JP4346105B2 - 測量方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定基準局から得られる観測データを位置変動情報として利用することにより、ＧＰＳ測位される測量データを行政上の公的測量データに合致した公的座標値により表示できるようにした測量方法に関する。

従来より、ＧＰＳ（Global
Positioning System）を利用したリアルタイム測位による測量方法が知られている。ところが、このようなＧＰＳによる測位を行う場合、ＧＰＳ衛星からの信号は、地上の測量移動局に到達するまでに、上空環境における自然条件（電離層や対流圏）の影響や、衛星自体が有する問題（時間誤差や軌道誤差）から、「遅れ」や「乱れ」を生じ、地上での測位結果に誤差が発生する。一般的に、この測位誤差は、数メートル以上に及ぶと言われている。

そこで高精度な測量をするために、作業者は、定められた測量基準点に測量固定局としてＧＰＳを設置し、ＧＰＳアンテナと、ＧＰＳ受信機と、携帯パソコン等の記録装置と、携帯電話等の送受信機、その他の機材等で構成される測量移動局を、目標測量地点に設置し、測量基準点と目標測量地点の相対位置を測定する。この方法により、測量固定局と測量移動局双方に含まれる測位誤差の要素を相殺し高精度の測位結果を得ることができる。

しかし、測量固定局を設置するには、事前にその座標値を決定するなどの多くの労力が必要となる。これを解決する目的で、ネットワーク型補正システムが提供されている。この補正システムは、点在する多数の固定基準点に設けられた固定測位局を含む公の固定基準局（多数の固定測位局を総称して固定基準局という）と、データ配信局とから構成されている。

固定基準局は、地震発生や地殻変動等を観測するために国土地理院が設置した既設の設備が利用される。国土地理院は、平成１４年からデータを民間に開放しており、前記固定基準点の位置情報をＧＰＳ手段により測位し、観測データとしてリアルタイムで発信している。

データ配信局は、前記固定基準局の観測データを受信することにより、該観測データに基づいて、前述のようなＧＰＳの測位データに含まれる誤差を推定することにより補正観測データを作成し、測量移動局に発信する。

ところで、固定基準局の公的座標値は、１９９７年に決定されたが、その後の地震やプレートの移動等による地殻変動により観測座標値と一様でない誤差が生じている。この為従来のネットワーク型補正システムによる測量移動局によるＧＰＳ測量方法では、従来からの公的座標値を決定する測量結果と整合しない。即ち、道路や橋梁を始めとする土地や家屋等に関して、国や地方公共団体やその他の公共機関が保有する行政上の公的座標値は、従来からの公的座標を決定する測量方法で作成され確定しているが、ネットワーク型補正システムによる測位結果と必ずしも一致せず、少なからず誤差を有している。

このため、ネットワーク型補正システムにより新たにＧＰＳ測位される測位結果を、従来からの公的座標を決定する測位結果に整合させなければ、混乱の原因となり、行政上の目的等に利用できず、その他、種々の問題を有する事となる。尚、本件において、「公的座標値」とは、行政上の過去に確定された座標に対応する座標値を意味し、「観測座標値」とは、ＧＰＳ手段によりリアルタイムで測位される座標に対応する座標値を意味する。

本発明は、上述のように、多数の固定基準局が各々の固定基準点に関して公的座標値に対する観測座標値を観測データとしてリアルタイムで発信している点に着目し、これを位置変動情報として利用すれば、測量移動局で測位される目標測量地点の観測座標値を公的座標値で表すことが可能であり、これにより従来技術の問題点を解決できることを知見した。

そこで、本発明が手段として構成したところは、過去に確定された座標に対応する座標値を公的座標値とし、ＧＰＳ手段によりリアルタイムで測位される座標に対応する座標値を観測座標値とする構成であって、各地点に関して公的座標値と観測座標値を有する位置変動情報を備えた多数の固定基準点に対して、目的地に応じて移動する移動局(6)により目標測量地点(o)をＧＰＳ測位する測量方法であり、目標測量地点(o)に対応する仮想基準点に関して、観測座標値で表される観測座標仮想基準点(p)を取得する構成において、前記観測座標仮想基準点(p)に関して、該仮想基準点を囲む固定基準点の位置変動情報に基づいて、公的座標値で表される公的座標仮想基準点(P)を求めることにより仮想基準点情報を作成し、前記仮想基準点情報に基づいて、測位された目標測量地点(o)を公的座標値で表す点にある。

