MAD3D 地上型レーザスキャナ測定システム

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共同研究・開発　大永ドリーム株式会社
共同研究・測定協力　(有)和泉測量

地上型レーザスキャナ測定システム

測定・解析システムの研究・開発、販売、測定サービス
(株)数理設計研究所３Ｄ事業部名倉裕

　地上に置いたレーザースキャナで地形を観測する方法を、研究、開発しています。レーザースキャナは、レーザープロファイラ、または略してLS、LPとも呼ばれます。
　数百メートル以上測定できるレーザースキャナを使い、山地、河川、雪山、人工構造物などをを対象とします。プロファイラと呼ぶと、静的な地形測定に思われますが、特性の抽出、時間的変化も観測します。
　準備が要らず、時間、天候を選ばない即応性、高い分解能、地上設置の高い安定性が特徴です。

良いデータを求めて、測定法、データ解析法の研究・開発を続けています。
取得データから形状を再現。自在な等高線、断面線、模型を製作。特性抽出の研究、開発をしています。
長期、短期の地形変位を測定します。
レーザー測定器応用システムを研究・開発します。
レーザースキャナの購入相談に応じます。

→ 「地上型レーザースキャナの今とこれから」を読む

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問い合わせ先

主担当　名倉裕 nagura@dan.wind.ne.jp
副担当　玉置晴朗　mad@mail.wind.ne.jp
株式会社数理設計研究所　太田研究室
Tel 0276-37-7948
Fax 0276-37-7942
373-0019 群馬県太田市吉沢町1066
ぐんま産業高度化センター101
所在地・電話→案内
　　ぐんま産業高度化センター案内図

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１．レーザースキャナ　２つの可能性　レーザースキャナは今、ちょっと変わった測量方法として、主に地形調査に使われています。測量的応用ですから、成果も測量的で、標高モデルを主としています。航空レーザー測量が普及したのは３次元成果が必要とされないためでもあります。上から見えるものだけを測るのですから。　地上型レーザースキャナは、３次元形状を測ります。構造物の側面、下面、切り立った崖やオーバーハングの観測は容易です。ただ、３次元データはとても多くの要素を含んでいますから、人の目には特徴を把握しにくいものです。何らかの形で、必要な要素を２次元化して表す必要があります。　　更に、測量には時間の概念はありませんから、ある日の状態を伝えるだけです。変化を追い続ける事はありません。期間をおいて再度測定し、比較するのがせいぜいです。レーザースキャナは３次元形状を正確に取得する装置であり、連続測定で時々刻々の変化さえ観測します。	岩盤の測定岩盤安定評価のため測定測定データ反射強度を図化上の大石はオーバーハングして割れ目がある TIN化サーフェース図作図例：立面等高線図錦帯橋を見上げて測定山口県岩国市 2001年平成の架け替え前こんな測定は容易にできる。上のどちらも、同じ機器 LS: RIEGL LMS-Z210 分解能は、Z420の1/10
２．３次元観測　標高モデルは３次元形状を表せません。切り立った岸壁は立面図で表さないと、詳細はわかりませんし、オーバーハングは等高線に現れません。ダム、堰堤など人工構造物や、普通にある建物さえ、平面形状だけが見えます。標高モデルを成果とする限り、地上型レーザースキャナの３次元データは充分に表現されないのです。　　最近では、３次元点群データを扱うソフトウェアが増えています。これらの多くは機械設計、製造のために作られたものです。中には点群データを得意とするものがあり、別の座標系にあるモデルの座標合成が可能です。測定者がどれほど楽になるでしょう。リーグルのWEBサイト「3D Projects & Photo Gallery」で紹介される測定例の数々は、こうした３次元データを扱うソフトウェアに多くを依存しています。
３．３次元データ　それでは３次元データが、どんな役に立つでしょう。何をアピールできるでしょうか。それを人々にわかってもらうためには、レーザースキャナのデータが、景観の全てを映していることをわかっていただかなくてはなりません。一度測定してしまえば、データから全ての形がわかります。測定データから、地形のあらゆる情報を抽出、図化できます。　　測定したデータから、３次元ソフトウェアが表す景観は見事です。美しいものです。しかしそれは定性的な観察の援助にはなりますが、定量的な観測は困難です。３次元データは定量的な観測をむしろ得意としています。あらゆる断面線は、即座にあらゆる方向で、スケールで作成できます。起伏や勾配の分布、傾斜はすぐに部分であれ、広域であれ数値として表せます。
４．何を測ったか　レーザースキャナが測る形状には、あらゆるものが含まれます。土砂面、コンクリート、木々、草。道路、建物、橋、電柱。集う人々、車、牛の群れがあるかもしれません。従来、レーザースキャナは地形を測って、植生の除去に追われてきました。ハードウェア、ソフトウェアの発展で、この戦いは終わりを迎えようとしています。　レーザースキャナ測定の目標の１つは、測定したものが何かを、自動的に解析する事だと考えています。道路と木々と家と車を自動的に色分けできる。そんなシステムは可能でしょうか。写真の解析より判断材料は多いのです。３次元的に形がわかっています。しかしまだ、できていません。　全てをわかる事は理想です。しかし今は、目的に応じた、必要なものの分類を順次可能にして行く努力をしようと考えています。
５．ハードウェアの可能性　レーザースキャナには、コンピュータのような急速な進歩はありません。しかし確実に進歩しています。振り返ればここ10年間で、驚くほど進歩しています。分解能で一桁向上し、到達距離は数倍になりました。　国内の山野では、１kmの有効距離があれば「見える範囲の測定」にほぼ足ります。レーザー光の反射能が低い物体や、日本のモヤの多い気象では、実有効距離は最大有効距離の６～７割と考え、もう一つ長い有効距離が欲しく思います。　　短距離で良いから、高精度でなくて良いから、そのぶん軽量で安価なものがあればと思います。そんなスキャナの登場も望みます。簡便な立体カメラとして使いたいのです。

