JP6501437B1 - Satellite positioning system and satellite positioning method - Google Patents

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Abstract

【課題】衛星測位の初期化を短時間に高精度で実行する。
【解決手段】衛星測位システムでは、視覚マーカの位置及び姿勢が決定されている。移動体は、視覚マーカ検出部と、測位信号を受信する信号受信部と、視覚マーカの位置及び姿勢が格納された記憶部とを有する。移動体は、視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて衛星測位における初期化処理を実行した後、測位信号に基づいて衛星測位を実行する演算部を有し、演算部は、視覚マーカ検出部によって検出された視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて、複数の観測点における移動体の地球固定座標系における推定位置を算出する。演算部は、衛星測位によって複数の観測点における移動体の地球固定座標系における測位位置を算出し、演算部は、複数の観測点における推定位置を繋いだ移動軌跡と、複数の観測点における測位位置を繋いだ移動軌跡とに基づいて、視覚マーカの姿勢の変化量を算出する。
【選択図】図1
To execute initialization of satellite positioning in a short time with high accuracy.
In a satellite positioning system, the position and attitude of a visual marker are determined. The movable body includes a visual marker detection unit, a signal reception unit that receives a positioning signal, and a storage unit in which the position and orientation of the visual marker are stored. The mobile body has an operation unit that executes satellite positioning based on the positioning signal after performing initialization processing in satellite positioning based on the position and orientation of the visual marker, and the operation unit is detected by the visual marker detection unit Based on the position and attitude of the visual marker, the estimated position of the moving body at a plurality of observation points in the earth fixed coordinate system is calculated. The operation unit calculates the positioning position of the moving object at a plurality of observation points in the earth fixed coordinate system by satellite positioning, and the operation unit measures movement trajectories connecting estimated positions at a plurality of observation points and positioning at a plurality of observation points The amount of change in the posture of the visual marker is calculated based on the movement locus connecting the positions.
[Selected figure] Figure 1

Description

本発明は、人工衛星を利用した衛星測位システム及び衛星測位方法に関する。   The present invention relates to a satellite positioning system and a satellite positioning method using a satellite.

衛星測位方法には、単独搬送波位相測位(Precise Point Positioning, PPP)や、PPPにおいて搬送波位相バイアスの整数解を求めることで精度の向上を図ったPPP−AR(Precise Point Positioning-Ambiguity Resolution)がある。これらの測位には、初期化が完了し、充分な測位精度が得られるまでに数10分程度の時間がかかるという課題があった。   Satellite positioning methods include single carrier phase positioning (Precise Point Positioning (PPP)) and PPP-AR (Precise Point Positioning-Ambiguity Resolution) that improves the accuracy by finding an integer solution of carrier phase bias in PPP. . These positionings have a problem that it takes about several tens of minutes until initialization is completed and sufficient positioning accuracy is obtained.

これに対して、地球固定座標系における位置が既知である点に視覚マーカを設置し、この視覚マーカを移動体に搭載したカメラで撮影し、この撮影で得られた移動体の推定位置を初期化に利用することで、PPPまたはPPP−ARの初期化時間を大幅に減少させる手法がある(例えば、特許文献1参照)。そして、短時間で充分な測位精度を得る初期化を行うには、視覚マーカの地球固定座標系における位置及び姿勢に関する情報を精密且つ正確に移動体が保持している必要がある。   On the other hand, a visual marker is placed at a point where the position in the earth fixed coordinate system is known, and this visual marker is photographed by a camera mounted on a moving object, and the estimated position of the moving object obtained by this photographing is initial There is a method of significantly reducing the initialization time of PPP or PPP-AR by utilizing it (see, for example, Patent Document 1). Then, in order to perform initialization for obtaining sufficient positioning accuracy in a short time, it is necessary for the moving object to accurately and accurately hold information on the position and orientation of the visual marker in the earth fixed coordinate system.

特開2018−009959号公報JP 2018-009959 A

しかしながら、移動体が視覚マーカの地球固定座標系における位置及び姿勢に関する情報を精密且つ正確に保持していても、視覚マーカが何らかの要因で元の状態から動いてしまうと、移動体が保持している位置または姿勢に関する情報が真の値からずれることになる。このような場合、初期化を短時間で充分な測位精度で実行できなくなる場合がある。   However, even if the moving object precisely and accurately holds information on the position and orientation of the visual marker in the earth fixed coordinate system, if the visual marker moves from the original state for some reason, the moving object is The information about the position or attitude will deviate from the true value. In such a case, initialization may not be performed with sufficient positioning accuracy in a short time.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、衛星測位の初期化を短時間に高精度で実行する衛星測位システム及び衛星測位方法を提供することにある。   In view of the circumstances as described above, it is an object of the present invention to provide a satellite positioning system and a satellite positioning method that execute satellite positioning initialization with high accuracy in a short time.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る衛星測位システムは、視覚マーカと、移動体とを具備する。
視覚マーカにおいては、地球固定座標系における位置及び姿勢が決定されている。
移動体は、視覚マーカを検出する視覚マーカ検出部と、人工衛星から測位信号を受信する信号受信部と、視覚マーカの位置及び姿勢に関する情報が格納された記憶部と、を有する。さらに、移動体は、視覚マーカ検出部によって検出された視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて衛星測位における初期化処理を実行した後、測位信号に基づいて地球固定座標系における衛星測位を実行する演算部を有する。
演算部は、視覚マーカ検出部によって検出された視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて、複数の観測点における移動体の地球固定座標系における推定位置を算出する。
演算部は、衛星測位によって複数の観測点における移動体の地球固定座標系における測位位置を算出する。
演算部は、複数の観測点における推定位置を繋いだ第1移動軌跡と、複数の観測点における測位位置を繋いだ第2移動軌跡とに基づいて、視覚マーカの姿勢の変化量を算出する。
In order to achieve the above object, a satellite positioning system according to an aspect of the present invention comprises a visual marker and a mobile body.
In the visual marker, the position and attitude in the earth fixed coordinate system are determined.
The movable body has a visual marker detection unit that detects a visual marker, a signal reception unit that receives a positioning signal from an artificial satellite, and a storage unit in which information on the position and orientation of the visual marker is stored. Furthermore, the mobile body performs initialization processing in satellite positioning based on the position and orientation of the visual marker detected by the visual marker detection unit, and then performs satellite positioning in the earth fixed coordinate system based on the positioning signal Have a department.
The calculation unit calculates an estimated position in the earth fixed coordinate system of the moving object at a plurality of observation points based on the position and orientation of the visual marker detected by the visual marker detection unit.
The computing unit calculates the positioning position of the mobile in the earth fixed coordinate system at a plurality of observation points by satellite positioning.
The computing unit calculates the amount of change in posture of the visual marker based on a first movement trajectory connecting estimated positions at a plurality of observation points and a second movement trajectory connecting positioning positions at a plurality of observation points.

このような衛星測位システムであれば、複数の観測点における、推定位置及び測位位置を重ねることにより視覚マーカの姿勢の変化量を算出できるので、視覚マーカが元の状態からずれたとしても、姿勢の変化量を補正できる。これにより、衛星測位の初期化をより高い測位精度で実行することができる。   With such a satellite positioning system, since the change amount of the posture of the visual marker can be calculated by overlapping the estimated position and the positioning position at a plurality of observation points, even if the visual marker deviates from the original state, the posture Can correct the change amount of Thereby, initialization of satellite positioning can be performed with higher positioning accuracy.

衛星測位システムにおいては、演算部は、衛星測位の開始点を中心に、第1移動軌跡と、第2移動軌跡とを回転させた場合、複数の観測点中のi番目(0≦i≦N、iは整数、0番目は観測開始点、N番目は観測終点)の観測点における測位位置と、i番目の観測点における推定位置との差の二乗を複数の観測点について足し合わせた和が最小二乗法によって最小となるような回転量を視覚マーカの姿勢の変化量としてもよい。   In the satellite positioning system, when the operation unit rotates the first movement trajectory and the second movement trajectory around the satellite positioning start point, the i-th (0 ≦ i ≦ N) among the plurality of observation points , I is an integer, the 0th is the observation start point, the Nth is the observation end point, and the sum of the squares of the differences between the positioning position at the observation point and the estimated position at the i-th observation point The amount of rotation that is minimized by the least squares method may be used as the amount of change in posture of the visual marker.

