建設、測量、インフラ点検の現場において、3Dレーザースキャナーはもはや欠かせないツールとなり、急速に普及しています。従来のトータルステーションや手計測では困難だった複雑な地形や構造物の三次元化を、短時間で高精度に実現できる点がその大きな魅力です。
さらに、軽量で持ち運びが簡単なハンディ型3Dレーザースキャナーや、自己位置推定を自動で行うSLAM技術を搭載した最新モデルが登場し、現場の生産性向上に大きく貢献しています。これにより、計測作業の効率が飛躍的に向上し、安全性や精度の面でも優れた成果を上げています。
今回は、3Dレーザースキャナーの基本原理をはじめ、最新モデルの特徴や導入効果、実際の活用事例を深掘りし、今後の展望も解説します。これからの測量業務において、どのように3Dレーザースキャナーが活用されるのかを知ることで、現場での競争力を高めるヒントが得られるでしょう。
3Dレーザースキャナーとは
3Dレーザースキャナーは、対象物の三次元データを高精度で取得できる測定機器です。これから解説するのは、3Dレーザースキャナーの基本的な仕組みや、従来の測量技術との違い、さらにその種類についてです。これにより、どのように現場の作業効率が向上し、安全性や精度が大幅に向上するのかがわかります。
対象物を三次元データ化する測定機器
3Dレーザースキャナーは、対象物の形状や位置情報を数百万点から数億点にわたる「点群データ」として取得する高度な測定機器です。具体的には、レーザー光を対象に照射し、反射した光を受信して距離を計算します。この計測結果にスキャナーの回転や傾斜データを組み合わせることで、三次元空間内の正確な座標を算出できます。
取得された点群データは、建物や橋梁、造成地の起伏、トンネル内の形状など、ミリ単位の精度で再現可能です。さらに、カラー情報を付加することで、外観も詳細にデジタル化でき、設計から施工、維持管理の各工程で活用できます。
たとえば、橋梁点検の現場では、従来の作業では高所で手作業による寸法測定が必要でしたが、3Dレーザースキャナーを使えば、安全に離れた場所から正確な寸法を取得でき、作業者の安全性が大幅に向上します。トンネルの断面形状をスキャンすることで、工事計画や維持管理データとしてそのまま利用できることも大きなメリットです。
従来の測量との違い
従来の測量技術では、トータルステーションやGNSS測量を使って「点」での計測を行い、その点をつなげて形状を推定していました。この方法では、複雑な構造物や広範囲の地形を正確に測量するには、非常に多くの時間と手間がかかり、現場条件によっては測量精度が安定しないこともありました。
一方、3Dレーザースキャナーは、面全体を一度に取得できるため、従来の方法と比べて計測スピードが飛躍的に向上します。広範囲の現場でも、従来数日かかっていた作業を数時間で終わらせることができ、現場滞在時間を大幅に短縮できます。
また、多くのモデルにはリアルタイムプレビュー機能が搭載されており、その場でスキャン結果を確認できます。これにより、誤差や漏れが発生した場合に即座に再スキャンができ、作業効率と精度が確保されます。
3Dレーザースキャナーの種類
3Dレーザースキャナーには、現場の条件や測量目的に応じて複数のタイプがあります。代表的なタイプは次の3種類です。
- 固定型（地上型）
- モバイル型（ハンディ型・車載型）
- ドローン搭載型
1.固定型（地上型）
固定型の3Dレーザースキャナーは、高精度で広範囲の計測が可能で、建物外観や橋梁、造成地などの測量に適しています。三脚に設置して使用するため、安定した精度が保証され、点群密度も高く、詳細なデータを必要とする現場に最適です。
2.モバイル型（ハンディ型・車載型）
モバイル型の3Dレーザースキャナーは、狭小空間や移動しながらの計測に適しており、手持ち型のものは作業者が歩きながら計測することができます。これにより、1人でも広範囲の現場を短時間でスキャン可能です。
車載型は、広域工事現場や舗装道路の測量に役立ち、走行しながら地形データを取得できるため、効率的に作業を進めることができます。
3.ドローン搭載型
ドローン搭載型の3Dレーザースキャナーは、空中から地形や森林を計測するためのモデルです。山岳地帯や河川周辺、災害現場など、人が立ち入れない場所でも安全かつ高精度にスキャンができます。従来の空撮と三次元測量を同時に行えるため、効率的な現場データの取得が可能です。
3Dレーザースキャナーの仕組みとSLAM技術
