測量

トータルステーションを使用する測量士

野外で経緯儀を使用する学生

測量または土地測量とは、点間の距離と角度に基づいて点の地上位置を決定する技術、職業、芸術、科学です。これらの点は通常、地球の表面上にあり、所有権、建設における構造部材の指定位置や地下構造物の地表位置などの位置の決定、あるいは不動産売買など、政府または民法で義務付けられているその他の目的のために、地図や境界を確立するためによく使用されます。^{[ 1 ]}

土地測量の専門家は土地測量士と呼ばれます。測量士は、測地学、幾何学、三角法、回帰分析、物理学、工学、計量学、プログラミング言語、そして法律といった要素を扱います。彼らは、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、反射鏡、3Dスキャナー、ライダーセンサー、無線機、傾斜計、ハンドヘルドタブレット、光学式およびデジタル式水準器、地下探査機、ドローン、GIS、測量ソフトウェアなどの機器を使用します。

測量は、有史以来、人間環境の発展において重要な要素であり続けてきました。測量は、あらゆる形態の建設の計画と実施に利用されています。また、交通、通信、地図作成、土地所有権の法的境界の確定にも利用されています。測量は、他の多くの科学分野における研究においても重要なツールとなっています。

定義

国際測量士連盟は測量の機能を次のように定義しています。^{[ 2 ]}

調査員とは、以下の活動の 1 つ以上を実施するための学歴と専門知識を備えた専門家です。

• 土地、三次元物体、点場、軌道を決定、測定、表現する。
• 土地や地理に関連する情報を収集し解釈すること
• その情報を陸地、海域、およびその上のあらゆる構造物の計画と効率的な管理のために使用すること。
• 上記の実践を研究し、発展させること。

歴史

古代史

カセルズの木工と建具の書籍に掲載されている下げ振り

人類が最初の大型建造物を建造して以来、測量は行われてきました。古代エジプトでは、ナイル川の毎年の洪水の後、ロープを張る道具を使って単純な幾何学を用いて境界を再構築していました。紀元前 2700年頃に建造されたギザの大ピラミッドのほぼ完璧な直角度と南北の配置は、エジプト人が測量技術に精通していたことを証明しています。グローマという器具は、メソポタミア（紀元前1千年紀初頭）で生まれたと考えられています。 ^{[ 3 ]}ストーンヘンジ（紀元前 2500年頃）の先史時代の遺跡は、先史時代の測量士によって杭とロープを用いた幾何学を用いて測量されました。^{[ 4 ]}

数学者劉徽は、西暦263年に出版された著書『海島算経』の中で、遠くにある物体を測定する方法について説明しています。

ローマ人は測量を職業として認めていました。彼らはローマ帝国の領土を分割するための基本的な測量基準を確立しました。例えば、征服地の税台帳（西暦300年）などがその例です。^{[ 5 ]}ローマの測量士はグロマティキと呼ばれていました。

中世ヨーロッパでは、村や教区の境界を維持するために境界踏破が行われました。これは、住民を集めて教区や村を巡り、境界に関する共同の記憶を確立するという慣習でした。記憶ができるだけ長く残るように、少年たちも参加させられました。

イングランドでは、ウィリアム征服王が1086年にドゥームズデイ・ブックを制定しました。そこには、すべての土地所有者の名前、所有地の面積、土地の質、そしてその地域の土地と住民に関する具体的な情報が記録されていました。正確な位置を示す地図は含まれていませんでした。

近代

測量表、1728年百科事典

アベル・フーロンは1551年に平面表について記述しましたが、彼の記述は発達した機器に関するものであるため、この機器は以前から使用されていたと考えられています

グンターの鎖は、1620年にイギリスの数学者エドマンド・グンターによって導入されました。これにより、法的および商業的な目的で土地の正確な測量と区画割りが可能になりました。

レオナルド・ディッグスは著書『パントメトリアという幾何学の実践』（1571年）の中で、水平角を測定するセオドライトについて記述しています。ジョシュア・ハーバーメル（エラスムス・ハーバーメル）は1576年にコンパスと三脚を備えたセオドライトを製作しました。ジョナサン・シッシオンは1725年に初めてセオドライトに望遠鏡を組み込んだ人物です。^{[ 6 ]}

18世紀には、測量のための近代的な技術と機器が使用されるようになりました。ジェシー・ラムズデンは1787年に最初の精密セオドライトを開発しました。これは水平面と垂直面の角度を測定する機器でした。彼は独自に設計した高精度の除算エンジンを用いて、この偉大なセオドライトを製作しました。ラムズデンのセオドライトは、機器の精度において大きな進歩を示しました。ウィリアム・ガスコインは1640年、十字線を取り付けた望遠鏡をターゲット装置として使用する機器を発明しました。ジェームズ・ワットは1771年に距離測定用の光学式メーターを開発しました。これは視差角を測定することで、ある地点までの距離を推定することができました。

オランダの数学者ウィレブロード・スネル（別名スネル・ファン・ロイエン）は、三角測量の現代的な体系的な使用法を導入した。1615年に彼はアルクマールからブレダまでの距離、およそ72マイル（116 km）を測量した。彼はこの距離を3.5%過小評価した。この測量は、全部で33の三角形を含む一連の四角形であった。スネルは、地球の曲率を考慮して平面方程式を修正する方法を示した。また、未知の点での頂点間の角度を使用して三角形内の点の位置を交点法、つまり計算する方法も示した。これらは、コンパスに依存する頂点の方位よりも正確に測定できた。彼の研究により、制御点の主要なネットワークを測量し、後で主要なネットワーク内に補助点を配置するというアイデアが確立された。 1733年から1740年にかけて、ジャック・カッシーニとその息子セザールはフランス初の三角測量を行いました。子午線弧の再測量も含まれており、1745年には厳密な原理に基づいて作成された最初のフランス地図が出版されました。この頃には、三角測量の手法は地方地図作成において確立されていました。

