3Dマッピングデータ測定サービス

F1コースやプルービンググラウンド、一般公道、鉄道のトンネルなどを高精度で三次元地図データ化

3DマッピングOpen CRG

3Dマッピングデータ測定サービス

弊社では、GNSS技術の専門家集団として、GPSがそもそも開発された主要な目的である「航行技術」への取り組みを、船舶、航空から自動車や建機などさまざまな分野に拡大すべく、古くから自動車の自動運転に関わる基礎技術や実用化技術で、欧米で最先端をいく大学や企業との連携を進めてきています。中でも、古くからドイツにおけるGPS技術の発展に取り組み、Gallileo衛星の技術開発に大きく貢献している、ミュンヘンのUniversität der Bundeswehr München(ミュンヘン連邦軍大学)の研究を事業化したスピンアウト企業や、カナダのカルガリー大学の研究を事業化したスピンアウト企業と、弊社は古くからパートナー関係を結んでいます。

国内のモバイルマッピング各社では提供が不可能なより高精度の3Dマッピングデータの分野では、F1レースのドライバーシミュレーターシステム向けの高精度地図データだけでなく、将来的に自動運転を実用化した際に不可欠となる周囲の建物や構造物、意味を持つ情報としての信号や標識、路面の標識、車線、走行軌道水準を表現可能なフォーマットも含めてタイヤや挙動制御の自動車開発シミュレーションソフトで正確なビークルダイナミックスを作り込めるデータの生成が求められています。とりわけ、グローバル調達が進展し、自動車メーカーのプルービンググラウンドで実車試験をしなくても品質の作り込みができる、高精度な3Dマッピングデータをベースにしたシミュレーション設計が海外の1st Tier企業で急速に導入されています。バイワイヤ化が進む自動車の開発においては、統合的なビークルダイナミックスの制御が重要となっており、自動車開発のシミュレーションソフトウエアや、HILSによる実機テストで、タイヤの路面との摩擦を含めた精密なシミュレーション設計が可能な3Dマッピングデータが不可欠となってきていることもその要因です。この技術を活用して、ドイツの自動車メーカーでは、既存の自動車の開発効率を高め、さらに複雑なビークルダイナミックスの制御が必要となるADAS機能や自動運転機能の技術レベルを短期間に大きく向上させることに成功しています。

第3世代車載プラットフォーム MoSES III

弊社とパートナー関係にある3Dマッピングデータ測定サービスプロバイダの1社が保有する、第3世代車載プラットフォーム MoSES IIIでは、最大8台のカメラと、4台の高解像度レーザースキャナーを搭載可能な計測車両を走行させて、1秒あたり100万ポイントのPointCloudデータを、1mm以下の精度で全世界の道路や線路などを測定することができます。1mm以下の密度でデータを取得可能なシステムは、他社も保有していまが、PointCloudデータの1点1点の座標の相対位置精度はばらついています。そこには絶対精度との整合性はありません。絶対精度と整合性を持たせ、すべてのPointCloudデータの1点1点の座標に1mmの相対位置精度を確保できるのは、弊社がパートナーを結んでいる新進企業が持つ世界で唯一の技術です。(2017年5月現在)絶対精度においては水平方向で3cm、垂直方向で5mmを実現しています。どんな自動車にも容易に搭載が可能なプロットフォーム設計となっていますので、日本で測定したいお客様向けには、同一の機器で弊社が3Dマッピングデータ測定サービスを提供することが可能です。

モジュラー設計した計測機器のプラットフォームを搭載することで、全世界の国と地域で現地の計測車両で計測を行うことが可能です。自動車のバイワイヤ化と、ADAS機能、自動運転技術開発に向けて、HILSを利用した挙動のシミュレーションが重要になっている中で。1mm精度の勾配で正確に路面を計測することができるのが、3Dマッピングソリューションズのプラットフォームのみであるため、現在、欧州だけでなく北米でも急速にニーズが拡大しています。MoSES IIIには以下のような特長があります。

