JP2009281896A - Displacement measurement device and method by gps with rtk anomalous positioning data processing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、RTK異常測位データ処理を伴うGPSによる変位計測装置および変位計測方法に関する。 The present invention relates to a displacement measuring apparatus and displacement measuring method using GPS accompanied by RTK abnormality positioning data processing.
GPS(Global Positioning System)を利用して、計測対象物(以下、計測点という)の3次元位置をリアルタイムに求める測位方式としてRTK(Real Time kinematic)法があり、海洋観測ブイによる津波・波浪観測にも利用されている。このRTK法は、予め、緯度、経度、高さが分かっている基準点でのGPS衛星からの搬送波位相による計測値を参照しながら、計測点での搬送波位相の計測を行うとともに、基準点に対する計測点の変動成分を求め、計測点の三次元位置を精度良く計測する方法である。このRTK法を用いることにより、リアルタイムで津波・波浪観測が可能となる(非特許文献1参照)。
ところで、上記RTK法は、観測点(計測対象地点)の3次元位置をリアルタイムに決定できる測位方式であり、計測誤差も通常時は数センチメートル程度と極めて高精度である。しかし、電離層や対流圏の影響を強く受けたGPSデータをRTK測位に使用した場合などには、整数値アンビギュイティの確定ミスが発生し、計測値が数センチメートルを超えてジャンプする場合がある。 By the way, the RTK method is a positioning method that can determine the three-dimensional position of an observation point (measurement target point) in real time, and the measurement error is usually extremely high, about several centimeters. However, when GPS data that is strongly influenced by the ionosphere or troposphere is used for RTK positioning, an integer ambiguity determination error may occur, and the measured value may jump beyond several centimeters. .
すなわち、通常、RTK法が組み込まれたGPS測位ソフトウェアでは、GPS衛星データや補正データの取得状況などに応じて、フィックス解(FIX解),フロート解(FLOAT解),D−GPS解または単独測位解のいずれかが出力される。フィックス解としてデータ出力された場合が最も精度が良く信頼性も高い。ところが、フィックス解として出力された場合でも、整数値アンビギュイティの確定ミスにより、演算結果に跳躍現象、所謂、ジャンプが生じる可能性がある。 That is, in general, in GPS positioning software incorporating the RTK method, a fixed solution (FIX solution), a float solution (FLOAT solution), a D-GPS solution or a single positioning is performed according to the acquisition status of GPS satellite data and correction data. One of the solutions is output. When data is output as a fixed solution, it is the most accurate and reliable. However, even when it is output as a fixed solution, a jump phenomenon, so-called jump, may occur in the operation result due to an integer value ambiguity determination error.
また、RTK法によって測位された結果には、短周期の波浪成分が含まれているので、これから津波成分を抽出するためにはローパスフィルタを適用する必要がある。しかし、ジャンプ値すなわち異常値を含んだままのデータにローパスフィルタを適用すれば、恰も津波が到来したかのような波形となり、全くの平静時に津波発生という誤報を発令してしまうという問題がある。 In addition, since the result of positioning by the RTK method includes a short-period wave component, it is necessary to apply a low-pass filter to extract the tsunami component from this. However, if a low-pass filter is applied to data that contains jump values, that is, abnormal values, the waveform will appear as if a tsunami has arrived. .
そこで、本発明は、RTK法による計測データに異常値が発生した場合でも、その異常値を除去し得るGPSによる海面変位計測装置および海面変位計測方法を、言い換えれば、RTK異常測位データ処理を伴うGPSによる変位計測装置および変位計測方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention relates to a sea level displacement measuring device and a sea level displacement measuring method by GPS that can remove an abnormal value even if an abnormal value occurs in the measured data by the RTK method, in other words, with RTK abnormal positioning data processing. An object of the present invention is to provide a displacement measuring device and a displacement measuring method using GPS.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係るGPSによる変位計測装置は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局と称す)にて得られた計測データと、所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)にて得られた計測データとに基づき海面変位を計測する装置であって、
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、リアルタイムキネマティック法(RTK)により観測局の海面位置データを求める第1演算部と、
観測局からの観測計測データを入力して単独測位方式を用いて変動成分を得る高精度変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算部と、
上記第1演算部にて求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測部と、
この潮位予測部にて求められた予測潮位に上記第2演算部にて求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算部と、
この加算部にて求められた予測海面位置データおよび上記第1演算部にて求められた実測による海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択部と、
上記第1演算部にて求められた実測海面位置データおよび上記第2演算部にて求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算部にて求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断部とを具備し、
且つこの異常判断部にて異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測部にて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、この判断結果を上記データ選択部に出力して、上記加算部にて得られた予測海面位置データを出力させるように構成したものである。
In order to solve the above-mentioned problem, a displacement measuring apparatus using GPS according to
A first calculation unit that inputs reference measurement data from the reference station and observation measurement data from the observation station and obtains sea level data of the observation station by a real-time kinematic method (RTK);
A second computing unit that obtains sea surface displacement as a wave component by a high-precision fluctuation detection method that inputs observation measurement data from an observation station and obtains a fluctuation component using a single positioning method;
A tide level prediction unit that inputs sea level position data obtained by the first calculation unit and predicts a tide level using a tide level prediction formula that is determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition unit for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained by the second calculation unit to the predicted tide level obtained by the tide level prediction unit;
A data selection unit that inputs the predicted sea surface position data obtained by the addition unit and the sea surface position data obtained by actual measurement obtained by the first calculation unit and outputs any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained by the first computing unit and the sea level displacement obtained by the second computing unit are input to obtain a subtraction value which is the difference between the two and the subtraction value or the differential of the subtraction value An abnormality determination unit that determines whether or not the sea level position data obtained by the first calculation unit based on the value is abnormal,
In addition, when the abnormality determination unit determines that the data is abnormal positioning data, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is calculated by the tide level prediction unit, and the determination result is used as the above data. It outputs to a selection part, and it is comprised so that the predicted sea surface position data obtained in the said addition part may be output.
また、請求項2に係るGPSによる変位計測方法は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局と称す)にて得られた計測データと、所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)にて得られた計測データとを用いてリアルタイムキネマティック法(RTK)により海面位置データを求める第1演算ステップと、
観測局からの観測計測データを入力して単独測位方式を用いて変動成分を得る高精度変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算ステップと、
上記第1演算ステップで求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測ステップと、
この潮位予測ステップで求められた予測潮位に上記第2演算ステップで求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算ステップと、
この加算ステップで求められた予測海面位置データおよび上記第1演算ステップで求められた実測の海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択ステップと、
上記第1演算ステップで求められた実測海面位置データおよび上記第2演算ステップで求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算ステップで求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断ステップとを具備し、
且つこの異常判断ステップで異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測ステップにおいて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、上記データ選択ステップにおいて上記加算ステップで得られた予測海面位置データを出力させる方法である。
The GPS displacement measurement method according to
A second calculation step for obtaining sea level displacement as a wave component by a high-precision fluctuation detection method that inputs observation measurement data from an observation station and obtains a fluctuation component using a single positioning method;
A tide level prediction step of inputting the sea level position data obtained in the first calculation step and predicting a tide level using a tide level prediction formula determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition step for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained in the second calculation step to the predicted tide level obtained in the tide level prediction step;
A data selection step for inputting the predicted sea surface position data obtained in the addition step and the actually measured sea surface position data obtained in the first calculation step and outputting any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained in the first computation step and the sea surface displacement obtained in the second computation step are input to obtain a subtraction value which is the difference between them, and the subtraction value or the differential value of the subtraction value is obtained. An abnormality determination step for determining whether or not the sea surface position data obtained in the first calculation step is abnormal,
In addition, when it is determined that there is abnormal positioning data in this abnormality determination step, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is obtained in the tide level prediction step, and the addition step is performed in the data selection step. This is a method for outputting the predicted sea surface position data obtained in (1).
