レベル測量とは？ レベルによる高低差の測量法を解説！ 〜 オートレベルと電子レベルの違いから、昇降式・器高式の使い分けまで 〜

はじめに 〜 現場の「高さ」を支える基本器械 〜

自動追尾型TSやスマホによるGNSS（GPS）測量など、現場の測量機器は日々進化している。

しかし、地点間の「高さの差」を正確に求める場面で、今も現場の基本であり続けているのが「レベル」による水準測量だ。


レベルは、目盛の付いた標尺（スタッフ）と組み合わせて、地点間の高低差を直接観測するための器械である。



丁張の設置、基準面の設定、造成の高さ管理など、高さが関わる測量作業の土台には、この水準測量の原理がある。

本記事では、レベルの種類と標尺の基礎知識から、高低差が求められる原理、そして2つの観測方法（昇降式・器高式）までを、順を追って解説していく。

測量士補試験の学習範囲とも重なる内容なので、資格取得を目指す方の整理にも役立ててほしい。

レベルの種類は？ オートレベル・電子レベル・チルティングレベル

現在の現場で代表的なレベルは、オートレベルと電子レベルの2種類である。

これに、チルティングレベルを加えた3種類の違いを押さえておこう。

レベルに共通する3つの軸

レベルの構造を理解するうえで基本となるのが、視準軸・水平（気泡管）軸・鉛直軸という3つの軸だ。

この3軸には、「視準軸と水平軸は平行」「水平軸と鉛直軸は直交」という関係が求められる。

視準軸が水平になっていることが、正しい水準測量の大前提となる。

チルティングレベル：手動で水平をつくる

視準軸と水平軸の平行を、チルティングレベル装置によって手動で微調整するタイプのレベルである。

観測のたびに気泡管を確認しながら合わせる必要があり、扱いには習熟を要する。

オートレベル：コンペンセータで自動補正

オートレベルは、振り子の原理を利用して視準線を自動で水平に保つ装置「コンペンセータ（補正装置）」を搭載したレベルだ。


「オート（自動）」の名は、この自動補正機能に由来する。

おおまかに整準すれば、軽微な傾きはコンペンセータが自動的に補正してくれるため、現場で広く使われている。

電子レベル（デジタルレベル）：標尺を画像処理で自動読取

電子レベルは、バーコード状の目盛が刻まれた専用標尺（パターンスタッフ）を検出器で認識し、電子画像処理によって高さと距離を自動的に読み取るレベルである。


望遠鏡で標尺を視準し、ピントを合わせてボタンを押すだけで観測が完了するため、標尺の読み取り誤差といった観測者ごとの個人差が生じにくいのが特徴だ。


観測データはデータコレクタやパソコンに接続して自動記録することもできる。

なお、電子レベルもオートレベルと同様にコンペンセータを内蔵しており、軽微な視準軸の傾きは補正される。

ただし電子機器であるため、バッテリーや電池による電源が必要で、作業中は予備電源を用意しておく必要がある。

標尺（スタッフ）にも2種類

レベルとセットで使う標尺にも、代表的な種類が2つある。

1つは「バーコード標尺（パターンスタッフ）」で電子レベルの専用標尺だ。


注意したいのは、バーコード標尺は基本的に、同一メーカーの電子レベルと「対」になったものしか使用できないという点である。

もう1つは「アルミ標尺」でアルミ合金製の引抜式標尺だ。


3m〜5mほどの長さを持ち、簡易的な観測や建設工事などで広く使われている。

こちらはバーコード標尺と異なり、どのメーカーのレベルと組み合わせても問題ない。

高低差が求まる原理。「後視 − 前視」がすべての基本

レベルによる水準測量の原理は、とてもシンプルだ。


このとき、2つの読みの差を取れば、それがそのまま2地点間の高低差になる。

基本の公式

高さの基準となる点（既知点）側の標尺の読みを「後視（B・S：バックサイト）」、高さを求めたい点側の標尺の読みを「前視（F・S：フォアサイト）」と呼ぶ。


高低差と標高は次の式で求められる。



たとえば、標高20.000mの水準点で後視1.500mを読み、求めたい点で前視0.900mを読んだとしよう。

高低差は 1.500 − 0.900 ＝ ＋0.600m。

求めたい点の標高は 20.000 ＋ 0.600 ＝ 20.600m となる。