3Dレーザースキャナーは、単にレーザー光を照射して距離を測るだけでなく、空間全体を高密度かつ正確にスキャンし、三次元モデルとして統合する高度な技術です。ここでは、レーザー計測の基本原理から、SLAM技術との連携、さらにはIMUやAIを活用した精度向上の仕組みまで解説します。
レーザー計測の基本原理
3Dレーザースキャナーは、対象物に向けて発射されたレーザー光を受け取り、その反射光から距離を計算します。この距離計算は、主に次の2つの方法で行われます。
- TOF（Time of Flight：飛行時間方式）
- 位相差方式（Phase Shift）
1.TOF（Time of Flight：飛行時間方式）
TOF方式では、光が対象物に届き、反射して戻るまでの時間を測定して距離を算出します。この方法は、対象物までの距離が長い場合でも高精度で計測可能で、建物外観や広範囲の地形測量に適しています。
2.位相差方式（Phase Shift）
位相差方式では、発射した光の位相差を検出し、距離を計算します。この方法は、TOF方式に比べて短距離の計測に優れており、高密度な点群データの取得が可能です。特に室内空間や狭小現場での精密計測に適しています。
レーザー光は、通常、360°回転するスキャナーに搭載され、水平および垂直方向に連続してスキャンします。この方式により、従来の測量方法では不可能だった面全体を一括でデータ化することが可能になります。
さらに、複数のスキャン位置から取得したデータを統合することで、広範囲の現場でも精度の高い三次元モデルを作成できます。
SLAM（自己位置推定とマッピング）とは
SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技術は、特にハンディ型の3Dレーザースキャナーに不可欠な技術です。
従来の測量機器では、基準点を設定してその座標を基に測量を行っていました。しかし、GPS信号が届かない屋内やトンネル、地下施設では、正確な位置の特定が困難でした。
SLAM技術を搭載したモバイルスキャナーでは、次のプロセスで精密な三次元マップを作成します。
- 自己位置推定
- 特徴点認識
- 地図作成（マッピング）
1.自己位置推定
SLAM技術では、スキャナーに搭載されたセンサーが移動量や回転をリアルタイムで計測し、その情報を元に位置を推定します。IMU（加速度・角速度センサー）やオドメトリ情報を活用することで、正確な軌跡を描きながらスキャンが行えます。
2.特徴点認識
SLAM技術を利用するスキャナーでは、スキャン中に取得された点群データから、壁の角や構造物のエッジなど、周囲環境の特徴的な点を抽出します。これにより、自己位置が補正され、精度が向上します。
3.地図作成（マッピング）
SLAM技術を活用したスキャナーは、取得した点群と特徴点情報を統合して三次元マップを生成します。過去のスキャンデータと新たに取得したデータを自動的にマッチングさせ、精度の高い連続的な点群データを作り上げます。
この技術により、狭小空間やトンネル、地下施設、橋梁下部など、従来の測量では困難だった場所でも正確な三次元データが取得可能になりました。SLAM技術を活用することで、ハンディ型スキャナー一台で大規模かつ複雑な現場を短時間でスキャンできるようになり、現場の生産性が大幅に向上します。
AI、IMUとの連携で進化する測定精度
SLAM技術だけでも高精度な測量が可能ですが、さらにIMU（Inertial Measurement Unit）やAIを組み合わせることで、測定精度が格段に向上します。
IMUは、加速度や角速度をリアルタイムで検知し、スキャナーの微細な揺れや傾きを補正します。そのため、手持ちで移動しながらスキャンしても、ブレによる誤差を最小限に抑えることができます。
取得した点群データはAIによって解析され、重複部分のマッチングや漏れ箇所の補正を自動で行います。これにより、従来は熟練技術者が手作業で行っていた点群データの統合作業が自動化され、短時間で高精度な三次元モデルを生成することが可能になります。
AIは形状やパターンを認識し、現場の複雑な構造物でも正確に位置を特定します。これにより、スキャン漏れや誤差がほぼゼロに近い状態でデータ化され、精度の高い計測が実現します。
3Dレーザースキャナー導入のメリット
3Dレーザースキャナーは、現場での測量や点検作業を大幅に効率化し、高精度なデータ取得を実現します。また、安全性の向上とともに、現場DX（デジタルトランスフォーメーション）の推進にも貢献します。ここでは、3Dレーザースキャナー導入の主なメリットと、具体的な活用分野について解説します。
