利用実証への期待 *情報化施工への適用に向けて*

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1 第 8 回衛星測位と地理空間情報フォーラム 利用実証への期待 - 情報化施工への適用に向けて 年 9 月 21 日 日本大学理工学部 社会交通工学科 佐田達典

2 発表内容 1. 情報化施工における RTK 測位 2. 準天頂衛星システムを導入した場合の RTK 測位シミュレーション 3. LEX 信号受信による静止時及び低速度 移動時の測位特性に関する基礎実験 2

3 1. 情報化施工と RTK 測位 情報化施工 : 設計データと実施工データを常時比較して工事を進めてゆく施工技術 RTK(Real-time Kinematic) 測位技術の導入 高精度 (20mm) リアルタイム性が高い (20Hz) 課題 ( 操作性 ) 高精度測位には初期化が必要(5 基以上の衛星受信 ) 3 基以下では測位精度が大幅に劣化 再初期化必要 準天頂衛星 GPSと相互運用性を持つ準天頂衛星によって 衛星数の増加による効果 ( 安定した測位 ) が期待される 3

4 衛星測位を用いた情報化施工の例 ( 施工機械 ) 締固め管理システム 振動ローラ 3 次元マシンコントロールシステム 車載モニタ 3D-MC GPS ドーザー 3D-MC GPS ショベル 出典 : トプコン HP 4

5 衛星測位を用いた情報化施工の例 ( 工事測量 ) 基礎杭の図面 基礎杭の打設 目標点 基礎杭位置決め作業を効率化 現在位置 RTK 測位による誘導 着工 位置出し等の準備期間 大幅短縮 本工事開始 5

6 2. 準天頂衛星システムを導入した 場合の RTK 測位シミュレーション 準天頂衛星の情報化施工への適用効果を検討するため 移動体観測における連続的な高精度測位 (RTK 測位 ) を対象とした推定を実施 紹介内容は ( 財 ) 衛星測位利用推進センターからの委託研究成果の一部である 6

7 RTK 測位シミュレーションの構築 可視衛星数の推定 1 可視衛星数は軌道情報を基にしたケプラーモデルから受信機から観測できる衛星を算出する 2 周辺障害物の情報を適用して間引きする ******** Week 433 almanac for PRN-01 ******** ID Health Eccentricity E-002 Time of Applicability (s) Orbital Inclination (rad) Rate of Right Ascen (r/s) E-008 SQRT(A) (m 1/2) Right Ascen at Week (rad) E+001 Argument of Perigee (rad) Mean Anom (rad) E+001 Af0 (s) E-003 Af1 (s/s) E-011 week 433 図アルマナック航法ファイル (YUMA フォーマット ) 図ケプラーモデル概念図 7

8 8

9 RTK 測位シミュレーションの処理フロー t=0 可視衛星数の推定 t=t+1 初期化済判定 初期化済 未初期化 測位持続判定 初期化可否判定 可視衛星数 4 機以上 可視衛星数 4 機未満 可視衛星数 5 機以上 可視衛星数 5 機未満 かつ PDOP6.0 以下 または PDOP6.0 以上 かつ PDOP6.0 以下 または PDOP6.0 以上 測位利用可能時間の加算 初期化済取り消し 初期化可実行 初期化不可 測位開始条件 : 可視衛星数 5 基以上かつ PDOP6.0 以下 終了時刻の判定 シミュレーションの継続 測位継続条件 : 可視衛星数 4 基以上かつ PDOP6.0 以下 シミュレーション終了 9

10 準天頂衛星の適用 準天頂衛星の軌道要素の算出 準天頂衛星の軌道要素は準天頂衛星インターフェイス仕様書と軌道推定ソフト AGI-STK(Satellite Tool Kit) を用いて算出した 表準天頂衛星のケプラー軌道要素 QZSS1 QZSS2 QZSS3 元期 (ToE) 軌道半径 (A) 離心率 (e) 軌道傾斜角 (i) 近地点引数 (ω) 1 Jan :15: UTCG 42164km deg 270deg 昇交点赤経 (Ω) 225deg 105deg 345deg 平均点角 (M) 0deg 120deg 240deg 図準天頂衛星システムの衛星軌道 10 (AGI-STKによる算出結果) 10

11 準天頂衛星システム導入効果の検討 シミュレーション内容 GPS のみ を使用した場合と GPS と準天頂衛星 3 基を併用 した場合の RTK 測位利用可能時間の変化から準天頂衛星の導入効果を検討する シミュレーション条件 推定期間 : 平成 22 年 1 月 8 日午前 0 時から24 時間 観測点 : 札幌 東京 明石 福岡 那覇 観測環境 : 市街地 住宅地 山間部 推定値 : RTK 測位利用可能時間 : 有効測位利用可能時間 11

12 準天頂衛星システム導入効果の検討 観測環境 ( 市街地 ) N 建物 15m 建物 W E 20m S 市街地 RTK 測位利用可能時間のうち 8 分未満 ( 移動ルート 1 周の所要時間 ) を除いたものを有効利用可能時間とした 12

