(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心地点の位置を決定するためのコンピュータ実装された方法であって、前記コンピュータ実装された方法は、
１つ以上のプロセッサにより、少なくとも１つのアンテナを介して複数の衛星から位置データを受信することであって、前記位置データは、前記少なくとも１つのアンテナの位置のデータである、ことと、
前記１つ以上のプロセッサにより、少なくとも１つの配向センサから傾斜データを受信することであって、前記傾斜データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの傾斜を表し、前記デバイスは、前記少なくとも１つのアンテナを備える、ことと、
前記デバイスの前記傾斜が垂直から第１の閾値度数内にあることを前記傾斜データが示すことに応答して、前記１つ以上のプロセッサにより、前記位置データを使用して前記関心地点の位置の決定を開始することであって、前記関心地点の位置を決定することは、前記傾斜データを使用して、前記関心地点の位置に対する前記デバイスの誤った水平化によってもたらされる誤差を補正することを含む、ことと、
前記デバイスの前記傾斜が垂直から前記第１の閾値度数外にあるように前記デバイスが傾けられたことを前記傾斜データが示すことに応答して、前記１つ以上のプロセッサにより、前記関心地点の位置の決定を停止することと
を含む、コンピュータ実装された方法。
【請求項２】
前記誤差は、前記デバイスの前記傾斜が垂直から非ゼロ度数であることにより生じる、請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項３】
前記コンピュータ実装された方法は、
前記１つ以上のプロセッサにより、前記デバイスの前記傾斜が垂直から前記第１の閾値度数内にあることを前記傾斜データが示している間において前記関心地点の位置の決定を継続することをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項４】
前記関心地点の位置を決定することは、
前記１つ以上のプロセッサにより、前記関心地点に対する複数の位置測定を生成することと、
前記１つ以上のプロセッサにより、前記複数の位置測定の各々について、前記傾斜データを使用して、誤った水平化によってもたらされる誤差を補正することと
を含む、請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項５】
垂直からの前記第１の閾値度数は、垂直からの５度である、請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項６】
垂直からの前記第１の閾値度数は、垂直からの１５度である、請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項７】
前記コンピュータ実装された方法は、
前記デバイスの前記傾斜が垂直から第２の閾値度数外にあることを前記傾斜データが示すことに応答して、前記１つ以上のプロセッサにより、前記デバイスの１つ以上のボタンまたは前記デバイスのタッチスクリーンディスプレイを非アクティブ化することをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項８】
垂直からの前記第２の閾値度数は、垂直からの３０度である、請求項７に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項９】
関心地点の位置を決定するための装置であって、前記装置は、
複数の衛星から位置データを受信するように構成された少なくとも１つのアンテナであって、前記位置データは、前記少なくとも１つのアンテナの位置のデータである、少なくとも１つのアンテナと、
地平線に対して平行な平面に対する前記装置の傾斜を表す傾斜データを取得するように構成された配向回路網と、
前記少なくとも１つのアンテナおよび前記配向回路網に作用可能に結合されたプロセッサと
を備え、
前記プロセッサは、
前記装置の前記傾斜が垂直から第１の閾値度数内にあることを前記傾斜データが示すことに応答して、前記位置データを使用して前記関心地点の位置の決定を開始することであって、前記関心地点の位置を決定することは、前記傾斜データを使用して、前記関心地点の位置に対する前記装置の誤った水平化によってもたらされる誤差を補正することを含む、ことと、
前記装置の前記傾斜が垂直から前記第１の閾値度数外にあるように前記装置が傾けられたことを前記傾斜データが示すことに応答して、前記関心地点の位置の決定を停止することと
を実行するように構成される、装置。
【請求項１０】
前記誤差は、前記装置の前記傾斜が垂直から非ゼロ度数であることにより生じる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記装置の前記傾斜が垂直から前記第１の閾値度数内にあることを前記傾斜データが示している間において前記関心地点の位置の決定を継続するようにさらに構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記関心地点の位置を決定することは、
前記関心地点に対する複数の位置測定を生成することと、
前記複数の位置測定の各々について、前記傾斜データを使用して、誤った水平化によってもたらされる誤差を補正することと
を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
垂直からの前記第１の閾値度数は、垂直からの５度である、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
垂直からの前記第１の閾値度数は、垂直からの１５度である、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
画像データを取得するように構成された画像回路網であって、前記画像回路網は、光学センサおよび光軸を含む、画像回路網と、
前記装置を位置付けすることにおいてユーザを補助するために前記傾斜データおよび前記画像データの表現を表示するように構成されたタッチセンシティブディスプレイと
をさらに備える請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサは、
前記装置の前記傾斜が垂直から第２の閾値度数外にあることを前記傾斜データが示すことに応答して、前記装置の１つ以上のボタンまたは前記装置の前記タッチセンシティブディスプレイを非アクティブ化するようにさらに構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
垂直からの前記第２の閾値度数は、垂直からの３０度である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記画像データは、少なくとも１つの画像を含み、前記画像データは、前記装置から見られた前記関心地点の視野を表す、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記配向回路網は、２軸傾斜計および２軸加速度計のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項２０】
前記位置データは、前記装置の地理上の位置を表す、請求項９に記載の装置。
【請求項２１】
前記傾斜データに基づいて前記地平線に対して平行な平面に対する前記デバイスの前記傾斜を表す平面気泡水準器の表示を生じさせることをさらに含む請求項１に記載のコンピュータ実装された方法。
【請求項２２】
前記プロセッサに作用可能に結合されたディスプレイをさらに備え、
前記プロセッサは、
前記傾斜データに基づいて前記地平線に対して平行な平面に対する前記装置の前記傾斜を表す平面気泡水準器を前記ディスプレイ上に表示させるようにさらに構成される、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（分野）
本開示は、概して、測地学と、ハンドヘルド測地デバイスの精密な位置付けに関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年１１月２４日に出願された米国仮出願第６１／４１７，１９１号に対して利益を主張し、先の出願は、本明細書において参照によって援用される。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術）
測地技師は、一般的に、地球上、または地球の近隣の任意の場所の関心地点の位置を決定するために、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）デバイスのような衛星測位デバイスを使用する。頻繁に、これらの関心地点は、アクセスが困難な離れた目的地に位置する。従って、コンパクトで持ち運びが容易な測位デバイスが望まれる。
【０００４】
