【最新】DJIドローンを活用した「写真測量」の方法
その中でも、特に活用が広がっているのが「写真測量」です。
建設土木や測量コンサル、林業など、幅広い分野で欠かせない「測量（＝地形を測る作業）」。
この作業が、ドローンによってどのように行われているのか、ご存じでしょうか？
「なんとなく難しそう」というイメージから、導入を見送り続けている土木・建設会社の技術者の方も多いのではないでしょうか。
この記事を読み終わるころには、「ドローン写真測量の仕組みが分かった」「自社でもできそう」「ドローン写真測量ってめちゃくちゃ便利じゃん」と思っていただけること、間違いなしです！
ぜひ最後までお付き合いください。
この記事でわかること
- ドローン写真測量の仕組みや「SfM」の基本原理
- DJIドローンを使った写真測量の具体的な流れ
- RTK測位や地形フォローなど、測量精度を高める重要機能
- DJI Matrice 400 × P1とMatrice 4Eの特徴や違い
- 写真測量に必要な機材・ソフト・導入時のポイント
目次
写真測量の原理
大量の写真から立体を復元する技術「SfM」
こういうサービス見たことありませんか？
人やモノを360度周囲の無数のカメラで撮影して、フィギュアだったり3Dデータを生成する技術。
重なり（オーバーラップ）を持たせた大量の写真から、専用ソフトで撮影対象の立体を再構築する技術、Structure From Motion（SfM）と呼びます。
ドローンの写真測量もこれとほぼ同じテクノロジーを使っています。
上空から撮った写真を使えば地形の立体データを作れるんじゃない？＝ドローンでできそう！という着想です。
このSfMでは、対象物の「点群」や「メッシュデータ」などを生成することができます。
中でも点群＝各点がXYZの座標を持った点の集合体は非常に使い勝手がよく、点の間の長さを測ることでの距離計算、複数点を選択することでの土量計算、はたまたBIM/CIMのように三次元の設計データがあれば現況データと重ね合わせて出来高の進捗管理もサクッとできてしまう、というわけです。
三次元の設計データがあれば現況データと重ね合わせて出来高の進捗管理もサクッとできてしまう、というわけです。
そして正確に地形を復元するために大事な要素、おさえておきたいのはこの3つ。
1. 写真のラップ率
前後のオーバーラップだけでなく左右のラップ率の精度が重要です。
手動の操縦、シャッター操作ではバラバラになってしまうため自動航行で撮影するのが主流なので、精密に設計した飛行ルート通りに確実に飛行できる性能を持ったドローンが必要です。
2. 撮影時の情報
SfMソフトは重複する写真の特徴点（タイポイント）を見つけつつ、撮影時の位置情報やカメラ方向、角度の情報を元にデータの位置関係を特定します。これをアライメントと呼びます。
これらパラメータの精度が悪いとアライメントもうまくいかず、結果点群の精度が悪化します。
3. 標定点による補正、検証点による精度評価
上記2つをおさえて撮影したデータを使っても、処理の過程で点群データ全体にわずかな歪が発生する場合があります。
また、生成されたデータの精度評価＝事前に実測した特定場所の座標真値と点群内の座標値の比較も欠かせません。
これらの要素に高次元で適合したドローンを生み出し続けているのが「DJI」です。
DJIドローンを活用した写真測量プロセス
写真測量全体の流れ
写真測量の大まかなプロセスを紹介します。
- 飛行ルート作成（DJI Pilot 2）
- 計測現場に標定点、検証点設置（DJI D-RTK 3）
- ドローン自動航行（DJI Pilot 2）
- 点群解析ソフトでの処理（DJI Terra）
- 検証点による精度評価・データエクスポート（DJI Terra）
- 他社点群処理ソフト等で活用
STEP1｜飛行ルート作成（DJI Pilot 2）
例えば「DJI Matrice 4E」というドローンで写真測量を行う場合、純正操縦アプリ「DJI Pilot 2」で飛行ルートを作成します。
分かりやすいUIに設計されていて、パラメータの意味さえ理解すれば直感的に操作できるので、どなたでも簡単に計測ルートを作ることができます。
STEP2｜計測現場に標定点、検証点設置（DJI D-RTK 3）