  • 道路周辺形状のマップデータ化に向けて開発された測量車システム(鉄道車両にも利用可能)
  • 最適にカリブレーションされたセンサーを搭載しキャリアレールを搭載した幅広い車種の自動車に取り付け可能な可動型センサープラットフォーム
  • 独自技術をベースにオブジェクトのデータ収集が可能:
  • 可動型センサープラットフォームに最適化された高精度な位置、時間、姿勢認識とカリブレーション技術
  • デジタルカメラ(フルカラー/グレースケール)や、赤外線カメラのような補完的なセンサーデータの統合技術
  • データ取得後のデータ後処理解析技術
  • 最大4台のレーザースキャナーと最大4台のカメラを搭載可能
  • さまざまな解像度のデジタルカメラと、赤外線カメラ、グレースケールカメラを組み合わせて使用可能

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主な用途

路面や周辺にあるオブジェクトの高精度な3Dマッピング化には大きく別けて以下の4つの用途があります。

    1. 自動車のシミュレーション開発
    2. 自動車の自動運転機能提供
    3. 都市開発
    4. 道路や鉄道の施設管理

MoSES IIIの最大の強みは、上記の1.の用途にあります。この用途に最適化されたシステムであると言っても過言ではありません。加えて、上記の2.の用途についても、ドイツにおいては、Open Auto Drive フォーマットで、ドイツの自動車メーカーに対してMoSES IIIを利用した3Dマッピングデータ測定サービスが行われています。しかし、日本では既に、自動車メーカー各社が参画するダイナミックマッピング基盤企画株式会社が中心となって、Open Auto Driveのフォーマットに基づいた業界規格が定められ、モバイルマッピング企業各社が3Dマッピングサービスを提供しています。昨今、日本の自動車メーカーにおいて海外1st Tierからの各種自動車部品の納入が増加している中で、シミュレーション開発を活用することで。開発拠点が遠隔地にあって各自動車メーカーのプルービンググラウンドでの結合テストを行わずとも短期間で設計品質を高める取り組みが進んでいる中で、今後、ますますシミュレーション開発用の高精度な3Dマッピング化のニーズが高まっていくことが予想されます。

自動車のシミュレーション開発

自動車のシミュレーション開発向けの道路の3Dマッピングの用途は、走行性能や、ビークルダイナミックスを自動車開発用シミュレーションシステムでつくり込むための路面やオブジェクトデータの生成にあります。路面については、OpenCRGが代表的なデータ形式です。そしてオブジェクトデータを含めたデータ形式がOpen Driveです。Open DriveとOpen Auto Driveはまったく別のデータ形式です。国内のモバイルマッピング企業各社が提供するPointCloudデータから、OpenCRG形式へ変換することは可能ですが、道路の勾配やカーブ、カントの精度については、残念ながら正確な車両動態のシミュレーションが十分に可能な精度を持っていません。なぜなら、市場において最も高精度なPointCloud処理が可能なパッケージソフトウエアのひとつであるLeica社のCycloneや、国内外の既存のモバイルマッピング企業が利用している各社独自のソフトウエアでは、後処理により複数スキャナデータからPointCloudデータを作成し、GNSS+IMUの位置情報で絶対位置をある程度は盛り込むことはできても、スキャンしたすべての直交座標に、絶対位置との整合性をもたせた高精度なPointCloudデータを生成することはできません。スキャンしたすべての直交座標に、絶対位置との整合性をもたせられるのは世界で唯一、3Dマッピングソリューションのみが持つ技術です。この技術をHarmonization Methodと呼んでいます。この画期的なHarmonization Methodによって、従来ではカルマンフィルタ処理により大きな誤差がでていた道路の勾配やカーブ、カントの精度を、1mmの誤差範囲にまで格段に向上させています。

自動車のシミュレーション開発向けに特化した独自の技術

弊社の技術提携先が開発した計測車両を利用することでプロジェクトの特性に合わせて最適なセンサーを選択して計測が可能です。RTK/PPK測位を行うGNSS受信機で、高精度な位置と高度を計測し、さらにリングレーザージャイロで位置と姿勢をPointCloudデータ化します。画像データに関しては、レーザースキャナーや赤外線カメラ、通常の高解像度CCDカメラなど、プロジェクトで必要となるセンサーを選択し、計測車両にフレキシブルに搭載できるようになっています。

