JP2004528547A - 位置および測定情報をマージするための方法 - Google Patents

Abstract

測量測定データセットおよび位置データセットを組み合わせて、単一のデータセットにする装置および方法が開示される。この測量測定データは、地中探査レーダ、誘導器、磁気計、または光学カメラから獲得され得る。位置決定情報が収集され、測量情報にマージされることにより、測量ツール１０２の位置は、各データポイントにおいて既知となる。あるいは、チャンネル等価が提供されると、スパイキングデコンボリューションフィルタおよびフレームフィルタが提供され、これらは、測量ツールによって収集されたデータから獲得された画像の品質を向上させるための位置情報と関連させて使用され得る。

Description

【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、測量測定データセットおよび位置データセットを、測定データおよび位置データの両方を含む単一のデータセットに結合させるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願）
本特許出願は、２００１年３月１４日に出願された米国仮特許出願第６０／２７５，８８７号の優先権を主張する。
【０００３】
（導入）
地中の正確なマップは、掘削の間に既存の公共設備（水、ガス、送電線等）を損傷することを避けるために重要である。例えば、新しいパイプを設置するために溝を掘る前に、建設作業員は、これらのパイプに損傷を与えることを避けるために既存のパイプが埋め込まれた場所を知らなければならない。建設場所の正確なマップの欠如は、毎年、数千もの破損したパイプおよび数十億ドルの修理コストを生じる。
【０００４】
適切なマップは、地中探査レーダシステムおよび磁気計等の測量ツールの支援による掘削なしで作成され得る。大きい測量に関して、測量ツールは、典型的には、図１に示されたように、車両上に搭載され、関心のある領域全体にわたって移動される。固定されたステーション１０１は、座標系を定義する。その座標が知られている測量ツール１０２は、その道を方向１０３に移動し、所定の物理量（レーダシステム記録電磁波および電磁計記録磁場）を記録する。合理的な大きさの領域を網羅するために、この測量ツールは、しばしばその領域にわたって数回移動されなければならない。例えば、図１の１つの斜線を網羅するために、測量ツール１０２は、少なくとも２つの通路をその斜線に通過させなければならない。従って、ある領域の全測量は、しばしば多くのより小さな測量からなる。
【０００５】
地中の画像は、測量ツールによって収集されたデータに適切な処理方法を適用することによって得られる。この地中の最良の画像を獲得するためには、できる限り最大の測量領域を使用すべきである。例えば、図１の車線の下のパイプの最良のマップを得るためには、２つの通路から獲得された組み合わされたデータセットを使用すべきである。従って、各通路から獲得されたデータを一緒に正確につなぎ合わせる（ｓｔｉｔｃｈ）ことを可能にすることが重要である。一緒に通路をつなぎ合わせるために、収集されたデータポイントにおける測量ツールの位置を知らなければならない。さらに、しばしば、測量ツールは、曲がっている道路および道路内の障害物のために、曲がった通路に沿って進まなければならず、２つの通路をマージすることは、困難な問題となる（特に、センチメータの精度がいくつかの測量ツール（レーダ等）のために必要とされるためである）。
【０００６】
地中のマップは、それが公知の座標系に関連付けられ得る場合、役立つに過ぎない。例えば、図１の線の１つの地中のマップは、消火栓、縁石、および街灯柱等の街路の特徴に関して正確に位置決定されなければならない。公共設備を有する多くの既存の街路マップは、今日では、ＣＡＤまたは地理情報システム（ＧＩＳ）フォーマットで利用可能である。しかし、測量ツールを用いて獲得された画像は、この画像に対して使用された座標系が公共設備マップにおいて使用された座標系に関連付けられ得る場合、既存の公共設備マップに挿入されるのみであり得る。
【０００７】
大きい領域を測量するために、多くの送受信エレメントを有するアレイ測量ツールを利用することがしばしば有利である。例えば、原則的には、１６チャンネルのアレイレーダは、単一のチャンネルレーダよりも１６倍速く領域を測量することができる。しかし、このアレイのチャンネルは、アレイ内のアレイエレメントの異なる相対位置および各エレメントのハードウエアの差のために、同一ではない。その結果、アレイを用いて収集されたデータは、単一のチャンネルシステムを用いて収集されたデータと同一ではない。地中の画像を生成するほとんどの処理方法は、データが同一のアレイエレメントを用いて収集されたことを暗示的に想定する。従って、データを処理する前に、アレイデータセットを獲得するためにチャンネル等化フィルタを各チャンネルに適用することが有利である。そのアレイデータセットは、実際に同一であるアレイエレメントを用いて獲得されるデータセットと極めて似ている。同様に、フィルタは、土壌条件の変動を補償し、測量領域の所定のサブ領域にわたって、ほぼ一定である特徴を除去し得る。
