JPH11304486A - 広域測位システムを使用した測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測深機が傾斜したときでも、海底の３次元座
標を正確に求めることができる広域測位システムを使用
した測量装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 支持体１Ａの上端に設置されるアンテナ
１により複数の衛星より電波を受信してアンテナ基準位
置を測位するＧＰＳ受信機３と、アンテナの支持体１Ａ
の水面下の下端に設置され水深を測定する送受波器12
と、アンテナの支持体１Ａの傾斜を測定する傾斜計４
と、傾斜計４により測定されたアンテナ傾斜角が測深機
12の指向角の２分の１より大きいときのみ、傾斜計４に
より測定されたアンテナ傾斜量によって、測深機本体13
により測定された水深を補正し、アンテナ傾斜量と前記
アンテナ基準位置により、補正した水深の海底平面位置
を求め、海底の３次元座標を求めるデータ処理装置６を
備える。この構成により、送受波器12が大きく傾いた場
合にも精度よく海底の３次元座標を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海洋土木分野にお
ける広域測位システムを使用した海底地形の測量装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より海底地形測量は、広域測位シス
テム（global positioning system）（以下、ＧＰＳ
と略す）を使用して位置（水平面座標）測定行うととも
に、測深機により水深を測定し、さらに潮位変化、うね
りに対処するため、ＧＰＳを使用して潮位計測を行い、
うねりの上下動を検出して０ｍ高さを求め、水深を補正
して正確な水深を求めて、海底の３次元座標を求めてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】水深の測量は、直下方
向に行うのが原則であるが、波浪の影響などにより測深
機が傾斜し、斜め方向に測量した場合、水深の誤差が大
きくなる。また、普通は測深された海底の平面位置を直
接測定する手段はないため、測量船すなわち測深機の平
面座標と一致しているとするが、斜め方向に測深してい
るため、この２つの平面位置は一致せず誤差になる。

【０００４】水深が比較的浅い場合は、これら誤差は相
対的に小さいものであり、海洋土木測量に要求される精
度を特に補正することなく満足できるが、水深が深くな
ると、これら誤差が大きくなるため、精度を満足できな
くなった。

【０００５】そこで本発明は、測深機が傾斜したときで
も、海底の３次元座標を正確に求めることができる広域
測位システムを使用した測量装置を提供することを目的
としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本第１発明の広域測位システムを使用した測量
装置は、支持体に設置されるアンテナにより複数の衛星
より電波を受信してこのアンテナ位置を測位する測位装
置と、前記アンテナの支持体の水面下に設置され、水深
を測定する測深機と、前記アンテナの支持体の傾斜を測
定する傾斜計と、前記傾斜計により測定されたアンテナ
傾斜量によって、前記測深機により測定された水深を補
正し、この補正した水深の海底面水平位置を前記アンテ
ナ傾斜量と前記測位装置により測位されたアンテナ位置
によって求め、海底の３次元座標を求めるデータ処理装
置とを設けたことを特徴とするものである。

【０００７】上記本第１発明の構成により、アンテナ
（支持体）傾斜量によって測深機（送受波器）により測
定された水深が補正され、アンテナ傾斜量と測位装置に
より測位されたアンテナ位置によって、補正した水深の
海底面水平位置（２次元座標）が求められて、正確な海
底の３次元座標が得られ、この真値の軌跡により深浅が
測量される。

【０００８】また本第２発明の広域測位システムを使用
した測量装置は、上記第１発明の広域測位システムを使
用した測量装置であって、データ処理装置は、傾斜計に
より測定されたアンテナ傾斜量が、測深機の指向角の２
分の１より大きいとき、前記測深機により測定された水
深を補正し、この補正した水深の海底面水平位置を前記
アンテナ傾斜量と前記測位装置により測位されたアンテ
ナ位置によって求めて、海底の３次元座標を求め、前記
アンテナ傾斜量が前記測深機の指向角の２分の１と同じ
か、小さいとき、このアンテナ傾斜量により前記測位装
置により測位されたアンテナ位置を補正して水深の海底
面水平位置を求め、海底の３次元座標を求めることを特
徴とするものである。

【０００９】測深機は、指向角の範囲で測深可能であ
り、この範囲の中で最も短い距離が測深される。したが
って、アンテナ傾斜角が、測深機の指向角の２分の１の
範囲に入っている場合、水深の補正を行う必要がない。
ただし、水深の海底面水平位置は補正が必要である。

