WO2020004538A1 - 構造物監視サーバおよび構造物監視システム - Google Patents

構造物監視サーバおよび構造物監視システム Download PDF

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WO2020004538A1
WO2020004538A1 PCT/JP2019/025561 JP2019025561W WO2020004538A1 WO 2020004538 A1 WO2020004538 A1 WO 2020004538A1 JP 2019025561 W JP2019025561 W JP 2019025561W WO 2020004538 A1 WO2020004538 A1 WO 2020004538A1
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WO
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positioning
antenna
azimuth vector
reference station
structure monitoring
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Application number
PCT/JP2019/025561
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English (en)
French (fr)
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山崎　靖久
邦彦 酒井原
純 柴田
良昌 白崎
一幸 吉野
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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    • G—PHYSICS
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    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/51—Relative positioning

Definitions

  • the present invention relates to a structure monitoring server and a structure monitoring system that detect a change in the shape of a structure by using a signal from a positioning satellite (hereinafter, artificial satellites that can be used for positioning are collectively referred to as “satellite”). About.
  • a positioning satellite hereinafter, artificial satellites that can be used for positioning are collectively referred to as “satellite”.
  • a positioning system using interference positioning (RTK operation) by a RTK (Real Time Kinematic) method has been considered (for example, see Patent Document 1). ).
  • the RTK method performs positioning of a predetermined point using a positioning signal transmitted by a satellite. It is expected that highly accurate positioning will be realized by applying the interference positioning by the RTK method.
  • a positioning terminal When performing a RTK calculation, a positioning terminal receives a positioning signal transmitted from a satellite (not shown) of a GNSS (Global Navigation Satellite System) and uses the positioning signal to perform positioning data (hereinafter, “positioning terminal positioning data”). ).
  • the GNSS is a general term for satellite navigation systems having performance (accuracy and reliability) usable for civil aviation navigation, such as GPS (Global Positioning System), BeiDou, and GLONASS.
  • the positioning signal includes an L1 signal (1575.42 MHz) and an L2 signal (1227.60 MHz) transmitted from a GPS satellite.
  • the positioning terminal transmits, from a reference station whose position is known, positioning data at the reference station (hereinafter, referred to as “reference station positioning data”) and information indicating the current position (coordinates on the earth) of the reference station (hereinafter, “position information”). ), And performs positioning using the positioning terminal positioning data, the reference station positioning data, and the reference station position information.
  • reference station positioning data positioning data at the reference station
  • position information information indicating the current position (coordinates on the earth) of the reference station
  • a position of a position positioning device (positioning terminal) fixedly installed in a structure such as a building is measured using positioning information (positioning signal) transmitted from a GPS satellite or the like.
  • positioning information positioning signal
  • a structure monitoring system that monitors a change (distortion, inclination, and the like) in the shape of the structure based on the amount of change in the position of the structure has been considered (for example, see Patent Document 2).
  • the “structure” includes bridges, towers, nuclear power plants, petroleum complexes, gas tanks, port structures, breakwaters, overpasses, and the like.
  • Patent Literature 2 since the installation position of the position positioning device is measured without performing the positioning operation such as the RTK operation, the change in the shape of the structure cannot be detected with high accuracy.
  • the non-limiting embodiment of the present disclosure discloses a structure monitoring server and a structure monitoring system that can detect a change in the shape of a structure with high accuracy.
  • the structure monitoring server is installed at a predetermined position of the structure, and performs positioning of the positioning antenna from each of a plurality of positioning antennas that perform positioning based on positioning signals transmitted from a plurality of satellites.
  • a communication unit that receives data, calculates an azimuth vector between any two of the plurality of positioning antennas by performing a positioning operation using the positioning data of the positioning antenna, and based on a time variation of the azimuth vector.
  • a structure monitoring system is installed at a predetermined position of a structure, a plurality of positioning antennas that perform positioning based on positioning signals transmitted from a plurality of satellites, and positioning data of the positioning antenna.
  • a structure monitoring server that calculates an azimuth vector between any two of the plurality of positioning antennas by performing positioning calculation using the structure, and detects a change in the shape of the structure based on a time variation of the azimuth vector; Is provided.
  • the position of the positioning antenna is measured by performing the positioning calculation, a change in the shape of the structure can be detected with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a positioning antenna according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement of a positioning antenna according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an erroneous FIX removal algorithm according to the second embodiment of the present disclosure. Diagram for explaining a variation of the present disclosure
  • the structure monitoring system 1 includes a reference station 10, a positioning antenna 20, and a structure monitoring server 30.
  • the reference station 10 receives a positioning signal transmitted from a GNSS satellite (not shown) and generates reference station positioning data using the positioning signal.
  • the reference station 10 performs wireless communication with the structure monitoring server 30 and transmits reference station positioning data and reference station position information to the structure monitoring server 30.
  • the positioning antenna 20 receives a positioning signal received from a GNSS satellite, and generates positioning data (hereinafter, referred to as “positioning antenna positioning data”) using the positioning signal. Further, the positioning antenna 20 performs wireless communication with the structure monitoring server 30 and transmits positioning antenna positioning data to the structure monitoring server 30.
  • the structure monitoring server 30 performs wireless communication with the reference station 10 and receives reference station positioning data and reference station position information from the reference station 10. Further, the structure monitoring server 30 performs wireless communication with the positioning antenna 20 and receives positioning antenna positioning data from the positioning antenna 20.
  • the structure monitoring server 30 performs an RTK operation using the positioning antenna positioning data, the reference station positioning data, and the reference station position information, and calculates the current position (coordinates on the earth) of the positioning antenna 20.
  • the coordinates are generally three-dimensional coordinates such as latitude, longitude and altitude, but may be two-dimensional coordinates such as latitude and longitude.
  • the structure monitoring server 30 receives positioning antenna positioning data from each positioning antenna 20 in a time-division manner, and calculates the current position of each positioning antenna 20.
  • the structure monitoring server 30 detects a change in the shape of the structure X based on a time variation of the position of each positioning antenna 20, a time variation of an azimuth vector between the positioning antennas 20, and the like.
  • the reference station 10 has a processor 101, a storage unit 102, an input unit 103, an output unit 104, a communication unit 105, a reception unit 106, and a bus 110.
  • the processor 101 controls other elements of the reference station 10 via the bus 110.
  • a general-purpose CPU Central Processing Unit
  • the processor 101 executes a predetermined program to generate reference station positioning data using the positioning signal.
  • the storage unit 102 acquires various information from other elements, and temporarily or permanently retains the information.
  • the storage unit 102 is a general term for a so-called primary storage device and a secondary storage device.
  • a plurality of storage units 102 may be physically arranged.
  • As the storage unit 102 for example, a DRAM (Direct Random Access Memory), an HDD (Hard Disk Drive), and an SSD (Solid State Drive) are used.
  • the input unit 103 receives information from outside.
  • the external information received by the input unit 103 includes information related to input from the operator of the reference station 10 and the like.
  • the input unit 103 can be configured by using an input interface such as a keyboard.
  • the output unit 104 presents information to the outside.
  • the information presented by the output unit 104 includes information related to positioning and the like.
  • the output unit 104 can be configured by using an existing output interface such as a display.
  • the communication unit 105 communicates with an external device via a communication path.
  • Devices to be communicated by the communication unit 105 include the structure monitoring server 30.
