JP2019191093A - Displacement analyzer, GNSS positioning analyzer, and displacement analysis method - Google Patents

Displacement analyzer, GNSS positioning analyzer, and displacement analysis method Download PDF

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一典 宮原
Kazunori Miyahara
一典 宮原
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Abstract

To provide a displacement analyzer with which it is possible to provide still more useful information pertaining to a position.SOLUTION: An analyzer 3 comprises: a baseline analysis unit 9a for finding observation data by GNSS positioning data acquired in a first cycle from a reference measuring device 2r and a measuring device 2 arranged at a displacement measuring point; a sensor output value acquisition unit 9b for acquiring a sensor output value outputted in a second cycle shorter than the first cycle by a movement detection sensor that moves integrally with a GNSS antenna 8 of the measuring device 2 and outputting one of displacement, speed and acceleration; a first displacement function acquisition unit 21 for finding a first measured value from the observation data; a second displacement function acquisition unit 22 for finding a second measured value from a sensor output value that is the same physical quantity as the first measured value; a correction processing unit 23 for correcting the sensor output value and outputting a sensor output value after correction so that the first and the second measured values at a prescribed timing match each other; and a composite position acquisition unit 15 for finding the displacement of a past displacement measuring point from the measured data and the sensor output value after correction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、主として、過去に行われたGNSS測位の記録に基づいて変位を分析する変位分析装置に関する。   The present invention mainly relates to a displacement analyzer that analyzes displacement based on a record of GNSS positioning performed in the past.

従来から、移動体の動きを監視するための測位システムが知られている。特許文献1は、この種の測位システムを開示する。   Conventionally, a positioning system for monitoring the movement of a moving body is known. Patent document 1 discloses this kind of positioning system.

特許文献1は、GPS受信機と、航空機の加速度を計測する加速度計と、GPS受信機の計測周期に同期するように、計測した加速度の値を補正する信号同期部と、航空機の位置を求める状態量演算部と、を備える計測装置を開示している。   Patent Document 1 calculates a position of an aircraft, a GPS receiver, an accelerometer that measures the acceleration of the aircraft, a signal synchronization unit that corrects the measured acceleration value so as to be synchronized with the measurement cycle of the GPS receiver, and A state quantity calculation unit is disclosed.

この計測装置は、信号同期部が同期処理を行う周期で、補正された加速度データを状態量演算部で積分することによって、航空機の位置を求めている。   In this measurement apparatus, the position of the aircraft is obtained by integrating the corrected acceleration data by the state quantity calculation unit in a cycle in which the signal synchronization unit performs the synchronization process.

特開平7−239236号公報JP 7-239236 A

特許文献1の構成は、自機の位置を刻々とリアルタイムで知ることが優先される関係で、取得される位置の精度はそれほど厳しくない場合が多い。一方で、例えば地盤変位の解析等のように、GNSS観測を行ってからしばらく後に測定地点の変位を計算で精密に求める場合においても、位置に関して一層有用な情報を提供できる構成が求められていた。   In the configuration of Patent Document 1, since the priority is given to knowing the position of the device itself in real time, the accuracy of the acquired position is often not so severe. On the other hand, a configuration that can provide more useful information regarding the position is required even when the displacement of the measurement point is precisely calculated after a while after performing GNSS observation, such as analysis of ground displacement, for example. .

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主な目的は、位置に関して一層有用な情報を提供できる変位分析装置を実現することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to realize a displacement analyzer that can provide more useful information regarding the position.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。   The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.

本発明の第1の観点によれば、以下の構成の変位分析装置が提供される。即ち、この変位分析装置は、観測データ算出部と、第1算出部と、センサ出力値取得部と、第2算出部と、センサ出力値補正部と、変位量算出部と、を備える。前記観測データ算出部は、基準計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データと、変位計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データとから観測データを求める。前記第1算出部は、前記観測データから第1測定値を求める。前記センサ出力値取得部は、前記GNSSアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第1周期より短い第2周期で出力したセンサ出力値を取得する。前記第2算出部は、前記センサ出力値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求める。前記センサ出力値補正部は、所定タイミングにおける前記第1測定値と、前記所定タイミングにおける前記第2測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力する。前記変位量算出部は、前記観測データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める。   According to a first aspect of the present invention, a displacement analyzer having the following configuration is provided. In other words, the displacement analyzer includes an observation data calculation unit, a first calculation unit, a sensor output value acquisition unit, a second calculation unit, a sensor output value correction unit, and a displacement amount calculation unit. The observation data calculation unit is acquired at a predetermined first period by GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna disposed at a reference measurement point, and at a predetermined first period by a GNSS antenna disposed at a displacement measurement point. Obtain observation data from GNSS positioning data. The first calculation unit obtains a first measurement value from the observation data. The sensor output value acquisition unit moves integrally with the GNSS antenna, and the movement detection sensor that outputs any one of displacement, speed, and acceleration outputs a sensor output value output in a second period shorter than the first period. To get. The second calculation unit obtains a second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value from the sensor output value. The sensor output value correction unit corrects the sensor output value and outputs a corrected sensor output value so that the first measurement value at a predetermined timing matches the second measurement value at the predetermined timing. The displacement amount calculation unit obtains the displacement of the past displacement measurement point based on the observation data and the corrected sensor output value.

これにより、所定の第1周期で行われたGNSS測位、及び、第1周期より短い第2周期で行われた移動検出センサによる計測に基づいて、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。   Thereby, based on the GNSS positioning performed in the predetermined first period and the measurement by the movement detection sensor performed in the second period shorter than the first period, the position at the time interval shorter than the GNSS positioning interval is acquired. can do.

前記の変位分析装置において、前記所定タイミングは、前記第1周期の測位タイミングであることが好ましい。   In the displacement analyzer, it is preferable that the predetermined timing is a positioning timing of the first period.

これにより、GNSS測位のタイミングにおける第1測定値と第2測定値が一致するように、センサ出力値を補正するので、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を精度良く取得することができる。   Accordingly, the sensor output value is corrected so that the first measurement value and the second measurement value at the timing of GNSS positioning coincide with each other, so that the position at a time interval shorter than the GNSS positioning interval can be obtained with high accuracy.

前記の変位分析装置においては、前記第1算出部は、時間と前記第1測定値との第1関数を求め、前記第2算出部は、時間と前記第2測定値との第2関数を求め、前記センサ出力値補正部は、前記第1関数と前記第2関数とが一致するように前記センサ出力値を補正することが好ましい。   In the displacement analyzer, the first calculation unit obtains a first function of time and the first measurement value, and the second calculation unit calculates a second function of time and the second measurement value. Preferably, the sensor output value correction unit corrects the sensor output value so that the first function and the second function match.

これにより、測位タイミングと測位タイミングの間のタイミングにおける位置を補間するように表現された第1関数と第2関数が互いに一致するように、センサ出力値を補正するので、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を精度良く取得することができる。   Accordingly, the sensor output value is corrected so that the first function and the second function expressed so as to interpolate the position at the timing between the positioning timing and the positioning timing match each other, so that the time shorter than the GNSS positioning interval Positions at intervals can be acquired with high accuracy.

前記の変位分析装置においては、前記センサ出力値補正部は、前記第2関数と、前記第1関数と、の差である誤差曲線を微分し、微分により得られた出力値誤差曲線を用いて前記移動検出センサの出力値を補正することが好ましい。   In the displacement analyzer, the sensor output value correction unit differentiates an error curve that is a difference between the second function and the first function, and uses the output value error curve obtained by the differentiation. It is preferable to correct the output value of the movement detection sensor.

これにより、移動検出センサの出力がGNSS測位の結果と整合するように正確に補正することができる。   Thereby, it can correct | amend correctly so that the output of a movement detection sensor may correspond with the result of GNSS positioning.

前記の変位分析装置において、前記第1測定値及び前記第2測定値は変位量であることが好ましい。   In the displacement analyzer, the first measurement value and the second measurement value are preferably displacement amounts.

これにより、変位量とされた第1測定値及び第2測定値を利用して、センサ出力値を補正することができる。   As a result, the sensor output value can be corrected using the first measurement value and the second measurement value, which are the displacement amounts.

前記の変位分析装置においては、前記移動検出センサは、速度又は加速度を検出し、前記第2算出部は、前記移動検出センサの出力値を積分することで前記第2測定値を求めることができることが好ましい。   In the displacement analyzer, the movement detection sensor can detect speed or acceleration, and the second calculation unit can obtain the second measurement value by integrating the output value of the movement detection sensor. Is preferred.

これにより、速度又は加速度を積分する処理により、第2測定値を簡単に求めることができる。   Accordingly, the second measurement value can be easily obtained by the process of integrating the speed or acceleration.

前記の変位分析装置においては、前記第1測定値及び前記第2測定値は速度又は加速度であることが好ましい。   In the displacement analyzer, the first measurement value and the second measurement value are preferably speed or acceleration.

これにより、速度又は加速度であり、同じ物理量とされた第1測定値及び第2測定値を利用して、センサ出力値を補正することができる。   Accordingly, the sensor output value can be corrected using the first measurement value and the second measurement value, which are speeds or accelerations and are the same physical quantity.

前記の変位分析装置においては、前記第1算出部は、前記観測データが示す変位量を微分することで、前記第1測定値を求めることが好ましい。   In the displacement analysis apparatus, it is preferable that the first calculation unit obtains the first measurement value by differentiating a displacement amount indicated by the observation data.

これにより、位置の変動を微分する処理により、第1測定値を簡単に求めることができる。   Thus, the first measurement value can be easily obtained by the process of differentiating the position variation.

前記の変位分析装置においては、前記第1算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第1測定値と、の第1関数を求め、前記第2算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第2測定値と、の第2関数を求め、前記センサ出力値補正部は、前記第2関数と、前記第1関数と、の差である出力値誤差曲線を用いて、前記移動検出センサの出力値を補正することが好ましい。   In the displacement analyzer, the first calculation unit obtains a first function of time and the first measurement value that is velocity or acceleration, and the second calculation unit calculates time, velocity, or acceleration. A second function of the second measurement value is obtained, and the sensor output value correction unit uses the output value error curve that is a difference between the second function and the first function to move the movement It is preferable to correct the output value of the detection sensor.

これにより、移動検出センサの出力がGNSS測位の結果と整合するように正確に補正することができる。   Thereby, it can correct | amend correctly so that the output of a movement detection sensor may correspond with the result of GNSS positioning.

本発明の第2の観点によれば、以下の構成の変位分析装置が提供される。即ち、この変位分析装置は、第1算出部と、センサ出力値取得部と、第2算出部と、センサ出力値補正部と、変位量算出部と、を備える。前記第1算出部は、変位計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データから第1測定値を求める。前記センサ出力値取得部は、前記GNSSアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第1周期より短い第2周期で出力したセンサ出力値を取得する。前記第2算出部は、前記センサ出力値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求める。前記センサ出力値補正部は、所定タイミングにおける前記第1測定値と、前記所定タイミングにおける前記第2測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力する。前記変位量算出部は、前記GNSS測位データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める。   According to the 2nd viewpoint of this invention, the displacement analyzer of the following structures is provided. In other words, the displacement analysis apparatus includes a first calculation unit, a sensor output value acquisition unit, a second calculation unit, a sensor output value correction unit, and a displacement amount calculation unit. The first calculation unit obtains a first measurement value from GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a displacement measurement point. The sensor output value acquisition unit moves integrally with the GNSS antenna, and the movement detection sensor that outputs any one of displacement, speed, and acceleration outputs a sensor output value output in a second period shorter than the first period. To get. The second calculation unit obtains a second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value from the sensor output value. The sensor output value correction unit corrects the sensor output value and outputs a corrected sensor output value so that the first measurement value at a predetermined timing matches the second measurement value at the predetermined timing. The displacement amount calculation unit obtains the displacement of the past displacement measurement point based on the GNSS positioning data and the corrected sensor output value.

これにより、所定の第1周期で行われたGNSS測位、及び、第1周期より短い第2周期で行われた移動検出センサによる計測に基づいて、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。   Thereby, based on the GNSS positioning performed in the predetermined first period and the measurement by the movement detection sensor performed in the second period shorter than the first period, the position at the time interval shorter than the GNSS positioning interval is acquired. can do.

前記の変位分析装置においては、前記第2測定値に所定以上の急激な変化が検出された場合に、当該変化におけるオフセットをなくすように前記移動検出センサの出力値を補正するオフセット補正部を備えることが好ましい。   The displacement analyzer includes an offset correction unit that corrects an output value of the movement detection sensor so as to eliminate an offset in the change when a sudden change of a predetermined value or more is detected in the second measurement value. It is preferable.

これにより、位置検出の精度を良好に保つことができる。   Thereby, the position detection accuracy can be kept good.

前記の変位分析装置においては、前記移動検出センサの温度を検出する温度センサの出力値に基づいて、当該移動検出センサの出力値を補正する温度ドリフト補正部を備えることが好ましい。   The displacement analyzer preferably includes a temperature drift correction unit that corrects the output value of the movement detection sensor based on the output value of the temperature sensor that detects the temperature of the movement detection sensor.

これにより、位置検出の精度を良好に保つことができる。   Thereby, the position detection accuracy can be kept good.

前記の変位分析装置においては、前記移動検出センサの出力値に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部を備えることが好ましい。   The displacement analyzer preferably includes a filter processing unit that performs low-pass filter processing on the output value of the movement detection sensor.

これにより、高周波ノイズの影響を回避して、位置検出の精度を良好に保つことができる。   Thereby, the influence of high frequency noise can be avoided and the accuracy of position detection can be kept good.

前記の変位分析装置においては、前記フィルタ処理部は、時間順に入力される前記移動検出センサの出力値に対して、前記ローパスフィルタ処理を順方向及び逆方向の両方で行うことが好ましい。   In the displacement analyzer, it is preferable that the filter processing unit performs the low-pass filter processing in both the forward direction and the reverse direction on the output value of the movement detection sensor input in time order.

これにより、フィルタ処理に伴って生じる出力値の波形の遅れを互いに打ち消し合うので、時間軸方向での波形のズレを防止することができる。   As a result, the delays in the waveform of the output value caused by the filter processing cancel each other, so that it is possible to prevent the waveform from being shifted in the time axis direction.