【００１０】上記本第２発明の構成により、アンテナ傾
斜量が、測深機の指向角の２分の１より大きいとき、測
深機により測定された水深を補正し、この補正した水深
の海底面水平位置をアンテナ傾斜量と測位装置により測
位されたアンテナ位置によって求めることにより、不要
な補正を排除でき、精度の低下を避けることができる。
またアンテナ傾斜量が前記測深機の指向角の２分の１と
同じか、小さいとき、このアンテナ傾斜量により測位装
置により測位されたアンテナ位置を補正して水深の海底
面水平位置を求め、海底の３次元座標を求める。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態におけ
る海底地形測量を行う広域測位システムを使用した測量
装置の構成図である。

【００１２】１は複数の衛星より電波を受信するアンテ
ナであり、アンテナ１はその支持体、たとえば支柱（ア
ンテナ支持棒）１Ａの先端（上端）に設置され、この支
柱１Ａは測量船２の重心の側面位置に垂直な形（鉛直方
向）に取り付けられている。またこのアンテナ１の支柱
１Ａに、アンテナ１の支柱１Ａの傾斜を、たとえば20ｍ
ｓ間隔で測定する傾斜計４が固定され、さらにこの支柱
１Ａの下端（水面下）に、測深機の送受波器（測深セン
サ）12が取付けられている。なお、アンテナ１の支柱１
Ａは測量船２から離して浮遊させることも可能である。

【００１３】上記測量船２内には、アンテナ１に接続さ
れ複数（たとえば８個）の衛星より、たとえば１ｓ間隔
で電波を受信してアンテナ位置｛３次元座標（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）｝（以下、ＧＰＳデータと称す）を測位するＧＰＳ
受信機（測位装置）３と、ＧＰＳ受信機３により測位さ
れたＧＰＳデータを伝送するＧＰＳ情報伝送器５と、後
述するマイクロコンピュータからなるデータ処理装置６
と、このデータ処理装置６により処理されたデータを記
憶するデータファイル７と、データ処理装置６に接続さ
れたＣＲＴ８、キーボード９およびプリンタ10と、送受
波器（測深センサ）12に接続され、水深を音波反射法な
どにより測定する測深機（本体）13が設けられている。

【００１４】上記傾斜計４は、アンテナ１の支柱１Ａの
傾斜角、すなわち図５に示す、測量船２のロール角θと
ピッチ角φを検出している。また上記測深機の送受波器
（測深センサ）12は、図４に示す指向角（検出広がり角
度）２ψの円錐形の計測範囲で測深可能であり、測深機
13はこの範囲の中で最も短い距離Ｄを測深する。なお、
指向角２ψは、単に測深機が測深できる指向角ではな
く、使用状況に応じて選択された、使用に耐えうる指向
角である。

【００１５】上記データ処理装置６の動作を図２のフロ
ーチャートにしたがって説明する。まず、初期条件（測
量条件、アンテナ１の高さなど）が対話形式などにより
ＣＲＴ８およびキーボード９を使用して入力されると
（ステップ−Ａ１）、データファイル７へ記憶し（ステ
ップ−Ａ２）、キーボード９から測定開始信号を入力す
ると（測量船２の移動開始を条件としてもよい）（ステ
ップ−Ａ３）、傾斜計４により測定されたアンテナ傾斜
量データ（ロール角θとピッチ角φ）と、ＧＰＳ受信機
３により測位されたＧＰＳデータと、測深機13により測
定された測深データを入力し（ステップ−Ａ４）、これ
らアンテナ傾斜量データとＧＰＳデータと測深データの
収集時刻を整合させ（ステップ−Ａ５）、整合させたア
ンテナ傾斜量データとＧＰＳデータと測深データをデー
タファイル７へ記憶する（ステップ−Ａ６）。

【００１６】ステップ−Ａ４〜ステップ−Ａ６は繰り返
し実行され、アンテナ傾斜量データとＧＰＳデータと測
深データが収集される。そして、キーボード９から測定
終了信号を入力すると（測量船２の停止を条件としても
よい）（ステップ−Ａ７）、測定を終了し、続いてキー
ボード９からデータ出力指令信号を入力すると（ステッ
プ−Ａ８）、データファイル７に記憶された上記初期条
件を呼出す（ステップ−Ａ９）。

【００１７】次に、データファイル７へ記憶したアンテ
ナ傾斜量データとＧＰＳデータと測深データを順に呼び
出し（ステップ−Ａ10）、アンテナ傾斜量データのロー
ル角θまたはピッチ角φが、送受波器12の指向角の２分
の１の角度（以下、送受波器半値角ψと称す）より大き
いかどうかを判断し（ステップ−Ａ11）、ロール角θま
たはピッチ角φが送受波器半値角ψより大きいとき、ア
ンテナ傾斜量データ（ロール角θまたはピッチ角φ）に
よりＧＰＳデータと測深データを補正して海底の３次元
座標を求め（ステップ−Ａ12）、データファイル７へ記
憶する（ステップ−Ａ13）。ステップ−Ａ11において、
ロール角θおよびピッチ角φが送受波器半値角ψ以下で
あると判断されると、呼び出したＧＰＳデータのみを補
正して海底の３次元座標を求めて（ステップ−Ａ14）、
データファイル７へ記憶する。

