モバイルLiDARスキャン：知っておくべきことすべて
モバイルLiDARスキャンとは何ですか？
これは、連続的に移動するプラットフォームを使用して、調査グレードの3Dポイントデータを迅速かつ正確に収集するデータ取得方法です。
単なる移動プラットフォームに搭載されたレーザースキャナーではありません。1つのモバイルスキャンシステムに、カメラ、センサー、位置決めおよび方向決めシステム技術、制御ユニットが統合されています。
データ収集プロセス、システム構成要素、最終出力
プラットフォームが移動する間、各レーザー・スキャナーからレーザー光線が照射され、路面や道路の上方・側方の物体を捉える。
パルスの移動により、センサーと物体間の距離を計算することができる。
距離の測定に加えて、レーザー・スキャナーはスキャン角度と反射強度も取得します。
各ポイントの3D座標は、統合GNSSアンテナと慣性計測ユニット（IMU）を組み合わせたシステムの慣性航法ユニット（INS）によって提供される。
IMUは、移動プラットフォームの速度と向きを連続的に決定するナビゲーション・デバイスです。
このデータは、スキャニング・システムとそのスキャニング・システムが捕捉するデータを位置決めするために必要である。
専門のソフトウェアは、その位置データを使用して、すべてのポイントを1つの3D点群に保存し、視覚化することができます。
物体や表面を検出するスキャナーに加え、モバイルLiDARスキャンシステムには、スキャンデータに関連する資産の視覚化に役立つカメラが搭載されています。
車両が設定された経路を進むと、スキャナーは数百万ものデータポイントを収集し、その結果、周辺エリアの高精度で高密度の3D点群が生成されます。
LiDARスキャンがモバイルとみなされるのはいつですか？
モバイルLiDARスキャニング」という用語に「モバイル」という言葉を加えることは、スキャニング中に移動するプラットフォームを使用することを意味する。
この移動プラットフォームにより、レーザースキャナーが固定位置から3D点群を収集する静的レーザースキャンとは異なります。
モバイルLiDARスキャニングでは、スキャナーが搭載された移動プラットフォームが地球上にある必要がある。
従って、ドローンベースのLiDARはモバイルLiDARスキャンの一形態ではなく、航空LiDARスキャンのサブカテゴリーである。
モバイルLiDARスキャンの最も一般的なプラットフォームは車両（車またはバン）ですが、今日では電車、バックパック、モペット、あるいは自転車でもモバイルLiDARが使用されています。
どのプラットフォームを選択するかは、アプリケーション、必要なデータ精度、対象地域の詳細（サイズなど）、予算、時間などの複数の要因によって決まります。
この記事で紹介するモバイルLiDARスキャニングの例は、主に自動車ベースのスキャニングに焦点を当てています。
モバイルLiDARスキャンは、小さな村の測量とマッピングをより簡単かつ効率的にした
モバイルレーザースキャニング（MLS）とモバイルマッピングの違いは何ですか？
モバイルマッピング “や “モバイルマッピングシステム “という言葉は、”モバイルLiDARスキャン “や “モバイルレーザースキャニング”（MLS）と混同してはならない。
モバイルマッピング “や “モバイルマッピングシステム “という言葉は、グーグル、マイクロソフト、アップルなど、周囲の360度パノラマ画像を撮影・販売するハイテク企業によって広まった。
このような画像はカメラで撮影され、多くの場合、LiDARを含んでも含まなくてもよい他のデータキャプチャ技術と組み合わせて使用される。
モバイルマッピングシステムを構成するものに厳密な定義はないため、主な目的が3D点群の取得である場合は、モバイルレーザーまたはモバイルLiDARスキャンという用語を使用する方がよい。
また、パノラマ画像の撮影を主目的とする場合は、「モバイルマッピング」という用語を使用した方がよい。
モバイルLiDARスキャンの進化