また、請求項3に係るGPSによる変位計測装置は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局と称す)にて得られた計測データと、所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)にて得られた計測データとに基づき海面変位を計測する装置であって、
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、リアルタイムキネマティック法(RTK)により観測局の海面位置データを求める第1演算部と、
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、相対測位方式を用いて変動成分を得る精密変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算部と、
上記第1演算部にて求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測部と、
この潮位予測部にて求められた予測潮位に上記第2演算部にて求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算部と、
この加算部にて求められた予測海面位置データおよび上記第1演算部にて求められた実測による海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択部と、
上記第1演算部にて求められた実測海面位置データおよび上記第2演算部にて求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算部にて求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断部とを具備し、
且つこの異常判断部にて異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測部にて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、この判断結果を上記データ選択部に出力して、上記加算部にて得られた予測海面位置データを出力させるように構成したものである。
The GPS displacement measuring device according to claim 3 is installed in measurement data obtained by a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation buoy moored in a predetermined sea area. A device for measuring sea surface displacement based on measurement data obtained by an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station),
A first calculation unit that inputs reference measurement data from the reference station and observation measurement data from the observation station and obtains sea level data of the observation station by a real-time kinematic method (RTK);
A second calculation unit that inputs the reference measurement data from the reference station and the observation measurement data from the observation station, and obtains the sea surface displacement that is a wave component by a precise fluctuation detection method that obtains the fluctuation component using a relative positioning method;
A tide level prediction unit that inputs sea level position data obtained by the first calculation unit and predicts a tide level using a tide level prediction formula that is determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition unit for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained by the second calculation unit to the predicted tide level obtained by the tide level prediction unit;
A data selection unit that inputs the predicted sea surface position data obtained by the addition unit and the sea surface position data obtained by actual measurement obtained by the first calculation unit and outputs any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained by the first computing unit and the sea level displacement obtained by the second computing unit are input to obtain a subtraction value which is the difference between the two and the subtraction value or the differential of the subtraction value An abnormality determination unit that determines whether or not the sea level position data obtained by the first calculation unit based on the value is abnormal,
In addition, when the abnormality determination unit determines that the data is abnormal positioning data, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is calculated by the tide level prediction unit, and the determination result is used as the above data. It outputs to a selection part, and it is comprised so that the predicted sea surface position data obtained in the said addition part may be output.
さらに、請求項4に係るGPSによる変位計測方法は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局と称す)にて得られた計測データと、所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)にて得られた計測データとを用いてリアルタイムキネマティック法(RTK)により海面位置データを求める第1演算ステップと、
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、相対測位方式を用いて変動成分を得る精密変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算ステップと、
上記第1演算ステップで求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測ステップと、
この潮位予測ステップで求められた予測潮位に上記第2演算ステップで求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算ステップと、
この加算ステップで求められた予測海面位置データおよび上記第1演算ステップで求められた実測の海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択ステップと、
上記第1演算ステップで求められた実測海面位置データおよび上記第2演算ステップで求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算ステップで求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断ステップとを具備し、
且つこの異常判断ステップで異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測ステップにおいて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、上記データ選択ステップにおいて上記加算ステップで得られた予測海面位置データを出力させる方法である。
Further, the GPS displacement measurement method according to claim 4 is installed in measurement data obtained by a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation buoy moored in a predetermined sea area. A first calculation step for obtaining sea surface position data by a real time kinematic method (RTK) using measurement data obtained by an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station);
A second calculation step for obtaining sea level displacement, which is a wave component, by inputting a reference measurement data from a reference station and an observation measurement data from an observation station and obtaining a fluctuation component using a relative positioning method;
A tide level prediction step of inputting the sea level position data obtained in the first calculation step and predicting a tide level using a tide level prediction formula determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition step for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained in the second calculation step to the predicted tide level obtained in the tide level prediction step;
A data selection step for inputting the predicted sea surface position data obtained in the addition step and the actually measured sea surface position data obtained in the first calculation step and outputting any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained in the first computation step and the sea surface displacement obtained in the second computation step are input to obtain a subtraction value which is the difference between them, and the subtraction value or the differential value of the subtraction value is obtained. An abnormality determination step for determining whether or not the sea surface position data obtained in the first calculation step is abnormal,
In addition, when it is determined that there is abnormal positioning data in this abnormality determination step, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is obtained in the tide level prediction step, and the addition step is performed in the data selection step. This is a method for outputting the predicted sea surface position data obtained in (1).
上記変位計測装置および変位計測方法によると、リアルタイムキネマティック法により求められた海面位置データに対して、単独測位による高精度変動検出法または相対測位による精密変動計測法により求められる波浪成分を減算するとともに、この減算値または減算値の時間変化率に基づき、海面位置データにジャンプなどの異常が生じているか否かを判断し、もし異常であると判断された場合に出力するデータについては、潮位予測部から得られた潮位に波浪成分を加算した正常な予測海面位置データとしたので、データに異常は検出されない。したがって、津波を監視しているような場合に、当該異常データを津波と誤って検出することがないため、津波警報を誤って発令するのを防止することができる。 According to the displacement measuring apparatus and displacement measuring method described above, the sea wave position data obtained by the real-time kinematic method is subtracted from the wave component obtained by the high-precision fluctuation detection method using single positioning or the precise fluctuation measuring method using relative positioning. At the same time, based on this subtraction value or the time change rate of the subtraction value, it is determined whether or not an abnormality such as a jump has occurred in the sea surface position data, and if it is determined that there is an abnormality, Since normal sea level position data obtained by adding wave components to the tide level obtained from the prediction unit is used, no abnormality is detected in the data. Therefore, when the tsunami is monitored, the abnormal data is not erroneously detected as a tsunami, so that the tsunami warning can be prevented from being erroneously issued.
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係るRTK異常測位データ処理を伴うGPSによる変位計測装置および変位計測方法[簡単に言うと、GPSによる海面変位計測装置(海面変位計測システムともいえる)および海面変位計測方法]を、図1〜図5に基づき説明する。
[Embodiment 1]
Hereinafter, a displacement measurement device and displacement measurement method using GPS with RTK abnormality positioning data processing according to
この海面変位計測装置および海面変位計測方法は、GPS(Global Positioning System:全地球測位システム)を利用して海面変位を、具体的には、波浪・潮位・津波を精度良く計測するもので、基本的には、リアルタイムキネマティック[以下、RTK(Real Time kinematic)という]方式すなわち搬送波位相を用いた相対測位方式(干渉測位方式ともいう)を採用するとともに、PVD法と称する単独精密変動検出法[以下、PVD(Point precise Variance Detection)法といい、高精度変動検出法ともいう(特開2001−147263号公報参照)]を併用している。 This sea level displacement measuring device and sea level displacement measuring method uses GPS (Global Positioning System) to measure sea level displacement, specifically, wave, tide level and tsunami with high accuracy. Specifically, a real-time kinematic [hereinafter referred to as RTK (Real Time kinematic)] method, that is, a relative positioning method using a carrier phase (also referred to as an interference positioning method) is adopted, and a single precise fluctuation detection method called a PVD method [ Hereinafter, it is referred to as a PVD (Point Precise Variance Detection) method and also referred to as a high-precision variation detection method (see JP 2001-147263 A)].