本発明において、前記観測座標仮想基準点(p)は、多数の固定基準点のうち目標測量地点(o)に可及的近い固定基準点により囲まれたエリア内で取得し、前記エリアを囲む固定基準点(a,b,c)の観測座標値(xa,ya,za)と前記観測座標仮想基準点(p)の観測座標値(xp,yp,zp)との間の距離(sa,sb,sc)と、前記固定基準点(a,b,c)の位置変動情報に基づいて、公的座標値(XP,YP,ZP)で表される公的座標仮想基準点(P)を求めることが好ましい。

仮想基準点に基づいて目標測量地点ｏを公的座標値で表す場合、公的座標仮想基準点Ｐと目標測量地点ｏの相対位置を測定することにより、目標測量地点ｏの公的座標値を求めても良く、あるいは、観測座標仮想基準点ｐと目標測量地点ｏの相対位置を測定して目標測量地点ｏの観測座標値を求めた後、該観測座標値を公的座標値に変換しても良い。

従来のＧＰＳ測量方法が観測座標値としての測量データを作成するものであるため、公的測量データとの間で整合せず、混乱の原因となり、測量データを行政上の目的等に利用できないという問題を有していたのに対して、本発明によれば、多数の固定基準局から提供される固定基準点の位置に関する位置変動情報を利用することにより、移動局によりＧＰＳ測位される目標測量地点ｏを公的測量データに合致する公的座標値で表示することができるという効果がある。

特に、地震やプレートの移動等による地殻変動を観測する固定基準局が多数の固定基準点に関して公的座標値に対する観測座標値をリアルタイムで発信している点に着目し、これを位置変動情報として利用するものであるから、新たに膨大な設備を必要とせず比較的容易に実施することができると共に、精度の高い正確な変換プログラムを確実に構築することができるという効果がある。

そこで、地殻変動等により随時変動する固定基準点の位置変動情報は、ＧＰＳ測位される観測座標値に基づいてリアルタイムで取得でき、目標測量地点(o)に対応して取得される仮想基準点も、観測座標仮想基準点(p)をリアルタイムで取得できる。従って、本発明によれば、仮想基準点の公的座標仮想基準点(P)をリアルタイムの位置変動情報に基づいて求めることにより仮想基準点情報を作成するので、測量移動局(6)では、この仮想基準点情報に基づいて仮想基準点から目標測量地点(o)までの相対位置(d)を測るだけで、目標測量地点(o)を正確な公的座標値で表すことが可能になる。そして、仮想基準点と目標測量地点(o)は相互に対応ないし近傍しているので、仮想基準点に基づいて求められる目標測量地点(o)の公的座標値は、高精度で表される。

更に、請求項２に記載の本発明によれば、前記観測座標仮想基準点(p)は、多数の固定基準点のうち目標測量地点(o)に可及的近い固定基準点により囲まれたエリア内で求められるので、前記エリアを囲む固定基準点(a,b,c)の観測座標値(xa,ya,za)と前記観測座標仮想基準点(p)の観測座標値(xp,yp,zp)との間の距離(sa,sb,sc)と、前記固定基準点(a,b,c)の位置変動情報に基づいて、公的座標値(XP,YP,ZP)で表される公的座標仮想基準点(P)を正確に求めることが可能になり、その結果、目標測量地点(o)の公的座標値を高精度で表すことができる。

以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。

図１に示すように、単数又は複数の作業者１は、ＧＰＳアンテナ２と、ＧＰＳ受信機（後述する符号３）と、携帯パソコン等の記録装置４と、携帯電話等の送受信機（後述する符号５）、その他の機材等を携帯することにより、測量移動局６を構成し、ＧＰＳ衛星７を利用したＧＰＳ手段により目標測量地点ｏを測位すると共に、測量データを記録装置４に記録する。この際、点在する多数の固定基準点ａ、ｂ、ｃ・・・に設けられた固定測位局８ａ、８ｂ、８ｃ・・・を含む公共の固定基準局８（多数の固定測位局８ａ、８ｂ、８ｃ・・・を総称して固定基準局８という）と、仮想基準データ配信局９に基づいて、補正システムが構成されている。従って、仮想基準データ配信局９は、前記固定基準局８の観測データを受信することにより、該観測データに基づいて、前述のようなＧＰＳの測位データに含まれる誤差を補正するための補正観測データを作成し、測量移動局６に発信する。

