自動車モデルベース開発向け3Dマッピングサービス

 

自動車モデルベース開発向けにプルービンググラウンドや一般公道を高精度でモバイルマッピングによりポイントクラウドデータ化

3DマッピングOpen CRG

3Dマッピングデータ測定サービス

弊社では、GNSS技術の専門家集団として、GPSがそもそも開発された主要な目的である「航行技術」への取り組みを、船舶、航空から自動車や建機などさまざまな分野に拡大すべく、古くから自動車の自動運転に関わる基礎技術や実用化技術で、欧米で最先端をいく大学や企業との連携を進めてきています。自動運転車のモデルベース開発用の3Dマッピングサービスの分野では、ドイツにおけるGPS技術の発展に取り組み、Gallileo衛星の技術開発に大きく貢献している、ミュンヘンのUniversität der Bundeswehr München(ミュンヘン連邦軍大学)の研究を事業化したスピンアウト企業や、カナダのカルガリー大学の研究を事業化したスピンアウト企業と、弊社は、グローバルなパートナー関係を結んでいます。

これらのパートナー企業によるモバイルマッピングの高精度な3Dマッピングデータの利用用途は、市販車への搭載ではなく、あくまでも自動運転車のモデルベース開発のための、タイムトゥーマーケットの短縮とビークルダイナミックス性能、そしてなによりも安全性の向上です。弊社とパートナー関係にある2社と他のモバイルマッピングサービスプロバイダーの差は、LiDARの性能や汎用的なデータ処理技術よりもむしろGNSS技術にあります。路面の正確なカントや勾配が計測されていない他のモバイルマッピングサービスプロバイダーのデータでは、バーチャル環境のテスト結果と、実際の道路でのテスト結果が一致しないため、場合によっては設計上、重大な安全性の瑕疵につながる恐れがあります。

カーナビ用の地図がメインの国内のモバイルマッピング各社では提供が不可能な、モデルベース開発向けの高精度の3Dマッピングデータの分野は、従来、F1レースのドライバートレーニングや車両開発向やドライバートレーニング向けがメインでした。しかし近年では、将来的に自動運転を実用化した際に不可欠となる周囲の建物や構造物、意味を持つ情報としての信号や標識、路面の標識、車線、走行軌道水準を表現可能なフォーマットも含めてタイヤや挙動制御を含めた高度なモデルベース開発向けに、正確なビークルダイナミックスを作り込めるデータの生成が求められています。とりわけ、グローバル調達が進展し、自動車メーカーのプルービンググラウンドで実車試験をしなくても品質の作り込みができる、高精度な3Dマッピングデータをベースにしたモデルベース設計が海外の1st Tier企業で急速に導入されています。

とりわけ、IPG ROAD5、.max形式、.fbx形式、 OpenFlight、Open Scene Graph、.obj形式などのさまざまな3Dマッピングのファイルに対応したrFproのソフトウエアでは、近年、ADASで注目されている、LiDAR、ステレオカメラ、レーダーを組み合わせたセンサーフュージョンの開発試験が、完全にバーチャル環境でおこうことが可能になっています。さまざまなオブジェクトの認識に対応した瞬時のビークルダイナミックスの制御が重要となっており、自動車向けのモデルベース開発システムや、HILシステムを利用した実車テストやECUのテストなどで、タイヤの路面との摩擦を含めた精密なモデルベース設計が可能な高精度な3Dマッピングデータが不可欠となってきています。この技術を活用して、ドイツの自動車メーカーでは、開発効率を高め、さらに複雑なビークルダイナミックスの制御が必要となるADAS機能や自動運転機能の技術レベルを短期間に大きく向上させることに成功しています。

車載3Dマッピング計測システムの一例

弊社とパートナー関係にある2社のサービスプロバイダのうち、ドイツの企業が保有している第3世代車載プラットフォーム MoSES IIIでは、最大8台のカメラと、4台の高解像度レーザースキャナーを搭載可能な計測車両を走行させて、1秒あたり100万ポイントのポイントクラウドデータを、1mm以下の精度で全世界の道路や線路などを測定することができます。1mm以下の密度でデータを取得可能なシステムは、他社も保有していまが、ポイントクラウドデータの1点1点の座標の相対位置精度はばらついています。そこには絶対精度との整合性はありません。絶対精度と整合性を持たせ、すべてのポイントクラウドデータの1点1点の座標に1mmの相対位置精度を確保できるのは、弊社がパートナーを結んでいる新進企業が持つ世界で唯一の技術です。(2017年5月現在)日本で測定したいお客様向けには、弊社が同一の機器やシステムとノウハウで3Dマッピングデータ測定サービスを提供することが可能です。

