(57)【要約】【課題】位置に関して一層有用な情報を提供できる変位分析装置を実現する。【解決手段】解析装置３は、基準計測装置２ｒと変位計測点に配置する計測装置２から第１周期で取得するＧＮＳＳ測位データより観測データを求める基線解析部９ａと、計測装置２のＧＮＳＳアンテナ８と一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得するセンサ出力値取得部９ｂと、観測データから第１測定値を求める第１変位関数取得部２１と、センサ出力値から第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める第２変位関数取得部２２と、所定タイミングにおける第１測定値と第２測定値とが一致するように、センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力する補正処理部２３と、観測データと補正後のセンサ出力値から、過去の変位計測点の変位を求める合成位置取得部１５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データと、変位計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データとから観測データを求める観測データ算出部と、
前記観測データから第１測定値を求める第１算出部と、
前記ＧＮＳＳアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得するセンサ出力値取得部と、
前記センサ出力値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める第２算出部と、
所定タイミングにおける前記第１測定値と、前記所定タイミングにおける前記第２測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力するセンサ出力値補正部と、
前記観測データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める変位量算出部と、
を備えることを特徴とする変位分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位分析装置であって、
前記所定タイミングは、前記第１周期の測位タイミングであることを特徴とする変位分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の変位分析装置であって、
前記第１算出部は、時間と前記第１測定値との第１関数を求め、
前記第２算出部は、時間と前記第２測定値との第２関数を求め、
前記センサ出力値補正部は、前記第１関数と前記第２関数とが一致するように前記センサ出力値を補正することを特徴とする変位分析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の変位分析装置であって、
前記センサ出力値補正部は、前記第２関数と、前記第１関数と、の差である誤差曲線を微分し、微分により得られた出力値誤差曲線を用いて前記移動検出センサの出力値を補正することを特徴とする変位分析装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記第１測定値及び前記第２測定値は変位量であることを特徴とする変位分析装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記移動検出センサは、速度又は加速度を検出し、
前記第２算出部は、前記移動検出センサの出力値を積分することで前記第２測定値を求めることを特徴とする変位分析装置。
【請求項７】
請求項１から３までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記第１測定値及び前記第２測定値は速度又は加速度であることを特徴とする変位分析装置。
【請求項８】
請求項７に記載の変位分析装置であって、
前記第１算出部は、前記観測データが示す変位量を微分することで、前記第１測定値を求めることを特徴とする変位分析装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の変位分析装置であって、
前記第１算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第１測定値と、の第１関数を求め、
前記第２算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第２測定値と、の第２関数を求め、
前記センサ出力値補正部は、前記第２関数と、前記第１関数と、の差である出力値誤差曲線を用いて、前記移動検出センサの出力値を補正することを特徴とする変位分析装置。
【請求項１０】
変位計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データから第１測定値を求める第１算出部と、
前記ＧＮＳＳアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得するセンサ出力値取得部と、
前記センサ出力値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める第２算出部と、
所定タイミングにおける前記第１測定値と、前記所定タイミングにおける前記第２測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力するセンサ出力値補正部と、
前記ＧＮＳＳ測位データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める変位量算出部と、
を備えることを特徴とする変位分析装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記第２測定値に所定以上の急激な変化が検出された場合に、当該変化におけるオフセットをなくすように前記移動検出センサの出力値を補正するオフセット補正部を備えることを特徴とする変位分析装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記移動検出センサの温度を検出する温度センサの出力値に基づいて、当該移動検出センサの出力値を補正する温度ドリフト補正部を備えることを特徴とする変位分析装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までの何れか一項に記載の変位分析装置であって、
前記移動検出センサの出力値に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部を備えることを特徴とする変位分析装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の変位分析装置であって、
前記フィルタ処理部は、時間順に入力される前記移動検出センサの出力値に対して、前記ローパスフィルタ処理を順方向及び逆方向の両方で行うことを特徴とする変位分析装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までの何れか一項に記載の変位分析装置と、
ＧＮＳＳ測位を行う計測装置と、
を備え、
前記計測装置は、
前記ＧＮＳＳ測位を行うＧＮＳＳ受信機と、
前記移動検出センサと、
を備えることを特徴とするＧＮＳＳ測位分析装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のＧＮＳＳ測位分析装置であって、
前記計測装置及び前記変位分析装置のうち少なくとも何れかは、出力値変換部を備え、
前記出力値変換部は、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記ＧＮＳＳ測位により取得する位置情報の座標軸の方向と、の関係に基づいて、前記移動検出センサの出力値を前記座標軸で表すように変換することを特徴とするＧＮＳＳ測位分析装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載のＧＮＳＳ測位分析装置であって、
前記出力値変換部は、前記ＧＮＳＳ測位を行う測位タイミングの間における前記移動検出センサの検出値と、前記位置情報が示す位置の前記測位タイミングの間での変動と、に基づいて、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記位置情報の座標軸の方向と、の関係を計算により取得することを特徴とするＧＮＳＳ測位分析装置。
【請求項１８】
請求項１５から１７までの何れか一項に記載のＧＮＳＳ測位分析装置であって、
