あなたが作ろうとしている自律走行トラックが目的地に到着するのをどうやって確認しますか？あるいは、自律走行するロボットタクシーが 通り過ぎる街灯を通過するのではなく 通り抜ける どうやって？
その答えはもちろん、車両に地理空間データを処理させるナビゲーション・エンジンを作ることだ。地球上のどこででも（あるいは、少なくともあなたが自律走行プラットフォームを売り込みたい地域で）うまく作動するナビゲーション・エンジンを作るには、考慮すべき変数や課題がたくさんある。
今回は、地球の形状がもたらす課題に焦点を当てる。
何を考慮する必要があるか？
まとめると、注意すべき点は以下の通りだ：
- 地球の形状を表すには、さまざまなシステムがある。
- これらのシステムを使って、地球の一部、あるいは全体をマッピングするさまざまなモデルがある。
- 自律プラットフォームのすべてのハードウェアが、同じシステムやモデルを使うとは限らない。
もしナビゲーション・エンジンがこれらのことを考慮していなければ、プラットフォームが意図したところに進まないというリスクがあります。これは、乗客が目的地までうまく移動できるか、ロボットタクシーがテストコースで動作していない限り、道路の家具にへこみを作ってしまうかの違いになりかねない。
なぜこのようなことが重要なのかを理解するために、まず地球の形から説明しよう。
地球は球体ではない
地球はでこぼこしているにもかかわらず、ビリヤードの球が地球と同じ大きさになるよりは滑らかである。ビリヤードをする人はもういないにもかかわらず、これは地球が比較的滑らかであることを意味していると考えてもいいだろう。残念なことに、地球を測量して自律型プラットフォームが航行できる地図を作るとなると、この例えはビリヤード台の横に立てかけられたキューと同じように崩れてしまう。
まず、地球は完全な球体ではなく楕円体であり、非常にでこぼこしている。測地学的な用語で言えば、私たちが最も地図に近づけるのは 実際の ジオイドと呼ばれる形状は、平均海面（陸地の下に海がある場合）に基づいた理論的な形状である。しかし でもも、地図作成には複雑すぎる。科学者たちが最初に地球のグローバル座標系を作ろうとしたとき、彼らはすぐに次のような理論的な楕円体を作る必要があることに気づいた。 平らなを作る必要があることにすぐに気づいた。やがて、複数の楕円体が誕生した。
なぜ楕円体は1つではないのですか？
測地楕円体の目的は、ジオイドに可能な限り近づけることだが、それほど単純ではない。複数の楕円体を同時に使用する理由はいくつかある：
- 楕円体の中には、ジオイド全体にベストフィットするように設計されているものもある。現在、最も一般的なグローバル楕円体はWGS84（世界測地系84）とGRS80（測地基準系1980）の2つです。この2つの楕円体は、地球の大部分、あるいは全地球を地図化しようとする場合、最良の結果をもたらします。
- 楕円体の中には、ジオイドの特定の部分（国など）に最もフィットするものがあり、その地域では全球楕円体よりも正確ですが、それ以外の場所では正確ではありません。例えば、英国ではAiry 1830楕円体(このOSの記事では、Airy 1830がいかにGRS80よりもジオイドに近いかを紹介しています)。
- 楕円体は、技術の進歩によって楕円体を再計算してジオイドに近づけることができるようになった場合（あるいは、地殻変動などによってジオイドが変化した場合）、時折更新される。
では、データムとは何か？
データムは地理座標系の重要な部分である。このように考える：
- 地理座標系は、地球上のあるものの位置をどのように表現するかを教えてくれる。
- データムは地球上の固定点を与え、そこから座標系を構築することができる。
データムには水平と垂直の2種類がある。
水平データ
水平公差は、緯度と経度を現実の世界に結びつけるものです。楕円体と同じように、世界全体で最高の精度を出すように設計されたグローバル・データムと、特定の地域で最高の精度を出すように設計されたローカル・データムがあります。
