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1 CIM における地形情報の取扱に関する研究 建設情報研究所研究開発部主任研究員野口隆大

2 1. はじめに 1.1. CIM を学ぶとは 般財団法 本建設情報総合センターの 主研究事業の 環として 熊本大学大学院先端科学研究部社会基盤計画分野モデル空間研究所小林一郎特任教授の研究成果を中 として取りまとめたものである CIM を学ぶ では 児島県伊佐市の曽 の滝分 路の事例を紹介 CIM を学ぶⅡ では 熊本県熊本市の新 前寺駅地区交通結節点改善事業の事例を紹介 CIM を学ぶⅢ では 分県の 国川 分川ダムの事例を紹介この冊 は無料で配布されており CIM の普及に役 っている また JACIC 研究開発部のホームページでも公開している URL 図 1 CIM を学ぶ Ⅰ~Ⅲ 1.2. CIM を学ぶⅢにて 地形情報の取り扱いについて 紹介土木構造物 建築構造物は 地面の上 地中または地面の形状を変化させることで作成される このため CIM モデルを作成 利活用するには 地形情報の取り扱いは避けて通れない 地形情報として 地表面の情報である地形モデル 地中の情報である地質 土質モデルの取り扱いについて CIM を学ぶⅢ にて紹介した この際に 執筆にあたっては CIM の初学者でもわかりやすいものすることを意識しながら 一般的事項として以降の内容を紹介した 2. 地形モデルの利活用について 2.1. 地形モデルとは地形モデルは 一般的には地表面の形状を3 次元データ ( 標高データ ) として表したものである この地表面の形状を表すデータ単体を用いる事も可能であるが さらに航空写真や衛星画像を重ね合わせることで よりリアルに表現することが可能である その例として 図 2 に富士山の地形モデルを 3 種類の方法で表示した例を示す

3 図 2 富士山の地形モデル出典 : 国土地理院 ( 地理院地図 3D 表示 ) 地形モデルの作成には 各種の測量成果が利用される 面的に効率よく地表面の形状を取得するため 旧来より写真測量を応用した手法が使われている 1990 年代頃から航空レーザを利用した測量手法が採用されている さらに UAV 写真測量 地上レーザースキャナーなどにより 大量の点群から詳細な地形を取得できるようになり 注目が集まっている また 最近では都市部については 3 次元データベースとして 建物の高さを含んだデータや 建物の形状の CAD 形式のデータが各社から販売されている 図 に 都市部の地形モデルの例として オブリークカメラという複数の光学カメラセンサーを搭載したカメラシステムを利用した地形モデルの例を示す 図 3 都市部の 3 次元地形モデルの例 オブリークカメラ他を組み合わせた 3 次元鳥瞰図 2.2. 数値地図データの利用について数値地図データとは 広義には電子化された地図データである 地形図や古地図をスキャンして電子化したものや 航空写真や衛星写真 土地利用や人口密度などの主題図を電子化したものなどが 各種機関で公開 販売されている 国土地理院では 既成の測量成果などを電子化したデータを各種無償で公開しており 数値地図データとした場合には 日本国内ではこれを示す場合も少なくない 地形モデルを利用したい段階では 基となる測量がおこなわれていない場合が多々ある しかし 地形モデルを作成するためにだけに 測量をおこなうことは コスト面や期間面から合理的ではない こういった場合で かつ最新の地形が必要ない場合には 既成の成果である数値地図データを利用できる

4 2.3. 数値地図データの種類地図画像の形式としての分類数値地図データは コンピュータ上で利用することで 紙地図にはない利点をもつ しかし 測量方法により詳細さ ( 精度やその密度 ) が異なるのみならず データを管理する形式や 意味する内容が異なる 画像として分類する場合には ラスター地図とベクトル地図に分類される その概要を表 に示す 表 1 地図画像の形式としての分類 分類 ラスター地図 ベクトル地図 内容 特徴 地図を 縦横の格子状に並んだ数値により 対象を表現した画像形式である 地図画像や衛星画像に用いる場合が多い 地物を 点 線 面により表現されている画像形式である 土地 家屋 道路等の 2 次元形状に加え 属性を加えて利用されることが多い 2.4. 標高データの分類標高データとして提供される場合には データの格納効率がよいため 縦横に数値を並べたメッシュ形式のファイルとして提供されることが多い しかし コンピュータ画面で表現する場合は 面を形成するため三角形分割された不整三角形網 (TIN:Triangulated Irregular Network) としたうえで 表示される 地形の形状を表現する標高データとしては 概ね 5 2 のように分類できる 表 2 標高データの分類 分類 数値標高モデル (DEM,Digital Elevation Model) 数値表層モデル (DSM,Digital Surface Model) 内容 特徴 一般に 建物や樹木を取り除いた 地面の高さをメッシュ状に等間隔で格納 DTM (Digital Terrain Model) とも呼ばれる 建物や樹木を取り除いているため 地形の起伏を読み取れる 建物や樹木を取り除いていない 表面の高さを メッシュ状に等間隔で格納 写真地図等とともに 景観検討などをおこなう場合には リアリティのある表現が可能 2.5. 各種の標高データの紹介数値地図データとして 概略設計等に利用可能な既成成果として 様々な標高データが存在するが メッシュサイズ 作成方法等様々に存在し 目的や用途によって 特性によって使い分けや 座標変換などが必要である 国土地理院のものを中心に 一部紹介する