典型的に、ＧＮＳＳベースのデバイスを使用して所与の地点の位置を正確に測定するために、アンテナのグランド平面が地面に対して平行な状態で、ＧＮＳＳアンテナが関心地点上に直接位置付けされなければならない。このような態様においてＧＮＳＳデバイスを位置付けするために、外部ハードウェアが一般的に使用される。例えば、関心地点上に直接ＧＮＳＳアンテナを正確に位置付けするために、三脚が使用され得る。別の例において、関心地点上にＧＮＳＳアンテナを掛けるために、ポールが使用され得、アンテナグランド平面が地面に対して平行な位置に落ち着くまでアンテナが揺れ動くことを可能にする。両外部ハードウェアデバイスは、ユーザがアンテナを「水平化」することを可能にするが、このようなデバイスは、かさ高く、持ち運びが困難である。従って、測位デバイスがさらにコンパクトになっても、これらのデバイスは全てさらなるかさ高い測位機器を必要とする欠点を有する。
【０００５】
昨今、さらなる測定技術が組み込まれるにつれＧＮＳＳベースのデバイスはますます複雑になっている（例えば、特許文献１「Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｍａｃｈｉｎｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ」および特許文献２「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｓｕｒｖｅｙ  ａｎｄ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ」参照）。例えば、アンテナおよび受信器に加えて、多くのＧＮＳＳデバイスは、距離計、電子コンパス、またはビデオカメラを含み得る。しかし、現在のＧＮＳＳベースのデバイスは、このようなセンサを含むが、外部ハードウェアの使用なしにデバイスを位置付けすることを可能にするものがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，９４７，８２０Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４７１，２１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、さらなる測位機器の使用なしに位置を測定することが可能な測地デバイスが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の実施形態は、グラフィック支援測地デバイスに向けられる。グラフィック支援測地デバイスが提供される。デバイスは、複数の衛星から位置データを受信するためのアンテナと、アンテナに結合された受信器とを含む。デバイスは、配向データを取得するための配向回路網をさらに含む。配向データは、地平線に対して平行な平面に対する装置の配向を表す。デバイスは、少なくとも位置データおよび配向データに基づいて、関心地点の位置を決定するための測位回路網をさらに含む。
【０００９】
別の実施形態において、複数の位置から取られた画像、配向データ、および位置データが、関心地点の位置を決定するために使用され得る。
【００１０】
本発明は例えば以下を提供する。
（項目１）  関心地点の位置を決定するための装置であって、該装置は、
複数の衛星から位置データを受信するための少なくとも１つのアンテナと、
該少なくとも１つのアンテナに結合された少なくとも１つの受信器と、
配向データを取得するための配向回路網であって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対する該装置の配向を表す、配向回路網と、
少なくとも該位置データと該配向データとに基づいて該関心地点の位置を決定するための測位回路網と  
を含む、装置。
（項目２）  上記測位回路網は、上記装置が所定の配向の範囲内にあることを示す上記配向データに応答して上記関心地点の位置を決定するように動作可能である、上記項目に記載の装置。
（項目３）  画像データを取得するための画像回路網であって、該画像回路網は、光学センサと光軸とを含む、画像回路網と、
上記装置を位置付けすることにおいてユーザを補助するために、該画像データおよび上記配向データの表現を表示するためのディスプレイであって、上記測位回路網は、該画像データに基づいて上記関心地点の位置を決定する、ディスプレイと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目４）  上記配向回路網は、２軸傾斜計または２軸加速度計のうちの少なくとも１つを含む、上記項目のいずれか一項に記載の装置。  
（項目５）  上記位置データは、上記装置の地理上の位置を表す、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目６）  上記画像データは少なくとも１つの画像を含み、該画像データは、上記装置から見られた上記関心地点の視野を表す、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
（項目７）  関心地点の位置を決定するためのコンピュータ実装された方法であって、該方法は、
複数の衛星から位置データを受信することと、
配向データを少なくとも１つの配向センサから受信することであって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの配向を表す、ことと、
少なくとも該位置データおよび該配向データに基づいて該関心地点の位置を決定することと
を含む、方法。
（項目８）  上記関心地点の位置を決定することは、上記装置が所定の配向の範囲にあることを示す上記配向データに応答してなされる、上記項目に記載の方法。
（項目９）  少なくとも１つの画像センサから画像データを受信することと、
少なくとも１つの距離センサから距離データを受信することと、
デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために、該画像データおよび上記配向データの表現の表示を該デバイス上にもたらすことであって、上記関心地点の位置を決定することは、少なくとも該画像データおよび該距離データにさらに基づく、ことと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１０）  上記位置データは、上記デバイスの地理上の位置を表す、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１１）  上記画像データは少なくとも１つの画像を含み、該画像データは、上記デバイスから見られた関心地点の視野を表す、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）  上記関心地点の位置を決定することは、測定コマンドを受信することに応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）  上記測定コマンドは、所定の範囲における配向を示す上記配向データのみに応答して受信される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）  上記方法は、上記画像データを使用してディスプレイにおいて上記関心地点の位置を追跡することをさらに含み、上記関心地点の位置を決定することは、
該ディスプレイにおける関心地点の位置が該ディスプレイにおける既定の地点から既定の距離内にあることと、
上記配向データが所定の範囲内にあることと
に応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）  プロセッサ実行可能命令によって符号化された非一時的コンピュータ読み取り可能記憶媒体であって、該命令は、
複数の衛星から位置データを受信することと、
配向データを少なくとも１つの配向センサから受信することであって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの配向を表す、ことと、
少なくとも該位置データおよび該配向データに基づいて関心地点の位置を決定することと
のためのものである、コンピュータ読み取り可能記憶媒体。
（項目１６）  上記関心地点の位置を決定することは、上記装置またはデバイスが規定の配向の範囲にあることを示す配向データに応答してなされる、上記項目に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
（項目１７）  少なくとも１つの画像センサから画像データを受信することと、
少なくとも１つの距離センサから距離データを受信することと、
上記デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために該画像データおよび上記配向データの表現の表示を該デバイスにもたらすことであって、上記関心地点の位置を決定することは、少なくとも該画像データおよび該距離データにさらに基づく、ことと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
（項目１８）  上記位置データは、上記デバイスの地理上の位置を表す、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
