JP3752006B2 - キネマティック測量の方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標が既知地点に設置される固定局用ＧＰＳ受信機と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機とを用い、前記移動局用ＧＰＳ受信機を順次測定対象地点に移動させて測量を行なうキネマティック測量に関し、特に、初期アンビギュイティ解を簡単に求めることができるキネマティック測量に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳシステムを利用する測量が知られており、この種の測量では、複数（４個以上）の衛星から発信される電波を同一時刻に複数のＧＰＳ受信機で受信して、ＧＰＳ受信機間で受信された電波の位相差を演算処理することにより求め、地球上の地点間の距離や方位を測定する。
【０００３】
ところで、この種の測量には、一方のＧＰＳ受信機を座標の既知地点に固定し、他方のＧＰＳ受信機を未知地点に固定して行うスタティック測量と、他方のＧＰＳ受信機を順次未知地点（測定対象地点）に移動させるキネマテッイク測量とがある。
このような２つの測量において、特に、後者のキネマテッイク測量では、未知地点の位置座標を求める際に、未知数として解く必要があるのは、未知地点の座標値以外に、ＧＰＳ衛星の搬送波位相の二重差に含まれる初期アンビギュイティ解があり、これを何らかの方法により決定しなければならない。
【０００４】
そこで、従来は、▲１▼既知地点と未知地点とにそれぞれＧＰＳ受信機を設置し、３０分から１時間程度衛星からの電波信号を受信し、この受信により得られた情報から初期アンビギュイティ解を決定するスタティックスタート法、▲２▼ＧＰＳ受信機のＧＰＳアンテナと受信機をそっくりそのまま交換して、衛星からの電波信号を受信し、この受信によって得られた情報から初期アンビギュイティ解を決定するアンテナスワップスタート法、▲３▼一方のＧＰＳ受信機が設置される既知地点以外の別の既知地点に他方のＧＰＳ受信機を設置して、初期アンビギュイティ解を決定する既知点スタート法のいずれかが採用されていた。
【０００５】
しかしながら、このような従来のアンビギュイティ解の決定方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、まず、スタティックスタート法では、キネマティック測量の開始前に、１時間程度のスタティック測量を行なう必要があるので、非常に時間がかかる。また、アンテナスワップスタート法では、アンテナをそっくり取り替えるといった面倒な操作を行う必要があって、一人でこの作業を行なうことは、無理がある。さらに、既知点スタート法では、前もって２つの既知地点を設定しなければならないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、長時間のデータ収集や面倒な操作を行うことなく、しかも、１つの既知地点の設定によりアンビギュイティ解を決定することができるキネマティック測量の方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、座標が既知地点に設置される固定局用ＧＰＳ受信機と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機とを用い、前記移動局用ＧＰＳ受信機を順次測定対象地点に移動させて測量を行うキネマティック測量に際して、前記移動局用ＧＰＳ受信機を移動させて測定を行う前に、前記固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナの直下に前記移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置して、初期アンビギュイティ解を求める測定を行うようにした。 このように構成されたキネマティック測量の方法では、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置する地点は、固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナが設置されている直下なので、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナの位置は、固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナと二次元方向において同一となる。