ドローンによる3次元測量のやり方を解説！手順や資格等のメリット・デメリット、測量の種類も解説
本記事を読まれている方は以下のような疑問を抱えているのではないでしょうか。
- 「ドローン測量はどんな手順で行われるんだろう…」
- 「ドローンを使った測量にはいろんな方法があるのかな…」
そこで、本記事はドローンを使った測量に関する基礎知識やドローンによる3次元測量のやり方をはじめ、ドローンを使った測量におけるメリット・デメリットについて解説してきます。
最後には、ドローンによる測量依頼にかかる費用の相場についても軽く触れており、本記事を読み終える頃にはドローンによる測量を行うことでどういったメリットがあるのかわかるでしょう。
ぜひ最後までお目通しください。
ドローン測量とは
ドローン測量とは、センサーやカメラなど撮影装置を備えたドローンを使用し、空中から広い範囲の地形や地表を計測する方法です。
以下の表は、従来の測量方法とドローンによる測量との測量可能範囲における違いを表したものになります。
| 測量手段 | 方法 | 測量可能な範囲 |
|---|---|---|
| 地上での測量 | 距離と角度を測れる装置（トータルステーション）を利用した地上での測量 | 小 |
| ドローンによる測量 | ドローンを用いた上空（低空）からの写真やレーザー照射による測量 | 中 |
| 有人航空機による測量 | セスナなどを用いた上空（高空）からの写真やレーザー照射による測量 | 大 |
ドローンによる測量のやり方は3種類
ドローンを使った測量は主に3パターンのやり方があります。
以下はドローンによる測量の3種類のやり方です。
| 測量方法 | 概要 | 費用 |
|---|---|---|
| ドローン写真測量 | ドローンに取り付けたカメラで重なる部分があるように多数の写真を撮影し、それらを組み合わせて地形のデータを集める調査手法 | ◯ |
| ドローンレーザー測量 | ドローンに装備されたレーザー測距器を用いて地上へレーザーを放射し、そのレーザー光が反射することにより距離データを収集する方法 | ◎ |
| グリーンレーザー測量 | ドローンに装備されたレーザー測距器を用いて地上へレーザーを放射し、そのレーザー光が反射することにより距離データを収集する調査手法。 ドローンレーザー手法とは違い、水面・水中まで測量可能です。 | △ |
ドローン写真測量
ドローン写真測量とは、ドローンに取り付けたカメラで重なる部分があるように多数の写真を撮影し、それらを組み合わせて地形のデータを集める調査手法です。
レーザー測定と比較して、低コストの装備で実施可能ですが、樹木が多く地面が視認困難なエリアでは測量が難しくなります。
ドローンレーザー測量
ドローンレーザー測量とは、ドローンに装備されたレーザー測距器を用いて、地上へレーザーを放射し、そのレーザー光が反射することにより距離データを収集する調査手法です。
森林や山岳地帯など、空からの写真撮影が難しい場所においても、レーザーを用いれば木々や葉っぱを通過してデータを収集できます。
この方法は写真測量よりも高い精度のデータを提供することが可能ですが、レーザー測定装置自体が高価であり、その購入費用は数百万から一千万円程度になることがあります。
グリーンレーザー測量
グリーンレーザー測量とは、地表だけでなく、河川や港湾のような水面を含む地域も対象にでき、水底まで到達することができる調査手法です。
この技術により、陸地と水域の3次元モデルを作成し、河川管理や海岸・港湾測量に利用可能ですが、特殊機材の高コストと大型ドローンへの搭載必要性がデメリットです。
ドローン測量に必要なもの
ドローン測量にはドローン（機体）以外にも様々なものが必要になります。
以下はドローンによる測量を実施するにあたって必要となるものとその費用の相場です。
| 測量方法 | 機体 | タブレット | 飛行許可証の用紙 | アプリ/ソフト | 対空標識 |
|---|---|---|---|---|---|
| ドローン写真測量 | 20万~ | 1万~※1 | – | – | 数百円~ |
