JP3637354B2 - 測量用データ収集装置、測量用データ収集方法および測量用データ収集プログラムを記憶した媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＧＰＳ衛星などの測位用衛星が発信する信号を用いた相対測位による測量用データを収集する測量用データ収集装置および測量用データ収集方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ信号を用いた精密測量は、観測地点間の見通しが不要であることや長距離の測量が容易であることなどの特長によって普及している。ＧＰＳ信号を用いた測量を行う場合、少なくとも基線の両端である２地点にそれぞれＧＰＳ受信機を設置し、これらの地点で同時刻のＧＰＳデータ（ＧＰＳ信号の搬送波位相の積算値）を収集する必要がある。このため、ＧＰＳ受信機にタイマ手段を設け、ＧＰＳデータの収集開始時刻を同時刻にセットされたＧＰＳ受信機を前記基線の両端に設置するようにしている。これは、屋外の観測地点に設置されるＧＰＳ受信機は電池で動作し、ＧＰＳデータは半導体メモリなどの記憶媒体に記録されるため、それぞれ容量に限度があり、各ＧＰＳ受信機を同期してスタートさせなければ、同時刻のＧＰＳデータを収集することができないためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記データ収集開始時刻をタイマでセットする方式では、予定していたデータ収集時間帯がＧＰＳ衛星側の故障などの都合で測量に適さない事態になった場合でもデータ収集を行うため、データ解析時にこのデータを使用することができず、データ収集をやり直さなければならない問題点があり、また、測量を行う時間帯の中に、観測可能な衛星の数が少ないなど測量に適さない時間帯が含まれている場合、これを避けてデータ収集を行おうとすれば、データ収集時間帯を複数に分割し、各データ収集時間帯毎にタイマをセットする必要があり、タイマセットが面倒であるという問題点があった。
【０００４】
この発明は、簡略な設定により、有効なデータ収集が可能な測量用データ収集装置および測量用データ収集方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の請求項１の発明は、測位用衛星から発信される周期信号を受信する衛星信号受信手段と、測量用データとして記録すべき周期信号の条件を設定する条件設定手段と、該条件設定手段によって設定された条件に基づいて、データ記録時間帯を含む観測スケジュールを作成し、該観測スケジュールに従って、前記衛星信号受信手段が受信した周期信号を記録するとともに、前記測位用衛星から発信される周期信号が前記条件設定手段によって設定された条件を満たさない時間帯は、前記データ記録時間帯であっても前記衛星信号受信手段が受信した周期信号の記録を中断し、条件を満たさなくなった時までの記録時間が所定時間以上であるかを判断し、所定時間未満であれば、この周期信号を破棄する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
この出願の請求項２の発明は、請求項１に記載の測量用データ収集装置を複数台用いた測量用データ収集方法であって、
各測量用データ収集装置の条件設定手段に対して同一の条件を設定するとともに、これら測量用データ収集装置を測量すべき基線の両端にそれぞれ設置して動作させることにより、各測量用データ収集装置に測位用衛星の周期信号を記録することを特徴とする。
【０００７】
この出願の請求項３の発明は、測位用衛星から発信される周期信号を受信する衛星信号受信手段、および、該衛星信号受信手段が受信した周期信号を記録する記録手段を備えた測量用データ収集装置に装着される媒体であって、
予め定められた測量用データの条件に基づいて観測スケジュールを作成し、該観測スケジュールに従って前記記録手段に前記衛星信号受信手段が受信する周期信号を記録するとともに、前記測位用衛星から発信される周期信号が前記条件設定手段によって設定された条件を満たさない時間帯は、前記データ記録時間帯であっても前記衛星信号受信手段が受信した周期信号の記録を中断し、条件を満たさなくなった時までの記録時間が所定時間以上であるかを判断し、所定時間未満であれば、この周期信号を破棄する測量用データ収集プログラムを記憶したことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明の測量用データ収集装置は、たとえば、測量すべき基線の両端にそれぞれ別に設置される。各装置は、衛星信号受信手段によって測位用衛星から送られてくる周期信号を受信し、この周期信号を記録する。記録ののち、各装置の記録内容をオフラインで解析することによって前記基線間の距離を高精度に決定することができる。この高精度の距離決定を行うためには、収集されるデータに種々の条件が要求される。
