JP6943746B2 - Data processing equipment, displacement observation system, data processing method, and data processing program - Google Patents
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Description
本発明は、時系列からなる複数の解析データに対する平滑化処理の技術に関する。 The present invention relates to a technique for smoothing a plurality of analysis data composed of time series.
GPS(Grobal Possitioning System)等のGNSS(Grobal Navigation Satellite Systems)の測位信号を用いた測位が実用化されている。精度の高い測位方法として、測位信号の搬送波位相を用いた測位(干渉測位)がある。 Positioning using GNSS (Global Navigation Satellite Systems) positioning signals such as GPS (Global Positioning System) has been put into practical use. As a highly accurate positioning method, there is positioning (interference positioning) using the carrier phase of the positioning signal.
例えば、特許文献1には、搬送波位相を用いた測位の一種であるスタティック測位が記載されている。特許文献1は、斜面の変位を観測するシステムであり、スタティック測位によって得られた解析データ(変位データ)に平滑化処理を行っている。これにより、解析データ(変位データ)に含まれるバラツキは、抑制される。 For example, Patent Document 1 describes static positioning, which is a type of positioning using carrier phase. Patent Document 1 is a system for observing the displacement of a slope, and smoothes the analysis data (displacement data) obtained by static positioning. As a result, the variation included in the analysis data (displacement data) is suppressed.
このような平滑化処理の一種として、重み付け係数を用いた平滑化処理がある。概略的には、今回の解析データと過去の解析データとは、それぞれに平滑化処理用の重み付け係数が設定されており、平滑化値は、重み付けされた今回の解析データと、重み付けされた過去の解析データとを用いて算出される。 As a kind of such smoothing process, there is a smoothing process using a weighting coefficient. Roughly speaking, a weighting coefficient for smoothing processing is set for each of the current analysis data and the past analysis data, and the smoothing value is the weighted current analysis data and the weighted past. It is calculated using the analysis data of.
従来、多くの場合は、重み付け係数は、平滑化値と解析データとの残差によって決定されていた。より具体的には、重み付け係数は、残差が最小になるように適応処理されていた。 In the past, in many cases, the weighting factor was determined by the residual between the smoothed value and the analysis data. More specifically, the weighting factors were adaptively processed to minimize the residuals.
しかしながら、残差を最小にする適応処理では、正規ノイズの抑圧効果はあるが、この際の重み付け係数は、マルチパス等の非正規ノイズを追従するように設定されてしまう。したがって、非正規ノイズの抑圧効果は低くなる。 However, the adaptive process that minimizes the residual has the effect of suppressing normal noise, but the weighting coefficient at this time is set so as to follow non-normal noise such as multipath. Therefore, the effect of suppressing non-normal noise is low.
一方、平滑化処理において、過去の解析データに対する重み付けを大きくすると、正規ノイズとともに非正規ノイズも抑圧できるが、解析データの変動の対する追従性は低下してしまう。 On the other hand, in the smoothing process, if the weighting of the past analysis data is increased, the non-normal noise can be suppressed as well as the normal noise, but the followability to the fluctuation of the analysis data is lowered.
したがって、本発明の目的は、非正規ノイズを含むノイズを効果的に抑圧し、且つ、時系列のデータの変動に対する追従性も高い、データの処理技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a data processing technique that effectively suppresses noise including non-normal noise and has high followability to fluctuations of time-series data.
この発明のデータ処理装置は、前進平滑化処理部、後進平滑化処理部、および、平滑化方法決定部を備える。前進平滑化処理部は、観測された加工前の時系列データを、過去から現時点に向けて順次平滑化処理し、平滑化の時系列データを算出する。後進平滑化処理部は、前進平滑化の時系列データを、現時点から過去に向けて順次平滑化処理し、後進平滑化の時系列データを算出する。平滑化方法決定部は、後進平滑化の時系列データと加工前の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、後進平滑化の時系列データと前進平滑化の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、後進平滑化の時系列データの時間的な差分値、加工前の時系列データの時間的な差分値、前進平滑化の時系列データの時間的な差分値、のうちの少なくとも1つに応じて、前進平滑化処理部および後進平滑化処理部の応答性を決定する。 The data processing apparatus of the present invention includes a forward smoothing processing unit, a reverse smoothing processing unit, and a smoothing method determining unit. The forward smoothing processing unit sequentially smoothes the observed time-series data before processing from the past to the present, and calculates the smoothing time-series data. The reverse smoothing processing unit sequentially smoothes the forward smoothing time series data from the present time to the past, and calculates the backward smoothing time series data. The smoothing method determination unit determines the integrated value of the difference value between the backward smoothing time series data and the unprocessed time series data within a predetermined period, and the backward smoothing time series data and the forward smoothing time series data. Integrated value of difference value within a predetermined period, temporal difference value of backward smoothing time series data, temporal difference value of time series data before processing, temporal difference value of forward smoothing time series data The responsiveness of the forward smoothing processing unit and the backward smoothing processing unit is determined according to at least one of the above.
この構成では、時系列データの変化量、すなわち、変化の大きさ、速度、または加速度等に応じて、平滑化処理の応答性が調整される。 In this configuration, the responsiveness of the smoothing process is adjusted according to the amount of change in the time series data, that is, the magnitude of the change, the speed, the acceleration, and the like.