そこで、測量移動局６は、ＧＰＳ手段によって目標測量地点ｏを測位し、数メートル精度でその位置情報を仮想基準データ配信局９に知らせる。これに応じて、仮想基準データ配信局９は、目標測量地点ｏに対応する仮想基準点ｐの位置情報を測量移動局６に提供する。仮想基準点ｐは、図１に示すように、点在する多数の固定基準点のうち目標測量地点ｏに可及的近い固定基準点ａ、ｂ、ｃを頂点として形成される三角形のエリア内で求められる。これにより、測量移動局６により作成される測量データは、その誤差をセンチメートル単位まで向上した高精度のものとなる。因みに、仮想基準点ｐは、理想的には目標測量地点ｏと一致することが好ましいが、目標測量地点ｏに近傍していれば良い。

本発明は、測量移動局６により記録される目標測量地点ｏの座標値を公的測量データに合致する公的座標値で表示するために、固定基準局８の観測データに含まれる固定基準点の位置変動情報を利用する。即ち、固定基準局に関しては、個々の固定基準点の座標値について、リアルタイムの観測データから求められる観測座標値と、公開された行政上の公的測量データから求められる公的座標値との二つの座標データを利用することができるので、これに基づいて仮想基準点の観測座標値を公的座標値に変換することが可能になる。

つまり、上述の通り、国土地理院が設置した既設の固定基準局を利用する場合、固定基準局の固定基準点は公的座標値を基準としてその上に存在しているが、それが観測する地震や地殻変動等を受けることにより、リアルタイムでＧＰＳ測位される固定基準点の位置情報（観測座標値）を前記公的座標値との間での誤差として発信しているので、これを位置変動情報として利用することにより、仮想基準点の観測座標値を公的座標値に変換することが可能になる。この際、仮想基準点ｐは、点在する多数の固定基準点のうち目標測量地点ｏに可及的近い固定基準点ａ、ｂ、ｃを頂点として形成される三角形のエリア内で求められるので、目標測量地点ｏに近い固定基準点ａ、ｂ、ｃに関する位置変動情報に基づいて公的座標値に変換することが可能になる。

このため、本発明は、ＧＰＳにより実測される観測座標値を公的測量データに沿う公的座標値に変換するプログラムを具備した測量支援システムを設けている。変換プログラムを実行するために必要なデータは、固定基準局８を構成する多数の固定測位局８ａ、８ｂ、８ｃ・・・の固定基準点ａ、ｂ、ｃ・・・の個々に関して、観測データから求められる観測座標値と、公開されている行政上の公的測量データから求められる公的座標値との二つの座標データである。

上述の通り、測量移動局６がＧＰＳ手段によって測位した目標測量地点ｏの位置情報を仮想基準データ配信局９に知らせると、仮想基準データ配信局９は、図１に示すように、点在する多数の固定基準点のうち目標測量地点ｏに可及的近い固定基準点ａ、ｂ、ｃを頂点として形成される三角形のエリア内で目標測量地点ｏに対応する仮想基準点ｐの位置情報を測量移動局６に提供する。上述のように、仮想基準点ｐの観測座標値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）は、公的座標値に整合しないので、次のようにして公的座標値に変換される。

固定基準局８を構成する固定基準点ａ、ｂ、ｃを含む全ての固定基準点は、上述のような公的座標値と観測座標値との二つの座標データを有しており、各固定基準点について、このような二つの座標値が組ないし対として表される。従って、図２に示すように、仮想基準点ｐを求めるための固定基準点ａ、ｂ、ｃにも、観測座標値で表される座標値〔ａ点（ｘａ、ｙａ、ｚａ）、ｂ点（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、ｃ点（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）〕と、公的座標値で表される座標値〔Ａ点（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）、Ｂ点（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）、Ｃ点（ＸＣ、ＹＣ、ＺＣ）〕の二つが組ないし対として備えられる。

