JP2002311124A - 衛星測位システム - Google Patents

衛星測位システム

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JP2002311124A
JP2002311124A JP2001112863A JP2001112863A JP2002311124A JP 2002311124 A JP2002311124 A JP 2002311124A JP 2001112863 A JP2001112863 A JP 2001112863A JP 2001112863 A JP2001112863 A JP 2001112863A JP 2002311124 A JP2002311124 A JP 2002311124A
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Japan
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fixed
station
positioning
data
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JP2001112863A
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Koji Miyasaka
講治 宮坂
Masakazu Mori
正和 森
Kazuyuki Sakaki
和幸 坂木
Kenichi Takasu
謙一 高須
Yuji Kobayashi
雄二 小林
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Topcon Corp
Mitsui and Co Ltd
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Topcon Corp
Mitsui and Co Ltd
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    • G01S19/00Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/04Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing carrier phase data
    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 現在位置を意識することなく、簡便に測位で
きるGPS測位システム(衛星測位システム)とGPS
測位(衛星測位)用データサーバを提供する。 【解決手段】 GPS測位システムが、衛星からの電波
を受信することで位置座標を測定するための少なくとも
一つの移動局と、所定の位置座標を有していて、衛星か
らの電波を受信する複数の固定局と、少なくとも一つの
移動局及び複数の固定局に通信により接続され、少なく
とも一つの移動局から送信される測位データに基き、適
切な固定局を選択し、その選択した固定局の参照測位デ
ータを移動局へ送信する演算処理手段を有する。GPS
測位用データサーバが、衛星からの電波を受信すること
で位置座標を測定可能な移動局からの測位データを受信
する第1通信インターフェースと、位置座標が既知な地
点に固定され、衛星からの電波を受信する複数の固定局
からの測位データを受信する第2の通信インターフェー
スと、 第1のインターフェースから受信された測位デ
ータに基づき、複数の固定局の中から適切な固定局を選
択する演算処理手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は衛星からの電波を受
信することで位置座標を求めることが出来るGPS測位
システム(衛星測位システム)とGPS測位(衛星測
位)用データサーバに関するものである。
【0002】
【従来の技術】GPSにおけるキネマティック測位と
は、1組のアンテナと受信機を位置座標が既知な参照地
点に固定的に配置し、別の移動可能なアンテナ及び受信
機により多数の測点を順次移動しながら短時間で測定し
ていく測量方式である。
【0003】このキネマティック測位の発展型として、
実時間キネマティック測位(以後、RTKという)があ
る。RTKは、測定結果である位置が実時間で得られる
測位方法である。