自動運転車のモデルベース開発用の3Dマッピングサービスの特徴

カナダにあるもう1社のサービスプロバイダも、ドイツのサービスプロバイダと同様に、用途に合わせて最適化された複数の車載プラットフォームを持っています。2社ともに共通しているのは、他のサービスプロバイダが使用しているレーザースキャナーとGNSS+IMUを利用しつつ、GNSS受信機データの高度な後処理解析技術により、トラジェクトリデータとポイントクラウドデータに整合性を確保する点です。どんな自動車にも容易に搭載が可能なプラットフォーム設計となっているので、全世界の国と地域で現地の計測車両で計測を行うことが可能です。自動車のバイワイヤ化と、ADAS機能、自動運転技術開発に向けて、HILSを利用した挙動のモデルベース開発が重要になっている中で。高精度な勾配やカントで正確に路面を計測することができるのが他のモバイルマッピングサービスプロバイダとの違いです。欧州だけでなく北米でも急速にニーズが拡大しています。これらのプラットフォームには、以下のような特長があります。

  • 道路と周辺形状の3Dマッピングデータ化に向けて開発された車載システムのプラットフォーム(鉄道車両やドローンにも利用可能)
  • 最適にカリブレーションされたセンサーを搭載しキャリアレールを搭載した幅広い車種の自動車に取り付け可能
  • 高度な後処理解析技術によりポイントクラウドデータとトラジェクトリの整合性を確保
  • 高精度な位置、時間、姿勢認識とカリブレーション技術
  • デジタルカメラ(フルカラー/グレースケール)や、赤外線カメラのような補完的なセンサーデータの統合技術
  • 最大4台のレーザースキャナーと最大4台のカメラを搭載可能(MoSES III)

3Dマッピングソリューションズ3Dマッピング3Dマッピングソリューションズ3Dマッピング

この技術では、複数センサーのデータを解析して独自のモデリングで、必要に応じてテキスチャデータや、標識などのデータを付加して3Dマッピングデータ化しています。ポイントクラウドデータや画像データを解析し、道路や建物、その他の対象物を自動的に分離して、データ化する技術が独自に開発されています。解析のプロセスにおいて、表面のテキスチャや、色、標識など、レーザースキャナーでは特定不可能で、ステレオカメラで撮影した情報を利用する対象物には、白線などの路面のマーキングや、レースコースのガードレールのペイント、路側の歩道の形状、マンホール、木、雑草、ごみなど様々なものがあります。日中に一般道を計測すると歩行者や自転車、他の道路も画像に入ってきますが、物体を特定して消去します。昨今、将来の自動運転の実用化に向けて、高精度地図のデータ形式の標準化が話題になっていますが、この技術なら、独自の解析技術により、ポイントクラウドデータ、座標付きの(Geo-referenced)画像ファイル(TIFF/JPEG)、OpenCRG®OpenDRIVE®など、お客様の要望に基づいて的確なフォーマットでデータの提供が可能です。

自動車向け3Dマッピングのデータ標準化の動向

自動車のシミュレーションや、道路の測量、データ管理のために、有用な3Dマッピング技術ですが、自動車メーカーや、各国の道路管理当局が、ばらばらなデータ形式を利用するとなると、ソフトウエア開発など多面的に見て著しく非効率的になります。現在、OpenDRIVE®とOpen Auto Drive Forumが、共に3Dマッピングの標準化を進める業界プロジェクトとして進行しています。

OpenDRIVE®は、HILSを含む自動車モデルベース開発システムで必要とされる高精度な3Dマッピングデータの標準で、OpenDRIVE®の一部をなすOpenCRG®は代表的なのソフトで既に利用されています。また、Open Auto Drive Forumに対しても高精度なデータ仕様を提唱しています。

