私たちが建てるマイホームの基礎、地図を作るための測量など、工事を始める前の基礎となる調査が、水準測量です。
測量で得たデータをいかに正しく処理できるかによって、基礎工事の精度が変わってきます。
測量で得たレベルのデータを正しく処理するツールが、水準測量・レベル計算ソフトです。
水準測量やレベル計算（野帳計算）、レベル測量計算のソフトウェアは、たくさん種類がありますが、どのソフトが仕事の効率化に適しているか分かり難いところがあります。
横断測量・縦断測量・コンパス測量、補正計算、成果表出力などに対応している必要があるか否かも検討しなくてはなりません。
エクセルを使った水準測量の計算例や野帳のサンプルも多くあり、集めるのはたいへんな作業です。
水準測量計算・レベル計算のフリーソフト・エクセルテンプレート
シャープ関数電卓EL-5250F用 水準測量プログラム
シャープ関数電卓EL-5250F用 水準測量プログラム
水準測量用シャープ関数電卓プログラムは、工事測量で一般的に使用されている水準測量計算を、持ち運びに便利なシャープ関数電卓EL-5250F用プログラムで制作したものです。使用にはシャープ関数電卓EL-5250Fが必要となります。持ち運びやすい関数電卓であれば、ポケットに入れるなどして気軽に水準測量計算を行うことができ、現場で素早く算出を可能としてくれるはずです。
カシオ関数電卓fx-5800p用 水準測量プログラム
カシオ関数電卓fx-5800p用 水準測量プログラム
水準測量用カシオ関数電卓プログラムは、工事測量で一般的に使用されている水準測量計算を、持ち運びに便利なカシオ関数電卓fx-5800p用プログラムで制作したものです。使用にはカシオ関数電卓fx-5800pが必要となります。このプログラムを事前に取り込んでおくことで、現場においての水準測量計算を簡単にしてくれるはずです。業務効率の向上に一役買ってくれることでしょう。
簡易水準測量ソフト Peil
簡易水準測量ソフト Peil
単路線の水準計算を取り扱うシェアソフトです。簡易水準計算を網羅し、単路線水準測量の全てに対応しています。往復結合路線、往復解放路線、往復解放路線(斜め入力)、片道結合(斜め入力)、片道解放(斜め入力)に対応。放射では簡易的な片道解放を混合できます。また、現場で使う水準手簿(公共21号様式、公共44号様式、公共51号様式、昇降式水準手簿、簡易水準手簿)の印刷可能です
エクセルでレベル計算
エクセルでレベル計算
エクセルで簡単なレベル計算（野帳計算）・レベル測量計算・補正計算・観測手簿・精度管理表ができるソフトです。簡易水準・KBM設置測量等の計算をします。使い方がエクセルのシートに記載されているので、誰でも比較的簡単に取り扱うことができます。ランキングにも入る人気のシステムです。
レベルブック
レベルブック
エクセルのレベル測量計算表です。 水色の表示部分に入力します。わかりやすく表示されていて、誰でも比較的簡単に入力操作できます。
レベル計算プログラム
レベル計算プログラム
レベル測量の計算を行う、ランキングに入る人気ソフトウェアです。地盤高等の計算・補正計算を行います。長い距離の路線測量や成果表などに便利に使えます。レベル（水準儀）に据え付けられた視準用の望遠鏡は、水平方向にしか回転しないため、2点間の高低差を計測することができます。
水準測量 器高式計算 WBCX2002 for Excel
水準測量 器高式計算 WBCX2002 for Excel
水準測量の、ややこしい器高式計算ができるソフトウェアが無料でダウンロードできます。関数電卓等で計算が可能です。初心者でも操作が非常に簡単です。該当する個所に測定値を入力するだけで全ての計算を自動的に行えます。計算後のデータをテキストファイルに保存できます。成果表や観測手簿・精度管理表にも対応したおすすめのフリーソフトです。
簡単レベル計算君
簡単レベル計算君
