(57)【要約】      （修正有）【課題】いわゆるＧＰＳ（人工衛星からの測位用信号を用いてその受信点の位置を測定する全地球測位システム）信号受信用のアンテナ装置であって、正確で簡単な位置出し作業を可能とするもの、及び該ＧＰＳアンテナ装置を利用する測位方法を提供する。【解決手段】ＧＰＳ衛星信号を受信可能なアンテナ部を有するＧＰＳアンテナ装置において、同一方向から入射された測位用光線を、逆向きに戻すように形成した一対の光反射器34,34を、上記アンテナ部に対して一定位置に静止可能に設けた。【選択図】  図１
2005003512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＳＰ衛星信号を受信可能なアンテナ部を有するＧＳＰアンテナ装置であって、
同一方向から入射された測位用光線を、逆向きに戻すように形成した一対の光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１に対して一定位置に静止可能に設けたことを特徴とするＧＳＰアンテナ装置。
【請求項２】
上記両光反射器３４，３４内の各反射中心Ｒ１，  Ｒ２を結ぶ線分の中点が、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐに一致するように設けたことを特徴とする、請求項１記載のＧＳＰアンテナ装置。
【請求項３】
上記両光反射器３４，３４の各反射中心Ｒ１，  Ｒ２の高さと、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐの高さとが同じとなるように設けたことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のＧＳＰアンテナ装置。
【請求項４】
上記両光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを回動自在に設けたことを特徴とする、請求項１、請求項２、又は請求項３に記載のＧＳＰアンテナ装置。
測位点に存する測位装置
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載のＧＳＰアンテナ装置１を用いて、測位点Ｃに存する測位装置４１の位置を測定する方法であって、
ＧＳＰ衛星からの信号を利用して、不動点に設置されたＧＳＰアンテナ装置１のアンテナ部２１の位相中心Ｐの絶対座標を決定する段階と、
上記測位装置４１からＧＳＰアンテナ装置１の両光反射器３４，３４へ測位用光線を投射し、これら両光反射器から測位装置４１へ戻った各反射光を解析して、光反射器３４，３４の各反射中心Ｒ１，Ｒ２に対する位相中心Ｐの相対位置を算出することで、該位相中心Ｐに対する測位点Ｃの相対座標を決定する段階と、
アンテナ部２１の位相中心Ｐの絶対座標と、該位相中心を基準とする測位点Ｃの相対座標とから、該測位点の絶対座標を決定する段階と、
を含むことを特徴とする、ＧＳＰアンテナ装置を利用した測位方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法により決定された測位装置４１の位置を新たな基準点として、該測位装置から周囲の計測点Ｄへ測位用光線を投射し、該地点から測位装置４１へ戻る反射光を解析して、該計測点Ｄの位置を測定することを特徴とする、ＧＳＰアンテナ装置を用いた測位方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、いわゆるＧＰＳ（人工衛星からの測位用信号を用いてその受信点の位置を測定する全地球測位システム）信号受信用のアンテナ装置、及び該アンテナ装置を利用した測位方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＳＰを利用した建築基準点などの測位方法として、本出願人は、先に２つの測定点にそれぞれＧＳＰアンテナを設置し、両点の相対位置を測るＲＴＫ測位と、各点の絶対位置を測るＳＴＡＴＩＣ測位とを併用して適当な時間内でのｍｍ単位の精密測定を可能とする測位システムの発明を出願した（特許文献１）。
【０００３】
もっともこのシステムはアンテナの位相中心の座標を精密に測るものであり、該位相中心の座標から測定点座標を精密に導くための工夫は別途必要となる。
【０００４】
従来のアンテナ装置は、図６の如く三脚１０１上に整準台１０２を介してアンテナ部１０３を載置した構成として（特許文献の図２参照）、その位相中心を地表の測定点Ｓの真上に位置合わせして使用するものであり、該測定点から整準台までの距離Ｈはスケールなどで測っていた（整準台から位相中心までの距離ｈは予め測定しておく）。
【０００５】
これに対して、測定点座標の垂直方向の測定誤差を低減するために、上記アンテナ装置において、整準台と同じ高さに設けた測距器又は測角器を用いて、測定点からの整準台の高さを光学的に測るもの（特許文献２及び特許文献３）、及び、測定点座標の水平方向の誤差を低減するため、三脚上部から側外方へ突出した旋回アームにＧＳＰアンテナを摺動自在に設け、該アンテナ下面側から地面へ位置出し用光線を鉛直に投射するもの（特許文献４）も知られている。
【０００６】
他方、特許文献１のシステムによれば建築基準点などの精密測位を迅速に行うことが可能となるが、その測位に続けて基準点の周りの点の位置出し作業を効率良く行うことが出来れば、更に有利である。この点に関して、ＧＳＰアンテナと、測距儀及び測角儀の機能を備えた電子測位装置（いわゆるトータルステーション）とを一体化したものも提案されている（特許文献５）。
