(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストでシステム構築が可能で、かつ、測位精度も向上させる。【解決手段】ＧＰＳによる３次元位置の計測値を計測時刻とともに取得可能なローバー１と、３次元位置が既知の複数地点に設置されてＧＰＳ位置計測値を計測する基準点位置計測装置２と、ローバー１、および基準点位置計測装置２と交信可能なローバー位置演算装置３とを有し、ローバー位置演算装置３は、位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分を平面位置に対応させた差分空間内に複数の位置既知点から選択された３点の対応点を頂点とする差分三角形を生成し、次いで、ローバー１の計測値に基づく平面位置での差分三角形の内挿、または外挿値を計測値に対する誤差値としてローバー１の計測値を補正し、ローバー１に出力する。【選択図】図１
2013195083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳによる３次元位置の計測値を計測時刻とともに取得可能なローバーと、
３次元位置が既知の複数地点に設置されて該位置既知点のＧＰＳ位置計測値を計測する基準点位置計測装置と、
前記ローバー、および基準点位置計測装置と交信可能なローバー位置演算装置とを有し、
前記ローバー位置演算装置は、前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に前記複数の位置既知点から選択された３点の対応点を頂点とする差分三角形を生成し、
次いで、前記ローバーの計測値に基づく平面位置での差分三角形の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値としてローバーの計測値を補正し、ローバーに出力する位置計測システム。
【請求項２】
前記差分三角形は、誤差値が内挿値として求められる３点により形成される請求項１記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記ローバー位置演算装置は、差分三角形を複数生成した差分三角形の各々により得られた複数の誤差値に統計処理を施してローバーの計測値に対する補正値として使用する請求項１または２記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記基準点位置計測装置は、単独測位ＧＰＳにより形成される請求項１、２または３記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記ローバー、および位置既知点における計測が複数の計測タイミングにより実行される請求項１、２または３記載の位置計測システム。
【請求項６】
ＧＰＳによる自位置計測可能なローバー、およびローバーの周辺の複数の三次元位置既知点に設置される基準点位置計測装置と交信可能で、
前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に各位置既知点の対応点を配置した後、各対応点から選択された３点を頂点とする差分三角形を生成し、
次いで、前記ローバーの計測値に基づく平面位置での差分三角形の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値としてローバーの計測値を補正し、ローバーに出力する位置計測装置。
【請求項７】
ローバーにおいて計測したＧＰＳによる３次元位置の計測値を前記ローバーの周辺に配置された３次元位置を既知の複数地点における計測値と真値との差分をもとに推定し、ローバーの計測値を補正してローバーに出力する位置計測装置であって、
前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に各位置既知点の対応点を配置した後、各対応点から選択された３点を頂点とする差分三角形を生成する差分三角形生成部と、
前記ローバーの計測値に基づく平面位置での差分三角形の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値として求める誤差算出部と、
を有する位置計測装置。
【請求項８】
ローバーにおいて計測したＧＰＳによる３次元位置の計測値を前記ローバーの周辺に配置された３次元位置を既知の複数地点における計測値と真値との差分をもとに推定し、ローバーの計測値を補正してローバーに出力する位置計測方法であって、
