後期実験演習衛星測位工学と電気回路 久保信明
スケジュール 10 月 5 日衛星測位 + 電気回路 10 月 9 日衛星測位 + 電気回路 10 月 12 日衛星測位 + 電気回路 10 月 23 日汐路丸での演習 (GNSS 実験を自分たちで行う ) 11 月 9 日汐路丸での演習 (GNSS 実験を自分たちで行う ) 11 月 16 日電気回路 衛星測位は 2 号館の計算機室電気回路は第 4 実験棟 4 階の奥のほうの実験室 ( 川村先生担当 )
衛星測位 ( 内容 ) 汐路丸実習に向けた準備と GNSS の概要について GNSS の概要 汐路丸実習での実施内容 取得したデータの分析
Why do we call GNSS not GPS? 4
Single point positioning( 単独測位 ) 12h, rooftop, our building
Differential positioning( デファレンシャル ) 12h, rooftop, our building
RTK performance 12h, rooftop, our building RTK : mm level 7
x, y, z, receiver clock offset( 単独測位で求めるもの ) Satellite clock is corrected using navigation data. Fortunately, receiver clock offset is same for all satellites. Therefore, unknown variables should be solved are x, y, z and receiver clock offset. 8
Improved GPS (relative positioning) DGPS and RTK are powerful method for error mitigation. DGPS uses the fact that the most of error sources change slowly in the time domain if the distance between reference and user is approx. within 100km. Please remember that differential technique provides only vector solution from base station to the target position precise position of base station should be prepared. (x,y,z) (dx,dy,dz) can be estimated. Target position (x ref,y ref,z ref ) Base station 9
Ellipsoidal Height (m) Altitude determination for boat Height Determination of Small Boat on the Sea (1hour) 37.04 37.02 37 36.98 36.96 36.94 36.92 36.9 36.88 36.86 36.84 536400 536900 537400 537900 538400 538900 539400 539900 GPSTIME (s) 10
高度の定義 ( ジオイド ) 平均海水面に全世界的にもっともよく一致する等ポテンシャル面は ジオイドと呼ばれる 地球の形状を表す楕円体の大きさは ジオイドに最小二乗法の意味でもっともよく合うように定められている
世界測地系 (WGS84) WGS84 は実質的な世界標準の国際測地系 さまざまな測地系を統一し 地図作成の作業を単純化したことは GPS の重要な成果である 特徴 *ECEF 直交座標系 * 地球形状の幾何学モデルとしての回転楕円体 * 地球重力場およびジオイドの詳細 * 矛盾のない基礎定数群
WGS-84 (WGS-84)World Geodetic System 1984 は地球中心と楕円体の中心が一致するように生成されている ECEF とも呼ばれる
World Geoid Color Scale, Upper (Red) : 85.4 meters and higher; Color Scale, Lower (Magenta) :-107.0 meters and lower http://principles.ou.edu/earth_figure_gravity/geoid/ 14
Geoid Height in Japan TUMSAT 36.41 m Narita 35.24 m Mt. Fuji 42.50 m Osaka 37.45 m http://surveycalc.gsi.go.jp/sokuchi/geoid/calcgh/calcframe.html 15
Tide Observation 16
RTK at Pontoon (m) 38.75 38.5 38.25 38 37.75 37.5 37.25 37 36.75 24 hours Height Variation at Pontoon 36.5 36.25 Geoid 36 1/30 1430 1700 1/31 0000 0600 1200 1430 (TIME) 17