本発明の第3の観点によれば、以下の構成のGNSS測位分析装置が提供される。即ち、このGNSS測位分析装置は、前記の変位分析装置と、計測装置と、を備える。前記計測装置は、GNSS測位を行う。前記計測装置は、GNSS受信機と、前記移動検出センサと、を備える。前記GNSS受信機は、前記GNSS測位を行う。   According to the 3rd viewpoint of this invention, the GNSS positioning analysis apparatus of the following structures is provided. That is, this GNSS positioning analysis apparatus includes the displacement analysis apparatus and the measurement apparatus. The measurement device performs GNSS positioning. The measurement device includes a GNSS receiver and the movement detection sensor. The GNSS receiver performs the GNSS positioning.

これにより、GNSS測位及び移動検出センサによる計測を行い、後に変位分析装置で分析することで、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。   Thereby, the position by a time interval shorter than a GNSS positioning interval is acquirable by measuring by a GNSS positioning and a movement detection sensor, and analyzing with a displacement analyzer later.

前記のGNSS測位分析装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記計測装置及び前記変位分析装置のうち少なくとも何れかは、出力値変換部を備える。前記出力値変換部は、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記GNSS測位により取得する位置情報の座標軸の方向と、の関係に基づいて、前記移動検出センサの出力値を前記座標軸で表すように変換する。   The GNSS positioning analyzer is preferably configured as follows. That is, at least one of the measurement device and the displacement analysis device includes an output value conversion unit. The output value conversion unit represents the output value of the movement detection sensor with the coordinate axis based on the relationship between the direction of the detection axis of the movement detection sensor and the direction of the coordinate axis of the position information acquired by the GNSS positioning. Convert as follows.

これにより、移動検出センサの向きを気にせずに計測装置を設置することができるので、作業性を高めることができる。   Thereby, since a measuring device can be installed without minding the direction of a movement detection sensor, workability | operativity can be improved.

前記のGNSS測位分析装置においては、前記出力値変換部は、前記GNSS測位を行う測位タイミングの間における前記移動検出センサの検出値と、前記位置情報が示す位置の前記測位タイミングの間での変動と、に基づいて、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記位置情報の座標軸の方向と、の関係を計算により取得することが好ましい。   In the GNSS positioning analyzer, the output value conversion unit may change between the detection value of the movement detection sensor and the position indicated by the position information during the positioning timing for performing the GNSS positioning. Based on the above, it is preferable to obtain the relationship between the direction of the detection axis of the movement detection sensor and the direction of the coordinate axis of the position information by calculation.

これにより、特別なセンサを必要とせずに、移動検出センサの検出軸の方向と、位置情報の座標軸の方向と、の関係を計算により得ることができる。   Thus, the relationship between the direction of the detection axis of the movement detection sensor and the direction of the coordinate axis of the position information can be obtained by calculation without requiring a special sensor.

前記のGNSS測位分析装置においては、前記GNSS測位を行う測位タイミングに同期し、かつ、測位タイミングと次回の測位タイミングの間を2以上に等しく分割したタイミングで、前記移動検出センサによる検出が行われることが好ましい。   In the GNSS positioning analyzer, detection by the movement detection sensor is performed at a timing that is synchronized with the positioning timing for performing the GNSS positioning and that is divided into two or more equally between the positioning timing and the next positioning timing. It is preferable.

これにより、移動検出センサによる検出タイミングと、GNSS測位のタイミングと、の間にズレが生じなくなるので、誤差を低減できるとともに、タイミングのズレを解消するための計算処理を省略することができる。   As a result, no deviation occurs between the detection timing of the movement detection sensor and the timing of GNSS positioning, so that the error can be reduced and the calculation process for eliminating the timing deviation can be omitted.

前記のGNSS測位分析装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記計測装置は、前記GNSS受信機が出力する信号に基づいて、GNSS時刻に同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備える。前記移動検出センサの出力値の取得は、前記クロック生成部が生成した前記クロック信号を基準としたタイミングで行われる。   The GNSS positioning analyzer is preferably configured as follows. That is, the measurement device includes a clock generation unit that generates a clock signal synchronized with the GNSS time based on a signal output from the GNSS receiver. Acquisition of the output value of the movement detection sensor is performed at a timing based on the clock signal generated by the clock generation unit.

これにより、移動検出センサによる検出タイミングと、GNSS測位のタイミングと、の間のズレを、簡単な構成でなくすことができる。   Thereby, the shift | offset | difference between the detection timing by a movement detection sensor and the timing of GNSS positioning can be eliminated with a simple configuration.

前記のGNSS測位分析装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記クロック生成部は、周波数を制御可能な発振器を備える。前記クロック生成部は、GNSS時刻に同期して前記GNSS受信機から入力されるタイミング信号に同期するように制御された前記発振器により前記クロック信号を生成する。前記クロック生成部は、前記タイミング信号が入力されなくなった場合に、前記タイミング信号が得られていたときの前記発振器の周波数を維持するように制御する。   The GNSS positioning analyzer is preferably configured as follows. That is, the clock generation unit includes an oscillator capable of controlling the frequency. The clock generation unit generates the clock signal by the oscillator controlled to be synchronized with a timing signal input from the GNSS receiver in synchronization with GNSS time. The clock generator controls to maintain the frequency of the oscillator when the timing signal is obtained when the timing signal is not input.

これにより、GNSS電波の受信状況が悪い場合でも、移動検出センサによる検出タイミングを安定させることができる。   Thereby, even when the reception condition of the GNSS radio wave is bad, the detection timing by the movement detection sensor can be stabilized.

本発明の第4の観点によれば、以下の変位分析方法が提供される。即ち、基準計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データと変位計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データとから観測データを求める。前記観測データから第1測定値を求める。前記GNSSアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第1周期より短い第2周期で出力したセンサ出力値を取得する。前記センサ出力値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求める。前記第1測定値と、前記第2測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正する。前記観測データ、及び、補正後のセンサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を取得する。   According to a fourth aspect of the present invention, the following displacement analysis method is provided. That is, observation is performed from GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a reference measurement point and GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a displacement measurement point. Ask for data. A first measurement value is obtained from the observation data. A movement detection sensor that moves integrally with the GNSS antenna and outputs any one of displacement, velocity, and acceleration acquires a sensor output value output in a second period shorter than the first period. A second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value is obtained from the sensor output value. The sensor output value is corrected so that the first measurement value matches the second measurement value. Based on the observation data and the corrected sensor output value, the displacement of the displacement measurement point in the past is acquired.

第1実施形態に係る地盤観測システムにおいて、解析装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of an analyzer in the ground observation system which concerns on 1st Embodiment. 計測装置等の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a measuring device etc. FIG. 温度ドリフト補正部による補正前と補正後の加速度センサの出力値に基づく変位を示すグラフ。The graph which shows the displacement based on the output value of the acceleration sensor before correction | amendment by the temperature drift correction | amendment part, and after correction | amendment. オフセット補正部による補正前と補正後の加速度センサの出力値に基づく変位を示すグラフ。The graph which shows the displacement based on the output value of the acceleration sensor before correction | amendment by the offset correction part, and after correction | amendment. センサドリフト補正部が行う補正を説明するグラフ。The graph explaining the correction | amendment which a sensor drift correction | amendment part performs. センサドリフト補正部による補正前と補正後の加速度センサの出力値に基づく変位を示すグラフ。The graph which shows the displacement based on the output value of the acceleration sensor before correction | amendment by the sensor drift correction | amendment part, and after correction | amendment. 第2実施形態に係る地盤観測システムにおいて、解析装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of an analyzer in the ground observation system which concerns on 2nd Embodiment. センサドリフト補正部による補正を説明するグラフ。The graph explaining the correction | amendment by a sensor drift correction | amendment part. 第3実施形態に係る地盤観測システムにおいて、計測装置等の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a measuring apparatus etc. in the ground observation system which concerns on 3rd Embodiment. 解析装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of an analyzer. 第4実施形態に係る地盤観測システムにおいて、解析装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of an analyzer in the ground observation system which concerns on 4th Embodiment. 変形例に係る計測装置を示すブロック図。The block diagram which shows the measuring device which concerns on a modification.

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、第1実施形態に係る地盤観測システム1において、解析装置3の構成を示すブロック図である。図2は、計測装置2等の構成を示すブロック図である。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an analysis device 3 in the ground observation system 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the measuring device 2 and the like.

図1に示す地盤観測システム(GNSS測位分析装置)1は、地殻変動や地滑りなどを監視する装置である。地盤観測システム1は、計測装置2と、基準計測装置2rと、解析装置(変位分析装置)3と、を備える。   A ground observation system (GNSS positioning analysis device) 1 shown in FIG. 1 is a device that monitors crustal movements, landslides, and the like. The ground observation system 1 includes a measurement device 2, a reference measurement device 2r, and an analysis device (displacement analysis device) 3.

計測装置2は、観測対象の地盤に複数定められた計測点のそれぞれに設置される。複数の計測装置2は、それぞれGNSS電波を観測して、測位のために必要な情報を取得する。   The measuring device 2 is installed at each of a plurality of measurement points determined on the ground to be observed. Each of the plurality of measuring devices 2 observes GNSS radio waves and acquires information necessary for positioning.

本実施形態の地盤観測システム1は、公知のGNSS干渉測位を行うことにより、計測点の変位を精密に測定する。このために、地盤観測システム1は、上記の計測装置2のほかに、位置が既知である基準点に設置された基準計測装置2rを備える。   The ground observation system 1 of this embodiment measures the displacement of a measurement point precisely by performing well-known GNSS interference positioning. For this purpose, the ground observation system 1 includes a reference measurement device 2r installed at a reference point whose position is known in addition to the measurement device 2 described above.

解析装置3は、計測装置2及び基準計測装置2rと通信可能であり、計測装置2及び基準計測装置2rのそれぞれがGNSS電波を受信することにより取得した観測情報等を取得することができる。解析装置3は、計測装置2が取得した情報を解析することによって、地盤の変位等に関する情報を生成して出力する。   The analysis device 3 can communicate with the measurement device 2 and the reference measurement device 2r, and can acquire observation information and the like acquired when the measurement device 2 and the reference measurement device 2r each receive a GNSS radio wave. The analysis device 3 generates and outputs information related to the displacement of the ground by analyzing the information acquired by the measurement device 2.

図2を参照して、計測装置2について説明する。複数の計測装置2は何れも同じ構成となっており、それぞれの計測装置2は、GNSS受信機4と、GNSSアンテナ8と、加速度センサ(移動検出センサ)5と、温度センサ6と、制御部メモリ7と、を備えている。   The measuring device 2 will be described with reference to FIG. Each of the plurality of measuring devices 2 has the same configuration, and each measuring device 2 includes a GNSS receiver 4, a GNSS antenna 8, an acceleration sensor (movement detection sensor) 5, a temperature sensor 6, and a control unit. And a memory 7.

GNSS受信機4は、少なくとも4つのGNSS衛星から、GNSSアンテナ8を介してGNSS電波を受信する。GNSS受信機4は、当該GNSS電波を解析して得られる観測情報(例えば、GNSS電波の搬送波位相の情報を含む基線解析データ)を、制御部メモリ7に出力する。   The GNSS receiver 4 receives GNSS radio waves from at least four GNSS satellites via the GNSS antenna 8. The GNSS receiver 4 outputs observation information (for example, baseline analysis data including information on the carrier phase of the GNSS radio wave) obtained by analyzing the GNSS radio wave to the control unit memory 7.

GNSSアンテナ8は、GNSS電波を受信するアンテナであり、計測装置2の適宜の位置に固定されている。GNSSアンテナ8は、GNSS受信機4に電気的に接続されている。   The GNSS antenna 8 is an antenna that receives a GNSS radio wave, and is fixed to an appropriate position of the measurement device 2. The GNSS antenna 8 is electrically connected to the GNSS receiver 4.

加速度センサ5は、計測装置2の適宜の位置に固定されている。従って、例えば地盤に変位が生じて計測装置2が移動した場合、加速度センサ5はGNSSアンテナ8と一体的に移動する。   The acceleration sensor 5 is fixed at an appropriate position of the measuring device 2. Therefore, for example, when the measurement apparatus 2 moves due to displacement in the ground, the acceleration sensor 5 moves integrally with the GNSS antenna 8.

加速度センサ5は、加速度を検出する。本実施形態では、加速度センサ5は、互いに直交する3つの検出軸を有する3軸加速度センサとして構成される。加速度センサ5は、当該加速度センサ5に生じている加速度を3つの検出軸の方向でそれぞれ取得し、出力値として制御部メモリ7に出力する。以下、加速度センサ5の出力値を、単に加速度値と呼ぶことがある。   The acceleration sensor 5 detects acceleration. In the present embodiment, the acceleration sensor 5 is configured as a three-axis acceleration sensor having three detection axes orthogonal to each other. The acceleration sensor 5 acquires the acceleration generated in the acceleration sensor 5 in the directions of the three detection axes, and outputs them to the control unit memory 7 as output values. Hereinafter, the output value of the acceleration sensor 5 may be simply referred to as an acceleration value.

温度センサ6は、計測装置2の適宜の位置に配置され、加速度センサ5又はその周辺の温度を検出する。詳細は後述するが、温度センサ6が検出する温度は、加速度センサ5の検出値に生じる温度ドリフトを解析装置3において補正するために用いられる。温度センサ6は、取得した温度を、出力値として制御部メモリ7に出力する。以下、温度センサ6の出力値を、単に温度値と呼ぶことがある。   The temperature sensor 6 is disposed at an appropriate position of the measuring device 2 and detects the temperature of the acceleration sensor 5 or its surroundings. Although details will be described later, the temperature detected by the temperature sensor 6 is used to correct a temperature drift occurring in the detection value of the acceleration sensor 5 in the analysis device 3. The temperature sensor 6 outputs the acquired temperature to the control unit memory 7 as an output value. Hereinafter, the output value of the temperature sensor 6 may be simply referred to as a temperature value.

