2000年３月 APA No.75-5 日本測量調査技術協会大規模斜面状況の効率的探査技術の開発に関する研究その２：現地計測実験研究の成果瀬戸島政博＊浅井健一＊＊第８技術部門作業部会メンバー＊＊＊１．はじめにルからの斜面計測手法に関する調査検討、７）ヘリコ現在、大規模な斜面災害の発生予測や発生直後の災プターレベルからの大規模地すべり調査への適用性、害状況の迅速な把握、発生後のモニタリングなどに関８）ヘリコプターレベルからの岩盤崩壊調査への適用して、効率的な探査・評価手法が求められている。性、９）ヘリコプターレベルからの流動災害調査への本研究は、このような背景に基づき、平成９年度∼ 適用性からなる。 10年度の２ヵ年にわたって実施したものである。平成９年度は、資料収集とその分析を主体とした事前調査により、ヘリコプターに搭載したレーザー測距儀や地上に設置したレーザー測距儀・GPS 等の計測機器を使用した効率的で安全な大規模斜面の探査手法を検討した1、2）。平成10年度は、前年度の調査結果を受け、とくに地上からのレーザー測距儀等による現地計測を踏まえ、大規模斜面災害に対する効率的な探査・評価手法を検討した3、4、5）。ここでは、平成10年度に実施した現地計測実験研究ついて報告する。２．研究の構成本研究の全体構成を図１に示す。 2.1 平成９年度研究1、2）平成９年度研究では、大規模斜面において、ヘリコプターに搭載したレーザー測距儀や地上に設定したレーザー測距儀あるいは GPS 等の計測機器を使用し、効率的で安全な探査手法を検討していくことを目的に、探査技術の確立に向けて事例調査を実施した。主な研究項目は、１）事例文献の収集と分析、２）関連計測機器の比較検討、３）地上レベルからの斜面計測手法に関する調査検討、４）地上レベルからの面的地形計測手法の可能性検討、５）地上レベルからの連続計測監視手法の可能性検討、６）ヘリコプターレベ ― 34 ― 2.2 平成10年度研究3）ステーション（以下、ノンミラー型 TS）およびス平成10年度研究では、平成９年度の研究成果を踏まキャン式レーザー測距儀による計測を行ない、形状のえ、主としてスキャン式レーザー測距儀等の計測機器再現性や精度、利用性等について検討することを目的を使用した野外での実験観測を実施し、大規模斜面状とした。況の効率的な探査･評価手法について検討した。この 3.2 研究は、基礎的実験研究と現地計測実験研究からなる。計測対象および使用機器現地計測実験は、栃木県藤原町川治地区にある川治ダム、五十里ダム、海尻トンネルにおいて実施した。基礎的実験研究4、5）では、１）国土地理院地理調査川治ダムではダムサイト洪水吐壁面、五十里ダムでは実験棟内壁を対象に微細な表面形状の計測とその精度ダムサイトのモルタル吹付けのり面、海尻トンネルで検討、２）地理調査実験棟外壁を対象とした比較的大はトンネル脇岩盤斜面をそれぞれ対象にした。きな表面形状の計測とその精度検討について実施し 6）た。その成果は、APA74号に発表済みである。川治ダムでは、ダム下流側洪水吐壁面を中心に３測線を設けた。測線は、ダム天端付近の欄干部に設けた現地計測実験では、基礎的実験研究結果を受けて、 H 測線と、器械設置点から見て水平に洪水吐を含む次のような研究項目で実施した。 M 測線および管理用通路下の L 測線である。写真１ ①川治ダム堤体の人工構造物における表面形状の計測には、器械設置点付近から見たダム堤体の遠景を示とその精度検討す。 ②五十里ダムサイトのモルタル吹付けのり面における表面形状の計測とその精度検討五十里ダムでは、ダムサイト脇のモルタル吹付けのり面を計測対象とした。写真２に示すように、のり面 ③海尻トンネルの岩盤斜面における表面形状の計測とその精度検討最上部に H 測線、中間部に M 測線、下部に L 測線を設定した。