前記ＧＮＳＳ測位を行う測位タイミングに同期し、かつ、測位タイミングと次回の測位タイミングの間を２以上に等しく分割したタイミングで、前記移動検出センサによる検出が行われることを特徴とするＧＮＳＳ測位分析装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載のＧＮＳＳ測位分析装置であって、
前記計測装置は、前記ＧＮＳＳ受信機が出力する信号に基づいて、ＧＮＳＳ時刻に同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備え、
前記移動検出センサの出力値の取得は、前記クロック生成部が生成した前記クロック信号を基準としたタイミングで行われることを特徴とするＧＮＳＳ測位分析装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のＧＮＳＳ測位分析装置であって、
前記クロック生成部は、周波数を制御可能な発振器を備え、
前記クロック生成部は、ＧＮＳＳ時刻に同期して前記ＧＮＳＳ受信機から入力されるタイミング信号に同期するように制御された前記発振器により前記クロック信号を生成し、
前記クロック生成部は、前記タイミング信号が入力されなくなった場合に、前記タイミング信号が得られていたときの前記発振器の周波数を維持するように制御することを特徴とするＧＮＳＳ測位分析装置。
【請求項２１】
基準計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データと変位計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データとから観測データを求め、
前記観測データから第１測定値を求め、
前記ＧＮＳＳアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得し、
前記センサ出力値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求め、
前記第１測定値と、前記第２測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し、
前記観測データ、及び、補正後のセンサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を取得することを特徴とする変位分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、過去に行われたＧＮＳＳ測位の記録に基づいて変位を分析する変位分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動体の動きを監視するための測位システムが知られている。特許文献１は、この種の測位システムを開示する。
【０００３】
特許文献１は、ＧＰＳ受信機と、航空機の加速度を計測する加速度計と、ＧＰＳ受信機の計測周期に同期するように、計測した加速度の値を補正する信号同期部と、航空機の位置を求める状態量演算部と、を備える計測装置を開示している。
【０００４】
この計測装置は、信号同期部が同期処理を行う周期で、補正された加速度データを状態量演算部で積分することによって、航空機の位置を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２３９２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構成は、自機の位置を刻々とリアルタイムで知ることが優先される関係で、取得される位置の精度はそれほど厳しくない場合が多い。一方で、例えば地盤変位の解析等のように、ＧＮＳＳ観測を行ってからしばらく後に測定地点の変位を計算で精密に求める場合においても、位置に関して一層有用な情報を提供できる構成が求められていた。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主な目的は、位置に関して一層有用な情報を提供できる変位分析装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、以下の構成の変位分析装置が提供される。即ち、この変位分析装置は、観測データ算出部と、第１算出部と、センサ出力値取得部と、第２算出部と、センサ出力値補正部と、変位量算出部と、を備える。前記観測データ算出部は、基準計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データと、変位計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データとから観測データを求める。前記第１算出部は、前記観測データから第１測定値を求める。前記センサ出力値取得部は、前記ＧＮＳＳアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得する。前記第２算出部は、前記センサ出力値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める。前記センサ出力値補正部は、所定タイミングにおける前記第１測定値と、前記所定タイミングにおける前記第２測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力する。前記変位量算出部は、前記観測データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める。
【００１０】
これにより、所定の第１周期で行われたＧＮＳＳ測位、及び、第１周期より短い第２周期で行われた移動検出センサによる計測に基づいて、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。
【００１１】
前記の変位分析装置において、前記所定タイミングは、前記第１周期の測位タイミングであることが好ましい。
【００１２】
これにより、ＧＮＳＳ測位のタイミングにおける第１測定値と第２測定値が一致するように、センサ出力値を補正するので、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を精度良く取得することができる。
【００１３】
前記の変位分析装置においては、前記第１算出部は、時間と前記第１測定値との第１関数を求め、前記第２算出部は、時間と前記第２測定値との第２関数を求め、前記センサ出力値補正部は、前記第１関数と前記第２関数とが一致するように前記センサ出力値を補正することが好ましい。
【００１４】
これにより、測位タイミングと測位タイミングの間のタイミングにおける位置を補間するように表現された第１関数と第２関数が互いに一致するように、センサ出力値を補正するので、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を精度良く取得することができる。
【００１５】
前記の変位分析装置においては、前記センサ出力値補正部は、前記第２関数と、前記第１関数と、の差である誤差曲線を微分し、微分により得られた出力値誤差曲線を用いて前記移動検出センサの出力値を補正することが好ましい。
【００１６】
これにより、移動検出センサの出力がＧＮＳＳ測位の結果と整合するように正確に補正することができる。
【００１７】
前記の変位分析装置において、前記第１測定値及び前記第２測定値は変位量であることが好ましい。
【００１８】
これにより、変位量とされた第１測定値及び第２測定値を利用して、センサ出力値を補正することができる。
【００１９】
前記の変位分析装置においては、前記移動検出センサは、速度又は加速度を検出し、前記第２算出部は、前記移動検出センサの出力値を積分することで前記第２測定値を求めることができることが好ましい。
【００２０】
これにより、速度又は加速度を積分する処理により、第２測定値を簡単に求めることができる。
【００２１】
前記の変位分析装置においては、前記第１測定値及び前記第２測定値は速度又は加速度であることが好ましい。
【００２２】
これにより、速度又は加速度であり、同じ物理量とされた第１測定値及び第２測定値を利用して、センサ出力値を補正することができる。
【００２３】
前記の変位分析装置においては、前記第１算出部は、前記観測データが示す変位量を微分することで、前記第１測定値を求めることが好ましい。
【００２４】
これにより、位置の変動を微分する処理により、第１測定値を簡単に求めることができる。
【００２５】
前記の変位分析装置においては、前記第１算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第１測定値と、の第１関数を求め、前記第２算出部は、時間と、速度又は加速度である前記第２測定値と、の第２関数を求め、前記センサ出力値補正部は、前記第２関数と、前記第１関数と、の差である出力値誤差曲線を用いて、前記移動検出センサの出力値を補正することが好ましい。