1870年に作成された、大三角測量を示すインドの地図

18 世紀末になってようやく、詳細な三角測量網の調査によって国全体の地図が作られるようになりました。1784 年、ウィリアム ロイ将軍の英国陸地測量部のチームが、英国主要三角測量を開始しました。最初のラムズデン経緯儀はこの調査のために作られました。調査は最終的に 1853 年に完了しました。インドの大三角測量 (Great Trigonometric Survey of India) は 1801 年に始まりました。このインドの調査は科学的に多大な影響を及ぼしました。経度弧の一部分の最初の正確な測定の 1 つと測地線異常の測定に貢献しました。これにより、エベレスト山とその他のヒマラヤの山々に名前が付けられ、地図が作成されました。測量は、19 世紀初頭の産業革命の始まりとともに、需要の高い専門職になりました。この職業では、作業を補助するより正確な機器が開発されました。産業インフラ プロジェクトでは、測量士が運河、道路、鉄道の敷設に使用されました。

アメリカ合衆国では、1785年の土地条例により公有地測量制度が創設されました。この制度は、西部の領土を区画に分割し、土地の売買を可能にするための基盤となりました。公有地測量制度は州をタウンシップ・グリッドに分割し、さらにセクションとセクションの小区分に分割しました。^{[ 1 ]}

ナポレオン・ボナパルトは1808年、ヨーロッパ大陸初の土地台帳（地籍簿）を創設しました。この地籍簿は、土地の区画数、その価値、土地の用途、名称に関するデータを収集し、すぐにヨーロッパ全土に広まりました。

1860年代、アリゾナ州ラッセルズタンクの鉄道測量隊

ロバート・トーレンズは1858年、南オーストラリア州でトーレンズ方式を導入しました。トーレンズは、土地取引を簡素化し、土地登記簿を一元化することで信頼性の高い権利証書を提供することを目指しました。トーレンズ方式は、英語圏の他のいくつかの国でも採用されました。1800年代に鉄道が開通すると、測量はますます重要になりました。鉄道会社が技術的かつ財政的に実現可能な路線を計画するためには、測量は不可欠でした。

20世紀

1903年に測量を行うカナダの地図製作者ウィリアム・フランシス・ガノン

20世紀初頭、測量士たちは古い鎖とロープを改良していましたが、長距離の正確な測定という課題に直面していました。トレバー・ロイド・ワドリーは1950年代にテルロメーターを開発しました。これは2つのマイクロ波送受信機を用いて長距離を測定します。^{[ 7 ]} 1950年代後半、ジオディメーターは電子距離測定装置（EDM）を発表しました。 ^{[ 8 ]} EDM装置は光波の多周波数位相シフトを利用して距離を測定します。^{[ 9 ]}これらの装置は、数キロメートル離れた地点間の距離を一度に測定することで、数日または数週間かかる鎖測定の必要性を排除しました。

電子機器の進歩により、放電加工機（EDM）の小型化が可能になりました。1970年代には、角度と距離の測定を組み合わせた最初の機器が登場し、トータルステーションとして知られるようになりました。メーカーは徐々に機器を追加し、測定精度と速度を向上させました。主な進歩としては、傾斜補正装置、データレコーダー、オンボード計算プログラムなどが挙げられます。

最初の衛星測位システムは、アメリカ海軍のトランジットシステムでした。最初の打ち上げは1960年に成功しました。このシステムの主な目的は、ポラリスミサイル搭載潜水艦に位置情報を提供することでした。測量士たちは、現場の受信機を用いて地点の位置を特定できることを発見しました。衛星のカバー範囲が狭く、機器が大型だったため、観測は煩雑で不正確でした。主な用途は、遠隔地におけるベンチマークの設定でした。

アメリカ空軍は1978年に、全地球測位システム（GPS）の最初の試作衛星を打ち上げました。GPSは、より大規模な衛星群と信号伝送技術の改良により、精度を向上させました。初期のGPS観測では、測量精度の要件を満たすために、固定された受信機による数時間の観測が必要でした。その後、衛星と受信機の両方が改良され、リアルタイム・キネマティック（RTK）測量が可能になりました。RTK測量は、固定された基地局と2つ目の移動アンテナを使用することで、高精度な測定を可能にします。移動アンテナの位置は追跡可能です。

21世紀

セオドライト、トータルステーション、RTK GPS測量は、依然として主要な測量の方法です

リモートセンシングと衛星画像は、改良と低価格化が進み、より一般的に利用されるようになっています。注目すべき新技術としては、3次元（3D）スキャンやライダー（LIDAR）による地形測量などが挙げられます。また、写真測量による画像処理に加え、UAV技術も登場しています。

機器

ハードウェア

測量機器。左上から時計回りに：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。

世界中で使用されている主な測量機器は、セオドライト、巻尺、トータルステーション、3Dスキャナー、GPS / GNSS、レベル、ロッドです。ほとんどの機器は三脚にねじ込んで使用します。巻尺は、より短い距離の測定によく使用されます。3Dスキャナーや様々な形式の航空写真も使用されています。

