いて地表を３次元計測するものです。航空機から地表 筑後川水系位置図 福岡県 佐賀県 大分県 小石原川流域 筑後川 巨瀬川 ら３次元座標を取得します（図−２）。 熊本県 鹿児島県 人工衛星 宮崎県 大肥川 佐賀江川 小石原川ダム 隈の上川 城原川 田手川 佐賀県 佐田川 長崎県 の物体にレーザ光を照射し、その反射光の到達時間と方向か 花月川 宝満川 安良川 小石原川 福岡県 筑後川 高良川 玖珠川 早津江川 赤石川 広川 大分県 航空機 熊本県 レーザ 図−１ 小石原川ダムの位置 現在、ダム本体及び付帯設備、付替道路、工事用道 路等の調査、設計を実施しているところですが、ダム 反射位置 本体等構造物の設計に当たっては、地図情報レベル500 （1/500精度）の地形図が必要となります。 一般的に、地形図を作成するためには、現地において 基準点GPS 図−2 航空レーザ測量概念図 測量を行う必要がありますが、小石原川ダムでは、航空 30 ● 水とともに 水がささえる豊かな社会 レーザ測量による地図情報レベル500地形図の作成を試み （２）航空レーザ測量技術の現状 ました。 国内で航空レーザ測量による地形情報の取得が盛んにな 従来、航空レーザ測量は地図情報レベル1,000（1/1,000 り始めたのは平成13年頃からで、現在に至るまでレーザ発光 精度）までに適用されていましたが、今回の測量では、 数の向上等、計測作業の効率化を中心に機材の改良が進めら 新技術の導入等により計測精度の向上を図り、測量成果 れてきました。 について精度の検証を行うことにより、航空レーザで行 しかし、ダムの事業区域のように植生が繁茂する森林内で う地図情報レベル500の測量について、国内では初めて国 は、一般にレーザ測量の計測精度は劣ります。これは、入射光 土地理院の公共測量の承認を受けました。 が葉や枝に遮られて地表面に到達するまでに大きく減衰し、 航空レーザ測量によるレベル500地形図の作成について ● 31 平成20年度技術研究発表会 理事長賞受賞論文 地表面からの反射光も同様に葉や枝に遮られてさらに弱くな 計測データを統合解析し、空中ノイズの除去等を行い、３次 作業マニュアルの策定を行うものです。 す。この原因としては、図中の赤い点線で囲んだ箇所に り、地表面のデータを取得できないことがあるためです。 元データを作成します。 第16条申請に必要となる測量成果の精度評価として、 標高差の大きい点が多く分布していることが挙げられま ②グラウンドデータ作成 過年度の現地測量の成果（以下、「実測成果」）と今回 す。そこで、この箇所について点検測量として再度、現 3 計測及び地形図作成 フィルタリング処理により、遮蔽物等の影響を除去してグラ の航空レーザ測量の成果（以下、「レーザ成果」）とを 地測量を行いました（図−６）。 ウンドデータを作成します。 比較することで、信頼度の高い精度検証を行いました。 その結果、点検測量での実測成果とレーザ成果の標高 （１）計測計画 ③メッシュデータ作成 検証の方法としては、実測成果の標高点の標高と、そ 差は、標準偏差で0.432mから0.210mまで改善されまし 航空レーザ測量による地形図は、国土地理院の「航空レー グラウンドデータから任意のメッシュ単位に整理した数値 の位置に対応するレーザ成果の等高線データ上の標高値 た。このことから、今回の航空レーザ測量は、実際の地 ザ測量による数値標高モデル（DEM）作成マニュアル（案）」 標高モデル（メッシュデータ）を作成します。 の比較を行いました。検証の評価においては、公共測量 形を正しく計測できているものと判断できます。 に基づき、地図情報レベル1,000までの作成に適用されてきま ④等高線データ作成 作業規程における等高線の精度許容範囲である標準偏差 同様に他の地区（B,C,D）についても精度検証を行った した。今回、植生の繁茂する地域で、従来より精度の高いレベ メッシュデータを基に、標高値を持った線データである等 ±0.50m以内を基準としました。 結果を表−１に示します。標高差の平均値で見ると数cm ル500地形図の作成を行うため、より高密度で高精度な計測 高線データを作成します。 計画を立案する必要がありました。 コンタクトフライトでの計測が可能で、データ取得密度の向上 と均一化が図れる「ヘリコプター搭載型」を採用しました。 （１）精度検証の方法 また、波形の記録方式として、 「波形記録方式」を採用しま 事業区域内には、過年度までの現地測量により既にレベル した。