【０００７】
【特許文献１】特願２００３−５３８３８号
【特許文献２】特開平１０−２７４５２８号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０２５８号公報
【特許文献４】特開平１１−１９０６３２号公報
【特許文献５】特許第２８７４７７６号公報
【特許文献６】特開平４−４６３６６号公報
【０００８】
【発明の解決しようとする課題】
ＧＳＰ測量は、従来、要求精度が数ｃｍである造成工事などを中心に発展したから、又高精度の測定方式でも数ｃｍ程度のデータのバラツキがあったから、アンテナ位相中心のｍｍ単位での位置出しの重要性は認識されていなかった。
【０００９】
例えば特許文献１中の従来のＧＳＰアンテナ装置では、周囲の障害物を避けるためにアンテナ高さを２ｍ以上とすることが望ましいため、水準器などを用いて整準台の水平を確保しようとしても、測定点とＧＳＰアンテナの位相中心との間にある程度の水平誤差を生じ、又、整準台の高さをスケールで測るとスケールの傾斜などによりその測定値が実際の高さより大となる虞があった。
【００１０】
又、特許文献２及び特許文献３の如く測距器乃至測角器により整準台の高さを光学的に測定するものでは水平方向の誤差を改善できず、又上記測距器を測定点の真上である整準台中央に設置するときには、整準台の構造が複雑となる。
【００１１】
又、特許文献４の如くＧＳＰアンテナの下面側から位置出し光線を下方へ投射するものでは、垂直方向の誤差を改善できず、又、位置出しをすることのできる範囲は旋回アームの長さの範囲であるので、多点の位置出しを行う場合にＧＳＰの盛り替えが頻発して、位置出し作業の効率性が低下する。
【００１２】
他方、特許文献５の如くＧＳＰアンテナと電子測位装置とを一体化した場合には、アンテナ装置の重量が大となり、移動、盛替え時の負担が大きい。
【００１３】
そこで本発明は、ＧＳＰアンテナ装置に付設した光反射器に対して、測位点に配置された測位装置から位置出し用光線を投射し、その反射光を解析することで、ＧＳＰアンテナ装置の位置から測位点の位置を逆算するように設け、もって正確で簡単な位置出し作業を可能とするＧＳＰアンテナ装置及び該ＧＳＰアンテナ装置を利用する測位方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、ＧＳＰ衛星信号を受信可能なアンテナ部を有するＧＳＰアンテナ装置であって、
同一方向から入射された測位用光線を、逆向きに戻すように形成した一対の光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１に対して一定位置に静止可能に設けている。
【００１５】
第２の手段は、上記第１の手段を有し、かつ上記両光反射器３４，３４内の各反射中心Ｒ１，  Ｒ２を結ぶ線分の中点が、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐに一致するように設けている。
【００１６】
第３の手段は、上記第１の手段又は第２の手段を有し、かつ、上記両光反射器３４，３４の各反射中心Ｒ１，  Ｒ２の高さと、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐの高さとが同じとなるように設けている。
【００１７】
第４の手段は、上記第１の手段、第２の手段、又は第３の手段を有し、かつ  両光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを回動自在に設けている。
【００１８】
第５の手段は、上記第１の手段乃至第４の手段の何れかに記載のＧＳＰアンテナ装置１を用いて、測位点Ｃに存する測位装置４１の位置を測定する方法であって、
ＧＳＰ衛星からの信号を利用して、不動点に設置されたＧＳＰアンテナ装置１のアンテナ部２１の位相中心Ｐの絶対座標を決定する段階と、
上記測位装置４１からＧＳＰアンテナ装置１の両光反射器３４，３４へ測位用光線を投射し、これら両光反射器から測位装置４１へ戻った各反射光を解析して、光反射器３４，３４の各反射中心Ｒ１，Ｒ２に対する位相中心Ｐの相対位置を算出することで、該位相中心Ｐに対する測位点Ｃの相対座標を決定する段階と、
アンテナ部２１の位相中心Ｐの絶対座標と、該位相中心を基準とする測位点Ｃの相対座標とから、該測位点の絶対座標を決定する段階と、を含む。
【００１９】
第６の手段は、上記第５の手段により決定された測位装置４１の位置を新たな基準点として、該測位装置から周囲の計測点Ｄへ測位用光線を投射し、該地点から測位装置４１へ戻る反射光を解析して、該計測点Ｄの位置を測定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１から図４は、本発明の第１の実施形態に係るＧＳＰアンテナ装置及び該ＧＳＰアンテナ装置を用いた測位システムを示している。
【００２１】
該測位システムは、不動点である測定基準スポットＡ，Ｂに設置された２つのＧＳＰアンテナ装置１、１と、測位点Ｃに存する測位装置４１とからなる。
【００２２】
各ＧＳＰアンテナ装置１は、図２に示すように、三脚２と、整準台６と、アンテナ部２１と、光反射部材３１とで構成されている。
【００２３】