簡単にレベル計算（野帳計算）を行うソフトウェアが無料でダウンロードできます。必要箇所の入力で、成果表も一緒に出力できるので便利です。すばやく間違いなく計算したい時に、もってこいのソフトです。 印刷や他のソフトへのデーターコピーなどもできます。観測手簿・精度管理表にも対応したランキング上位の人気フリーソフトです。
水準測量の種類と誤差
日本の土地の高さ、標高は、東京湾の海面を基準として測られ、日本水準原点が設置されています。
全国の道路沿いにある水準点の高さは、日本水準原点に基づいて、水準測量でレベル測量が行われ、水準点がその場所の高さの基準となっています。
水準測量は、1点をベンチマークとして、地上の2点間の高低差やある地点の標高を計測する測量です。
任意点の標高を測量するためには、標高が定められている水準点と、2点間の高低差が必要です。
水準測量の方式は、直接水準測量と間接水準測量に分けられ、直接水準測量は、2点間の高低差を直接求めます。
それに対して、間接水準測量は、角度と距離などを測定して高低差を求める方法です。
直接水準測量は、レベルと標尺(スタッフ)を用いた測量で、望遠鏡の視準線を水平にした水平視準線をもつレベルで、2点間に鉛直に立てた標尺の目盛を読み取って、測量します。
間接水準測量は、トータルステーションで2点間の鉛直角と水平距離か斜距離を測定し、三角法計算で標高を求める三角水準測量がありますが、直接水準測量より測定精度は低くなります。
水準測量の種類
①路線測量の1つ、中心線測量は、道路の中心となる位置を決めるための行う測量です。道路の中心車線に沿って杭を打ち、車線の平面線形を明らかにします。
②路線測量の1つ、縦断測量は、中心線測量によって決定した道路中心線上の中心杭の高さを計測し、水準基標を基準として地盤高の水準測量です。
③路線測量の1つ、横断測量は、中心線から左右に対して直角方向の地形の変化点を測量するために、位置・形状・地盤高を測定する水準測量です。
④平面測量は、中心線及び各測点を基準として、横断測量の測量範囲以上の区域の地形・地物・地域などの位置を計測し、用途に応じた平面地図を作成するための測量です。
⑤コンパス測量は、既知点から未知点の方向をコンパスで測量し、同時に斜距離と高低角を計測して、未知点の座標を決定します。コンパス測量には、ポケットコンパスと呼ばれる測量器を使って測量が行われます。
水準測量の観測と誤差
直接水準測量は、レベルを使って、2つの標尺の値を読む作業を繰り返し、観測値から高低差を求める測量法です。
A，B間の高低差Hを求めたいとき、Aを既知点のベンチマークとして標尺1を置き、B点に標尺2を据えます。
標尺1と2の目盛をレベルで読取り、その値の差からAB間の高低差が測量できます。
また、B点の標高は、標高が分かっているベンチマークのA点に、求めた高低差を加えれば、求められます。
計算式で表すと、H＝後視(BS)－前視(FS)、標高：GH＝BM＋H、計算できます。
こうして、求める点を増やし、同様の測量を続けることで、ベンチマークを設置したA点からかなり離れた地点の標高が求められます。
なお、このときに野鳥に測量結果を書き込み、測量後に野鳥計算で、求める点の標高が分かり、野鳥計算を継続していくことで、測量した全点の標高が求まります。
なお、野鳥にデータだけでなく、メモページを設け、測量図を合わせて書いておけば、野鳥計算ミスを減らす効果があります。
このように、観測方法は単純ですが、水準測量では誤差が発生するため、その原因と消去方法を考えて作業を実施する必要があり、誤差が大きいと再測が必要です。
レベルによって起こる誤差は、次の①～④によって起こる誤差があります。
① 視準軸誤差は、レベルの望遠鏡の視準軸と気泡管軸が並行でないことで生じる誤差で、後視と前視の視準距離が違うと、不等距離により発生します。後視と前視の距離である視準距離を等しくすることで誤差を消去できます。
② 鉛直軸誤差は、レベルの水準器が未調整の場合や、軸の磨耗よる鉛直軸の傾きよって生じる誤差です。レベルの望遠鏡と三脚の向きの据え付け方で、誤差を小さくできます。
③ 視差による読取誤差は、望遠鏡の接眼レンズと対物レンズの焦点の不一致から生じる誤差で、レンズ調整で誤差を小さくできます。
