空中写真測量・航空レーザー測量

写真測量の技術は19世紀後期に台頭しました。はじめは地上で撮影した写真を地上測量の補助手段としてつかわれましたが航空機の開発とともに空中写真測量が導入されました。測量業界では航空写真といわれることが多いようですが国土地理院では空中写真といいます。航空機が進歩するまで気球で写真測量をしたこともあったからでしょうか。気球による空中写真は、すでに明治初期から行われていますが航空機による撮影は明治末期からになります。空中写真を図化して測量に用いることは大正後期から千葉県の下志津陸軍飛行学校で当初は研究として実施されました。1923年(大正12)に初めて実用目的の空中写真が撮影され1927年(昭和2)には豊橋近郊の地形図の修正に利用されました。また満州など外邦の測量にも利用されています。1940年(昭和15)にはステレオ・プラニグラフとよばれる図化機がドイツから潜水艦によって輸入され空中写真から地形や地物を測定して地図の図形にするために使用されました。戦中、戦後は一時中断されましたが1952年(昭和27)頃に再開され二万五千分一地形図の作成に利用されています。二万五千分一地形図は1983年(昭和53)に全国整備が完了しています。

五万分一地形図の作成は1895年(明治28)頃からはじめられ全国の地形図が刊行されるまで30年間かかりました。しかし二万五千分一地形図の作成は五万分一にくらべて地図紙面でも4倍の作業量になりますが五万分一と同じく約30年間ですんでいます。ほとんど第二次大戦後の作業になりますが空中写真測量による効率化が寄与しています。

フィンランドで1962年発行された同国測量局150周年記念切手には空中写真測量が図案になっています。

民間でも古くから航空写真による地図が作成されています。日本最古の航空写真地図は1933年(昭和8)博文館が刊行した「大東京鳥瞰写真地図」で日本空中作業合資会社が撮影、2004年(平成16)海上保安庁海洋情報資料館でみつかりました。[日経新聞:日本最古の航空写真地図 日経新聞 2004.7.3]

空中写真はすべて公開されており閲覧は無料で複製は有料で入手可能です。隣り合う写真の被写体の範囲を60パーセントずつオーバーラップして、またコース間は30パーセント、オーバーラップして撮影するので膨大な枚数になります。

写真は国土地理院に展示している旧式の測量用航空機「くにかぜ」でビーチクラフトB65を原型とする小型双発機です。乗員は5名、全長10.2メートルで高度8600メートルまで飛行することができます。機体には精密なカメラや磁気測量器械を搭載しており1960年(昭和35)から1983年(昭和58)まで運用されたました。飛行実績は総7600時間、総飛行距離は22万キロメートルでした。後継機としてビーチクラフトUC−90が「くにかぜU」として登場しましたが2010年(平成22)からはセスナ208Bが「くにかぜV」として就航しています。

飛行高度は目的とする地図の縮尺によって変わりますが二万五千分一用の写真ならば6000メートルの高度になります。カメラ(右の写真 WILD RC9型)はレンズの直径が30センチメートル、固定焦点でフイルムは幅24センチメートル、長さは60メートルあります。最近では10センチメートル単位の画像解析が可能なデジタルマッピングカメラも用いられています。また「くにかぜV」では合成開口レーダ(SAR)も搭載できます。

国土地理院の航空機は海上自衛隊の徳島教育航空群第202教育航空隊で運航されていました。この航空隊はパイロットの養成が主な任務ですが国土地理院や陸上自衛隊の中央地理隊の要請にこたえて航空写真測量を行ってきました(2000年4月時点確認)。測量用航空機「くにかぜV」の採用からは民間に運航を委託しています。

写真は空中写真のために三角点の標石上に立てられた対空標識です。上空から三角点の標石を撮影しても小さ過ぎて判りにくいために、このような標識を立てます。四万分一の空中写真の場合、0.02ミリメートル程度の白点で確認できなければなりません。標識はこのほか、いろいろな形状のものがあり地上にあるものは地上点、樹木の上に取り付けたものは樹上点といいますが既存の三角点も含め地上座標の明らかになっている点を標定点といいます。標定点は写真を地上の特定位置に合せるための標識です。またこれらの標識だけでなく精度向上のため写真上に地上の位置と関連をもったパスポイントと呼ばれる点を求めて利用します。パスポイントは道路の交差点や建造物の角など位置が明らかになっている地点で、空中写真一枚につき3点以上つくりますが画像上で明らかになる点を選定して位置を求めるのであって現地に標識を設置するわけではありません。最近は航空機にGPS受信機と慣性計測装置(IMU=Inertial Measurement Unit)を搭載してカメラの正確な位置と傾きを求められるようになりました。これにより従来の対空標識は不要になります。さらに上空から地上の目印となる構築物の位置をGPSで正確に測量し三角点と同等の地上基準点(GCP=Ground Control Point)を設け空中写真と対応づけることも行われています。このようなことが進展すると将来は不要な三角点がでてくることも予想されます。

空中写真では地表面を真上から撮影しても標高の高いところが低いところにくらべて拡大されて写ります。これを中心投影といいますが、このままでは地図には利用できないので被写体が同一縮尺になるよう標高データで補正しなければなりません。これを正射変換、補正した写真を正射写真またはオルソ画像(Ortho Image)といいます。

近年は航空レーザー測量といい航空機からレーザーを地上に反射させ位置情報を取得して地図を作成する試みも行われています。航空機に搭載したレーザー高度計、GPS受信機、慣性計測装置などつかって地表を水平方向の座標、高さの三次元で計測する方法です。航空機から地上を走査(スキャン)したレーザ光は建物、樹木や地表面で反射し反射信号の波形から、それぞれの高さを検出できます。ただし照葉樹のように葉が密に茂るところではレーザ光が地上にまで達しないことがあり地面の高さのデータは得られません。航空レーザ測量で直接得られる高さのデータは、建物や樹木の高さを含んでいます。このような高さのデータより作成した地表モデルを数値表層モデルDSM(Digital Surface Model)といいます。これに対して、一般の地図のように地表の高さを示したい場合は、これらの建物や樹木の高さを取り除くことが必要です。この作業(フィルタリング)を行って得た地表面だけの高さのデータでつくられる地表モデルを数値標高モデルDEM(Digital Elevation Model)といいます。標高データは数値地図として公開されていますが地形図にはまだ反映されていません。


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