制御部メモリ7は、GNSS受信機4が出力する観測情報と、加速度センサ5の出力値の情報と、温度センサ6の出力値の情報と、を一時的に保存するバッファメモリとして機能する。制御部メモリ7に保存された観測情報、加速度値及び温度値の情報は、図略の通信部を介して解析装置3に送信される。   The control unit memory 7 functions as a buffer memory that temporarily stores observation information output from the GNSS receiver 4, information on the output value of the acceleration sensor 5, and information on the output value of the temperature sensor 6. Observation information, acceleration values, and temperature value information stored in the control unit memory 7 are transmitted to the analysis device 3 via a communication unit (not shown).

観測情報、加速度値及び温度値の情報は、制御部メモリ7にある程度蓄積されてから、解析装置3に出力される。これに対応して、解析装置3による解析は、リアルタイム処理ではなく、過去の所定時間分の記録をまとめて処理するバッチ処理として行われる。解析処理が行われる頻度は任意であり、例えば1時間毎としたり、数分毎としたりすることができる。複数の計測装置2が送信する観測情報等を受信してとりまとめて記録し、当該記録を解析装置3に出力する情報中継装置が設けられても良い。   Observation information, acceleration value, and temperature value information are accumulated to some extent in the control unit memory 7 and then output to the analysis device 3. Correspondingly, the analysis by the analysis device 3 is not a real-time process, but a batch process that collectively processes records for a predetermined past time. The frequency at which the analysis process is performed is arbitrary, and can be, for example, every hour or every few minutes. There may be provided an information relay device that receives and collects the observation information transmitted by the plurality of measuring devices 2 and records them together and outputs the records to the analyzing device 3.

基準計測装置2rは、計測装置2から、加速度センサ5及び温度センサ6を省略したものに相当する構成となっている。基準計測装置2rは、計測装置2と同様にGNSSアンテナ8を介してGNSS電波を受信し、GNSS受信機4が出力する観測情報を、図略の通信部を介して解析装置3に送信する。基準点の地盤が変位することは想定されていないため、当該基準点に設置される基準計測装置2rには、加速度センサ5、及び、当該加速度センサ5の検出値を補正するための温度センサ6は設けられていない。   The reference measuring device 2r has a configuration corresponding to that obtained by omitting the acceleration sensor 5 and the temperature sensor 6 from the measuring device 2. The reference measurement device 2r receives the GNSS radio wave via the GNSS antenna 8 in the same manner as the measurement device 2, and transmits the observation information output by the GNSS receiver 4 to the analysis device 3 via a communication unit (not shown). Since it is not assumed that the ground of the reference point is displaced, the reference measuring device 2r installed at the reference point includes an acceleration sensor 5 and a temperature sensor 6 for correcting the detection value of the acceleration sensor 5. Is not provided.

解析装置3は、例えば、計測装置2及び基準計測装置2rから物理的に離れたデータ解析施設に設置されるサーバ装置として構成される。解析装置3は、図略の通信部を備えており、計測装置2及び基準計測装置2rが送信する情報を受信することができる。この通信部は、例えばLAN又はWANを用いたものとすることができる。また、通信は、有線で行われても良いし、無線で行われても良い。   The analysis device 3 is configured as a server device installed in a data analysis facility physically separated from the measurement device 2 and the reference measurement device 2r, for example. The analysis device 3 includes a communication unit (not shown) and can receive information transmitted by the measurement device 2 and the reference measurement device 2r. This communication unit can use, for example, a LAN or a WAN. Communication may be performed by wire or may be performed by radio.

この解析装置3は、図1に示すように、基線解析部(観測データ算出部)9aと、センサ出力値取得部9bと、温度ドリフト補正部10と、オフセット補正部11と、センサドリフト補正部12と、第1フィルタ処理部13と、変位量取得部14と、合成位置取得部(変位量算出部)15と、第2フィルタ処理部16と、を備える。   As shown in FIG. 1, the analysis device 3 includes a baseline analysis unit (observation data calculation unit) 9a, a sensor output value acquisition unit 9b, a temperature drift correction unit 10, an offset correction unit 11, and a sensor drift correction unit. 12, a first filter processing unit 13, a displacement amount acquisition unit 14, a combined position acquisition unit (displacement amount calculation unit) 15, and a second filter processing unit 16.

具体的に説明すると、解析装置3は公知のコンピュータとして構成され、CPU、ROM及びRAM等を備える。前記ROMには、本発明の変位分析方法を実現するためのプログラムが記憶されている。上記のハードウェアとソフトウェアが協働することによって、当該コンピュータを、基線解析部9a、温度ドリフト補正部10、オフセット補正部11、センサドリフト補正部12、第1フィルタ処理部13、変位量取得部14、合成位置取得部15、及び第2フィルタ処理部16等として機能させることができる。   Specifically, the analysis device 3 is configured as a known computer and includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The ROM stores a program for realizing the displacement analysis method of the present invention. By the cooperation of the above hardware and software, the computer is converted into a baseline analysis unit 9a, a temperature drift correction unit 10, an offset correction unit 11, a sensor drift correction unit 12, a first filter processing unit 13, and a displacement amount acquisition unit. 14, the combined position acquisition unit 15, the second filter processing unit 16, and the like.

基線解析部9aは、計測装置2及び基準計測装置2rのそれぞれが備えるGNSS受信機4が過去(例えば、数分前)に取得し、記録された観測情報に基づいて、基線解析を行う。GNSS干渉測位において基線解析は良く知られているので、詳細な説明は省略する。これにより、GNSS測位当時における、基準点から計測点へ向かうベクトル(言い換えれば、基準計測装置2rから計測装置2へ向かうベクトル)である基線ベクトルを求めることができる。上述のとおり基準点の位置は既知であるので、得られた基線ベクトルに基づいて、計測点の位置(計測装置2の位置)の情報を得ることができる。   The baseline analysis unit 9a performs baseline analysis based on observation information acquired and recorded in the past (for example, several minutes ago) by the GNSS receiver 4 included in each of the measurement device 2 and the reference measurement device 2r. Since baseline analysis is well known in GNSS interferometric positioning, detailed description is omitted. Thereby, the baseline vector which is a vector (in other words, a vector from the reference measurement device 2r to the measurement device 2) heading from the reference point to the measurement point at the time of GNSS positioning can be obtained. Since the position of the reference point is known as described above, information on the position of the measurement point (position of the measurement device 2) can be obtained based on the obtained baseline vector.

以下の説明では、GNSS測位(本実施形態では、干渉測位)により得られた計測装置2の位置の情報を、位置情報と呼ぶことがある。   In the following description, information on the position of the measuring device 2 obtained by GNSS positioning (interference positioning in this embodiment) may be referred to as position information.

基線解析部9aは、計測装置2及び基準計測装置2rから取得された観測情報毎に(言い換えれば、所定の第1周期で取得されるGNSS測位の記録毎に)、上記の基線解析を行う。これにより、過去の計測装置2の位置が次々に求められる。基線解析部9aは、得られた位置情報を観測データとして、外部装置である情報蓄積サーバに出力するとともに、後述するセンサドリフト補正部12及び合成位置取得部15に出力する。   The baseline analysis unit 9a performs the baseline analysis for each observation information acquired from the measurement device 2 and the reference measurement device 2r (in other words, for each recording of GNSS positioning acquired in a predetermined first period). Thereby, the position of the past measuring device 2 is calculated | required one after another. The baseline analysis unit 9a outputs the obtained position information as observation data to an information storage server that is an external device, and outputs it to a sensor drift correction unit 12 and a combined position acquisition unit 15 described later.

本実施形態の地盤観測システム1においては、基線解析部9aは、1秒毎の計測装置2の位置を前記位置情報として出力する。干渉測位では、位置を求める時間間隔をより短くすることもできる。しかし、GNSS測位の性質等から、基線解析部9aは、最も短くて数十分の1秒毎の計測装置2の位置を取得できるにとどまり、それより短い時間間隔での位置を求めることができない。   In the ground observation system 1 of the present embodiment, the baseline analysis unit 9a outputs the position of the measuring device 2 every second as the position information. In the interference positioning, the time interval for obtaining the position can be further shortened. However, due to the nature of GNSS positioning, etc., the baseline analysis unit 9a can only acquire the position of the measuring device 2 that is the shortest and several tens of minutes per second, and cannot determine the position at a shorter time interval. .

一方で、図2に示す加速度センサ5は、例えば1秒間に数千回〜数万回の頻度で加速度を検出することができる。従って、加速度センサ5の出力値に基づく場合は、上記より短い時間間隔、例えば数百分の1秒毎であっても、計測装置2の位置を十分に良好なSN比で求めることができる。即ち、加速度センサ5は、第1周期よりも短い第2周期で計測装置2の位置を求めることができる。このことから、加速度センサ5を用いた変位の検出は、例えば100Hzのオーダーでの変位(例えば、構造物の振動)を検出するのに好適である。   On the other hand, the acceleration sensor 5 shown in FIG. 2 can detect acceleration at a frequency of, for example, thousands to tens of thousands of times per second. Therefore, when based on the output value of the acceleration sensor 5, the position of the measuring device 2 can be obtained with a sufficiently good SN ratio even at a shorter time interval than the above, for example, every hundredth of a second. That is, the acceleration sensor 5 can obtain the position of the measuring device 2 in a second period shorter than the first period. From this, the detection of the displacement using the acceleration sensor 5 is suitable for detecting a displacement (for example, vibration of a structure) on the order of 100 Hz, for example.

一方、計測精度の点で考えると、加速度センサ5の出力値を累積して変位を求める場合、時間の経過とともに誤差が累積的に大きくなり、信頼性が低下する。一方で、GNSS測位は、安定した精度で位置を取得することができる。このように、GNSS測位による変位の検出と、加速度センサによる変位の検出とは、相互に補完する性質を有している。   On the other hand, from the viewpoint of measurement accuracy, when the displacement is obtained by accumulating the output values of the acceleration sensor 5, the error increases cumulatively with the passage of time, and the reliability decreases. On the other hand, GNSS positioning can acquire a position with stable accuracy. Thus, the detection of the displacement by GNSS positioning and the detection of the displacement by the acceleration sensor have properties that complement each other.

センサ出力値取得部9bは、計測装置2の制御部メモリ7からセンサ出力値を取得して、取得したセンサ出力値を、温度ドリフト補正部10に出力する。   The sensor output value acquisition unit 9 b acquires the sensor output value from the control unit memory 7 of the measuring device 2 and outputs the acquired sensor output value to the temperature drift correction unit 10.

図1の温度ドリフト補正部10は、上記のGNSS測位が過去に行われたときに加速度センサ5が計測し、記録された加速度の出力値に基づいて、当該出力値(前記加速度値)から温度ドリフトの影響を取り除く補正を行う。温度ドリフト補正部10は、温度ドリフト補正量取得部17と、補正処理部18と、を備える。   1 is measured by the acceleration sensor 5 when the above-described GNSS positioning has been performed in the past, and the temperature is calculated from the output value (the acceleration value) based on the recorded acceleration output value. Make corrections to remove the effects of drift. The temperature drift correction unit 10 includes a temperature drift correction amount acquisition unit 17 and a correction processing unit 18.

温度ドリフト補正量取得部17は、加速度センサ5の計測とほぼ同時に温度センサ6が計測し、記録された温度の出力値(前記温度値)を、所定の温度ドリフト関数に代入することにより、温度ドリフト補正量を取得する。温度ドリフト関数は、加速度センサ5の温度と、当該温度において加速度センサ5の出力値に生じるドリフト量と、の関係を定めるものであり、実験などにより予め求められている。この温度ドリフト関数は、温度ドリフト補正量取得部17が備える図略の記憶部に記憶される。温度ドリフト補正量取得部17は、上記のドリフト量をキャンセルするための温度ドリフト補正量を求め、得られた温度ドリフト補正量を温度ドリフト補正部10に出力する。   The temperature drift correction amount acquisition unit 17 measures the temperature by measuring the temperature sensor 6 almost simultaneously with the measurement of the acceleration sensor 5 and substituting the recorded temperature output value (the temperature value) into a predetermined temperature drift function. Get the drift correction amount. The temperature drift function defines the relationship between the temperature of the acceleration sensor 5 and the amount of drift that occurs in the output value of the acceleration sensor 5 at the temperature, and is obtained in advance by experiments or the like. This temperature drift function is stored in a storage unit (not shown) included in the temperature drift correction amount acquisition unit 17. The temperature drift correction amount acquisition unit 17 calculates a temperature drift correction amount for canceling the drift amount and outputs the obtained temperature drift correction amount to the temperature drift correction unit 10.

補正処理部18は、温度ドリフト補正量取得部17で得られた温度ドリフト補正量に基づいて、加速度値を補正する。補正の方法としては、加速度値に対して温度ドリフト補正量を例えば加算又は減算することが考えられる。これにより、補正処理部18は、温度ドリフトの影響を除去した加速度を取得することができる。補正処理部18(温度ドリフト補正部10)は、得られた加速度値をオフセット補正部11に出力する。   The correction processing unit 18 corrects the acceleration value based on the temperature drift correction amount obtained by the temperature drift correction amount acquisition unit 17. As a correction method, for example, the temperature drift correction amount may be added to or subtracted from the acceleration value. Thereby, the correction | amendment process part 18 can acquire the acceleration which removed the influence of the temperature drift. The correction processing unit 18 (temperature drift correction unit 10) outputs the obtained acceleration value to the offset correction unit 11.

上記の温度ドリフト補正部10による効果について、図3を参照して説明する。図3は、温度ドリフト補正部10による補正前と補正後の加速度センサ5の出力値に基づく変位を示すグラフである。   The effect of the temperature drift correction unit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing displacement based on the output value of the acceleration sensor 5 before and after correction by the temperature drift correction unit 10.

図3には、加速度センサ5を、3つのうち何れかの検出軸と平行な方向に一定の周期で単振動させると同時に、振動の周期より大きな所定の周期で温度を変化させた場合の、加速度値に基づく変位と、温度ドリフト補正部10により補正された加速度値に基づく変位と、を比較して示している。グラフの横軸は時間であり、縦軸は変位又は温度である。   In FIG. 3, the acceleration sensor 5 is simply vibrated at a constant cycle in a direction parallel to one of the three detection axes, and at the same time the temperature is changed at a predetermined cycle larger than the cycle of vibration. The displacement based on the acceleration value is compared with the displacement based on the acceleration value corrected by the temperature drift correction unit 10. The horizontal axis of the graph is time, and the vertical axis is displacement or temperature.

