プロジェクトに適した3Dレーザースキャナーの選び方

この決定を下す際、まずスキャン技術から選ぶ人はいません。まずプロジェクトが持ち上がります。例えば、改修工事の前にモデリングが必要な入居中の建物、線路閉鎖期間の合間に点検が必要な鉄道線路、月末までに計測が必要な資材の積み上げなどです。

スキャナーとは、契約で求められている許容誤差の範囲内で、与えられた時間内にその仕事を成し遂げるためのツールに他なりません。

適切なスキャナーとは、必ずしも測定範囲が最も広いもの、点群密度が最も高いもの、あるいは公表されている精度数値が最も低いものとは限りません。それは、プロジェクトの実際の条件下において、要求される成果物に対して信頼性の高いデータを生成できるシステムなのです。

そこで、このガイドは、実際の意思決定プロセスに沿って構成されています。プロジェクトの種類とそこから生じる成果物から始まり、それぞれに適したソリューションを示した上で、初めてプラットフォームや仕様を比較します。

まず基礎となる技術について解説をご希望の場合は、LiDAR技術の仕組みに関するガイドで物理的な側面を解説しています。本記事ではその知識を前提とし、選択に焦点を当てています。

スキャナーではなく、成果物から始めましょう

作業終了時にオフィスから持ち出すものを書き留めておきましょう。 設備室の完成モデル、平面図、貯蔵物の体積データ、設計図との干渉チェック、地形図、文化財記録。この一文が、必要な精度と密度、そして同様に重要なこととして、必要のない密度を明確に定めます。
 

これを最初に挙げる理由は、スキャン仕様が自由度が高いからです。多くのスキャナーは高密度の点群データを生成できますが、それを必要とするプロジェクトはごくわずかです。 平面図には、2Dの線に平坦化されても失われない幾何形状が必要です。干渉チェックには、エンジニアがすでに定めた許容誤差の範囲内で、適切な位置に配管が配置されていることが求められます。成果物を決定することで、無制限の比較が限定された比較へと変わり、限定された比較には通常、明確な答えがあります。

重要な問いは、「どのスキャナーが最も多くのデータを収集するか？」ではなく、「どのシステムが、プロジェクトで要求される情報を、必要な精度で、許容可能な現場作業および処理の労力で生成できるか？」ということです。

この表からご自身のプロジェクトをお探しください

これらは、3Dマッピング業務の大部分を占める活用シナリオであり、それぞれで得られる成果物と、それに適したプラットフォームが示されています。ご自身のプロジェクトに最も近い項目を見つければ、候補となるシステムはすでに1つか2つに絞り込まれています。

各シナリオの詳細な説明（ワークフローやその基盤となるソフトウェアを含め）は、「3Dモバイルマッピングおよびリアリティキャプチャソリューション」のページに掲載されています。ここでは、そのページでは触れられていない部分、つまり、自分が実際にどのシナリオに該当するかを判断する方法や、実行に移す前に確認すべき事項について説明します。

屋内マッピングおよび竣工図の作成

屋内でのスキャンは、仕様ではなく建物そのものによってスキャン方法が決定されるケースです。三脚を各部屋に設置し、移動させて、また設置し直さなければならず、人が利用している建物では、1週間もの間、人々の邪魔をしてしまうことになります。 その代わりに、ハンドヘルド型のSLAMスキャナーを手に持ちながら空間内を移動してスキャンを行うため、通常なら1日分の作業を要するフロアも1時間で完了し、階段室、蹴込み板、設備室などもスキップすることなく網羅できるのです。
 

成果物は通常、現況記録となります。これは、改修計画、施設管理、あるいは「スキャン・トゥ・BIM」ワークフローに活用される点群データです。作業が完全に屋内で行われる場合は、RS7の方が適しています。 同じ作業で建物内外を行き来する場合、RS10はGNSS RTK機能を備えているため、移動経路は屋外の既知の座標系に紐付けられたまま維持され、屋内に入ればSLAMのみで追跡を継続します。

「スキャン・トゥ・BIM」とスマート建設

ここで問題となるのは、カバー率ではなく許容誤差です。 干渉検出のために構築されたBIMモデルには、エンジニアによって許容誤差が設定されており、その数値によって、歩行による計測軌跡で十分か、それとも重要な箇所では静的計測も必要かが決まります。実際には、多くのプロジェクトで両方の手法が併用されています。建物の大部分についてはハンドヘルド測定を、干渉が発生した場合のコストが高くなる少数の箇所については三脚を用いた測定を行うという具合です。