このPVD法を簡単に説明すれば(詳細は後述する)、観測局からの観測データを入力して単独測位方式を用いて変動成分を得る方法であり、単独測位方式でありながら計測対象物の変位をRTK法と同等の精度で計測し得る方法である。 If this PVD method is explained briefly (details will be described later), it is a method for obtaining fluctuation components using a single positioning method by inputting observation data from an observation station. In this method, the displacement can be measured with the same accuracy as the RTK method.
まず、海面変位計測装置の概略構成を図1に基づき説明する。
この海面変位計測装置は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局という)1および所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)2にて得られた計測データ(測位データともいう)に基づき、当該所定海域での海面変位を計測するものである。
First, a schematic configuration of the sea level displacement measuring apparatus will be described with reference to FIG.
This sea level displacement measuring device is composed of a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) 1 installed on the ground and an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station) 2 installed in an observation buoy moored in a predetermined sea area. Based on the obtained measurement data (also referred to as positioning data), the sea level displacement in the predetermined sea area is measured.
この海面変位計測装置には、基準局1からの基準計測データおよび観測局2からの観測計測データを入力して、RTK法により観測局の海面位置データを求めるRTK演算部(第1演算部)11と、観測局2からの観測計測データを入力してPVD法により波浪成分(短周期成分でもある)である海面変位量を求めるPVD演算部(第2演算部)12と、上記RTK演算部11にて求められた海面位置データ(これには、潮位、波浪、津波の各成分が含まれる)を入力するとともに過去の所定時間分[例えば数十分程度(20〜30分程度)]の海面位置データに基づき決定された潮位予測式、例えば時間を変数とする二次多項式(勿論、一次でも、三次以上でもよいが、二次多項式が最適である)により、先(未来)の時刻における[例えば、1秒間隔(サンプリング間隔でもある)でもって数秒間における]潮位を予測する潮位予測部13と、この潮位予測部13にて求められた予測潮位に上記PVD演算部12で求められた波浪成分(海面変位量)を加算して予測海面位置データ(潮位、波浪成分が含まれる)を求める加算部14と、この加算部14にて求められた予測海面位置データおよび上記RTK演算部11にて求められた実測の海面位置データ(以下、実測海面位置データともいう)を入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択部15と、上記RTK演算部11にて求められた海面位置データおよび上記PVD演算部12にて求められた波浪成分を入力して両者の差である減算値(潮位に相当する)を求めるとともにこの減算値を入力し且つこの減算値に基づきRTK演算部11にて求められた海面位置データが異常であるか否かを判断(検出)する異常判断部(異常検出部ともいえる)16と、上記データ選択部15から出力された海面位置データを入力し海面変位を解析して波浪・潮位・津波の各成分を抽出するデータ解析部17と、このデータ解析部17にて抽出されたデータを例えば画面等に表示する表示装置(具体的には、モニターであり、プリンターであってもよい)18とが具備されている。
This sea level displacement measuring device inputs the reference measurement data from the
上記潮位予測部13においては、上述したように、過去の所定時間分(例えば、数十分程度)の海面位置データを用いて潮位予測式である時間を変数とする二次多項式の係数が決定されるとともに、この潮位予測式に先の時刻を代入して例えば1秒間隔でもって数秒先までの潮位が予測される。
In the tide
また、上記異常判断部16は、RTK演算部11にて求められた海面位置データおよびPVD演算部12にて求められた波浪成分を入力して両者の差である減算値(潮位に相当する)を求める減算部21と、この減算部21にて求められた減算値を入力して当該海面位置データが異常(異常測位データ)であるか否かを判断する判断部22とから構成されている。
The
この判断部22においては、過去の数十分(現時点以前の数十分)における減算値のトレンドを表わす減算値近似式(回帰式、また潮位近似式ともいえる)、つまり潮位予測部13における潮位予測式と同様に多数(複数)の減算値により二次多項式(勿論、一次でも、三次以上でもよいが、二次多項式が最適である)が決定されるとともに、この二次多項式である減算値近似式を用いて予測された予測減算値と現在の減算値との差(偏差)が所定の設定値(閾値)を超えた場合に、異常(異常値)が発生していると判断される。つまり、設定値を超えた場合には、海面位置データが何らかの原因、例えば電離層遅延、対流圏遅延などにより、RTK法の演算において整数値アンビギュイティの確定ミスが起こり、データにジャンプ(跳躍現象)が発生しており、異常であると判断される。
In this
また、上記判断手法の替わりに、減算値の時間変化率(微分値)を求め、この時間変化率が所定の設定値(閾値)より大きい場合に、異常が発生していると判断するようにしてもよい。 Also, instead of the above determination method, the time change rate (differential value) of the subtraction value is obtained, and when this time change rate is larger than a predetermined set value (threshold value), it is determined that an abnormality has occurred. May be.
したがって、上記判断部22には、所定時間における複数の減算値を入力して減算値近似式(正確には、二次多項式の係数)を決定する近似式決定部31と、この近似式決定部31にて決定された減算値近似式により先の減算値を予測する減算値予測部32と、この減算値予測部32にて求められた予測減算値と現在の計測データにて求められた実減算値との差(偏差)を求める偏差算出部33と、この偏差算出部33で得られた差を入力して所定の設定値(閾値)と比較し、その海面位置データが異常値であるか否かを判断する比較部34とが具備されている。
Therefore, the
そして、異常判断部16において異常であると判断された場合、上記潮位予測部13にて用いられる潮位予測式については更新しないようにされている。すなわち、二次多項式の係数を更新しないで予測潮位が求められる。また、異常であると判断された場合には、異常判断部16から、その判断結果が上記データ選択部15に出力され、当該データ選択部15においては、上記加算部14にて求められた予測海面位置データをデータ解析部17に出力するように構成されている。
When the
一方、異常判断部16において、異常でなく、つまり正常であると判断された場合には、その判断結果は出力されないようにしている。したがって、この場合でも、潮位予測部13では予測潮位が求められてデータ選択部15に送られているが、データ選択部15においては、RTK演算部11にて求められた実測海面位置データがデータ解析部17に出力される。
On the other hand, when the
ここで、PVD演算部12について説明しておく。
PVD演算部12では、3個以上のGPS衛星からの搬送波位相距離データに適切なバンドパスフィルタを適用して得られたフィルタ適用済みの変動量並びに各GPS衛星の方位角および仰角に基づきGPS受信機の三次元座標を未知数とする3個以上の1次方程式を作成し、そしてこの三元1次連立方程式を解くことにより、GPS受信機(観測局に相当する)の三次元座標での変動成分量(変位)すなわち波浪成分である海面変位(X,Y,Z)が求められる。
Here, the
The
さらに、詳しく説明すると、番号がnのGPS衛星からの搬送波にて得られる変動量Pnは、三次元座標の成分(x,y,z)を用いると、下記(1)式のように表される。
Pn=anx+bny+cnz・・・・(1)
上記(1)式中、
More specifically, the fluctuation amount P n obtained from the carrier wave from the GPS satellite with the number n is represented by the following equation (1) using the three-dimensional coordinate components (x, y, z). Is done.
