LiDAR SLAM製品の比較・選び方

ハンドヘルド型スキャナーであるLiDAR SLAM製品が小型軽量化、点群の精細・精度の向上により、非常に注目が集まっています。

ここでは、LiDAR SLAM製品を選択するに当たって注意すべき点を出来るだけ客観的に纏めました。

LiDAR SLAMの原理

LiDAR SLAMとは、LiDARセンサーを使用して周囲の3次元構造をリアルタイムで取得し、自己位置を推定する技術です。レーザを対象物に当て反射してくるまでの時間、角度により物体までの距離や位置を正確に測定することができます。

SLAM技術には、LiDAR SLAM以外に、Visual SLAM、Depth SLAMがありますが、LiDAR SLAMは他の方式と比較して、光量が少ない夜間でも測定でき、屋内でも正確という特徴があります。近年の製品は、LiDAR SLAM＋Visual SLAMの二つの方式が装備されていますが、性能の進化によってVisual SLAMは敢えて非搭載製品もあります。

基本的に、LiDAR SLAMは周囲の3次元構造を把握して自己位置を推定する技術であるため、周りに何も無いオープン（草原など特徴がない）な空間を苦手としますので、これを理解して運用を考慮する必要があります。

LiDAR SLAM製品の選び方

LiDAR SLAM製品を選択するには、上記LiDAR SLAMの原理を理解した上で、利用環境、予算、運用目的にあった製品を選択することが大事になります。また、SLAMも多くのメーカからリリースされていますので、選定ポイントも記載いたします。

• 利用環境
  本記事を参照されている方は測量用途が多いと思いますが、町の中のような特徴点が多い場所での計測なのか、河川、高速道路などオープンエリアが多い場所での計測が多いのか、を考慮する必要があります。製品によっては、弊社でご紹介する製品のようにオープンエリアでの測定を強化したものがございます。測量用途は、LiDARセンサーが少し地面側に傾いているタイプが望ましいです。また、測定したいレンジによりLiDARモジュールが異なりますので、どの位の範囲の測定が出来れば良いかも明確にする必要があります。大きなレンジを測定するとなるとLiDARモジュールが大型化し、コストが数倍にもなるからです。
• 予算
  使用されるLiDARモジュールによって価格帯も大きく幅がありますが、最近はLivox製Mid360の小型モジュールを使用した100万～200万低価格帯の製品が人気です。測定レンジは対象物にもよりますが、実用は20~30m程度までになります。HesaiのXTシリーズを使用したLiDARは、メーカやXTシリーズのグレードによって価格は大きく異なりますが、200万~500万程度まで様々です。実用測定レンジは、一番下のグレードで70~80m程度、最上位グレードで150m程度位までです。どちらのセンサーも地面に対しては角度が浅く反射率が低くなりますので、測量用の実用は更にこの半分程度となると思ってください。
• 目的（必要な機能）
  目的が測量用途の場合、多くの補正方式を持っている製品が良いかと思いますが、価格も比例する為、予算を踏まえて目的に合ったものを選択するのが良いかと思います。基本は、RTK、GCPの2つですが、メーカによってはPPK処理も対応しています。これは、RTKを使用したいけど4Gに接続出来ないという場所でも使用出来ます。更に、Greenvalley製品のように別の有料ソフトウエアにて、軌道のズレを補正出来るものもあります（空中LiDARのコース間調整のイメージです）。
• SLAM選定ポイント（I)
  SLAMは、長年学者によって研究されてきたアルゴリズムですので、コアの部分はどのメーカも基本同じになります。また、SLAMに使われているLiDARは、LivoxやHesaiのXTシリーズが使われていますので、レーザという観点でも他社との差は生じません。メーカによって差が出るのはIMUとなります。IMUは各社オリジナルであるため、IMUの性能が悪いと測定時間が長いほどIMU蓄積誤差が大きくなり、点群の精度が落ちてしまいます。IMUの性能が悪いと、点群に段差が発生し2重3重になる事もあります。但し、IMUの蓄積誤差を軽減する為に、歩行の経路は基本クローズドループにする必要がありますので、現場の形状などによって歩行経路は、十分検討する必要があります。
• SLAM選定ポイント（Ⅱ)
  SLAMには、RGB用のカメラが搭載されています。カメラの画質は1000万画素台から5000万画素と様々ですが、カメラはレーザのRGB用ですので、カメラの画質に比例して綺麗に見えるという事はありません。1000万～2000万台がコスト含めた適切に思われます。
• SLAM選定ポイント（Ⅲ)
  カメラのシャッター方式に関してです。ほとんどのSLAM製品は、電子シャッターを採用しています。電子シャッターは、ローリング現象（真っすぐなものが真っすぐではなくなる）及びシャッターとRTKの同期が取れないといった欠点があります。産業用ドローンに使われているカメラは、これらの現象を防ぐためにメカニカルシャッターを使用しています。SLAMに関しても、モデルの正確さを追求したい（RGBも重要視する）場合は、機械式シャッターをお勧めします。一般的にレーザはRGBとは若干ずれが発生し、測量時は強度表示にして確認します。その為、電子シャッターでも大きな問題はおきませんが、機械式シャッターはモデルの正確さにこだわる人向け（リバースエンジニアリングなど）かと思います。