5 メッシュ名称サイズ基盤地図情報数値標高モデル 5m メッシ5m ュ標高基盤地図情報数値標高モデル 10m メッシ10m ュ標高標高タイル ( 基盤地ズームレ図情報数値標高モデベルによル ) り異なる ALOS 全球数値地表 30m モデル (DSM) 表 3 既成成果としての標高データの例 公開 販売元 国土地理院 JAXA 作成方法整備範囲種別精度測地系 航空レーザ測都市域, 河量又は空中写川流域等真測量 1/25000 地形図日本全国の等高線 DTM 垂直 0.3m 又は 0.7m 垂直 5m 以内 JGD2011 JGD2000 基盤地図情報数値標高モデ日本全国ル 基盤地図情報数値標高 JGD2011 の精度 ALOS 及 び全球陸域 DigitalGlobe ( 緯度約 82DSM 5m ITRF97 社衛星画像 度以内 ) ライセンス 有償無償 無償 国土地理院コンテ無償ンツ利用規約 無償 出所と著作権を明無償示 2.6. 点群データの利用について既往成果では 密度や精度が足りない場合には 新たに測量を行い 地形データを作成する必要がある 従来は 測量成果から地形モデルを作成してきていたが 測量成果としての点群データをそのまま利用する場面が増えている 点群データは メガバイト単位からギガバイト単位の大容量のデータであるが コンピュータ関連の技術の進歩により 点群データを地形モデルとして実利用可能な状況となってきている また UAV を用いた公共測量マニュアル ( 案 ) 平成 28 年 3 月 地上レーザスキャナを用いた公共測量マニュアル ( 案 ) 平成 29 年 3 月 ( 国土交通省国土地理院 ) が公表されており 今後ますます利用範囲が広がっていくと考える しかし その作成手法により点密度 精度等が異なることから 目的に合った手法を選択する必要がある ( 図 3-2-5) 図 は 同一箇所を異なる手法で 色付き点群を取得した場合の実例を示している 地上レーザ車載写真レーザ航空レーザ図 4 測量手法による点群データの密度の違い出典 : アジア航測株式会社住田英二 (2016.8) 異なる計測方法によるレーザ計測データを基とする CIM のための3 次元空間情報の整備手法に関する研究報告書 JACIC 助成研究 2.7. 詳細度について構造物については 工程や目的に応じた詳しさで 3 次元モデルを作成することが重要である ( 一財 ) 日本建設情報総合センター内の社会基盤情報標準化委員会 特別委員会では 詳しさの目安として構造物モデルでは詳細度を のように 3 桁の数値で定めている 地形モデルについても 作成 利活用する工程や目的に応じて適切な詳しさを定めて 3 次元モデ

6 ルを作成することが重要である 類似のものとして 国土地理院では作業規程の準則にて 測量成果の正確さを表す指標として 地図情報レベル を規定している このため 同特別委員会では 地形モデルの詳細度として 3 次元地形モデルの詳細度を設定する際は 測量精度と点密度を別々に設定して示す こととしている 主に座標精度として 地図情報レベル と 表現の細かさとして 点密度 について どちらも定めることとしている表 4 地形のモデル詳細度を規定する項目 詳細度 測量精度 点密度 共通定義 地図情報レベルで設定 ( 地図情報レベル の 6 段階 ) 1m メッシュあたりに必要な点数 (1m メッシュあたり 10 点以上の場合 ) 又は 1 点あたりの格子間隔で設定 出典 : 社会基盤情報標準化委員会特別委員会 (2017.2) 土木分野におけるモデル詳細度標準 ( 案 ) 表 5 土木分野における各工種統一的な詳細度の定義 ( 案 ) 詳細度 共通定義 100 対象を記号や線 単純な形状でその位置を示したモデル 200 対象の構造形式が分かる程度のモデル 標準横断で切土 盛土を表現 または各構造物一般図に示される標準横断面を対象範囲でスイープさせて作成する程度の表現 300 附帯工等の細部構造 接続部構造を除き 対象の外形形状を正確に表現したモデル 400 詳細度 300 に加えて 附帯工 接続構造などの細部構造および配筋も含めて 正確に表現したモデル 500 対象の現実の形状を正確に表現したモデル 出典 : 社会基盤情報標準化委員会特別委員会 (2017.2) 土木分野におけるモデル詳細度標準 ( 案 ) 2.8. 地形データの作成 活用にあたっての留意事項 (1) 日本測地系(TOKYO) と 世界測地系(JGD2000) の確認日本測地系 (Tokyo Datum TKY) とは 明治政府が 1/50,000 地形図を作るために基準点網を全国に整備し 地球の回転楕円体をベッセル楕円体とする測地基準系である これは平成 14 年の改正測量法施行の前まで採用されていた 世界測地系 (Japanese Geodetic Datum 2000 JGD2000) とは VLBI( 超長基線干渉計 ) や人工衛星を用いた地球規模の観測によって明らかとなった地球の正確な形状と大きさに基づき 世界的な整合性を持たせて構築された経度 緯度の測定の基準で 国際的に定められている測地基準系である 地球の回転楕円体として GRS80 を採用している (2) 測地成果 2000(JGD2000) と 測地成果 2011(JGD2011) の確認 2011( 平成 23) 年の東北地方太平洋沖地震にともなう大きな地殻変動により 国土地理院が設置した多数の基準点が移動した この基準点を再測量しその移動を適用した測地基準点成果を 測地成果 2011 (Japanese Geodetic Datum 2011 JGD2011) という 2011( 平成 23) 年 10 月 21 日に測量法施行令の一部を改正し 以降の基本測量及び公共測量の基準は 測地成果 2011(JGD2011) となっている