  • the communication unit 105 can be configured by using a communication interface that can communicate with an existing communication network such as a 3G communication network or an LTE communication network.
  • the receiving unit 106 receives the positioning signal from the satellite and outputs the positioning signal to the processor 101 via the bus 110.
  • the configuration of the reference station 10 is an example. Some of the components of the reference station 10 may be integrated and configured. A part of each component of the reference station 10 may be divided into a plurality of components. Some of the components of the reference station 10 may be omitted. The reference station 10 may be configured by adding other elements.
  • the positioning antenna 20 includes a processor 201, a storage unit 202, an input unit 203, an output unit 204, a communication unit 205, a reception unit 206, and a bus 210.
  • the processor 201 controls other elements of the positioning antenna 20 via the bus 210.
  • the processor 201 for example, a general-purpose CPU is used.
  • the processor 201 generates positioning antenna positioning data using the positioning signal by executing a predetermined program.
  • the storage unit 202 acquires various information from other elements and temporarily or permanently retains the information.
  • the storage unit 202 is a general term for a so-called primary storage device and a secondary storage device.
  • a plurality of storage units 202 may be physically arranged.
  • As the storage unit 202 for example, a DRAM, HDD, or SSD is used.
  • the input unit 203 receives information from outside.
  • the external information received by the input unit 203 includes information related to input from the operator of the positioning antenna 20 and the like.
  • the input unit 203 can be configured by using an input interface such as a keyboard.
  • the output unit 204 presents information to the outside.
  • the information presented by the output unit 204 includes information related to positioning and the like.
  • the output unit 204 can be configured by using an existing output interface such as a display.
  • the communication unit 205 communicates with an external device via a communication path.
  • Devices to be communicated by the communication unit 205 include the structure monitoring server 30.
  • the communication unit 205 can be configured by using a communication interface that can communicate with an existing communication network such as a wireless LAN communication network, a 3G communication network, or an LTE communication network.
  • the receiving unit 206 receives the positioning signal from the satellite and outputs the positioning signal to the processor 201 via the bus 210.
  • the configuration of the positioning antenna 20 is an example. Some of the components of the positioning antenna 20 may be integrated and configured. Some of the components of the positioning antenna 20 may be divided into a plurality of components. Some of the components of the positioning antenna 20 may be omitted. The positioning antenna 20 may be configured by adding another element.
  • the structure monitoring server 30 includes a processor 301, a storage unit 302, an input unit 303, an output unit 304, a communication unit 305, and a bus 310.
  • the processor 301 controls other elements of the structure monitoring server 30 via the bus 310.
  • a general-purpose CPU is used as the processor 301.
  • the processor 301 performs an RTK operation using the positioning antenna positioning data, the reference station positioning data, and the reference station position information, and calculates the current position of each positioning antenna 20.
  • the processor 301 detects a change in the shape of the structure X based on a time variation of the position of each positioning antenna 20, a time variation of an azimuth vector between the positioning antennas 20, and the like. The function of the processor 301 will be described later in detail.
  • the storage unit 302 acquires various information from other elements and temporarily or permanently retains the information.
  • the storage unit 302 stores the position information of the positioning antenna 20 calculated by the processor 301.
  • the storage unit 302 stores a threshold that is a criterion for determining whether or not the shape of the structure X has changed.
  • the storage unit 302 is a general term for a so-called primary storage device and a secondary storage device.
  • a plurality of storage units 302 may be physically arranged.
  • a DRAM, an HDD, or an SSD is used as the storage unit 302, for example, a DRAM, an HDD, or an SSD is used.
  • the input unit 303 receives information from outside.
  • the external information received by the input unit 303 includes information related to input from an operator of the structure monitoring server 30 and the like.
  • the input unit 303 can be configured by using an input interface such as a keyboard.
  • the output unit 304 presents information to the outside.
  • the information presented by the output unit 304 includes information related to positioning and the like.
  • the output unit 304 can be configured by using an existing output interface such as a display.
  • the communication unit 305 communicates with an external device via a communication path.
  • Devices to be communicated by the communication unit 305 include the reference station 10 and the positioning antenna 20.
  • the communication unit 305 can be configured using a communication interface that can communicate with an existing communication network such as a wireless LAN communication network, a 3G communication network, or an LTE communication network.
  • the processor 301 performs interference positioning (RTK calculation) by the RTK method using the positioning antenna positioning data, the reference station positioning data, and the reference station position information, and calculates a positioning solution (fixed solution or float solution).
  • RTK positioning solution the positioning solution obtained by the RTK calculation is referred to as “RTK positioning solution”.
  • the processor 301 performs a quality check using an AR (Ambiguity Ratio) value obtained by the RTK operation, and when the AR value is equal to or more than a predetermined threshold (for example, 3.0), the RTK positioning solution is determined to be a fixed solution. If it is determined that the AR value is less than a predetermined threshold (for example, 3.0), it is determined that the RTK positioning solution is a float solution.
  • AR Ambiguity Ratio
  • the processor 301 sets the fixed solution as the current position (coordinates on the earth) of the positioning antenna 20 and stores the position information of the positioning antenna 20 in the storage unit 302.
  • the positioning data includes pseudorange information, carrier wave phase information, and Doppler frequency information.
  • the pseudo distance information is information on the distance between the satellite and its own station (the reference station 10 or the positioning antenna 20).
  • the processor (processor 101 or processor 201) can calculate the distance between the satellite and the own station by analyzing the positioning signal. Specifically, the processor firstly (1) differs between the pattern of the code carried by the positioning signal and the pattern of the code generated by the own station, and (2) includes the message (NAVDATA) included in the positioning signal. The arrival time of the positioning signal is obtained based on two pieces of information, namely, the satellite signal generation time and the own station signal reception time. Then, the processor obtains a pseudo distance between the satellite and the own station by multiplying the arrival time by the speed of light. This distance includes an error due to a difference between the clock of the satellite and the clock of the own station. Usually, pseudorange information is generated for four or more satellites to reduce this error.
  • the carrier phase information is the phase of the positioning signal received by the own station.
  • the positioning signal is a predetermined sine wave.
  • the processor can calculate the phase of the positioning signal by analyzing the received positioning signal.
  • the Doppler frequency information is information relating to the relative speed between the satellite and its own station.
  • the processor can generate Doppler frequency information by analyzing the positioning signal.
  • the positioning data is generated by the processor 101 of the reference station 10 and the processor 201 of the positioning antenna 20, respectively.
  • the RTK operation is an operation for executing the RTK method which is one of the interference positioning.
  • the RTK method is to perform positioning at a predetermined point by using a carrier phase integrated value of a positioning signal transmitted by a satellite.
  • the carrier phase integrated value is the sum of (1) the number of waves of the positioning signal from the satellite to a predetermined point and (2) the phase. If the carrier phase integrated value is obtained, the frequency (and wavelength) of the positioning signal is known, so that the distance from the satellite to a predetermined point can be obtained.
  • the number of waves of the positioning signal is unknown and is called integer ambiguity or integer value bias.
  • the double difference is a value obtained by calculating the difference (single difference) between the carrier phase integrated values of one receiver for two satellites between the two receivers (the reference station 10 and the positioning antenna 20 in the first embodiment). Is the difference.
  • the first embodiment four or more satellites are used for positioning using the RTK method. Therefore, double differences are calculated for the number of combinations of four or more satellites. In this calculation, reference station positioning data and positioning antenna positioning data are used.
