JP2020003407A - 構造物監視サーバおよび構造物監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の形状の変化を高精度に検知すること。【解決手段】構造物監視サーバ３０は、基準局１０から基準局測位データおよび基準局位置情報を受信し、測位アンテナ２０から測位アンテナ測位データを受信する。構造物監視サーバ３０は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０の位置を算出する。構造物監視サーバ３０は、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、測位衛星（以下、測位に利用できる人工衛星を総称して「衛星」とする）からの信号を利用して構造物の形状の変化を検知する構造物監視サーバおよび構造物監視システムに関する。

従来において、移動体等の対象物の位置を高精度に測量するために、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）法による干渉測位（ＲＴＫ演算）を利用した測位システムが考えられている（例えば特許文献１参照）。ＲＴＫ法とは、衛星が送信する測位信号を用いて所定の地点の測位を行うものである。このＲＴＫ法による干渉測位を適用することにより、高精度な測位を実現することが期待されている。

測位端末は、ＲＴＫ演算を行う際、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の衛星（図示せず）から送信される測位信号を受信し、測位信号を用いて測位データ（以下、「測位端末測位データ」という）を生成する。なお、ＧＮＳＳとは、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＢｅｉＤｏｕ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の民間航空航法に使用可能な性能（精度・信頼性）を持つ衛星航法システムの総称である。測位信号には、ＧＰＳ衛星から送信されるＬ１信号（１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ２信号（１２２７．６０ＭＨｚ）等がある。

測位端末は、位置が既知である基準局から、該基準局における測位データ（以下、「基準局測位データ」という）および該基準局の現在の位置（地球上の座標）を示す情報（以下、「位置情報」という）を受信し、測位端末測位データ、基準局測位データおよび基準局の位置情報を用いて測位を行う。

また、従来において、ＧＰＳ衛星等から送信される測位情報（測位信号）を用いて、ビル等の構造物に固定的に設置された位置測位装置（測位端末）の位置を測位し、位置測位装置の位置の変化量に基づいて、構造物の形状の変化（歪み、傾斜等）を監視する構造物監視システムが考えられている（例えば特許文献２参照）。なお、「構造物」には、橋、塔、原子力発電所、石油コンビナート、ガスタンク、港湾構造物、防波堤、高架等が含まれる。

特開２００５−９８９９４号公報 特開２００５−１２１４６４号公報

しかしながら、特許文献２では、ＲＴＫ演算等の測位演算を行わずに、位置測位装置の設置位置を測位しているため、構造物の形状の変化を高精度に検知することができない。

本開示の非限定的な実施例は、構造物の形状の変化を高精度に検知できる構造物監視サーバおよび構造物監視システムを開示する。

本開示の一態様に係る構造物監視サーバは、構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナのそれぞれから、前記測位アンテナの測位データを受信する通信部と、前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知するプロセッサと、を具備する。

本開示の一態様に係る構造物監視システムは、構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナと、前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する構造物監視サーバと、を具備する。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、測位演算を行って測位アンテナの設置位置を測位しているので、構造物の形状の変化を高精度に検知できる。

本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

本開示の実施の形態１に係る構造物監視システムの構成を示す図 本開示の実施の形態１に係る基準局の構成を示すブロック図 本開示の実施の形態１に係る測位アンテナの構成を示すブロック図 本開示の実施の形態１に係る構造物監視サーバの構成を示す図 本開示の実施の形態１に係る測位処理を示すフロー図 本開示の実施の形態１に係る測位アンテナの配置例を示す図 本開示の実施の形態２に係る構造物監視システムの構成を示す図 本開示の実施の形態２に係る誤ＦＩＸ除去アルゴリズムを説明する図 本開示のバリエーションを説明する図

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
＜構造物監視システムの構成＞
まず、実施の形態１に係る構造物監視システム１の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、構造物監視システム１は、基準局１０と、測位アンテナ２０と、構造物監視サーバ３０と、から構成される。

基準局１０は、ＧＮＳＳ衛星（図示せず）から送信された測位信号を受信し、測位信号を用いて基準局測位データを生成する。また、基準局１０は、構造物監視サーバ３０と無線通信を行い、構造物監視サーバ３０に基準局測位データおよび基準局位置情報を送信する。