【0004】図1〜2に示すように、RTKでは、ま
ず、座標が既知の参照地点に、アンテナ及び受信機から
なる複数の固定局A,B,Cを配置し、アンテナ及び受
信機からなる移動局5を順次移動しながら測定してい
く。
【0005】RTKは、固定局A,B,C及び移動局5
で同時に複数の衛星11からの電波を受信し、固定局
A,B,Cで得られた測位データを参照して、移動局5
での測位データの解析を行うことで、直ちに固定局A,
B,C,の既知点から移動局5の測定地点までの相対座
標を求めることが出来るものである。
【0006】また、測定精度を保つ上で、移動局5が所
定の固定局A,B,Cを参照可能な範囲(以後、固定局
参照範囲という)は、その固定局A,B,Cを中心とし
て半径約10km程の範囲となる。これは、固定局A,
B,Cと移動局5との距離があまり離れすぎてしまう
と、解析時の精度に影響が無視できなくなるためであ
る。たとえば、双方で同時に受信する衛星11からの電
波が地上に到達するまでに通過する電離層や大気の状態
が大きく異なってしまい、解析時の精度に影響が無視で
きなくなるためである。
【0007】一方、固定局A,B,Cでの測位データを
移動局5で参照可能にするためには、固定局A,B,C
から移動局5へ測位データを送信する必要があるが、こ
の送信のために、固定局から特定周波数の無線により送
信する手段が用いられている。固定局A,B,Cに送信
手段(例えば周波数400MHz、出力10mW程度の
送信機21)を備えることで、測位データを常時送信し
ていた。移動局5側には、この送信機21からの電波を
受信可能な無線用の受信機22を装備することで、この
送信された測位データを参照可能としていた。
【0008】なお、上記のように技術的な面でのRTK
における固定局A,B,Cを移動局5が参照できる範囲
は半径10kmであるが、無線の電波の届く範囲、即ち
送信機21の有効出力範囲は、法律による規制があるた
め、一般的に固定局A,B,Cを中心に半径1km程で
ある。
【0009】従って、固定局A,B,Cから1km以上
離れた地点の測定が必要な場合は、無線の中継局(図示
せず)を新たに設置することで、固定局A,B,Cから
の測位データを受信可能としていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】一般的に測位データの
送信に使用する無線の周波数は、各固定局A,B,Cに
おいて異なるように設定されていた。これは、送信周波
数が同じだと、測定点が固定局参照範囲の境界部分、ま
たはその近傍にあたる場合、固定局A,B,Cを区別
(特定)することが困難であり、誤測定の原因となるか
らである。
【0011】しかしながら、参照すべき固定局A,B,
Cが異なる場合には、所定の固定局A,B,Cの送信周
波数に、移動局5の受信周波数を調整する必要が生じ
る。
【0012】通常は、測定作業計画を参照して予め測定
地点に適した固定局A,B,Cを選択し、測定作業前に
周波数を調整するが、この場合、測定する地点により異
なる固定局A,B,Cを参照しなければならない。そし
て、測定点の現在地と固定局A,B,Cの位置、加えて
測位データの受信状況等も考慮しながら、参照可能な固
定局A,B,Cの受信周波数を受信状態を測定者が適宜
設定する必要がある。そのため、常に現在位置を意識し
なければならない。
【0013】一方、無線の場合、固定局A,B,Cから
移動局への一方向に通信に限定されていた。
【0014】また、測定結果は移動局5側で記憶される
ため、移動局5の記憶容量により測定作業が限定され
る。
【0015】測定結果をマップ等に加工処理する必要が
ある場合は、測定作業が終了した後に、移動局5から測
定結果を取り出して処理する必要があった。
【0016】本発明の目的は、現在位置を意識すること
なく、簡便に測位できるGPS測位システム(衛星測位
システム)とGPS測位(衛星測位)用データサーバを
提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の解決手段を例示
すると、前掲の各請求項に記載のとおりである。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の好
適な実施の形態を説明する。
【0019】図3は本発明に係る衛星測位システムの一
つの実施の形態を示した全体構成図である。
【0020】GPS測位システム(衛星測位システム)
は、少なくとも1つの移動局5と、複数の固定局A,B
