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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023015811
(43)【公開日】2023-02-01
(54)【発明の名称】GNSS測位装置
(51)【国際特許分類】
   G01C 15/00 20060101AFI20230125BHJP
   G01S 19/00 20100101ALI20230125BHJP
【FI】
G01C15/00 102C
G01S19/00
G01C15/00 105R
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021119819
(22)【出願日】2021-07-20
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.BLUETOOTH
(71)【出願人】
【識別番号】000193184
【氏名又は名称】須山建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】521321376
【氏名又は名称】株式会社シーポイントラボ
(71)【出願人】
【識別番号】521319937
【氏名又は名称】小林工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000419
【氏名又は名称】弁理士法人太田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】内山 敏
(72)【発明者】
【氏名】辻 圭司
【テーマコード(参考)】
5J062
【Fターム(参考)】
5J062AA01
5J062BB08
5J062CC07
5J062GG02
5J062HH00
(57)【要約】
【課題】
容易且つ迅速に位置情報の真値を得ることができ、測量業務や測量杭を杭打ちすることができるGNSS測位装置を提供する。
【解決手段】
上方の格納ポール11と下方の分割ポール12とに分割できる測位用ポール10と、測位用ポールの上端に設けられたGNSSアンテナ21と、GNSSアンテナからの信号に基づいて外部受信端末41に送信し測位用ポールの先端にある石突13の位置を演算する測位端末31と、を備えたGNSS測位装置であって、
格納ポールは電波透過性のパイプからなり、その内部に測位端末が格納されているとともに、測位端末から発信される無線電波を外部受信端末に送信するようにした。
また、格納ポールがASA樹脂又はFRP樹脂で形成されたパイプであり、分割ポールが軽量金属パイプであることも特徴とする。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上方の格納ポールと下方の分割ポールとに分割できる測位用ポールと、
前記測位用ポールの上端に設けられたGNSSアンテナと、
前記GNSSアンテナからの信号に基づいて外部受信端末に送信し前記測位用ポールの先端にある石突の位置を演算する測位端末と、
を備えたGNSS測位装置であって、
前記格納ポールは電波透過性のパイプからなり、その内部に前記測位端末が格納されているとともに、前記測位端末から発信される無線電波を外部受信端末に送信するようにしたことを特徴とするGNSS測位装置。
【請求項2】
前記格納ポールがASA樹脂又はFRP樹脂で形成されたパイプであり、
前記分割ポールが軽量金属パイプであることを特徴とする請求項1に記載のGNSS測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、人工衛星を用いた測位において、位置情報の真値を得るGNSS測位装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、人工衛星を用いた測位において、マーキングポイントに杭打ちを行おうとする際には、GNSS受信アンテナを上端に設けた測位用ポールであるGNSS測位機器と、GNSS受信アンテナの位置をリアルタイムに表示し得る位置表示装置を用いたGNSS測位システムが広く使用されていた。
即ち、測位作業員は、まず、GNSS測位機器であるマーキングポイント杭打ち用の測位用ポールを鉛直にして持ち、併せて位置表示装置を持っていた。
そして、GNSS受信アンテナの位置を位置表示装置により確認しながら、マーキングポイントを探索し、マーキングポイントが見つかったならば、マーキングポイント杭打ち用の測位用ポールの下端によりそのマーキングポイントにマーキングを行い、そのマークされた箇所に測量杭を打ち込んでいた。
このような従来技術としては、例えば特許文献1がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平7-43160号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来のGNSS測位機器は大きな機器となっており、運搬用の軽自動車などの運搬車両の荷台に乗らない場合が多い。
また、大きな専用ケースや測点マーキングポール(測位用ポール)が必要である等の課題があり、誰でも簡単に持ち運びができ、操作性のよい小型のGNSS測位機器の開発が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑み、容易且つ迅速に位置情報の真値を得ることができ、測量業務や測量杭を杭打ちすることができるGNSS測位装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明のGNSS測位装置は、以下の特徴を有する。