まず、このＧＳＰアンテナ装置の構成のうち従来公知の部分を説明する。
【００２４】
三脚２は、脚台３と脚部４…とからなる。
【００２５】
整準台６は、上下一対の基板８，７の間に整準ネジ９…を介在させるとともに上側基板８の上面に水準器１０を付設している。
【００２６】
アンテナ部２１は、アンテナ基板２３を上面に付設した装着台２２と、該装着台の上面を覆うカバー２４とで構成されている。上記アンテナ基板２３の中心は、ＧＳＰ測位による観測点である位相中心Ｐである。
【００２７】
本発明においては、上記整準台６とアンテナ部２１との間に光反射部材３１を設ける。光反射部材３１は、回動台２２と、一対の支持腕３３、３３と、一対の光反射器３４，３４とで構成されている。
【００２８】
回動台３２は、筒形状のもので、上記位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを、上記整準台６及びアンテナ部２１に対して順逆何れの方向にも回動可能に設けている。具体的には、図４に示すように回動台３２の底面及び頂面の各中心に係合凹部３６及び係合凸部３７を形成し、係合凹部２６を、上記整準台６上面に付設した対応凸部１１に対して、又、係合凸部３７を、上記アンテナ部２１下面に穿設した対応凹部２５に対して、それぞれ回動自在に嵌め合わせている。尚、回動台３２の一部には、測定時間中回動台３２の回動を規制して光反射器３４，３４の静止状態を維持する回動規制手段（図示せず）を設けると良い。
【００２９】
上記回動台３２の左右両側部からは、それぞれ支持腕３３，３３を介して一対の光反射器３４，３４が突出されている。
【００３０】
これら光反射器３４，３４は、上記位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌに対して左右線対称に配置され、その受光面３５を同一の方向（図示例では前方向）に向けて設けられている。これら光反射器は、入射光をその入射方向と平行で逆向きに戻す機能を有する反射プリズム、特にコーナーキューブであることが望ましいが、反射鏡などであっても良い。図示例では簡単のため光反射器を平面反射鏡として描いている。両光反射器３４，３４は、それぞれの反射中心Ｒ１，  Ｒ２を結ぶ線分の中点とアンテナ部の位相中心Ｐとが一致するように配置するものとし、又、図示例では、各光反射器３４，３４がＧＳＰ衛星からの信号を遮断しないようにアンテナ部の位相中心Ｐと同じ高さに配置している。もっとも、線分Ｒ１Ｒ２が水平線に対して１５度程度傾いていても、ＧＳＰ衛星からの信号に支障はない。尚、この明細書で「反射中心」とは、測距の対象物の表面上の一点であって、その点との距離が測定器と対象物との距離となるものをいい、平面反射鏡にあっては反射点、コーナーキューブにあってはそのコーナーの表面で形成する三角錐の頂点が該当する。
【００３１】
測位装置４１は、測距儀と測角儀との機能を兼備した公知の光学的測量手段、例えばトータルステーションであり、測位用光線の投光部と反射光の受光部とを兼ねる測定部４２を有する。本実施形態では、該測定部４２の座標が測位点Ｃの位置となる。
【００３２】
又、上記測位装置４１は、反射光を解析して測位点Ｃの座標を算出するためのコンピュータを内蔵することが望ましい。該コンピュータには、上記アンテナ装置１の反射中心Ｒ１，  Ｒ２の各三次元座標から位相中心の三次元座標を求める演算式（本実施形態の場合にあっては２つの反射中心の座標の相加平均を求める式）を予めコンピュータに記録させる。尚、このコンピュータは、測定装置４１の外部に設置することもできる。
【００３３】
上記構成において、測位作業を行うときには次の手順で行う。
【００３４】
まず、予め、ＧＳＰ測位によりＧＳＰアンテナ装置１，１の位相中心Ｐの座標を正確に測定する。この測定では別に設定した座標既知の点（図示せず）を基準とする。
【００３５】
次に一つのＧＳＰアンテナ装置１について、該ＧＳＰアンテナ装置上のターゲットを測位装置に正対させる。そのためには、図示例の場合、光反射部材３１を回動して光反射器３４，３４を測位装置４１の方に向けるようにすれば良い。
【００３６】
そして、該測位装置の測定部４２から光反射器３４，３４へ測位用光線を投射し、各光反射器からの反射光を上記測定部４２で受光するとともに解析して、各光反射器３４の反射中心Ｒ１，  Ｒ２の座標を測定し、かつこれら反射中心の座標の中点としてＧＳＰアンテナの位相中心Ｐの座標（測位点Ｃを基準とする座標）を計測する。
【００３７】
他方のＧＳＰアンテナ装置１についても同様の操作を行い、その位相中心Ｐの相対的座標を求める。
【００３８】
上記二つの位相中心の相対的座標と、ＧＳＰ測位により測定した両位相中心の絶対座標とから、測位点Ｃの絶対座標を計算する。この計算も上記コンピュータで行うことができる。
【００３９】
測位点Ｃである測定部４２の位置が判れば、周辺の地表上の座標未知の計測点Ｄなどにプリズムをおいて、上記測位点を新たな基準点として、通常の測位装置４１の用法によりその計測点Ｄの位置を決定することができる。もちろん、最初から測位しようとする地点に測位装置４１を設置し、その地点と測定装置の測定部４２との高低差から当該地点の位置を求めることもできる。
【００４０】
又、上記計測点Ｄと同様に、おおよその位置が分っている計測点Ｅの座標を、より精度良く求めることもできる（特許文献６参照）。
【００４１】
