JP2002250624A - 時空間三角網平均による宇宙測量法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＰＳを用いて異なる時刻の観測データから
水平方向と同精度を持った垂直方向の地形の変位を測定
することができ、地盤変位等の測定に用いて好適な時空
間三角網平均による宇宙測量装置を提供する。 【解決手段】 ＧＰＳを用いて位置情報を測定する少な
くとも３箇所の測定点にＧＰＳ受信機２ａ，２ｂ、２ｃ
を設置する。そして、測定点の上空をＧＰＳ受信機３を
搭載した飛翔体を飛行させる。ＧＰＳ衛星１ａ、１ｂ、
１ｃからの信号を用いて測定点のＧＰＳ受信機２ａ、２
ｂ、２ｃおよび飛翔体のＧＰＳ受信機３の位置情報を算
出する。同一時刻におけるこの位置情報に基づいて測定
点および飛翔体の位置を頂点として３次元の三角網を構
成する。そして、三角網の頂点である測定点および飛翔
体のＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ、３の位置情報を網
平均計算によって調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地盤変位等の垂
直方向の変位の測定に用いて好適な時空間三角網平均に
よる宇宙測量法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤の沈下・陥没・隆起のような地形の
変位を測定することは環境防災対策において重要であ
る。このような地形の変位の測定においては、水平方向
の変位以上に垂直方向の変位を正確に測定することが重
要である。三角測量は基準点測量の一種で、最も精密な
測量方法である。一般に、三角測量においては、測定点
を確定するために網平均計算を用いる。網平均計算と
は、測定点を三角形の頂点として三角網を構成し、各頂
点の位置を最小二乗法を用いて決定する計算方法であ
る。この際、角条件や辺条件などの条件を満足させるよ
うに各測定点の位置を調整することによって座標を確定
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、測定点間の距
離に比べて測定点間の標高差は一般に小さいので、各測
定点間の３次元座標を網平均計算を用いて決定してしま
うと、垂直方向の精度が水平方向の精度に比べて劣って
しまう。従って、これまでの網平均計算では、水平方向
のデータを用いて網平均計算を行い、水平方向の座標を
確定し、各測定点の高さについては高低差を求める測量
の水準測量で測定されていた。

【０００４】ところで水準測量法では、まず水平方向の
座標を決定した後、新たに垂直方向の座標を測定するの
で、水平方向の観測データと垂直方向の観測データには
時間差が生じる。このため、得られた測定点の座標は、
厳密に言うと同一時刻における正確な３次元座標ではな
くなってしまう。また、水平方向を求めてから垂直方向
のデータを測定することでデータ取得に時間がかかり、
環境防災対策の遅れを生じる要因の一つになっている。

【０００５】一方、測定点の３次元位置データを同時に
測定する方法として、Global Positioning System（Ｇ
ＰＳ）を用いた位置測定方法がある。しかし、この場合
も地上の測定点だけで網平均計算をしたのでは垂直方向
の精度は水平方向の精度よりも劣ってしまう。

【０００６】この発明は、このような事情を考慮してな
されたものであり、ＧＰＳを用いて異なる時刻の観測デ
ータから水平方向と同精度を持った垂直方向の地形の変
位を測定することができ、地盤変位等の測定に用いて好
適な時空間三角網平均による宇宙測量法を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、ＧＰＳを用いて測定点の
位置情報を測定する方法であって、少なくとも３箇所の
測定点と該測定点上空に空中測定点を設定し、複数のＧ
ＰＳ衛星からの信号を用いて前記測定点および前記空中
測定点の位置情報を算出し、前記位置情報に基づいて前
記測定点および前記空中測定点を頂点として３次元の三
角網を構成し、前記測定点および前記空中測定点の前記
位置情報を網平均計算によって調整することを特徴とす
る。

【０００８】請求項２に記載の発明は、ＧＰＳを用いて
測定点の位置情報を測定する方法であって、ＧＰＳ受信
機を設置した測定点を少なくとも３箇所に設定し、該測
定点の上空の所定位置にＧＰＳ受信機を設置することに
よって空中測定点を設定し、複数のＧＰＳ衛星からの信
号を用いて前記測定点および前記空中測定点の位置情報
を算出し、同一時刻における前記位置情報に基づいて前
記測定点および前記空中測定点を頂点として３次元の三
角網を構成し、前記三角網の頂点である前記測定点およ
び前記空中測定点の前記位置情報を網平均計算によって
調整することを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記測定点の上空のＧＰＳ受信機は、
前記測定点の上空を飛行する飛翔体に搭載されることを
特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかの項に記載の発明において、前記測定点の
第１の測定時における位置情報と前記の測定点の第２の
測定時における位置情報との差分情報から前記測定点の
変位情報を取得することを特徴とする。