13 市街地 札幌 GPS 札幌 GPS 東京 GPS 東京 GPS 明石 GPS 明石 GPS 福岡 GPS 福岡 GPS 那覇 GPS 那覇 GPS シミュレーション結果 利用可能時間 ( 分 ) : : 市街地では RTK 測位利用可能時間率が 26.99% 増加した 時刻 ( 時 : 分 ) :00 時刻 ( 時 : 分 ) : :00 RTK 測位利用可 RTK 測位利用不可 13

14 市街地 シミュレーション結果 仰角マスク シミュレーション時間 ( 分 ) 利用可能時間 ( 分 ) 利用可能時間率 (%) 有効利用可能時間 ( 分 ) 有効利用可能時間率 (%) RTK 初期化回数 ( 回 ) GPS のみ 市街地 1440 GPS 項目平均標準偏差平均標準偏差 可視衛星数 ( 基 ) 持続時間 ( 分 ) 初期化回数が減少し 有効利用可能時間増加したことから RTK 測位を安定して利用できるようになると考えられる 14

15 160m 準天頂衛星システム導入効果の検討 観測環境 ( 住宅地 ) N N W E W E 住宅 6m 住宅 S 住宅地 A S 住宅地 B 15m N 80m/ 分住宅 160m 可視衛星数は 観測環境の影響を大きく受けるため 住宅地では非遮蔽方向を 4 方位とするマスク A と非遮蔽方向をマスク A から方位角 45 度ずらしたマスク B を使用した 15

16 札幌 GPS 札幌 GPS 東京 GPS 東京 GPS 明石 GPS 明石 GPS 福岡 GPS 福岡 GPS 那覇 GPS 那覇 GPS シミュレーション結果 住宅地マスク A マスク B 利用可能時間 ( 分 ) 札幌 GPS 札幌 GPS 東京 GPS 東京 GPS 明石 GPS 明石 GPS 福岡 GPS 福岡 GPS 那覇 GPS 那覇 GPS 利用可能時間 ( 分 ) :00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 9:00 8:00 7:00 6:00 5:00 4:00 3:00 2:00 1:00 0:00 時刻 ( 時 : 分 ) N 0:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 9:00 8:00 7:00 6:00 5:00 4:00 3:00 2:00 1:00 0:00 時刻 ( 時 : 分 ) N W E W E S 住宅地 A 住宅地 B RTK 測位利用可能時間率が住宅地マスク A では 11.26% マスク B では 4.13 % 増加した S 16

17 500m 160m 準天頂衛星システム導入効果の検討 観測環境 ( 山間部 ) N W E 山 680m 山 N S 山間部 80m/ 分 山 山 160m 17

18 山間部 札幌 GPS 札幌 GPS 東京 GPS 東京 GPS 明石 GPS 明石 GPS 福岡 GPS 福岡 GPS 那覇 GPS 那覇 GPS シミュレーション結果利用可能時間 ( 分 ) W N S 山間部 E 0:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 9:00 8:00 7:00 6:00 5:00 4:00 3:00 2:00 1:00 0:00 時刻 ( 時 : 分 ) RTK 測位利用可 RTK 測位利用不可 山間部では RTK 測位利用可能時間率が 23.31% 増加した 18

19 シミュレーション結果 観測点に関する考察 GPS のみ GPS 表 RTK 測位利用可能時間率 (%) 観測位置 市街地 住宅地 A 住宅地 B 山間部 札幌 東京 明石 福岡 那覇 観測位置 市街地 住宅地 A 住宅地 B 山間部 札幌 東京 明石 福岡 那覇 増加量 観測位置 市街地 住宅地 A 住宅地 B 山間部 札幌 東京 明石 福岡 那覇

20 まとめ 1RTK 測位シミュレーションを構築した 2 準天頂衛星は RTK 測位の利用可能時間を著しく 増加させることを確認した 3 既に RTK 測位が利用できる地域においても 準天頂衛星システムが RTK 測位の利用を安定させる効果があることを確認した 20

21 3.LEX 信号受信による静止時及び低速度 移動時の測位特性に関する基礎実験 目的 1 静止して測定する測量用途への適用に向けて 基礎的な測位特性を把握する 2 低速で移動する建設機械等を用いる情報化施工への適用に向けて 基礎的な測位特性を把握する 3LEX 信号を用いた高精度測位に際して QZS の GPS 補完効果を推定する 21

22 1 静止時実験 3 次元点群データによる船橋キャンパス鳥瞰図 静止観測 周辺環境 ( 障害物 ) を数種類設定して観測する 電子基準点を用いたスタティック測量値と比較する 通常のRTK 測位との比較を行う 22

23 2 低速移動時実験 船橋キャンパス内の走行路セグウエイによる走行 セグウエイを使用 ( 走行速度 :3km/h~20km/h) 走行ルートを数種類設定 ( 東西方向 南北方向 ) 自動追尾型 TS 通常のRTK 測位との比較 23

24 3QZS の GPS 補完効果の検証 北 G07 :GPS 衛星 天空図の例 G13 G21 G16 西 G03 G06 東 G23 G19 G31 GPS 衛星を QZS とみなす G24 ON/OFF で比較 南 実験時に天頂付近を通過する GPS 衛星の一つを QZS とみなし その衛星の電波受信をオンとする場合とオフとする場合とで測位解種類と測位誤差を比較する 擬似的に QZS の GPS 補完機能の効果を推定する 24

25 ご清聴いただきありがとうございました 25

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