ジオインフォマティクスmnaka/pics/b2016_geo_sogo/...2016/10/17 ·...

⼟⽊総合講義

ジオインフォマティクス

NAKAGAWA Masafumi : [email protected] INSTITUTE OF TECHNOLOGY


1. ジオインフォマティクスとは

2. 位置情報サービス

3. 研究事例紹介

4. まとめ


「測量（Surveying）」とは︖器械を⽤いて，地上にあるモノの位置や⼤きさを測定し，その結果を

pp.024

器械を⽤いて，地上にあるモノの位置や⼤きさを測定し，その結果を・数値や図で表現したり，・地図や図⾯を作成したり，

レベル → 「⽔準測量」トランシット → 「⾓測量」

・地上に明⽰したりする技術の総称

「⾓測量」トータルステーション →平板 → 「平板測量（細部測量）」

「⾓測量」「距離測量」「平板測量」「平板測量」


「測量」という技術⽤語の変化測量学，地形学という概念では規定できなくなってきた

pp.002

測量学，地形学という概念では規定できなくなってきた

⽇本海外古代・・・班⽥図，算師 Geo Survey

（⼟地に関する調査／測量）

⽇本海外

中世・・・太閤検地，測天量地 Geo Information System

（⼟地に関する調査／測量）

，

近代測量空中写真測量

（地理情報システム）

S ti l I f ti S t近代・・・測量，空中写真測量 Spatial Information System（空間情報システム）

現代・・・ジオインフォマティクス他にも，「G空間」など

Geoinformatics, Geomatics


，

世界の「測量」メルボルン⼤学メルボルン⼤学

ニューサウスウォールス⼤学

ロンドン⼤学


GeoinformaticsPositioning PhotogrammetryRemote sensingPositioning PhotogrammetryRemote sensing

電波を利⽤して位置を知る技術

複数枚の画像から⽴体形状を計測する技術

⼈⼯衛星や航空機などから，陸上・海洋・⼤気などの⾊々な現象を探るための技術ジャイロや地磁気を利⽤して

姿勢や⽅位を知る技術

GIS LiDARレーザーを照射し，対象物から反射して

Integrated systems / apps対象物から反射して，

戻るまでの時間差で対象物との距離を測る技術

y / pp

デジタル地図上に様々な情報を重ねて


デジタル地図上に様々な情報を重ねて，それらの情報を⽤いて様々な分析を⾏う技術

ジオインフォマティクスとは︖Surveying - Measurement : Distance, Elevation, and Angle

PhotogrammetryRemote sensing

Surveying g- Error evaluation: Mathematics, Statistics

- Earth/urban observation - Aerial imaging

Positioning


GPS/GNSS IMU- GPS/GNSS, IMU

Navigation & Browsing Mapping

GIS LiDAR- Laser scanning- Spatial database


p




- Earth/urban observation - Aerial imaging- Earth/urban observation - Aerial imaging

Positioning


GPS/GNSS IMU


- GPS/GNSS, IMU


GIS LiDAR- Laser scanning- Spatial database地球観測GIS

Spatial database


p- Spatial database




- Earth/urban observation - Aerial imagingデジタル写真測量交通サービス

Positioning


GPS/GNSS IMU

交通サビス

防犯サービスPositioning- GPS/GNSS, IMU 防犯サg- GPS/GNSS, IMU



GISSpatial database


p- Spatial database

ジオインフォマティクスとは︖Surveying - Measurement : Distance, Elevation, and Angle S i



- Earth/urban observation - Aerial imagingPh t tRemote sensing

Surveying

Positioning


GPS/GNSS IMUPositioning


- GPS/GNSS, IMU

防災災害対応Navigation & Browsing Mapping

防災・災害対応


GIS LiDAR


p

地理空間情報活⽤推進基本法（空間基本法）地理空間情報，基盤地図情報地理空間情報，基盤地図情報

第⼆条地理空間情報⼀空間上の特定の地点⼜は区域の位置を⽰す情報

律「基盤地情報地情報地3 この法律において「基盤地図情報」とは，地理空間情報のうち，電⼦地図上における地理空間情報の位置を定めるための基準となる測量の基準点，海岸線，公共施設の境界線，⾏政区画その他の国⼟交通省令で定めるものの位置情報（国⼟交通省令で定める基準に適合するものに限る）であて電磁的⽅式報（国⼟交通省令で定める基準に適合するものに限る．）であって電磁的⽅式により記録されたものをいう．

第⼗六条国は，基盤地図情報の共⽤を推進することにより地理情報システムの，普及を図るため，基盤地図情報の整備に係る技術上の基準を定めるものとする．

2 国及び地⽅公共団体は，前項の⽬的を達成するため，同項の技術上の基準に適合した基盤地図情報の整備及び適時の更新その他の必要な施策を講ずるもに適合した基盤地図情報の整備及び適時の更新その他の必要な施策を講ずるものとする．

