ポケットコンパスに代わるポケットコンパスに代わる測量機器について測量機器について ～レーザー距離計やGPSで 森林測量をしてみよう～

宮城県林業技術総合センター

目次

はじめに ・・・・２

１． どんな組み合わせで測量ができるの？ ・・・・３

２． 各測量方法の特徴 ・・・・４

３． どのくらい効率化できるの？ ・・・・５

４． どのくらいの誤差があるの？ ・・・・６

５． GPS測量の誤差について ・・・・７

６． 場面に応じた使い方を ・・・・８

７． GPS測量の応用 ・・・・11

８． GPS測量の注意点 ・・・・13

９． おわりに ・・・・18

1

はじめに

2

森林・林業の現場において，作業をする森林の大きさを測るための周囲測量等は適切な森林整備を進める上で必要不可欠な作業です。 現在，これらの森林測量ではポケットコンパスと巻き尺を使った「コンパス測量」と呼ばれる方法が一般的に用いられています。 このコンパス測量は操作が比較的簡単で機器も軽量であるといった利点がありますが，作業には最低２人以上の人員が必要であり，見通しが悪い場合は測点間の刈り払いが必要になるなど，作業効率が低下し労働負担が大きくなる場合も多々あります。 一方，測量分野での機器の発展はめざましいものがあり，平地における測量では水平角，垂直角，距離を一度に測定できるトータルステーションはもちろんのこと，衛星からの電波を利用したGPSによる測量が主流になっています。 平地で利用されているGPSやトータルステーションは非常に高価で重量もあり，不整地や傾斜の多い森林内でそのまま利用することは難しいのですが，近年は比較的軽量な距離計や安価なGPSが発売されるようになり，ポケットコンパスに代わる手法として利用される例も出てきました。 当センターでは数年間にわたってこれらの機器の利点・欠点などを調査し，このパンフレットにまとめました。 このパンフレットにより，これらの機器の得失を理解し，森林測量の効率化が図られることを期待します。

１． どんな組み合わせで測量が

できるの？

3

組み合わせ方法 機械の価格 測量方法

ポケットコンパスと 巻き尺 （以下，コンパス測量）

10～20万円 （ポケットコンパス：10万円程度 巻き尺：数千～数万円程度）

主として トラバース測量

ポケットコンパスと 超音波距離計 （以下，超音波測量）

20～30万円 （ポケットコンパス：10万円程度 超音波距離計：10～20万円程度）

主として トラバース測量

電子コンパスと レーザー距離計 （以下，レーザー測量）

40～70万円 （電子コンパス：20～30万円程度 レーザー距離計：20～40万円程度）

主として トラバース測量

単独測位GPS （以下，GPS）

数千～数万円 測点ごとに測位

ディファレンシャル機能付きGPS （以下，DGPS）

数十万～数百万円 測点ごとに測位

様々な機械の組み合わせが可能ですが，主に５種類に区分できます。

それぞれの価格，測量方法などは以下のとおりです。

２． 各測量方法の特徴

4

組み合わせ方法 長所 短所

コンパス測量

・従来から広く使われており，取扱が簡便 ・比較的安価 ・比較的軽量

・縄をまっすぐに張るため，測点間は直進する必要がある ・距離を正確に測るために，藪があると刈り払いが必要 ・測定可能距離は100m程度まで

超音波測量

・取扱はポケットコンパスとほとんど変わらない ・超音波で測るため，測点間は迂回してもよく，刈り払いも不要

・機器が高価 ・測定可能距離が30mほどしかない

レーザー測量

・200mほどの距離まで測定可能 ・ボタン１つで測角，測距ができ，作業効率はコンパス測量の2倍以上

・機器が高価 ・機器が比較的重い ・多少操作に慣れが必要

GPS

・比較的操作が簡単 ・林冠が閉鎖されていてもほとんど問題なく測定可能 ・緯度経度で記録するので，GISなどとの連動が可能

・誤差が数ｍ生じ，正確な測量は不可能 ・機能が単純で，機械の設定変更などができない場合がある

DGPS

・GPSより高精度で測量ができる ・測点間の距離制限はない ・緯度経度で記録するので，GISなどとの連動が可能

・機器が高価 ・林冠が閉鎖されていると電波を取得しづらい ・操作をするには専門用語やGISソフトの知識が必要

大まかには下記のような特徴があります。

３． どのくらい効率化できるの？

5

５カ所の試験地で各測量方法を実際に行い，所要時間を測定しました（５カ所全てで実施した「レーザー距離計と電子コンパス」の所要時間を100とした場合の，各測量の所要時間をグラフにしています）。 この結果、レーザー距離計を使った方法に比べて，従来のコンパス測量では２倍以上の時間がかかり，逆にGPSを使用した場合は同等もしくは約半分の時間で測量できることが分かります。 このことから従来のコンパス測量と比較すると，作業効率はレーザー距離計と電子コンパスによる方法では約２倍，GPSでは約２～４倍となり，作業効率の向上につながりました。 一方，超音波距離計を使用した方法では，障害物の少ないところではコンパス測量と同程度の作業効率でした。

