CHCナビゲーション 道路測量のためのエアボーンLiDAR 生産性と効率性の向上

道路測量は、インフラ整備と維持管理の重要な要素である。道路管理のデジタル化が進むにつれ、従来の測量方法は効率性、正確性、安全性の面で多くの課題に直面している。データ密度と適時性の大幅な向上により、高度なソリューションが求められています。高解像度エアボーンLiDAR測量は、資産抽出、メンテナンス計画、道路インフラの変化に伴うデータベース更新のための詳細で正確なデータを提供することで、これらのニーズに対応します。

• 資産の抽出：正確なデータは、道路沿いの標識、バリア、電柱などの資産を特定し、カタログ化するために不可欠です。米国道路交通運輸行政官協会（AASHTO）の調査によると、正確な資産管理により、年間最大20％のメンテナンスコストを削減できるという。

• 予防保全：正確で最新の情報は、インフラの劣化を防ぐためのメンテナンス活動の計画と実行に役立ちます。連邦道路局（FHWA）の報告によると、事前予防的なメンテナンスにより、道路インフラの寿命を25%から30%延ばすことができます。

• データベースのメンテナンス：定期的な更新により、資産データベースが現在の状況を反映し、非効率やコスト増につながるデータの陳腐化を防ぐことができます。Geospatial Worldの調査によると、GISデータの15%から25%は、定期的な更新がないと毎年古くなり、潜在的なエラーや運用コストの増加につながる。

離陸するCHCNAV BB4ドローン

このニュースレターでは、完全なエアボーンLiDARエコシステムが道路測量のプロセスをいかに加速させることができるかを探り、これらの調査を効果的に実施するためのステップについて考察します。

道路プロジェクトで測量士が果たす役割とは？

道路プロジェクトの測量には、道路建設と維持管理の成功と安全に必要な作業が含まれます。測量士は地形を正確に把握し、断面図や縦断図を作成し、土工量を推定します。従来の方法では、一定の効果はあるものの、作業効率という点では不足することが多い。

予備測量は、道路建設測量の最初の段階であり、計画と意思決定のためのデータ収集を目的としている。

• プロジェクトの境界を特定する：プロジェクトの範囲を確定し、詳細調査のための区域を画定する。
• 既存の道路網の評価：該当する場合、現在の道路インフラを評価する。
• 地形と地理的特徴の評価：標高、地形、自然の特徴を含む景観を理解する。
• 初期データの収集プロジェクトのコストやスケジュールを見積もるための予備情報を収集し、フィージビリティ・スタディや初期の意思決定に役立てる。

この段階では、測量士は計画ルートに沿ってトラバースラインを設定し、距離を測定し、コントロールポイントを設定する。また、地形調査を行って標高データを収集し、潜在的な障害物や環境上の懸念を特定します。

予備調査とプロジェクト設計の後、実際の工事に備えて位置調査が行われる。

• 最終的な中心線を確定する：ルート上に正確な中心線を設定することで、計画されたアライメントを現場に移す。
• 詳細データ収集：地形、土壌構成、既存のインフラ、環境要因に関する包括的な情報を収集する。これには、標高を決定するための水準測量、排水調査、土壌調査、資材の利用可能性評価などが含まれる。
• 設計の洗練：収集したデータを用いて、水平・垂直アライメント、断面図、排水計画などの道路設計を確定する。この段階では、すべての設計要素が実際の現場条件と一致していることを確認し、建設中の食い違いを最小限に抑えます。

道路建設プロジェクトにおける従来の測量技術の課題とは？

手作業による測量や航空写真測量など、現在の道路測量の方法は、効率、精度、安全性に影響するいくつかの課題に直面しています。

地上測量は、GNSS RTK受信機、トータルステーション、その他の機器を使用して、物理的対象物の空間座標を測定する方法です。正確である反面、いくつかのユニークな課題があるため、労力と時間がかかります：

• 作業量が多い：手作業による測量は、特に大規模なプロジェクトでは、多大な人員と時間を必要とする。測量士は物理的に多数のポイントを測定しなければならず、プロジェクト全体のスケジュールを遅らせる可能性があります。
• 効率の低下：手作業で機器を設置し、計測を行い、データを記録する必要があるため、作業効率が低下し、人為的ミスが発生しやすく、データの精度に影響を及ぼす可能性がある。
• 作業上のリスク：測量士は、交通量の多い道路や荒れた地形など、危険な状況で作業を行うことが多いため、測量作業中の事故や怪我のリスクが高まります。

航空写真測量では、航空機から連続写真を撮影し、調査対象地域の地図や3Dモデルを作成する。この方法は広範囲を素早くカバーできる反面、いくつかの制限がある：

• 管理点の必要性：コントロール・ポイントの必要性：精度を確保するため、航空写真測量では多くの地上コントロール・ポイントが必要となる。これらのコントロールポイントの設置には労力がかかり、特に遠隔地やアクセスが困難な地域では、ロジスティクス上の課題となり得る。
• 膨大な後処理：航空画像から収集した生データを処理・分析する必要があり、時間がかかるうえ、専門的なソフトウェアや専門知識が必要となる。
• 環境の制約：気象条件や照明は、航空画像の品質に大きな影響を与えます。視界が悪い、雲に覆われている、影があるなどの場合、細部が不明瞭になり、得られるデータの精度が低下する可能性があります。