3DマッピングソリューションズのCRGデータ

この技術では、複数センサーのデータを解析して独自のモデリングで、必要に応じてテキスチャデータや、標識などのデータを付加して3Dマッピングデータ化しています。PointCloudデータや画像データを解析し、道路や建物、その他の対象物を自動的に分離して、データ化する技術が独自に開発されています。解析のプロセスにおいて、表面のテキスチャや、色、標識など、レーザースキャナーでは特定不可能で、ステレオカメラで撮影した情報を利用する対象物には、白線などの路面のマーキングや、レースコースのガードレールのペイント、路側の歩道の形状、マンホール、木、雑草、ごみなど様々なものがあります。日中に一般道を計測すると歩行者や自転車、他の道路も画像に入ってきますが、物体を特定して消去します。昨今、将来の自動運転の実用化に向けて、高精度地図のデータ形式の標準化が話題になっていますが、この技術なら、独自の解析技術により、PointCloudデータ、座標付きの(Geo-referenced)画像ファイル(TIFF/JPEG)、OpenCRGやOpenDriveなど、お客様の要望に基づいて的確なフォーマットでデータの提供が可能です。

自動車向け3Dマッピングのデータ標準化の動向

自動車のシミュレーションや、道路の測量、データ管理のために、有用な3Dマッピング技術ですが、自動車メーカーや、各国の道路管理当局が、ばらばらなデータ形式を利用するとなると、ソフトウエア開発など多面的に見て著しく非効率的になります。現在、OpenDriveとOpen Auto Drive Forumが、共に3Dマッピングの標準化を進める業界プロジェクトとして進行しています。

OpenDriveは、HILSを含む自動車シミュレーションシステムで必要とされる高精度な3Dマッピングデータの標準で、OpenDriverの一部をなすOpenCRGは代表的なシミュレーションソフトで既に利用されています。また、Open Auto Drive Forumに対しても高精度なデータ仕様を提唱しています。

Open Auto Drive Forumは、自動運転に必要となる次世代ナビゲーションシステムのための3D マッピングデータの標準化団体です。日本のカーナビメーカー、地図メーカー、自動車部品メーカーも参画しています。日本においてダイナミックマッピング基盤企画株式会社が中心となって進められている業界規格はこのOpen Auto Driveをベースとしています。

この技術の優位性は、主に自動車開発用のシミュレーションソフトで利用できる、1mmの相対位置精度にあります。1996年に創業されたドイツ企業、VIRES社(http://www.vires.com/)が中心となって、OpenDriveは推進されていますが、メンバーにはBMWやダイムラー、ドイツ航空宇宙センターの企業や団体が参画し、数年前から公道の高精度3Dマッピングの測定結果がデータベース化されています。また、OpenDriveの一環で、2008年から、オープンファイルフォーマットと、オープンソースツールを提供することで、路面データの標準化を行うOpenCRGのプロジェクトが、Audiや、BMW、ダイムラー、ポルシェ、フォルクスワーゲンなどのパートナー企業と共に進められています。

OPEN-CRG

自動車開発における、OpenCRGの主な用途は、タイヤシミュレーション、振動シミュレーション、運転シミュレーション、搭乗者の快適性などです。代表的な対応アプリケーションには、CarSim社の車両運動シミュレーションシステムが対応している、TASSインターナショナル社のDelft-TyreのMF-Tyreや、VI-GRADE社の車両運動シミュレーションシステムである、VI-CarRealTimeなど、以下に代表的なものを挙げますが、さまざまなシステムがあります。高度な運転制御を行う際の機能開発を行う上で不可欠となる、車両運動シミュレーションソフトウェアでの活用は、今後、ますます広がっていくことが予想されています。

    • 代表的なシミュレーション開発システム
メーカー製品内容
TASS InternationalDelft-Tyre
車両ダイナミクスソフトウエアのためのタイヤモデル
VI-GRADEVI-CARREALTIME車両運動シミュレーションソフトウェア
Virtual MotionDAFULマルチボディダイナミクスの機構解析、構造解析統合ソフトウエア
MSC SoftwareAdamsマルチボディダイナミクスの機構解析、構造解析統合ソフトウエア
Motion SolveAltair HyperWorks初期コンセプト設計時のる荷重予測機能と有限要素解析のための自動化ツール
SimpackSimPackマルチボディダイナミクスの機構解析、構造解析統合ソフトウエア
MathworksSimulinkマルチドメイン シミュレーションとモデルベース デザインのためのブロック線図環境
Mechanical SimulationCarSim車両運動シミュレーションソフトウェア
FunctionBayRecurDyn機構解析シミュレーションソフトウエア
TESIS DYNAwareveDyna車両運動シミュレーションソフトウェア
SIEMENSKMS Virtual Lab Motion機構解析シミュレーションソフトウエア
ESI GroupVirtual Performance (Pam-Crash)車両衝突シミュレーションソフトウエアを含む車両運動シミュレーションソフトウェア
IPG AutomotiveCarMaker車両運動シミュレーションソフトウェア