最初の車両ベースのモバイルLiDARスキャニングシステムは、道路シーンの測量と3Dマッピングのために2003年頃に運用が開始されました。
それ以来、この測量技術は着実かつ急速な発展を遂げ、今日、車両ベースのモバイルLiDARスキャニングシステムは、都市や道路網の3Dマップの作成など、さまざまな用途で広く使用されています。
モバイルLiDARスキャンは、特に都市部において、従来の測量方法に比べていくつかの利点があります。
時が経つにつれ、新たなユースケースの需要に応え、空中、静止地上、車両ベースのモバイルマッピングができない屋内外の場所にアクセスするための新たなプラットフォームが導入されてきた。
例えば、スポーツ会場、ショッピングモール、歴史的建造物、地下トンネル、工場などは、トータルステーションやスタティックレーザースキャナーを使用する測量士チームよりも、バックパックにモバイルLiDARスキャニングプラットフォームを入れた一人の方が素早くスキャンできます。
自動車の通行が禁止されている歩行者専用レーンのスキャンには、原付や自転車が使用される。
メリット
モバイルLiDARスキャンは、空撮や静的な地上スキャンに比べて多くの利点があるため、人気のあるデータキャプチャ方法です。
ここでは、車両ベースのモバイルLiDARスキャンの多くの利点のいくつかを紹介します：
- これは高精度のマッピングオプションであり、スキャン内のすべてのターゲットは通常、航空マッピングと比較してセンサーのかなり近くにある。
- 密度の面では、この種のデータは航空LiDARデータよりもはるかに高密度です。モバイルLiDARデータセットには通常、1平方メートルあたり数百から数千のポイントが含まれています。
このため、密集した都市部でも非常に高い詳細度でマッピングを行うことができ、さまざまな種類のオブジェクトをピックアップすることができます。 - 安全面では、このタイプのスキャンでは車線を閉鎖したり、交通を止めたりする必要がなく、交通への影響が減るため、道路脇の現場作業員の数も減る。
- LiDAR/レーザーによるデータ収集は、日中でも夜間でも可能であるため、交通量が多いときにデータを収集するのではなく、交通量の少ない時間帯を選ぶことができる。
その結果、より良いデータが得られ、安全性も向上する。 - 地上波のスキャンよりもはるかに速い。
- 橋の裏側など、UAVでは不可能な曖昧なデータを収集できる。
- エアリアルスキャニングに比べ、空域や夜間の飛行制限がない。
- 複数の固定スキャナーのセットアップやヘリコプターの購入に比べ、モバイル・スキャニングは費用対効果の高いソリューションであり、プロジェクト全体のコストを削減することができます。
限界
モバイルLiDARスキャンの限界もある：
- データをキャプチャしている間、直接視線が届く必要があります。
降雨、霧、雪などの視界不良を引き起こす悪天候では機能しない。 - アクセスや道路のない地形での使用には適さない。
- ハードウェア、ソフトウェア、熟練したオペレーターには高い投資コストがかかる。
人気のアプリケーション
これらは人気のあるアプリケーションの例で、利用可能なさまざまなプラットフォーム別に分類されている：
車両ベースのモバイルLiDARスキャンアプリケーション
モバイル・レーザースキャニングは、都市や道路網の3Dシーンをキャプチャするのに適したデータ取得方法であることが多い。
道路の保守や改築には、舗装状況、道路標識、周辺のオブジェクトのインベントリが必要です。
これには、電柱、下水溝などの地下ネットワークの出口、交通標識、街灯、速度案内板などが含まれる。
モバイルLiDARスキャニング点群の高い点密度により、必要なオブジェクトとその状態の両方をマッピングすることができます。
3D地図や道路網の作成以外にも、モバイル・スキャニング・データは構造物、地形、植生の3Dモデルにも使用できる。
そのため、マッピング、都市計画、インフラ建設に最適なツールとなる。
交通網の設計やユーティリティ・ラインのマッピングは、コリドー・マッピングの一例であり、車両が同じコリドーに沿って移動できるため、モバイル・マッピングが有用である。