H 測線では、図２に示すようにミラー型 ④各計測機器による計測結果の比較検討 TS の場合は手すり（ミラーシール設置）を、ノンミ ⑤大規模斜面への適用性ラー型ＴＳでは手すり部手前ののり肩を計測した。以下には、平成10年度研究のうち、現地実験計測研究について詳述する。海尻トンネル脇の岩盤斜面は以前から建設省で岩盤計測のモニタリングを実施しており、各種の計測センサーが設置され、立ち入りできないため、この斜面の３．現地計測実験研究の概要近傍からノンミラー型 TS とスキャン式レーザー測距 3.1 儀のみで計測した。実験目的ここでは、基礎的実験研究の成果を基にしてダムサイトおよび岩盤斜面を対象に、ノンミラー型トータル写真１それぞれの計測に使用した機器は、表１∼３に示すとおりである。川治ダム堤体の遠景（写真中央の洪水吐壁面を計測対象とした） ― 35 ― 写真２五十理ダムで計測モルタル吹付けのり面の３測線を示す）（画像中に４．人工構造物の表面形状計測結果（川治ダム堤体洪水吐壁面の場合） 4.1 ミラー型 TS とノンミラー型 TS による測定比較ミラー型 TS とノンミラー型 TS の計測結果を比較したものが図３である。同図で分かるように大局的に見れば両者の再現する計測形状はほぼ整合する。次に、ノンミラー型 TS について、ミラー型 TS との比較によって計測精度を検討してみると、両者の最大座標差は X 方向 122mm、Y 方向 113mm、H 方向 117 mm である。座標差の平均は X 方向９ mm、Y 方向 14mm、H 方向27mm で、測定距離80∼140m を考慮図２五十里ダムでの測線の計測ポイントすれば、ノンミラーTS はほぼ満足する精度であった。図４には、ダム軸方向をＹ方向としてダム形状の再現性を検証するために Y 座標− X 座標および Y 座標 − H 座標でのミラー型 TS とノンミラー型 TS の座標差を示す。座標差に規則性が見られることから、機器表１川治ダムでの計測に使用した機器一覧 ― 36 ― 表２表３図３ミラー型五十里ダムの計測に使用した機器一覧海尻トンネルでの計測に使用した機器一覧とノンミラー型図４ミラー型の計測結果比較（測線平面図比較）とノンミラー型 ― 37 ― の座標差図５ノンミラー型とスキャン式レーザー測距儀による測定結果比較（測線）図６ノンミラー型とスキャン式レーザー測距儀による測定結果比較（測線）設置等による誤差も若干あることが考えられるが、大詳細を図７∼８に示す。これらの図から、１）ダム堤規模斜面状況の効率的な探査という面ではノンミラー体洪水吐部コンクリートの４本の柱、２）支柱間の三型 TS も十分に利用できる測距儀あることが確認でき角形状の凹み、３）柱構造下部には目立つ凹凸がないた。こと、４）柱上部の凸部、などがはっきりと識別でき 4.2 ノンミラーTS とスキャン式レーザー測距儀にる。よる測定比較ノンミラー型 TS とスキャン式レーザー測距儀で計５．モルタル吹付けのり面の表面形状測された M・L 測線の平面座標で比較したものが図５∼６である。両機器によるこれらの測線の計測は全計測結果（五十里ダムサイトの場合） 5.1 ノンミラー型 TS による表面形状測定く同一測点でなされているものではなく、ある程度近計測のり面上部より、H・M・L の３測線を設定傍箇所での計測比較である。そのようなことを踏まえし、その線上を計測した。H 測線以外ではミラー型て、両者の計測結果を比較してみると、洪水吐の顕著 TS による計測は実施不可能であった（急傾斜で湖水な凹凸や堤体曲面がよく再現されており、座標値とし面に至るため展望台となっている最上部フェンス前面ても大きな差異が認められない。ノンミラー型 TS のの手すり部を利用してミラーシールを設置しＨ測線と精度が十分なものとして、スキャン式レーザー測距儀した以外はミラーシール設置が不可能であった。前掲との比較をしてみると、両者の再現する断面形状はほの図２を参照）。