JP5520360B2 - Ｇｐｓ装置を位置決めするシステムおよび方法 - Google Patents

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Description

従来のGPS技術、特にGPS位置決め装置(5)によるGPS技術の目的は、三次元空間におけるGPSアンテナ(3)の位置を決定することである。この場合、そのGPSアンテナ(3)が前記空間中の任意の位置に配置できると仮定されている。この新しい発明は、目的が、GPSアンテナ(3)の位置を、複数の予め知られている代替え位置(8)から選択することである場合、GPSの位置決めとGPS位置決め装置を、従来よりうまく利用できる方法を提供するものである。ここでは、GPSアンテナ(3)は、空間の任意の位置に配置されず、予め定められた位置(8)の１つの近くにのみ配置されると仮定されている。
本発明のシステムは、特に、コンテナポート、コンテナターミナル、駐車場、貯蔵場において、または各種の一般貨物、例えばコンテナ(12)、パレット、乗用車もしくは貨物の混合物が、予め定められた格納場所、例えばコンテナ設置場所(15)、パレットの格納場もしくは設置場所において運搬されかつ貯蔵されるいかなる用途にも、使用できる。
目的が、GPSアンテナ(3)の位置を、複数の予め知られている代替えのもの(8)から選択することである場合、従来適用されている方法(図2A)は以下のように行われる。すなわちステージAにおいて、GPS受信機(5)が衛星(1)の位置(2)を決定し、次いで衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離データ(6)を測定する(図1)。GPS受信機(5)が受信する衛星(1)の数は、一般に５…10であり、ハードウェアの限界のため、最大数は一般に12である。
本発明を説明するのに必要な程度まで、距離データ(6)について説明する。当業者に従来から知られているように、距離データ(6)には2種類あり、すなわち無線信号の走行時間の測定値から計算される疑似距離、および搬送波位相の測定値から累積計算される累積ドップラー距離がある。さらに、高性能GPS受信機(5)は、二種の周波数(L1=1575,42 MHzおよびL2=1227.60 MHz)における距離データの両セット、すなわち各瞬間における各衛星(1)の4個のデータを実際に含む距離データ(6)を測定する。
疑似距離用の走行時間の測定は以下の原理で行われる。すなわち、GPS衛星(1)は、一定の時間間隔で無線メッセージを送信する。衛星(1)は、メッセージを送信すると、送信時間を、自身のクロックで調べて、この情報をメッセージに付設する。GPS受信機(5)は、無線メッセージを受信すると、受信時間を、自身のクロックで調べる。最後にGPS受信機(5)は、前記メッセージから読取った受信時間と送信時間との差を計算して、いわゆる見掛けの(疑似)走行時間を計算できる。最後に、この走行時間は、光速を無線信号の推定進行速度として利用して、(疑似)距離に変換される。
累積ドップラー距離の測定は以下の原理で行われる。すなわち、GPS受信機(5)が、GPSの信号搬送波の位相(L1またはL2)を測定する。位相が1サイクル(360°)増大すると、GPS受信機は、衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離が、1搬送波長サイクル(L1サイクル=19.0 cm、L2サイクル=24.4 cm)増大したことを知る。GPS受信機(5)は、累積位相変化を監視して、距離の変化を正確に知る。
実際には、位置の計算は、疑似距離とドップラー距離から得た距離データを組み合わせて行なうことが多い。というのは、疑似距離はノイズが比較的大きい測定値であり(数10 cm)、一方ドップラー距離のノイズはごく小さい(数mm)からである。しかし、ドップラー距離に関する最も困難な問題は、一つの時間から次の時間までのこの距離データの変化は極めて正確であるけれども、その測定値は、未知の定数、すなわちドップラー距離の最初の値を含んでいることである。このため、当業者にとって明らかなように、疑似距離とドップラー距離を組み合わせることは一般的なプラクティスであり、その結果、ドップラー距離の変化は、ノイズの大きい疑似距離の測定値をフィルタする働きをする(搬送位相の平滑化)。
次に、距離データ(6)は、上記のようにして導かれて、所定の衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離を表す距離情報のピースとして利用される。
次いで、距離データ(6)に関連する系統誤差の要因を、本発明を説明するのに必要な程度まで説明する。疑似距離の測定値とドップラー距離の測定値はともに、GPS受信機(5)のクロックの作動誤差から生じる等しい大きさの誤差を含んでいる。その上、問題は受信機(5)が起こす誤差に関する問題なので、この誤差は各衛星について等しい。さらに、無線信号は正確な光速で大気中を走行しないので、大気は、距離の測定値に誤差を加える。知られているように、対流圏内で生じる誤差は、疑似距離とドップラー距離の測定値に同じ作用をする。一方、電離圏で生じる誤差は、疑似距離とドップラー距離の測定値に対して、反対方向に等しい。大気が与える誤差は、衛星毎に異なるので、無線信号が大気中を走行する距離は、異なる。