この発明によれば、ノイズを効果的に抑圧し、且つ、時系列データの変動に対する追従性を高くできる。 According to the present invention, noise can be effectively suppressed and the followability to fluctuations in time series data can be improved.
本発明の実施形態に係るデータ処理装置、データ処理方法、および、データ処理プログラムについて、図を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る解析データ処理装置のブロック図である。 The data processing apparatus, the data processing method, and the data processing program according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an analysis data processing device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、解析データ処理装置10は、前進平滑化処理部11、後進平滑化処理部12、および、平滑化方法決定部13を備える。前進平滑化処理部11、後進平滑化処理部12、および、平滑化方法決定部13は、例えば、演算器等のハードウェア、および、当該ハードウェアにおいて実行されるプログラムによって実現される。解析データ処理装置10が本発明の「データ処理装置」に対応する。前進平滑化処理部11と後進平滑化処理部12とが、本発明の「平滑化処理部」に対応する。
As shown in FIG. 1, the analysis
時系列からなる複数の解析データDは、前進平滑化処理部11、後進平滑化処理部12、および、平滑化方法決定部13に入力される。解析データDは、例えば、測位信号の搬送波位相(観測値に対応する)から算出された基線ベクトルの変位量である。なお、解析データDは、基線ベクトルの変位量に限らず、所定の時間間隔で順次取得される観測値から算出される値であってもよい。さらには、観測値そのものを解析データとしてもよい。解析データDが、本発明の「加工前の時系列データ」に対応する。
A plurality of analysis data D composed of time series are input to the forward
前進平滑化処理部11は、時系列に並ぶ複数の解析データDの前進平滑化処理を実行する。前進平滑化処理は、過去の前進平滑化値と今回の解析データとを用いて、今回の前進平滑化値Dsaを算出する処理である。前進平滑化処理は、重み付け平均処理、カルマンフィルタ処理等によって実現される。前進平滑化値Dsaが、本発明の「前進平滑化の時系列データ」に対応する。
The forward
この際、前進平滑化処理部11は、フィルタ係数Gaまたは関数faを用いて、前進平滑化処理を行う。フィルタ係数Gaまたはフィルタ関数faは、後述の処理によって、平滑化方法決定部13によって決定されている。
At this time, the forward
前進平滑化処理部11は、前進平滑化値Dsaを後進平滑化処理部12に出力する。
The forward
後進平滑化処理部12は、時系列に並ぶ複数の前進平滑化値Dsaの後進平滑化処理を実行する。後進平滑化処理は、最新の前進平滑化処理の時刻を基準時刻として、この時刻よりも過去の前進平滑化値Dsaを用いて行われる。後進平滑化処理は、前進平滑化値Dsaを過去の方向に順次平滑化処理を行って、後進平滑化値Dsbを順次算出する。後進平滑化処理は、前進平滑化処理と同様に、重み付け平均処理、カルマンフィルタ処理等によって実現される。後進平滑化値Dsbが、本発明の「後進平滑化の時系列データ」に対応する。
The reverse
この際、後進平滑化処理部12は、フィルタ係数Gbまたは関数fbを用いて、前進平滑化処理を行う。フィルタ係数Gaまたはフィルタ関数faは、後述の処理によって、平滑化方法決定部13によって決定されている。
At this time, the reverse
後進平滑化処理部12は、後進平滑化値Dsbを、解析データ処理装置10の出力データとして、外部に出力するとともに、平滑化方法決定部13に出力する。
The reverse
平滑化方法決定部13は、解析データの変化値を用いて、各平滑化処理の応答性、すなわち、フィルタ係数Ga、Gb、または、関数fa、fbを決定する。フィルタ係数を用いて平滑化処理を設定する場合、平滑化方法決定部13は、フィルタ係数Gaを前進平滑化処理部11に出力し、フィルタ係数Gbを後進平滑化処理部12に出力する。関数を用いて平滑化処理を設定する場合、平滑化方法決定部13は、関数faを前進平滑化処理部11に出力し、関数fbを後進平滑化処理部12に出力する。なお、平滑化方法決定部13は、フィルタ係数と関数の両方を、前進平滑化処理部11および後進平滑化処理部12に出力してもよい。平滑化方法決定部13での具体的な処理は後述する。
The smoothing
図2(A)は、本発明の第1の実施形態に係る平滑化方法決定部の第1態様を示すブロック図であり、図2(B)は、本発明の第1の実施形態に係る平滑化方法決定部の第2態様を示すブロック図である。 FIG. 2A is a block diagram showing a first aspect of the smoothing method determining unit according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a block diagram according to the first embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the 2nd aspect of the smoothing method determination part.
図3は、本発明の第1の実施形態に係る平滑化係数の決定の概念を説明するためのグラフである。図3において、横軸は経過時刻(観測時刻)であり、縦軸は変位である。図3において、細実線は、解析データである。太実線は、前進平滑化値Dsaであり、破線は、後進平滑化値Dsbである。 FIG. 3 is a graph for explaining the concept of determining the smoothing coefficient according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis is the elapsed time (observation time), and the vertical axis is the displacement. In FIG. 3, the fine solid line is the analysis data. The thick solid line is the forward smoothing value Dsa, and the broken line is the backward smoothing value Dsb.