7 図 5 日本測地系と世界測地系の違い 出典 : 国土地理院 図 6 日本測地系と世界測地系の測地基準点成果の差出典 : 国土地理院 図 7 東北地方太平洋沖地震にともなう基準点の移動 出典 : 国土地理院 3. 地質 土質モデルの利活用について 3.1. 地質土質モデルについて日本列島は 4 枚のプレートがぶつかり合った世界的にも珍しい場所に位置しているため 多数の活火山や活断層が存在し 諸外国に比べ複雑な地質構造をしている 地質 土質モデルを利用し 地質リスクを見極め 設計 施工 維持管理にかかる事業管理 品質管理に役立てることが 今後重要となる 地質 土質モデルを利用し 地質リスクを見極め 設計 施工 維持管理にかかる事業管理 品質管理に役立てることが重要である

8 図 8 日本と欧米の地質出典 : 全地連関連情報 Web( を加工 3.2. 地質 土質モデルの作成 活用にあたっての留意事項地質 土質モデルの作成 活用にあたって CIM 導入ガイドライン ( 案 ) 平成 29 年 3 月 では 以下を基本的な方針としている 地質 土質モデルは モデルを作成する時点までに行った地質 土質調査の成果を基に作成する 作成した地質 土質モデルには推定を含むことや 設計 施工段階へ引き継ぐべき地質リスクについて CIM モデル作成事前協議 引継書シート へ必ず記録し 継承するものとする また 地質 土質モデルを活用する目的 用途を踏まえ モデルの精度向上や地質リスク低減のために追加の地質 土質調査について 必要に応じて計画 実施することに留意する 地質 土質調査共通仕様書 等に示される成果物を基に作成( 基本 ) するモデルとは 以下のモデルを指している 準 3 次元地質断面図ボーリングモデルテクスチャモデル ( 地質平面図図 9 地質 土質調査の成果を 3 次元空間に CAD データとして配置したモデル出典 : 国土交通省 CIM 導入推進委員会 (2017.3) CIM 導入ガイドライン ( 案 ) 共通編 地下水浸透流解析 断層 脆弱層等における近接施工の影響 予測等の解析等の目的に応じて作成するものとして 現行の地質 土質調査の成果以上の推定を含むモデルとして 3 次元地盤モデルを紹介している サーフェスモデルボクセルモデルパネルダイヤグラム 図 10 地質 土質調査の成果以上の推定を含むモデル (3 次元地盤モデル ) 出典 : 国土交通省 CIM 導入推進委員会 (2017.3) CIM 導入ガイドライン ( 案 ) 共通編

9 4. おわりに地形情報として 地表面の情報である地形モデル 地中の情報である地質 土質モデルの取り扱いについて CIM を学ぶⅢ での内容を紹介した しかし 地形情報については 重要なものではあるが CIM の中ではごく一部に過ぎず さらに CIM を学ぶⅢ の中のごく一部の内容を紹介したに過ぎない CIM を学ぶⅢ のみならず CIM を学ぶ CIM を学ぶⅡ を 更には CIM 導入ガイドライン ( 案 ) を参考に CIM をツールとして活用することで 生産性が高く魅力的な新しい建設現場となることを期待する

CIM 28 CIM 28 8 CIM CIM CIM

CIM 28 CIM 28 8 CIM CIM CIM CIM 1 30 3 CIM CIM 28 CIM 28 8 CIM CIM 1 29 3 29 3 CIM 1 30 3 30 3 1... 1 1... 4 1.1 CIM... 4 1.1.1 CIM... 4 1.2... 8 1.3 CIM... 9 1.3.1 CIM... 9 1.3.2 CIM... 10 1.4 CIM... 18 1.4.1 CIM... 18 1.4.2 CIM...

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