P n = a n x + b n y + c n z (1)
In the above formula (1),
次に、上記データ解析部17について説明する。
このデータ解析部17は、データ選択部15にて選択された海面位置データを入力して、波浪を抽出する波浪抽出部41と、潮位を抽出する潮位抽出部42と、津波を抽出する津波抽出部43とから構成されている。
Next, the data analysis unit 17 will be described.
The data analysis unit 17 receives the sea surface position data selected by the
上記波浪抽出部41においては、海面位置データにハイパスフィルタ(例えば、FIR型フィルタが用いられる)処理が施され、短周期成分である波浪成分だけが抽出される。
また、上記潮位抽出部42においては、海面位置データにローパスフィルタ処理が施され、波浪成分などの短周期成分が除去されて長周期成分である潮位が抽出される(津波成分については残っている)。このローパスフィルタとしてはFIR型のものが用いられ(計算方法は、重み付きの移動平均に相当する)、波形を歪ませることなく短周期成分を除去することができる。図3(a)および(b)に、用いられるローパスフィルタのインパルス応答と振幅応答を示しておく。
In the wave extraction unit 41, the sea surface position data is subjected to a high-pass filter (for example, an FIR filter is used), and only the wave component that is a short period component is extracted.
Further, in the tide level extraction unit 42, low-pass filter processing is performed on the sea surface position data, and short-period components such as wave components are removed to extract tide levels that are long-period components (the tsunami component remains). ). As this low-pass filter, an FIR type is used (the calculation method corresponds to a weighted moving average), and short-period components can be removed without distorting the waveform. 3A and 3B show the impulse response and amplitude response of the low-pass filter used.
さらに、上記津波抽出部43には、図4に示すように、海面位置データに対してFIR型のローパスフィルタ処理を施し、波浪成分などの短周期成分を除去して実際の潮位(以下、実測潮位という)を得る実測潮位検出部51と、潮位推定式を用いて潮位を推定する潮位推定部52と、上記実測潮位検出部51で得られた実測潮位と潮位推定部52で得られた推定潮位を入力するとともに実測潮位から推定潮位を減算して津波を検出する津波検出部53とが具備されている。すなわち、実測潮位から推定潮位を引くことにより、波浪より周期が長い津波成分を抽出することができる。
Further, as shown in FIG. 4, the
ここで、潮位推定部52に具備されている潮位推定式について説明しておく。
地球上の或る点(λ,ψ)における潮汐の高さηは、一般に、下記(3)式により表わされる。
Here, the tide level estimation formula provided in the tide
The tide height η at a certain point (λ, ψ) on the earth is generally expressed by the following equation (3).
ai=Ai(λ,ψ)・cosθi(λ,ψ),bi=Ai(λ,ψ)・sinθi(λ,ψ)とすると、上記(3)式は下記(4)式のように表わされる。 When a i = A i (λ, φ) · cos θ i (λ, φ) and b i = A i (λ, φ) · sin θ i (λ, φ), the above equation (3) is expressed by the following equation (4): It is expressed as an equation.
以下、上述した海面変位計測装置での海面変位計測方法について説明する。
基準局1と観測局2とから計測データを取得するとともに、RTK演算部11では海面位置データが、またPVD演算部12では海面変位量つまり波浪成分がそれぞれ求められる。
Hereinafter, the sea level displacement measuring method in the sea level displacement measuring apparatus mentioned above is demonstrated.
The measurement data is acquired from the
そして、上記海面位置データと波浪成分とが異常判断部16に入力されて、海面位置データが異常値であるか否かが判断される。すなわち、海面位置データと波浪成分とが減算部21に入力されて差である減算値が求められるとともに、判断部22の近似式決定部31において過去数十分程度の減算値に基づき減算値予測式が決定され(つまり、二次多項式の係数が決定され)た後、減算値予測部32にて上記減算値予測式に基づき予測減算値が求められ、次に偏差算出部33において予測減算値と実際の計測データにより求められた実減算値との差(偏差)が求められ、そしてこの差が比較部34に入力されて所定の設定値と比較される。
Then, the sea surface position data and the wave component are input to the
例えば、減算値同士の差が設定値以下の場合には、海面位置データにジャンプが発生しておらず、正常であると判断される。この場合には、データ選択部15には特別に指示が送られず、したがってRTK演算部11にて求められた実測海面位置データがデータ解析部17にそのまま出力される。
For example, when the difference between the subtraction values is less than or equal to the set value, it is determined that no jump has occurred in the sea surface position data and is normal. In this case, no special instruction is sent to the
一方、減算値同士の差が設定値を超えている場合には、何らかの原因、例えば電離層遅延、対流圏遅延などで海面位置データにジャンプが発生しており、異常であると判断される。 On the other hand, if the difference between the subtraction values exceeds the set value, a jump has occurred in the sea surface position data due to some cause, for example, ionospheric delay, tropospheric delay, etc., and it is determined to be abnormal.
そして、海面位置データが異常であると判断されると、その判断結果が潮位予測部13に入力され、潮位予測式が更新されることなく、つまり今まで用いられている潮位予測式により予測潮位が求められる。なお、異常がなくなるまで、更新は行われない。
Then, if it is determined that the sea level position data is abnormal, the determination result is input to the tide
そして、この予測潮位およびPVD演算部12にて求められた波浪成分が加算部14で加算されて得られた予測海面位置データがデータ選択部15に送られ、当該予測海面位置データがデータ解析部17に出力される。
The predicted sea level position data obtained by adding the wave component obtained by the predicted tide level and the
このデータ解析部17においては、それぞれの抽出部において、波浪および潮位が抽出される。勿論、津波抽出部43においても津波は抽出されるが、異常であると判断された場合には、長周期成分である津波成分はPVD法により波浪成分を抽出した際に除去されており、海面位置データとして予測潮位を用いるため、津波は抽出されない(但し、海面位置データが異常であるときは津波を検出することはできないが、データの異常状態の継続時間よりも津波の周期の方が長い場合には、異常状態からの復帰後に津波の検出が可能となる)。
In the data analysis unit 17, waves and tide levels are extracted in each extraction unit. Of course, the tsunami is also extracted by the
そして、このデータ解析部17で抽出された波浪・潮位・津波の各データは表示装置18に送られて、画面などに表示される。
なお、図5にデータの波形図を示しておく。(a)は海面位置データ(GPS測位高度)を、(b)は波浪データを、(c)は潮位データを、(d)は津波データ(この波形には津波が現れていない)を示す。
The wave, tide level, and tsunami data extracted by the data analysis unit 17 are sent to the
FIG. 5 shows a waveform diagram of data. (A) shows sea surface position data (GPS positioning altitude), (b) shows wave data, (c) shows tide level data, and (d) shows tsunami data (tsunami does not appear in this waveform).
