目次
- データ解析とは何か——計測とは別の専門性が必要な工程
- 水中探査のデータ解析が難しい3つの理由
- 実務の流れ——生データが成果品になるまで
- データ解析工程が発注者にもたらす3つの価値
- 解析担当者に求められる能力と、確認しておきたい体制
- まとめ
現場でデータを取得しただけでは、調査業務は完了しません。取得後には、各種補正、ノイズ処理、精度検証、成果品作成という工程が残っています。
海底から取得した測深データには、船体の動揺、海中の音速度、潮位の変動といった要因が含まれています。これらを補正して初めて、「この地点の基準面からの水深は何メートルか」という値が確定します。
発注者から見えるのは、最終的に納品される等深線図や3次元点群データです。しかし、補正や検証が不十分な場合、外見上は整った図面であっても、実際の位置や水深に誤差が残る可能性があります。
この記事では、水中探査におけるデータ解析工程で何を行うのかを、公的マニュアルが定める手順に沿って解説します。記載する数値・基準はすべて出典を明示し、末尾に一覧を掲げます。
1. データ解析とは何か——計測とは別の専門性が必要な工程
計測と解析の役割分担
この2つは連続した工程ですが、求められる作業の性質が異なります。
- 計測：現地で機材を稼働させ、欠測の有無、データ密度、信号品質、動揺・測位データの状態を確認しながら生データを取得する
- データ解析：取得したデータに補正を適用し、異常値を判定・除去したうえで、要求される精度と形式の成果品に変換する
計測では、その場で判断して補再測を行う対応力が問われます。解析では、補正方法や異常値の判定が妥当だったかを、後から第三者が検証できる形で残せるかが問われます。
生データに適用される主な補正
マルチビーム（測量船の左右方向に音響ビームを照射し、面的に水深を計測するシステム）を例にとると、測深データには次の補正が適用されます。
| 補正項目 | 補正の対象 | 補正が不十分な場合に生じうる事象 |
|---|---|---|
| 動揺補正 | ロール・ピッチ・ヨー・ヒーブの各動揺成分 | ビームがショット毎にぶれ、平坦な海底が凹凸を繰り返す地形として計測される（キャタピラ現象） |
| 音速度補正 | 海中の音速度の鉛直分布 | 平坦な海底が円弧状に計測される（スマイルカーブ現象、トンネル効果現象） |
| 潮位補正 | 計測時刻ごとの水面高 | 基準面からの水深に変換できず、時刻の異なる測線間で不整合が生じる |
| 測位・オフセット補正 | GNSS測位、各センサ間の位置関係と取付角度 | 平面位置がずれ、既往データや設計図面と整合しない |
上表のキャタピラ現象・スマイルカーブ現象・アングリーカーブ現象は、いずれも『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル（浚渫工編）』（令和4年4月版、水産庁漁港漁場整備部）に、マルチビーム測深の特徴的な誤差要因として名称と対処方法が明記されているものです。解析担当者はこれらの現象を知ったうえで、データにその兆候が出ていないかを確認します。
準拠する基準は業務ごとに異なる
これらの処理は担当者の裁量に委ねられているわけではなく、業務に応じた基準・マニュアルに従って行われます。代表的なものとして次があります。
- 『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル』：国土交通省港湾局および水産庁漁港漁場整備部が、工種別（浚渫工編、基礎工編、海上地盤改良工編など）に整備。水産庁の浚渫工編（令和4年4月版）は、水深30m以浅の浚渫工を適用範囲としています
- 『水路測量業務準則』『同施行細則』（海上保安庁）：水路測量に該当する深浅測量・岸線測量・験潮に適用
- 平成14年海上保安庁告示第102号：水路測量における測定・調査の方法を定め、深さおよび水平位置の測定の誤差の限度を規定
どの基準が適用されるかは業務の目的と仕様書によって変わります。 記事中の数値も、それぞれ出典と適用範囲を確認したうえでお読みください。
2. 水中探査のデータ解析が難しい3つの理由
理由①：水中では音波を使うため、音速度が誤差要因になる
陸上のレーザ測量やGNSS測位では、電磁波の伝播速度は実用上一定として扱えます。水中では電波が減衰するため音波を用いますが、海中の音速度は水温・塩分・圧力によって変化します。