【００１８】ステップ−Ａ10〜ステップ−Ａ14は繰り返
し実行されて、正確な海底の３次元座標が連続して得ら
れる。そして、全てのデータが得られると（ステップ−
Ａ15）、所定のフォーマットに海底の３次元座標を整形
し（ステップ−Ａ16）、プリンタ10へ出力し（ステップ
−Ａ17）、終了する。

【００１９】またデータ処理装置６は、キーボード９か
らの入力により、適宜データをＣＲＴ８へ出力する。上
記ステップ−Ａ12における、θ−ψ＞０、またはφ−ψ
＞０のとき、すなわちアンテナ傾斜量が大きいとき、上
記アンテナ傾斜量データ（ロール角θとピッチ角φ）に
より、ＧＰＳデータ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と測深データＤを補
正し、海底の３次元座標（Ｘ”，Ｙ”，Ｚ”）を求める
方法を図３〜図５にしたがって、詳細に説明する。

【００２０】図４において、Ｄ’は送受波器12の位置を
基準とした補正後の水深、（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）は送受
波器12の位置の３次元ＧＰＳ座標、Ｌp はアンテナ１
の支柱１Ａの水面からの長さ、Ｌs はアンテナ１の支
柱１Ａの水面下の長さである。また、図５に示すよう
に、測量船２に固定された座標系をＯｘｙｚ（原点が測
量船２の回転中心に固定され、ｘｙ面を水平な海面と
し、ｚ軸がつねに鉛直方向を向き、ｙ軸を水平面の測量
船２の進行方向とする座標系）とすると、アンテナ１の
支柱１Ａを長さＬp とＬs に分ける位置Ｍの座標は
（ｂ，０，０）である。アンテナ１と測深機の送受波器
12の座標はそれぞれ（ｂ，０，Ｌp ）および（ｂ，
０，−Ｌs）である。ｂは測量船２の中心からｘ方向に
測ったアンテナ１の位置である。 ステップ−Ｂ１ アンテナ支持体１Ａが傾斜したときの、Ｏｘｙｚ系にお
けるアンテナ１の支柱１Ａの位置Ｍの座標を求める。ロ
ール角θ、ピッチ角φ、および上記ｘ方向アンテナ１の
位置ｂから求められる。 ステップ−Ｂ２ アンテナ１の支柱１Ａの位置Ｍの座標を原点とする、ア
ンテナ１と測深機の送受波器12の３次元座標をそれぞれ
求める。ロール角θ、ピッチ角φ、アンテナ１の支柱１
Ａの水面からの長さＬp 、およびアンテナ１の支柱１
Ａの水面下の長さＬsから求められる。 ステップ−Ｂ３ Ｏｘｙｚ系におけるアンテナ１の支柱１Ａの位置Ｍの座
標に、アンテナ１の支柱１Ａの位置Ｍの座標を原点とす
る、アンテナ１と測深機の送受波器12の３次元座標をそ
れぞれ加算して、Ｏｘｙｚ系におけるアンテナ１と測深
機の送受波器12の３次元座標を求める。 ステップ−Ｂ４ 求めたＯｘｙｚ系におけるアンテナ１と測深機の送受波
器12の３次元座標を、Ｏｘｙｚ系のｙ軸（船首方向）と
ＧＰＳ座標系のＹ軸がなす角度で回転させる。 ステップ−Ｂ５ ステップ−Ｂ４で求めたアンテナ１の３次元座標は、Ｇ
ＰＳデータ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致することから、ステッ
プ−Ｂ４で求めた測深機の送受波器12の３次元座標をＧ
ＰＳのデータ（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）に変換する。 ステップ−Ｂ６ 測深機の送受波器12の位置を原点とするＯｘｙｚ系にお
ける海底測定位置座標を求める。たとえば、座標ｘ”と
ｘ成分に対する深さは次のように求められる。

【００２１】ｘ”＝−Ｄ’ｔａｎ（θ−ψ） Ｄ’＝Ｄｃｏｓ（θ−ψ） この求めたＯｘｙｚ系の座標をステップ−Ｂ４と同様
に、Ｏｘｙｚ系のｙ軸（船首方向）とＧＰＳ座標系のＹ
軸がなす角度で回転させる。 ステップ−Ｂ７ 次に、ステップ−Ｂ５で求めたＧＰＳデータによる測深
機の送受波器12の位置座標とステップ−Ｂ６で求めた海
底測定位置座標を加算して海底の３次元座標（Ｘ”，
Ｙ”，Ｚ”）を求める。