【００２６】
これにより、移動検出センサの出力がＧＮＳＳ測位の結果と整合するように正確に補正することができる。
【００２７】
本発明の第２の観点によれば、以下の構成の変位分析装置が提供される。即ち、この変位分析装置は、第１算出部と、センサ出力値取得部と、第２算出部と、センサ出力値補正部と、変位量算出部と、を備える。前記第１算出部は、変位計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データから第１測定値を求める。前記センサ出力値取得部は、前記ＧＮＳＳアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得する。前記第２算出部は、前記センサ出力値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める。前記センサ出力値補正部は、所定タイミングにおける前記第１測定値と、前記所定タイミングにおける前記第２測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正し補正後センサ出力値を出力する。前記変位量算出部は、前記ＧＮＳＳ測位データ、及び、前記補正後センサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める。
【００２８】
これにより、所定の第１周期で行われたＧＮＳＳ測位、及び、第１周期より短い第２周期で行われた移動検出センサによる計測に基づいて、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。
【００２９】
前記の変位分析装置においては、前記第２測定値に所定以上の急激な変化が検出された場合に、当該変化におけるオフセットをなくすように前記移動検出センサの出力値を補正するオフセット補正部を備えることが好ましい。
【００３０】
これにより、位置検出の精度を良好に保つことができる。
【００３１】
前記の変位分析装置においては、前記移動検出センサの温度を検出する温度センサの出力値に基づいて、当該移動検出センサの出力値を補正する温度ドリフト補正部を備えることが好ましい。
【００３２】
これにより、位置検出の精度を良好に保つことができる。
【００３３】
前記の変位分析装置においては、前記移動検出センサの出力値に対してローパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部を備えることが好ましい。
【００３４】
これにより、高周波ノイズの影響を回避して、位置検出の精度を良好に保つことができる。
【００３５】
前記の変位分析装置においては、前記フィルタ処理部は、時間順に入力される前記移動検出センサの出力値に対して、前記ローパスフィルタ処理を順方向及び逆方向の両方で行うことが好ましい。
【００３６】
これにより、フィルタ処理に伴って生じる出力値の波形の遅れを互いに打ち消し合うので、時間軸方向での波形のズレを防止することができる。
【００３７】
本発明の第３の観点によれば、以下の構成のＧＮＳＳ測位分析装置が提供される。即ち、このＧＮＳＳ測位分析装置は、前記の変位分析装置と、計測装置と、を備える。前記計測装置は、ＧＮＳＳ測位を行う。前記計測装置は、ＧＮＳＳ受信機と、前記移動検出センサと、を備える。前記ＧＮＳＳ受信機は、前記ＧＮＳＳ測位を行う。
【００３８】
これにより、ＧＮＳＳ測位及び移動検出センサによる計測を行い、後に変位分析装置で分析することで、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。
【００３９】
前記のＧＮＳＳ測位分析装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記計測装置及び前記変位分析装置のうち少なくとも何れかは、出力値変換部を備える。前記出力値変換部は、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記ＧＮＳＳ測位により取得する位置情報の座標軸の方向と、の関係に基づいて、前記移動検出センサの出力値を前記座標軸で表すように変換する。
【００４０】
これにより、移動検出センサの向きを気にせずに計測装置を設置することができるので、作業性を高めることができる。
【００４１】
前記のＧＮＳＳ測位分析装置においては、前記出力値変換部は、前記ＧＮＳＳ測位を行う測位タイミングの間における前記移動検出センサの検出値と、前記位置情報が示す位置の前記測位タイミングの間での変動と、に基づいて、前記移動検出センサの検出軸の方向と、前記位置情報の座標軸の方向と、の関係を計算により取得することが好ましい。
【００４２】
これにより、特別なセンサを必要とせずに、移動検出センサの検出軸の方向と、位置情報の座標軸の方向と、の関係を計算により得ることができる。
【００４３】
前記のＧＮＳＳ測位分析装置においては、前記ＧＮＳＳ測位を行う測位タイミングに同期し、かつ、測位タイミングと次回の測位タイミングの間を２以上に等しく分割したタイミングで、前記移動検出センサによる検出が行われることが好ましい。
【００４４】
これにより、移動検出センサによる検出タイミングと、ＧＮＳＳ測位のタイミングと、の間にズレが生じなくなるので、誤差を低減できるとともに、タイミングのズレを解消するための計算処理を省略することができる。
【００４５】
前記のＧＮＳＳ測位分析装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記計測装置は、前記ＧＮＳＳ受信機が出力する信号に基づいて、ＧＮＳＳ時刻に同期したクロック信号を生成するクロック生成部を備える。前記移動検出センサの出力値の取得は、前記クロック生成部が生成した前記クロック信号を基準としたタイミングで行われる。
【００４６】
これにより、移動検出センサによる検出タイミングと、ＧＮＳＳ測位のタイミングと、の間のズレを、簡単な構成でなくすことができる。
【００４７】
前記のＧＮＳＳ測位分析装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記クロック生成部は、周波数を制御可能な発振器を備える。前記クロック生成部は、ＧＮＳＳ時刻に同期して前記ＧＮＳＳ受信機から入力されるタイミング信号に同期するように制御された前記発振器により前記クロック信号を生成する。前記クロック生成部は、前記タイミング信号が入力されなくなった場合に、前記タイミング信号が得られていたときの前記発振器の周波数を維持するように制御する。
【００４８】
これにより、ＧＮＳＳ電波の受信状況が悪い場合でも、移動検出センサによる検出タイミングを安定させることができる。
【００４９】
本発明の第４の観点によれば、以下の変位分析方法が提供される。即ち、基準計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データと変位計測点に配置されるＧＮＳＳアンテナにより所定の第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データとから観測データを求める。前記観測データから第１測定値を求める。前記ＧＮＳＳアンテナと一体的に移動し、変位、速度及び加速度のうち何れかを出力する移動検出センサが、前記第１周期より短い第２周期で出力したセンサ出力値を取得する。前記センサ出力値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める。前記第１測定値と、前記第２測定値とが一致するように、前記センサ出力値を補正する。前記観測データ、及び、補正後のセンサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を取得する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施形態に係る地盤観測システムにおいて、解析装置の構成を示すブロック図。
【図２】計測装置等の構成を示すブロック図。
【図３】温度ドリフト補正部による補正前と補正後の加速度センサの出力値に基づく変位を示すグラフ。
【図４】オフセット補正部による補正前と補正後の加速度センサの出力値に基づく変位を示すグラフ。
【図５】センサドリフト補正部が行う補正を説明するグラフ。
【図６】センサドリフト補正部による補正前と補正後の加速度センサの出力値に基づく変位を示すグラフ。
【図７】第２実施形態に係る地盤観測システムにおいて、解析装置の構成を示すブロック図。
【図８】センサドリフト補正部による補正を説明するグラフ。
【図９】第３実施形態に係る地盤観測システムにおいて、計測装置等の構成を示すブロック図。
【図１０】解析装置の構成を示すブロック図。