このように、海面位置データに、電離層遅延、対流圏遅延などの外乱によりジャンプなどの異常が発生している場合、RTK法による海面位置データとPVD法による波浪成分とを用いて異常の有無を判断するとともに、異常と判断された場合に、データ解析部に入力するデータとして、実測海面位置データではなく予測海面位置データを用いるようにしたので、データ解析部にて抽出されるデータには異常が検出されない。つまり、異常であるジャンプが津波と誤って検出されるのを防止することができる。 In this way, when there is an abnormality such as a jump in the sea surface position data due to disturbances such as ionospheric delay or tropospheric delay, the presence / absence of abnormality is determined using the sea surface position data by the RTK method and the wave component by the PVD method. In addition, since the predicted sea level position data is used instead of the actually measured sea level position data as the data to be input to the data analysis unit when it is determined to be abnormal, the data extracted by the data analysis unit has an abnormality. Not detected. That is, it is possible to prevent an abnormal jump from being erroneously detected as a tsunami.
より詳しく説明すると、PVD法は、単独測位でありながら計測対象の変位をRTK法と同等の精度で計測できるGPS測位方式であり、例えばハイパスフィルタを用いた場合、そのカットオフ周波数を高くすれば、電離層遅延、対流圏遅延などの影響を受ける長周期成分が除去されて、短周期成分である波浪成分だけが抽出される。 More specifically, the PVD method is a GPS positioning method that can measure the displacement of a measurement object with the same accuracy as the RTK method, although it is a single positioning. For example, when a high-pass filter is used, the cutoff frequency is increased. The long-period components affected by the ionospheric delay, the tropospheric delay, and the like are removed, and only the wave component that is a short-period component is extracted.
そこで、RTK法による実測海面位置データからPVD法による波浪成分を減ずれば、RTK法の演算時に、整数値アンビギュイティの確定ミスが起こり海面位置データにジャンプ(跳躍現象)が発生しているか否かを容易に検出することができ、この場合、過去の海面位置データに基づき予測される海面位置データをデータ解析部に出力するようにしたので、誤って津波であると誤報することを防止することができる。 Therefore, if the wave component by the PVD method is subtracted from the sea surface position data measured by the RTK method, an integer value ambiguity determination error occurs during the RTK method calculation, and a jump (jumping phenomenon) occurs in the sea surface position data. In this case, since the sea surface position data predicted based on the past sea surface position data is output to the data analysis unit, it is prevented from erroneously reporting that it is a tsunami. can do.
なお、RTK法において、データにジャンプが発生する主な原因は、搬送波位相に電離層遅延や対流圏遅延による長周期の誤差成分が重畳しているからである。これに対して、PVD法では、フィルタ処理(例えば、ハイパスフィルタ処理)によってこれらの長周期の誤差成分が除去されるため、PVD法による計測データにジャンプが発生することはない。 In the RTK method, the main cause of the jump in data is that a long-cycle error component due to ionospheric delay or tropospheric delay is superimposed on the carrier phase. On the other hand, in the PVD method, since these long-period error components are removed by filtering (for example, high-pass filtering), no jump occurs in the measurement data by the PVD method.
ところで、RTK法によって得られる基準局の海面位置データには波浪成分が含まれているため、何も信号処理を行わなければ異常値の検出は不可能である。しかし、RTK法の生データに一般的なローパスフィルタを適用して波浪成分を除去することにより、変動の有無を確認することができるが、変動成分(減算値)そのものが平滑化されるため、ある程度の時間が経過しなければ異常値であると判定できない。分かり易くいうと、瞬時にジャンプがあったとしても、この部分の前後を平滑化(平均化)すると、その変化曲線がある程度の傾斜角を有することになるから、少し時間が経過しないと、ジャンプの有無を判断することができない。よって、リアルタイムでの異常値の検出をすることができない。 By the way, since the sea level position data of the reference station obtained by the RTK method includes a wave component, it is impossible to detect an abnormal value without performing any signal processing. However, by removing a wave component by applying a general low-pass filter to the RTK raw data, the presence or absence of fluctuation can be confirmed, but the fluctuation component (subtraction value) itself is smoothed. If a certain amount of time has not passed, it cannot be determined as an abnormal value. To make it easier to understand, even if there is an instant jump, if the front and back of this part are smoothed (averaged), the change curve will have a certain inclination angle. Cannot determine the presence or absence of. Therefore, the abnormal value cannot be detected in real time.
これに対し、上記実施の形態1では、2つのリアルタイム観測手法(RTK法とPVD法)によるデータの偏差をとっており、その変動成分(源算値である)が平滑化されることが無いため、時間遅れなく瞬時に異常値の検出を行うことができる。また、RTK法による計測データに異常が生じたときに、PVD法による計測データを用いて補完することができるので、観測データの測得率の向上が見込まれる。 On the other hand, in the first embodiment, the deviation of data by two real-time observation methods (RTK method and PVD method) is taken, and the fluctuation component (the source calculation value) is not smoothed. Therefore, the abnormal value can be detected instantaneously without time delay. In addition, when an abnormality occurs in the measurement data by the RTK method, the measurement data by the PVD method can be supplemented by using the measurement data, so that an improvement in the measurement rate of the observation data is expected.
ここで、上記実施の形態1に係る海面変位計測方法を、ステップ形式で記載すると以下のようになる。
すなわち、この海面変位計測方法は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局と称す)にて得られた計測データと、所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)にて得られた計測データとを用いてリアルタイムキネマティック法により海面位置データを求める第1演算ステップと、
観測局からの観測計測データを入力して単独測位方式を用いて変動成分を得る高精度変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算ステップと、
上記第1演算ステップで求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測ステップと、
この潮位予測ステップで求められた予測潮位に上記第2演算ステップで求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算ステップと、
この加算ステップで求められた予測海面位置データおよび上記第1演算ステップで求められた実測の海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択ステップと、
上記第1演算ステップで求められた実測海面位置データおよび上記第2演算ステップで求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算ステップで求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断ステップとを具備し、
且つこの異常判断ステップで異常であると判断された場合、上記潮位予測ステップにおいて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、上記データ選択ステップにおいて上記加算ステップで得られた予測海面位置データを出力させる方法である。
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2に係るRTK異常測位データ処理を伴うGPSによる変位計測装置および変位計測方法[GPSによる海面変位計測装置(海面変位計測システム)および海面変位計測方法]を、図6に基づき説明する。
Here, the sea level displacement measuring method according to the first embodiment is described in the step format as follows.
In other words, this sea level displacement measurement method includes measurement data obtained by a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation GPS receiver installed on an observation buoy moored in a predetermined sea area. A first calculation step for obtaining sea surface position data by a real-time kinematic method using measurement data obtained by (hereinafter referred to as an observation station);
A second calculation step for obtaining sea level displacement as a wave component by a high-precision fluctuation detection method that inputs observation measurement data from an observation station and obtains a fluctuation component using a single positioning method;
A tide level prediction step of inputting the sea level position data obtained in the first calculation step and predicting a tide level using a tide level prediction formula determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition step for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained in the second calculation step to the predicted tide level obtained in the tide level prediction step;
A data selection step for inputting the predicted sea surface position data obtained in the addition step and the actually measured sea surface position data obtained in the first calculation step and outputting any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained in the first computation step and the sea surface displacement obtained in the second computation step are input to obtain a subtraction value which is the difference between them, and the subtraction value or the differential value of the subtraction value is obtained. An abnormality determination step for determining whether or not the sea surface position data obtained in the first calculation step is abnormal,
In addition, when it is determined that there is an abnormality in the abnormality determination step, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is obtained in the tide level prediction step, and the addition step is performed in the data selection step. This is a method for outputting the predicted sea level position data.