【０００８】
要するに、各収集されたデータ点における測量ツールの位置を知ることは、測量をマージするために、そして固定された街路座標に関して生じた画像を位置決定するために著しく重要である。本発明は、測量ツールと結合して従来のトラッキングツールを利用することによりこの位置情報を獲得するための装置および方法を提供する。さらに、フィルタは、画像品質を向上させるために収集されたデータに適用され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
「Ｓｅｍｉａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｅｏｒａｄａｒ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ」と題されたＦ.ＬｅｈｍａｎｎおよびＡ．Ｇ．Ｇｒｅｅｎによる論文（Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．６４，１９９９年５月〜６月、７１９〜７３１頁）は、地中探査レーダの位置が自己トラッキングレーザゼオドライトを用いてモニタリングされるシステムを説明する。このレーダのデータおよび位置データは、位置決定システムとＰＣとの間にある、レーダシステムをトリガする光ファイバーリンクによって連続的にマージされる。この論文はまた、自己トラッキングレーザゼオドライトが誘導測量のために使用され得ることを言及する。光ファイバーリンクは、トラフィックがケーブル（あるいは、無線リンクを使用し得る）の使用を妨げる街路用途に関して問題を有し得る。
【００１０】
ＬｅｈｍａｎｎおよびＧｒｅｅｎの論文において説明された方法と本発明の方法との間に複数の主要な差異がある。例えば、ＬｅｈｍａｎｎおよびＧｒｅｅｎの論文は、単一の送信機および受信機のみを使用し、アレイデバイスを処理しない。従って、その論文は、オーバーラップを有さない単一の大きいデータセットを得るために、単一の経路の対応するアレイデータセットをマージする方法を説明しない。さらに、その論文は、そのデータが規則的にサンプリングされたデータセットを得るために再グリッド化され得る方法を説明しない。
【００１１】
別の重要な差異は、ＬｅｈｍａｎｎおよびＧｒｅｅｎの論文がレーダのデータポイントごとに記録している１つの位置が存在すると仮定することである。本発明の方法は、レーダのデータポイントよりも少ない位置記録を使用する補間方法を説明する（すなわち、レーダ記録が行われる度に位置記録を行う必要がない）。典型的な測量ツール速度は、１〜２ｋｍ／ｈであり、必要なサンプリング距離は、１０〜２０ｃｍであり、それによりレーダ測定間の時間は、０．１秒のオーダーである。自己トラッキングレーザゼオドライトから正確な位置情報を得るためには、典型的には、１秒当たり１回のみの読み出しを行い得る。従って、典型的な街路用途では、各レーダ記録における１つの位置記録を信頼してとることができない。
【００１２】
いくつかの論文は、衛星航法システム（ＧＰＳ）が大きいスケールの測量においてレーダおよび誘導ツールの位置をモニタリングするために使用され得る方法を説明する（例えば、Ｒ．Ｅ．Ｙｏｄｅｒ、Ｒ．Ｓ．Ｆｒｅｅｌａｎｄ、Ｊ．Ｔ．Ａｍｍｏｎｓ、およびＬ．Ｌ．Ｌｅｏｎａｒｄによる、「Ｍａｐｐｉｎｇ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈ ＧＰＲ ａｎｄ ＥＭＩ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｏｆｆｓｉｔｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｇｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＧＰＲ２０００，Ｅｉｇｈｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｇｒｏｕｎｄ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ Ｒａｄａｒ，Ｇｏｌｄ Ｃｏａｓｔ，Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ，Ａｕｓｔｒａｌｉａ，２０００年５月２３〜２６日を参照のこと）。その現在の状態では、ＧＰＳは、ターゲットを移動することに関するセンチメートルの精度を達成し得る。例えば、ＬｅｉｃａＭＣ５００は、１秒当たり５０ミリ秒の遅延を有する１０の独立した位置の解決策を１センチメートルの精度に提供するためにリアルタイム動力学（ＲＴＫ）技術を使用する、１２チャンネルデュアル周波数ＧＰＳ受信機である（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｅｉｃａ−ｇｅｏｓｙｓｔｅｍｓ．ｃｏｍ／ｕｓ／．を参照のこと）。しかし、ＧＰＳは、所定の場所または衛星によって送信されたこの信号は、地上のシステムに到達しない曇天条件で作動しない。