H 測線は、3.2で記述したようにノぼ同じと言える。M 測線は両者とも洪水吐の凹凸がンミラー型 TS がミラーシール部と同じポイントを計よく再現されている。L 測線では堤体の曲線が同じよ測することができず、若干ずらして計測した。図９にうに表わされている。は、ミラー型 TS とノンミラー型 TS で計測した H 測次に、スキャン式レーザー測距儀による計測結果の線の断面図を示す。同図に示すように明らかに計測誤 ― 38 ― 図７スキャン式レーザー測距儀による三次元測定結果認をしている測点を除けば、ほぼ同じように表面形状た。この斜面の場合、非常に傾斜がきつく、さらにはを計測できた。また、計測密度が粗いため、この図かオーバーハングしている箇所もあり、従来からの実測ら細かい表面形状を判読することは困難であるが、全や写真測量手法では斜面形態の把握が難しいと考えら体的なモルタル表面の形状をある程度読み取ることもれる箇所である。できた。 6.1 5.2 ノンミラー型 TS による表面形状計測結果ノンミラー型 TS による３測線（横断面１∼３）のスキャン式レーザー測距儀による表面形状測定図10∼11に示すように、スキャン式レーザー測距儀計測結果および縦断方向の測定結果を図12∼13に示では、かなり細かい地形まで三次元的に捉えることがす。これらの図を見ると、大きな形状の把握は可能でできた。すなわち、縦横の密度が均一に地形データをある。例えば縦断図に示すように、オーバーハング箇計測できるため、表面形状の大きな変化や凹凸の著し所が的確に表現されており、当該斜面のような箇所でい形状をよく捉えることができた。また、縦断方向のは有効な手段であることを確認できたが、微地形を十断面を見た場合、箇所により斜面傾斜が微妙に異なる分把握するレベルまでには至らなかった。状況もよく把握できた。ただし、モルタル吹付け部分 6.2 スキャン式レーザー測距儀による表面形状計測結果にある溝や吹付け部よりも上部にあるフェンスなどの形状までは捉えられなかった。スキャン式レーザー測距儀における計測結果をノンミラー型 TS と同様に、器械点を原点とし既測杭を X ６．岩盤斜面の表面形状計測結果軸とした座標系に置いて求めた。図14には、平面図（海尻トンネル脇斜面の場合）（X 座標、Y 座標）、立面図（X 座標、高さ）、立面図すでに3.2で記述したように、この斜面では直接立（Y 座標、高さ）、等高線図を示す。このうち、等高ち入りができなかったため、ノンミラー型 TS および線図は取得した三次元計測データを用いて１ m 間隔スキャン式レーザー測距儀による計測のみを実施しのメッシュ点を発生させ表示したものである（ただ ― 39 ― 図８スキャン式レーザー測距儀による測定結果（平面図） ― 40 ― 図10 スキャン式レーザー測距儀による測定結果（平面図）図９測線での断面測定比較図11 図12 ノンミラー型スキャン式レーザー測距儀による計測結果（等高線図）による計測結果（３測線） ― 41 ― 図13 ノンミラー型による計測結果（横断）し、データを取得していない等高線図上面は対象ノンミラー型 TS による計測距離が比較的短い（現地外）。これらの図から分かるように、スキャン式レー計測実験研究での計測では概ね100m∼150m 離れるザー測距儀では、かなり細かい地形まで三次元的に把と計測不能箇所が多くなる）の対して、スキャン式握できた。これは、縦横の密度が均一に地形データをレーザー測距儀の場合には最大約1.5km 程度離れた計測できているためと考えられる。この点で、スキャ地点でもレーザー波の反射が感知できた。ン式レーザー測距儀は、表面形状を把握する手段とし以上の点から、大規模斜面における効率的な地形計て有効であると言える。