| ドローンレーザー測量 | 500万~ | 1万~※1 | – | – | 数百円~ |
| グリーンレーザー測量 | 500万~ | 1万~※1 | – | – | 数百円~ |
ドローン本体
ドローン本体は、測量方法によって使用する機体のタイプが異なります。
『ドローン写真測量』に使用されるドローンは、カメラ、GPS、高度計を装備。長時間バッテリー持続が可能なモデルは、バッテリー交換時間の短縮により、測量作業の効率を向上できます。
基本的な測量は搭載カメラで可能となりますが、高精度測量には赤外線機能付きや高性能カメラが必要となる場合があるため注意しましょう。
一方で、ドローンレーザー測量に使用されるドローンは、数百万円から一千万円以上する高価なレーザー装置を搭載できるタイプです。
ドローンの機体を選ぶ際には、測量の目的、必要な機能や性能、予算など総合的に検討して選択するようにしましょう。
タブレット
プロポーショナルシステム（プロポ）コントローラーにモニターがない場合、フライト情報を確認するためにはスマートフォンやiPadなどのタブレットが必要となります。
ただし、全てのデバイスが自動操縦アプリと連動するわけではないため、対応する機種を確認することが大切です。
飛行許可証の用紙（コピーした用紙でも可）
飛行許可や承認が必要な場合は、空港事務所や地方航空局への申請が求められます。
承認を受けた後、PDF形式の許可証を発行。この許可証を印刷して現場に持参することで、万が一のトラブルや確認作業があった際にも対応がスムーズになり、安心して飛行作業を進めることが可能です。
自動操縦アプリ/データ解析ソフト（無料ソフト有り）
自動操縦アプリとデータ解析ソフトは、ドローン測量に不可欠な要素です。
ドローン本体との互換性を重視し、メーカーが推奨する製品の使用が推奨されます。これにより、測量作業の効率と正確性を最大化できます。
対空標識
対空標識は、ドローン測量において不可欠な、標定点の位置を明確に示すための目印です。
これらの標識には、サイズや色に関する特定の規定があり、オンラインで購入することも可能になります。これにより、空中からの視認性が高まり、測量作業の精度と効率の向上が可能です。
ドローン測量に必要な事前準備
以下の表は、ドローン測量に必要な事前準備についてまとめたものです。
| 必要項目 | 概要 |
|---|---|
| 機材準備 | 機体の点検やバッテリーの充電。交換用バッテリーの準備は必須 |
| 保険加入 | ドローン保険の加入は任意。しかし、業務で取り扱う場合、信用やリスクの観点からも加入しておくことをおすすめします |
| 飛行許可申請 | 航空法上の制限を超える場合、国土交通省に申請が必要です |
| 撮影日・予備日の決定と補助役の手配 | 天候などを考慮して、測量実施日と予備日を決めます |
| 関係者との調整 | 測量エリアの周辺に住宅などがある場合、ドローンを飛行する旨を予め周辺住民に伝えておきましょう。思わぬトラブルが生じるリスクを減らすことができます |
【ドローン写真測量】8ステップでやり方を徹底解説
ここでは、ドローンによる測量のやり方を8つのステップに分けて解説します。
以下はドローン測量のやり方の流れの一覧とその概要です。
| 8つの手順 | 概要 | |
|---|---|---|
| STEP1 | 現地調査の実施 | 踏査と呼ばれる、測量を行う現場調査を事前に実施します。 |
| STEP2 | 自動操縦飛行内容の設定 | 自動操縦アプリにドローンの飛行内容を設定・登録します。 |
| STEP3 | GCP（標定点）と検証点の測定/対空標識の設置 | 標定点と検証点の設置場所を決め、目印となる対空標識を置きます。 |
| STEP4 | ドローン撮影 | 設定した飛行内容で、ドローンを飛ばし撮影します。 |
| STEP5 | 撮影データを解析・作成 | ドローンで撮影した画像・データを専用ソフトで解析し三次元点群モデルを作成します。 |
| STEP6 | 精度検証 | ドローン撮影時の水平位置・標高といった座標値と作成した3Dデータの精度確認作業を実施します。 |
