ドローンベースのLIDARミッション用のUgCS

LIDARミッション計画用のUgCSツールセットは、現在、UgCS EXPERT/ENTERPRISEライセンスおよびサポートされている DJIドローンに対して有効になっています。LIDARツールセットは、DJIM600、M300、またはM210 / M200のルートを作成します。

概要

LIDAR（Light Detection and Ranging）は、プロのドローン測量士に人気が高まっています。ただし、正確なLIDARスキャン結果を取得するには、パイロットはいくつかのルールに従う必要があります。

IMUを適切に初期化する。
カバレッジと点密度を確保するために、スキャン間の正しい飛行高度とライン間隔を維持します。
ドローンの右回転とラインスキャンを確認して、IMUエラーの蓄積と対象領域上のLIDARの過度な揺れを最小限に抑えます。

手動飛行モードでは、すべてを正しく行うことは不可能であり、写真測量調査用に調整された飛行計画ツールでは非常に困難です。SPHEngineeringのUgCS LIDARツールセットは、LIDARの可能性を最大限に引き出し、人為的エラーなしでリモートセンシングを最も効果的にします。

ドローンコマンドとしてのIMU初期化パターン：
- 8フィギュア（8字）
- Uフィギュア（U字）
ルート計画の飛行パターン：
- LIDARエリア
- LIDARコリドー
プリセットドローンターン：
- バンクターン
- ループターン
AGL（対地高度）およびAMSL（平均海抜高度）のライン間隔

これらすべてがどのように機能するかを詳しく見ていきましょう。

コンテンツ

IMU Initialization
- 8フィギュア（8字）
- Uフィギュア（U字）
フライトプランニングテクニック
- 関心のある領域をスキャンする
- コリドーをスキャンする
- 共通の入力パラメータ
- 視野と行間隔
- ターン
- エリアバッファとオーバーシュート
サポートされているLIDARS

IMU Initialization

IMUの初期化は、通常、フライトごとに少なくとも2回実行されます。スキャン開始前とスキャン終了後。オプションで、パイロットはフライトを一時停止し、累積エラーをリセットするために追加のIMU初期化を行うことができます。これが、パイロットがいつでも実行できるように、この機能をドローンコマンドとして実装した理由です。このコマンドを実行するには、ドローンがすでに空中にある必要があります。

さまざまなLIDARメーカーが、さまざまなパターンを推奨しています。UgCSでは、最も人気のある2つのフィギュア（8字とU字型）をサポートしています。

８フィギュア

キャリブレーションパターンの主な目標は、ドローンをロール角の観点から最大容量にすることです。これは文字通り、パイロットが可能な最大速度で8フィギュアを通過したいことを意味します。これにより、適切なIMUキャリブレーションが行われます。

フィギュアを追加するには、パイロットが地図をクリックして中心と高度を指定し、次に曲がり角の幅、長さ、速度、高度、方向角を指定します。

パラメータ	意味
速度、m / s	ドローンの水平速度、m / s
幅、m	図のバウンディングボックスの幅。デフォルト：30メートル
長さ、m	図のバウンディングボックスの長さ
高度、m	図の中央の標高より上の高度
コーナー方向	転送パスの方位角を指定します（図を回すことができます）
サイクル数	サイクル数

Uフィギャア

図1.U字型ターン

入力パラメータは8フィギュアに非常に似ています。ただし、生成される軌道は異なります。ドローンは前後に数回通過してからUターンします（図1）。

図を追加するには、パイロットが地図をクリックして中心と高度を指定し、次に曲がり角の幅、長さ、速度、高度、方向角を指定します。

パラメータ	意味
速度、m / s	ドローンの水平速度、m / s
幅、m	図のバウンディングボックスの幅。デフォルト：30メートル
長さ、m	図のバウンディングボックスの長さ
高度、m	図の中央の標高より上の高度
コーナー方向	転送パスの方位角を指定します（図を回すことができます）
サイクル数	サイクル数

フライトプランニングテクニック

LIDAR調査では、通常、次のパターンが採用されています。

コリドー
エリア

ドローンには、LIDARまたはLIDARとフォトカメラのいずれかを装備できます。後者の場合、LIDARのFOVとカメラのFOVを考慮して、最小のものを選択する必要があります。

