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測量とは?

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トータルステーションを使用する測量技師
1728年刊 "Cyclopaedia" より、測量機器と測量手法の図

測量(そくりょう、英語: Surveying)は、地球表面上のの関係位置を決めるための技術作業の総称。地図の作成、土地位置・状態調査などを行う。ポイントの地上または三次元の位置と、それらの間の距離と角度を決定する技術、職業、芸術、および科学。

日本では高度の精度を必要としない測量は基本的に誰でも行うことができるが、国または地方公共団体の実施する基本測量公共測量等は測量法に従って登録された測量士又は測量士補でなければ技術者として従事することはできず、またこうした測量は測量法に従って登録された、営業所ごとに測量士が一人以上置かれた測量業者でなければ請け負うことはできない。一方、登記を目的とした測量は土地家屋調査士でなければ行うことはできない。

測量の歴史は古く、古代エジプトの時代から行われてきた。日本では1800年伊能忠敬が日本地図作成のため、蝦夷地(現在の北海道)で本格的な測量を行ったのが始まりとされる。

これら測量のポイントは通常、建物の角などの場所、地下地物表面の場所など地球の表面上にあり、所有権、不動産販売または政府や民法が必要とするその他の目的のための地図と境界を確立するためによく使用されるSurveyingと区分して土地の測量を land surveying、土地測量の専門家はland surveyorと呼ばれる。

測量は、幾何学三角法回帰分析物理学工学計測学プログラミング言語および関連法規を扱いまたトータルステーション、ロボットトータルステーション、セオドライトGNSS受信機、レトロリフレクター3Dスキャナー、ラジオ、傾斜計、ハンドヘルドタブレット、デジタルレベル、地下探知機、ドローンGIS、測量ソフトウェアなどの機器を使用して行う。

測量は記録という人類の歴史の始まり以来、人間環境の発展における要素の一角を担い、建設行為についてはほとんどのケースで計画と実行には測量が欠かせない。また、輸送、通信、マッピングおよび土地所有権の法的境界の定義にも使用されるといった他の多くの科学分野の研究にとっても重要なツールである。

定義

測量の国際連盟は、測量の機能を次のように定義している:

  • 土地、3次元オブジェクト、ポイントフィールド、および軌道を決定、測定、表現する
  • 土地および地理的に関連する情報を集めて解釈するため
  • その情報を使用して、土地、海、およびその上の構造物の計画と効率的な管理を行う
  • 上記の慣行に関する調査を実施し、それらを開発する

測量士は、次の活動の1つ以上を実施するための学歴と技術的専門知識を持つ専門家。

測量の種類

離島の道路にてトプコン製電子式セオドライト(ソキア・ノンプリズム トータルステーション Series50RX 2010)を使用し測量をする様子(加計呂麻島)

分類の仕方によっていくつかの種類にまとめることができる。

RED-tech II EDM搭載

規模による分類
  • 測地測量(基準点測量)
  • 地形測量(細部測量)
計算の仕方による分類
  • 平面測量
  • 測地学的測量
測量士補試験科目による分類

この他にも様々な測量がある。

広範なグループ分けは次のとおり。

平面測量と測地測量での分類

地球の考慮事項と実際の形状に基づいて、大きく2つのタイプに分類されるもの。

平面測量では、地球が平らであると仮定し 地球の曲率と回転楕円体の形状は無視される。このタイプの測量では、測量線を結合して形成されたすべての三角形は平面三角形と見なされます。地球の形状による誤差が小さすぎて問題にならない小規模な調査作業に使用される。

測地測量では、減少したレベル、角度、方位、距離を計算する際に、地球の曲率が考慮される。このタイプの測量は通常、大規模な調査作業に使用され 測量は最大100平方マイル(260平方キロメートル)まで機能し、平面として扱われ、それを超えると測地として扱われる。 測地測量では、レベル、方位、その他の観測値の減少に必要な修正がなされる。