さらに、衛星(1)の位置の情報の測定値(2)には誤差が含まれている。衛星(1)は、実際は、測定された位置(2)ではない位置(2')に位置している。そして最後に、衛星のクロックの作動誤差もある。しかし、測定値については、この衛星クロックの誤差は、衛星の位置の誤差と明らかに同じと考えられるのでこれら二つの誤差は通常、組み合わせて処理される。
ステージB(図2A)では、衛星(1)の位置データ(2)および衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離測定値(6)を利用して、GPSアンテナ(3)の推定位置データを計算するが、このデータには上記のような測定誤差があるから、その推定位置はGPSアンテナ(3)の真の位置(4')とは必ずしも正確に一致するわけではない。GPSアンテナ(3)の位置(4)を計算するのに必要な、衛星(1)の最小数は、基本的に4である。
GPS受信機(5)のクロックの誤作動から生じる誤差を避けるため、位置(4)の計算は、一般に、いわゆる距離差によって行なわれる。個々の距離の測定値(6)はpiで表され、これは、衛星iからGPSアンテナ(3)までの測定距離である。上記のように、piは疑似距離とドップラー距離の組合せのことが多い。衛星i=rを選択して、いわゆる基準衛星として働かせ続いて他のすべての衛星について距離差(difference range)dpiを下記式にしたがって計算する。
Figure 0005520360
このようにして計算された距離差には、受信機(5)のクロックの誤差はもはや存在しない。従来、知られているように、GPSアンテナ(3)の位置(4)が距離dpiによって決定される場合、受信機(5)のクロックの誤差の影響は除かれている。
GPSアンテナ(3)の位置データ(4)を利用して位置決めの精度をさらに高めるため、第二のGPS装置(5b)およびこれに接続された第二GPSアンテナ(3b)を利用することが多く、このアンテナは予め知られた固定位置(4b)に設置されている。この場合、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)は、衛星(1)と静止GPSアンテナ(3b)の間の距離の測定値(6b)および静止GPSアンテナ(3b)の位置データ(4b)を利用することによって一層容易に測定されるようになる。情報(6b)と(4b)のセットは、通常、GPS装置(5b)からGPS装置(5)へ無線装置(7)によって送信される(図1)。
次に、本発明を説明するのに必要な程度に、距離情報のセット(6)と(6b)の組合せ利用について述べる。GPS装置(5)によって計算される距離差を記号dpi R(ローバー(Rover))で表し、および全く等しい方法にてGPS装置(5b)で計算される距離差を記号dpi B(基地局)で表し、そのiは与えられた衛星の数を表す。情報(6b)は無線装置(7)によって、GPS装置(5)に送信されるので、両距離差は、GPS装置(5)によって処理するのに利用できる。当業者に全くよく知られているように、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)を計算する際、大気の妨害、衛星のミスポジション(misposition)および衛星のクロックの誤差によって起こる誤差の影響を少なくするため、GPS装置(5)は、一般に下記二重距離差ddpi(二重距離差の観測値)を計算する。
Figure 0005520360
当然、これら二重距離差は、GPS装置(5)と(5b)各々に同時に見えるこれら衛星についてのみ計算できる。
GPSアンテナ(3)と(3b)は、互いに極めて近くに位置していること(例えば1…10 km)が多いので、受信機(5)と(5b)に対する、大気が起こす誤差の大部分の影響は、同じなので、距離差から除かれる。その後、GPSアンテナ(3)の位置(4)が距離差ddpiを使って計算されるので、計算に対する誤差の影響は減少する。しかし、考察された上記方法は、誤差を,完全に除くわけではなく、GPSアンテナ(3)の計算された位置(4)は、それにもかかわらず、真の位置(4')から数メートル離れている(図3)。
従来の技術によれば、位置データ(4)はGPS装置(5)内で計算され、この装置は、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)を、例えば標準化「GPGGA」メッセージの形態で最終利用者に出力する。GPSアンテナ(3)の位置データ(4)は、角地理座標(angular geographical coordinate)(緯度、経度)および地表からの標高(高さ)で表される。しかし、これらの座標は、公知の式によって、xyz座標の直交セットに変換できる。