④ 三脚の沈下による誤差は、地盤の弱い場所に据えたときの沈下で生じ、堅固な場所に据付けることで、誤差は小さくなります。
水準測量の成果
気象条件による誤差(気象誤差)
気象条件が原因で発生する誤差は、①と②によって生じます。
①大気の屈折誤差は、太陽熱で地表面温度が上昇すると、地表面付近の大気密度が小さくなり、光が上方へ屈折するため、標尺の読定値が大きくなり、誤差が発生します。地表面付近での、視準はしないようにすることで、誤差を小さくできます。
②気差の変化による誤差は、気温変化による大気密度変化によって光の屈折が起こり、誤差が生じます。迅速な観測、視準距離を短くして誤差を小さくできます。
③温度変化によって、標尺が膨張するため、補正計算による水準測定の値の補正が必要です。
補正計算には、計算用のデータを入力するケースと、補正量を手入力するケースがあります。
また、補正計算には、楕円補正があり、重力が高さに及ぼす影響を補正計算します。
水準測量の結果を書き込む観測手簿
水準測量の結果は、観測手簿に書き込み、標高を計算して求めます。
水準測量を往路と復路で十数点の箇所の測定を行い、最終のポイントの標高を求める例で、観測手簿の内容を紹介しましょう。
観測手簿には、測量箇所番号・距離(最初はベンチ―マーク間)・後視(BS)・前視(FS)・高低差(＋側と－側)を、ポイントごとに書き込みます。書き込んだ結果の欄に、和・点検・結果を書き込みます。和は上の列の合計、点検には復路の距離の和を記入します。
前視の点検の欄には、後視の和―前視の和を、高低差の点検の欄には、(高低差＋の和)－(高低差－の和)を記入します。これを、往路と復路ごとに作成し、結果に水準点間の比高を記入して、観測手簿が作成できます。
水準測量終了後の成果
水準測量が終了した後に、成果は次のようなもので整理します。
・観測成果表および平均成果表
・成果数値データと成果表
・水準路線図
・観測手簿
・計算簿
・精度管理表
・点検測量簿
・平均図
・測量標の地上写真
・測量標設置位置通知書
・水準点現況調査報告書
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水準測量の注意点
長期間使われる水準点の設置に伴う注意点
水準測量した水準点は、建物の建設や道路の建設施工時に、高さの基準として使用されるため、高さの基準として長期間使われる重要な点です。
そのため、移動や地盤沈下などで水準点が変わらないように、頑丈な個所に設置する必要があります。また、水準点に永久標識を設置したときは、高度利用のための座標値を求め、成果数値データファイルに記載することが必要です。
水準点の座標値を得る方法は、ネットワーク型RTK法によって、単点観測法の方法が使用できます。
高い位置精度が必要な基準点測量では、単点観測法は使うことは許可されていませんが、水準点の位置座標は0.1m程度までの精度であり、高い位置精度を要求されないため、単点観測法による観測が可能です。
水準測量(レベル測量)で使用する器材は、測量区分によってレベルと標尺の組み合わせが違ってくるため、注意が必要です。
測量区分ごとに使用可能な器材は、次のようになります。
① 1級水準測量は、1級レベルおよび1級標尺のみ使用可能です。
② 2級水準測量は、1級か2級レベル、又は1級標尺の使用が可能ですが、2級標尺の使用はできません。
③ 3級水準測量は、1級、2級、3級レベル、又は、1級か2級標尺の使用が可能ですが、箱尺の使用はできません。
④ 4級水準測量は、1級、2級、2級レベル、又は、1級か2級標尺の使用が可能ですが、箱尺の使用はできません。
⑤ 簡易水準測量は、1級、2級、2級レベル、又は1級か2級標尺、箱尺の使用が可能です。
⑥ 水準測量作業で使用する電卓は、全ての測量区分で使用が可能です。
使用器材の点検と調整は必ず行わなければなりませんが、点検調整は次のように行います。
① レベル
・機能点検として、レベル本体の回転がスムーズか、調整ねじは大丈夫かの点検を行います。
