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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】P2024146546
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】ＧＮＳＳ測位システムおよびＧＮＳＳ測位方法
(51)【国際特許分類】
G01S 19/10 20100101AFI20241004BHJP
G01S 19/41 20100101ALI20241004BHJP
G01S 19/07 20100101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
G01S19/10
G01S19/41
G01S19/07
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023059520
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000220343
【氏名又は名称】株式会社トプコン
(74)【代理人】
【識別番号】110004060
【氏名又は名称】弁理士法人あお葉国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100187182
【弁理士】
【氏名又は名称】川野 由希
(74)【代理人】
【識別番号】100077986
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 太一
(74)【代理人】
【識別番号】100139745
【弁理士】
【氏名又は名称】丹波 真也
(74)【代理人】
【識別番号】100207642
【弁理士】
【氏名又は名称】簾内 里子
(72)【発明者】
【氏名】佐野 直樹
(72)【発明者】
【氏名】高野 祐次
【テーマコード（参考）】
5J062
【Ｆターム（参考）】
5J062AA01
5J062CC07
5J062CC11
5J062EE04
5J062FF02
5J062HH00
(57)【要約】
【課題】鉛直誤差をリアルタイムのＧＮＳＳ測位において、鉛直精度を向上させる新たな技術を提供する。
【解決手段】ＧＮＳＳ測位システム１は、ＧＮＳＳ受信機４ａを備え、補正情報をローバーに送信する基準局４と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光Ｂを出射する回転レーザ装置１０と、ＧＮＳＳ受信機６ａと、レーザ光Ｂを受光するレーザ受光器２００と、演算処理部４０と備え、測定点に配置されるローバー６とを備える。レーザ受光器２００は、高さ検出部２０として、柱状の導光体と、導光体の両端部に配置された受光部と、レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５、および水平受光管２４とを備え、測定基準点に対する測定点の高低差を算出することにより、ＧＮＳＳ受信機６ａの高さを決定する。また、ローバー６の測位による測位データと、補正情報と、演算処理部４０が決定した測定点の高さに基づいて、ローバー６の補正位置を決定する。
【選択図】図１
【解決手段】ＧＮＳＳ測位システム１は、ＧＮＳＳ受信機４ａを備え、補正情報をローバーに送信する基準局４と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光Ｂを出射する回転レーザ装置１０と、ＧＮＳＳ受信機６ａと、レーザ光Ｂを受光するレーザ受光器２００と、演算処理部４０と備え、測定点に配置されるローバー６とを備える。レーザ受光器２００は、高さ検出部２０として、柱状の導光体と、導光体の両端部に配置された受光部と、レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５、および水平受光管２４とを備え、測定基準点に対する測定点の高低差を算出することにより、ＧＮＳＳ受信機６ａの高さを決定する。また、ローバー６の測位による測位データと、補正情報と、演算処理部４０が決定した測定点の高さに基づいて、ローバー６の補正位置を決定する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)受信機および通信部を備え、既知点に固定されて補正情報をローバーに送信する基準局と、
既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する、少なくとも１つの回転レーザ装置と、
ローバーＧＮＳＳ受信機と、通信部と、前記レーザ光を受光するレーザ受光器と、演算処理部と備え、測定点に配置される前記ローバーと、
を備えるＧＮＳＳ測位システムであって、
前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、
前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、
前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定し、
前記演算処理部は、前記ローバーの測位による測位データと、前記補正情報と、前記演算処理部が決定した前記測定点の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を決定することを特徴とするＧＮＳＳ測位システム。
既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する、少なくとも１つの回転レーザ装置と、
ローバーＧＮＳＳ受信機と、通信部と、前記レーザ光を受光するレーザ受光器と、演算処理部と備え、測定点に配置される前記ローバーと、
を備えるＧＮＳＳ測位システムであって、
前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、
前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、
前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定し、
前記演算処理部は、前記ローバーの測位による測位データと、前記補正情報と、前記演算処理部が決定した前記測定点の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を決定することを特徴とするＧＮＳＳ測位システム。
【請求項2】
前記レーザ受光器は、受光面が前方に向けて配置され、正面視で画素が２次元のマトリクス上に配置された透明受光素子が前後方向に積層された傾斜検出部と、電子コンパスを備え、
前記演算処理部は、前記傾斜検出部で受光される前記前後方向でのパターンの変化に基づいて、前記ローバーの前記前後方向への傾斜を検出し、
前記演算処理部は、前記高さ検出部で受光される信号に基づいて、前記ローバーの左右方向への傾斜を検出し、
前記ローバーの前記前後方向の傾斜および前記左右方向の傾斜、ならびに前記電子コンパスにより取得される前記レーザ受光器の方向に基づいて前記測定点の補正位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のＧＮＳＳ測位システム。
前記演算処理部は、前記傾斜検出部で受光される前記前後方向でのパターンの変化に基づいて、前記ローバーの前記前後方向への傾斜を検出し、
前記演算処理部は、前記高さ検出部で受光される信号に基づいて、前記ローバーの左右方向への傾斜を検出し、
前記ローバーの前記前後方向の傾斜および前記左右方向の傾斜、ならびに前記電子コンパスにより取得される前記レーザ受光器の方向に基づいて前記測定点の補正位置を決定することを特徴とする請求項１に記載のＧＮＳＳ測位システム。