【００１３】
以下に説明されたフィルターの主要な目的は、測量ツールを用いて収集されたデータから獲得された画像の品質を向上させることである。多くの論文および特許は、フィルタリング方法を説明する。本発明に特に関連する参照文献は以下に示される。
【００１４】
【数１】

これらの参照文献は、本発明によって提供されるフィルタと同様のフィルタを説明する。しかし、本発明のフィルタは、地中探査レーダのアレイデータに対して特に構築され、上記参照文献において説明されない特徴を含む（例えば、以下に示されたチャンネル等化フィルタは、上掲の参照文献によって提供されない）さらに、このタイプのフィルタリングは、以前は、地中探査レーダアレイ等の測量ツールを用いて収集されたデータに適用されていなかった。従って、さらにこのタイプのフィルタリングは、本発明によって提供された位置決定技術と共に使用されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（発明の要旨）
（１）測量ツールがデータを収集する空間における各点において測量ツールの位置を決定し、（２）高品質の画像を獲得するために使用され得る空間的にコヒーレントなデータセットを作成するための測定を結合するための方法および装置が説明される。この測量ツールは、例えば、地中探査レーダ（ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｒａｄａｒ）、誘導装置、磁気計、または光学カメラ等、測量するために使用された任意の数の機器であり得る。トラッキングツールは、測量ツールの位置をモニタリングかつ記録する。この記録された位置は、測量ツールによって収集されたデータとマージされることにより、測量ツールの位置は、各データ収集点において知られる。この位置は、測量領域（例えば街路座標）における任意の特徴、あるいは、グローバル座標（例えば、緯度−経度−高さ、またはユニバーサル横メルカトル座標（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍｅｒｃａｔｏｒ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）に関連し得る座標系において与えられる。各データ点において知られた測量ツールの位置を用いて、組み合わされた測量領域のための大きなデータセットを得るようにいくつかの測量からのデータを正確にマージし得る。この大きなデータセットは、各単一の測量データセットのみから獲得され得る地中（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ）の良好な画像を得るように処理され得る。さらに、街路座標（またはグローバル座標）に関するデータセットが与えられる場合、そのデータセットから獲得された画像もまた、これらの座標において与えられる。従って、この画像は、いくつかの領域のために利用可能な地理情報システム（ＧＩＳ）およびＣＡＤマップに組み込まれ得る。あるいは、測量ツールを用いて収集されたデータから得られた画像の品質を向上させるために位置決定情報と共に使用され得るチャンネル等化フィルタ、スパイキングデコンボリューションフィルタ（ｓｐｉｋｉｎｇ ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ）、およびフレームフィルタもまた提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（詳細な説明）
（位置情報の測定へのマージ）
位置情報を測定にマージするためのシステムは、以下の２つの主要なコンポーネントからなる。（１）測量ツールは、測量される領域の物理的特性の測定を実行する装置である。このツールは、典型的には、トレーラ上または直接車両に取り付けられた測量領域にわたって移動される。このツールは、例えば、（ａ）電磁波が使用されるレーダ測定、（ｂ）拡散電磁場が使用される誘導測定、（ｃ）電流が注入されるパイプによって放出された磁場の測定、（ｄ）送電線によって放出された磁場の測定、（ｅ）静的磁場の測定、および（ｆ）ビデオ、ウエブカム、または他のタイプのカメラを用いて記録されたフォトグラフィックピクチャを含む複数の測定を実行し得る。（２）トラッキングツールは、固定された局所座標系に対する測量ツールの位置を記録する。以下に説明された一実施形態では、このデバイスは、１つの地上ステーションおよび測量ツールに取り付けられた１つの移動ユニットからなる。多くのトラッキングツールが入手可能である。これらの内のいくつかのツールは、衛星航法システム（ＧＰＳ）を利用し、このシステムは、衛星からの信号をトラッキングすることによってユーザの正確な緯度、経度、および高度を決定する衛星ベースの位置決めおよび航法設備である。他のトラッキングツールは、衛星位置決定を利用しない自己トラッキングレーザゼオドライトを使用する。