  • the estimation of the integer ambiguity can be performed by various methods.
  • the integer ambiguity can be estimated by executing a procedure of (1) estimating a float solution by the least square method and (2) testing a fixed solution based on the float solution.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Estimation of a float solution by the least squares method is performed by creating a simultaneous equation using a combination of double differences generated for each time unit, and solving the created simultaneous equation by the least squares method.
  • the reference station positioning data, the positioning antenna positioning data, and the known coordinates of the reference station 10 are used.
  • the real number estimated value of the integer ambiguity thus obtained is called a float solution (estimated solution).
  • the float solution obtained as described above is a real number
  • the true value of the integer ambiguity is an integer. Therefore, it is necessary to round the float solution to an integer value.
  • the solution determined to be somewhat certain as an integer bias by the test is called a fixed solution (precision positioning solution).
  • a quality check is performed using the AR value obtained by the RTK operation, and a correct integer value is tested based on the result of the quality check.
  • the reference station positioning data is used in order to efficiently narrow down the candidates of the integer value.
  • the positioning process may be started when the power of the positioning antenna 20 is turned on. Further, when a command to start the positioning process is input by the input unit 303 of the structure monitoring server 30, the positioning process may be started.
  • the reference station 10 and the positioning antenna 20 receive a positioning signal from each satellite. Then, in ST502, the reference station 10 generates reference station positioning data using the positioning signal. The reference station 10 transmits reference station positioning data and reference station position information to the structure monitoring server 30. In ST503, positioning antenna 20 generates positioning antenna positioning data using the positioning signal. The positioning antenna 20 transmits positioning antenna positioning data to the structure monitoring server 30.
  • the structure monitoring server 30 performs an RTK operation using the positioning antenna positioning data, the reference station positioning data, and the reference station position information.
  • the structure monitoring server 30 checks the AR value obtained by the RTK operation in ST504.
  • the structure monitoring server 30 performs a quality check on whether or not sufficient positioning quality has been obtained by checking the AR value.
  • the structure monitoring server 30 If the AR value is equal to or larger than a threshold value (for example, 3.0) (ST506: YES), in ST507, the structure monitoring server 30 outputs the positioning solution of the RTK operation as a fixed solution, that is, a precise positioning solution.
  • This precise positioning solution represents the current position (coordinates on the earth) of the positioning antenna 20.
  • the position information of the positioning antenna 20 is stored in the storage unit 302 together with the calculation time.
  • the structure monitoring server 30 outputs the positioning solution of the RTK operation as a float solution, that is, a guess solution. Note that the guess is not stored in the storage unit 302.
  • the processor 301 calculates the position of each positioning antenna 20a, 20b, 20c at the reference time t0.
  • the positions of the positioning antennas 20a, 20b, and 20c at time t0 are referred to as a (t0), b (t0), and c (t0), respectively.
  • the processor 301 calculates the position of each positioning antenna 20a, 20b, 20c at the current time t.
  • the positions of the positioning antennas 20a, 20b, and 20c at the time t are referred to as a (t), b (t), and c (t), respectively.
  • the processor 301 calculates the amount of displacement of each of the positioning antennas 20a, 20b, and 20c during the time from time t0 to time t.
  • the displacement amounts of the positioning antennas 20a, 20b, and 20c are referred to as a ( ⁇ t), b ( ⁇ t), and c ( ⁇ t), respectively.
  • a ( ⁇ t) a (t) ⁇ a (t0)
  • b ( ⁇ t) b (t) ⁇ b (t0)
  • c ( ⁇ t) c (t) ⁇ c (t0).
  • the processor 301 compares each of the displacement amounts a z ( ⁇ t), b z ( ⁇ t), and c z ( ⁇ t) in the z direction with the first threshold value stored in the storage unit 302. When any of the displacement amounts in the z direction exceeds the first threshold value, it is determined that the structure X is sinking, and an abnormality is notified.
  • the processor 301 calculates an azimuth vector between the positioning antennas 20a, 20b, and 20c at the reference time t0 by using a (t0), b (t0), and c (t0).
  • the azimuth vector between the positioning antennas 20a and 20b is ab (t0)
  • the azimuth vector between the positioning antennas 20b and 20c is bc (t0)
  • the azimuth vector between the positioning antennas 20c and 20a is ca (t0).
  • the processor 301 calculates an azimuth vector between the positioning antennas 20a, 20b, and 20c at the current time t using a (t), b (t), and c (t).
  • the azimuth vector between the positioning antennas 20a and 20b is ab (t)
  • the azimuth vector between the positioning antennas 20b and 20c is bc (t)
  • the azimuth vector between the positioning antennas 20c and 20a is ca (t).
  • the processor 301 calculates a variation angle in the z direction of each of the azimuth vectors ab, bc, and ca with respect to the horizontal plane during the time from time t0 to time t.
  • the variation angle of the azimuth vector between the positioning antennas 20a and 20b is ⁇ ab
  • the variation angle of the azimuth vector between the positioning antennas 20b and 20c is ⁇ bc
  • the variation angle of the azimuth vector between the positioning antennas 20c and 20a is ⁇ ca. I do.
  • the processor 301 compares the variation angles ⁇ ab , ⁇ bc , and ⁇ ca of the azimuth vector with the second threshold value stored in the storage unit 302. If any of the change angles of the azimuth vector exceeds the second threshold value, it is determined that the structure X is tilted, and an abnormality is notified.
  • the method of detecting a change in the shape of the structure X is not particularly limited, and the change in the shape of the structure X may be detected by a method other than the method described above.
  • a plurality of positioning antennas 20 are arranged in a grid on a horizontal plane (xy plane), and If only the located positioning antenna 20 (positioning antenna 20-5 in the example of FIG. 6) is sinking, it can be determined that the structure X is distorted.
  • a change in the shape of the structure X may be detected using a conventionally known method (see Patent Document 2, specification paragraphs [0029] and [0030]).
  • the structure monitoring server 30 monitors the structure X by periodically performing the process of detecting the shape change of the structure X described above.
  • the structure monitoring server 30 performs the RTK operation using the positioning antenna positioning data, the reference station positioning data, and the reference station position information, and calculates the position of each positioning antenna 20. Then, a change in the shape of the structure X is detected based on a time variation of the position of each positioning antenna 20, a time variation of an azimuth vector between the positioning antennas 20, and the like.
  • the positioning operation such as the RTK operation is performed to determine the installation position of the positioning antenna 20
  • a change in the shape of the structure X can be detected with high accuracy.
  • each positioning antenna 20 since the structure monitoring server 30 performs the RTK operation and calculates the position of each positioning antenna 20, each positioning antenna 20 has a function of calculating the position of the positioning antenna 20. No need. Therefore, the configuration of the positioning antenna 20 installed on the roof of a building or the like can be simplified, and the installation work of the positioning antenna 20 becomes easy.
  • the structure monitoring system 1A includes a positioning antenna 20 and a structure monitoring server 30A, except that the reference station 10 is removed from the structure monitoring system 1 shown in FIG.
  • the structure monitoring server 30A performs wireless communication with the positioning antenna 20 and receives positioning antenna positioning data from the positioning antenna 20.
  • the structure monitoring server 30 ⁇ / b> A performs an RTK operation using the positioning antenna positioning data, and calculates an azimuth vector between the positioning antennas 20.
  • the structure monitoring server 30A detects a change in the shape of the structure X based on, for example, a temporal change in an azimuth vector between the positioning antennas 20.
