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3Dレーザースキャナーで測量するメリットや価格、適したスキャナーの選び方を紹介
新たな測量技術として注目を集める3Dレーザースキャナー測量は、対象物にレーザー光を照射し、その反射光から三次元座標を取得する手法です。まるで目の前の景色をそのまま映すように高い精度で対象物の形状をデータ化できるのが大きな特徴です。
この3Dレーザースキャナー測量を導入することで、従来の測量方法にはなかった多くのメリットが得られます。この記事では、3Dレーザースキャナー測量の具体的なメリットを詳しく解説するとともに、様々な種類の3Dスキャナーについてもご紹介します。3Dレーザースキャナー測量がどのように測量の現場に変革をもたらすのか、その可能性を探っていきましょう。
目次
3Dレーザースキャナーを使用して測量する3つのメリット
3Dレーザースキャナーを活用すると、大きく分けて以下のメリットがあると考えられます。
- ・高い安全性
- ・作業時間の短縮
- ・多岐にわたるデータ取得
以上の3つを、それぞれを細かく見ていきましょう。
安全性が高い
3Dレーザースキャナー測量の大きなメリットの一つは、対象物に直接触れることなく計測できることによる現場の安全性の向上です。従来の測量方法では、測量者が直接現場に立ち入り、機器を設置して計測する必要がありましたが、危険な場所や立ち入りが困難な場所では安全確保が大きな課題です。
3Dレーザースキャナーを使用すれば、人の立ち入りが困難な危険箇所、例えば災害現場の土砂崩れ箇所、鉄道軌道敷、橋梁などを離れた場所から安全に計測することが可能です。これにより、測量者のリスクを大幅に低減できます。作業の安全性が高まることで、安全対策にかかる費用を抑え、コスト削減も期待できます。危険な場所への立ち入りを最小限にすることで、仮設足場の設置や安全帯の使用といった対策が軽減される可能性が見込めます。
作業時間を短縮可能
3Dレーザースキャナーは、従来の測量方法に比べて作業時間を大幅に短縮できます。その主な理由は、レーザー光による高速スキャニング能力にあります。同時に大量の点を取得可能なので機種の性能にも依存しますが、小さい領域であればわずか数分で点群データを取得することができます。
また3D測量を導入すると、従来の測量では複数で作業する必要があった工程でも少人数で対応できるようになり、工程の省人化や作業効率の向上が期待できます。さらに機械の使用方法を把握すれば、個人の技術に依存せず誰が使用しても同等のデータ取得が可能で、現場で起こりがちな属人化を回避できます。
断面やボリュームデータを取得可能
現場を丸ごと点群データとして取得することができるため、従来の測量方法では難しかった多様なデータ活用が可能になります。
取得したデータから、縦・横に限らず、あらゆる角度の断面データを好きなだけ取得可能です。従来の測量のように特定の断面のみを計測するのではなく、データ取得後に必要に応じて様々な断面を解析できるため、大きな利点と言えます。
また処分場の埋立量や土量の計算など、ボリュームデータを取得するのにも非常に適しています。採石場のように草木が少ない場所では、地表面のデータを効率的に観測でき、取得した点群データには高さの情報も含まれているため、等高線図の作成も行うことができます。
3Dレーザースキャナーでの測量例
土木
土木分野では「地形測量」「構造物点検」「土量計算」「舗装平坦性計測」などに活用されます。3Dレーザースキャナーを使う最大のメリットは、広範囲を一度にデータ化できる点です。従来の杭打ち測量では数日かかっていた作業も、数時間で完了します。また、ICT土工（i-Construction）への対応も容易になり、取得した点群データから精度の高い等高線図や横断図を自動生成できるため、大幅な工数削減とコストダウンに直結します。
建築
建築現場では、既存建物の「現況測量」や「リノベーション設計」「BIM連携」「設備管理」に利用されます。複雑に絡み合う配管や、経年劣化で歪んだ柱・壁の形状をmm単位で正確に把握できるのが強みです。実測の漏れやミスによる工事中の手戻りを防げるほか、足場を組む前の事前シミュレーションも精度高く行えます。図面が残っていない古い物件でも、スキャンデータから正確なCAD図面を復元できるため、設計の自由度が広がります。
防災
防災分野では「斜面崩落モニタリング」「災害後の被災状況調査」「河川の堤防点検」「洪水シミュレーション」などで活躍します。人が立ち入るのが危険な崖崩れ現場や被災地でも、遠隔から安全に計測できる点が大きなメリットです。定期的なスキャンデータを比較することで、地盤のわずかな変位をミリ単位で検出し、二次災害の予測や迅速な復旧計画の策定に役立てられます。迅速かつ客観的なデータ取得が、住民の安全確保に繋がります。
文化財の保護