【００１７】
多くの企業が本発明に従って使用され得るトラッキングツールを提供する。例えば、このようなツールは、以下の企業によって提供される。
【００１８】
【数２】

以下に説明される実施形態は、Ｓｐｅｃｔｒａ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎによって提供された自己トラッキングレーザゼオドライトを用いるセットアップを説明する。
【００１９】
これらの製造業者によって提供されたトラッキングツールは、測量ツールをトラッキングし、不均一間隔で取得され得る離散的な数の「反射器の位置」において、固定された座標に対する位置を決定し得る。この位置決定情報を有用にするためには、この測量ツールは、測量ツールの位置が各データポイントにおいて知られているようにこの測量ツールの記録とマージされなければならない。このデータポイントおよび反射器の位置は、一般的に一致しない。マージは、トラッキングツールを測量ツールに強固に接続させることによって、達成され得ることにより、位置情報が測量ツールのデータストリームと連続的にマージされる。あるいは、測量ホイールを測量ツールに取り付けることによって位置決定データを測定にマージし、以下に説明される第１の例において説明されるように進み得る。
【００２０】
上述のマージするステップを実行する結果は、複数の、曲がった、不規則にオーバーラップした経路のセットである。各経路は、測定が記録された各ポイントにおいて測量ツールの各アレイエレメントの座標によって占められる。いくつかの画像処理方法は、規則的なグリッドのセットに再補間されるべきこの不規則にサンプリングされたデータを必要とする。Ｍａｔｌａｂ「ｇｒｉｄｄａｔａ」ルーチンの改変は、データを再補間（または「再グリッド」）するために使用され得る（Ｍａｔｌａｂは、Ｔｈｅ Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ，Ｉｎｃ（ｗｗｗ．ｍａｔｈｗｏｒｋｓ．ｃｏｍ）から獲得され得る市販のソフトウエアパケージである）。
【００２１】
一旦位置決定データが測定にマージされ、そのデータが再グリッドされると、トラッキングツールに関連付けられた固定された座標に関して与えられた画像を獲得するための種々の測定に対して適切な処理方法を利用し得る。次いで、これらの画像は、ＣＡＤシステムまたは地理情報システム（ＧＩＳ）に組み込まれ得る（ＣＡＤシステムについては、Ｂｉｌｌ ＢｕｒｃｈａｒｄおよびＤａｖｉｄ Ｐｉｔｚｅｒによる、Ｉｎｓｉｄｅ ＡｕｔｏＣＡＤ２０００，Ｎｅｗ Ｒｉｄｅｒｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，１９９９を参照し、ＧＩＳについては、Ｐａｕｌ Ａ．Ｌｏｎｇｌｅｙ（Ｅｄｉｔｏｒ），Ｍｉｃｈｅａｌ Ｆ．Ｇｏｏｄｃｈｉｌｄ（Ｅｄｉｔｏｒ）、およびＤａｖｉｄ Ｊ．Ｍａｇｕｉｒｅ，による、「Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，Ｔｅｃｈｉｑｕｅｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ」、第２版、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，１９９９、Ｄ．Ｊ．Ｍａｇｕｉｒｅ、Ｍ．Ｆ．Ｇｏｏｄｃｈｉｌｄ、およびＤ．Ｗ．Ｒｈｉｎｄによる，「Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」，Ｌｏｎｇｍａｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ，１９９１（４２章）を参照のこと。これらの参照文献は、縁石、パイプ、マンホール蓋等の街路特徴に関する情報を格納するために使用された典型的なフォーマットを説明する）。
【００２２】
（実施例）
本発明の第１の実施例に対して、車両によって牽引されたトレーラ上に搭載された磁気計のアレイからなる測量ツールを考慮する。この磁気計は、磁場を測定する。測量ツールに取り付けられた測量ホイールは、磁気計の出力を記録する場合の取得システムを示す。例えば、そのシステムを設定し得ることにより、全ての磁気計における磁場は、測量ホイールの回転ごとに固定された回数の時間を測定する。従ってこの磁場は、測量ツールの経路に沿った固定された間隔において測定される。図２の測量ツール２０２は、磁気計２０３および測量ホイール２０１のアレイを含むことにより、大気（ａｉｒ）２１０の方向２０４に移動させながら、地中の土壌領域２１１における測定を行う。全体の測量は、１つ以上の曲がった経路からなり得る。例えば、図３の直交測量領域における磁場を記録するためには、測量ツール３０１は、図３にも示されたように２つの曲がった経路（経路＃１および経路＃２）に沿って移動され得る。固定された地上ステーション３０３は、ジオジメータ３０２のためおよびｘ−ｙ−ｚ座標系の原点として使用される。