これは、反射光の強度のみを取得する従来型と比べ、 500地形図が作成されている箇所があり、今回実施した航空 反射光の波形自体を記録するため、データの取得精度の向上 レーザ測量は、それらを含み事業区域全体を包含するように が期待できるものです（図−３）。 行いました（図−４）。 ᚉᮮᆵ t1 t0 t1 t2 t2 t3 t3 t4 ᚉᮮᆵ࡚ࡢW࡛Wࡡ㛣㝰㎾ࡌࡁཱི࡙ᚋ࡚ࡀ࠷ 図−3 波形記録方式の概念図 32 ● +0.25 B れの地区においてもレベル500地形図の基準を満たす高精 0.25 度なデータ取得ができていることがわかりました。 0.50 0.75 表１ 標高点の比較結果 A地区 B地区 C地区 D地区 母数 1,730 4,174 430 1,047 平均標高差（m） 0.002 -0.016 -0.026 -0.065 0.432 →0.210 0.234 0.399 0.273 標準偏差（m） 図−5 標高差の分布（A地区） ダムサイト 時間 時間 地物等に反射したデータを波形として取得 t0 ἴᙟエ㘋ᘟ 範囲である±0.50mの範囲内となっていることから、いず +0.50 4 精度検証 そこで、計測に当たっては、低空、低速度で地形なりに飛ぶ レベルの差であり、標準偏差は公共測量作業規程の許容 (m) +0.75 計測 レーザ測量範囲 小石原川 検証 現地測量範囲 （２）精度検証の結果 図−５に示します。 5 計測条件の違いによる精度への影響 A地区の標高差の標準偏差は0.432mと基準である0.50m 取得データの密度が精度に及ぼす影響を考察するため、間 以内を満足していますが、やや大きい値となっていま 引き処理（意図的にデータ点数を間引いたもの）により作成 A地区における実測成果とレーザ成果との標高差の分布を Ａ C 江川ダム D した密度の異なるデータ群から地形図を作成しました（図− 0km 1km 2km 写真 3km ７）。 図から分かるようにデータ密度が粗くなると等高線や横断 図−4 測量エリア位置図 線も粗くなり、正しい地形を再現できなくなります。 航空レーザ測量による地図情報レベル500の地形図作 このことを定量的に評価するために、密度を変えて間引き 実測成果との比較 レーザ発光数は、従来の２倍の20万回/秒が可能な最新機 成は国内で初めての試みであり、国土交通省公共測量作 材を使用しました。飛行高度については、繁茂した樹林から 業規程（以下、「公共測量作業規程」）によってマニュ の反射光を検知できる高さの上限が500m付近にあると推測 アル化されていない測量手法により公共測量を実施する の違いによる標高差の分布（ヒストグラム）を図−８に示しま されていますが、今回は特に精度の向上を図るため、高度を ことになるため、国土地理院の公共測量の承認を受ける す。 300mに設定しました。 に当たって、公共測量作業規程第16条（機器等及び作業 図に示すとおり、データ密度が４mを超えると標高差の標 （２）等高線図の作成 方法に関する特例）に基づく申請（以下、「第16条申 準偏差が±0.50m以内を満足できなくなることから、地図情報 等高線図の作成は、次の①～④の手順により行いました。 請」）が必要になりました。第16条申請とは、新技術の ①３次元データ（オリジナルデータ）作成 適用時に必要となるもので、測量成果の精度評価及び、 水とともに 水がささえる豊かな社会 処理を行ったデータ群から地形図を作成し、過年度の実測成 点検測量後の比較 点検測量エリア 図−６ 点検前後の結果比較 点検エリア付近の状況 果との標高差を前述した方法により比較しました。データ密度 レベル500の地形図を作成するためには、データ密度として４ m四方に１点以上が必要であることが確認できました。 航空レーザ測量によるレベル500地形図の作成について ● 33 平成20年度技術研究発表会 理事長賞受賞論文 地表面からの反射光も同様に葉や枝に遮られてさらに弱くな 計測データを統合解析し、空中ノイズの除去等を行い、３次 作業マニュアルの策定を行うものです。 す。この原因としては、図中の赤い点線で囲んだ箇所に り、地表面のデータを取得できないことがあるためです。 元データを作成します。 第16条申請に必要となる測量成果の精度評価として、 標高差の大きい点が多く分布していることが挙げられま ②グラウンドデータ作成 過年度の現地測量の成果（以下、「実測成果」）と今回 す。