【請求項3】
前記水平受光管の前記導光体の半径は、前記第１の鉛直受光管および前記第２の鉛直受光管の半径よりも大きく構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のＧＮＳＳ測位システム。
【請求項4】
前記水平受光管の数が、高さ方向に増設されることを特徴とする請求項１または２に記載のＧＮＳＳ測位システム。
【請求項5】
ＧＮＳＳ受信機および通信部を備え、既知点に固定されて補正情報をローバに送信する基準局と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する少なくとも１つの回転レーザ装置と、ローバーＧＮＳＳ受信機、通信部、前記レーザ光を受光するレーザ受光器、および演算処理部を有し、測定点に配置されるローバーとを有するＧＮＳＳ測位システムを用いる測位方法であって、
（ａ）前記基準局を既知点に設置するステップと、
（ｂ）前記回転レーザ装置を前記測定基準点に設置して、前記レーザ光の発光を開始するステップと、
（ｃ）前記基準局で測位を行うステップと、
（ｄ）前記基準局が前記補正情報を前記ローバーに送信するステップと、
（ｅ）前記ローバーを前記測定点に配置し、測位を行うステップと、
（ｆ）前記レーザ受光器により、前記回転レーザ装置の前記レーザ光を受光、検出し、前記ローバーの前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｅ）における測位データと、前記ステップ（ｄ）の前記補正情報、および前記ステップ（ｆ）における前記ＧＮＳＳ受信機の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を算出するステップとを備え、
前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ＧＮＳＳ受信機の高さを決定する
ことを特徴とする方法。
（ａ）前記基準局を既知点に設置するステップと、
（ｂ）前記回転レーザ装置を前記測定基準点に設置して、前記レーザ光の発光を開始するステップと、
（ｃ）前記基準局で測位を行うステップと、
（ｄ）前記基準局が前記補正情報を前記ローバーに送信するステップと、
（ｅ）前記ローバーを前記測定点に配置し、測位を行うステップと、
（ｆ）前記レーザ受光器により、前記回転レーザ装置の前記レーザ光を受光、検出し、前記ローバーの前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｅ）における測位データと、前記ステップ（ｄ）の前記補正情報、および前記ステップ（ｆ）における前記ＧＮＳＳ受信機の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を算出するステップとを備え、
前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ＧＮＳＳ受信機の高さを決定する
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)を用いた測位システムおよび測位方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ＧＮＳＳ衛星を用いる、リアルタイムな測位方法として、ＲＴＫ-ＧＮＳＳ（リアルタイムキネマティックＧＮＳＳ）測位と、ＤＧＮＳＳ（ディファレンシャルＧＮＳＳ）測位とが知られている。ＲＴＫ-ＧＮＳＳ測位では基地局と移動局で同時にＧＮＳＳ測位を行い、基地局から搬送波位相に基づく補正データを受信して、移動局での測位データを補正する。ＤＧＮＳＳ測位では、基地局と移動局で同時にＧＮＳＳ測位を行い、基地局の測位データと既知の値との位置誤差を補正データとして移動局に送信し、移動局での測位データを補正する。このような、ＧＮＳＳ測位の弱点として、鉛直精度が劣るという問題があった。
【0003】
特許文献１は、リアルタイムのＧＮＳＳ測位の鉛直精度を向上させる方法として以下の方法を開示している。
１ 基準局を第１の地点に配置する。
２ 第１の地点で一定時間測定し、その平均位置を基準局の第１の平均位置として決定する。
３ 第１の地点における基準局の第１の瞬時位置を決定する。
４ 移動局の第１の位置を決定する。
５ 第１の平均位置および第１の瞬時位置に基づいて第１の鉛直補正を決定する。
６ 移動局の第１の位置および第１の鉛直補正に基づいて移動局の第１の補正位置を決定する。
７ 基準局を第１の場所とは異なる第２の場所に移動する。
８ 第２の場所で一定時間測定し、その平均位置を基準局の第２の平均位置として決定する。
９ 第２の場所における基準局の第２の瞬時位置を決定する。
１０ 移動局の第２の位置を決定する。
１１ 第２の平均位置および第２の瞬時位置に基づいて第２の鉛直補正を決定する。
１２ 移動局の第２の位置および第２の鉛直補正に基づいて移動局の第２の補正位置を決定する。
１ 基準局を第１の地点に配置する。
２ 第１の地点で一定時間測定し、その平均位置を基準局の第１の平均位置として決定する。
３ 第１の地点における基準局の第１の瞬時位置を決定する。
４ 移動局の第１の位置を決定する。
５ 第１の平均位置および第１の瞬時位置に基づいて第１の鉛直補正を決定する。
６ 移動局の第１の位置および第１の鉛直補正に基づいて移動局の第１の補正位置を決定する。
７ 基準局を第１の場所とは異なる第２の場所に移動する。
８ 第２の場所で一定時間測定し、その平均位置を基準局の第２の平均位置として決定する。
９ 第２の場所における基準局の第２の瞬時位置を決定する。
１０ 移動局の第２の位置を決定する。
１１ 第２の平均位置および第２の瞬時位置に基づいて第２の鉛直補正を決定する。
１２ 移動局の第２の位置および第２の鉛直補正に基づいて移動局の第２の補正位置を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第１０９０８２９７号明細書
【特許文献2】特開２０１１－１００７５９号公報
【特許文献3】特表平１１－５０５９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記方法によれば、リアルタイムなＧＮＳＳ測位での鉛直精度を向上させることができるものの、鉛直精度を向上させることのできるさらなる技術の開発が求められていた。
【0006】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、リアルタイムのＧＮＳＳ測位において、鉛直精度を向上させる新たな技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係るＧＮＳＳ測位システムは以下の構成を有する。
１．ＧＮＳＳ受信機および通信部を備え、既知点に固定されて補正情報をローバーに送信する基準局と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する、少なくとも１つの回転レーザ装置と、ローバーＧＮＳＳ受信機と、通信部と、前記レーザ光を受光するレーザ受光器と、演算処理部と備え、測定点に配置される前記ローバーと、を備えるＧＮＳＳ測位システムであって、前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定し、前記演算処理部は、前記ローバーの測位による測位データと、前記補正情報と、前記演算処理部が決定した前記測定点の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を決定する。
