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東京海洋大学 高須知二
平成28年度測位航法学会全国大会セミナー
GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで
(その2)
2016‐04‐26 ~ 2016‐04‐27@東京海洋大学越中島
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時間割(1) GNSS測位入門 4/26 (火) 9:30‐10:20(2) RTKLIBの概要と導入 (実習) 10:30‐11:20(3) RTKLIBの基本操作 (実習) 11:30‐12:20(4) GNSS測位の基礎 13:30‐14:20(5) RTKPLOTの基本操作 (実習) 14:30‐15:20(6) RTKPOSTによる単独測位 (実習) 15:30‐16:20(7) 基線解析とRTKの基礎 4/27 (水) 9:30‐10:20(8) RTKPOSTによる基線解析 (実習) 10:30‐11:20(9) RTKNAVIによるRTK (実習) 11:30‐12:30(10) RTKの応用 13:30‐14:20(11) RTKLIBによる複合解析 (実習) 14:30‐15:20(12) RTKLIBの活用 15:30‐16:20
2
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(7)基線解析とRTKの基礎
3
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座標系
• ECEF: 地球固定座標系
– ITRF:国際地球基準座標系
– WGS 84: 米国 (GPS)– PZ90: ロシア (GLONASS), ...
• ECI: 慣性座標系
– ICRF:国際天文基準座標系
• ECI‐ECEF変換
– 歳差/章動モデル
– EOP:地球回転パラメータ
z
x
y
基準極
基準子午線 ECEF
4
地球重心
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ITRF
• 国際地球基準座標系
– IERSにより維持される基準座標系
– GPS, VLBI, SLR, DORIS局の位置及び速度として実現
– ITRF2014, ITRF2008, ITRF2005, ITRF2000, ITRF97 ...
http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2005/ITRF2005.php 5
ITRS: International Terrestrial Reference SystemIERS: International Earth Rotation Service
VLBI: Very Long Baseline InterferometrySLR: Satellite Laser RangingDORIS: Doppler Orbit determination and Radiopositioning Integrated on Satellite
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基準楕円及び座標系
'
Tr zyx ),,(r
h
基準楕円体:
'
: 地心緯度
: 測地緯度
a
)1( 2ea
h : 楕円体高
GRS 80 WGS 84
a (m) 6378137 6378137
f 1/298.257222101
1/298.257223563
GM (m3/s2)
3986005.000 x 108
3986004.418 x 108
x,y plane
sin))1((sincos)(coscos)(
sin1
)2(
2
22
2
heNhNhN
e
aN
ffe
rr : 経度
N
b
緯度/経度/高度→X/Y/Z:
6
z
r
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ジオイド
EGM96 ジオイドモデル
基準楕円体
ジオイドh
H
: ジオイド高
2 0
)(1),',(n
n
mnmsnmnmcnm
nYSYC
ra
rGMrV
地球重力:
7
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球面調和関数
mPY
mPY
YY
nmnms
nmnmc
cnn
sin)'(sin
cos)'(sin00
)0()!(
)!)(12(2)0(12
)()1()()12()(
)()1)(12()(
,0)()(,1)(,
,2,1
1,12/12
,1
1000
mmn
mnnmn
N
mnxPmnxxPn
xP
xPxnxP
xPxxPxPPNP
nm
mnmnnm
nnnn
nn
nmnmnm
ルジャンドル多項式:
球面調和関数:
8
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座標変換
AB zyx
RRRRRR
DTTT
zyx
11
1)1(
12
13
23
3
2
1
9
ヘルマート変換 (A to B):
座標系 T1(mm)
T2(mm)
T3(mm)
D(10‐9)