測位用アンテナ２０は、ビルの屋上等の構造物Ｘの所定の位置に固定設置される。また、本実施の形態では、ｎ本（ｎは３以上の整数、図１ではｎ＝３）の測位用アンテナ２０（図１では、測位用アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が設置される。測位アンテナ２０は、ＧＮＳＳ衛星から受信した測位信号を受信し、測位信号を用いて測位データ（以下、「測位アンテナ測位データ」という）を生成する。また、測位アンテナ２０は、構造物監視サーバ３０と無線通信を行い、構造物監視サーバ３０に測位アンテナ測位データを送信する。

構造物監視サーバ３０は、基準局１０と無線通信を行い、基準局１０から基準局測位データおよび基準局位置情報を受信する。また、構造物監視サーバ３０は、測位アンテナ２０と無線通信を行い、測位アンテナ２０から測位アンテナ測位データを受信する。構造物監視サーバ３０は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）を算出する。座標は、例えば、緯度・経度・高度の三次元座標が一般的であるが、緯度・経度などの二次元座標であってもよい。なお、構造物監視サーバ３０は、各測位アンテナ２０から時分割で測位アンテナ測位データを受信し、各測位アンテナ２０の現在の位置をそれぞれ算出する。

構造物監視サーバ３０は、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。

＜基準局の構成＞
次に、実施の形態１に係る基準局１０の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、基準局１０は、プロセッサ１０１と、記憶部１０２と、入力部１０３と、出力部１０４と、通信部１０５と、受信部１０６と、バス１１０と、を有している。

プロセッサ１０１は、バス１１０を介して基準局１０の他の要素を制御する。プロセッサ１０１として、例えば、汎用ＣＰＵ（Central Processing Unit）が用いられる。また、プロセッサ１０１は、所定のプログラムを実行することにより、測位信号を用いて基準局測位データを生成する。

記憶部１０２は、他の要素から様々な情報を取得し、一時的あるいは恒久的にその情報を保持する。記憶部１０２は、いわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称である。記憶部１０２は、物理的に複数配置されても良い。記憶部１０２として、例えば、ＤＲＡＭ（Direct Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）が用いられる。

入力部１０３は、外部からの情報を受け付ける。入力部１０３が受け付ける外部からの情報には、基準局１０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部１０３を構成することができる。

出力部１０４は、外部へ情報を提示する。出力部１０４が提示する情報には、測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部１０４を構成することができる。

通信部１０５は、通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部１０５が通信する対象（通信対象）の機器には、構造物監視サーバ３０が含まれる。一例として、３Ｇ通信網、ＬＴＥ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部１０５を構成することができる。

受信部１０６は、衛星からの測位信号を受信し、バス１１０を介して測位信号をプロセッサ１０１に出力する。

なお、上記の基準局１０の構成は一例である。基準局１０の各構成要素の一部を統合して構成することもできる。基準局１０の各構成要素の一部を複数の要素に分割して構成することもできる。基準局１０の各構成要素の一部を省略することもできる。基準局１０に他の要素を付加して構成することもできる。

＜測位アンテナの構成＞
次に、実施の形態１に係る測位アンテナ２０の構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、測位アンテナ２０は、プロセッサ２０１と、記憶部２０２と、入力部２０３と、出力部２０４と、通信部２０５と、受信部２０６と、バス２１０と、を備えている。

プロセッサ２０１は、バス２１０を介して測位アンテナ２０の他の要素を制御する。プロセッサ２０１として、例えば、汎用ＣＰＵが用いられる。また、プロセッサ２０１は、所定のプログラムを実行することにより、測位信号を用いて測位アンテナ測位データを生成する。

記憶部２０２は、他の要素から様々な情報を取得し、一時的あるいは恒久的にその情報を保持する。記憶部２０２は、いわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称である。記憶部２０２は、物理的に複数配置されても良い。記憶部２０２として、例えば、ＤＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤが用いられる。

入力部２０３は、外部からの情報を受け付ける。入力部２０３が受け付ける外部からの情報には、測位アンテナ２０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部２０３を構成することができる。

出力部２０４は、外部へ情報を提示する。出力部２０４が提示する情報には、測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部２０４を構成することができる。

通信部２０５は、通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部２０５が通信する対象（通信対象）の機器には、構造物監視サーバ３０が含まれる。一例として、無線ＬＡＮ通信網、３Ｇ通信網、ＬＴＥ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部２０５を構成することができる。