標⾼点国⼟交通省令で定める基盤地図情報の項⽬

測量の基準点海岸線公共施設の境界線（道路区域界）公施境線（域）

⾏政区画の境界線及び代表点道路縁河川堤防の表法肩の法線軌道中⼼線

⽔涯線建築物の外周線市町村の町若しくは字の境界線及び代表点街境線び代表点


公共施設の境界線（河川区域界）軌道の中⼼線街区の境界線及び代表点

http://law.e-gov.go.jp/htmldata/H19/H19HO063.htm





4. まとめ


10兆円市場

地図

位置情報位置情報


位置＋○○＋○○＝位置情報サービス

どのようにしたら位置がわかるか︖

Positioning（GPS）g

Latitude, Longitude andLongitude, and Altitude


GPS ／ User segmentEssential technology and service in our lifeEssential technology and service in our life

Navigation Timing・Vehicle ・Disaster monitoring ・Ship・Aircraft ・M2M

Mobile service SurveyMobile service Survey・Mapping・Smartphone・Disaster monitoring・SNS, O2O・Aerial photogrammetry・Land-vehicle mobile mapping

・M2M

Mobile phone，Car navigation Surveying


±50cm〜300cm ±2cm

From “GPS” to “Multiple GNSS”

Space-based satellite navigation system that provides location (latitude, longitudeGNSS (Global Navigation Satellite System)Space based satellite navigation system that provides location (latitude, longitude and altitude) and time information in all weather conditions. In typical GPS operation, four or more satellites must be visible to obtain an accurate result.

GLONASS（Russia）GPS（USA）

Galileo（EU） Compass（China）

Augmentation system（satellite-based）

A proposed three-satellite regional time transfer system and enhancement for GPS

QZSS（quasi-zenith satellite system）（Japan）SBASMTSAT（Japan）WAAS（USA）


covering JapanEGNOS（EU）

Indoor-Outdoor seamless positioningAccuracy Availability Integrity ReliabilityAccuracy, Availability, Integrity, Reliability

Indoor positioningOutdoor positioning

GNSS RNSSGPS, GLONASS, Galileo, Compass, etc.

Wi-Fi IMESLighting tag

Soundp ,

QRBluetoothRFIDQZSS, etc.

OutdoorIndoor

B d UndergroundUnder

Mobile apps Network sensors

Boundary Undergroundtrees

Car navigationAutonomous

robot


いつでもどこでも位置がわかる（ようになる）

位置＋地図＋○○＝位置情報サービス

位置は衛星測位などで取得できるが．．

“Location” is

Latitude, Longitude and

“Text data”

Longitude, and Altitude


位置＋地図＋○○＝位置情報サービス

位置は衛星測位などで取得できるが．．

“Location” is

Latitude, Longitude and

“Text data”

Longitude, and Altitude

Map


「位置」は地図の上でよく動く → 地図も重要

Online map service“Free” online services for usersFree online services for users

Googlemaps NAVITIME htt // l j / http://www.navitime.co.jp/

Yahoo! JAPAN

https://maps.google.co.jp/

http://maps.loco.yahoo.co.jp/

http://www.navitime.co.jp/

http://www.apple.com/jp/ios/whats-new/#maps Apple, iOS 6 map

Mapionhttp://www.mapion.co.jp/ http://www.bing.com/maps/

Inclement P MapFan

Microsoft, bingmap

Shobunsha MAPPLE

Zenrin, Itumo NAVI

http://www.mapfan.com/

http://www its-mo com/

http://map.mapple.net/

http://petamap jp/Sony, PetaMap

Inclement P, MapFan Shobunsha, MAPPLE

http://www.its mo.com/ http://petamap.jp/

http://internet.watch.impress.co.jp/docs/link/20120921_560592.html

i i- Route navigation- Car, Train, Pedestrian- Smartphone application (iPhone, Android, …)


GoogleMaps / Streetview / StreetslidePosition (GPS) + Panoramic image ＝Panoramic image mapPosition (GPS) + Panoramic image ＝Panoramic image map

Google earth / Google MapsOmni-directional camera

http://maps.google.co.jp/camera

Streetview - trike

Streetmap / Streetslidehttp://research.microsoft.com/en-us/um/people/kopf/street_slide/

Hyperlapse


データ取得装置（全⽅位画像）道路，歩⾏空間，屋内空間，雪上，⼭岳地・危険地域などをカバー道路，歩⾏空間，屋内空間，雪上，⼭岳地危険地域などをカバ

撮影⾞

トイク

スノーモービル

トライク

トロリートレッカー


OpenStreetMap (OSM)A collaborative project to create a free editable map of the worldA collaborative project to create a free editable map of the world