１．ＧＮＳＳ受信機および通信部を備え、既知点に固定されて補正情報をローバーに送信する基準局と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する、少なくとも１つの回転レーザ装置と、ローバーＧＮＳＳ受信機と、通信部と、前記レーザ光を受光するレーザ受光器と、演算処理部と備え、測定点に配置される前記ローバーと、を備えるＧＮＳＳ測位システムであって、前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定し、前記演算処理部は、前記ローバーの測位による測位データと、前記補正情報と、前記演算処理部が決定した前記測定点の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を決定する。
【0008】
２．上記１の態様において、レーザ受光器は、受光面が前方に向けて配置され、正面視で画素が２次元のマトリクス上に配置された透明受光素子が前後方向に積層された傾斜検出部と、電子コンパスを備え、前記演算処理部は、前記傾斜検出部で受光される前記前後方向でのパターンの変化に基づいて、前記ローバーの前記前後方向への傾斜を検出し、前記演算処理部は、前記高さ検出部で受光される信号に基づいて、前記ローバーの左右方向への傾斜を検出し、前記ローバーの前記前後方向の傾斜および前記左右方向の傾斜、ならびに前記電子コンパスにより取得される前記レーザ受光器の方向に基づいて前記測定点の補正位置を決定することも好ましい。
【0009】
３．上記１，２の態様において、前記水平受光管の前記導光体の半径は、前記第１の鉛直受光管および前記第２の鉛直受光管の半径よりも大きく構成されることも好ましい。
【0010】
４．上記１～３の態様において、前記水平受光管の数が、高さ方向に増設されることも好ましい。
【0011】
また、本発明の別の態様に係るＧＮＳＳ測位方法は、以下の構成を有する。
５．ＧＮＳＳ受信機および通信部を備え、既知点に固定されて補正情報をローバに送信する基準局と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する少なくとも１つの回転レーザ装置と、ローバーＧＮＳＳ受信機、通信部、前記レーザ光を受光するレーザ受光器、および演算処理部を有し、測定点に配置されるローバーとを有するＧＮＳＳ測位システムを用いる測位方法であって、（ａ）前記基準局を既知点に設置するステップと、（ｂ）前記回転レーザ装置を前記測定基準点に設置して、前記レーザ光の発光を開始するステップと、（ｃ）前記基準局で測位を行うステップと、（ｄ）前記基準局が前記補正情報を前記ローバーに送信するステップと、（ｅ）前記ローバーを前記測定点に配置し、測位を行うステップと、（ｆ）前記レーザ受光器により、前記回転レーザ装置の前記レーザ光を受光、検出し、前記ローバーの前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定するステップと、（ｇ）前記ステップ（ｅ）における測位データと、前記ステップ（ｄ）の前記補正情報、および前記ステップ（ｆ）における前記ＧＮＳＳ受信機の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を算出するステップとを備え、前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ＧＮＳＳ受信機の高さを決定する。
５．ＧＮＳＳ受信機および通信部を備え、既知点に固定されて補正情報をローバに送信する基準局と、既知の測定基準点から所定の高さで水平にレーザ光を出射する少なくとも１つの回転レーザ装置と、ローバーＧＮＳＳ受信機、通信部、前記レーザ光を受光するレーザ受光器、および演算処理部を有し、測定点に配置されるローバーとを有するＧＮＳＳ測位システムを用いる測位方法であって、（ａ）前記基準局を既知点に設置するステップと、（ｂ）前記回転レーザ装置を前記測定基準点に設置して、前記レーザ光の発光を開始するステップと、（ｃ）前記基準局で測位を行うステップと、（ｄ）前記基準局が前記補正情報を前記ローバーに送信するステップと、（ｅ）前記ローバーを前記測定点に配置し、測位を行うステップと、（ｆ）前記レーザ受光器により、前記回転レーザ装置の前記レーザ光を受光、検出し、前記ローバーの前記ローバーＧＮＳＳ受信機の高さを決定するステップと、（ｇ）前記ステップ（ｅ）における測位データと、前記ステップ（ｄ）の前記補正情報、および前記ステップ（ｆ）における前記ＧＮＳＳ受信機の高さに基づいて、前記ローバーの補正位置を算出するステップとを備え、前記レーザ受光器は、高さ検出部として、柱状の導光体と、前記導光体の両端部に配置された受光部と、前記レーザ光を前記導光体の前記両端部に向かって分割する光結合層と、Ｈ型に配置された、第１の鉛直受光管、第２の鉛直受光管、および水平受光管と、を備え、前記演算処理部は、前記受光部の各受光信号から前記レーザ光の衝突位置を特定し、前記衝突位置の中央位置からの差分距離と、前記差分距離が前記導光体の長さの中央位置を境にプラス側とマイナス側のどちらにあるかを検出し、前記第１の鉛直受光管、前記第２の鉛直受光管、および前記水平受光管の前記差分距離のプラスとマイナスの組み合わせに応じて、前記測定基準点に対する高低差を算出することにより、前記ＧＮＳＳ受信機の高さを決定する。
【発明の効果】
【0012】
上記態様によれば、ＧＮＳＳ測位において、鉛直精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施の形態に係るＧＮＳＳ測位システムの全体構成を示す図である。
【図2】同ＧＮＳＳ測位システムを構成するＧＮＳＳローバーおよび回転レーザ装置のブロック図である。
【図3】上記ＧＮＳＳローバーを構成するレーザ受光器の正面斜視図である。
【図4】同レーザ受光器における高さ検出部の受光センサの詳細を説明する図である。
【図5】同レーザ受光器が傾いていない場合の、高さ検出を説明する図である。
【図6】同受光器が左右に傾いている場合の高さの検出を説明する図である。
【図7】同高さ検出部による左右傾斜検出テーブルの一例を示す図である。
【図8】同システムにおいて、受光器に傾きが有る場合の、高さ変化の検出を説明する図である。
【図9】同レーザ受光器の傾斜検出部の模式拡大図である。
【図10】同傾斜検出部の詳細を説明する図である。
【図11】上記回転レーザ装置のレーザ光の特性を説明する図である。
【図12】上記レーザ受光器が前後に傾いている場合の上記傾斜センサの、受光光量のマトリクスパターンを説明する図である。
【図13】上記測位システムを用いた測位方法のフローチャートの１つの例である。
【図14】上記測位システムを用いた測位方法のフローチャートの他の例である。
【図15】（Ａ）（Ｂ）は、上記測位システムの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施の形態において、同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。また、各図は縮尺通りに描画されているとは限らない。
【0015】
図１は、実施の形態に係るＧＮＳＳ測位システム（以下、単に測位システムという。）１の概略図である。ＧＮＳＳ基準局（以下単に基準局という。）４、ＧＮＳＳローバー（以下、単にローバーという。）６および回転レーザ装置１０を含む。測位システム１は、所謂ディファレンシャルＧＮＳＳ測位システムである。
【0016】