本「カッセルの大工仕事と建具」より

測地測量(基準点測量)

国土など広地域を対象とする測量。基準点・水準点を求める。最終相対誤差は100万分の1程度。広大な面積を扱うため、地球表面が平面でない事を考慮して行う。

三角測量

1870年に作成された大三角測量を示すインドの地図
詳細は「三角測量」を参照

位置、高さを求める測量。基準点と各測点を結んで測量区域を三角形の組み合わせで示し、三角法により三角形の内角辺長を用いて位置関係を求める。

片方の測点上にトランシットを設置、もう片方の測点では作業員が測点上に目標となる棒(スタッフ)を立てる。トランシットからスタッフを目視し、角度を調べる。測点間の距離は角度、一辺の長さを元に数値計算で算出する。

基準点-測点間の視界を確保する必要があるため、建築物など障害物の多い場所での三角測量は測点が多くなるなど手間が多くなる

多角測量

位置、高さを求める測量。トラバース測量とも呼ばれる。測点間の測定方法は三角測量と同一。基準点から測点A、測点Aから測点B、測点Bから測点Cという具合に測点を結んで測量区域を多角形で示し、多角形の各辺の長さ・角度で位置関係を求める。

描く多角形にはいくつかの種類があり、多角形の辺が最終的に基準点に戻ってきて閉じた状態になるものを「閉合トラバース」、戻ることなく開放された状態になるものを「開放トラバース」と呼び、三角点などの高い精度を持つ二つの基準点を結ぶものを「結合トラバース」と呼ぶ。

最も精度が高いのが結合トラバースだが、これには基準点に(ほとんど)誤差が無い事が前提となる。閉合トラバースは精度が高いので一般的によく使われるが、計測した距離に定誤差がある場合、その誤差を検知、解消出来ない。開放トラバースは計測した測点の誤差を検知、解消できないことから精度が低く、あまり使われない。

三辺測量

位置、高さを求める測量。三つの測点で描く三角形各辺の距離を調べ、測量する。かつては精度が悪いため使われなかったが、近年は光波測距儀などの高精度で距離を測れる機器が登場、それにより可能となった。

GNSS測量(旧 GPS測量)

GPSGLONASSガリレオなどのGNSS(全地球航法衛星システム、または汎地球航法衛星システム)を用いて、位置、高さを求める測量。基準点、測点の2ヶ所にGNSS観測機を設置、GPS衛星などから発信される電波を受信して測定する。

2011年4月に、従来の「GPS測量」から名称が変更された。これは、アメリカのGPSだけでなく、ロシアのGLONASSなど複数のGNSSが運用されるようになったことから、それらを組み合わせて測量するようになったためである。

従来の測量に比べると人手・時間が少なくて済むが、機器のコストが高い、近くにトタン屋根や金属製の看板があると、電波が多重反射してしまうなどの問題がある。

水準測量

高さを求める測量。2測点間に「標尺」を設置、レベルと呼ばれる機器により測定する。これを繰り返して各測点の高さを算出する。明治16年以降、国は水準測量で土地の標高を決めてきたが、2018年に、人工衛星などを使ってより早くデータが得られる衛星測量に変えることを決定した。

地形測量(細部測量)

測地測量で得た数値データや、写真を元に地図を作成する測量。

測量法で定めた地形測量の範囲は、公共測量-作業規程の準則における現地測量及び車載写真レーザ測量のことを指しているが実際の地形測量は トータルシステム 等や GNSS 測量機により基準点を設け、それを基準として トータルシステム 等や GNSS 測量機による地形と地物の細部調量を行い数値地形図データを作成することになる。車載写真レーザ測量は準則では自動車に自車位置姿勢データ取得装置及び数値図化用データ取得装置を搭載して一般車両と同等の速度で走行しながら道路及び道路周辺の地形、地物等を測定すると定めている、新しい測量技術。 この地形測量の分野において GIS は 地形測量を実施することで得た点・線(道路)・面(街区) というものの位置関係をコンピュータが認識して、データベースとして用いることができるように、データを整理して構築するための位相構造に関するものである。