（項目１９）  上記画像データは少なくとも１つの画像を含み、該画像データは、上記デバイスから見られた関心地点の視野を表す、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
（項目２０）  上記関心地点の位置を決定することは、測定コマンドを受信することに応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
（項目２１）  上記測定コマンドは、所定の範囲における配向を示す上記配向データのみに応答して受信される、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
（項目２２）  上記命令は、さらに、上記画像データを使用してディスプレイにおいて上記関心地点の位置を追跡するためのものであり、上記関心地点の位置を決定することは、
該ディスプレイにおける関心地点の位置が該ディスプレイにおける所定の地点から所定の距離内にあることと、
上記配向データが所定の範囲内にあることと
に応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
【００１１】
（摘要）
グラフィック支援測地デバイスが提供される。デバイスは、複数の衛星から位置データを受信するためのアンテナと、アンテナに結合された受信器とを含む。デバイスは、配向データを取得するための配向回路網をさらに含む。配向データは、地平線に対して平行な平面に対する装置の配向を表す。デバイスは、少なくとも位置データおよび配向データに基づいて、関心地点の位置を決定するための測位回路網をさらに含む。  
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、様々な角度から見られた例示的なグラフィック支援測地デバイスを描写する。
【図２Ａ】図２Ａは、グラフィック支援測地デバイスのコンポーネントの配向の例示的な図を描写する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、グラフィック支援測地デバイスのコンポーネントの配向の別の例示的な図を描写する。
【図２Ｃ】図２Ｃは、グラフィック支援測地デバイスのコンポーネントの配向のさらに別の例示的な図を描写する。
【図３】図３は、グラフィック支援測地デバイスの様々なコンポーネント間の関係を示す例示的な論理図を描写する。
【図４】図４は、デバイスを位置付けするために使用される要素を含む、グラフィック支援測地デバイスのディスプレイスクリーンの例示的な図を描写する。
【図５】図５は、水平に、かつ、関心地点上に配向されたグラフィック支援測地デバイスのディスプレイスクリーンの別の例示的な図を描写する。
【図６Ａ】図６Ａは、グラフィック支援測地デバイスを使用して位置を測定するための例示的なプロセスを描写する。
【図６Ｂ】図６Ｂは、グラフィック支援測地デバイスを使用して位置を測定するための別の例示的なプロセスを描写する。
【図７】図７は、４つの円錐の交差と、それらの円錐間の共通の交差地点を描写する。
【図８Ａ】図８Ａは、グラフィック支援測地デバイスを使用して位置を測定するための例示的なプロセスを描写する。
【図８Ｂ】図８Ｂは、グラフィック支援測地デバイスを使用して位置を測定するための別の例示的なプロセスを描写する。
【図９】図９は、特定の実施形態において、一部の、または全ての処理機能を実装するために使用され得る典型的なコンピューティングシステムを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の記述は、当業者が様々な実施形態を生成し使用することを可能にするために提供されている。特定のデバイス、技法、および用途の記述は、例としてのみ提供されている。本明細書において記述されている例への様々な改変は、当業者に明白になり、本明細書において規定される一般的な原理は、実施形態の精神および範囲から逸脱することなく他の例および用途に適用され得る。従って、様々な実施形態は、本明細書において記述され、示される例に限定されることが意図されず、特許請求の範囲と一貫した範囲が与えられる。
【００１４】
ハンドヘルドグラフィック支援測地デバイスに関する様々な実施形態が以下に記述される。デバイスは、カメラ、距離センサ、および地平線センサのような様々なセンサを含み得る。また、外部測位機器（例えば、三脚またはポール）の支援なしにデバイスを位置付けするために、ディスプレイ要素がユーザを補助するために含まれ得る。
【００１５】
図１は、様々な角度から見られた例示的なグラフィック支援測地デバイス１００を描写する。グラフィック支援測地デバイス１００がカメラ筐体１０５内に含まれて示されている。カメラ筐体１０５は、ユーザが典型的なカメラを保持するようにグラフィック支援測地デバイス１００を保持することを可能にする。１つの例において、デバイスは、ＧＮＳＳアンテナ１１０を含み得、ＧＮＳＳアンテナ１１０は、複数のＧＮＳＳ衛星によって送信され、グラフィック支援測地デバイス１００によって位置を決定するために使用される信号を受信し得る。１つの例において、ＧＮＳＳアンテナは、少なくとも４つのＧＮＳＳ衛星によって送信された信号を受信し得る。図１によって示される例において、ＧＮＳＳアンテナ１１０は、グラフィック支援測地デバイス１００の上面に位置する。
【００１６】
グラフィック支援測地デバイス１００は、ＧＮＳＳアンテナ１１０によって受信された信号を地球ベースの座標（例えば、世界測地系８４（ＷＳＧ８４）、地球中心地球固定座標系（ＥＣＥＦ）、局地座標系（ＥＮＵ）など）に変換するためのＧＮＳＳ受信器（図示なし）をさらに含み得る。このような受信器は当業者に周知であり、任意のこのようなデバイスが使用され得る。
【００１７】
グラフィック支援測地デバイス１００は、デバイスが位置測定を実行することをもたらすために、「測定」ボタン１２０をさらに含み得る。１つの例において、このボタンは、従来のカメラのボタンと同様であり得る。しかし、写真を撮る代わりに、「測定」ボタン１２０は、グラフィック支援測地デバイス１００が、以下にさらに詳細に記述されるように、位置測定を実行することをもたらし得る。図１によって示される例において、「測定」ボタン１２０は、グラフィック支援測地デバイス１００の上面に位置する。
【００１８】
グラフィック支援測地デバイス１００は、デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために情報を表示するためのディスプレイ１３０をさらに含み得る。ディスプレイ１３０は、プロジェクションディスプレイ、液晶（ＬＣＤ）ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、プラズマディスプレイなどのような任意の電子ディスプレイであり得る。このようなディスプレイデバイスは当業者に周知であり、任意のこのようなデバイスが使用され得る。図１によって示される例において、ディスプレイ１３０は、グラフィック支援測地デバイス１００の背面に位置する。
【００１９】
グラフィック支援測地デバイス１００は、スチル画像またはビデオを記録するためのカメラ１４０をさらに含み得る。このような記録デバイスは当業者に周知であり、任意のこのようなデバイスが使用され得る。図１によって描写される例において、カメラ１４０は、グラフィック支援測地デバイス１００の底面に位置する。カメラ１４０の位置付けのさらに詳細な記述が以下に図２Ａ−Ｃに関して提供される。１つの例において、ディスプレイ１３０は、カメラ１４０の出力を表示するために使用され得る。従って、垂直に保持された場合、ディスプレイ１３０は、グラフィック支援測地デバイス１００の下に位置する地面の視野を表示する。
【００２０】
グラフィック支援測地デバイス１００は、デバイスの配向を決定するための地平線センサ（図示なし）をさらに含み得る。地平線センサは、傾斜計、加速度計などのような任意のタイプの地平線センサであり得る。このような地平線センサは当業者に周知であり、任意のこのようなデバイスが使用され得る。１つの例において、地平線センサの出力の表現がディスプレイ１３０を使用して表示され得る。ディスプレイ１３０のさらに詳細な記述が以下に提供される。地平線センサ２１５および２１６が図２Ａ−２Ｃおよび図３に描写される。
【００２１】
測地デバイス１００の傾斜を決定することによって、地平線センサ２１５および２１６は、ＣＰＵが測地デバイス１００の誤った水平化によってもたらされる誤差を補正することを可能にする。位置測定を行っているユーザが、測地デバイス１００を地平線に対して平行な平面に対して水平でないように位置付けし得る。しかし、地平線センサ２１５および２１６から配向データを受信する測地デバイス１００のＣＰＵ３６０（図３）は、測地デバイス１００の傾斜が傾斜閾値以下である限り、位置決定を補正し得る。このように、ＧＮＳＳアンテナ１１０の配向を示す配向データは、ＧＮＳＳアンテナ３６０によって受信された位置データにおける誤差を修正するためにＣＰＵ３６０によって使用され得る。（ＣＰＵ３６０による位置決定および補正は、概ね以下に論じられる）。例えば、測地デバイス１００は、１５度の傾斜誤差を有するように構成され得る。このため、測地デバイス１００の傾斜が地平線に対して平行な平面に対して０と１５度の間である場合、ＣＰＵ３６０は、関心地点の位置を決定する。