このような衛星測位システムであれば、衛星測位の開始点を中心に、衛星測位された移動体の移動軌跡と、視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて算出された移動体の移動軌跡とを回転させたときに、双方の移動軌跡が略合致したときの回転量を視覚マーカの姿勢のずれとする。この回転量に基づき姿勢の変化量を補正するので、衛星測位の初期化をより高い測位精度で実行することができる。   In such a satellite positioning system, the movement locus of the mobile object subjected to satellite positioning and the movement locus of the mobile object calculated based on the position and orientation of the visual marker are rotated around the satellite positioning start point. The amount of rotation when both movement trajectories substantially coincide with each other is set as the deviation of the posture of the visual marker. Since the amount of change in attitude is corrected based on the amount of rotation, initialization of satellite positioning can be performed with higher positioning accuracy.

衛星測位システムにおいては、視覚マーカの他に、他の視覚マーカをさらに具備してもよい。
演算部は、視覚マーカの前記姿勢の変化量と、他の視覚マーカの姿勢の変化量とを算出されたそれぞれの前記姿勢の変化量を用いて補正した後、視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて算出された移動体の推定位置と、他の視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて算出された移動体の推定位置との差分を算出してもよい。
演算部は、それぞれの姿勢の変化量を比較して、差分を視覚マーカの移動変化量に適用してもよい。
The satellite positioning system may further include other visual markers in addition to the visual markers.
The arithmetic unit corrects the amount of change in the posture of the visual marker and the amount of change in the posture of the other visual marker using the calculated amounts of change in the posture, and then based on the position and the posture of the visual marker. The difference between the estimated position of the moving object calculated as described above and the estimated position of the moving object calculated based on the positions and orientations of the other visual markers may be calculated.
The arithmetic unit may compare the amount of change in posture and apply the difference to the amount of change in movement of the visual marker.

このような衛星測位システムであれば、姿勢の変化量がより大きい方の視覚マーカに対して、視覚マーカに基づいて算出された移動体の推定位置と、他の視覚マーカに基づいて算出された移動体の推定位置との差分が視覚マーカの移動変化量として推定される。これにより、位置が移動した視覚マーカの移動変化量を補正することができ、衛星測位の初期化をより高い測位精度で実行することができる。   In the case of such a satellite positioning system, for the visual marker of which the amount of change in posture is larger, it is calculated based on the estimated position of the moving object calculated based on the visual marker and the other visual markers. The difference from the estimated position of the moving object is estimated as the movement change amount of the visual marker. As a result, it is possible to correct the amount of movement change of the visual marker whose position has moved, and to perform initialization of satellite positioning with higher positioning accuracy.

衛星測位システムにおいては、演算部は、視覚マーカ検出部によって連続的に複数回検出された視覚マーカの位置及び姿勢のデータに基づいて初期化処理を実行してもよい。   In the satellite positioning system, the operation unit may execute the initialization process based on the data of the position and orientation of the visual marker detected a plurality of times consecutively by the visual marker detection unit.

このような 衛星測位システムによれば、初期化処理が視覚マーカ検出部によって複数回検出された視覚マーカの位置及び姿勢のデータに基づいて実行されるので、姿勢の変化量の推定精度が向上する。   According to such a satellite positioning system, the initialization processing is performed based on the data of the position and orientation of the visual marker detected a plurality of times by the visual marker detection unit, so that the estimation accuracy of the amount of change in orientation is improved. .

以上述べたように、本発明によれば、衛星測位の初期化を短時間に高精度で実行する衛星測位システム及び衛星測位方法が提供される。   As described above, according to the present invention, there are provided a satellite positioning system and a satellite positioning method that execute initialization of satellite positioning in a short time with high accuracy.

本実施形態に係る衛星測位システムの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing an example of a satellite positioning system concerning this embodiment. 衛星測位システムにおける視覚マーカの姿勢の変化量を算出する手法を説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the method of computing the amount of change of the posture of the visual marker in a satellite positioning system. 衛星測位システムにおける視覚マーカの姿勢の変化量を算出する手法を説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the method of computing the amount of change of the posture of the visual marker in a satellite positioning system. 衛星測位システムにおける視覚マーカの移動変化量を算出する手法を説明する概要図である。It is a schematic diagram explaining the method of calculating the movement change amount of the visual marker in a satellite positioning system.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、3次元座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, three-dimensional coordinates may be introduced. Moreover, the same code | symbol may be attached | subjected to the member which has the same member or the same function, and after demonstrating the member, description may be abbreviate | omitted suitably.

図1は、本実施形態に係る衛星測位システムの一例を示す概念図である。   FIG. 1 is a conceptual view showing an example of a satellite positioning system according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態に係る衛星測位システム100は、移動体200と、視覚マーカ210とを具備する。移動体200は、車両201と、カメラ202と、GNSSアンテナ203と、記憶部204と、演算部205と、マーカ画像処理部206とを有する。視覚マーカ210は、支持台212に支持される。図1の座標系ECは、地球固定座標系EC、座標系ACは、GNSSアンテナ座標系AC、座標系CCは、カメラ座標系CCを意味する。また、移動体200の位置とは、地球固定座標系ECにおけるGNSSアンテナ203の位置とする。また、視覚マーカ210の「姿勢」を定義する場合は、地球固定座標系ECに対する視覚マーカ210に固定された視覚マーカ座標系MCを導入してもよい。   As shown in FIG. 1, the satellite positioning system 100 according to the present embodiment includes a mobile unit 200 and a visual marker 210. The moving body 200 includes a vehicle 201, a camera 202, a GNSS antenna 203, a storage unit 204, an operation unit 205, and a marker image processing unit 206. The visual marker 210 is supported by the support 212. The coordinate system EC in FIG. 1 means the earth fixed coordinate system EC, the coordinate system AC means the GNSS antenna coordinate system AC, and the coordinate system CC means the camera coordinate system CC. Further, the position of the mobile unit 200 is the position of the GNSS antenna 203 in the earth fixed coordinate system EC. Further, when defining the “posture” of the visual marker 210, the visual marker coordinate system MC fixed to the visual marker 210 with respect to the earth fixed coordinate system EC may be introduced.

本実施形態に係る衛星測位システム100の作用を説明する前に、特許文献1記載の先行発明である視覚マーカ210を利用したPPP方式の概要について説明する。   Before describing the operation of the satellite positioning system 100 according to the present embodiment, an outline of a PPP method using a visual marker 210, which is a prior invention described in Patent Document 1, will be described.

衛星測位システム100では、PPP方式における初期化処理が実行された後、移動体200が測位衛星(人工衛星)11、12、13、14のそれぞれから発信される測位信号を受信して、移動体200の位置が高精度に測定される。   In the satellite positioning system 100, the mobile unit 200 receives positioning signals transmitted from the positioning satellites (artificial satellites) 11, 12, 13, and 14 after the initialization process in the PPP method is executed, and the mobile unit 200 The position of 200 is measured with high accuracy.

複数の測位衛星11、12、13、14には、高精度の時計が搭載されている。しかし、時計が刻む時刻には、誤差がある場合があり、また、測位衛星11、12、13、14の軌道にも誤差がある場合がある。さらに、測位衛星11、12、13、14から発せられる測位信号は、移動体200に到達するまでに、電離層及び対流圏を伝搬する。その際に信号が遅延する場合もある。   A plurality of positioning satellites 11, 12, 13, 14 are equipped with high-precision clocks. However, there may be an error in the clock ticks, and there may be an error in the orbits of the positioning satellites 11, 12, 13, 14. Furthermore, the positioning signals emitted from the positioning satellites 11, 12, 13, 14 propagate in the ionosphere and the troposphere before reaching the mobile unit 200. At that time, the signal may be delayed.