  • the processor 301 performs an RTK operation to calculate an azimuth vector between the positioning antennas 20a, 20b, and 20c.
  • the processor 301 performs an RTK operation to calculate an azimuth vector between the positioning antennas 20a, 20b, and 20c.
  • the processor 301 calculates the variation angle of each of the azimuth vectors ab, bc, and ca in the z direction with respect to the horizontal plane during the time from time t0 to time t, as in the first embodiment, and calculates the variation angle of the azimuth vector. If any of them exceeds the second threshold, it is determined that the structure X is tilted, and an abnormality is notified.
  • erroneous FIX an erroneous fixed solution (hereinafter, referred to as “erroneous FIX”) is determined. Can be removed.
  • an algorithm for removing the erroneous FIX will be described with reference to FIG. 8 using an example of an azimuth vector (fixed solution) between the positioning antennas 20a and 20b.
  • the processor 301 calculates the azimuth vector ab between the positioning antennas 20a and 20b, and also calculates the azimuth vector ac between the positioning antennas 20a and 20c and the azimuth vector cb between the positioning antennas 20c and 20b.
  • the azimuth vector ab directly calculated is referred to as “azimuth vector ab1”.
  • the processor 301 adds the azimuth vector ac and the azimuth vector cb, and indirectly calculates the azimuth vector ab.
  • the direction vector ab calculated indirectly is referred to as “direction vector ab2”.
  • the processor 301 calculates the absolute value
  • the structure monitoring server 30 performs the RTK operation using the positioning antenna positioning data, calculates the azimuth vector between the positioning antennas 20, and calculates the azimuth vector between the positioning antennas 20.
  • a change in the shape of the structure X is detected based on a time variation of the azimuth vector or the like.
  • the positioning operation such as the RTK operation is performed to measure the installation position of the positioning antenna 20
  • a change in the shape of the structure X can be detected with high accuracy.
  • an erroneous FIX removal algorithm can remove an erroneous fix solution to detect a change in the shape of the structure X, so that the detection accuracy can be further improved.
  • the structure monitoring systems 1 and 1A described in the above embodiments can also be applied to the detection of the inclination of a utility pole, as shown in FIG.
  • the positioning antennas 20 it is not necessary to install the positioning antennas 20 on all the electric poles Y, and they may be installed at predetermined intervals, for example, every other antenna.
  • Each of the electric poles Y tilts due to the tension of the electric wire when the adjacent electric pole Y is inclined. Therefore, it can be estimated that the electric poles Y on both sides of the electric pole Y whose inclination is detected are also inclined.
  • the types, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiment, but deviate from the gist of the invention, for example, by appropriately replacing the constituent elements with those having the same operation and effect. It can be changed appropriately within a range not to be performed.
  • the present invention is not limited to this, and the positioning antennas 20 are distributed to a plurality of nearby structures X. It may be installed. Even with such a configuration, it is possible to detect a change in the relative positional relationship between the plurality of structures X caused by a cause such as land subsidence.
  • the present disclosure has been described with respect to an example in which the present disclosure is configured using hardware.
  • the present disclosure can be realized by software in cooperation with hardware.
  • Each functional block used in the description of the above embodiment is typically realized as an LSI which is an integrated circuit.
  • the integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiments, and may have an input and an output. These may be individually formed into one chip, or may be formed into one chip so as to include a part or all of each functional block.
  • the name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • circuit integration is not limited to an LSI, and may be realized using a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • a programmable FPGA Field Programmable Gate Array
  • a reconfigurable processor in which connection and setting of circuit cells inside the LSI can be reconfigured may be used.
  • the present disclosure can be expressed as a control method executed in a wireless communication device or a control device.
