測量士が手がけた：その背後にあるデザインの軌跡Emesent GX1

アンドリュー・ハリソン（ハードウェア・エンジニアリング・マネージャー）著、Emesent

後に『Emesent 』（GX1 ）となるプロジェクトに着手した際、私たちが真っ先に考えたのは、競合他社が何を作っているかを確認することではありませんでした。実際にそれを使う人々の声に耳を傾けること――真摯に耳を傾けること――でした。

GX1 の開発過程において、私たちは世界中の測量士、測量会社の経営者、エンジニア、地理空間分野の専門家など25名以上と話をしました。彼らのワークフローについて尋ね、抱えている課題やその対処法、そして要望を記録しました。その結果、単なる仕様書ではなく、プロの測量士のために作られたモバイルスキャナーが実際にどのようなものであるべきかという明確なビジョンが浮かび上がりました。

これがその物語です。

1.Emesent SLAM : 信頼を勝ち取る精度

私たちが最も一貫して、そして最も強く耳にしたフィードバックは、精度に関するものでした。測量士たちは単にスキャン速度の向上を求めていたのではなく、自らの専門的な評判を賭けてもよいと思えるデータを求めていたのです。

Emesent SLAM は、すでに世界で最も過酷な環境においてその実力を証明していました。それは、失敗が絶対に許されないGPSが利用できない地下鉱山において、自律型ドローンを誘導するという状況でした。GX1 では、私たちはその基盤をさらに強化しました。センサースイートをアップグレードし、SLAM による特徴点検出を最大化するために視野を最適化するとともに、アルゴリズム自体にも先駆的な改良を加えました。これには、精度の向上、ドリフトの低減、再現性の改善などが含まれます。その結果、GCP（地上制御点）を用いた全体精度5～10mmを実現し、当社がこれまでに開発した中で最も高精度なモバイルスキャナーとなりました。

「10メートルだと言うとき、その10メートルは現実の世界からどれほど近いのでしょうか？」ギャリー・エラリ（Geotwin）

2. 統合型RTK：現場でのリアルタイムな精度保証

GX1 の開発初期段階において、私たちは明確な決断を下しました。RTKは、後付けとして追加するのではなく、ゼロから組み込む必要があるということです。測量士にとって――Emesent の技術が当初対象としていた鉱業とは異なり――RTKはオプションではありません。 RTKは、彼らの業務において不可欠な要素なのです。

以前は、モバイルスキャンワークフローにRTKを取り入れるには、別の受信機を管理し、別々に充電し、個別に設定を行う必要があり、たった1回のスキャンを行うだけでも、より複雑なセットアップ作業が必要でした。私たちは、そうした手間を完全に排除したいと考えました。

「GX1 」は、高性能な448チャンネルRTK受信機をスキャナー本体に直接組み込んでおり、NTRIPの設定はCommander を通じて行われ、スキャン中はリアルタイムでRTKの品質モニタリングを確認できます。1台のデバイス、1つのエコシステム、1つのワークフローです。

3. 20MP内蔵カメラ×4台：データに見合う画質

gx1 カラー化と画質も、さらなる向上を図らなければならない分野の一つでした。測量士には、点群データだけでなく、BIMプロジェクトや資産の文書化、クライアントへの報告などにおいて、豊かで詳細な視覚的記録を提供することがますます求められています。粒子が粗く、照明の悪い画像では、到底通用しないのです。

ここでは、センサーサイズと低照度性能のバランスをとること、高解像度とより正確な色再現を実現するためにローリングシャッター補正を採用することなど、いくつかの難しいトレードオフを行いました。

その結果、4つの20MPカメラにより、水平方向360度、垂直方向142度の視野角と、1メートルあたり1ピクセルあたり0.96mmの地上サンプル距離を実現しています。厳しい照明条件下であっても、GX1 は卓越した画像とカラー化された点群データを提供します。

4. 360度のLiDAR 視野：機能が増え、ドリフトが減少

FOVGX1 私たちが下した決定のうち、目立たないものの、その影響は極めて大きかったものの一つが、LiDAR ドライブシステムと積層型フォームファクターに関するものでした。LiDAR を45度の角度で配置し、水平方向の視野角を360度フルに確保することで、GX1 はスキャン中に周囲の環境をより広範囲に捉えることができ、その結果、SLAM がより多くの特徴点を生成できるようになりました。これは、ドリフトの低減と精度の向上に直結しています。