従来技術のステージC(図2A)において、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)が最後に測定されたとき、この位置データ(4)を、GPSアンテナ(3)の予め分かっている代替え位置(8)と比較する。この比較は、一般にGPSアンテナ(3)の、位置データ(4)と任意の代替えの各位置(8)との間の距離Djを計算することによって行われる(図3)。これらの距離は、下記式：
Figure 0005520360
 (式中、ｘA、ｙAおよびzAはGPSアンテナ(3)の計算された位置(4)の位置座標であり、そしてｘR j、yR jおよびｚR jは特定の選択肢の位置jの座標である)によって計算できる。
これに続いて、選択肢の位置(8)のなかから、GPSアンテナ(3)の計算された位置(4)に最も近い位置、すなわち最小の値Djに対応する位置を選択する。
上記方法の重大な欠点は、ステージBにおいて、衛星(1)の位置データ(2)、距離の測定値(6)および場合によっては距離の測定値(6b)と既知の位置(4b)も、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)に変換するとき、大量の情報が失われることである。GPS受信機(5)は、非常に多数の衛星(1)を見ることができるので、GPSアンテナ(3)の多数の選択肢の位置を計算できるが、実用上の理由のため、GPS受信機(5)は、GPSアンテナ(3)の位置として重量平均タイプの位置(4)を提供するだけである。
ここで、本発明を説明するのに必要な程度に、平均位置(4)の計算について説明する。三つの二重距離差の観測値ddpjおよび衛星の位置を知れば、GPSアンテナ(3)の位置を特異的に計算できることは、専門家にとって明らかなことである。これは、通常、三つの式と三つの未知数を含む、式の線形化セットを解くことによって行なわれる。しかし、観察される衛星(1)の数は、5以上であることが最も多いので、二重距離差の観測値ddpiの数は4以上であり、三つの未知数と4個以上の式を含む、式の線形セットが得られる。従来知られているように、このような式のセットは、一般にいわゆる最小二乗法によって解かれ、二乗レジジュアル(squared residual)の加重合計が最小になるように、GPSアンテナ(3)の位置(4)の値を選択する。
先に述べたように、この平均操作によって大量の原情報が失われる。これによって、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)と代替え位置データ(8)のセットを比較するときに、正しい位置が、予め測定された代替え位置(8)の中から選択されるかどうか高い信頼度で知る方法が無く、それどころか測定値にノイズが含まれているので、間違って、誤った選択肢を選択する可能性があるという状態をもたらすことが多い。
典型的なGPS測定システムを示す。 従来の方法(図2A)と本発明の方法(図2B)の差を示す。 GPSアンテナ(3)の位置を複数の予め知られている代替え位置(8)から選択する(ステージC)従来の方法の操作原理を示す。 GPSアンテナ(3)の位置を複数の予め知られている代替え位置(8)から選択する本発明の新方法の操作原理を示す。 一般的な構成のコンテナヤード(14)を示す。 簡略化された配置構成の端末オペレーティングシステム(TOS)(18)を示す。 コンテナ(12)を取り上げまたは下ろす工程で位置決めを行なうGPSの作動を示す。
発明の説明
本発明の新規な方法は、上記欠点を除くため、複数の、予め決定された選択肢の位置(8)から正しい選択肢位置を選択する方法であって、新しい異なったステージDとステージEを実行することによってステージBとステージCを取り替えたステップを含んでいる(図2)。その結果、有害な中間ステージB全体が除かれる。
本発明の方法は、従来法と同様に、ステージAを実行するステップを含み(図2B)、すなわち、GPS受信機(5)が衛星(1)の位置(2)を決定し次いで衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離データ(6)を測定する。
続いてステージDに進み、このステージは、各衛星(1)の位置データと、GPSアンテナ(3)の各選択肢の位置(8)との間の理論的距離SR ij(10)を決定するステップを含んでいる(図4)。この理論的距離は、例えば下記式：
Figure 0005520360
 (式中、xS i、yS iおよびｚS iは衛星iの位置座標であり、およびxR j、yRjおよびｚR jはGPSアンテナ(3)の特定の代替え位置j(8)の座標である)によって計算できる。
従来のGPS受信機(5)は、GPSアンテナ(3)の代替え位置(8)を知らされないので、ステージDを実施しないかまたは実施できないことには注目すべきである。従来のGPS受信機(5)は、複数の、可能性のある代替え位置(8)を全く知らずに、GPSアンテナ(3)の位置(4)を決定する。
最後に、本発明の一用途によって、ステージE(図2B)は、首尾一貫して、理論的距離(10)を距離の測定値(6)と比較するステップを含んでいる。上記のように、距離データ(6)から距離差dpiを計算するほうが賢明である。したがって、この比較ができるように、dpiの値を計算するプロセス中と同じ基準衛星i=rを使って、それぞれの理論的距離差dSR ijすなわち