このハイブリッドなアプローチは、プロジェクトのあらゆる部分に最高精度のスキャン手法を適用するよりも、多くの場合、効率的です。

回廊のマッピング、鉄道、インフラ

直線的な現場では、プラットフォームが移動し続けられる限り、作業の長さがコストではなく利点となる唯一のケースです。 走行速度で1回の通過だけで道路、鉄道回廊、あるいはトンネルを撮影できる処理能力は、他のどの方法も及ばないものであり、AlphaUni 20（AU20）のようなマルチプラットフォームシステムは、同じプロジェクト内で車両搭載型と航空機搭載型の使い分けが可能な機能を含め、まさにこの用途のために設計されています。
 

導入を決定する前に、その限界を知っておく価値があります。取得できるデータは道路から見える範囲に限られ、プラットフォームはその場所まで到達できなければなりません。また、精度はスキャナー単体ではなく、測位および慣性計測ソリューションに依存します。通常、車両がアクセスできない区間があることが、回廊プロジェクトにおいてルートの一部を航空機で測量することになる主な理由です。

したがって、選択肢は必ずしも「車載」か「航空」かの二者択一とは限りません。多くの大規模な回廊プロジェクトでは、アクセス状況、安全要件、および最終成果物に応じて、複数のプラットフォームを組み合わせています。

鉱業、地形、林業

調査対象地は、面積や障害物の有無によって決定されます。 広範囲の開けたエリアでは、特に地形や植生、あるいはアクセス状況のせいで地上測量では効率が悪くなる場合、UAV LiDARが最も効率的な手法となることがよくあります。植生の上空では、光学式の手法では困難な場合でも、LiDARのレーザーパルスによって地表の情報を取得できることが多いため、LiDARには優位性があります。そのため、同じプラットフォームで、貯蔵量の測定とバイオマス評価の両方に対応できるのです。
 

航空測量における機種の選択は、精度というよりも、測量区画のサイズと飛行高度の問題です。AlphaAir 6は日常的な現場や地形調査に適しており、AlphaAir 15 Proは、区画が広すぎて低高度での飛行では飛行回数が多くなりすぎる場合に最適な長距離オプションです。 いずれの場合も、飛行計画、許可、気象条件、そして経済性が成り立たない最小プロジェクト規模といった運用上の要件を満たす必要があります。

候補をさらに絞り込む4つの質問

自分がどのシナリオに該当するかがわかったら、そのシナリオの中でどのシステムを選ぶかは、次の4つの質問によって決まります。

その場所はどのくらいの広さで、どのようなレイアウトになっているか？重要なのは面積ではなく形状だ。直線的な場所では、動き続けるスキャナーが有利に働き、囲まれた場所では、静止したままのスキャナーが有利に働く。

アクセス状況はどのようなものか？ 三脚を繰り返し設置できるか、それとも現場が稼働中だったり、混雑していたり、長時間立ち止まることが危険な場所か？ GNSS 測定に必要な上空の視界は確保されているか、それとも屋内、樹冠の下、あるいは地下にいるか？

契約書にどのような許容誤差が明記されているか？ あなたが望む許容誤差ではなく、実際にチェックされる許容誤差のことだ。機械の基礎におけるミリ単位の作業と、道路敷におけるセンチ単位の作業では、求められる仕様が異なる。

データの処理は誰が担当し、どれくらいの時間が割けるのでしょうか？これは最も見落とされがちな質問ですが、通常、そのスキャナーの購入が正しかったかどうかを決定づける要素となります。現場での作業時間を1時間短縮しても、事務所での作業に1日追加されるような方法では、時間短縮にはなりません。

4つのプラットフォーム、並べて比較

すでに検討しているプラットフォームが決まっており、その費用がどれくらいかかるかを知りたい読者のために、別の角度から同じ情報を紹介します。

定期的にスキャンを行っている組織の多くは、結局のところこれらを1つではなく2つ導入することになります。なぜなら、トレードオフは現実的なものであり、最初の表にあるあらゆるシナリオを1つのプラットフォームだけで網羅することはできないからです。

精度、カバレッジ、アクセス性、コストのあらゆる組み合わせに対して、単一のプラットフォームが最適であるということはない。

仕様書上の精度と現場での精度

仕様の精度は、実際のプロジェクトでは再現できない条件下で測定されます。これは実数であり、比較には有用ですが、管理された条件下で、規定の範囲内にある協力的な測定面に対して行われた単一の測定結果を表すものです。納品物が合格するか否かを決定する数値はこれとは異なり、4つの要素から算出されます。