Wave Height (m) Application of RTK (Tsunami detection) Unstable data due to earthquake South Iwate buoy 10km offshore Depth 200m 14:46 Earthquake 14:53 First detected Tsunami motion 15:12 Tip of Tsunami wave by Port and Airport Research Institute 18
RTK for UAV >Height Single solution RTK solution >Horizontal Single solution RTK solution 19
Performance of GPS based Velocity Accuracy in terms of frequency GPS L1 wavelength = 19cm 1Hz : 19cm 0.1Hz : 1.9cm Accuracy in terms of satellite velocity sv_vel [t]=(sv_vel [t+1]-sv_vel [t-1])/2 based on ephemeris parameters Accuracy is quite good. std = 1.6 cm/s 20
汐路丸での実習内容
目的 汐路丸上での GNSS 測位実験とその手法について学ぶ 得られた観測データを用いて後処理解析を行う
受信機およびアンテナの設置
受信機およびアンテナの設置 ブリッジ内 フライングブリッジ 側面の配線用の穴よりケーブルを引き込む 受信機 アンテナケーブル ケーブルの取り回し 接合部の取り扱いには十分注意すること! 信号強度の低下につながります ( 折り曲げない ドアに挟まない 接合部に水を侵入させない等 ) アンテナはポールに取り付け結束バンドで固定
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 )
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 機器の構成 LAN ケーブル及び電源の接続 受信機 Trimble SPS855 PC
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 1. 受信機 IP アドレスの確認 ボタンを二回押す IP アドレスが表示される
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 1. ネットワークと共有設定ローカルエリア接続をクリック 2. プロパティをクリック 3.TCP/IPv4 をクリック
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 4.IP アドレスの設定 注意!! 受信機の IP アドレス (169.254.1.0) とは末尾をずらすこと
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 5. ブラウザーに受信機の IP アドレス (169.254.1.0) を入力し接続 6. 以下のパスワードを入力 User:admin Pass:********
PC と受信機の接続設定 ( 単独測位 ) 7. この画面が出てくれば接続完了
衛星の信号強度確認
衛星の信号強度確認 Satellites の Tracking をクリック 信号強度が 40dBHz 程度であればおおむね良好 L1 信号帯 L2 信号帯 L5 信号帯
衛星の信号強度確認 Tracking(SkyPlot) を選択すると 現在の衛星配置を確認することもできる
海洋大学基準局への接続設定
海洋大学基準局への接続設定 本実験では補正データを用いる RTK 測位も行うため 基準局への 接続が必要
海洋大学基準局への接続設定 RTK 測位の概要 海洋大基準局
海洋大学基準局への接続設定 研究室 (5 階 ) Trimble NetR9 基準局アンテナ (4 号館屋上に設置 ) 観測したデータをインターネットを介して提供 RTK 測位や DGNSS 等 補正データが必要な測位に用いる
海洋大学基準局への接続設定 海洋大学基準局からは RTCM( 汎用的 ) および CMRx フォーマット ( 受信機固有 ) による補正データが配信されている この補正データを NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) と呼ばれる通信手段により 移動局 ~ 基地局間でやり取りする 今回用いるのは CMRx
海洋大学基準局への接続設定 1. ブラウザーに基準局の IP アドレスを入力し接続 IP address: 192.***.***.*** 2. 以下のパスワードを入力 User:*** Pass:********
海洋大学基準局への接続設定 3. この画面が出てくれば接続完了
海洋大学基準局の補正データ配信確認
海洋大学基準局の補正データ配信確認 IBSS/NTRIP Server の項が緑色であれば 補正データは配信中
海洋大学基準局の観測データ取得確認
海洋大学基準局の観測データ取得確認 観測データは 衛星から受信した情報を格納したファイル 拡張子は.T02 緯度経度の情報等を計算するための 材料 このファイルを 受信機内部やソフトウェアで 処理した結果が NMEA