  • the present disclosure can be expressed as a program for causing a computer to execute the control method.
  • the present disclosure can be expressed as a recording medium on which such a program is recorded so as to be readable by a computer. That is, the present disclosure can be expressed in any of the categories of the device, the method, the program, and the recording medium.
  • the present disclosure does not limit the type, arrangement, number, and the like of the members to the above-described embodiment, and deviates from the gist of the invention, for example, by appropriately replacing the components with those having the same operation and effect. It can be changed appropriately within a range not to be performed.
  • the present disclosure is suitable for use in an apparatus or system for monitoring / detecting a change in the shape of a structure.

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Abstract

構造物の形状の変化を高精度に検知すること。構造物監視サーバ（３０）は、基準局（１０）から基準局測位データおよび基準局位置情報を受信し、測位アンテナ（２０）から測位アンテナ測位データを受信する。構造物監視サーバ（３０）は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ（２０）の位置を算出する。構造物監視サーバ（３０）は、各測位アンテナ（２０）の位置の時間変動、測位アンテナ（２０）間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。

Description

構造物監視サーバおよび構造物監視システム
　本発明は、測位衛星（以下、測位に利用できる人工衛星を総称して「衛星」とする）からの信号を利用して構造物の形状の変化を検知する構造物監視サーバおよび構造物監視システムに関する。
　従来において、移動体等の対象物の位置を高精度に測量するために、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）法による干渉測位（ＲＴＫ演算）を利用した測位システムが考えられている（例えば特許文献１参照）。ＲＴＫ法とは、衛星が送信する測位信号を用いて所定の地点の測位を行うものである。このＲＴＫ法による干渉測位を適用することにより、高精度な測位を実現することが期待されている。
　測位端末は、ＲＴＫ演算を行う際、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の衛星（図示せず）から送信される測位信号を受信し、測位信号を用いて測位データ（以下、「測位端末測位データ」という）を生成する。なお、ＧＮＳＳとは、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＢｅｉＤｏｕ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の民間航空航法に使用可能な性能（精度・信頼性）を持つ衛星航法システムの総称である。測位信号には、ＧＰＳ衛星から送信されるＬ１信号（１５７５．４２ＭＨｚ）、Ｌ２信号（１２２７．６０ＭＨｚ）等がある。
　測位端末は、位置が既知である基準局から、該基準局における測位データ（以下、「基準局測位データ」という）および該基準局の現在の位置（地球上の座標）を示す情報（以下、「位置情報」という）を受信し、測位端末測位データ、基準局測位データおよび基準局の位置情報を用いて測位を行う。
　また、従来において、ＧＰＳ衛星等から送信される測位情報（測位信号）を用いて、ビル等の構造物に固定的に設置された位置測位装置（測位端末）の位置を測位し、位置測位装置の位置の変化量に基づいて、構造物の形状の変化（歪み、傾斜等）を監視する構造物監視システムが考えられている（例えば特許文献２参照）。なお、「構造物」には、橋、塔、原子力発電所、石油コンビナート、ガスタンク、港湾構造物、防波堤、高架等が含まれる。
特開２００５－９８９９４号公報 特開２００５－１２１４６４号公報
　しかしながら、特許文献２では、ＲＴＫ演算等の測位演算を行わずに、位置測位装置の設置位置を測位しているため、構造物の形状の変化を高精度に検知することができない。
　本開示の非限定的な実施例は、構造物の形状の変化を高精度に検知できる構造物監視サーバおよび構造物監視システムを開示する。
　本開示の一態様に係る構造物監視サーバは、構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナのそれぞれから、前記測位アンテナの測位データを受信する通信部と、前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知するプロセッサと、を具備する。
　本開示の一態様に係る構造物監視システムは、構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナと、前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する構造物監視サーバと、を具備する。
　なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　本開示の一態様によれば、測位演算を行って測位アンテナの設置位置を測位しているので、構造物の形状の変化を高精度に検知できる。
　本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
本開示の実施の形態１に係る構造物監視システムの構成を示す図 本開示の実施の形態１に係る基準局の構成を示すブロック図 本開示の実施の形態１に係る測位アンテナの構成を示すブロック図 本開示の実施の形態１に係る構造物監視サーバの構成を示す図 本開示の実施の形態１に係る測位処理を示すフロー図 本開示の実施の形態１に係る測位アンテナの配置例を示す図 本開示の実施の形態２に係る構造物監視システムの構成を示す図 本開示の実施の形態２に係る誤ＦＩＸ除去アルゴリズムを説明する図 本開示のバリエーションを説明する図
　以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　（実施の形態１）
　＜構造物監視システムの構成＞
　まず、実施の形態１に係る構造物監視システム１の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、構造物監視システム１は、基準局１０と、測位アンテナ２０と、構造物監視サーバ３０と、から構成される。
　基準局１０は、ＧＮＳＳ衛星（図示せず）から送信された測位信号を受信し、測位信号を用いて基準局測位データを生成する。また、基準局１０は、構造物監視サーバ３０と無線通信を行い、構造物監視サーバ３０に基準局測位データおよび基準局位置情報を送信する。
　測位アンテナ２０は、ビルの屋上等の構造物Ｘの所定の位置に固定設置される。また、本実施の形態では、ｎ本（ｎは３以上の整数、図１ではｎ＝３）の測位アンテナ２０（図１では、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が設置される。測位アンテナ２０は、ＧＮＳＳ衛星から受信した測位信号を受信し、測位信号を用いて測位データ（以下、「測位アンテナ測位データ」という）を生成する。また、測位アンテナ２０は、構造物監視サーバ３０と無線通信を行い、構造物監視サーバ３０に測位アンテナ測位データを送信する。
　構造物監視サーバ３０は、基準局１０と無線通信を行い、基準局１０から基準局測位データおよび基準局位置情報を受信する。また、構造物監視サーバ３０は、測位アンテナ２０と無線通信を行い、測位アンテナ２０から測位アンテナ測位データを受信する。構造物監視サーバ３０は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）を算出する。座標は、例えば、緯度・経度・高度の三次元座標が一般的であるが、緯度・経度などの二次元座標であってもよい。なお、構造物監視サーバ３０は、各測位アンテナ２０から時分割で測位アンテナ測位データを受信し、各測位アンテナ２０の現在の位置をそれぞれ算出する。
　構造物監視サーバ３０は、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。
　＜基準局の構成＞
　次に、実施の形態１に係る基準局１０の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、基準局１０は、プロセッサ１０１と、記憶部１０２と、入力部１０３と、出力部１０４と、通信部１０５と、受信部１０６と、バス１１０と、を有している。
　プロセッサ１０１は、バス１１０を介して基準局１０の他の要素を制御する。プロセッサ１０１として、例えば、汎用ＣＰＵ（Central Processing Unit）が用いられる。また、プロセッサ１０１は、所定のプログラムを実行することにより、測位信号を用いて基準局測位データを生成する。
　記憶部１０２は、他の要素から様々な情報を取得し、一時的あるいは恒久的にその情報を保持する。記憶部１０２は、いわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称である。記憶部１０２は、物理的に複数配置されても良い。記憶部１０２として、例えば、ＤＲＡＭ（Direct Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）が用いられる。