仕様書に記載されているのは、距離測定そのものです。個別のスキャンや歩行軌跡を1つの座標系に結びつける位置合わせ（レジストレーション）ですが、多くのプロジェクトにおいて、これは距離測定よりも大きな誤差の原因となります。 点群全体を実世界の座標に結びつける地理参照。ここでは、GNSSの精度と制御点が重要になります。そして、表面そのものです。暗い、濡れている、光沢のある、あるいは入射角が浅い表面は、仕様書で使用されるテストターゲットよりも少ない信号しか返さないためです。

実用上の結論として、公称精度が類似した2つのスキャナーを比較する場合、より有用な問いは、「残りの3つの要素について、どのスキャナーが正当化可能な記録を提供してくれるか」ということです。軌跡の品質を報告し、基準点との照合を可能にするシステムは、監査を受けるプロジェクトにおいては、表向きの数値がわずかに優れているシステムよりも価値があります。

購入価格以外の費用

処理時間。手持ちのハードウェア上で、代表的なデータセットのダウンロードから成果物の完成までにかかる時間を尋ねてください。口頭での説明ではなく、実際にその様子を見せてもらうよう依頼しましょう。
 

ソフトウェア。処理機能がソフトウェアに含まれているか、別途ライセンスが必要か、また、エクスポート形式が、情報損失を伴う変換工程を経ずに、クライアントが実際に使用しているソフトウェアにそのまま取り込めるかどうかを確認してください。
 

補正。GNSSに依存するあらゆる手法は、それがローカルベース局、ネットワークサービス、あるいは衛星から配信される補正データであるかにかかわらず、補正ソースに依存しています。これは運用コストとなり、地域によっては利用可能性の問題にもなります。
 

トレーニングとスタッフの作業時間。ハンドヘルド方式は操作の習得は早いが、熟練するには時間がかかります。その差は、作業チームが現場を離れた後に発見されるカバレッジの欠落という形で、ポイントクラウドに現れます。
 

データ保存。高密度の点群データは急速に蓄積され、そのアーカイブは多くの場合、選択の余地ではなく契約上の義務となります。

3つのプロジェクトと、それにぴったりのスキャナー

建物の改修工事で、4階建て、現在入居中。成果物として、設計調整用の竣工モデルを作成する。 現場は閉鎖されており、アクセスは困難で、許容誤差はセンチメートル単位であり、建物を閉鎖することはできない。ハンドヘルドSLAMが最適である：測定範囲は完全であり、作業チームが1週間にわたり入居者の妨げになることもなく、許容誤差も十分に達成可能である。
 

路面再舗装設計のための30 kmの道路区間。成果物は、上空が開放された線形資産に沿った路面モデルである。車両搭載型スキャンが最適である。なぜなら、現場の長さをコストではなく利点に変えることができる唯一の方法だからだ。
 

機械基礎の検収測量。成果物は、厳しい公差を満たす少数の測定値であり、これらは確認される。三脚を用いたスキャン、あるいは場合によってはスキャナーではなくトータルステーションが適している。これは、処理能力が最も高い手法が誤った答えとなるケースである。

契約する前に確認すべきこと

ショールームではなく、御社と同様の現場でのデモを依頼し、完成した数値だけでなく、その生データも提供してもらうよう求めましょう。また、軌道が良好な場合ではなく、不良な場合の精度について尋ねてください。なぜなら、紛争が生じた際の成果物を決定づけるのは、まさにその状況だからです。 現場で問題が発生した場合のワークフローがどのようになっているか、また作業員がどれくらいの速さでその異常に気づけるかを尋ねてください。さらに、ハードウェアだけでなくソフトウェアのサポートも誰が行い、どこから提供されるのかについても確認してください。
 

3Dレーザースキャナーは単なる購入品ではなく、生産ツールです。プロジェクト、現場、そしてそれを支えるオフィスに最適なものが、まさに「正しい選択」となります。 特定のシステムを検討されている場合、CHC NavigationのLiDARおよび3Dスキャン製品ラインアップには、ハンドヘルド型、車載型、航空機搭載型プラットフォームが含まれています。また、当社の「リアリティキャプチャに関する解説」では、スキャン完了後の点群データの処理について説明しています。

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CHC Navigation（CHCNAV）は、生産性と効率の向上を目的とした、高度なマッピング、ナビゲーション、測位ソリューションを開発しています。 地理空間、農業、機械制御、自律走行などの業界にサービスを提供するCHCNAVは、専門家の能力を高め、業界の発展を牽引する革新的な技術を提供しています。140カ国以上に事業を展開し、2,200名以上の専門家からなるチームを擁するCHC Navigationは、地理空間業界をはじめとする幅広い分野において、業界をリードする企業として認知されています。 CHC Navigation [300627.SZ] に関する詳細については、https://geospatial.chcnav.com/about/overviewをご覧ください。