SLAMベースの新しいスーパーステーションRTKソリューションが発表されました

RTK測量とは、通常、RTK技術を用いた移動式測量装置を指します。GNSS受信機を用いて無線局またはネットワークを介してCORSシステムに接続し、RTK測位を行います。同時に、所定の長さのセンタリングロッドを用いて、センタリングロッドの底部の座標をリアルタイムで高精度に収集します。例えば、制御点座標、断片点、図面ルート点などの収集や、図面ロフトなどの作成に利用されます。

従来型のRTK

従来のRTK測量ではセンタリングポールを使用するため、GNSSアンテナの位相中心と測定点との厳密な垂直方向のずれが求められる。そのため、通常はセンタリングポールに水準器を取り付け、実験室で厳密に校正を行う。

従来のRTKでデータを収集する場合、部屋の角などの上部構造物で測定する点については、GNSS受信機本体に一定のサイズがあるため、平面位置を正確に収集することは通常不可能です。

慣性RTK

従来のRTKでは傾斜測定ができないという問題を解決するため、プロの測量士は慣性航法を内蔵したGNSS受信機を開発しました。この受信機は、センタリングポールの傾斜角と方向に基づいて、GNSS位相中心から測定点までの距離を補正し、側面からの干渉があっても正確に点を収集できます。しかし、従来のGNSS受信機と同様に、慣性航法RTKはGNSS信号のある環境でしか収集できません。建物内や軒下など、GNSS信号のない環境では、依然として効果的な収集はできません。

画像RTK

軒下などGNSS信号が届かない場所の測量点のデータ収集問題を解決するために、イメージRTKが開発されました。イメージRTKはGNSS受信機に内蔵されたカメラモジュールです。写真測量の順方向交差法に基づいてGNSS信号が受信可能なエリア内の測量点を撮影し、多角度画像交差法または杭打ちによって測量点の座標を取得します。

レーザーRTK

レーザーRTKとは、GNSS受信機にレーザー距離計を搭載し、レーザー照射によって測点を収集・設置する装置のことです。レーザーRTKは、センタリングロッドを使用せずにレーザーで測量対象点を直接照射し、同時に装置から測量対象点までの距離情報を測定できます。機体に内蔵された高精度慣性航法装置とGNSSから得られる姿勢情報に基づいて、測量対象点の座標が得られます。

画像RTKとレーザーRTKは、GNSS信号から信号なしまでの10メートルの境界測定は解決できますが、GNSS信号のないより深いエリア、例えば複雑なインターチェンジシステムの底部の測定、屋内および屋外駐車場の測定などについては何もできません。

従来型のRTK

慣性RTK

画像RTK

レーザーRTK

導入

スーパーステーションRTKとは、従来のRTK測位においてSLAM技術を用いて航法計測を実現するGNSS RTK受信機装置を指します。この装置では、従来のGNSS受信機にレーザーSLAM技術を導入し、レーザーSLAMの強力な環境認識能力と地図構築機能を活用して、高精度な位置測位と正確なリアルタイム点計測を実現します。GNSS信号が利用可能な環境では、RTK装置は主にGNSS信号に基づいて点計測や杭打ちを行い、レーザーSLAMオドメトリに正の補正を加えます。RTK装置がGNSS信号の利用できないエリアに入ると、レーザーSLAMによる計測と位置測位を継続し、高精度な位置情報を出力します。

この技術的方向性に基づき、SLAM2000ハンドヘルドLiDARスキャナとS-RTK100多機能ポータブルRTKモジュールを用いてスーパーステーションRTKを実現するソリューションを提案した。

SLAM2000システム概要

SLAM2000は、新世代のハンドヘルド型LiDARスキャナです。非反復走査レーザーセンサ、自社開発の高精度慣性航法システム、および12メガピクセルのカメラを搭載しています。高精度点群マッピング、高精度ナビゲーション、および高精度測位機能を備えています。

S-RTK100システム概要

S-RTK100は、5つの星と16チャンネルのボードモジュールを採用しています。SLAM製品と組み合わせて使用​​することも、データ収集用の独立したGNSS受信機として使用することもでき、センチメートルレベルの絶対精度でのデータ収集を実現します。

使用法

Superstation RTKは主にGNSS受信機、SLAM機器、センタリングポール、およびAPPで構成されており、その他のハードウェア機器を追加する必要はありません。

全体のワークフローは以下のとおりです。

1) RTK機器、SLAM機器、アライメントポールなどの機器を接続してスーパーステーションRTKアセンブリを完成させ、モバイルアプリを介して制御および収集します。

