2023年9月、OxTS 、サンフランシスコにチームを派遣し、街の地図を作成し、LiDARのポイントクラウドデータを収集した。
今回の旅の目的は、新しいRT3000 v4慣性航法システム（INS）の性能と、OxTS LiDAR慣性オドメトリ（LIO）を使用した航法データの改善効果をテストすることだった。
RT3000 v4は、OxTS の最新のGNSS/INSテクノロジーです。最新のIMU10テクノロジーと測量グレードのGNSS受信機を組み合わせ、センチメートルレベルの位置精度を出力します。OxTS LIOは、OxTS 、LiDARを使用して都市峡谷での位置ドリフトを抑制する最新のソフトウェア・イノベーションです。
なぜサンフランシスコなのか？
サンフランシスコは、自律走行車のテストのための標準的なテスト地の一つである。郊外の広い道路、極端な傾斜、都市の峡谷、トンネル、田舎の丘陵峠というユニークな組み合わせがあり、伝統的にGNSSに依存しているナビゲーション技術にとって優れた試験場となっている。
道路の両側は高層ビルに覆われ、頭上には多数の障害物があるため、正確で信頼性の高いナビゲーション・データを収集するには非常に困難な環境だった。OxTS LIOを利用することで、チームはGNSSが使えない環境でもナビゲーション・データを安定させ、改善することができた。
高層ビル街を正確にナビゲートしたり、都市部の峡谷で測量グレードのLiDARポイントクラウドを作成するには、軌跡全体を通して可能な限り正確なナビゲーションデータが必要です。これは、高い建物、反射面、頭上の物体など、GNSSが困難なものが多数ある場合には、本当に難しいことです。その結果、センチメートルレベルの精度でしかGNSSを使って都市をナビゲートすることはほとんど不可能です。
INSデバイスは、計算された軌道を安定させるためにIMUを使用しますが、GNSSが常に中断されるような特に困難な都市環境では、性能をさらに向上させるために他の補助ソースを利用することができます。LiDARとOxTS LIOを追加することで、最も過酷な環境でも測量グレードのナビゲーションデータを得ることができます。このソフトウェアは、LiDARセンサーからのゼロ速度更新を使用して、GNSSがない場合の位置ドリフトを抑制します。
ハードウェアとソフトウェアのセットアップ
テスト中、チームは以下の機器を使用した：OxTS INS装置(RT3000 v4)とLiDAR(Hesai XT32)。LIOを使用するための機器の物理的なセットアップについて特別なことは何もなく、セットアップは単に他のINS/LiDAR構成と同じである。OxTS LIOアルゴリズムは航法データを最適化し、これは後処理で実行される。
データ改善
テスト中、チームは従来から困難とされてきた数々の環境において、ナビゲーション性能が大幅に向上したことを目の当たりにした。これは以下の例で見ることができる：
ストーンタウン立体駐車場
立体駐車場内ではGNSSは利用できない。従来、これは高精度のモバイル・マッピングやナビゲーション関連のプロジェクトでは「立ち入り禁止」であることを意味していた。というのも、ナビゲーション・デバイスの軌跡は1分以内に数メートルの位置誤差を生じるため、データが役に立たないからだ。ほとんどの場合、高価で時間のかかる静的マッピングを代わりに採用しなければならない。
しかし、OxTS LIOを使用すると、OxTS RT3000 v4と並んで、そのエリアは、特別な対策を講じることなく、単にプロジェクトの別の一部となります。以下に見られるように、RT3000 v4は軌跡をうまく作り、OxTS LIOは位置ドリフトをさらに抑制し、ナビゲーションの出力を向上させている。
ナビゲーション性能の向上だけでなく、OxTS LIOを搭載したRT3000 v4は、ポイントクラウドの精度も向上させます。ぼやけや二重に見える点群ではなく、ナビゲーションデータの改善により、測量の他の部分と同じように鮮明できれいな点群が得られます。
ミッション・ストリート
都市環境で正確なナビゲーション・データを収集する際の最大の課題のひとつは、グローバル・フレームにおける精度と一貫性です。サンフランシスコのダウンタウンは、トンネル、高層ビル、反射面、狭い道路、極端な勾配、頭上の物体など、あらゆる可能性のある課題を備えています。GNSSが常に中断されるため、自律走行アプリケーションや同様にモバイル・マッピングのための堅牢なテストとなります。
このシナリオでは、GNSSの断続的な更新やIMUのドリフトが位置誤差を引き起こすだけでなく、反射面が衛星信号を建物で反射させて大きな位置誤差を引き起こすマルチパスエラーの重大なリスクをもたらす。これにより、INSの軌道が不安定になり、予測不能になる可能性がある。
テスト中、RT3000 v4は非常に正確だったが、OxTS LIOと組み合わせると、ほとんどシームレスだった。OxTS LIOはINSを街中の安定した一貫した経路に保ち、マルチパス信号をすべてフィルタリングできる。