【図１１】第４実施形態に係る地盤観測システムにおいて、解析装置の構成を示すブロック図。
【図１２】変形例に係る計測装置を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、第１実施形態に係る地盤観測システム１において、解析装置３の構成を示すブロック図である。図２は、計測装置２等の構成を示すブロック図である。
【００５２】
図１に示す地盤観測システム（ＧＮＳＳ測位分析装置）１は、地殻変動や地滑りなどを監視する装置である。地盤観測システム１は、計測装置２と、基準計測装置２ｒと、解析装置（変位分析装置）３と、を備える。
【００５３】
計測装置２は、観測対象の地盤に複数定められた計測点のそれぞれに設置される。複数の計測装置２は、それぞれＧＮＳＳ電波を観測して、測位のために必要な情報を取得する。
【００５４】
本実施形態の地盤観測システム１は、公知のＧＮＳＳ干渉測位を行うことにより、計測点の変位を精密に測定する。このために、地盤観測システム１は、上記の計測装置２のほかに、位置が既知である基準点に設置された基準計測装置２ｒを備える。
【００５５】
解析装置３は、計測装置２及び基準計測装置２ｒと通信可能であり、計測装置２及び基準計測装置２ｒのそれぞれがＧＮＳＳ電波を受信することにより取得した観測情報等を取得することができる。解析装置３は、計測装置２が取得した情報を解析することによって、地盤の変位等に関する情報を生成して出力する。
【００５６】
図２を参照して、計測装置２について説明する。複数の計測装置２は何れも同じ構成となっており、それぞれの計測装置２は、ＧＮＳＳ受信機４と、ＧＮＳＳアンテナ８と、加速度センサ（移動検出センサ）５と、温度センサ６と、制御部メモリ７と、を備えている。
【００５７】
ＧＮＳＳ受信機４は、少なくとも４つのＧＮＳＳ衛星から、ＧＮＳＳアンテナ８を介してＧＮＳＳ電波を受信する。ＧＮＳＳ受信機４は、当該ＧＮＳＳ電波を解析して得られる観測情報（例えば、ＧＮＳＳ電波の搬送波位相の情報を含む基線解析データ）を、制御部メモリ７に出力する。
【００５８】
ＧＮＳＳアンテナ８は、ＧＮＳＳ電波を受信するアンテナであり、計測装置２の適宜の位置に固定されている。ＧＮＳＳアンテナ８は、ＧＮＳＳ受信機４に電気的に接続されている。
【００５９】
加速度センサ５は、計測装置２の適宜の位置に固定されている。従って、例えば地盤に変位が生じて計測装置２が移動した場合、加速度センサ５はＧＮＳＳアンテナ８と一体的に移動する。
【００６０】
加速度センサ５は、加速度を検出する。本実施形態では、加速度センサ５は、互いに直交する３つの検出軸を有する３軸加速度センサとして構成される。加速度センサ５は、当該加速度センサ５に生じている加速度を３つの検出軸の方向でそれぞれ取得し、出力値として制御部メモリ７に出力する。以下、加速度センサ５の出力値を、単に加速度値と呼ぶことがある。
【００６１】
温度センサ６は、計測装置２の適宜の位置に配置され、加速度センサ５又はその周辺の温度を検出する。詳細は後述するが、温度センサ６が検出する温度は、加速度センサ５の検出値に生じる温度ドリフトを解析装置３において補正するために用いられる。温度センサ６は、取得した温度を、出力値として制御部メモリ７に出力する。以下、温度センサ６の出力値を、単に温度値と呼ぶことがある。
【００６２】
制御部メモリ７は、ＧＮＳＳ受信機４が出力する観測情報と、加速度センサ５の出力値の情報と、温度センサ６の出力値の情報と、を一時的に保存するバッファメモリとして機能する。制御部メモリ７に保存された観測情報、加速度値及び温度値の情報は、図略の通信部を介して解析装置３に送信される。
【００６３】
観測情報、加速度値及び温度値の情報は、制御部メモリ７にある程度蓄積されてから、解析装置３に出力される。これに対応して、解析装置３による解析は、リアルタイム処理ではなく、過去の所定時間分の記録をまとめて処理するバッチ処理として行われる。解析処理が行われる頻度は任意であり、例えば１時間毎としたり、数分毎としたりすることができる。複数の計測装置２が送信する観測情報等を受信してとりまとめて記録し、当該記録を解析装置３に出力する情報中継装置が設けられても良い。
【００６４】
基準計測装置２ｒは、計測装置２から、加速度センサ５及び温度センサ６を省略したものに相当する構成となっている。基準計測装置２ｒは、計測装置２と同様にＧＮＳＳアンテナ８を介してＧＮＳＳ電波を受信し、ＧＮＳＳ受信機４が出力する観測情報を、図略の通信部を介して解析装置３に送信する。基準点の地盤が変位することは想定されていないため、当該基準点に設置される基準計測装置２ｒには、加速度センサ５、及び、当該加速度センサ５の検出値を補正するための温度センサ６は設けられていない。
【００６５】
解析装置３は、例えば、計測装置２及び基準計測装置２ｒから物理的に離れたデータ解析施設に設置されるサーバ装置として構成される。解析装置３は、図略の通信部を備えており、計測装置２及び基準計測装置２ｒが送信する情報を受信することができる。この通信部は、例えばＬＡＮ又はＷＡＮを用いたものとすることができる。また、通信は、有線で行われても良いし、無線で行われても良い。
【００６６】
この解析装置３は、図１に示すように、基線解析部（観測データ算出部）９ａと、センサ出力値取得部９ｂと、温度ドリフト補正部１０と、オフセット補正部１１と、センサドリフト補正部１２と、第１フィルタ処理部１３と、変位量取得部１４と、合成位置取得部（変位量算出部）１５と、第２フィルタ処理部１６と、を備える。
【００６７】
具体的に説明すると、解析装置３は公知のコンピュータとして構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備える。前記ＲＯＭには、本発明の変位分析方法を実現するためのプログラムが記憶されている。上記のハードウェアとソフトウェアが協働することによって、当該コンピュータを、基線解析部９ａ、温度ドリフト補正部１０、オフセット補正部１１、センサドリフト補正部１２、第１フィルタ処理部１３、変位量取得部１４、合成位置取得部１５、及び第２フィルタ処理部１６等として機能させることができる。
【００６８】
基線解析部９ａは、計測装置２及び基準計測装置２ｒのそれぞれが備えるＧＮＳＳ受信機４が過去（例えば、数分前）に取得し、記録された観測情報に基づいて、基線解析を行う。ＧＮＳＳ干渉測位において基線解析は良く知られているので、詳細な説明は省略する。これにより、ＧＮＳＳ測位当時における、基準点から計測点へ向かうベクトル（言い換えれば、基準計測装置２ｒから計測装置２へ向かうベクトル）である基線ベクトルを求めることができる。上述のとおり基準点の位置は既知であるので、得られた基線ベクトルに基づいて、計測点の位置（計測装置２の位置）の情報を得ることができる。
【００６９】
以下の説明では、ＧＮＳＳ測位（本実施形態では、干渉測位）により得られた計測装置２の位置の情報を、位置情報と呼ぶことがある。
【００７０】
基線解析部９ａは、計測装置２及び基準計測装置２ｒから取得された観測情報毎に（言い換えれば、所定の第１周期で取得されるＧＮＳＳ測位の記録毎に）、上記の基線解析を行う。これにより、過去の計測装置２の位置が次々に求められる。基線解析部９ａは、得られた位置情報を観測データとして、外部装置である情報蓄積サーバに出力するとともに、後述するセンサドリフト補正部１２及び合成位置取得部１５に出力する。
【００７１】
本実施形態の地盤観測システム１においては、基線解析部９ａは、１秒毎の計測装置２の位置を前記位置情報として出力する。干渉測位では、位置を求める時間間隔をより短くすることもできる。しかし、ＧＮＳＳ測位の性質等から、基線解析部９ａは、最も短くて数十分の１秒毎の計測装置２の位置を取得できるにとどまり、それより短い時間間隔での位置を求めることができない。
【００７２】
一方で、図２に示す加速度センサ５は、例えば１秒間に数千回〜数万回の頻度で加速度を検出することができる。従って、加速度センサ５の出力値に基づく場合は、上記より短い時間間隔、例えば数百分の１秒毎であっても、計測装置２の位置を十分に良好なＳＮ比で求めることができる。即ち、加速度センサ５は、第１周期よりも短い第２周期で計測装置２の位置を求めることができる。このことから、加速度センサ５を用いた変位の検出は、例えば１００Ｈｚのオーダーでの変位（例えば、構造物の振動）を検出するのに好適である。
【００７３】
一方、計測精度の点で考えると、加速度センサ５の出力値を累積して変位を求める場合、時間の経過とともに誤差が累積的に大きくなり、信頼性が低下する。一方で、ＧＮＳＳ測位は、安定した精度で位置を取得することができる。このように、ＧＮＳＳ測位による変位の検出と、加速度センサによる変位の検出とは、相互に補完する性質を有している。
【００７４】