【００２３】
Ｓｐｅｃｔｒａ ＰｒｅｃｉｓｉｏｎによるＧｅｏｄｉｍｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ６００Ｐｒｏがトラッキングのために使用され得る。このシステムは、固定された地上局および反射器からなる。この反射器は、好ましくは測量ツール上に搭載される。地上ステーション上の自己トラッキングレーザゼオドライトは、その反射器をヒットさせる光線を送信し、地上ステーションに再送信する。地上ステーションにおいて受信された光線から、地上ステーションと反射器との間の距離および２つの角度が決定され得る。この情報に基づいて、図３におけるｘ−ｙ−ｚ座標系の反射器のデカルト座標が計算され得る。
【００２４】
１つの動作モードでは、ジオジメータは、測量ツールによって移動された距離にもかかわらず、一定の時間間隔で反射器の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を決定する。磁気計データがこの動作モードで位置決定データとマージされる方法を説明するために、図４に示された反射器４０４を有する測量ツール４０１を考慮する。ここで、その測量は位置＃１から位置＃Ｎまで進行し、１つのジオジメータの読みは、これらの位置のそれぞれに対して記録されることにより、Ｎ個の記録された反射器の位置４０５において合計Ｎ個のジオジメータの読みを提供する。位置＃１から位置＃Ｎまでの移動の間の磁気計の読みの数をＭとし（各磁気計に対して）、ＭはＮよりも大きいと仮定する。測量ツール４０１のホイール２０１は、経路４０２および反射器４０４に沿って移動し、反射器４０４は、経路４０３に沿って移動する。各ジオジメータの読みの間で移動された経路の断片は、スプラインフィットによって概算され、そのスプライン断片の長さが計算される。この断片の長さが合計されて、その測量の明確な全長を獲得する。Ｍ個の磁気計の読みのそれぞれに対する反射器４０４の位置は、位置＃Ｎを位置決定するために、位置＃１を接続させる全体のスプライン曲線をＭ片に分割することによって決定され得る。
【００２５】
ここで、反射器の位置がＭ個の磁気計の読みのそれぞれに対してほぼ既知であるために、各読みにおける各磁気計に対する（ｘ，ｙ）座標が決定され得る。このようにすることにより、測量ツールは、測定が行われた点のスプライン曲線に対して常に垂直であることが想定されるに過ぎない。従って、各磁気計の読みにおいて、反射器の（ｘ，ｙ）座標および測量ツールの配向を知り、そのため、各磁気計の位置を計算することによって、データ座標を用いて曲がった経路のセットを集めることは簡単な事である。以前に説明したように、データは、最終画像処理ステップの前に、直交グリッド（「再グリッド化」）のセットに再補間され得る。
【００２６】
第２の例では、ジオジメータの読みが記録されるたびに、修正された以前の例を考慮することによってタイムスタンプが磁気計データファイルに挿入される。従って、磁気計データファイル内の所定のポイントにおける反射器の位置を知る。図４において、１つの特定のジオジメータ位置から次の位置までの移動の間に収集された磁気計データを考慮すること（例えば、位置＃２から位置＃３までの移動を考慮すること）。どの磁気計の読みがこの領域内で収集されるかを知るので、これらの磁気計の読みの各々における反射器の位置がその領域の端点における２つのジオジメータ位置からの補間のみによって決定され得る。従って、測量ホイールスリップに起因するエラーおよびある領域における誤ったトレースは、他の領域における計算された反射器の位置に影響を与えない。
【００２７】
第３の例に関して、２Ｄ線のデータのみが各経路間で収集されるように、改変された以前の２つの例を考慮すること。磁気計のアレイが１つのみの単一の磁気計からなるか、または、測量ツールがレーダシステムである場合には、１つのみの送信機および１つのみの受信機からなる。
【００２８】
（フィルタリング）
物理デバイスのアレイによって収集されたレーダデータは、センサの不均一のために望ましくない変動の影響を受ける。これらの変動は、データのマージの前にセンサ応答機能を等化するように設計された適切なデジタルフィルタの適用によって除去または低減され得る。これらのフィルタは、確定的またはデータ適用方法によって、あるいは、この両方の方法のいくつかの組み合わせのいずれかによって獲得され得る。
【００２９】
確定的フィルタは、動作温度および地表から上のセンサ上昇等の変動する環境条件下での応答を等化するように設計された所定のフィルタのバンクから選択されることによって獲得される。適切なフィルタを選択するために、環境条件の補助的な測定がレーダデータと同時に記録される。