PPP方式では、予め、4つ以上の測位衛星から電波を受け、観測結果及びモデルを用い、衛星軌道や衛星時計の誤差、及び電離層や対流圏を通過することによる信号の遅延量や搬送波位相バイアスなど多数のパラメータを推定する初期化処理が行われる。初期化処理は、測位信号に基づき衛星測位を行おうとする移動体200に搭載された演算部205によって実行される。初期化処理が済めば、地球に固定された地球固定座標系ECにおける移動体200の正確な位置について測定することができる。   In the PPP method, radio waves are received in advance from four or more positioning satellites, and observation results and models are used, errors of satellite orbits and satellite clocks, delay of signals by passing through the ionosphere and troposphere, carrier phase bias, etc. An initialization process is performed to estimate a large number of parameters. The initialization process is executed by the computing unit 205 mounted on the mobile unit 200 that is to perform satellite positioning based on the positioning signal. After the initialization process, it is possible to measure the exact position of the mobile unit 200 in the earth fixed coordinate system EC fixed to the earth.

従来から、PPP方式の初期化処理には、数10分〜1時間程度の時間がかかると言われてきた。これは、GNSSアンテナ203の初期の位置推定精度が高くない場合、この位置を含めた測位パラメータの推定を行う際、十分な精度で推定値を求めるために、多量の衛星信号を処理する必要があるためである。   Conventionally, it has been said that it takes about several tens of minutes to one hour for the initialization process of the PPP method. This is because when the initial position estimation accuracy of the GNSS antenna 203 is not high, it is necessary to process a large number of satellite signals in order to obtain estimated values with sufficient accuracy when estimating positioning parameters including this position. It is because there is.

次に、本実施形態の衛星測位システム100の作用を説明する。   Next, the operation of the satellite positioning system 100 of the present embodiment will be described.

本実施形態では、衛星測位システム100に視覚マーカ210(例えば、特許第5842248号公報参照)を組み込む方法(例えば、特開2018−009959号公報参照)を採用することにより、PPP方式における初期化処理を大幅に短縮している。   In this embodiment, an initialization process in the PPP system is adopted by adopting a method (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2018-009959) in which the visual marker 210 (see, for example, Japanese Patent No. 5842248) is incorporated into the satellite positioning system 100. Has been significantly shortened.

例えば、視覚マーカ210の地球固定座標系ECにおける位置及び姿勢を予め精密に決定しておく。   For example, the position and orientation of the visual marker 210 in the earth fixed coordinate system EC are precisely determined in advance.

ここで、予め決定された視覚マーカ210の位置及び姿勢に関するデータは、移動体200の記憶部204に格納されている。該データは、例えば、視覚マーカ210のID番号と対応付けがなされている。移動体200には、さらに、視覚マーカ検出部(例えば、カメラ202)と、測位衛星11、12、13、14から測位信号を受信する信号受信部(例えば、GNSSアンテナ203)とが搭載されている。   Here, data regarding the position and orientation of the visual marker 210 determined in advance is stored in the storage unit 204 of the mobile unit 200. The data is associated with, for example, the ID number of the visual marker 210. Mobile unit 200 further includes a visual marker detection unit (for example, camera 202) and a signal reception unit (for example, GNSS antenna 203) for receiving positioning signals from positioning satellites 11, 12, 13, 14 There is.

カメラ202とGNSSアンテナ203との相対的な位置関係は予め計測されている。次に、移動体200が起動して、カメラ202の視野に視覚マーカ210が入るように移動体200が移動し、カメラ202が視覚マーカ210を検出する。   The relative positional relationship between the camera 202 and the GNSS antenna 203 is measured in advance. Next, the mobile unit 200 is activated, and the mobile unit 200 moves so that the visual marker 210 enters the field of view of the camera 202, and the camera 202 detects the visual marker 210.

視覚マーカ210の正確な位置及び姿勢を予め精密に決定しておくことによって、演算部205は、カメラ202によって検出された視覚マーカ210の位置及び姿勢に基づいて、地球固定座標系ECにおけるGNSSアンテナ203の推定位置を算出する。   By precisely determining in advance the exact position and orientation of the visual marker 210, the computing unit 205 can use the GNSS antenna in the earth fixed coordinate system EC based on the position and orientation of the visual marker 210 detected by the camera 202. The estimated position of 203 is calculated.

例えば、視覚マーカ210は、移動体200に搭載されたカメラ202で撮影され、その画像がマーカ画像処理部206に入力され、マーカ画像処理部206が視覚マーカ210の位置、姿勢、ID等を出力する。演算部205は、マーカ画像処理部206から出力された情報を受けて、移動体200に搭載したプログラムによってカメラ202に対する視覚マーカ210の位置及び姿勢を計算する。なお、マーカ画像処理部206と演算部205とを含めて、総括的に演算部と称してもよい。   For example, the visual marker 210 is photographed by the camera 202 mounted on the movable body 200, the image thereof is input to the marker image processing unit 206, and the marker image processing unit 206 outputs the position, posture, ID and the like of the visual marker 210. Do. The computing unit 205 receives the information output from the marker image processing unit 206, and calculates the position and orientation of the visual marker 210 with respect to the camera 202 by a program mounted on the moving body 200. The marker image processing unit 206 and the calculation unit 205 may be collectively referred to as a calculation unit.

該プログラムによって算出された視覚マーカ210の位置及び姿勢のデータと、予め精密に測定した視覚マーカ210の位置及び姿勢のデータと、カメラ202とGNSSアンテナ203との相対的な位置関係とから、地球固定座標系ECにおけるGNSSアンテナ203の位置及び姿勢(推定位置)を求めることができる。   From the data of the position and orientation of the visual marker 210 calculated by the program, the data of the position and orientation of the visual marker 210 accurately measured in advance, and the relative positional relationship between the camera 202 and the GNSS antenna 203, the earth The position and attitude (estimated position) of the GNSS antenna 203 in the fixed coordinate system EC can be obtained.

ここで、カメラ202が視覚マーカ210の画像を取得するタイミングは、GNSSアンテナ203が測位衛星11、12、13、14からの信号を受信するタイミングと、GNSSアンテナ203から出力される信号をトリガとして同期している。これにより、移動体200が移動しながら撮影した視覚マーカ210から算出した移動体200の位置と、衛星測位によって求められた移動体200の位置との同期をとることができる。   Here, the timing when the camera 202 acquires the image of the visual marker 210 is triggered by the timing when the GNSS antenna 203 receives the signals from the positioning satellites 11, 12, 13, 14 and the signal output from the GNSS antenna 203 as a trigger. Synchronized Thereby, it is possible to synchronize the position of the mobile unit 200 calculated from the visual marker 210 captured while moving the mobile unit 200 with the position of the mobile unit 200 obtained by satellite positioning.

こうして得られたGNSSアンテナ203の位置及び姿勢の推定データがPPP方式の測位パラメータの測定に利用される。例えば、演算部205は、カメラ202によって検出された視覚マーカ210の位置及び姿勢に基づいて衛星測位における初期化処理を実行する。この後、演算部205は、測位信号に基づいてGNSSアンテナ203(移動体200)の地球固定座標系ECにおける測位位置を算出する。   The estimated data of the position and attitude of the GNSS antenna 203 thus obtained is used for measurement of positioning parameters of the PPP method. For example, the computing unit 205 performs initialization processing in satellite positioning based on the position and orientation of the visual marker 210 detected by the camera 202. After that, the computing unit 205 calculates the positioning position of the GNSS antenna 203 (mobile unit 200) in the earth fixed coordinate system EC based on the positioning signal.