基準局４は、ＧＮＳＳ衛星（以下、単に衛星という。）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・からの衛星信号を受信して測位するＧＮＳＳ受信機４ａ、およびローバー６と有線または無線による通信を可能とする通信部４ｂを備える。ＧＮＳＳ受信機４ａは、衛星信号に受信して自位置を決定する。基準局４は、既知点に固定されている。基準局４は、衛星Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を追跡して、リアルタイムで測位する。また、基準局４は、衛星Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３からの信号に基づく測位データと、既知点の位置情報との誤差を求め記録する。
【0017】
また、基準局４は、求めた誤差を補正情報として、ローバー６に送信する。既知点の位置データは、測定誤差を決定するために用いられる。誤差の精度は、既知点の位置データの精度に部分的に依存する。図１中、衛星Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、基準局４の視界にあるGNSS衛星である。なお、図１には衛星は３つのみ描かれている。測位の観点から、３以上の衛星があれば可能であるが、衛星の数は４以上であることが好ましく、それ以上であってもよい。
【0018】
ローバー６は、外観上、上方からＧＮＳＳ受信機６ａ、レーザ受光器(以下、単に受光器という。)２００を備え、ＧＮＳＳ受信機６ａと、受光器２００は、固定長を有するポール状の支持部材６ｂに支持されている。支持部材６ｂの軸線は、ＧＮＳＳ受信機６ａと受光器２００それぞれの中心を通るようになっている。ローバー６は、支持部材６ｂの先端を測定点に当接させ、鉛直に保持されるように使用される。鉛直は図示しない水準器などを用いて確認できるようになっている。また、受光器２００は、ボールねじ機構その他直線移動機構等、公知の構成により、支持部材６ｂを上下方向に移動可能となっている。またその際、支持部材６ｂの下端部から、受光器２００の中心Ｃまでの距離ＨＣは、計測可能となっている。また、支持部材６ｂの下端部から、ＧＮＳＳ受信機６ａまで距離ＨＲも、既知となっている。受光器２００の使用時には、初期設定として、回転レーザ装置１０のレーザ光Ｂが受光器２００の中心Ｃを通るように位置合わせして使用する。
【0019】
次に、回転レーザ装置１０は、回転ヘッド１１と、制御部１２とを備える。回転ヘッド１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）、またはＳＬＥＤ（Super Luminescent Diode）などのレーザ光源を有する。回転レーザ装置１０は、地面上の測定基準点ＲＰに、整準台を介して設置される。回転ヘッド１１は、レーザ光Ｂとして、所定の周波数に強度変調されたパルス光を出射する。回転ヘッド１１は、水平方向に旋回し、レーザ光源からの光を偏向して、測定基準点ＲＰからレベリングに用いる高さＨとなる水平基準面を形成するように、レーザ光Ｂを回転照射する。
【0020】
制御部１２は、たとえばＣＰＵなどのプロセッサを備える制御ユニットであり、回転ヘッドの回転および光源の発光を制御する。
【0021】
次に、受光器２００は、図２に示すように、高さ検出部２０と、傾斜検出部３０と、演算処理部４０と、記憶部５１と、発光インジケータ５２と、ブザー５３と、表示部５４と、操作部５５と、通信部５６、および電子コンパス５７とを備える。また、レーザ受光器２００は、後述する回転レーザ装置１０が出射するレーザ光Ｂを受光する。
【0022】
高さ検出部２０と、傾斜検出部３０については、後述する。
演算処理部４０は、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリ（ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory）等）を備える。演算処理部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を集積回路に実装した集積回路、集積回路の集合、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサを含むものである。また、プロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成されていてもよい。
演算処理部４０は、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリ（ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory）等）を備える。演算処理部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を集積回路に実装した集積回路、集積回路の集合、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサを含むものである。また、プロセッサは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのＰＬＤ（Programmable Logic Device）などの電子回路により構成されていてもよい。
【0023】
演算処理部４０は、機能部として、高さ変化決定部４１と、前後傾斜決定部４２と、位置算出部４３とを備える。
【0024】
高さ変化決定部４１は、第１の鉛直受光管２３、水平受光管２４．第２の鉛直受光管２５のそれぞれの受光部２３２，２３３，２４２，２４３，２５２，２５３から受光信号を受け取り、それぞれの差分距離Ｄ２３，Ｄ２４，Ｄ２５をプラス値か、マイナス値かも含めて検出する。この結果、測定基準点ＲＰに対する測定点Ｘの高低差を決定し、測定点Ｘのｚ座標の値を求める。その詳細については、高さ検出部２０の項で説明する。
【0025】
高さ変化決定部４１は、後で図５（１）について詳述するように、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２３，Ｄ２５が同じ値で共にマイナス値の場合、測定点Ｘは、測定基準点ＲＰに対して差分距離Ｄだけ高くなったことを検出する。図５（２）で説明するように、第１の鉛直受光管２３，第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２３，Ｄ２５が同じ値で共にプラス値の場合は。測定点Ｘは測定基準点ＲＰに対して差分距離Ｄだけ低くなったことを検出する。
【0026】
高さ変化決定部４１は、後で図８について説明するように、第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３と第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５都に基づいて、受光器２００の傾き方向および高さ変化ｈを算出する。また、差分距離Ｄ２３，Ｄ２５から左右傾斜検出テーブルに照らして左右の傾斜角δを算出する。
【0027】
前後傾斜決定部４２は、後で説明する傾斜検出部３０で検出される、レーザ光の受光光量分布であるマトリクスパターンを用いて、受光器２００の前後方向の傾斜を決定する。
【0028】
位置算出部４３は、衛星からの信号と、基準局４からの補正情報、および高さ検出部２０の検出結果から決定されたＧＮＳＳ受信機６ａの高さに基づいて、ローバー６の位置を算出する。このようにして、得られるローバー６の位置座標は、鉛直精度が向上している。また、位置算出部４３は、ＧＮＳＳ受信機６ａの位置座標に基づいて、高さ検出部２０の検出結果から決定される受光器２００の左右方向の傾斜および傾斜検出部３０の検出結果から決定される受光器２００の前後方向の傾斜、および電子コンパス５７の検出結果に基づく受光器２００の方向に基づいて、測定点Ｘの座標を決定する。
【0029】