CHCNAV AA10システムで撮影された建設エリア

エアボーンLiDAR技術が道路測量をどのように変革するか

LiDAR技術は、従来の手法の限界を克服し、効率、精度、安全性を大幅に向上させる高度な機能を導入することで、道路測量に変革をもたらしつつあります。

• 効率性の向上LiDARを搭載した無人航空機(UAV)は、毎秒数百万の正確なデータポイントを取得し、道路コリドーの詳細な3Dモデルを作成します。この機能は従来の測量技術を大幅に凌駕し、より少ない人員で広域や長大な線形プロジェクトを迅速にカバーすることができます。UAVの使用により、地上測量にかかる時間と人件費が削減され、測量士はより効率的にプロジェクトを完了することができます。

CHCNAV LiDARから取得した道路点群

• 充実したデータ：LiDARは、より多くの情報に基づいた意思決定のための高解像度データを提供します。高精度の3Dモデルを生成することで、LiDARは正確な地形モデリング、断面生成、ボリューム計算をサポートします。充実したデータセットは、調査地域の地形や現況に関する詳細な洞察を提供することで、道路インフラの計画や設計に役立ちます。LiDARデータは通常数センチ以内の精度で、精度が求められるエンジニアリング調査に最適です。

• 植生貫通- LiDAR技術の優れた特徴の1つは、植生を貫通する能力です。従来の写真測量では、密生した木の葉が妨げとなり、正確な地形データを取得することが困難でした。しかし、LiDARは、樹冠を透過して地面に到達し、詳細な標高データを返すことができるレーザーパルスを使用します。そのため測量士は、森林の多い場所でも高密度の点群データを測定することができ、植生下の地形データを明確に把握することができる。

密生した植生下の高密度地上点群

• 安全性の向上LiDARテクノロジーは、危険な場所での人間の立ち入りを最小限に抑えることで、測量士の安全性を向上させます。従来の測量では、交通量の多い場所や不安定な地形など、危険な環境で作業を行う必要がありました。LiDARを搭載したUAVを使用することで、測量士は安全な距離から詳細な調査を行うことができ、事故や怪我のリスクを減らすことができます。

エアボーンLiDARシステムの主な技術仕様と能力

道路測量に使用されるLiDARシステムには、その性能を向上させるいくつかの高度な機能があります：

• 高パルスレート：プレミアムLiDARシステムは、毎秒最大200万レーザーパルスを照射することができ、広いエリアの詳細なデータ収集のために高い空間分解能で高密度の点群をキャプチャします。
• 複数のリターン：LiDARセンサーは、1つのレーザーパルスから複数のリターンを検出することができるため、地表面だけでなく、植生キャノピー内の異なるレベルからのデータを取得し、正確なデジタル地形モデル（DTM）を作成することができます。
• 長距離：先進的なLiDARシステムは、最大1,800メートルの航続距離を持ち、高度700メートルまで操作できるため、回廊マッピングやその他の大規模な調査プロジェクトに理想的です。
• リアルタイムキネマティック（RTK）とポストプロセシングキネマティック（PPK）補正：これらの技術は、UAVやLiDARデータの位置精度を向上させ、収集されたデータのセンチメートル以内の精度を保証します。RTKはデータ収集中にリアルタイム補正を行い、PPKは飛行後のデータ補正を可能にします。

CHCNAV LiDARが取得したクリアな地上情報

空中LiDAR道路測量のステップ

LiDAR測定プロセスには、最初の飛行計画から最終的なデータ処理まで、複数のステップが含まれます。堅牢なエコシステムはこのプロセスを合理化し、道路プロジェクトに実用的な洞察を提供します。

1.フライトプランニング

フライトプランニングはLiDARベースの道路調査プロセスの最初のステップであり、データ収集が効率的で正確であることを保証します。

• CHCNAVのSmartGoやDJI Pilot 2などのソフトウェアアプリケーションは、慎重に計画された飛行経路に沿ってUAVを誘導します。飛行経路の設計はデータ収集性能に大きな影響を与えます。エンジニアは、LiDARの視野、スキャン距離、希望する点群密度を考慮したソフトウェアを使用してルートを計画します。密生した植生などの環境要因は、十分な地上点群情報が収集されるように追加のスキャンを必要とする場合があります。
• GNSS補正：正確なスキャン結果は、LiDAR、UAV測位、データ処理の精度に依存します。リアルタイムキネマティック（RTK）またはポストプロセシングキネマティック（PPK）補正により、測位精度を大幅に向上させることができます。高精度を必要とするプロジェクトでは、CHCNAVのiBaseを使用してRTK接続を行うか、PPKを使用することで測位精度を確保することができます。