「デジタルアーカイブ」「修復シミュレーション」「形状記録」「学術調査」に極めて有効です。貴重な仏像や歴史的建造物に対し、非接触で計測できるため、対象を傷つけるリスクがありません。微細な彫刻や石垣の凹凸まで詳細にデジタル化し、万が一の焼失や倒壊に備えた「バックアップ」として保存できます。また、3Dプリンターと組み合わせることで、精巧なレプリカの作成や、欠損パーツの復元検討もPC上で行うことが可能です。
3Dレーザースキャナーを使用して実際に測量する際の流れ
STEP1：3Dスキャナーを使った現場測量
まずは現場で計測の準備とデータ収集を行います。計測範囲に合わせてスキャナーを設置し、死角ができないよう複数のポイントからレーザーを照射します。現場の状況（明るさや対象物の材質）に合わせて設定を調整するのがポイントです。ターゲット（基準点）を適切に配置することで、後の工程で行うデータ合成の精度が格段に向上します。
STEP2：点群データの収集と合成処理
スキャンして取得した膨大な「点群データ」をパソコンに取り込み、専用ソフトで解析します。複数の場所で計測したデータを一つの空間データとして繋ぎ合わせる「レジストレーション（位置合わせ）」を行い、不要なノイズ（通行人や草木など）を除去します。この段階で、現場の形状がPC上で3D空間として忠実に再現されます。
STEP3：精密な3Dモデルや各種図面の作成
整理された点群データをもとに、用途に合わせたアウトプットを作成します。3D CADモデルへの変換（モデリング）や、指定箇所の断面図、2D平面図の作成などが含まれます。土木であれば土量計算書、建築であればBIMモデルなど、最終的な目的に応じてデータを最適化します。これにより、誰が見ても分かりやすい視覚的な資料が完成します。
3Dレーザースキャナー本体の価格以外に必要となる費用
導入費用
機器を導入する際には本体価格はもちろんですが、使用方法のレクチャーなどの教育費用が必要になる場合があります。専門的な領域で使用する機器であるため、使用する上で出てくる用語も自ずと専門的になります。スムーズに活用をしていくためにも、導入教育の受講を強くおすすめします。
ソフトウェア
3Dレーザースキャナー本体はあくまで3Dデータを取得する機器であるため、測量の分野に限らず、取得した3Dデータを活用するためのソフトウェアが別途必要になります。目的に合わせて、それぞれの分野に適したソフトウェアを選定する必要があります。
パソコン
3Dレーザースキャナー本体で取得した点群データを取り扱うためにはパソコンが必要です。さらに3Dデータへの変換の際には、かなりの量の計算を同時に行う必要があります。それに伴い相応のスペックを持つパソコンが必要です。主にメモリやGPUなどの項目が優れていることが重要です。家電量販店で購入可能な機種ではスペックが不足している場合も多いので、パソコンの専門店での購入を検討してください。
保守・サポート費用
使用していくうえでの維持費として、点検・修理などのサービスを受けるために保守費用が発生します。また高精度測定に用いる高額機種においては、定期的に精度確認を行う必要があります。そのために公的認定機関による校正検査を行うために費用が発生します。
3Dレーザースキャナーの選び方のポイント
機種を選定する上で、まずは「どんな目的で使いたいのか」を明確に定める必要があります。ここまでの解説の通り、3Dレーザースキャナーの種類は多岐にわたります。対象物の大きさや材質で選定すべき機種が異なります。導入の目的をいくつかのポイントで評価し、それぞれの要素でどういった機種を選定するべきなのか確認していきましょう。
✓サイズ
まず対象物のサイズによってハンディタイプかデスクトップタイプかが判断できます。先述の通りハンディタイプは大型、デスクトップタイプは小型の対象物のスキャンに向いています。さらに大型な建造物や、部屋の内部空間そのものをデータとして取得したい場合にはまた別の専用機種の選定が必要になります。
✓材質
光を当てて反射した情報から点を取得する仕様上、対象物が適切に光を反射しなければいけません。例えば黒色であったり金属光沢の強い材質の場合、データ取得が困難になる場合が多いです。レーザー光源の種類によっては上記のような材質でもデータ取得が可能な機種もあるため、対象物の材質も機種検討において重要な要素です。またガラスのような透明なものは光を透過してしまい反射されないため、そのような材質をスキャンしたい場合には専用のスプレーなどを使用して一時的に着色するなどの工夫が必要になります。
✓ハンディか据え置きか
機動力重視なら「ハンディ型」、精度と広範囲の両立なら「据え置き型」を選びます。ハンディ型は狭い空間や複雑な形状も自由に動いて計測できる一方、広範囲では誤差が蓄積しやすいのが難点です。据え置き型（三脚固定）は長距離・高精度な計測が可能で安定していますが、設置場所の確保や複数回の移動が必要になります。現場の広さと求める精度に合わせて使い分けるのが正解です。
✓要求精度