そこで、この箇所について点検測量として再度、現 3 計測及び地形図作成 フィルタリング処理により、遮蔽物等の影響を除去してグラ の航空レーザ測量の成果（以下、「レーザ成果」）とを 地測量を行いました（図−６）。 ウンドデータを作成します。 比較することで、信頼度の高い精度検証を行いました。 その結果、点検測量での実測成果とレーザ成果の標高 （１）計測計画 ③メッシュデータ作成 検証の方法としては、実測成果の標高点の標高と、そ 差は、標準偏差で0.432mから0.210mまで改善されまし 航空レーザ測量による地形図は、国土地理院の「航空レー グラウンドデータから任意のメッシュ単位に整理した数値 の位置に対応するレーザ成果の等高線データ上の標高値 た。このことから、今回の航空レーザ測量は、実際の地 ザ測量による数値標高モデル（DEM）作成マニュアル（案）」 標高モデル（メッシュデータ）を作成します。 の比較を行いました。検証の評価においては、公共測量 形を正しく計測できているものと判断できます。 に基づき、地図情報レベル1,000までの作成に適用されてきま ④等高線データ作成 作業規程における等高線の精度許容範囲である標準偏差 同様に他の地区（B,C,D）についても精度検証を行った した。今回、植生の繁茂する地域で、従来より精度の高いレベ メッシュデータを基に、標高値を持った線データである等 ±0.50m以内を基準としました。 結果を表−１に示します。標高差の平均値で見ると数cm ル500地形図の作成を行うため、より高密度で高精度な計測 高線データを作成します。 計画を立案する必要がありました。 コンタクトフライトでの計測が可能で、データ取得密度の向上 と均一化が図れる「ヘリコプター搭載型」を採用しました。 （１）精度検証の方法 また、波形の記録方式として、 「波形記録方式」を採用しま 事業区域内には、過年度までの現地測量により既にレベル した。これは、反射光の強度のみを取得する従来型と比べ、 500地形図が作成されている箇所があり、今回実施した航空 反射光の波形自体を記録するため、データの取得精度の向上 レーザ測量は、それらを含み事業区域全体を包含するように が期待できるものです（図−３）。 行いました（図−４）。 ᚉᮮᆵ t1 t0 t1 t2 t2 t3 t3 t4 ᚉᮮᆵ࡚ࡢW࡛Wࡡ㛣㝰㎾ࡌࡁཱི࡙ᚋ࡚ࡀ࠷ 図−3 波形記録方式の概念図 32 ● +0.25 B れの地区においてもレベル500地形図の基準を満たす高精 0.25 度なデータ取得ができていることがわかりました。 0.50 0.75 表１ 標高点の比較結果 A地区 B地区 C地区 D地区 母数 1,730 4,174 430 1,047 平均標高差（m） 0.002 -0.016 -0.026 -0.065 0.432 →0.210 0.234 0.399 0.273 標準偏差（m） 図−5 標高差の分布（A地区） ダムサイト 時間 時間 地物等に反射したデータを波形として取得 t0 ἴᙟエ㘋ᘟ 範囲である±0.50mの範囲内となっていることから、いず +0.50 4 精度検証 そこで、計測に当たっては、低空、低速度で地形なりに飛ぶ レベルの差であり、標準偏差は公共測量作業規程の許容 (m) +0.75 計測 レーザ測量範囲 小石原川 検証 現地測量範囲 （２）精度検証の結果 図−５に示します。 5 計測条件の違いによる精度への影響 A地区の標高差の標準偏差は0.432mと基準である0.50m 取得データの密度が精度に及ぼす影響を考察するため、間 以内を満足していますが、やや大きい値となっていま 引き処理（意図的にデータ点数を間引いたもの）により作成 A地区における実測成果とレーザ成果との標高差の分布を Ａ C 江川ダム D した密度の異なるデータ群から地形図を作成しました（図− 0km 1km 2km 写真 3km ７）。 図から分かるようにデータ密度が粗くなると等高線や横断 図−4 測量エリア位置図 線も粗くなり、正しい地形を再現できなくなります。 航空レーザ測量による地図情報レベル500の地形図作 このことを定量的に評価するために、密度を変えて間引き 実測成果との比較 レーザ発光数は、従来の２倍の20万回/秒が可能な最新機 成は国内で初めての試みであり、国土交通省公共測量作 材を使用しました。飛行高度については、繁茂した樹林から 業規程（以下、「公共測量作業規程」）によってマニュ の反射光を検知できる高さの上限が500m付近にあると推測 アル化されていない測量手法により公共測量を実施する の違いによる標高差の分布（ヒストグラム）を図−８に示しま されていますが、今回は特に精度の向上を図るため、高度を ことになるため、国土地理院の公共測量の承認を受ける す。 