ローバーでのＧＰＳによる３次元位置計測値を計測時刻とともに取得する工程と、
３次元位置が既知の４カ所以上の位置既知点で計測した前記ローバーでの計測時刻における計測値を取得する工程と、
前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に各位置既知点の対応点を配置した後、各対応点から選択された３点を頂点とする差分三角形を生成する工程と、
前記ローバーの計測値に基づく平面位置での差分三角形の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値としてローバーの計測値を補正し、ローバーに出力する工程と、
を有する位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の携帯情報端末等に使用されるＧＰＳ位置計測の精度を高めるシステムとしては、特許文献１に記載されるような所謂Ａ-ＧＰＳ（Assisted Global Positioning System）が提案されている。  
【０００３】
このシステムにおいて、位置計測に必要なＧＰＳ衛星の正確な軌道データ（エフェメリスデータ）、およびＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号は随時携帯電話等の交信を中継する基地局において捕捉される。携帯電話からＧＰＳ計測要求があった場合、最寄りの基地局は、上記携帯電話からのＧＰＳ計測要求を受信し、該携帯電話で利用可能なＧＰＳ衛星を特定する識別信号、およびエフェメリスデータに加え、ＧＰＳ時刻の補正情報等をアシストデータとして携帯電話に出力する。
【０００４】
アシストデータを受信した携帯電話は、アシストデータに含まれるＧＰＳ衛星特定情報により特定されたＧＰＳ衛星からの信号と、アシストデータとを使用して測位計算を行う。アシストデータには、ＧＰＳ時刻の補正情報が含まれており、該補正情報を使用することにより、測位精度の向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３-４３１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来例において、基地局には高精度の計測装置を要するために、システム構築のコストが高くなってしまうという欠点がある。
【０００７】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、低コストでシステム構築が可能で、かつ、測位精度も向上させることのできる位置計測システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば上記目的は、
ＧＰＳによる３次元位置の計測値を計測時刻とともに取得可能なローバー１と、
３次元位置が既知の複数地点に設置されて該位置既知点のＧＰＳ位置計測値を計測する基準点位置計測装置２と、
前記ローバー１、および基準点位置計測装置２と交信可能なローバー位置演算装置３とを有し、  前記ローバー位置演算装置３は、前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に前記複数の位置既知点から選択された３点の対応点を頂点とする差分三角形４を生成し、
次いで、前記ローバー１の計測値に基づく平面位置での差分三角形４の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値としてローバー１の計測値を補正し、ローバー１に出力する位置計測システムを提供することにより達成される。
【０００９】
ＧＰＳによる計測値の誤差要素は、同一のＧＰＳ衛星を捕捉可能な狭域内において急激に変動することはなく、緩やかに変動するものと考えられ、平面位置（Ｐ）と評価要素の誤差値（δ）を対応させた（Ｐ，δ）空間内に生成される差分三角形４は、平面位置と誤差値との対応を示すものと考えられる。
【００１０】
なお、平面位置（Ｐ）は種々の座標系により定義可能であるが、理解を容易にするために、以後、本明細書では支障のない限り、（ｘ，ｙ，ｚ）３次元直交座標系における平面位置（ｘ，ｙ）として説明する。
【００１１】
したがって、位置既知点を利用した差分三角形４の内挿値、あるいは外挿値としてローバー１の計測値に基づいた平面位置（Ｐ）=（ｘ，ｙ）における誤差値を求めると、ローバー１単独での計測に伴う誤差を補正することが可能になり、計測精度を高めることができる。