(1)上方の格納ポールと下方の分割ポールとに分割できる測位用ポールと、前記測位用ポールの上端に設けられたGNSSアンテナと、前記GNSSアンテナからの信号に基づいて前記測位用ポールの先端にある石突の先端を測位する測位端末と、を備えたGNSS測位装置であって、前記格納ポールは合成樹脂製のパイプからなり、その内部に前記測位端末が格納されているとともに、前記測位端末から発信される無線電波を外部受信端末に送信するようにしたことを特徴とする。
(2)上記(1)のGNSS測位装置において、前記格納ポールがASA樹脂又はFRP樹脂で形成されたパイプであり、前記分割ポールが軽量金属で形成されたパイプであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明のGNSS測位装置は、長い測位用ポールを、上方の格納ポールと下方の分割ポールに分割するようにしたので、持ち運び時のコンパクト化を図ることができる。
また、上方の格納ポールを合成樹脂素材としGNSS受信機を格納したので、外部受信端末(タブレットなど)とのBluetooth送信を電波減衰なく実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】本発明のGNSS測位装置を示す概略図である。
図2】本発明のGNSS測位装置を用いた測位システム構成図である。
図3】本発明の実施形態の計測結果1を示す説明図である。
図4】実施形態の計測結果2を示す説明図である。
図5】実施形態の計測結果3を示す説明図である。
図6】実施形態の計測結果4を示す説明図である。
図7】比較例の計測結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1は本発明のGNSS測位装置を示す概略図である。図2は本発明のGNSS測位装置を用いた測位システム構成図である。
図1図2に示すように、GNSS測位装置は、上方の格納ポール11と下方の分割ポール12とに分割できる測位用ポール10と、測位用ポール10の上端に設けられたGNSSアンテナ21と、GNSSアンテナ21からの信号に基づいて測位用ポール10の位置を演算する測位端末31と、を備えている。
また、格納ポール11は合成樹脂製のパイプからなり、その内部に測位端末31が格納されているとともに、測位端末31から発信される無線電波を外部受信端末41に送信するようにした。
【0009】
<測位用ポール>
測位用ポール10は、上下に分割可能に同軸状に設けられた筒状の格納ポール11と分割ポール12からなる。
分割ポール12は、コンパクト化のため、図1に示すようにさらに2つ以上の分割ポール12、12としてもよい。
測位用ポール10は、測位時には、格納ポール11と分割ポール12を組み立てて、その中心線を鉛直にするように測位作業員によって支持、もしくは三脚を用いて地面に立設される。
【0010】
<格納ポール>
測位用ポール10の上方を形成する格納ポール11は電波透過性のある素材で形成されている。例えば、合成樹脂などである。
その理由は、その内部に格納される測位端末31から発信される無線電波を外部受信端末41に送信する場合の電波減衰を少なくする必要があるからである。
例えば、格納ポール11内に格納された測位端末31から発信される無線電波としてBluetoothを用いる場合は、合成樹脂(一例として、ASA樹脂(アクリロニトリル・スチレン・アクリルゴムやFRP樹脂(ガラス繊維強化プラスチック))は電波透過性があるが、金属、コンクリート、防弾ガラスなどは電波減衰が大きい。
ASA樹脂は、ABS樹脂のブタジエンゴムを光・熱に強いアクリル系ゴムに置き換えた、耐候性、耐薬品性に優れた樹脂であり、ABS樹脂の持つ優れた諸性能に加え、耐候性にも優れており、建材・自動車外装部品などに広く用いられている。
FRP樹脂は、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などに、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維を複合して強度を向上させた強化プラスチックである。ガラス繊維のように弾性率の高い材料と複合させて、軽量で強度の高い、比強度の大きな材料として用いられている。
ガラス繊維を混合した樹脂強化材として比較的安価で、電波透過性に優れているという特徴を有する。
FRPのマトリックスとしては、一般に、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂が使用されるが、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂などを使用することもできる。
FRP樹脂の成型方法としては、型に繊維骨材を敷き、硬化剤を混合した樹脂を脱泡しながら多重積層してゆくハンドレイアップ法やスプレーアップ法のほか、あらかじめ骨材と樹脂を混合したシート状のものを金型で圧縮成型するSMCプレス法、インジェクション成形の様に繊維を敷き詰めた合わせ型に樹脂を注入するRTM法、オートクレーブで熱硬化性樹脂を硬化させて成形する方法などが挙げられる。
