GNSS（全地球測位システム）の現状とオープンソース測位技術に関する研究
創造都市研究科 / 学術情報総合センター
吉田 大介

研究の目的・高度な知識と技術が求められる高コストな高精度測位技術の低コスト化
・高精度測位技術の利用促進のための Web サービス開発
科研・若手（B）2014-­‐2016「相互利用可能な	  低コスト高精度測位	  処理	  Web サービス	  の開発	  」科研・若手（B）2012-­‐2013「クラウド・グリッドコンピューティングを用いた測位処理Webサービスの開発	  」GPS受信機の精度と費用＊精度は移動時

本日の内容• 全地球測位システム（GNSS）と準天頂衛星システム（QZSS）• GNSS受信機• オープンソース測位処理ソフトウェア• 今後の展開From	  GPS	  to	  GNSS	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  GPS	  is	  not	  the	  only	  positioning	  system	  available	  Other	  countries	  apart	  from	  US	  are	  building	  global	  (or	  regional)	  	  	  	  	  	  	  satellite	  systems

GNSSà

Global	  Navigation	  Satellite	  System

GLONASS

BeiDouGalileo

QZSS

IRNSS

RussiaChinaEurope

Japan

India

GlobalRegional

2015/1/29	  13:01	  の杉本キャンパス上空の衛星配置

http://www.taroz.net/GNSS-Radar.html

2015/1/29	  10:23	  の杉本キャンパス上空の衛星配置

http://www.taroz.net/GNSS-Radar.html

GPS測位

衛星と受信機間の電波の到達時間により距離を測定

GPS 誤差要因

3Dの位置計測には4機以上の衛星が必要

衛星の配置

マルチGNSS（QZSSやGLONASS）の利用
DOP（精度低下率）によるフィルタリングで改善可能GPS 誤差要因
構造物等による反射（マルチパス）や遮断

高層ビルや森林の下で起こる• SNR（信号対雑音比）の重みによる測位• 道路データによるマップマッチング により改善可能Current	  status	  of	  GNSS
SystemNumber	  of	  SVs	  in	  orbit

Number	  of	  planned	  SVOrbital	  altitude

Will	  include	  geostationary	  satellites?

GPS

32

3220,180	  kmNO(WAAS)GLONASS2424	  (30)

19,140	  kmNO	  (SDCM)

Galileo

430

23,222	  kmNO(EGNOS)

BeiDou-­‐2(COMPASS)4	  527	  (MEO)	  3	  (IGSO)

21,528	  km	  35,786	  kmYES(5	  +	  BeiDou-­‐1)

QZSS

1

732,000	  –	  40,000	  kmYES(3	  +	  MSAS)

IRNSS

37-­‐

YES
(3	  +	  GAGAN)(test	  phase)

GNSS	  availability
Number	  of	  GNSS	  satellites	  that	  will	  be	  available	  depending	  on	  the	  location	  on	  the	  globe

source:	  http://www.multignss.asia/campaign.html

準天頂衛星システム	  (QZSS:	  Quasi	  Zenith	  Satellite	  System)
・GPS互換の日本の衛星測位システム	  ・2010年9月に初号機「みちびき」が打ち上げ	  ・準天頂に位置し，1機で1日8時間日本付近をカバーする	  ・17年度に3機を打ち上げ，最終的には7機体制	  http://gpsworld.com/consumer-oemhandhelddown-and-deep-10830/(20150106)

http://qz-­‐vision.jaxa.jp/

準天頂衛星システム	  (QZSS:	  Quasi	  Zenith	  Satellite	  System)
・衛星安否確認サービス	  「Q-­‐ANPI」	  ・災害・危機管理通報サービス	  ・サブメータ級の補強サービス	  	  -­‐>	  	  	  科研・若手（B）2014-­‐2016
・センチメータ級の補強サービス	  「相互利用可能な	  	  低コスト高精度測位	  処理	  Web サービス	  の開発	  」	  」準天頂衛星システムサービス株式会社

http://www.qzs.jp/services/index.html

GNSS対応製品	  (GPS+GLONASS)
https://www.apple.com/jp/iphone-5s/specs/

https://support.google.com/nexus/answer/6102529?hl=ja

QZSS対応製品

準天頂衛星システムサービス株式会社

http://www.qzs.jp/products/index.html

QZSS対応製品

準天頂衛星システムサービス株式会社

http://www.qzs.jp/products/index.html

Processed	  Data	  vs	  Raw	  Data

orGPX

Garmin GPSmap 60CSx

Only	  visualization!