| STEP7 | 成果物の作成 | 地形・測量数値・ドローン飛行データ・作成した図面などをクライアントの希望に沿った形にまとめます。 |
| STEP8 | 納品 | 完成したものを納品します。 |
ドローンレーザー測量のやり方を知りたい方はこちらをご覧ください。
【STEP1】現地調査の実施
踏査と呼ばれる、測量を行う現場調査を事前に実施します。
| 調査内容 | 概要 |
|---|---|
| 飛行エリアの確認 | 飛行エリアは飛行禁止区域を確認しましょう |
| 飛行方法の確認 | 夜間飛行・目視外飛行・30m未満の飛行・イベント上空飛行・危険物輸送・物件投下 |
| 物理的障害物の有無の確認 | 写真測量は、上空から撮影した画像を元にデータ解析を実施 |
| 通信状況の確認 | 通信状況に障害を起こす要因となりやすい携帯電話の基地局や無線局、高圧送電線などの有無は確認しましょう |
| 付近の環境確認 | 「周辺にプライバシー配慮が必要な民家や施設がないか」「すぐ近くを一般道路などが通っていないか」といった、付近の環境確認が必要です |
以下は上記表で取り上げた調査内容の詳細です。飛行エリアや飛行方法については目を通しておきましょう。
飛行エリアの確認
【原則飛行禁止区域】
◎緊急用務空域
土砂崩れや山火事といった大規模災害が発生した際、捜索活動や救助、消火活動の為にヘリコプターなどが飛行している空域は原則飛行禁止です。
緊急用務空域は国土交通大臣によって指定され、該当エリアは航空局の公式ホームページ、航空局の公式Twitterアカウントで確認できます。
【飛行許可申請が必要なエリア】
| 申請が必要なエリア | 概要 |
|---|---|
| 空港等の周辺の上空 | 飛行機などの安全航空の妨げにならないように、空港やヘリポートなどの周辺空域の事項は申請が必要。 |
| 人口集中地区の上空 | 飛行機などの安全航空の妨げにならないように、空港やヘリポートなどの周辺空域の事項は申請が必要。 |
| 人口集中地区の上空 | 人又は家屋の密集している地域の上空。人口集中地区に該当するかどうかは、国土地理院の「地理院地図」で確認できる。 |
| 150m以上の高さの空域 | 地表から高さ150m以上は航空機のための空域である為、安全上申請が必要。 |
飛行方法の確認
以下は飛行許可の申請が必要な飛行方法です。
| 申請が必要な飛行方法 | 概要 |
|---|---|
| 夜間飛行 | 日没後から日の出までに行う飛行には申請が必須 |
| 目視外飛行 | ドローン操縦者が直接視認できない範囲での飛行には申請が求められます。 |
| 30m未満の飛行 | 人や物件との距離が30m未満の場合、その飛行には申請が必要です。「人」はドローン飛行関係者以外を、「物件」は関係者の所有・管理下にないものを指します。 |
| イベント上空飛行 | 人が集まるイベント上空を飛行させる場合、イベントの開始から終了までの飛行許可が必要です。 |
| 危険物輸送 | 爆発性や易燃性を含む危険物の輸送には申請が必要。毒物、引火性液体、火薬類、凶器などがこれに該当します。 |
| 物件投下 | ドローンから物を落とす行為も申請が必要です。これは、地上の人や物への危害や、飛行中の機体バランス崩れのリスクがあるためです。 |
物理的障害物の有無の確認
写真測量では、空中から撮った写真を基にデータの解析を行うため、樹木や草で地表が覆われていると、精確な測定が困難になります。求める測量の精度に応じて、障害物が問題となる場合は、レーザー測量など他の測量手法への切り替えが効果的です。
通信状況の確認
飛行前には、携帯電話の基地局や無線局、高圧送電線など、通信障害を引き起こしやすい要因が周囲にないかを確認しましょう。
これらの施設や電線付近で飛行すると、電波が途切れ操縦が不安定になる恐れがあります。そのため、通信干渉を引き起こす可能性がある場所から遠ざかるような飛行計画を策定し、フライト当日は電波状況やGPS、コンパスへの干渉に注意しながら、ドローンの状態を常にモニターでチェックすることが重要です。
なお、測量場所の電波環境を調べる方法は以下のツールで対応可能です。