平板測量

狭い地域の等高線地図を作成するための測量。三脚の上に平板・図面を設置、アリダードを用いて測点を目視し、図面上に実際の地形を記述する。雨や風に弱いが、内業を行う必要がない。最近ではトータルステーションの普及により、あまり使われることがなく、測量士試験・測量士補試験では平成20年度より問題から削除されているが、高校等の実習で放射法などの基礎を学ぶために使用されることは多い。

1860年代のアリゾナ州ラッセルのタンクでの鉄道測量隊

局地的な狭い地域の平面測量には、器具も操作も簡単な平板測量が便利である。現地の地形を対象としながら、直接紙上に図化していくために必要な測量を忘れることがなく、また測定に誤りがあればすぐに発見でき図面の正確さを確かめながら作業ができる。欠点としては見通しのきかない場所では効力が発揮できず、外業が多いため天候条件に大きく左右され、また結果も精密さに欠けるところがある。

補助用具としては測量針(マチ針)、その他、作図用具の三角定規、三角スケール、鉛筆、消ゴム、ナイフ、メモ用ノートなどがいる。

測量作業を始めるにあたっては、準備作業が必要である。区域全体について境界や地形を調査して、現地の概略の見取図を描く、最も能率よく実施できる測点の位置を選定し、測量杭(鋲)を打つ、作業の手順を計画する、など。その他、土地所有者の了承を得たり、必要な手続きがあれば済ませる。

平板の据付けについて、平板据付けの3条件というのがあり、一般に定向、致心、整準の順に誤差の影響が大きい。

1918年の第一次世界大戦中に調査したドイツのエンジニア

致心(求心)は、他上の測点と平板上の測点とが同一鉛直線中にあるようにする操作で、前述の求心器および錘球によって行う。実際の作業では、次の定向操作とは互いに影響し合うので、この2つの条件を同時に満足させるためには、何回か並行して操作を繰り返すことになる。

平板を何回も据え替えて測点を移動する間、常に平板の方向は最初に据え付けた方向と同一でなければならな。その方法としては、磁針によってもよいが、精度を考えると、据え替える前の測点とを結ぶ方向線に沿わせてアリダードの定規縁を合わせ、視準板の見透線を利用してその測点に立てたポールを視準しながら平板を回転させて方向を正す方法が確実である。

整準は、平板を水平にする操作である。脚頭の3本ある整準ネジのうち底辺に当する2本のネジを結ぶ方向と平行にアリダードを置き、この2本の多準ネジを操作して気泡を中央に導き左右方向の水平を正す。左右のネジは互いに反対の方向に回し、気泡は左手親指の回す方向に動く。次にアリダードを今の方向と直角に置きかえ、残りの整準ネジ1つを用いて縦方向の水平を正す。以上の操作を数回繰り返し調整する。整準は標高差のある区域を何回も据え替えて移動するとき、影響が大きく現われる。

写真測量

写真撮影によって記録された写真データに基づき地物の大きさ・形状・位置等、空間を測定する技術。

平面測量

狭い地域を対象とする測量。地球が球(曲平面)である事は考慮せず、土地を平面と仮定しておこなう。

応用測量

基準点測量、水準測量、地形測量及び写真測量などの基本となる測量方法を活用し、目的に応じて組み合わせて行う測量。公共事物の道路河川公園等の計画調査実施設計用地取得管理等に用いられる測量であり、目的に応じてそれぞれ以下の測量が定められている。

