ドローンフライトプランナーLiDARとUAVの継続的な統合
フライトプランナー入門
LiDARドローンは、Light Detection and Ranging（LiDAR）センサーを搭載した無人航空機（UAV）である。 LiDARはアクティブセンサーで、慣性計測を利用して地表の位置を関連付け、地球を直接計測する。 これらの測定値は、3D点群として可視化され、様々なアプリケーションのための高精度で詳細な3Dマップやモデルの作成を可能にします。 LiDARドローンは、費用対効果、時間効率、アクセスできない場所や危険な場所からデータを取得する能力など、従来の測量方法と比較していくつかの利点があります。
データ精度はLiDARデータ収集において重要であり、データと派生データ製品は高品質の基準を満たす必要がある。 精度という言葉はしばしば正確さと同じ意味で使われるが、同じ意味ではない。 正確さとは地理的な精度のことであり、精度とは測定の再現性のことである。 ドローン用LiDARでは、精密なシステムは非常に薄い点群を出力し、「ノイズ」（点群内部のばらつきや不規則性を指す用語）はほとんどない。 最新のLiDARセンサーは、異なる測位技術の長所を組み合わせることで精度を向上させることができる。
フライトプランナーやフライトアプリは、コンピューターやモバイルデバイスからドローンの自動飛行の計画、実行、監視を可能にするソフトウェアプログラムである。 一般的には、ドローンの飛行ミッションをガイドする設定や指示のリストが含まれている。 手作業によるフライトプランニングに比べ、フライトアプリは迅速かつ正確なドローンのフライトプランニングを可能にし、ドローンを自律的に機能させ、大容量の作業を効率的、正確かつ安全に実行する。 フライトプランナーは、ドローンマッピングが従来の調査方法と比較して、コスト、スピード、精度の面で大きな利点を提供する理由の一つである。
LiDAR調査におけるフライトプランナーの利点
アドバンスドフライトプランナーは、標準的なフライトプランニングツールにアプリケーション固有の機能を組み合わせ、LiDAR調査の様々な飛行前準備の効率化を支援します。 LiDAR測量のためのドローン飛行計画は、座標、速度、高度、方向、方位などを含む、決定された指示の組み合わせであり、ドローンの飛行を誘導し、マッピングデータを取得することを目的としている。 フライトプランナーには通常、飛行前のチェックリスト、ルートプランニング、3D地形解析、空域規則遵守チェック、天候モニタリング機能が含まれている。
機能例
包括的なLiDAR調査のために、高度な飛行計画ソフトウェアは、最適化されたルーティング、高度調整、データカバレッジを最大化するためのオーバーラップ設定などのアプリケーション固有の機能を提供します。 こうすることで、航続距離や解像度の制限など、ドローンを使ったLiDARの潜在的な課題を解決することができる。
ユーザーは、ポイント、ライン、ポリゴンを使ってターゲットエリアを地図上に描き、飛行中のドローンのリアルタイム位置をモニターすることができる。 ドローンのウェイポイント・パスは、対象地域の特徴に基づく不規則なパターンに従うが、ドローンはグリッド・パターンやグリッド・パスに従うこともできる。 フライトプランナーにより、ユーザーはドローンが飛行するウェイポイントを手動で選択したり、カバーエリアを指定して適切な飛行パターンを設計することができる。
データ精度と飛行経路の最適化
正確な飛行経路を定義することで、データの精度はフライトプランナーによって保証されます：LiDARデータの精度は飛行速度と飛行高度に依存し、フライトプランナーによってその両方を管理することができます。 標高マップを使って正確な飛行経路を計画することで、ドローンは飛行中に地形の高さに追従または調整することができ、全飛行経路において常に一定の飛行高さが維持されるため、データの一貫性と正確性が保証される。
フライトプランナーは、ドローンのバッテリー寿命を最適に活用しながら、可能な限り広い範囲をカバーしながら、現場での時間を節約するために最適な飛行経路をすばやく見つけることができる。 フライトプランナーは一度に多くのパラメーターを考慮し、それらすべてに基づいてパフォーマンスを最適化できるため、全体的な効率が向上し、現場でのミッション時間が短縮される。
