FOSS4G 2023 Japan@FUKUI 佐橋 功一様、 新垣 仁様 発表資料

Description
FOSS4G 2023 Japan@FUKUI
スポンサー講演１：DSM付き航空画像へのMMS計測3D点群データの高精度な位置合わせと可視化方法の紹介
佐橋 功一様、 新垣 仁様（株式会社NTTデータグループ）　発表資料

Transcript

1. © 2023 NTT DATA Group Corporation © 2023 NTT DATA Group Corporation DSM付き航空画像への MMS計測3D点群データの 高精度な位置合わせと可視化方法の紹介 2023年9月18日 株式会社NTTデータグループ 技術革新統括本部 技術開発本部 IOWN推進室 佐橋 功一、 新垣 仁
2. © 2023 NTT DATA Group Corporation 2 地図の統合 通信インフラ地図 インフラ協調保守 向け地図 自動運転向け3D 地図 広域空間における様々な道路周辺構造物を ユーザーの指定した地図上に統合する https://www.aw3d.jp/technology/ 航空画像 XR表示 地図 活用先 https://www.bcm.co. jp/magazine/00- 02/html/046.html 個別地図・センシングデータ 統合地図 MMS点群データ
3. © 2023 NTT DATA Group Corporation 3 地図の統合 通信インフラ地図 インフラ協調保守 向け地図 自動運転向け3D 地図 広域空間における様々な道路周辺構造物を ユーザーの指定した地図上に統合する https://www.aw3d.jp/technology/ 航空画像 XR表示 地図 活用先 https://www.bcm.co. jp/magazine/00- 02/html/046.html 個別地図・センシングデータ 統合地図 MMS点群データ
4. © 2023 NTT DATA Group Corporation 4 インフラ協調保守向け地図の例 自社設備の位置情報 管路などの情報（3D地図） 標高情報付き道路情報（3D地図） 統合地図 例えば、自社設備の工事を行う際に周辺の管路情報 などを参照することが可能。
5. © 2023 NTT DATA Group Corporation 5 地図の統合の課題 MMS計測3D点群には計測誤差が含まれているため、その座標を単純に用いて航空写真や地図へ重畳すると、 誤った位置に重畳される。 MMS計測点群 航空画像とDSMから生成した点群 重ね合わせて表示 10cm~20cm程度ずれている （白、灰色点：航空画像点群）
6. © 2023 NTT DATA Group Corporation 6 （参考）航空画像の点群化 1画素 （x, y, R, G, B） （x, y, z） 1画素 各画素の中心を代表点として点群化 航空画像 DSM（Digital Surface Model） 航空画像点群 （x, y, z, R, G, B）
7. © 2023 NTT DATA Group Corporation 7 位置合わせ手法 ICP （Iterative Closet Point） Umeyama法 有名な位置合わせ手法 自動で点群同士を対応付けし、位置合わせを行う。 異種情報同士では、対応付けを誤る可能性がある。 点群同士の対応情報を入力として位置合わせを行う。 異種情報同士でも、入力された対応情報を基に正確な 位置合わせが可能。 公開コード： https://zpl.fi/aligning-point-patterns-with-kabsch-umeyama-algorithm/#umeyama91 3D点群同士の位置合わせ 3D点群と3D地図の位置合わせ 3D点群同士の位置合わせ 3D点群と3D地図の位置合わせ
8. © 2023 NTT DATA Group Corporation 8 位置合わせの作業フロー 対応情報の作成 変換パラメータ の計算 点群への変換適用 可視化 𝑋′ 𝑌′ 𝑍′ = 𝒕 + 𝑐𝑹 𝑋 𝑌 𝑍 変換パラメータを求め、適用 𝑹：回転パラメータ 𝑐：スケールパラメータ 𝒕：並進パラメータ X Y Z -5002 -41826 16.895 -5023 -41764 15.324 ・・・・ ・・・ ・・・ -5073 -41664 9.324 X Y Z -5001 -41826 16.987 -5023 -41763 15.521 ・・・・ ・・・ ・・・ -5072 -41662 9.511 MMS点群側 航空画像点群側 VS Umeyama法