海洋大学基準局の観測データ取得確認 実験に合わせて取得間隔 (Hz) や期間を選択可能 チェックマークを入れた時点から保存開始
海洋大学基準局の観測データ取得確認 Data Files にデータは保存
観測データの保存 ( 移動局 )
観測データの保存 ( 移動局 ) Configures で測位間隔等を変更可能
PC と受信機の接続設定 (RTK 測位 )
PC と受信機の接続設定 (RTK 測位 ) 機器の構成 LAN ケーブル及び電源の接続 USB ケーブルの接続 (STRSVR というソフトで補正情報をやり取りするため ) 受信機 Trimble SPS855 PC
補正データを利用した RTK 測位 RTK 測位の概要 STRSVR がここを担当
補正データを利用した RTK 測位 STRSVR を起動 STRSVR 補正情報を取得し 受信機等に送信するソフト bin ファイル内の rtklaunch を開く
補正データを利用した RTK 測位
補正データを利用した RTK 測位 Serial = 今回は USB 端子 デバイスマネージャを開きポート番号の確認 (COM**)
補正データを利用した RTK 測位 緑色の点滅であれば正常に送信中 Start を押すと受信機への補正データ送信開始
補正データを利用した RTK 測位 海洋大基準局の I/O Configuration を開き NTRIP Caster の項が緑になっていれば補正データ送信中
補正データを利用した RTK 測位 受信機を確認 補正情報送信前 Autonomous ( 単独測位 ) 補正情報送信後 RTK Fixed or RTK Float (RTK 測位 )
NMEA データの取得
NMEA データの取得 NMEA とは? 観測データをもとに 受信機内部やソフトウェアで計算した 結果 アスキーコードとシリアル通信プロトコルを用いて 風速計 ジャイロコンパス オートパイロット AIS GPS 受信機等の海上電子装置のデータを出力するためのフォーマット このフォーマットは 様々なメッセージの集まりである 観測データとの混同に注意
NMEA データの取得 NMEA データの一例 センテンス例 : $GPRMC,085120.307,A,3541.1493,N,13945.3994,E,000.0,240.3,181211,,,A*6A Hiramine.com より引用
NMEA データの取得 今回は GGA と RMC のみを取得
NMEA データの取得 NMEA データの保存にも STRSVR を用いる
NMEA データの取得 拡張子はつけなくて OK
実験の終了後の停止方法
観測データのチェックを外す ( 移動局 ) NMEA の保存を停止 (STRSVR) 補正データの送信を停止 (STRSVR)
Excel を用いた NMEA の中身の確認
Excel を用いた NMEA の中身の確認 1. 取得した NMEA データを Excel で開く
Excel を用いた NMEA の中身の確認
Excel を用いた NMEA の中身の確認 2. データを区切り 見やすくする データ 区切り位置 をクリック
Excel を用いた NMEA の中身の確認
Excel を用いた NMEA の中身の確認
Excel を用いた NMEA の中身の確認
Excel を用いた NMEA の中身の確認 3.Excel の A 列をクリック A 列すべてのデータに適用
解説 本データの区切りは NMEAの出力値とカンマに分けて区切っている NMEAの出力値の中でも GGAの出力値とカンマに分けて区切っているので 注意のこと汐路丸で取得したNMEAデータは GGAとRMCの2つ
Excel を用いた NMEA の中身の確認 完了後の画面
Excel を用いた NMEA の中身の確認 4. フィルタ機能を用いて GPGGA のみ抽出 データ フィルタ をクリックした後 赤い丸の部分を左クリック
Excel を用いた NMEA の中身の確認
Excel を用いた NMEA の中身の確認 GGA を選択
当日の流れ 13 時前乗船船長のはなし 13 時 15 分機器設置 13 時 30 分受信機 PC 等設定 データ取得開始 14 時 30 分データ取得終了 データ分析方法講義 ( 教室 ) 15 時 30 分機器撤収 16 時下船
レポートのポイント 緯度 経度のGoogleMapへのプロット ( データをまびくこと ) 高度時系列データプロット測位フラグ時系列データプロット補正データ遅延時間時系列データプロット速度時系列データプロット方位時系列データプロット データ通信の遅延がどの程度であったか フラグが 4 でない場所の特徴 方位はどのようなときに正しくないか
10 月 5 日のレポート課題 締め切りは 10 月 12 日の授業開始前までに PPT で久保 (nkubo@kaiyodai.ac.jp) まで 緯度 経度をm 単位に修正し 水平プロット高度時系列データプロット測位フラグ時系列データプロット補正データ遅延時間時系列データプロット速度時系列データプロット (GPRMC) 方位時系列データプロット (GPRMC) NMEA のフォーマットがわからなくなったら WEB 等で NMEA で検索してください
10 月 9 日 実際に 3 回程度にわけて 研究室にきてもらい 汐路丸演習で利用する受信機の動作確認をしてもらいます (RTK ができるところまで )