Open Auto Drive Forumは、自動運転に必要となる次世代ナビゲーションシステムのための3D マッピングデータの標準化団体です。日本のカーナビメーカー、地図メーカー、自動車部品メーカーも参画しています。日本においてダイナミックマッピング基盤企画株式会社が中心となって進められている業界規格はこのOpen Auto Driveをベースとしています。

1996年に創業されたドイツ企業、VIRES社(http://www.vires.com/)が中心となって、OpenDRIVE®は推進されていますが、メンバーにはBMWやダイムラー、ドイツ航空宇宙センターの企業や団体が参画し、数年前から公道の高精度3Dマッピングの測定結果がデータベース化されています。また、OpenDRIVE®の一環で、2008年から、オープンファイルフォーマットと、オープンソースツールを提供することで、路面データの標準化を行うOpenCRG®のプロジェクトが、Audiや、BMW、ダイムラー、ポルシェ、フォルクスワーゲンなどのパートナー企業と共に進められています。

OPEN-CRG

自動車開発における、OpenCRG®の主な用途は、タイヤシミュレーション、振動シミュレーション、運転シミュレーション、搭乗者の快適性などです。代表的な対応アプリケーションには、Mechanical Simulation社のCarSimなどの車両運動モデルベース開発システムが対応している、TASSインターナショナル社のDelft-TyreのMF-Tyreや、VI-GRADE社の車両運動モデルベース開発システムである、VI-CarRealTimeなど、以下に代表的なものを挙げますが、さまざまなシステムがあります。高度な運転制御を行う際の機能開発を行う上で不可欠となる、車両運動シミュレーションソフトウェアでの活用は、今後、ますます広がっていくことが予想されています。

    • 代表的なモデルベース開発(MBD)システム
メーカー製品内容
TASS InternationalDelft-Tyre
車両ダイナミクスソフトウエアのためのタイヤモデル
VI-GRADEVI-CARREALTIME車両運動シミュレーションソフトウェア
Virtual MotionDAFULマルチボディダイナミクスの機構解析、構造解析統合ソフトウエア
MSC SoftwareAdamsマルチボディダイナミクスの機構解析、構造解析統合ソフトウエア
Motion SolveAltair HyperWorks初期コンセプト設計時のる荷重予測機能と有限要素解析のための自動化ツール
SimpackSimPackマルチボディダイナミクスの機構解析、構造解析統合ソフトウエア
MathworksSimulinkマルチドメイン シミュレーションとモデルベース デザインのためのブロック線図環境
Mechanical SimulationCarSim車両運動シミュレーションソフトウェア
FunctionBayRecurDyn機構解析シミュレーションソフトウエア
TESIS DYNAwareveDyna車両運動シミュレーションソフトウェア
SIEMENSKMS Virtual Lab Motion機構解析シミュレーションソフトウエア
ESI GroupVirtual Performance (Pam-Crash)車両衝突シミュレーションソフトウエアを含む車両運動シミュレーションソフトウェア
IPG AutomotiveCarMaker車両運動シミュレーションソフトウェア

 

3Dマッピング技術により測定した路面のポイントクラウドデータは、自動車開発に利用するために、形状認識データである、進行方向(ヘディング、ヨー角度)を基準面(ベースプレーン)で表現された、OpenCRG®のフォーマットに変換されて、シミュレータソフトウエア企業に提供されます。OpenCRG®のフォーマットでは、オプションで斜面(スロープ、傾斜、グレード、ピッチ角)と、横断勾配(偏勾配、盛土、カント、キャンバー、ロール角)を表現することも可能です。OpenCRG®は、「.crg」の拡張子をもつ、XMLファイル形式で記述されています。車両運動モデルベース開発システムを活用して、遠隔地にあるプルービンググラウンドや公道での最終的な実車試験を行うプロジェクトの、シミュレーション開発を行うとなると、モバイルマッピングによる3Dマッピングデータ化はどうしても不可欠です。自動車業界のサプライチェーンがグローバル化し、日本の自動車メーカーの海外ティア1企業からの部品購入や、国内ティア1企業からの海外自動車メーカーへの部品供給が活発化する中で、モバイルマッピングによる3Dマッピングデータ化のニーズは今後、ますます拡大していくことでしょう。