また応用測量は、基本測量成果、基準点測量、水準測量、地形測量の成果を使用して行われる。

なお日本測量協会では毎年応用測量技術研究発表会を開催している。

測量機器。左上から時計回り:光学セオドライト、ロボットトータルステーション、RTK GPSベースステーション、光学レベル

テクニック

地理学者、地質学者、測量士がフィールドベースの測定のために今日でも一般的に使用している標準のBrunton Geo コンパス

測量は角度と距離を測定することで物体の位置を決定している。観測の精度に影響を与える可能性のある要因も測定しておき、その次にこのデータを使用して、ベクトル、方位、座標、標高、面積、体積、計画、地図を作成している。

多くの場合、測定は計算を簡単にするために水平成分と垂直成分に分割がなされる。GPSおよび天文測定では、時間成分の測定も必要である。

距離測定

測量用の最新機器の例( Field-Mapテクノロジー): GPSレーザー距離計、およびフィールドコンピューターにより、測量( 地図作成 (リアルタイムでのマップの作成)およびフィールドデータ収集)が可能に

EDMデバイスの前は、さまざまな手段を利用した距離の測定がなされていた。たとえば測定方法には ガンターチェーンなどの既知の長さのリンク付きチェーンまたはスチールまたはインバーで作られた測定テープなどがあった。

水平距離を測定するためにこうしたチェーンまたはテープをぴんと張って引っ張り、たるみとたるみを減らした。熱膨張のために距離を調整する必要があったのである。

測定器レベルを保持する試みも様々な試みが行われてきた。傾斜を測定するとき、測量者は測定を「中断」する必要があって(チェーンの中断)チェーンの全長より短い増分を使用した。

Perambulatorsまたは測定ホイールは長距離を測定するために使用されたが、高レベルの精度ではなかった。

タキオメトリーは、既知のサイズの物体の両端間の角度を測定することにより距離を測定する科学であるが EDMの発明以前に使用されていたため、粗い地面でチェーン測定を実行することができなかった。

角度測定

歴史的に、水平方向の角度はコンパスを使用して磁気ベアリングまたは方位角などを測定したが、後により正確なスクライブされたディスクは、角度分解能を改善した。ディスク上にレチクルを取り付けた望遠鏡を使用すると、より正確な照準が可能とした( セオドライトを参照)。レベルとキャリブレーションされた円により、垂直角を測定。

バーニアでは、世紀の変わり目のトランジットなどで、ある程度の測定が可能となった。平面テーブルは、角度を記録および測定するグラフィカルな方法を提供し、必要な数学の分量を減らしてきた。

1829年にフランシスロナルドオクタントを変更することで角度をグラフィカルに記録するための反射計器を発明。 図のすべての頂点から方位を観察することにより、測量者は図の周りを測定でき最終的な観測は180°の違いを除いて、最初に観測された2つのポイントの間に入る。これはcloseと呼ばれ最初のベアリングと最後のベアリングが異なる場合、測角誤差と呼ばれる測量のエラーを示した。

測量者はこの情報を駆使して、作業が期待される基準を満たしていることを証明するのである。

レベリング

詳細は「:en:Levelling」を参照
光学水準器を設営中の測量スタッフ。メーン州リッチモンドの陸軍工兵隊を支援中のアメリカ海洋大気庁CO-OPSセンター

高さを測定する最も簡単な方法は 高度計を使用することで 空気圧を利用して高さを見つけることであるが、より正確な測定が必要な場合は、正確なレベル(微分レベリングとも呼ばれる)などの手段が使用される。

正確な水平調整を行う場合、機器と測定ロッドを使用して、2点間の一連の測定が行われるが、2つのエンドポイント間の標高の正味の差を取得するために、測定値間の高さの差が連続して加算および減算されている。

全地球測位システム (GPS)を使用すると、衛星受信機で高度も測定できるが、通常、GPSは従来の正確なレベリングよりもやや精度が劣る。これは長距離でも同様の場合が生じる。

光学レベルを使用している場合、エンドポイントが機器の有効範囲外にある可能性、エンドポイント間で障害物または高度の大きな変化がある場合がある。こうした状況では追加のセットアップが必要である。