前掲マニュアルに掲載されている音速度測定簿の記載例では、ある海域の水深1〜19mで概ね1,439〜1,441m/sの範囲の値が示されています。実海域の音速度は、条件によって差はあるものの、おおむね1,450〜1,550m/s前後の範囲で議論されることが一般的です。条件によっては、水温が1℃変化すると音速度が数m/s程度変化する場合があります。
音速度の設定誤差が測深値に及ぼす影響は、単純化した概算で見積もれます。音速度が一定であり、伝播時間が同一であると仮定した直下付近の概算では、真値が約1,500m/sであるところを10m/s誤って設定すると、水深100mで約0.7mの測距誤差に相当します（100m × 10 ÷ 1,500 ≒ 0.67m）。ただし実際には、外側ビームほど音線屈折の影響を受けるため、誤差の現れ方はより複雑になります。
そのため、調査では音速度の鉛直分布を実測します。前掲マニュアルでは、水中音速度計による測定を基本とし、1日の作業につき1回以上、測量海域の中央付近のできる限り深い地点で行うこと、海況が変化する海域では測定点を適切に配置することが望ましいとされています。降下時と引上げ時の結果から最低1m毎の平均値に取りまとめ、解析ソフトウェアに適用します。
注目すべきは、同マニュアルがトンネル効果現象・スマイルカーブ現象への対処方法として、スワス幅を狭めることと並んで「水中音速度測定の回数を増やして正しい音速度構造を取得し、解析する」ことを挙げている点です。 音速度の取得頻度と測定点配置は、計測計画と解析品質の双方に関わる設計事項といえます。
理由②：ノイズ除去には、人の判断が残る
音響計測のデータにはノイズが混入します。前掲マニュアルは、ノイズとして音響的なもの、電気的なもののほか、浮遊物、魚群、泡など海中を浮遊する物体に起因するものを挙げています。
そのうえで、同マニュアルは次のように記しています。
ノイズの除去は、解析ソフトにより統計的にある程度削除することができるが、統計的な処理では限界があるため、最終的にはプロファイル表示し手作業による除去作業を行う必要がある。判断に迷う記録については画像等を残し他測線の記録などから総合的に判断する。 （『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル（浚渫工編）』令和4年4月版、2.7 データ解析）
「判断に迷う記録については画像等を残し、他測線の記録などから総合的に判断する」——この一文が、この工程の性質を端的に示しています。目視確認と必要に応じた手作業は、単なる作業ではなく判断を伴います。
画面上の孤立した点群は、除去すべきノイズなのか。それとも、実在する構造物・沈木・魚礁なのか。
実在する障害物を消せば成果品は現実と異なるものになり、気泡や魚群の反射を残せば存在しない浅所を報告することになります。同マニュアルが「他測線の記録などから総合的に判断する」としているとおり、判断には計測時の状況を含む周辺情報が必要です。 測深中の記録（ノイズの出方、魚群の有無、周辺海域の状況）を測量野帳等に残すことが求められているのも、この判断を支えるためです。
なお、ノイズ除去は解析品質を左右する重要な工程の一つですが、それだけではありません。オフセット・パッチテストの精度、音速度、測位、潮位、座標変換のいずれもが成果品の精度に影響します。
理由③：異なるセンサのデータを、1つの座標系に統合する必要がある
水域の調査では、複数の機材を組み合わせることが一般的です。
| 取得対象 | 主な機材 | 解析上の課題 |
|---|---|---|
| 水面下の地形（面的） | マルチビーム | 動揺・音速度・潮位・オフセットの各補正 |
| 水底下の地層構造 | サブボトムプロファイラー | 地層内の音速度による深度換算、反射面の判読 |
| 水際・極浅水域の地形 | UAV搭載型グリーンレーザ（波長532nmの緑色レーザ） | 水面反射と水底反射の分離、水中での屈折の扱い |
| 陸上部の地形 | UAV写真測量・近赤外レーザ | 水部との接合、地盤／非地盤の分類 |
| 構造物の状態 | ROV映像、水中音響カメラ | 映像からの寸法把握、位置情報との紐付け |
これらを同一の測地系・同一の基準面の上で統合する工程が必要になります。特に水際部は、測量船が進入できず、陸上測量では水面下を見通せないため、データの空白が生じやすい領域です。