センサ出力値取得部９ｂは、計測装置２の制御部メモリ７からセンサ出力値を取得して、取得したセンサ出力値を、温度ドリフト補正部１０に出力する。
【００７５】
図１の温度ドリフト補正部１０は、上記のＧＮＳＳ測位が過去に行われたときに加速度センサ５が計測し、記録された加速度の出力値に基づいて、当該出力値（前記加速度値）から温度ドリフトの影響を取り除く補正を行う。温度ドリフト補正部１０は、温度ドリフト補正量取得部１７と、補正処理部１８と、を備える。
【００７６】
温度ドリフト補正量取得部１７は、加速度センサ５の計測とほぼ同時に温度センサ６が計測し、記録された温度の出力値（前記温度値）を、所定の温度ドリフト関数に代入することにより、温度ドリフト補正量を取得する。温度ドリフト関数は、加速度センサ５の温度と、当該温度において加速度センサ５の出力値に生じるドリフト量と、の関係を定めるものであり、実験などにより予め求められている。この温度ドリフト関数は、温度ドリフト補正量取得部１７が備える図略の記憶部に記憶される。温度ドリフト補正量取得部１７は、上記のドリフト量をキャンセルするための温度ドリフト補正量を求め、得られた温度ドリフト補正量を温度ドリフト補正部１０に出力する。
【００７７】
補正処理部１８は、温度ドリフト補正量取得部１７で得られた温度ドリフト補正量に基づいて、加速度値を補正する。補正の方法としては、加速度値に対して温度ドリフト補正量を例えば加算又は減算することが考えられる。これにより、補正処理部１８は、温度ドリフトの影響を除去した加速度を取得することができる。補正処理部１８（温度ドリフト補正部１０）は、得られた加速度値をオフセット補正部１１に出力する。
【００７８】
上記の温度ドリフト補正部１０による効果について、図３を参照して説明する。図３は、温度ドリフト補正部１０による補正前と補正後の加速度センサ５の出力値に基づく変位を示すグラフである。
【００７９】
図３には、加速度センサ５を、３つのうち何れかの検出軸と平行な方向に一定の周期で単振動させると同時に、振動の周期より大きな所定の周期で温度を変化させた場合の、加速度値に基づく変位と、温度ドリフト補正部１０により補正された加速度値に基づく変位と、を比較して示している。グラフの横軸は時間であり、縦軸は変位又は温度である。
【００８０】
図３のグラフは、シミュレーション計算による実験結果である。加速度値に基づく変位は、当該加速度値を積算することにより求めた速度を更に積算することにより得ることができる。加速度値から変位を求める計算は、実質的に、当該加速度値の２階積分に相当する。横軸の０．３の付近で変位が不連続的に変化し、それ以降は変位の誤差が相当に大きくなっているが、これは、加速度値に基づく変位に生じる後述のオフセットを模擬したものである。
【００８１】
図３に示すように、加速度値について温度ドリフト補正を行った場合は、行わない場合に比べて、温度変化の周期とほぼ等しい周期での変位のうねりを良好に軽減できていることがわかる。
【００８２】
図１のオフセット補正部１１は、温度ドリフトが補正された加速度値を積分して得られる変位に突発的に発生するズレ（オフセット）を検出し、このオフセットを補正する。このオフセットが発生する原因としては、例えば、加速度センサ５に何らかの物理的な変化が発生したことが考えられる。
【００８３】
オフセット補正部１１は、変位にオフセットが生じたか否かを、当該変位の変化を監視することにより検出する。具体的に説明すると、オフセット補正部１１は、加速度値が温度ドリフト補正部１０から入力される毎に、今回の加速度値により求められる変位と、前回の加速度値により求められる変位と、の間の差を計算する。上記の変位の差は、当該変位を１回微分した値と捉えることができ、また、加速度を１回積分した値と捉えることもできる。オフセット補正部１１は、得られた差が所定の閾値を超えた場合、オフセットが発生したと判定する。
【００８４】
オフセットが検出された場合、オフセット補正部１１は、そのような急激な変化の前と後の間の変位の差（言い換えれば、速度）を計算するとともに、この差をキャンセルするのに必要な加速度値の補正値を計算して、加速度値を補正する。上記の補正値は、公知の微分計算により得ることができる。これにより、加速度値からオフセットの影響を除くことができる。オフセット補正部１１は、補正後の加速度値をセンサドリフト補正部１２に出力する。
【００８５】
上記のオフセットが複数回起きることも考えられるが、オフセット補正部１１は、オフセットを検出する毎に、当該オフセットをキャンセルする補正を加速度値に対して行う。
【００８６】
オフセット補正部１１が行う処理について、図４を参照して説明する。図４は、オフセット補正部１１による補正前と補正後の加速度センサ５の出力値に基づく変位を示すグラフである。
【００８７】
図４には、図３で示した温度ドリフト補正後の加速度値に基づく変位と、当該変位を微分した値と、が示されている。ただし、微分した値の変化を分かり易く示すために、図４のグラフでは、微分値を２乗した値がプロットされている。
【００８８】
通常時は、変位は少しずつ変化するので、変位の変化量（言い換えれば、微分値）はゼロ付近の値となる。横軸の０．３付近のタイミングにおいて、温度ドリフト補正後の加速度値に基づく変位が、不連続的に増加している。これに伴って、当該変位の変化量が急激に上昇し、所定の閾値を上回る。オフセット補正部１１は、これにより、オフセットの発生を検出する。
【００８９】
オフセットを検出したオフセット補正部１１は、この変位のオフセット量をキャンセルするように、加速度値を補正する。図４に示すように、このオフセット補正後の加速度値に基づく変位は、オフセット補正がない場合と比較して値の不連続的な変化が無くなり、誤差を相当に減らすことができる。
【００９０】
図１のセンサドリフト補正部１２は、基線解析部９ａから出力されたＧＮＳＳ受信機４の変位と、オフセット補正部１１から出力された加速度値と、に基づいて、加速度値に生じるドリフトを補正する。
【００９１】
加速度センサ５の出力値に生じるドリフト（以下、センサドリフトと呼ぶことがある。）の原因は様々であるが、温度変化を原因とするドリフトの影響は、既に温度ドリフト補正部１０によって除かれている。従って、センサドリフト補正部１２が補正する対象のセンサドリフトには、温度ドリフトは含まれない。
【００９２】
センサドリフト補正部１２は、第１変位関数取得部（第１算出部）２１と、第２変位関数取得部（第２算出部）２２と、補正処理部（センサ出力値補正部）２３と、を備える。
【００９３】
第１変位関数取得部２１は、基線解析部９ａから入力された複数の位置情報が示す位置に対してカーブフィッティングを行い、位置の推移を近似する第１関数（以下、第１変位関数と呼ぶことがある。）を求める。この第１変位関数は、ＧＮＳＳ測位に基づく変位量（第１測定値）を表す。
【００９４】
図５及び図６を参照して、上記のカーブフィッティングを具体的に説明する。図５は、センサドリフト補正部１２が行う補正を説明するグラフである。図６は、センサドリフト補正部１２による補正前と補正後の加速度センサ５の出力値に基づく変位を示すグラフである。
【００９５】
観測情報が記録されている過去の測位タイミングから任意に選んだタイミング（以下、基準測位タイミングと呼ぶことがある。）に関して、基線解析部９ａが位置情報を出力したとする。以下では、この位置情報が示す位置を基準位置と呼ぶ。図５のグラフに示すように、前記基準測位タイミングからの経過時間を横軸とし、位置情報が示す位置の前記基準位置からの各座標軸それぞれでの変動（例えば、経度方向、緯度方向、高度方向それぞれでの変動）を縦軸とした座標平面を考える。この座標平面に、経過時間と、位置の変動と、の関係をプロットして、例えば多項式曲線によるカーブフィッティングを行うことで、当該位置情報の推移を近似する近似曲線を求めることができる。この近似曲線が、第１変位関数に相当する。カーブフィッティングは、例えば最小２乗法等を用いて行うことができる。
【００９６】
位置情報は３つの座標軸での位置で表されるので、上記の近似曲線は、３つの座標軸（経度方向、緯度方向及び高度方向）のそれぞれについて得ることができる。基準測位タイミングでは位置が基準位置と一致すべきなので（言い換えれば、位置の変動がゼロであるべきなので）、カーブフィッティングに用いる曲線のゼロ次の項はゼロとなっている。
【００９７】
上述したとおり、本実施形態の地盤観測システム１では、測位タイミングの時間間隔は１秒となっている。この点、本実施形態では、位置情報が示す位置の変動を表す第１変位関数が曲線関数として求められるので、測位タイミングと測位タイミングの間での位置の補間を実現することができる。
【００９８】
第１変位関数取得部２１は、取得した第１変位関数を、補正処理部２３に出力する。
【００９９】