自動車向け3Dマッピングサービスの導入事例

自動車業界のサプライチェーンは以前にも増してグローバル化が進展しています。以前は、部品の開発、生産拠点が、納入先のメーカーの開発、生産拠点と隣接し、頻繁にプルービンググラウンドが利用される状況で、設計試作、量産試作などの開発ステップごとに実車に搭載した統合試験を実施することが可能でした。しかし、現在では、バイワイヤ技術の進展で、自動車メーカーと部品メーカーが隣接していても、統合試験自体の工数が増すことで、HILSなどモデルベース開発システムによる試験が必要となっているだけでなく、国をまたぐ自動車メーカーと部品メーカーと間の開発、設計プロセスの連携において、遠隔地にあるプルービンググラウンドを想定した試験が必要となってきています。このトレンドは、米国と欧州、日本のそれぞれの自動車メーカーと部品メーカーとの間でグローバルに共通して同時進行しています。

大きな背景として、韓国、中国、インド自動車メーカーの台頭による競争環境の激化により、自動車メーカーやサプライチェーンの再編の動きが止められない状況があります。そこで、先進的な自動車メーカーと部品メーカーの間で、国内外にあるプルービンググラウンドをモバイルマッピングによる3Dマッピングデータ化してモデルベース開発を加速化する事例がこの数年の間で激増しています。

プロジェクトの検討段階から実施にいたるまで、目的に合わせて長年のノウハウを蓄積した専門スタッフと共に総力をあげてサポートいたします。弊社にご相談いただければ、測定目的、地域、時期、区間をお伺いして日本から遠隔で全世界のどこの道路でも、お客様が必要とする地図精度や仕様で生成した高精度の地図データを提供可能です。また、弊社が計測車両を日本にセットアップしてより短いリードタイムとよりきめの細かいサービスを推進する計画が、現在、着々と進んでいます。

OpenDRIVE®のプロジェクトデータ

OpenDRIVE®のフォーマットを利用した大規模なプロジェクトがドイツやサンフランシスコ郊外のシリコンバレーで展開されています。OpenDRIVE®のデータには、自動運転やADASのモデルベースシステムで、モバイルマッピングによる3Dマッピングデータが利用できるように、路面標示や標識などのデータが格納されています。

OpenDRIVE®を推進するVIREのウェブサイトには、OpenDRIVE®の仕様が掲載されています。OpenDRIVE®の仕様はこちらからご覧いただけます、他のモーバイルマッピングでは不可能な、「ポイントクラウドのすべての座標に対して1mmの相対位置精度」をOpenCRD®で確保することも可能な「OpenDRIVE®準拠 モデルベース開発向け3Dマッピングサービス」の詳しい内容はこちらをご覧ください


自動運転やADASのモデルベース開発システムに向けて、OpenDRIVE®のデータには、ポイントクラウドデータだけでなく路面標示を含めた種類別に色分けされた表示マークが格納されています。

OpemDrive

OpenDRIVE®のプロジェクトで測定した3Dデータをいくつかご紹介します。

OpemDrive

例として、このデータには、交差点の曲がり角の形状や、路面標示、歩道の形状が含まれています。

OpemDrive

また、このデータには、交差点の曲がり角の形状や、路面標示、歩道の形状に加えて、信号が含まれています。

OpemDrive

さらに、この図では、ドイツの公式団体で、自動車メーカー、車の部品メーカー、地図データサプライヤー、カーナビ、カーナビ用アプリケーションサプライヤーが参加して、カーナビゲーションのデータを標準化しているNDS協会の青線で示されたデータと、OpenDRIVE®のデータを結合させることができることを示しています。

OpemDrive

このチャートのように、運転席からの視点でデータを展開することも可能です。

OpemDrive

シリコンバレーにおけるOpenDRIVE®のプロジェクトでは、全長276キロにおよぶ道路を、1,251軸で測定しています。317か所の交差点と、のべ2,500キロのレーン、4,500か所の信号、3,900 点のポイントクラウドデータオブジェクト、220キロのラインオブジェクトがオープンソースデータ化されています。