[Embodiment 2]
Next, a GPS displacement measurement device and displacement measurement method [sea surface displacement measurement device (sea surface displacement measurement system) and sea surface displacement measurement method using GPS] with RTK abnormality positioning data processing according to
上述した実施の形態1においては、PVD法により得られた海面位置データの波浪成分を用いて海面位置データに異常が発生しているか否かを検出するように説明したが、本実施の形態2においては、精密変動計測方法[以下、KVD(Kinematics for precise Variance Detection)法という(特開2001−281323号公報参照)]を用いて波浪成分(波浪データ)を求めるようにしたものである。 In the first embodiment described above, it has been described that whether or not an abnormality has occurred in the sea surface position data using the wave component of the sea surface position data obtained by the PVD method, but the present second embodiment. In the method, a wave component (wave data) is obtained by using a precise fluctuation measuring method [hereinafter referred to as KVD (Kinematics for precise Variance Detection) method (see JP 2001-281323 A)].
なお、本実施の形態2の構成と、上記実施の形態1の構成との相違点は、PVD演算部の替わりにKVD演算部を用いたものであり、したがってこれ以外の構成部材については、殆ど同一であるため、同一の構成部材については、実施の形態1で付した部材番号を用いるとともに、この相違部分に着目して説明するものとする。 The difference between the configuration of the second embodiment and the configuration of the first embodiment is that the KVD calculation unit is used in place of the PVD calculation unit, and therefore the other structural members are almost the same. Since they are the same, the same constituent members will be described using the member numbers given in the first embodiment while paying attention to the different portions.
以下、この海面変位計測装置を概略的に説明する。
すなわち、この海面変位計測装置は、基準局1からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、リアルタイムキネマティック法により観測局の海面位置データを求めるRTK演算部(第1演算部)11と、基準局1からの基準計測データおよび観測局2からの観測計測データを入力して、相対測位方式を用いて変動成分を得る精密変動検出法により変動成分すなわち波浪成分(短周期成分)である海面変位量を求めるKVD演算部(第2演算部)12′と、上記RTK演算部11にて求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測部13と、この潮位予測部13にて求められた予測潮位に上記KVD演算部12′にて求められた海面変位量を加算する加算部14と、この加算部14にて求められた予測海面位置データおよび上記RTK演算部11にて求められた実測海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択部15と、上記RTK演算部11にて求められた実測海面位置データおよび上記KVD演算部12′にて求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこれら多数(複数)の減算値[または時間変化率(微分値)]に基づきRTK演算部11にて求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断部16とを具備し、且つこの異常判断部16にて異常であると判断された場合に、上記潮位予測部13にて用いられる潮位予測式については更新しないようにされている。すなわち、二次多項式の係数を更新しないで予測潮位が求められ、また異常であると判断された場合に、異常判断部16から、その判断結果が上記データ選択部15に出力されて、上記加算部14にて得られた予測海面位置データを出力するように構成されている。
Hereinafter, this sea level displacement measuring apparatus will be schematically described.
That is, this sea level displacement measuring device receives the reference measurement data from the
ここで、KVD法を一般的に説明する。
このKVD法は、基準GPS受信機(基準局である)と物体に配置される観測GPS受信機(観測局である)とにおける相対ベクトル(相対変位)を、物体の変動に依存しない長周期変動成分と、物体の変動に依存する短周期変動成分とに分けるとともに、短周期変動成分を、基準GPS受信機からGPS衛星に向かう単位ベクトルの各x,y,z軸成分にて表し、少なくとも3個のGPS衛星と各GPS受信機との間の搬送波位相を計測するとともに、この計測データをバンドパスフィルタに通して、相対ベクトルの短周期変動成分に相当する短周期位相成分を抽出し、この短周期位相成分について、各GPS受信機と各GPS衛星との間の受信機間一重差を少なくとも3個求めるとともに、これら少なくとも3個の受信機間一重差に基づき相対ベクトルの短周期変動成分の各軸成分を演算により求めて物体の変位を計測する方法である。
Here, the KVD method will be generally described.
In this KVD method, a relative vector (relative displacement) between a reference GPS receiver (which is a reference station) and an observation GPS receiver (which is an observation station) placed on an object is a long-period fluctuation component which does not depend on the fluctuation of the object. And the short-period fluctuation component depending on the fluctuation of the object, and the short-period fluctuation component is represented by each x, y, z-axis component of the unit vector from the reference GPS receiver to the GPS satellite, and at least three The carrier phase between each GPS satellite and each GPS receiver is measured, and this measurement data is passed through a bandpass filter to extract a short-period phase component corresponding to a short-period fluctuation component of the relative vector. Regarding the periodic phase component, at least three single differences between the receivers between each GPS receiver and each GPS satellite are obtained, and based on the at least three single differences between the receivers. A method for measuring the displacement of the object each axis component of the short-period fluctuation component of the relative vector obtained by calculation.
以下、少し詳しく説明する。
まず、基準GPS受信機と観測GPS受信機との間の下記(6)式に示す相対ベクトル(相対位置ベクトル、相対変位ベクトルともいう)Δ*r(なお、*の記号は、それに続く記号がベクトルであることを示している。但し、式中においては、太字で示している。以下、同じ。)を、下記(7)式および(8)式に示すように、物体(観測点)の変動に依存しない長周期変動成分Δ*rL(Lの記号で長周期分を示し、式中では、∧のハットの記号で示す。以下、同じ。)と、物体の変動に依存する短周期変動成分Δ*rS(Sの記号で短周期分を示し、式中では、〜の波の記号で示す。以下、同じ。)とに分け、各成分を表示すると、下記(9)式のようになる。また、式中、x,y,zは、測地座標系でのx座標,y座標,z座標を示し、添え字の数字1は観測GPS受信機、数字0は基準GPS受信機を示す。
Hereinafter, a detailed description will be given.
First, the relative vector (also referred to as relative position vector or relative displacement vector) Δ * r shown in the following equation (6) between the reference GPS receiver and the observation GPS receiver: * (However, in the formula, it is shown in bold. The same applies hereinafter.) As shown in the following formulas (7) and (8): Long-period fluctuation component Δ * rL that does not depend on fluctuations (indicated by a symbol of L for a long period, and in the formulas, it is indicated by a symbol of a hat. The same shall apply hereinafter) and short-period fluctuations that depend on the fluctuation of an object It is divided into components Δ * rS (indicated by a symbol of S for a short period, and in the formulas are represented by symbols of waves of ˜. The same shall apply hereinafter.) When each component is displayed, the following formula (9) is obtained. Become. In the equations, x, y, and z indicate the x, y, and z coordinates in the geodetic coordinate system, the
この搬送波位相φの時間的に変動する成分、すなわち物体の変動に依存する短周期位相成分φSα i(t);(α=0,1)は,生の観測値φα iに、所定のバンドパスフィルタをかけることにより求めることができる。 The time-varying component of the carrier wave phase φ, that is, the short-period phase component φS α i (t); (α = 0, 1) that depends on the fluctuation of the object is given to the raw observation value φ α i by a predetermined value. It can be obtained by applying a band pass filter.