セオドライトとは、角度を測定するための機器です。2 つの別々の円、分度器、またはアリダードを使用して、水平面と垂直面の角度を測定します。トラニオンに取り付けられた望遠鏡は、ターゲット オブジェクトに対して垂直に位置合わせされます。上部全体が回転して水平位置合わせを行います。垂直の円は、望遠鏡が垂直に対して作る角度 (天頂角) を測定します。水平の円は、上部のプレートと下部のプレートを使用します。調査を開始する際、測量者は機器を既知の方向 (方位) に向け、下部のプレートを所定の位置に固定します。次に、機器を回転させて他のオブジェクトに対する方位を測定できます。方位がわからない場合、または直接角度を測定したい場合は、最初の視準中に機器を 0 に設定できます。すると、最初のオブジェクト、セオドライト自体、および望遠鏡が位置合わせされているオブジェクト間の角度が読み取られます。

ジャイロセオドライトは、基準マークがない場合でもジャイロスコープを用いて自己方位を測るセオドライトの一種です。地下での用途に使用されます。

トータルステーションは、電子距離測定装置（EDM）を搭載したセオドライトの発展形です。水平面に設置することで、水平出しに使用できます。トータルステーションの導入以来、光学式機械式から完全電子式へと移行してきました。^{[ 10 ]}

現代の最高級トータルステーションは、距離測定に用いる光パルスを反射させるための反射鏡やプリズムを必要としません。完全にロボット化されており、測点データを遠隔地のコンピュータに電子メールで送信したり、全地球測位システム（GPS）などの衛星測位システムに接続したりすることも可能です。リアルタイム・キネマティックGPSシステムは測量速度を大幅に向上させ、水平方向のリアルタイム精度は1cm±1ppm以内、垂直方向の精度は現状ではその半分の2cm±2ppm以内となっています。^{[ 11 ]}

GPS 測量は、使用する機器や方法が他の GPS の用途と異なります。静的 GPS では、かなり長い期間、所定の位置に設置された 2 つの受信機を使用します。時間間隔が長いため、受信機は衛星の軌道に合わせて測定値を比較できます。衛星の軌道の変化によって測定ネットワークのジオメトリも適切に調整されます。これにより、長さ 20 km 以上に及ぶ正確なベースラインが生成されます。RTK 測量では、1 つの静的アンテナと 1 つの移動アンテナを使用します。静的アンテナは、衛星の位置と大気の状態の変化を追跡します。測量士は移動アンテナを使用して、測量に必要なポイントを測定します。2 つのアンテナは、静的アンテナが移動アンテナに補正情報を送信できる無線リンクを使用します。移動アンテナは、受信した GPS 信号にそれらの補正情報を適用して、自身の位置を計算します。RTK 測量は、静的方法よりも短い距離をカバーします。これは、ベースから離れた場所では条件が異なり、精度が低下するためです。

測量機器には、特定の用途に適した特性があります。先進国では、セオドライトやレベルは測量士よりも建設業者によって使用されることが多いです。建設業者は比較的安価な機器を使用して簡単な測量作業を行うことができます。トータルステーションは、あらゆる状況で汎用性と信頼性を備えているため、多くのプロの測量士にとって頼りになる存在です。GPSは大規模測量における生産性の向上に寄与するため、主要なインフラ整備プロジェクトやデータ収集プロジェクトで広く利用されています。ロボット誘導式の1人乗りトータルステーションを使用すれば、望遠鏡の設置やデータの記録のために作業員を追加することなく測量を行うことができます。広い範囲を測量する高速だが高価な方法は、ヘリコプターを使用することです。ヘリコプターの位置を記録するためにGPSを使用し、地面を測定するためにレーザースキャナーを使用します。精度を高めるために、測量士は地上にビーコンを設置します（約20 km間隔）。この方法は、飛行高度に応じて5～40 cmの精度を実現します。^{[ 12 ]}

測量士は、三脚や計器スタンド、照準用の柱状部やビーコン、個人用保護具、植生除去装置、長期間にわたって埋もれた測量マーカーを見つけるための掘削器具、さまざまな表面や構造物にマーカーを設置するためのハンマー、長距離の視線で通信するための携帯無線機などの補助装置を使用します 。

ソフトウェア

トータルステーション、GPS 、3Dスキャナー、その他のデータ収集機器を使用する土地測量士、建設専門家、地理情報エンジニア、土木技術者は、効率、精度、生産性を向上させるために土地測量ソフトウェアを使用しています。土地測量ソフトウェアは、現代の土地測量に欠かせないものです。^{[ 13 ]}

通常、調査対象の土地の図面や区画図の製図のすべてではないにしても大部分と一部の設計は測量士によって行われ、今日（2021年）製図の分野で働くほぼすべての人が、PC上だけでなく、現場の新世代のデータ収集装置でもCADソフトウェアとハ​​ードウェアを活用しています。 ^{[ 14 ]}現在測量士が一般的に使用する他のコンピュータプラットフォームとツールは、米国連邦政府やその他の政府の測量機関（国立測地測量局やCORSネットワークなど）によってオンラインで提供されており、収集されたGPSデータとデータ座標系自体の自動補正と変換が可能です。