R1(mas)
R2(mas)
R3(mas)A B
ITRF2005 ITRF20000.1 ‐0.8 ‐5.8 0.40 0.00 0.00 0.00
‐0.2/y 0.1/y ‐1.8/y 0.08/y 0.00/y 0.00/y 0.00/y
‐ T1, T2, T3 :平行移動‐ D :拡大・縮小‐ R1, R2, R3 :回転
(Epoch 2000.0)
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ソーラーサイクル
10
太陽黒点数: 1700‐2009
by SIDC (Solar Influences Data Analysis Center) in Belglum (http://sidc.oma.be)
ソーラーサイクル予測: Cycle 24
by NOAA SWPC (Space Weather Prediction Center) (http://www.swpc.noaa.gov/SolarCycle)
23222120
23 24 24
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LC:線形結合
11
線形結合係数 波長
(cm)電離層L1×
雑音(cm)a b c d
L1 L1 Carrier‐Phase 1 0 0 0 19.0 1.0 0.3
L2 L2 Carrier‐Phase 0 1 0 0 24.4 1.6 0.3
LC/L3 Iono‐Free Phase 0 0 ‐ 0.0 0.9
LG/L4 Geometry‐Free Phase 1 ‐1 0 0 ‐ 0.6 0.4
WL Wide‐Lane Phase 0 0 86.2 1.3 1.7
NL Narrow‐Lane Phase 0 0 10.7 1.3 1.7
MW Melbourne‐Wübbena 86.2 0.0 21
MP1 L1‐Multipath 1 0 ‐ 0.0 30
MP2 L2‐Multipath 0 1 ‐ 0.0 30
),( 2221112121 dPcPbaC
1/W 2/W
1/N 2/N
1/W 2/W 1/N 2/N
1C 2C
12 2 C 22C
12C 12 1 C
)/1/1/(1),/1/1/(1),/(),/( 212122
21
222
22
21
211 NWfffCfffC
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電離層薄膜球殻モデル
12
),,(1030.40'cos
11030.402
16
2
16
pppptVTECfz
TECf
I
受信機
衛星
電離層
地球
IPP:ピアスポイント
z
z'
Re
Hion
電離層モデル:
pppp
pp
ione
e
Azαλλ
Azαα
z'zαHRzRz'
Elπ/z
sinsinarcsin
)coscossinsinarcsin(cos
,sinarcsin
2
ピアスポイント位置:
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TECグリッド
13
2009/7/31 0:00 2009/7/31 2:00 2009/7/31 4:00 2009/7/31 6:00
2009/7/31 8:00 2009/7/31 10:00 2009/7/31 12:00 2009/7/31 14:00
2009/7/31 16:00 2009/7/31 18:00 2009/7/31 20:00 2009/7/31 22:00(IGS TEC Final, GPS Time)
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対流圏モデル
14
HpZHD 7108.22cos00266.01
0022768.0
対流圏遅延:ZWDElmZHDElmT wh )()(
天頂遅延 スラント
遅延ElZWD:天頂乾燥遅延 (m):天頂湿潤遅延 (m)
)(Elmh :乾燥マッピング関数
)(Elmw :湿潤マッピング関数
ZWD→ PWV (可降水量):
ZWD
Tk
mmkkR
PWV
TT
md
vv
m
312
5101
72.02.70
9644.28,0152.1810754.3,98.71
,6.77,4615
32
1
dv
v
mmkk
kR
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マッピング関数
15
NMF, GMF, VMF1
Hydrostatic
(2006/1/1‐2007/12/31, TSKB, El=5deg)
Wet
cElbEl
aEl
cba
Elm
)sin()sin(
)sin(
11
1
)( cba ,, :マッピング関数係数
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対流圏勾配
16
対流圏勾配を含めたマッピング関数: )sin()cos()cot()()(),( 00 AzGAzGElElmElmAzElm EN
EN GG , : North/East Gradient Parameters
2007/1/1‐12/31, 24H‐Static PPP, TSKB
PPP Solutionswith Gradient Estimation
