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ALBの河川縦横断測量への必要性
管理番号
背景
ALB(Airborne Laser Bathymetry)：水面下を計測できる航空機レーザ測深機
我が国は、人口の約50％、資産の約75%が、洪水氾濫区域に集中している。
航空機グリーンレーザ（ALB）の
河川縦横断測量への適用について
• 一級河川のうち指定区間外については、航空機レーザ計測と定期的な河川縦横断
測量により、河川の地形把握を行っている。
• 定期縦横断測量は、実測法により、200m間隔の横断測量を5年以内のサイクルで
実施している。 (5年間で125億円、年平均25億円程度の事業量と想定)
課題
株式会社パスコ
研究開発本部 坂下裕明
従来の航空レーザ計測
⇒
水面下の状況把握ができない
定期的な縦横断測量
⇒
計測サイクルが洪水発生時と合わない
連続、面的な地形の把握ができない
定期的な水底の把握には多額の経費が必要
現状のコストを下げつつ、合理化・高度化した、
河川地形のモニタリング手法の実現が望まれている。
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© PASCO CORPORATION 2014
© PASCO CORPORATION 2014
従来手法とALBによる計測手法の特徴
従来手法とALBによる計測手法の特徴について
○従来の河川定期縦横断測量
横断間隔200mの現地実測が主体。
計測位置精度は高いが計測可能な範囲が限定される。
ALB計測による縦横断測量と断面形状の
イメージ
航空レーザ測量における断面
（面の情報⇒任意の位置で断面図が作成可能）
○航空レーザ（ALB）
上空からの計測が主体であり、広範囲に河床を面的に把握で
きる。⇒局所的な洗掘等の抽出が可能。
加えて、検証以外の現地作業は必要ないため、
コスト面、工期短縮、（現場）安全性の向上が期待できる。
・航空機には、GNSS/IMU（慣性計測装置）を搭載し、飛行軌跡を算出（近赤外レーザと同じ）
・陸部及び海面を計測する近赤外レーザ（波長1,064nm）と水中部分
計測ｲﾒｰｼﾞ
（海底含む）を計測する緑レーザ（波長532nm） を同時照射
・水面反射でのパルスの往復時間と、水を透過し、
近赤外ﾚｰｻﾞ
水底で反射したパルスの往復時間差から
緑ﾚｰｻﾞ
水底より反射
水深を算出して、水部内の地形モデルを再現（下図参照）
水面から反射
水部
この時間差より水深を算出
水面で反射（波形のピーク）
川底で反射
（波形のピーク）
従来（実測）手法による縦横断測量のイメージ
各測線における
横断測量（実測）
ALBの主な特徴
水面で
反射
水面で
反射
浅瀬で
反射
実測における断面
（計測箇所のみの断面
情報）
200ｍ
間隔
緑レーザ（深い部分）の
波形記録（例）
縦断測量（実測）
緑レーザ（浅い部分）
の波形記録（例）
近赤外レーザの
波形記録（例）
収集データからの処理（例）
・水部の計測可否は、水の透明度（透視度）や水質にも影響される。
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河川における３次元計測手法のイメージ
陸部は全て飛行
機による近赤外
LPで計測
（高高度）
ALB計測の適用条件
【ALB計測は、水質条件と飛行条件の両方をクリアした河川に適用】
ヘリコプター
による水部を
ALB計測
（低高度）
飛行機による
水部をALB計測
（低高度）
水質
飛行
河川における緑色光の光学的特
性とALB測深能力の相関を把握
する必要がある。
光学的特性を示す指標として、
「拡散消散係数(K)※1」があり、
現地調査で測定可能※2であると
ともに、この係数よりグリーンレー
ザの測深深度を推定することが
可能とされている。
※1：溶存物質による光の吸収や浮遊物
質による光の散乱等、自然に存在する複
数の要因による光の減衰度合いを示した
係数。この係数がALB測深深度を推定す
る指標となる。
※2：A new algorithm for classification
of water types based on the
relationship between in-situ
downwelling irradiance and in-situ
CDOM, SS in complex waters of the
Tokyo Bay；東京情報大学浅沼教授
ALB計測で、欠測
した場合は、水部
範囲をスワス音響
測深で補測
ALB計測
可能
水質条件
クリア
飛行条件
クリア
水質調査
緑色光照度測定
1
K = z －z
2
1
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平成23年度 ALB実証実験地（位置図）
現存するALB機材の計測時
における対地高度は、400m
～1000mである。飛行機材の
違いと対象河川周辺を含めた