図3のグラフは、シミュレーション計算による実験結果である。加速度値に基づく変位は、当該加速度値を積算することにより求めた速度を更に積算することにより得ることができる。加速度値から変位を求める計算は、実質的に、当該加速度値の2階積分に相当する。横軸の0.3の付近で変位が不連続的に変化し、それ以降は変位の誤差が相当に大きくなっているが、これは、加速度値に基づく変位に生じる後述のオフセットを模擬したものである。   The graph of FIG. 3 is an experimental result by simulation calculation. The displacement based on the acceleration value can be obtained by further integrating the velocity obtained by integrating the acceleration value. The calculation for obtaining the displacement from the acceleration value substantially corresponds to the second order integration of the acceleration value. The displacement changes discontinuously in the vicinity of 0.3 on the horizontal axis, and after that, the displacement error becomes considerably large. This is a simulation of the offset described later that occurs in the displacement based on the acceleration value. It is.

図3に示すように、加速度値について温度ドリフト補正を行った場合は、行わない場合に比べて、温度変化の周期とほぼ等しい周期での変位のうねりを良好に軽減できていることがわかる。   As shown in FIG. 3, it can be seen that, when the temperature drift correction is performed on the acceleration value, the undulation of the displacement at a period substantially equal to the period of the temperature change can be reduced satisfactorily as compared with the case where the acceleration value is not performed.

図1のオフセット補正部11は、温度ドリフトが補正された加速度値を積分して得られる変位に突発的に発生するズレ(オフセット)を検出し、このオフセットを補正する。このオフセットが発生する原因としては、例えば、加速度センサ5に何らかの物理的な変化が発生したことが考えられる。   The offset correction unit 11 in FIG. 1 detects a shift (offset) that suddenly occurs in the displacement obtained by integrating the acceleration value in which the temperature drift is corrected, and corrects this offset. As a cause of the occurrence of this offset, for example, it is considered that some physical change has occurred in the acceleration sensor 5.

オフセット補正部11は、変位にオフセットが生じたか否かを、当該変位の変化を監視することにより検出する。具体的に説明すると、オフセット補正部11は、加速度値が温度ドリフト補正部10から入力される毎に、今回の加速度値により求められる変位と、前回の加速度値により求められる変位と、の間の差を計算する。上記の変位の差は、当該変位を1回微分した値と捉えることができ、また、加速度を1回積分した値と捉えることもできる。オフセット補正部11は、得られた差が所定の閾値を超えた場合、オフセットが発生したと判定する。   The offset correction unit 11 detects whether or not an offset has occurred in the displacement by monitoring the change in the displacement. More specifically, each time the acceleration value is input from the temperature drift correction unit 10, the offset correction unit 11 is between the displacement obtained from the current acceleration value and the displacement obtained from the previous acceleration value. Calculate the difference. The difference between the displacements can be regarded as a value obtained by differentiating the displacement once, and can also be regarded as a value obtained by integrating the acceleration once. The offset correction unit 11 determines that an offset has occurred when the obtained difference exceeds a predetermined threshold.

オフセットが検出された場合、オフセット補正部11は、そのような急激な変化の前と後の間の変位の差(言い換えれば、速度)を計算するとともに、この差をキャンセルするのに必要な加速度値の補正値を計算して、加速度値を補正する。上記の補正値は、公知の微分計算により得ることができる。これにより、加速度値からオフセットの影響を除くことができる。オフセット補正部11は、補正後の加速度値をセンサドリフト補正部12に出力する。   When an offset is detected, the offset correction unit 11 calculates a difference in displacement (in other words, speed) before and after such a sudden change, and an acceleration necessary for canceling this difference. The correction value is calculated to correct the acceleration value. The correction value can be obtained by a known differential calculation. Thereby, the influence of offset can be removed from the acceleration value. The offset correction unit 11 outputs the corrected acceleration value to the sensor drift correction unit 12.

上記のオフセットが複数回起きることも考えられるが、オフセット補正部11は、オフセットを検出する毎に、当該オフセットをキャンセルする補正を加速度値に対して行う。   Although the above-described offset may occur a plurality of times, the offset correction unit 11 performs correction for canceling the offset on the acceleration value every time the offset is detected.

オフセット補正部11が行う処理について、図4を参照して説明する。図4は、オフセット補正部11による補正前と補正後の加速度センサ5の出力値に基づく変位を示すグラフである。   Processing performed by the offset correction unit 11 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a graph showing displacement based on the output value of the acceleration sensor 5 before and after correction by the offset correction unit 11.

図4には、図3で示した温度ドリフト補正後の加速度値に基づく変位と、当該変位を微分した値と、が示されている。ただし、微分した値の変化を分かり易く示すために、図4のグラフでは、微分値を2乗した値がプロットされている。   FIG. 4 shows a displacement based on the acceleration value after the temperature drift correction shown in FIG. 3 and a value obtained by differentiating the displacement. However, in order to show the change of the differentiated value in an easy-to-understand manner, the value obtained by squaring the differentiated value is plotted in the graph of FIG.

通常時は、変位は少しずつ変化するので、変位の変化量(言い換えれば、微分値)はゼロ付近の値となる。横軸の0.3付近のタイミングにおいて、温度ドリフト補正後の加速度値に基づく変位が、不連続的に増加している。これに伴って、当該変位の変化量が急激に上昇し、所定の閾値を上回る。オフセット補正部11は、これにより、オフセットの発生を検出する。   Since the displacement changes little by little during normal times, the displacement change amount (in other words, the differential value) is a value near zero. At a timing near 0.3 on the horizontal axis, the displacement based on the acceleration value after the temperature drift correction increases discontinuously. Along with this, the amount of change in the displacement increases rapidly and exceeds a predetermined threshold. Thereby, the offset correction unit 11 detects the occurrence of the offset.

オフセットを検出したオフセット補正部11は、この変位のオフセット量をキャンセルするように、加速度値を補正する。図4に示すように、このオフセット補正後の加速度値に基づく変位は、オフセット補正がない場合と比較して値の不連続的な変化が無くなり、誤差を相当に減らすことができる。   The offset correction unit 11 that has detected the offset corrects the acceleration value so as to cancel the offset amount of the displacement. As shown in FIG. 4, the displacement based on the acceleration value after the offset correction eliminates the discontinuous change of the value as compared with the case without the offset correction, and the error can be considerably reduced.

図1のセンサドリフト補正部12は、基線解析部9aから出力されたGNSS受信機4の変位と、オフセット補正部11から出力された加速度値と、に基づいて、加速度値に生じるドリフトを補正する。   The sensor drift correction unit 12 in FIG. 1 corrects a drift generated in the acceleration value based on the displacement of the GNSS receiver 4 output from the baseline analysis unit 9a and the acceleration value output from the offset correction unit 11. .

加速度センサ5の出力値に生じるドリフト(以下、センサドリフトと呼ぶことがある。)の原因は様々であるが、温度変化を原因とするドリフトの影響は、既に温度ドリフト補正部10によって除かれている。従って、センサドリフト補正部12が補正する対象のセンサドリフトには、温度ドリフトは含まれない。   There are various causes of the drift (hereinafter sometimes referred to as sensor drift) generated in the output value of the acceleration sensor 5, but the influence of the drift caused by the temperature change has already been removed by the temperature drift correction unit 10. Yes. Therefore, the temperature drift is not included in the sensor drift to be corrected by the sensor drift correction unit 12.

センサドリフト補正部12は、第1変位関数取得部(第1算出部)21と、第2変位関数取得部(第2算出部)22と、補正処理部(センサ出力値補正部)23と、を備える。   The sensor drift correction unit 12 includes a first displacement function acquisition unit (first calculation unit) 21, a second displacement function acquisition unit (second calculation unit) 22, a correction processing unit (sensor output value correction unit) 23, Is provided.

第1変位関数取得部21は、基線解析部9aから入力された複数の位置情報が示す位置に対してカーブフィッティングを行い、位置の推移を近似する第1関数(以下、第1変位関数と呼ぶことがある。)を求める。この第1変位関数は、GNSS測位に基づく変位量(第1測定値)を表す。   The first displacement function acquisition unit 21 performs a curve fitting on the positions indicated by the plurality of position information input from the baseline analysis unit 9a, and approximates the transition of the position (hereinafter referred to as a first displacement function). ). This first displacement function represents a displacement amount (first measured value) based on GNSS positioning.

図5及び図6を参照して、上記のカーブフィッティングを具体的に説明する。図5は、センサドリフト補正部12が行う補正を説明するグラフである。図6は、センサドリフト補正部12による補正前と補正後の加速度センサ5の出力値に基づく変位を示すグラフである。   The above curve fitting will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 5 is a graph illustrating the correction performed by the sensor drift correction unit 12. FIG. 6 is a graph showing displacement based on the output value of the acceleration sensor 5 before and after correction by the sensor drift correction unit 12.

観測情報が記録されている過去の測位タイミングから任意に選んだタイミング(以下、基準測位タイミングと呼ぶことがある。)に関して、基線解析部9aが位置情報を出力したとする。以下では、この位置情報が示す位置を基準位置と呼ぶ。図5のグラフに示すように、前記基準測位タイミングからの経過時間を横軸とし、位置情報が示す位置の前記基準位置からの各座標軸それぞれでの変動(例えば、経度方向、緯度方向、高度方向それぞれでの変動)を縦軸とした座標平面を考える。この座標平面に、経過時間と、位置の変動と、の関係をプロットして、例えば多項式曲線によるカーブフィッティングを行うことで、当該位置情報の推移を近似する近似曲線を求めることができる。この近似曲線が、第1変位関数に相当する。カーブフィッティングは、例えば最小2乗法等を用いて行うことができる。   It is assumed that the baseline analysis unit 9a outputs position information regarding a timing arbitrarily selected from past positioning timings where observation information is recorded (hereinafter also referred to as reference positioning timing). Hereinafter, the position indicated by the position information is referred to as a reference position. As shown in the graph of FIG. 5, the horizontal axis represents the elapsed time from the reference positioning timing, and the position indicated by the position information varies in each coordinate axis from the reference position (for example, the longitude direction, the latitude direction, and the altitude direction). Consider a coordinate plane whose vertical axis is the variation in each. By plotting the relationship between elapsed time and position fluctuation on this coordinate plane and performing curve fitting using, for example, a polynomial curve, an approximate curve that approximates the transition of the position information can be obtained. This approximate curve corresponds to the first displacement function. The curve fitting can be performed using, for example, a least square method.

位置情報は3つの座標軸での位置で表されるので、上記の近似曲線は、3つの座標軸(経度方向、緯度方向及び高度方向)のそれぞれについて得ることができる。基準測位タイミングでは位置が基準位置と一致すべきなので(言い換えれば、位置の変動がゼロであるべきなので)、カーブフィッティングに用いる曲線のゼロ次の項はゼロとなっている。   Since the position information is represented by positions on three coordinate axes, the approximate curve can be obtained for each of the three coordinate axes (longitude direction, latitude direction, and altitude direction). Since the position should match the reference position at the reference positioning timing (in other words, the position variation should be zero), the zero-order term of the curve used for curve fitting is zero.

上述したとおり、本実施形態の地盤観測システム1では、測位タイミングの時間間隔は1秒となっている。この点、本実施形態では、位置情報が示す位置の変動を表す第1変位関数が曲線関数として求められるので、測位タイミングと測位タイミングの間での位置の補間を実現することができる。   As described above, in the ground observation system 1 of the present embodiment, the time interval of the positioning timing is 1 second. In this regard, in the present embodiment, since the first displacement function representing the change in position indicated by the position information is obtained as a curve function, position interpolation between the positioning timing and the positioning timing can be realized.

第1変位関数取得部21は、取得した第1変位関数を、補正処理部23に出力する。   The first displacement function acquisition unit 21 outputs the acquired first displacement function to the correction processing unit 23.

第2変位関数取得部22は、オフセット補正部11から出力された加速度値に対し、カーブフィッティングを行い、当該加速度値を近似する関数を求める。その後、当該関数を2階積分することで、計測装置2の変位を表す第2関数(以下、第2変位関数と呼ぶことがある。)を求める。この第2変位関数は、加速度センサ5の検出に基づく変位量である変位検出量(第2測定値)を表す。   The second displacement function acquisition unit 22 performs curve fitting on the acceleration value output from the offset correction unit 11 to obtain a function that approximates the acceleration value. Thereafter, a second function (hereinafter sometimes referred to as a second displacement function) representing the displacement of the measuring device 2 is obtained by second-order integration of the function. The second displacement function represents a displacement detection amount (second measurement value) that is a displacement amount based on detection by the acceleration sensor 5.

以下、このカーブフィッティングを具体的に説明する。図5のグラフで示すように、前記基準測位タイミングからの経過時間を横軸とし、加速度センサ5の3つの検出軸それぞれに関する出力値を縦軸とする座標平面を考える。なお、加速度センサ5の各検出軸の向きは、GNSS測位における位置情報の座標軸と一致しているものとする。この座標平面に経過時間と加速度センサ5の出力値(加速度値)との関係をプロットして、例えば多項式曲線によるカーブフィッティングを行うことで、当該加速度値の推移を近似する近似曲線を求めることができる。以下、このカーブフィッティングにより得られた曲線関数を、加速度関数と呼ぶことがある。カーブフィッティングは、例えば最小2乗法等を用いて行うことができる。   Hereinafter, this curve fitting will be specifically described. As shown in the graph of FIG. 5, consider a coordinate plane in which the elapsed time from the reference positioning timing is the horizontal axis, and the output values for each of the three detection axes of the acceleration sensor 5 are the vertical axes. It is assumed that the direction of each detection axis of the acceleration sensor 5 coincides with the coordinate axis of the position information in GNSS positioning. By plotting the relationship between the elapsed time and the output value (acceleration value) of the acceleration sensor 5 on this coordinate plane and performing curve fitting using, for example, a polynomial curve, an approximate curve that approximates the transition of the acceleration value can be obtained. it can. Hereinafter, the curve function obtained by this curve fitting may be referred to as an acceleration function. The curve fitting can be performed using, for example, a least square method.

