最新の測量技術とその活用例

最新の測量技術とその活用例 第一工科大学 田中 龍児

1. ドローン手動操縦、手持ち カメラでの写真測量基礎 2. RTK、CLAS、MADOCA Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 2

1. ドローン手動操縦、手持ちカメラ での写真測量基礎 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 3

写真測量の流れ ３次元点群データ及び オルソ画像の作成 点群編集 ３次元形状復元計算 空中撮影 標定点・検証点の設置 飛行計画 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 4

国土地理院のマニュアル案 UAVによる空中写真を用いた 数値地形図作成 UAVによる空中写真を用いた 三次元点群作成 こちらが中心 New 写真測量 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 5

New 写真測量の原理 Structure from Motion (SfM) 特徴点抽出 マッチング フィルタリング Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory カメラの位置を決定し、 高密度化 6

SfM の原理 特徴点

３次元化はできても、 そのままでは測量には使えない 地球上の位置、高さ、縮尺 を設定する必要がある そこで、 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 8

座標値（X,Y,Z）の分かっている点（標定点）に、 対空標識を設置して写し込む ドローン（カメラ）の位置や傾きがしっかり分かる 9

どのように飛ばすか？ オーバーラップ（隣接写真の重なり）８０％以上 サイドラップ（コース間の重なり）６０％以上 UAVを用いた公共測量マニュアル案 H29.3改正版 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 10

Mavic2proのカメラ諸元 カメラ：有効画素数:20 Mピクセル レンズ：焦点距離 F=28 mm（35 mm換算） センサー：CMOS a×b=13.2 mm×8.8 mm， 5478×3651ピクセル

（１）35 mmフィルムの対角線⻑Lの計算

（２）CMOSの対角線⻑ の計算 mm

（３）レンズの実際の焦点距離fの計算 カメラ諸元では 28 mm（35 mm換算）となっているが、 その関係は下図になる。 ⋅ 15.864426 43.266615 28 10.266667

（４）撮影高度Hと画像縮尺1/mの計算 縮尺1/ ，焦点距離 ，撮影高度 の関係は， 1 30 ： 1 10.266667 30 1000 1 2922 10.266667 50 1000 1 4870 50 ： 1

（５）地上画素寸法p1×p2（p1≈p2）の計算 CMOS 30 1 13.2 mm×8.8 mm，5478×3651ピクセル ： 2 7.0 50 1 13.2 5478 7.0 2922 8.8 3651 2922 8.8 3651 4870 ： 2 11.7 13.2 4870 5478 11.7

（６）撮影基線⻑Bとコース間隔Cの計算 （オーバーラップ 90%，サイドラップ 60%の場合）

30 ： 1 ⋅ ⋅ 1− ⋅ 100 1000 90 1 2922 13.2 1− 3.9 100 1000 1 ⋅ ⋅ 1− ⋅ 100 1000 60 1 2922 8.8 1− 10.3 100 1000

50 ： 1 ⋅ ⋅ 1− ⋅ 100 1000 90 1 4870 13.2 1− 6.4 100 1000 1 ⋅ ⋅ 1− ⋅ 100 1000 60 1 4870 8.8 1− 17.1 100 1000

1cm以内の精度で撮影するには 2 秒セルフタイマーで静止画撮影する場合、 H = 30 m オーバーラップ90 %、サイドラップ60 %では、 飛行速度V = 2 m/s、コース間隔C=10 m 以下で撮影 H = 50 m オーバーラップ90 %、サイドラップ60 %では、 飛行速度V = 3 m/s、コース間隔C=17 m 以下で撮影

撮影方法 計測面

10ｍ 30ｍ 計測面

ドローンを手動で操縦して、 撮影してみました。

鹿児島県姶良市蒲生町の法面工事

撮影位置

作業の流れ GCPターゲット設置 GCP座標設定 標定点測量 計算解析 マニュアル空撮 重複画像の削除 100枚程度が理想 点群上で計測 オンラインで 点群計測 3次元化ソフト に画像取り込み

WEBサーバーにアップロードするのは難しい 簡単にアップロードするソフト PoiCL2Potree を開発しました。 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 29

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標定点測量は手間がかかる 標定点測量を簡単にやれないか？ RTK、CLASなどの衛星測位を提案します。 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 31

2．RTK、CLAS、MADOCA 32

GNSS衛星数 31 ４ 24 35 24 8 https://www.ne.jp/asahi/nature/kuro/HGPS/principle_gps.htm