【００２２】
さらに、地平線に対して平行な平面に対する測地デバイス１００の傾斜を決定する地平線センサ２１５および２１６は、測地デバイス１００のＣＰＵ３６０がいつ関心地点の位置を決定するかを決定するために使用され得る。地平線センサ２１５および２１６は、地平線に対して平行な平面に対する測地デバイス１００の傾斜を測定する。ＣＰＵ３６０は、測地デバイス１００の傾斜が規定の傾斜範囲に入ったときに自動的に関心地点の位置を決定することを開始する。ＣＰＵ３６０は、測地デバイス１００の傾斜が規定の傾斜範囲内である限り、関心地点の位置を決定し続ける。傾斜が規定の傾斜範囲の外にあると測定された場合、ＣＰＵ３６０は、関心地点の位置の決定を中断する。例えば、測地デバイス１００のユーザは、地平線に対して平行な平面から０から１５度の傾斜で位置測定がなされるべきであると示し得る。測地デバイス１００を保持するユーザが測地デバイスを５度の傾斜で位置付けすると、ＣＰＵ３６０による位置測定が自動的に開始する。同様に、ユーザが、傾斜が０から１５度の範囲内にもうないように測地デバイス１００を傾けると、ＣＰＵ３６０は位置測定を中断する。言い換えれば、ユーザはＣＰＵ３６０が位置測定を始動させる規定の傾斜範囲を設定し得る。従って、ユーザによる位置付け中に測地デバイス１００の傾斜を測定することによって、ＣＰＵ３６０による位置測定が、測地デバイス１００の位置付けおよび配向に依存して開始し、停止する。このように、ユーザは、例えば開始および停止キーを押すことによって位置決定をアクティブにする必要がない。さらに、ユーザは、まぶしい太陽光および暗闇のような環境状態が特定のソフトキーまたはハードボタンをユーザが探すことを困難にし得る場合、位置測定を行うために開始または停止ボタンを捜索する必要がない。
【００２３】
さらに、地平線センサ２１５および２１６が、傾斜が規定の傾斜閾値より大きいと決定した場合、ＣＰＵ３６０は、ボタンおよびタッチスクリーンを非アクティブ化し、この結果これらのボタンおよびタッチスクリーンは、ユーザの作動入力に応答しない（または不意に作動されない）。ＣＰＵ３６０は、地平線センサ２１５および２１６が、測地デバイス１００が規定傾斜閾値より傾斜させられていると決定した場合、ボタンおよびタッチスクリーンの機能を非アクティブ化またはロックする。１つの例において、測地デバイス１００のボタンおよびディスプレイスクリーンは、地平線センサ２１５および２１６が、測地デバイス１００の傾斜が３０度より大きいと決定した場合にロックする。
【００２４】
グラフィック支援測地デバイス１００は、直線距離を測定するために距離センサ１５０をさらに含み得る。距離センサ１５０は、ソナー、レーザー、レーダーなどのような任意の距離発見技術を使用し得る。このような距離センサは当業者に周知であり、任意のこのようなデバイスが使用され得る。図１によって描写されている例において、距離センサ１５０は、グラフィック支援測地デバイス１００の底面に位置する。
【００２５】
図２Ａ−Ｃは、グラフィック支援測地デバイス１００の例示的な図と、様々な角度からのグラフィック支援測地デバイス１００のコンポーネントの配向を描写する。図２Ａは、グラフィック支援測地デバイス１００の側面図を示し、矢印２０１および２０２は、それぞれ、デバイスの上部／下部と、前部／後部とを表す。図２Ｂは、背面から見られたグラフィック支援測地デバイス１００を示し、矢印２０３および２０４は、それぞれ、デバイスの上部／下部と、左側／右側とを表す。図２Ｃは，グラフィック支援測地デバイス１００の底面図を示し、矢印２０５および２０６は、それぞれ、デバイスの右側／左側と、前部／後部とを表す。
【００２６】
図２Ａ−Ｃによって描写されている例において、カメラ筐体１０５は、アンテナ１１０と、地平線センサ２１５および２１６と、距離センサ１５０と、カメラ１４０とを含む。コンポーネントの配向は、ベクトルの使用と共に本明細書において記述され、ベクトルは、空間における方向を表す。例えば、アンテナ１１０は、アンテナ位相中心２１１と、２つのグランド平面ベクトル２１２および２１３とによって規定されたアンテナグランド平面を有する。１つの例において、グランド平面ベクトル２１２および２１３は、局所地平線に対して平行であるか、または実質的に平行である。カメラ１４０は、カメラ光軸２４２に沿って位置する光学中心２４１を有する。カメラ光軸２４２は、アンテナ位相中心２１１を通り抜け、グランド平面ベクトル２１２および２１３に対して直交するか、または実質的に直交する。距離センサ１５０は、距離センサ主軸（測定方向）２５１を有し、距離センサ主軸は、カメラ光軸２４２に対して平行であるか、または実質的に並行である。地平線センサ２１５および２１６は、直交する、または実質的に直交する測定ベクトル２１７および２１８を有し、測定ベクトル２１７および２１８は、グランド平面ベクトル２１２および２１３によって規定されたアンテナグランド平面に対して平行、または実質的に平行な平面を画定する。現実世界での用途において、グラフィック支援測地デバイス１００のコンポーネントは、上述される状態と全く同じように位置付けされない場合があることが認識される。例えば、製造の欠陥により、特定コンポーネントの配向が設計されたように他のコンポーネントに対して平行でない、または直交しない場合がある。様々なコンポーネントの配向に対する許容誤差は、結果として生じる位置測定の望まれる精度に依存する。
【００２７】
図３は、グラフィック支援測地デバイス１００の様々なコンポーネント間の関係を示す例示的な論理図を描写する。１つの例において、ＧＮＳＳアンテナ１１０は、ＧＮＳＳ衛星から受信された位置データをＧＮＳＳ受信器３１５に送り得る。ＧＮＳＳ受信器３１５は、受信されたＧＮＳＳ衛星信号をＷＧＳ８４、ＥＣＥＦ、ＥＮＵなどのような地球ベースの座標に変換し得る。ＧＮＳＳ受信器３１５は、座標をＣＰＵ３６０にさらに送り得、座標は、距離センサ１５０からの距離データ、ピッチ地平線センサ２１５からのピッチデータ、ロール地平線センサ２１６からのロールデータ、「測定」ボタン１２０からの測定コマンド、およびビデオカメラ１４０からの画像データと共に処理され得る。ＣＰＵ３６０は、以下にさらに詳細に記述されるようにデータを処理し、ディスプレイ１３０上に表示されるディスプレイデータを提供する。
【００２８】
図４は、グラフィック支援測地デバイス１００を位置付けするためのディスプレイ１３０の例示的な図４００を描写する。１つの例において、ディスプレイ１３０は、カメラ１４０の出力を表示し得る。この例において、カメラ１４０の出力の表示は、関心地点マーカー４４０を含む。図４に示されるように、関心地点マーカー４４０は、地面の特定の位置を識別する小さな円形の物体である。本明細書において提供される例において、測定される位置が地面に位置し、関心地点が可視のマーカー（例えば、関心地点マーカー４４０）によって識別可能であることが仮定される。マーカーは、わずかな高さを有する任意の物体であり得る。例えば、地面上に塗装された「Ｘ」、または関心地点上に配置された円形の色付けされた紙が関心地点４４０の役割を果たし得る。
【００２９】
別の例において、ディスプレイ１３０は、グラフィック支援測地デバイス１００のロールとピッチに対応する、それぞれ、仮想直線気泡水準器４１０および４２０をさらに含み得る。仮想直線気泡水準器４１０および４２０は、グラフィック支援測地デバイス１００のロールおよびピッチの量と方向とを識別する仮想気泡４１１および４２１を含み得る。仮想直線気泡水準器４１０および４２０と、仮想気泡４１１および４２１とがＣＰＵ３６０によって生成され得、カメラ１４０の実際の画像出力に上重ねされ得る。１つの例において、仮想直線気泡水準器４１０および４２０の中心における仮想気泡４１１および４２１の位置付けは、デバイスが「水平に」位置付けされていることを表す。本明細書において使用される場合、「水平に」とは、アンテナグランド平面が局所地平線に対して平行である配向を指す。
【００３０】
１つの例において、地平線センサ２１５および２１６からのデータは、直線気泡水準器４１０および４２０を生成するために使用され得る。例えば、地平線センサ２１５および２１６からのセンサデータは、ＣＰＵ３６０に送られ得、ＣＰＵ３６０は、調整されたセンサ測定値を仮想直線気泡水準器４１０および４２０内の気泡座標に変換し得る。ＣＰＵ３６０は、次に、仮想直線気泡水準器４１０および４２０内に適切に配置された仮想気泡４１１および４２１のディスプレイ１３０上の表示をもたらし得る。従って、仮想直線気泡水準器４１０および４２０は、従来の気泡水準器のように動作し得、仮想気泡４１１および４２１は、グラフィック支援測地デバイス４００の傾きおよびローリングに応答して移動する。例えば、グラフィック支援測地デバイス１００が前方に傾けられた場合、気泡４２１は、仮想直線気泡水準器４２０内を下方向に移動し得る。その上、グラフィック支援測地デバイス１００が左にロールさせられた場合、仮想気泡４１１は、仮想直線気泡水準器４１０内を右に移動し得る。しかし、仮想直線気泡水準器４１０および４２０がＣＰＵ３６０によって生成されるため、仮想気泡４１１および４２１の動きは、グラフィック支援測地デバイス１００の移動に応答して任意の方向に移動するようにプログラムされ得る。