Figure 0005520360
 を計算する。
これに続いて、各代替え位置j(8)について、エラーサム(error sum)σj(11)を測定する。この値は、各種衛星の理論的距離(10)が距離測定値(6)といかによく合致しているかを示す。その適合性を測定するため、例えば、以下のエラーサムσj(11)(図4)すなわち
Figure 0005520360
 (式中、dpi Rは、先に測定したように、GPS装置(5)によって計算された距離差であり、そしてwiは加重係数である)を利用することができ、その結果、衛星iの測定の信頼性を所望どおりに示すことができる。最後に、代替え位置(8)の中の一つ、すなわちエラーサム(11)が最小の選択肢位置が選択される。
さらに、この方法は、別の第二GPS装置(5b)と、この装置に接続されて予め知られている固定位置(4b)に配置された第二GPSアンテナ(3b)とを使って、その精度を改善できる。この場合、本発明の方法は、衛星(1)と静止GPSアンテナ(3b)の間の距離の測定値(6b)、および衛星(1)と静止GPSアンテナ(3b)の間の理論的距離(10b)も計算することによって、静止GPSアンテナ(3b)の位置データ(4b)のセットを利用するステップも含んでいる(図4)。
この理論的距離は、各衛星(1)について、例えば、下記式：
Figure 0005520360
 （式中、xS i、yS iおよびｚS iは衛星iの位置座標であり、ならびにｘB、yBおよびｚBはGPS装置(5b)のアンテナ(3b)の位置(4b)を表す）によって計算できる。
次に、首尾一貫して、理論的距離(10)および(10b)と実測距離(6)および(6b)とを比較する。データ(6b)および(4b)のセットは、やはり無線装置(7)によって、GPS装置(5b)から本発明の新しい装置に送信できる。なおその新装置はGPS装置(5)に相当し、本発明に記載されているような計算値および代替え位置(8)全部の地理的情報を含む特定のマップデータベースを提供されている。GPSアンテナ(3)の各選択肢の位置jについて、それぞれのエラーサムσj(11)(図4)を、下記数値：
Figure 0005520360
 (式中、ddpiは先に決定したように距離データ(6)と(6a)から計算した二重距離差であり、そしてwiは加重計数であり、衛星iの測定の信頼性を表したいときに利用できる)を計算することによって決定することができる。最後に、代替え位置j(8)のなかの、エラーサムσj(11)の数値が最小のものを選択する。
この新しい方法は、GPSアンテナの位置データ(4)を計算する従来法のステージB、すなわち利用できる大量の情報を失わせる不必要で有害な中間ステージを避けることができる。従来技術の方法は、この新しい方法と比べて100倍もの誤りをもたらすことが、実際の試験で観察されており、この新しい方法は優れた利益を提供する。
ここで、コンテナ港または内陸のコンテナターミナルの操作について具体的に述べる。
コンテナ港またはコンテナターミナルでは、コンテナ(12)は、各種のコンテナ運搬機械(13)例えばストラドルキャリヤー、ホークリフトトラックまたは移動式ガントリークレン(RTG、RMG)によって、例えば埠頭クレン、トレイラートラックまたは鉄道車両から、コンテナヤード(14)の貯蔵スロット(このスロットは以後コンテナスロット(15)と呼称する)に移動させる。
コンテナスロットは、一般に、塗装または舗装によって地表にマークされて、その位置は海港に静止している。コンテナヤード(14)内のコンテナスロット(15)は、一般に、コンテナ運搬機械(13)がコンテナの間でできるだけ容易に作動できるように、長方形にてロウズアンドベイズ(rows and bays)で設置されている(図5)。
コンテナスロット(15)は、2個のコンテナ(特にストラドルキャリヤー)から一般に6個までのコンテナ(特に移動式ガントリークレン)を互いに積重ねて、多数のコンテナ(12)を収容できる。積荷を降ろした空のコンテナ、したがって軽重量のコンテナ(12)は、8個までのコンテナ(特にホークリフト)を積重ねることができる。
また特定のコンテナ(12)が必要なとき、コンテナ運搬機械(13)は、個々に、コンテナ(12)を、コンテナヤード(14)のコンテナスロット(15)から取り出して、埠頭クレン、トレイラートラックまたは鉄道車両まで運ぶ。どのコンテナ(12)も、該当するコンテナを他のすべてのコンテナと区別する特定の識別コード(19)をもっている。
当業者にとって全く明らかなように、各コンテナスロット(15)の中心の地表上の位置(16)は、海港領域内の座標の任意に選択されたセットに、例えばm単位でxyz座標として(または高さのデータが不要の場合、単にxy座標として)表すことができる。次に分かりやすくするため、そのz座標は、局所の地表に垂直に上方を指しているとする。コンテナスロット(15)の位置(16)の高さの座標(z)は、海港内の、地表の起伏から生じる変化を知ることが必要な場合はいつでも、必要である。次に以下の記号を使用する。