【０００９】
現在測位用衛星として一般的なＧＰＳ衛星を用いた相対測位による測量では、信号を受信する衛星の仰角が一定以上であること、信号を受信する衛星の数が所定数以上であること、誤差係数（ＰＤＯＰなど）が一定値以下であること、上記条件を満たした観測が一定時間以上継続して可能であることなどの条件が要求される。また、全く同じ時間帯のデータを収集しようとすれば、大枠の観測時間帯を設定すればよい。各装置の条件設定手段に上記条件を設定し、測量の観測点に各装置を設置すれば、制御手段が条件に適合する時間帯を選択して観測スケジュールを作成し、また、観測スケジュールによるデータ記録時間帯であっても受信した信号の状態を判断して条件に適合する時間帯のみデータを記録する。これにより、簡略な設定で、かつ、最小限のメモリや電源で有効なデータのみを収集することができる。
【００１０】
また、請求項２の発明では、請求項１の装置を複数用意し、この条件設定手段に同一の条件を設定して各観測点で動作させる。各装置は動作中に互いに連絡をとることはないが、測量の基線距離は、測位用衛星に対する距離に比べると極めて小さいため、各装置の衛星に対する条件は殆ど同じであり、各装置に同一の条件を設定しておけば、同じ時間帯のデータを収集することができる。
【００１１】
また、請求項３の発明では、測位用衛星から発信される周期信号を受信する衛星信号受信手段、および、該衛星信号受信手段が受信した周期信号を記録する記録手段を備えた装置を、予め定められた測量用データの条件に基づいて観測スケジュールを作成し、該観測スケジュールに従って前記記録手段に前記衛星信号受信手段が受信する周期信号を記録するとともに、前記測位用衛星から発信される周期信号が前記条件設定手段によって設定された条件を満たさない時間帯は、前記データ記録時間帯であっても前記衛星信号受信手段が受信した周期信号の記録を中断し、条件を満たさなくなった時までの記録時間が所定時間以上であるかを判断し、所定時間未満であれば、この周期信号を破棄するように動作させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施形態であるＧＰＳ測量用データ収集装置の機能ブロック図である。ＧＰＳ測量用データ収集装置１はＧＰＳ信号を受信するアンテナ２、アンテナから入力される信号を解析してＧＰＳ信号を取り出すＧＰＳ受信部３、ＧＰＳ受信部３が取り出したＧＰＳ信号を記録するデータ記録部４、ＧＰＳ衛星の信号状態や配置などのデータ収集条件に応じてＧＰＳ受信部３やデータ記録部４を制御する記録制御部５、および、記録制御部５にデータ記録部４に対してＧＰＳデータを記録するために必要な衛星の条件（データ収集条件）を設定する操作部６からなっている。
【００１３】
ＧＰＳ受信部３は８チャンネル〜１６チャンネルの受信チャンネルを有しており、このチャンネルと同数のＧＰＳ信号を同時に捕捉・信号を受信することができる。操作部６は記録制御部５に対して以下のデータ収集条件を設定することができる。なお、各条件の右欄に記載した内容は当該条件の標準的な値である。
【００１４】
▲１▼衛星の仰角 …… １５度以上
▲２▼必要な衛星の数 …… ５個以上
▲３▼ＰＤＯＰ …… ６ 以下
▲４▼上記条件の継続時間 …… ３０分以上
▲５▼装置設置時間帯 …… ９時０分〜１８時０分
衛星の仰角は、マルチパスなどの誤差要因の少ない良質の信号を受信するために最低限必要な衛星の仰角である。必要な衛星の数は、相対測位における位置決定とその確認のために最小限必要な受信衛星の個数である。ＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）は、３次元測位を行ううえでの精度の低下率であり、上記５個以上の衛星の位置関係により決定される。また、上記条件の継続時間は、誤差の平均化および衛星の移動による整数値バイアスの除去のために最低限必要な継続受信時間である。なお、この継続時間とは、同一の衛星の組み合わせで上記条件を満たすことができる時間を意味する。装置設置時間帯は、測量したい基線の両端（観測点）に２台の装置が設置されデータの記録が可能である時間帯が記録される。これは、２台の同装置を順番に設置，撤去する場合、２台の装置が設置されている（電源がオンされている）時間帯にずれがあるが、２台の装置が同じ時間帯のデータを記録しなければ相対測位による位置決定ができないことから、２台の装置の両方が観測点に設置されている時間帯を設定してデータ記録時間帯の共通化を図っている。
【００１５】