第２変位関数取得部２２は、オフセット補正部１１から出力された加速度値に対し、カーブフィッティングを行い、当該加速度値を近似する関数を求める。その後、当該関数を２階積分することで、計測装置２の変位を表す第２関数（以下、第２変位関数と呼ぶことがある。）を求める。この第２変位関数は、加速度センサ５の検出に基づく変位量である変位検出量（第２測定値）を表す。
【０１００】
以下、このカーブフィッティングを具体的に説明する。図５のグラフで示すように、前記基準測位タイミングからの経過時間を横軸とし、加速度センサ５の３つの検出軸それぞれに関する出力値を縦軸とする座標平面を考える。なお、加速度センサ５の各検出軸の向きは、ＧＮＳＳ測位における位置情報の座標軸と一致しているものとする。この座標平面に経過時間と加速度センサ５の出力値（加速度値）との関係をプロットして、例えば多項式曲線によるカーブフィッティングを行うことで、当該加速度値の推移を近似する近似曲線を求めることができる。以下、このカーブフィッティングにより得られた曲線関数を、加速度関数と呼ぶことがある。カーブフィッティングは、例えば最小２乗法等を用いて行うことができる。
【０１０１】
第２変位関数取得部２２は、得られた加速度関数に２階積分を行うことによって、第２変位関数を求める。加速度関数及び第２変位関数も、第１変位関数と同じく、位置情報の３つの座標軸のそれぞれについて得ることができる。第２変位関数取得部２２は、得られた第２変位関数を補正処理部２３に出力する。
【０１０２】
補正処理部２３は、第１変位関数と第２変位関数の差分に基づいて、当該差分をキャンセルするように加速度値を補正する。
【０１０３】
以下、具体的に説明する。補正処理部２３は、第１変位関数取得部２１から入力された第１変位関数から、第２変位関数取得部２２から入力された第２変位関数を減算する。こうして得られた誤差曲線である関数（以下、「差分関数」と呼ぶことがある。）が、図５に示されている。この差分関数は、ＧＮＳＳ受信機４を用いたＧＮＳＳ測位による変位と、加速度センサ５が検出する加速度による変位と、の間の誤差を表す。
【０１０４】
補正処理部２３は、上記の差分関数に適当な経過時間の値を幾つか代入することにより、経過時間と誤差の関係を示すプロットを複数取得する。そして、補正処理部２３は、当該複数のプロットに対してカーブフィッティングを行うことによって、変位の間の誤差を表す関数を求める。以下、この関数を変位誤差関数と呼ぶことがある。変位誤差関数の曲線は、実質的に差分関数の曲線形状と一致している。
【０１０５】
本実施形態において、変位誤差関数を求めるときのカーブフィッティングには、あまり高次でない多項式の曲線、例えば３次多項式が用いられる。これにより、差分関数と実質的に同一な曲線を単純な形で表すことができ、後述の２階微分を計算する処理が簡単になる。
【０１０６】
補正処理部２３は、上記の変位誤差関数に対して２階微分を行って、当該関数を、加速度の誤差を示す関数（出力値誤差曲線）に変換する。以下、この関数を加速度誤差関数と呼ぶことがある。補正処理部２３は、この加速度誤差関数に前記経過時間を代入することで加速度誤差を求め、得られた加速度誤差を加速度値に加算することで、補正後の加速度値を得る。
【０１０７】
このようにして、センサドリフト補正部１２は、加速度センサ５の出力値を補正することができる。センサドリフト補正部１２は、補正後の加速度値を、第１フィルタ処理部１３に出力する。
【０１０８】
図５のグラフには、第１変位関数、第２変位関数、差分関数（変位誤差関数）、及び加速度誤差関数に対応する曲線がそれぞれ描かれるとともに、センサドリフト補正部１２による補正後の加速度値がプロットされている。ただし、図５において、補正後の加速度値は、センサドリフト補正部１２に入力された出力値ではなく、当該出力値をカーブフィッティングすることにより得られた加速度関数に対して、加速度誤差関数を加算したものとしている。
【０１０９】
本明細書において「曲線」とは、当該曲線を表す関数と同義である。変位誤差関数の曲線（変位誤差曲線）を２階微分したものが、加速度誤差関数の曲線（加速度誤差曲線、出力値誤差曲線）に相当する。図５では各曲線を１つずつしか示していないが、実際の曲線は何れも、位置情報の３つの座標軸それぞれについて存在する。
【０１１０】
更に、図５及び図６には、センサドリフト補正部１２による補正後の加速度値に基づいて変位を計算した結果がプロットされている。図５のグラフを参照すると、補正後の加速度値に基づく変位は、補正前の加速度値に基づく変位（第２変位関数）と比較して、ＧＮＳＳ測位により得られる位置の変動と良く一致していることがわかる。更に、図６のグラフからは、センサドリフト補正部１２による補正後の加速度値に基づく変位が、実際に加速度センサ５に与えた変位と良く一致していることがわかる。
【０１１１】
なお、変位誤差関数を求める時期的な対象は、例えば、過去の測位タイミングから適宜選択された第１測位タイミングから、その後の第２測位タイミングまでのものとしても良い。第１測位タイミングと第２測位タイミングの間の長さは、ＧＮＳＳ測位間隔の１回分であっても良いし、２回分以上であっても良い。第１測位タイミングと第２測位タイミングとの間での位置情報の変動に対して、対応する期間での前記変位検出量を一致させるように加速度値を補正することで、上記と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
図１の第１フィルタ処理部１３は、補正処理部２３（センサドリフト補正部１２）から出力された加速度値に対して、適宜のローパスフィルタ処理を行って、高周波ノイズを除去する。ローパスフィルタとしては、ＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタ、区間カーブフィット、カルマンフィルタ等の公知のフィルタを用いることができる。これにより、加速度値に含まれる高周波成分が抑制されるので、図６に示す変位の誤差が更に小さくなることが期待できる。
【０１１３】
第１フィルタ処理部１３は、時間順で入力される加速度値に対してローパスフィルタ処理を順方向に行った後、同一のローパスフィルタ処理を逆方向に行うことが好ましい。このように互いに反対向きのフィルタ処理を行うことで、フィルタ処理に伴って加速度値の波形に生じる遅れを互いに打ち消し合うので、波形の時間軸方向でのズレを防止することができる。第１フィルタ処理部１３は、フィルタ処理された加速度値を、前記情報蓄積サーバに出力するとともに、変位量取得部１４に出力する。
【０１１４】
変位量取得部１４は、第１フィルタ処理部１３から入力された加速度値を２階積分することで、変位量を求める。変位量取得部１４は、得られた変位量の値を、前記情報蓄積サーバに出力するとともに、合成位置取得部１５に出力する。
【０１１５】
合成位置取得部１５は、基線解析部９ａから得られた位置情報が示す位置と、変位量取得部１４から入力された変位量と、を合成することにより、計測装置２の位置を示す位置情報を計算により求める。これにより、ＧＮＳＳ測位による位置情報と、加速度センサ５による変位量と、を統合することができる。合成位置取得部１５は、得られた位置を、第２フィルタ処理部１６に出力する。
【０１１６】
第２フィルタ処理部１６は、合成位置取得部１５から取得した位置に対して、第１フィルタ処理部１３と同様にローパスフィルタ処理を行って、高周波ノイズを除去する。第２フィルタ処理部１６においても第１フィルタ処理部１３と同様に、同一のローパスフィルタ処理を順方向及び逆方向で行うことが好ましい。第２フィルタ処理部１６は、得られた位置を、位置情報として情報蓄積サーバに出力する。
【０１１７】
解析装置３において、基線解析部９ａが出力する位置情報Ｄ１は、例えば１秒毎の計測装置２の位置である。一方で、変位量取得部１４が出力する変位量Ｄ２、及び、第２フィルタ処理部１６が出力する位置情報Ｄ３は、例えば数百分の１秒毎の計測装置２の変位又は位置とすることができる。また、第１フィルタ処理部１３が出力する加速度ＣＡも、例えば数百分の１秒毎の加速度とすることができる。このように、解析装置３は、相当に短い時間間隔での計測装置２の位置の変化を取得することができるので、細かい振動等を分析する用途に適している。
【０１１８】