尚、図示の方法では二つのアンテナ装置を使用したが、予め座標既知の点があれば、この既知点と一つのＧＳＰアンテナ装置１の位相中心とを基準として計測点Ｃの座標を決定しても良い。
【００４２】
図５は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置であり、両光反射器３４，３４の反射中心Ｒ１，Ｒ２を結ぶ線分の中点Ｍが、位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌ上であって該位相中心と異なる高さに位置するように設けたものである。それ以外の構成については、第１実施形態のシステムにおけるアンテナ装置と同じであるため説明を省略する。
【００４３】
この場合には、上記中点Ｍと位相中心Ｐとの高低差Δｈを予め測定しておき、第１実施形態で説明した方法で上記中点Ｍの位置座標を求めたのち、そのｚ座標に上記Δｈを加算して位相中心Ｐの座標を算出すれば良い。この計算は、測位装置４１のコンピュータで行うことができる。
【００４４】
この実施形態から理解されるように、上記中点Ｍと位相中心Ｐとが一致しなくとも、光反射器の反射中心Ｒ１，Ｒ２と位相中心Ｐとの間に一定の位置関係があり、この位置関係に基づいて２つの反射中心の座標から位相中心の座標を求める演算式を上記コンピュータに記録させておれば、第１実施形態とほぼ同様に測位を行うことができる。一定の位置関係がある場合とは、既に例示したものの他に、例えば線分Ｒ１Ｒ２を一定の割合で内分する定点を、位相中心Ｐに一致させる場合などが考えられる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記構成のものであり、請求項１の発明によれば次の効果を奏する。○測位用光線を受光して逆向きに戻す一対の光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１に対して一定位置に静止可能に設置したから、該静止状態で測定した両光反射器３４，３４の位置から上記アンテナ部２１の位相中心Ｐの位置を決定することができ、位相中心の高さをスケールで測定する場合に比べて精密な測定を可能とする。○ＧＳＰアンテナ装置１は、測位用光線の光源である測位装置（トータルステーションなど）と別体であるから、該測位装置と一体としたものに比べて重量が小となり、移動、盛替えなどの際に使い勝手が良い。
【００４６】
請求項２の発明によれば、上記両光反射器３４，３４内の各反射中心Ｒ１，  Ｒ２を結ぶ線分の中点が、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐに一致するように設けたから、各反射中心の座標から位相中心の座標を求める計算が単純となり、誤差の入る余地が少ないので、正確な測定が可能となる。
【００４７】
請求項３の発明によれば、上記両光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐと同じ高さに設けたから、上記光反射器３４がＧＳＰ衛星からの信号を遮断することがない。
【００４８】
請求項４の発明によれば、上記両光反射器３４，３４を、上記アンテナ部２１の位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを回動自在に設けたから、複数の測位点の位置を測定する際に光反射器３４…の向きを変えるだけで、複数の測位点の測定が可能となり、測定の度にＧＳＰアンテナ装置全体の向きを変える必要がないので使い勝手が良い。
【００４９】
請求項５の発明は、請求項１のＧＳＰアンテナ装置を使用した測位方法であり、次の効果を奏する。
○ＧＳＰにより測位されるＧＳＰアンテナの位相中心Ｐを基準として、該位相中心と光反射器３４，３４と測位装置４１との位置関係から測位点に存する測位装置の位置出しをするから、地表上の測定点を基準とする既述方法の如く地表の測定点と位相中心との水平誤差が測定誤差として現れることがなく、その測定点に対して位相中心を位置決めする必要もないから、作業が非常に簡単となる。
○測位装置の位置出しは、測位用光線を用いて光反射器３４，３４の各反射中心Ｒ１，Ｒ２の位置を検出し、これら反射中心に対する位相中心Ｐの相対位置を算出することで、該位相中心Ｐに対する計測点Ｃの相対座標を決定するから、水平方向の測定誤差及び垂直方向の測定誤差をそれぞれ著しく低減することができる。
○ＧＳＰアンテナ装置を複数使用してＧＳＰ測位を行う場合において、上記の通り各ＧＳＰアンテナ装置ごとにトータルステーションのような比較的高価な機械を必要とすることがないので経済的である。
【００５０】
請求項６の発明によれば、測位装置の位置を新たな基準点として、多数の測定点の位置を容易かつ簡易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態に係るＧＳＰアンテナ装置を用いた測位システムの概念図である。
【図２】図１の測位システムに係るＧＳＰアンテナ装置の正面図である。
【図３】図２のＧＳＰアンテナ装置の平面図である。
【図４】図２のＧＳＰアンテナ装置の分解状態を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施形態に係るＧＳＰアンテナ装置の正面図
ある。
【図６】従来のアンテナ装置の正面図である。
【符号の説明】
１…ＧＳＰアンテナ装置  ２…三脚  ３…脚台  ４…脚部