データ活用の目的に合わせて、取得するデータへの要求精度もまちまちになってきます。精度良く取れるに越したことはない。という意見もありますが、データ取得精度の高い機種は比例して価格も高くなります。コストも加味すると目的に合わせた精度の機器を選定することが重要になってきます。
✓価格
最終的にはやはり価格で検討されることが多いかと思います。ただしここで重要なことは目的に合った機種であるかどうかという点です。導入コストを下げようとするあまり、目的を見失い、結果としてうまく活用できないままで終わってしまうという場合も多く見られます。他にも、まずは安い機種から使ってみたいというケースも見られます。リスクヘッジとしてこういったプロセスも重要ではありますが、根本的に安い機種では対応できない用途もありますので、目的に合った適切な機種を導入することがやはり最善と言えます。
タイプ別のおすすめ製品
3Dスキャナーは、対象物の大きさや必要な精度、活用シーンによって最適なタイプが異なります。ここでは、SHINING 3D社の製品ラインナップの中から、各タイプを代表するおすすめモデルをピックアップし、4つの観点で比較しました。
| 比較項目 | ハンディタイプ | デスクトップタイプ | 業務用・工業用（メトロジー） |
| おすすめ製品 | FreeScan Combo | AutoScan-Inspec2 | FreeScan UE Pro2 |
| 性能（精度・ピッチ・範囲） | 精度：最大0.02mm ピッチ：0.05mm〜 範囲：最大600mm×550mm | 精度：≤0.01mm カメラ解像度：5.0MP 範囲：100mm×100mm | 精度：最大0.02mm（体積精度含む） ピッチ：0.01mm〜 範囲：最大600mm×550mm |
| 参考価格 | 約250万円〜 | 約300万円〜 | 約500万円〜 |
| 質量・取り回し | 620gと超軽量。片手で長時間のスキャンが可能。 | 据え置き型。自動ターンテーブルにより全自動でスキャン。 | 約950g。フォトグラメトリ機能内蔵で大型物も高精度。 |
| 優れている点 | ブルーレーザーと赤外線VCSELのハイブリッド光源で、細部から広範囲まで1台で対応可能。 | 小型精密部品の検査に特化。高解像度カメラにより、微細なエッジも正確にキャプチャ可能。 | 航空宇宙や自動車など、大型かつ極めて高い精度が求められる工業製品の品質管理に最適。 |
各タイプの特徴と選び方
ハンディタイプ：FreeScan Combo
「FreeScan Combo」は、メトロジーグレード（工業用計測級）の精度を持ちながら、日常的な使いやすさを追求したモデルです。軽量で取り回しが良いため、現場を移動しながらの計測や、複雑な形状の対象物をスキャンする際に威力を発揮します。
デスクトップタイプ：AutoScan-Inspec2
比較的小さな部品や精密な工業用パーツの測定には、デスクトップ型の「AutoScan-Inspec2」が最適です。手動での操作が不要な全自動スキャンを実現しており、誰が測定しても安定した高精度データを取得できるため、ラボや品質管理室での利用に適しています。
業務用・工業用：FreeScan UE Pro2
より高い精度と広範囲の測定が同時に求められるプロフェッショナルな現場には「FreeScan UE Pro2」をおすすめします。フォトグラメトリ（写真測量）機能を内蔵しており、大型の構造物であっても累積誤差を最小限に抑えた計測が可能です。黒色や光沢のある材質にも強く、製造業の最前線で選ばれています。
3Dスキャナーを導入するなら
今回は測量用途における3Dスキャナーの活用方法をご紹介いたしました。
3Dスキャナーには測量の他にも、製造品の検査計測やリバースエンジニアリング、デジタルアーカイブなど、様々な用途があります。
計測、リバース用途の3Dスキャナーの導入をご検討中の方は、下記お問い合わせフォームからお気軽にご相談ください。
豊富な知見で、お客さまに最適なソリューションをご案内いたします。
まとめ
いかがでしたでしょうか？今回は測量の分野で活躍が期待できる3Dレーザースキャナーについてご紹介していきました。今なお目まぐるしい発展を続ける3D業界において、測量の分野でも今よりも便利な活用方法が開発されていくかと思います。是非これを機に3Dレーザースキャナーの導入をご検討ください。以下バナーから、おすすめの3Dスキャナー情報をチェックしていただけます。こちらも合わせてご覧ください。
＞＞3Dスキャナーに関するよくある質問＜＜
著者：日本3Dプリンター株式会社 技術部
さまざまな3Dデジタルソリューションを提案する日本3Dプリンター株式会社技術メンバーです。
3Dプリンター/3Dスキャナーのエキスパートとして、皆様に有益な情報を発信していきます。
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