viDoc RTK と P1 と DJI Matrice 300、どれがベスト？

写真測量とLiDAR技術の新しい進歩は、現実を3Dで再構築するための新しいワークフローと機能性をもたらしています。LiDARセンサーを含む新しいスマートフォンの台頭は、地上測量にとってエキサイティングな展開ですが、4Gドローンから強力なカメラまで、新しい特殊なハードウェアによって空は解き放たれているのです。P1は、ドローンで測量を行うプロのフォトグラメトリストが使用する45MPカメラです。

一般的な大型の測量プロジェクトでは、ドローンを使うのがベターです。しかし、詳細な調査が必要な1つのサイトを見るだけなら、viDocはドローンによる空撮調査に対抗できるでしょうか？

P1 はDJI Matrice 300 RTKに搭載したカメラである。

NaviGateはポーランドに拠点を置く、ドローンとドローンマッピングソフトウェアを供給する測量とGISの専門企業である。測量に特化したソフトウェアやハードウェアを販売する彼らの仕事は、建設や測量などですぐに使える正確な3Dモデルを作成し提供するエキスパートであることを意味します。彼らは、いくつかの異なるツールをテストし、技術がどの程度正確であるかの独自のリファレンスを作成しました。NaviGateのチームは、第一次世界大戦中に建設され、一部が取り壊されたコンクリートバンカーに着手した。彼らは、複数のツールで現場の3Dモデルを作成し、ワークフローと精度を比較したいと考えました。これには、DJI Matrice 300 RTKに搭載されたZenmuse P1カメラとviDoc RTKローバーの比較も含まれていました。

プロジェクト詳細

3Dモデルのための測量ワークフローのバリエーション

調査対象の構造物は、クラクフ地方のSwarog Hillにある古い火薬庫です。この構造物は、周囲の土地の勾配が5～7％の傾斜地に建てられ、第一次世界大戦で損傷を受けたものです。平屋建てで、構造上、漆喰や粘土のブロックが使われています。NaviGateチームは、DJI Matrice 300 RTK（およびP1搭載）と、iPhone 12 Proに取り付けたviDoc RTKローバーでデータ収集に乗り出しました。RTKデータセットは、XIAOMI 11 Liteのデータセットと比較し、非RTKワークフローでの精度を比較することになる。

RTK ドローン vs RTK Roverの正確さを比較するのにベースデータセットを使用することになるでしょう

結果の精度を確かめるために、NaviGateチームはまず、基準として使用するベースデータセットを収集する必要がありました。彼らは、GNSS受信機（Spectra Precision SP85）を使って地上での計測を行いました。これを使って位置情報を収集し、現地で利用しているNTRIPサービスから補正を受けた。また、Focus 35トータルステーションで15点の座標を正確に測定しました。これらの点の座標は、ドローンとP1データセット、viDocデータセットで生成された結果と比較し、その精度を検証することになりました。

ドローンを飛ばして3Dモデルを作成する

Zenmuse P1カメラは、通常、DJI Matrice 300 RTKに搭載されます。このハードウェアは、建設業（例えば、ドローンによる進捗状況の把握や備蓄品の測定など）や土地・地形調査などの業界向けの航空測量に使用できます。ドローンは、スマート斜め撮影モードで1.5ヘクタールのエリアを飛行しました。ドローンは高さ80mで飛行し、RTK精度で画像を収集しました。センサーからの写真は、SDカードを介してコンピュータに転送されました。チームは幸運にも、適度な雲と摂氏15度（華氏59度）の穏やかな気温という最適な飛行条件に恵まれました。最終的には、110枚のRGB画像が.tiffファイルとしてエクスポートされました。このデータは、オンライン写真測量ソフトのPIX4Dcloudで処理されました。

RTK精度の完全な3D地上波スキャン

The viDoc RTK rover is a handheld device that attaches onto select iOS and Android devices. 無料のグランドスキャンアプリPIX4Dcatchでデータを収集する際、viDocはローカルのNTRIPネットワークを介してRTKデータで画像をタグ付けします。As a result, data collected with the viDoc and PIX4Dcatch includes highly detailed photos that are tagged with RTK data to ensure centimeter accuracy. 一部のiOSデバイスでは、このワークフローにPix4Dソフトウェアで処理可能なLiDARデータも含まれます（PIX4Dmaticには、iOSのLiDARデータと写真測量データを同じ点群にマージするオプションも用意されています）。

viDoc RTK roverは携帯可能で現場周辺で簡単に使用することができる

今回の例では、ナビゲートはLiDARセンサーを内蔵したiPhone 12 Proを使用しました。viDocを持った測量士が、平均時速2kmで時計回りに敷地内を歩き回った。構造物の外側をスキャンしてから、東から西に移動する4本のラインで天井もスキャンした。PIX4Dcatchは、ユーザーが現場を歩きながら3Dモデルを作成し、3Dモデルの完成を示すライブフィードバックを内蔵しており、最終的なデータセットに隙間がないことを保証しています。モバイルデバイスから対象物までの距離は平均3.5メートルでした。ジオタグ付きの写真は合計654枚集まりました。Pix4Dワークフローとのネイティブな統合により、写真は自動的にPIX4Dcloudにアップロードされ、処理が開始されました。処理が完了すると、NaviGateチームにはPIX4Dcloud上のプロジェクトへのリンクがメールで通知されました。