PPP Solutionswithout Gradient Estimation
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アンテナ位相中心1
17
チョークリング
アンテナ位相中心変動 (PCV)
L1
IGS Absolute Antenna Model (IGS05.PCV)
位相中心
アンテナ基準点 (ARP)
z (U)x (E)y (N)
アンテナ位相中心オフセット L2
ゼロオフセット
pcor ,d
pcvrd ,
受信機アンテナ位相中心
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アンテナ位相中心2
18
衛星機体座標→ECEF:
zx
y
太陽
衛星
xse
zsey
se
アンテナ位相中心
衛星重心
アンテナ位相中心オフセット
ナディア角pcvsd
pcosd
Earth
),,( zs
ys
xs
ecefsat eeeE
zs
ys
xs
szs
ss
zs
ys
ssun
ssun
ss
szs
eeeee
eee
rr
rrer
re
,
,
衛星アンテナ位相中心:
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基線解析/RTKの技術要素
• 二重位相差観測方程式
– 搬送波位相による高精度観測値
– 衛星・受信機時計誤差消去
– 暦誤差+電離層+対流圏遅延消去(短基線)
• 整数バイアス決定
– 高速な高精度解
– 高速初期化(瞬時~数分)
– 高速再初期化(移動体・スリップ対応)
19
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二重差
20
受信機 u 受信機 b
衛星i 衛星 j
iu
Φijub
ijub
ijub
ijub
ijub
Φijub
ijub
ijub
ijub
ijub
ijub
ijub
jb
ju
ib
iu
ijub
dNTI
dBTIdTdtc
Φ
)(
))()((
ju
ib
jb
ijub
jb
jb
ju
ju
ib
ib
iu
iu
ijub
jub
iub
ijub
ijb
iju
ijub
NNNNNB
dTdTdTdtdtdt
)()()()(
0,0
00,00,00,00,
0,0,0 jub
iub
ijub
jub
iub
ijub
jub
iub
ijub dddTTTIII
Φijub
ijub
ijub NΦ
基線
(短基線+同一アンテナ)
Memo for Misra & Enge:http://gpspp.sakura.ne.jp/
diary200608.htm
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基線解析
21
222
222
222
,
,
,
,,
,,
,,
,,,
422
242224
00
00
00
)(
),...,,(
1
13
12
111
11313
121212
11312
k
mk
k
k
k
mmk
mk
mkk
kk
k
mkkkk
t
Tsstu
Tsstu
Tsstu
t
ssub
sstb
sstu
ssub
sstb
sstu
ssub
sstb
sstu
t
Tsstub
sstub
sstubt
N
N
N
R
e
e
e
H
xh
y
TTt
Tt
Tt n
),...,,(11
yyyy
Tssub
ssub
ssub
Tu
mNNN ),...,,,( 11312rx 未知パラメータ:
観測ベクタ:
観測モデル:
TTtTt
Tt
TTt
Tt
Tt
n
n
HHHH
xhxhxhxh
,...,,
)(,...,)(,)()(
21
21
ntttblkdiag RRRR ,...,,
21
観測誤差共分散:
))(()(ˆ 0111
0 xhyRHHRHxx TT解法:
非線形最小二乗:
br :基準局座標
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基線長の影響
22
BL=0.3 km BL=13.3 km
BL=32.2 km BL=60.9 km
RMS Error:E: 0.2cmN: 0.6cmU: 1.0cmFix Ratio:99.9%
RMS Error:E: 2.2cmN: 2.4cmU: 10.6cmFix Ratio:94.2%
RMS Error:E: 10.0cmN: 12.0cmU: 30.2cmFix Ratio:64.3%
RMS Error:E: 14.0cmN: 14.8cmU: 26.7cmFix Ratio:44.4%
: Fixed Solution : Float Solution)(24 hr Kinematic
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整数アンビギュイティ決定
23
• 目的
– 精度改善
– 収束時間高速化
• 多数の過去研究
– 単純四捨五入
– WL/NL手法
– 受信機座標空間探索
– アンビギュイティ空間探索
– AFM, FARA, LSAST, LAMBDA, ARCE, HB‐L3, ModifiedCholesy Decomposition, Null Space, FAST, OMEGA, ...