Qube 240ライダー（YellowScan CloudStationで処理）を搭載したQuantum-Systems VTOL Trinity F90+ドローンでウガンダの2 500ヘクタールの熱帯雨林を飛行計画。 © L’Avion Jaune
フライトプランナーとLiDARシステムのシームレスな統合
フライトプランナーは通常、市販のドローンに付属していないソフトウェアプログラムであるため、別途購入してダウンロードする必要がある。 フライトプランナーには一般に、市販のソリューション（COTS）とカスタムメイドのソリューションの2種類がある。 COTSは基本的な機能を提供し、ソフトウェア・ベンダーから直接入手できる。一方、カスタムメイドのソリューションは、マッピングやナビゲーションなど、特定の市場のニーズや要件に合わせて作成される。 これらは、LiDARアプリケーションのような特定のアプリケーションのための高度な機能を提供するため、高度なフライトプランナーとしても知られている。
LiDARシステムとの統合
LiDAR産業アプリケーションの要件を満たすために、飛行計画開発者は、ハードウェアとソフトウェアがうまく統合されるように、さまざまなLiDARシステムプロバイダと緊密に協力しています。 エンドユーザーにとって、これは例えばフライトプランナーがドローンのIMUを較正し、精密で正確なLiDAR点群を収集するためのLiDARツールセットを内蔵していることを意味する。 このようなツールセットにより、ドローンの飛行中にそのセンサーの個々の能力が発揮されるように、選択したLiDARセンサーを選択することもできる。
高度なフライトプランナーとLiDARシステムの相乗効果により、複雑な垂直スキャン（建物のファサードや岩の崖のキャプチャなど）、エリアスキャン、コリドーマッピング（河川、送電線）など、特定のLiDARアプリケーションのためのカスタマイズオプションも実現している。 特定のFOV（Field Of View）に応じた飛行計画、ドローンの精度を向上させるためのミッション中の8の字キャリブレーション、データ精度を保証するためのドローンの旋回方法などを通じて、さまざまなLiDAR調査シナリオに対する互換性と最適化が提供される。
例UgCS
このようなLiDARマッピングのためのCOTSソリューションの1つが、ドローンのミッションプランニングと飛行制御のための地上制御ソフトウェアであるUgCSである。 ドローン技術開発企業のSPHエンジニアリングが開発した。 UgCSは、最も一般的なドローンをサポートし、自動IMUキャリブレーション、フル3D地形フォロー、内蔵写真測量、コリドーおよび垂直スキャンツールを備えたLiDAR測量計画などの機能を備えています。 LiDAR、垂直検査、写真測量、送電線検査、ライブビデオストリーミング調査などの用途に使用される。
LiDARミッションプランニングのためのUgCSツールセットは、ヒューマンエラーを減らし、LiDARの可能性を最大限に引き出すのに役立ちます。 そのためには、パイロットはIMUを適切に校正する必要がある（通常、フライトごとに少なくとも2回）。 LiDARメーカーによって推奨されるキャリブレーションパターンは異なりますが、UgCSは、Eight-figureやU-Shapeを含む最も一般的なキャリブレーションパターンをサポートしています。
IMUの較正に加え、ドローンパイロットはカバレッジとポイント密度を確保するために、正しい飛行高さとスキャン間のライン間隔を維持し、IMU誤差の蓄積と対象エリア上空のLiDARの過度の揺れを最小限に抑えるために、正しいドローンの旋回とラインスキャンを行う必要がある。 FOVはパイロットが手動で指定する必要があり、FOVと高度の両方がライン間隔に影響する。 両者とも、ユーザーがフライトプランナーに入力する別のパラメータであり、その他にも自明なものがある。
主なメリット
LiDARベースのマッピングにUgCSを使用したことのある顧客は、マルチ・ミッション・プログラミングや直感的なミッション設定による迅速な運用開始などの主な利点を挙げている。 KMLフォーマットでカスタムDTMやジオメトリをアップロードできる機能は、高解像度の調査に特に有効で、フライトプランナーを実行するコンピューターとドローン間の安定したWi-Fi接続も可能だ。 新たに組み込まれた初期化フィギュアのおかげで、LiDARの完全自律飛行が離陸から着陸まで可能になった。