その結果、再測量が必要なエリアがなく、常にセンチメートル単位の精度を保った点群データを得ることができた：
ワシントン・ストリート・トンネル
立体駐車場と同様、トンネルはGNSS信号へのアクセスを遮断する。このため、従来のトンネルは正確に測量されているが、相対的にしか測量されておらず、測量されたポイントのグローバル座標位置が現実と大きく異なることが認められているが、これを検証する方法はほとんどない。しかし、RT3000 v4とOxTS LIOを組み合わせることで、軌跡はより高い精度で追跡され、トンネルのポイントクラウド画像の鮮明さだけでなく、地理参照座標も向上します。
(赤はOxTS LIO付き、白はLIOなし。シミュレーション（リアルタイム）処理)
テストデータ
サンフランシスコや他の都市の広い道路は、ナビゲーションに新たな課題をもたらす可能性があります。LiDARオドメトリーアルゴリズムは、LiDARからの光線が反射する特徴がないため、このような環境では正確な更新を行うのに苦労することがあります。
RT3000 v4とOxTS LIOの性能を理解するため、手動で60秒間隔でGNSS更新をオフにし、OxTS LIOをオンにした場合としない場合の位置ドリフトを測定した。
60秒間のGNSSを無視したドリフトの結果は以下の通り：
| 測定 | ドリフト（V4＋LIO） | ドリフト（v4のみ） |
|---|---|---|
| ポジション3D | 0.263 m | 0.56 m |
| ポジション 2D | 0.26 m | 0.538 m |
| 見出し | 0.099° | 0.132° |
| ベロシティ3D | 0.018 m/s | 0.039 m/s |
| 高度 | 0.066 m | 0.234 m |
| パーセントエラー | 0.05% | 0.108% |
GNSSがない間、車両は500mの距離を移動した。この間、RT3000 v4は、移動距離のわずか0.1%しかドリフトせず、驚くべき性能を発揮した。OxTS LIOを含めると、同じ距離での位置ドリフトはさらに減少し、わずか26cm（GNSSなしで移動した総距離の0.05%）となります。
OxTS LIOを使えば、高度ドリフトも23cmからわずか7cmに減少する。
テスト中に使用されたLIOの設定はほとんどがデフォルトで、完璧に最適化されていないため、さらに良い結果が期待できた。これは、GNSSが1分間完全に停止するような非常に過酷な条件下でも、OxTS ナビゲーション・テクノロジーが軌道を維持し、ほとんどどこでも高精度のナビゲーションとマッピングを可能にすることを示している。
ポイントクラウドの例...
結論
正確なナビゲーションに対するサンフランシスコの無数の課題は、RT3000 v4とOxTS' LIOアルゴリズムの精度によって克服されている。
テスト中、OxTS' 最新のハードウェアとソフトウェア開発の組み合わせにより、60秒間のGNSS停止中に位置ドリフトが大幅に抑制されたことを目撃した。
前述したように、より厳密な最適化と、gx/ix タイトカップリング技術やGAD（Generic Aiding Data）インターフェイスのような他のOxTS テクノロジー機能との組み合わせが可能であれば、パフォーマンスはさらに向上する可能性がある。
私たちは、お客様が本当にどこでもナビゲートできるようになる道を歩んでいます。
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陸上LiDAR測量ソリューション概要
独自のモバイル・マッピング・ビークルを設計する際、おそらく最も重要な点は、ローカライゼーションのソースである。センサーデータを地球上の物理的な場所に正確に地理参照できなければなりません。
このソリューション・ブリーフでは、モバイル・マッピング・カーのローカライゼーション・ソースを決定する際に、お客様に考慮いただくようお勧めする点を順を追って説明します。
RT3000 v4が貴社に最適なオプションである理由については、ソリューション概要をお読みください。
LiDAR慣性オドメトリ・テクニカルペーパー
OxTS LiDAR Inertial Odometry (LIO)は、LiDARデータを使用して、ナビゲーション性能を向上させ、ポイントクラウドの精度を高めるために、都市の峡谷における位置ドリフトを抑制する。
このテクニカルペーパーでは、LIOの仕組み、この技術の潜在的な用途と使用例について概説し、ロンドンとオックスフォードでのテストによる性能評価について詳述する。
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RT3000 v4データシート
サーベイグレードのGNSS測位とOxTS' 史上最高の慣性計測ユニットを組み合わせたRT3000 v4は、あらゆる環境で中断のない位置、姿勢、モーションデータのための堅牢ですぐに使えるナビゲーション・ソリューションを提供します。
RT3000 v4に期待できる仕様の詳細については、データシートをお読みください。