- 作業効率を飛躍的に向上できる
- 高精度・高密度なデータを取得できる
- 安全性とトレーサビリティを向上できる
- DX推進の中核ツールとなる
作業効率を飛躍的に向上できる
3Dレーザースキャナーを導入する最大のメリットは、現場作業の効率化です。
従来の測量では、測点の設置から座標測定、計算処理、データ入力まで、数日から1週間以上を要することが一般的でした。特にトンネルや橋梁下部、狭小空間など、アクセスが困難な現場では作業効率が低下する傾向がありました。
一方、ハンディ型のSLAM搭載スキャナーを使用すれば、作業者が1人で移動しながら計測でき、数日かかっていた測量作業がわずか1～2時間で完了することもあります。現場滞在時間の短縮に加え、作業者の負担も大幅に軽減されます。
さらに、リアルタイムプレビュー機能を搭載したモデルでは、その場でスキャン漏れや誤測定を確認でき、再測量のリスクがほとんどなくなります。
この効率化により、従来必要だった複数人での測量作業や大型機材の設置・撤収作業を削減でき、人件費や機材費のコスト削減にもつながります。特に、広範囲で複雑な地形の現場では、その効果が顕著に現れます。
高精度・高密度なデータを取得できる
3Dレーザースキャナーは、数百万〜数千万点規模の高密度な点群データを取得することができます。そのため、従来の測量では把握できなかった微細な形状や凹凸も正確に再現できます。たとえば、法面のわずかな変位や構造物の微細な傾きもミリ単位で計測でき、施工管理や維持管理の精度が大幅に向上します。
取得した点群データは、寸法計測や角度測定、体積計算など、さまざまな解析に対応可能です。さらに、BIM（ビルディングインフォメーションモデリング）やCIM（コンストラクションインフォメーションモデリング）モデルに直結することができるため、施工シミュレーションや設計段階での干渉チェックにも迅速に活用できます。
点群データは長期保存が可能で、経年変化の比較や将来的なリノベーション、補修計画に役立つ基礎資料としても利用できます。
安全性とトレーサビリティを向上できる
従来の測量では、作業者が高所や危険なエリアに立ち入る必要がありました。しかし、3Dレーザースキャナーを使用することで、これら危険箇所に人が立ち入ることなく、安全に現況を把握することができます。トンネル点検や橋梁下部の測量、法面の安定性確認など、リスクの高い作業も遠隔で短時間に実施できるため、現場事故の防止に直結します。
さらに、3Dレーザースキャナーで取得したデータはデジタル形式で保存され、作業履歴や位置情報が明確になります。これにより、トレーサビリティが向上し、施工後の検証や報告書作成も容易になります。作業の安全性確保と同時に、責任追跡や品質管理においても大きなメリットがあります。
DX推進の中核ツールとなる
3Dレーザースキャナーは、単なる測量機器にとどまらず、現場DX（デジタルトランスフォーメーション）の推進において重要な役割を果たします。取得した3Dデータはクラウドで共有でき、設計者、施工者、発注者がリアルタイムで同じ情報を確認することができます。これにより、意思決定の迅速化や作業調整の効率化が実現します。
また、AI解析やシミュレーションへの展開も容易です。点群データを基に構造物の変位や劣化状態を自動で検知するAIモデルを構築すれば、人的判断の負担を大幅に軽減できます。
さらに、施工シミュレーションや維持管理計画への反映が可能となり、単なる測量データにとどまらない価値を現場に提供します。
3Dレーザースキャナーの主な活用分野
3Dレーザースキャナーは、建設や土木、インフラ管理、文化財保存など、多くの分野で活用されています。ここでは、具体的な活用事例として、建設・土木測量、建築・リノベーション、インフラ維持管理、そして文化財・遺構保存の分野における利用方法について解説します
- 建設・土木測量
- 建築・リノベーション
- インフラ維持管理
- 文化財・遺構保存
建設・土木測量
道路や橋梁、トンネル、造成地などの現場では、3Dレーザースキャナーが出来形管理や土量計算、施工後の記録保存に活用されています。広範囲で複雑な地形でも、高密度の点群データを迅速に取得することができ、これにより短時間で正確な測量が可能です。
この技術を導入することで、施工精度を維持しつつ、生産性を向上させることができます。