モバイル・スキャニング・データは、構造物、地形、植生の3Dモデルにも使用できる。
モバイルマッピングは、交通網の設計やユーティリティマッピングに最適です。
列車やバックパック用のモバイルLiDARアプリケーション
その他のプラットフォームにも、それぞれ利点がある。
例えば、LiDARはインフラストラクチャーの欠陥、環境脅威、その他のメンテナンス問題を特定するために列車で使用されている。
車両ベースのレーザースキャニングと同様に、列車は地形の状態、インフラの状態、周囲の環境をスキャンするための理想的なプラットフォームです。
トンネルなどの地下景観のマッピングは、ハンドヘルドレーザースキャナを使用して可能になりました。
屋内および地下空間の正確な3Dマッピングは、同時定位マッピング（SLAM）と呼ばれるアプローチによって現実のものとなった。SLAMは、多様なソリューションを使用して環境地図を作成すると同時に、マッピングを実行するプラットフォームを定位させる。
このアプローチは、自動運転車（自律走行車）にも使用されている。
ハイブリッド・モバイル・レーザースキャニング
また、レーザースキャニングにハイブリッドアプローチを用いることで、両方の長所を生かすことも可能です。
その一例がYellowScanのFly & Driveシステムで、ドローンと車両を使った測量を統合した革新的なLiDARマッピング・ソリューションです。
空中と地上のデータ収集をシームレスに切り替えることができ、包括的なカバレッジと柔軟性を提供します。
YellowScan Fly&Driveと車に取り付けられたYellowScan Surveyor Ultra
このシステムは、UAVにも車両にも搭載可能な軽量LiDARセンサーと、データ処理・解析用ソフトウェアで構成されている。
この2つの機能により、効率的な地形マッピング、林業管理、インフラ点検が可能になる。
Fly & Driveシステムは高精度と高信頼性を目指して設計されており、厳しい環境下でも正確な3Dデータを提供します。
その多用途性により、空中および地上の視点から詳細な空間情報を取得する必要があるユーザーに最適です。
よくある質問
モバイルLiDARスキャンとは？
モバイルLiDARスキャンは、3Dレーザースキャナーと移動プラットフォームを組み合わせたデータキャプチャ手法である。
車両の移動中に3D点群データを連続的にキャプチャすることを目的としています。
モバイルLiDARの精度は？
モバイルLiDARデータの精度は、LiDARセンサーの品質、GPSとIMUの統合、スキャン条件などの要因によって、通常1～10cmの範囲です。
速度やデータ処理技術などの追加要因もデータ精度に影響します。
モバイルGISマッピングとは？
モバイルGISマッピングとは、検査ベースのワークフローなど、GISワークフローのためのモバイルデータキャプチャを指す。
例えば、ある都市のすべての信号機の空間データベースがあり、すべてのアイテムの位置、画像、メタデータ（各アイテムの状態など）が含まれている。
モバイル・マッピング・システムは、パノラマ画像を取得するため、GISアナリストは、新しいデータが取得されるにつれて、これらのすべての項目の状態を評価することができます。
モバイルLiDARは何に使われるのか？
モバイルLiDARは、都市や道路網の3Dシーンをキャプチャするためのデータ取得方法として、しばしば好まれています。
3D地図や道路網の作成以外にも、モバイル・スキャニング・データは構造物、地形、植生の3Dモデルにも使用できます。
そのため、マッピング、都市計画、インフラ建設に最適なツールとなっている。
リソース
- 「点群計測入門：レーザースキャニングと写真測量からの点群」Matthias Lemmens著（Whittles出版、2023年）
- ウェビナーモバイルLiDARと画像データ処理のインサイドルック
- 地下をナビゲートする：地下トンネルのマッピングにおけるハンドヘルド・レーザー・スキャナーの威力
- 英ノーザン社、列車にLIDARスキャン技術を装備へ