と、それらの移動局5及び固定局A,Bを通信手段4,
8により接続された演算処理装置(好適例はデータサー
バ3)を有する。
【0021】GPS測位(衛星測位)用データサーバ3
は、中央演算処理部31、記憶部32、通信インターフ
ェース部等により構成されている。
【0022】通信インターフェース部は、基本的に複数
の固定局A,Bの各々からの測位データを受信するため
の第1通信インターフェース9と、少なくとも1つの移
動局5との間でデータを送受信するための第2通信イン
ターフェース9を備える。
【0023】第1通信インターフェース9は、固定局
A,Bから通信手段4を介して送られる測位データを受
信するために用いられる。
【0024】ここで、測位データとは、衛星測量におい
て定義されているフォーマットのデータ、例えば、受信
データ、もしくは解析後の位置情報等、扱われる可能性
のあるデータ等を総称したものである。測位データは、
バイナリーデータ、テキストデータ等を含む。
【0025】固定局A,Bは、通例、位置座標が既知で
ある地点に固定的に配置され、常時または定時的に衛星
11からの電波を受信し、設置位置に関する測位データ
を得ている。
【0026】この固定局A,Bには、測定した測位デー
タを送信可能な通信手段4が備えられており、常時、ま
たは定時的に、測位データが送信される。このため、第
1通信インターフェース9における通信手段4は、固定
局Bが既知の位置に固定配置されていることと、測位デ
ータを高速で通信する事が可能である。それゆえ、第1
通信インターフェース9における通信手段4は、WAN
や専用線等の常時接続された回線が望ましい。
【0027】また、通信手段4では、一般的には衛星1
1からの受信データと既知の座標とを組み合わせた、C
MRというデータ形式でデータが送信される。このCR
Mデータは、RTKにおける移動局5の補正データとも
称される。
【0028】第2通信インターフェース9は、移動局5
との諸データの送受信のために用いられる。
【0029】外部インターフェース33は、インターネ
ット等に接続されるものである。
【0030】受信機能について説明すると、例えば、移
動局5は衛星11からの電波を受信して測位データを得
る。その測位データは、移動局5に備えられた通信手段
により送信される。また、移動局5は、その測位データ
に基づく簡易的に計算された位置情報データを受信する
こともできる。
【0031】送信機能について説明すると、解析に用い
る適切な固定局A,B,Cからの測位データに基づく補
正データを送信する。
【0032】また、第2通信インターフェース9におけ
る通信手段8は、移動局5が測量範囲内を移動しながら
測定するため、携帯電話、PHSや無線LAN等のワイ
ヤレスで通信可能な手段(双方向通信手段)が望まし
い。
【0033】ちなみに、通信手段8として高速な通信手
段を使用することで、移動局5での解析時のタイムラグ
をより少なくすることが出来る。
【0034】中央演算処理部31は、第2通信インター
フェース9を介して得られた移動局5の測位データに基
づいて、この移動局5に対してもっとも適した固定局A
またはBを選択し、選択した固定局AまたはBの測位デ
ータ、または測位データに基づく補正情報を移動局5に
送信する。
【0035】記憶手段32は、中央演算処理部31の処
理に必要なデータの他、移動局5から受信した諸デー
タ、測定者、利用者に関する情報等の様々な情報を柔軟
に記憶することが可能となっている。
【0036】記憶手段32は、固定局A,B,Cの位置
情報、受信する測位データ、移動局5からの測位デー
タ、もしくは位置情報の他、測量作業範囲、移動局5に
おける環境情報等も記憶し、後に活用可能とすることが
できる。
【0037】固定局A,B,Cは、受信用のアンテナ4
1と、受信機42と、測位データをデータサーバー3に
送信するデータ回線装置43とを有する。
【0038】移動局5は、受信用のアンテナ6と、受信
機7と、データサーバー3に双方向通信可能な通信手段
44(または通信手段を接続可能なインターフェース)
とを有する。
【0039】なお、これらの装備品は、操作者が運搬可
能なように可搬性を有しており、バッテリを電源として
単独で動作可能とするのが好ましい。バッテリとしては
化学二次電池が一般的であるが、安定した出力と寿命か
ら電気二重層キャパシタによる物理電池(Energy Capac
itor System)が性能劣化も少なく望ましい。