記憶部５１は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive），フラッシュメモリ等のコンピュータ読取可能な記憶媒体を含んで構成される。記憶部５１は、演算処理部４０の機能を実行するための、特に各機能部の機能を実行するためプログラムや、演算処理部４０で収集、生成される各種データ、左右傾斜検出テーブル３４２および、傾斜検出部３０の受光光量のマトリクスパターンを格納している。
【0030】
発光インジケータ５２およびブザー５３は、演算処理部４０に制御されて、点滅発光および／または信号音を鳴らすことにより、作業者に対して、作業に関する指示等を報知する。
【0031】
表示部５４は液晶または有機ＥＬディスプレイであり、傾斜検知データ、高さ変化検知データおよび測位データの表示をする。操作部５５はボタンやスイッチであり、高さ変化検知および前後傾斜検知の際の操作が行える。受光部２３２，２３３（第１の鉛直受光管２３のもの）、受光部２５２，２５３（第２の鉛直受光管２５のもの）および受光部２４２，２４３（水平受光管のもの）は前述の通りであり、それぞれ、受光信号を演算処理部４０に送る。
【0032】
通信部５６は、基準局４と有線または無線による通信を可能とする通信制御装置である。
【0033】
電子コンパス５７は、所謂磁気コンパスである。地磁気を利用して方位を検出する。電子コンパスは、ケース２１内に取り付けられており、ケース２１正面方向の方位を検出する。これにより、高さ変化決定部４１および前後傾斜決定部４２で決定される傾斜の方向を検出する。
【0034】
次に、高さ検出部２０および傾斜検出部３０について説明する。図３に示すように、高さ検出部２０および傾斜検出部３０は、ケース２１の前面に設けられている。また、図３には表されていないが、表示部５４と、操作部５５は、ケース２１の後面に設けられている。発光インジケータ５２とブザー５３は、ケース２１の上部など、作業者に認識されやすい位置に配置されている。
【0035】
高さ検出部２０は、それぞれが同じ構成を有する、第１の鉛直受光管２３、水平受光管２４、および第２の鉛直受光管２５を備える。第１のおよび第２の鉛直受光管２３，２５は、軸方向が鉛直方向となるように平行に配置される。水平受光管２４は、第１のおよび第２の鉛直受光管２３，２５と直交して配置される。第１の鉛直受光管２３、水平受光管２４、および第２の鉛直受光管２５は、第１のおよび第２の鉛直受光管２３，２５の夫々の長さＬの中央位置Ｍ、Ｍに水平受光管２４の中心軸が通るように配置され、受光器中心Ｃが水平受光管２４の長さＬの中央位置Ｍと合致するように、「Ｈ型」に配置されている。
【0036】
第１の鉛直受光管２３、水平受光管２４、第２の鉛直受光管２５は、全て同一の構成を有するため、第１の鉛直受光管２３を用いて高さ検出部２０の機構を説明する。図４は、第１の鉛直受光管の側面を示す図である。図４において、左がケース２１の前面であり、レーザ光Ｂが入射する側である。第１の鉛直受光管２３および第２の鉛直受光管２５の中央位置Ｍ、水平受光管２４の中央位置Ｍ、および水平受光管２４にある受光器中心Ｃの位置関係は、予め計測され、既知の数値として記憶部５１に記憶されている。
【0037】
第１の鉛直受光管２３は、円柱状の導光体２３１と、導光体２３１の両端部に配置された一対の受光部２３２，２３３とを備える。受光部２３２，２３３は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等の光電変換素子である。受光部２３２，２３３が検出した各受光信号は、演算処理部４０で処理される。導光体２３１は、軸方向の長さＬを有する、円柱、楕円柱、その他の内面を全反射することによる導光を可能な柱状体である。導光体２３１を構成する材料は、例えば、ガラスや石英、または、アクリルやポリカーボネート等の樹脂等の透明材料である。
【0038】
導光体２３１の表面には、光結合層２３４が形成されている。光結合層２３４は、例えば、蛍光粒子を液体に分散させた塗料を導光体２３１の表面に塗布するか、または、蛍光粒子を含有する樹脂層を導光体２３１の表面に設けることで、形成される。
【0039】
図４に示すように、レーザ光Ｂが導光体２３１に衝突すると、衝突位置２３５において、レーザ光Ｂは、光結合層２３４によって導光体２３１に結合され、第１の受光部２３２へ向かうレーザ光Ｂ１と、第２の受光部２３３に向かうレーザ光Ｂ２に分割される。衝突位置２３５が中央位置Ｍである場合、レーザ光Ｂ１が進行した距離Ｌ１と、レーザ光Ｂ２が進行した距離は同じであるため、受光部２３２，２３３の受光信号の波形は一致する。一方、衝突位置２３５が、中央位置Ｍからずれると、レーザ光Ｂ１、Ｂ２の進行する距離Ｌ１，Ｌ２は異なるため、受光部２３２，２３３の受光信号の波形にズレが生じる。
【0040】
例えば、図４では、衝突位置２３５が中央位置Ｍより上で、距離Ｌ１が距離Ｌ２よりも短いため、受光部２３２の受光信号に対して、受光部２３３の受光信号に遅れが生じる。演算処理部４０では、これらの受光信号の時間差または位相差と、長さＬと、導光体２３１の光伝播速度から、距離Ｌ１、Ｌ２を算出して、衝突位置を特定する。また衝突位置２３５は、中央位置Ｍを境としてどちら側にあるかと、衝突位置の中央位置からの差分距離Ｄを長さＬと距離Ｌ１又はＬ２から算出する。例えば、図４であれば、Ｌ／２－Ｌ１またはＬ２－Ｌ／２からＤを求める。
【0041】
図５は、受光器２００に傾きがない場合の、高さの変化の検出を説明する図である。受光器２００に傾きがない場合、（１）に示すように、受光器中心Ｃの高さがレーザ光Ｂより上になった場合、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５は共に、衝突位置２３５が中央位置Ｍより下にずれ、それぞれの受光部２３２，２３３、受光部２５２、２５３での受光信号にずれが生じ、中央位置Ｍに対して下の受光部２３３（２５３）側にマイナスの差分距離Ｄ２３，Ｄ２５が検出される。
【0042】
一方、（２）に示すように、受光器中心Ｃの高さがレーザ光Ｂより下になった場合、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５は共に、衝突位置２３５が中央位置Ｍより上にずれ、中央位置Ｍに対して下の受光部２３３（２５３）側にプラスの差分距離Ｄ２３，Ｄ２５が検出される。
【0043】
すなわち、第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２３，Ｄ２５が、同じ値で、ともにマイナス値の場合は、レーザ光Ｂの高さＨを基準として、受光器中心Ｃの高さが差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）だけ上に移動しているので、測定点Ｘが、測定基準点ＲＰに対してＤ２３（Ｄ２５）と同量の差分距離だけ高くなったことが分かる。第１の鉛直受光管２３、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２３が，２５が共にプラス値の場合、受光器中心Ｃの高さが差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）だけ下に移動しているので、測定点Ｘも、測定基準点ＲＰに対してＤ２３（Ｄ２５）と同量のＤだけ低くなったことが分かる。
【0044】
図６～８は、受光器２００に傾きが有る場合の、高さの変化の検出を説明する図である。まず、図６は受光器２００による左右への傾きの変化の検出を説明する図である。（１）に示すように受光器２００が左へ傾いた場合、第１の鉛直受光管２３では衝突位置２３５が中央位置Ｍより上にずれ、中央位置Ｍに対して上の受光部２３２側にプラスの差分距離Ｄ２３が検出され、第２の鉛直受光管２５では衝突位置２３５が中央位置Ｍより下にずれ、中央位置Ｍに対して下の受光部２５３側にマイナスの差分距離Ｄ２５が検出される。（２）に示すように受光器２００が右へ傾いた場合、第１の鉛直受光管２３では衝突位置２３５が中央位置Ｍより下にずれ、中央位置Ｍに対して下の受光部２３３側にマイナスの差分距離Ｄ２３が検出され、第２の鉛直受光管２５では衝突位置２３５が中央位置Ｍより上にずれ、中央位置Ｍに対して上の受光部２５２側にプラスの差分距離Ｄ２５が検出される。