このような初期化処理を導入することにより、従来、衛星測位システムの初期化処理で必要とされた衛星信号の情報量が劇的に減り、初期化処理で要される時間が大幅に短縮される。例えば、その時間は、数分程度である。なお、この段階での初期化処理を第1初期化処理とする。初期化処理は、視覚マーカ210の姿勢に変化がない場合、この段階で完了する。   By introducing such an initialization process, the amount of information of the satellite signal conventionally required for the initialization process of the satellite positioning system is dramatically reduced, and the time required for the initialization process is significantly reduced. Ru. For example, the time is about several minutes. The initialization process at this stage is referred to as a first initialization process. The initialization process is completed at this stage if there is no change in the posture of the visual marker 210.

しかしながら、視覚マーカ210の姿勢は、何らかの要因(例えば、環境変化、自然災害等)で予め精密に決定された状態からずれる場合がある。このような場合には、視覚マーカ210の姿勢の真の値と、衛星測位システム100が算出した視覚マーカ210の姿勢の値とに差異が生まれ、初期化処理が失敗する可能性がある。例えば、並進方向に30mm程度、回転方向に0.1度程度の誤差があっても、初期化処理が失敗する可能性がある。なお、予め精密に決定された状態を「元の状態」と呼ぶ。   However, the posture of the visual marker 210 may deviate from the state which has been precisely determined in advance by some factor (eg, environmental change, natural disaster, etc.). In such a case, a difference is generated between the true value of the attitude of the visual marker 210 and the value of the attitude of the visual marker 210 calculated by the satellite positioning system 100, and the initialization process may fail. For example, even if there is an error of about 30 mm in the translational direction and about 0.1 degree in the rotational direction, the initialization process may fail. Note that the state determined precisely in advance is called the "original state".

特許文献1(特開2018−009959号公報)では、視覚マーカ210の姿勢に関して、衛星測位システムが算出した値と、視覚マーカ210の姿勢の真の値とに差異があるか否かを判定する手法が提案されている。しかし、この手法では、視覚マーカ210の姿勢の変化量の推定には言及されていない。さらに、視覚マーカ210を設置した位置の変化量の推定にも言及されていない。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-009959), it is determined whether or not there is a difference between the value calculated by the satellite positioning system and the true value of the attitude of the visual marker 210 regarding the attitude of the visual marker 210. An approach has been proposed. However, in this method, the estimation of the amount of change in posture of the visual marker 210 is not mentioned. Furthermore, no reference is made to the estimation of the amount of change in the position at which the visual marker 210 is placed.

これに対して、本実施形態に係る衛星測位システム100においては、演算部205がカメラ202によって検出された視覚マーカ210の位置及び姿勢に基づいて、複数の観測点における移動体200の地球固定座標系ECにおける推定位置を算出する。次に、演算部205は、衛星測位によって複数の観測点における移動体200の地球固定座標系ECにおける測位位置を算出する。そして、複数の観測点における、推定位置と、測位位置とに基づいて、演算部205が視覚マーカ210の姿勢の変化量を算出する。   On the other hand, in the satellite positioning system 100 according to the present embodiment, the earth fixed coordinates of the mobile object 200 at a plurality of observation points based on the position and orientation of the visual marker 210 detected by the camera 202 by the operation unit 205 Calculate the estimated position in the system EC. Next, the computing unit 205 calculates the positioning position in the earth fixed coordinate system EC of the mobile object 200 at a plurality of observation points by satellite positioning. Then, the calculation unit 205 calculates the amount of change in the attitude of the visual marker 210 based on the estimated positions and the measured positions at a plurality of observation points.

さらに、本実施形態に係る衛星測位システム100においては、2つの視覚マーカ210を利用して、2つの視覚マーカ210のいずれかの姿勢の変化量から、演算部205が視覚マーカ210の移動変化量を推定する。   Furthermore, in the satellite positioning system 100 according to the present embodiment, using the two visual markers 210, the operation unit 205 calculates the movement change amount of the visual marker 210 from the change amount of the posture of either of the two visual markers 210. Estimate

まず、視覚マーカ210の姿勢の変化量を算出する手法について説明する。   First, a method of calculating the amount of change in posture of the visual marker 210 will be described.

図2(a)〜図2(c)は、衛星測位システムにおける視覚マーカの姿勢の変化量を算出する手法を説明する概要図である。   FIG. 2A to FIG. 2C are schematic diagrams illustrating a method of calculating the amount of change in attitude of the visual marker in the satellite positioning system.

移動体200の移動軌跡の算出方法には、移動しながら視覚マーカ210を撮影して、移動体200の位置を算出する方法と、初期化処理後、衛星測位によって移動体200の位置を測定する方法の2通りがある。   In the method of calculating the movement trajectory of the moving body 200, a method of capturing the visual marker 210 while moving and calculating the position of the moving body 200, and measuring the position of the moving body 200 by satellite positioning after initialization processing. There are two ways.

例えば、図2(a)及び図2(b)には、Z軸方向を地球の地面に対する鉛直方向とし、水平方向をX軸方向及びY軸方向とし、地球の地面に対して鉛直方向に移動体200を見たときの地球固定座標系ECにおける移動体200の移動軌跡と、地球固定座標系ECにおける視覚マーカ210とが示されている。ここで、図2(a)には、移動体200の推定位置の移動軌跡が示され、図2(b)には、移動体200の測位位置の移動軌跡が示されている。   For example, in FIGS. 2A and 2B, the Z-axis direction is the vertical direction with respect to the earth's ground, and the horizontal direction is the X-axis direction and the Y-axis A movement trajectory of the mobile unit 200 in the earth fixed coordinate system EC when the body 200 is viewed and a visual marker 210 in the earth fixed coordinate system EC are shown. Here, FIG. 2A shows the movement locus of the estimated position of the mobile unit 200, and FIG. 2B shows the movement locus of the positioning position of the mobile unit 200. As shown in FIG.

また、図2(a)の黒丸、図2(b)の白丸は、移動体200の観測点を表している。それぞれの観測点を線で繋ぐことで、移動体200の移動軌跡を得ることができる。なお、推定位置と、測位位置とは、同時に算出してもよく、独立して算出してもよい。図2(a)、(b)では、視覚マーカ210の姿勢が元の状態から変化していないことを想定している。   Further, black circles in FIG. 2A and white circles in FIG. 2B indicate observation points of the moving body 200. By connecting the respective observation points with a line, the movement trajectory of the moving body 200 can be obtained. The estimated position and the positioning position may be calculated simultaneously or may be calculated independently. In FIGS. 2A and 2B, it is assumed that the posture of the visual marker 210 has not changed from the original state.

図2(a)では、移動体200が移動しながら、カメラ202が視覚マーカ210を撮影した画像に基づき、移動体200の位置が算出されている。位置の算出は、開始点から終点までに複数の観測点(黒丸)で実行されている。これらの観測点を線で繋ぐと移動軌跡となり、それを移動軌跡Aとする。   In FIG. 2A, the position of the moving body 200 is calculated based on the image of the visual marker 210 captured by the camera 202 while the moving body 200 moves. The calculation of the position is performed at a plurality of observation points (black circles) from the start point to the end point. When these observation points are connected by a line, it becomes a movement locus, which is called movement locus A.

一方、図2(b)には、初期化処理後、衛星測位によって移動体200の位置が算出されている。位置の算出は、開始点から終点までに複数の観測点(白丸)で実行されている。これらの観測点を線で繋ぐと移動軌跡になり、これを移動軌跡Bとする。   On the other hand, in FIG. 2B, the position of the mobile unit 200 is calculated by satellite positioning after the initialization process. The calculation of the position is performed at a plurality of observation points (white circles) from the start point to the end point. When these observation points are connected by a line, it becomes a movement locus, which is called movement locus B.