なお、格納ポール11を、銀色塗装(例えば、アルミニウムなどの金属粉を含んだ塗料)
は電波が飛びにくくなるので好ましくない。
また、格納ポール11内には、格納された測位端末31を搭載する基盤32及びこれらを駆動させるバッテリー33も格納されている。
【0011】
<分割ポール>
分割ポール12は、測位用ポール10の下方に設けられ、上方の格納ポール11と分割できるようになっている。
これにより、測位作業員が測位用ポール10の長さを短くして持ち運びしやすくすることができる。
なお、分割ポール12としては、その下部に、後述する石突13を取り付けて地面に設置するため、強度が必要である。
このため、アルミニウム合金などの軽量金属パイプなどが好適に挙げられる。
アルミニウム合金はアルミニウムを主成分とする合金であり、Cu、Mn、Si、Mg、Zn、Niなどと合金にすることで強度など金属材料としての特性の向上が図られる。
アルミニウム合金としてその種類を特定するものではないが、Al-Zn-Mg-Cu系のジュラルミンなどが挙げられる。
【0012】
<石突>
分割ポール12の下端には、正確に測位箇所を指定するための石突13が取り付けられている。
【0013】
<GNSSアンテナ>
測位用ポール10の上端には、GNSSアンテナ21が設けられている。
本発明での位置測位は、GNSS(Global Navigation Satellite System)を用いる。
GNSSとは汎地球測位航法衛星システムのことをいい、衛星を用いた測位システムの総称をいう。
一般に、GPS(Global Positioning System)は、アメリカが打ち上げた衛星を用いて行う位置測位であるが、GNSSは、GPS以外にも、QZSS(日本)、GLONASS(ロシア)、Galileo(EU)、Beidou(中国)等の衛星を用いるシステムである。
GNSSは、GNSS衛星、衛星からの信号を受信し衛星までの距離を計測するGNSS受信機、衛星を監視する地上管制、などで構成されている。
このため、本発明で用いるGNSSアンテナ21としては、GPS、QZSS、GLONASS、Galileo等の衛星からの航法メッセージデータを受信するため、2周波マルチGNSS受信モジュールを備えた2周波アンテナを用いることが好ましい。
人工衛星から送られてくる電波には、L1(1575.42MHz)と、L2(1227.6MHz)の2種類があり、2周波マルチGNSS受信モジュールは、従来のL1信号に加えて、L2信号の2周波数帯に対応することで、電波の周波数の違いから遅延量の差を読み取り、2つの電波の到着時間を比較し、遅延量を補正することができる。
また、電離層による誤差をより早くキャンセルすることも可能となり、高精度測位までの時間を短縮し、同期時間による誤差も解消することができるので、本発明において採用することとした。
【0014】
<Bluetooth送信>
本発明では、測位端末31から外部受信端末41に送信するが、この場合において、Bluetooth送信チップ34を用いて送信を行うことが好ましい。
Bluetooth送信は、測位端末31を格納した格納ポール11の樹脂を容易に透過することができる。
また、Bluetooth送信は送信電力は1mW程度であることから、バッテリー33の消費が少ない、遠方まで飛ばない、などの特徴を備えており、モバイル機器に搭載するという観点で最適化されており、小型軽量、低消費電力、低価格が実現される。
また、Bluetooth送信は、誤接続防止・盗聴防止機能も備え、接続確認のための認証とデータの暗号化が図られており、無線通信の性質上、セキュリティ対策上優れている。
【0015】
<外部受信端末>
測位端末31は、受信した位置情報を外部受信端末41(図2ではタブレットとしている)に送信(Bluetooth送信)する。
そして、外部受信端末41は受信した位置情報をインターネット回線にて外部に設置されたサーバー51に送信する。
【0016】
<RTK演算チップ>
本発明の測位端末31には、RTK測位を行うための演算チップが搭載されているので、サーバー51は、固定基地局61の基本位置情報をもとにRTK演算を実行する。
演算結果の高精度位置情報を外部受信端末41(タブレット)が受信し、表示及びファイル処理を行う。
タブレット41には、専用アプリがインストールされており、測定用ポール10の杭打ち位置へナビゲーション、移動軌跡確認、XY座標や楕円体高の取得などの操作が行えるようになっている。
ここで、RTKとは、(Real Time Kinematic)の略で、地上に設置した固定基地局61からの位置情報データによって、高い精度の測位を実現する技術のことをいう。
GPSのみの場合、位置情報データは2メートル前後の誤差となるが、このRTKを組み合わせることで、数センチ内の誤差に抑えることが可能になる。
なお、RTKは、一般的にRTK-GNSSという表記がされる。
RTKは、計測地点の近く(10km圏内が望ましい)に、事前に正確な位置の分かっている固定基地局61で受信された信号と計測地点で受信した信号(補正情報と呼ばれる)との差を取ることで、共通する誤差の成分をキャンセルすることができるのである。予め位置のわかっている固定基地局61を必要とするが、数cm程度の精度を確保することができる。
【0017】
<杭打ち業務を行う場合の測位測量方法>