図2(A)に示す態様では、平滑化方法決定部13は、差分値算出部131、積算値算出部132、および、係数設定部133を備える。図2(B)に示す態様では、平滑化方法決定部13は、差分値算出部131、積算値算出部132、および、関数設定部134を備える。図2(A)に示す態様と図2(B)に示す態様では、差分値算出部131および積算値算出部132が同じ構成である。
In the embodiment shown in FIG. 2A, the smoothing
差分値算出部131には、前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとが入力される。なお、図2(A)、図2(B)に示すように、差分値算出部131には、解析データDが入力されていてもよい。
The forward smoothing value Dsa and the reverse smoothing value Dsb are input to the difference
差分値算出部131は、前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとの差分値ΔDを算出する。この際、差分値算出部131は、図3に示すように、最新の時刻ts(i)に対して所定時間過去の時刻ts(m)を設定し、時刻ts(m)から時刻ts(i)までの期間Ptsにおける各時刻において、差分値ΔDを算出する。
The difference
なお、差分値算出部131は、解析データDが入力される態様では、前進平滑化値Dsaに換えて、解析データDと後進平滑化値Dsbとの差分値ΔDを算出してもよい。この場合、差分値ΔDを平滑化処理するとよい。
In the mode in which the analysis data D is input, the difference
差分値算出部131は、各時刻の差分値ΔDを、積算値算出部132に出力する。
The difference
積算値算出部132は、時刻ts(m)から時刻ts(i)までの期間Ptsに対して、各時刻の差分値ΔDを積算し、積算値Stsを算出する。積算値Stsが本発明の「変化値」に対応する。
The integrated
これら差分値算出部131における差分値ΔDの算出処理、および、積算値算出部132における積算値Stsの算出処理は、平滑化係数の設定変更用の時間間隔で順次行われる。平滑化係数の設定変更用の時間間隔は、通常、複数の解析データDの取得間隔よりも長いが、同じであってもよい。
The calculation process of the difference value ΔD in the difference
係数設定部133は、積算値Stsに応じて、フィルタ係数Ga、Gbを設定する。フィルタ係数Ga、Gbは、事前の平滑化値Dsa、Dsbに対する解析データDの重みを設定する係数である。
The
例えば、フィルタ係数Ga、Gbが大きい場合にフィルタの時定数を大きくするように設計した場合、フィルタ係数Ga、Gbが大きければ、解析データDの重みは相対的に大きくなり、応答性が速くなり平滑化度合いが小さくなる。反対に、フィルタ係数Ga、Gbが小さければ、解析データDの重みは相対的に小さくなり、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みは相対的に大きくなり、応答性が遅くなり平滑化度合いが大きくなる。 For example, when the time constant of the filter is designed to be large when the filter coefficients Ga and Gb are large, if the filter coefficients Ga and Gb are large, the weight of the analysis data D becomes relatively large and the responsiveness becomes fast. The degree of smoothing becomes small. On the contrary, if the filter coefficients Ga and Gb are small, the weight of the analysis data D is relatively small, the weights of the preliminary smoothing values Dsa and Dsb are relatively large, the responsiveness is slowed, and the degree of smoothing is low. growing.
係数設定部133は、積算値Stsが大きければ、フィルタ係数Ga、Gbを大きな値に設定する。係数設定部133は、積算値Stsが小さければ、フィルタ係数Ga、Gbを小さな値に設定する。すなわち、前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとが大きく乖離している時には、フィルタ係数Ga、Gbは大きな値に設定される。一方、前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとが近い時には、フィルタ係数Ga、Gbは小さな値に設定される。
If the integrated value Sts is large, the
このようなフィルタ係数Ga、Gbの設定を用いることによって、図3に示すように、解析データの変化が小さい期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、過去の安定した複数の解析データの影響を大きく受ける。したがって、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、非正規ノイズを含むノイズの影響が抑制され、安定する。 By using such settings of the filter coefficients Ga and Gb, as shown in FIG. 3, during the period when the change in the analysis data is small, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are stable in the past. It is greatly affected by the analysis data. Therefore, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are stable because the influence of noise including non-normal noise is suppressed.
一方、図3に示すように、解析データが変動する期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、各時刻の解析データの影響をそれぞれに大きく受けるように変化する。したがって、解析データの変動に対する前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbの追従性は向上する。 On the other hand, as shown in FIG. 3, during the period when the analysis data fluctuates, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb change so as to be greatly influenced by the analysis data at each time. Therefore, the followability of the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb with respect to the fluctuation of the analysis data is improved.
なお、解析データDの変化が少ない期間は、非周期ノイズの周期も抑圧可能な長い時定数に設定し、当該期間では、時定数を固定するとよりよい。これにより、変化の少ない期間において、より安定して平滑化値を得ることができる。 It is better to set the period of the aperiodic noise to a long time constant that can suppress the period of the aperiodic noise during the period when the change of the analysis data D is small, and fix the time constant in the period. As a result, a more stable smoothing value can be obtained in a period of little change.