６…整準台  ７…下側基板  ８…上側基板  ９…整準ネジ  １０…水準器
１１…対応凸部  ２１…アンテナ部  ２２…装着台  ２３…アンテナ基板
２４…アンテナカバー  ２５…対応凹部
３１…光反射部材  ３２…回動台  ３３…支持腕  ３４…光反射器  ３５…受光面
３６…係合凹部  ３７…係合凸部  ４１…測位装置  ４２…測定部
Ｐ…位相中心  Ｒ１，  Ｒ２…反射中心  Ａ、Ｂ…不動点  Ｃ…測位点
Ｄ、Ｅ…計測点  Ｍ…中点  Ｌ…鉛直線
【図１】
2005003512.tif 000003
【図２】
2005003512.tif 000004
【図３】
2005003512.tif 000005
【図４】
2005003512.tif 000006
【図５】
2005003512.tif 000007
【図６】
2005003512.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月31日(2003.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】ＧＰＳ衛星信号を受信可能なアンテナ部を有するＧＰＳアンテナ装置であって、
同一方向から入射された測位用光線を、逆向きに戻すように形成した一対の光反射器34,34を、上記アンテナ部21に対して一定位置に静止可能に設けたことを特徴とするＧＰＳアンテナ装置。
【請求項２】上記両光反射器34,34内の各反射中心Ｒ1, Ｒ2を結ぶ線分の中点が、上記アンテナ部21の位相中心Ｐに一致するように設けたことを特徴とする、請求項１記載のＧＰＳアンテナ装置。
【請求項３】上記両光反射器34,34の各反射中心Ｒ1, Ｒ2の高さと、上記アンテナ部21の位相中心Ｐの高さとが同じとなるように設けたことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のＧＰＳアンテナ装置。
【請求項４】上記両光反射器34,34を、上記アンテナ部21の位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを回動自在に設けたことを特徴とする、請求項１、請求項２、又は請求項３に記載のＧＰＳアンテナ装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４の何れかに記載のＧＰＳアンテナ装置１を用いて、測位点Ｃに存する測位装置41の位置を測定する方法であって、
ＧＰＳ衛星からの信号を利用して、不動点に設置されたＧＰＳアンテナ装置１のアンテナ部21の位相中心Ｐの絶対座標を決定する段階と、
上記測位装置41からＧＰＳアンテナ装置１の両光反射器34,34へ測位用光線を投射し、これら両光反射器から測位装置41へ戻った各反射光を解析して、光反射器34,34の各反射中心Ｒ1,Ｒ2に対する位相中心Ｐの相対位置を算出することで、該位相中心Ｐに対する測位点Ｃの相対座標を決定する段階と、
アンテナ部21の位相中心Ｐの絶対座標と、該位相中心を基準とする測位点Ｃの相対座標とから、該測位点の絶対座標を決定する段階と、
を含むことを特徴とする、ＧＰＳアンテナ装置を利用した測位方法。
【請求項６】請求項５記載の方法により決定された測位装置41の位置を新たな基準点として、該測位装置から周囲の計測点Ｄへ測位用光線を投射し、該地点から測位装置41へ戻る反射光を解析して、該計測点Ｄの位置を測定することを特徴とする、ＧＰＳアンテナ装置を用いた測位方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
本発明は、いわゆるＧＰＳ（人工衛星からの測位用信号を用いてその受信点の位置を測定する全地球測位システム）信号受信用のアンテナ装置、及び該アンテナ装置を利用した測位方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳを利用した建築基準点などの測位方法として、本出願人は、先に２つの測定点にそれぞれＧＰＳアンテナを設置し、両点の相対位置を測るＲＴＫ測位と、各点の絶対位置を測るＳＴＡＴＩＣ測位とを併用して適当な時間内でのmm単位の精密測定を可能とする測位システムの発明を出願した（特許文献１）。
【０００３】
もっともこのシステムはアンテナの位相中心の座標を精密に測るものであり、該位相中心の座標から測定点座標を精密に導くための工夫は別途必要となる。
【０００４】
従来のアンテナ装置は、図６の如く三脚101上に整準台102を介してアンテナ部103を載置した構成として（特許文献の図２参照）、その位相中心を地表の測定点Ｓの真上に位置合わせして使用するものであり、該測定点から整準台までの距離Ｈはスケールなどで測っていた（整準台から位相中心までの距離ｈは予め測定しておく）。
【０００５】
これに対して、測定点座標の垂直方向の測定誤差を低減するために、上記アンテナ装置において、整準台と同じ高さに設けた測距器又は測角器を用いて、測定点からの整準台の高さを光学的に測るもの（特許文献２及び特許文献３）、及び、測定点座標の水平方向の誤差を低減するため、三脚上部から側外方へ突出した旋回アームにＧＰＳアンテナを摺動自在に設け、該アンテナ下面側から地面へ位置出し用光線を鉛直に投射するもの（特許文献４）も知られている。
【０００６】
