LiDARの精度基準：業界テストが証明するもの

LiDARの精度はどのようにテスト・検証されるか

LiDARシステムは、相対精度と絶対精度の両方の測定について、その正しさを証明する厳格なテスト方法が必要です。完全な画像は、重要なアプリケーションで使用する前に、収集されたデータがプロジェクトの仕様と業界標準を満たしているという確信を与えます。

地上管制点の検証方法

地上基準点（GCP）は、LiDARデータの精度を証明するために、既知の座標を持つ基準マーカーとして機能する。これらの点は、処理ソフトウェアのタイポイントとして機能します。GCPは点群にスケールや方向を伝え、全体的なデータ品質の向上に役立ちます。GCPは、10%以下の勾配を持つ平坦な地形または均一な勾配の開けた地形に設置する必要があります。垂直方向のアーチファクトや急激な高低差は避けるべきです。

リアルタイムキネマティック(RTK)測量は、GCPを収集する最も迅速な方法を提供します。この手法では、静的基準局（ベース）と移動受信機（ローバー）の2つのGNSS受信機が必要です。ベースは補正データをローバーに送信し、GCPの位置を設定する際にセンチメートルレベルの精度（通常1～3cm）を提供します。

測量士は2種類のコントロールポイントを見分けなければならない：データ調整用のGCP（Ground Control Point）と、精度報告用のSCP（Survey Checkpoint）です。チェックポイントは、測量の処理方法を変更することがないため、検証のための独立性を保つことができます。

相対精度評価技術

相対精度は、「スワス間精度」または「スワス間整合性」とも呼ばれ、データ収集の重複領域が互いにどの程度一致しているかを示す。この内部的な幾何学的品質チェックは、主に重複する飛行経路間の垂直方向の違いに注目する。

評価プロセスにはいくつかの方法が用いられる：

1. サーフェスベースの比較：地表面はフライトラインごとのPTD（point-to-digital）アルゴリズムから得られる。各サーフェスは、オーバーラップするすべてのフライトラインからの地上分類されたポイントと比較されます。差分は記録され、要約される。
2. 統計分析：非植生地域内の複数の場所でオーバーラップの一貫性をチェックする必要がある。これらのエリアは、単一のリターンしかなく、傾斜が10度未満でなければならない。ポリゴンシェープファイルは、サンプルエリアを通してのスワス間の一貫性を示しています。このファイルには、最小差、最大差、RMSDz値などの属性が含まれています。

絶対精度測定プロトコル

絶対精度テストは、LiDARの測定値をより高い精度で独自に測量された地点と照合します。チームは、LiDARデータセットの標高を、垂直精度評価のために類似したx/y座標のチェックポイントの標高と比較します。

ASPRSの基準では、精度テストには少なくとも20のチェックポイントが必要とされているが、最新の基準では30が推奨されている。500平方キロメートルより小さい地域では、少なくとも20箇所の非植生垂直精度（NVA）と5箇所の植生垂直精度（VVA）のチェックポイントが必要である。

水平精度評価は、明確に定義された点の平面座標と、より精度の高い情報源からの座標を比較します。それにもかかわらず、測量されたコントロールポイントは、LiDAR由来の標高データの絶対水平精度を推定するのにはうまく機能しません。点群データは高解像度の画像に比べて疎な性質があるため、このような制限が生じるのです。

代替測定システムによる交差検証

LiDARデータを他の測定技術と比較することで、精度評価の信頼性が高まります。トータルステーションは、GPSよりも優れた精度を提供するため、検証をリードしています。GPSの精度は、基点の距離、観測時間、衛星の形状に依存します。

CloudCompareのようなソフトウェアは、異なる方法による点群を比較するのに役立ちます。ある研究では、USGS LiDARとトータルステーション測定によるGPCを比較した。その結果、平均2次元（X,Y）差は2.2インチ、平均3次元（X,Y,Z）差は5.9インチであった。

写真測量のクロスバリデーションは、同じ画像を異なるGCPソースで処理することで機能する。このプロセスでは、等価点ペアツールを使用して並べ、平行移動とヨーのパラメータのみを調整して標高差をチェックします。この方法は、多くの現場設備や現場訪問を必要とせずに精度を検証するのに役立ちます。