視準線（レベルの水平な視線）が同じ高さで両方の標尺を横切るからこそ、読みの差がそのまま高低差になる。

この理屈さえ押さえれば、水準測量の計算で迷うことはない。

あわせて覚えたい基本用語

水準測量では、次の用語が頻繁に登場する。

2つの観測方法。「昇降式」と「器高式」の使い分け

レベルで高低差を求める方法には、目的に応じて2つのスタイルがある。

昇降式水準測量：既知点から未知点へ「つないでいく」

昇降式水準測量は、既知点から新点までの路線を、レベルと標尺を何回も交互に据え換えながら観測し、途中の高低差を積み上げて新点の標高を求める方法だ。

水準点（BM）の移設や、2点間の標高差を正確に知りたい場合に用いられる。

計算では、各区間の「後視 − 前視」を求め、その符号に応じて昇（＋）または降（−）として記帳していく。



昇の合計から降の合計を引いた値が、出発点と到達点の高低差となる。

このとき、便利な点検方法がある。後視の総和から前視の総和を引いた値も、同じ高低差に等しくなるのだ。2通りの計算結果が一致するかを確かめることで、記帳や計算のミスをその場で発見できる。

器高式水準測量：1点から「多点をまとめて」測る

器高式水準測量は、1か所に据えたレベルを基準として、周辺の各点に立てた標尺を順次視準し、それぞれの高さを一度に求めていく方法だ。

土地の起伏を測って地形図や断面図を作成する作業や、現場内の各点の高さを測定して施工基準面を設定する場合などに用いられる。



計算の考え方はこうだ。まず、後視を読んだ点の地盤高（GH）に後視（BS）の値を加えて、器械高（IH）を求める。器械高とは、視準線の高さそのものである。

あとは、この器械高から各点の前視の読みを引けば、それぞれの点の地盤高が求められる。



なお、レベルを据え換える際のもりかえ点（TP）では、前視 → レベル移動 → 後視と連続して観測するため、その間、標尺を動かしてはならない。

ここで標尺が動いてしまうと、それまで積み上げてきた高さのつながりが崩れてしまう。

現場と測量士補の試験で押さえたい注意点

最後に、レベルの種類ごとの実務上の注意点を整理しよう。

電源の有無

チルチングレベルとオートレベルは電源不要だが、電子レベルはバッテリーが必要だ。

作業中の電池切れに備え、予備電源の携行を忘れないようにしたい。

直射日光への対応は種類で異なる

チルティングレベルでは、気泡管の不等膨張などによる視準軸誤差を防ぐため、精度の高い水準測量では洋傘などで直射日光を避ける必要がある。

オートレベルは、コンペンセータによる自動補正があるため、この日よけ対策を省略できる。

一方、電子レベルはコンペンセータを備えているものの、電子機器であるため内部の温度上昇を防ぐ観点から、直射日光が当たらないようにすることが求められる。

同じ「日光を避ける」でも、理由が異なる点は試験でも問われやすいポイントだ。

電子レベルならではの注意

電子レベルでは、バッテリーの消耗に加えて、障害物による標尺の見え方（視野の遮断）や、標尺の背景にある反射物にも注意が必要とされている。

画像処理で標尺を読み取る仕組みであるがゆえの注意点といえる。

どのレベルにも共通すること

据え付け（盛り替え）作業と点検・調整は、どの種類のレベルでも必要である。

また、視準距離には限界があり、公共測量では作業規程の準則による制限が定められている。

長い距離を一度に飛ばそうとせず、適切な距離で盛り替えながら観測することが、精度を守る基本だ。

「高さ」の管理にも新しい選択肢を。高精度スマホ測量「OPTiM Geo Scan」

レベルによる水準測量は、標尺とレベルの据え換えを積み重ねて高さをつないでいく、確実だが手間のかかる作業でもある。

近年は、こうした現場の測量に、普段使いのiPhoneを使うという選択肢も登場している。


オプティム社の高精度スマホ測量「OPTiM Geo Scan」は、iPhone ProとRTK-GNSS受信機だけで測量が完結し、水平・鉛直方向ともにミリ単位の測位精度（単点計測時）を実現。


国土交通省の新技術情報提供システムNETISでは、事後評価における最高評価「VE」を獲得している（登録番号：QS-210050-VE）ため、公共工事でも安心して活用できる点も魅力だ。