GPS log data → Rendering → 2D map


GPS log data Rendering 2D map

3D urban mapping in TokyoStructure from Motion (SfM)Structure from Motion (SfM)


Mobile Mapping Systems (MMS)Systems for collecting geospatial data from a mobile vehicleSystems for collecting geospatial data from a mobile vehicle

Direct localization Traffic light

Required sensorslocalization g

Laser scanner

CameraGNSS/IMU

・Laser Scanner・RTK-GPS receiver・IMULaser scanning

B ildi

Road surface

Laser scanning

・IMU

BuildingLaser scanning

Road, Pavement, Curb, Manhole, Street trees，Façade, Traffic light, signs Utility poles Pedestrian- Data acquisition: Hokkaido Univ., Asia Air Survey


signs, Utility poles, Pedestrian, Vehicles, etc.- 3D rendering & modeling: Nakagawa Lab.

Indoor Mobile Mapping3D scanned “indoor space” with Indoor mobile LiDAR3D scanned indoor space with Indoor mobile LiDAR

TIMMSCamera

LiDAR

Point cloud

IMUEncoder

Trajectory

- Data acquisition: Nikon Trimble


- 3D modeling: Nakagawa Lab.

CityGML（City Geography Markup Language）都市空間の三次元モデリングのために提案された世界共通フォーマット都市空間の三次元モデリングのために提案された世界共通フォマット

地域のモデルにおける最も関連する地形オブジェクトのためのクラスと関係を定義・主題のクラス仮想の3D 都市のモデルの構築・主題のクラス

グラフィック交換・集合・オブジェクト

空間的な特性と関係間

仮想の3D 都市のモデルの構築シミュレーション

都市のデータマイニング主題の問い合せ

複数ライフライン（電⼒，ガス，上下⽔道

・空間的な特性との関係の間の⼀般化階層構造

・空間的な解析や可視化

主題の問い合せファシリティ・マネジメント

4種類のレベル

など）のデータの取り込み・重⼤なインフラ事故発⽣時の複合連鎖や被害の推定に利⽤

Standard, http://portal.opengeospatial.org/files/?artifact_id=28802

箱箱，屋根，ファサード建物形状建物内部LOD1 LOD2 LOD3 LOD4LOD0


建築CADとは異なる（建築CADの⽬的は，「新しい建築物のデザイン」）

位置＋地図＋サービス＝位置情報サービス

地図の上の位置でしかないが．．

Latitude, Longitude andLongitude, and Altitude

Map


位置＋地図＋サービス＝位置情報サービス

ServicesLatitude, Longitude andLongitude, and Altitude

Map


Position＋Map＋Services → Location based service

Geoinformatics services“Smart” servicesSmart services

Bus location service Landslide monitoringTrain management Earthquake

Taxi delivery serviceNavigation

Fire

T t tiStreet mapping system

Di t Tsunami

Water flood Snowslide

Transportation DisasterConstructionAgriculture

Tsunami

Navigation Navigation24h operation

Machine control Machine control

Monitoring


Machine control Machine control

Location-based service“Geo-location service”, “Geo-social service”, …Geo location service , Geo social service ,

GeofencingNavigation GeofencingNavigation

Online to OfflineM hi tSNS Machine to Machine


Map and information synchronized with your current location

Location-based serviceShare your current location using GPS/GNSSShare your current location using GPS/GNSS

User requirementsUser requirements“Smartphone”

iPhone, Android, … GPS receiver

Map

System requirementsCompassCamera

I t t

Display

Input

Map

Automated

p

Internetpinterface

Automated services- Check-inContents Check in- M2MBusiness model

AR i t f- Geo-tagged photos


- O2O- AR interface

Geocoding & Reverse geocodingExchange information using “Location” dataExchange information using Location data

GNSS

Location

Real space

Document

“Geocoding”Document

情報に位置情報を

“Reverse geocoding”Document

情報に位置情報を付与する

位置情報を参照して

MDocument

Document

位置情報を参照して情報を引き出す


Map space

②Camera orientation-based Geospatial photo retrievalReverse geocoding for Geo-tagged photosReverse geocoding for Geo tagged photos

Position and Azimuth filteringAzimuth filtering

213 images→ 36 groups

Conventional method (manual) 3120 sec（52min）method (manual)

Proposed method 4 sec


“Geofencing” based documentationExchange information in a virtual fenceExchange information in a virtual fence