関数設定部134は、積算値Stsに応じて、関数fa、fbを設定する。関数fa、fbは、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みと解析データDの重みとの関係を設定するものである。関数fa、fbは、例えば、一次関数、二次関数等によって設定される。関数fa、fbを適宜設定することによって、解析データDの重みを事前の平滑化処理後の平滑化値Dsa、Dsbの重みよりも相対的に大きくしたり、小さくしたりすることができる。積算値Stsと関数fa、fbとの関係は、例えば、対応表によって記憶されている。
The
関数設定部134は、積算値Stsが大きければ、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを小さくし、解析データDの重みを大きくする関数を設定する。係数設定部133は、積算値Stsが小さければ、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを大きくし、解析データDの重みを小さくする関数を設定する。すなわち、前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとが大きく乖離している時には、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを小さくし、解析データDの重みを大きくする関数が設定される。一方、前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとが近い時には、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを大きくし、解析データDの重みを小さくする関数が設定される。
If the integrated value Sts is large, the
このような関数fa,fbの設定を用いることによって、図3に示すように、解析データの変化が小さい期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、過去の安定した複数の解析データの影響を大きく受ける。したがって、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、非正規ノイズを含むノイズの影響が抑制され、安定する。 By using the settings of the functions fa and fb, as shown in FIG. 3, during the period when the change in the analysis data is small, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are obtained from a plurality of stable analyzes in the past. Greatly affected by data. Therefore, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are stable because the influence of noise including non-normal noise is suppressed.
一方、図3に示すように、解析データが変動する期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、各時刻の解析データの影響をそれぞれに大きく受けるように変化する。したがって、解析データの変動に対する前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbの追従性は向上する。 On the other hand, as shown in FIG. 3, during the period when the analysis data fluctuates, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb change so as to be greatly influenced by the analysis data at each time. Therefore, the followability of the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb with respect to the fluctuation of the analysis data is improved.
図4(A)および図4(B)は、本発明の第1の実施形態に係る解析データ処理装置による平滑化値と比較構成の平滑化値との推移を示す図である。図4(A)および図4(B)の横軸は経過時刻であり、図4(A)および図4(B)の縦軸は、変位である。図4(A)および図4(B)において、細実線は、解析データであり、太実線は、本願の平滑化値であり、破線は、比較構成の平滑化値である。図4(A)に示す比較構成Aは、今回の解析データよりも過去の解析データの影響が大きくなるように設定される構成である。図4(B)に示す比較構成Bは、過去の解析データよりも今回の解析データの影響が大きくなるように設定される構成である。 4 (A) and 4 (B) are diagrams showing the transition between the smoothed value by the analysis data processing apparatus according to the first embodiment of the present invention and the smoothed value of the comparative configuration. The horizontal axis of FIGS. 4 (A) and 4 (B) is the elapsed time, and the vertical axis of FIGS. 4 (A) and 4 (B) is the displacement. In FIGS. 4 (A) and 4 (B), the fine solid line is the analysis data, the thick solid line is the smoothed value of the present application, and the broken line is the smoothed value of the comparative configuration. The comparative configuration A shown in FIG. 4 (A) is configured so that the influence of the past analysis data is greater than that of the current analysis data. The comparative configuration B shown in FIG. 4 (B) is configured so that the influence of the current analysis data is greater than that of the past analysis data.
図4(C)は、本発明の第1の実施形態に係る解析データ処理装置のフィルタ係数の推移を示す図である。図4(C)において、横軸は経過時刻であり、縦軸はフィルタ係数である。また、図4(C)の図中には、各時刻で採用される関数を記載している。図4(A)および図4(B)の横軸の各時刻の位置と図4(C)の横軸の各時刻の位置とは同じである。 FIG. 4C is a diagram showing a transition of the filter coefficient of the analysis data processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4C, the horizontal axis is the elapsed time and the vertical axis is the filter coefficient. Further, in the figure of FIG. 4C, the functions adopted at each time are described. The position of each time on the horizontal axis of FIGS. 4 (A) and 4 (B) and the position of each time on the horizontal axis of FIG. 4 (C) are the same.
図4(A)および図4(B)に示すように、本実施形態の解析データ処理装置10では、解析データの非正規ノイズを含むノイズが抑圧され、且つ、解析データの変動に対する追従性が高い。一方、図4(A)に示す比較構成Aでは、解析データのノイズは抑圧されるが、解析データの変動に対する追従性が低い。また、図4(B)に示す比較構成Bでは、非正規ノイズに関しては追従してしまうことがある。
As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), in the analysis
また、図4(C)に示すように、本実施形態に係る解析データ処理装置10は、解析データの変動に応じて、平滑化係数や関数を適切に設定できる。
Further, as shown in FIG. 4C, the analysis
なお、上述の説明では、複数の機能部によって解析データ処理装置10を構成する態様を示した。しかしながら、1つの演算処理装置によって、上述の複数の機能部が実行する処理を行ってもよい。この場合、演算処理装置は、上述の複数の機能部が行う機能をプログラム化して記憶する。演算処理装置は、このプログラムを読み出して実行する。
In the above description, an embodiment in which the analysis
図5は、本発明の第1の実施形態に係る解析結果処理方法の主要処理を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing the main processing of the analysis result processing method according to the first embodiment of the present invention.
演算処理装置は、時系列からなる複数の解析データを取得する(S101)。演算処理装置は、複数の解析データの変化値に応じて、上述のように平滑化方法を決定する(S102)。例えば、上述の例では、演算処理装置は、解析データDまたは前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとの差分値の積算値を用いて、フィルタ係数Ga、Gbまたは関数fa、fbを決定する。演算処理装置は、この平滑化方法を利用して、解析データの平滑化処理を実行する(S103)。 The arithmetic processing unit acquires a plurality of analysis data composed of time series (S101). The arithmetic processing unit determines the smoothing method as described above according to the change values of the plurality of analysis data (S102). For example, in the above example, the arithmetic processing apparatus determines the filter coefficients Ga, Gb or the functions fa, fb using the integrated value of the difference value between the analysis data D or the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb. do. The arithmetic processing unit uses this smoothing method to execute the smoothing process of the analysis data (S103).
