空中写真測量とは?その仕組みと注意点

UAV写真測量

UAV(ドローン)が身近になり、様々な場所で「ドローン活用」という言葉を耳にするようになりました。特に測量、建設業の方は「ドローンで測量する」という話をよく聞くと思います。

ドローンで測量するってどういうこと? 写真を撮るだけで測量できるの? と疑問に思う方も多いと思いますので、この記事では「空中写真測量とは」というテーマで解説したいと思います。

なお、UAV(ドローン)を活用した写真測量の概要については、下記で解説しているので、併せてご覧ください。

UAV(ドローン)写真測量とは
UAV(ドローン)測量という言葉を最近よく耳にするようになりました。その名の通り、UAV(Unmanned Aerial Vehicle :無人航空機)、いわゆるドローンを測量に活用していこうという取り組みです。 空を飛んでいるUAV...

 

空中から測量するということ

空中写真測量とは、空から「写真を撮る」ことによって測量を行う方法のことです。そもそも空中写真測量は、ドローンが登場する以前から存在していました。小型の飛行機やヘリコプターを用いて写真を撮影、解析するという手法がそれにあたります。

空中から測量を行う最大のメリットは、何と言っても広範囲の測量を効率よく行うことができるというものです。光の反射を利用したトータルステーション(TS)や、衛星位置情報を利用したGNSS器具による現地測量は、測量範囲が広くなればなるほど時間もコストも必要となるため、大規模な測量の際に利用されてきました。

 

しかしながら、撮影コストが高いうえに、撮影日の気象条件に左右されるなど、中々気軽に使える測量手法とは言えない面がありました

そこで一躍脚光を浴びたのが、ドローンによる「空中写真測量」です。

ドローンを使用することで、広範囲を効率よく、低予算で、自分の好きなタイミングで測量を行うことができるようになりました。

ドローンによる空中写真測量は民間での活用はもちろんのこと、現在では国や自治体が発注する公共工事でも使用することが認められているため、これからの測量手法として欠かせない測量方法のひとつになっていると言えます。

 

空中写真測量の原理

測量とは、3次元空間における座標を測位する、とも言えます。レーザー測位が高さまで測れる(3次元)のに対して、平面情報(2次元)しか持たない写真では、全景を1枚の写真に収めるだけでは高度を測ることはできません。

そこで、1枚ではなく複数枚の写真が持つ情報から3次元情報を復元して座標情報を取得する、というのが写真測量の基本的な原理です。

 

では、平面情報であるはずの写真からどのような原理で3次元の情報を復元するのか、その原理をご説明したいと思います。そこでキーワードになるのが「視差」という言葉です。

視差とは、観測点の違いにおける対象物の見え方の違いのことを意味します。英語ではパララックスと言いますので聞いたことのある方もいらっしゃるかもしれませんね。

人は物を立体として捉えることができますが、それは目が左右別々の位置についていることに起因します。ぜひ片目ずつ目を瞑って試してみてほしいのですが、右目と左目で見えている範囲が違っていることがお分かりいただけるかと思います。

この見え方の違いを脳内で統合することで、物を立体的に見ることができるわけです。これを「立体視」と言います。

しかし立体視によって物を立体的に見ることができるようになったとしても、それは厳密な高さを表していませんので、言ってみれば疑似的な立体なわけです。

電車に乗っている時のことを想像してほしいのですが、窓から外を眺めると車両からすぐ近くにあるものは、あっという間に流れていってしまいますが、それよりも遠くにあるものは、ゆっくり見えると思います。

これが観測地点と対象物までの距離の違いによって起きる「視差」です。

ドローン測量で利用するSfM処理ソフトは、こうした視差から得られる情報を基に物体の高低差を計算し、3次元形状を復元しているわけです。

 

このセクションの冒頭で「複数枚の写真から3次元情報を復元する」と説明しましたが、視差という原理を用いている以上、不規則な写真は利用できないため、それぞれの写真に一定の重複した写真情報を持たせることが重要です。

ラップ率(重複度)が高ければ高いほど、視差を基にして計算できる情報量が増えますので精度が上がります。

 

視差を利用して3次元形状を復元することで正確な高低差を持つ3次元モデルは出来上ります。これに現場の座標を複数割り当てることで、出来上がった3次元モデルはどこをとっても、現実世界と同じスケールで測位できるようになります。これを空中写真測量といいます。

 

別記事「UAV(ドローン)測量の流れ」で解説していますが、この座標付けは標定点というポイントを予め現地測量しておき、その値を3次元モデルに割り当てる方法が一般的です。

一方、現地測量なしでドローンが持つGPS(GNSS)情報(ジオタグ)を活用する方法もありますが、ドローンが持つジオタグだけでは精度が甘いので、現時点ではおすすめできません。

 

近年では、RTK測位システムを持ったドローンや、ドローンの飛行だけで測位(後処理が必要)ができ、標定点の設置が不要な手法もあります。この辺りは、別の機会にご紹介したいと思います。

 

以上が空中写真測量についての解説となります。