JP2004286600A - 三次元測位システム - Google Patents

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吾朗 山本
Masayuki Kanzaki
政之 神崎
Yoshikatsu Iotake
義勝 五百竹
Eiji Kakimoto
英司 柿本
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Abstract

【課題】安価な構成にて、測定精度を向上させ得る三次元測位システムを提供する。
【解決手段】移動局である三次元測位装置1によりGPS衛星Sからの電波を受信して三次元位置を測定するとともに地上側に設けられた基準局2からの補正データを用いて、当該測位装置1における三次元位置の測定精度の向上を図るようにした三次元測位システムにおいて、上記測位装置1を囲むように設置された基準局2を選択するとともに、これら選択された例えば3つの基準局2からの補正データの平均値を、当該測位装置1における補正用データとして用いたものである。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GPS測位方式を用いた三次元測位システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、土木測量分野での位置測定、および車両、船舶などの移動体の位置測定においては、GPS衛星からの電波を受信して三次元位置を得るようにしたGPS測位方式(全地球測位システム)が利用されている。
【0003】
このGPS測位については、大きく分けて、単独測位方式と相対測位方式とがあるが、高い精度が要求される場合には、相対測位方式が用いられている。
そして、この相対測位方式には、ディファレンシャアル方式、スタティック方式、キネマティック方式、リアルタイムキネマティック方式などがあり、この相対測位方式は、基本的には、位置が既知である基準局(固定局)で得られた補正データを用いて、例えば電波が電離層および大気層を通過する際の伝搬路遅延量(伝搬路誤差でもある)を除去するようにしたものである(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平6−18649号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の相対測位方式によると、基準局はかなりの間隔(距離)でもって配置されており、例えば半径100〜200kmの範囲においては、同一の補正データが配信されており、したがって測定位置(地点)が基準局からかなり離れている場合には、どうしても、測定誤差が発生するという問題がある。
【0006】
より具体的に説明すれば、電離層および大気層を通過する際の伝搬路遅延量については、基準局と自己の測定位置との距離(基線)が長くなるにつれて、それぞれの遅延量の違いが大きくなり、測定精度が低下するという問題がある。
【0007】
このような問題を解決する方法として、例えばGPS衛星からの信号であるL1帯およびL2帯の2つの周波数を用いて、電離層および大気層を通過する際に生じる遅延を補正する方法があるが、2つの周波数を用いて測定を行うGPS受信機については、その価格が高いという課題がある。
【0008】
そこで、本発明は、安価な構成にて、測定精度を向上させ得る三次元測位システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る三次元測位システムは、移動局である測位装置によりGPS衛星からの電波を受信して三次元位置を測定するとともに地上側に設けられた固定局からの補正データを用いて、当該測位装置における三次元位置の測定精度の向上を図るようにした三次元測位システムにおいて、
複数箇所に配置された固定局からの補正データの平均値を、上記測位装置における補正用データとして用いたものである。
【0010】
また、請求項2に係る三次元測位システムは、請求項1に記載のシステムにおいて、複数箇所に配置された固定局を直線で結ぶことにより定義されるエリア内に、測位装置が位置するように、当該固定局を選択するようにしたものである。
【0011】
さらに、請求項3に係る三次元測位システムは、移動局である測位装置によりGPS衛星からの電波を受信して三次元位置を測定するとともに地上側に設けられた固定局からの補正データを用いて、当該測位装置における三次元位置の測定精度の向上を図るようにした三次元測位システムにおいて、
測位装置を囲むように配置された複数の固定局からの補正データを受け取るとともに、これら補正データの平均値を求め、且つこの求められた平均値である補正用データを上記測位装置に送信する配信センターを具備したものである。
【0012】
上記各構成によると、GPS衛星からの電波を受信して、測位装置の三次元位置を求める際に、その周囲に設置されている複数の固定局にて得られた補正データの平均値である補正用データを用いて、当該測位装置における位置データを補正するようにしたので、例えば1つの固定局からの補正データに基づき補正する場合に比べて、測定精度の向上を図ることができ、しかも、1周波数型のGPS受信機を採用した場合でも、測定精度を低下させることがないので、安価で且つ測定精度の良い測位システムが得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る三次元測位システムを、図1〜図4に基づき説明する。