視覚マーカ210の姿勢が元の状態から変化していない場合、衛星測位システム100が記憶している視覚マーカ210の姿勢の値と、視覚マーカ210の姿勢の真の値とが一致し、図2(a)、(b)のそれぞれの移動軌跡A、Bは、計測誤差の範囲内で略一致する。例えば、移動軌跡A、Bのそれぞれが重ねられた状態が図2(c)に示されている。図2(c)に示すように、移動軌跡A、Bのそれぞれは、略一致している。   When the attitude of the visual marker 210 has not changed from the original state, the value of the attitude of the visual marker 210 stored in the satellite positioning system 100 matches the true value of the attitude of the visual marker 210, as shown in FIG. The movement trajectories A and B of (a) and (b) substantially coincide within the range of the measurement error. For example, FIG. 2C shows a state in which the movement trajectories A and B are superimposed on each other. As shown in FIG. 2C, the movement trajectories A and B substantially coincide with each other.

次に、視覚マーカ210の姿勢が元の状態からずれた場合の移動体200の移動軌跡について説明する。一例として、視覚マーカ210がZ軸を中心として姿勢がずれた場合の移動体200の移動軌跡について説明する。この場合、地球固定座標系ECのZ軸と、視覚マーカ座標系MCのZ軸とは、平行になる。   Next, the movement locus of the mobile unit 200 when the posture of the visual marker 210 deviates from the original state will be described. As an example, the movement trajectory of the mobile unit 200 when the visual marker 210 is displaced about the Z axis will be described. In this case, the Z axis of the earth fixed coordinate system EC and the Z axis of the visual marker coordinate system MC become parallel.

図3(a)〜図3(c)は、衛星測位システムにおける視覚マーカの姿勢の変化量を算出する手法を説明する概要図である。   FIG. 3A to FIG. 3C are schematic diagrams illustrating a method of calculating the amount of change in the posture of the visual marker in the satellite positioning system.

図3(a)には、視覚マーカ210によって算出された移動体200の推定位置が示され、図3(b)には、衛星測位によって算出された移動体200の測位位置が示されている。また、図3(a)、(b)には、図2(a)、(b)で描いた移動軌跡A、Bが重ねて示されている。移動軌跡A、Bは、視覚マーカ210の姿勢が変化した場合には得ることができない移動軌跡である。   FIG. 3 (a) shows the estimated position of the mobile unit 200 calculated by the visual marker 210, and FIG. 3 (b) shows the positioning position of the mobile 200 calculated by satellite positioning. . Further, in FIGS. 3A and 3B, movement trajectories A and B depicted in FIGS. 2A and 2B are shown in an overlapping manner. The movement trajectories A and B are movement trajectories that can not be obtained when the posture of the visual marker 210 changes.

図3(a)では、移動体200が移動しながら視覚マーカ210を撮影して、地球固定座標系ECにおける移動体200の位置が算出されている。図3(a)における移動軌跡を移動軌跡C(第1移動軌跡)としている。   In FIG. 3A, the visual marker 210 is photographed while the movable body 200 moves, and the position of the movable body 200 in the earth fixed coordinate system EC is calculated. The movement locus in FIG. 3A is a movement locus C (first movement locus).

図3(a)に示す視覚マーカ210のように、元の状態から姿勢の変化が生じた場合、視覚マーカ210を用いて算出された地球固定座標系ECにおける移動体200の位置は、開始点において真の姿勢を利用して求めた位置から偏差σを持って離れることになる。   As in the visual marker 210 shown in FIG. 3A, when a change in posture occurs from the original state, the position of the mobile body 200 in the earth fixed coordinate system EC calculated using the visual marker 210 is the start point In the above, the position deviates from the position obtained using the true posture with a deviation σ.

この偏差σは、視覚マーカ210から移動体200までの距離に応じて決まる量である。例えば、視覚マーカ210から移動体200までの距離が長いほど、視覚マーカ210の姿勢変化が大きく偏差に影響を及ぼす。例えば、移動体200が観測点の開始点から視覚マーカ210に近づき、観測点の開始点から観測点の終点に向かうほど視覚マーカ210から移動体200までの距離が単調に短くなる場合は、開始点で偏差σを有していても、終点での偏差は、開始点での偏差よりも小さくなる。   The deviation σ is an amount determined in accordance with the distance from the visual marker 210 to the moving object 200. For example, as the distance from the visual marker 210 to the moving object 200 increases, the change in posture of the visual marker 210 greatly affects the deviation. For example, when the moving object 200 approaches the visual marker 210 from the start point of the observation point and the distance from the visual marker 210 to the moving object 200 monotonously decreases from the start point of the observation point to the end point of the observation point Even with the deviation σ at the point, the deviation at the end point is smaller than the deviation at the start point.

一方、図3(b)には、初期化処理後、衛星測位によって移動体200の位置を算出した様子が示されている。この場合の移動軌跡を移動軌跡D(第2移動軌跡)としている。   On the other hand, FIG. 3B shows how the position of the mobile unit 200 is calculated by satellite positioning after the initialization process. The movement locus in this case is a movement locus D (second movement locus).

視覚マーカ210を利用した衛星測位の初期化では、視覚マーカ210の観測によって得られた移動体200の位置に偏差σがある場合、初期化直後に得られる測位位置にも偏差σが重畳される。この偏差σは、移動体200の移動の有無に関らず、時間の経過とともに僅かずつ減少し、測位位置は、最終的に偏差0の場合の測位結果と一致する。   In the initialization of satellite positioning using the visual marker 210, if there is a deviation σ in the position of the moving object 200 obtained by the observation of the visual marker 210, the deviation σ is also superimposed on the positioning position obtained immediately after the initialization . The deviation σ gradually decreases with time regardless of the movement of the mobile unit 200, and the positioning position finally matches the positioning result in the case of the deviation 0.

但し、この時間経過にともなう偏差σの減少の割合は極小さい。従って、短時間(数10秒程度)であれば、一定値の偏差σが測位位置に重畳されているとみなすことができる。従って、初期化処理の後に、衛星測位により短時間で求められた移動体200の移動軌跡Dは、衛星測位を行った各観測点の位置精度に関らず、その地球固定座標系ECにおける方位が高い精度を有している。   However, the rate of decrease of the deviation σ with the passage of time is extremely small. Therefore, if it is a short time (about several tens of seconds), it can be considered that the deviation σ of a fixed value is superimposed on the positioning position. Therefore, after the initialization process, the movement trajectory D of the moving object 200 obtained in a short time by satellite positioning is the orientation in the earth fixed coordinate system EC regardless of the position accuracy of each observation point where the satellite positioning is performed. Have high accuracy.

すなわち、移動軌跡Dの地球固定座標系ECにおける方位は、移動軌跡Aの方位に略一致することになる。換言すれば、移動軌跡Dは、移動軌跡Aの各観測点が偏差σだけずれた移動軌跡に略一致する。   That is, the orientation of the movement trajectory D in the earth fixed coordinate system EC substantially matches the orientation of the movement trajectory A. In other words, the movement locus D substantially matches the movement locus in which each observation point of the movement locus A is shifted by the deviation σ.

さらに、視覚マーカ210の撮影により算出した移動体200の開始点と、衛星測位により算出した移動体200の開始点とは一致する。従って、視覚マーカ210の姿勢変化量は、図3(c)のように、それぞれの開始点を重ね合わせた点を支点として、移動軌跡Cと移動軌跡Dとを回転させたときに、移動軌跡C、Dにおける各観測点が最も近似するときの回転量として算出することができる。なお、衛星測位で観測点毎に初期化処理を実行すると、移動軌跡Dが移動軌跡Cに略重なってしまい、該回転量が求まらないことになる。回転量を定式化すると、次式のようになる。   Furthermore, the start point of the mobile unit 200 calculated by photographing of the visual marker 210 coincides with the start point of the mobile unit 200 calculated by satellite positioning. Therefore, as shown in FIG. 3C, the posture change amount of the visual marker 210 is a movement locus when the movement locus C and the movement locus D are rotated with the point at which the respective start points are superimposed as a fulcrum. It can be calculated as the amount of rotation when each observation point in C and D is most approximate. When the initialization processing is performed for each observation point in satellite positioning, the movement trajectory D substantially overlaps the movement trajectory C, and the amount of rotation can not be determined. When the amount of rotation is formulated, it becomes as follows.