UgCSフライトプランニングソフトウェアのキャプチャ © UgCS
将来のトレンドとイノベーション
LiDARドローンは従来の測量方法よりも優れているため、さまざまな産業でLiDARドローンの採用が今後数年で拡大すると予想される。 建設/ 測量、インフラ、都市計画、交通、林業/ 環境など、さまざまな業界でドローンベースのLiDARの採用が進んでおり、今後も増え続けるだろう。 自律走行車の人気の高まりと高解像度のマッピングデータの必要性も、LiDARドローン市場に利益をもたらすだろう。
高度なフライトプランナーのソフトウェアベンダーとLiDARシステムメーカー間の既存の相乗効果は、異なる市場向けの新しい産業アプリケーションのためのLiDARデータキャプチャを容易にするために、ハードウェアとソフトウェアの両方のさらなる統合に利益をもたらすだろう。 LiDARセンサーの軽量化・小型化、ドローンの飛行能力の向上、データ処理・解析用ソフトウェアの統合など、LiDAR技術の進歩が市場の普及をさらに促進するだろう。 このような技術的進歩は、新しいLiDARセンサーの可能性を可能な限り引き出し、短時間でできるだけ多くの高品質LiDARデータを取得・処理し、効率をさらに促進するために、高度なフライトプランナーに道を見出す可能性が高い。
Acecore Noa UAVに搭載されたYellowScan Navigator LiDARシステム
結論
この記事では、ドローンのLiDAR調査の最適化におけるフライトプランナーの重要な役割について論じた。 フライトプランナーは、ドローンパイロットがより正確、効率的、安全に飛行を計画、実行するために必要なツールを提供するソフトウェアアプリケーションである。 SPHエンジニアリングのUgCSミッションプランニングおよびフライトプランニングソフトウェアのような高度なフライトプランナーは、効率的なドローンLiDARデータ収集のための追加機能を提供し、例えば、飛行中に設定された時間と距離間隔で地形追従やIMUキャリブレーションを含む特定のLiDARツールを通じて、LiDAR搭載ドローンの飛行前準備を合理化する。 高度なフライトプランナーは、データ収集の強化や効率化など、ドローンLiDARプロジェクトに多くの利点をもたらすため、次回のドローンLiDAR調査にはその使用が強く推奨されます。
フライトプランナーに関するよくある質問
UAVフライトプランナーとは何か、なぜLiDAR測量に不可欠なのか？
フライトプランナーは、ドローンの自動飛行を計画、実行、監視するために設計されたソフトウェアツールである。 正確で効率的なデータ収集を保証し、調査プロセス全体を最適化することで、LiDAR調査において重要な役割を果たしている。
フライトプランナーはフライト前の準備をどのように進めるのか？
高度なフライトプランナーは、標準的なツールにとどまらず、飛行前の準備を効率化するアプリケーション固有の機能を提供します。 これには、飛行経路の最適化、特定のLiDARセンサー用のパラメータの調整、調査要件への準拠の確保などが含まれる。
最適な調査パフォーマンスを得るためには、どのような点に注意すべきでしょうか？
フライトプランナーを選ぶ際には、互換性、使いやすさ、リアルタイムのモニタリング機能、フライトパスのカスタマイズ機能などの特徴を考慮すること。 これらの特徴は、より正確で効率的なLiDARデータ取得に貢献する。
LiDAR測量のためのフライトプランナーは、安全性と規制遵守の確保に役立ちますか？
はい、多くのフライトプランナーは安全機能と規制遵守ツールを組み込んでいます。 これには、ドローンの移動を制限するためのジオフェンシング、飛行前のチェックリスト、安全かつ合法的な測量作業を保証するための空域情報との統合などが含まれる。
アプリケーション固有の機能の統合は、UAVによるLiDAR測量にどのようなメリットをもたらすのでしょうか？
UAVのLiDARフライトプランナーのアプリケーション固有の機能は、LiDAR調査のユニークな要件に対応します。 これには、自動地形追従、点群プレビュー、使用するLiDARセンサーの特定の特性に基づいて飛行パラメータを調整するツールなどがあり、最終的にデータ収集を最適化する。
