近年、自動運転技術やドローン測量、スマートシティの開発などの分野で急速に注目を集めているのが「LiDAR（ライダー）」という技術です。
LiDARはレーザー光を利用して対象物までの距離を測定し、周囲の空間を三次元データとして取得できるセンシング技術です。
高精度な3Dデータを取得できることから、測量・建設・都市計画・インフラ点検・自動運転など、さまざまな産業分野で活用が広がっています。
 
本記事では、LiDARの基本的な意味や仕組み、種類、活用分野、精度の特徴などを体系的に解説します。

LiDAR（Light Detection and Ranging）は、レーザー光を利用して対象物までの距離を測定する技術です。
センサーからレーザーを照射し、その光が対象物に当たって反射し戻ってくるまでの時間を測定することで、対象物までの距離や形状を高精度に計測します。
 
この測距データを大量に収集すると、空間を構成する無数の点の集合である「点群データ」が生成されます。
点群データは三次元座標を持つため、建物や地形、設備などを立体的に再現することが可能です。
 
LiDARという名称は、次の英語の頭文字から構成されています。
 

• ●Light・・・「光」
• ●Detection・・・「検出」
• ●And・・・「と」
• ●Ranging・・・「測距」

 
つまり、光を利用して距離を測定する技術を意味します。
 
LiDARはもともと航空測量の分野で利用されてきましたが、現在では技術の進歩によって小型化・高性能化が進み、さまざまな分野で活用されています。
代表的な活用分野として、次のようなものがあります。
 

• ●測量・地形調査
• ●自動運転システム
• ●都市の3Dマッピング
• ●インフラ設備の点検
• ●森林・環境調査
• ●建設・土木分野
• ●文化財の保存・記録

 
例えば都市の三次元地図やデジタルツインを構築する際には、LiDARによって取得した高精度な点群データが利用されています。
また森林調査では、樹木の高さや密度、バイオマス量を分析するために活用されています。
 
このようにLiDARは、空間を正確に計測しデジタル化するための重要な技術として、多くの分野で不可欠な存在になりつつあります。

LiDARはレーザー光を利用した距離測定技術であり、基本的な仕組みは比較的シンプルです。
センサーからレーザー光を照射し、その光が対象物に当たって反射して戻ってくるまでの時間や位相差を計測することで距離を算出します。
 
この測距を非常に高速に繰り返すことで、周囲の空間を連続的にスキャンし、大量の距離データを取得します。
その結果として、空間の三次元構造を点群データとして表現することができます。
 
LiDARシステムは主に次のような要素で構成されています。
 

• ●レーザー送信機
• ●受信センサー
• ●スキャニング装置
• ●GPS
• ●慣性測定装置（IMU）
• ●データ処理装置

 
これらの装置が連携することで、位置情報と距離情報を統合し、高精度な三次元マップを生成することが可能になります。

LiDARの基本となるのがレーザーによる距離測定です。
センサーから発射されたレーザー光が対象物に当たり、反射して戻ってくるまでの時間を計測します。
 
光の速度は一定であるため、往復時間を測定することで対象物までの距離を計算することができます。
この測定を1秒間に数十万回以上繰り返すことで、周囲の空間を高密度にスキャンすることが可能になります。
 
LiDARが使用するレーザー光は主に近赤外線などの不可視光線であり、人間の目には見えません。
電波を利用するレーダーと比較すると波長が短く、光束密度が高いため、より精密な測定が可能です。
 
そのため、小さな物体や細かい形状の計測にも適しています。

LiDARで取得した距離データは、単なる数値ではなく三次元座標として記録されます。
各測定点には次の情報が付与されます。
 

• ●X座標
• ●Y座標
• ●Z座標

 
これらの点の集合を「点群データ」と呼びます。
点群データを可視化すると、建物や地形、設備などが三次元モデルとして再現されます。
 
さらに、GPSやIMU（慣性測定装置）と組み合わせることで、移動しながら測定したデータを正確な位置情報と統合することができます。
これにより、車両やドローンなどに搭載したLiDARでも広範囲の三次元データを取得することが可能になります。