これは単なる技術的な好みというだけではありませんでした。ユーザーからは、広大な屋外や開放的な屋外環境での精度低下が、これまで試用したスキャナーの真の限界であるとの声が寄せられていました。スタック型のデザインは、ポイント・アンド・シュート式のハンドヘルド型デザインとは一線を画すものではありましたが、データ品質を確保する上で、また「屋内用SLAM 」を標榜する競合製品とは視覚的にも機能的にも一線を画す製品を生み出す上でも、正しい選択でした。

「[SLAM の他のスキャナー]は建物のスキャンなら問題なくこなせるが、屋内と屋外の両方をスキャンする必要がある場合、問題が生じる。」 — ブルース・リン（リン・トレーディング）

5. 4つの取り付け方法：1台のスキャナーで、あらゆるプロジェクトに対応

測量士は、特定の環境だけで仕事をするわけではありません。ある週は高速道路で、次の週は建物内で、その次の週は地下で作業を行うこともあります。特定の環境でのみ十分に機能するスキャナーは、プロフェッショナルな用途には適しておらず、成長を目指す企業にとって拡張性のあるソリューションとも言えません。

GX1 は、4つの方法で展開できるよう設計されています。汎用スキャン用の高さ調節可能な人間工学に基づいたバックパック、安定かつ精密な作業のための標準5/8インチネジに対応した測量ポール、広範囲の道路測量用の車載マウント、そして狭く複雑な屋内環境用のサポート付きハンドヘルドハーネスです。各取り付け方法は、現場の専門家による徹底的なテストを経て、実際のフィードバックに基づいて改良が重ねられました。高価でありながら用途が限定されたハイエンドシステムとの比較を検討している企業にとって、この汎用性は繰り返し挙げられた重要なポイントでした。

「メリットは、ハイエンドシステムに比べて価格がはるかに手頃であることと、汎用性が高いことです。つまり、1回の投資でさまざまな用途に対応できるのです。」 — ジョン・フィリップ、Orion Spatial

6. 一体型着脱式バッテリー：ケーブルはもう必要ありません

これは簡単そうに聞こえますが、実際にはそうではありませんでした。

外部バッテリーパック付きのモバイルスキャナーを使用したことのある測量士の方々に話を聞いたところ、皆一様にケーブルの問題について言及していました。ケーブルが絡まったり、引っかかったり、セットアップに時間がかかったり、トラブルの原因となる要素が一つ増えたりするということです。そこで私たちは、外部ケーブルを一切必要としないよう、バッテリーをGX1 に直接内蔵することを意図的に決定しました。標準で3つのバッテリーが付属しており、それぞれ1時間のスキャンが可能で、バッテリー残量低下およびバッテリー残量が危険な状態になった際の警告は、Commander とスキャナー本体の両方で確認できます。

「私がこれまで経験した唯一の問題は、バッテリーからケーブルが外れてしまうことだけです。」 — ピート・ケルシー、VCTO Labs

7. 「Commander 」アプリ：現場での利用を想定して設計されたユーザー体験

Commander GX1 view_v2 当初から私たちの設計上の主要な目標の一つは、GX1 を、経験豊富なモバイルスキャン専門家だけでなく、調査会社がますます頼りにしている若手スタッフや新入社員にとっても利用しやすいものにすることでした。

これを支援するため、当社はGX1 向けにCommander の機能に投資を行いました。ユーザーには、新規ユーザーが最初のスキャンを行う際にガイドとなる組み込みのオンボーディング機能が提供されます。RTKの品質、バッテリー残量、ストレージの空き容量、カメラ映像をリアルタイムで確認できるため、オペレーターは各段階で何が起きているかを正確に把握できます。私たちの目標は単純明快でした。経験の浅い測量士でも、数週間ではなく、わずか数日で自信を持って操作できるようになることです。

「測量業者ではない企業にとって、シンプルさは鍵となります。彼らはトータルステーションの使い方を学びたくないのです。」――ブルース・リン（リン・トレーディング）

8. 手間いらずのデータオフロード：些細な点だが、大きな効果

私たちは、華やかさはないものの、日々の業務に摩擦を生じさせていたワークフローの要素に細心の注意を払いました。データ転送もその一つでした。以前のシステムでは、カメラデータとLiDAR のデータが別々に処理され、ファイル名の付け方も統一されておらず、処理速度も必要以上に遅くなっていました。ある竣工図作成の専門家によると、以前のHovermap のワークフローでは、LiDAR のデータは1分以内に取り出せたものの、別途処理されるカメラファイルだけが、依然として処理のボトルネックとなっていました。