従って、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナの高さが判ると、移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナの三次元座標が特定され、結果的には、移動局側のアンテナを既知地点に設置した場合と同じことになり、これにより初期アンビギュイティ解を求めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明にかかるキネマティック測量の方法一実施例を示している。同図に示すキネマティック測量の方法では、座標が既知地点Ｐ（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）に設置される固定局用ＧＰＳ受信機１０と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機１２とが用いられる。
【００１０】
固定局用ＧＰＳ受信機１０は、三脚１４に支持され、地上からの高さがｈの位置に設置されたアンテナ１０ａを有している。移動局用ＧＰＳ受信機１２は、固定局用のものと同様にアンテナ１２ａが接続されている。本実施例のキネマティック測量では、まず、固定局用ＧＰＳ受信機１０のアンテナ１０ａを既知地点Ｐ（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）の直上に固定しておき、衛星からのＧＰＳ電波を受信する。
【００１１】
固定局用ＧＰＳ受信機１０は、移動局ＧＰＳ受信機１２が作動を開始してもそのままＧＰＳ電波を受信し続ける。次に、移動局用ＧＰＳ受信機１２のアンテナ１２ａが、固定局用ＧＰＳ受信機１０のアンテナ１０ａの直下に設置され、同様に衛星からのＧＰＳ電波を受信する。このとき受信する衛星は、最低４個必要とする。
【００１２】
この場合、移動局側のアンテナ１２ａは、固定局側のアンテナ１０ａよりも低い位置に設置しており、初期アンビギュイティ解を求める測定状態から、キネマティック測量に移行するときに、衛星からの受信が途切れる可能性があるので、移動局用ＧＰＳ受信機１２では、４個よりも多い衛星からの電波を受信しておくことが望ましい。
【００１３】
そして、このような状態で初期アンビギュイティ解を求めるためにあるエポック分のデータを取得した後に、移動局側のアンテナ１２ａとＧＰＳ受信機１２とを、測定対象地点（未知地点）に移動するキネマティック測量に移行する。
ここで、初期アンビュギュイティ解を求めるための測定時の条件は、移動局側のアンテナ１２ａの座標をＱ（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ）とすると、アンテナ１２ａを固定局側のアンテナ１０ａの直下に設置しているので、
ｘ₁ ≒ｘ₂
ｙ₁ ≒ｙ₂
ｚ₁ ＝ｚ₂ ＋Δｈ
となる。
【００１４】
従って、これらの地点Ｐ，Ｑにおける座標差は、Δｘ≒０，Δｙ≒０，Δｚ＝Δｈである。つまり、Δｈが既知であれば、移動局側のアンテナ１２ａを既知地点に設置した場合と同じことになり、これにより初期アンビギュイティ解を求めことができる。
次に、このような座標値に基づいて、初期アンビュイティ解を求める手順について、図２に基づいて説明する。なお、この手順を実行するコンピュータは、固定局及び移動局用ＧＰＳ受信機１０，１２のデータを読み込んで処理するオフラインのパーソナルコンピュータ、あるいは両受信機１０，１２またはいずれか一方の受信機のデータを無線機などで伝送されてくるものを受信するオフラインのパーソナルコンピュータに行なわせることができる。
【００１５】
図２に示す手順がスタートすると、まず、ステップｓ１で、固定局側のアンテナ１０ａが設置されている点Ｋ₁ の座標値（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ＋ｈ）を計算する。次いで、ステップｓ２で、移動局側のアンテナ１２ａが設置されている点Ｒ₁ の座標値（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ＋ｈ−Δｈ）を計算し、ステップｓ３で、得られた座標値Ｋ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ＋ｈ），Ｒ₁ （ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ＋ｈ−Δｈ）をＢｅｓｓｅｌ（楕円体）座標系に変換する（Ｋ₁ →Ｋ_{2 ,} Ｒ₁ →Ｒ₂ ）。
続くステップｓ４では、Ｂｅｓｓｅｌ座標系の座標値Ｋ_{2 ,} Ｒ₂ をＷＧＳ８４系の座標値に変換する。
【００１６】
そして、ステップｓ５で、Ｋ_{2 ,} Ｒ₂ を初期アンビギュイティ解を求める式に代入して、解を求めて、手順が終了する。ここで、初期アンビギュイティ解を求める式は、｛（測定位相のＤｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）−（疑似距離のＤｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）｝／λ＝Ｎ（初期アンビギュイティ解）である。