データ記録部４は、テープ記録装置や半導体メモリにデータを記録すればよい。半導体メモリとしては、内蔵メモリや着脱自在のＩＣカードなどを用いることができる。同図では記録媒体として着脱自在のＩＣカード７を用いている。ＩＣカードであれば、解析装置のＩＣカードスロットにこれを挿入することによって記録したデータの転送を行うことができる。
【００１６】
上記装置を測量に用いる場合、以下の作業を基線の両端に設置される２台（またはそれ以上）の装置に対して行う。まず、操作部６を操作して記録制御部５にデータ収集条件を設定する。この条件は上述したような内容のものであり、各装置に同一の条件を設定する。こののち、各装置を観測点に搬送して設置し、電源をオンする。観測の時間が終了したのち、これを撤収し、各装置が記録したデータを解析装置８に転送する。解析装置８は、通常は、解析プログラムが動作するパーソナルコンピュータである。
【００１７】
観測地点に搬送され電源がオンされたＧＰＳ測量用データ収集装置は、以下のように動作する。まず、ＧＰＳ受信部３が受信可能な任意のＧＰＳ信号を捕捉し、この信号から航法メッセージを読み出して記録制御部５に入力する。記録制御部５はこの航法メッセージにもとづいて各ＧＰＳ衛星の軌道を計算するとともに健康状態などを判断し、さらに、単独測位によって自己の概略位置を割り出す。これら各ＧＰＳ衛星の起動，健康状態，自己の位置に基づいて、上記設定されたデータ収集条件を満たす「データ記録時間帯」を割り出して観測スケジュールを作成する。そして、最初のデータ記録時間帯が到来するまでＧＰＳ受信部３およびデータ記録部４を休止状態にして電源消費を最小限に抑える。そして、データ記録時間帯毎にＧＰＳ受信部３およびデータ記録部４を起動して所定のＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳデータ（搬送波の積算値）をデータ記録部４に記録する。この場合において、ＧＰＳ受信部３が記録対象でない（たとえば仰角が１５度未満の）衛星の信号を捕捉・受信する場合があるが、記録制御部５はこのような衛星のデータはデータ記録部４に記録しないように指示する。
【００１８】
また、データ記録時間帯であっても、記録対象の衛星が故障している場合など、航法メッセージによる事前の情報では予測できないアクシデントによりデータ収集条件を満たさなくなる場合もある。記録制御部５は、常時ＧＰＳ受信部３が受信している信号を監視しており、データ記録時間帯であってもアクシデントによりデータ収集条件が満たされなくなった場合にはデータの記録を中止する。データ記録時間帯の途中に衛星の状態が悪化してデータ収集条件を満たさなくなった場合には、それまでデータを記録していた時間を判断し、それが３０分以上であればそのデータはそのまま生かすようにし、記録時間が３０分未満の場合にはそのデータは利用できないため破棄する。
【００１９】
複数台の上記装置に対して、同じデータ収集条件を設定すれば、これらの装置を測量の基線距離だけ離れて設置してもＧＰＳ衛星に対する条件は殆ど同じであるため、同じ判断に基づいてデータの記録を実行する。したがって、相互の連絡を取らなくても同じデータ収集条件で決定された好条件のデータが収集されるため、オフライン処理による解析で正確な距離の決定をすることができる。なお、この図１の機能は図２に示す機器構成および図３に示すソフトウェア（フローチャート）によって実際のＧＰＳ測量用データ収集装置において実現される。
【００２０】
図２は同ＧＰＳ測量用データ収集装置のブロック図である。装置全体の動作を制御するＣＰＵ１１に、ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１３，内部インタフェース１５，時計回路１６，パネルインタフェース１８およびＩＣカードインタフェース１９が接続されている。内部インタフェース１５にはＧＰＳ信号受信モジュール１４が接続されている。また、パネルインタフェース１８には操作パネルのキースイッチや表示器などが接続されている。ＩＣカードインタフェース１９にはデータ記録用のＩＣカード７が接続されている。
【００２１】
ＧＰＳ信号受信モジュール１４はＧＰＳアンテナ２が受けたＧＰＳ衛星からの信号を中間周波変換し、この信号から各ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードパターンの同期をとることによってＧＰＳ信号を捕捉する。このＧＰＳ信号を捕捉するチャンネルは８〜１６チャンネル並列に設けられており、８〜１６個のＧＰＳ信号を同時に捕捉することができる。ＧＰＳ信号受信モジュール１４は、内部インタフェース１５を介して、Ｃ／Ａコードの同期を取った信号をＣＰＵ１１に送る。
【００２２】