受信部２０６は、衛星からの測位信号を受信し、バス２１０を介して測位信号をプロセッサ２０１に出力する。

なお、上記の測位アンテナ２０の構成は一例である。測位アンテナ２０の各構成要素の一部を統合して構成することもできる。測位アンテナ２０の各構成要素の一部を複数の要素に分割して構成することもできる。測位アンテナ２０の各構成要素の一部を省略することもできる。測位アンテナ２０に他の要素を付加して構成することもできる。

＜構造物監視サーバの構成＞
次に、実施の形態１に係る構造物監視サーバ３０の構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、構造物監視サーバ３０は、プロセッサ３０１と、記憶部３０２と、入力部３０３と、出力部３０４と、通信部３０５と、バス３１０と、を備えている。

プロセッサ３０１は、バス３１０を介して構造物監視サーバ３０の他の要素を制御する。プロセッサ３０１として、例えば、汎用ＣＰＵが用いられる。また、プロセッサ３０１は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０の現在の位置を算出する。また、プロセッサ３０１は、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。なお、プロセッサ３０１の機能の詳細については後述する。

記憶部３０２は、他の要素から様々な情報を取得し、一時的あるいは恒久的にその情報を保持する。特に、記憶部３０２は、プロセッサ３０１が算出した測位アンテナ２０の位置情報を記憶する。また、記憶部３０２は、構造物Ｘの形状の変化の有無の判定基準となる閾値を記憶する。記憶部３０２は、いわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称である。記憶部３０２は、物理的に複数配置されても良い。記憶部３０２として、例えば、ＤＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤが用いられる。

入力部３０３は、外部からの情報を受け付ける。入力部３０３が受け付ける外部からの情報には、構造物監視サーバ３０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部３０３を構成することができる。

出力部３０４は、外部へ情報を提示する。出力部３０４が提示する情報には、測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部３０４を構成することができる。

通信部３０５は、通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部３０５が通信する対象（通信対象）の機器には、基準局１０および測位アンテナ２０が含まれる。一例として、無線ＬＡＮ通信網、３Ｇ通信網、ＬＴＥ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部３０５を構成することができる。

＜構造物監視サーバの測位アンテナ座標算出機能＞
次に、構造物監視サーバ３０のプロセッサ３０１による、測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）を算出する機能について詳細に説明する。

プロセッサ３０１は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ法による干渉測位（ＲＴＫ演算）を実行し、測位解（フィックス解またはフロート解）を算出する。以下、ＲＴＫ演算によって得られる測位解を「ＲＴＫ測位解」という。プロセッサ３０１は、ＲＴＫ演算によって得られるＡＲ（Ambiguity Ratio）値を用いて品質チェックを行い、ＡＲ値が所定の閾値（例えば３．０）以上の場合には、ＲＴＫ測位解がフィックス解であると判定し、ＡＲ値が所定の閾値（例えば３．０）未満の場合には、ＲＴＫ測位解がフロート解であると判定する。

そして、プロセッサ３０１は、フィックス解を測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）とし、測位アンテナ２０の位置情報を記憶部３０２に記憶させる。

＜測位データ＞
次に、測位データについて説明する。実施の形態１において測位データには擬似距離情報、搬送波位相情報およびドップラー周波数情報が含まれる。

擬似距離情報とは、衛星と自局（基準局１０あるいは測位アンテナ２０）との距離に関する情報である。プロセッサ（プロセッサ１０１あるいはプロセッサ２０１）は、測位信号を解析することにより衛星と自局との距離を算出することができる。具体的には、プロセッサは、まず、（１）測位信号が搬送したコードのパターンと自局が生成したコードのパターンとの相違、および、（２）測位信号に含まれるメッセージ（ＮＡＶＤＡＴＡ）に含まれる衛星の信号生成時刻と自局の信号受信時刻、の２つの情報に基づいて測位信号の到達時間を求める。そして、プロセッサは、当該到達時間に光速を乗ずることにより衛星と自局との擬似距離を求める。この距離には衛星のクロックと自局のクロックとの相違等に起因する誤差が含まれる。通常、この誤差を軽減させるために４つ以上の衛星に対して擬似距離情報が生成される。

搬送波位相情報とは、自局が受信した測位信号の位相である。測位信号は所定の正弦波である。プロセッサは、受信した測位信号を解析することにより測位信号の位相を算出することができる。