建築・リノベーション
既存建物のスキャンデータを活用することで、BIM設計や干渉チェックが容易に行えます。また、リフォーム前後の比較検証にも役立ち、設計段階での手戻りを減らすことができます。さらに、歴史的建築物や文化財建築の保存にも有用で、非接触で高精度なデータを取得できるため、保存作業が効率的かつ精確に行えます。
インフラ維持管理
橋梁やトンネル、法面などのインフラにおいて、3Dレーザースキャナーは変状監視に活用されます。ひび割れや変位を定量的に計測できるため、経年変化を3Dで可視化することが可能です。これにより、計画的な補修や予防保全が実現でき、維持管理の効率化に貢献します。
文化財・遺構保存
寺社建築や史跡、遺構など、文化財の非接触型デジタル保存にも3Dレーザースキャナーは有効です。災害時の復元資料としても活用でき、3Dプリントによる再現や展示が可能になります。これにより、文化財の保存とその活用を両立させる貴重な技術となっています。
ハンディ型3Dレーザースキャナーの注目モデルの「X200GO SLAMマルチプラットフォームレーザースキャナー」
ここでは、ハンディ型3Dレーザースキャナー「X200GO SLAMマルチプラットフォームレーザースキャナー」の特徴と、その利便性を高める技術について説明します。特に、軽量かつ高精度を両立させる次世代モデルとして、どのような現場でどのように活用できるのかを具体的に解説します。
軽量・高精度を両立する次世代モデル
X200GOは、ハンディ型スキャナーとして機動性を重視しつつ、優れた測量精度を実現する設計が特徴です。最大測距は300mで、ミリ単位の精度を確保しています。この性能により、狭小空間やトンネル内、高所など、従来では作業が困難だった現場でも安定した計測が可能となります。
さらに、X200GOには360°パノラマカメラが内蔵されており、カラー点群のリアルタイム生成が可能です。これにより、測量データと現場の視覚情報を同時に取得でき、施工管理や点検作業の精度と効率を同時に向上させることができます。従来の固定型スキャナーでは困難だった狭小空間での計測も、X200GOでは1人で迅速に対応できるため、現場作業の負担を軽減します。
SLAM技術を搭載しているため、GPS信号が届かない屋内やトンネルでも、自己位置推定を行いながら正確に3Dマップを構築できます。これにより、位置誤差を最小限に抑えつつ、広範囲の空間を短時間で計測することが可能です。
直感操作・即時データ確認が可能
X200GOは、専用アプリ「GOapp」を使用することで、現場で直感的に操作し、リアルタイムでデータ確認ができるようになっています。アプリ上でスキャン進捗や点群の密度を確認することができ、スキャン漏れや計測ミスを即座に把握できます。これにより、再測量のリスクが大幅に減少します。
また、現場で取得したデータはその場で簡単に編集・整合できるため、従来のようにオフィスで膨大な点群統合作業を行う必要がなくなります。取得したデータは、BIM/CIMモデルやCAD、GISに直接反映できるため、設計から施工までのプロセスがスムーズに進行します。
さらに、X200GOはドローンや車載型スキャナーとの拡張が可能です。これにより、地上だけでなく、空中や移動中の計測にも柔軟に対応でき、広範囲かつ複雑な現場でも効率的にデータを取得できます。
多様な導入現場での効果
X200GOは、さまざまな現場で導入効果を発揮しています。代表的な活用例には次のものが挙げられます。
トンネル内測量
トンネル内測量では、従来のGNSS測量では測位が困難でしたが、X200GOのSLAM技術により、トンネル内でも自己位置をリアルタイムで補正しながら、正確な3Dデータを取得できます。これにより、ひび割れや変位の計測が容易になり、保守・点検作業の効率化が実現します。
橋梁下部・法面測量
橋梁下部や法面測量では、高所作業や危険な場所への立ち入りが必要でしたが、X200GOなら1人で短時間かつ安全にスキャンできます。取得したデータは即座にCIMモデルに反映され、施工後の出来形管理や土量計算にも活用できます。
プラント設備管理
プラント設備管理では、複雑な配管や設備の測量をX200GOを使って移動しながら行うことができます。360°カラー点群により、現場状況をリアルタイムで把握し、設備管理や改修計画に役立てることができます。従来、複数人で時間をかけて行っていた計測作業が大幅に効率化されます。
建築・リノベーション現場