関心領域をスキャンする

LIDARエリアスキャンは、建設現場、オープンピット鉱山、発電所、埋め立て地、考古学、林業に役立ちます。

パイロットは以下を指定する必要があります。

ポリゴンとしてのエリア境界
飛行高度AGLまたはAMSL
効果的なスキャナーFOV（視野）

エリアは、次の軌道に分割できます。

シングルグリッド
ダブルグリッド

コリドーをスキャンする

LIDARコリドースキャンは、道路、電力線、パイプラインに役立ちます。

コリドーは次の軌道に分けることができます。

シングルパス – コリドーの中心線に沿って
特定の横方向の重なりのスキャンで特定のコリドーの幅をカバーするマルチパス

コリドージオメトリの場合、ユーザーは中心線と幅を指定します。

共通の入力パラメータ

一般的な軌道形状に加えて、パイロットは以下を入力します。

パラメータ	意味
FOV	LIDARの視野、度
Altitude mode	AGL-対地高度は、ドローンが数値標高モデルに従うことを意味します。 AMSL-平均海抜は、ドローンが一定の絶対高度で直進することを意味します。
Flight height, m	高度モードに依存した高度(メートル単位)
Line spacing Side overlap, % Side distance, m	2つのオプションがあります。パイロットは、サイドオーバーラップをパーセントで指定するか、側面距離をメートルで指定できます。パーセンテージの場合、ソフトウェアはFOVと飛行高度に基づいてライン間隔を計算します
Flight speed, m/s	ドローンの速度
Camera	カメラの事前設定されたプロファイルのリスト（オプション）
Direction angle	フォワードパスの方位角を指定します。エリアでのみご利用いただけます。
Direction angle	チェックボックス。チェックすると、軌道はダブルグリッドになり、チェックしない場合はシングルグリッドになります。
Turn type	アダプティブバンクターンストップ＆ターン
Loop turn angle, degrees	ソフトウェアがターンのループを追加する最大値。「ループ回転角度」より大きい値の場合、標準のバンク回転が使用されます。値の範囲：（0; 180）デフォルト：90
Straight flight after turn, m	LIDARの場合、次のセグメントに入る前に、各ターンの後に少なくともXメートルの直進飛行を行うことが重要です。デフォルト：10メートル
Corner radius	アダプティブターンの半径
Area buffer	指定されたメートル数だけすべての方向にスキャンを拡張します ** LIDARエリアでのみ使用可能
Overshoot	指定されたメートル数のフォワードパスを延長します。オーバーシュートは、ドローンに方向転換してスキャン領域にできるだけまっすぐ戻るためのスペースを与えます。コリドーオーバーシュートの場合は、マルチパスモードの並列パス間のターンにのみ適用されます LIDARエリアでのみ使用可能**
Overshoot speed	オーバーシュートセグメントのドローン速度 ** LIDARエリアでのみ使用可能
Action execution	アクションを実行する方法：すべてのポイント開始時（セグメント開始）
AGL Tolerance	地形上の一定の高度を維持するために生成された、合成されたウェイポイントの数を最小限に抑えることができます。値が大きいほど、生成されるウェイポイントは少なくなります
Avoid obstacles	障害物を避けます。
No actions at last point	セグメントの場合、最後のポイントの後にカメラをトリガーしないでください

視野とライン間隔

パイロットは常にFOVを手動で指定します。一般的な仮定は、ドローンは常にLIDAR範囲よりも低い高度で飛行するというものです。つまり、パイロットはFOVと高度を個別に定義します。これらのパラメータはライン間隔に影響します。

ライン間隔は、AGLモードとAMSLモードで異なる方法で計算されます。

図2a AGLのライン間隔の計算

図2b AMSLのライン間隔の計算

SW（スキャン幅）= 2 * H * tan（FOV / 2）

ライン間隔（サイド距離）= SW *（1-サイドオーバーラップパーセンテージ）

ターン

LIDARデータの品質は、ドローンの回転方法に大きく影響されます。最も重要なことは、センサーの揺れを減らし、可能な限り正確に軌道をたどることです。

ターンは、Loop turn angle度よりも大きい角度の通常のバンクターンのように見えるはずです（図3）。

図3.ターンの軌道

バンクターンの半径は、Bank turn radiusで指定されます。

Loop turn angle度以下の角度の場合、回転はループ操作になる場合があります（図4）。

図4.ループターンの軌道

重要：ループターン後、次のセグメントに入る前に、ドローンはStraight flight time after turn（秒）をまっすぐに飛行する必要があります。

ループターンは、オーバーシュートセグメントのターンには適用されません。オーバーシュートターンの場合、バンクパターンが適用されます。

エリアバッファとオーバーシュート

デフォルトでは、軌道とLIDARフットプリントは、コリドーまたはエリア内にあると想定されています。

エリアバッファはすべての飛行エリアに適用され、元の形状を拡張することで境界のカバレッジを改善します。

オーバーシュートはフォワードパスを延長し、メイン起動の外側に曲がります。

オーバーシュート= 0 エリアバッファ= 0
オーバーシュート> 0 エリアバッファ= 0
オーバーシュート= 0 エリアバッファ> 0
オーバーシュート> 0 エリアバッファ> 0