【００３０】
データ適応フィルタは、システムおよびランダム変動の組み合わせから生成されるようなデータ変動性をモデル化するシステムの方程式を解くことによって記録されたレーダデータ自体から獲得される。モデルの形態およびこの設計において使用されたデータのセットを適切に制限することによって、システム変動は、除去されるべきセンサ変動性を説明し得る。
【００３１】
いくつかのタイプのデータ適応フィルタは、マージする前に、地中探査レーダアレイ（ＧＰＲＡ）データを予め処理するために適切である。これらは、単独でまたは組み合わせて使用され得る（例は以下に列挙される）。ＧＰＲＡデータは、時間、チャンネル、フレーム、およびプロファイルインデックスによってインデックス付けされる。本発明の議論のために、フレームは、レーダアレイの１つの位置のための全てのチャンネルからの時間応答を含み、プロファイルは、測量領域の所定の地中を被覆するフレームの収集である。
【００３２】
典型的なマージされるべきＧＰＲＡデータセットでは、プロファイルごとに、約２５６の時間のインデックス、１６チャンネルインデックス、約５〜５０のプロファイルインデックス、および約２００〜２０００のフレームインデックスが存在し得る。各チャンネルは、物理的な送信機／受信機の対に対応する。各フレームは、表面上のアレイの物理的位置に対応する。各プロファイルは、表面から上方へのアレイの上昇などのある環境因子のリセットに対応し得る。１次元フーリエ変換の後で、時間インデックスが等しい数の周波数インデックスに変換される。このフーリエ変換されたデータは、ｆ_ｄａｔａ（ｉ_ｗ，ｉ_ｃ，ｉ_ｆ，ｉ_ｐ）によって示され得る。ここで、ｉ_ｗは周波数を示し、ｉ_ｃはチャンネルを示し、ｉ_ｆはフレームを示し、そしてｉ_ｐはプロファイルを示す。
【００３３】
スパイキングデコンボリューションフィルタは、プロファイル後との変動性（例えば上昇変化に起因する）を補償するために使用され得る。このフィルタを実装するためには、各プロファイルＰおよび各周波数ｗに対して、ＲＭＳエラーを最小化する複素スカラーＦ＝Ｆ（ｉ_ｗ，ｉ_ｐ）に関するベクトル方程式を解く（ここで、ｎ_ｃｈａｎはチャンネル数であり、ｉ_ｕｓｅは利用可能なフレームのリストであり、ｎ_ｕｓｅは利用可能なフレームの数である。さらに、ｏｎｅｓ（ｍ，１）は、その全ての要素が１に等しい長さｍの１次元ベクトルである）。
Ｆ＊ｆ_ｄａｔａ（ｉ_ｗ，；，ｉ_ｕｓｅ，ｉ_ｐ）＝ｏｎｅｓ（ｎ_ｃｈａｎ＊ｎ_ｕｓｅ，１）
このフィルタは、プロファイルではなくチャンネルにわたって組み合わせる。このフィルタリングされたデータは、単に、
Ｆ（ｉ_ｗ，ｉ_ｐ）＊ｆ_ｄａｔａ（ｉ_ｗ，ｉ_ｃ，ｉ_ｆ，ｉ_ｐ）
である。
【００３４】
チャンネル等化フィルタ（整合フィルタ）は、チャンネルごとの変動を補償するために使用され得る。この設計セットにおける各フレームのために、このフィルタは、スパイキングデコンボリューションフィルタによってモデル化され、全てのチャンネルは同じ応答を有するべきであるように再度フィルタリングされる。このフィルタを実装するために、基準チャンネルｃ_ｒを選択する。各チャンネルｃおよび各周波数ｗについて、ＲＭＳエラーを最小化する複素スカラーＦ＝Ｆ（ｉ_ｗ，ｉ_ｃ）に関するベクトル方程式を解く。
【００３５】
【数３】

ここで、ｉ_ｕｓｅは、利用可能なフレームのリスト（すなわち、マンホールの蓋等の強力に散乱する表面の特徴を有しないフレーム）であり、最後の自由なインデックスは、互いにグループ化される全てのプロファイルにわたって動作する。画像を計算するために以後使用されるこのフィルタリングされたデータは、単にＦ（ｉ_ｗ，ｉ_ｐ）＊ｆ_ｄａｔａ（ｉ_ｗ，ｉ_ｃ，ｉ_ｆ，ｉ_ｐ）である。
【００３６】
フィルタＦを設計するために使用するトレースのセット（ｉ_ｕｓｅ）を手動で選択するための代替的なアプローチは、上述の方程式を変換する場合に中央値推定量を用いることによって獲得されたロバストなアンテナごとの推定の使用を含む。このアプローチは、「Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｎｅｌ Ｗｉｅｎｅｒ Ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｏｆｉｌｅｓ」（Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ ５９巻、Ｎｏ．１０（１９９４年１０月）、１５００〜１５１１頁）と題された、Ｊ．Ｈａｌｄｏｒｓｅｎ，Ｄ．ＭｉｌｌｅｒおよびＪ．Ｗａｌｓｈによる論文に説明される。あるいは、設計波形（ｆ_ｄａｔａ（ｉ_ｗ，ｉ_ｃ，ｉ_ｆ，ｉ_ｐ））に対する特殊なアンテナ
【００３７】
【数４】

を用いる代わりに、ロバストなフィルタのために、全ての波形または任意の他の所望された波形の中央値を使用し得る。
【００３８】