建築・リノベーション現場では、既存建物の構造スキャンやリフォーム前後の比較検証にも活用できます。BIM設計や干渉チェックによって、設計段階での手戻りを減らし、精度の高い施工計画を実現します。さらに、歴史建築や文化財のデジタル保存にも利用でき、保存と活用を両立させることができます。
3Dレーザースキャナーの今後の展望
3Dレーザースキャナーは、建設・土木・測量・インフラ維持管理の現場で革新をもたらし続けています。技術の進化により、今後はAIやクラウド、ロボティクスと連携することで、従来の測量や施工管理の枠を超え、さらなる効率化と精度向上が期待されます。最後に、現場の自動化、遠隔監視、データ標準化、そしてDX（デジタルトランスフォーメーション）との統合により、どのように業界が変革されるのか解説します。
- 自動化・無人化への進化
- クラウド共有と遠隔監視の普及
- 3Dレーザースキャンデータの標準化
自動化・無人化への進化
現在の3Dレーザースキャナーは、作業者による操作が基本ですが、今後はAIとロボティクスを活用することで、作業の自動化や無人化が進むと予想されます。AIは、点群データを自動で解析し、対象物の分類や異常検知を行うことができます。
たとえば、橋梁点検では、AIがひび割れや変形を自動で認識し、優先順位をつけて報告します。これにより、従来は熟練技術者が目視で行っていた作業を、高精度で自動化できるようになります。
さらに、移動式ロボットやドローンに3Dレーザースキャナーを搭載することで、従来人手が必要だった危険箇所やアクセス困難な場所でも、無人で計測を行うことが可能になります。これにより、トンネル内部や法面、橋梁下部、プラント設備など、作業員が立ち入ることが難しい現場でも、高精度な測量が実現できます。
クラウド共有と遠隔監視の普及
5Gや高速光通信の普及により、3Dレーザースキャナーで取得した膨大な点群データをリアルタイムでクラウドに送信することが可能になっています。これにより、遠隔地からオフィスや管理者が現場のデータを即座に確認し、解析することができます。
たとえば、施工管理者が現場に赴かずとも、進捗状況の確認や出来形チェックを行えるようになります。これにより、移動時間の削減や意思決定の迅速化が実現されます。
また、クラウドで設計者、施工者、発注者が同じデータをリアルタイムで共有できるため、情報の齟齬や手戻りが減少し、プロジェクト全体の効率化が図れます。さらに、BIM（ビルディングインフォメーションモデリング）やCIM（コンストラクションインフォメーションモデリング）モデルと統合することで、施工シミュレーションや維持管理、設備更新計画を一元的に管理でき、建設後の維持管理や経年変化の把握にも活用できるようになります。
3Dレーザースキャンデータの標準化
今後、公共事業や民間プロジェクトにおいて、CIM/BIMの義務化や標準化が進むと予測されます。これに伴い、3Dレーザースキャンデータは、測量・設計・施工の共通言語としての位置づけが強化されます。
点群データのフォーマットや座標系、属性情報の標準化により、異なる機器やソフト間でのデータ互換性が向上します。標準化が進むことで、データの再利用や他部門との連携が容易になり、プロジェクト全体の効率化が進みます。
さらに、データの精度や信頼性が確保され、行政や発注者が求める品質基準を満たしやすくなります。これにより、3Dレーザースキャナーが測量や設計の正式な成果物として活用される場面が増えることが期待されます。
まとめ
3Dレーザースキャナーは、現場測量における常識を一変させる技術であり、短時間で高精度なデータを取得し、安全性も向上させることができます。その結果、現場のデジタル化（DX）の中心的な技術として位置づけられるようになりました。
特に、ハンディ型「X200GO SLAMマルチプラットフォームレーザースキャナー」は、機動性と精度を兼ね備えた実用的なモデルとして、多くの業界で導入が進んでいます。この技術を活用することは、今後の測量や施工、維持管理の現場で競争力を持つための重要な要素となるでしょう。
アジルジオデザインでは、測量、土木、ロボティクス、GIS分野における最新技術の導入支援を行っており、VRSやGNSSをはじめ、さまざまな計測ソリューションに対応しています。ハードとソフトを組み合わせた総合的な提案で現場の課題解決を支援し、最適な環境づくりをサポートします。測量や位置情報技術に関するご相談があれば、ぜひお気軽にお問い合わせください。