他方、特許文献１のシステムによれば建築基準点などの精密測位を迅速に行うことが可能となるが、その測位に続けて基準点の周りの点の位置出し作業を効率良く行うことが出来れば、更に有利である。この点に関して、ＧＰＳアンテナと、測距儀及び測角儀の機能を備えた電子測位装置（いわゆるトータルステーション）とを一体化したものも提案されている（特許文献５）。
【０００７】
【特許文献１】特願２００３−５３８３８号
【特許文献２】特開平１０−２７４５２８号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０２５８号公報
【特許文献４】特開平１１−１９０６３２号公報
【特許文献５】特許第２８７４７７６号公報
【特許文献６】特開平４−４６３６６号公報
【０００８】
【発明の解決しようとする課題】
ＧＰＳ測量は、従来、要求精度が数cmである造成工事などを中心に発展したから、又高精度の測定方式でも数cm程度のデータのバラツキがあったから、アンテナ位相中心のmm単位での位置出しの重要性は認識されていなかった。
【０００９】
例えば特許文献１中の従来のＧＰＳアンテナ装置では、周囲の障害物を避けるためにアンテナ高さを２ｍ以上とすることが望ましいため、水準器などを用いて整準台の水平を確保しようとしても、測定点とＧＰＳアンテナの位相中心との間にある程度の水平誤差を生じ、又、整準台の高さをスケールで測るとスケールの傾斜などによりその測定値が実際の高さより大となる虞があった。
【００１０】
又、特許文献２及び特許文献３の如く測距器乃至測角器により整準台の高さを光学的に測定するものでは水平方向の誤差を改善できず、又上記測距器を測定点の真上である整準台中央に設置するときには、整準台の構造が複雑となる。
【００１１】
又、特許文献４の如くＧＰＳアンテナの下面側から位置出し光線を下方へ投射するものでは、垂直方向の誤差を改善できず、又、位置出しをすることのできる範囲は旋回アームの長さの範囲であるので、多点の位置出しを行う場合にＧＰＳの盛り替えが頻発して、位置出し作業の効率性が低下する。
【００１２】
他方、特許文献５の如くＧＰＳアンテナと電子測位装置とを一体化した場合には、アンテナ装置の重量が大となり、移動、盛替え時の負担が大きい。
【００１３】
そこで本発明は、ＧＰＳアンテナ装置に付設した光反射器に対して、測位点に配置された測位装置から位置出し用光線を投射し、その反射光を解析することで、ＧＰＳアンテナ装置の位置から測位点の位置を逆算するように設け、もって正確で簡単な位置出し作業を可能とするＧＰＳアンテナ装置及び該ＧＰＳアンテナ装置を利用する測位方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、ＧＰＳ衛星信号を受信可能なアンテナ部を有するＧＰＳアンテナ装置であって、
同一方向から入射された測位用光線を、逆向きに戻すように形成した一対の光反射器34,34を、上記アンテナ部21に対して一定位置に静止可能に設けている。
【００１５】
第２の手段は、上記第1の手段を有し、かつ上記両光反射器34,34内の各反射中心Ｒ1, Ｒ2を結ぶ線分の中点が、上記アンテナ部21の位相中心Ｐに一致するように設けている。
【００１６】
第３の手段は、上記第1の手段又は第2の手段を有し、かつ、上記両光反射器34,34の各反射中心Ｒ1, Ｒ2の高さと、上記アンテナ部21の位相中心Ｐの高さとが同じとなるように設けている。
【００１７】
第４の手段は、上記第１の手段、第２の手段、又は第３の手段を有し、かつ  両光反射器34,34を、上記アンテナ部21の位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを回動自在に設けている。
【００１８】
第５の手段は、上記第1の手段乃至第４の手段の何れかに記載のＧＰＳアンテナ装置１を用いて、測位点Ｃに存する測位装置41の位置を測定する方法であって、
ＧＰＳ衛星からの信号を利用して、不動点に設置されたＧＰＳアンテナ装置１のアンテナ部21の位相中心Ｐの絶対座標を決定する段階と、
上記測位装置41からＧＰＳアンテナ装置１の両光反射器34,34へ測位用光線を投射し、これら両光反射器から測位装置41へ戻った各反射光を解析して、光反射器34,34の各反射中心Ｒ1,Ｒ2に対する位相中心Ｐの相対位置を算出することで、該位相中心Ｐに対する測位点Ｃの相対座標を決定する段階と、
アンテナ部21の位相中心Ｐの絶対座標と、該位相中心を基準とする測位点Ｃの相対座標とから、該測位点の絶対座標を決定する段階と、を含む。
【００１９】
第６の手段は、上記第５の手段により決定された測位装置41の位置を新たな基準点として、該測位装置から周囲の計測点Ｄへ測位用光線を投射し、該地点から測位装置41へ戻る反射光を解析して、該計測点Ｄの位置を測定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１から図４は、本発明の第１の実施形態に係るＧＰＳアンテナ装置及び該ＧＰＳアンテナ装置を用いた測位システムを示している。
【００２１】
該測位システムは、不動点である測定基準スポットＡ，Ｂに設置された２つのＧＰＳアンテナ装置１、１と、測位点Ｃに存する測位装置41とからなる。
【００２２】
各ＧＰＳアンテナ装置１は、図２に示すように、三脚２と、整準台６と、アンテナ部21と、光反射部材31とで構成されている。
【００２３】
まず、このＧＰＳアンテナ装置の構成のうち従来公知の部分を説明する。
【００２４】
三脚２は、脚台３と脚部４…とからなる。
