JP2008180674A - 測量システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを使用した位置情報を取得する測量システムにおいて、マルチパス等の影響による不良データを効率よく削除することができる測量システムを提供する。
【解決手段】ＧＰＳの信号を受信する受信機と、受信信号に基づいて、受信機の緯度、経度及び高度からなる位置情報を所定の周期で算出する位置情報算出手段と、緯度、経度及び高度の位置情報のそれぞれを所定の基準位置からの相対距離情報を算出する相対距離情報算出手段と、相対距離情報算出手段によって得られた緯度方向、経度方向及び高度方向の相対距離情報を記憶する位置情報記憶手段とを備えた測量システムであって、新たに得られた高度方向の相対距離情報と、直前に得られた高度方向の相対距離情報とを比較して、相対距離の差が予め決められたしきい値より大きい場合に、新たに得られた緯度方向、経度方向及び高度方向の相対距離情報を異常と見なして削除する位置情報削除手段を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を使用して位置情報を取得する測量システムに関する。

従来からＧＰＳを利用した測量システムが知られている。ＧＰＳデータは、衛星から送られるデータであり、衛星の配置状態や受信アンテナ設置箇所における障害物の影響を受けるため不良データが介在する可能性がある。これまでは、衛星配置による精度の影響をＤＯＰ（Dilution Of Precision）で数値化し、ＤＯＰがある一定値以上の場合の観測データを不良値として削除する等のフィルタリングが行われていた。
なお、マルチパスによる影響を受けた不良データを削除する先行技術として、ＧＰＳアンテナ上空視界とＧＰＳ電波方向から不良データを削除する斜面監視システムが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−１４４６２４号公報 特開２００４−１４４６２５号公報

しかしながら、上空や周辺の障害物の影響（マルチパス）については、定量化が困難であるため、不良データであることを判定して削除することは困難であるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＧＰＳ（Global Positioning System）を使用した位置情報を取得する測量システムにおいて、マルチパス等の影響による不良データを効率よく削除することができる測量システムを提供することを目的とする。

本発明は、ＧＰＳの信号を受信する受信機と、前記受信信号に基づいて、前記受信機の緯度、経度及び高度からなる位置情報を所定の周期で算出する位置情報算出手段と、前記緯度、経度及び高度の位置情報のそれぞれを所定の基準位置からの相対距離情報を算出する相対距離情報算出手段と、前記相対距離情報算出手段によって得られた前記緯度方向、経度方向及び高度方向の相対距離情報を記憶する位置情報記憶手段とを備えた測量システムであって、新たに得られた高度方向の相対距離情報と、直前に得られた高度方向の相対距離情報とを比較して、相対距離の差が予め決められたしきい値より大きい場合に、新たに得られた前記緯度方向、経度方向及び高度方向の相対距離情報を異常と見なして削除する位置情報削除手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、新たに得られた高度方向（鉛直方向）の位置情報と、直前に得られた高度方向（鉛直方向）の位置情報との差が予め決められたしきい値より大きい場合に、この新たに得られた高度方向（鉛直方向）の位置情報と同時に得られた緯度方向（Ｎ−Ｓ方向）及び経度方向（Ｅ−Ｗ方向）の位置情報を不良データと見なして削除することにより、マルチパス等の影響による不良データの発生を抑制することが可能となるため、精度の高い位置情報を得ることできるという効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態による測量システムを図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、ＧＰＳの衛星から発せられる電波信号を受信する受信機である。符号２は、受信機１が受信した信号に基づいて、受信機１の緯度、経度及び高度情報を算出して出力する位置情報算出部である。符号３は、位置情報算出部２から出力される緯度、経度及び高度情報と、予め規定されている基準位置情報とに基づいて、基準位置を原点として、鉛直（高度）方向の相対距離情報、Ｎ−Ｓ（緯度）方向の相対距離情報及びＥ−Ｗ（経度）方向の相対距離情報を算出して出力する相対距離情報算出部である。符号４は、新たに取得した鉛直方向相対距離情報と直前に取得した鉛直方向相対距離情報との差（変動量）を求め、この求めた差がしきい値より大きいか否かを判定する変動量判定部である。符号５は、変動量判定部４が用いるしきい値を記憶するしきい値記憶部である。符号６は、変動量判定部４が新たに取得した鉛直方向相対距離情報と直前に取得した鉛直方向相対距離情報との差がしきい値より大きいと判定した場合に、新たに取得した鉛直（高度）方向の相対距離情報、Ｎ−Ｓ（緯度）方向の相対距離情報及びＥ−Ｗ（経度）方向の相対距離情報を削除する情報削除部である。符号７は、相対距離情報算出部３から出力する鉛直（高度）方向の相対距離情報、Ｎ−Ｓ（緯度）方向の相対距離情報及びＥ−Ｗ（経度）方向の相対距離情報を記憶する位置情報記憶部である。