ドップラー周波数情報とは、衛星と自局との相対的な速度に関する情報である。プロセッサは、測位信号を解析することによりドップラー周波数情報を生成することができる。

以上のようにして、基準局１０のプロセッサ１０１および測位アンテナ２０のプロセッサ２０１によって、それぞれ測位データが生成される。

＜ＲＴＫ演算＞
次に、ＲＴＫ演算について説明する。ＲＴＫ演算は干渉測位の一つであるＲＴＫ法を実行する演算である。

ＲＴＫ法とは、衛星が送信する測位信号の搬送波位相積算値を用いて所定の地点の測位を行うものである。搬送波位相積算値とは、衛星から所定の地点までの（１）測位信号の波の数と（２）位相との和である。搬送波位相積算値が求まれば、測位信号の周波数（および波長）が既知であるので、衛星から所定の地点までの距離を求めることができる。測位信号の波の数は、未知数であるので整数アンビギュイティまたは整数値バイアスと呼ばれる。

ＲＴＫ法を実行するにあたって重要なことはノイズの除去と、整数アンビギュイティの推定（決定）である。

ＲＴＫ法では、二重差と呼ばれる差を演算することにより、ノイズの除去を行うことができる。二重差とは２つの衛星に対する１つの受信機の搬送波位相積算値の差（一重差）を２つの受信機（実施の形態１においては基準局１０と測位アンテナ２０）の間でそれぞれ算出した値の差である。実施の形態１においてはＲＴＫ法を用いた測位のために４つ以上の衛星を使用する。従って、４つ以上の衛星の組み合わせの数だけ二重差を演算することになる。この演算では、基準局測位データおよび測位アンテナ測位データが用いられる。

ＲＴＫ法では、整数アンビギュイティの推定を様々な方法で行うことができる。例えば、（１）最小二乗法によるフロート解の推定、および、（２）フロート解に基づくフィックス解の検定という手順を実行することにより整数アンビギュイティの推定を行うことができる。

最小二乗法によるフロート解の推定は、時間単位毎に生成した二重差の組み合わせを用いて連立方程式を作成し、作成した連立方程式を最小二乗法によって解くことにより実行される。この演算では、基準局測位データ、測位アンテナ測位データおよび基準局１０の既知の座標が用いられる。このようにして求められた整数アンビギュイティの実数推定値をフロート解（推測解）と呼ぶ。

以上のようにして求められたフロート解は実数であるのに対して、整数アンビギュイティの真の値は整数である。よって、フロート解を丸めることにより整数値にする作業が必要になる。しかし、フロート解を丸める組み合わせには複数通りの候補が考えられる。従って、候補の中から正しい整数値を検定する必要がある。検定によって整数値バイアスとしてある程度確からしいとされた解をフィックス解（精密測位解）と呼ぶ。実施の形態１ではＲＴＫ演算によって得られるＡＲ値を用いて品質チェックを行い、品質チェックの結果に基づいて正しい整数値を検定する。なお、整数値の候補の絞込みを効率化するために基準局測位データが用いられる。

＜測位処理のフロー＞
次に、実施の形態１に係る測位処理のフローについて図５を用いて説明する。なお、測位処理を開始するタイミングについては特に限定は無い。例えば、測位アンテナ２０の電源が投入された際に、測位処理を開始しても良い。また、構造物監視サーバ３０の入力部３０３によって測位処理を開始するコマンドが入力された際に、測位処理を開始しても良い。

まず、ＳＴ５０１において、基準局１０および測位アンテナ２０が、各衛星から測位信号を受信する。そして、ＳＴ５０２において、基準局１０が測位信号を用いて基準局測位データを生成する。基準局１０は、構造物監視サーバ３０に基準局測位データおよび基準局位置情報を送信する。また、ＳＴ５０３において、測位アンテナ２０が測位信号を用いて測位アンテナ測位データを生成する。測位アンテナ２０は、構造物監視サーバ３０に測位アンテナ測位データを送信する。

次に、ＳＴ５０４において、構造物監視サーバ３０が、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を実行する。

次に、ＳＴ５０５において、構造物監視サーバ３０が、ＳＴ５０４のＲＴＫ演算によって得られたＡＲ値を確認する。

そして、ＳＴ５０６において、構造物監視サーバ３０が、十分な測位品質が得られたか否かの品質チェックを、ＡＲ値を確認することにより行う。

ＡＲ値が閾値（例えば、３．０）以上の場合（ＳＴ５０６：ＹＥＳ）、ＳＴ５０７において、構造物監視サーバ３０が、そのＲＴＫ演算の測位解をフィックス解、即ち、精密測位解として出力する。この精密測位解は、測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）を表すものである。測位アンテナ２０の位置情報は、算出時刻と供に、記憶部３０２に記憶される。