| 調査ツール名 | 概要 | 例 |
|---|---|---|
| 電波チェッカーやスペクトラムアナライザ | 現場での無線環境がどのような状態なのか確認できるツール。スペクトラムアナライザは高額なものも多いので、レンタルを検討しても良いかもしれません。 | ・電波チェッカーRfscope ARN-7010 ・スペクトラムアナライザOscium Wipry5x レンタル |
| アプリ | 簡易的にはなりますが、アプリを利用した調査方法もあります。そこまで本格的なツールは必要ないという方におすすめです。 | WiFiアナライザー |
付近の環境確認
飛行前に付近の環境を確認するようにしましょう。特に以下のような環境がないかチェックしてください。
- 周辺にプライバシーの配慮が必要な施設がある
- 近辺で一般道路が通っている
また、こうした問題には以下のような対処が効果的です。
- 事前にドローンを飛ばす日時を周辺住民に通達しておく
- 一般道路と並行に飛ぶような飛行ルートにする
【STEP2】自動操縦飛行内容の設定
自動操縦アプリにドローンの飛行内容を設定・登録します。
自動操縦アプリ設定内容と手順
【その1】ドローンを飛ばすエリアを設定する
飛行エリアを設定する際、多くの自動操縦アプリはコースを自動で作成します。
このプロセスでは、飛行禁止エリアや一般道路が近くにある場合、設計されたルートがこれらのエリアや道路を避けているかどうかを確認することが大切です。
安全かつ規制を遵守する飛行計画を立てるために、自動で作成されたルートの詳細なチェックを行い、必要に応じて手動で調整を加えることをおすすめします。
【その2】飛行させる高度、ラップ率を設定する
次に、高度・ラップ率を設定します。これらを設定すると、アプリによって飛行速度が自動設定されることがあります。
ラップ率とは
撮影した画像が何%重なっているかの値。前方向(オーバーラップ)と横方向(サイドラップ)があります。
安全面とデータ精度の観点から、高度設定に間違いはないか確認しましょう。
【その3】カメラ角度、明るさの調節をする
【カメラ角度】
ジンバルピッチ＝カメラの角度については、斜めにすることで精度が良くなるという検証結果がありますが、基本的には真下方向(-90°)で設定するようにしましょう。
【明るさについて】
測量実施日の天候や地面の色に応じてより鮮明な画像になるように明るさを調節する必要があります。
【STEP3】GCP（標定点）と検証点の測定/対空標識の設置
標定点と検証点の設置場所を決め、目印となる対空標識を置きましょう。
| 検証点とは | 検証点は 3 次元データに付与した座標の精度を確認するために用いる点のことを指しています。 検証点と標定点の座標の差から、距離や高低差を算出。 |
標定点・検証点設置手順
【その1】
測量範囲の標定点と検証点を置くポイントを決めましょう。
標定点・検証点の設置場所
UAV を用いた公共測量マニュアル 概要版によると、標定点は測量データの精度低下を避けます。そのため、計測対象範囲の形状、比高が大きく変化するような箇所、地表面の粒度を考慮して配置するものと規定されています。
検証点は標定点の総数の半数以上を測量範囲に均等になるように配置します。
【その2】標定点・検証点の座標を計測し、対空標識を置く
標定点と検証点の座標を計測し、その場所に目印である対空標識をおきましょう。
座標を測定する方法
トータルステーションを使用したり、水平位置と標高を同時に得られるGNSS測量で実施します。
【STEP4】ドローン撮影
設定した飛行内容で、ドローンを飛ばし撮影しましょう。
ドローン撮影時は、より正確なデータを取得するために高度とカメラ角度を変えて2回(2周)以上の撮影を行うことがあります。
【STEP5】撮影データを解析・作成
ドローンで撮影した画像・データを専用ソフトで解析し三次元点群モデルを作成します。
所要時間は測量範囲によりますが、400m×200mで約2〜3時間程です。
【STEP6】精度検証
精度検証では、ドローン撮影時の水平位置・標高といった座標値と作成した3Dデータの精度確認作業を実施します。
【STEP7】成果物の作成