ターニングはレベルを移動して別の場所から標高を撮影することを指すときに使用される用語。レベルを「回す」ためには、まず測定値を取得し、ロッドが置かれているポイントの標高を記録する必要がある。ロッドがまったく同じ場所に保持されている間、レベルはロッドがまだ見える新しい場所に移動。

水準器の新しい位置から読み取り値が取得され、高さの差を使用して水準器で新しい標高を検出。この一連の測定が完了するまで繰り返される。

有効な測定値を取得するには、レベルが水平でなければならず このため、機器の水平十字線がロッドの基部よりも低い場合、測量者はロッドを確認しての測定値の取得ができない。

ロッドは通常、最大25フィートの高さまで上げることができ、レベルをロッドのベースよりもはるかに高く設定することは可能。

位置の決定

既知の位置が近くにない場合に地球の表面上の自分の位置を決定する主な方法は、天体観測によるもので 太陽、月、星の観測はすべて航法技術を使用して行うことが可能である。

機器の位置と星への方位が決定されると、方位を地球上の基準点に移動が可能であるが、このポイントはその後の観測のベースとして使用できる。

測量精度の天文学的な位置は観測や計算が難しく、そのため多くの測定が行われ、それがデータベースになる傾向があったりした。

GPSシステムの出現以来、GPSは地球のほとんどの表面で適切な位置を決定できるため、天体観測はまれとなった。

ネットワーク

詳細は「測地ネットワーク」を参照

青で示された海岸線の位置を記録するためにトラバースおよびオフセット測定を使用した測量。黒い破線は、基準点(黒い円)間のトラバース測定。赤い線は、トラバース線に直角に測定されたオフセット

最初の測量から導き出される観測位置はほとんどない代わりに、ほとんどの観測ポイントは、以前の測定ポイントと比較して測定がなされる。

これにより、測量技師らが各ポイントを使用して、新しい測量を開始するときに自分の位置を決定できる参照または制御ネットワークが形成される。

調査ポイントは通常、地表に打ち込まれた小さな鋲から、遠くから見ることができる大きな標識まで、さまざまな物体によって地表にマークされている。測量者はこの位置に器具を設置して、近くの物体を測定が可能となる。時には尖塔無線アンテナなどの高くて特徴的な物体の位置が、角度を測定できる基準点として計算される。

三角測量は、EDMおよびGPS測定の出現前に好まれていた水平位置の方法で、遠くのオブジェクト間の距離、標高、方向を決定でき、当初から大面積の地形図のオブジェクトの正確な位置を決定する方法では主なものであった。

測量者はまず、ベースラインと呼ばれる2つのオブジェクト間の水平距離を知る必要があり、次に元のオブジェクトのいずれかから見える限り、他のオブジェクトの高さ、距離、角度位置を導出。高精度のトランジットまたはセオドライトを使用し、角度測定を繰り返して精度を高めていた。3次元の三角形分割も参照。

オフセットは、オブジェクトの位置を決定する代替方法であり、川岸などの不正確な特徴を測定するためによく使用されていた。

測量者は、地物上の2つの既知の位置を特徴にほぼ平行にマークして測定し、それらの間のベースラインをマーク。そして一定の間隔で、最初のラインからフィーチャまでの距離を直角に測定。その後、測定値を平面図または地図にプロットし、オフセットラインの端のポイントを結合してフィーチャを表示可能とする。

トラバースは、より小さいエリアを調査する一般的な方法。測量者は、古い基準マークまたは既知の位置から開始し、エリアをカバーする基準マークのネットワークを配置。次に、基準マークとターゲットフィーチャ間の方位と距離を測定する。

ほとんどのトラバースは、測量者が測定値を確認できるように、2つの以前からの基準マーク間のループパターンまたはリンク形成がなされている。

データムと座標系

詳細は「測地系」および「:en:Geodetic datum」を参照

多くの測量では地表上の位置を計算するのではなく、オブジェクトの相対位置を測定していた。ただし、多くの場合に対象のアイテムは、境界線や以前の測量時のオブジェクトなどの外部データと比較する必要がある。