フレームーフィルタは、フレーム間でほぼ一定である全ての特徴を除去するために使用され得る。これは、フレーム間で変化しないものはシステムノイズであることを想定することによってモデル化され得る。このフィルタを実装するためには、各プロファイルｐ、時間ｔ、およびチャンネルｃに対してハイパスフィルタ（フレームインデックスに関して）時間ドメインデータアレイｇ_ｄａｔａ（ｉ_ｔ，ｉ_ｃ，：，ｉ_ｐ）に適用する。あるいは、各プロファイルの中央値を減算し得る。
【００３９】
（結論）
従って、本発明は、目的を実行するため、および上述の目的および利点ならびに本明細書特有の他のものを獲得するように十分適応される。現在の本発明の好ましい実施形態全てが開示の目的のために与えられてきた。上記説明において、参照が公知の等価物を有するエレメントに対してなされる場合、このような等価物があたかも個々に説明されように含まれる。本発明が例示によっておよび特定の実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明は特定の例および実施形態に限定されることを意図しない。容易に当業者に提示し、本発明の趣旨および添付の特許請求の範囲内部に含まれる、構成の細部における多くの改変および／または改良がなされ得ることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明が使用され得る表面を示す。
【図２】図２は、本発明と共に使用され得る磁気計および測量ホイールのアレイの上面図および側面図を示す。
【図３】図３は、曲がった経路を有する直交測量領域の上面図を示す。
【図４】図４は、位置データが測量データにマージされ得る方法を示す測量経路である。

Claims (34)

1. 搬送体表面地理測量ツールを提供するステップと、
   固定された局所座標系に関して該測量ツールの位置を提供するように適応されたトラッキングツールを提供するステップと、
   該移動可能な測量ツールから測量測定データセットを獲得するステップと、
   該トラッキングツールから位置データセットを獲得するステップと、
   該位置データセットを該測量測定データセットにマージして、測定および位置データの両方を含む単一のマージされたサンプルデータセットを形成するステップと、
   該マージされたサンプルデータセットをユーザによって選択されたグリッドポイントに補間するステップと
   を含む、位置データセットを測量測定データセットにマージするための方法。
2. 前記移動可能な測量ツールは、磁気計を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記移動可能な測量ツールは、磁気計のアレイを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記移動可能な測量ツールは、単一チャンネルレーダシステムを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記移動可能な測量ツールは、レーダアンテナのアレイを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記移動可能な測量ツールは、単一チャンネ電磁誘導ツールを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記移動可能な測量ツールは、電磁アレイ誘導ツールを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記移動可能な測量ツールは、光学カメラを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記移動可能な測量ツールは、光学カメラのアレイを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記グリッドのポイントのセットは、規則的なグリッドである、請求項１に記載の方法。
11. 前記トラッキングツールを前記移動可能な測量ツールに強固に接続するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 測量ホイールを前記移動可能な測量ツールに取り付けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記位置データセットを獲得するステップは、
    一定の期間を提供するステップと、
    最初の位置ポイント開始し、最後の位置ポイントで終了する該一定の期間によって分離される瞬間において前記測量ツールの位置ポイントを決定するステップと
    を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記マージするステップは、
    前記位置ポイントの隣接する対間のスプライン曲線を用いて前記測量ツールの経路を概算するステップと、
    前記最初の位置ポイントと前記最終位置ポイントとの間の前記スプライン曲線の長さを加算することによって明らかな全体の測量長さを決定するステップと、