【0014】
この三次元測位システムは、全地球測位システム(GPS)を用いており、具体的には、例えばリアルタイムキネマチック測位方式(RTK方式)が用いられており、移動局である三次元測位装置により、GPS衛星からの電波を受信してその三次元位置を測定するとともに複数箇所に設置された固定局である基準局からの補正データを用いて、当該三次元測位装置の測定精度の向上を図るようにしたものである。
【0015】
すなわち、図1に示すように、この三次元測位システムには、少なくとも4個のGPS衛星Sからの電波を受信して自己の三次元位置を測定する三次元測位装置(GPS受信機でもあり、以下、測位装置という)1と、三次元位置が既知とされた複数箇所にそれぞれ設置された基準局2と、これら各基準局2にて得られた補正データをネットワーク回線(勿論、無線による通信回線でもよい)4を介して受信するとともに、その測位装置1の現在位置に基づきこれら補正データに修正を施した修正補正データ(補正用データ)を当該測位装置1に配信するための配信センター4とが具備されている。
【0016】
上記測位装置1は、図2に示すように、GPS衛星Sからの電波を受信する電波受信手段(具体的には、GPS用受信アンテナである)11と、少なくとも配信センター4からの修正補正データを受信するデータ通信手段(例えば、無線によるデータ送受信機が用いられる)12と、上記電波受信手段11にて受信した電波から測位用コード、搬送波位相などの観測データを検出する観測データ検出手段(例えば、測位用コードに基づき擬似距離を求める回路、搬送波位相のカウント回路などを有するもの)13と、この観測データ検出手段13にて観測データが検出されない場合に当該測位装置1の三次元位置を演算するために使用される補助データを検出するための補助データ検出手段(例えば、加速度計、方位計などを備えたジャイロセンサーなどが用いられる)14と、上記観測データ検出手段13および補助データ検出手段14にて得られた各データを入力して例えば擬似距離に基づき位置を単独で演算する単独位置演算手段(例えば、演算回路である)15および基準局2に対する相対位置を演算する相対位置演算手段16と、上記各手段を制御する制御手段17と、この制御手段17に接続されたキーボードなどの入力手段18および演算された三次元位置を表示する液晶表示板などの表示手段19とから構成されている。勿論、これら各手段の他に、三次元位置を演算する際に必要な記憶手段などが具備されている。なお、搬送波位相には定常的なノイズが含まれているため、例えばカルマンフィルタなどの推定手法により、平滑化するのが望ましい。
【0017】
ここで、基準局2について説明しておく。
各基準局2においては、2周波数型のGPS受信機を用いることで、GPS衛星からの信号の搬送波位相(波数)および信号の到達時間が測定されて、基準局2とGPS衛星Sとの間の距離が精度良く求められる。
【0018】
そして、このとき、GPS衛星Sから発信されるL1帯(1575.42MHz)およびL2帯(1227.6MHz)の周波数信号を受信することで、基準局2での電離層および大気層を通過する際の伝搬路遅延量が求められる。この伝搬路遅延量φについては、下記の(1)式に基づき、各GPS衛星S毎に求められる。
【0019】
【数1】
φ=φL2−(f/f)×φL1・・・(1)
(1)式中、各記号は下記の通りである。
【0020】
φL1:L1帯搬送波位相積算値
φL2:L2帯搬送波位相積算値
:L1帯周波数
:L2帯周波数
なお、位相積算値とは、GPS衛星と基準局との間の搬送波における全波数であり、GPS衛星と基準局との距離が既知であるため、距離を信号の到達時間で割ることにより求められる。
【0021】
次に、上記配信センター4について説明する。
この配信センター4には、図3に示すように、測定に係る測位装置1から入力される位置データ(擬似位置)に基づき、当該測位装置1を囲む複数の基準局2を選択する基準局選択手段21と、この基準局選択手段21により選択された各基準局2から送信される補正データを入力しその平均値を演算して修正補正データを得るための修正補正データ演算手段22と、各測位装置1および各基準局2との間でデータの受け渡しを行うためのデータ通信手段23とが具備されている。勿論、各基準局2からの補正データおよび測位装置1からの位置データは、上記データ通信手段23を介して入力される。
【0022】
なお、図1において、12aはデータ通信手段12側の無線用アンテナを示し、また2aは基準局2側のGPS用受信アンテナを示し、さらに4aは配信センター4側の無線用アンテナを示している。
【0023】
上記三次元測位システムにおいて、リアルタイムキネマティック方式を用いた測位動作について説明する。
測位装置1により三次元位置を測定する場合、少なくとも4個のGPS衛星Sからの電波が電波受信手段11にて受信されるとともにこの受信された信号が観測データ検出手段13に入力され、ここで、L1帯の周波数に載っている測位コードおよびL1帯の搬送波位相が求められる。