LiDARには主に次の2つの測距方式があります。
 

• （1）飛行時間型（Time of Flight）
• （2）位相シフト方式

 
それぞれ特徴が異なり、用途に応じて使い分けられています。

飛行時間型（Time of Flight）は、レーザー光が対象物に当たって戻ってくるまでの時間を測定して距離を算出する方式です。
 
この方式の特徴は、長距離の測定が可能である点です。
数百メートルから1km程度の距離を測定できるため、航空測量や地形調査などに適しています。
 

• ●長距離測定が可能
• ●広範囲の地形測量に適している
• ●航空LiDARなどで広く使用される

 
一方で、取得速度は比較的遅く、高密度な点群データを取得するには時間がかかる場合があります。

位相シフト方式は、レーザー光の波形の位相差を利用して距離を算出する方法です。
 
この方式は高速でデータ取得が可能であり、毎秒数十万点以上の点群データを取得できることがあります。
そのため、建物内部のスキャンや設備の三次元計測など、高密度データが必要な用途に適しています。
 

• ●高速スキャンが可能
• ●高密度点群データを取得できる
• ●建物内部や設備計測に適している

 
ただし測定距離は比較的短いため、長距離測定には向いていません。

LiDARは用途や設置方法によっていくつかの種類に分類されます。
測定対象や計測範囲、取得したいデータの種類によって最適なLiDARシステムは異なります。
 
例えば、建物内部の詳細な計測には固定型LiDARが適しています。
一方で、広い地形を短時間で測定する場合には空中LiDARやUAV LiDARが利用されます。
さらに、都市インフラや道路測量ではモバイルLiDARが活用されることが多くなっています。
 
代表的なLiDARの種類は次のとおりです。
 

• ●固定型LiDAR
• ●モバイルLiDAR
• ●ハンディLiDAR
• ●空中LiDAR
• ●UAV（ドローン）LiDAR

 
それぞれの特徴や用途について詳しく見ていきましょう。

固定型LiDARは、三脚などに設置して使用する据え置き型のレーザースキャナーです。
一定の位置から周囲をスキャンし、高精度な3Dデータを取得することができます。
 
このタイプのLiDARは、測定精度が非常に高いことが特徴です。
ミリ単位の精度で計測できるため、建築測量や設備の三次元計測、文化財の保存など、精度が求められる用途で広く利用されています。
 
固定型LiDARの主な特徴は次のとおりです。
 

• ●非常に高い計測精度
• ●複雑な構造物の形状を詳細に取得できる
• ●高密度な点群データを取得できる
• ●三脚などに設置して使用する

 
主な用途としては、次のような分野があります。
 

• ●建築物の3Dスキャン
• ●工場設備の計測
• ●文化財のデジタル保存
• ●リバースエンジニアリング
• ●品質検査

 
例えば工場の配管設備を3Dスキャンすることで、設備レイアウトの設計や改修計画を効率的に進めることができます。
また、歴史的建造物や文化財の形状をデジタルデータとして保存する用途にも利用されています。

モバイルLiDARは、車両やカート、バックパックなどにLiDARセンサーを搭載し、移動しながら周囲をスキャンする方式です。
走行しながら広範囲のデータを取得できるため、都市インフラの計測や道路測量などで活用されています。
 
モバイルLiDARでは、LiDARセンサーとGPS、IMU（慣性測定装置）を組み合わせて位置情報を取得します。
これにより、移動しながらでも正確な三次元データを生成することが可能になります。
 
モバイルLiDARの特徴は次のとおりです。
 

• ●移動しながら広範囲のデータを取得できる
• ●都市や道路などの大規模空間の計測に適している
• ●短時間で大量のデータを取得できる
• ●交通インフラの調査に適している

 
主な用途としては、次のようなものがあります。
 

• ●道路測量
• ●都市3Dマッピング
• ●鉄道インフラの調査
• ●トンネル内部の計測
• ●街路樹や標識の管理

 
例えば道路測量では、モバイルLiDARを搭載した車両を走行させるだけで、道路形状や標識、ガードレールなどの位置情報を短時間で取得することができます。

ハンディLiDARは手持ち型のレーザースキャナーであり、持ち運びながら測定できるのが特徴です。
コンパクトな設計のため、狭い場所や屋内空間の計測に適しています。
 
従来の固定型スキャナーでは測定が難しい場所でも、ハンディLiDARなら人が歩きながらデータを取得することが可能です。
近年では「SLAM（自己位置推定）技術」を組み合わせた製品も多く、GPSが利用できない屋内環境でも計測が行えます。
 