以上に説明したように、本実施形態の解析装置３は、基線解析部９ａと、センサ出力値取得部９ｂと、第１変位関数取得部２１と、第２変位関数取得部２２と、補正処理部２３と、合成位置取得部１５と、を備える。基線解析部９ａは、基準計測点に配置される基準計測装置２ｒにより第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データと、変位計測点に配置される計測装置２により第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データとから観測データを求める。センサ出力値取得部９ｂは、計測装置２のＧＮＳＳアンテナ８と一体的に移動し、加速度を出力する加速度センサ５が、第１周期より短い第２周期で出力した加速度値を取得する。第１変位関数取得部２１は、前記観測データから第１測定値を求める。第２変位関数取得部２２は、前記加速度値から前記第１測定値と同じ物理量である第２測定値を求める。補正処理部２３は、所定タイミングにおける前記第１測定値と、前記所定タイミングにおける前記第２測定値とが一致するように、前記加速度値を補正し補正後センサ出力値を出力する。合成位置取得部１５は、前記観測データ、及び、前記補正後のセンサ出力値に基づいて、過去の前記変位計測点の変位を求める。
【０１１９】
これにより、所定の第１周期で行われたＧＮＳＳ測位、及び、第１周期より短い第２周期で行われた加速度センサ５による計測に基づいて、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。
【０１２０】
次に、図７を参照して、第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態に係る地盤観測システム１ｘにおいて、解析装置３ｘの構成を示すブロック図である。図８は、センサドリフト補正部１２ｘによる補正を説明するグラフである。本実施形態以降の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【０１２１】
図７に示す第２実施形態の地盤観測システム１ｘにおいて、解析装置３ｘが備えるセンサドリフト補正部１２ｘは、第１加速度関数取得部（第１算出部）２１ｘと、第２加速度関数取得部（第２算出部）２２ｘと、補正処理部（センサ出力値補正部）２３ｘと、を備える。
【０１２２】
第１加速度関数取得部２１ｘは、基線解析部９ａから入力された複数の位置情報に基づいて、位置の変動を表す加速度関数（第１加速度関数）を求める。
【０１２３】
具体的に説明すると、第１加速度関数取得部２１ｘは先ず、入力された複数の位置情報が示す位置に対してカーブフィッティングを行うことで、図８のグラフに示すように、位置の推移を近似する変位関数を求める。上記のカーブフィッティングにおいては、例えば累乗関数を用いることができる。更に、第１加速度関数取得部２１ｘは、この変位関数を２階微分することで、第１加速度関数を求める。第１加速度関数取得部２１ｘは、得られた第１加速度関数を、図７の補正処理部２３ｘに出力する。
【０１２４】
第２加速度関数取得部２２ｘは、オフセット補正部１１から入力された加速度値に対してカーブフィッティングを行い、当該加速度値を近似する関数である第２加速度関数を図８に示すように求める。カーブフィッティングの対象である加速度値は、第１加速度関数取得部２１ｘがカーブフィッティングした位置情報に係るＧＮＳＳ測位を行ったのと同時期に、加速度センサ５が対応して計測を行った加速度値（センサ出力値）である。このカーブフィッティングにおいては、例えば、第１加速度関数取得部２１ｘが近似に用いた曲線の２回微分に相当する曲線を用いることができる。第２加速度関数取得部２２ｘは、得られた第２加速度関数を、図７の補正処理部２３ｘに出力する。
【０１２５】
補正処理部２３ｘは、第１加速度関数取得部２１ｘから得られた第１加速度関数と、第２加速度関数取得部２２ｘから得られた第２加速度関数と、の差分を求める。本実施形態では、この差分の関数を加速度誤差関数と呼ぶことがある。図８には、この加速度誤差関数の曲線（加速度誤差曲線、出力値誤差曲線）が示されている。補正処理部２３ｘは、この加速度誤差関数に前記経過時間を代入することで加速度誤差を求め、得られた加速度誤差を加速度値に加算することで、補正後の加速度値を得る。補正処理部２３ｘ（センサドリフト補正部１２ｘ）は、補正後の加速度値を、第１フィルタ処理部１３に出力する。
【０１２６】
図８のグラフには、第１加速度関数、第２加速度関数、及び加速度誤差関数に対応する曲線がそれぞれ描かれるとともに、センサドリフト補正部１２ｘによる補正後の加速度値がプロットされている。
【０１２７】
更に、図８には、センサドリフト補正部１２ｘによる補正後の加速度値に基づいて変位を計算した結果がプロットされている。図８のグラフによれば、本実施形態においても、補正後の加速度値に基づく変位が、ＧＮＳＳ測位により得られる位置の変動と良く一致していることがわかる。
【０１２８】
以上に説明したように、本実施形態の解析装置３ｘは、基線解析部９ａと、センサ出力値取得部９ｂと、第２加速度関数取得部２２ｘと、第１加速度関数取得部２１ｘと、補正処理部２３と、合成位置取得部１５と、を備える。基線解析部９ａは、第１周期で取得されたＧＮＳＳ測位データから観測データを求める。センサ出力値取得部９ｂは、加速度センサ５が、第２周期で出力したセンサ出力値を取得する。第２加速度関数取得部２２ｘは、加速度センサ５が過去のＧＮＳＳ測位時に計測を行った出力値の記録から、当該ＧＮＳＳ測位時の出力値である加速度値を求める。第１加速度関数取得部２１ｘは、前記位置情報が示す位置が変動する加速度を取得する。補正処理部２３ｘは、前記加速度値が、第１変位関数取得部２１が取得した加速度と一致するように、記録から取得した加速度センサ５の出力値を補正する。合成位置取得部１５は、前記位置情報、及び、補正処理部２３によって補正された加速度センサ５の出力値に基づいて、過去の変位計測点の変位を求める。
【０１２９】
これにより、所定の第１周期で行われたＧＮＳＳ測位、及び、第１周期より短い第２周期で行われた加速度センサ５による計測に基づいて、ＧＮＳＳ測位間隔より短い時間間隔での位置を取得することができる。
【０１３０】
次に、第３実施形態を説明する。図９は、第３実施形態に係る地盤観測システム１ｙにおいて計測装置２ｙの構成を示すブロック図である。図１０は、解析装置３ｙの構成を示すブロック図である。
【０１３１】
第３実施形態の地盤観測システム１ｙは、図９に示すように計測装置２ｙが方位センサ２８を備えており、図１０に示すように解析装置３ｙが傾斜角取得部２９及び出力値変換部３０を備えている点で、上述の実施形態と異なっている。
【０１３２】
図９の方位センサ２８は、地磁気を検出することにより方位を取得する磁気式の方位センサとして構成され、計測装置２ｙの適宜の位置に固定されている。方位センサ２８は、検出した方位を制御部メモリ７に出力する。方位センサ２８の出力値は、制御部メモリ７にいったん記憶された後、解析装置３に送信される。
【０１３３】
本実施形態では、図１０の解析装置３ｙにおいて、温度ドリフト補正部１０が出力する加速度値が傾斜角取得部２９に入力される。
【０１３４】
傾斜角取得部２９は、加速度値に基づいて、鉛直方向に対する加速度センサ５の傾斜角を求める。具体的には、重力加速度が常に地球の中心を向くことを利用して、加速度センサ５が重力加速度を検出した３つの検出軸での加速度の値に基づいて、加速度センサ５の傾斜を公知の計算式により求めることができる。
【０１３５】
出力値変換部３０は、傾斜角取得部２９が取得した加速度センサ５の傾斜角と、方位センサ２８の出力値と、に基づいて、加速度センサ５の検出軸の向きと、位置情報の座標軸の向きと、の関係を求める。その後、出力値変換部３０は、軸の向きの関係に基づいて、加速度センサ５の出力値を、位置情報の座標軸が基準となるように変換する。この変換のための計算は公知であるため、説明は省略する。
【０１３６】
図１０では、温度ドリフト補正部１０及びセンサドリフト補正部１２が簡略的に描かれているが、それぞれの構成は、上述の第１実施形態と同じである。
【０１３７】
本実施形態の構成では、加速度センサ５の検出軸を位置情報の座標軸に合わせなくても良いので、計測装置２ｙの計測点への設置作業が簡単になる。
【０１３８】
次に、第４実施形態を説明する。図１１は、第４実施形態に係る地盤観測システム１ｚにおいて、解析装置３ｚの構成を示すブロック図である。
【０１３９】
図１１に示す本実施形態の解析装置３ｚは、第３実施形態の傾斜角取得部２９及び出力値変換部３０の代わりに、強制傾斜検出部３１と、方位角／傾斜角取得部３２と、を備える。
【０１４０】
強制傾斜検出部３１は、例えば計測点に計測装置２を設置してＧＮＳＳ測位を始めた直後等において、作業者が計測装置２を人為的に大きく傾斜させたことがＧＮＳＳ干渉測位の結果として記録されている場合に、この傾斜を基線解析部９ａの出力から検出する。強制傾斜検出部３１は、強制的な傾斜があったか否か（検出結果）を、方位角／傾斜角取得部３２に出力する。
【０１４１】
強制傾斜検出部３１において計測装置２の強制的な傾斜が検出された場合、方位角／傾斜角取得部３２は、このときのＧＮＳＳ測位による位置情報の変動と、加速度センサ５の検出値と、の間のズレを最小にする、加速度センサ５の検出軸の向きと、位置情報の座標軸の向きと、の関係を計算により求める。この計算は、傾斜の過程において加速度センサ５とＧＮＳＳアンテナ８との位置関係が一定に維持されることを利用して、幾何学的な関係に基づいて行うことができる。方位角／傾斜角取得部３２は、加速度センサ５の検出軸の向きに関する情報を、出力値変換部３０へ出力する。