急峻な地形形状を考慮し飛行
可能範囲を把握する。
計測状況
（飛行直下より）
E(z 1)
E(z 2)
ln
z1、 z2：深度 （単位：m）
E（zn）：深度毎照度
緑色フィルター装着による光
量子計測
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ALB機材を搭載する飛行機材
（飛行機・ヘリコプター）の飛行
能力や地形条件を考慮して河
川のALB計測可否判定をする
必要がある。
データ解析・Ｋ値
（実測値）算出
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Cornwall地区の計測成果
Cornwall地区のALB計測データから作成した水深段彩図
測線7
18
標準偏差：0.156m
14
12
楕円体 高(m)
¯
Cornwall地区
透明度；4.0m＋
透視度；100cm＋
測 線７
16
Son a r
楕円体
高
SHOALS
楕円体
高
10
8
6
Cornwall地区空中写真
4
2
0
0
50
10 0
1 50
20 0
25 0
30 0
距 離 (m)
セントローレンス川
測線7
測線4
オンタリオ湖
測線1
凡例
・ケベック州近隣では、日本の河川（上流
、中流、下流）環境に似た複数の河川を
候補地とした。
・事前に選定した計測候補地から現地調
査結果を踏まえて、カナダ国ケベック州
近隣にて計測を実施した。
測線１
測 線４
18
14
最大水深14ｍ
12
12
Sonar
楕 円体
高
SH OALS
楕 円体
10
8
6
楕円体高(m)
楕円 体 高 (m)
14
10
4
2
2
0
0
50
100
150
200
250
0
300
0
50
1 00
15 0
距 離 (m)
ALB 計測 段彩 図 (C ornwall地 区)
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S o nar
楕円体高
S HOALS
楕円体高
水位
8
6
4
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標準偏差：0.220m
16
16
使用機材
SHOALS3000
（Optech社製）
測線4
標準偏差：0.167m
測線1
18
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20 0
2 50
30 0
35 0
4 00
45 0
5 00
距離(m)
0
250
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50 0
1 ,000 m
水涯線
高 さ（単 位 ： m）
- 2.0
2.1 - 3 .0
3.1 - 4 .0
4.1 - 5 .0
5.1 - 6 .0
6.1 - 7 .0
7.1 - 8 .0
8.1 - 9 .0
9.1 - 1 0.0
10 .1 - 20 .0
20 .1 - 30 .0
30 .1 - 40 .0
40 .1 - 50 .0
50 .1 -
平成25年度 国内におけるALB実証フライト一覧
計測地域
千代川
ALB計測
実施日
ALB飛行
コース数
上流
5
計測区間
（KP）
パスコ実施の
ALB計測位置図
備考
7
2013年10月21日
12
9K400～16K000
吉野川
上流 2013年10月22日
下流 2013年11月06日
9
14K000～18K600
11
6K400～11K600
吉野川
下流（KP6K400～11K600）
上流（KP14K000～18K600）
上流
15K600～18K000
揖保川
揖保川
（KP9K400～16K000）
千代川
■飛行機
下流
千代川
下流（KP15K600～18K000）
上流（KP20K000～22K400）
20K000～22K400 【飛行機材】
2013年 8月29日
平成25年度 国内におけるALB実証フライト結果
下流
【使用機材】
■LADS Mk3（Fugro社製）
計測点間隔：3m×3mに1点
揖保川
吉野川
標高
170m
45m
標高
■VQ-820-G（RIEGL社製）
計測点間隔：1m×1mに1.5点
25m
15m
-5m
千代川ALB計測位置図
揖保川ALB計測位置図
吉野川ALB計測位置図
下流
標高
215m
標高
250m
上流
65m
65m
標高 40m
-5m
15m
35m
下流
上流
-5m
下流
2013年8月29日計測
2013年10月21日計測
上流
2013年10月22日計測
2013年11月06日計測
※各計測結果：陰影標高段彩図で表示
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揖保川上流 ＡＬＢ計測結果
揖保川下流 ALB計測結果
２
２
１
１
堰付近の河床地形
１
堰付近の河床
地形
１
３
２
２
橋脚の洗掘
標高
堰付近の河床
地形
３
橋脚の洗掘