+ Location+ Location

Image

+ Location

Virtual fenceVirtual fence

- “Rapid” documentationAutomated Geocoding


- “Reliable” documentationAutomated Geocoding





4. まとめ


芝浦工業大学中川（ジオインフォマティクス）研究室

LiDAR

Remote sensingInformation gathering

Sensing avoid

A t

Online image acquisition

Searching

- Urban area - Disaster area

Information gathering

Sensing avoid

A t

Online image acquisition

Searching

- Urban area - Disaster area

UAV 点群データを用いた空間データの高画質化と高圧縮化 Mapping

LiDAR

3D GIS

Remote sensing Autonomous flight

Autonomous takeoff

Autonomous landing

Autonomous flight

Autonomous takeoff

Autonomous landing

無人ヘリ観測システム衛星データを用いた都市解析と都市変化抽出

コンクリート構造物計測超高解像度航空画像を用いた

Urban Spatial Scanning

STEREO

熱赤外センサを用いた都市パラメータ取得

コンクリート構造物計測

地すべりの動き計測

超高解像度航空画像を用いた３次元計測と３次元データ参照monitoring Scanning

安全・安⼼のための空間情報基盤技術構築

都市パラメタ取得

Real worldVirtual world

Reverse geocodingIMESと加速度センサを用いた携帯端末の知能化

位置情報を媒介にした多様な情報の統合

クラウド上の膨大な情報から位置と方位を用いて検索

Seamless navigationNavigation & Browsing Location based


位置と方位を用いて検索

Multimedia geocoding& Browsing Location based

service

多偏波SARを⽤いた都市領域の把握

１回反射パウリ分解結果

２回反射緑地

HH + VV

高層ビ群

HH - VV

体積散乱高層ビル群

タワーマンション

2*HV

密集地域水域

浮遊物質（？）


ALOS2/PALSAR2データ処理を中心に

Mt. Fuji 3D3D point cloud (27 mil. pts) generated using Aerial Images3D point cloud (27 mil. pts) generated using Aerial Images

Camera path Reconstructed point cloudpoint cloud

- Image acquisition: Asia Air Survey



SABO Infrastructure 3DColored Point Cloud Generated using UAV Images (400 images)Colored Point Cloud Generated using UAV Images (400 images)

Platform（UAV）・Microdrones md4-1000・Speed︓15.0 m/sW i ht 2650・Weight︓2650g

・Payload︓1200g・Width︓1030mm

CameraOl PEN EP 1・Olympus PEN EP-1・Mirrorless Single-Lens Reflex・Single focus pancake lens・Infinity（Fixed）Sp ti l e ol tion 3 m- Spatial resolution : 3cm

- 400 images, 90/60% overlaps

- Image acquisition: Image One



Bridge 3DTerrestrial Laser Scanning for Bridge MaintenanceTerrestrial Laser Scanning for Bridge Maintenance

LOW+ HIGH resolution data

VZ-400（RIEGL）・Range up to 600m @ Laser Class 1・Measurement rate up to 122,000 pts/sec・Field of View up to 100°×360°Field of View up to 100 ×360


Damaged part

Point Cloud Generation using Digital Camera

SfM result

PeelingExposed rebar

PeelingExposed rebarrebar


Mobile Devices for Infrastructure InspectionHandheld + Wearable devicesHandheld + Wearable devices

Omni-directional cameraTHETA S, RICOH

- 5376*2688 px (7 sec interval)- 1920*1080 px at 30 fps- 125 g

Wearable cameraHX-A500, Panasonic

- UHD 4K Video at 30 fps- UHD 4K Video at 30 fps- 1/2.3” Back-illumined MOS sensor- Camera: 31 g, Total: 185 g

Came a cont olle Image LoggeCamera controller, Image Logger

GPS loggerN-241, HOLUX

- Single GPS positioning


- 39 g- 32 ch

構造物点検における課題

安全に点検するには？http://pds.exblog.jp/pds/1/201112

誰でも同じ点検精度を出すには？

/17/43/b0001143_22414345.jpg

熟練者？熟練者

初心者？

目測人による計測精度

計測ごとの計測精度計測精度

の違い

計測精度の違い

h //li d bl i j / k k /i / /f/ f d j

計測箇所が同位置である保証は？


http://livedoor.blogimg.jp/tokusyu_kousyo/imgs/5/f/5f4de949.jpg





4. まとめ


まとめジオインフォマティクスとは︖ジオインフォマティクスとは︖

地球観測空間情報技術管

仕組みを勉強する→ゼミ

空間情報サビスポグ

測量リモートセンシング防災・災害対応

交通サビス

インフラ管理

空間情報サービスポジショニング写真測量

レザ計測

交通サービス防犯サービス位置情報サービス

便利なサービス

GISレーザー計測

など便利なサビス

要素技術を勉強する新しいサービスを提案する→講義 →⼟⽊総合講義


→講義 →⼟⽊総合講義

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