【0045】
すなわち、第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３がプラス値、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５がマイナス値の場合は、受光器２００は左に傾いていると分かる。第１の鉛直受光管２３の差分距離Ｄ２３がマイナス値、第２の鉛直受光管２５の差分距離Ｄ２５がプラス値の場合は、受光器２００は右に傾いていること分かる。
【0046】
このとき、差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）は、左右傾斜が大きくなるほど長くなり、差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）と傾斜角δの値は一対一で対応することが分かる。このため、差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）と左右の傾斜角δの対応関係を記憶した左右傾斜検出テーブル３４２を作成しておくことで、左右の傾斜角δは、差分距離の値に応じて算出することができる。図７は分解能０．５ｍｍ単位とした場合の左右傾斜検出テーブル３４２を例示している。左右傾斜検出テーブル３４２では、鉛直受光管２３（２５）の中央位置Ｍを０［ｍｍ］とし、中央位置Ｍを境に上の受光部２３２（２５２）側で検出された差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）をプラス、中央位置Ｍを境に下の受光部２３３（２５３）側で検出された差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）をマイナスとし、各差分距離Ｄ２３（Ｄ２５）に対応する傾斜角δが記憶されている。
【0047】
以上により左右の傾斜角δが分かると、受光器２００が左右方向に傾いた場合の、高さの変化の検出ができる。図８は受光器２００に傾きが有る場合の、高さの変化の検出を説明する図である。受光器２００が左右に傾いた状態で、受光器２００高さが変わった場合は、水平受光管２４のレーザ光Ｂの衝突位置２３５が中央位置Ｍからずれ、水平受光管２４の受光部２４２，２４３での受光信号にズレが生じ、中央位置Ｍからの差分距離Ｄ２４が検出される。受光器中心Ｃの高さ変化ｈは、三角関数を用いて下記の数式から求められる。
【0048】
【数1】
Ｄ：水平受光管が検出した差分距離、
δ：レーザ受光器の左右方向の傾斜角、
である。
【0049】
さらに、水平受光管２４の中央位置Ｍを境に左の受光部２４２側をマイナス、右の受光部２４３側をプラスとすると、図８の（１）に示すように、受光器２００が左に傾き、衝突位置２３５が受光器中心Ｃより上にずれた場合、受光部２４３側に差分距離Ｄ２４はプラスの値が出る。図８の（２）に示すように、受光器２００が左に傾き、衝突位置２３５が受光器中心Ｃより下にずれた場合、受光部２４２側に差分距離Ｄ２４はマイナスの値が出る。図８（３）に示すように、受光器２００が、右に傾き、衝突位置２３５が受光器中心Ｃより上にずれた場合、受光部２４２側に差分距離Ｄ２４はマイナスの値が出る。図１５の（４）に示すように、受光器２００が、右に傾き、衝突位置２３５が受光器中心Ｃより下にずれた場合、受光部２４３側に差分距離Ｄ２４はプラスの値が出る。
【0050】
すなわち、左への傾きか右への傾きかは第１の鉛直受光管２３および第２の鉛直受光管
２５の差分距離のプラスマイナスから検出できるから、図８の（１）：左へ傾き水平受光管２４でプラスの差分距離Ｄ２４が出た時および図８の（３）：右へ傾き水平受光管２４でマイナスの差分距離Ｄ２４が出た時は、レーザ光Ｂの高さＨを基準にして、受光器２００（の受光器中心Ｃ）の高さが、数式１で求まる高さ変化ｈだけ下に移動しているので、測定点Ｘも測定基準点ＲＰに対して高さ変化ｈだけ低くなったことが分かる。図８の（２）：左へ傾き水平受光管２４でマイナスの差分距離Ｄ２４が出た時および図８の（４）：右へ傾き水平受光管２４でプラスの差分距離Ｄ２４が出た時、レーザ光Ｂの高さＨを基準にして、受光器２００（の受光器中心Ｃ）の高さが、数式１で求まる高さ変化ｈだけ上に移動しているので、測定点Ｘも測定基準点ＲＰに対して高さ変化ｈだけ高くなったことが分かる。このように、高さ検出部２０は、回転レーザ装置１０のレーザ光を受光することにより、ローバー６の高さ(すなわち、測定点Ｘの高さ)と、受光器２００（ローバー６、すなわち、支持部材６ｂ）の左右方向の傾斜を検出するようになっている。
２５の差分距離のプラスマイナスから検出できるから、図８の（１）：左へ傾き水平受光管２４でプラスの差分距離Ｄ２４が出た時および図８の（３）：右へ傾き水平受光管２４でマイナスの差分距離Ｄ２４が出た時は、レーザ光Ｂの高さＨを基準にして、受光器２００（の受光器中心Ｃ）の高さが、数式１で求まる高さ変化ｈだけ下に移動しているので、測定点Ｘも測定基準点ＲＰに対して高さ変化ｈだけ低くなったことが分かる。図８の（２）：左へ傾き水平受光管２４でマイナスの差分距離Ｄ２４が出た時および図８の（４）：右へ傾き水平受光管２４でプラスの差分距離Ｄ２４が出た時、レーザ光Ｂの高さＨを基準にして、受光器２００（の受光器中心Ｃ）の高さが、数式１で求まる高さ変化ｈだけ上に移動しているので、測定点Ｘも測定基準点ＲＰに対して高さ変化ｈだけ高くなったことが分かる。このように、高さ検出部２０は、回転レーザ装置１０のレーザ光を受光することにより、ローバー６の高さ(すなわち、測定点Ｘの高さ)と、受光器２００（ローバー６、すなわち、支持部材６ｂ）の左右方向の傾斜を検出するようになっている。
【0051】
従って、高さ変化決定部４１は、以下の様にして、ＧＮＳＳ受信機６ａの高さを求めることができる。すなわち、例えば図８（１）の場合、測定基準点ＲＰの座標をＲＰ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とすると、測定点Ｘのｚ座標はｚ１－ｈで求めることができる。そして、支持部材６ｂの先端からＧＮＳＳ受信機６ａまでの長さＨＲは既知であるので、ＧＮＳＳ受信機６ａのｚ座標は、ローバー６の傾斜角δから、測定点Ｘのｚ座標にＨＲ*ｃｏｓδを加算した、（ｚ１－ｈ）+ＨＲ*ｃｏｓδで求めることが可能である。このようにして、水平受光管の受光結果からＧＮＳＳ受信機６ａのｚ座標を求めることが可能となる。
【0052】
一方、傾斜検出部３０は、高さ検出部２０の左右方向に延在する細幅の柱状の形状を有し、高さ検出部２０の水平受光管２４の前面に、受光面が前方を向かうように取り付けられている。傾斜検出部３０は、ローバー６、すなわち受光器２００の前後方向の傾きを検出することができる。図９は、傾斜検出部３０の模式拡大図である。図１０は、受光センサ３２を構成する透明受光素子３３の一部の拡大図である。図９，１０からわかるように、傾斜検出部３０では、正面視で画素が２次元のマトリクス状に配置された透明受光素子が、前後方向に複数層積層されている。
【0053】
受光センサ３２は、透明受光素子３３が前後方向に複数層（図示の例では４層）積層されて構成されている。透明受光素子３３としては、例えば特許文献２、特許文献３に記載されているような、既知の透明受光素子を用いることができる。本例では、図１０に示すように、透明基板３１１上に設けられた透明電極３１２に、電子伝達タンパク質層３１３を固定化し、この電子伝達タンパク質層３１３と電解質層３１４を介して対向するように透明対極３１５を設けたタンパク質透明受光素子を用いている。