なお、上述の説明では、解析データDまたは前進平滑化値Dsaと後進平滑化値Dsbとの差分値の積算値を用いる態様を示したが、解析データD、前進平滑化値Dsa、または、後進平滑化値Dsbのいずれかの時間的な差分値(微分値)によって平滑化方法を決定することも可能である。 In the above description, the aspect of using the integrated value of the difference value between the analysis data D or the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb is shown, but the analysis data D, the forward smoothing value Dsa, or the backward smoothing value Dsa is used. It is also possible to determine the smoothing method by the temporal difference value (differential value) of any of the smoothing values Dsb.
解析データ処理装置の平滑化方法決定部は、次に示す各実施形態の構成によって実現することもできる。図6(A)は、平滑化方法決定部の第3態様を示すブロック図である。図6(B)は、平滑化方法決定部の第4態様を示すブロック図である。図7は、図6(A)、図6(B)に示す構成の平滑化方法決定部におけるフィルタ係数および関数の決定の概念を説明するためのグラフである。図7において、横軸は経過時刻(観測時刻)であり、縦軸は変位である。図7において、細実線は、解析データである。太実線は、前進平滑化値Dsaであり、破線は、後進平滑化値Dsbである。 The smoothing method determination unit of the analysis data processing apparatus can also be realized by the configuration of each of the following embodiments. FIG. 6A is a block diagram showing a third aspect of the smoothing method determination unit. FIG. 6B is a block diagram showing a fourth aspect of the smoothing method determination unit. FIG. 7 is a graph for explaining the concept of determining the filter coefficient and the function in the configuration smoothing method determination unit shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B). In FIG. 7, the horizontal axis is the elapsed time (observation time), and the vertical axis is the displacement. In FIG. 7, the fine solid line is the analysis data. The thick solid line is the forward smoothing value Dsa, and the broken line is the backward smoothing value Dsb.
図6(A)に示す平滑化方法決定部は、図2(A)に示した平滑化方法決定部に対して、差分値算出部131および積算値算出部132が省略され、微分値算出部135が追加されている。また、図6(B)に示す平滑化方法決定部は、図2(B)に示した平滑化方法決定部に対して、差分値算出部131および積算値算出部132が省略され、微分値算出部135が追加されている。これらの変更に伴い、係数設定部133の処理および関数設定部134の処理が異なる。
In the smoothing method determination unit shown in FIG. 6 (A), the difference
微分値算出部135は、前進平滑化値Dsaが算出されている最新時刻(図7のts(i)に相当)における微分値を算出する。例えば、微分値算出部135は、前進平滑化値Dsaに対する微分値を算出する場合、最新時刻の前進平滑化値Dsaとこの時刻よりも過去の前進平滑化値Dsaとを用いて、これらの差分値を算出し、時間差で除算することによって、微分値dDsa/dtを算出する。この際、微分値算出部135は、最新時刻ts(i)の前進平滑化値Dsa(i)と、過去の前進平滑化値Dsa(i−N)を用いて、微分値dDsa(i)/dtを算出することが好ましい。Nは、整数であり、ts(i−N)は、最新時刻ts(i)よりもN個前の時刻を意味する。Nは適宜設定できる値であり、Nを小さくすることによって、解析データの変化が大きい時に、平滑化値の解析データからの遅れを小さくできる。
The differential
この微分値算出部135における微分値dDsa(i)/dtの算出処理は、平滑化係数の設定変更用の時間間隔で順次行われる。平滑化係数の設定変更用の時間間隔は、通常、複数の解析データDの取得間隔よりも長いが、同じであってもよい。
The calculation process of the differential value dDsa (i) / dt in the differential
図6(A)の構成では、微分値算出部135は、前進平滑化値Dsaの微分値dDsa/dtを、係数設定部133に出力する。この微分値dDsa/dtが本発明の「変化値」に対応する。
In the configuration of FIG. 6A, the differential
係数設定部133は、微分値dDsa/dtに応じて、フィルタ係数Ga、Gbを設定する。
The
係数設定部133は、例えば、微分値dDsa/dtが大きければ、フィルタ係数Ga、Gbを大きな値に設定する。言い換えれば、入力に対するフィルタ処理の時定数を短く設定する。係数設定部133は、微分値dDsa/dtが小さければ、フィルタ係数Ga、Gbを小さな値に設定する。言い換えれば、入力に対するフィルタ処理の時定数を長く設定する。すなわち、前進平滑化値Dsaの変化が大きい時には、フィルタ係数Ga、Gbは大きな値に設定される。一方、前進平滑化値Dsaの変化が小さい時には、フィルタ係数Ga、Gbは小さな値に設定される。
For example, if the differential value dDsa / dt is large, the
このようなフィルタ係数Ga、Gbの設定を用いることによって、解析データの変化が小さい期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、過去の安定した複数の解析データの影響を大きく受ける。したがって、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、非正規ノイズを含むノイズの影響が抑制され、安定する。 By using such settings of the filter coefficients Ga and Gb, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are greatly affected by a plurality of stable analysis data in the past during a period in which the change in the analysis data is small. .. Therefore, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are stable because the influence of noise including non-normal noise is suppressed.