とくに、当該斜面のように他測をしていく場合、現地へ直接立ち入りが困難なケーの測量手法の適用が難しいような場合は、その安全性スでの計測が最大のポイントとなり、その場合、最もや精度から勘案して有効な手段となろう。適用性の高い計測機器がスキャン式レーザー測距儀であろう。その理由は次のとおりである。７．大規模斜面探査への適用性 7.1 ①災害直後の大規模斜面や岩盤急崖斜面は、人間が容実験計測結果からみた適用性易に到達できない場合が多いため、光波測距用の反前報（APA74号）の基礎的実験研究と今回の現地射プリズムを設置することが困難である。それに対計測実験研究の結果から、使用計測機器の大規模斜面し、スキャン式レーザー測距儀やノンミラー型ＴＳ探査への適用性を、表４にまとめた。では、反射プリズムの設置が不要であるため、人的基礎的実験研究により、ミラー型 TS による精密な立ち入りの有無に左右されないメリットがある。と計測方式に対し、ノンミラー型 TS による計測でもほくにスキャン式レーザー測距儀では面的に、しかもぼ同様の計測成果が得られており、ノンミラー型 TS 自動計測できる点で極めて有効である。の当該研究分野への適用性が高いことを確認できた。 ②単位時間当たりの測距回数が多い（測距速度が速また、現地計測実験研究を通じて、ノンミラー型 TS い）ため、短時間での計測が可能となる。これにとスキャン式レーザー測距儀との計測結果はかなり整より、災害に伴なう地形変位が災害直後に迅速に合しており、斜面災害箇所の発生直後の状態を早い時把握でき、応急対策に利用できる地形図等の作成期に面的に計測していく手段としてスキャン式レーに威力を発揮することになろう。ザー測距儀の適用性がきわめて高いことが判明した。ただし、従来の光波測距儀の測定範囲が数 km∼数 ― 42 ― 図14 スキャン式レーザー測距儀による三次元計測結果表４使用した計測機器の大規模斜面探査への適用性 ― 43 ― 10km に対し、今回使用したスキャン式レーザー測距 ①同一測線上を繰り返してスキャンニングした場合の儀では１ km 程度までである。その範囲内で、災害時の緊急測量が可能になるだけでなく、立ち入りに危険計測結果の整合性 ②①に関連して、複数回のスキャンニングによる計測の恐れのある地域にこの測距儀を設置したのち、昼夜連続して計測もでき、作業者の安全確保や時々刻々変結果の不整合な原因の分析 ③地形変化をリアルタイムに抽出していく計測手法の化する状況にも対応できる可能性を示唆している。 7.2 検討スキャン式レーザー測距儀を適用する場合の今 ④見てや分かり易い出力成果の検討後の研究課題計測期間に応じた実証研究ここでは、スキャン式レーザー測距儀を用いて大規スキャン式レーザー測距儀を利用した立ち入り困難模斜面の地形計測を行なっていく場合、今後明らかにな災害箇所での計測を考える場合、二次災害の影響のしていくべき研究課題とその対応について以下にまとない特定箇所からの一時的な計測（災害直後の迅速でめる。その際、現地への直接的な立ち入りが困難な場面的な地形計測）と長期間に渡って固定箇所からの継合に本計測システムの適用が前提とされよう（現地立続的・恒常的な計測とに大別される。ち入り可能な場合には、ミラー型 TS、GPS、航空写真測量などのより精度の高い測量が実施されるため）。一時的な計測に対して必要とされる実証研究は、で記述したような研究項目の実施が考えられる。計測対象に応じた実証研究継続的･恒常的な計測に対して必要とされる研究実災害直後の斜面では、とくに、その災害を引き起こ証は、およびで記述したような研究項目の実施がした誘因というべき大量の降雨による出水が見られ、考えられる。加えて、特定な固定地点に機器を設置レーザー波による計測に大きな影響を及ぼす恐れがあし、新たな災害の発生時や著しい地形変化を引き起こる。そのため、このような計測条件下における検証をした場合などに、昼夜の区別なく自動計測が可能な実施することにより、レーザー波の反射度合や計測精ハード面での改良や時々刻々計測されたデータを送信度等を把握しておくことが重要である。