Figure 0006501437
・・・式(1)

Figure 0006501437
・・・式(2)
Figure 0006501437
... Formula (1)

Figure 0006501437
... Formula (2)

ここで、式(2)は、絶対値の中に含まれる行列式であり、視覚マーカ210の姿勢変化を示す回転行列である。ps,i ENU0は、衛星測位によって求められたi番目の観測点の位置である。pm,i ENU0は、視覚マーカ210の観測によって求められたi番目の観測点の位置である。添え字ENU0は、開始点を原点とし、各座標軸が東、北、天頂方向に対応した地球固定座標系ECにおける位置であることを示している。式(1)では、回転量θによって総和Σが最小となるようなパラメータを成分に含む行列式(2)が求められる。 Here, equation (2) is a determinant included in the absolute value, and is a rotation matrix that indicates the change in posture of the visual marker 210. p s, i ENU0 is the position of the ith observation point determined by satellite positioning. p m, i ENU 0 is the position of the ith observation point obtained by observation of the visual marker 210. The subscript ENU0 has a start point as an origin, and indicates that each coordinate axis is a position in the earth fixed coordinate system EC corresponding to the east, north, and zenith directions. In equation (1), a determinant (2) including a parameter whose component is such that the sum Σ is minimized by the amount of rotation θ is determined.

この式に基づき、演算部205は、衛星測位の開始点(支点)を中心に、衛星測位された移動体の移動軌跡と、視覚マーカ210の位置及び姿勢に基づいて算出された移動体の移動軌跡とを回転させた場合、複数の観測点中のi番目(0≦i≦N、iは整数、0番目は観測開始点、N番目は観測終点)の観測点において衛星測位された測位位置と、i番目の観測点において視覚マーカ210の位置及び姿勢に基づいて算出された移動体の推定位置との差の二乗をすべての観測点について足し合わせた和が最小二乗法によって最小となるような回転量θを視覚マーカ210の姿勢の変化量として算出する。   Based on this equation, the operation unit 205 moves the mobile object calculated based on the movement locus of the mobile object that has been satellite-positioned and the position and orientation of the visual marker 210 around the satellite positioning start point (fulcrum). When the locus is rotated, the i-th (0 i i N N, i is an integer, the 0th is the observation start point, the Nth is the observation end point) satellite positioning positions in the multiple observation points And the sum of the squares of the differences between the estimated position of the moving object and the estimated position of the moving object calculated based on the position and orientation of the visual marker 210 at the i-th observation point for all The amount of rotation θ is calculated as the amount of change in the posture of the visual marker 210.

衛星測位に表れる初期化処理の偏差の影響が短時間であれば一定とみなせるという前提の成立性を高めるため、衛星測位の方式として、緩やか且つ連続的な収束特性を持つPPP方式を採用している。PPP方式に加え、Ambiguity Resolution(AR)を行って衛星測位の精度をより高めたい場合は、この設置姿変化推定のためにPPP−ARとは別にPPP方式を並行して実行してもよい。   In order to improve the validity of the premise that the influence of deviation in initialization processing that appears in satellite positioning can be considered constant if it is a short time, as a method of satellite positioning, adopting a PPP scheme with a gradual and continuous convergence characteristic There is. In addition to the PPP method, when it is desired to perform Ambiguity Resolution (AR) to further improve the accuracy of the satellite positioning, the PPP method may be executed in parallel separately from the PPP-AR for this installation state change estimation.

また、演算部205は、時間経過にともなう偏差σの減少の割合をさらに小さくし、短時間(数10秒程度)であれば一定の偏差σが測位位置に重畳されているとみなせるという前提の成立性をより高め、結果として姿勢変化の推定精度を向上させるため、カメラ202によって連続的に複数回検出された視覚マーカ210の位置及び姿勢のデータに基づいて初期化処理を実行してもよい。この場合、観測点間の距離が大きく離れた各観測点で複数回の初期化処理を実行すると、偏差一定の仮定が成り立たなくなるため、視覚マーカ210から充分離れた観測点である、例えば、開始点近傍で連続的に複数回検出された視覚マーカ210の位置及び姿勢のデータに基づいて初期化処理を実行する。   Further, the calculation unit 205 further reduces the rate of decrease of the deviation σ with the passage of time, and it can be considered that a constant deviation σ can be considered to be superimposed on the positioning position in a short time (about several tens of seconds). In order to further improve the feasibility and to improve the estimation accuracy of the posture change as a result, the initialization process may be performed based on the data of the position and orientation of the visual marker 210 continuously detected a plurality of times by the camera 202 . In this case, if the initialization processing is performed a plurality of times at each observation point where the distance between the observation points is large, the assumption that the deviation is constant does not hold, so that the observation point is sufficiently distant from the visual marker 210, for example, The initialization process is performed based on the data of the position and orientation of the visual marker 210 detected a plurality of times continuously near the point.

表1、2には、二次元平面上の視覚マーカ210の姿勢角(°)が変化したとき、本実施形態の手法で回転量(°)を推定した実験結果である。ここで、誤差(°)は、姿勢角と回転角との差の絶対値で定義されている。   Tables 1 and 2 show experimental results in which the amount of rotation (°) is estimated by the method of the present embodiment when the posture angle (°) of the visual marker 210 on the two-dimensional plane changes. Here, the error (°) is defined by the absolute value of the difference between the attitude angle and the rotation angle.

Figure 0006501437
Figure 0006501437
Figure 0006501437
Figure 0006501437

表1には、姿勢角が変化した場合(0°〜0.5°)の結果が示され、表2には、さらに、+50mmの位置変化を加えた場合の結果が示されている。いずれもの場合も姿勢角の推定誤差が0.05°以内に収まっていることが確認された。特に、表2に示されるように、位置変化が加わっていても、姿勢変化を高精度に推定することができる。   Table 1 shows the results when the attitude angle changes (0 ° to 0.5 °), and Table 2 shows the results when the position change of +50 mm is further applied. In all cases, it was confirmed that the estimation error of the attitude angle was within 0.05 °. In particular, as shown in Table 2, even if the position change is added, the posture change can be estimated with high accuracy.

次に、視覚マーカ210の設置位置の変化を推定する手法を説明する。視覚マーカ210の姿勢変化を算出するだけでは、視覚マーカ210の設置位置の変化を推定することはできない。この場合、2つの視覚マーカ210A、210Bを利用して、2つの視覚マーカ210A、210Bのいずれかの姿勢の変化量から、演算部205が視覚マーカ210の移動変化量を推定する。   Next, a method of estimating a change in the installation position of the visual marker 210 will be described. The change in the installation position of the visual marker 210 can not be estimated only by calculating the change in posture of the visual marker 210. In this case, the operation unit 205 estimates the movement change amount of the visual marker 210 from the change amount of the posture of either of the two visual markers 210A and 210B using the two visual markers 210A and 210B.

図4は、衛星測位システムにおける視覚マーカの移動変化量を算出する手法を説明する概要図である。   FIG. 4 is a schematic view illustrating a method of calculating the movement change amount of the visual marker in the satellite positioning system.

図4に示す衛星測位システム100は、視覚マーカ210Aの他に、他の視覚マーカ210Bを具備する。   The satellite positioning system 100 shown in FIG. 4 includes another visual marker 210B in addition to the visual marker 210A.

図4に示す衛星測位システム100においては、演算部205が視覚マーカ210Aの姿勢の変化量と、視覚マーカ210Bの姿勢の変化量とを本実施形態の手法で求めた後、それぞれの変化量を算出されたそれぞれの姿勢の変化量を用いて予め補正する。これにより、視覚マーカ210A、210Bのそれぞれの地球固定座標系ECにおける姿勢精度は高くなっている。   In the satellite positioning system 100 shown in FIG. 4, after the arithmetic unit 205 determines the amount of change in attitude of the visual marker 210A and the amount of change in attitude of the visual marker 210B by the method of the present embodiment, each change amount is calculated. Correction is made in advance using the calculated amount of change in posture. Thereby, the attitude | position precision in earth fixed coordinate system EC of each of visual marker 210A, 210B is high.