0

50

100

150

200

250

試験地A 試験地B 試験地C 試験地D 試験地E

レーザー測量を

10

0とした場合

の各測量の所要時間割合

レーザー測量

コンパス測量

超音波測量

４． どのくらいの誤差があるの？

6

測量精度については，７カ所の試験地で実際の測量を行い，得られた面積を比較しました（各試験地の面積が違うため，下のグラフではレーザー測量もしくはトータルステーションで測量した面積を100とした場合

の，各測量の面積割合を示しています）。 その結果，試験地A，D，FではGPSによる測量誤差が大きくなりました。試験地Aは測量面積が小さかったため，面積割合で示すと誤差が大きくなりました。また，DとFは，V字谷の窪地など上空が遮蔽された環境にも測点がありました。 このように，対象地が小面積である場合や谷底地形に測点がある場合は，GPSによる測量は好ましくないことが分かりました。

90%

95%

100%

105%

110%

115%

120%

試験地A 試験地B 試験地C 試験地D 試験地E 試験地F 試験地G

TSもしくはレーザー距離計による測

量面積を

10

0とした場合の面積割合

トータルステーション レーザー測量

コンパス測量 超音波測量

GPS DGPS

５． GPS測量の誤差について

7

林分条件が異なる森林内で測位条件調査を行ったところ，GPS，DGPSとも胸高断面積合計が50m2/haを超えたあたりから急激に誤差が大きくなり，54m2/haで誤差２m，63m2/haで誤差５mを超えることがわかりました（図３）。 宮城県民有林スギ林林分収穫表（地位１等）のデータを参考にすると，概ね35年生以上の林分で誤差２m，50年生以上の林分で誤差５mとなり，これ以下の誤差に抑えたい場合は，当該林分ではGPS以外のレーザー測量や超音波測量，コンパス測量などで実施するべきであることが分かりました。

y = 0.0145x2 - 1.3371x + 32.127R² = 0.9576

0

2

4

6

8

10

30 40 50 60 70 80

真値からのずれ

(m)

胸高断面積合計(m2/ha)

DGPS

GPS

６． 場面に応じた使い方を ～誤差が数mあっても問題ない場合～

8

（例） ・自分が今どこにいるのか知りたい ・間伐作業前に，大まかな施業面積を測りたい など この場合は，GPSで充分です。ただ，リアルタイムで位置を知りたい場合は地図画面が表示できるタイプが良いでしょう。

スイッチとボタンだけのタイプなら数千円で買うことができます （ただし，その場では自分のいる位置は分からず，後でパソコンと接続することでデータを見ることにな

ります）。

画面付きのタイプなら，その場で自分の位置を知ることができます（価格は数万～十数万円）。 別売りの1/25000地形図などを入れておけば，森林内でも迷子になることはほとんどありません。

～数十cmの誤差にしたい場合～

9

（例） ・作業道の路線を測量したい など この場合は，DGPS，レーザー測量，超音波測量などがいいでしょう。

レーザー測量は，測量者とポールマンの最低2名必要ですが，見通しの良いところでは100m以上の距離を1回で測量できます。 また，コンパス測量と測量方法は同じですので，あまり違和感なく作業が行えると思います。

DGPSなら１人での作業もできます。また，測点間の距離や見通しに制限がないため，長い距離を測りたい場合などに有効です。 ただし，林冠が鬱蒼としているところでは衛星からの電波を取得できず，測量が不可能な場合があります。

～コンパス測量と同等か それ以上の制度で測量したい場合～

10

（例） ・林分の正確な面積を測りたい ・林分内の立木位置図を作成したい など この場合は，レーザー測量，超音波測量がいいでしょう。

超音波測量は，測角は今までと同じポケットコンパスなので，コンパス測量からの移行が容易です。 巻き尺が無くなるだけでも，急斜面や藪の濃い林分では作業効率がかなり向上するでしょう