【0054】
透明基板３１１の材料としては、例えば、ガラス、雲母（マイカ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの各種の無機または有機の透明材料を用いることができる。
透明電極４１２の材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム－スズ複合酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ネサガラス（ＳｎＯ２ガラス）などの透明金属酸化物のほか、光の透過が可能な極薄い金属膜、例えばＡｕ膜などを用いることができる。
透明電極４１２の材料としては、例えば、ＩＴＯ（インジウム－スズ複合酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ネサガラス（ＳｎＯ２ガラス）などの透明金属酸化物のほか、光の透過が可能な極薄い金属膜、例えばＡｕ膜などを用いることができる。
【0055】
電子伝達タンパク質層３１３の電子伝達タンパク質としては、具体的には、例えば、シトクロム類、鉄－硫黄タンパク質類、ブルー銅タンパク質類などを用いることができる。シトクロム類としては、シトクロムｃ（亜鉛置換シトクロムｃ、金属フリーシトクロムｃなど）、シトクロムｂ、シトクロムｂ５、シトクロムｃ１、シトクロムａ、シトクロムａ３、シトクロムｆ、シトクロムｂ６などが挙げられる。
【0056】
透明対極３１５の材料としては、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ネサガラスなどの透明金属酸化物のほか、光の透過が可能な極薄い金属膜、例えばＡｕ膜などを用いることができる。
【0057】
電解質層３１４の電解質としては、電子伝達タンパク質層３１３が透明電極３１２で酸化反応が起こり、透明対極３１５で還元反応が起こるもの、または、透明電極３１２で還元反応が起こり、透明対極３１５で酸化反応が起こるものが用いられる。具体的には、例えば、Ｋ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］や［Ｃｏ（ＮＨ３）６］Ｃｌ３などが用いられる。
【0058】
図１０は、透明受光素子３３のＮ（Ｎは自然数）番目の層とＮ＋１番目の層の透明基板３１１を部分的に表している。図１０に示すように、透明受光素子３３のＮ番目の層の透明基板３１１と（Ｎ＋１）番目の層の透明基板３１１との間には、透明基板と同様の素材で構成される透明なスペーサ３１６が設けられており、スペーサ３１６により画素３４が区画されている。図９に示すように、透明受光素子３３の各層は、画素３４が２次元のマトリクス状に配列されており、各画素の位置が特定できるようになっている。
【0059】
透明受光素子３３では、入射したレーザ光Ｂの受光光量が、受光信号として検出され、信号の取り出しや処理は、従来公知の技術を用いることができる。受光光量が電気信号として取り出される。
【0060】
次に、傾斜検出部３０を用いた傾斜の検出について説明するが、それに先立って、回転レーザ装置１０のレーザ光Ｂの特性について説明する。レーザ光Ｂのビームは、図１１（Ａ）に示すように、中央が強く外側に向かって弱くなる強度分布を有する。また、図１１（Ｂ）に示すように、レーザ光Ｂのビームは、光源（回転レーザ装置１０）から遠ざかるほど大きくなる。また、図１１（Ｃ）に示すように、レーザ光Ｂのビームの照度は、光源（回転レーザ装置１０）からの距離の２乗に反比例して小さくなる。
【0061】
従って、回転レーザ装置１０からのレーザ光が、傾斜検出部３０に入射した場合の奥行方向の受光光量のマトリクスパターンは、図１２（Ａ）の様に、入射位置でもっとも強く、奥に行くに従って弱くなり、ビームの外側に行くにつれて弱くなるパターンを示す。
【0062】
この奥行方向のマトリクスパターンは、傾斜検出部３０がレーザ光の入射方向に対して傾くと変動する。即ち、図１２の（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ローバー６が前後方向に傾くと、傾斜角に応じてマトリクスパターンも変動する。そこで、予め様々な傾斜角とマトリクスパターンの対応を記憶部５１に登録しておき、前後傾斜決定部４２が、パターンマッチング等の手法により、マトリクスパターンに応じて傾斜角を算出するようにしてもよい。
【0063】
あるいは、様々な距離および方向で測定したマトリクスパターンの画像と、その場合の基準方向ＲＤからの角度と距離を教師データとして、ロジスティック回帰、サポートベクタ―マシン等のアルゴリズムにより学習し、回転レーザ装置１０に関する受光器２００の方向角および回転レーザ装置１０から受光器２００の距離を推定する推定モデルを作成し、これを記憶部５１に記憶しておいてもよい。この場合、受光器２００が、マトリクスパターンを測定したときに、演算処理部４０は、得られたマトリクスパターンを推定モデルに入力して、回転レーザ装置１０に関する受光器２００の方向角を演算するようにしてもよい。
【0064】
図１２（Ａ）に示すように、受光器２００が鉛直に保持され、傾斜検出部３０が回転レーザ装置１０に正対する場合、レーザ光Ｂは各層の同じ位置を進行するが、光量は透明受光素子３３の層を通過するにしたがって減衰される。光が通過する位置は、各層において同じであるため、全体のパターンとしては、透明受光素子３３の全ての層で、最前層の透明受光素子３３と同等のマトリクスパターンを示す。
【0065】
一方、図１２（Ｂ）に示すように、受光器２００が、回転レーザ装置１０に向かって前傾する場合、レーザ光Ｂは、透明受光素子３３の層を通過するにしたがって、下方のマスを通るようにずれる。また、光量は、透明受光素子３３の層を通過するにしたがって減衰される。この結果、各層のマトリクスパターンは、前方の層から後方の層に向かうにしたがって、全体の光量が小さくなると共に、全体のパターンが下方へとずれたマトリクスパターンを示す。
【0066】
ここで、各透明受光素子３３の画素の位置は把握できるようになっているため最前層の入射位置Ａ１と最後層の入射位置Ａ２の位置は算出することができる。また、Ａ３Ａ２の距離（すなわち受光センサ３２の厚み）を既知としておけば、Ａ１Ａ３／Ａ２Ａ３が、鉛直方向の傾斜角βに等しい角∠Ａ１Ａ２Ａ３の正接となり、傾斜角βを求めることが可能である。また、図１２（Ｃ），図１２（Ｅ）からも同様に、受光器２００が後傾した場合の傾斜角γを求めてもよい。
【0067】
また、上記の例では、回転レーザ装置１０は１つの場合について説明したが、回転レーザ装置は少なくとも１つあればよく、必要に応じて数を増やすことも好ましい。
【0068】
このように、本実施の形態に係る受光器２００では、受光センサ３２が、複数の層の透明受光素子３３が積層されて構成されているため、受光センサ３２の表面（最前面）からの奥行き方向の受光パターンを把握できる。これにより、前後傾斜決定部４２では、各層における受光パターン、すなわち、各層における受光位置に基づいて傾斜検出部３０（すなわち受光器２００、ローバ－６）の前後方向の傾斜を算出することが可能となる。
また、上述したように、本実施の形態に係る、受光器２００では、高さ検出部３０および高さ変化決定部４１により、受光器２００の左右方向の傾斜も算出することが可能である。また、電子コンパス５７により、それらの傾斜の方向も把握することが可能である。従って、支持部材６ｂが測定点Ｘを支点として傾斜して、ＧＮＳＳ受信機６ａが測定点ＸからＸＹ方向にずれた場合でも、その誤差を算出することができ、測定点の算出精度が向上する。