ここをグリーンレーザで補う場合、適用可能な範囲の見極めが必要です。国土地理院はUAV搭載型レーザスキャナを用いた公共測量のマニュアル（案）を整備していますが、グリーンレーザによる水部計測については、水深・濁度・樹木・地被の状況など現場条件によって適用範囲が変わるため、現場実証によるデータの蓄積が課題とされています。
つまり水際のデータは、取得したうえで解析段階に品質を評価し、使用できる範囲を判断する工程が伴います。
3. 実務の流れ——生データが成果品になるまで
以下は、前掲『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル（浚渫工編）』（令和4年4月版）が定める工程別作業区分に沿った流れです。同マニュアルの適用範囲は水深30m以浅の浚渫工であり、他の工種・目的では手順や基準値が異なります。
ステップ1：艤装・テスト結果の確認
計測前に実施した艤装時の計測結果を確認します。同マニュアルでは、次の扱いが定められています。
- 水平方向位置：各システムや収録ソフトウェアで規定されている位置を基準とし、相対位置は1mm単位まで計測する
- 鉛直方向位置：水面を基準とし、センサー間の相対位置は1mm単位まで測定し、水面との関係付けはバーチェック法により10mm単位まで測定する
- 計測結果は収録ソフトウェアに入力するとともに、マルチビーム測深システム点検簿に記載し、データ処理時に適切に用いられていることを確認する
ここでいう「1mm単位」「10mm単位」は測定・記録の単位であり、測定精度の保証値ではありません。 要求される測定単位や許容範囲は、適用するマニュアルや業務仕様によって異なります。
あわせて、パッチテストにより求めたバイアス値（ロール・ピッチ・ヨーの取付角度誤差）とレイテンシー（収録遅延）を確認します。同マニュアルでは、パッチテストは艤装状況に変化がないことが前提であるため毎日実施することとされ、船体装備型（設置型）の場合はこの限りでないとされています。
ステップ2：データ受領・欠測確認・再測深の判断
収録データを確認し、未測深箇所やエラーデータの状況を点検します。同マニュアルでは、次の場合に再測深を行うこととされています。
- 未測深域が確認された場合
- 3次元データ作成に十分なデータ密度（3点以上／1.0m平面格子、達成率99%以上）が得られないと判断された場合
- 動揺計測値の異常、海上測位データの位置飛びなどが1秒以上連続し、直線補間ができない場合
この判断が早いほど、現場体制が残っているうちに再測深できます。
ステップ3：各種補正の適用
水中音速度の測定結果、潮位観測結果、動揺データ、オフセット値、パッチテスト結果を解析ソフトウェアに適用します。
潮位については、当該漁港・港湾における常設検潮所の観測データを使用することが基本とされ、常設検潮所がない場合や使用できない場合は臨時検潮所（簡易検潮器）を設置して測量期間中の連続観測を行います。
基準面の扱いには注意が必要です。 同マニュアルでは、測深の計測基準面は海上保安庁告示の最低水面を原則とし、浚渫工で使用している基準面と同一の基準面を適用することが原則とされています。深浅測量で用いる基準面は、業務によって最低水面、港湾管理者が定める港湾管理用基準面などが使い分けられ、陸上測量で用いる東京湾平均海面とは体系が異なります。
ステップ4：ノイズ除去と水深編集
統計的な処理で除去したうえで、プロファイル表示による目視確認と、必要に応じた手作業での除去を行います。同マニュアルは、ノイズ除去によりデータ数が減少しても必要データ数が確保されていることを確認するよう求めています。
ステップ5：点群データの作成（中央値・最浅値の抽出）
補正とノイズ処理を経たデータを対象海域全体で取りまとめ、点群データとして保存します。同マニュアルでは、1.0m平面格子内において中央値または最浅値を抽出し、1点／1.0m平面格子の点群データを作成することとされ、抽出方法は用途によって明確に分けられています。
| 用途 | 抽出する値 |
|---|---|
| 土量計算に使用する場合 | 中央値 |
| 出来形管理に使用する場合 | 最浅値 |
3点未満の平面格子については、周囲の抽出点データから空間解析等により補間できるものとされ、また浚渫箇所が点在する場合やサンドウェーブの影響がある特殊な海域では、特記仕様書により抽出方法を指示できるとされています。
同じ点群データからでも、何に使うかによって抽出すべき値が変わります。 用途を発注段階で共有いただくことが、成果品の実用性に直結します。
ステップ6：検測・精度管理
同マニュアルでは、次の方法で精度を検証することとされています。