Raw	  data

u-blox EVK-4

Data	  processing,	  etc.

低コストGNSS受信機（数万円）
GPS
GLONASS
Galileo
BeiDouQZSSNVSGPS	  

SkyTraq	  u-­‐blox	  4T	  u-­‐blox	  6T

Testing	  low-­‐cost	  GPS	  receivers @RISH,	  Kyoto	  univ.
Geodetic	  (dual-­‐frequency)	  receiver:	  	  JAVAD	  FURUNO~	  25,000	  USDMid-­‐cost	  single-­‐frequency	  receiver:	  	  FURUNO	  u-­‐blox
JAVAD~	  6,000	  USDLow-­‐cost	  single-­‐frequency	  receiver:	  	  u-­‐blox~	  600	  USD
(raw	  data	  logger	  prototype	  built	  at	  Osaka	  City	  University)

Experiment	  by	  Dr.	  Realini

GPS	  receiver	  comparison @RISH,	  Kyoto	  univ.
FURUNOu-­‐blox
JAVAD

JAVAD:	  geodetic	  FURUNO:	  mid-­‐cost	  u-­‐blox:	  low-­‐cost

Number	  ofepochs:	  2686

JAVAD	  L3-­‐
JAVAD	  L1JAVAD	  L3-­‐
FURUNO	  L1JAVAD	  L3-­‐u-­‐blox	  L1Mean1.0	  mm1.1	  mm0.8	  mmSt.	  Dev.

2.2	  mm

2.3	  mm3.1	  mm

RMSE

2.5	  mm

2.6	  mm

3.3	  mmCost

~	  25,000	  USD	  (dual	  freq.)~	  6,000	  USD	  (single	  freq.)~	  600	  USD	  (single	  freq.)

Result	  by	  Dr.	  Realini

@大和川河川敷 2013/09/25

使用したGNSS機器一式

2周波型受信機 vs 低コスト受信機@大和川河川敷 2013/09/25

低コスト受信機

2周波型受信機

GNSSデータ長期観測実験

2014/11/26〜現在@学術情報総合センター屋上

アンテナ

GNSSデータ長期観測実験

研究室アンテナ

2014/11/26〜現在@学術情報総合センター屋上

受信機＜ーアンテナ

GNSS受信機 2ー＞ アンテナ

GNSS受信機 1
分配器
GNSS受信機 3

分配器

GPS only processing
mVRS server maintenance

Logging stopped

antena moved

antenna move backLogging stopped

Logging stoppeddayhttp://www.gogps-project.org

goGPS	  open	  source	  positioning	  software

Typical	  functions	  of	  GNSS	  processing	  software
DATA	  ACQUISITIONPROCESSINGOUTPUTFormat	  decoding,	  data	  reading	  (RINEX,	  RTCM,	  proprietary	  formats,	  …)Parameter	  estimation	  (position,	  atmospheric	  parameters,	  clocks,	  …)Format	  encoding,data	  writing	  (text	  files,	  KML,	  GPX,	  …)goGPSGPS	  observations,	  ephemeris,	  …

Least-­‐squares	  adjustment,	  Kalman	  filtering,	  …

Estimated	  parameters,	  variance/covariance	  matrices,	  …

goGPS	  MATLAB- Real-time and post-processing- developed in MATLAB 7.6+

- works on both Windows and UNIX

- GUIs available- single-frequency (L1) positioning

goGPS Java WebUI

科研・若手（B）2012-­‐2013「クラウド・グリッドコンピューティングを用いた測位処理ウェブサービスの開発	  」相対測位GPS 誤差要因• 衛星軌道• 衛星時計• 電離層と対流圏遅延• 受信機雑音
受信機の問題なので相対測位や他の方法でも除去不可① 基準局で計測した測定誤差を移動局へ送信② 移動局で誤差を補正し位置を求める

①
基準局
（既知点）

②
移動局
（測位点）

Networks	  of	  permanent	  GNSS	  stations

Japan	  GEONETEurope	  EPN

電子基準点「つくば３」；茨城県つくば市

http://www.jenoba.jp/ (20140106)

今後の展開・他の構造物（送電塔、高速道、etc.）、地すべり監視への応用	  ・無人機への搭載	  	  	  	  	  	  	  	  	  -­‐>	  より高精度な無人機の制御	  	  	  	  -­‐>	  デジタル地形モデル作成処理の高速化	  	  ・GNSS気象学	  -­‐>	  ゲリラ豪雨の予測Raspberry Pi B+

u-blox 6T

http://www.dji.com

Eneloop AA x2