OpemDrive

プロジェクトのデータをオルソ図にして拡大すると、さまざまなオブジェクトが含まれていることがお判りいただけます。

OpemDrive

オープンソースのOpenDRIVE®データに、独自のパラメータを加えることで、この図のように、ビジュアルなプレゼンテーションも可能です。

路面形状のOpenCRG®/OpenDDRIVE®データ化


路面形状のポイントクラウドデータを動画表示しています。このようなポイントクラウドデータをベースにOpenCRG®/OpenDRIVE®データが制作され、自動車のモデルベース開発システムで活用されます。

F1コースの3Dマッピングデータ


3Dマッピングデータは、F1レースのゲームソフトでも利用されています。近年のゲームソフトで利用されているビークルダイナミックスのアルゴリズムは、実車開発で使用されているアルゴリズムを凌ぐ高い精度を実現しています。ゲームソフト向けのソフトを手掛けていたソフトハウスが、実車開発用のモデルベース開発システムを手掛けている例もあるほどです。ゲームマニアにはたまらない、ゲーム画像の元データとなっているポイントクラウドデータです。

道路のポイントクラウドデータ化


高速道路を走行して測定した3Dマッピングデータを、データ処理の過程で視点を変更させることで、空から撮影したように描画したポイントクラウドデータです。

都市計画

欧米では、観光産業の発展などさまざまな目的で、景観を含めた都市計画や規制の立案のために、高精度な3Dマッピング化が利用されています。測量による図面化の手間を省くことで短期間に低コストで現状の把握と、課題の抽出、計画の立案が行われています。

市街地モデルのデータ生成


ケーブルカーが走るサンフランシスコの優雅な街並みのモバイルマッピングによる3Dマッピングデータです。レーザースキャナーでは、木の葉や、車の窓ガラス、水など、乱反射をおこす物質や透明な物質をポイントクラウドデータにすることができません。この動画では、その特徴を確認することが可能です。


ドイツにおいて多くの航空、自動車関連ハイテク企業が集積するインゴルシュタットの市街のモバイルマッピングによる3Dマッピングデータです。ポイントクラウドデータを3D CADソフトにインポートすることで、実データに即した都市計画モデルの策定が可能です。例えば、景観を重じてランドマークとなる建造物が、街の中心にある公園から見えるように規制を設けるなどといった施策の展開も可能となります。

鉄道や道路の施設管理

ドイツでは、鉄道や道路向けに、線路や道路の劣化、カント、カーブ、勾配、ポイント、レールのつなぎ目などの線路や道路の形状、トンネルの劣化、トンネル内の配線、表示器、標識などの設備の管理、建築限界の確認のために高精度なモバイルマッピングによる3Dマッピングデータ化が行われています。鉄道会社や、道路を管理する国や地方の公共団体は、より高い安全を確保するための定期的な整備や、最適な道路計画の立案や、整備業務の効率化のために活用されています。

トンネルのキネマティック測量


オーストリア最長を誇る全長13,976メートルのアールベルクトンネルを3Dマッピング化したポイントクラウドデータの動画です。


高精度なリングレーザージャイロを利用することで、GNSS信号が届かない地下鉄においても、正確に位置や挙動を測定し、モバイルマッピングにより3Dマッピングデータを生成することでキネマティック測量が可能となっています。

鉄道線路のキネマティック測量


鉄道線路のキネマティック測量に使用されたモバイルマッピングによる3Dマッピングデータを動画にしました。RTK測位のGNSS受信機、リングレーザージャイロ、レーザースキャナーなどの測定機材を鉄道車両に搭載して3Dマッピングデータ化しています。

3Dマッピングサービスについてのお問合せ

お名前 (必須)

会社名/団体名 (必須)

部署名 (必須)

ご住所

郵便番号:

都道府県:

市区町村:

番地以降:

電話番号 (必須)

メールアドレス (必須)

用途 (必須)

データフォーマット (必須)

その他のデータフォーマット:

Point Cloudグリッドサイズ (必須)
 
(単位:mm x mm x mm xyz座標)

絶対座標精度 (必須)
 
(単位:mm x mm x mm xyz座標)

測定地域 (必須)

その他の国と地域:

測定距離 (必須)

(単位:m)

連携先シミュレーション開発システム


その他の連携先シミュレーション開発システム:

追記事項

 個人情報保護方針を承諾します。