- 照査線による検測：各測深線と交差する測深線を計画し、交差するデータと比較検証する。照査線の間隔は測深線間隔の15倍を標準とする
- 井桁走行：起伏のある海域で左右のビームが100%重複するよう2本の平行な測深線を走行し、1日1回以上データを取得する（送受波器が船底装備の場合は測量作業毎に最低1回）
- 測定誤差の限度：平成14年海上保安庁告示第102号で定められたとおりとする
- 測深精度管理チェックシートの作成：GNSS精度確認結果、マルチビーム測深システム点検簿、各種補正記録簿（音速度測定記録、検潮記録）、測深精度管理表（照査線による検測結果）を添付する
なお、海象条件や特殊な地形などの諸条件により基準を満たすことができなかった場合は、監督職員と対応を協議することとされています。
国際基準について：航行安全に関わる水路測量では、案件の目的や仕様に応じて国際水路機関（IHO）の測量基準 S-44 が参照されることがあります。第6版（Edition 6.1.0、2022年10月）では、全垂直不確かさの許容上限が TVUmax(d) = √(a² + (b×d)²) で評価され、パラメータは次のとおり定められています（いずれも信頼水準95%）。
| 等級 | a [m] | b | 水深計測の被覆率 |
|---|---|---|---|
| Order 2 | 1.0 | 0.023 | 5% |
| Order 1b | 0.5 | 0.013 | 5% |
| Order 1a | 0.5 | 0.013 | 100%以下 |
| Special Order | 0.25 | 0.0075 | 100% |
| Exclusive Order | 0.15 | 0.0075 | 200% |
a は水深によらない不確かさの成分であり、許容値そのものではありません。 水深が増すほど b×d の項が加わり、許容上限も変化します。なお、水深計測の被覆率という概念は第6版で導入されたものです。S-44 はすべての国内の深浅測量に自動的に適用されるものではなく、適用の有無は業務仕様書と発注者の要求によります。
ステップ7：データ保存と成果品の作成
同マニュアルでは、正データ（3次元点群データ）のほか、水中音速度や潮位などの各種補正データ、オフセット値、パッチテスト結果などを取りまとめて保存することとされています。
成果品としては、点群データ、メッシュデータ、TINモデル、縦断・横断面形状、俯瞰図、CADデータ、土量計算書、報告書などが、業務の目的に応じて作成されます。
4. データ解析工程が発注者にもたらす3つの価値
価値①：精度の根拠が記録として残る
前章のとおり、深浅測量では測深精度管理チェックシートとして、GNSS精度確認結果・システム点検簿・各種補正記録簿・照査線による検測結果を取りまとめることが求められます。
これらが揃っていれば、「この成果品はどの基準に照らして、どのように検証されたか」を書面で説明できます。 工事発注や維持管理計画の根拠資料として使ううえで、この裏付けの有無は実務上の差になります。
価値②：再解析できる形でデータが残る
前掲マニュアルが、正データに加えて音速度・潮位・オフセット値・パッチテスト結果の保存を求めているのは、補正の前提条件まで含めて記録を残すためです。
これが揃っていれば、当初と異なる目的が生じた際にも対応の余地が広がります。たとえば浚渫の出来形確認のために取得したデータについて、後年「経年的な堆積傾向を知りたい」という要望が生じた場合、成果図面のみでは比較の精度が限られますが、生データと補正パラメータが残っていれば同一条件での再処理と差分の検討ができます。
同じ水域を繰り返し調査する河川・ダム・港湾の管理者にとっては、この積み重ねが年を追うごとに意味を持ちます。
価値③：用途に合わせて成果品を設計できる
ステップ5で述べたとおり、同じ点群データからでも、土量計算であれば中央値、出来形管理であれば最浅値と、抽出する値が用途によって変わります。格子サイズや成果品の形式についても同様です。
- 出来形管理 → 最浅値による抽出
- 土量計算 → 中央値による抽出
- 経年変化の把握 → 過去データと同一の格子・同一基準面での比較
- 環境関連の基礎資料 → 他の空間データと重ね合わせ可能な形式
「何に使うデータなのか」を早い段階で共有いただければ、解析設計の段階からそれに合わせられます。
5. 解析担当者に求められる能力と、確認しておきたい体制
求められる4つの能力