　入力部１０３は、外部からの情報を受け付ける。入力部１０３が受け付ける外部からの情報には、基準局１０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部１０３を構成することができる。
　出力部１０４は、外部へ情報を提示する。出力部１０４が提示する情報には、測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部１０４を構成することができる。
　通信部１０５は、通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部１０５が通信する対象（通信対象）の機器には、構造物監視サーバ３０が含まれる。一例として、３Ｇ通信網、ＬＴＥ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部１０５を構成することができる。
　受信部１０６は、衛星からの測位信号を受信し、バス１１０を介して測位信号をプロセッサ１０１に出力する。
　なお、上記の基準局１０の構成は一例である。基準局１０の各構成要素の一部を統合して構成することもできる。基準局１０の各構成要素の一部を複数の要素に分割して構成することもできる。基準局１０の各構成要素の一部を省略することもできる。基準局１０に他の要素を付加して構成することもできる。
　＜測位アンテナの構成＞
　次に、実施の形態１に係る測位アンテナ２０の構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、測位アンテナ２０は、プロセッサ２０１と、記憶部２０２と、入力部２０３と、出力部２０４と、通信部２０５と、受信部２０６と、バス２１０と、を備えている。
　プロセッサ２０１は、バス２１０を介して測位アンテナ２０の他の要素を制御する。プロセッサ２０１として、例えば、汎用ＣＰＵが用いられる。また、プロセッサ２０１は、所定のプログラムを実行することにより、測位信号を用いて測位アンテナ測位データを生成する。
　記憶部２０２は、他の要素から様々な情報を取得し、一時的あるいは恒久的にその情報を保持する。記憶部２０２は、いわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称である。記憶部２０２は、物理的に複数配置されても良い。記憶部２０２として、例えば、ＤＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤが用いられる。
　入力部２０３は、外部からの情報を受け付ける。入力部２０３が受け付ける外部からの情報には、測位アンテナ２０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部２０３を構成することができる。
　出力部２０４は、外部へ情報を提示する。出力部２０４が提示する情報には、測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部２０４を構成することができる。
　通信部２０５は、通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部２０５が通信する対象（通信対象）の機器には、構造物監視サーバ３０が含まれる。一例として、無線ＬＡＮ通信網、３Ｇ通信網、ＬＴＥ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部２０５を構成することができる。
　受信部２０６は、衛星からの測位信号を受信し、バス２１０を介して測位信号をプロセッサ２０１に出力する。
　なお、上記の測位アンテナ２０の構成は一例である。測位アンテナ２０の各構成要素の一部を統合して構成することもできる。測位アンテナ２０の各構成要素の一部を複数の要素に分割して構成することもできる。測位アンテナ２０の各構成要素の一部を省略することもできる。測位アンテナ２０に他の要素を付加して構成することもできる。
　＜構造物監視サーバの構成＞
　次に、実施の形態１に係る構造物監視サーバ３０の構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、構造物監視サーバ３０は、プロセッサ３０１と、記憶部３０２と、入力部３０３と、出力部３０４と、通信部３０５と、バス３１０と、を備えている。
　プロセッサ３０１は、バス３１０を介して構造物監視サーバ３０の他の要素を制御する。プロセッサ３０１として、例えば、汎用ＣＰＵが用いられる。また、プロセッサ３０１は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０の現在の位置を算出する。また、プロセッサ３０１は、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。なお、プロセッサ３０１の機能の詳細については後述する。
　記憶部３０２は、他の要素から様々な情報を取得し、一時的あるいは恒久的にその情報を保持する。特に、記憶部３０２は、プロセッサ３０１が算出した測位アンテナ２０の位置情報を記憶する。また、記憶部３０２は、構造物Ｘの形状の変化の有無の判定基準となる閾値を記憶する。記憶部３０２は、いわゆる一次記憶装置と二次記憶装置の総称である。記憶部３０２は、物理的に複数配置されても良い。記憶部３０２として、例えば、ＤＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤが用いられる。
　入力部３０３は、外部からの情報を受け付ける。入力部３０３が受け付ける外部からの情報には、構造物監視サーバ３０の操作者からの入力に関する情報などが含まれる。一例としてキーボード等の入力インターフェースを用いることで入力部３０３を構成することができる。
　出力部３０４は、外部へ情報を提示する。出力部３０４が提示する情報には、測位に関する情報などが含まれる。一例としてディスプレイ等の既存の出力インターフェースを用いることで出力部３０４を構成することができる。
　通信部３０５は、通信路を介して外部の機器と通信を行う。通信部３０５が通信する対象（通信対象）の機器には、基準局１０および測位アンテナ２０が含まれる。一例として、無線ＬＡＮ通信網、３Ｇ通信網、ＬＴＥ通信網など既存の通信網と通信可能な通信インターフェースを用いることで通信部３０５を構成することができる。
　＜構造物監視サーバの測位アンテナ座標算出機能＞
　次に、構造物監視サーバ３０のプロセッサ３０１による、測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）を算出する機能について詳細に説明する。
　プロセッサ３０１は、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ法による干渉測位（ＲＴＫ演算）を実行し、測位解（フィックス解またはフロート解）を算出する。以下、ＲＴＫ演算によって得られる測位解を「ＲＴＫ測位解」という。プロセッサ３０１は、ＲＴＫ演算によって得られるＡＲ（Ambiguity Ratio）値を用いて品質チェックを行い、ＡＲ値が所定の閾値（例えば３．０）以上の場合には、ＲＴＫ測位解がフィックス解であると判定し、ＡＲ値が所定の閾値（例えば３．０）未満の場合には、ＲＴＫ測位解がフロート解であると判定する。
　そして、プロセッサ３０１は、フィックス解を測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）とし、測位アンテナ２０の位置情報を記憶部３０２に記憶させる。
　＜測位データ＞
　次に、測位データについて説明する。実施の形態１において測位データには擬似距離情報、搬送波位相情報およびドップラー周波数情報が含まれる。
　擬似距離情報とは、衛星と自局（基準局１０あるいは測位アンテナ２０）との距離に関する情報である。プロセッサ（プロセッサ１０１あるいはプロセッサ２０１）は、測位信号を解析することにより衛星と自局との距離を算出することができる。具体的には、プロセッサは、まず、（１）測位信号が搬送したコードのパターンと自局が生成したコードのパターンとの相違、および、（２）測位信号に含まれるメッセージ（ＮＡＶＤＡＴＡ）に含まれる衛星の信号生成時刻と自局の信号受信時刻、の２つの情報に基づいて測位信号の到達時間を求める。そして、プロセッサは、当該到達時間に光速を乗ずることにより衛星と自局との擬似距離を求める。この距離には衛星のクロックと自局のクロックとの相違等に起因する誤差が含まれる。通常、この誤差を軽減させるために４つ以上の衛星に対して擬似距離情報が生成される。
　搬送波位相情報とは、自局が受信した測位信号の位相である。測位信号は所定の正弦波である。プロセッサは、受信した測位信号を解析することにより測位信号の位相を算出することができる。
　ドップラー周波数情報とは、衛星と自局との相対的な速度に関する情報である。プロセッサは、測位信号を解析することによりドップラー周波数情報を生成することができる。
　以上のようにして、基準局１０のプロセッサ１０１および測位アンテナ２０のプロセッサ２０１によって、それぞれ測位データが生成される。
　＜ＲＴＫ演算＞
　次に、ＲＴＫ演算について説明する。ＲＴＫ演算は干渉測位の一つであるＲＴＫ法を実行する演算である。
　ＲＴＫ法とは、衛星が送信する測位信号の搬送波位相積算値を用いて所定の地点の測位を行うものである。搬送波位相積算値とは、衛星から所定の地点までの（１）測位信号の波の数と（２）位相との和である。搬送波位相積算値が求まれば、測位信号の周波数（および波長）が既知であるので、衛星から所定の地点までの距離を求めることができる。測位信号の波の数は、未知数であるので整数アンビギュイティまたは整数値バイアスと呼ばれる。
　ＲＴＫ法を実行するにあたって重要なことはノイズの除去と、整数アンビギュイティの推定（決定）である。
　ＲＴＫ法では、二重差と呼ばれる差を演算することにより、ノイズの除去を行うことができる。二重差とは２つの衛星に対する１つの受信機の搬送波位相積算値の差（一重差）を２つの受信機（実施の形態１においては基準局１０と測位アンテナ２０）の間でそれぞれ算出した値の差である。実施の形態１においてはＲＴＫ法を用いた測位のために４つ以上の衛星を使用する。従って、４つ以上の衛星の組み合わせの数だけ二重差を演算することになる。この演算では、基準局測位データおよび測位アンテナ測位データが用いられる。
　ＲＴＫ法では、整数アンビギュイティの推定を様々な方法で行うことができる。例えば、（１）最小二乗法によるフロート解の推定、および、（２）フロート解に基づくフィックス解の検定という手順を実行することにより整数アンビギュイティの推定を行うことができる。
　最小二乗法によるフロート解の推定は、時間単位毎に生成した二重差の組み合わせを用いて連立方程式を作成し、作成した連立方程式を最小二乗法によって解くことにより実行される。この演算では、基準局測位データ、測位アンテナ測位データおよび基準局１０の既知の座標が用いられる。このようにして求められた整数アンビギュイティの実数推定値をフロート解（推測解）と呼ぶ。