【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明において、前記測定点の前記位置情報に前記変位
情報を加えることによって、前記測定点の将来の位置情
報を予測することを特徴とする。

【００１２】請求項６に記載の発明は、ＧＰＳを用いて
測定点の位置情報を測定する位置測定装置であって、複
数のＧＰＳ衛星からの信号を用いて算出した少なくとも
３箇所の測定点の位置情報を入力する手段と、複数のＧ
ＰＳ衛星からの信号を用いて算出した前記測定点上空に
設定した空中測定点の位置情報を入力する手段と、前記
測定点および前記空中測定点の前記位置情報を記憶する
手段と、前記位置情報を前記記憶する手段から取り出す
手段と、前記位置情報に基づいて前記測定点および前記
空中測定点を頂点として３次元の三角網を構成する手段
と、前記三角網を網平均計算することによって前記測定
点および前記空中測定点の前記位置情報を調整する手段
と、前記測定点および前記空中測定点の調整された位置
情報を出力する手段とを有することを特徴とする。

【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明において、前記空中測定点は、前記測定点の上空
を飛行する飛翔体に設定されることを特徴とする。

【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項６または
７に記載の発明において、前記測定点の第１の測定時に
おける位置情報と前記測定点の第２の測定時における位
置情報との差分情報から前記測定点の変位情報を取得す
ることを特徴とする。

【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の発明において、前記測定点の前記位置情報に前記変位
情報を加えることによって、前記測定点の将来の位置情
報を予測することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一
実施形態における時空間三角網平均による宇宙測量法を
説明するためのＧＰＳシステムの概要図である。図１に
おいて、１ａ、１ｂ、１ｃはそれぞれ異なるＧＰＳ衛星
であり、地上約２万キロメートルの円軌道を周回しなが
ら２周波の測距用電波を連続的に送信している。２ａ、
２ｂ、２ｃは、地盤等の変位を測定する地上の測定点に
設置され、ＧＰＳ衛星１ａ、１ｂ、１ｃから送信される
電波を受信するＧＰＳ受信機である。３は、ＧＰＳ衛星
１ａ、１ｂ、１ｃと地上面との間を飛行する飛行機に搭
載されたＧＰＳ受信機である。また、ＧＰＳ受信機２
ａ、２ｂ、２ｃ、３には、ＧＰＳ衛星１ａ、１ｂ、１ｃ
から受信した信号を位置データとして記録する記録装置
が接続されているとする。さらに、４はＧＰＳ受信機２
ａ、２ｂ、２ｃ、３で受信した位置データに基づいて、
測定点の位置情報を確定するための位置測定装置であ
る。

【００１７】図２は、位置測定装置４の構成を示すブロ
ック図である。図２において、４１および４２はそれぞ
れ地上の測定点におけるＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ
で受信した位置データを入力する入力手段、および飛行
機に搭載したＧＰＳ受信機３で受信した位置データを入
力する入力手段である。４３は、入力手段４１、４２か
ら入力したＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ、３の位置デ
ータを記憶する記憶手段である。４４は、記憶手段４３
に記憶された位置データを取り出す取出手段である。

【００１８】４５は、取り出した位置データに基づい
て、ある時刻における測定点のＧＰＳ受信機２ａ、２
ｂ、２ｃおよび飛行機に搭載されたＧＰＳ受信機３の位
置を頂点として三角錐を構成する三角網構成手段であ
る。三角網構成手段４５では、測定点を多数設けること
によって多くの三角錐を構成することができ、３次の三
角網を構成することができる。４６は、三角網構成手段
４５で構成した３次元の三角網を網平均計算することに
よってＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ、３の位置データ
を調整する調整手段である。また、４７は調整手段４６
で調整した位置データを出力する出力手段である。