• https://www.ne.jp/asahi/nature/kuro/HGPS/principle_gps.htm

RTK（Real Time Kinematic） 衛星クロック誤差 衛星軌道誤差 衛星信号バイアス GNSS衛星 電離層遅延誤差 対流圏遅延誤差 基準点と同時に電波を観測することで 電離層、GNSS衛星の誤差がキャンセルできる 基準局（Base） 基準点との相対的な距離が 基準局との相対的な距離が 正確に求められる 正確に求められる 移動局（Rover） RTK測位は固定局（基地局）と移動局という2つの受信機を使用し、リアルタイムに2点間で情報をやり取りすることで測位精度を高 めるという手法です。移動する＝「動的な」受信機で、「リアルタイム」に測位できるので、RTK測位と呼ばれます。 34

基準局から10㎞以内は誤差1cm 固定基地局アンテナ RTK研究会基地局 基地局管理モニター・受信装置 35

第一工科大学の基準局が国土地理院の民間等 電子基準点に登録されました。（九州初） 2021年5月19日、第一工科大学のRTK（リアルタイムキネマティック）基準局が国⼟地理院の⺠間等電⼦基 準点として登録されました。⺠間等電⼦基準点の登録とは、⺠間等の基準局の性能を評価し登録する制度 でが、九州初、全国でも３番目の登録になりました。 五大開発の基準局も国土地理院の民間等電子基 準点に登録されました。（北陸初） 36

RTK研究会で基準局を設置してきましたが、 RTK研究会で基準局を設置してきましたが、 最近はほとんど増えていません。 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 37

Rover Antenna Dual Frequency Receiver Tablet

Distance from the Base station is within 10km

Distance from the Base station is 20km

標定点設置で使う UAV Ground Control Point RTK UAV

地形測量で使う

軽石計測

標定点測量が１点当たり１０秒 しかし、基準局の設置など面倒 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 44

CLAS （Centimeter Level Augmentation Service） 45

CLASは、 基準局が不要 インターネットが不要 46

災害現場の緊急的な測量にCLASを使うことを提案します。 47

CLASロガーの開発しました。 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 48

CLAS対応アンテナ TakionCM001 書込中 ラズパイゼロ FIX モバイル バッテリー 開発したCLASロガーアプリ

CLASロガーの特⻑ • • • • • • • • • インターネット不要 基準局不要 PCを持ち歩く必要なし データは現場でダウンロード KabutoDynaEXEで今期データを元期データに変換 公共測量座標系で出力 アンテナ高入力可能 安価でシステム構築 ログデータは安定・安価なCLAS受信機 TakionCM001 の出力に対応（2023/01/12現在）

データの取り出し方 ① CLAS（TakionCM001）とロガーのケーブルを外す（500円ぐらい のスイッチが販売されている） ② ロガーのスイッチを入れる ③ PC画面のネットワークアイコンをクリックして、wi-fiで「clas」 に接続 ④ ⑤ ⑥ ⑦ すこし時間が掛かる場合がある 接続IDは「12345678」 エクスプローラーをクリック アドレスに「¥¥raspberrypi.local」を入力 表示される「share」アイコンをクリック データーを取り出す

基準点なし インターネットが繋がらない こんなときは CLASロガーで測位 CLASロガーで測位

樹木下や崖下では 衛星電波が届かない GNSS電波の届かない GNSS電波の届かない 所はTS 所はTSで測量 TSで測量 測位データを WiWi-fiで fiでPCへ転送 PCへ転送 田中研究室で開発したアプ リ KabutoDynaEXEで元期に KabutoDynaEXEで元期に 変換

KabutoDynaEXEの開発 CLASで観測された今期の座標を元期（げんき）の座標に変換 日本測地系2011のジオイドGSIGEO2011を基準とする標高に変換 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 54

KabutoDynaEXEの開発 Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 55

Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 56

Daiichi Institute of Technology Spatial Information Labolatory 57

CLASは精度は良いが、日本国内限定 世界中で使える MADOCAが注目されています。 58

MADOCA （Multi-GNSS Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis） JAXA

MADOCA の観測実験開始

PoiCLユーザーは、 田中研究室で開発したWEBプログ ラムを利用できます。

標定点測量 A set of programs created by Sunday programmer Tanaka for aerial drone surveying 設 計 変換ソフト ichimill→XYH 緯度経度→XYH Google KML変換 KabutoDynaEXE ・ ・ ・ KabutoDynaEXEは優れもの 点群データ 空 撮 SfMソフト Potreeで共有 2019年五大開発と 共同で開発 変換・転送ソフト PoiCL2Potree 2022年8月作成

ソフトバンク ichimill RTK ネットワーク型 RTK CLAS MADOCA ・精度１㎝ ・インターネットが必要 ・通信料や利用料金が必要 ・精度は少し劣る ・インターネットが不要 ・通信料不要 自動運転にも使われ始めており、 スケーラビリティの点で優れ、 今後普及すると思われます。 63