【００３１】
別の例において、ディスプレイ１３０は、平面気泡水準器４２５をさらに含み得る。平面気泡水準器４２５は、仮想直線気泡水準器４１０および４２０の組み合わせを表し（例えば、直線水準器内の気泡の交差に配置される）、２つの直交地平線センサ（例えば、地平線センサ２１５および２１６）の測定値を組み合わせることによって生成され得る。例えば、地平線センサ２１５および２１６の調整された測定値は、ＣＰＵ３６０によってディスプレイ１３０上のＸおよびＹ座標に変換され得る。１つの例において、地平線センサ２１５からの測定値がＸ座標を生成するために使用され得、地平線センサ２１６からの測定値が平面気泡水準器４２５のＹ座標を生成するために使用され得る。
【００３２】
図４に示されるように、ディスプレイ１３０は、中央十字マーク４５０をさらに含み得る。１つの例において、中央十字マーク４５０は、ディスプレイ１３０の中央に配置され得る。別の例において、中央十字マーク４５０の位置は、光軸２４２に沿った、カメラ１４０の視野に対応するディスプレイ１３０における点を表し得る。さらに別の例において、中央十字マーク４５０内の平面気泡水準器４２５の配置は、グラフィック支援測地デバイス１００が水平に位置付けされていることに対応し得る。中央十字マーク４５０は、ディスプレイ１３０のスクリーン上に描かれ得るか、ディスプレイ１３０上に電子的に表示され得る。
【００３３】
ディスプレイ１３０は、デバイスの配置および配向に関するフィードバックを提供することによって関心地点上にグラフィック支援測地デバイス１００を位置付けすることにおいてユーザを補助するために使用され得る。例えば、ディスプレイ１３０のカメラ出力部分は、地面上の物体に対するグラフィック支援測地デバイス１００の配置に関する情報をユーザに提供する。その上、仮想直線気泡水準器４１０および４２０は、地平線に対するグラフィック支援測地デバイス１００の配向に関する情報をユーザに提供する。ディスプレイ１３０上に表示された出力の２つのタイプのうちの少なくとも１つを使用して、ユーザは、外部測位機器の使用なしにグラフィック支援測地デバイス１００を正確に位置付けし得る。
【００３４】
図４によって描写されている例において、関心地点マーカー４４０および平面気泡水準器４２５の双方が中央十字マーク４５０から中心が外れているように示される。これは、カメラ１４０の光軸２４２が関心地点に直接向けられておらず、かつ、デバイスが水平に位置付けされていないことを表す。ユーザが地面上の特定の地点上にデバイスを水平に位置付けすることを望む場合、ユーザは、図５に示されるように平面気泡水準器４２５および関心地点マーカー４４０の双方のそれぞれの中心を十字マーク４５０内に置かなければならない。
【００３５】
図５は、ディスプレイ１３０の別の例示的な図５００を描写する。この例において、仮想直線気泡水準器４１０および４２０は、それぞれの気泡が中央に置かれている状態で示され、デバイスが水平であることを表す。このため、平面気泡水準器４２５の中心も中央十字マーク４５０内に置かれている。その上、この例において、関心地点マーカー４４０が中央十字マーク４５０内で中央に置かれているように示され、カメラ１４０の光軸２４２が関心地点マーカー４４０に方向に向いていることを示す。従って、図５によって示される例において、グラフィック支援測地デバイス１００は、関心地点マーカー４４０上に水平に位置付けされている。
【００３６】
図２に関して前に論じられたように、アンテナ位相中心２１１は、光軸２４２に沿って位置し得る。これは、図５によって示される例において、アンテナ位相中心２１１はまた、関心地点マーカー４４０上に直接位置することを意味する。従って、アンテナ位相中心２１１と関心地点マーカー４４０との間の位置の相違は、関心地点マーカー４４０とアンテナ位相中心２１１との間の垂直距離に等しい垂直コンポーネントのみである。この例において、関心地点マーカー４４０の位置は、以下の式を使用して算定され得る。
【００３７】
【数１】
0006283152.tif 000002
式中
【００３８】
【数２】
0006283152.tif 000003
は、関心地点の算定された位置を表し、
【００３９】
【数３】
0006283152.tif 000004
は、デバイスアンテナ位相中心の測定されたＧＮＳＳ位置を表し、
【００４０】
【数４】
0006283152.tif 000005
は、地面に対して直交する単位ベクトルを表し、
Ｄｉｎ  は、アンテナ位相中心２１１と距離センサ１５０のゼロ測定点との間の垂直距離を表し、
Ｄｏｕｔ  は、距離センサ主軸２５１に沿ったセンサのゼロ測定点から物体までの、距離センサ１５０によって測定された距離を表す。
【００４１】
上記されるように、式（１）の
【００４２】
【数５】
0006283152.tif 000006
は、関心地点の算定された位置を表す。
【００４３】
【数６】
0006283152.tif 000007
は、グラフィック支援測地デバイス１００によって決定されたアンテナ位相中心２１１の位置を表す。
【００４４】
【数７】
0006283152.tif 000008
は、地面に対して直交する方向に向いている単位ベクトルを表す。Ｄｉｎは、アンテナ位相中心２１１と距離センサ１５０のゼロ測定点との間の垂直の距離を表す。距離センサ１５０のゼロ測定地点は、距離センサ１５０がゼロの値を返すように構成され、グラフィック支援測地デバイス１００の内側または外側のいずれかに位置し得る空間における点である。従って、Ｄｉｎは、各グラフィック支援測地デバイス１００に特有の定数値である。最後に、Ｄｏｕｔは、距離センサ主軸２５１に沿ったセンサのゼロ測定点から物体までの、距離センサ１５０によって測定された距離を表す。従って、
【００４５】
【数８】
0006283152.tif 000009
は、グラフィック支援測地デバイス１００によって測定された位置から、距離センサ１５０によって測定された距離に等しい垂直の距離と、アンテナ位相中心２１１と距離センサ１５０のゼロ測定地点との間の距離との和を引くことによって算定される。
【００４６】
式（１）において使用される座標は、任意の座標系において表現され得ることが認識される。例えば、上記の式は、任意のデカルト座標系に適用可能であり得、測定結果は、ＷＧＳ８４、ＥＣＥＦ、ＥＮＵなどのような任意の地球ベースの座標に変換され得る。このような変換方法は当業者に周知である。
【００４７】
図６Ａは、グラフィック支援測地デバイス１００を使用して位置を測定するための例示的なプロセス６００を描写する。ブロック６１０において、ユーザは、図５に関して記述されたように、関心地点上に水平にグラフィック支援測地デバイス１００を位置付けする。ブロック６２０において、ユーザは、グラフィック支援測地デバイス１００が関心地点上に水平に位置付けされている状態で「測定」ボタン１２０を押す。ブロック６３０において、グラフィック支援測地デバイス１００は、受信器３１５からの位置データと、距離センサ１５０によって測定された距離とを記録する。ブロック６４０において、グラフィック支援測地デバイス１００のＣＰＵ３６０は、式（１）と、ブロック６３０において記録された値とを使用して関心地点の位置を算定する。
【００４８】
図６Ｂは、グラフィック支援測地デバイス１００を使用して位置を測定するための、例示的なプロセス６００と同様な別の例示的なプロセス６０１を描写する。例示的なプロセス６００と６０１との主要な相違は、例示的プロセス６０１において、ユーザは「測定」ボタン１２０を押すことが必要とされないことである。プロセスは、ブロック６５０において始まり、ブロック６５０は、ブロック６１０と同様である。ブロック６６０において、グラフィック支援測地デバイス１００は、関心地点上にデバイスが水平に位置付けされていることを検出する。１つの例において、これは、平面気泡４２５および関心地点マーカー４４０の双方のそれぞれの中心が中央十字マーク４５０内に置かれていることを検出することによって達成され得る。
【００４９】
１つの特定の例において、グラフィック支援測地デバイス１００は、Ｘ−Ｙ座標に変換された地平線センサデータと中央十字マーク４５０に位置する表示座標とを比較することによって平面気泡４２５の中心が中央十字マーク４５０に置かれていることを決定し得る。その上、グラフィック支援測地デバイス１００は、関心地点マーカー４４０を識別し、かつ、ディスプレイ１３０内での関心地点マーカー４４０の位置を決定するための画像認識プログラムを使用することによって、関心地点マーカー４４０の中心が中央十字マーク４５０に置かれていることを決定し得る。これは、関心地点マーカー４４０がある所定の標準に対応することを必要とし得る。例えば、関心地点マーカー４４０は、グラフィック支援測地デバイス１００の画像認識プログラムによって識別されるために特定の色または形状であることが必要とされ得る。このような認識アルゴリズムは当業者に周知であり、任意のこのようなアルゴリズムがグラフィック支援測地デバイス１００において使用され得る。
【００５０】