それには、次できるシステム面での改良などに関する研究開発が必のような研究実証が必要とされる。要とされる。 ①斜面の含水状況を変化させた場合の計測結果への影８．おわりに響について ②岩質あるいは土性の異なる斜面での計測を実施し、大規模な斜面災害に対する効率的な探査手法には、構成物質（岩質・岩（土）色（花崗岩系／玄武岩系災害発生箇所の地域的・地形的な制約、災害の発生タの違い））の違いによる計測結果への影響についてイプ、緊急性、求められる精度等によって様々な手法 ③斜面上のラフネスの違いによる計測結果への影響にが想起される。また、その場その場によって最適な手法やその組み合わせも異なり、固定された手法は存在ついて ④計測結果の分かり易い出力表現方法の検討についてしないであろう。レーザー測距儀を主体にアプローチ（立面オルソ画像の出力、三次元出力、平面・立する手法も、このような探査手法の一つである。この面・断面出力など工夫や改善が必要とされる）手法は、現地立ち入りの困難な災害箇所での面的な地計測方法に応じた実証研究形計測には有利なものであり、従来の写真測量手法と現地立ち入りの困難な災害箇所においてスキャン式異なり比較的迅速に直接地形データを取得できる利便レーザー測距儀を利用していく際、災害箇所を面的に性がある。現地の実情に応じて臨機応変な計測がで地形計測していく場合と、特定箇所あるいは特定地き、現在でも省力化がかなり進んでおり、加えて将来点、ないしは特定地形断面における地形変化を計測し的には無人化が可能な手法でもある。しかし、スキャていく場合などに概ね大別される。それぞれの場合ごン式レーザー測距儀に代表されるような比較的新しいとに応じた研究実証が必要とされる。計測機器を、大規模斜面の効率的探査に利用していく特定箇所・特定地点・特定地形断面を計測していく場合には、次のような実証研究が必要とされる。には応用的な研究だけでなく、数多くの基礎的レベルでの検証実験が今後とも必要とされる。 ― 44 ― 技術発表会論文集、pp.94∼101、（財）日本測量技術なお、本研究業務は、建設省国土地理院からの委託調査協会により、（財）日本測量調査技術協会第８技術部門に所属するメンバーを中心にして研究を進めてきたもの５）加藤である。本研究をまとめるにあたって、ご協力を頂いた関係各位には、心より深く感謝申し上げる次第であ哲・瀬戸島政博・浅井健一（2000.1）：大規模斜面の防災対策における応用計測技術、測量、 pp.26∼29、（社）日本測量協会６）瀬戸島政博・浅井健一・第８技術部門作業部会メンる。バー（1999.12）：大規模斜面状況の効率的探査技術の開発に関する研究その１: 基礎的実験研究の成果、 APA、No.74、pp.31∼40、（財）日本測量調査技術協参考文献１）建設省国土地理院（1998.3）：大規模斜面状況の効率的探査技術の開発に関する研究作業報告書、（財）日本測量調査技術協会２）瀬戸島政博・浅井健一（1998.8）：大規模斜面状況の効率的探査技術の開発に関する研究 −探査技術確立へ向けての事前調査− 、APA、No.70、pp.26∼35 ３）建設省国土地理院（1999.2）：大規模斜面状況の効率的探査技術の開発に関する研究作業（その２）報告書、（財）日本測量調査技術協会４）瀬戸島政博・加藤哲・浅井健一（1996.6）：大規模斜面状況の効率的探査技術の開発に関する研究、第21回 ― 45 ― 会（＊（＊＊第８技術部門長、国際航業株式会社）建設省国土地理院）（＊＊＊第８技術部門作業部会メンバー）小山田博之（アジア航測株式会社）秋山幸秀、藤原輝芳（朝日航洋株式会社）長谷川浩司、加藤岩浪英二哲（国際航業株式会社）（中日本航空株式会社）下村博之、三島義徳（株式会社パスコ）児玉信之、田中隆司（復建調査設計株式会社）