技術

標準的なブラントンジオコンパスは、地理学者、地質学者、測量士が現場での測定に現在でも広く使用されています

測量士は角度と距離を測定することで物体の位置を特定します。観測精度に影響を与える要因も測定されます。そして、このデータを用いてベクトル、方位、座標、標高、面積、体積、平面図、地図を作成します。計算を簡素化するため、測定値は水平成分と垂直成分に分割されることがよくあります。GPSや天文測定では、時間成分の測定も必要です。

距離測定

測量のための最新機器の例（フィールドマップ技術）：GPS、レーザー距離計、フィールドコンピューターにより、測量だけでなく、地図作成（リアルタイムでの地図作成）、フィールドデータの収集も可能です

EDM（電子距離測定）レーザー装置が登場する以前は、距離は様々な方法で測定されていました。植民地時代以前のアメリカでは、先住民は「弓の射程距離」（「弓から矢を射出できる距離」、または「チェロキー族の長弓の飛翔距離」）を距離の基準として用いていました。^{[ 15 ]}ヨーロッパ人は、ガンターの鎖など、長さが既知のリンクを持つ鎖や、鋼鉄またはインバー製の巻尺を使用していました。水平距離を測定するには、これらの鎖や巻尺をぴんと張ってたるみや緩みを減らしました。熱膨張を考慮して距離を調整する必要がありました。また、測定器を水平に保つことも試みられました。斜面を測る場合、測量は鎖の全長よりも短い増分値を使用するなど、測定を「中断」（チェーンを切る）する必要がある場合もありました。より長い距離を測定するために、ペラビュレーター（測定輪）が使用されましたが、精度はそれほど高くありませんでした。タキオメトリーとは、大きさが既知の物体の両端の角度を測定することで距離を測定する科学です。放電加工機が発明される以前、粗い地面のためにチェーン測定が困難な場合に、この方法が使用されることがありました。

角度測定

歴史的に、水平角は磁気方位計または方位角を得るためにコンパスを使用して測定されていました。その後、より精密な刻み目円板によって角度分解能が向上しました。円板の上にレチクルを備えた望遠鏡を取り付けることで、より正確な照準が可能になりました（セオドライトを参照）。水準器と目盛り付き円盤によって鉛直角の測定が可能になりました。バーニヤ は、世紀の変わり目のトランシットのように、1度未満の測定を可能にしました

平面図は角度の記録と測定をグラフィカルに行う方法を提供し、数学的な計算量を削減しました。1829年、フランシス・ロナルズは八分儀を修正することで角度をグラフィカルに記録する反射計器を発明しました。^{[ 16 ]}

測量士は図形の各頂点から方位を観測することで、図形の周囲を測量することができます。最終的な観測値は、最初に観測した2点の間になりますが、180°の差があります。これを「方位差」と呼びます。最初の方位と最後の方位が異なる場合、これは測量における誤差を示しており、「角度差」と呼ばれます。測量士はこの情報を用いて、作業が期待される基準を満たしていることを証明できます。

水準測量

運用海洋学製品・サービスセンターの職員が、メイン州リッチモンドにあるアメリカ陸軍工兵隊の支援を受けて、潮位観測所の水準測量を行っています

高さを測定する最も簡単な方法は、気圧を利用して高度計を使用することです 。より正確な測定が必要な場合は、精密水準器（差動水準器とも呼ばれます）などの手段が使用されます。精密水準器では、機器と測定棒を用いて2点間の一連の測定値を取得します。測定値間の高さの差を加算および減算することで、2つの端点間の純粋な標高差を算出します。全地球測位システム（GPS）を使用すれば、衛星受信機で標高を測定できます。通常、GPSは従来の精密水準器よりも精度が多少劣りますが、長距離では同等の精度が得られる場合があります。

光学式レベルを使用する場合、エンドポイントが機器の有効範囲外にある場合があります。エンドポイント間に障害物があったり、標高が大きく変化したりする場合もあります。このような状況では、追加の設定が必要です。 「旋回」とは、レベルを移動させて別の場所から標高を測ることを指します。レベルを「旋回」させるには、まずロッドが置かれている地点の標高を読み取り、記録する必要があります。ロッドは全く同じ位置に置いたまま、レベルをロッドが見える新しい場所に移動します。新しい位置から読み取りを行い、その高さの差からレベルガンの新しい標高を求めます。そのため、この方法は差動レベリングと呼ばれます。一連の測定が完了するまで、この手順を繰り返します。有効な測定値を得るには、レベルが水平でなければなりません。そのため、機器の水平十字線がロッドの基部よりも低い場合、測量士はロッドを視準できず、測定値を得ることができません。通常、ロッドは 25 フィート (7.6 メートル) の高さまで上げることができるため、レベルをロッドのベースよりもはるかに高く設定できます。

位置の決定

近くに既知の位置がない場合に、地球上の自分の位置を決定する主な方法は天文観測です。太陽、月、星の観測はすべて航海技術を用いて行うことができます。機器の位置と星に対する方位が決定されると、その方位を地球上の基準点に転送することができます。その点は、さらなる観測の基準として使用できます。測量精度の天文位置を観測および計算することは困難であったため、他の多くの測定の基準となる傾向がありました。GPSシステムの登場以来、GPSによって地球表面のほとんどの場所で適切な位置を決定できるため、天文観測はまれになっています

参照ネットワーク

青色で示された汀線の位置を記録するために、トラバースとオフセット測定を用いた測量。黒の破線は参照点（黒丸）間のトラバース測定。赤線はトラバース線に対して直角に測定されたオフセット。