215m
橋脚の洗掘
65m
標高
15m
215m
65m
15m
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河川合流部の
河床地形
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2014Google 画像撮影時期:2013年2月
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吉野川上流 ALB計測結果
吉野川上流 ALB計測結果から河床波を確認
１
２
１
高瀬橋
高瀬橋から六条大橋方向
の河川状況（計測時）
吉野川
六条大橋
橋長：680m
１
橋脚の洗掘
標高
25m
六条大橋
第十堰
六条大橋
１
-5m
２
１
１
橋脚の洗掘
吉野川
河床地形
河川合流部の
河床地形
河床上の地物
六条大橋
河床上の地物
橋長：680m
吉野川 第十堰
河床上の地物
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吉野川 14K200 付近の河川構造物周辺の河床状況
2
※河床波：河川水が低流速から高流速へ変化する時に生成され、流水抵抗や砂流量に大きな影響
となる小規模河床形態を形成する。また、河川構造物周辺の洗掘等、主に流路変動に影響を与え
る中規模河床形態も形成し、最終的には河川管理に大きな影響を与える。
構造物下流側の
洗掘状況断面図
河床地形解析図
（25㎝等高線入り）
吉野川下流 ALB計測結果
標高
14K200付近
吉野川 第十堰
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40m
２
15m
１
２
Ａ3 - Ｂ3
-5m
楕 円体高 （ｍ ）
名田橋
四国三郎橋
2
河川構造物の影響で、
構造物下流側で大きく
洗掘されており、中規
模河床形態が形成され
ている。
Ａ3
距離（m）
Ａ4
１
河床地形
Ａ4 - Ｂ4
橋脚の洗掘
橋脚の洗掘
楕 円体高（ｍ ）
Ｂ4
Ｂ3
河床地形解析図
（25㎝等高線入り）
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距離（m）
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吉野川 名田橋
橋長：800m
吉野川 四国三郎橋
橋長：911m
吉野川 10K800～11Ｋ400 付近の河床状況
３次元面的データの活用 （任意の横断線作成）
河床状況断面図
吉野川 名田橋から 1
方向の河川状況（計測時）
X 1 – Y1
1
【従来手法】
河床地形解析図及び
X1-Y1断面図から規則
正しい河床波による凸
凹を読み取ることがで
楕 円体高 （ｍ）
きる。
千代川下流
横断線は200m間隔
【ALB計測】
横断線は任意の間隔で作成可能
（50m間隔の横断線作成例）
B
１
１
１
１
X2
河床地形解析図
X 2 – Y2
（25㎝等高線入り）
X1
１
2
2
距離（m）
X2-Y2断面図から河床
中央付近へ向けて標高
差が4m前後あるのが確
認できる。
3
3
4
楕 円体高 （ｍ）
4
5
5
5
Y1
Y2
距離（m）
1
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河床解析図の白っぽい部分は河床の凸部である。
幅は概ね10㎝、50㎝程度から1m近い高低差があることが
判読できる。
本研究成果の効果
■今回の研究成果
・河川においてもALB計測が適用可能で、水面下の高精細な地形データが取得できる。
・従来の定期縦横断測量に比べ、最大約4割のコストが削減できる。
■河川砂防行政への研究成果の反映
①費用
ALB計測の活用により、従来の定期縦横断測量に比べてコストの削減ができる。今後のALB
の技術革新により、さらにコストの縮減が期待できる。
②面的把握による効果
高精細な地形データを活用した水理解析手法を適用することで、より詳細な解析・評価が可
能になると想定される。
③安全性や迅速性の向上
急流河川に直接作業員が立ち入る実測は大きな危険を伴うが、飛行機によるALB計測の適用
により、短期間で安全性の高い測量が可能となる。
■民間への効果
本研究成果により、 ALB計測が河川定期縦横断測量へ活用されることで、民間企業による
ALB計測の普及拡大が想定される。
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凡例
面的把握技術により、測線間の地形情
報が取得できるため、定量的に河川の
状況把握ができる。
●距離標
— 横 断線（200m間隔）
―横 断 線 （50m間隔）
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— 水涯線
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