次に、演算部205は、視覚マーカ210Aの位置及び姿勢に基づいて移動体200の推定位置PAを算出し、視覚マーカ210Bの位置及び姿勢に基づいて移動体200の推定位置PBを算出する。ここで、視覚マーカ210A、210Bの双方が元の位置からずれた場合、移動体200の真の位置PRは求まらず、移動体200の推定位置としては、位置PRからδAだけずれた推定位置PAと、位置PRからδBだけずれた推定位置PBとが求まる。   Next, operation unit 205 calculates estimated position PA of movable body 200 based on the position and orientation of visual marker 210A, and calculates estimated position PB of movable body 200 based on the position and orientation of visual marker 210B. Here, when both of the visual markers 210A and 210B deviate from the original position, the true position PR of the moving body 200 can not be determined, and the estimated position of the moving body 200 is estimated by being shifted by ΔA from the position PR. The position PA and the estimated position PB shifted by δB from the position PR are obtained.

次に、演算部205は、推定位置PAと推定位置PBとの差分(δB−δA)を算出する。差分(δB−δA)とは、視覚マーカ210A、210Bのそれぞれの設置位置の変化量の差分である。   Next, the calculation unit 205 calculates the difference (δB−δA) between the estimated position PA and the estimated position PB. The difference (δB−δA) is a difference between the amounts of change in the installation positions of the visual markers 210A and 210B.

ここで、視覚マーカ210A、210Bの中、一方の視覚マーカの姿勢の変化量が他方の視覚マーカの姿勢の変化量よりも大きいとする。例えば、一方の視覚マー力の姿勢変化量が0でなく、もう一方の視覚マーカの姿勢変化量が0であるとする。この場合、姿勢量が大きい方の視覚マーカの位置のみが元の位置からずれている可能性が高い。   Here, among the visual markers 210A and 210B, it is assumed that the change amount of the posture of one visual marker is larger than the change amount of the posture of the other visual marker. For example, it is assumed that the amount of change in posture of one visual mar force is not zero and the amount of change in posture of the other visual marker is zero. In this case, there is a high possibility that only the position of the visual marker having the larger amount of posture is deviated from the original position.

これは、視覚マーカの位置または姿勢が変化する場合、位置または姿勢のいずれか1つがずれるよりも、位置及び姿勢が連動してずれる可能性が高いからである。つまり、この場合、2つの視覚マーカを観測して求められた位置変化の差分は、そのまま姿勢に変化が起きている視覚マーカの位置変化として推定することが合理的である。   This is because when the position or orientation of the visual marker changes, the position and orientation are more likely to shift in an interlocking manner than when any one of the position or orientation is shifted. That is, in this case, it is reasonable to estimate the difference in positional change obtained by observing the two visual markers as it is as the positional change of the visual marker in which the change in posture occurs.

この場合、2つの視覚マーカの位置変化の差分を求めることにより、その差分を用いて2つの視覚マーカのいずれかの視覚マーカの位置変化を推定することが可能となる。すなわち、姿勢の変化量がより大きい方の視覚マーカに対して、位置変化の差分が視覚マーカの移動変化量に適用される。そして、この移動変化量に基づいて、視覚マーカの移動のずれが補正される。   In this case, it is possible to estimate the positional change of any visual marker of the two visual markers by using the difference between the positional changes of the two visual markers. That is, for the visual marker with the larger amount of change in posture, the difference in position change is applied to the amount of movement change of the visual marker. Then, the displacement of the movement of the visual marker is corrected based on the movement change amount.

さらに、一般にいずれの視覚マーカの姿勢変化量も0でない場合を含め、視覚マーカの設置状態をモデル化して、位置変化と姿勢変化との対応関係を予め想定し、視覚マーカの姿勢変化の方向や回転量に応じて位置変化を視覚マーカに割り当ててもよい。   Furthermore, generally including the case where the amount of posture change of any visual marker is not 0, the installation state of the visual marker is modeled, and the correspondence relationship between the position change and the posture change is assumed in advance. Position changes may be assigned to visual markers according to the amount of rotation.

以上説明した、衛星測位システム100によれば、複数の観測点における推定位置を繋いだ移動軌跡Cと、複数の観測点における測位位置を繋いだ移動軌跡Dとに基づき、移動軌跡Cと移動軌跡Dとを重ねることにより、視覚マーカ210の姿勢の変化量が算出される。例えば、衛星測位の開始点を中心に、衛星測位された移動軌跡Cと、移動軌跡Dとを回転させたときに、双方の移動軌跡が略合致したときの回転量を視覚マーカ210の姿勢のずれとする。   According to the satellite positioning system 100 described above, the movement locus C and the movement locus are based on the movement locus C connecting estimated positions at a plurality of observation points and the movement locus D connecting positioning positions at a plurality of observation points By overlapping D, the change amount of the posture of the visual marker 210 is calculated. For example, when the movement locus C subjected to satellite positioning and the movement locus D are rotated around the satellite positioning start point, the amount of rotation when both movement loci substantially coincide with each other is the attitude of the visual marker 210. It is a gap.

これにより、視覚マーカ210の姿勢が元の状態からずれたとしても、姿勢の変化量を精度よく補正できる。姿勢の変化量が精度よく補正されれば、改めて行う初期化処理が高い精度で実行できる。この結果、衛星測位をより高い測位精度で実行することができる。なお、視覚マーカ210の姿勢変化が検出され、その姿勢変化量を補正したうえで行われる初期化処理を第2初期化処理とする。すなわち、第2初期化処理は、視覚マーカ210の姿勢変化が検出されたときに行われる初期化処理である。   Thereby, even if the posture of the visual marker 210 deviates from the original state, it is possible to correct the amount of change in posture with high accuracy. If the amount of change in posture is accurately corrected, the initialization process to be performed again can be executed with high accuracy. As a result, satellite positioning can be performed with higher positioning accuracy. A change in posture of the visual marker 210 is detected, and an initialization process performed after correcting the amount of change in posture is referred to as a second initialization process. That is, the second initialization process is an initialization process performed when a change in posture of the visual marker 210 is detected.

また、衛星測位システム100であれば、視覚マーカ210A、210Bのそれぞれの姿勢の前記変化量を比較して、差分(δB−δA)を視覚マーカの移動変化量に適用する。例えば、姿勢の変化量がより大きい方の視覚マーカに対して、視覚マーカに基づいて算出された移動体の推定位置と、他の視覚マーカに基づいて算出された移動体の推定位置との差分が視覚マーカの移動変化量として推定される。これにより、位置が移動した視覚マーカの移動変化量を補正することができ、改めて行う初期化処理が高い精度で実行できる。この結果、衛星測位をより高い測位精度で実行することができる。なお、視覚マーカ210の移動変化量を補正したうえで行われる初期化処理を第3初期化処理とする。   Further, in the case of the satellite positioning system 100, the change amounts of the postures of the visual markers 210A and 210B are compared, and the difference (δB−δA) is applied to the movement change amount of the visual markers. For example, the difference between the estimated position of the moving object calculated based on the visual marker and the estimated position of the moving object calculated based on the other visual markers, for the visual marker having the larger amount of change in posture. Is estimated as the movement change amount of the visual marker. As a result, it is possible to correct the amount of movement change of the visual marker whose position has moved, and it is possible to execute the initialization processing performed again with high accuracy. As a result, satellite positioning can be performed with higher positioning accuracy. The initialization process performed after correcting the movement change amount of the visual marker 210 is referred to as a third initialization process.

また、衛星測位システム100によれば、初期化処理がカメラ202によって複数回検出された視覚マーカ210の位置及び姿勢のデータに基づいて実行されるので、姿勢の変化量の推定精度が向上する。   Further, according to the satellite positioning system 100, the initialization process is executed based on the data of the position and orientation of the visual marker 210 detected a plurality of times by the camera 202, so that the estimation accuracy of the amount of change in orientation is improved.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to the above-mentioned embodiment, of course, a various change can be added. Each embodiment is not limited to an independent form, and can be combined as much as technically possible.