　以上のようにして求められたフロート解は実数であるのに対して、整数アンビギュイティの真の値は整数である。よって、フロート解を丸めることにより整数値にする作業が必要になる。しかし、フロート解を丸める組み合わせには複数通りの候補が考えられる。従って、候補の中から正しい整数値を検定する必要がある。検定によって整数値バイアスとしてある程度確からしいとされた解をフィックス解（精密測位解）と呼ぶ。実施の形態１ではＲＴＫ演算によって得られるＡＲ値を用いて品質チェックを行い、品質チェックの結果に基づいて正しい整数値を検定する。なお、整数値の候補の絞込みを効率化するために基準局測位データが用いられる。
　＜測位処理のフロー＞
　次に、実施の形態１に係る測位処理のフローについて図５を用いて説明する。なお、測位処理を開始するタイミングについては特に限定は無い。例えば、測位アンテナ２０の電源が投入された際に、測位処理を開始しても良い。また、構造物監視サーバ３０の入力部３０３によって測位処理を開始するコマンドが入力された際に、測位処理を開始しても良い。
　まず、ＳＴ５０１において、基準局１０および測位アンテナ２０が、各衛星から測位信号を受信する。そして、ＳＴ５０２において、基準局１０が測位信号を用いて基準局測位データを生成する。基準局１０は、構造物監視サーバ３０に基準局測位データおよび基準局位置情報を送信する。また、ＳＴ５０３において、測位アンテナ２０が測位信号を用いて測位アンテナ測位データを生成する。測位アンテナ２０は、構造物監視サーバ３０に測位アンテナ測位データを送信する。
　次に、ＳＴ５０４において、構造物監視サーバ３０が、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を実行する。
　次に、ＳＴ５０５において、構造物監視サーバ３０が、ＳＴ５０４のＲＴＫ演算によって得られたＡＲ値を確認する。
　そして、ＳＴ５０６において、構造物監視サーバ３０が、十分な測位品質が得られたか否かの品質チェックを、ＡＲ値を確認することにより行う。
　ＡＲ値が閾値（例えば、３．０）以上の場合（ＳＴ５０６：ＹＥＳ）、ＳＴ５０７において、構造物監視サーバ３０が、そのＲＴＫ演算の測位解をフィックス解、即ち、精密測位解として出力する。この精密測位解は、測位アンテナ２０の現在の位置（地球上の座標）を表すものである。測位アンテナ２０の位置情報は、算出時刻と供に、記憶部３０２に記憶される。
　一方、ＡＲ値が閾値未満の場合（ＳＴ５０６：ＮＯ）、ＳＴ５０８において、構造物監視サーバ３０が、そのＲＴＫ演算の測位解をフロート解、即ち、推測解として出力する。なお、推測解は、記憶部３０２に記憶されない。
　＜構造物監視サーバの形状変化検知機能＞
　次に、構造物監視サーバ３０のプロセッサ３０１による、構造物Ｘの形状の変化を検知する機能について、図１の３本の測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを用いる場合を例に説明する。
　（１）沈下
　構造物Ｘの形状の変化の一種である沈下の検知方法の一例について説明する。
　まず、プロセッサ３０１は、基準時刻ｔ０において、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を算出する。以下、時刻ｔ０における測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を、それぞれ、ａ（ｔ０）、ｂ（ｔ０）、ｃ（ｔ０）とする。
　次に、プロセッサ３０１は、現在の時刻ｔにおいて、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を算出する。以下、時刻ｔにおける測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を、それぞれ、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）、ｃ（ｔ）とする。
　次に、プロセッサ３０１は、時刻ｔ０から時刻ｔまでの時間における、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの変位量を算出する。以下、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの変位量を、それぞれ、ａ（Δｔ）、ｂ（Δｔ）、ｃ（Δｔ）とする。なお、ａ（Δｔ）＝ａ（ｔ）－ａ（ｔ０）、ｂ（Δｔ）＝ｂ（ｔ）－ｂ（ｔ０）、ｃ（Δｔ）＝ｃ（ｔ）－ｃ（ｔ０）である。
　次に、プロセッサ３０１は、ｚ方向の変位量ａｚ（Δｔ）、ｂｚ（Δｔ）、ｃｚ（Δｔ）のそれぞれと、記憶部３０２に記憶された第１閾値とを比較する。ｚ方向の変位量のいずれかが、第１閾値を超えた場合、構造物Ｘが沈下していると判断し、異常を通知する。
　（２）傾き
　構造物Ｘの形状の変化の一種である傾きの検知方法の一例について説明する。
　まず、プロセッサ３０１は、ａ（ｔ０）、ｂ（ｔ０）、ｃ（ｔ０）を用いて、基準時刻ｔ０における各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。以下、時刻ｔ０における、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルをａｂ（ｔ０）、測位アンテナ２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルをｂｃ（ｔ０）、測位アンテナ２０ｃ、２０ａ間の方位ベクトルをｃａ（ｔ０）とする。
　次に、プロセッサ３０１は、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）、ｃ（ｔ）を用いて、現在の時刻ｔにおける各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。以下、時刻ｔにおける、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルをａｂ（ｔ）、測位アンテナ２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルをｂｃ（ｔ）、測位アンテナ２０ｃ、２０ａ間の方位ベクトルをｃａ（ｔ）とする。
　次に、プロセッサ３０１は、時刻ｔ０から時刻ｔまでの時間における、各方位ベクトルａｂ、ｂｃ、ｃａの水平面に対するｚ方向の変動角度を算出する。以下、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルの変動角度をθａｂ、測位アンテナ２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルの変動角度をθｂｃ、測位アンテナ２０ｃ、２０ａ間の方位ベクトルの変動角度をθｃａとする。
　次に、プロセッサ３０１は、方位ベクトルの変動角度θａｂ、θｂｃ、θｃａのそれぞれと、記憶部３０２に記憶された第２閾値とを比較する。方位ベクトルの変動角度のいずれかが、第２閾値を超えた場合、構造物Ｘが傾いていると判断し、異常を通知する。
　（３）その他
　本実施の形態は、構造物Ｘの形状の変化の検知方法に特に限定は無く、上記で説明した以外の方法で、構造物Ｘの形状の変化を検知してもよい。
　例えば、図６に示すように、複数の測位アンテナ２０（図６の例では９本の測位アンテナ２０－１～２０－９）を水平面（ｘｙ平面）上に格子状に配置し、中央部分に配置された測位アンテナ２０（図６の例では測位アンテナ２０－５）のみが沈下していれば、構造物Ｘが歪んでいると判断できる。
　また、本実施の形態は、従来から知られている方法を用いて、構造物Ｘの形状の変化を検知してもよい（特許文献２、明細書段落［００２９］、［００３０］参照）。
　構造物監視サーバ３０は、上述の構造物Ｘの形状変化の検知処理を定期的に行うことにより、構造物Ｘを監視する。
　＜効果＞
　以上のように、実施の形態１では、構造物監視サーバ３０（プロセッサ３０１）が、測位アンテナ測位データ、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いてＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０の位置を算出し、各測位アンテナ２０の位置の時間変動、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。
　このように、実施の形態１では、ＲＴＫ演算等の測位演算を行って測位アンテナ２０の設置位置を測位しているので、構造物Ｘの形状の変化を高精度に検知できる。
　また、実施の形態１では、構造物監視サーバ３０において、ＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０の位置を算出するので、各測位アンテナ２０には、測位アンテナ２０の位置を算出する機能を持たせる必要が無い。したがって、ビルの屋上等に設置される測位アンテナ２０の構成を簡易なものにできるので、測位アンテナ２０の設置作業が容易となる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２においては、構造物監視サーバ３０が、基準局測位データおよび基準局位置情報を用いずに、構造物の形状の変化を検知する場合について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１で説明した構造物監視システム１の構造物監視サーバ３０に対して変更になる部分があるため、以下、データ配信システム１Ａ、構造物監視サーバ３０Ａとする。
　＜構造物監視システムの構成＞
　図７に示すように、構造物監視システム１Ａは、図１に示した構造物監視システム１から基準局１０が除かれ、測位アンテナ２０と、構造物監視サーバ３０Ａと、から構成される。
　構造物監視サーバ３０Ａは、測位アンテナ２０と無線通信を行い、測位アンテナ２０から測位アンテナ測位データを受信する。構造物監視サーバ３０Ａは、測位アンテナ測位データを用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０間の方位ベクトルを算出する。構造物監視サーバ３０Ａは、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。
　＜構造物監視サーバの形状変化検知機能＞
　次に、構造物監視サーバ３０Ａのプロセッサ３０１による、構造物Ｘの形状の変化の一種である傾きを検知する機能について、図７の３本の測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを用いる場合を例に説明する。