ハンディLiDARの主な特徴は次のとおりです。
 

• ●軽量で持ち運びが容易
• ●屋内や地下空間の測定が可能
• ●狭い場所でも計測できる
• ●短時間で3Dデータを取得できる

 
活用分野としては、次のようなものがあります。
 

• ●建物内部の測量
• ●地下施設の計測
• ●建設現場の進捗管理
• ●文化財調査

 
特に建物のリノベーションや設備改修の際には、建物内部の形状を正確に把握する必要があります。
ハンディLiDARを使用することで、短時間で詳細な三次元データを取得することができます。

空中LiDARは、航空機やヘリコプターなどにLiDARセンサーを搭載して上空から地形を計測する方式です。
広範囲の地形データを短時間で取得できるため、大規模な測量や地形調査に利用されています。
 
航空LiDARでは、航空機の位置情報と姿勢情報をGPSとIMUで取得しながらレーザーを照射します。
これにより、地形の三次元情報を高精度に取得することができます。
 
空中LiDARの特徴は次のとおりです。
 

• ●広範囲の地形を短時間で測定できる
• ●森林や山地などの測量に適している
• ●航空機を利用するため広域調査が可能

 
主な用途は次のとおりです。
 

• ●地形測量
• ●森林資源調査
• ●洪水リスク評価
• ●都市開発計画
• ●地質調査

 
例えば森林調査では、樹木の高さや森林密度を測定し、森林資源の管理に役立てることができます。

UAV LiDARは、ドローンにLiDARセンサーを搭載して空中から計測を行うシステムです。
近年、ドローン技術の進化によって急速に普及しています。
 
従来の航空LiDARと比較すると、低コストで柔軟に測量を行えることが大きな特徴です。
特に山間部や森林、災害現場など、人が立ち入りにくい場所の測量に適しています。
 
UAV LiDARの特徴は次のとおりです。
 

• ●低コストで測量できる
• ●人が立ち入りにくい場所でも計測可能
• ●高解像度の地形データを取得できる
• ●短時間でデータ取得が可能

 
主な用途としては、次のようなものがあります。
 

• ●山地測量
• ●鉱山調査
• ●電力線点検
• ●災害状況の調査
• ●森林管理

 
例えば土砂災害が発生した地域では、UAV LiDARを利用することで安全な場所から地形の変化を調査することができます。

LiDARは高精度な三次元データを取得できることから、多くの産業分野で活用されています。
従来の測量技術やセンシング技術と比較すると、短時間で広範囲のデータを取得できる点が大きな特徴です。
 
また、LiDARは非接触で測定できるため、人が立ち入りにくい場所や危険な環境でも安全に計測を行うことができます。
さらに、ミリ単位の精度で対象物の形状や位置を把握できるため、都市計画やインフラ管理などの分野でも重要な役割を担っています。
 
代表的なLiDARの活用分野は次のとおりです。
 

• ●自動運転
• ●3Dマッピング
• ●測量
• ●都市計画・建設
• ●インフラ保全
• ●環境調査
• ●災害対策
• ●農業
• ●考古学
• ●生態系研究

 
それぞれの分野でどのように利用されているのかを詳しく見ていきましょう。

LiDARは自動運転技術において非常に重要なセンサーの一つです。
自動運転車は周囲の環境を正確に把握する必要がありますが、そのために複数のセンサーを組み合わせて利用しています。
 
一般的な自動運転システムでは次のようなセンサーが使用されています。
 

• ●カメラ
• ●ミリ波レーダー
• ●LiDAR
• ●超音波センサー

 
その中でもLiDARは、周囲の空間を三次元的に認識できる点が大きな特徴です。
レーザーによって周囲を360度スキャンし、歩行者や車両、信号機、ガードレールなどの位置をリアルタイムで検出することができます。
 
LiDARを利用するメリットは次のとおりです。
 

• ●周囲の物体の距離を高精度で測定できる
• ●夜間や逆光などの環境でも測定できる
• ●三次元空間として周囲を認識できる
• ●障害物の形状を正確に把握できる

 
このような特性により、自動運転車の安全性を高める重要な技術として注目されています。

LiDARは都市や地形の三次元マップを作成するための技術としても広く利用されています。
車両やドローン、航空機などにLiDARセンサーを搭載し、移動しながら大量の点群データを取得します。
 