レーザー測量なら，たいていの場合コンパス測量よりも正確に測量を行えます。

７．GPS測量の応用

11

GPS測量やDGPS測量がほかの測量方法と決定的に違う点は，位置を絶対座標（たいていの場合緯度経度）で記録することです。 コンパス測量や超音波測量，レーザー測量では，通常は起点を0，0とした相対座標での記録になります。 絶対座標で記録することによって，GIS上で図面とデータを重ね合わせることが容易になります。 無料で使えるGISソフトは，有名なものとして「カシミール3D」や「Google Earth」などがあります。 また，「Quantum GIS」など，本格的な解析ができるソフトも無料で利用できるようになってきており，GPSの利用価値を高めていると言えます。

カシミール3Dでの表示例 カシミール3Dホームページ： http://www.kashmir3d.com/

12

Google Earthでの表示例 Google Earthホームページ： http://www.google.co.jp/intl/ja/earth/index.html

Quantum GISでの表示例 Quantum GISホームページ： http://www.qgis.org/

（サイトは英語ですが，ソフトは日本語で動かすことができます）

８．GPS測量の注意点

13

GPSは，作業効率が良い，GISとの連携が容易， （単独測位GPSは）イニシャルコスト・ランニングコストが低く抑えられる，などといった利点がありますが，注意が必要な点もあります。 GPS測量をする際は，主に以下の点に注意すると，現地でのスムーズな作業実施や，測量精度の向上につながります。

～その１～その１ 作業前に，人工衛星の配置を作業前に，人工衛星の配置を 確認しておこう～確認しておこう～

GPSは人工衛星からの電波を受信して位置を測位しますが，人工衛星は地球の周りを常に回っており，測位時に上空にある衛星の数や配置は常に変化します。 そのため，時間帯によって測位しやすい時やしにくい時が出てくる可能性があり，測位しにくい時間帯に測量を行うと，測位に時間がかかったり，最悪の場合は電波を受信できずに測位が不可能となる場合もあります。 これを避けるためには，測量予定の上空の衛星配置を事前に把握し，衛星配置の良いときに測量を行うことが肝心です。 現在，GPS機器で世界的に有名な米国Trimble社から，衛星配置予測ソフト（ Planning Software）が無料で配布されており，このソフトを使うことで事前にパソコン上で衛星配置を把握することが可能です。 Trimble Planning Software ダウンロードサイト： http://www.trimble.com/planningsoftware_ts.asp （サイトは英語ですが，ソフトは日本語で動かすことができます）

14

Trimble Officeの表示例 ※このソフトでは，色々な指標を見ることができますが，特に重要なのは上図にある「DOP」と呼ばれる値です。 この値が高ければ高いほど衛星配置が悪いとされています。 この表示例で言えば，9時半から10時頃，13時から14半頃，16時前後は衛星配置が悪いことが分かります。 この場合で言いますと，10時から13時まで作業をして，13時から14時過ぎまで昼食休憩，その後15時半頃までに作業を終わらせるようにするなど，衛星配置に配慮した作業計画を立てることが重要となってきます。

15

～その２～その２ 受信機の持ち方に気をつけよう～受信機の持ち方に気をつけよう～ GPSの人工衛星は，太陽電池からの電力のみで電波を発信するため，発信される電波の出力はあまり高くありません （GPSの電波は上空約20,000kmのところから数十～数百wで発信されます。一方，例えばＮＨＫラジオ東京第一放送は出力300kwです。周波数が違うので一概に比較はできませんが， GPS受信機は，ラジオと比べると数百倍離れた位

置から数千分の一の出力で発信された電波を受信していることになります。）。 なので，アンテナを遮ることは測位精度の低下に直結します。 GPS受信機のアンテナ部分を手で覆ったり，受信機を躰に近づけるだけでも精度は低下します。 測位をする際は，「アンテナ部分を真上に向ける」，「なるべく体から離す」ことを心がけることが重要です。