【0024】
そして、この測位コードが単独位置演算手段15に入力されて擬似的な三次元位置が求められるとともに、搬送波位相が相対位置演算手段16に入力されて搬送波位相に基づく三次元位置が求められる(基準局との間で基線が求められる)。
【0025】
上記測位コードに基づく位置データは、一応、誤差を含んだ擬似的なものであり、この位置データが配信センター4に送られ、ここで、当該測位装置1についての修正補正データが演算により求められる。
【0026】
そして、配信センター4においては、図4に示すように、その測位装置1から送られた位置データに基づき、基準局選択手段21により、当該測位装置1の周囲に設置されている例えば3つの基準局2を選択するとともに、これら3つの基準局2から入力された補正データが修正補正データ演算手段22に入力され、ここで、3つの補正データの平均値である修正補正データが求められる。なお、3つの基準局2を選択する際には、これら基準局2,2同士を直線で結ぶことにより得られた(定義された)3角形のエリア内(図の斜線で示す)に、当該測位装置1が入るようにされる。
【0027】
上記求められた修正補正データが配信センター4から測位装置1にデータ通信手段23を介して無線により送信される。
そして、測位装置1においては、配信センター4から無線にて送信される修正補正データを用いて、相対位置演算手段16により搬送波位相に基づく三次元位置が精度良く求められる。
【0028】
このように、GPS衛星Sからの電波を受信して、例えば搬送波位相により、測位装置1の三次元位置を求める際に、その周囲に設置された3つの基準局2にて得られた補正データの平均値を用いて、当該測位装置1にて求められる位置データを補正するようにしているので、例えば1つの基準局からの補正データを用いて補正する場合に比べて、測定精度の向上を図ることができる。
【0029】
しかも、移動局である測位装置1に、1周波数型のもの(GPS受信機)を採用した場合でも、測定精度を低下させることがないので、安価で且つ測定精度の良い測位システムが得られる。
【0030】
ところで、上記実施の形態においては、測位方式としてリアルタイムキネマティック方式について説明したが、勿論、ディファレンシャアル方式、スタティック方式、キネマティック方式などにも適用し得るものである。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明の三次元測位システムの構成によると、GPS衛星からの電波を受信して、測位装置の三次元位置を求める際に、その周囲に設置されている複数の固定局にて得られた補正データの平均値である補正用データを用いて、当該測位装置における位置データを補正するようにしたので、例えば1つの固定局からの補正データに基づき補正する場合に比べて、測定精度の向上を図ることができ、しかも、1周波数型のGPS受信機を採用した場合でも、測定精度を低下させることがないので、安価で且つ測定精度の良い測位システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る三次元測位システムの概略全体構成を示す図である。
【図2】同三次元測位システムにおける三次元測位装置の概略構成を示すブロック図である。
【図3】同三次元測位システムにおける配信センターの概略構成を示すブロック図である。
【図4】同三次元測位システムにおける測位動作を説明するための図である。
【符号の説明】
S GPS衛星
1 三次元測位装置
2 基準局
3 ネットワーク回線
4 配信センター
11 電波受信手段
12 データ通信手段
13 観測データ検出手段
15 単独位置演算手段
16 相対位置演算手段
17 制御手段
21 基準局選択手段
22 修正補正データ演算手段
23 データ通信手段

Claims (3)

  1. 移動局である測位装置によりGPS衛星からの電波を受信して三次元位置を測定するとともに地上側に設けられた固定局からの補正データを用いて、当該測位装置における三次元位置の測定精度の向上を図るようにした三次元測位システムにおいて、
    複数箇所に配置された固定局からの補正データの平均値を、上記測位装置における補正用データとして用いることを特徴とする三次元測位システム。
  2. 複数箇所に配置された固定局を直線で結ぶことにより定義されるエリア内に、測位装置が位置するように、当該固定局を選択するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の三次元測位システム。
  3. 移動局である測位装置によりGPS衛星からの電波を受信して三次元位置を測定するとともに地上側に設けられた固定局からの補正データを用いて、当該測位装置における三次元位置の測定精度の向上を図るようにした三次元測位システムにおいて、
    測位装置を囲むように配置された複数の固定局からの補正データを受け取るとともに、これら補正データの平均値を求め、且つこの求められた平均値である補正用データを上記測位装置に送信する配信センターを具備したことを特徴とする三次元測位システム。
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