第2変位関数取得部22は、得られた加速度関数に2階積分を行うことによって、第2変位関数を求める。加速度関数及び第2変位関数も、第1変位関数と同じく、位置情報の3つの座標軸のそれぞれについて得ることができる。第2変位関数取得部22は、得られた第2変位関数を補正処理部23に出力する。   The second displacement function acquisition unit 22 obtains a second displacement function by performing second order integration on the obtained acceleration function. Similarly to the first displacement function, the acceleration function and the second displacement function can be obtained for each of the three coordinate axes of the position information. The second displacement function acquisition unit 22 outputs the obtained second displacement function to the correction processing unit 23.

補正処理部23は、第1変位関数と第2変位関数の差分に基づいて、当該差分をキャンセルするように加速度値を補正する。   Based on the difference between the first displacement function and the second displacement function, the correction processing unit 23 corrects the acceleration value so as to cancel the difference.

以下、具体的に説明する。補正処理部23は、第1変位関数取得部21から入力された第1変位関数から、第2変位関数取得部22から入力された第2変位関数を減算する。こうして得られた誤差曲線である関数(以下、「差分関数」と呼ぶことがある。)が、図5に示されている。この差分関数は、GNSS受信機4を用いたGNSS測位による変位と、加速度センサ5が検出する加速度による変位と、の間の誤差を表す。   This will be specifically described below. The correction processing unit 23 subtracts the second displacement function input from the second displacement function acquisition unit 22 from the first displacement function input from the first displacement function acquisition unit 21. FIG. 5 shows a function that is an error curve thus obtained (hereinafter may be referred to as “difference function”). This difference function represents an error between displacement due to GNSS positioning using the GNSS receiver 4 and displacement due to acceleration detected by the acceleration sensor 5.

補正処理部23は、上記の差分関数に適当な経過時間の値を幾つか代入することにより、経過時間と誤差の関係を示すプロットを複数取得する。そして、補正処理部23は、当該複数のプロットに対してカーブフィッティングを行うことによって、変位の間の誤差を表す関数を求める。以下、この関数を変位誤差関数と呼ぶことがある。変位誤差関数の曲線は、実質的に差分関数の曲線形状と一致している。   The correction processing unit 23 acquires a plurality of plots indicating the relationship between the elapsed time and the error by substituting some appropriate elapsed time values into the difference function. And the correction | amendment process part 23 calculates | requires the function showing the error between displacement by performing curve fitting with respect to the said some plot. Hereinafter, this function may be referred to as a displacement error function. The curve of the displacement error function substantially matches the curve shape of the difference function.

本実施形態において、変位誤差関数を求めるときのカーブフィッティングには、あまり高次でない多項式の曲線、例えば3次多項式が用いられる。これにより、差分関数と実質的に同一な曲線を単純な形で表すことができ、後述の2階微分を計算する処理が簡単になる。   In the present embodiment, a curve of a polynomial that is not very high order, for example, a cubic polynomial is used for curve fitting when obtaining a displacement error function. As a result, a curve that is substantially the same as the difference function can be expressed in a simple form, and the process of calculating the second-order derivative described later is simplified.

補正処理部23は、上記の変位誤差関数に対して2階微分を行って、当該関数を、加速度の誤差を示す関数(出力値誤差曲線)に変換する。以下、この関数を加速度誤差関数と呼ぶことがある。補正処理部23は、この加速度誤差関数に前記経過時間を代入することで加速度誤差を求め、得られた加速度誤差を加速度値に加算することで、補正後の加速度値を得る。   The correction processing unit 23 performs second-order differentiation on the displacement error function and converts the function into a function (output value error curve) indicating an acceleration error. Hereinafter, this function may be referred to as an acceleration error function. The correction processing unit 23 obtains an acceleration error by substituting the elapsed time into the acceleration error function, and adds the obtained acceleration error to the acceleration value to obtain a corrected acceleration value.

このようにして、センサドリフト補正部12は、加速度センサ5の出力値を補正することができる。センサドリフト補正部12は、補正後の加速度値を、第1フィルタ処理部13に出力する。   In this way, the sensor drift correction unit 12 can correct the output value of the acceleration sensor 5. The sensor drift correction unit 12 outputs the corrected acceleration value to the first filter processing unit 13.

図5のグラフには、第1変位関数、第2変位関数、差分関数(変位誤差関数)、及び加速度誤差関数に対応する曲線がそれぞれ描かれるとともに、センサドリフト補正部12による補正後の加速度値がプロットされている。ただし、図5において、補正後の加速度値は、センサドリフト補正部12に入力された出力値ではなく、当該出力値をカーブフィッティングすることにより得られた加速度関数に対して、加速度誤差関数を加算したものとしている。   In the graph of FIG. 5, curves corresponding to the first displacement function, the second displacement function, the difference function (displacement error function), and the acceleration error function are drawn, and the acceleration value after correction by the sensor drift correction unit 12 is drawn. Is plotted. However, in FIG. 5, the corrected acceleration value is not the output value input to the sensor drift correction unit 12, but an acceleration error function is added to the acceleration function obtained by curve fitting the output value. It is assumed that

本明細書において「曲線」とは、当該曲線を表す関数と同義である。変位誤差関数の曲線(変位誤差曲線)を2階微分したものが、加速度誤差関数の曲線(加速度誤差曲線、出力値誤差曲線)に相当する。図5では各曲線を1つずつしか示していないが、実際の曲線は何れも、位置情報の3つの座標軸それぞれについて存在する。   In this specification, “curve” is synonymous with a function representing the curve. A second-order derivative of a displacement error function curve (displacement error curve) corresponds to an acceleration error function curve (acceleration error curve, output value error curve). Although only one curve is shown in FIG. 5, each actual curve exists for each of the three coordinate axes of the position information.

更に、図5及び図6には、センサドリフト補正部12による補正後の加速度値に基づいて変位を計算した結果がプロットされている。図5のグラフを参照すると、補正後の加速度値に基づく変位は、補正前の加速度値に基づく変位(第2変位関数)と比較して、GNSS測位により得られる位置の変動と良く一致していることがわかる。更に、図6のグラフからは、センサドリフト補正部12による補正後の加速度値に基づく変位が、実際に加速度センサ5に与えた変位と良く一致していることがわかる。   Further, in FIG. 5 and FIG. 6, the results of calculating the displacement based on the acceleration value corrected by the sensor drift correcting unit 12 are plotted. Referring to the graph of FIG. 5, the displacement based on the corrected acceleration value agrees well with the position variation obtained by the GNSS positioning as compared with the displacement based on the acceleration value before correction (second displacement function). I understand that. Furthermore, it can be seen from the graph of FIG. 6 that the displacement based on the acceleration value corrected by the sensor drift correcting unit 12 is in good agreement with the displacement actually applied to the acceleration sensor 5.

なお、変位誤差関数を求める時期的な対象は、例えば、過去の測位タイミングから適宜選択された第1測位タイミングから、その後の第2測位タイミングまでのものとしても良い。第1測位タイミングと第2測位タイミングの間の長さは、GNSS測位間隔の1回分であっても良いし、2回分以上であっても良い。第1測位タイミングと第2測位タイミングとの間での位置情報の変動に対して、対応する期間での前記変位検出量を一致させるように加速度値を補正することで、上記と同様の効果を得ることができる。   The timing target for obtaining the displacement error function may be, for example, from the first positioning timing appropriately selected from the past positioning timing to the subsequent second positioning timing. The length between the first positioning timing and the second positioning timing may be one time of the GNSS positioning interval, or may be two times or more. By correcting the acceleration value so that the displacement detection amount in the corresponding period coincides with the fluctuation of the position information between the first positioning timing and the second positioning timing, the same effect as described above can be obtained. Obtainable.

図1の第1フィルタ処理部13は、補正処理部23(センサドリフト補正部12)から出力された加速度値に対して、適宜のローパスフィルタ処理を行って、高周波ノイズを除去する。ローパスフィルタとしては、IIRフィルタ、FIRフィルタ、区間カーブフィット、カルマンフィルタ等の公知のフィルタを用いることができる。これにより、加速度値に含まれる高周波成分が抑制されるので、図6に示す変位の誤差が更に小さくなることが期待できる。   The first filter processing unit 13 in FIG. 1 performs an appropriate low-pass filter process on the acceleration value output from the correction processing unit 23 (sensor drift correction unit 12) to remove high-frequency noise. As the low-pass filter, a known filter such as an IIR filter, an FIR filter, a section curve fit, or a Kalman filter can be used. Thereby, since the high frequency component contained in the acceleration value is suppressed, it can be expected that the displacement error shown in FIG. 6 is further reduced.

第1フィルタ処理部13は、時間順で入力される加速度値に対してローパスフィルタ処理を順方向に行った後、同一のローパスフィルタ処理を逆方向に行うことが好ましい。このように互いに反対向きのフィルタ処理を行うことで、フィルタ処理に伴って加速度値の波形に生じる遅れを互いに打ち消し合うので、波形の時間軸方向でのズレを防止することができる。第1フィルタ処理部13は、フィルタ処理された加速度値を、前記情報蓄積サーバに出力するとともに、変位量取得部14に出力する。   The first filter processing unit 13 preferably performs the same low-pass filter process in the reverse direction after performing the low-pass filter process in the forward direction on the acceleration values input in time order. By performing filter processing in opposite directions in this way, delays that occur in the waveform of the acceleration value due to the filter processing cancel each other, so that deviation of the waveform in the time axis direction can be prevented. The first filter processing unit 13 outputs the filtered acceleration value to the information storage server and also to the displacement amount acquisition unit 14.

変位量取得部14は、第1フィルタ処理部13から入力された加速度値を2階積分することで、変位量を求める。変位量取得部14は、得られた変位量の値を、前記情報蓄積サーバに出力するとともに、合成位置取得部15に出力する。   The displacement amount acquisition unit 14 obtains the displacement amount by second-order integration of the acceleration value input from the first filter processing unit 13. The displacement amount acquisition unit 14 outputs the obtained displacement amount value to the information storage server and also outputs it to the composite position acquisition unit 15.

合成位置取得部15は、基線解析部9aから得られた位置情報が示す位置と、変位量取得部14から入力された変位量と、を合成することにより、計測装置2の位置を示す位置情報を計算により求める。これにより、GNSS測位による位置情報と、加速度センサ5による変位量と、を統合することができる。合成位置取得部15は、得られた位置を、第2フィルタ処理部16に出力する。   The combined position acquisition unit 15 combines the position indicated by the position information obtained from the baseline analysis unit 9a and the displacement amount input from the displacement amount acquisition unit 14, thereby indicating the position information indicating the position of the measuring device 2. Is calculated. Thereby, the positional information by GNSS positioning and the displacement amount by the acceleration sensor 5 can be integrated. The composite position acquisition unit 15 outputs the obtained position to the second filter processing unit 16.

第2フィルタ処理部16は、合成位置取得部15から取得した位置に対して、第1フィルタ処理部13と同様にローパスフィルタ処理を行って、高周波ノイズを除去する。第2フィルタ処理部16においても第1フィルタ処理部13と同様に、同一のローパスフィルタ処理を順方向及び逆方向で行うことが好ましい。第2フィルタ処理部16は、得られた位置を、位置情報として情報蓄積サーバに出力する。   The second filter processing unit 16 performs low-pass filter processing on the position acquired from the combined position acquisition unit 15 in the same manner as the first filter processing unit 13 to remove high frequency noise. Similarly to the first filter processing unit 13, the second filter processing unit 16 preferably performs the same low-pass filter processing in the forward direction and the reverse direction. The second filter processing unit 16 outputs the obtained position as position information to the information storage server.

解析装置3において、基線解析部9aが出力する位置情報D1は、例えば1秒毎の計測装置2の位置である。一方で、変位量取得部14が出力する変位量D2、及び、第2フィルタ処理部16が出力する位置情報D3は、例えば数百分の1秒毎の計測装置2の変位又は位置とすることができる。また、第1フィルタ処理部13が出力する加速度CAも、例えば数百分の1秒毎の加速度とすることができる。このように、解析装置3は、相当に短い時間間隔での計測装置2の位置の変化を取得することができるので、細かい振動等を分析する用途に適している。   In the analysis device 3, the position information D1 output from the baseline analysis unit 9a is, for example, the position of the measurement device 2 every second. On the other hand, the displacement amount D2 output from the displacement amount acquisition unit 14 and the position information D3 output from the second filter processing unit 16 are, for example, displacements or positions of the measuring device 2 every hundredth of a second. Can do. Further, the acceleration CA output from the first filter processing unit 13 can also be an acceleration per hundredths of a second, for example. Thus, the analysis device 3 can acquire a change in the position of the measurement device 2 at a considerably short time interval, and thus is suitable for use in analyzing fine vibrations and the like.

以上に説明したように、本実施形態の解析装置3は、基線解析部9aと、センサ出力値取得部9bと、第1変位関数取得部21と、第2変位関数取得部22と、補正処理部23と、合成位置取得部15と、を備える。基線解析部9aは、基準計測点に配置される基準計測装置2rにより第1周期で取得されたGNSS測位データと、変位計測点に配置される計測装置2により第1周期で取得されたGNSS測位データとから観測データを求める。センサ出力値取得部9bは、計測装置2のGNSSアンテナ8と一体的に移動し、加速度を出力する加速度センサ5が、第1周期より短い第2周期で出力した加速度値を取得する。第1変位関数取得部21は、前記観測データから第1測定値を求める。第2変位関数取得部22は、前記加速度値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求める。補正処理部23は、所定タイミングにおける前記第1測定値と、前記所定タイミングにおける前記第2測定値とが一致するように、前記加速度値を補正し補正後センサ出力値を出力する。合成位置取得部15は、前記観測データ、及び、前記補正後のセンサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める。   As described above, the analysis device 3 of the present embodiment includes the baseline analysis unit 9a, the sensor output value acquisition unit 9b, the first displacement function acquisition unit 21, the second displacement function acquisition unit 22, and the correction process. Unit 23 and composite position acquisition unit 15. The baseline analysis unit 9a includes the GNSS positioning data acquired in the first cycle by the reference measurement device 2r arranged at the reference measurement point, and the GNSS positioning acquired in the first cycle by the measurement device 2 arranged at the displacement measurement point. Obtain observation data from the data. The sensor output value acquisition unit 9b moves integrally with the GNSS antenna 8 of the measurement device 2, and acquires the acceleration value output by the acceleration sensor 5 that outputs acceleration in a second period shorter than the first period. The first displacement function acquisition unit 21 obtains a first measurement value from the observation data. The second displacement function acquisition unit 22 obtains a second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value from the acceleration value. The correction processing unit 23 corrects the acceleration value so that the first measurement value at a predetermined timing matches the second measurement value at the predetermined timing, and outputs a corrected sensor output value. The composite position acquisition unit 15 obtains the displacement of the past displacement measurement point based on the observation data and the corrected sensor output value.