・円形水準器の点検と調整では、レベル本体の鉛直軸が鉛直に保つような調整を行います。
・観測による点検として、視準線の点検・調整とコンペンセータの点検を行います。
② 標尺
・機能点検として、標尺本体の異常の有無と、点検を行います。
・標尺を鉛直に保つために、円形水準器の点検と調整を行います。
③ 三脚
・三脚にねじの緩みの有無を確認します。
④ 標尺台
・標尺台にふらつきが無いか、点検を行います。
⑤ 視準線
視準線の点検は、次のように、不等距離法で行います。
・平坦な場所に、約30m離れたところに、標尺を2本鉛直に立て、その中央にレベルを設置します。2つの標尺間の高低差を計測し、野帳に記録します。
・視準線の脚を180°反転させて2本の脚の向きを逆向きにして、同じ観測を行い、両標尺間の高低差を野帳に記録し、野帳計算して2回の計測値の平均値を求めます。
・レベルを片方の標尺の後方約3 mの位置に移し、再び2つの標尺間の高低差を求め、野帳に記録します。
・視準線脚を180°反転させて同じ計測を行い、2つの標尺間の高低差を求め、野鳥に記録後、野帳計算して2回測定した高低差の平均値を求めます。
・2つの平均の値が出たところで、2つの平均値の差が許容範囲内かどうかを点検し、外れた場合は調整を行います。
水準測量の補正計算
自動レベルと電子レベルにおける最大視準距離と読定単位
測量区分ごとに、最大視準距離と読定単位が定められています。自動レベルの場合、スタジア測量により視準距離を読定します。
電子レベルの場合、本体内蔵の距離測定機能で、測定が可能です。
ここで、視準距離とは、レベルから前視(F.S.)あるいは後視(B.S.)の標尺までの距離のことで、後視・前視までの視準距離の観測をほぼ同じ距離とすることで、視準軸誤差と球差誤差を打ち消すことができます。
1視準1読定
1視準1読定とは、1回の視準で1回目盛を読み取って観測を行うことですが、測量区分ごとに視準読定の方法が、少しずつ異なります。
1級水準測量においては、後視→前視→前視→後視の順に読定し、2級水準測量においては、後視→後視→前視→前視の順に読定をします。
1測点において、後視2回、前視2回計4回の観測を行います。3級、4級、簡易水準測量では、後視→前視の順に読定を行います。
測点数
既知点からベンチマーク点、およびベンチマーク点からベンチマーク点、などの測点数は、往路・復路とも偶数回とすることで、零目盛誤差が消去できます。
また、使用する標尺は、2本を1組とし、復路では往路と標尺を交換することで、目盛誤差による系統的誤差を打ち消すことができます。
こうして水準測量した結果は、精度管理表で結果の品質が評価され、観測手簿が作成され、最終的に成果表に表され、水準測量成果表として公開されます。
補正計算を必要とするパターンとは
水準測量では、新点の標高を求めるために、規正標高補正計算(楕円補正)、正標高補正計算(重力値で実測した補正)、表尺補正量の計算、といった補正計算が必要になります。
1級と2級水準測量では、補正計算が必要になりますが、3級、4級、簡易水準測量では、補正計算は必要がありません。
また、地盤沈下調査を行うときの水準測量では、基準日を設定し、どれだけ変動していくかの変動量補正計算を行います。
水準測量の計算ミスと検算
水準測量は、道路や河川、鉄道の工事現場の基礎を安定させるために必要な測量です。
特に、地震による地盤沈下のレベルの測量も災害地の早急な復興のために、水準測量は重要です。もちろん、横断測量・縦断測量・コンパス測量なども大切です。
身近なところでは、家を建てるときに基礎の水平度を求めるなどで水準測量が行われます。
水準測量は、2つの標尺の中間にレベルという標尺の目盛りを読みとる機械を設置し、2つの標尺の目盛りの差から標高を算出します。（ベンチマーク）
したがって、水準測量の計算は、2つの標高値（ベンチマーク）の差を計算することが中心になります。
計算ミスと検算の怠り
水準測量の計算や補正計算は単純ですが、次のようなことから計算の誤りが起こり易く、その結果、誤ったレベル測量となってしまいます。