【００１２】
また、位置既知点に取り付けられる基準点位置計測装置２はＧＰＳ計測値を直接出力するＧＰＳ装置で足り、エフェメリスデータ、あるいはＧＰＳ時刻の補正データ等のアシストデータを出力可能なものを使用する必要がないために、安価にシステムを構築することができる。
【００１３】
さらに、基準点位置計測装置２が安価であることから、設置箇所を容易に増加させることが可能となり、結果、ローバー１に比較的近接した差分三角形４を選択することが可能となるために、精度をより向上させることができる。
【００１４】
また、上記差分三角形４は、誤差値が内挿値として求められる３点により形成することができ、このように構成することにより計測精度を高めることができる。
【００１５】
さらに、ローバー位置演算装置３は、
複数生成した差分三角形４の各々により得られた複数の誤差値に統計処理を施してローバー１の計測値に対する補正値として使用することができる。
【００１６】
誤差値は、１個の差分三角形４から求めることが可能であるが、複数の差分三角形４から求めた値に統計処理を施して求めることもできる。１個の差分三角形４から誤差値を求める場合には、例えば、ローバー１の計測精度と少なくとも同等の計測精度を有する基準点位置計測装置２を選択して差分三角形４を生成することが望ましい。
【００１７】
また、複数の差分三角形４の誤差値に統計処理を施すように構成することにより、差分三角形４に固有な誤差要素、例えば、差分三角形４を構成する基準点位置計測装置２の誤差特性による影響を排除することができるために、計測精度をより高めること可能になる。
【００１８】
各基準点位置計測装置２には精度の低いＧＰＳ装置を使用することが可能であり、例えば、単独測位ＧＰＳ装置が使用できる。
【００１９】
さらに、以上においては、ローバー１での一回の計測値に基づいてローバー１の誤差値を推定する場合を示したが、ローバー１での複数回の計測値に対して統計処理を施して補正値を求めると、計測タイミングに起因する誤差要因に対する考慮が可能になる。
【００２０】
また、上記位置計測システムには、
ＧＰＳによる自位置計測可能なローバー１、およびローバー１の周辺の複数の三次元位置既知点に設置される基準点位置計測装置２と交信可能で、
前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に各位置既知点の対応点を配置した後、各対応点から選択された３点を頂点とする差分三角形４を生成し、
次いで、前記ローバー１の計測値に基づく平面位置での差分三角形４の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値としてローバー１の計測値を補正し、ローバー１に出力するローバー位置演算装置３、
または、
ローバー１において計測したＧＰＳによる３次元位置の計測値を前記ローバー１の周辺に配置された３次元位置が既知の複数地点における計測値と真値との差分をもとに推定し、ローバー１の計測値を補正してローバー１に出力するローバー位置演算装置３であって、
前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に各位置既知点の対応点を配置した後、各対応点から選択された３点を頂点とする差分三角形４を生成する差分三角形生成部５と、
前記ローバー１の計測値に基づく平面位置での差分三角形４の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値として求める誤差算出部６と、
を有するローバー位置演算装置３が使用できる。
【００２１】
さらに、ローバー１位置の計測は、
ローバー１において計測したＧＰＳによる３次元位置の計測値を前記ローバー１の周辺に配置された３次元位置が既知の複数地点における計測値と真値との差分をもとに推定し、ローバー１の計測値を補正してローバー１に出力するローバー１位置計測方法であって、
ローバー１でのＧＰＳによる３次元位置計測値を計測時刻とともに取得する工程と、
３次元位置が既知の４カ所以上の位置既知点で計測した前記ローバー１での計測時刻における計測値を取得する工程と、
前記位置既知点における計測要素の既知値と計測値との差分（δ）を平面位置（Ｐ）に対応させた（Ｐ，δ）差分空間内に各位置既知点の対応点を配置した後、各対応点から選択された３点を頂点とする差分三角形４を生成する工程と、