これにより、所定の第1周期で行われたGNSS測位、及び、第1周期より短い第2周期で行われた加速度センサ5による計測に基づいて、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。   Thereby, based on the GNSS positioning performed in the predetermined first period and the measurement by the acceleration sensor 5 performed in the second period shorter than the first period, the position at the time interval shorter than the GNSS positioning interval is acquired. can do.

次に、図7を参照して、第2実施形態を説明する。図7は、第2実施形態に係る地盤観測システム1xにおいて、解析装置3xの構成を示すブロック図である。図8は、センサドリフト補正部12xによる補正を説明するグラフである。本実施形態以降の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the analysis device 3x in the ground observation system 1x according to the second embodiment. FIG. 8 is a graph illustrating correction by the sensor drift correction unit 12x. In the following description of the present embodiment, members that are the same as or similar to those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof may be omitted.

図7に示す第2実施形態の地盤観測システム1xにおいて、解析装置3xが備えるセンサドリフト補正部12xは、第1加速度関数取得部(第1算出部)21xと、第2加速度関数取得部(第2算出部)22xと、補正処理部(センサ出力値補正部)23xと、を備える。   In the ground observation system 1x of the second embodiment shown in FIG. 7, the sensor drift correction unit 12x included in the analysis device 3x includes a first acceleration function acquisition unit (first calculation unit) 21x and a second acceleration function acquisition unit (first 2 calculation unit) 22x and a correction processing unit (sensor output value correction unit) 23x.

第1加速度関数取得部21xは、基線解析部9aから入力された複数の位置情報に基づいて、位置の変動を表す加速度関数(第1加速度関数)を求める。   The first acceleration function acquisition unit 21x obtains an acceleration function (first acceleration function) representing a change in position based on a plurality of pieces of position information input from the baseline analysis unit 9a.

具体的に説明すると、第1加速度関数取得部21xは先ず、入力された複数の位置情報が示す位置に対してカーブフィッティングを行うことで、図8のグラフに示すように、位置の推移を近似する変位関数を求める。上記のカーブフィッティングにおいては、例えば累乗関数を用いることができる。更に、第1加速度関数取得部21xは、この変位関数を2階微分することで、第1加速度関数を求める。第1加速度関数取得部21xは、得られた第1加速度関数を、図7の補正処理部23xに出力する。   Specifically, the first acceleration function acquisition unit 21x first approximates the transition of the position as shown in the graph of FIG. 8 by performing curve fitting with respect to the position indicated by the plurality of input position information. Find the displacement function to be used. In the above curve fitting, for example, a power function can be used. Furthermore, the first acceleration function acquisition unit 21x obtains the first acceleration function by performing second order differentiation of the displacement function. The first acceleration function acquisition unit 21x outputs the obtained first acceleration function to the correction processing unit 23x in FIG.

第2加速度関数取得部22xは、オフセット補正部11から入力された加速度値に対してカーブフィッティングを行い、当該加速度値を近似する関数である第2加速度関数を図8に示すように求める。カーブフィッティングの対象である加速度値は、第1加速度関数取得部21xがカーブフィッティングした位置情報に係るGNSS測位を行ったのと同時期に、加速度センサ5が対応して計測を行った加速度値(センサ出力値)である。このカーブフィッティングにおいては、例えば、第1加速度関数取得部21xが近似に用いた曲線の2回微分に相当する曲線を用いることができる。第2加速度関数取得部22xは、得られた第2加速度関数を、図7の補正処理部23xに出力する。   The second acceleration function acquisition unit 22x performs curve fitting on the acceleration value input from the offset correction unit 11, and obtains a second acceleration function that is a function approximating the acceleration value as shown in FIG. The acceleration value that is the target of curve fitting is the acceleration value (corresponding to the acceleration value measured by the acceleration sensor 5 at the same time as the GNSS positioning related to the position information curve-fitted by the first acceleration function acquisition unit 21x). Sensor output value). In this curve fitting, for example, a curve corresponding to the second derivative of the curve used for approximation by the first acceleration function acquisition unit 21x can be used. The second acceleration function acquisition unit 22x outputs the obtained second acceleration function to the correction processing unit 23x in FIG.

補正処理部23xは、第1加速度関数取得部21xから得られた第1加速度関数と、第2加速度関数取得部22xから得られた第2加速度関数と、の差分を求める。本実施形態では、この差分の関数を加速度誤差関数と呼ぶことがある。図8には、この加速度誤差関数の曲線(加速度誤差曲線、出力値誤差曲線)が示されている。補正処理部23xは、この加速度誤差関数に前記経過時間を代入することで加速度誤差を求め、得られた加速度誤差を加速度値に加算することで、補正後の加速度値を得る。補正処理部23x(センサドリフト補正部12x)は、補正後の加速度値を、第1フィルタ処理部13に出力する。   The correction processing unit 23x obtains a difference between the first acceleration function obtained from the first acceleration function acquisition unit 21x and the second acceleration function obtained from the second acceleration function acquisition unit 22x. In the present embodiment, this difference function may be referred to as an acceleration error function. FIG. 8 shows curves of the acceleration error function (acceleration error curve, output value error curve). The correction processing unit 23x obtains an acceleration error by substituting the elapsed time into the acceleration error function, and adds the obtained acceleration error to the acceleration value to obtain a corrected acceleration value. The correction processing unit 23x (sensor drift correction unit 12x) outputs the corrected acceleration value to the first filter processing unit 13.

図8のグラフには、第1加速度関数、第2加速度関数、及び加速度誤差関数に対応する曲線がそれぞれ描かれるとともに、センサドリフト補正部12xによる補正後の加速度値がプロットされている。   In the graph of FIG. 8, curves corresponding to the first acceleration function, the second acceleration function, and the acceleration error function are drawn, and the acceleration values corrected by the sensor drift correction unit 12x are plotted.

更に、図8には、センサドリフト補正部12xによる補正後の加速度値に基づいて変位を計算した結果がプロットされている。図8のグラフによれば、本実施形態においても、補正後の加速度値に基づく変位が、GNSS測位により得られる位置の変動と良く一致していることがわかる。   Further, FIG. 8 plots the result of calculating the displacement based on the acceleration value corrected by the sensor drift correcting unit 12x. According to the graph of FIG. 8, it can be seen that also in the present embodiment, the displacement based on the corrected acceleration value is in good agreement with the position variation obtained by the GNSS positioning.

以上に説明したように、本実施形態の解析装置3xは、基線解析部9aと、センサ出力値取得部9bと、第2加速度関数取得部22xと、第1加速度関数取得部21xと、補正処理部23と、合成位置取得部15と、を備える。基線解析部9aは、第1周期で取得されたGNSS測位データから観測データを求める。センサ出力値取得部9bは、加速度センサ5が、第2周期で出力したセンサ出力値を取得する。第2加速度関数取得部22xは、加速度センサ5が過去のGNSS測位時に計測を行った出力値の記録から、当該GNSS測位時の出力値である加速度値を求める。第1加速度関数取得部21xは、前記位置情報が示す位置が変動する加速度を取得する。補正処理部23xは、前記加速度値が、第1変位関数取得部21が取得した加速度と一致するように、記録から取得した加速度センサ5の出力値を補正する。合成位置取得部15は、前記位置情報、及び、補正処理部23によって補正された加速度センサ5の出力値に基づいて、過去の変位計測点の変位を求める。   As described above, the analysis device 3x of the present embodiment includes the baseline analysis unit 9a, the sensor output value acquisition unit 9b, the second acceleration function acquisition unit 22x, the first acceleration function acquisition unit 21x, and the correction process. Unit 23 and composite position acquisition unit 15. The baseline analysis unit 9a obtains observation data from the GNSS positioning data acquired in the first period. The sensor output value acquisition unit 9b acquires the sensor output value output by the acceleration sensor 5 in the second period. The second acceleration function acquisition unit 22x obtains an acceleration value that is an output value at the time of the GNSS positioning from a record of an output value measured by the acceleration sensor 5 at the past GNSS positioning. The first acceleration function acquisition unit 21x acquires the acceleration at which the position indicated by the position information varies. The correction processing unit 23x corrects the output value of the acceleration sensor 5 acquired from the recording so that the acceleration value matches the acceleration acquired by the first displacement function acquisition unit 21. Based on the position information and the output value of the acceleration sensor 5 corrected by the correction processing unit 23, the combined position acquisition unit 15 obtains the displacement of the past displacement measurement point.

これにより、所定の第1周期で行われたGNSS測位、及び、第1周期より短い第2周期で行われた加速度センサ5による計測に基づいて、GNSS測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。   Thereby, based on the GNSS positioning performed in the predetermined first period and the measurement by the acceleration sensor 5 performed in the second period shorter than the first period, the position at the time interval shorter than the GNSS positioning interval is acquired. can do.

次に、第3実施形態を説明する。図9は、第3実施形態に係る地盤観測システム1yにおいて計測装置2yの構成を示すブロック図である。図10は、解析装置3yの構成を示すブロック図である。   Next, a third embodiment will be described. FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the measuring device 2y in the ground observation system 1y according to the third embodiment. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the analysis apparatus 3y.

第3実施形態の地盤観測システム1yは、図9に示すように計測装置2yが方位センサ28を備えており、図10に示すように解析装置3yが傾斜角取得部29及び出力値変換部30を備えている点で、上述の実施形態と異なっている。   In the ground observation system 1y according to the third embodiment, the measuring device 2y includes an orientation sensor 28 as shown in FIG. 9, and the analysis device 3y includes an inclination angle acquisition unit 29 and an output value conversion unit 30 as shown in FIG. It differs from the above-mentioned embodiment by providing.

図9の方位センサ28は、地磁気を検出することにより方位を取得する磁気式の方位センサとして構成され、計測装置2yの適宜の位置に固定されている。方位センサ28は、検出した方位を制御部メモリ7に出力する。方位センサ28の出力値は、制御部メモリ7にいったん記憶された後、解析装置3に送信される。   The azimuth sensor 28 of FIG. 9 is configured as a magnetic azimuth sensor that acquires the azimuth by detecting geomagnetism, and is fixed at an appropriate position of the measuring device 2y. The direction sensor 28 outputs the detected direction to the control unit memory 7. The output value of the azimuth sensor 28 is once stored in the control unit memory 7 and then transmitted to the analysis device 3.

本実施形態では、図10の解析装置3yにおいて、温度ドリフト補正部10が出力する加速度値が傾斜角取得部29に入力される。   In the present embodiment, the acceleration value output from the temperature drift correction unit 10 is input to the tilt angle acquisition unit 29 in the analysis device 3y of FIG.

傾斜角取得部29は、加速度値に基づいて、鉛直方向に対する加速度センサ5の傾斜角を求める。具体的には、重力加速度が常に地球の中心を向くことを利用して、加速度センサ5が重力加速度を検出した3つの検出軸での加速度の値に基づいて、加速度センサ5の傾斜を公知の計算式により求めることができる。   The inclination angle acquisition unit 29 obtains the inclination angle of the acceleration sensor 5 with respect to the vertical direction based on the acceleration value. Specifically, using the fact that the gravitational acceleration is always directed to the center of the earth, the acceleration sensor 5 detects the inclination of the acceleration sensor 5 based on the acceleration values at the three detection axes on which the gravitational acceleration is detected. It can be obtained by a calculation formula.

出力値変換部30は、傾斜角取得部29が取得した加速度センサ5の傾斜角と、方位センサ28の出力値と、に基づいて、加速度センサ5の検出軸の向きと、位置情報の座標軸の向きと、の関係を求める。その後、出力値変換部30は、軸の向きの関係に基づいて、加速度センサ5の出力値を、位置情報の座標軸が基準となるように変換する。この変換のための計算は公知であるため、説明は省略する。   Based on the inclination angle of the acceleration sensor 5 acquired by the inclination angle acquisition unit 29 and the output value of the azimuth sensor 28, the output value conversion unit 30 determines the direction of the detection axis of the acceleration sensor 5 and the coordinate axis of the position information. Find the relationship between direction. Thereafter, the output value conversion unit 30 converts the output value of the acceleration sensor 5 based on the relationship of the axis directions so that the coordinate axis of the position information is used as a reference. Since the calculation for this conversion is well-known, description is abbreviate | omitted.

図10では、温度ドリフト補正部10及びセンサドリフト補正部12が簡略的に描かれているが、それぞれの構成は、上述の第1実施形態と同じである。   In FIG. 10, the temperature drift correction unit 10 and the sensor drift correction unit 12 are simply illustrated, but each configuration is the same as that in the first embodiment.

本実施形態の構成では、加速度センサ5の検出軸を位置情報の座標軸に合わせなくても良いので、計測装置2yの計測点への設置作業が簡単になる。   In the configuration of the present embodiment, since the detection axis of the acceleration sensor 5 does not have to be aligned with the coordinate axis of the position information, the installation work at the measurement point of the measurement device 2y is simplified.

次に、第4実施形態を説明する。図11は、第4実施形態に係る地盤観測システム1zにおいて、解析装置3zの構成を示すブロック図である。   Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the analysis device 3z in the ground observation system 1z according to the fourth embodiment.