【００２２】また上記図２のステップ−Ａ14における、
座標は下記のように求める。上記測深機の送受波器（測
深センサ）12は、指向角２ψの範囲で測深可能であり、
この範囲の中で最も浅い所が測深される。したがって、
ロール角θおよびピッチ角φが、送受波器半値角ψの範
囲に入っている場合、水深の補正を行う必要がない。

【００２３】θ−ψ≦０、およびφ−ψ≦０のとき、す
なわちアンテナ傾斜量が小さいとき、Ｄ’＝Ｄであり、
測深機の送受波器12の座標Ｚ’にＤを加算して座標Ｚ”
を求める（Ｚ”＝Ｚ’＋Ｄ）。また上記ステップ−Ｂ５
のＧＰＳデータによる測深機の送受波器12のＸＹ座標を
海底測定位置のＸＹ座標とする（Ｘ”＝Ｘ’，Ｙ”＝
Ｙ’）。

【００２４】このように、海底面のＧＰＳ座標（Ｘ”，
Ｙ”，Ｚ”）を、３次元座標のアンテナ傾斜量データ
（ロール角θとピッチ角φ）により、ＧＰＳデータと測
深データを補正して求めることにより、測深機の送受波
器12が大きく傾いても精度の高い海底面の座標を得るこ
とができ、深浅測量の精度を向上させることができる。

【００２５】なお、本実施の形態において、アンテナ１
の支柱１Ａに直接傾斜計４を取付けているが、傾斜計４
はこの支柱１Ａの傾斜を測定できるように取付ければよ
いことはいうまでもない。

【００２６】またデータ処理装置６において、整合させ
たアンテナ傾斜量データとＧＰＳデータと測深データを
一旦データファイル７へ記憶し、測定終了後、補正を行
っているが、整合させたアンテナ傾斜量データとＧＰＳ
データと測深データを得るとすぐに補正演算を行い、海
底の３次元座標を求めてデータファイル７へ記憶するよ
うにすることもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アンテナ
傾斜量によって測深機（送受波器）により測定された水
深を補正し、アンテナ傾斜量と測位装置により測位され
たアンテナ位置によって、補正した水深の海底平面位置
（２次元座標）を求めることにより、すなわち３次元補
正を行うことにより、測深機が大きく傾いた場合にも精
度よく海底の３次元座標を得ることができ、深浅測量の
精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における海底地形測量を行
う広域測位システムを使用した測量装置の構成図であ
る。

【図２】同測定装置のデータ処理装置の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図３】同測定装置のデータ処理装置の補正手順のフロ
ーチャートである。

【図４】同測定装置の補正方法を説明するための説明図
である。

【図５】同測定装置の補正方法を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

１ アンテナ １Ａ アンテナ支柱 ２ 測量船 ３ ＧＰＳ受信機 ４ 傾斜計 ５ ＧＰＳ情報伝送器 ６ データ処理装置 ７ データファイル ８ ＣＲＴ ９ キーボード 10 プリンタ 12 送受波器 13 測深機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 正生 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 滝谷 俊夫 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 寺田 幸博 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体に設置されるアンテナにより複数
   の衛星より電波を受信してこのアンテナ位置を測位する
   測位装置と、 前記アンテナの支持体の水面下に設置され、水深を測定
   する測深機と、 前記アンテナの支持体の傾斜を測定する傾斜計と、 前記傾斜計により測定されたアンテナ傾斜量によって、
   前記測深機により測定された水深を補正し、この補正し
   た水深の海底面水平位置を前記アンテナ傾斜量と前記測
   位装置により測位されたアンテナ位置によって求め、海
   底の３次元座標を求めるデータ処理装置とを設けたこと
   を特徴とする広域測位システムを使用した測量装置。
2. 【請求項２】 データ処理装置は、 傾斜計により測定されたアンテナ傾斜量が、測深機の指
   向角の２分の１より大きいとき、前記測深機により測定
   された水深を補正し、この補正した水深の海底面水平位
   置を前記アンテナ傾斜量と前記測位装置により測位され
   たアンテナ位置によって求めて、海底の３次元座標を求
   め、 前記アンテナ傾斜量が前記測深機の指向角の２分の１と
   同じか、小さいとき、このアンテナ傾斜量により前記測
   位装置により測位されたアンテナ位置を補正して水深の
   海底面水平位置を求め、海底の３次元座標を求めること
   を特徴とする請求項１記載の広域測位システムを使用し
   た測量装置。