(16xy)=z座標無しの、コンテナスロットの水平位置のデータ、および
(16)=コンテナスロットの完全三次元位置のデータ
すべての選択肢のコンテナスロット(15)を表す地理的位置データ(16)は、特定のマップデータベース(17)に記憶させることができる(図5)。コンテナ運搬機械(13)が、コンテナ(12)を特定のコンテナスロット(15)まで運ぶと、このコンテナの位置は、海港ターミナルの情報システム(18) (TOS=端末オペレーティングシステム)のメモリに記憶されるので、その後、その特定のコンテナは、迅速に位置を見つけて、取り上げることができる。従来技術から分かるように、これは、例えば、コンテナ識別子(19)とともに、コンテナ(12)が置かれている特定のコンテナスロット(15)を表す位置データ(16)を、海港ターミナルの情報システム(18)に記憶させることによって実行できる(図6)。情報システム(18)に記憶されているものは、実際には、数の地理的位置データ(16)ではなく、代わりにコンテナスロット(15)の具体的名称であることが多いが、この具体名は、例えば表によって、コンテナスロットの位置データ(16)から直接決定することができる。
本発明の目的は、コンテナ(12)を置くかまたは取り上げる特定のコンテナスロット(15a)を決定することによる従来知られている方法より優れた方法である。コンテナスロットの位置を高い信頼性で見つける性能は、端末情報システム(18)にとって、誤った情報を提供されないようにするために重要であり、この誤った情報によって、最悪の場合、コンテナ(12)を置き間違えて探すのに時間を浪費することがある。特に、船舶に積み込む工程では、海港のオペレーションは効率がよく完璧な方法で進めねばならない。
コンテナ(12)を置くか又は取り上げるために特定のコンテナスロット(15a)を決定するため、コンテナ運搬機械(13)は、この運搬機械(13)の位置を測定するGPS受信装置(5)のみならず特殊衛星位置決めアンテナすなわちGPSアンテナ(3)を備えていてもよい(図7)ことは、従来知られている。GPSアンテナ(3)が、スプレッダーの中心の頂部に正確に配置され、その結果、GPSアンテナ(3)の位置の水平xy座標が、運ばれたコンテナ(12)の中心の水平xy座標と一致することが一般的な目的である。以後、以下の記号を使用する。
(4xy)= GPSアンテナの、z座標無しの水平位置データ、および
(4)=GPSアンテナの完全な三次元位置データ
従来技術によって知られているように、コンテナ運搬機械(13)のスプレッダーに含まれているいわゆるコンテナのツイストロックがリリースされると、コンテナ(12)は、予め定められたコンテナスロット(15)の一つに残されると考えられる。同時に、GPS受信機(5)によって計算されたGPSアンテナ(3)の位置データ(4)を読取ることによって、その位置データ(4)の水平座標(4xy)は、コンテナヤード内に置かれたコンテナ(12)の水平位置と全く正確に一致すると考えられる。
コンテナ運搬機械(13)のスプレッダーに含まれているいわゆるコンテナのツイストロックが閉じると、個々に、コンテナ(12)は予め定められたコンテナダイアモンド(15)から取り上げられると考えられる。同時に、GPS受信機(5)によって計算されたGPSアンテナ(3)の位置データ(4)を読取ることによって、その位置データ(4)の水平座標(4xy)は、コンテナヤード内の取り上げられたコンテナ(12)の水平位置と全く正確に一致すると考えられる。
従来技術の場合、続いて、前記GPSアンテナの測定された水平位置(4xy)を、マップデータベース(17)の可能性のあるすべてのコンテナスロット(15)の水平位置(16xy)と比較し、この比較結果を、座標(16xy)がGPS装置(5)によって測定された位置(4xy)に最も近いコンテナスロット(15)を選択するベースとして利用する。
GPSアンテナ(3)が、何らかの理由で、スプレッダーの中心の上に直接配置することができない場合は、従来知られているように、コンテナ運搬機械(13)の方向(特にヘッディング)が、取り上げられるときに分かっている限り、取上げまたは積下ろしのときのコンテナ(12)の中心の推定位置を間接的に計算できる。
GPS受信機(5)が測定した信号が妨害要素やノイズを含み、その結果、GPS受信機(5)が計算したGPSアンテナ(3)の位置データ(4)が、GPSアンテナ(3)の真の位置(4')と必ずしも一致しないことは、広く知られている重大問題である。このため、選択したコンテナスロット(15)が結局、正しいコンテナスロット(15a)ではなく、正しくない隣のコンテナスロット(15b)であることが最も多く、これがあいにく一般的である。その結果、情報システム(18)は間違ったコンテナスロット(15b)を知らされる。ここで提案される本発明は、正しいコンテナスロット(15a)を識別する際の信頼度が実質的に改善されているので、従来技術に存在する重大な問題は除かれている。
ここで、特にコンテナポートの用途における、従来の方法と本発明の方法の差について述べる。