ＣＰＵ１１は、Ｃ／Ａコード位相の同期を取った信号から航法メッセージデータを読み取り、各ＧＰＳ衛星の軌道情報を割り出す。また、４個以上のＣ／Ａコード同期が取れたＧＰＳ信号に基づいて精度３０メートル程度の単独測位を行うこともできる。また、データ記録時間帯には、記録対象のＧＰＳ信号の搬送波の位相値を積算して、一定時間毎にＩＣカード７に書き込む。
【００２３】
ＲＯＭ１２にはＣＰＵ１１の上記動作および図３のフローチャートに示す動作を制御するためのプログラムが書き込まれている。このＲＯＭ１２は回路基板上のソケットに差し込まれており、ＲＯＭ１２単独でこのような動作制御プログラムを記憶した媒体として機能する。ＲＡＭ１３は上記ＧＰＳ信号の受信時やデータの記録時にワークエリアとして用いられるとともに、上述したデータ収集条件を記憶するエリアも設定されている。時計回路１６は基準発振器を備え、その基準発振信号を分周してクロック信号を生成するとともに、ＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージに基づく誤差補正を行って正確な現在時刻を計時する。この時計回路が計時する時刻によって、ＧＰＳデータ収集のスケジュールが進行する。操作パネル１７には上述のデータ収集条件を設定するためのキースイッチが設けられている。またＩＣカードインタフェース１９に接続されているＩＣカード７は、約１ＭＢの記憶容量を有し、記録可能時間帯の有効なデータを記憶する。なお、この装置は内蔵または外付けのバッテリで駆動されるものとする。
【００２４】
図３は同ＧＰＳ測量用データ収集装置の動作を示すフローチャートである。このフローチャートは観測点に設置された装置のデータ収集動作を示している。この動作が実行される以前に、操作パネル１７を操作してＲＡＭ１３にデータ収集条件が設定されているものとする。係員が観測点に装置を設置して電源スイッチをオンする。
【００２５】
電源スイッチがオンされる（ｓ１）と、まずそのとき受信可能なＧＰＳ衛星の信号を受信して（ｓ２）、受信できた信号から航法メッセージを読み取って衛星の軌道を計算するとともに、単独測位を行う（ｓ３）。この単独測位は視野内の衛星および仰角１５度以上の衛星を割り出すために用いるのみであるため、１００ｍ程度の精度で十分である。この単独測位で割り出された自己の位置および航法メッセージによって割り出された衛星の軌道に基づいて、上記設定されたデータ収集条件を満たす時間帯（データ記録時間帯）を割り出す。このデータ記録時間帯は装置設置時間帯内に１回とは限らず、データ収集に適さない時間帯を挟んで複数回設定されることが多く、このデータ記録時間帯を配列したスケジュールを作成する（ｓ５）。こののち、データ記録時間帯が近づくまでＧＰＳ信号受信モジュール１４を休止させるとともに、ディジタル回路部も必要最小限の機能だけ残してスリープ状態に設定する（ｓ６）。これにより、電池の消耗を最小限に止めることができる。
【００２６】
データ記録時間帯の開始５分前までこのスリープ状態を継続し、５分前になると（ｓ７）、このＧＰＳ測量用データ収集装置の全体機能を起動する（ｓ１０）。起動と同時にＧＰＳ信号受信モジュール１４は、可能なかぎりのＧＰＳ信号を捕捉する。この状態で記録開始時刻になるまで待機し（ｓ１１）、記録開始時刻になれば、予測外の状況（たとえば衛星の故障など）で信号の状態が悪化しないかぎり、選択されている衛星の信号（搬送波位相）をＩＣカード７に書き込んでゆく（ｓ１３）。そして、記録可能時間帯が終了するか、ＩＣカード７のメモリが一杯になるまで（ｓ１４）これを継続する。データ記録時間帯が終了すると、次のデータ記録時間帯が到来するまでスリープ状態で待機する（ｓ６）。
【００２７】
一方、データの記録途中で予測できない原因によって信号状態が悪くなりデータ収集条件が満たされなくなった場合には、今回のデータ記録時間帯におけるこの中断までのデータの記録が３０分以上継続しているか否かを判断する（ｓ１６）。３０以上継続していれば、このデータを解析に使用することができるため、そのままにし、３０分未満であれば、このデータを解析に使用することができないためこれを廃棄する（ｓ１７）。そして、今回の（現在中断している）データ記録時間帯の残時間が３０分未満になるまでは（ｓ１８）、信号状態が回復するまで待機する（ｓ１２）。この中断したデータ記録時間帯の残時間が３０分未満である場合には、ｓ６に戻って装置をスリープ状態にする。
【００２８】
そして、ＩＣカード７のメモリが一杯になるか（ｓ１４）、スケジュール（全ての記録可能時間帯）が終了すれば（ｓ８）動作を終える。
【００２９】