測量位置は、基本原理から導き出されることはほとんどありません。その代わりに、ほとんどの測量点は、以前に測定された点を基準として測定されます。これにより、測量士が新しい測量を開始する際、各点を用いて自身の位置を決定するための参照ネットワークまたは制御ネットワークが形成されます。

測量点は通常、地面に打ち込まれた小さな釘から、遠くからでも見える大きなビーコンまで、様々な物体によって地表に示されます。測量士はこれらの位置に機器を設置し、近くの物体まで測量します。尖塔や無線アンテナなど、高く目立つ特徴的な物体の位置が、角度を測るための基準点として計算されることもあります。

三角測量は、EDMやGPS計測が発明される以前の時代に好まれていた水平位置測定法です。遠く離れた物体間の距離、標高、方向を測定できます。測量の黎明期から、広い範囲の地形図を作成する際に、物体の正確な位置を決定する主要な方法でした。測量士はまず、2つの物体間の水平距離（基線）を知る必要があります。次に、元の物体の1つから見える範囲にある他の物体の高さ、距離、角度位置を導き出します。高精度のトランシット測量器やセオドライトが使用され、角度測定が繰り返されることで精度が向上しました。3次元の三角測量も参照してください。

オフセットは物体の位置を決定する別の方法で、河川敷などの不正確な地形を測定する際によく用いられました。測量士は、地形とほぼ平行な2つの既知の地点を地面に印して計測し、その間に基線を引きます。一定の間隔で、最初の線から地形まで直角に距離を測定します。計測結果は平面図や地図上にプロットし、オフセット線の端点を結ぶことで地形を表現できます。

トラバースは、小規模な地域を測量する際によく用いられる方法です。測量士は、既存の基準マークまたは既知の位置から出発し、測量エリア全体をカバーする基準マークのネットワークを設置します。次に、基準マーク間の方位と距離、そして目標地物までの距離を測定します。ほとんどのトラバースは、2つの既存の基準マークの間にループパターンまたはリンクを形成し、測量士が測定値を確認できるようにします。

データムと座標系

多くの調査では、地球の表面上の位置を計算するのではなく、物体の相対的な位置を測定します。ただし、多くの場合、調査対象は境界線や前回の調査の対象物などの外部データと比較する必要があります。位置を記述する最も古い方法は、緯度と経度、そして多くの場合は海抜の高さを使用することです。測量の専門家が成長するにつれて、地球の小さな部分の調査の計算を簡素化するために直交座標系が作成されました。最も単純な座標系は、地球が平面であると仮定し、「データム」（データの単数形）と呼ばれる任意の点から測定します。この座標系により、小さな領域上の物体間の距離と方向を簡単に計算できます。広い領域は、地球の曲率により歪みます。北は、データムにおける真北として定義されることがよくあります。

より広い地域については、楕円体またはジオイドを用いて地球の形状をモデル化する必要があります。多くの国では、地球上の自国地域における誤差を最小限に抑えるために、カスタマイズされた座標グリッドを作成しています。

誤差と精度

測量の基本原則は、完璧な測定は存在せず、常にわずかな誤差が生じるということです。^{[ 17 ]}測量誤差には3つの種類があります

• 重大な誤りまたは失策：測量中に測量士が犯す誤り。機器の傾き、目標の照準ミス、測定値の記録ミスはすべて重大な誤りです。重大な誤りは、精度を許容できないレベルまで低下させる可能性があります。そのため、測量士は重複測定や独立したチェックを実施し、測量の早い段階でこれらの誤りを検出します。
• 系統的誤差：一貫したパターンに従う誤差。例としては、チェーンや放電加工機による測定における温度の影響、水準器の調整不良による機器やターゲットポールの傾きなどが挙げられます。影響が既知の系統的誤差は、補正または修正することができます。
• ランダム誤差：ランダム誤差は、避けられない小さな変動です。測定機器、視力、測定条件の不完全性によって引き起こされます。測定を冗長化し、不安定な条件を避けることで、ランダム誤差を最小限に抑えることができます。ランダム誤差は互いに打ち消し合う傾向がありますが、ある測定から次の測定へと伝播しないよう、確認が必要です。

測量士は、機器の校正、一貫した方法の使用、そして参照ネットワークの適切な設計によって、これらの誤差を回避します。繰り返し測定されたデータは平均化され、外れ値は破棄されます。2つ以上の地点から1点を測定する、あるいは2つの異なる方法を用いるといった独立した検証が行われ、2つ以上の測定結果を比較することで誤差を検出できます。つまり、冗長性を活用するのです。

測量士が作業における誤差のレベルを計算したら、それを調整します。これは、すべての測定値間で誤差を分配するプロセスです。各観測値は、それが全体の誤差に占める割合に応じて重み付けされ、その誤差の一部が比例配分されます。最も一般的な調整方法は、ボウディッチ法（コンパスルールとも呼ばれる）と最小二乗法です。

測量士は、正確さと精密さを区別できなければなりません。アメリカ合衆国では、測量士と土木技師はフィート単位を使用し、測量フィートは10分の1と100分の1に細分化されます。距離を含む多くの権利証書は、これらの単位（125.25フィート）で表記されます。正確さに関して言えば、測量士は1フィートの100分の1、つまり約1/8インチという基準に従うことがよくあります。計算や地図作成の許容範囲は、ほぼ完璧な測量が求められる場合、はるかに小さくなります。許容範囲はプロジェクトごとに異なりますが、現場や日常的な使用において100分の1フィートを超えることは、多くの場合非現実的です。