また、上述したように、本実施の形態に係る、受光器２００では、高さ検出部３０および高さ変化決定部４１により、受光器２００の左右方向の傾斜も算出することが可能である。また、電子コンパス５７により、それらの傾斜の方向も把握することが可能である。従って、支持部材６ｂが測定点Ｘを支点として傾斜して、ＧＮＳＳ受信機６ａが測定点ＸからＸＹ方向にずれた場合でも、その誤差を算出することができ、測定点の算出精度が向上する。
【0069】
なお、本実施の形態では、測位システム１は、基準局が測位データと既知点の位置情報との誤差を補正情報としてローバー６に送信するＤＧＮＳＳ測位システムとして説明した。しかし、これに限らず、基準局４が、搬送波位相に基づくＲＴＫ補正データを生成し、ローバー６にＲＴＫ補正を送信する、ＲＴＫ-ＧＮＳＳ測位システムとして構成されていてもよい。なお、測位データの精度は、基準局４からの距離が増大するに従って低下する。このため、一般には、ローバー６の位置は、基準局４から約７０kmの範囲に制限される。しかし要求される精度に応じて変動してもよい。
【0070】
＜測位方法１＞
図１３は、本実施の形態に係る測位システムを用いる測位方法のフローチャートの一例を示す。
図１３は、本実施の形態に係る測位システムを用いる測位方法のフローチャートの一例を示す。
【0071】
測定を開始すると、ステップＳ０１で、基準局４を既知点に設置する。
次に、ステップＳ０２で、回転レーザ装置１０を既知の測定基準点に設置して、レーザ光の発光を開始する。ローバー６は回転レーザ装置１０のレーザ光Ｂの水平基準面が、受光器２００の中心Ｃに合致するように受光器２００の高さを調整する。
次に、ステップＳ０２で、回転レーザ装置１０を既知の測定基準点に設置して、レーザ光の発光を開始する。ローバー６は回転レーザ装置１０のレーザ光Ｂの水平基準面が、受光器２００の中心Ｃに合致するように受光器２００の高さを調整する。
【0072】
次に、ステップＳ０３で、基準局４で測位を行う。
次に、ステップＳ０４で、基準局４は補正データをローバー６に送信する。
ステップＳ０５では、演算処理部４０により、ローバー６を測定点に配置し、測位を行う。ステップＳ０３の基準局４の測位と、ローバー６の測位は、同時に行う。
次に、ステップＳ０４で、基準局４は補正データをローバー６に送信する。
ステップＳ０５では、演算処理部４０により、ローバー６を測定点に配置し、測位を行う。ステップＳ０３の基準局４の測位と、ローバー６の測位は、同時に行う。
【0073】
次に、ステップＳ０６で、受光器２００により、回転レーザ装置１０のレーザ光を受光、検出し、高さ変化決定部４１により、ローバー６のＧＮＳＳ受信機６ａの高さを決定する。
次に、ステップＳ０７で、位置算出部４３により、衛星からの信号と、基準局４からの補正情報、および高さ検出部２０の検出結果から決定されたＧＮＳＳ受信機６ａの高さに基づいて、ローバー６の補正位置を算出する。具体的には、衛星からの信号と基準局からの補正情報に基づいて算出した位置のｚ座標を、高さ検出部２０の検出結果から決定された高さとして、３次元座標を算出する。
次に、ステップＳ０７で、位置算出部４３により、衛星からの信号と、基準局４からの補正情報、および高さ検出部２０の検出結果から決定されたＧＮＳＳ受信機６ａの高さに基づいて、ローバー６の補正位置を算出する。具体的には、衛星からの信号と基準局からの補正情報に基づいて算出した位置のｚ座標を、高さ検出部２０の検出結果から決定された高さとして、３次元座標を算出する。
【0074】
このように、本実施の形態に係る測位方法では、既知の測定基準点に設置された回転レーザ装置１０のレーザ光の回転基準面に基づく正確なＺ座標を用いて、ＧＮＳＳ測位で得られた３次元座標を補正するようにしたので、得られる座標の鉛直精度が向上する。
【0075】
＜測位方法２＞
図１４は、測位システム１を用いる測位方法の別の例に係る測位方法のフローｈチャートである。本例では、ローバーの傾きを考慮して、測定点Ｘの正確な位置を算出する。
図１４は、測位システム１を用いる測位方法の別の例に係る測位方法のフローｈチャートである。本例では、ローバーの傾きを考慮して、測定点Ｘの正確な位置を算出する。
【0076】
測定を開始して、ステップＳ１１～Ｓ１６はステップＳ０１～Ｓ０６と同様に実行する。次に、ステップＳ１７で、高さ変化決定部４１は、受光器２００の左右方向の傾斜を決定する。次にステップＳ１８で、前後傾斜決定部４２は、受光器の前後方向の傾斜を決定する。また、次にステップＳ１９で、電子コンパスにより、受光器２００の傾斜の方向を特定する。そしてステップＳ２０で、位置算出部４３により、衛星からの信号と、基準局４からの補正情報、および高さ検出部２０の検出結果から決定されたＧＮＳＳ受信機６ａの高さ、ならびに、受光器の左右方向および前後方向の傾斜角に基づいて、測定点Ｘの補正位置を算出する。
【0077】
このように、本実施の形態によれば、ＧＮＳＳ受信機６ａの高さのみではなく、ローバー６の前後左右の傾斜も考慮して、測定点Ｘの座標を算出できるようにしたので、測定点Ｘの精度をさらに向上させることが可能となる。
【0078】
＜変形例＞
本実施の形態に係る測位システム１では、水平受光管２４がレーザ光Ｂを的確に受光するために、以下の如く変更を加えることが好適である。図１５（１）（２）は、変形例に係る受光器２００の正面概略図である。図においては、第１のおよび第２の鉛直受光管２３，２５と水平受光管２４の配置のみに着目し、その他の構成要素は省略している。
本実施の形態に係る測位システム１では、水平受光管２４がレーザ光Ｂを的確に受光するために、以下の如く変更を加えることが好適である。図１５（１）（２）は、変形例に係る受光器２００の正面概略図である。図においては、第１のおよび第２の鉛直受光管２３，２５と水平受光管２４の配置のみに着目し、その他の構成要素は省略している。
【0079】
図１５（１）では、水平受光管２４の前記導光体の半径は、第１の鉛直受光管２３および第２の鉛直受光管２５の半径よりも大きく構成されている。
図１５（２）では、水平受光管２４の数が、高さ方向に増設されている。
このようにすることで測定可能範囲ＭＡを増大することができるからである。
図１５（２）では、水平受光管２４の数が、高さ方向に増設されている。
このようにすることで測定可能範囲ＭＡを増大することができるからである。
【0080】
以上、本発明の好ましい実施の形態について述べたが、上記の実施の形態は本発明の一例であり、上記の実施の形態および変形例を当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0081】
１ ：ＧＮＳＳ測位システム
４ ：基準局
４ａ ：ＧＮＳＳ受信機
４ｂ ：通信部
６ ：ローバー
６ａ ：ＧＮＳＳ受信機（ローバーＧＮＳＳ受信機）
１０ ：回転レーザ装置
２０ ：高さ検出部
２３ ：第１の鉛直受光管
２４ ：水平受光管
２５ ：第２の鉛直受光管
３０ ：傾斜検出部
３３ ：透明受光素子
３４ ：画素
４０ ：演算処理部
５６ ：通信部
５７ ：電子コンパス
２００ ：レーザ受光器
２３１ ：導光体
２３２，２３３，２４２，２４３，２５２,２５３ ：受光部
２３４ ：光結合層
２３５ ：衝突位置
４ ：基準局
４ａ ：ＧＮＳＳ受信機
４ｂ ：通信部
６ ：ローバー
６ａ ：ＧＮＳＳ受信機（ローバーＧＮＳＳ受信機）
１０ ：回転レーザ装置
２０ ：高さ検出部
２３ ：第１の鉛直受光管
２４ ：水平受光管
２５ ：第２の鉛直受光管
３０ ：傾斜検出部
３３ ：透明受光素子
３４ ：画素
４０ ：演算処理部
５６ ：通信部
５７ ：電子コンパス
２００ ：レーザ受光器
２３１ ：導光体
２３２，２３３，２４２，２４３，２５２,２５３ ：受光部
２３４ ：光結合層
２３５ ：衝突位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