一方、解析データが変動する期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、各時刻の解析データの影響をそれぞれに大きく受けるように変化する。したがって、解析データの変動に対する前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbの追従性は向上する。 On the other hand, during the period when the analysis data fluctuates, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb change so as to be greatly influenced by the analysis data at each time. Therefore, the followability of the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb with respect to the fluctuation of the analysis data is improved.
図6(B)の構成では、微分値算出部135は、前進平滑化値Dsaの微分値dDsa/dtを、関数設定部134に出力する。この微分値dDsa/dtが本発明の「変化値」に対応する。
In the configuration of FIG. 6B, the differential
関数設定部134は、微分値dDsa/dtに応じて、関数fa、fbを設定する。
The
関数設定部134は、例えば、微分値dDsa/dtが大きければ、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを小さくし、解析データDの重みを大きくする関数を設定する。言い換えれば、関数の入力に対する時定数を短く設定する。係数設定部133は、積算値Stsが小さければ、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを大きくし、解析データDの重みを小さくする関数を設定する。言い換えれば、関数の入力に対する時定数を長く設定する。解析データDの変化が大きな時には、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを小さくし、解析データDの重みを大きくする関数が設定される。一方、解析データDの変化が小さい時には、事前の平滑化値Dsa、Dsbの重みを大きくし、解析データDの重みを小さくする関数が設定される。
For example, if the differential value dDsa / dt is large, the
このような関数fa,fbの設定を用いることによって、解析データの変化が小さい期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、過去の安定した複数の解析データの影響を大きく受ける。したがって、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、非正規ノイズを含むノイズの影響が抑制され、安定する。 By using such settings of the functions fa and fb, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are greatly affected by a plurality of stable analysis data in the past during a period in which the change in the analysis data is small. Therefore, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb are stable because the influence of noise including non-normal noise is suppressed.
一方、解析データが変動する期間では、前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbは、各時刻の解析データの影響をそれぞれに大きく受けるように変化する。したがって、解析データの変動に対する前進平滑化値Dsaおよび後進平滑化値Dsbの追従性は向上する。 On the other hand, during the period when the analysis data fluctuates, the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb change so as to be greatly influenced by the analysis data at each time. Therefore, the followability of the forward smoothing value Dsa and the backward smoothing value Dsb with respect to the fluctuation of the analysis data is improved.
なお、上述の説明では、前進平滑化値Dsaの1階微分値を用いる態様を示したが、前進平滑化値Dsaのn階微分値(nは2以上の整数)を用いてもよい。また、後進平滑化値Dsbのm階微分値(mは1以上の整数)を用いてもよい(例えば、図7に示すような後進平滑化値Dsbの1階微分値dDsb/dt)。さらには、解析データDのm階微分値(mは1以上の整数)を用いてもよい(例えば、図7に示すような解析データDの1階微分値dD/dt)。また、さらには、微分値の単純移動平均等の平滑化値を用いてもよい。 In the above description, the first derivative value of the forward smoothing value Dsa is used, but the nth derivative value of the forward smoothing value Dsa (n is an integer of 2 or more) may be used. Further, the m-th order differential value of the reverse smoothing value Dsb (m is an integer of 1 or more) may be used (for example, the first-order differential value dDsb / dt of the reverse smoothing value Dsb as shown in FIG. 7). Further, the m-th order differential value of the analysis data D (m is an integer of 1 or more) may be used (for example, the first-order differential value dD / dt of the analysis data D as shown in FIG. 7). Further, a smoothing value such as a simple moving average of the differential value may be used.
このような解析データ処理装置は、次に示すスタティック測位を用いたシステムに適用できる。図8は、本実施形態に係る解析データ処理装置を含む観測システムの機能ブロック図である。図8に示すように、観測システム1は、観測局21、観測局22、基準局30、回線集約器40、サーバ50、および、解析装置60を備える。観測システム1が本発明の「変位観測システム」に対応する。
Such an analysis data processing device can be applied to the following system using static positioning. FIG. 8 is a functional block diagram of an observation system including the analysis data processing device according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the observation system 1 includes an
図8では、観測局は2箇所であり、基準局は1箇所であるが、これに限らない。これら観測局の数、基準局の数は、観測する箇所等に応じて適宜決められている。また、図8では、GPSを用いる態様を示しているが、GNSSの他の測位システムを用いることもできる。 In FIG. 8, there are two observation stations and one reference station, but the present invention is not limited to this. The number of these observation stations and the number of reference stations are appropriately determined according to the observation location and the like. Further, although FIG. 8 shows an embodiment in which GPS is used, other positioning systems of GNSS can also be used.