図11に示す本実施形態の解析装置3zは、第3実施形態の傾斜角取得部29及び出力値変換部30の代わりに、強制傾斜検出部31と、方位角/傾斜角取得部32と、を備える。   The analysis device 3z of the present embodiment shown in FIG. 11 is replaced with a forced tilt detection unit 31, an azimuth / tilt angle acquisition unit 32, instead of the tilt angle acquisition unit 29 and the output value conversion unit 30 of the third embodiment. Is provided.

強制傾斜検出部31は、例えば計測点に計測装置2を設置してGNSS測位を始めた直後等において、作業者が計測装置2を人為的に大きく傾斜させたことがGNSS干渉測位の結果として記録されている場合に、この傾斜を基線解析部9aの出力から検出する。強制傾斜検出部31は、強制的な傾斜があったか否か(検出結果)を、方位角/傾斜角取得部32に出力する。   For example, immediately after the measurement device 2 is installed at the measurement point and the GNSS positioning is started, the forced inclination detection unit 31 records that the operator has artificially inclined the measurement device 2 as a result of the GNSS interference positioning. If so, this inclination is detected from the output of the baseline analysis unit 9a. The forced inclination detection unit 31 outputs to the azimuth / tilt angle acquisition unit 32 whether or not there is a forced inclination (detection result).

強制傾斜検出部31において計測装置2の強制的な傾斜が検出された場合、方位角/傾斜角取得部32は、このときのGNSS測位による位置情報の変動と、加速度センサ5の検出値と、の間のズレを最小にする、加速度センサ5の検出軸の向きと、位置情報の座標軸の向きと、の関係を計算により求める。この計算は、傾斜の過程において加速度センサ5とGNSSアンテナ8との位置関係が一定に維持されることを利用して、幾何学的な関係に基づいて行うことができる。方位角/傾斜角取得部32は、加速度センサ5の検出軸の向きに関する情報を、出力値変換部30へ出力する。   When the forced tilt of the measuring device 2 is detected in the forced tilt detection unit 31, the azimuth / tilt angle acquisition unit 32 changes the position information due to the GNSS positioning at this time, the detection value of the acceleration sensor 5, and The relationship between the direction of the detection axis of the acceleration sensor 5 and the direction of the coordinate axis of the position information that minimizes the difference between the two is calculated. This calculation can be performed based on a geometrical relationship by utilizing the fact that the positional relationship between the acceleration sensor 5 and the GNSS antenna 8 is maintained constant during the tilting process. The azimuth / tilt angle acquisition unit 32 outputs information related to the direction of the detection axis of the acceleration sensor 5 to the output value conversion unit 30.

この構成によれば、上述の第3実施形態のように計測装置2に方位センサ28を設けなくても、加速度センサ5の検出軸と、位置情報の座標軸の向きと、の関係を求めることができる。このことから、本実施形態では、計測装置2に方位センサ28は設けられていない。これにより、コストの低減及び構成の簡素化を実現することができる。   According to this configuration, the relationship between the detection axis of the acceleration sensor 5 and the direction of the coordinate axis of the position information can be obtained without providing the azimuth sensor 28 in the measuring device 2 as in the third embodiment. it can. For this reason, in this embodiment, the orientation sensor 28 is not provided in the measuring device 2. Thereby, reduction of cost and simplification of a structure are realizable.

次に、上記実施形態の変形例を説明する。図12は、変形例に係る計測装置2vを示すブロック図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。   Next, a modification of the above embodiment will be described. FIG. 12 is a block diagram illustrating a measurement device 2v according to a modification. In the description of this modification, the same or similar members as those in the above-described embodiment may be denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof may be omitted.

図12に示す本変形例の計測装置2vは、上述のGNSS受信機4、加速度センサ5、温度センサ6、及び制御部メモリ7のほか、クロック生成部41と、ADコンバータ44と、を備える。   A measurement device 2v of this modification shown in FIG. 12 includes a clock generation unit 41 and an AD converter 44 in addition to the GNSS receiver 4, the acceleration sensor 5, the temperature sensor 6, and the control unit memory 7 described above.

GNSS受信機4は、GNSS測位により得られた基線解析データを、制御部メモリ7に出力する。また、GNSS受信機4は、GNSS測位により得られたGNSS時刻の情報を、第1計時カウンタ46に出力する。更に、GNSS受信機4は、GNSS正秒に同期した1秒に1回のパルス信号である基準タイミング信号(タイミング信号)を、クロック生成部41に出力する。   The GNSS receiver 4 outputs baseline analysis data obtained by GNSS positioning to the control unit memory 7. Further, the GNSS receiver 4 outputs GNSS time information obtained by GNSS positioning to the first time counter 46. Further, the GNSS receiver 4 outputs a reference timing signal (timing signal), which is a pulse signal once per second synchronized with the GNSS second, to the clock generation unit 41.

クロック生成部41は、PLL回路42と、周波数制御発振器43と、を備える。   The clock generation unit 41 includes a PLL circuit 42 and a frequency control oscillator 43.

PLL回路42には、周波数制御発振器43が生成するクロック信号と、GNSS受信機4が出力する基準タイミング信号と、が入力される。PLL回路42は、入力されるクロック信号を適宜分周したタイミングの位相が、GNSS受信機4からの基準タイミング信号の位相と一致するように、周波数制御発振器43に制御信号を出力して制御する。これにより、周波数制御発振器43は、基準タイミング信号と同期したクロック信号を生成することができる。   A clock signal generated by the frequency controlled oscillator 43 and a reference timing signal output by the GNSS receiver 4 are input to the PLL circuit 42. The PLL circuit 42 outputs a control signal to the frequency control oscillator 43 to control so that the phase of the timing obtained by appropriately dividing the input clock signal matches the phase of the reference timing signal from the GNSS receiver 4. . Thereby, the frequency controlled oscillator 43 can generate a clock signal synchronized with the reference timing signal.

周波数制御発振器43は、PLL回路42からの制御信号に応じた周波数(例えば、10MHz)で発振し、クロック信号を出力する。周波数制御発振器43が生成したクロック信号は、PLL回路42に入力されるとともに、ADコンバータ44及び第2計時カウンタ47に入力される。   The frequency control oscillator 43 oscillates at a frequency (for example, 10 MHz) corresponding to the control signal from the PLL circuit 42 and outputs a clock signal. The clock signal generated by the frequency controlled oscillator 43 is input to the PLL circuit 42 and also input to the AD converter 44 and the second time counter 47.

ADコンバータ44は、加速度センサ5及び温度センサ6を適宜のサンプリング周波数でサンプリングして、それぞれの出力値を得る。このサンプリングのタイミングは、GNSS測位が行われるタイミングに同期し、かつ、測位タイミングと次回の測位タイミングの間を複数に等しく分割するように定められる。   The AD converter 44 samples the acceleration sensor 5 and the temperature sensor 6 at an appropriate sampling frequency to obtain respective output values. The sampling timing is determined so as to be synchronized with the timing at which GNSS positioning is performed and to equally divide between the positioning timing and the next positioning timing into a plurality.

ADコンバータ44には、基準タイミング信号と同期したクロック信号が周波数制御発振器43(クロック生成部41)から供給される。従って、ADコンバータ44がサンプリングを行って出力値を取得するタイミングを、当該クロック信号を基準にして定めることで、サンプリングのタイミングとGNSS測位タイミングとを容易にかつ正確に同期させることができる。ADコンバータ44は、サンプリングした加速度センサ5の出力値及び温度センサ6の出力値を、制御部メモリ7に出力する。   A clock signal synchronized with the reference timing signal is supplied from the frequency controlled oscillator 43 (clock generation unit 41) to the AD converter 44. Therefore, by determining the timing at which the AD converter 44 performs sampling to acquire the output value with reference to the clock signal, the sampling timing and the GNSS positioning timing can be easily and accurately synchronized. The AD converter 44 outputs the output value of the sampled acceleration sensor 5 and the output value of the temperature sensor 6 to the control unit memory 7.

以上の構成により、GNSS測位タイミングに対して位相が揃った(コヒーレントな)タイミングで、加速度センサ5の出力値と温度センサ6の出力値がADコンバータ44によってサンプリングされ、計時カウンタ46,47の値とともに制御部メモリ7に記憶することができる。従って、加速度の取得タイミングとGNSS測位のタイミングとのズレをなくすことができるので、時間ズレに基づく精度の低下を防止することができる。また、時間ズレを考慮した内挿等の処理が不要になるので、計算を簡素化することができる。   With the above configuration, the output value of the acceleration sensor 5 and the output value of the temperature sensor 6 are sampled by the AD converter 44 at the timing when the phase is aligned (coherent) with respect to the GNSS positioning timing, and the values of the time counters 46 and 47 are sampled. At the same time, it can be stored in the control unit memory 7. Accordingly, since it is possible to eliminate the deviation between the acceleration acquisition timing and the GNSS positioning timing, it is possible to prevent a decrease in accuracy based on the time deviation. Further, since processing such as interpolation that takes time deviation into account is unnecessary, calculation can be simplified.

温度センサ6は、検出した温度を、ADコンバータ44のほか、PLL回路42にも出力する。PLL回路42は、電波受信状況の悪化等の何らかの理由によってGNSS受信機4から基準タイミング信号が取得できなくなった場合に、周波数制御発振器43が生成するクロック信号の周波数を、基準タイミング信号なしで一定に保つことを試みる(ホールドオーバ)。このホールドオーバ状態において、PLL回路42は、温度センサ6から入力される温度に基づいて、周波数制御発振器43の温度ドリフトをキャンセルするように制御信号を生成する。これにより、GNSS電波の受信が良好でない場合でも、GNSS測位のタイミングに良好に同期したタイミングで加速度値等を取得することができる。   The temperature sensor 6 outputs the detected temperature to the PLL circuit 42 in addition to the AD converter 44. The PLL circuit 42 keeps the frequency of the clock signal generated by the frequency controlled oscillator 43 constant without the reference timing signal when it becomes impossible to acquire the reference timing signal from the GNSS receiver 4 for some reason such as deterioration of radio wave reception conditions. Try to keep (holdover). In the holdover state, the PLL circuit 42 generates a control signal so as to cancel the temperature drift of the frequency controlled oscillator 43 based on the temperature input from the temperature sensor 6. Thereby, even when the reception of the GNSS radio wave is not good, the acceleration value and the like can be acquired at a timing well synchronized with the timing of the GNSS positioning.

計測装置2は、第1計時カウンタ46と、第2計時カウンタ47と、を備える。第1計時カウンタ46は、上位桁のカウンタとして機能し、GNSS受信機4から入力されるGNSS時刻情報に応じたカウント値を制御部メモリ7に出力する。第2計時カウンタ47は、下位桁のカウンタとして機能し、周波数制御発振器43から入力されるクロック信号を数えたカウント値を制御部メモリ7に出力する。   The measuring device 2 includes a first time counter 46 and a second time counter 47. The first time counter 46 functions as a high-order counter and outputs a count value corresponding to the GNSS time information input from the GNSS receiver 4 to the control unit memory 7. The second time counter 47 functions as a low-order counter, and outputs a count value obtained by counting the clock signals input from the frequency control oscillator 43 to the control unit memory 7.

第1計時カウンタ46は秒単位のカウンタであり、第2計時カウンタ47は秒未満の単位のカウンタである。第2計時カウンタ47に入力されるクロック信号は基準タイミング信号と同期しているので、上位桁のカウント値と下位桁のカウント値が矛盾することはない。制御部メモリ7は、2つの計時カウンタ46,47により表現される時刻と対応付けて、加速度センサ5等の出力値のサンプリング結果を記憶する。   The first time counter 46 is a second counter, and the second time counter 47 is a second counter. Since the clock signal input to the second time counter 47 is synchronized with the reference timing signal, the upper digit count value and the lower digit count value do not contradict each other. The control unit memory 7 stores the sampling result of the output value of the acceleration sensor 5 or the like in association with the time represented by the two time counters 46 and 47.

以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。   The preferred embodiments and modifications of the present invention have been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.

第1実施形態の計測装置2においては、加速度センサ5に代えて、変位センサ又は速度センサを、移動検出センサとして備えるように変更することができる。第2実施形態の計測装置2においては、加速度センサ5に代えて速度センサを用いることができる。   In the measurement apparatus 2 of the first embodiment, a displacement sensor or a speed sensor can be changed to include a movement detection sensor instead of the acceleration sensor 5. In the measurement apparatus 2 of the second embodiment, a speed sensor can be used instead of the acceleration sensor 5.

解析装置3が、第1実施形態で説明したセンサドリフト補正部12と、第2実施形態で説明したセンサドリフト補正部12xと、の両方を備えるように構成して、例えばカーブフィッティングによる誤差が少なかった方の補正値を選択して加速度値を補正しても良い。   The analysis device 3 is configured to include both the sensor drift correction unit 12 described in the first embodiment and the sensor drift correction unit 12x described in the second embodiment, and there is little error due to curve fitting, for example. The correction value may be selected to correct the acceleration value.

第3実施形態及び第4実施形態は何れも、第1実施形態ではなく第2実施形態の構成と組み合わせても良い。   Both the third embodiment and the fourth embodiment may be combined with the configuration of the second embodiment instead of the first embodiment.

解析装置3が出力する加速度CAは、第1フィルタ処理部13が出力する値に代えて、第2フィルタ処理部16の出力を2階微分した値としても良い。   The acceleration CA output by the analysis device 3 may be a value obtained by second-order differentiation of the output of the second filter processing unit 16 instead of the value output by the first filter processing unit 13.

解析装置3は、速度を出力しても良い。この場合、速度は、第1フィルタ処理部13が出力する値を積分した値としても良いし、第2フィルタ処理部16が出力する値を微分した値としても良い。また、解析装置3を、基準計測装置2r又は計測装置2に含ませる構成でも良い。   The analysis device 3 may output the speed. In this case, the speed may be a value obtained by integrating the value output from the first filter processing unit 13 or may be a value obtained by differentiating the value output from the second filter processing unit 16. The analysis device 3 may be included in the reference measurement device 2r or the measurement device 2.

GNSS干渉測位は、仮想基準点方式(VRS)によって行われても良い。この場合、基準計測装置2rの設置を省略することができる。   The GNSS interference positioning may be performed by a virtual reference point method (VRS). In this case, the installation of the reference measurement device 2r can be omitted.