【0040】また、アンテナ6は、測定点上に正確に設
置できるように、垂直が検知可能な気泡管を有し、下端
を尖らせ、上端にアンテナ6を装着可能とした棒状部材
10に取り付けられた状態となっている。
【0041】この棒状部材10の下端を測定点に置き、
気泡管等により垂直状態に保つことで、アンテナ6を測
定点の上方に正確に配置することが出来る。
【0042】図は、データサーバ3における処理の流れ
を示す。
【0043】好適な1つの具体的な測量作業の例を例示
して述べる。
【0044】固定局A,Bは、受信用のアンテナ1と、
受信機2と、測位データをデータサーバー3に送信する
データ回線装置4を装備する。
【0045】移動局5は、受信用のアンテナ6と、受信
機7と、データサーバー3に双方向通信可能な通信手段
8、または通信手段8を接続可能なインターフェース9
を装備する。なお、これらの装備は操作者が運搬可能な
ように可搬性を有しており、バッテリを電源として単独
で動作可能としている。
【0046】また、移動局5のアンテナ6は測定点上に
正確に設置できるように、垂直が検知可能な気泡管(図
示せず)を有し、下端を尖らせ、上端にアンテナ6を装
着可能とした棒状部材10に取り付けられた状態となっ
ている。
【0047】この棒状部材10の下端を測定点に置き、
気泡管等により垂直状態に保つことで、アンテナ6を測
定点の上方に正確に配置することが出来る。
【0048】好適な1つの例を元にして、具体的な測量
作業に関して述べる。
【0049】(1)移動局5の初期化と設定を行う。
【0050】一般的なキネマティック測量の作業手順に
より、移動局5を基準地点に配置して初期化作業を行
う。
【0051】この際、装備された通信手段8による、サ
ーバ3との第2通信インターフェース9との通信の設
定、通信状態の確認等を行う。
【0052】(2)測定計画を基にして移動局5を移動
しながら、衛星11からの短波を受信しつつ単独測位を
行う。この単独測位で得た位置座標情報は、通例、基本
的に20〜100mの誤差を有する。
【0053】移動局5はこの単独測位で得られた測位デ
ータを通信手段8によりデータサーバー3へ送信する。
【0054】この際、移動局5から送られる測位データ
はGPSにおいて標準化されたNMEAというフォーマ
ットで送信される。
【0055】(3)移動局5から送信された測位データ
は第2通信インターフェース9を介してデータサーバー
3に受信される。
【0056】データサーバー3は、第1通信インターフ
ェース9とデータ回線装置4を介して、複数の固定局
A,Bより、衛星11からの電波を受信することにより
得た参照データを受信している。この参照データは、一
般的に受信データと固定局A,Bの位置座標とを合わせ
た“CRM”形式となっている。
【0057】データサーバー3は、移動局5からの測位
データにおける位置情報に基づき、移動局5の現在位置
に対して適切な位置に配置されている固定局AまたはB
を選択する。
【0058】データサーバー3は固定局AまたはBを選
択すると、選択した固定局AまたはBから第1通信イン
ターフェース9を介して受信した参照データを、位置解
析時の補正情報として第2通信インターフェース9を介
して移動局5へ送信する。
【0059】(4)移動局5は、データサーバー3から
送信された適切な固定局A,Bからの参照データを受信
し、単独測位により得た測位データとともに解析を行う
ことで誤差を補正し、厳密な位置情報を得る。
【0060】この補正により、10mm前後の測位精度
を得ることが出来る。得られた結果は移動局5に装備さ
れた記憶手段(図示せず)に記録し、作業終了後に他の
場所でマップの作成等の処理を行う。また、移動局5の
通信手段(図示せず)によりデータサーバ3(または他
の測位結果を処理可能な場所)に送信しても良い。
【0061】次は、データサーバ3が移動局5に対して
最適な固定局AまたはBを選択する方法を述べる。
【0062】まず、図6を参照して距離による選択につ
いて述べる。
【0063】受信した移動局5の位置座標データと、複
数の固定局A,Bの設置された既知の位置座標とから、
移動局5と各固定局A,B間の距離をそれぞれ求め、そ
の中から最も距離の短い固定局AまたはBを選択する。
【0064】図6を参照して説明すると、移動局5が単
独測位により得た位置座標データをM1(X1、Y1、
Z1)とする。
【0065】複数の固定局A,B,Cの既知の位置座標
を下記のようにする。