 

3Dマッピング技術により測定した路面のPointCloudデータは、自動車開発に利用するために、形状認識データである、進行方向(ヘディング、ヨー角度)を基準面(ベースプレーン)で表現された、OpenCRGのフォーマットに変換されて、シミュレータソフトウエア企業に提供されます。OpenCRGのフォーマットでは、オプションで斜面(スロープ、傾斜、グレード、ピッチ角)と、横断勾配(偏勾配、盛土、カント、キャンバー、ロール角)を表現することも可能です。OpenCRGは、「.crg」の拡張子をもつ、XMLファイル形式で記述されています。車両運動シミュレーションシステムを活用して、遠隔地にあるプルービンググラウンドや公道での最終的な実車試験を行うプロジェクトの、シミュレーション開発を行うとなると、3Dマッピングデータの計測はどうしても不可欠です。自動車業界のサプライチェーンがグローバル化し、日本の自動車メーカーの海外ティア1企業からの部品購入や、国内ティア1企業からの海外自動車メーカーへの部品供給が活発化する中で、3Dマッピングデータの計測ニーズは今後、ますます拡大していくことでしょう。

自動車向け3Dマッピングサービスの導入事例

自動車業界のサプライチェーンは以前にも増してグローバル化が進展しています。以前は、部品の開発、生産拠点が、納入先のメーカーの開発、生産拠点と隣接し、頻繁にプルービンググラウンドが利用される状況で、設計試作、量産試作などの開発ステップごとに実車に搭載した統合試験を実施することが可能でした。しかし、現在では、バイワイヤ技術の進展で、自動車メーカーと部品メーカーが隣接していても、統合試験自体の工数が増すことで、HILSなどシミュレーションによる試験が必要となっているだけでなく、国をまたぐ自動車メーカーと部品メーカーと間の開発、設計プロセスの連携において、遠隔地にあるプルービンググラウンドを想定したシミュレーション試験が必要となってきています。このトレンドは、米国と欧州、日本のそれぞれの自動車メーカーと部品メーカーとの間でグローバルに共通して同時進行しています。大きな背景として、韓国、中国、インド自動車メーカーの台頭による競争環境の激化により、自動車メーカーやサプライチェーンの再編の動きが止められない状況があります。そこで、先進的な自動車メーカーと部品メーカーの間で、国内外にあるプルービンググラウンドの3Dマッピングデータを計測してシミュレーション開発を加速化する事例がこの数年の間で激増しています。

プロジェクトの検討段階から実施にいたるまで、目的に合わせて長年のノウハウを蓄積した専門スタッフと共に総力をあげてサポートいたします。弊社にご相談いただければ、測定目的、地域、時期、区間をお伺いして日本から遠隔で全世界のどこの道路でも、お客様が必要とする地図精度や仕様で生成した高精度の地図データを提供可能です。また、弊社が計測車両を日本にセットアップしてより短いリードタイムとよりきめの細かいサービスを推進する計画が、現在、着々と進んでいます。

OpenDriveのプロジェクトデータ

OpenDriveのフォーマットを利用した大規模なプロジェクトがドイツやサンフランシスコ郊外のシリコンバレーで展開されています。OpenDriveのデータには、自動運転やADASのシミュレーションシステムで3Dマッピングデータが利用できるように、路面標示や標識などのデータが格納されています。

OpenDriveを推進するVIREのウェブサイトには、3Dマッピングの特長を説明した英語資料が掲載されています。他のモーバイルマッピングでは不可能な、「PointCloudのすべての座標に対して1mmの相対位置精度」を確保する特長について、詳しい内容はこちらをご覧ください(英語)。


自動運転やADASのシミュレーションシステムに向けて、OpenDriveのデータには、PointCloudデータだけでなく路面標示を含めた種類別に色分けされた表示マークが格納されています。

OpemDrive

OpenDriveのプロジェクトで測定した3Dデータをいくつかご紹介します。

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例として、このデータには、交差点の曲がり角の形状や、路面標示、歩道の形状が含まれています。