取得したデータを解析することで、都市の三次元地図を作成することが可能になります。
これらの3Dマップはさまざまな用途に活用されています。
 

• ●都市計画
• ●スマートシティ開発
• ●交通シミュレーション
• ●インフラ管理
• ●防災計画

 
近年では「デジタルツイン」と呼ばれる技術が注目されています。
これは現実の都市や施設をデジタル空間上に再現する技術であり、その基盤となるデータとしてLiDARの点群データが利用されています。

LiDARは測量分野において非常に重要な技術となっています。
従来の測量では、人が現地に入り測定機器を設置して計測する必要がありました。
しかしLiDARを利用すれば、短時間で広範囲の地形データを取得することができます。
 
LiDAR測量には次のような種類があります。
 

• ●地上レーザー測量
• ●モバイルレーザー測量
• ●航空レーザー測量
• ●UAVレーザー測量

 
これらの測量方法を利用することで、次のようなデータを取得することが可能です。
 

• ●地形の起伏
• ●建物の高さ
• ●道路形状
• ●河川形状
• ●森林構造

 
そのため、土木工事や都市開発、河川管理などの分野で広く活用されています。

都市計画や建設分野では、地形や建物の形状を正確に把握することが重要です。
LiDARを利用することで、建物や道路、鉄道、橋梁などのインフラ構造を高精度で三次元データとして取得することができます。
 
取得したデータは次のような用途に活用されています。
 

• ●都市開発計画
• ●交通インフラ設計
• ●建設シミュレーション
• ●施工管理
• ●デジタルツイン

 
特に大規模な都市開発プロジェクトでは、事前に地形や建物の詳細なデータを取得することで、より効率的な設計が可能になります。

橋梁、トンネル、道路、ダムなどのインフラ設備は、老朽化による劣化が社会問題となっています。
LiDARを利用すれば、これらの構造物を非接触で計測し、劣化や変形を検出することができます。
 
例えば橋梁の点検では、LiDARで取得した三次元データを比較することで、構造物の変形や沈下をミリ単位で確認することが可能です。
 
インフラ保全におけるLiDARのメリットは次のとおりです。
 

• ●非接触で安全に計測できる
• ●ミリ単位の変形を検出できる
• ●広範囲の設備を短時間で調査できる
• ●定期的なモニタリングが可能

 
そのため、道路管理や鉄道インフラ、電力設備などの点検に活用されています。

LiDARは森林や湿地、山地などの自然環境の調査にも利用されています。
レーザー光は植物の隙間を通過することができるため、森林の地形や樹木の高さなどを正確に測定することが可能です。
 
環境調査では次のようなデータを取得できます。
 

• ●樹木の高さ
• ●森林密度
• ●林冠構造
• ●バイオマス量

 
これらの情報は、森林資源の管理や生態系研究に役立てられています。

LiDARは自然災害のリスク評価や被害状況の把握にも活用されています。
例えば土砂災害や洪水などのリスクを評価する際には、地形の詳細なデータを取得することが重要になります。
 
LiDARを利用することで、次のような分析が可能になります。
 

• ●斜面の傾斜角の分析
• ●土砂崩れリスクの評価
• ●河川氾濫リスクの分析
• ●被災後の地形変化の確認

 
災害発生後には、ドローンLiDARを利用して被害地域を迅速に調査することができます。
これにより、復旧計画の策定や被害状況の分析が効率的に行えるようになります。

LiDARは農業分野でも活用されています。
農地の地形や傾斜を分析することで、作物の生育環境を把握することができます。
 
取得したデータは次のような用途に利用されています。
 

• ●農地の地形分析
• ●水はけの評価
• ●作物生産性の分析
• ●肥料投入の最適化

 
このような技術は「スマート農業」と呼ばれ、農業の効率化や収穫量の向上に貢献しています。

LiDARは考古学分野でも大きな成果を上げています。
森林に覆われた地域では、地上から遺跡を発見することが難しい場合があります。
 
しかしLiDARを利用すると、樹木の隙間を通過したレーザーによって地表の地形を測定することができます。
これにより、森林の下に埋もれている古代遺跡を発見することが可能になります。
 