従って、１つの例において、グラフィック支援測地デバイス１００が、平面気泡４２５および関心地点マーカー４４０の中心が中央十字マーク４５０内に置かれていることを決定した場合、デバイスは、ブロック６７０に進み得る。別の例において、ブロック６６０は、ブロック６７０に進む前に、中央十字マーク４５０と平面気泡４２５との間の距離、および中央十字マーク４５０と関心地点マーカー４４０との間の距離が、所定の距離閾値を下回ることのみを必要とし得る。ブロック６７０および６８０は、図６Ａの部ブロック６３０および６４０と同様である。
【００５１】
（複数の円錐の交差の算定）
図６Ａおよび６Ｂにおいて提供される例は、デバイスが少なくとも実質的に水平に、かつ、実質的に関心地点の上に位置付けされていることを必要とする。ユーザがデバイスを完璧に配向することが期待されていないため、グラフィック支援測地デバイス１００は、角度および位置に対する偏差を許容し得る。例えば、１つの例において、水平線から２度、および関心地点から４ｍｍの偏差は、容認可能であり得る。しかし、望まれる用途次第で他の許容誤差が使用され得ることが認識される。以下に記述される変形は、図６Ａおよび６Ｂに提供される例において必要とされるように位置付けされる必要なくグラフィック支援測地デバイス１００が位置測定を実行することを可能にする。以下の変形は、２つの補足技法（カメラポインティングベクトル偏差の算定、複数円錐の交差の算定）に基づく。
【００５２】
後者の技法は、２つの円錐表面の交差領域が楕円形であり、３つの円錐の交差領域が一対の点であり、４つの円錐の交差領域が単点であるという原理に基づく。従って、グラフィック支援測地デバイス１００が４つの異なる円錐を生成し、各円錐が円錐の表面の任意の地点に関心地点マーカー４４０を含む場合、関心地点マーカー４４０の位置が決定され得る。図７は、４つの円錐の交差、およびそれらの円錐によって共有される点７１０を描写する。各円錐を生成するプロセスは、以下により詳細に記述される。共通点を識別するために必要とされる円錐の最低限の数は４つの円錐であることが認識される。さらなる円錐が交差技法の精度を上げるために使用され得る。
【００５３】
（カメラポインティングベクトル偏差の算定）
上述された円錐を生成するために、以下のパラメータ、（すなわち、円錐頂点の位置、円錐軸の配向、および円錐軸と円錐表面との間の角度）が決定され得る。円錐の数学的表現を生成するためにこれらのパラメータを使用することは当業者に周知であり、理解されている。例えば、円錐の数学的具現は、付録Ｃにおいて記述される方法を使用して生成され得る。１つの例において、円錐軸と円錐表面との間の角度を決定することは、カメラポインティングベクトル偏差を算定することによって達成され得る。
【００５４】
カメラポインティングベクトル偏差を算定することは、カメラ１４０によって撮られ、ディスプレイ１３０上に表示された画像の各ピクセルが、カメラ光軸２４２からの角度を表すという原理に基づく。例えば、ディスプレイ１３０の中央におけるピクセルは、光軸２４２を表し得、中央から右に５ピクセルにおけるピクセルは、光軸２４２の右への特定の角度を表し得る。カメラ１４０の画像上の物体のピクセル座標を知ることによって、カメラ光軸２４２からのこの物体の方向が以下の式（２）を使用して算定され得る。グラフィック支援測地デバイス１００との使用に対しては、ポインティングベクトルとカメラ光軸２４２との間の角度を知ることで充分であり、ポインティングベクトルは、カメラ光心２４１から関心地点へのベクトルを表す。完璧な中央プロジェクションカメラに対して、この角度値は、ディスプレイの中央からのピクセル距離の線形関数として近似され得、以下の式を使用してモデル化され得る。
【００５５】
αｐｎｔ＝ｋｄ                                                        （式２）
式中
αｐｎｔ  は、ポインティングベクトルとカメラ光軸２４２との間の角度を表す。
【００５６】
ｋ  は、カメラの有効焦点距離によって決定された較正係数を表す。
【００５７】
ｄ  は、フレームの中央と関心地点との間のピクセル距離を表す。
【００５８】
前に示されたように、式（２）のαｐｎｔは、ポインティングベクトルと光軸２４２との間の角度を表す。ｋは、カメラの有効焦点距離によって決定された較正係数を表す。この値は、各カメラモデルに特有の定数値である。ｄは、ディスプレイ１３０の中央（中央十字マーク４５０）と関心地点マーカー４４０との間のピクセル距離をピクセル単位で表す。従って、ポインティングベクトルと光軸２４２との間の角度は、カメラ較正係数と、中央十字マーク４５０と関心地点マーカー４４０との間のピクセルの数との積に等しい。
【００５９】
式（２）は、完璧な中央プロジェクションカメラにのみ適用される。しかし、実際のカメラには、樽型歪曲が考慮されることが必要である。ほとんどの実用的な状況において、歪曲を接平面に対する球状表面のプロジェクションとみなすことで充分である。従って修正されたピクセル距離が算定され、式（２）においてｄの代わりに使用されなければならない。以下の式は、修正されたピクセル距離を得るために使用され得る。
【００６０】
【数９】
0006283152.tif 000010
式中
ｄｃｏｒｒ  は、スクリーンの中央と関心地点との間の修正されたピクセル距離を表す。この値が式（２）におけるｄを置換する。
【００６１】
ｄ  は、フレームの中央と関心地点との間のピクセル距離を表す。（式（２）において同じ）
ｒ  は、相対的なピクセルユニットにおける投影された球体半径を表す較正パラメータである。
【００６２】
上記のように、式（３）のｄｃｏｒｒ  は、スクリーンの中央と関心地点との間の、カメラの樽型歪曲を考慮した、修正されたピクセル距離を表す。ｄは、フレームの中央（中央十字マーク４５０）と関心地点４４０との間のピクセル距離をピクセル単位で表す。ｒは、相対的なピクセルユニットにおける投影された球体半径を表す較正パラメータを表す。この値は、全ての内部レンズ歪曲を考慮し、各カメラに特有の定数値である。従って、樽型歪曲を考慮するために、式（３）において算定された修正されたピクセル距離（ｄｃｏｒｒ  ）が式（２）におけるｄの代わりに使用されるべきである。
【００６３】
式（２）および（３）を使用して、円錐軸と円錐表面との間の角度が算定され得る。前に論じられたように、円錐軸と円錐表面との間の角度は、円錐を生成するために使用されるパラメータの１つである。特に、円錐頂点の位置と、円錐軸の配向と、円錐軸と円錐表面との間の角度とが与えられた場合、当業者は円錐を表す式をどのように生成するかを理解している。他の記載されたパラメータを決定するためのプロセスが以下にさらに詳細に記述される。
【００６４】
図８Ａは、グラフィック支援測地デバイス１００と複数の円錐の交差技法とを使用して位置を測定するための例示的なプロセス８００を描写する。ブロック８１０において、プロセスは、ユーザが関心地点マーカー４４０がディスプレイ１３０の視野にある状態でグラフィック支援測地デバイス１００を水平に位置付けすることから始まる。ブロック８１５において、グラフィック支援測地デバイス１００は、測定条件を検出する。１つの例において、測定条件は、ユーザが「測定」ボタン１２０を押すことに応答して「測定」コマンドを受信することであり得る。これは図６Ａのブロック６２０と同様である。別の例において、測定条件は、中央十字マーク４５０と平面気泡４２５との間の距離が規定の距離閾値を下回ることであり得る。これは図６Ｂのブロック６６０と同様である。測定条件の検出に際して、プロセスはブロック８２０に移動する。ブロック８２０において、グラフィック支援測地デバイス１００は、センサからのデータを記録する。例えば、位置データがＧＮＳＳ受信器３１５から記録され得、ピッチおよびロールデータが地平線センサ２１５および２１６から記録され得、画像データがビデオカメラ１４０から記録され得る。ブロック８２５において、ＣＰＵ３６０は、円錐を生成するために、位置データと、ピッチおよびロールデータと、画像データとを使用する。デバイスが水平に、または少なくとも実質的に水平に位置付けされているため、円錐頂点は、カメラ光心２４１の位置であり、円錐軸は、地面に直交する光軸２４２であり、円錐軸と円錐表面との間の角度は、式（２）および（３）を使用して算定された関心地点マーカー４４０へのポインティングベクトルと、光軸２４２との間の角度である。ブロック８３０において、ＣＰＵ３６０は、４つの交差する円錐が生成されたかどうかを決定する。交差する円錐が４つより少ない場合、プロセスはブロック８１０に戻る。しかし、少なくとも４つの交差する円錐がある場合、プロセスはブロック８３５に進む。ブロック８３５において、グラフィック支援測地デバイス１００のＣＰＵ３６０は、複数の円錐の交差を算定する。複数の円錐の交差の算定は、ニュートン法、準ニュートン法、ガウスニュートン方のような様々な数値解法をもって解かれ得る非線形方程式のセットをもたらす。このような方法は、当業者に周知であり、理解されている。例えば、式は、付録ＡおよびＢにおいて記述される方法を使用して解かれ得る。
【００６５】