アンテナ部分は上に向ける→ なるべく体から受信機を離す→ 受信機は測点の真上に→ 測量杭→

測量する際の理想的な持ち方

16

～その３～その３ 自分の持っている機械の自分の持っている機械の 誤差を把握しておこう～誤差を把握しておこう～

４．や５．でも紹介しましたが，GPSやDGPSは一般的にコンパス測量よりも誤差が大きくなります。 自分の持っている機械の誤差がどのくらいなのかを把握しておけば，測量誤差を評価する一つの指標となり得ます。 誤差の把握には，既知点で実測し，記録された位置と真の位置の差を出すのが一般的ですが，既知点には三角点を使うと便利です。三角点の座標は国土地理院で測量を行っており，緯度経度などの情報を公開していますので，近所の三角点で機械の誤差を把握すると良いでしょう。 ただ，三角点があるところは上空が開けたところが多いので，森林内に近い条件にするためには，なるべく低等級の三角点（三等や四等）を利用する，三角点のそばの森林まで数十m巻き尺をのばし，そこで測位するなどの方法をとるのもよいかもしれません。 ※国土地理院 基準点成果閲覧サービス： http://sokuseikagis1.gsi.go.jp/ （地図や一覧表から，三角点や水準点を検索して位置情報等を閲覧することができます。 また，ユーザー登録をすると，その場所の地目や土地所有者，その点に至るまでのルートなどが記載された「点の記」という情報も閲覧することができます。）

17

～その４～その４ 測点に着いてから，測点に着いてから， 測位するまで一呼吸置こう～測位するまで一呼吸置こう～

GPSの機種にもよりますが，測点に着いてからすぐに測位ボタンを押す（もしくは表示されている位置を記録）すると，GPSの測位が安定せず，測点からの誤差が大きくなる可能性があります。 これを防ぐため，測点に着いて30秒ほど待ってから位置を記録するように心がけるといいでしょう。 また，自分の持っている機種にタイムラグが生じるのか，生じるとしたらどのくらいの時間が空くのか，前記の三角点などを利用してあらかじめ調べておくと良いかもしれません。

0

1

2

3

4

5

6

7

-10 0 10 20 30 40 50 60

移動速度（ｍ／秒）

測点に着いてからの経過時間（秒）

測位と移動速度の例 （この例で言えば，測点に到着してからも15秒ほどは

GPS上の測位点が移動し，測位が安定していないことが分かります）

９．おわりに

18

ＧＰＳやレーザー距離計を使いこなすことができれば，コンパス測量よりも早く簡単に測量を行うことができる一方，使い方を誤ると測量精度の低下を招いたり，場合によっては測量が不可能となることもあります。 しかし，その得失を理解した上で作業を行えば，効率的で低コストな間伐方法として活用できるでしょう。 また，本冊子では軽く触れるだけでしたが，測量機器といったハード面だけでなく，GISなどのソフト面もここ数年で急速に充実してきました。 さらに機器そのものの進歩もめざましいものがあります。 鬱閉した林冠下や谷底深くでも衛星の電波を受信できる高感度GPSなども多数発売され，調査を開始した当初よりも機器選択の幅が広がりました。 その代わり，これらの機器を利用する際には，自分がどのくらいの精度を求めているのか，どのような測量成果（図面）を作りたいのか，費用対効果を充分に見極めて機器選択をする必要があります。 この冊子が市町村，森林組合，素材生産業者，森林所有者等に広く利用され，本県の森林管理の推進に資することを期待します。 最後になりましたが，本調査にあたりまして多大なご協力をいただきました関係者の皆様に厚く御礼申し上げます。

19

※（参考）本調査で使用した機器 ◎コンパス測量 ・コンパス： 牛方商会 LS-25レベルトラコン ・巻き尺： 50m巻き尺 ◎超音波測量 ・コンパス： 牛方商会 LS-25レベルトラコン ・超音波距離計： ハグロフ社 VERTEXⅢ （販売終了。現在は後継機種のVERTEXⅣが販売されています） ◎レーザー距離計 ・電子コンパス： LaserTechnology社 MapStar Compass Module ・レーザー距離計： LaserTechnology社 Impulse200 ◎単独測位GPS ・TRANSYSTEM社 i-Blue747トリップレコーダー （販売終了。現在は後継機種の747Proが販売されています） ◎ディファレンシャルGPS ・GPS受信機： Trimble社 GPS Pathfinder Pro XR （販売終了。現在は後継機種のGPS Pathfinder Pro XTが販売されています） ・PDA： Hewlett-Packard社 iPAQ Pocket PC h2210 （販売終了。現在はHP社でのPDA製造・販売はしていません） ・GISソフト： ESRI社 ArcPad7.1.1 （販売終了。現在は新バージョンのArcPadが販売されています）

20

ポケットコンパスに代わる測量機器について ～レーザー距離計やGPSで森林測量をしてみよう～

平成24年１月発行

宮城県林業技術総合センター

〒981-3602

宮城県黒川郡大衡村大衡字はぬ木14

ＴＥＬ： 022-345-2816

ＦＡＸ： 022-345-5377

ｅ－ｍａｉｌ： stsc@pref.miyagi.jp