【００２５】
整準台６は、上下一対の基板８，７の間に整準ネジ９…を介在させるとともに上側基板８の上面に水準器10を付設している。
【００２６】
アンテナ部21は、アンテナ基板23を上面に付設した装着台22と、該装着台の上面を覆うカバー24とで構成されている。上記アンテナ基板23の中心は、ＧＰＳ測位による観測点である位相中心Ｐである。
【００２７】
本発明においては、上記整準台６とアンテナ部21との間に光反射部材31を設ける。光反射部材31は、回動台22と、一対の支持腕33、33と、一対の光反射器34,34とで構成されている。
【００２８】
回動台32は、筒形状のもので、上記位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを、上記整準台６及びアンテナ部21に対して順逆何れの方向にも回動可能に設けている。具体的には、図４に示すように回動台32の底面及び頂面の各中心に係合凹部36及び係合凸部37を形成し、係合凹部26を、上記整準台６上面に付設した対応凸部11に対して、又、係合凸部37を、上記アンテナ部21下面に穿設した対応凹部25に対して、それぞれ回動自在に嵌め合わせている。尚、回動台32の一部には、測定時間中回動台32の回動を規制して光反射器34,34の静止状態を維持する回動規制手段（図示せず）を設けると良い。
【００２９】
上記回動台32の左右両側部からは、それぞれ支持腕33,33を介して一対の光反射器34,34が突出されている。
【００３０】
これら光反射器34,34は、上記位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌに対して左右線対称に配置され、その受光面35を同一の方向（図示例では前方向）に向けて設けられている。これら光反射器は、入射光をその入射方向と平行で逆向きに戻す機能を有する反射プリズム、特にコーナーキューブであることが望ましいが、反射鏡などであっても良い。図示例では簡単のため光反射器を平面反射鏡として描いている。両光反射器34,34は、それぞれの反射中心Ｒ1, Ｒ2を結ぶ線分の中点とアンテナ部の位相中心Pとが一致するように配置するものとし、又、図示例では、各光反射器34,34がＧＰＳ衛星からの信号を遮断しないようにアンテナ部の位相中心Ｐと同じ高さに配置している。もっとも、線分Ｒ1Ｒ2が水平線に対して15度程度傾いていても、ＧＰＳ衛星からの信号に支障はない。尚、この明細書で「反射中心」とは、測距の対象物の表面上の一点であって、その点との距離が測定器と対象物との距離となるものをいい、平面反射鏡にあっては反射点、コーナーキューブにあってはそのコーナーの表面で形成する三角錐の頂点が該当する。
【００３１】
測位装置41は、測距儀と測角儀との機能を兼備した公知の光学的測量手段、例えばトータルステーションであり、測位用光線の投光部と反射光の受光部とを兼ねる測定部42を有する。本実施形態では、該測定部42の座標が測位点Ｃの位置となる。
【００３２】
又、上記測位装置41は、反射光を解析して測位点Ｃの座標を算出するためのコンピュータを内蔵することが望ましい。該コンピュータには、上記アンテナ装置１の反射中心Ｒ1, Ｒ2の各三次元座標から位相中心の三次元座標を求める演算式（本実施形態の場合にあっては２つの反射中心の座標の相加平均を求める式）を予めコンピュータに記録させる。尚、このコンピュータは、測定装置41の外部に設置することもできる。
【００３３】
上記構成において、測位作業を行うときには次の手順で行う。
【００３４】
まず、予め、ＧＰＳ測位によりＧＰＳアンテナ装置1,1の位相中心Ｐの座標を正確に測定する。この測定では別に設定した座標既知の点（図示せず）を基準とする。
【００３５】
次に一つのＧＰＳアンテナ装置１について、該ＧＰＳアンテナ装置上のターゲットを測位装置に正対させる。そのためには、図示例の場合、光反射部材31を回動して光反射器34,34を測位装置41の方に向けるようにすれば良い。
【００３６】
そして、該測位装置の測定部42から光反射器34,34へ測位用光線を投射し、各光反射器からの反射光を上記測定部42で受光するとともに解析して、各光反射器34の反射中心Ｒ1, Ｒ2の座標を測定し、かつこれら反射中心の座標の中点としてＧＰＳアンテナの位相中心Ｐの座標（測位点Ｃを基準とする座標）を計測する。
【００３７】
他方のＧＰＳアンテナ装置１についても同様の操作を行い、その位相中心Ｐの相対的座標を求める。
【００３８】
上記二つの位相中心の相対的座標と、ＧＰＳ測位により測定した両位相中心の絶対座標とから、測位点Ｃの絶対座標を計算する。この計算も上記コンピュータで行うことができる。
【００３９】
測位点Ｃである測定部42の位置が判れば、周辺の地表上の座標未知の計測点Ｄなどにプリズムをおいて、上記測位点を新たな基準点として、通常の測位装置41の用法によりその計測点Ｄの位置を決定することができる。もちろん、最初から測位しようとする地点に測位装置41を設置し、その地点と測定装置の測定部42との高低差から当該地点の位置を求めることもできる。
【００４０】
又、上記計測点Ｄと同様に、おおよその位置が分っている計測点Ｅの座標を、より精度良く求めることもできる（特許文献６参照）。
【００４１】
尚、図示の方法では二つのアンテナ装置を使用したが、予め座標既知の点があれば、この既知点と一つのＧＰＳアンテナ装置１の位相中心とを基準として計測点Ｃの座標を決定しても良い。