【0066】固定局A:FA(XA,YA,ZA) 固定局B:FB(XB,YB,ZB) 固定局C:FC(XC,YC,ZC) この時、移動局5と固定局Aとの距離を距離LAとする
と、
【数1】 となる。固定局B、Cに関しても同様にそれぞれ距離L
Bおよび距離LCを求め、最も値の小さい、即ち移動局5
と最も距離の近い固定局A,BまたはCを選択する。
【0067】連続測定中、定期的に移動局5と複数の固
定局A,B,Cとの距離を算出し、もし、直線距離の短
い固定局A,BまたはCがほかに現れたら、移動局5と
の関連を変更し、以降新しい固定局A,BまたはCのデ
ータを送信する。
【0068】次は、図7を参照して、エリアによる選択
について説明する。
【0069】各固定局A,B,Cに関して、参照可能な
エリアEa,Eb,Ecを予め設定することで、移動局5
の現在位置が含まれるエリアEa,Eb,Ecに応じて固
定局A,BまたはCを選択する。
【0070】図7に図示されるように、各固定局毎に参
照可能なエリアEa,Eb,Ecを予め設定する。
【0071】基本的に固定局A,B,Cから半径10K
mの円形のエリアEa,Eb,Ecとなるが、これらのエ
リアEa,Eb,Ecが重なる場合、その地点の環境等に
より参照する固定局A,BまたはCを1つ選んでおく。
【0072】移動局5より、位置座標データが送られて
くると、データサーバー3はこの位置座標がどのエリア
Ea,Eb,Ecに該当するかを求める。その結果、移動
局5が該当するエリアEa,Eb,Ecに応じて参照する
固定局A,BまたはCが選ばれ、データサーバ3は選択
した固定局A,BまたはCからの参照データを第2通信
インターフェース9を介して移動局5に送信する。
【0073】上記エリアEa,Eb,Ecに関しては、測
位作業を行う地域と関連付けることで、作業者がエリア
を容易に認識可能とすることもできる。
【0074】なお、固定局A,B,Cの選択は、所定の
時間毎に行うか、または予め時刻を定めておいて、定期
的に行うようにしてもよい。一般的な測定作業での移動
速度では、参照すべき固定局A,B,Cは頻繁に変化し
ないからである。
【0075】なお、移動局における単独測位情報は、移
動局から常に送信されてくるNMEAデータ(観測デー
タ)中に、10秒に1度(設定によって変更可)含まれ
るようにできる。その場合、単独測位情報の送信をサー
バ側から移動局へ要求することはない。
【0076】固定局の選定基準には、「直線距離」のほ
かにも「この地域はこの固定局」というようなデータベ
ースを利用することも可能である。
【0077】
【発明の効果】(1)現在位置を意識することなく、最
適な固定局を参照することが出来、高精度なRTK測位
が可能となる。
【0078】(2)無線による送信で必要であった、操
作者による無線の受信周波数の調整が不要になる。
【0079】(3)複数の参照固定局範囲にまたがる測
定を行う場合でも、事前準備を要することなく測定を行
うことが可能となる。
【0080】(4)移動局の測位時の環境データ(気象
データ等)を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の移動局の1例を示す。
【図2】従来のRTKを示す概念図。
【図3】本発明の1つの実施例によるシステムの概略を
示す全体図。
【図4】本発明のRTKの1例を示す概念図。
【図5】本発明のデータサーバにおける処理フローチャ
ートを示す。
【図6】所望の固定局を距離により選択する例を示す。
【図7】所望の固定局をエリアにより選択する例を示
す。
【符号の説明】
1 受信用アンテナ 2 受信機 3 データサーバー 4 通信手段 5 移動局 6 受信用アンテナ 7 受信機 8 通信手段 9 インターフェース 10 棒状部材 11 衛星 21 送信機 31 中央演算処理部 32 記憶部 41 受信用アンテナ 42 受信機 44 通信手段 A,B,C 固定局
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 正和 東京都千代田区大手町一丁目2番1号 三 井物産株式会社内 (72)発明者 坂木 和幸 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 高須 謙一 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社ト プコン内 (72)発明者 小林 雄二 東京都板橋区蓮沼町75番1号 株式会社ト プコン内 Fターム(参考) 5J062 CC07 DD21 EE04 FF01 5K067 AA41 BB04 BB36 DD20 EE02 EE10 FF03 JJ53 JJ56