① 計測原理の理解
ソフトウェアの操作手順だけでは足りません。なぜその補正が必要か、値がずれると結果にどう波及するかを原理から理解していなければ、キャタピラ現象やスマイルカーブ現象のような特徴的な誤差を、地形の起伏と区別して認識することが難しくなります。
② 判読の力
ノイズか実在の地物かの判断には、他測線の記録や計測時の状況といった周辺情報が必要です。現場の記録が解析側に確実に届く仕組みがあるかどうかが、この判断の質を支えます。
③ 基準・マニュアルへの精通
適用される基準は業務ごとに異なり、マニュアル類は改定されます。改定内容の把握は継続的な業務です。
④ 処理履歴を残す規律
どのパラメータで、どのような判断で処理したかを記録に残せるかどうか。前掲マニュアルが各種点検簿・記録簿の作成を求めているのは、この規律を制度として担保するためといえます。
調査会社を選定する際に確認したい観点
成果品の品質を左右するのは、独立した部門名の有無ではありません。処理手順、精度検証、照査体制、処理履歴を説明できる仕組みが整っているかどうかです。次のような点を確認されると、比較の材料になります。
- 適用する基準・マニュアルとその版を、業務ごとに明示できるか
- 一次解析者と照査者を分ける体制があるか
- ノイズ判定に迷った記録の扱い（画像等の保存、判断根拠の記録）が定められているか
- 生データ・処理済みデータ・処理ログの保管形式と保管期間が示されるか
- 数年後の再解析依頼に対応できる形でデータが保存されるか
AGS（株式会社アーク・ジオ・サポート）についても、これらの点は個別にご説明いたします。
業務の目的と適用基準をお知らせいただければ、想定する処理手順と検証方法をあらかじめお示しすることが可能です。
6. まとめ
水中探査におけるデータ解析工程を整理します。
- 計測と解析は求められる作業の性質が異なる。解析では、補正と異常値判定の妥当性を後から検証できる形で残すことが問われます。
- 測深データには動揺・音速度・潮位・測位／オフセットの補正が適用される。補正が不十分な場合、キャタピラ現象・スマイルカーブ現象などの特徴的な誤差として現れます。
- 手順は、工種別の『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル』、『水路測量業務準則』、平成14年海上保安庁告示第102号などに基づく。どの基準が適用されるかは業務の目的と仕様書によって異なります。
- ノイズ除去は統計処理に限界があるため、目視確認と必要に応じた手作業が伴い、判断には他測線の記録など周辺情報が必要となります。
- 点群データは、土量計算なら中央値、出来形管理なら最浅値というように、用途によって抽出する値が変わります。
- 検証は照査線による検測、井桁走行、測深精度管理チェックシートの作成によって行われる。航行安全に関わる業務では、仕様に応じて IHO S-44 が参照されることがあります。
海底地形図は、外観だけでは品質を判断できません。どの基準に基づき、どう処理し、どう検証したかを記録で説明できること。 これが、成果品の信頼性を支える基盤です。
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参考文献・出典
- 水産庁漁港漁場整備部『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル（浚渫工編）』令和4年4月版（2022年4月）
- 国土交通省港湾局『マルチビームを用いた深浅測量マニュアル（浚渫工編）』令和3年4月改定版、同『（基礎工編）』令和7年4月版 ほか工種別
- 海上保安庁『水路測量業務準則』『水路測量業務準則施行細則』
- 平成14年海上保安庁告示第102号（水路測量における測定又は調査の方法）
- International Hydrographic Organization, IHO Standards for Hydrographic Surveys, S-44 Edition 6.1.0, October 2022
- 国土地理院『UAV搭載型レーザスキャナを用いた公共測量マニュアル（案）』平成30年3月
- 一般社団法人海洋調査協会『海洋調査技術マニュアル －深浅測量－』
※各基準・マニュアルは改定されます。実際の業務では、適用される版を必ずご確認ください。
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