また、XIAOMI 11を使い、同じスタイルで地表のスキャンを行い、結果を比較しました。PIX4Dcatchでデータを収集したが、デバイスにviDocが装着されていないため、RTKデータも収集されていない。

写真測量におけるデスクトップ処理とクラウド処理の比較

ドローンやモバイルデバイスで撮影した写真測量データセットの処理には、いくつかのオプションがあります。それらはPIX4Dcloudのようなクラウド製品を介して自動的に行うことができる。クラウドアプリはPix4Dプロバイダーのサーバーで実行されるため、ユーザー側に強力な処理ハードウェアは必要ありません。

しかし、ユーザーが処理中の設定をより細かく制御したい場合や、犯罪現場や事故を再現する公共保安関係者のように、データをデスクトップで安全に管理する必要がある場合は、デスクトップのマッピングソフトウェアがより良い選択肢となる。

このプロジェクトでは、NaviGateはDell Vostro P71Fを使用して、P1カメラで撮影したデータを処理しました。viDocのデータはPIX4DcloudとPIX4Dmapperで処理し、ドローンのデータはPIX4Dmapperで処理したとのことです。

viDoc RTKローバーと比べたP1の使用結果

処理が完了すると、NaviGateチームはディテールのレベルも含めて結果の比較を開始した。

グランドサンプリング距離（GSD、2つのピクセル間が現実にどれだけの距離を表しているか）は、P1データセットが0.91cmという結果を出した。この精度は、トータルステーション（Focus35で計測）で設定したチェックポイントでレンダリングされたものです。viDoc + iPhoneとXIAOMIで作成した3DモデルのGSDは、0.2cmでした。これは、モバイル機器が対象物に近いため、GSDの値が小さいほどディテールに余裕があることを意味します。P1のGSDは高度80mを飛行するドローンとしては驚くほど正確ですが、この例ではまだ地上のスキャナーよりも低い値です。

結果の正確さは既知のチェックポイントでテストしました - viDocデータセットで見てみましょう。

NaviGateチームは、各データセットから15個のターゲットを設定し、トータルステーションで収集したGNSSデータと比較しました。これら15個のターゲットをすべて比較したところ、Focus 35トータルステーションで測定した座標とドローン/モバイルワークフローで測定した座標の間にわずかな差異があった。

ドローンとviDocの測定値のRMSE平方誤差は、X、Y、Z軸でプラス/マイナス2cmでした。これは、これらのデータセットに基づいて行われた測定が、ポーランドの法律で要求されるグループ1基準を満たすことを意味します。参考までに、ビューローベリタスはviDoc RTKローバーのクラスA測定（5センチメートル以内の精度）を認証しています。

RTKを搭載していないXiaomiは、2メートル離れた物体を測定した場合、5センチメートル以内の正確さだった。この精度の低さは、GCPや特定のチェックポイントを使用することで解消または軽減することができます。これらの結果から、Xiamoiが必要とするGCPとは異なり、viDocはより正確で、その精度を確保するためにさらなるステップを必要としないため、viDocのシンプルなワークフローが強調されました。

航空写真測量と陸上写真測量の選択

NaviGateのチームは、どちらの写真測量でも高い精度が得られると判断した。P1カメラとドローンによる空撮画像とデータは、飛行高度が高いにもかかわらず、正確なGSDを生成した。しかし、これは個々の平屋建ての建物の調査であったため、同様のプロジェクトではviDoc RTKワークフローの方が適していると思われる。より大規模な調査には、ドローンによる空撮がより労力のかからない選択となるだろう。

viDoc RTKローバーの結果、建物の正確な地上部でのスキャンが可能だった

viDocのユニークな利点は、その有用性と多用途性にあります。適応性の高いツールであり、軽量でポータブルなため、現場に持ち運んで使用することも簡単です。

従来の測量方法と比較して、このような汎用性の高いデバイスを活用することは大きな可能性をもたらします」と、NaviGate社のGrzegorz Durlo氏は説明します。

"研究者や考古学者が、歴史や文化にとって重要な特徴を持つ物体の一部を発掘・復元する際に、この装置の価値を実感していただけると思います。"

最近、NaviGate社の顧客は、林業や体積測定などの業務でモバイルデバイスのLiDARを使用しています。viDocの精度により、これらの体積測定は建設現場や陸上での測量作業にも利用することができます。