すなわち、バンドパスフィルタを通過した搬送波位相の時間変動成分である短周期位相成分φSに基づき、観測受信機が設けられた物体の変位を計測することができる。
海面変位計測方法については、実施の形態1にて説明したものと同一であるため、その説明を省略する。
That is, the displacement of the object provided with the observation receiver can be measured based on the short-period phase component φS that is the time-varying component of the carrier wave phase that has passed through the bandpass filter.
Since the sea surface displacement measuring method is the same as that described in the first embodiment, the description thereof is omitted.
なお、上述した実施の形態1との相違点は、PVD演算部の替わりに、KVD演算部を用いただけであり、しかも、両演算部で求めるデータとしても、同じ波浪成分のデータであるため、実施の形態1に係る効果と同様の効果が得られる。 The difference from the first embodiment described above is that only the KVD calculation unit is used instead of the PVD calculation unit, and the data obtained by both calculation units is the same wave component data. The same effects as those according to the first embodiment can be obtained.
すなわち、実施の形態2に係る海面変位計測装置および海面変位計測方法によると、RTK法により求められた海面位置データに対して、単独測位方式によるPVD法または相対測位方式によるKVD法により求められる波浪成分を減算するとともに、この減算値または減算値の時間変化率(微分値)に基づき、海面位置データにジャンプなどの異常(異常測位データ)が生じているか否かを判断し、もし異常であると判断された場合に出力するデータについては、潮位予測部から得られた潮位に波浪成分を加算した正常な予測海面位置データとしたので、データに異常は検出されない。したがって、津波を監視しているような場合に、当該異常データを津波と誤って検出することがないため、津波警報を誤って発令するのを防止することができる。 In other words, according to the sea level displacement measuring apparatus and the sea level displacement measuring method according to the second embodiment, the waves obtained by the PVD method by the single positioning method or the KVD method by the relative positioning method with respect to the sea surface position data obtained by the RTK method. When subtracting the component, it is determined whether there is an abnormality (abnormal positioning data) such as a jump in the sea surface position data based on the subtraction value or the time change rate (differential value) of the subtraction value. Since the data output when it is determined to be normal predicted sea surface position data obtained by adding a wave component to the tide level obtained from the tide level prediction unit, no abnormality is detected in the data. Therefore, when the tsunami is monitored, the abnormal data is not erroneously detected as a tsunami, so that the tsunami warning can be prevented from being erroneously issued.
ここで、上記実施の形態2に係る海面変位計測方法を、ステップ形式で記載すると以下のようになる。
すなわち、この海面変位計測方法は、地上に設置された基準GPS受信機(以下、基準局と称す)にて得られた計測データと、所定海域に係留された観測ブイに設置された観測GPS受信機(以下、観測局という)にて得られた計測データとを用いてリアルタイムキネマティック法により海面位置データを求める第1演算ステップと、
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、相対測位方式を用いて変動成分を得る精密変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算ステップと、
上記第1演算ステップで求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測ステップと、
この潮位予測ステップで求められた予測潮位に上記第2演算ステップで求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算ステップと、
この加算ステップで求められた予測海面位置データおよび上記第1演算ステップで求められた実測の海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択ステップと、
上記第1演算ステップで求められた実測海面位置データおよび上記第2演算ステップで求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算ステップで求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断ステップとを具備し、
且つこの異常判断ステップで異常であると判断された場合、上記潮位予測ステップにおいて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、上記データ選択ステップにおいて上記加算ステップで得られた予測海面位置データを出力させる方法である。
Here, when the sea level displacement measuring method according to the second embodiment is described in a step format, it is as follows.
In other words, this sea level displacement measurement method includes measurement data obtained by a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation GPS receiver installed on an observation buoy moored in a predetermined sea area. A first calculation step for obtaining sea surface position data by a real-time kinematic method using measurement data obtained by (hereinafter referred to as an observation station);
A second calculation step for obtaining sea level displacement, which is a wave component, by inputting a reference measurement data from a reference station and an observation measurement data from an observation station and obtaining a fluctuation component using a relative positioning method;
A tide level prediction step of inputting the sea level position data obtained in the first calculation step and predicting a tide level using a tide level prediction formula determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition step for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained in the second calculation step to the predicted tide level obtained in the tide level prediction step;
A data selection step for inputting the predicted sea surface position data obtained in the addition step and the actually measured sea surface position data obtained in the first calculation step and outputting any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained in the first computation step and the sea surface displacement obtained in the second computation step are input to obtain a subtraction value which is the difference between them, and the subtraction value or the differential value of the subtraction value is obtained. An abnormality determination step for determining whether or not the sea surface position data obtained in the first calculation step is abnormal,
In addition, when it is determined that there is an abnormality in the abnormality determination step, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is obtained in the tide level prediction step, and the addition step is performed in the data selection step. This is a method for outputting the predicted sea level position data.
1 基準GPS受信機
2 観測GPS受信機
11 RTK演算部
12 PVD演算部
12′ KVD演算部
13 潮位予測部
14 加算部
15 データ選択部
16 異常判断部
17 データ選択部
21 減算部
22 判断部
41 津波抽出部
42 潮位抽出部
43 津波抽出部
51 実測潮位検出部
52 潮位推定部
53 津波検出部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、リアルタイムキネマティック法(RTK)により観測局の海面位置データを求める第1演算部と、
観測局からの観測計測データを入力して単独測位方式を用いて変動成分を得る高精度変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算部と、
上記第1演算部にて求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測部と、
この潮位予測部にて求められた予測潮位に上記第2演算部にて求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算部と、
この加算部にて求められた予測海面位置データおよび上記第1演算部にて求められた実測による海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択部と、
上記第1演算部にて求められた実測海面位置データおよび上記第2演算部にて求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算部にて求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断部とを具備し、
且つこの異常判断部にて異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測部にて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、この判断結果を上記データ選択部に出力して、上記加算部にて得られた予測海面位置データを出力させるように構成したことを特徴とするGPSによる変位計測装置。 Measurement data obtained with a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station) installed on an observation buoy moored in a predetermined sea area A device for measuring sea surface displacement based on the obtained measurement data,
A first calculation unit that inputs reference measurement data from the reference station and observation measurement data from the observation station and obtains sea level data of the observation station by a real-time kinematic method (RTK);
A second computing unit that obtains sea surface displacement as a wave component by a high-precision fluctuation detection method that inputs observation measurement data from an observation station and obtains a fluctuation component using a single positioning method;
A tide level prediction unit that inputs sea level position data obtained by the first calculation unit and predicts a tide level using a tide level prediction formula that is determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition unit for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained by the second calculation unit to the predicted tide level obtained by the tide level prediction unit;
A data selection unit that inputs the predicted sea surface position data obtained by the addition unit and the sea surface position data obtained by actual measurement obtained by the first calculation unit and outputs any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained by the first computing unit and the sea level displacement obtained by the second computing unit are input to obtain a subtraction value which is the difference between the two and the subtraction value or the differential of the subtraction value An abnormality determination unit that determines whether or not the sea level position data obtained by the first calculation unit based on the value is abnormal,
In addition, when the abnormality determination unit determines that the data is abnormal positioning data, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is calculated by the tide level prediction unit, and the determination result is used as the above data. A displacement measuring device using GPS, which is configured to output the predicted sea surface position data obtained by the adding unit to the selecting unit.