測量データの後処理と精度評価に欠かせないマーカーです。
公共測量マニュアルに準じたピッチで計測範囲内外に配置し、マーカー中心の緯度経度高度をTSなどで測ります。
このあたりもDJIで固めるなら、「DJI D-RTK 3」のローバーステーションモードで測ることもできます。
マーカーは地表面が露出した平坦な場所に設置し、計測中に動くことがないようにペグなどでしっかりと固定してくださいね。
この作業、実は結構大変で、現場規模によって何十枚も設置することがあります。
マーカーの数を減らして作業効率を上げるためにはドローンの飛行測位精度を上げるために「RTK測位機能」が有効。
これにより通常のGPS単独測位の測位ブレ（理論値で数m）が、2センチほどまで圧縮されます。
このレベルまで撮影位置精度が高ければ、標定点で補正をかけなくても十分な絶対精度を持った点群データが構築できるので、検証点のみの配置で済みます。
STEP3｜ドローン自動航行（DJI Pilot 2）
下準備が整ったら、先ほど作った飛行ルートを実行します。
カメラのフォーカス、絞り、シャッタースピードを適正値に調節し、スタートボタンを押したらあとは勝手に撮影してくれます。
操縦者は送信機にエラーメッセージなどが出ていないかなどをチェックしつつ、機体周辺の監視をしておきましょう。なんともラクチンですね。
STEP4｜点群解析ソフトでの処理（DJI Terra）
さて、撮影が終わってヘリパッドに帰着したドローン。写真は内部のmicroSDカードに保存されています。
送信機のプレビュー機能でざっと内容を確認したら、「DJI Terra」などの点群解析ソフトにデータをインポートします。
ここで事前に測った標定点・検証点の座標値を入力します。CSVデータを作っておくと簡単にインポートできます。
するとだいたいの位置が自動解析で特定されますので、ピンの場所がマーカー中心からずれているポイントを手作業でちょちょっと調整してやります。
あとはオルソ画像、LAS、PLYなど出力したいデータ形式を選択し、解析開始。
STEP5｜検証点による精度評価・データエクスポート（DJI Terra）
無事に点群データができました。DJI Terraには解析レポート機能がついていて、これを参照するとデータの精度が分かります。
STEP6｜他社点群処理ソフト等で活用
こうしてできた点群データですが、不要なもの（車や建物などの構造物）はトリミングするなど少し追加処理をかけてやればさらに扱いやすくなります。
「DJI Modify」や「Trend-Point」などの点群処理ソフトを使って処理しましょう。
いかがでしょうか？写真測量に係る作業の多くは自動化されていることがお判りいただけたと思います。やり方さえ分かれば意外と簡単そうに思えてきませんか？
次は写真測量に最適なドローン2製品について詳しく説明していきます。
写真測量に適したドローン2製品
「DJIドローンは種類が多すぎてどれを買えばいいか分からない」という声をよく聞きます。
写真測量に関しては以下の二択！
予算と現場環境に合わせてお選びください。
DJI Matrice 400 × DJI Zenmuse P1
DJI Matrice 4E
なぜこの2製品かというと、「任意のラップ率の飛行ルートを簡単に作れて、機体の測位精度も高くて、高精度な情報を持った写真を撮ることに長けているから」です。
言い換えれば、サードパーティの自動航行アプリを使って、カメラの画角・画素数から手計算で飛行高度とラップするシャッタータイミングを決めて写真を撮れば、Mavic 3やMini 5 Proでも地形の点群データを作ることはできます。
ただ、無慈悲なほどに手間がかかりますし、精度も期待できません。
餅は餅屋理論で、写真測量は写真測量用ドローンを選択しておくのが間違いないです。
① DJI Matrice 400 × Zenmuse P1
これで撮れない現場はマルチコプターでの写真測量を諦めろ。ただ高くてでかいぞ！
航空測量用カメラP1を現場でぶん回せるセットです。
このカメラのメリットは超高解像度。
高度を高く設定しても十分な地上画素寸法（GSD）を保てるので、高高度から安全かつ効率的に計測ができます。