６．変位観測　地上型レーザースキャナのもう１つの可能性は、変化の観測です。長い期間に時々測定して変化を抽出する。これは測量的方法で従来から行われています。レーザースキャナは地表面全体を測ります。変化があった部分を知り、そこを測るのではなく、どの部分が変化して、どの部分は変わっていないのか、全てが知れます。・長期間の変化　週や月毎、季節ごとに、あるいは年に一度測定して変化を知る。そんな測定は通常の３次元測定と変わる事がありません。むしろ３次元測定の多くは、現在の地形を知るとともに、将来の変容を知る基礎データとして使われます。１回だけの測定と異なるのは、差分を図化する、あるいは数値化するデータ処理だけです。・短期間の変化　短期間変化の観測はレーザースキャナならではのものです。時々刻々の変化を連続、あるいは間歇的に観測し、変化をリアルタイムで表示します。測定対象に足を踏み入れる必要がなく、遠方から高速で観測し、直接３次元座標データが得られるという特性を生かします。　連続観測には、未だいくつかの課題があります。長時間連続測定レーザースキャナはどれほどの連続運用が可能でしょうか。RIEGL LMS-Z210で約１日、20時間以上の測定経験があります。不安定な状態になった事はありません。しかし頻繁に、より長い時間運用するとどうなるかは、まだわかりません。　測定データのリアルタイム処理連続測定では、測定と平行してデータ処理を行います。RIEGL LMS-Z420iでは、毎秒数千点のデータを受信、処理しながら、データ処理を行い、結果を表示します。更にユーザーの制御コマンドを受け付けます。これを実行するソフトウェアは、知る限り、消防研究センター、新井場公徳氏の依頼で数理設計研究所が作ったものしか知りません。多くの方に挑戦していただきたいものです。　機器の安定設置長時間変位を測定するため、レーザースキャナは安定した設置が求められます。レーザースキャナの重さは20kg近く、僅かながらモーターの振動があります。舗装面上に設置するなら問題はありませんが、土の上では非常な注意を要します。同様に、直射日光の熱で脚が伸縮する事などに、配慮しなければなりません　可能なら変位を検出してデータを補正したいのですが、まだ先の技術です。LMS-Z420iにオプションで内蔵される傾斜計の分解能は、スペックよりかなり高そうで、変位の検出ができそうです。　　斜面の変位観測には、伸縮計、傾斜計などが使われます。あるいはレーザー距離計で一点を観測し続けることもできます。しかしどちらも、変位位置が狙った場所を外すと、変位データは得られません。狙わず広く観測するのがレーザースキャナです。　広い斜面全体の観測は、ライブカメラ、ビデオが使えます。期待できる分野ですが、分解能、検出精度は今のところもうひとつです。夜間は高感度カメラで観測が可能になりました。雨中はどうでしょう。現在は、レーザースキャナが使い良さそうです。	数理設計研究所レーザスキャナの変遷レーザー距離計 RIEGL FG-21を、自社製作の自動経緯台に搭載 RIEGL LMS-Z210 そろそろ10年経つ変位観測ではまだ主力 RIEGL LPM-2K ２km前後を測れるのは、これだけだった RIEGL LMS-Z420i 今、一番活躍する汎用機 (有)和泉測量所有