【００１９】次に、本実施形態の時空間三角網平均によ
る宇宙測量法の手順について図３を用いて説明する。図
３は、同実施形態の位置測定方法を説明するためのフロ
ーチャートである。本実施形態においては、ＧＰＳ受信
機３を搭載した飛行機にＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ
の上空を飛行させる。このとき、地上の測定点のＧＰＳ
受信機２ａ、２ｂ、２ｃおよび飛行機に搭載したＧＰＳ
受信機３は、複数のＧＰＳ衛星１ａ、１ｂ、１ｃから送
信される信号を受信する。そして、その受信信号は位置
データとしてＧＰＳ受信機に接続されたそれぞれの記録
装置に記録される。

【００２０】次に、ＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ、３
に接続されている記録装置からそれぞれの位置データを
取り出し、入力手段４１および４２から位置測定装置４
に入力する（ステップＳ１）。入力されたそれぞれの位
置データは記憶手段４３に一旦記憶される（ステップＳ
２）。そして、記録手段４３から取出手段４４によって
取り出され（ステップＳ３）、三角網構成手段４５によ
って３次元の三角網を構成する（ステップＳ４）。

【００２１】一般に、地形等の測量においては実際に測
定した測定点の位置データを測定点全体の関係から調整
して確定する。このために、測定点の位置データから三
角網を構成し、網平均計算を用う。ここで三角網とは、
測定点を三角形の頂点として互いに直線で結ぶことによ
って構成される三角形の集合体である。また、網平均計
算とは、この三角形の頂点の位置を角条件や辺条件とい
った制約条件の下で最小二乗法を行うことによって位置
データを確定する計算方法である。このような網平均計
算については、例えば「最小二乗法の理論とその応用」
（田島稔他著、東洋書店）等に詳述されている。

【００２２】このような計算を調整手段４６で行うこと
によって、三角網構成手段４５で構成した３次元の三角
網を用いて、ＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、２ｃ、３の位置
データを確定する（ステップＳ５）。本実施形態のよう
に、網平均計算において地上の測定点のＧＰＳ受信機２
ａ、２ｂ、２ｃだけでなくＧＰＳ受信機３の位置データ
を三角網に含めることによって、水平方向だけでなく垂
直方向の測定精度を高くすることができる。このように
して求めた位置データは出力手段４７から取り出すこと
ができる（ステップＳ６）。

【００２３】本実施形態では、ＧＰＳ受信機３は飛行機
に搭載したが、飛行船や衛星等の他の飛翔体を用いて測
定点の位置データを求めることもできる。さらに、鉄塔
や高層ビルの上方にＧＰＳ受信機３を設置して測定点の
位置データを求めることもできる。また、ＧＰＳ衛星１
ａ、１ｂ、１ｃから受信したある測定点における異なっ
た時刻の位置データ間の差分をその測定点における変位
データとする。例えば、同一測定点の位置を４ヶ月や１
年といった期間をおいて測定することによって、測定点
の地盤等の季節変位量または年間変位量を求めることが
できる。また、変位データを現在の位置データに加える
ことで将来の位置データを予測することも可能になる。
さらに過去の位置データに変位データを加えて現在の位
置データを予測したものと、実際に現在測定した位置デ
ータとを比較することによって、予測結果が確かなもの
かどうかを確認することもできる。

【００２４】また、測定点のＧＰＳ受信機２ａ、２ｂ、
２ｃや飛行機のＧＰＳ受信機３がＧＰＳ衛星１ａ、１
ｂ、１ｃから受信した信号を信号測定装置４に送信する
システムを備えることによって、衛星からの位置データ
の受信と地上での位置データの計算がほぼ同時に実施す
ることができる。このため、飛行機が地上に着陸した後
に、記録装置から位置データを取り出す必要がなくな
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、少なくとも３箇所の測定点および測定点上空に空中
測定点を設定し、複数のＧＰＳ衛星からの信号を用いて
測定点と空中測定点における位置情報を算出し、その位
置情報に基づいて測定点および空中測定点を頂点として
３次元の三角網を構成し、網平均計算によって測定点お
よび空中測定点の位置情報を調整するので、ＧＰＳを用
いて異なる時刻の観測データから水平方向と同精度を持
った垂直方向の地形の変位を測定することができ、地盤
変位等の測定に用いて好適である。この結果、地球上に
おいて測定点の高さ変位がミリメートル単位まで測定可
能になり、火山噴火・地震の余地、土砂崩壊を伴う危険
な山腹・斜面の事前告知、活断層の活動状況等の系列的
な監視等に応用することができ、これらの環境防災対策
に広く利用することができる。また、建築物、橋梁、ダ
ム、原子力施設等の建築構造物の安全管理にも活用する
ことができる。