前記ローバー１の計測値に基づく平面位置での差分三角形４の内挿、または外挿値を該計測値に対する誤差値としてローバー１の計測値を補正し、ローバー１に出力する工程と、
を有するローバー１位置計測方法により実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、測位精度高い計測システムを低コストで構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作を示す図で、（ａ）は複数の位置既知点を選択した状態を示す図、（ｂ）はそのうちの一つの詳細を示す図である。
【図３】差分三角形から誤差値を求める状態を示す説明図である。
【図４】本発明の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示すように、位置計測システムは、移動局であるローバー１と、３次元位置が既知の既知点に設けられる基準点位置計測装置２と、ローバー位置演算装置３とを有する。
【００２５】
本実施の形態においてローバー１は、スマートフォン等の携帯型通信端末装置であり、制御部１ａと、制御部１ａにより制御されるディスプレイ部１ｂ、ＧＰＳ計測部１ｃ、および交信部１ｄを有する。ディスプレイ部１ｂは操作部を兼ねており、ＧＰＳ計測部１ｃによる計測操作が行われると、計測値（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）（ただし、ｘは経度、ｙは緯度、ｚは標高を示す。）と計測時刻を伴った位置計測要求をローバー位置演算装置３に出力する。
【００２６】
ローバー１のＧＰＳ計測部１ｃには、ＧＰＳ衛星からのＬ１帯のみを受信して測位を行う１周波数型の単独測位方式によるＧＰＳ計測装置のような比較的安価で低精度のＧＰＳ装置により構成することができる。
【００２７】
基準点位置計測装置２は、制御部２ａと、制御部２ａにより制御されるＧＰＳ計測部２ｂ、および交信部２ｃを有し、３次元位置（ｘnf，ｙnf，ｚnf）（ただしｎは整数で、基準点位置計測装置２に付された識別番号を示す。）が予め知られている携帯電話の中継基地局、都市基準点等の位置既知点に設定される。基準点位置計測装置２の制御部２ａは、動作開始後、所定タイミングで位置計測を行い、計測結果（ｘno，ｙno，ｚno）と、計測時刻を記憶する。後述するように、計測結果はローバー１での計測タイミングに合わせて出力すれば足りるために、基準点位置計測装置２は、数秒、数十秒程度の間の計測結果を保持し、後述するローバー位置演算装置３からの計測値照会要求に基づいて照会時刻における計測値を返信する。
【００２８】
基準点位置計測装置２のＧＰＳ計測部２ｂには、ローバー１と同様に、ＧＰＳ衛星からのＬ１帯のみを受信して測位を行う１周波数型の単独測位方式によるＧＰＳ計測装置のような比較的安価で低精度のＧＰＳ装置により構成することができる。
【００２９】
ローバー位置演算装置３は、制御部３ａと、制御部３ａにより制御される交信部３ｂ、差分三角形生成部５、誤差算出部６、ローバー位置演算部３ｃ、および記憶部７を有する。
【００３０】
記憶部７には、上記基準点位置計測装置２が設置される位置既知点の既知点番号、および各既知点における３次元位置の既知値（ｘnf，ｙnf，ｚnf）、および所定の計測時刻における既知点の計測値（ｘno，ｙno，ｚno）が記憶される。
【００３１】
差分三角形生成部５は、制御部３ａが上記ローバー１からの位置計測要求を受信すると起動され、図２（ａ）に示すように、平面座標（ｘ，ｙ）座標上でローバー１により計測された平面位置（ｘｏ，ｙｏ）の周辺に位置する既知点を選択し、選択先の位置既知点に取り付けられた基準点位置計測装置２に対して計測値照会要求を出力し、計測値照会要求に対する基準点位置計測装置２からの応答に基づいて、差分三角形４を生成する。
【００３２】
基準点位置計測装置２の選択個数は、ローバー１に近接し、かつ、後述する統計処理を有意に行えるように，ローバー１位置を内包する差分三角形４が２４個程度形成可能なように決定される。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、差分三角形４は、（ｘ，ｙ）平面位置に誤差評価要素に対する真値と計測値との差分（δ）を対応させた（ｘ，ｙ，δ）差分空間内に配置される位置既知点の３点を頂点として形成される三角形で、各位置既知点の誤差値δは、誤差評価要素がｘ値の場合、
δｘn=ｘnf- ｘno、  