しかし、ローカルデータムは必ずしもローカル楕円体から作られるとは限らない。イギリスでは、エアリー1830楕円体を基にしたOSGB36データムを使用しているが、北米ではGRS80グローバル楕円体を基にしたNAD83を使用している。データムはまた、地殻変動や技術改良を考慮して定期的に更新される（あるいは、より適合性の高い新しい楕円体に基づいて更新されることもある）。例えば、日本で使われているJGD2011は、東日本大震災後にJGD2000に代わって作られたもので、JGD2000は精密測定の信頼性を失うほど地質に影響を与えた。
垂直データ
垂直データムは、座標系の高さを現実世界に固定するものである。鉛直データムとして楕円体の表面を使用するシステムもありますが（特にWGS84）、他のほとんどは、海面が平均海面と等しくなる（つまりジオイドに最も近くなる）特定の点を使用します。しかし、水上や空中での航行には、もちろん大きな意味を持つ。
なぜこのようなことが重要なのか？
さまざまな楕円体に基づくさまざまなデータムが存在するため、3つのことが真実であることにお気づきだろう：
- 座標のセットは、使用するデータムによって複数の場所を指すことができる。
- 一つの場所が異なるデータムで異なる座標を持つことがある。
- また、海抜／ジオイドから高さを測っているのか、楕円体の表面から測っているのかによって、その位置は異なる高さになることもある。
多くの場合、距離の差はそれほど大きくない（例えばWGS84とITRFの差は一般的に10mm以下）。しかし、距離が大きく異なることもある。例えばオーストラリアでは、最新のデータムであるGDA94とその前身であるAGD84は、場所によっては200m以上の差がある。さらに悪いことに さらに悪いことにさらに悪いことに、ADG66と呼ばれる古いバージョンもあり、3つすべてのデータがオーストラリアのさまざまな場所でまだ使われている。オーストラリアやアメリカのような大きな国では、州によって異なるデータムを使用しているため、州をまたぐとマッピングがさらに複雑になります。
データムの問題は、自律走行車に2つの大きな結果をもたらす可能性がある（ドローンや潜水艦を作る場合は3つ）：
- つまり、必要な場所に進まなかったり、あるはずのないものに衝突したりするのだ。
- 高さが関係する乗り物の場合、高さの見積もりを間違えると、地面に激突したり、空中に着地しようとしたり（ネタバレ注意：これも地面に激突することになる）、水中にいるのに水面にいると思ったり（あるいはその逆）する可能性がある。
- 走行距離を緯度経度の座標に変換するのは不可能に近い。
なぜなら、IMUはメートル単位でデータを出力し、GNSS受信機は緯度経度座標を出力するからです。ナビゲーション・エンジンがメートル単位の動きを緯度・経度座標の動きに正しくスケールアップできるようにしなければなりません。そうでなければ、カルマンフィルターは少なくとも1セットの計測値を不正確なものとして拒否し始め、あなたのプラットフォームの妨げになります。その上、極地に近づけば近づくほど、座標グリッドが小さくなることを覚えておかなければならない。自律走行車をテストコース以外の場所で適切に動作させたいのであれば、これは極めて重要なことだ。各データムのグリッドは微妙に位置が異なるため、その移動量はどのデータムを使うかによって変わってくる。
OxTS アプローチ
INSデバイスは、データムの問題にできるだけ対処できるように設計されています。すべてのOxTS 慣性航法システムは、以下のデータムを使用してリアルタイムで位置データを出力することができます：
- WGS84
- ITRF2008
- ETRS89
- NAD83
他のデータムを使用する必要がある場合は、弊社のポスト処理ソフトウェアをご利用ください、 OxTS Georeferencerのユーザーは、これらのデータから世界的に使用されている主要なデータへ変換することができます。
質問は？
この記事で、地球の形状が自律型プラットフォームの構築方法にどのような影響を与えるか、ご理解いただけただろうか。もちろん、この記事は出発点に過ぎません。もっと学びたい場合は、下部にリンクした参考記事やその他のトピックをご覧ください。もちろん、あなたのオートメーション・プロジェクトについて具体的な質問があれば、私たちのチームが喜んでお答えします。
参考文献
データムの詳細｜測量地図政府間委員会 (icsm.gov.au)
WGS84とは｜バーチャルサーベイヤー：サポートポータル（virtual-surveyor.com）