一方、ＡＲ値が閾値未満の場合（ＳＴ５０６：ＮＯ）、ＳＴ５０８において、構造物監視サーバ３０が、そのＲＴＫ演算の測位解をフロート解、即ち、推測解として出力する。なお、推測解は、記憶部３０２に記憶されない。

＜構造物監視サーバの形状変化検知機能＞
次に、構造物監視サーバ３０のプロセッサ３０１による、構造物Ｘの形状の変化を検知する機能について、図１の３本の測位用アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを用いる場合を例に説明する。

（１）沈下
構造物Ｘの形状の変化の一種である沈下の検知方法の一例について説明する。

まず、プロセッサ３０１は、基準時刻ｔ０において、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を算出する。以下、時刻ｔ０における測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を、それぞれ、ａ（ｔ０）、ｂ（ｔ０）、ｃ（ｔ０）とする。

次に、プロセッサ３０１は、現在の時刻ｔにおいて、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を算出する。以下、時刻ｔにおける測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を、それぞれ、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）、ｃ（ｔ）とする。

次に、プロセッサ３０１は、時刻ｔ０から時刻ｔまでの時間における、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの変位量を算出する。以下、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの変位量を、それぞれ、ａ（Δｔ）、ｂ（Δｔ）、ｃ（Δｔ）とする。なお、ａ（Δｔ）＝ａ（ｔ）−ａ（ｔ０）、ｂ（Δｔ）＝ｂ（ｔ）−ｂ（ｔ０）、ｃ（Δｔ）＝ｃ（ｔ）−ｃ（ｔ０）である。

次に、プロセッサ３０１は、ｚ方向の変位量ａ_ｚ（Δｔ）、ｂ_ｚ（Δｔ）、ｃ_ｚ（Δｔ）のそれぞれと、記憶部３０２に記憶された第１閾値とを比較する。ｚ方向の変位量のいずれかが、第１閾値を超えた場合、構造物Ｘが沈下していると判断し、異常を通知する。

（２）傾き
構造物Ｘの形状の変化の一種である傾きの検知方法の一例について説明する。

まず、プロセッサ３０１は、ａ（ｔ０）、ｂ（ｔ０）、ｃ（ｔ０）を用いて、基準時刻ｔ０における各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。以下、時刻ｔ０における、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルをａｂ（ｔ０）、測位アンテナ２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルをｂｃ（ｔ０）、測位アンテナ２０ｃ、２０ａ間の方位ベクトルをｃａ（ｔ０）とする。

次に、プロセッサ３０１は、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）、ｃ（ｔ）を用いて、現在の時刻ｔにおける各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。以下、時刻ｔにおける、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルをａｂ（ｔ）、測位アンテナ２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルをｂｃ（ｔ）、測位アンテナ２０ｃ、２０ａ間の方位ベクトルをｃａ（ｔ）とする。

次に、プロセッサ３０１は、時刻ｔ０から時刻ｔまでの時間における、各方位ベクトルａｂ、ｂｃ、ｃａの水平面に対するｚ方向の変動角度を算出する。以下、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルの変動角度をθ_ａｂ、測位アンテナ２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルの変動角度をθ_ｂｃ、測位アンテナ２０ｃ、２０ａ間の方位ベクトルの変動角度をθ_ｃａとする。

次に、プロセッサ３０１は、方位ベクトルの変動角度θ_ａｂ、θ_ｂｃ、θ_ｃａのそれぞれと、記憶部３０２に記憶された第２閾値とを比較する。方位ベクトルの変動角度のいずれかが、第２閾値を超えた場合、構造物Ｘが傾いていると判断し、異常を通知する。

（３）その他
本実施の形態は、構造物Ｘの形状の変化の検知方法に特に限定は無く、上記で説明した以外の方法で、構造物Ｘの形状の変化を検知してもよい。

例えば、図６に示すように、複数の測位アンテナ２０（図６の例では９本の測位アンテナ２０−１〜２０−９）を水平面（ｘｙ平面）上に格子状に配置し、中央部分に配置された測位アンテナ２０（図６の例では測位アンテナ２０−５）のみが沈下していれば、構造物Ｘが歪んでいると判断できる。