近年では、中央アメリカのマヤ文明遺跡の発見など、LiDARによる考古学調査が世界的に注目されています。

LiDARは生態系の把握や環境調査においても重要な役割を果たしています。
森林や草原などの自然環境では、地形や植生の構造を正確に把握することが求められます。
 
LiDARを活用することで、樹木の高さや密度、地表の起伏などを高精度に測定することが可能です。
これにより、森林の成長状況の把握や生物多様性の評価、環境変化のモニタリングに活用されています。
 
近年では、気候変動の影響評価や森林管理の最適化など、持続可能な環境保全に向けた研究分野でも注目されています。

LiDARは非常に高精度な測定が可能な技術ですが、すべての環境で同じ精度を発揮できるわけではありません。
測定条件や環境によっては誤差が生じる場合もあります。
そのため、LiDARを導入する際には、精度に影響を与える要因を理解しておくことが重要です。
 
LiDARの測定精度は、条件が良ければ数ミリ単位の精度を実現することができます。
しかし、実際の測量や計測ではさまざまな要因が影響します。

LiDARの精度に影響を与える要因には、次のようなものがあります。
 

• ●対象物までの距離
• ●対象物の反射率
• ●天候条件（雨・霧など）
• ●日射の強さ
• ●湿度や大気条件
• ●センサーの性能

 
例えば、レーザーが当たる対象物の表面が黒色で光を吸収しやすい場合、反射光が弱くなり測定精度が低下することがあります。
また、霧や雨などの気象条件によってもレーザー光の伝播が影響を受けることがあります。
 
そのため、計測環境や用途に応じて適切なLiDAR機器を選定することが重要になります。

LiDARセンサーは工場出荷時に校正されていますが、長期間使用する場合には定期的な校正が推奨されます。
特に測量やインフラ調査など、高い精度が求められる用途では、機器の状態を常に適切に保つ必要があります。
 
LiDAR機器のメンテナンスとしては、次のような作業が重要です。
 

• ●センサーの定期校正
• ●光学部品の清掃
• ●ソフトウェアの更新
• ●データ精度の確認

 
これらの管理を適切に行うことで、LiDARシステムの性能を長期間維持することができます。

LiDARは非常に有用な技術ですが、導入する際にはいくつかのポイントを考慮する必要があります。
用途や計測対象によって最適なLiDARシステムは異なるため、事前に要件を整理することが重要です。
 
導入時に検討すべき主なポイントは次のとおりです。
 

• ●測定対象の種類
• ●必要な測定精度
• ●計測範囲
• ●使用環境
• ●データ処理方法

 
例えば建物内部の計測を行う場合は、固定型やハンディ型のLiDARが適しています。
一方で広範囲の地形を測量する場合には、UAV LiDARや航空LiDARが適しています。
 
また、取得した点群データをどのように処理するかも重要です。
LiDARによって取得されるデータ量は非常に大きいため、適切なソフトウェアやデータ管理体制を整える必要があります。

LiDARが多くの分野で利用されている理由は、従来の測定技術と比較して多くのメリットがあるためです。
 
主なメリットは次のとおりです。
 

• ●高精度な三次元データを取得できる
• ●短時間で広範囲の計測が可能
• ●非接触で安全に測定できる
• ●自動化されたデータ取得が可能
• ●複雑な地形や構造物も計測できる

 
これらの特徴により、測量やインフラ点検、都市計画などの分野で効率的なデータ取得が可能になります。

一方で、LiDARにはいくつかの課題も存在します。
 

• ●機器の導入コストが高い
• ●データ処理に専門知識が必要
• ●天候条件の影響を受ける場合がある
• ●データ量が非常に大きい

 
しかし近年では技術の進歩により、LiDAR機器の小型化や低価格化が進んでいます。
また、点群処理ソフトウェアの発展によって、データ解析のハードルも徐々に下がっています。
 
そのため、今後さらに多くの分野でLiDARの活用が進むと考えられています。

LiDARはレーザー光を利用して対象物までの距離を測定し、空間を三次元データとして取得できる先進的な計測技術です。
高精度な点群データを取得できることから、測量・建設・都市計画・インフラ管理・自動運転など、さまざまな分野で活用されています。
 
今後もLiDAR技術は進化を続け、スマートシティや自動運転などの分野でさらに重要な役割を担っていくと考えられています。
 
「自社の業務でLiDARをどう活かせるかわからない」「最適な導入方法を相談したい」とお考えの方は、LiDARに関する豊富な知見と実績を持つヤマイチテクノにぜひご相談ください。