【００４２】
図５は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置であり、両光反射器34,34の反射中心Ｒ1，Ｒ2を結ぶ線分の中点Ｍが、位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌ上であって該位相中心と異なる高さに位置するように設けたものである。それ以外の構成については、第１実施形態のシステムにおけるアンテナ装置と同じであるため説明を省略する。
【００４３】
この場合には、上記中点Ｍと位相中心Ｐとの高低差Δｈを予め測定しておき、第１実施形態で説明した方法で上記中点Ｍの位置座標を求めたのち、そのｚ座標に上記Δｈを加算して位相中心Ｐの座標を算出すれば良い。この計算は、測位装置41のコンピュータで行うことができる。
【００４４】
この実施形態から理解されるように、上記中点Ｍと位相中心Ｐとが一致しなくとも、光反射器の反射中心Ｒ1，Ｒ2と位相中心Ｐとの間に一定の位置関係があり、この位置関係に基づいて２つの反射中心の座標から位相中心の座標を求める演算式を上記コンピュータに記録させておれば、第1実施形態とほぼ同様に測位を行うことができる。一定の位置関係がある場合とは、既に例示したものの他に、例えば線分Ｒ1Ｒ2を一定の割合で内分する定点を、位相中心Ｐに一致させる場合などが考えられる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記構成のものであり、請求項１の発明によれば次の効果を奏する。
○測位用光線を受光して逆向きに戻す一対の光反射器34,34を、上記アンテナ部21に対して一定位置に静止可能に設置したから、該静止状態で測定した両光反射器34,34の位置から上記アンテナ部21の位相中心Ｐの位置を決定することができ、位相中心の高さをスケールで測定する場合に比べて精密な測定を可能とする。
○ＧＰＳアンテナ装置１は、測位用光線の光源である測位装置（トータルステーションなど）と別体であるから、該測位装置と一体としたものに比べて重量が小となり、移動、盛替えなどの際に使い勝手が良い。
【００４６】
請求項２の発明によれば、上記両光反射器34,34内の各反射中心Ｒ1, Ｒ2を結ぶ線分の中点が、上記アンテナ部21の位相中心Ｐに一致するように設けたから、各反射中心の座標から位相中心の座標を求める計算が単純となり、誤差の入る余地が少ないので、正確な測定が可能となる。
【００４７】
請求項３の発明によれば、上記両光反射器34,34を、上記アンテナ部21の位相中心Ｐと同じ高さに設けたから、上記光反射器34がＧＰＳ衛星からの信号を遮断することがない。
【００４８】
請求項４の発明によれば、上記両光反射器34,34を、上記アンテナ部21の位相中心Ｐを通る鉛直線Ｌの周りを回動自在に設けたから、複数の測位点の位置を測定する際に光反射器34…の向きを変えるだけで、複数の測位点の測定が可能となり、測定の度にＧＰＳアンテナ装置全体の向きを変える必要がないので使い勝手が良い。
【００４９】
請求項５の発明は、請求項１のＧＰＳアンテナ装置を使用した測位方法であり、次の効果を奏する。
○ＧＰＳにより測位されるＧＰＳアンテナの位相中心Ｐを基準として、該位相中心と光反射器34,34と測位装置41との位置関係から測位点に存する測位装置の位置出しをするから、地表上の測定点を基準とする既述方法の如く地表の測定点と位相中心との水平誤差が測定誤差として現れることがなく、その測定点に対して位相中心を位置決めする必要もないから、作業が非常に簡単となる。
○測位装置の位置出しは、測位用光線を用いて光反射器34,34の各反射中心Ｒ1,Ｒ2の位置を検出し、これら反射中心に対する位相中心Ｐの相対位置を算出することで、該位相中心Ｐに対する計測点Ｃの相対座標を決定するから、水平方向の測定誤差及び垂直方向の測定誤差をそれぞれ著しく低減することができる。
○ＧＰＳアンテナ装置を複数使用してＧＰＳ測位を行う場合において、上記の通り各ＧＰＳアンテナ装置ごとにトータルステーションのような比較的高価な機械を必要とすることがないので経済的である。
【００５０】
請求項６の発明によれば、測位装置の位置を新たな基準点として、多数の測定点の位置を容易かつ簡易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態に係るＧＰＳアンテナ装置を用いた測位システムの概念図である。
【図２】図１の測位システムに係るＧＰＳアンテナ装置の正面図である。
【図３】図２のＧＰＳアンテナ装置の平面図である。
【図４】図２のＧＰＳアンテナ装置の分解状態を示す図である。
【図５】本発明に係る第２の実施形態に係るＧＰＳアンテナ装置の正面図
ある。
【図６】従来のアンテナ装置の正面図である。
【符号の説明】
１…ＧＰＳアンテナ装置  ２…三脚  ３…脚台  ４…脚部
６…整準台  ７…下側基板  ８…上側基板  ９…整準ネジ  10…水準器
11…対応凸部  21…アンテナ部  22…装着台  23…アンテナ基板
24…アンテナカバー  25…対応凹部
31…光反射部材  32…回動台  33…支持腕  34…光反射器  35…受光面
36…係合凹部  37…係合凸部  41…測位装置  42…測定部
Ｐ…位相中心  Ｒ1, Ｒ2…反射中心  Ａ、Ｂ…不動点  Ｃ…測位点
Ｄ、Ｅ…計測点  Ｍ…中点  Ｌ…鉛直線