地下鉱山とトンネル
GNSSの信号は岩盤やコンクリートを透過しません。地下の測量は定義上つねにGNSS不通であり、経路は長く幾何的にも反復的になりがちです。
GNSS不通環境のSLAM
GNSSなしでのSLAM地図作成
屋外のSLAM構成の多くは、長距離走行でのドリフト抑制と完成した地図の実世界座標への基準づけをGNSSに依存しています。地下、屋内、トンネル、深い樹冠の下ではその基準が失われ、LiDARとIMUだけで成立させる必要があります。
何が難しくなるのか
GNSSがなくなっても再構成そのものは動きます。変わるのは、生じた誤差がそのまま地図に残る という点です。GNSSがあれば蓄積したドリフトはドリフトしない絶対航跡へ引き戻されますが、 GNSSがなければ補正の材料はLiDARデータ自身しかありません。したがってループ閉じ込みと 安定したスキャンマッチングの重要性は、屋外より下がるどころか上がります。
スキャン · 位置合わせ · 蓄積(外部基準なし)
こうした条件が生じる現場
屋内ロボティクス
AMR、倉庫や施設のマッピング。屋内ではGNSSは届かないか不安定なため、屋内向けの構成は当初からLiDARとIMUを前提に組まれます。
捜索救助と狭所ロボット
同じ制約に時間的な切迫が加わります。外部基準がなく、未知の幾何を、丁寧な測量ではなく一度の通過で記録することになります。
その他のGNSS不通環境の研究
ビル街のアーバンキャニオン、水中インフラ、防衛・セキュリティ分野のロボティクス研究なども、この制約下で作業する分野の例です。ここではGNSS不通環境一般の分類として挙げています。
GNSSがない場合の出力
GNSS不通環境で地図を崩さない条件
SLAM一般の話として、同じ物理面が観測のたびに同じ位置へ位置合わせされるとき、地図は鮮明に 保たれます。これを支えるのは2点です。ひとつはスキャンマッチングの一貫性で、狭い通路でも 広いホールでも同じ挙動を保ち、幾何情報が乏しい場面ではIMUが推定を破綻させないことです。 もうひとつは再訪の認識で、同じ場所に戻ったと分かればループを閉じ、蓄積した誤差を軌跡全体に 再配分できます。
この2点が崩れると、点群にそのまま現れます。壁の二重化、直線であるはずの通路の湾曲、 徐々にせり上がる床面などです。GNSS不通環境の結果を確認する際は、これらの兆候を見てください。
よくある質問
GPS/GNSSがなくてもSLAMは動作しますか?
動作します。SLAMは各LiDARスキャンをそれまでに構築した地図に位置合わせして運動を推定し、速い動きはIMUが補います。GNSSは任意の外部基準であり必須ではありません。GNSSがない場合でも、形状と実寸スケールが正しい局所的に整合した地図が得られます。原点は最初のフレーム位置になります。
トンネルや地下でのSLAMは屋外と何が違いますか?
2点あります。長い経路でドリフトを抑えるGNSSがないため、ループ閉じ込みと安定したスキャンマッチングだけが頼りになります。またトンネルや坑道のように幾何が退化しやすく、軸方向のどこから見ても同じに見えるため、断面方向は拘束できても軸方向の運動を拘束できません。IMUの併用と、既知の場所への再訪がこうした計測を成立させます。
rosbagにGNSSトピックがなくても使える地図になりますか?
なります。LiDARのPointCloud2トピック、可能であればIMUトピックを含む記録をアップロードしてください。処理は同じように実行され、output.pcd、map.ply、推定軌跡が返ります。GNSSトピックの有無で処理が止まることはありません。
GNSSデータなしでジオリファレンスはできますか?
できません。WGS84へのジオリファレンスはSLAM軌跡をGNSS航跡に位置合わせする処理のため、記録のどこかにGNSSの測位値が必要です。記録にGNSSがなければWGS84への整合は行えません。精度上の妥協ではなく、必須条件です。