【０１４２】
この構成によれば、上述の第３実施形態のように計測装置２に方位センサ２８を設けなくても、加速度センサ５の検出軸と、位置情報の座標軸の向きと、の関係を求めることができる。このことから、本実施形態では、計測装置２に方位センサ２８は設けられていない。これにより、コストの低減及び構成の簡素化を実現することができる。
【０１４３】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。図１２は、変形例に係る計測装置２ｖを示すブロック図である。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【０１４４】
図１２に示す本変形例の計測装置２ｖは、上述のＧＮＳＳ受信機４、加速度センサ５、温度センサ６、及び制御部メモリ７のほか、クロック生成部４１と、ＡＤコンバータ４４と、を備える。
【０１４５】
ＧＮＳＳ受信機４は、ＧＮＳＳ測位により得られた基線解析データを、制御部メモリ７に出力する。また、ＧＮＳＳ受信機４は、ＧＮＳＳ測位により得られたＧＮＳＳ時刻の情報を、第１計時カウンタ４６に出力する。更に、ＧＮＳＳ受信機４は、ＧＮＳＳ正秒に同期した１秒に１回のパルス信号である基準タイミング信号（タイミング信号）を、クロック生成部４１に出力する。
【０１４６】
クロック生成部４１は、ＰＬＬ回路４２と、周波数制御発振器４３と、を備える。
【０１４７】
ＰＬＬ回路４２には、周波数制御発振器４３が生成するクロック信号と、ＧＮＳＳ受信機４が出力する基準タイミング信号と、が入力される。ＰＬＬ回路４２は、入力されるクロック信号を適宜分周したタイミングの位相が、ＧＮＳＳ受信機４からの基準タイミング信号の位相と一致するように、周波数制御発振器４３に制御信号を出力して制御する。これにより、周波数制御発振器４３は、基準タイミング信号と同期したクロック信号を生成することができる。
【０１４８】
周波数制御発振器４３は、ＰＬＬ回路４２からの制御信号に応じた周波数（例えば、１０ＭＨｚ）で発振し、クロック信号を出力する。周波数制御発振器４３が生成したクロック信号は、ＰＬＬ回路４２に入力されるとともに、ＡＤコンバータ４４及び第２計時カウンタ４７に入力される。
【０１４９】
ＡＤコンバータ４４は、加速度センサ５及び温度センサ６を適宜のサンプリング周波数でサンプリングして、それぞれの出力値を得る。このサンプリングのタイミングは、ＧＮＳＳ測位が行われるタイミングに同期し、かつ、測位タイミングと次回の測位タイミングの間を複数に等しく分割するように定められる。
【０１５０】
ＡＤコンバータ４４には、基準タイミング信号と同期したクロック信号が周波数制御発振器４３（クロック生成部４１）から供給される。従って、ＡＤコンバータ４４がサンプリングを行って出力値を取得するタイミングを、当該クロック信号を基準にして定めることで、サンプリングのタイミングとＧＮＳＳ測位タイミングとを容易にかつ正確に同期させることができる。ＡＤコンバータ４４は、サンプリングした加速度センサ５の出力値及び温度センサ６の出力値を、制御部メモリ７に出力する。
【０１５１】
以上の構成により、ＧＮＳＳ測位タイミングに対して位相が揃った（コヒーレントな）タイミングで、加速度センサ５の出力値と温度センサ６の出力値がＡＤコンバータ４４によってサンプリングされ、計時カウンタ４６，４７の値とともに制御部メモリ７に記憶することができる。従って、加速度の取得タイミングとＧＮＳＳ測位のタイミングとのズレをなくすことができるので、時間ズレに基づく精度の低下を防止することができる。また、時間ズレを考慮した内挿等の処理が不要になるので、計算を簡素化することができる。
【０１５２】
温度センサ６は、検出した温度を、ＡＤコンバータ４４のほか、ＰＬＬ回路４２にも出力する。ＰＬＬ回路４２は、電波受信状況の悪化等の何らかの理由によってＧＮＳＳ受信機４から基準タイミング信号が取得できなくなった場合に、周波数制御発振器４３が生成するクロック信号の周波数を、基準タイミング信号なしで一定に保つことを試みる（ホールドオーバ）。このホールドオーバ状態において、ＰＬＬ回路４２は、温度センサ６から入力される温度に基づいて、周波数制御発振器４３の温度ドリフトをキャンセルするように制御信号を生成する。これにより、ＧＮＳＳ電波の受信が良好でない場合でも、ＧＮＳＳ測位のタイミングに良好に同期したタイミングで加速度値等を取得することができる。
【０１５３】
計測装置２は、第１計時カウンタ４６と、第２計時カウンタ４７と、を備える。第１計時カウンタ４６は、上位桁のカウンタとして機能し、ＧＮＳＳ受信機４から入力されるＧＮＳＳ時刻情報に応じたカウント値を制御部メモリ７に出力する。第２計時カウンタ４７は、下位桁のカウンタとして機能し、周波数制御発振器４３から入力されるクロック信号を数えたカウント値を制御部メモリ７に出力する。
【０１５４】
第１計時カウンタ４６は秒単位のカウンタであり、第２計時カウンタ４７は秒未満の単位のカウンタである。第２計時カウンタ４７に入力されるクロック信号は基準タイミング信号と同期しているので、上位桁のカウント値と下位桁のカウント値が矛盾することはない。制御部メモリ７は、２つの計時カウンタ４６，４７により表現される時刻と対応付けて、加速度センサ５等の出力値のサンプリング結果を記憶する。
【０１５５】
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０１５６】
第１実施形態の計測装置２においては、加速度センサ５に代えて、変位センサ又は速度センサを、移動検出センサとして備えるように変更することができる。第２実施形態の計測装置２においては、加速度センサ５に代えて速度センサを用いることができる。
【０１５７】
解析装置３が、第１実施形態で説明したセンサドリフト補正部１２と、第２実施形態で説明したセンサドリフト補正部１２ｘと、の両方を備えるように構成して、例えばカーブフィッティングによる誤差が少なかった方の補正値を選択して加速度値を補正しても良い。
【０１５８】
第３実施形態及び第４実施形態は何れも、第１実施形態ではなく第２実施形態の構成と組み合わせても良い。
【０１５９】
解析装置３が出力する加速度ＣＡは、第１フィルタ処理部１３が出力する値に代えて、第２フィルタ処理部１６の出力を２階微分した値としても良い。
【０１６０】
解析装置３は、速度を出力しても良い。この場合、速度は、第１フィルタ処理部１３が出力する値を積分した値としても良いし、第２フィルタ処理部１６が出力する値を微分した値としても良い。また、解析装置３を、基準計測装置２ｒ又は計測装置２に含ませる構成でも良い。
【０１６１】
ＧＮＳＳ干渉測位は、仮想基準点方式（ＶＲＳ）によって行われても良い。この場合、基準計測装置２ｒの設置を省略することができる。
【０１６２】
また、干渉測位に代えて、高精度単独測位方式（ＰＰＰ）で測位を行う場合も、基準計測装置２ｒの設置を省略することができる。この場合、解析装置３の基線解析部９ａは省略され、単独測位の結果がセンサドリフト補正部１２及び合成位置取得部１５に直接入力されることになる。
【０１６３】
ＧＮＳＳ測位に、準天頂衛星が送信するＧＮＳＳ電波が用いられても良い。本発明でＧＮＳＳ測位というとき、準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）を用いる場合が含まれるものとする。
【０１６４】
本発明の変位分析装置及びＧＮＳＳ測位分析装置は、地盤に限らず、例えば各種構造物の変位を分析するために用いることができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１  地盤観測システム（ＧＮＳＳ測位分析装置）
２  計測装置
３  解析装置（変位分析装置）
５  加速度センサ（移動検出センサ）
８  ＧＮＳＳアンテナ
９ａ  基線解析部（観測データ算出部）
９ｂ  センサ出力値取得部
１５  合成位置取得部（変位量算出部）
２１  第１変位関数取得部（第１算出部）
２２  第２変位関数取得部（第２算出部）
２３  補正処理部（センサ出力値補正部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019191093.tif 000010
【図９】
2019191093.tif 000011
【図１０】
2019191093.tif 000012
【図１１】
2019191093.tif 000013
【図１２】
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