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また、このデータには、交差点の曲がり角の形状や、路面標示、歩道の形状に加えて、信号が含まれています。

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さらに、この図では、ドイツの公式団体で、自動車メーカー、車の部品メーカー、地図データサプライヤー、カーナビ、カーナビ用アプリケーションサプライヤーが参加して、カーナビゲーションのデータを標準化しているNDS協会の青線で示されたデータと、OpenDriveのデータを結合させることができることを示しています。

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このチャートのように、運転席からの視点でデータを展開することも可能です。

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シリコンバレーにおけるOpenDriveのプロジェクトでは、全長276キロにおよぶ道路を、1,251軸で測定しています。317か所の交差点と、のべ2,500キロのレーン、4,500か所の信号、3,900 点のPointCloudデータオブジェクト、220キロのラインオブジェクトがオープンソースデータ化されています。

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プロジェクトのデータをオルソ図にして拡大すると、さまざまなオブジェクトが含まれていることがお判りいただけます。

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オープンソースのOpenDriveデータに、独自のパラメータを加えることで、この図のように、ビジュアルなプレゼンテーションも可能です。

路面形状のOpenCRG/OpenDriveデータ化


路面形状のPointCloudデータを動画表示しています。このようなPointCloudデータをベースにOpenCRG/OpenDriveデータが生成され、自動車のシミュレーションシステムで活用されます。

F1コースの3Dマッピングデータ


3Dマッピングデータは、F1レースのゲームソフトでも利用されています。近年のゲームソフトで利用されているビークルダイナミックスのアルゴリズムは、実車開発で使用されているアルゴリズムを凌ぐ高い精度を実現しています。ゲームソフト向けのソフトを手掛けていたソフトハウスが、実車開発用のシミュレーションシステムを手掛けている例もあるほどです。ゲームマニアにはたまらない、ゲーム画像の元データとなっているPointCloudデータです。

道路のPointCloudデータ化


高速道路を走行して測定した3Dマッピングデータを、データ処理の過程で視点を変更させることで、空から撮影したように描画したPointCloudデータです。

都市計画

欧米では、観光産業の発展などさまざまな目的で、景観を含めた都市計画や規制の立案のために、高精度な3Dマッピング化が利用されています。測量による図面化の手間を省くことで短期間に低コストで現状の把握と、課題の抽出、計画の立案が行われています。

市街地モデルのデータ生成


ケーブルカーが走るサンフランシスコの優雅な街並みの3Dマッピングデータです。レーザースキャナーでは、木の葉や、車の窓ガラス、水など、乱反射をおこす物質や透明な物質をPointCloudデータにすることができません。この動画では、その特徴を確認することが可能です。


ドイツにおいて多くの航空、自動車関連ハイテク企業が集積するインゴルシュタットの市街の3Dマッピングデータです。PointCloudデータを3D CADソフトにインポートすることで、実データに即した都市計画モデルの策定が可能です。例えば、景観を重じてランドマークとなる建造物が、街の中心にある公園から見えるように規制を設けるなどといった施策の展開も可能となります。

鉄道や道路の施設管理

ドイツでは、鉄道や道路向けに、線路や道路の劣化、カント、カーブ、勾配、ポイント、レールのつなぎ目などの線路や道路の形状、トンネルの劣化、トンネル内の配線、表示器、標識などの設備の管理、建築限界の確認のために高精度な3Dマッピングデータ化が行われています。鉄道会社や、道路を管理する国や地方の公共団体は、より高い安全を確保するための定期的な整備や、最適な道路計画の立案や、整備業務の効率化のために活用されています。

トンネルのキネマティック測量


オーストリア最長を誇る全長13,976メートルのアールベルクトンネルを3Dマッピング化したPointCloudデータの動画です。


高精度なリングレーザージャイロを利用することで、GNSS信号が届かない地下鉄においても、正確に位置や挙動を測定し、3Dマッピングデータを生成することでキネマティック測量が可能となっています。

鉄道線路のキネマティック測量


鉄道線路のキネマティック測量に使用された3Dマッピングデータを動画にしました。RTK測位のGNSS受信機、リングレーザージャイロ、レーザースキャナーなどの測定機材を鉄道車両に搭載して3Dマッピングデータ化しています。

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