viDoc RTK と P1 と DJI Matrice 300、どっちがいいの？

フォトグラメトリーとLiDAR技術の進歩により、現実世界を3D化する新しいワークフローや機能が生まれました。 LiDARセンサーを含む新しいスマートフォンの台頭で、地上測量はより一層の注目を集めていますが、ドローンによるフォトグラメトリーも4Gドローンなどの特殊なハードウェアの登場により日々進化しています。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、1つの現場を詳細に調査するようなプロジェクトの場合は、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の専門企業です。測量用のソフトウェアやハードウェアを販売しており、建設や測量ですぐに使える正確な3Dモデルを作成・提供するエキスパートです。彼らは、いくつかのツールをテストし、技術的な精確性を確認するための独自のリファレンスを作成しました。

まず着手したのは、第一次世界大戦中に建設されて一部が取り壊されたコンクリートバンカーに着手でした。

NaviGateのチームは、複数ツールで現場の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 roverでデータ収集に乗り出しました。RTKデータセットは、非RTKワークフローでの精度を検証するために、XIAOMI 11 Liteのデータセットと比較されました。

RTK ドローン vs RTK ローバーの精度を比較するためにベースデータセットを使用します

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ました。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され、その精度が検証されました。

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 フォトグラメトリソフトのPIX4Dcloudで処理されました。

RTK精度の完全な3D地上波スキャン

viDoc RTK roverは、特定のiOSおよびAndroidデバイスに取り付けるハンドヘルドデバイスです。無料の地上スキャンアプリ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。そのため、viDocとPIX4Dcatchで収集されたデータには、RTKデータでタグ付けされた非常に詳細な写真が含まれており、センチメートル単位の精度を実現します。。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データとフォトグラメトリ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ます

今回の例では、NaviGate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、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本の線状に天井もスキャンしました。

PIX4Dcatchは、ユーザーが現場を歩きながら3Dモデルを作成することができます。3Dモデルの完成を示すライブフィードバックも内蔵しており、データの取得漏れがないことを確認できます。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。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を使って同じ方法で地上でのスキャンを行い、結果を比較しました。データの収集にPIX4Dcatchを使用しましたがが、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ません。

フォトグラメトリ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フォトグラメトリ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。PIX4Dcloudを介して自動的に行う場合は、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ともあります。

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チームは結果の比較を開始しました。

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という結果を出しました。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りました。

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でした。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工程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。

航空フォトグラメトリと地上フォトグラメトリの選択

NaviGateのチームは、どちらのフォトグラメトリでも高い精度が得られると判断しました。 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を生成しました。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ました。 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ため、最適だと考えられます。

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でした。

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。