【００２６】さらに、同一時刻における測定点および空
中測定点の位置情報に基づいて構成した３次元の三角網
に対する網平均計算を行うことによって、より信頼性の
高い地盤変位等を測定することができる。

【００２７】この発明により、航空機等の宇宙飛翔体の
座標変動を監視することで、複数飛翔体相互の安全航行
が、また単一飛翔体の目標誘導が、高精度で可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態における時空間三角網
平均による宇宙測量装置を説明するためのＧＰＳシステ
ムの概要図である。

【図２】 位置測定装置４の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】 同実施形態の位置測定方法を説明するための
フローチャートである。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ ＧＰＳ衛星 ２ａ、２ｂ、２ｃ、３ ＧＰＳ受信機 ４ 位置測定装置

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧＰＳを用いて測定点の位置情報を測定
   する方法であって、 少なくとも３箇所の測定点と該測定点上空に空中測定点
   を設定し、 複数のＧＰＳ衛星からの信号を用いて前記測定点および
   前記空中測定点の位置情報を算出し、 前記位置情報に基づいて前記測定点および前記空中測定
   点を頂点として３次元の三角網を構成し、 前記測定点および前記空中測定点の前記位置情報を網平
   均計算によって調整することを特徴とする時空間三角網
   平均による宇宙測量法。
2. 【請求項２】 ＧＰＳを用いて測定点の位置情報を測定
   する方法であって、 ＧＰＳ受信機を設置した測定点を少なくとも３箇所に設
   定し、 該測定点の上空の所定位置にＧＰＳ受信機を設置するこ
   とによって空中測定点を設定し、 複数のＧＰＳ衛星からの信号を用いて前記測定点および
   前記空中測定点の位置情報を算出し、 同一時刻における前記位置情報に基づいて前記測定点お
   よび前記空中測定点を頂点として３次元の三角網を構成
   し、 前記三角網の頂点である前記測定点および前記空中測定
   点の前記位置情報を網平均計算によって調整することを
   特徴とする時空間三角網平均による宇宙測量法。
3. 【請求項３】 前記測定点の上空のＧＰＳ受信機は、前
   記測定点の上空を飛行する飛翔体に搭載されることを特
   徴とする請求項２に記載の時空間三角網平均による宇宙
   測量法。
4. 【請求項４】 前記測定点の第１の測定時における位置
   情報と前記測定点の第２の測定時における位置情報との
   差分情報から前記測定点の変位情報を取得することを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載の時空
   間三角網平均による宇宙測量法。
5. 【請求項５】 前記測定点の前記位置情報に前記変位情
   報を加えることによって、前記測定点の将来の位置情報
   を予測することを特徴とする請求項４に記載の時空間三
   角網平均による宇宙測量法。
6. 【請求項６】 ＧＰＳを用いて測定点の位置情報を測定
   する位置測定装置であって、 複数のＧＰＳ衛星からの信号を用いて算出した少なくと
   も３箇所の測定点の位置情報を入力する手段と、 複数のＧＰＳ衛星からの信号を用いて算出した前記測定
   点上空に設定した空中測定点の位置情報を入力する手段
   と、 前記測定点および前記空中測定点の前記位置情報を記憶
   する手段と、 前記位置情報を前記記憶する手段から取り出す手段と、 前記位置情報に基づいて前記測定点および前記空中測定
   点を頂点として３次元の三角網を構成する手段と、 前記三角網を網平均計算することによって前記測定点お
   よび前記空中測定点の前記位置情報を調整する手段と、 前記測定点および前記空中測定点の調整された位置情報
   を出力する手段とを有することを特徴とする時空間三角
   網平均による宇宙測量装置。
7. 【請求項７】 前記空中測定点は、前記測定点の上空を
   飛行する飛翔体に設定されることを特徴とする請求項６
   に記載の時空間三角網平均による宇宙測量装置。
8. 【請求項８】 前記測定点の第１の測定時における位置
   情報と前記測定点の第２の測定時における位置情報との
   差分情報から前記測定点の変位情報を取得することを特
   徴とする請求項６または７に記載の時空間三角網平均に
   よる宇宙測量装置。
9. 【請求項９】 前記測定点の前記位置情報に前記変位情
   報を加えることによって、前記測定点の将来の位置情報
   を予測することを特徴とする請求項８に記載の時空間三
   角網平均による宇宙測量装置。