種類

地方団体や規制機関は、測量の専門分野をさまざまな方法で分類しています。大まかなグループは次のとおりです

• 現況調査：建設プロジェクトにおいて最近建設された要素の位置を記録する調査。現況調査は、記録、完了評価、および支払いを目的として実施されます。現況調査は「工事完了調査」とも呼ばれます。現況調査は、多くの場合、赤または赤線で示され、既存の図面と重ねて設計情報と比較されます。
• 地籍測量または境界測量：法的記述を用いて区画の境界を確定または再確定する測量。区画の角または境界沿いに記念碑や標識を設置または修復することを含む。これらは、地面に鉄棒、パイプ、またはコンクリート製の記念碑、あるいはコンクリートやアスファルトに打ち込まれた釘の形をとる。ALTA /ACSM土地権利測量は、米国土地権利協会と米国測量地図会議によって提案された標準である。境界測量、抵当測量、地形測量の要素が組み込まれている。
• 対照測量：対照測量は、将来の測量の開始点として使用する基準点を確立するものです。他のほとんどの測量方法には、対照測量の要素が含まれています。
• 建設測量と工学測量：工学設計に関連する地形測量、配置測量、および現況測量。これらの測量では、通常の土木工学の実務を超えた測地学的計算が必要となることがよくあります。
• 変形調査：構造物または物体の形状変化や移動の有無を判断するための調査。まず、物体上の点の位置を特定します。一定時間経過後、位置を再測定・計算します。そして、2つの位置セットを比較します。
• 寸法管理調査：これは、水平でない表面で実施される調査の一種です。石油・ガス業界では、老朽化または損傷したパイプを同等の条件で交換する際によく行われ、寸法管理調査の利点は、調査に使用する機器が水平である必要がないことです。これは、すべてのプラットフォームが固定されているわけではなく、移動する可能性があるため、オフショア産業において有用です。
• 基礎調査：打設され硬化した基礎の位置データを収集するために行われる調査。これは、基礎が区画図、敷地図、または区画図で承認された場所と標高で建設されたことを確認するために行われます。
• 水路測量：水域の海岸線と底を測量する目的で実施される測量。航行、工学、または資源管理の目的で使用されます。
• 水準測量: 特定のポイントの標高を調べるか、特定の標高にポイントを確立します。
• LOMA 調査: 基本洪水線を変更し、特別洪水危険区域から資産を削除するための調査。
• 測量調査: 建物の計画を作成するための建物調査。このような調査は、改修工事の前、商業目的、または建設プロセスの終了時に実施される場合があります。
• 鉱山測量：鉱山測量には、坑道や坑道の掘削指示、岩石積の計算が含まれます。垂直の坑道や狭い通路などの形状の測量には制約があるため、特殊な技術が用いられます。
• 住宅ローン調査：住宅ローン調査または実測調査は、土地の境界と建物の位置を特定する簡易な調査です。不法占拠や建物のセットバック制限の有無を確認し、近隣の洪水地帯を特定します。多くの地域では、住宅ローンの前提条件として住宅ローン調査が求められます。
• 写真制御調査:航空写真の補正を可能にするために、上空から見える参照マークを作成する調査。
• 杭打ち、レイアウト、またはセットアウト：多くの測量において、物体の計算された位置または提案された位置を地面に記す作業です。一時的なものでも恒久的なものでも構いません。これは土木測量および地籍測量において重要な要素です。
• 構造調査：建物または構造物の物理的状態と構造的安定性を報告するための詳細な検査。良好な状態を維持するために必要な作業を明らかにします。
• 区画分割: 1 つの不動産を 2 つ以上の小さな不動産に分割する境界調査。
• 地形測量：陸地表面上の点や物体の位置と標高の調査。等高線付きの地形図として表示されます。
• 現状調査: 地形調査に似ていますが、主に標高に焦点を当てるのではなく、調査対象エリア内でその時点で存在していた主要な特徴や構造物の特定の位置により重点を置いています。多くの場合、建築図面や設計図と一緒に、建物の構造物の位置を特定したり配置したりするために使用されます。
• 水中調査: 水中の場所、物体、または領域の調査。

平面測量と測地測量

測量は、地球の実態や考え方に基づいて、大きく分けて2つの種類に分類されます。

平面測量では、地球は平面であると仮定します。地球の曲率や球面形状は考慮されません。この測量法では、測線を結んで形成される三角形はすべて平面三角形とみなされます。この測量は、地球の形状による誤差が問題にならないほど小さい小規模な測量作業に用いられます。^{[ 18 ]}

測地測量では、地球の曲率を考慮し、縮尺レベル、角度、方位、距離を計算します。このタイプの測量は通常、大規模な測量作業に用いられます。100平方マイル（260平方キロメートル）までの測量は平面測量として扱われ、それを超える測量は測地測量として扱われます。^{[ 19 ]}測地測量では、縮尺レベル、方位、その他の観測値に必要な補正が適用されます。^{[ 18 ]}