そこで、観測座標値（ｘａ、ｙａ、ｚａ）（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）で表される固定基準点ａ、ｂ、ｃと、観測座標値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）で表される仮想基準点ｐとの間の距離をそれぞれｓａ、ｓｂ、ｓｃとすると、仮想基準点は、観測座標値で表される観測座標仮想基準点ｐ（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）から、次のようにして、公的座標値で表される公的座標仮想基準点Ｐ点（ＸＰ、ＹＰ、ＺＰ）を求めることができる。本発明は、各固定基準点に関して観測座標値と公的座標値との二つの座標データを利用するので、下記に例示する計算方法に限らず、二つの座標データに基づいて自由に種々の変換プログラムを構築することができる。

公的座標仮想基準点Ｐ点の公的座標値ＸＰは、次の数式１により求められる。

公的座標仮想基準点Ｐ点の公的座標値ＹＰは、次の数式２により求められる。

公的座標仮想基準点Ｐ点の公的座標値ＺＰは、次の数式３により求められる。

そこで、仮想基準点は、観測座標仮想基準点ｐの観測座標値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）を公的座標仮想基準点Ｐの公的座標値（ＸＰ、ＹＰ、ＺＰ）に変換されるので、これに基づいて、測量移動局６においては、公的座標仮想基準点Ｐから目標測量地点ｏまでの距離ｄを測ることにより、目標測量地点ｏの公的座標値を求め、測量データとして記録する。

本発明において、測量支援システム１０は、以下に述べるように、仮想基準データ配信局９に設けても良く、仮想基準データ配信局９と測量移動局６との間の通信手段に設けても良く、測量移動局６に設けても良いものであって、要するに、それが設けられる機器や位置に関わらず、測量移動局６において、測量移動局６が特定する目標測量地点ｏを仮想基準点情報に基づいて公的座標値で表すことができるものであれば良い。

図３は、測量支援システム１０を仮想基準データ配信局９に設けた実施態様を示している。この場合、仮想基準データ配信局９において、補正観測データに基づいて仮想基準点情報を作成するに際し、固定基準点ａ、ｂ、ｃ・・・に関する位置変動情報に基づいて観測座標値を公的座標値に合致するように変換せしめられる。観測座標値から公的座標値への変換は、図２に示したように、観測座標値としての観測座標仮想基準点ｐを作成した後、これを変換することにより、公的座標値としての公的座標仮想基準点Ｐを作成しても良いが、必ずしも、このような方法に限るものではない。これにより、公的座標値により表された仮想基準点情報が仮想基準データ配信局９から送受信機１１を介して測量移動局６に向けて発信される。そこで、測量移動局６では、送受信機５により公的座標値としての公的座標仮想基準点Ｐを受信するので、公的座標値としての目標測量地点ｏが求められ、測量データとして記録装置４に記録される。

図４は、測量支援システム１０を仮想基準データ配信局９と測量移動局６との間の通信手段１２に介装した実施態様を示している。この場合、観測座標値により表された観測座標仮想基準点ｐの情報が仮想基準データ配信局９から発信された後、通信手段上で公的座標値に変換され、公的座標値により表された公的座標仮想基準点Ｐの情報が測量移動局６に受信せしめられる。例えば、測量支援システム１０が第三者機関により設けられる場合、仮想基準データ配信局９から発信された観測座標値としての観測座標仮想基準点ｐが通信過程において測量支援システム１０を経由され、公的座標値に変換された後、測量移動局６に受信される。通信手段１２をインターネットにより構成する場合、測量支援システム１０による変換はインターネット上で行われる。この実施態様においても、測量移動局６は、送受信機５により公的座標値としての公的座標仮想基準点Ｐを受信するので、公的座標値としての目標測量地点ｏを求め、測量データとして記録装置４に記録すれば良い。

図５は、測量支援システム１０を測量移動局６に設けた実施態様の第１実施例を示しており、測量支援システム１０は、送受信機５と記録装置４の間に介装されている。この場合、観測座標値により表された観測座標仮想基準点ｐの情報が仮想基準データ配信局９から発信される。測量移動局６は、これを送受信機５で受信した後、測量支援システム１０により公的座標値に変換し、公的座標値により表された公的座標仮想基準点Ｐを記録装置４に入力し、記録装置４により目標測量地点ｏを求め測量データとして記録せしめる。