誤差評価要素がｙ値の場合、
δｙn=ｙnf- ｙno、
誤差評価要素がｚ値の場合、
δｚn=ｚnf - ｚno、
で与えられる。
【００３４】
誤差算出部６は、ローバー１により計測された平面位置（ｘｏ，ｙｏ）における上記差分三角形４により形成される平面上の誤差値δ（δｘn、δｙn、δｚn）を内挿補間値として求め、誤差評価要素に対する誤差値とする。
【００３５】
ローバー位置演算部３ｃは、上記複数の差分三角形４をもとに導かれた複数の誤差値に統計処理を施して、誤差推定値を求めた後、この誤差推定値をローバー１による計測値（ｘo，ｙｏ，ｚｏ）に加えてローバー位置とし、ローバー位置の出力を待って、制御部は交信部からローバー１に向けて当該ローバー位置情報を送信する。
【００３６】
統計処理には、例えば最小自乗法を利用することができる。
【００３７】
図４に本システムの動作を示す。まず、ローバー１の使用者がＧＰＳ位置観測を開始し、計測値を取得すると（ステップＲ１）、計測時刻、および計測値とともに、ローバー位置演算装置３に位置演算要求を出力し、応答を待つ（ステップＲ２）。
【００３８】
ローバー１は、単数回の計測値を出力する他に、例えば、予め決定された時間間隔をあけて実行された所定回数の計測値を計測値の取得タイミングに合わせて複数回出力したり、あるいは一定時間継続的に継続的に計測した結果を内部処理して得られる代表値を出力するように設定できる。  
【００３９】
一方、ローバー位置演算装置３は、ローバー１からの位置演算要求を受信すると（ステップＣ１）、ローバー１での平面位置計測値（ｘｏ，ｙｏ）に基づいて該ローバー１の周辺に位置し、補間値として誤差値δを算出可能な複数の位置既知点、すなわち基準点位置計測装置２を選択した後（ステップＣ２）、対象の基準点位置計測装置２に計測値照会要求を出力し（ステップＣ３）、応答を待つ（ステップＣ４）。
【００４０】
計測値照会要求は、上記ローバー１での計測時刻情報を含み、当該計測値照会要求を受信した基準点位置計測装置２は（ステップＳ１）、同時送信されたローバー１での計測時刻に一致、または近接する時刻における基準点位置計測装置２での計測値をローバー位置演算装置３に出力する（ステップＳ２）。ステップＳ１において計測値照会要求を受信しなかった場合には、受信するまでそのまま待機する。
【００４１】
なお、本例では、基準点位置計測装置２における計測値は、ローバー位置演算装置３からの計測値照会要求に応答して出力される場合を示したが、基準点位置計測装置２が計測値照会要求を待たずに所定タイミングでローバー位置演算装置３に計測値を出力するように構成することも可能である。
【００４２】
ローバー位置演算装置３は、上記基準点位置計測装置２からの計測値を受信すると（ステップＣ４）、評価要素としてｘ値、ｙ値、あるいはｚ値を選択し（ステップＣ５）、選択した評価要素を誤差値δ軸とする差分空間内に差分三角形４を生成する（ステップＣ６）。この後、得られた差分三角形４からローバー１での平面位置計測値である（ｘｏ，ｙｏ）での誤差値δを補間により求める（ステップＣ７）。ステップＣ４において計測値を受信しなかった場合には、受信するまでそのまま待機する。
【００４３】
差分三角形４による誤差値の値は、ステップＣ２において選択された全差分三角形４に対して行われ、全差分三角形４に対する処理が終了すると（ステップＣ８）、当該評価要素に対する誤差値に対して統計処理を施し誤差推計値を求める（ステップＣ９）。
【００４４】
以上のようにして全ての評価要素に対する誤差推計値の演算が終了すると（ステップＣ１０）、ローバー１での計測値（ｘｏ，ｙｏ，ｚｏ）に誤差推計値を加え（ステップＣ１１）、位置情報としてローバー１に出力する（ステップＣ１２）。
【００４５】
ローバー１は以上の要求信号に対するローバー位置演算装置３からの応答信号を受信すると（ステップＲ３）、ディスプレイ部に受信した位置情報を表示し（ステップＲ４）、次の計測を待つ。
【符号の説明】
【００４６】
１        ローバー
２        基準点位置計測装置
３        ローバー位置演算装置
４        差分三角形
５        差分三角形生成部
６        誤差算出部
【図１】
2013195083.tif 000003
【図２】
2013195083.tif 000004
【図３】
2013195083.tif 000005
【図４】
2013195083.tif 000006