2) 初期化プロセス中は、GNSSの障害物がないエリアでスーパーステーションRTKの電源をオンにする必要があります。モバイルアプリを使用してCORSシステムを設定し、ポールの高さなどのパラメータを設定します。RTKが固定解を取得したら、SLAM機器の電源をオンにして新しいプロジェクトを作成します。

3) 取得プロセス中、GNSS信号のあるエリアでもGNSS信号のないエリアでも、RTKは通常取得、傾斜モード取得、反転モード取得などを実行できます。GNSS信号がひどく遮断されている状況や、GNSS信号がまったくない状況でも、森林の下、軒下、屋内、地下空間などのエリアで座標収集や杭打ちを行うことができます。

4) 収集した座標点データをエクスポートし、必要な測量および地図作成結果をさらに作成します。

収集図

上図に示すように、スーパーステーションRTKは、通常の屋外環境（緑色のトラック）でGNSSによって取得されたRTKデータに基づいて位置情報を収集し、同時にSLAM姿勢に基づいてポールの高さと傾斜を補正します。傾きや反転によってGNSS信号が遮断された場合、レーザーSLAMオドメトリは位置と姿勢のナビゲーションを継続して実行できます。GNSS信号のない環境（赤色のトラック）に入ると、GNSS信号は失われますが、レーザーSLAMは位置と姿勢のナビゲーションを継続して実行し、収集対象点の位置座標情報を正確に取得できます。GNSS信号のない環境から屋外環境に戻ると、データ収集を継続的に継続できます。GNSS信号のない領域が広い場合は、屋外に数回出てGNSSデータの一部を受信して​​から屋内に戻ることで、収集した座標の精度を確保できます。また、必要に応じて後処理を実行して、データの精度をさらに向上させることもできます。

前述のように、GNSS受信機やその他のセンサーに依存する現在のRTK測定方法は、主に従来型RTK、慣性航法RTK、画像RTK、レーザーRTKなどです。

従来のRTKは、座標測定や杭打ちの主装置としてGNSS受信機を使用します。慣性航法RTKは、慣性航法装置を内蔵しており、中心ポール傾斜測定を実行できます。画像RTKは、ビジョンシステムに基づいており、前方交差を実行したり、画像を通して測定対象点の座標を収集したり、誘導による杭打ちを実行したりできます。レーザーRTKは、レーザーポインティングと測距を使用して、レーザー点の座標を収集または杭打ちします。同時に、レーザーRTKも慣性航法システムを使用する必要があります。上記の複数のモードは、相互に組み合わせて統合することで、より多くのアプリケーション機能を実現できます。

スーパーステーションRTKの実現可能性を検証するために、SLAM2000+S-RTK100を組み合わせたソリューションを用いて検証を行い、北京宝盛広場エリアの地上建物、地形、ロビー、地下駐車場に関するデータを収集し、測量およびマッピング結果マップを作成した。

宝盛広場は、地下1階、地上9階建ての建物です。建物全体は正方形の形をしており、一部に廊下があります。全体的に階数が高く、1階の店舗には軒があります。従来のRTKでは、測定対象点をすべて完全に取得することは不可能であり、屋内や地下の直接測定も不可能です。通常、従来のRTKに基づく測定にはトータルステーションなどの手段が必要ですが、スーパーステーションRTKソリューションを使用すれば、一度の測定で完了し、測量とマッピングの精度を確保できます。

宝勝広場の概略図

初期化

SLAM2000 + S-RTK100を専用の単柱に設置し、電源を入れて、CORS設定、SLAM初期化、その他のパラメータ設定をデバイス上で実行します。

データ収集

初期化が完了すると、データ収集が可能になります。データ収集中は、モバイルアプリを介してポイント収集が行われます。GNSS信号が受信できるエリアでも、受信できないエリアでも、スーパーステーションRTKを使用して、通常測定、傾斜モード測定、反転測定などを行うことができます。収集が完了すると、屋内および屋外の座標値のリストが直接出力されます。

調査結果を描く

スーパーステーションRTKを使用して収集した屋内および屋外の段差点をプロットし、線画結果を生成します。同じデータセットで、建物の内部と地下駐車場を直接描画できるため、宝生公園の地上および地下の図面一式を直接取得できます。

スーパーステーションRTKは、新たに導入されたSLAM+RTK動作モードです。主に、通常の環境下やGNSS信号がない、あるいは視界不良の状況下で、点の絶対座標を取得または設定するために使用されます。SLAM技術を活用することで、従来のRTK操作プロセスを効果的に簡素化し、RTKの利用範囲を拡大するとともに、工学計測のための新たな機器オプションを提供します。