観測局21、観測局22、基準局30は、有線または無線によって、回線集約器40に接続されている。回線集約器40、サーバ50、および、解析装置60は、ネットワーク500を介して接続されている。
The
観測局21は、GPSアンテナ211およびGPS受信機212を備える。GPSアンテナ211は、複数の測位衛星SAT1、SAT2、SAT3、およびSAT4のそれぞれから送信される測位信号(GPS信号)を受信し、GPS受信機212に出力する。GPS受信機212は、複数の測位衛星SAT1、SAT2、SAT3、およびSAT4からの測位信号の搬送波位相をそれぞれに観測する。また、GPS受信機212は、コード位相を用いた単独測位等によって自装置位置を測位する。GPS受信機212は、これらの搬送波位相と測位結果とを回線集約器40に送信する。
The
観測局22は、GPSアンテナ221およびGPS受信機222を備える。GPSアンテナ221は、複数の測位衛星SAT1、SAT2、SAT3、およびSAT4のそれぞれから送信される測位信号(GPS信号)を受信し、GPS受信機222に出力する。GPS受信機222は、複数の測位衛星SAT1、SAT2、SAT3、およびSAT4からの測位信号の搬送波位相をそれぞれに観測する。また、GPS受信機222は、コード位相を用いた単独測位等によって自装置位置を測位する。GPS受信機222は、これらの搬送波位相と測位結果とを回線集約器40に送信する。
The
基準局30は、GPSアンテナ301およびGPS受信機302を備える。GPSアンテナ301は、複数の測位衛星SAT1、SAT2、SAT3、およびSAT4のそれぞれから送信される測位信号(GPS信号)を受信し、GPS受信機302に出力する。GPS受信機302は、複数の測位衛星SAT1、SAT2、SAT3、およびSAT4からの測位信号の搬送波位相をそれぞれに観測する。また、GPS受信機302は、コード位相を用いた単独測位等によって自装置位置を測位する。GPS受信機302は、これらの搬送波位相と測位結果とを回線集約器40に送信する。
The
回線集約器40は、観測局21、観測局22、および、基準局30のそれぞれからの搬送波位相と測位結果とを、サーバ50に送信する。サーバ50は、例えば、FTPサーバによって実現される。
The
解析装置60は、演算部61と記憶部62とを備える。演算部61は、上述の解析データ処理装置10の機能を有する。また、演算部61は、観測局21、観測局22、および、基準局30のそれぞれからの搬送波位相と測位結果とをサーバ50から取得し、各局を結ぶ基線ベクトルを算出する。演算部61は、予め設定された基線ベクトルの観測時間の間隔で、基線ベクトルを順次算出する。更に、演算部61は、この基線ベクトルの変位量を順次算出する。例えば、この基線ベクトルの変位量が、本発明の「解析データ」に対応する。
The analysis device 60 includes a
これは、例えば、地滑り観測システムであれば、観測局21、および、観測局22の設置された位置での地盤の変動量に対応する。このような地盤の変動量は、地震、豪雨等による地盤の変動がなければ、安定して変化しない。一方で、地盤の変動が生じるときは、その要因に応じて広いレンジで変化が生じる。したがって、搬送波位相を用いることで、このような変化を高精度に観測でき、さらに、本願発明の解析データ処理装置10の構成を用いることによって、ノイズの影響を効果的に抑圧し、且つ、変動に対して観測データの高い追従性を実現できる。また、さらに、測位信号を用いる場合、マルチパス誤差等の非正規ノイズが生じるが、本願発明の解析データ処理装置10の構成を用いることで、このような非正規ノイズも抑圧できる。
For example, in the case of a landslide observation system, this corresponds to the amount of ground fluctuation at the positions where the
なお、上述の説明では、スタティック測位による解析データを用いる態様を示したが、RTK(リアルタイムキネマティック)等のキネマティック測位や精密単独測位(PPP等)による解析データにも、上述の構成および処理を適用することができる。 In the above description, the mode of using the analysis data by static positioning is shown, but the above-mentioned configuration and processing are also used for the analysis data by kinematic positioning such as RTK (real-time kinematic) and precision independent positioning (PPP, etc.). Can be applied.
また、上述の説明では、回線集約器40を備える態様を示したが、これを省略することもできる。この場合、観測局21、22、および、基準局30は、搬送波位相および測位結果をサーバ50に出力すればよい。また、サーバ50を省略することもできる。この場合、回線集約器40、または、観測局21、22、および、基準局30は、搬送波位相および測位結果を、解析装置60に出力すればよい。解析装置60は、これらを、記憶部62に記憶して、上述の処理に利用する。
Further, in the above description, the embodiment including the
また、観測局21、22、および、基準局30のいずれかによって、搬送波位相および測位結果を集約して、基線ベクトルおよび基線ベクトルの変位量を算出してもよい。この場合、基線ベクトルの変位量を算出した局は、基線ベクトルの変位量をサーバ50に出力すればよい。
Further, the carrier phase and the positioning result may be aggregated by any of the
更に、上述の説明では、観測局21、22、および、基準局30とは別に、解析装置60を備える態様を示したが、解析装置60を、観測局21、22、および、基準局30のいずれかに内蔵してもよい。
Further, in the above description, the embodiment in which the analysis device 60 is provided separately from the
1:観測システム
10:解析データ処理装置
11:前進平滑化処理部
12:後進平滑化処理部
13:平滑化方法決定部
21、22:観測局
30:基準局
40:回線集約器
50:サーバ
60:解析装置
61:演算部
62:記憶部
131:差分値算出部
132:積算値算出部
133:係数設定部
134:関数設定部
135:微分値算出部
211、221、301:GPSアンテナ
212、222、302:GPS受信機
500:ネットワーク
1: Observation system 10: Analysis data processing device 11: Forward smoothing processing unit 12: Reverse smoothing processing unit 13: Smoothing
Claims (7)
前記前進平滑化の時系列データを、現時点から過去に向けて順次平滑化処理し、後進平滑化の時系列データを算出する後進平滑化処理部と、
前記後進平滑化の時系列データと前記加工前の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、前記後進平滑化の時系列データと前記前進平滑化の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、前記後進平滑化の時系列データの時間的な差分値、前記加工前の時系列データの時間的な差分値、前記前進平滑化の時系列データの時間的な差分値、のうちの少なくとも1つに応じて、前記前進平滑化処理部および前記後進平滑化処理部の応答性を決定する平滑化方法決定部と、
を備えた、データ処理装置。 A forward smoothing processing unit that sequentially smoothes the observed time-series data before processing from the past to the present and calculates the time-series data of forward smoothing.