次に、図２を参照して、図１に示す測量システムの動作を説明する。図２は、図１に示す測量システムの動作を示すフローチャートである。まず、ＧＰＳ受信機１は、衛星から発せられる電波信号を受信する（ステップＳ１）。位置情報算出部２は、ＧＰＳ受信機１が受信した信号をデジタルデータに変換して、このデジタルデータに基づいてＧＰＳ受信機１の位置情報となる緯度、経度及び高度を算出する（ステップＳ２）。位置情報算出部２が行う位置情報算出は、予め決められた周期（例えば、０．１秒）で繰り返し行われる。

次に、相対距離情報算出部３は、外部から入力した基準位置情報（緯度、経度及び高度）と、位置情報算出部２が算出したＧＰＳ受信機１の位置情報（緯度、経度及び高度）とに基づいて、基準位置とＧＰＳ受信機１との相対距離情報を算出して出力する（ステップＳ３）。ここで算出される相対距離情報は、基準位置とＧＰＳ受信機１との高度（鉛直）方向の相対距離と、基準位置とＧＰＳ受信機１との緯度（Ｎ−Ｓ）方向の相対距離と、基準位置とＧＰＳ受信機１との経度（Ｅ−Ｗ）方向の相対距離である。

次に、情報削除部６は、相対距離情報算出部３から出力される各方向の相対距離情報を一時保持する。一方、変動量判定部４は、相対距離情報算出部３から出力される高度（鉛直）方向の相対距離情報のみを読み取り、内部に保持する。そして、変動量判定部４は、新たに鉛直方向の相対距離情報（これをＮＤとする）を読み取った１回前（直前）に読み取って保持しておいた鉛直方向の相対距離情報（これをＯＤとする）の差（ＮＤからＯＤを減算した結果の絶対値で、これをＳとする）を求める（ステップＳ４）。そして、変動量判定部４は、求めた差Ｓとしきい値記憶部５に記憶されているしきい値（これをＴＨとする）と比較して、しきい値ＴＨより差Ｓが小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。

この判定の結果、しきい値ＴＨ（例えば、５０ｍｍ）より差Ｓが小さければ（ＴＨ＞Ｓを満たせば）、変動量判定部４は、情報削除部６に対して、現時点で保持している各方向の相対距離情報を位置情報記憶部７に記憶するように指示を出す。これを受けて、情報削除部６は、保持している各方向の相対距離情報を位置情報記憶部７に記憶する（ステップＳ６）。そして、変動量判定部４は、直前の鉛直方向の相対距離情報を新たに読み取った鉛直方向の相対距離情報に置き換えることにより、新たに読み取った鉛直方向の相対距離情報を直前の鉛直方向の相対距離情報として保持する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ１へ戻って、所定の周期で処理が繰り返される。

一方、ステップＳ５における判定の結果、差Ｓがしきい値ＴＨ以上であれば（ＴＨ≦Ｓを満たせば）、変動量判定部４は、情報削除部６に対して、現時点で保持している各方向の相対距離情報を削除するように指示を出す。これを受けて、情報削除部６は、保持している各方向の相対距離情報を削除する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ１へ戻って、所定の周期で処理が繰り返される。