CHCNAV iBase

• 地上基準点（GCP）：GNSS補正により、高性能LiDARはほとんどの精度要件を満たすことができます。より高い精度が要求される場合、スキャニングエリアにGCPを配置することで、データ処理エラーを最小限に抑えることができます。道路計測ゾーンでは、あらかじめ決められた場所にGCPを配置することで、最適な精度を達成することができます。例えば、CHCNAVのAU20LiDARは、うまく設計された操作で2cmのRMSE精度を達成することができます。

2.3Dデータ収集：

データ収集段階では、先進的なLiDARシステムが道路とその周辺に関する詳細な情報を取得するために使用されます。

• CHCNAVのAlphaAir 15 (AA15)のようなプレミアムLiDARシステムを使用することで、高密度の3Dデータキャプチャが可能になります。7つの多周期ゾーンでレーザーパルスあたり16のリターンを提供し、植生をしっかりと貫通させ、毎秒200万パルス、毎秒最大600ラインで広範囲を高密度に点群化し、最大到達距離1800メートル、動作高度700メートルで、インフラの回廊マッピングに理想的です。
• リアルタイムモニタリングにより、RTK接続の切断や予期せぬ干渉などの潜在的な問題を特定し、軽減します。適応性の高いアプローチにより、細部まで見逃すことなく、最高品質のデータ収集を保証します。

3.データ処理

データ処理は、生のLiDARデータを実用的な洞察に変換します。CHCNAV の CoPreとCoProcessソフトウェアは、高度に自動化されたワークフローを通してこのプロセスを合理化します。

• 自動データ処理：CoPre ソフトウェアは、生データのワンクリック処理を可能にし、手作業を必要とせずに点群やオルソフォトを自動的に生成します。
• 精度の向上：CoPre では、コントロールポイントをインポートすることで、点群データの精度を向上させ、絶対誤差を減らすことができます。また、制御点により点群の精度を検証し、精度レポートを作成することもできます。

点群の厚さは0.0353メートル

• 高度な点群処理CoProcess2.0ソフトウエアは、測量成果物の作成をスピードアップするために、自動地盤点フィルタリング、デジタル標高モデル(DEM)生成、断面抽出のツールを提供します。従来の測量とは異なり、LiDAR 点群では地盤の詳細な情報が得られるため、CoProcess ソフトウェアは処理された点群から自動的に断面を生成することができます。道路側溝のような特殊な地形では手動編集オプションが利用でき、断面は設計フォーマットやCAD図面にエクスポートしてすぐに使用できます。
• 道路測量に特化した機能CoProcessには、ルート解析と道路測量に分かれた道路モジュールがあります。路線解析には、破断連鎖計算、水平カーブ計算、ベクトル線から杭への変換が含まれます。道路測量機能には、断面生成、断面編集と表示、ベクトル線編集が含まれます。
• 道路特徴抽出：既存の道路改良プロジェクトでは、道路の特徴を正確に抽出することで、その後の設計作業の効率が向上します。CoProcessのインテリジェントな特徴抽出モジュールは、AIを使用し、90%以上の精度で幅と線種のパラメータを持つ破線と実線の車線を追跡し抽出します。

高度に自動化された道路特徴抽出

エアボーンLiDAR技術による道路インフラ開発の強化

道路測量業務へのLiDAR技術の統合は、道路インフラ計画と開発における重要な進歩を意味します。先進的なLiDAR、GNSS、IMU技術に基づくこれらの費用対効果の高いシステムは、多くの測量士やエンジニアにとって以前は手の届かなかった精度と効率を提供します。

LiDARテクノロジーは、大規模なインフラプロジェクトに対する測量士のアプローチ方法を変えつつあります。AlphaAir 15 (AA15)のようなシステムの高密度3Dデータキャプチャ機能は、従来の方法で必要とされる時間のほんの一部で、広範囲な道路網の包括的なマッピングを可能にします。これは、高速道路や幹線道路など、従来の測量では時間とコストがかかりすぎるような、直線的で長いプロジェクトに特に有効です。

CHCNAV AA15 LiDAR

AlphaAir15やCoPre、CoProcess2.0などの先進ソフトウェアを含むCHCNAVのLiDARソリューションは、道路測量に包括的で効率的なアプローチを提供します。高解像度データの提供、安全性の向上、効率性の向上により、これらのテクノロジーは地理空間や土木工学の専門家が今日のインフラの需要に効果的に対応することを可能にします。LiDAR技術を使用することで、道路測量プロジェクトが最高水準の精度と安全性で実施され、よりスマートで持続可能なインフラ開発への道が開かれます。

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CHCナビゲーションについて

CHC Navigation (CHCNAV)は、生産性と効率の向上を目的とした先進的なマッピング、ナビゲーション、ポジショニング・ソリューションを開発しています。CHCNAVは、地理空間、農業、建設、自治などの業界にサービスを提供し、プロフェッショナルに力を与え、業界の進歩を促進する革新的なテクノロジーを提供しています。世界130カ国以上で事業を展開し、1,900人以上のプロフェッショナルを擁するCHCナビゲーションは、地理空間業界のみならず、その他の業界においてもリーダー的存在として認められています。CHCナビゲーション [Huace:300627.SZ] の詳細については、www.chcnav.comをご覧ください。