    該スプライン曲線を組み合わせて、該第１の位置ポイントで開始し、該最終位置ポイントで終了する単一のスプライン曲線にするステップと、
    該単一のスプライン曲線を、該測量測定データセットにおけるデータポイントの数に等しい複数のセグメントに分割することによって該位置ポイントのそれぞれにおける該測量ツールの位置を概算するステップと、
    該測量ツールが、該測量測定データセット内の各データポイントにおいて該単一のスプライン曲線に垂直であったことを仮定することによって該測量測定データセット内の各位置における該測量ツールの位置を概算するステップと
    を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 測量測定データセットを獲得するステップは、該測量測定データセット内の各データポイントが収集される時間を記録するステップをさらに含み、該位置データセットを獲得するステップは、各位置ポイントが収集される時間を記録するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記マージするステップは、
    前記位置ポイントの隣接する対間にスプライン曲線を用いて前記測量ツールの経路を概算するステップと、
    前記測量測定データセットにおける各データポイントに対する収集時間を決定し、該位置データセットにおける各位置ポイントに対する収集時間を決定するステップと、
    各データポイントに対する収集時間を各位置ポイントに対する収集時間と比較し、隣接する位置ポイントの対によって、各データポイントを一時的に一括し、それにより、各データポイントを該スプライン曲線の内の１つと関連付ける、ステップと、
    該測量ツールが、該測量測定データセット内の各データポイントにおける該測量ツールの関連付けられた単一のスプライン曲線に垂直であったことを仮定することによって該測量測定データセット内の各データポイントにおける該測量ツールの位置を概算するステップと
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記測量ツールは、それぞれが異なるセンサ応答関数を有する各センサのアレイを含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記センサ応答機能を等化するために、前記マージするステップの前に前記測定データセットをフィルタリングするステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記フィルタリングするステップは、確定的フィルタを介してフィルタリングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記フィルタリングするステップは、データ適応フィルタを介してフィルタリングするステップを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記データ適応フィルタは、スパイキングデコンボリューションフィルタである、請求項２０に記載の方法。
22. 前記データ適応フィルタは、チャンネル等価フィルタである、請求項２０に記載の方法。
23. 前記データ適応フィルタは、フレームフィルタである、請求項２０に記載の方法。
24. 測定情報を提供することが可能な移動可能な測量ツールと、
    該移動可能な測量ツールから該測定情報に対応する位置情報を提供することが可能なトラッキングツールと、
    該測定情報および該位置情報をマージして、単一のマージされたデータセットにするようにプログラムされたコンピュータと
    を含む、マージされた測定および位置情報を含む測量データセットを提供するための装置。
25. 前記移動可能な測量ツールは磁気計を含む、請求項２４に記載の装置。
26. 前記移動可能な測量ツールは、磁気計のアレイを含む、請求項２４に記載の装置。
27. 前記移動可能な測量ツールは、単一チャンネルレーダシステムを含む、請求項２４に記載の装置。
28. 前記移動可能な測量ツールは、レーダアンテナのアレイを含む、請求項２４に記載の装置。
29. 前記移動可能な測量ツールは、単一チャンネ電磁誘導ツールを含む、請求項２４に記載の装置。
30. 前記移動可能な測量ツールは、電磁アレイ誘導ツールを含む、請求項２４に記載の装置。
31. 前記移動可能な測量ツールは、光学カメラを含む、請求項２４に記載の装置。
32. 前記移動可能な測量ツールは、光学カメラのアレイを含む、請求項２４に記載の装置。
33. 前記アレイはトレーラ上に搭載される、請求項２６、２８、３０、または３２に記載の装置。
34. 前記トラッキングツールは、自己トラッキングレーザゼオドライトを含む、請求項２４に記載の装置。

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