水準測量計算で扱うデータは4桁、すなわち1.876 m(メートル)、のような数値となるため、慎重に扱わないと計算ミスを犯しやすくなります。
測量点は数十点に及ぶことがあるため、その数だけ連続して計算します。
途中からそれ以降の計算が全部誤ってしまうのは、途中の1点の計算ミスが原因です。
精度を増すために行う標尺間の距離の補正は、計算が複雑になり、ミスを犯しやすくなります。
水準測量作業では、レベル設置と調整、標尺の設置など、決められた工程で作業が計画されます。
野帳に記載する計算は後回しとなることが多く、このような計算ミスに繋がります。
忙しさのため、つい忘れがちになる検算は、水準測量計算では必ず行うべき確認作業です。
報告書に誤りがあることや、途中で標高値（ベンチマーク）が誤っていることに気付いた場合には、水準測量を始めからやり直しという問題が生じます。
これらの問題をいかに克服するかが、測量を担当する工事担当者に求められる課題です。
水準測量の問題点
水準測量には直接法と間接法があります。
直接法は、2つの標尺とレベルによって標尺の目盛りを読んで測量を行う方法です。
間接法は、2つの地点間の距離と角度からレベルを求める方法です。
直接法の水準測量は、次の手順で進められます。
2つの標尺を測量する2地点に立て、2つの標尺の間にレベルを設置します。
2つの目盛りの差から2つの地点の高低差を求めます。
2つの標尺の読みは、レベルの後ろ側をBS、前側をFSといいます。
次に、最初に置いた標尺の一つを次の地点に設置します。
同じように2つの目盛りの差から、新たな2地点の高低差を求めます。
これを繰返し、目的地点までの数点あるいは数十点の地点の標高を求めていくのが水準測量です。
水準測量は精度から一級から四級までに分けられています。
地盤沈下のような公共の水準測量では、一級の高精度の測量が行われます。
さらに、誤差となる要因をなくすために、往復計測が行われます。
その結果、大幅に増えるのが計算量です。
水準測量の誤り
水準測量計算の誤りをなくすためには、入力データが正しいか、チェックマークを入れて再確認するなどの確認作業が必要です。
計算を行うごとにデータのチェックと計算結果の検算を行わなければなりません。
2地点の高低差の計算を行う前に、入力データと計算データが正しいかをチェックする必要があります。
これまでの入力値と計算した全データが正しいかをチェックする場合は、項目ごとのデータの総和が、互いに合致するかをチェックします。
標尺のBSデータの総和とFSデータの総和の差が、最初の地点と最終目的地点の標高の差（ベンチマーク）と合っているかを確認することになります。
水準測量計算は、測量データを項目ごとに表にして計算するため、エクセルの表計算と同じで人気のあるシステムです。
水準計算の野帳には計測した測量データを書き込み、決められた項目間で計算を行います。
それから標高を求めますが、これはエクセルのセル間の計算そのものです。
エクセルをベースとした水準計算ソフトを使うことが、水準計算には有効です。
記載ミスを見つけるためには、入力データと計算データの総計計算で確認できます。
しかし、数十点のデータを手で計算すると、計算ミスが多くなり、数回の検算を必要とします。
エクセルであれば、セルの何番から何番までの総和計算が簡単に行えます。
サム関数を使い一発で求められるため、入力データの誤りがあればすぐに見つけることができます。
水準計算では多くのデータの入力とデータ間の計算をします。
エクセルの計算では間違えはなくとも、入力の転記ミスは起こり得るものです。
しかも、数値が入ったエクセルのセルの数値を一目見て、どれが入力データでどれが計算データか分かり難い場合があります。
そこで入力セルと計算セルを色分けすることで、どの数値をチェックすべきかすぐに分かること、これがエクセルを使うメリットの一つです。
また、横断測量・縦断測量・コンパス測量・補正計算・観測手簿・精度管理表などに対応している人気アプリやテンプレートもあります。