【００１７】
この場合、測定位相のＤｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅや疑似距離のＤｏｕｂｌｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅは、受信している衛星の座標値およびＫ_{2 ,} Ｒ₂ を用いて演算する。また、λは、Ｃ（光速）／１５７５．４２×１０⁶ とする。
ところで、地点Ｐ，Ｑにおける座標差Δｈは、何らかの方法で測定することになるが、この場合に、図３に示すような手段が推奨される。同図（Ａ）に示した手段は、固定局側のアンテナ１０ａが設置される三脚１４の定心桿１４ａに、長さ（ｌ）が既知の合成樹脂製の棒状補助具２０を垂設している。
【００１８】
この棒状補助具２０の下端には、移動局側のアンテナ１２ａの上面に摺接する湾曲面を備えた拡径部２００が設けられていて、この拡径部２００がアンテナ１２ａの頂部に設けられた当マーク１２ｃに当接するようにして、アンテナ１２ａを設置する。
図３（Ｂ）に示した手段では、三脚１４の定心桿１４ａの下端に、目盛り付き補助具２０ａを取り付けている。この補助具２０ａの下端には、アンテナ１２ａの載置台２００ａが設けられている。載置台２００ａは、目盛付き補助具２０ａをスライドまたは固定する。すなわち、上側のアンテナと下側のアンテナの距離を定数として得られるようにしている。
【００１９】
図３（Ｃ）に示した手段では、高さ位置が既知の小三脚２０ｂを用意し、この小三脚２０ｂ上にアンテナ１２ａを設置し、この状態で、アンテナ１２ａを固定局側のアンテナ１０ａの直下に設置する。
図３（Ｄ）に示した手段は、高さ位置が既知の小ポール２０ｃを準備し、この小ポール２０ｃ上にアンテナ１２ａを設置して、アンテナ１２ａを固定局側のアンテナ１０ａの直下に設置する。このような補助具を使用してアンテン１２ａを固定局側のアンテナ１０ａの直下に設置すると、移動局側のアンテナ１２ａを正確にアンテナ１０ａと同軸上に位置決めした状態で設置することが可能になり、初期アンビギュイティを求めるための測定が簡単に行える。
【００２０】
以上のようにして、初期アンビギュイティ解が求められると、移動局用ＧＰＳ受信機１２とともにアンテナ１２ａを順次未知地点に移動させて測定が行なわれる。さて、以上のように構成されたキネマティック測量では、移動局用ＧＰＳ受信機１２のアンテナ１２ａを設置する地点は、固定局用ＧＰＳ受信機１０のアンテナ１０ａが設置されている直下なので、移動局用ＧＰＳ受信機１２のアンテナ１２ａの位置は、固定局用ＧＰＳ受信機１０のアンテナ１０ａと二次元方向において同一となる。
【００２１】
従って、移動局用ＧＰＳ受信機１２のアンテナ１２ａの高さが判ると、移動局用ＧＰＳ受信機１２のアンテナ１２ａの三次元座標が特定され、長時間のスタティック測量を行なうことなく、また、アンテナを取り替えるといった面倒な操作を行うことなく、さらには、前もって２つの既知地点を設定することなく、初期アンビギュイティ解を求めことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るキネマティック測量の方法によれば、長時間のスタッティック測量やアンテナの取替え作業および２つの既知地点の設定を行うことなく、初期アンビギュイティ解が求められるので、測量の迅速性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるキネマティック測量における初期アンビギュィティ解を求めるための測定状態の説明図である。
【図２】本発明にかかるキネマティック測量で初期アンビギュイティ解を求める際の手順の一例を示すフローチャート図である。
【図３】本発明にかかるキネマティック測量で移動局側のアンテナを固定局側のアンテナの直下に設置する際の４つの手段を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 固定局用ＧＰＳ受信機
１０ａ アンテナ
１２ 移動局用ＧＰＳ受信機
１２ａ アンテナ

Claims (1)

1. 座標が既知地点に設置される固定局用ＧＰＳ受信機と、座標が未知地点に設置される移動局用ＧＰＳ受信機とを用い、前記移動局用ＧＰＳ受信機を順次測定対象地点に移動させて測量を行うキネマティック測量に際して、
   前記移動局用ＧＰＳ受信機を移動させて測定を行う前に、前記固定局用ＧＰＳ受信機のアンテナの直下に前記移動局用ＧＰＳ受信機のアンテナを設置して、初期アンビギュイティ解を求める測定を行うことを特徴とするキネマティック測量の方法。

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