「処理が遅くなるのは、GoProカメラからファイルを取り出すときだけです」 — ニール・ハイアット、Prairies Edge

『GX1 』を使用すると、カメラデータとLiDAR データの転送が同時に実行されます（USBメモリ、USB-C経由のコンピュータ接続、SDカード、RJ45イーサネットポート、さらにはWi-Fi経由でも可能）。また、ファイルは自動的に整理され、Aura での処理に適した適切な名前が付けられます。些細な点かもしれませんが、こうした細部が積み重なって、1週間の作業効率に大きな差をもたらすのです。

9. 積層型フォームファクター：あらゆる角度から検討

GX1 積層型フォームファクタ「GX1 のフォームファクターは、機能がデザインを牽引した好例です。あらゆる選択は、データ品質の向上、主要センサーの保護、そして測量士のために間違いなく作られた製品を生み出すことを目的として行われました。」―アンドルー・ハリソン、ハードウェアエンジニアリングマネージャー、Emesent

ハードウェア設計には、常にトレードオフが伴います。スキャナーの形状は単なるデザイン上の判断のように見えるかもしれませんが、『GX1 』においては、フォームファクターのあらゆる側面が機能によって決定づけられていました。そして、それを正しく実現するためには、何を最適化すべきかを慎重に検討する必要がありました。

LiDAR 、カメラ、RTKアンテナ、バッテリーを垂直に配置したこの積み重ね型設計は、一見して最適な選択肢とは言い難かった。しかし、この設計により、いくつかの問題が一度に解決された。コンポーネントをこのように配置することで、RTKアンテナの視界を遮ることなくLiDAR を保護できるほか、スキャナーのどの部分も邪魔になることなくカメラが360度のパノラマを完全に撮影できるようになり、さらに、ドリフトを低減し、SLAM の精度を向上させるために必要だった水平方向LiDAR の視野を確保できた。

また、視覚的にも明確なメッセージを発信しています。「GX1 」は、屋外でのプロフェッショナルな測量作業向けに設計されており、その外観もその用途にふさわしいものです。多くの競合製品が、基本的には屋内用ハンドヘルドスキャナーを幅広い用途に流用したものである市場において、私たちは「GX1 」が一目見ただけで視覚的に際立つ製品となることを目指しました。

「より洗練されたユニットです……点群の密度という点では、相変わらず堅牢なSLAM と優れたピックアップ機能を備えていますが、より考え抜かれた効率的な形でまとめられています。」 - アダム・ワイリー、Sonto社デリバリー・マネージャー

10. 測量標柱：測量士への合図

GX1 測量ポール - 測量 2 - 500pxH 「私たちはテクノロジーを理解している」とアピールするようなスキャナーを作ることもできたでしょう。しかし、私たちが作りたかったのは、「私たちは測量士を理解している」と伝わるようなスキャナーでした。

この測量用ポールのマウントは、標準的な5/8インチのネジ山に対応しており、肩に担いで快適に使えるよう設計されているほか、バックパックのような安定性と手持ち時の柔軟性を兼ね備えています。これは実用的な機能であると同時に、ある種のメッセージでもあります。測量士はポールを駆使して仕事をこなし、ポールを信頼しています。GX1 がポールに載っているのを見れば、彼らはそれが自分たちを念頭に置いて設計されたものであると直感するでしょう。

「[この測量ポール]は、定期的な測量を行う測量士にとってはより優れた設計です。地形測量を行うのであれば、私はこのポール式の方を好みます。」 — マーク・ヘイズ、SEP Survey

あなたと共に作り上げ、あなたのために。

GX1 この製品が今日のような形になったのは、25名以上の専門家が時間を割いて、何がうまくいっていないか、そして実際に何が必要かを率直かつ誠実に伝えてくれたおかげです。この記事で紹介するあらゆる決定事項――積み重ね可能な形状から、測量用ポール用のネジ山、バッテリーの設計に至るまで――は、すべて現場の方々と交わした会話に端を発しています。

これは単なるマーケティングの謳い文句ではありません。まさに、私たちが製品を開発した過程そのものです。

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