位置を記述する方法で最も古くからの方法は、緯度と経度によるもの。また多くの場合、高度は海抜高度である。

測量の専門職が成長するにつれて、デカルト座標系が作成され、地球の小さな部分の測量の数学が単純化されていった。

最も単純な座標系は、地球が平らであり、「データム」(データの特異形式)として知られる任意の点から測定されることを前提としているものである。

座標系により、小さな領域でのオブジェクト間の距離と方向を、簡単に計算が可能となる。

なお広い領域は、地球の曲率により歪んでいる。より大きな地域では、楕円体またはジオイドを使用して地球の形状をモデル化する必要がある。このため、多くの国では誤差を減らすためにカスタマイズされた座標グリッドを作成している。

誤差と精度

測量の基本的な考え方は、完璧な測定はなく、常にわずかな誤差があるということである。 調査エラーには3つのクラスがある。

測量技師が機器の較正、一貫した方法の使用、および参照ネットワークの適切な設計により、これらのエラーを回避している。

繰り返される測定値は平均化され、外れ値の測定値は破棄されます。2つ以上の場所からポイントを測定する、または2つの異なる方法を使用するなどの独立したチェックが使用される。

エラーは、2つの測定結果を比較することで検出できる。

測量技師が作業のエラーのレベルを計算すると、観測の調整がなされる。これは、すべての測定間でエラーを分配するプロセス。各観測は、発生した可能性のある合計エラーの量に応じて重み付けされ、そのエラーの一部が比例的に割り当てられる。

最も一般的な調整方法は、コンパスルールとしても知られるボウディッチと最小二乗法の原理。したがって測量技師は 精度と精度を区別できなければならない。

米国では、測量士と土木技師はフィート単位を使用しており、調査フィートは10分の1と100分の1に分類される。距離を含む多くの行為記述は、これらの単位(125.25 ft)。測量者は正確さの観点から、多くの場合、100分の1フィートの基準 約1/8 インチに拘束される。計算とマッピングの公差は、ほぼ完全な閉包を達成することが望まれる場合なら、はるかに小さくなる。

公差はプロジェクトごとに異なるが、現場や日常的に、100分の1フィートを超える使用は実用的ではない。

測量器具

測量機器

詳細は「測量機器」を参照

(survey(ing) equipment and instruments)

測量器具

地図編集

測量としての地図編集とは、各種縮尺地図実測図、基図などの地図作成に必要な資料を編集し、必要に応じて現地調査を行い、目的の地図を編集して作成する作業を指す。

一般には既存の数値地形図データを基図として写真測量で作った実測図や基図、各種測量成果や空中写真等といったさまざまな参考資料を活用し、縮尺のより大きく新しい地図を作成したり編集して別の地図を作るという測量。

またここでの実測図とは写真測量または平板測量で測量して作製された地図を指し、その実測図や基図を編集して作った地図を編集図と呼んでいる。

各種ある国土地理院発行の地図は実測図や基図から編集図を作る測量を必要とし、またこれは国土地理院発行の地図から市販の道路地図などの特殊地図を作る作業も含まれている。

なお、基図とは編集の基になる地図のことを指す。また、縮尺の大きい地図を編集して縮尺の小さい地図を作る場合、同じ面積を表現するのに使える紙面はごく少ないものになるため、そのまま縮小して同じ情報量を載せてしまうと地図が分かりにくいものになってしまうことから、取捨選択といった重要な情報に整理し、不必要な情報を捨て記号図形を簡略化する作業行為を経て制作している。

職業としての測量

パンディット の地図製作者、Nain Singh Rawat (19世紀)は、1876年に英国のためにヒマラヤ山脈を探索した。その功績により、 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・
出典:wikipedia
2020/08/08 20:51

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