観測局からの観測計測データを入力して単独測位方式を用いて変動成分を得る高精度変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算ステップと、
上記第1演算ステップで求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測ステップと、
この潮位予測ステップで求められた予測潮位に上記第2演算ステップで求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算ステップと、
この加算ステップで求められた予測海面位置データおよび上記第1演算ステップで求められた実測の海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択ステップと、
上記第1演算ステップで求められた実測海面位置データおよび上記第2演算ステップで求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算ステップで求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断ステップとを具備し、
且つこの異常判断ステップで異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測ステップにおいて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、上記データ選択ステップにおいて上記加算ステップで得られた予測海面位置データを出力させることを特徴とするGPSによる変位計測方法。 Measurement data obtained with a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station) installed on an observation buoy moored in a predetermined sea area A first calculation step for obtaining sea surface position data by real-time kinematic method (RTK) using the obtained measurement data;
A second calculation step for obtaining sea level displacement as a wave component by a high-precision fluctuation detection method that inputs observation measurement data from an observation station and obtains a fluctuation component using a single positioning method;
A tide level prediction step of inputting the sea level position data obtained in the first calculation step and predicting a tide level using a tide level prediction formula determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition step for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained in the second calculation step to the predicted tide level obtained in the tide level prediction step;
A data selection step for inputting the predicted sea surface position data obtained in the addition step and the actually measured sea surface position data obtained in the first calculation step and outputting any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained in the first computation step and the sea surface displacement obtained in the second computation step are input to obtain a subtraction value which is the difference between them, and the subtraction value or the differential value of the subtraction value is obtained. An abnormality determination step for determining whether or not the sea surface position data obtained in the first calculation step is abnormal,
In addition, when it is determined that there is abnormal positioning data in this abnormality determination step, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is obtained in the tide level prediction step, and the addition step is performed in the data selection step. A displacement measurement method using GPS, wherein the predicted sea surface position data obtained in step 1 is output.
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、リアルタイムキネマティック法(RTK)により観測局の海面位置データを求める第1演算部と、
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、相対測位方式を用いて変動成分を得る精密変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算部と、
上記第1演算部にて求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測部と、
この潮位予測部にて求められた予測潮位に上記第2演算部にて求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算部と、
この加算部にて求められた予測海面位置データおよび上記第1演算部にて求められた実測による海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択部と、
上記第1演算部にて求められた実測海面位置データおよび上記第2演算部にて求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算部にて求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断部とを具備し、
且つこの異常判断部にて異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測部にて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、この判断結果を上記データ選択部に出力して、上記加算部にて得られた予測海面位置データを出力させるように構成したことを特徴とするGPSによる変位計測装置。 Measurement data obtained with a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station) installed on an observation buoy moored in a predetermined sea area A device for measuring sea surface displacement based on the obtained measurement data,
A first calculation unit that inputs reference measurement data from the reference station and observation measurement data from the observation station and obtains sea level data of the observation station by a real-time kinematic method (RTK);
A second calculation unit that inputs the reference measurement data from the reference station and the observation measurement data from the observation station, and obtains the sea surface displacement that is a wave component by a precise fluctuation detection method that obtains the fluctuation component using a relative positioning method;
A tide level prediction unit that inputs sea level position data obtained by the first calculation unit and predicts a tide level using a tide level prediction formula that is determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition unit for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained by the second calculation unit to the predicted tide level obtained by the tide level prediction unit;
A data selection unit that inputs the predicted sea surface position data obtained by the addition unit and the sea surface position data obtained by actual measurement obtained by the first calculation unit and outputs any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained by the first computing unit and the sea level displacement obtained by the second computing unit are input to obtain a subtraction value which is the difference between the two and the subtraction value or the differential of the subtraction value An abnormality determination unit that determines whether or not the sea level position data obtained by the first calculation unit based on the value is abnormal,
In addition, when the abnormality determination unit determines that the data is abnormal positioning data, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is calculated by the tide level prediction unit, and the determination result is used as the above data. A displacement measuring device using GPS, which is configured to output the predicted sea surface position data obtained by the adding unit to the selecting unit.
基準局からの基準計測データおよび観測局からの観測計測データを入力して、相対測位方式を用いて変動成分を得る精密変動検出法により波浪成分である海面変位量を求める第2演算ステップと、
上記第1演算ステップで求められた海面位置データを入力するとともに過去の海面位置データに基づき決定され且つ時間の経過とともに更新される潮位予測式を用いて潮位を予測する潮位予測ステップと、
この潮位予測ステップで求められた予測潮位に上記第2演算ステップで求められた海面変位量を加算して予測海面位置データを求める加算ステップと、
この加算ステップで求められた予測海面位置データおよび上記第1演算ステップで求められた実測の海面位置データを入力するとともにいずれか一方の海面位置データを出力するデータ選択ステップと、
上記第1演算ステップで求められた実測海面位置データおよび上記第2演算ステップで求められた海面変位量を入力して両者の差である減算値を求めるとともにこの減算値または減算値の微分値に基づき第1演算ステップで求められた海面位置データが異常であるか否かを判断する異常判断ステップとを具備し、
且つこの異常判断ステップで異常測位データであると判断された場合、上記潮位予測ステップにおいて予測潮位を求める際に、潮位予測式の更新を行わないようにするとともに、上記データ選択ステップにおいて上記加算ステップで得られた予測海面位置データを出力させることを特徴とするGPSによる変位計測方法。 Measurement data obtained with a reference GPS receiver (hereinafter referred to as a reference station) installed on the ground and an observation GPS receiver (hereinafter referred to as an observation station) installed on an observation buoy moored in a predetermined sea area A first calculation step for obtaining sea surface position data by real-time kinematic method (RTK) using the obtained measurement data;
A second calculation step for obtaining sea level displacement, which is a wave component, by inputting a reference measurement data from a reference station and an observation measurement data from an observation station and obtaining a fluctuation component using a relative positioning method;
A tide level prediction step of inputting the sea level position data obtained in the first calculation step and predicting a tide level using a tide level prediction formula determined based on past sea level position data and updated over time;
An addition step for obtaining predicted sea level position data by adding the sea level displacement obtained in the second calculation step to the predicted tide level obtained in the tide level prediction step;
A data selection step for inputting the predicted sea surface position data obtained in the addition step and the actually measured sea surface position data obtained in the first calculation step and outputting any one of the sea surface position data;
The actual sea level position data obtained in the first computation step and the sea surface displacement obtained in the second computation step are input to obtain a subtraction value which is the difference between them, and the subtraction value or the differential value of the subtraction value is obtained. An abnormality determination step for determining whether or not the sea surface position data obtained in the first calculation step is abnormal,
In addition, when it is determined that there is abnormal positioning data in this abnormality determination step, the tide level prediction formula is not updated when the predicted tide level is obtained in the tide level prediction step, and the addition step is performed in the data selection step. A displacement measurement method using GPS, wherein the predicted sea surface position data obtained in step 1 is output.
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