LiDAR SLAM製品の機能比較

それでは、上記の内容を具体的に比較いたします。弊社では、SHAREとGreevalleyの二つのメーカを扱っておりそれぞれ特徴があります。

外観

SHARE SLAM S20	Greevalley O2Lite
SHARE S100シリーズ	Greevalley O2シリーズ

SHARE製品の特長

シンプルで扱いやすく、コストパフォーマンスが高い製品です。IMUの性能は高いため、2重、3重の層は発生しません。スマホのアプリと接続が簡単なので現場で迷う事なく、現場到着から1～２分で測定開始出来ます。安価でかつ基本性能が優れた機器で点群を取得したいというお客様向けです。

また、モデルの正確さを高めるためにカメラは機械式シャッターを採用しています。写真はRTKに同期にしている為、Photogrammetryソフトウエアを利用して写真からでも点群を高精度に生成することが可能です。写真撮影インターバルの最小は0.5秒です。カメラ（RTK付き）の代わりとしても使用出来ます。弊社実験では、S20から取り出した写真にて、カメラ座標のみで、XY方向5cm以内、Z方向10～20cm程度の誤差でした。

弊社でのSHARE SLAM S20の機能と性能の検証はリンク先をご確認ください。S100に関しては近くアップデート予定です。

Greenvalley製品の特長

GreenvalleyのLiGripシリーズは、現場が大きな面積の場合に有効な分割測定機能や、ポールモード(*1）など多彩な機能があります。アクセサリも豊富で例えば、エアボーンキットやビークルキットを使用すると、SLAMながらドローンや車にも搭載可能です。

また、Greenvalleyは、LiDAR360やLiDAR360MLSの優秀なソフトウエアがあり、それらと親和性が高いのが特徴です。例えば、LiDAR360のForestryモジュールを使用すると、Ligripシリーズで測定した点群にて森林調査のTLSやALS（空中LiDAR時）を行う事が出来ます。LiDA360MLSを使用すると、SLAMの生データからガウシンスプラッティング処理することも可能です。このように多く業務に対応する必要がある場合は、Greenvalley製品がお勧めです。

Ligripは、多才な目的に使用することが出来ますが、基本性能も決して劣りません。Greenvalleyは古くからH120/300のハンドヘルドLiDARを開発して多数の実績がありますが、他の製品との比較レビュー、多様なシチュエーションにおける性能レビューをGreenvalley社自ら実施しています。

弊社でのGreenvalley O2Lite精度検証、O2 32/300の実力の様子は、リンク先をご確認ください。

*1 ポールモード:GPS受信（RTK接続）状態から建物内に入りGPSが切れても、一定時間RTK精度を保つ機能。

SLAM使用時の注意点

1. SLAMは、GCP補正とRTK補正は排他的選択になります。RTKは市街地などではどうしてもGPS電波のマルチパスにより座標が飛んでしまい、点群に大きな影響が発生します。そのため、必ずGCP補正での測定も保険として実施する必要があります。
2. GCP補正、RTK補正を使用しない場合は、必ずクローズドループを構成する必要があります。更地、林、市街地など、現場の状況は色々かと思いますが、基本的な考え方（弊社リファレンスマニュアル参照してください）に沿って、経路計画を検討する必要があります。

機能や性能の比較（小型タイプ）

機能や性能の比較（大型タイプ）

SHARE SLAM S20/S100シリーズ

SARE S20及びS100シリーズの詳細は、リンク先をご確認ください。

特徴

• 付属するアプリ及びソフトウエアは、直感的に使用出来、非常にシンプルで使いやすい。
• RGB表示が綺麗。樹木の点群は特に綺麗に見える。
• RGB用の写真は、そのまま取り出す事が出来、MetashapeなどのPhotogrammetryソフトウエアで点群を生成することが出来る。カメラは機械式シャッターの為、フリッカー現象、ローリング現象が発生せず、RTKの座標が写真に同期している為、Photogrammetryソフトウエアでも精度の高い点群を生成可能。
• 価格対性能のコストパフォーマンスが非常に良い製品。
• IMUの蓄積誤差が非常に少なく、始点と終点でレイヤー（層）が発生しない。
• 付属ソフトウエア（次回リリース）にてガウシン処理が無料で使用可能。

SHARE SLAM S20

SHARE SLAM S100シリーズ

Greevalley O2 Lite/O2シリーズ

Greevalley O2 Lite及びO2シリーズの詳細は、リンク先をご確認ください。

特徴

• 多くの機能やアクセサリーがあり、多くの運用を想定した使い方をすることが出来る。例えば、バックバックキット、ドローン搭載キットなど。
• 分割して測定したデータのマージ、ポールモード（外から建物内に入った場合一定時間RTK精度を保つ）など、機能が多彩。
• 日本の座標系にも完全対応。
• LiGripシリーズとして実績ある為、ソフトウエアの完成度は高い。
• LiDAR360 ForestryモジュールにてTLS/ALS処理（ドローン装着時）可能。
• LiDAR360 MLS（別途ライセンス購入が必要）にて、軌道ジャンプを修正出来る。
• LiDAR360 MLSにてSLAMデータのガウシアン処理が可能。

Greevalley Ligrip O2 Lite

Greevalley Ligrip O2シリーズ

最後に

これらをご参考に製品をご選択ください。ご相談頂ければここでは記載出来ないより詳細なお話をすることも可能です。

以上です。