図８Ｂは、グラフィック支援測地デバイス１００と複数の円錐の交差技法を使用して位置を測定するための別の例示的なプロセス８０１を描写する。このプロセスは、デバイスが水平に位置付けされる必要がないことにおいて図８Ａのプロセスと異なる。しかし、関心地点マーカー４４０の中心は、中央十字マーク４５０からの所定の閾値距離内に置かれなければならない。ブロック８４０において、プロセスは、ユーザがグラフィック支援測地デバイス１００の光軸２４２を関心地点マーカー４４０の方向に向けることから始まる。ブロック８４５において、グラフィック支援測地デバイス１００は、測定条件を検出する。１つの例において、測定条件は、ユーザが「測定」ボタン１２０を押すことに応答して「測定」コマンドを受信することであり得る。これは図６Ａのブロック６２０と同様である。別の例において、測定条件は、関心地点マーカー４４０と中央十字マーク４５０との間の距離が所定の距離閾値を下回ることであり得る。これは図６Ｂブロック６６０と同様である。測定条件の検出に際して、プロセスはブロック８５０に移動する。ブロック８５０において、グラフィック支援測地デバイス１００は、センサからのデータを記録する。例えば、位置データがＧＮＳＳ受信器３１５から記録され得、ピッチおよびロールデータが地平線センサ２１５および２１６から記録され得、画像データがビデオカメラ１４０から記録され得る。ブロック８５５において、ＣＰＵ３６０は、上述されたように円錐を生成するために、位置データと、ピッチおよびロールデータと、画像データとを使用する。デバイスが水平に位置付けされていない場合があるため、円錐頂点は、ＧＮＳＳアンテナ位相中心２１１と一致し、円錐軸は、ＧＮＳＳアンテナ位相中心２１１を通り抜け、地面と直交する線であり、円錐軸と円錐表面との間の角度は、地平線センサ２１５および２１６によって与えられた合計の垂直偏差角度である。ブロック８６０において、ＣＰＵ３６０は、４つの交差する円錐が生成されたかどうかを決定する。交差する円錐が４つより少ない場合、プロセスはブロック８４０に戻る。しかし、少なくとも４つの交差する円錐が存在する場合、プロセスはブロック８６５に移動する。ブロック８６５において、グラフィック支援測地デバイス１００のＣＰＵ３６０は、上述された方法を使用して複数の円錐の交差を算定する。
【００６６】
図８Ａおよび８Ｂによって描写されている例示的なプロセスに対して、生成された円錐は、図７に描写されている円錐と同様である。各円錐頂点は、カメラ光心２４１かアンテナ位相中心２１１のいずれかに位置し、円錐の基部は、グラフィック支援測地デバイス１００から離れて地面の方向に投影する。
【００６７】
１つの例において、図８Ａおよび８Ｂによって描写されているプロセスを使用して関心地点の位置を算定する場合、４つの円錐頂点間の距離が大きければ大きいほど、結果として生じる算定された位置の精度が高い。
【００６８】
図９は、本発明の技術の様々な局面（例えば、測地デバイス、受信器、ＣＰＵ３６０、活動データロジック／データベース、これらの組み合わせなどとして）に対する処理機能を実装するために使用され得る例示的なコンピューティングシステム９００を描写する。当業者はまた、他のコンピューティングシステムまたはアーキテクチャを使用して本発明の技術をどのように実装するかを認識する。コンピューティングシステム９００は、例えばデスクトップ、モバイル電話、測地デバイスなどのような、所与の用途または環境に対して望ましい、または適切であり得るユーザデバイスを表し得る。コンピューティングシステム９００は、プロセッサ９０４のような１つ以上のプロセッサを含み得る。プロセッサ９０４は、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または他の制御ロジックのような汎用または特定用途向け処理エンジンを使用して実装され得る。この例において、プロセッサ９０４は、バス９０２または他の通信媒体に接続されている。
【００６９】
コンピューティングシステム９００はまた、情報と、プロセッサ９０４によって実行される命令とを記憶するための、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的メモリのような主要メモリ９０８を含み得る。主要メモリ９０８はまた、プロセッサ９０４によって実行される命令を実行中に、一時変数または他の中間情報を記憶するために使用され得る。コンピューティングシステム９００は、同様に、プロセッサ９０４のための静的情報および命令を記憶するための、バス９０２に結合されたリードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）または他の静的記憶デバイスを含み得る。
【００７０】
コンピューティングシステム９００はまた、例えばメディアドライブ９１２および取り外し可能記憶インターフェイス９２０を含み得る情報記憶メカニズム９１０を含み得る。メディアドライブ９１２は、ハードディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブ、ＣＤもしくはＤＶＤドライブ（ＲもしくはＲＷ）、または他の取り外し可能メディアドライブもしくは固定メディアドライブのような固定もしくは取り外し可能記憶メディアをサポートするためにドライブもしくは他のメカニズムを含み得る。記憶メディア９１８は、メディアドライブ９１２によって読み取られ、書き込まれる、例えばハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、光学ディスク、ＣＤもしくはＤＶＤ、または他の固定もしくは取り外し可能メディアを含み得る。これらの例が描写するように、記憶メディア９１８は、コンピュータ読み取り可能記憶メディアを含み得、コンピュータ読み取り可能記憶メディアは、コンピュータ読み取り可能記憶メディア内に特定のコンピュータソフトウェアまたはデータを記憶している。
【００７１】
代替の実施形態において、情報記憶メカニズム９１０は、コンピュータプログラム、または他の命令もしくはデータがコンピューティングシステム９００にロードされることを可能にするための他の同様な機器類を含み得る。このような機器類は、例えばプログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェイスと、取り外し可能メモリ（例えば、フラッシュメモリまたは他の取り外し可能メモリモジュール）およびメモリスロットと、ソフトウェアおよびデータが取り外し可能記憶ユニット９１８からコンピューティングシステム９００に転送されることを可能にする他の取り外し可能記憶ユニット９２２およびインターフェイス９２０とのような取り外し可能記憶ユニット９２２およびインターフェイス９２０を含み得る。
【００７２】
コンピューティングシステム９００はまた、通信インターフェイス９２４を含み得る。通信インターフェイス９２４は、ソフトウェアおよびデータがコンピューティングシステム９００と外部デバイスとの間で転送されることを可能にするために使用され得る。通信インターフェイス９２４の例として、モデム、（イーサネット（登録商標）または他のＮＩＣカードのような）ネットワークインターフェイス、（例えば、ＵＳＢポートのような）通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカードなどが挙げられる。通信インターフェイス９２４を介して転送されるソフトウェアおよびデータは、電子信号、電磁信号、光学信号、または通信インターフェイス９２４によって受信されることが可能な他の信号であり得る。信号の形式にあるこれらの信号は、チャネル９２８を介して通信インターフェイス９２４に提供される。チャネルの一部の例として、電話線、セルラー式電話リンク、ＲＦリンク、ネットワークインターフェイス、構内通信網もしくは広域通信網、および他の通信チャネルが挙げられる。
【００７３】
本明細書において、「コンピュータプログラム製品」および「コンピュータ読み取り可能記憶メディア」という用語は、概して、例えばメモリ９０８、記憶デバイス９１８、または記憶ユニット９２２のようなメディアを指すために使用され得る。コンピュータ読み取り可能メディアのこれらまたは他の形態は、１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行のためにプロセッサ９０４に提供することに関わり得る。概して「コンピュータプログラム符号」と呼ばれるこのような命令（これらはコンピュータプログラムの形式、または他のグループに分類され得る）は、実行されたとき、コンピューティングシステム９００が本発明の技術の実施形態の特徴または機能を実行することを可能にする。
【００７４】
要素がソフトウェアを使用して実装される実施形態において、ソフトウェアは、例えば取り外し可能記憶ドライブ９１４、ドライブ９１２、または通信インターフェイス９２４を使用してコンピュータ読み取り可能媒体に記憶され得、コンピュータシステム９００にロードされ得る。制御ロジック（この例において、ソフトウェアコマンドまたはコンピュータプログラム符号）は、プロセッサ９０４によって実行された場合、プロセッサ９０４が本明細書において記述される技術の機能を実行することをもたらす。
【００７５】