成果物の作成にあたって、地形・測量数値・ドローン飛行データ・作成した図面などをクライアントの希望に沿った形にまとめます。
【STEP8】納品
成果物の納品を行い、ドローン写真測量は終了となります。
【ドローンレーザー測量】3ステップでやり方を徹底解説
ここでは、ドローンレーザー測量のやり方を3つのステップに分けて詳しく解説します。
以下は、ドローンレーザー測量における手順です。
- 【STEP1】自動操縦飛行内容の設定
- 【STEP2】標定点(GCP)、対空標識の設置
- 【STEP3】撮影データ作成・解析
【STEP1】自動操縦飛行内容の設定
自動操縦アプリの設定は、写真測量時と基本的には同様ですが、レーザースキャナーを使用する場合には推奨される設定値（例えば、速度や高度）が異なることがあります。
そのため、レーザー機器のメーカーが提供する情報を基に、飛行計画や設定値を調整しなければなりません。
また、状況に応じて、これらの数値を自分で計算して最適化することが重要です。これにより、レーザー測量の精度を最大化し、効率的なデータ収集が可能になります。
【STEP2】標定点(GCP)、対空標識の設置
ドローンを用いたレーザー測量では、写真測量に比べて必要な標定点の数を減らすことが可能ですが、それでも標定点の設置は推奨されています。
なぜならレーザー測量の際は、三脚やテーブルを使用して対空標識を地面から少し浮かせると、レーザーによる認識がしやすくなるからです。
この方法は、測量の精度を高める上で効果的であり、データの正確性を向上させるために役立ちます。
【STEP3】撮影データ作成・解析
レーザー測量によって、直接3次元データを取得できるため、写真測量で必要な写真から3次元点群モデルを生成する工程を省略可能です。
ただし、レーザーデータは点の集まりであり、写真測量のように色情報を含まない場合があります。
成果物に色を付けて分かりやすく表示したい場合、写真機能とレーザー機能を兼ね備えた機体を選択するか、写真測量とレーザー測量の両方を行い、後でデータを組み合わせる方法がおすすめです。
これにより、詳細な色情報と精密な3次元構造の両方を含む高品質な成果物を作成することが可能になります。
ドローンによる測量の3つのメリット
ここでは、ドローンによる測量の3つのメリットについて解説します。
以下はドローンによる測量の3つのメリットです。
- 作業時間と人員を削減できる
- 測量費用が抑えることができる
- 人の立ち入りが困難な場所でも計測できる
作業時間と人員を削減できる
先に軽く述べましたが、地上での測量と比較した場合、作業時間を大幅に短縮することが出来ます。
以下は、国土交通省/ICT土工事例集【測量業務編】の事例（秋田県の事例）を取り上げたものです。
【作業時間の削減】
鳥海ダム百宅線他道路予備設計業務(0.69㎢）
| 測量方法 | 作業時間(外業） | 作業時間（内業） |
|---|---|---|
| 従来の測量方法 | 113時間 | 59時間 |
| ドローンによる測量 | 11時間 | 92時間 |
●履行期間（工程）：「積雪期を控え早期に効率よく外業を完了させる必要があったが、
国土交通省/ICT土工事例集【測量業務編】
UAVレーザー使用により、TSの測量と比べ外業が12日→3日に短縮、内業は12日
→18日と増加したが、全体として３日短縮した。」
●編成：「通常のTS等で外業9人内業5人かかる作業を外業3人内業5人でできるなど
TSより少人数で対応可能であった。」
●品質：「従来のTSの点処理と異なり、点群（面）での管理となるため、微細な地形の
変化点も捉えることができるなど成果の品質が向上した。」
●課題：繁茂期にはレーザーが地表面まで届かない可能性があり、計測時期に留意
する必要がある。
【人員の削減】
天竜川水系小渋川流域測量業務：低山地・原野及び森林(0.042km²)
通常の地上測量では外業15人、内業2人かかる作業を外業5人、内業1人(大半がPCによる自動編集)で完了しました。
測量費用が抑えることができる
ドローンを用いた測量は、セスナ型飛行機などの航空機を使用した測量と比較して、大幅にコストを削減することが可能です。