次に、図３を参照して、図２に示す動作を、具体例を挙げて説明する。図３は、相対距離情報算出部３が算出した各方向の相対距離情報の時間変化を示す図である。各方向の相対距離情報は、算出周期Ｔ毎に算出されて、情報削除部６に一旦保持される。変動量判定部４は、常に１回前（直前）に算出された鉛直方向の相対距離情報（図３に示すＤ０）を保持しており、新たに算出された鉛直方向の相対距離情報（図３に示すＤ１）と保持している直前の鉛直方向の相対距離情報（Ｄ０）との差（図３に示すＳ１）を求める。そして、求めた差Ｓ１が、予め記憶されているしきい値ＴＨより大きい場合（ＴＨ＜Ｓ１）、新たに算出された鉛直方向の相対距離情報（Ｄ１）と、この鉛直方向の相対距離情報（Ｄ１）と同一のタイミングで算出されたＮ−Ｓ方向の相対距離情報（図３に示すＤ２）及びＥ−Ｗ方向の相対距離情報（図３に示すＤ３）が削除対象となる。各方向の相対距離情報を削除した場合、直前の鉛直方向の相対距離情報（Ｄ０）は、新たに算出された鉛直方向の相対距離情報（Ｄ１）に置き換える処理が行われない。したがって、次に新たに算出された鉛直方向の相対距離情報（Ｄ４）は、直前の鉛直方向の相対距離情報（Ｄ０）との差（Ｓ２）がしきい値ＴＨより大きいか否かが判定される。この結果、差（Ｓ２）がしきい値ＴＨより大きくなければ、削除されることなく、Ｎ−Ｓ方向の相対距離情報及びＥ−Ｗ方向の相対距離情報と関係付けられて位置情報記憶部７に記憶されることになる。そして、直前の鉛直方向の相対距離情報が新たな鉛直方向の相対距離情報（Ｄ４）に置き換えられる。この処理動作を繰り返すことにより、位置情報記憶部７には、マルチパス等の影響による異常な位置情報が除かれて、正当な位置情報のみが記憶されることになる。

次に、しきい値記憶部５に予め記憶されるしきい値ＴＨについて説明する。しきい値ＴＨの設定によって、位置情報記憶部７に記憶されるべき位置情報が削除されてしまうことが発生する場合がある。これを防止するために、しきい値ＴＨは、ＧＰＳ受信機１が取り付けられる対象物に対して加えられる、または対象物が発生する加速度と、相対距離情報算出部３の算出周期Ｔの関係から決定すればよい。すなわち、ＧＰＳ受信機１が取り付けられる対象物が位置情報算出周期Ｔの間に想定される変動量の最大値より大きい量をしきい値に用いればよい。このように設定することによって、例えば、対象物が位置情報算出周期０．１秒の間に最大で１０ｍｍ程度の変動量が想定されるのであれば、しきい値ＴＨを５０ｍｍと設定しておけば、直前の算出値と新たな算出値との差が５０ｍｍ以上の場合は、マルチパス等の影響を受けた異常値と見なすことができる。

なお、情報削除部６によって新たに算出された位置情報が削除された場合は、削除した直後の位置情報が得られた時点で、削除した位置情報の前後の位置情報に基づいて削除されたタイミングにおいて得られるべき位置情報を公知の補完処理によって求めるようにしてもよい。

ＧＰＳによる観測値の特徴として、マルチパスによる不良データが発生する場合は、鉛直方向、Ｎ−Ｓ方向及びＥ−Ｗ方向のそれぞれ全てにかつ同時に異常となる頻度が高い。また、得られた観測値のうち、鉛直方向の位置情報の誤差が、他の方向（Ｎ−Ｓ方向及びＥ−Ｗ方向）より大きくなる。したがって、新たに得られた高度（鉛直方向）の位置情報と、直前に得られた高度（鉛直方向）の位置情報との差が予め決められたしきい値より大きい場合に、この新たに得られた高度（鉛直方向）の位置情報と同時に得られた緯度方向（Ｎ−Ｓ方向）及び経度方向（Ｅ−Ｗ方向）の位置情報を不良データと見なして削除することにより、マルチパスによる不良データの発生を抑制することが可能となる。

なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより不良データ削除処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に示すシステムの動作を示すフローチャートである。 図１に示す相対距離情報算出部３が算出した各方向の相対距離情報の時間変化を示す説明図である。

符号の説明

１・・・ＧＰＳ受信機、２・・・位置情報算出部、３・・・相対距離情報算出部、４・・・変動量判定部、５・・・しきい値記憶部、６・・・情報削除部、７・・・位置情報記憶部

Claims (1)

1. ＧＰＳの信号を受信する受信機と、
   前記受信信号に基づいて、前記受信機の緯度、経度及び高度からなる位置情報を所定の周期で算出する位置情報算出手段と、
   前記緯度、経度及び高度の位置情報のそれぞれを所定の基準位置からの相対距離情報を算出する相対距離情報算出手段と、
   前記相対距離情報算出手段によって得られた前記緯度方向、経度方向及び高度方向の相対距離情報を記憶する位置情報記憶手段と
   を備えた測量システムであって、
   新たに得られた高度方向の相対距離情報と、直前に得られた高度方向の相対距離情報とを比較して、相対距離の差が予め決められたしきい値より大きい場合に、新たに得られた前記緯度方向、経度方向及び高度方向の相対距離情報を異常と見なして削除する位置情報削除手段を備えたことを特徴とする測量システム。

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