図６は、測量支援システム１０を測量移動局６に設けた実施態様の第２実施例を示している。測量支援システム１０は、記録装置４に設けられており、この際、図示のように記録装置４に連結する構成としても良いが、記録装置４の内部に組込むことが好ましい。この場合も、観測座標値により表された観測座標仮想基準点ｐの情報が仮想基準データ配信局９から発信される。測量移動局６は、これを送受信機５で受信した後、観測座標値で表された観測座標仮想基準点ｐを記録装置４に入力する。記録装置４は、観測座標仮想基準点ｐを測量支援システム１０により公的座標値に変換し、公的座標値により表された公的座標仮想基準点Ｐから目標測量地点ｏを求め、測量データとして記録する。或いは、観測座標値で表された観測座標仮想基準点ｐから直ちに観測座標値で表される目標測量地点ｏの座標を求め、その後に目標測量地点ｏの座標値を観測座標値から公的座標値に変換し、測量データとして記録しても良い。

本発明におけるＧＰＳを利用した測量方法の概略を示す説明図である。 本発明の方法を実施する測量支援システムにおいて、固定基準局の固定基準点と仮想基準点に関する観測座標値と公的座標値との関係を示す説明図である。 本発明の実施形態に関して測量支援システムを仮想基準データ配信局に設けた実施例を示す説明図である。 本発明の実施形態に関して測量支援システムを仮想基準データ配信局と測量移動局との間の通信手段に設けた実施態様を示す説明図である。 本発明の実施形態に関して測量支援システムを測量移動局に設けた実施態様の第１実施例を示しており、測量支援システムを送受信機と記録装置の間に介装した構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に関して測量支援システムを測量移動局に設けた実施態様の第２実施例を示しており、測量支援システムを記録装置に設けた構成を示す説明図である。

符号の説明

３ ＧＰＳ受信機
４ 記録装置
５ 送受信機
６ 測量移動局
８ 固定基準局
９ 仮想基準データ配信局
１０ 測量支援システム
ａ、ｂ、ｃ 固定基準点
ｏ 目標測量地点
ｐ 観測座標仮想基準点
Ｐ 公的座標仮想基準点

Claims (4)

1. 過去に確定された座標に対応する座標値を公的座標値とし、ＧＰＳ手段によりリアルタイムで測位される座標に対応する座標値を観測座標値とする構成であって、
   各地点に関して公的座標値と観測座標値を有する位置変動情報を備えた多数の固定基準点に対して、目的地に応じて移動する移動局(6)により目標測量地点(o)をＧＰＳ測位する測量方法であり、
   目標測量地点(o)に対応する仮想基準点に関して、観測座標値で表される観測座標仮想基準点(p)を取得する構成において、
   前記観測座標仮想基準点(p)に関して、該仮想基準点を囲む固定基準点の位置変動情報に基づいて、公的座標値で表される公的座標仮想基準点(P)を求めることにより仮想基準点情報を作成し、
   前記仮想基準点情報に基づいて、測位された目標測量地点(o)を公的座標値で表すことを特徴とする測量方法。
2. 多数の固定基準点のうち目標測量地点(o)に可及的近い固定基準点により囲まれたエリア内で前記観測座標仮想基準点(p)を取得し、前記エリアを囲む固定基準点(a,b,c)の観測座標値(xa,ya,za)と前記観測座標仮想基準点(p)の観測座標値(xp,yp,zp)との間の距離(sa,sb,sc)と、前記固定基準点(a,b,c)の位置変動情報に基づいて、公的座標値(XP,YP,ZP)で表される公的座標仮想基準点(P)を求めることを特徴とする請求項１に記載の測量方法。
3. 目標測量地点(o)を公的座標値で表すに際し、公的仮想基準点(P)と目標測量地点(o)の相対位置を測定することにより、目標測量地点(o)の公的座標値を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の測量方法。
4. 目標測量地点(o)を公的座標値で表すに際し、観測仮想基準点(p)と目標測量地点(o)の相対位置を測定することにより、目標測量地点(o)の観測座標値を求めた後、該観測座標値を公的座標値に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の測量方法。