A reverse smoothing processing unit that sequentially smoothes the forward smoothing time series data from the present time to the past and calculates the backward smoothing time series data.
The integrated value of the difference value between the backward smoothing time series data and the unprocessed time series data within a predetermined period, and the difference value between the backward smoothing time series data and the forward smoothing time series data. Integrated value within a predetermined period, temporal difference value of the backward smoothing time series data, temporal difference value of the time series data before processing, temporal difference value of the forward smoothing time series data A smoothing method determining unit that determines the responsiveness of the forward smoothing processing unit and the reverse smoothing processing unit according to at least one of the above.
A data processing device equipped with.
前記平滑化方法決定部は、
前記加工前の時系列データの変化量が大きい場合には、前記前進平滑化の時系列データの前記加工前の時系列データへの追従性を高め、前記加工前の時系列データの変化量が小さい場合には、前記前進平滑化の時系列データの安定性を高めるように、前記応答性を決定する、
データ処理装置。 The data processing device according to claim 1.
The smoothing method determination unit
When the amount of change in the time-series data before processing is large, the followability of the time-series data of the forward smoothing to the time-series data before processing is enhanced, and the amount of change in the time-series data before processing is increased. If it is small, the responsiveness is determined so as to enhance the stability of the time series data of the forward smoothing.
Data processing device.
前記応答性は、フィルタ係数または関数によって設定される、
データ処理装置。 The data processing device according to claim 1 or 2.
The responsiveness is set by a filter coefficient or function.
Data processing device.
前記加工前の時系列データは、
測位信号の搬送波位相に基づく座標の基線ベクトルの変位量である、
データ処理装置。 The data processing device according to any one of claims 1 to 3.
The time series data before processing is
The amount of displacement of the baseline vector of the coordinates based on the carrier phase of the positioning signal,
Data processing device.
前記データ処理装置に接続され、それぞれに前記測位信号を受信して、それぞれに前記搬送波位相を観測する複数の局と、
を備えた、変位観測システム。 The configuration of the data processing device according to claim 4 and
A plurality of stations connected to the data processing device, each of which receives the positioning signal and observes the carrier phase, respectively.
Displacement observation system equipped with.
前記前進平滑化の時系列データを、現時点から過去に向けて順次平滑化処理し、後進平滑化の時系列データを算出し、
前記後進平滑化の時系列データと前記加工前の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、前記後進平滑化の時系列データと前記前進平滑化の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、前記後進平滑化の時系列データの時間的な差分値、前記加工前の時系列データの時間的な差分値、前記前進平滑化の時系列データの時間的な差分値、のうちの少なくとも1つに応じて、前進平滑化処理および後進平滑化処理の応答性を決定する、
データ処理方法。 The observed time-series data before processing is sequentially smoothed from the past to the present, and the time-series data for forward smoothing is calculated.
The time-series data of the forward smoothing is sequentially smoothed from the present time to the past, and the time-series data of the backward smoothing is calculated.
The integrated value of the difference value between the backward smoothing time series data and the unprocessed time series data within a predetermined period, and the difference value between the backward smoothing time series data and the forward smoothing time series data. Integrated value within a predetermined period, temporal difference value of the backward smoothing time series data, temporal difference value of the time series data before processing, temporal difference value of the forward smoothing time series data The responsiveness of the forward smoothing process and the backward smoothing process is determined according to at least one of.
Data processing method.
前記前進平滑化の時系列データを、現時点から過去に向けて順次平滑化処理し、後進平滑化の時系列データを算出する処理と、
前記後進平滑化の時系列データと前記加工前の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、前記後進平滑化の時系列データと前記前進平滑化の時系列データとの差分値の所定期間内の積分値、前記後進平滑化の時系列データの時間的な差分値、前記加工前の時系列データの時間的な差分値、前記前進平滑化の時系列データの時間的な差分値、のうちの少なくとも1つに応じて、前進平滑化処理および後進平滑化処理の応答性を決定する処理と、
を、演算処理装置に実行させるデータ処理プログラム。 A process of sequentially smoothing the observed time-series data before processing from the past to the present, and a process of calculating the time-series data of forward smoothing.
The process of sequentially smoothing the time-series data of the forward smoothing from the present time to the past and calculating the time-series data of the backward smoothing,
The integrated value of the difference value between the backward smoothing time series data and the unprocessed time series data within a predetermined period, and the difference value between the backward smoothing time series data and the forward smoothing time series data. Integrated value within a predetermined period, temporal difference value of the backward smoothing time series data, temporal difference value of the time series data before processing, temporal difference value of the forward smoothing time series data The process of determining the responsiveness of the forward smoothing process and the backward smoothing process according to at least one of
Is a data processing program that causes the arithmetic processing unit to execute.
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