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 衛星からの電波を受信することで位置座
    標を測定するための少なくとも一つの移動局と、 所定の位置座標を有していて、衛星からの電波を受信す
    る複数の固定局と、 少なくとも一つの移動局及び複数の固定局に対し通信に
    よる接続がなされ、少なくとも一つの移動局から送信さ
    れる測位データに基き、適切な固定局を選択し、その選
    択した固定局の参照測位データを移動局へ送信する演算
    処理手段と、 を有するGPS測位システム。
  2. 【請求項2】 複数の固定局は各々の位置座標が既知の
    地点に固定されており、移動局から演算処理手段に送信
    された測位データに基き、適切な固定局を選択する構成
    にした請求項1に記載のGPS測位システム。
  3. 【請求項3】 演算処理手段が、複数の固定局の中から
    適切な固定局を選択する構成を有する請求項1または2
    に記載のGPS測位システム。
  4. 【請求項4】 演算処理手段から移動局に送信される参
    照測位データが、固定参照測位手段における衛星からの
    受信データであることを特徴とする請求項1〜3のいず
    れか1項に記載のGPS測位システム。
  5. 【請求項5】 移動局から演算処理手段に送信される測
    位データが、衛星から受信した受信データである請求項
    1〜4のいずれか1項に記載のGPS測位システム。
  6. 【請求項6】 移動局から演算処理手段に送信される測
    位データが、移動局の単独測位により得られた位置座標
    データである請求項1〜5のいずれか1項に記載のGP
    S測位システム。
  7. 【請求項7】 演算処理手段により選択される固定局が
    変更されたとき、その固定局の変更を伝える信号が、演
    算処理手段から移動局へ送信されることを特徴とする請
    求項1〜6のいずれか1項に記載のGPS測位システ
    ム。
  8. 【請求項8】 移動局には、受信されたデータを表示す
    る表示手段が備えられていることを特徴とする請求項1
    〜7のいずれか1項に記載のGPS測位システム。
  9. 【請求項9】 移動局が複数である場合、演算処理手段
    は、各移動局毎に適切な参照固定測位手段を選択する構
    成を有する請求項1〜8のいずれか1項に記載のGPS
    測位システム。
  10. 【請求項10】 移動局が複数である場合、演算処理手
    段は、各移動局に適切な固定局からの参照測位データを
    送信する構成を有する請求項1〜9のいずれか1項に記
    載のGPS測位システム。
  11. 【請求項11】 移動局が、アンテナと受信機を移動可
    能とするキネマティック測位用の移動局である請求項1
    〜10のいずれか1項に記載のGPS測位システム。
  12. 【請求項12】 位置座標が既知の地点に固定され、衛
    星からの電波を受信する複数の固定局からの測位データ
    を受信する第1通信インターフェースと、 衛星からの電波を受信することで位置座標を測定可能な
    移動局からの測位データを受信する第2通信インターフ
    ェースと、 第2のインターフェースから受信された測位データに基
    づき、複数の固定局の中から適切な固定局を選択する演
    算処理手段と、 を有するGPS測位用データサーバ。
  13. 【請求項13】 演算処理手段により選択された固定局
    からの参照測位データを、演算処理手段から第2インタ
    ーフェースを経由して移動局へ送信する請求項12に記
    載のGPS測位用データサーバ。
  14. 【請求項14】 第2インターフェースは、双方向通信
    が可能な無線通信手段である請求項12または13に記
    載のGPS測位用データサーバ。
  15. 【請求項15】 移動局が、アンテナと受信機を移動可
    能とするキネマティック測位用の移動局である請求項1
    2〜14のいずれか1項に記載のGPS測位用データサ
    ーバ。
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