GNSS測位装置は、前述したような構成を有するので、マーキングポイントに杭打ちしようとする際には、測位作業員は、GNSS測位装置の測位用ポール10を持ち、マーキングポイントを探索する。
まず、測位作業員は、測位用ポール10を鉛直にし、GNSS受信アンテナ21の受信面を上方に向け、衛星からの電波信号を常時好適に受信できる状態にする。
GNSS受信アンテナ21は、格納ポール11に格納されたGsPT(測位端末)31で位置情報を取得し、Bluetooth送信を介して外部受信端末(タブレット)41に出力する。
タブレット41は受信した位置情報をインターネット回線にてサーバー51に送信する。
タブレット41は、サーバー51からのRTK演算を実行した高精度位置情報を受信し、表示及びファイル処理を行うとともに、専用アプリによって測定用ポール10をもった測位作業員を杭打ち位置へナビゲーションする。
このようにして、測位用ポール10に設けられたGNSS受信アンテナ21の位置をタブレット41により確認しながら、マーキングポイントを探索する。
【0018】
測位作業員は、タブレット41に表示されたGNSS受信アンテナ21の位置が、マーキングポイントに一致したならば、測位用ポール10の分割ポール12の下端部に設けられた石突13をマーキングポイントに接地させる。
測位用ポール10は鉛直に支持されており、ポールの中心線はマーキングポイントに一致するので、測位作業員は分割ポール12にの石突13をマーキングポイントに接地させる。
これにより、測位用ポール10をマーキングポイントに杭打ちすることができる。
【0019】
また、測位終了後は、測位用ポール10を、格納ポール11と分割ポール12に分割して、収納バック(例えばリュックなど)などに収納して移動することができる。
このように、測位用ポール10を分割できるようにしたことで、持ち運びを容易にすることができる。
【0020】
<GsPT(測位端末)電波強度計測結果1>
図3は格納ポールから取り出したGsPTからの電波強度を計測した結果1を示す説明図である。
計測結果1においては、2.4GHzのGsPT電波を用いて、移行電波が外部受信端末で計測できるかを確認した。
この結果、GsPTの電源をONにした状態では、-70dBm以上でGsPTの電波を確認できたが、GsPTの電源をOFFにした状態では、-70dBm以上でGsPTの電波を確認できなかった。
よって、本実施形態のGNSS測位装置において、GsPTの電波が受信装置で確実に受信できることを確認した。
なお、図3において、-70dBm以下の電波はGsPT以外の電波なので、計測対象から除外した。
【0021】
<GsPT(測位端末)電波強度計測結果2>
図4は格納ポールから取り出したGsPTからの電波強度を計測した結果2を示す説明図である。
計測結果2においては、2.4GHzのGsPT電波を用いてタブレットで計測できるかを確認した。その結果、電波強度を確認できた。
【0022】
<GsPT(測位端末)電波強度計測結果3>
図5はASA製の格納ポールに格納したGsPTからの電波強度を計測した結果3を示す説明図である。
計測結果2においては、2.4GHzのGsPT電波を用いて外部受信端末で計測できるかを確認した。
格納ポールがASAの場合は電波減衰がなく、平均-50dBMの電波強度であった。
【0023】
<GsPT(測位端末)電波強度計測結果4>
図6はFRP製の格納ポールに格納したGsPTからの電波強度を計測した結果4を示す説明図である。
計測結果4において、2.4GHzのGsPT電波を用いて外部受信端末で計測できるかを確認した。
格納ポールがFRPの場合は電波減衰がなく、平均-50dBMの電波強度であった。
【0024】
<比較例>
図7はアルミニウム合金製の格納ポールに格納したGsPTからの電波強度を計測した結果5を示す説明図である。
計測結果5において、GsPT搭載基盤をアルミニウム製の格納ポールから取り出した状態ではGsPT電波を計測できているが、アルミニウム合金製の格納ポールに格納した状態ではGsPT電波を計測できなくなった。
再度、アルミニウム合金製の格納ポールから取り出すとGsPT電波を計測できた。
この計測結果5から、アルミニウム合金製の格納ポール用いるとGsPT電波強度の減衰させるので不適合であることが分かった。
一方、本発明の合成樹脂製の格納ポールはこのようなGsPT電波強度の減衰は見られず、を格納する好適な格納ポールであることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0025】
本発明のGNSS測位装置は、測位用ポールにGNSS受信アンテナが設けられ、GsPTが格納された格納ポールは樹脂で形成してあるので、GsPTから送信される無線電波が減衰されることなくタブレットに表示することができる。
従来の杭打ちのように2点間での放射観測等をする必要が無く、従来の作業よりも容易且つ迅速にマーキングポイントに杭打ち箇所を割り出すすることができる。
よって産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【0026】
10測位用ポール
11格納ポール
12分割ポール
13石突
21GNSS受信アンテナ
31測位端末(GsPT)
32基盤
33バッテリー
34Bluetooth送信チップ
41外部受信端末
51サーバー
61固定基地局
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7