また、干渉測位に代えて、高精度単独測位方式(PPP)で測位を行う場合も、基準計測装置2rの設置を省略することができる。この場合、解析装置3の基線解析部9aは省略され、単独測位の結果がセンサドリフト補正部12及び合成位置取得部15に直接入力されることになる。   Further, when the positioning is performed by the high-accuracy single positioning method (PPP) instead of the interference positioning, the installation of the reference measuring device 2r can be omitted. In this case, the baseline analysis unit 9 a of the analysis device 3 is omitted, and the result of the single positioning is directly input to the sensor drift correction unit 12 and the combined position acquisition unit 15.

GNSS測位に、準天頂衛星が送信するGNSS電波が用いられても良い。本発明でGNSS測位というとき、準天頂衛星システム(QZSS)を用いる場合が含まれるものとする。   A GNSS radio wave transmitted from the quasi-zenith satellite may be used for the GNSS positioning. In the present invention, the term “GNSS positioning” includes a case where a quasi-zenith satellite system (QZSS) is used.

本発明の変位分析装置及びGNSS測位分析装置は、地盤に限らず、例えば各種構造物の変位を分析するために用いることができる。   The displacement analyzer and the GNSS positioning analyzer of the present invention are not limited to the ground, and can be used, for example, to analyze the displacement of various structures.

1 地盤観測システム(GNSS測位分析装置)
2 計測装置
3 解析装置(変位分析装置)
5 加速度センサ(移動検出センサ)
8 GNSSアンテナ
9a 基線解析部(観測データ算出部)
9b センサ出力値取得部
15 合成位置取得部(変位量算出部)
21 第1変位関数取得部(第1算出部)
22 第2変位関数取得部(第2算出部)
23 補正処理部(センサ出力値補正部)
1 Ground observation system (GNSS positioning analyzer)
2 Measurement device 3 Analysis device (Displacement analysis device)
5 Acceleration sensor (movement detection sensor)
8 GNSS antenna 9a Baseline analysis unit (observation data calculation unit)
9b Sensor output value acquisition unit 15 Composite position acquisition unit (displacement amount calculation unit)
21 1st displacement function acquisition part (1st calculation part)
22 Second displacement function acquisition unit (second calculation unit)
23 Correction processing unit (sensor output value correction unit)

Claims (21)

基準計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データと、変位計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データとから観測データを求める観測データ算出部と、
前記観測データから第1測定値を求める第1算出部と、
前記GNSSアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第1周期より短い第2周期で出力したセンサ出力値を取得するセンサ出力値取得部と、
前記センサ出力値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求める第2算出部と、
所定タイミングにおける前記第1測定値と、前記所定タイミングにおける前記第2測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力するセンサ出力値補正部と、
前記観測データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める変位量算出部と、
を備えることを特徴とする変位分析装置。
Observation data from GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a reference measurement point and GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a displacement measurement point An observation data calculation unit for
A first calculation unit for obtaining a first measurement value from the observation data;
A sensor output value acquisition unit that acquires a sensor output value output in a second period shorter than the first period, by a movement detection sensor that moves integrally with the GNSS antenna and outputs any one of displacement, speed, and acceleration. When,
A second calculation unit that obtains a second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value from the sensor output value;
A sensor output value correction unit that corrects the sensor output value and outputs a corrected sensor output value so that the first measurement value at a predetermined timing matches the second measurement value at the predetermined timing;
Based on the observation data and the corrected sensor output value, a displacement amount calculation unit for obtaining a displacement of the displacement measurement point in the past,
A displacement analysis apparatus comprising:
請求項1に記載の変位分析装置であって、
前記所定タイミングは、前記第1周期の測位タイミングであることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to claim 1,
The displacement analyzer according to claim 1, wherein the predetermined timing is a positioning timing of the first period.
請求項1又は2に記載の変位分析装置であって、
前記第1算出部は、時間と前記第1測定値との第1関数を求め、
前記第2算出部は、時間と前記第2測定値との第2関数を求め、
前記センサ出力値補正部は、前記第1関数と前記第2関数とが一致するように前記センサ出力値を補正することを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to claim 1 or 2,
The first calculation unit obtains a first function of time and the first measurement value,
The second calculation unit obtains a second function of time and the second measurement value,
The sensor output value correcting unit corrects the sensor output value so that the first function matches the second function.
請求項3に記載の変位分析装置であって、
前記センサ出力値補正部は、前記第2関数と、前記第1関数と、の差である誤差曲線を微分し、微分により得られた出力値誤差曲線を用いて前記移動検出センサの出力値を補正することを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to claim 3,
The sensor output value correction unit differentiates an error curve that is a difference between the second function and the first function, and uses an output value error curve obtained by the differentiation to calculate an output value of the movement detection sensor. A displacement analyzer characterized by correcting.
請求項1から4までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記第1測定値及び前記第2測定値は変位量であることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 4,
The displacement analyzer is characterized in that the first measurement value and the second measurement value are displacement amounts.
請求項1から5までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記移動検出センサは、速度又は加速度を検出し、
前記第2算出部は、前記移動検出センサの出力値を積分することで前記第2測定値を求めることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 5,
The movement detection sensor detects speed or acceleration,
The second analysis unit obtains the second measurement value by integrating the output value of the movement detection sensor.
請求項1から3までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記第1測定値及び前記第2測定値は速度又は加速度であることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 3,
The displacement analyzer according to claim 1, wherein the first measurement value and the second measurement value are velocity or acceleration.
請求項7に記載の変位分析装置であって、
前記第1算出部は、前記観測データが示す変位量を微分することで、前記第1測定値を求めることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to claim 7,
The first calculation unit obtains the first measurement value by differentiating a displacement amount indicated by the observation data.
請求項7又は8に記載の変位分析装置であって、
前記第1算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第1測定値と、の第1関数を求め、
前記第2算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第2測定値と、の第2関数を求め、
前記センサ出力値補正部は、前記第2関数と、前記第1関数と、の差である出力値誤差曲線を用いて、前記移動検出センサの出力値を補正することを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to claim 7 or 8,
The first calculation unit obtains a first function of time and the first measurement value that is speed or acceleration;
The second calculation unit obtains a second function of time and the second measurement value that is speed or acceleration,
The sensor output value correction unit corrects the output value of the movement detection sensor using an output value error curve that is a difference between the second function and the first function. .
変位計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データから第1測定値を求める第1算出部と、
前記GNSSアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第1周期より短い第2周期で出力したセンサ出力値を取得するセンサ出力値取得部と、
前記センサ出力値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求める第2算出部と、
所定タイミングにおける前記第1測定値と、前記所定タイミングにおける前記第2測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力するセンサ出力値補正部と、
前記GNSS測位データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める変位量算出部と、
を備えることを特徴とする変位分析装置。
A first calculation unit for obtaining a first measurement value from GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna disposed at a displacement measurement point;
A sensor output value acquisition unit that acquires a sensor output value output in a second period shorter than the first period, by a movement detection sensor that moves integrally with the GNSS antenna and outputs any one of displacement, speed, and acceleration. When,
A second calculation unit that obtains a second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value from the sensor output value;
A sensor output value correction unit that corrects the sensor output value and outputs a corrected sensor output value so that the first measurement value at a predetermined timing matches the second measurement value at the predetermined timing;
Based on the GNSS positioning data and the corrected sensor output value, a displacement amount calculation unit for obtaining a displacement of the displacement measurement point in the past,
A displacement analysis apparatus comprising:
請求項1から10までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記第2測定値に所定以上の急激な変化が検出された場合に、当該変化におけるオフセットをなくすように前記移動検出センサの出力値を補正するオフセット補正部を備えることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 10,
A displacement analyzer comprising an offset correction unit that corrects an output value of the movement detection sensor so as to eliminate an offset in the change when a sudden change of a predetermined value or more is detected in the second measurement value. .
請求項1から11までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記移動検出センサの温度を検出する温度センサの出力値に基づいて、当該移動検出センサの出力値を補正する温度ドリフト補正部を備えることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 11,
A displacement analysis apparatus comprising: a temperature drift correction unit that corrects an output value of the movement detection sensor based on an output value of a temperature sensor that detects the temperature of the movement detection sensor.
請求項1から12までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記移動検出センサの出力値に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部を備えることを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 12,
A displacement analysis apparatus comprising a filter processing unit that performs low-pass filter processing on an output value of the movement detection sensor.
請求項13に記載の変位分析装置であって、
前記フィルタ処理部は、時間順に入力される前記移動検出センサの出力値に対して、前記ローパスフィルタ処理を順方向及び逆方向の両方で行うことを特徴とする変位分析装置。
The displacement analyzer according to claim 13,
The displacement analysis apparatus characterized in that the filter processing unit performs the low-pass filter processing in both the forward direction and the reverse direction on the output values of the movement detection sensor input in time order.
請求項1から14までの何れか一項に記載の変位分析装置と、
GNSS測位を行う計測装置と、
を備え、
前記計測装置は、
前記GNSS測位を行うGNSS受信機と、
前記移動検出センサと、
を備えることを特徴とするGNSS測位分析装置。
The displacement analyzer according to any one of claims 1 to 14,
A measuring device for performing GNSS positioning;
With
The measuring device is
A GNSS receiver for performing the GNSS positioning;
The movement detection sensor;
A GNSS positioning analysis apparatus comprising:
請求項15に記載のGNSS測位分析装置であって、
前記計測装置及び前記変位分析装置のうち少なくとも何れかは、出力値変換部を備え、
前記出力値変換部は、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記GNSS測位により取得する位置情報の座標軸の方向と、の関係に基づいて、前記移動検出センサの出力値を前記座標軸で表すように変換することを特徴とするGNSS測位分析装置。
A GNSS positioning analyzer according to claim 15,
At least one of the measurement device and the displacement analyzer includes an output value conversion unit,
The output value conversion unit represents the output value of the movement detection sensor with the coordinate axis based on the relationship between the direction of the detection axis of the movement detection sensor and the direction of the coordinate axis of the position information acquired by the GNSS positioning. GNSS positioning analyzer characterized by converting as follows.
請求項16に記載のGNSS測位分析装置であって、
前記出力値変換部は、前記GNSS測位を行う測位タイミングの間における前記移動検出センサの検出値と、前記位置情報が示す位置の前記測位タイミングの間での変動と、に基づいて、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記位置情報の座標軸の方向と、の関係を計算により取得することを特徴とするGNSS測位分析装置。
A GNSS positioning analyzer according to claim 16,
The output value conversion unit is configured to detect the movement based on a detection value of the movement detection sensor during a positioning timing at which the GNSS positioning is performed and a change in the position indicated by the position information between the positioning timings. A GNSS positioning analysis apparatus characterized in that a relationship between a direction of a detection axis of a sensor and a direction of a coordinate axis of the position information is obtained by calculation.
請求項15から17までの何れか一項に記載のGNSS測位分析装置であって、
前記GNSS測位を行う測位タイミングに同期し、かつ、測位タイミングと次回の測位タイミングの間を2以上に等しく分割したタイミングで、前記移動検出センサによる検出が行われることを特徴とするGNSS測位分析装置。
A GNSS positioning analyzer according to any one of claims 15 to 17,
The GNSS positioning analyzer is characterized in that the detection by the movement detection sensor is performed at a timing that is synchronized with the positioning timing for performing the GNSS positioning and is equally divided into two or more between the positioning timing and the next positioning timing. .
請求項18に記載のGNSS測位分析装置であって、
前記計測装置は、前記GNSS受信機が出力する信号に基づいて、GNSS時刻に同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備え、
前記移動検出センサの出力値の取得は、前記クロック生成部が生成した前記クロック信号を基準としたタイミングで行われることを特徴とするGNSS測位分析装置。
A GNSS positioning analyzer according to claim 18,
The measurement apparatus includes a clock generation unit that generates a clock signal synchronized with the GNSS time based on a signal output from the GNSS receiver.
The GNSS positioning analyzer is characterized in that the output value of the movement detection sensor is acquired at a timing based on the clock signal generated by the clock generation unit.
請求項19に記載のGNSS測位分析装置であって、
前記クロック生成部は、周波数を制御可能な発振器を備え、
前記クロック生成部は、GNSS時刻に同期して前記GNSS受信機から入力されるタイミング信号に同期するように制御された前記発振器により前記クロック信号を生成し、
前記クロック生成部は、前記タイミング信号が入力されなくなった場合に、前記タイミング信号が得られていたときの前記発振器の周波数を維持するように制御することを特徴とするGNSS測位分析装置。
The GNSS positioning analyzer according to claim 19,
The clock generation unit includes an oscillator capable of controlling the frequency,
The clock generation unit generates the clock signal by the oscillator controlled to be synchronized with a timing signal input from the GNSS receiver in synchronization with GNSS time;
The GNSS positioning analyzer, wherein the clock generator controls to maintain the frequency of the oscillator when the timing signal is obtained when the timing signal is not input.
基準計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データと変位計測点に配置されるGNSSアンテナにより所定の第1周期で取得されたGNSS測位データとから観測データを求め、
前記観測データから第1測定値を求め、
前記GNSSアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第1周期より短い第2周期で出力したセンサ出力値を取得し、
前記センサ出力値から前記第1測定値と同じ物理量である第2測定値を求め、
前記第1測定値と、前記第2測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し、
前記観測データ、及び、補正後のセンサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を取得することを特徴とする変位分析方法。
Observation data is obtained from GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a reference measurement point and GNSS positioning data acquired at a predetermined first period by a GNSS antenna arranged at a displacement measurement point. Seeking
A first measurement value is obtained from the observation data,
A movement detection sensor that moves integrally with the GNSS antenna and outputs any one of displacement, velocity, and acceleration acquires a sensor output value output in a second period shorter than the first period,
A second measurement value that is the same physical quantity as the first measurement value is obtained from the sensor output value;
Correcting the sensor output value so that the first measurement value and the second measurement value match,
A displacement analysis method characterized in that a displacement of the displacement measurement point in the past is acquired based on the observation data and the corrected sensor output value.
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