使用された機器に基づいて

• チェーン測量
• コンパス測量
• 平板測量
• 水準測量
• セオドライト測量
• トラバース測量
• タキオメトリック測量
• 航空測量

職業

パンディット地図製作者のナイン・シン・ラワット（19世紀）は、イギリスのためにヒマラヤ山脈を探検した功績により、1876年に王立地理学会の金メダルを受賞しました

1918年、アイダホ州の女性だけの測量隊

測量の基本原則は時代を超えてほとんど変わっていませんが、測量士が使用するツールは進化してきました。工学、特に土木工学では、測量士がしばしば必要とされます。

測量士は、道路、鉄道、貯水池、ダム、パイプライン、擁壁、橋梁、建物の配置を決定する際に役立ちます。また、法的定義や行政区画の境界を確定します。さらに、土地の特徴や境界を記録する地理情報システム（GIS）に助言やデータを提供します。

測量士は、代数学、基礎微積分、幾何学、三角法に関する十分な知識を有していなければなりません。また、測量、不動産、契約 に関する法律についても理解していなければなりません。

ほとんどの管轄区域では、次の 3 つの異なるレベルの資格を認めています。

1. 測量補助員、あるいはチェーンマンは、通常、測量士の補助を行う非熟練労働者です。彼らは、ターゲットリフレクターを設置したり、古い基準点を探したり、地面に点をマークしたりします。「チェーンマン」という用語は、かつて測量用チェーンが使われていたことに由来します。補助員は、測量士の指示に従ってチェーンの先端を動かします。
2. 測量技術者は、測量機器の操作、現場での測量の実施、測量計算、あるいは計画立案などを行うことが多いです。技術者は通常、法的権限を持たず、自身の業務を証明することもできません。すべての技術者が資格を有しているわけではありませんが、証明書またはディプロマレベルの資格は取得可能です。
3. 免許、登録、または公認測量士は通常、学位以上の資格を有しています。専門協会への加入や資格取得には、追加の試験に合格することが求められる場合が多くあります。測量士は、測量の計画と管理に責任を負います。また、自らが行った測量、あるいは自らの監督下で実施される測量が法定基準を満たしていることを確認する必要があります。測量会社の代表者の多くは、この資格を有しています。

関連する職業には、地図製作者、水路測量士、測地学者、写真測量士、地形学者、さらには土木技師や地理情報技師が含まれます。

免許

免許要件は管轄区域によって異なりますが、一般的には国内で一貫しています。測量士を目指す人は通常、測量学の学位を取得し、その後、希望する地域特有の測量法と原則に関する知識の詳細な試験を受け、一定期間の実地研修またはポートフォリオ構築を経て、業務免許が授与されます。免許を取得した測量士は通常、資格取得場所に応じて異なるポストノミナル（職位）を受け取ります。この制度は、従来の徒弟制度に取って代わりました

通常、すべての図面には、資格を有する土地測量士の署名と捺印が必要です。州によってフォーマットが定められており、測量士の氏名と登録番号が記載されています。

多くの管轄区域では、測量士は境界線を設定する際に測量標識に登録番号を記名しなければなりません。標識は、キャップ付きの鉄棒、コンクリート製の標識、またはワッシャー付きの釘の形をとります。

測量機関

19世紀後半、ヘルシンキ工科大学で教授と共に測量を行う学生たち

ほとんどの国の政府は、少なくとも何らかの測量を規制しています。測量機関は規制と基準を定めています。基準は、測量の精度、測量資格、境界の記念碑化、測地網の維持管理を規定しています。多くの国では、この権限を地域団体または州・省に委譲しています。地籍測量は、その作業の永続性から、最も規制が厳しい傾向があります。地籍測量によって定められた区画境界は、変更されることなく数百年も維持されることがあります。

ほとんどの管轄区域には、地元の測量士を代表する専門機関が存在します。これらの機関は、潜在的な測量士を承認または免許発行するだけでなく、倫理基準の設定と施行も行います。最大の機関は国際測量士連盟（略称FIG、フランス語：Fédération Internationale des Géomètres）です。同連盟は世界中の測量業界を代表しています。

建築調査

ほとんどの英語圏の国では、建築調査は独立した専門職とみなされています。独自の専門団体と免許要件があります。建築調査士は、既存の建物、新築の建物、設計、計画や建築管理などの規制への遵守について、建築に関する技術的なアドバイスを提供できます。建築調査士は通常、クライアントの既得権益が保護されるように、クライアントに代わって行動します。英国王立公認測量士協会（RICS）は、建築環境で働く人々のための世界的に認められた統治機関です。^{[ 20 ]}

地籍測量

土地測量士の主な役割の一つは、地上の不動産の境界を決定することです。測量士は、隣接する土地所有者が境界線をどこに設定したいかを決定する必要があります。境界線は、弁護士、技術者、土地測量士によって作成された法的文書と図面によって確定されます。その後、測量士は新しい境界線の角に記念碑を設置します。また、以前の測量で記念碑が設置された土地の角を発見したり、再測量したりすることもあります

地籍測量士は政府から免許を取得しています。アメリカ合衆国における地籍測量の大半は、土地管理局（BLM）の地籍測量部門が行っています。 ^{[ 21 ]}彼らは、森林局、国立公園局、陸軍工兵隊、インディアン事務局、魚類野生生物局、開拓局などと協議を行っています。BLMはかつてアメリカ合衆国土地管理局（GLO） として知られていました。

公有地測量システム(PLSS)に従って組織された州では、測量士はそのシステムに従って BLM 地籍測量を実施する必要があります。

地籍測量士は、境界標を消失させたり損傷させたりする地盤の変化に対処しなければならないことがよくあります。このような場合、彼らは権利証書に記載されていない証拠を考慮しなければなりません。これは外的証拠として知られています。^{[ 22 ]}