また、本実施の形態は、従来から知られている方法を用いて、構造物Ｘの形状の変化を検知してもよい（特許文献２、明細書段落［００２９］、［００３０］参照）。

構造物監視サーバ３０は、上述の構造物Ｘの形状変化の検知処理を定期的に行うことにより、構造物Ｘを監視する。

＜効果＞
以上のように、実施の形態１では、構造物監視サーバ３０（プロセッサ３０１）が、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０の位置を算出し、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。

このように、実施の形態１では、ＲＴＫ演算等の測位演算を行って測位アンテナ２０の設置位置を測位しているので、構造物Ｘの形状の変化を高精度に検知できる。

また、実施の形態１では、構造物監視サーバ３０において、ＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０の位置を算出するので、各測位アンテナ２０には、測位アンテナ２０の位置を算出する機能を持たせる必要が無い。したがって、ビルの屋上等に設置される測位アンテナ２０の構成を簡易なものにできるので、測位アンテナ２０の設置作業が容易となる。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、構造物監視サーバ３０が、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いずに、構造物の形状の変化を検知する場合について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１で説明した構造物監視システム１の構造物監視サーバ３０に対して変更になる部分があるため、以下、データ配信システム１Ａ、構造物監視サーバ３０Ａとする。

＜構造物監視システムの構成＞
図７に示すように、構造物監視システム１Ａは、図１に示した構造物監視システム１から基準局１０が除かれ、測位アンテナ２０と、構造物監視サーバ３０Ａと、から構成される。

構造物監視サーバ３０Ａは、測位アンテナ２０と無線通信を行い、測位アンテナ２０から測位アンテナ測位データを受信する。構造物監視サーバ３０Ａは、測位アンテナ測位データを用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０間の方位ベクトルを算出する。構造物監視サーバ３０Ａは、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。

＜構造物監視サーバの形状変化検知機能＞
次に、構造物監視サーバ３０Ａのプロセッサ３０１による、構造物Ｘの形状の変化の一種である傾きを検知する機能について、図７の３本の測位用アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを用いる場合を例に説明する。

まず、プロセッサ３０１は、基準時刻ｔ０において、ＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。

次に、プロセッサ３０１は、現在の時刻ｔにおいて、ＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。

その後、プロセッサ３０１は、実施の形態１と同様に、時刻ｔ０から時刻ｔまでの時間における、各方位ベクトルａｂ、ｂｃ、ｃａの水平面に対するｚ方向の変動角度を算出し、方位ベクトルの変動角度のいずれかが、第２閾値を超えた場合、構造物Ｘが傾いていると判断し、異常を通知する。

＜誤ＦＩＸ除去アルゴリズム＞
実施の形態２では、ＲＴＫ演算により得られた、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトル（フィックス解）の妥当性を検証し、誤ったフィックス解（以下、「誤ＦＩＸ」という）を除去することができる。以下、誤ＦＩＸを除去するアルゴリズムについて、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトル（フィックス解）を例に、図８を用いて説明する。

プロセッサ３０１は、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルａｂを算出すると供に、測位アンテナ２０ａ、２０ｃ間の方位ベクトルａｃ、および、測位アンテナ２０ｃ、２０ｂ間の方位ベクトルｃｂを算出する。以下、直接的に算出された方位ベクトルａｂを「方位ベクトルａｂ１」と記載する。

次に、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｃと方位ベクトルｃｂをベクトル加算し、間接的に方位ベクトルａｂを算出する。以下、間接的に算出された方位ベクトルａｂを「方位ベクトルａｂ２」と記載する。

次に、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｂ１と方位ベクトルａｂ２との差の絶対値｜ａｂ１−ａｂ２｜を算出し、記憶部３０２に記憶された第３閾値とを比較する。｜ａｂ１−ａｂ２｜が第３閾値以下の場合、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｂ１を正しいフィックス解と判定して採用する。一方、｜ａｂ１−ａｂ２｜が第３閾値より大きい場合、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｂ１を誤ＦＩＸと判定して破棄する。

＜効果＞
以上のように、実施の形態２では、構造物監視サーバ３０（プロセッサ３０１）が、測位アンテナ測位データを用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０間の方位ベクトルを算出し、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。

このように、実施の形態２では、ＲＴＫ演算等の測位演算を行って測位アンテナ２０の設置位置を測位しているので、構造物Ｘの形状の変化を高精度に検知できる。

また、実施の形態２では、誤ＦＩＸ除去アルゴリズムにより、誤ったフィックス解を除去して構造物Ｘの形状変化の検知を行うことができるので、さらに、検知精度を上げることができる。