このように、３０分以上継続する有効なデータのみを記録するため、ＩＣカード７のメモリを有効利用することができ、これ以外の時間帯は殆どの動作が休止しているため、電源も有効利用することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、データ収集条件の設定を全て係員が行うようにしているが、上述した標準的な値をデフォルト値として設定しておき、これを変更する場合のみ係員が設定入力をするようにしてもよい。また、設定入力は、パネルスイッチから行う方式以外に、ＩＣカードなどの着脱可能な記憶媒体に設定内容を記憶しておき、これがセットされたとき装置内に読み込むようにしてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態の装置は、スタート時に航法メッセージも自己の位置も記憶していないが、事前に自己の概略位置や衛星の軌道情報などを入力しておくことによって、スタート時のスケジュール作成までの処理時間を短縮するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、簡略な条件の設定のみで位置決定に有効なデータのみを収集することができるため、測位用衛星の状態を考慮して観測時間を設定する必要がなく、データ収集の時間帯設定およびデータ収集作業を簡略化することができる。
【００３３】
また、請求項２の発明によれば、複数の請求項１の装置に対して同一の条件を設定して各観測点で動作させることにより、同一の条件で選択された同一の有効なデータを収集することができるため、簡略な設定および作業で位置決定に有効なデータを収集することができる。
【００３４】
さらに、請求項３の発明によれば、衛星信号受信手段および記録手段を備えた装置にこの媒体をセットすることによって、測量用データの条件に基づいて観測スケジュールを作成し、該観測スケジュールに従って前記記録手段に前記衛星信号受信手段が受信する周期信号を記録するとともに、条件を満たさない時間帯は記録を中断し、条件を満たさなくなった時までの記録時間が所定時間以上であるかを判断し、所定時間未満であれば、この周期信号を破棄するため、最小限の記憶容量で有効な測量用データを収集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態であるＧＰＳ測量用データ収集装置の機能ブロック図
【図２】同ＧＰＳ測量用データ収集装置のブロック図
【図３】同ＧＰＳ測量用データ収集装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
３…ＧＰＳ受信部、４…データ記録部、５…記録制御部
６…操作部、７…（記録手段としての）ＩＣカード
１１…ＣＰＵ、１２…ＲＯＭ、１３…ＲＡＭ
１４…ＧＰＳ信号受信モジュール、１７…操作パネル

Claims (3)

1. 測位用衛星から発信される周期信号を受信する衛星信号受信手段と、
   測量用データとして記録すべき周期信号の条件を設定する条件設定手段と、
   該条件設定手段によって設定された条件に基づいて、データ記録時間帯を含む観測スケジュールを作成し、該観測スケジュールに従って、前記衛星信号受信手段が受信した周期信号を記録するとともに、前記測位用衛星から発信される周期信号が前記条件設定手段によって設定された条件を満たさない時間帯は、前記データ記録時間帯であっても前記衛星信号受信手段が受信した周期信号の記録を中断し、条件を満たさなくなった時までの記録時間が所定時間以上であるかを判断し、所定時間未満であれば、この周期信号を破棄する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする測量用データ収集装置。
2. 請求項１に記載の測量用データ収集装置を複数台用いた測量用データ収集方法であって、
   各測量用データ収集装置の条件設定手段に対して同一の条件を設定するとともに、これら測量用データ収集装置を測量すべき基線の両端にそれぞれ設置して動作させることにより、各測量用データ収集装置に測位用衛星の周期信号を記録することを特徴とする測量用データ収集方法。
3. 測位用衛星から発信される周期信号を受信する衛星信号受信手段、および、該衛星信号受信手段が受信した周期信号を記録する記録手段を備えた測量用データ収集装置に装着される媒体であって、
   予め定められた測量用データの条件に基づいて観測スケジュールを作成し、該観測スケジュールに従って前記記録手段に前記衛星信号受信手段が受信する周期信号を記録するとともに、前記測位用衛星から発信される周期信号が前記条件設定手段によって設定された条件を満たさない時間帯は、前記データ記録時間帯であっても前記衛星信号受信手段が受信した周期信号の記録を中断し、条件を満たさなくなった時までの記録時間が所定時間以上であるかを判断し、所定時間未満であれば、この周期信号を破棄する測量用データ収集プログラムを記憶した媒体。

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