積算士

積算士は、建設プロジェクトの費用と契約を扱う専門職です。積算士は、プロジェクトに必要な材料、労働力、時間のコストを見積もる専門家であり、プロジェクトの財務および法的側面も管理します。積算士は、クライアントまたは請負業者のいずれかに勤務し、計画から完了まで、プロジェクトのさまざまな段階に関与することができます。積算士は、英国では 公認測量士としても知られています

著名な測量士

アメリカ大統領の中には測量士だった者もいます。ジョージ・ワシントンとエイブラハム・リンカーンは 、大統領就任前の早い時期に、植民地や辺境地域の 測量を行いました。

フェルディナンド・ルドルフ・ハスラーは、アメリカ合衆国の測地測量の「父」とみなされている^{[ 23 ]}

デビッド・T・アバクロンビーは、遠足用品を扱う店を開業する前は測量士として活躍していました。この店は後に、ライフスタイル衣料の店「アバクロンビー＆フィッチ」へと発展しました。

パーシー・ハリソン・フォーセットは、南米のジャングルを探検し、失われた都市Zの発見を目指したイギリスの測量士でした。彼の伝記と探検は『失われた都市Z』という本にまとめられ、後に映画化されました。

伊能忠敬は1800年、55歳の時に近代測量技術を用いて日本初の地図を製作しました。

参照

種類と方法

• 円弧測定、地球の局所半径を決定するための歴史的な方法
• 写真測量法、航空写真や衛星画像を使用して情報を収集する方法
• 土地測量士。文書、図面、測量図、地図などを作成して土地の所有権を文書化するために使用されます。
  • ドミニオン土地測量法は、農業やその他の目的のためにカナダ西部の大部分を1平方マイルの区画に分割するために使用された方法である。
  • 公共土地測量システム、アメリカ合衆国で土地区画の測量と特定に使用されている方法
  • 測量郡区、一辺が6マイル（約9.7 km）の正方形の土地単位。米国公有地測量システムによって行われる。
• 建設測量、建物、道路、鉱山、トンネルの建設に使用される、基準線に対する構造物の位置を特定すること
• 偏差調査は石油産業で掘削孔の垂直からの逸脱を測定するために使用される。

地理空間調査機関

• インドの測量と地図作成を担当する中央機関、インド測量局
• イギリスの国立地図作成機関である陸地測量局
• 米国国立測地測量局は、米国商務省の一部として地理調査を実施しています。
• アメリカ政府の旧測量機関であるアメリカ沿岸測地測量局

その他

• バートの太陽コンパス - 磁気の代わりに太陽の方向を利用する測量機器
• 地図学 – 地図作成の研究と実践
• エクセカント - 三角関数のセカントマイナス1として定義される
• 国際測量士連盟 – 測量および関連分野の専門職のための世界的組織
• プリズマティックコンパス – 磁気方位を測定する航海および測量機器
• 王立公認測量士協会
• 調査キャンプ – 土木技術者研修コース
• 初期アメリカにおける測量 – インディアンの土地割譲地の地図作成リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 北米における測量 – 北米における測量方法

参考文献

1. 米国内務省、土地管理局技術速報（1973年）。米国公有地調査のためのマニュアル（1973年） 。ワシントンD.C.：米国政府印刷局。p. 1。ISBN 978-0910845601。
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4. ジョンソン、アンソニー著『ストーンヘンジを解く：古代の謎を解く新たな鍵』（テムズ＆ハドソン、2008年） ISBN 978-0-500-05155-9
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さらに詳しい情報

• ブリンカー、ラッセル・C; ミニック、ロイ編 (1995). 『測量ハンドブック』. doi : 10.1007/978-1-4615-2067-2 . ISBN 978-1-4613-5858-9。
• Keay J (2000)、『グレート・アーク：インドの地図作成とエベレスト命名の劇的物語』 、ハーパーコリンズ、182ページ、ISBN 0-00-653123-7。
• Pugh JC (1975)、『フィールド科学者のための測量』、メシューエン、230ページ、ISBN 0-416-07530-4
• ジェノヴェーゼI（2005）『測量および関連用語の定義』ACSM、314ページ、ISBN 0-9765991-0-4。

外部リンク

• 国境なき幾何学 : Association de géometres pour aide au developpement。 NGO 国境なき測量士（フランス語）
• 国立測量博物館イリノイ州スプリングフィールドにある国立測量博物館の本拠地
• Land Surveyors United サポート ネットワーク測量士フォーラム、指導ビデオ、業界ニュース、地理位置情報に基づくサポート グループを備えたグローバル ソーシャル サポート ネットワークです。
• カナダ天然資源省– 測量2010年10月29日アーカイブWayback Machine建設調査、地籍調査、写真測量、採鉱調査、水路測量、ルート測量、管理測量、地形測量など、測量に関する優れた概要
• 測量表、1728年百科事典
• 測量と三角測量測量と測量機器の歴史
• NCEES国立工学・測量試験委員会 (NCEES)
• NSPS全米測量士協会 (NSPS)
• 地中レーダーに関するFAQアーカイブ2019年12月22日Wayback Machine土地測量における地中レーダーの使用
• Survey Earth は、プロの土地測量士と学生が土地測量士のコミュニティとして夏至の日に 1 日で地球を再測量する世界規模のイベントです。
• 調査員 – 職業別雇用統計
• 公共土地測量システム財団（2009年）「米国公共土地測量のための測量指示マニュアル」