例えば2ヘクタールを起工測量基準のGSD：2cm/pixで測量する時、以下のような違いが出ます。
-
Matrice 400 × Zenmuse P1（35mmレンズ）：
飛行高度159m / 飛行時間2分（飛行速度5m/s）/ 写真点数27枚 -
Matrice 4E：
飛行高度74.5m / 飛行時間2分41秒（飛行速度5m/s） / 写真点数50枚
高度と写真点数が全然違いますね。
高度159mは飛行申請がいるので現実的には150m未満での飛行になると思いますが、この高さは障害物が全くと言ってないので、ドローンで最も恐ろしい衝突リスクを極限まで低減することができます。
また、写真点数の削減は点群処理作業の加速に貢献します。素晴らしい。
そして、Matrice 400特有の、カメラを交換できる機能も見逃せません。
将来的にLiDAR測量に取り組みたくなったら、L3だけ購入すればオッケー。新たにドローン本体を買い直す必要なし。
また、ゆとりある最大積載量を持っているので、大概のLiDARスキャナなら抱かせることができます。高いのは価格と図体だけにあらず。さすがフラッグシップモデル。
② DJI Matrice 4E
写真測量エントリーモデル。だが性能はモンスター級。グローバル市場で爆売れ中。
迷ったらこれを買っとけば間違いないです。
かつてPhantom 4シリーズでGSD：2cmを維持しようとすると高度40mくらいまでしか上げられなかった時代を知っている人からすると、「小型機なのにセンサーサイズが1/1.3インチ！！？？」と驚かれることでしょう。
さらに、5方向オブリークキャプチャー機能搭載で、通常の真俯瞰撮影のみでは撮影できない構造物の側面などを効率的に補完撮影してくれます。
共通の推しポイント
RTK測位に対応
RTK測位を使えば絶対精度がググっと向上。無数の標定点配置から解放されます。
もちろんネットワークRTK方式、D-RTK 2/3を既知点に配置する方式両方に対応。
携帯の電波が入らない山奥や、飛行範囲が広すぎてD-RTKと機体の接続が途中で切れてしまうような環境で使える、後処理で位置情報を補正する「PPK処理」もいけます。
多彩な地形フォロー機能に対応
通常、ドローンの自動航行は水平に飛行していきます。すると高低差がある地形では地上との距離が近い写真と遠い写真が混在してしまい、地上画素寸法と写真のラップ率がバラバラになってしまいます。
それを解消し、地形の変化に合わせて高度を調整しながら飛行してくれるのが「地形フォロー機能」。
現況をラフに計測した地形メッシュデータまたはオープンソースのDEMデータを読み込ませることで対地高度を維持する「地形フォローモード」と、ドローンの下方センサーがリアルタイムで地上との距離を測り、対地高度を維持する「リアルタイム地形フォローモード」に対応。
この機能はマッピング精度向上にめちゃくちゃ有効なのに、他社製品にはほとんど見られないDJI独自の機能です。
DJI Terraトライアルライセンス付帯
点群解析ソフトですが、MetashapeをはじめDJI Terra以外にもいろいろあります。
各製品特色があって、まず使い心地を試してから決めたいという方も多いはず。
Zenmuse P1には6ヵ月分、Matrice 4Eには1年分のDJI Terraフリートライアルが付属します。
購入してすぐに計測を始められるのも強みですね！
最後に、写真測量用ドローンの導入費用
気になる価格につきまして、当社のドローン販売ページに参考価格を掲載しております。
表示価格は参考価格ですので、予備バッテリーやヘリパッドなどアクセサリー込みで個別にお見積りさせていただいております。
まずはお気軽にお見積り依頼をいただければと思います。
また、MetashapeやTrend-Pointの取扱、運用講習にも対応しております。
「精度評価までの一連作業を教えてほしい」「「事務所に転がってるPhantom 4を使って、写真測量のやり方を知りたいんだけど」など、なんでもご相談ください。
購入前に試してみたい・・・という方にはスカイシーカーレンタルがオススメです。
売るだけ・貸すだけじゃなく、導入支援まで行えるのがスカイシーカーの強みです。
ドローン写真測量導入をご検討の際は、ぜひスカイシーカーにご相談ください！