正しいコンテナスロット(15)を識別するための従来のGPS位置決め法は、以下の原理で進行する。すなわち、ステージAにおいて、先に説明したように、GPS受信機(5)は、衛星(1)の位置(2)を決定し、およびその衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離データ(6)を測定する。
ステージBにおいて、衛星(1)の位置データ(2)および衛星(1)とGPSアンテナ(３）の間の距離測定値(6)を利用して、GPSアンテナ(３)の位置データ(4)を計算する。GPSアンテナ(３）の位置データ(4)の測定精度を改善するため、従来技術で知られているように、第二GPS装置(5b)と第二GPSアンテナ(３b)も利用する方が好ましく、なお第二GPSアンテナ(３b)は、さきに述べたような従来知られている静止位置(4b)に配置されている。
GPSアンテナ(３)の位置データ(4)は、決定されると、ステージCにおいて、コンテナヤード(14)内のコンテナスロット(15)の位置データ(16)と比較される。この比較は、通常、水平位置データ(4xy)と(16xy)のセットを互いに比較することだけで行なわれる。続いて、位置データ(16xy)がGPSアンテナ(３)の前記位置データ(4xy)に最も近い、コンテナスロット(15)の内の特定の一つを選択する。したがって、この決定は、コンテナスロット(15)の位置データ(16xy)とGPSアンテナ(3)の位置データ(4xy)の間の距離に基づいて行なわれる。
上記従来法の重大な欠点は、ステージBにおいて、衛星(1)の位置データ(2)、距離測定値(6)と恐らく距離測定値(6b)も、および既知の位置(4b)が、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)に変換されて、多くの情報が失われることである。その結果、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)とコンテナスロット(15)の位置データ(16)を比較する工程では、正しいコンテナスロット(15a)が選択されるかどうか、または間違ったコンテナスロット(15b)が、測定値に含まれているノイズのため、誤って選択されるかどうかを高い確実性で知る方法がないことが多い。
この欠点を除くため、正しいコンテナスロット(15)を識別するため、ステージAに続いて、あらゆる衛星(1)の位置データ(2)とあらゆる選択肢のコンテナスロット(15)の位置データ(16)を表すGPSアンテナ(3)の位置(16＊)との間の理論的距離を測定するステップを含むステージD(図7)を実行する新規な発明を提案するものである。その目的は、コンテナ運搬機械(13)に搭載されたGPSアンテナ(3)が地表から標準の高さ(H)で停止して、コンテナダイアモンド(15)の位置データ(16)(x,y,z)に整合するGPSアンテナ(3)の位置データ(16＊)が(x,y,z+H)であるように設置することである。
続いて、ステージEにおいて、先に述べたように、首尾一貫して、理論的距離(10)を距離の測定値(6)と比較する。最後に、選択されるコンテナスロット(15)は、エラーサムが最小のスロットである。
方法の精度を改善するため、上記静止GPSアンテナ(3b)のみならず別の第二GPS装置(5b)を採用することも望ましい。
この方法は、従来の方法のステージB、すなわち大量の利用可能な情報を失わせる不必要でかつ有害な中間ステージである、GPSアンテナの位置データ(4)を計算するステージを除くことができる。
システムを性能について実用試験を行なうとき、より劣った標準の従来知られている方法、すなわち本発明の方法と上記エラーサム(11)使う代わりに、コンテナダイアモンドを、GPSアンテナ(3)の計算された位置(4)に基づいて選択する方法を利用すると、従来技術の方法が行なう誤りの数は、本発明の方法の場合の100倍にも達することが分かる。
従来の市販されているGPS受信機(5)が、例外なく、GPSアンテナ(3)の位置データ(4)を計算し、次いでこの情報を、装置の最終利用者に出力して、各種の位置決めの用途に利用されていることから、本発明の方法は、新規でかつ独創的である。従来知られているコンテナの位置決めシステムはすべて、上記のようにして得られたGPSアンテナ(3)の位置データ(4)を利用してコンテナを選択している。
本発明の方法は、以下の理由から独創的である。すなわち、コンテナの位置決めシステムは、15年を超えて活用されているが、そのシステムは、本発明の方法が正しいコンテナスロット(15a)を識別する際の信頼度を100倍も改善しているにもかかわらず、いまだ本発明の提案する方法に従って実行されていないからである。また本発明の方法は、以下の理由からも独創的である。すなわち、所望の場合、幾つもの市販されているGPS受信機(5)も、最終利用者に、距離の実測値(6)のみならず衛星(1)の位置データ(2)も出力して、本発明のシステムを実行することになんら技術上の障害が無く、唯一の障害は、誰も、いままで、本発明を提供していないからである。
（図面のリスト）