300mに設定しました。 に当たって、公共測量作業規程第16条（機器等及び作業 図に示すとおり、データ密度が４mを超えると標高差の標 （２）等高線図の作成 方法に関する特例）に基づく申請（以下、「第16条申 準偏差が±0.50m以内を満足できなくなることから、地図情報 等高線図の作成は、次の①～④の手順により行いました。 請」）が必要になりました。第16条申請とは、新技術の ①３次元データ（オリジナルデータ）作成 適用時に必要となるもので、測量成果の精度評価及び、 水とともに 水がささえる豊かな社会 処理を行ったデータ群から地形図を作成し、過年度の実測成 点検測量後の比較 点検測量エリア 図−６ 点検前後の結果比較 点検エリア付近の状況 果との標高差を前述した方法により比較しました。データ密度 レベル500の地形図を作成するためには、データ密度として４ m四方に１点以上が必要であることが確認できました。 航空レーザ測量によるレベル500地形図の作成について ● 33 平成20年度技術研究発表会 理事長賞受賞論文 ２m四方にデータが１点 10m四方にデータが１点 2.0m間引き 10m間引き 尾根頂部付近につ 尾根頂部付近につ いて、若 干の形 状 いては 、完 全に形 変化が見られる。 状が変わっている。 1目盛：1m 1目盛：1m ５m四方にデータが１点 図−７ データ密度と断面形状の関係 5.0m間引き 傾斜の急な中腹部 について、 １m程度 の形状変化が見ら れる。 行った結果、航空レーザ測量としては国内で初めて、レベル500 地形図についての公共測量の承認を得ることができました。 1目盛：1m 7 おわりに 頻度（％） 16 original 14 0.5m密度→標準偏差0.27m 2.0m密度→標準偏差0.33m 12 4.0m密度→標準偏差0.45m 10 5.0m密度→標準偏差0.52m 8 ダム事業の事業区域は非常に広く、必要な地形情報は、ダ ム本体及び付帯設備の設計、付替道路や工事用道路等の設 計、貯水池周辺地すべりの検討、貯水容量の確認等で事業区 6 域全域に渡ります。 4 事業の初期段階では、現地への立ち入りが制限されている 2 場合があり、また、設計等にあまり高い精度を求められないこ 0 1.5 1.25 1.0 0.75 0.5 0.25 0.0 0.25 標高差（m） 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 図−８ データ密度の違いによる標高差分布 とから写真測量の成果を使用し、事業の進捗に伴って現地測 量を実施していくことが一般的ですが、この場合、同じ範囲内 において事業段階に応じて縮尺精度の異なる地形情報を重複 6 まとめ して取得することになります。 今回、小石原川ダムにおいて実施した航空レーザ測量の成 る必要がなく、かつ、構造物の設計に必要な地図情報レベル 果について、過年度の現地測量の成果と比較した精度検証に 500の地形データを一括で取得することが可能となります。 より、公共測量作業規程における地図情報レベル500の精度 従って、事業の初期段階から精度の高い地形図を１度の測量 を満たすとともに、現地測量による成果と同等の精度を有し で作成することができるため、事業の効率化やコスト縮減に ていることが確認できました。 繋げることができます。このことから、今後のダム事業等にお また、計測条件を変えた検証において、地図情報レベル ける有効な地形情報の取得方法であると考えています。 500の地形図作成に必要なデータ密度は、４m四方に１点以上 小石原川ダムにおいても、今回の航空レーザ測量により、 との定量的な指標を見出すことができ、これらを基に作業マ 短期間で事業区域全域に渡る高精度のレベル500地形図を整 ニュアル（案）を作成しました。 備することができました。今回の成果を活用してダム本体等の この精度検証の結果と作業マニュアル（案）をもって申請を 設計を進め、事業の進捗に努めてまいります。 今回実施した航空レーザ測量では、ほとんど現地に立ち入 参考文献／ 1) 社団法人日本測量協会 .2002. 国土交通省公共測量作業規程（世界測地系対応版） 2) 国土交通省国土地理院 .2007. 航空レーザ測量による数値標高モデル（DEM）作成マニュアル（案） 34 ● 水とともに 水がささえる豊かな社会