　まず、プロセッサ３０１は、基準時刻ｔ０において、ＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。
　次に、プロセッサ３０１は、現在の時刻ｔにおいて、ＲＴＫ演算を行い、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトルを算出する。
　その後、プロセッサ３０１は、実施の形態１と同様に、時刻ｔ０から時刻ｔまでの時間における、各方位ベクトルａｂ、ｂｃ、ｃａの水平面に対するｚ方向の変動角度を算出し、方位ベクトルの変動角度のいずれかが、第２閾値を超えた場合、構造物Ｘが傾いていると判断し、異常を通知する。
　＜誤ＦＩＸ除去アルゴリズム＞
　実施の形態２では、ＲＴＫ演算により得られた、各測位アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間の方位ベクトル（フィックス解）の妥当性を検証し、誤ったフィックス解（以下、「誤ＦＩＸ」という）を除去することができる。以下、誤ＦＩＸを除去するアルゴリズムについて、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトル（フィックス解）を例に、図８を用いて説明する。
　プロセッサ３０１は、測位アンテナ２０ａ、２０ｂ間の方位ベクトルａｂを算出すると供に、測位アンテナ２０ａ、２０ｃ間の方位ベクトルａｃ、および、測位アンテナ２０ｃ、２０ｂ間の方位ベクトルｃｂを算出する。以下、直接的に算出された方位ベクトルａｂを「方位ベクトルａｂ１」と記載する。
　次に、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｃと方位ベクトルｃｂをベクトル加算し、間接的に方位ベクトルａｂを算出する。以下、間接的に算出された方位ベクトルａｂを「方位ベクトルａｂ２」と記載する。
　次に、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｂ１と方位ベクトルａｂ２との差の絶対値｜ａｂ１－ａｂ２｜を算出し、記憶部３０２に記憶された第３閾値とを比較する。｜ａｂ１－ａｂ２｜が第３閾値以下の場合、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｂ１を正しいフィックス解と判定して採用する。一方、｜ａｂ１－ａｂ２｜が第３閾値より大きい場合、プロセッサ３０１は、方位ベクトルａｂ１を誤ＦＩＸと判定して破棄する。
　＜効果＞
　以上のように、実施の形態２では、構造物監視サーバ３０（プロセッサ３０１）が、測位アンテナ測位データを用いてＲＴＫ演算を行い、測位アンテナ２０間の方位ベクトルを算出し、測位アンテナ２０間の方位ベクトルの時間変動等に基づいて構造物Ｘの形状の変化を検知する。
　このように、実施の形態２では、ＲＴＫ演算等の測位演算を行って測位アンテナ２０の設置位置を測位しているので、構造物Ｘの形状の変化を高精度に検知できる。
　また、実施の形態２では、誤ＦＩＸ除去アルゴリズムにより、誤ったフィックス解を除去して構造物Ｘの形状変化の検知を行うことができるので、さらに、検知精度を上げることができる。
　（バリエーション）
　上記各実施の形態で説明した構造物監視システム１、１Ａは、図９に示すように、電柱の傾きの検知にも適用することができる。
　この場合、測位アンテナ２０を、全ての電柱Ｙに設置する必要は無く、例えば１本おき等、所定の間隔で設置しても良い。各電柱Ｙは、隣接する電柱Ｙが傾くと、電線の張力により傾くので、傾きが検出された電柱Ｙの両隣の電柱Ｙも傾いていると推測することができる。
　測位アンテナ２０を所定の間隔で設置することにより、敷設コストを低減できる。
　なお、本開示は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　上記各実施の形態では、ｎ本の測位アンテナ２０がすべて１つの構造物Ｘに設置されている場合について説明したが、本発明はこれに限られず、近隣の複数の構造物Ｘに分散して設置されていても良い。このような構成であっても、地盤沈下などの原因で生じる複数の構造物Ｘの相対的な位置関係の変化を検知することができる。
　上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
　また、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に１チップ化されてもよいし、各機能ブロックの一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
　また、集積回路化の手法にはＬＳＩに限らず、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続、設定が再構成可能なリコンフィグラブル・プロセッサーを利用してもよい。
　更には、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、別技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。
　なお、本開示は、無線通信装置、または制御装置において実行される制御方法として表現することが可能である。また、本開示は、かかる制御方法をコンピュータにより動作させるためのプログラムとして表現することも可能である。更に、本開示は、かかるプログラムをコンピュータによる読み取りが可能な状態で記録した記録媒体として表現することも可能である。すなわち、本開示は、装置、方法、プログラム、記録媒体のうち、いずれのカテゴリーにおいても表現可能である。
　また、本開示は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
　２０１８年６月２９日出願の特願２０１８－１２４８３１の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　本開示は、構造物の形状の変化を監視／検知する装置、システムに用いるに好適である。
　１、１Ａ　構造物監視システム
　１０　基準局
　２０　測位アンテナ
　３０、３０Ａ　構造物監視サーバ
　１０１、２０１、３０１　プロセッサ
　１０２、２０２、３０２　記憶部
　１０３、２０３、３０３　入力部
　１０４、２０４、３０４　出力部
　１０５、２０５、３０５　通信部
　１０６、２０６　受信部
　１１０、２１０、３１０　バス

Claims (8)

  1. 　構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナのそれぞれから、前記測位アンテナの測位データを受信する通信部と、
    　前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知するプロセッサと、
    　を具備する構造物監視サーバ。
  2. 　前記通信部は、
    　既知の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する基準局から、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を受信し、
    　前記プロセッサは、
    　前記測位アンテナの測位データ、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を用いて測位演算を行うことにより前記各測位アンテナの位置を算出し、前記各測位アンテナの位置の時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する、
    　請求項１に記載の構造物監視サーバ。
  3. 　前記プロセッサは、
    　前記方位ベクトルの正誤を判定し、誤った方位ベクトルを除去して前記構造物の形状の変化の検知を行う、
    　請求項１に記載の構造物監視サーバ。
  4. 　前記プロセッサは、
    　ｉ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の第１方位ベクトルを算出し、
    　ｉ番目の測位アンテナとｋ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとｋ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとを加算した第２方位ベクトルを算出し、
    　前記第１方位ベクトルと前記第２方位ベクトルとの差の絶対値が閾値を超えている場合に、前記第１方位ベクトルを、誤った方位ベクトルと推定する、
    　請求項３に記載の構造物監視サーバ。
  5. 　構造物の所定の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する複数の測位アンテナと、
    　前記測位アンテナの測位データを用いて測位演算を行うことにより前記複数の測位アンテナのいずれか２つの間の方位ベクトルを算出し、前記方位ベクトルの時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する構造物監視サーバと、
    　を具備する構造物監視システム。
  6. 　前記構造物監視サーバは、
    　既知の位置に設置され、複数の衛星から送信される測位信号に基づいて測位する基準局から、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を受信し、
    　前記測位アンテナの測位データ、前記基準局の測位データおよび前記基準局の位置情報を用いて測位演算を行うことにより前記各測位アンテナの位置を算出し、前記各測位アンテナの位置の時間変動に基づいて前記構造物の形状の変化を検知する、
    　請求項５に記載の構造物監視システム。
  7. 　前記構造物監視サーバは、
    　前記方位ベクトルの正誤を判定し、誤った方位ベクトルを除去して前記構造物の形状の変化の検知を行う、
    　請求項５に記載の構造物監視システム。
  8. 　前記構造物監視サーバは、
    　ｉ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の第１方位ベクトルを算出し、
    　ｉ番目の測位アンテナとｋ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとｋ番目の測位アンテナとｊ番目の測位アンテナとの間の方位ベクトルとを加算した第２方位ベクトルを算出し、
    　前記第１方位ベクトルと前記第２方位ベクトルとの差の絶対値が閾値を超えている場合に、前記第１方位ベクトルを、誤った方位ベクトルと推定する、
    　請求項７に記載の構造物監視システム。
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