上記の説明が、明瞭性のために、実施形態を異なる機能ユニットおよびプロセッサへの参照と共に記述したことが認識される。しかし、異なる機能ユニット、プロセッサ、またはドメイン間の任意の適切な機能の分配が使用され得ることが明白である。例えば、別個のプロセッサまたはコントローラによって実行されるように描写されている機能は、同じプロセッサまたはコントローラによって実行され得る。従って、特定の機能ユニットへの参照は、厳密な、論理的（もしくは物理的）構造（もしくは構成）を示すものではなく、記述された機能を提供するための単なる適切な手段への参照として理解される。
【００７６】
さらに、個別に列挙されているが、複数の手段、要素、または方法ステップが、例えば単一のユニットまたはプロセッサによって実装され得る。その上、個別の特徴が異なる請求項において含まれ得るが、これらの個別の特徴は、有益的に組み合されることが可能であり得、異なる請求項における包含は、特徴の組み合わせが可能でない、または有益的でないことを暗示しない。また、１つのカテゴリの請求項における特徴の包含は、このカテゴリへの限定を暗示するのではなく、むしろ、特徴は適切に他の請求項カテゴリに等しく適用可能であり得る。
【００７７】
特徴が特定の実施形態に関連して記述されているように思えるが、当業者は、記述された実施形態の様々な特徴が組み合され得ることを認識する。さらに、実施形態に関連して記述された局面は、独立して機能し得る。
【００７８】
（付録Ａ）
（非拘束最小化法）
以下のように定義する。
Ｒｎは、ｎ次元ユークリッド空間であり、ｘ＝（ｘ１、ｘ２、・・・、ｘｎ）Ｔ∈Ｒｎであり、ベクトルは、列ベクトルであり、記号Ｔは、転置を示す。
【００７９】
【数１０】
0006283152.tif 000011
は、ベクトルｘ＝（ｘ１、ｘ２、・・・、ｘｎ）Ｔ∈Ｒｎのユークリッドノルムである。
〈ｘ、ｙ〉＝ｘＴｙ＝ｙＴｘは、２つのベクトルのスカラー積である。
【００８０】
【数１１】
0006283152.tif 000012
は、連続微分可能関数ｆ（ｘ）の一次偏導関数のベクトル、または勾配ベクトルである。
【００８１】
【数１２】
0006283152.tif 000013
は、二回連続微分可能関数ｆ（ｘ）の二次偏導関数の行列、またはヘッセ行列である。
Ｒｎ×ｎは、ｎ×ｎの正方行列の空間である。
Ｉは、恒等行列である。
数列｛ｘ（ｋ）｝、ｋ＝０、１、・・・、は、初期近似値ｘ（０）から開始し、以下の式
【００８２】
【数１３】
0006283152.tif 000014
によって生成され、式（Ａ１）は、行列Ｂ（ｋ）∈Ｒｎ×ｎが正値であり、刻み長さλ（ｋ）が特別に選択された場合、最小化条件ｆ（ｘ（ｋ））＜ｆ（ｘ（ｋ−１））＜・・・＜ｆ（ｘ（０））（Ａ２）を満たす。刻み長さの算定方法は、例えばＰ．Ｅ．Ｇｉｌｌ，Ｗ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｍ．Ｈ．Ｗｒｉｇｈｔ，（１９８０），Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８１  ｐｐ．１００−１０２に記述され、先の文献は、参照によって本明細書に援用される。ロバストであり、実践的に証明された方法は、数列
【００８３】
【数１４】
0006283152.tif 000015
における第一の数値を算定することを含み、第一の数値は、不等式
【００８４】
【数１５】
0006283152.tif 000016
は、捜索（または、降下）方向ベクトルであり、μは、０＜μ≦０．５の範囲における任意の数値である。１つの例において、値μ＝０．０１が使用され得る。
式（Ａ１）に従って生成された数列｛ｘ（ｋ）｝は、不等式（Ａ２）において示される関数ｆ（ｘ）を最小化する。従って、式（Ａ１）は、選択された任意の正値行列に対して最小化数列を帰納的に生成する。数列の収束条件は、正値行列Ｂ（ｋ）の選択に依存する。以下は、正値行列Ｂ（ｋ）を選択し、式（Ａ１）を算定するために使用され得る方法である。
１）Ｂ（ｋ）＝Ｉである場合、式（Ａ１）は、勾配または最大傾斜法を使用して算定され得る。方法は、線形的に収束することが周知である。
２）
【００８５】
【数１６】
0006283152.tif 000017
である場合、式（Ａ１）は、ニュートン法を使用して算定され得る。方法は、局所最小点の近傍において、二次的に収束し、ヘッセ行列は正値である。
３）反復的に算定される行列Ｂ（ｋ）は、例えばＰ．Ｅ．Ｇｉｌｌ，Ｗ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｍ．Ｈ．Ｗｒｉｇｈｔ，（１９８０），Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８１  ｐｐ．１１６−１２７において記述されるＢｒｏｙｄｅｎ−Ｆｌｅｔｃｈｅｒ−Ｇｏｌｄｆａｒｂ−Ｓｈａｎｎｏ（ＢＦＧＳ）法またはＤａｖｉｄｏｎ−Ｆｌｅｔｃｈｅｒ−Ｐｏｗｅｌｌ（ＤＦＰ）法に従って更新され得、これらの文献は参照によって本明細書に援用される。ＢＧＦＳ法およびＤＦＰ法は、準ニュートン系の方法を形成し、これらの方法は、超線形的に収束することが周知である。これらの方法は、実用的にニュートン法と同様の速さを有するが、ヘッセ行列の算定を必要としない。ヘッセ行列が容易に算定される用途においては、ニュートン法が好ましい。
【００８６】
（付録Ｂ）
（平方和最小化方法）
最小化の対象である関数ｆ（ｘ）の特定の件を考慮する。関数ｆ（ｘ）は、ｍ個の関数ψ（ｉ）（ｘ）の平方和であると定義する。
【００８７】
【数１７】
0006283152.tif 000018
非線形方程式の（ｍ≧ｎである場合）冗長なセットの解（Ａ６）
ψ１（ｘ）＝０
ψ２（ｘ）＝０
・・・
ψｍ（ｘ）＝０
は、しばしば最小化問題ｆ（ｘ）→ｍｉｎ（Ａ７）となる。
任意の上述された方法１）−３）が問題（Ａ７）に適用され得る。ニュートン法を適用するために、勾配ベクトルおよびヘッセ行列に対する式が必要とされる。以下の式は、方法１）−３）を関数ψｉ（ｘ）の勾配ベクトルおよびヘッセ行列を介して表現する。
【００８８】
【数１８】
0006283152.tif 000019
システム（Ａ６）が適切である場合、値ψｉ（ｘ）は、最小化数列｛ｘ（ｋ）｝が解に収束するにつれ消滅する。システム（Ａ６）が「ほぼ」可能である場合でも値ψｉ（ｘ）は、ヘッセ行列に対する式（Ａ９）において無視され得る。第４の方法の公式化に到達する。
【００８９】
４）
【００９０】
【数１９】
0006283152.tif 000020
である場合、式（Ａ１）は、例えばＰ．Ｅ．Ｇｉｌｌ，Ｗ．Ｍｕｒｒａｙ，Ｍ．Ｈ．Ｗｒｉｇｈｔ，（１９８０），Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８１  ｐｐ．１３４−１３６において記述されるようにガウスニュートン法を使用して算定され得、この文献は、参照によって本明細書に援用される。
【００９１】
（付録Ｃ）
３次元空間における円錐Ｃｉが、ｍ個の円錐すべてに共通して、円錐頂点ａｉ∈Ｒ３、中心軸ｈ∈Ｒ３、および軸と生成線との間の角度δによって定義される。ベクトルｈは、重力ベクトルと整列した単位ベクトルである。円錐Ｃｉの式は、
【００９２】
【数２０】
0006283152.tif 000021
の形式を取る。α＝ｃｏｓδとする。次に、ベクトルｈが単位ベクトルであることを考慮し、以下の式に到達する。
【００９３】
【数２１】
0006283152.tif 000022
点ｘ∈Ｒ３は、式（Ａ１１）を満たす場合、または満たす場合にのみ、円錐Ｃｉの表面に属する。円錐の交差を決定する問題は、
【００９４】
【数２２】
0006283152.tif 000023
を伴う問題（Ａ６）の解となる。次に、問題は、問題（Ａ５）および（Ａ７）となり、この結果上述された任意の方法１）−４）によって解かれ得る。例えばニュートン法を適用するために、勾配行列（Ａ８）およびヘッセ行列（Ａ９）をそれぞれ算定する必要がある。記述を完了するために、（Ａ８）および（Ａ９）の算定に必要とされる
【００９５】
【数２３】
0006283152.tif 000024
に対する式を導く。
【００９６】
【数２４】
0006283152.tif 000025
【符号の説明】
【００９７】
１１０  ＧＮＳＳアンテナ
１２０  「測定」ボタン
１３０  ディスプレイ
１４０  カメラ
１５０  距離センサ
【図１】
0006283152.tif 000026
【図２Ａ】
0006283152.tif 000027
【図２Ｂ】
0006283152.tif 000028
【図２Ｃ】
0006283152.tif 000029
【図３】
0006283152.tif 000030
【図４】
0006283152.tif 000031
【図５】
0006283152.tif 000032
【図６Ａ】
0006283152.tif 000033
【図６Ｂ】
0006283152.tif 000034
【図７】
0006283152.tif 000035
【図８Ａ】
0006283152.tif 000036
【図８Ｂ】
0006283152.tif 000037
【図９】
0006283152.tif 000038