図1は典型的なGPS測定システムを示し、このシステムでは、従来のGPS装置(5)が、衛星(1)からGPSアンテナ(3)までの距離(6)を測定することによって、GPSアンテナ(3)の位置(4)を決定する。精度を改善するため、既知の静止位置(4b)に配置されたGPSアンテナ(3b)を有する第二GPS受信機(5b)も使用することが多い。また、このGPS受信機(5b)は、衛星(1)からGPSアンテナ(3b)までの距離(6b)を測定するのに使用される。このGPS受信機(5b)は、一般に、無線装置(7)を使って、情報(6b)と(4b)のセットを受信機(5)に送信する。また、これらGPS装置は、衛星(1)の位置(2)も決定できる。
図2は、従来の方法(図2A)と本発明の方法(図2B)の差を示す。両方法ともに、ステージAにおいて、衛星(1)の位置(2)を決定しおよび衛星(1)とGPSアンテナ(3)の間の距離(6b)を測定する。精度を改善するために、両方法ともに衛星(1)と静止GPSアンテナ(3)の間の距離(6b)を測定することができるが、その情報を利用するには、GPSアンテナ(3b)の静止位置(4b)も知る必要がある。
図2Aにおける従来の方法のステージBはGPSアンテナ(3)の位置(4)を計算する。このステージBでは、大量の測定情報が失われ、これが原因で、従来技術の方法の性能が不十分であることが多い。その後、従来の方法は、ステージCで、GPSアンテナ(3)の位置を、複数の予め知られている代替え位置(8)から選択する。
図２Bにおける本発明の新方法のステージDは、GPSアンテナ(3)の各代替え位置(8)までの理論的距離(10)、および場合によっては精度を改善するため衛星(1)までの距離(10b)も計算する。
その後、ステージEで、本発明の新方法は、前記理論的距離(10)および場合によっては(10b)と、距離の測定値(6)および場合によっては(6b)とを比較することによって、複数の予め知られている代替え位置(8)からGPSアンテナ(3)の位置を選択する。
図3は、GPSアンテナ(3)の位置を複数の予め知られている代替え位置(8)から選択する(ステージC)従来の方法の操作原理を示す。この従来の方法は、GPSアンテナ(3)の計算された位置(xA,yA,zA)(4)から各代替え位置(xR j,yR j,zR j)(8)までの距離Dj(9)を計算するステップを含んでいる。最後に、対応する距離Dj(9)が最も短い位置(8)が選択される。GPSアンテナ(3)の計算された位置(4)は、GPSアンテナ(3)の真の位置(4')と必ずしも一致しないが、これは、従来の方法が誤った位置(8)を選択することが多い原因である。
図4は、GPSアンテナ(3)の位置を複数の予め知られている代替え位置(8)から選択する本発明の新方法の操作原理を示す。本発明の新方法は、ステージDにおいて、衛星(1)の位置(xS i,yS i,zS i)(2)からGPSアンテナ(3)の各代替え位置(xR j,yR j,zR j)(8)までの理論的距離SRij(10)を計算する。精度を改善するため、衛星(1)の位置(2)から、静止搭載されたGPSアンテナ(3b)の位置(xB,yB,zB)(4b)までの距離SB i(10b)を計算することもできる。ステージEは、GPSアンテナ(3)の各代替え位置(8)のエラーサムσj (11)を計算するステップを含み、この値は、理論的距離(11)と場合によっては(11b)が、距離の実測値(6)と場合によっては(6b)といかによく合致するかを示す。最後に、該当するエラーサムσj (11)が最小である位置(8)が選択される。
図5は一般的な構成のコンテナヤード(14)を示し、コンテナスロット(15)がロウズアンドベイズに並べられている。各コンテナスロット(15)の中心は、その座標(16)を、マップデータベース(17)に記憶された地表上に有している。
図6は、簡略化された配置構成の端末オペレーティングシステム(TOS)(18)を示す。このシステムは、コンテナ(12)の実時間位置データ(16)またはデータ(16)もしくは(15)から誘導できる具体名のみならずコンテナ(12)の識別子(19)を、現在、端末内に記憶している。
図7は、コンテナ(12)を取り上げまたは下ろす工程で位置決めを行なうGPSの作動を示す。コンテナ(12)が、コンテナ運搬機械(13)によって、取り上げられたりまたは下ろされるとき、GPSアンテナ(3)の位置(4)は従来技術と同様にして測定される。前記位置(4)は、そのxy座標(4xy)が、対応するコンテナスロット(15a)の中心のxy座標(16xy)に一致すると考えられる。しかし、重大な誤りが、GPS計算時にアンテナ(3)の位置(4)を測定するとき起こると、誤って間違ったコンテナスロット(15b)を選択する危険がある。
新規な本発明のシステムは、コンテナを取り上げるかまたはコンテナを下ろす工程でGPSアンテナ(3)が、コンテナスロット(15a)の中心の上方に極めて正確に配置されると考えられる。この場合、この新しいシステムは、GPSアンテナ(3)が地表レベルから高さHの位置に位置しているとみなすことによって、コンテナスロット(15)の中心(16)と一致するGPSアンテナ(3)の理論的位置(16＊)を計算する。