9. © 2023 NTT DATA Group Corporation 9 点群編集・可視化ツール（OSS） https://www.cloudcompare.org/ CloudCompare • 点群編集・可視化ソフトウェア（OSS） • Windows, Mac, Linuxに対応
10. © 2023 NTT DATA Group Corporation 10 対応情報の作成 対応情報の作成 変換パラメータ の計算 点群への変換適用 可視化 Step1： CloudCompareで２つの点群を可視化して、どの点とどの点が 同じものであるかを判断する。 Step2： 選んだ点の座標から、対応情報を作成する。 X Y Z -5002 -41826 16.895 -5023 -41764 15.324 ・・・・ ・・・ ・・・ -5073 -41664 9.324 X Y Z -5001 -41826 16.987 -5023 -41763 15.521 ・・・・ ・・・ ・・・ -5072 -41662 9.511 MMS点群側 対応情報 航空画像点群側 対応情報 VS
11. © 2023 NTT DATA Group Corporation 11 使用データ 電灯、標識、信号、マンホール など10か所に設定 200m 100m MMS点群側の対応情報点 航空画像点群側の対応情報点 MMS点群 + 航空画像点群 お台場で計測したMMS点群 対応情報 200m 100m
12. © 2023 NTT DATA Group Corporation 12 変換パラメータの計算 対応情報の作成 変換パラメータ の計算 点群への変換適用 可視化 対応情報 変換パラメータ 𝑹：回転パラメータ 𝑐：スケールパラメータ 𝒕：並進パラメータ 変換パラメータの計算 X Y Z -5002 -41826 16.895 -5023 -41764 15.324 ・・・・ ・・・ ・・・ -5073 -41664 9.324 X Y Z -5001 -41826 16.987 -5023 -41763 15.521 ・・・・ ・・・ ・・・ -5072 -41662 9.511 MMS点群側 対応情報（=B） 航空画像点群側 対応情報（=A） 公開コードをそのまま適用
13. © 2023 NTT DATA Group Corporation 13 点群への変換適用 対応情報の作成 変換パラメータ の計算 点群への変換適用 可視化 変換前点群 変換パラメータ 𝑹：回転パラメータ 𝑐：スケールパラメータ 𝒕：並進パラメータ 変換後点群 変換の適用 𝑋′ 𝑌′ 𝑍′ = 𝒕 + 𝑐𝑹 𝑋 𝑌 𝑍
14. © 2023 NTT DATA Group Corporation 14 QGISによる位置合わせ結果の可視化 対応情報の作成 変換パラメータ の計算 点群への変換適用 可視化 © OpenStreetMap contributors QGISの標準機能で3Dマップのビューが可能 （キャプチャ画像はQGIS 3.26.3を使用したもの）
15. © 2023 NTT DATA Group Corporation 15 位置合わせ結果の評価 MMS点群（位置合わせ後） + 航空画像点群 MMS点群（位置合わせ前） + 航空画像点群 電灯の拡大図 電灯の拡大図 対応情報を設定していない場所から26点をピックアップし、位置合わせ前後の位置ずれ量を評価した。 ずれ量が平均して12cm程度まで収まることを確認した。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 RMSE 位置合わせ前 30.4 15.0 19.3 17.2 28.2 8.4 13.3 10.6 32.3 2.4 20.4 14.2 10.3 18.7 33.0 21.5 6.8 10.7 8.7 3.5 15.9 16.2 17.5 23.5 20.8 17.5 18.6 位置合わせ後 23.6 6.4 13.4 9.1 19.9 3.2 4.3 10.3 21.4 12.1 11.0 5.6 11.4 10.2 22.3 16.8 7.8 6.7 7.7 15.0 7.1 4.0 8.2 11.4 10.3 11.3 12.5 単位：[cm] ずれが小さくなっている
16. © 2023 NTT DATA Group Corporation 16 まとめ  左記のフローにより、位置合わせが簡単に実施可能なことを説明した。 • CloudCompare（OSS）で位置合わせに必要な対応情報を 作成した。  公開コードのUmeyama法（位置合わせ）を適用することで、MMS 点群と3D地図とのずれが大きく抑えられることを確認した。  QGISにおける3D点群の可視化方法についてご紹介した。 位置合わせ