また、本実施形態では、GNSSを用いた衛星測位方式としてPPP方式を用いた場合について説明した。しかしながら、本実施形態は、基準局を不要とする方式であって初期化処理に時間を要する衛星測位方式であれば、PPP方式には限られない。   Further, in the present embodiment, the case of using the PPP method as the satellite positioning method using GNSS has been described. However, the present embodiment is not limited to the PPP method as long as it is a satellite positioning method requiring no reference station and requiring time for initialization processing.

11、12、13、14…測位衛星
100…衛星測位システム
200…移動体
201…車両
202…カメラ
203…GNSSアンテナ
204…記憶部
205…演算部
210、210A、210B…視覚マーカ
212…支持台
11, 12, 13, 14 ... positioning satellite 100 ... satellite positioning system 200 ... moving body 201 ... vehicle 202 ... camera 203 ... GNSS antenna 204 ... storage unit 205 ... operation unit 210, 210A, 210B ... visual marker 212 ... support base

Claims (5)

地球固定座標系における位置及び姿勢が決定されている視覚マーカと、
前記視覚マーカを検出する視覚マーカ検出部と、人工衛星から測位信号を受信する信号受信部と、前記視覚マーカの前記位置及び前記姿勢に関する情報が格納された記憶部と、前記視覚マーカ検出部によって検出された前記視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて衛星測位における初期化処理を実行した後、前記測位信号に基づいて前記地球固定座標系における前記衛星測位を実行する演算部とを有する移動体と
を具備し、
前記演算部は、前記視覚マーカ検出部によって検出された前記視覚マーカの前記位置及び前記姿勢に基づいて、複数の観測点における前記移動体の前記地球固定座標系における推定位置を算出し、
前記衛星測位によって前記複数の観測点における前記移動体の前記地球固定座標系における測位位置を算出し、
前記複数の観測点における前記推定位置を繋いだ第1移動軌跡と、前記複数の観測点における前記測位位置を繋いだ第2移動軌跡とに基づいて、前記視覚マーカの前記姿勢の変化量を算出する
衛星測位システム。
A visual marker whose position and orientation in the earth fixed coordinate system have been determined;
A visual marker detection unit that detects the visual marker, a signal reception unit that receives a positioning signal from an artificial satellite, a storage unit that stores information on the position and orientation of the visual marker, and the visual marker detection unit A mobile unit having an operation unit that executes the satellite positioning in the earth fixed coordinate system based on the positioning signal after performing initialization processing in satellite positioning based on the detected position and orientation of the visual marker Equipped with
The calculation unit calculates an estimated position of the moving body at a plurality of observation points in the earth fixed coordinate system, based on the position and the attitude of the visual marker detected by the visual marker detection unit,
Calculating a positioning position of the moving body at the plurality of observation points in the earth fixed coordinate system by the satellite positioning;
The amount of change in the posture of the visual marker is calculated based on a first movement trajectory connecting the estimated positions at the plurality of observation points and a second movement trajectory connecting the positioning positions at the plurality of observation points Satellite positioning system.
請求項1に記載された衛星測位システムであって、
前記演算部は、前記衛星測位の開始点を中心に、前記第1移動軌跡と、前記第2移動軌跡とを回転させた場合、
前記複数の観測点中のi番目(0≦i≦N、iは整数、0番目は観測開始点、N番目は観測終点)の観測点における前記測位位置と、前記i番目の前記観測点における前記推定位置との差の二乗を前記複数の前記観測点について足し合わせた和が最小二乗法によって最小となるような回転量を前記視覚マーカの前記姿勢の前記変化量とする
衛星測位システム。
A satellite positioning system according to claim 1, wherein
When the calculation unit rotates the first movement locus and the second movement locus around the satellite positioning start point,
The positioning position at the i-th (0 ≦ i ≦ N, i is an integer, the 0th is an observation start point, and the Nth is an observation end) observation points in the plurality of observation points, and A satellite positioning system, wherein the amount of rotation such that the sum of the sum of squares of differences with the estimated position for the plurality of observation points is minimized by a least squares method is the amount of change of the attitude of the visual marker.
請求項1または2に記載された衛星測位システムであって、
前記視覚マーカの他に、他の視覚マーカをさらに具備し、
前記演算部は、前記視覚マーカの前記姿勢の前記変化量と、前記他の視覚マーカの前記姿勢の前記変化量とを算出されたそれぞれの前記姿勢の変化量を用いて補正した後、
前記視覚マーカの前記位置及び前記姿勢に基づいて算出された前記移動体の推定位置と、前記他の視覚マーカの前記位置及び前記姿勢に基づいて算出された前記移動体の推定位置との差分を算出し、
それぞれの前記姿勢の前記変化量を比較して、前記差分を視覚マーカの移動変化量に適用する
衛星測位システム。
A satellite positioning system according to claim 1 or 2, wherein
In addition to the visual marker, it further comprises another visual marker,
The arithmetic unit corrects the change amount of the posture of the visual marker and the change amount of the posture of the other visual marker using each calculated change amount of the posture.
The difference between the estimated position of the moving body calculated based on the position of the visual marker and the attitude and the estimated position of the moving body calculated based on the position of the other visual marker and the attitude Calculate
The satellite positioning system which compares the said variation | change_quantity of each said attitude | position, and applies the said difference to the movement variation | change_quantity of a visual marker.
請求項1〜3のいずれか1つに記載された衛星測位システムであって、
前記演算部は、前記視覚マーカ検出部によって連続的に複数回検出された前記視覚マーカの前記位置及び前記姿勢のデータに基づいて前記初期化処理を実行する
衛星測位システム。
The satellite positioning system according to any one of claims 1 to 3, wherein
The said positioning part performs the said initialization process based on the data of the said position of the said visual marker and the said attitude | position which were continuously detected in multiple times by the said visual marker detection part.
地球固定座標系における位置及び姿勢が決定されている視覚マーカと、前記視覚マーカを検出する視覚マーカ検出部と、人工衛星から測位信号を受信する信号受信部と、前記視覚マーカの前記位置及び前記姿勢に関する情報が格納された記憶部と、前記視覚マーカ検出部によって検出された前記視覚マーカの位置及び姿勢に基づいて衛星測位における初期化処理を実行した後、前記測位信号に基づいて前記地球固定座標系における前記衛星測位を実行する演算部とを有する移動体とを準備し、
前記初期化処理の後、前記視覚マーカ検出部によって検出された前記視覚マーカの前記位置及び前記姿勢に基づいて、複数の観測点における前記移動体の前記地球固定座標系における推定位置を算出し、
前記衛星測位によって前記複数の観測点における前記移動体の前記地球固定座標系における測位位置を算出し、
前記複数の観測点における、前記推定位置及び前記測位位置に基づいて、前記視覚マーカの前記姿勢の変化量を算出する
衛星測位方法。
A visual marker whose position and orientation in the earth fixed coordinate system are determined, a visual marker detection unit that detects the visual marker, a signal reception unit that receives a positioning signal from an artificial satellite, the position of the visual marker, and After initialization processing in satellite positioning is performed based on a storage unit in which information related to attitude is stored and the position and attitude of the visual marker detected by the visual marker detection unit, the earth is fixed based on the positioning signal Preparing a mobile body having an arithmetic unit for performing the satellite positioning in a coordinate system;
After the initialization process, based on the position and the attitude of the visual marker detected by the visual marker detection unit, an estimated position of the moving body at the plurality of observation points in the earth fixed coordinate system is calculated.
Calculating a positioning position of the moving body at the plurality of observation points in the earth fixed coordinate system by the satellite positioning;
The satellite positioning method which calculates the variation | change_quantity of the said attitude | position of the said visual marker based on the said estimated position and the said positioning position in these several observation points.
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