Claims (9)

  1. GPSアンテナ(3)の位置を決めるシステムであって、GPSアンテナ(3)と、GPSアンテナ(3)が接続されるGPS装置(5)とを備え、
    前記GPS装置は、GPS衛星(1) についての位置データ(2)を決定してGPS衛星(1)とGPSアンテナ(3)との間の距離を測定するように構成された手段を備え、
    GPS装置(5)はさらに、
    複数の予め知られている代替え位置(8)を記憶するように構成された手段と、
    前記複数の予め知られている代替え位置(8)からGPSアンテナ(3)の正しい位置を選択するように構成された手段とを備え、
    前記選択を実行するために、GPS装置(5)はさらに、
    GPS衛星(1)と前記代替え位置(8)の間の理論的距離(10)を、GPS衛星(1)の位置データ(2)および前記代替え位置(8)の位置データに基づいて決定するように構成された手段と、
    決定された理論的距離(10)を、GPS装置(5)によって測定されたGPS衛星(1)とGPSアンテナ(3)との間の距離と比較するように構成された手段と
    を備えることを特徴とするシステム。
  2. 既知の固定位置に設置された第2の静止搭載GPSアンテナ(3b)と、GPS衛星(1)と第2GPSアンテナ(3b)間の距離測定値および第2GPSアンテナ(3b)用の位置データ(4b)をGPS装置(5)へ送信する第2GPS装置(5b)とを、信頼性を改善するために利用するシステムであって、GPSアンテナ(3)の正しい位置を選択するために、GPS装置(5)はさらに、GPS衛星(1)の位置データ(2)と第2GPSアンテナ(3b)の位置データ(4b)とに基づいてGPS衛星(1)と第2GPSアンテナ(3b)との間の理論的距離(10b)を決定するように構成された手段と、整合性のために理論的距離(10と10b)を実測距離(6と6b)と比較するように構成された手段と、理論的距離用と実測距離用の二重距離差のデータを構築するように構成された手段を備えることを特徴とする請求項1記載のシステム。
  3. GPSアンテナ(3)の正しい位置を選択するため、GPS装置(5)が、前記決定された理論的距離(10と10b)を、GPS装置によって測定された、GPS衛星(1)とGPSアンテナ(3)との間およびGPS衛星(1)と第2GPSアンテナ(3b)との間の距離と比較することを特徴とする請求項2に記載のシステム。
  4. GPSアンテナ(3)が、コンテナまたは他の一般的貨物を運ぶ車両に搭載されたことを特徴とする請求項1-3のいずれか一項に記載のシステム。
  5. GPS装置(5)に接続されたGPSアンテナ(3)の正しい位置が複数の予め知られた代替え位置(8)から選択される方法であって、GPS衛星(1) についての位置データ(2)を決定し、GPS衛星(1)とGPSアンテナ(3)との間の距離を測定する工程を備え、複数の予め知られた代替え位置がGPS装置(5)に設けられた記憶手段に記憶され、アンテナ(3)の正確な位置を選択するために、GPS衛星(1)と記憶された代替え位置(8)との間の理論的距離(10)がGPS衛星(1)の位置データおよび記憶された代替え位置(8)の位置データに基づいて決定され、決定された理論的距離(10)がGPS衛星(1)とGPSアンテナ(3)との間の、GPS装置(5)によって測定された距離(6)と比較されることを特徴とする方法。
  6. 信頼性を改善するために、予め知られた固定位置に設置された第2の静止搭載されたGPSアンテナ(3b)および第2GPS装置(5b)を使用し、GPS衛星(1)と第2GPSアンテナ(3b)との間の距離測定値および第2GPSアンテナ(3b)用位置データ(4b)をGPS装置(5)へ送信し、GPSアンテナ(3)の正しい位置を選択するために、GPS衛星(1)の位置データ(2)および第2GPSアンテナ(3b)の位置データ(4b)に基づいてGPS衛星(1)と第2GPSアンテナ(3b)との間の理論的距離(10b)を決定し、整合性のために、理論的距離(10と10b)を実測距離(6と6b)と比較し、理論的距離用と実測距離用の二重距離差のデータを構築する工程を備えることを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. GPSアンテナ(3)の正しい位置を選択するため、前記決定された理論的距離(10と10b)を、GPS装置によって測定された、GPS衛星(1)とGPSアンテナ(3)との間およびGPS衛星(1)と第2GPSアンテナ(3b)との間の距離と比較することを特徴とする請求項6に記載の方法。
  8. コンテナまたは他の一般貨物用の貯蔵スロットを正しく識別するために使用することを特徴とする請求項5-7のいずれか一項に記載の方法。
  9. GPSアンテナ(3)を、コンテナまたは他の一般貨物を運ぶ車両に搭載して、作動させることを特徴とする請求項8に記載の方法。
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