航空機測量では、計測ごとに飛行機を飛ばす必要があり、その費用は数十万円から100万円程度にも及ぶことがあります。
一方で、ドローンの導入費用は初期に70万円程度かかるものの、機体や付属品を一度揃えてしまえば、以後の計測に際して特別な追加費用が必要ないため、長期的に見ればコストを大きく抑えることができます。
人の立ち入りが困難な場所でも計測できる
ドローンを用いた測量は、人が直接作業を行うことが難しい場所でも、上空からの計測が可能です。
これにより、山や崖、河川付近、傾斜がきつい土地、土砂崩れや河川氾濫などで立ち入りが危険な現場など、さまざまな状況下での測量が比較的容易に実施できます。
また、狭い道幅で車両や機材の搬入が難しい場所においても、ドローンを使用することで、作業に必要な手間や時間を大幅に削減し、効率的な測量を実現できるでしょう。
ドローンによる測量の3つのデメリット
ここでは、ドローンによる測量の3つのデメリットについて解説します。
以下はドローンによる測量の3つのデメリットです。
- 高低差などレーザーが届かない場所は測量方法に制限がある
- ドローン飛行には資格が必要である
- 飛行時間が30分程度でバッテリー交換に時間がかかる
高低差などレーザーが届かない場所は測量方法に制限がある
写真測量は、樹木などが地表を遮ってしまう場所では正確なデータを取得するのが難しいため、そのような環境ではレーザ測量が推奨されます。
レーザ測量は樹木の間を抜けて地面まで到達することができるため、植被に覆われた地形でも測定が可能です。
しかし、建物やその他の遮蔽物がレーザー光の通路を阻む場合、そのエリアの測量は困難になります。
そのため、どちらの測量方法を選択するにせよ、測量対象地の現地状況を事前に詳しく調査し、最適な測量手法を選定することが重要です。
ドローン飛行には資格が必要である
2022年12月に施行された「レベル4対応」と称される新航空法では、以下の飛行方法を実施する際、ドローン操縦者が無人航空機操縦者技能証明書のライセンスを保有することが義務付けられました。
- 第三者の上空飛行
- 夜間飛行
- 有人地帯での目視外飛行
この法律は、ドローンの使用が広がるにつれて生じる安全上の懸念に対応するために制定され、操縦者の技能水準の確保とともに、機体の認証も必要とされています。
さらに、運航ルールも強化され、より安全なドローン利用の促進が図られています。
この法改正により、ドローンの商業的な利用や公共の場での使用においても、より高い安全基準が求められるようになりました。
飛行時間が30分程度でバッテリー交換に時間がかかる
使用条件や搭載する重量によって異なりますが、一般的にドローンのバッテリー寿命は限られており、多くの場合は数十分程度で消耗してしまいます。
広い範囲を測量する際には、このバッテリーの制約を考慮して、数回にわたって離着陸を繰り返し、バッテリー交換を行いましょう。
このように計画を立てることで、効率的に広範囲のデータ収集を行うことが可能。バッテリー管理は、ドローン測量の効率性と実行計画において重要な要素となります。
ドローンによる測量に伴う費用の相場
ドローンを使用した依頼費用は、各依頼先によって変動があり明確な相場が定まっていない業者がほとんどです。
営業から15年以上の歴史を持つDrone Safety Lisense(DSL)であっても特定の金額は定められておりません。依頼者と依頼内容を相談しながら随時検討していく流れとなります。
しかし、Drone Safety LisenseはTOYOTAをはじめとする大手企業との実績も豊富にあるため安心して依頼することができるでしょう。
まとめ
本記事では、ドローンによる測量の基礎知識をはじめ、ドローンによる測量のやり方を各測量方法別に解説してきました。
また、ドローンによる測量方法のメリット・デメリットについてもまとめており、最後まで読み進めていただいた方はドローンによる測量が人件費の削減だけでなく、納品スピードの向上に大きく貢献できることがお分かりいただけたことでしょう。
最後までご覧いただきありがとうございました。