（バリエーション）
上記各実施の形態で説明した構造物監視システム１、１Ａは、図９に示すように、電柱の傾きの検知にも適用することができる。

この場合、測位アンテナ２０を、全ての電柱Ｙに設置する必要は無く、例えば１本おき等、所定の間隔で設置しても良い。各電柱Ｙは、隣接する電柱Ｙが傾くと、電線の張力により傾くので、傾きが検出された電柱Ｙの両隣の電柱Ｙも傾いていると推測することができる。

測位アンテナ２０を所定の間隔で設置することにより、敷設コストを低減できる。

なお、本開示は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

上記各実施の形態では、ｎ本の測位アンテナ２０がすべて１つの構造物Ｘに設置されている場合について説明したが、本発明はこれに限られず、近隣の複数の構造物Ｘに分散して設置されていても良い。このような構成であっても、地盤沈下などの原因で生じる複数の構造物Ｘの相対的な位置関係の変化を検知することができる。

上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、各機能ブロックの一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法にはＬＳＩに限らず、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続、設定が再構成可能なリコンフィグラブル・プロセッサーを利用してもよい。

更には、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、別技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。

なお、本開示は、無線通信装置、または制御装置において実行される制御方法として表現することが可能である。また、本開示は、かかる制御方法をコンピュータにより動作させるためのプログラムとして表現することも可能である。更に、本開示は、かかるプログラムをコンピュータによる読み取りが可能な状態で記録した記録媒体として表現することも可能である。すなわち、本開示は、装置、方法、プログラム、記録媒体のうち、いずれのカテゴリーにおいても表現可能である。

また、本開示は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

本開示は、構造物の形状の変化を監視／検知する装置、システムに用いるに好適である。

１、１Ａ 構造物監視システム
１０ 基準局
２０ 測位アンテナ
３０、３０Ａ 構造物監視サーバ
１０１、２０１、３０１ プロセッサ
１０２、２０２、３０２ 記憶部
１０３、２０３、３０３ 入力部
１０４、２０４、３０４ 出力部
１０５、２０５、３０５ 通信部
１０６、２０６ 受信部
１１０、２１０、３１０ バス

Claims (8)

1. 構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナのそれぞれから、前記測位アンテナの測位データを受信する通信部と、
   前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知するプロセッサと、
   を具備する構造物監視サーバ。
2. 前記通信部は、
   既知の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する基準局から、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を受信し、
   前記プロセッサは、
   前記測位アンテナの測位データ、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を用いて測位演算を行うことにより前記各測位アンテナの位置を算出し、前記各測位アンテナの位置の時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する、
   請求項１に記載の構造物監視サーバ。
3. 前記プロセッサは、
   前記方位ベクトルの正誤を判定し、誤った方位ベクトルを除去して前記構造物の形状の変化の検知を行う、
   請求項１に記載の構造物監視サーバ。
4. 前記プロセッサは、
   ｉ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の第１方位ベクトルを算出し、
   ｉ番目の測位アンテナとｋ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとｋ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとを加算した第２方位ベクトルを算出し、
   前記第１方位ベクトルと前記第２方位ベクトルとの差の絶対値が閾値を超えている場合に、前記第１方位ベクトルを、誤った方位ベクトルと推定する、
   請求項３に記載の構造物監視サーバ。
5. 構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナと、
   前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する構造物監視サーバと、
   を具備する構造物監視システム。
6. 前記構造物監視サーバは、
   既知の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する基準局から、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を受信し、
   前記測位アンテナの測位データ、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を用いて測位演算を行うことにより前記各測位アンテナの位置を算出し、前記各測位アンテナの位置の時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する、
   請求項５に記載の構造物監視システム。
7. 前記構造物監視サーバは、
   前記方位ベクトルの正誤を判定し、誤った方位ベクトルを除去して前記構造物の形状の変化の検知を行う、
   請求項５に記載の構造物監視システム。
8. 前記構造物監視サーバは、
   ｉ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の第１方位ベクトルを算出し、
   ｉ番目の測位アンテナとｋ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとｋ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとを加算した第２方位ベクトルを算出し、
   前記第１方位ベクトルと前記第２方位ベクトルとの差の絶対値が閾値を超えている場合に、前記第１方位ベクトルを、誤った方位ベクトルと推定する、
   請求項７に記載の構造物監視システム。

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