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ILS (整数最小二乗)
24
)()(minarg
,,),(
1
,HxyQHxyx
vBbAavHxyBAHbax
RbZa
y
T
TTT
mn
)ˆ()ˆ(minarg 1 aaQaaaZa
a
Tn
解法:(1)最小二乗 (フロート解)
11 )(,ˆˆ
ˆ
HQH
QQQQ
QyQHQba
x yT
bba
abaxy
Tx
(2)残差を最小化する整数ベクタ探索
問題:
)ˆ(ˆ 1 aaQQbb
aba
(3)フロート解改良
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LAMBDA
25
• ILS Estimation with:– Shrink Integer Search Space with "Decorrelation"– Efficient Tree Search Strategy– Similar to Closest Point Search with LLL Lattice Basis Reduction
Algorithm
)ˆ()ˆ(minarg 1 aaQaaaZa
a
Tn
zZa
zzQzzz
ZQZQaZz
Zz
T
zT
aT
zT
n
)ˆ()ˆ(minarg
,ˆˆ1
Teunissen, P.J.G. (1995)The least‐squares ambiguity decorrelation adjustment: a method for fast GPS integer ambiguity estimation. Journal of Geodesy, Vol. 70, No. 1‐2, pp. 65‐82.
![Page 26: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/26.jpg)
LAMBDA実行時間
26
5 10 15 20 25 30 35 400
5
10
15
N : Number of Integer Ambiguities
Execution Time (m
s)
: with decorrelation: without decorrelation
(Pentium 4 3.2GHz, Intel C/C++ 8.0)
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RTK (リアルタイムキネマティック)
27
• 基線解析による精密測位技術
– ローバアンテナ位置のリアルタイム算出
– 通信リンク
– OTF (オンザフライ)整数アンビギュイティ決定
– 精度: 1 cm + 1ppm x基線長 (水平RMS)– 応用:測地測量,建設機械制御,精密農業等
基準局受信機
ローバー受信機
通信リンク
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(8)RTKPOSTによる基線解析
28
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RTKPOSTによる基線解析
29
• RTKCONVによる受信機ログのRINEX変換
• RTKPLOTによる観測データ解析
• RTKPOSTによる基線測位
• RTKPLOTによる測位解プロット
• Google Earthによる測位解表示
• RTKPOSTオプション
• RTKPLOTオプション
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(9)RTKNAVIによるRTK
30
![Page 31: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/31.jpg)
31
ONDAV919 Air CH
9.7"(2048x1536)
ATOM X5‐8300,RAM 4GB,Flash 64GB
CSG Shopu‐blox NEO‐M8T card
RTK with RTKLIB例 (1)RTKNAVI RTKPLOT RTKPLOT (GE View)
Receiver:
Com Link to base‐station: Y‐mobile WiFi Router
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32
TallysmanTW2400
TallysmanTW4721
CSG Shopu‐blox NEO‐M8T card
RTK with RTKLIB例 (2)
Receiver:
Antenna:
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33
RTK with RTKLIB例 (3)
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RTKNAVI入出力
34
![Page 35: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/35.jpg)
RTKLIBによるRTシステム構成例1
35
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RTKLIBによるRTシステム構成例2
36
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RTKLIBによるRTシステム構成例3
37
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RTKNAVIによるRTK
38
• RTKNAVIの入出力設定
• RTKNAVIによるリアルタイム測位
• RTKPLOTによるリアルタイム測位解プロット
• Google Earthによるリアルタイム測位解表示
• STRSVRによる通信データ中継・変換
• RTKNAVIオプション
• STRSVRオプション
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プレイバックデータによるRTK• Program
rtklib_2.4.3b9¥bin¥rtknavi.exe
• Data 1sample2¥oemv_2009515c.gps (NovAtel)ubx_20090515c.ubx (u‐blox)0263_20090515c.rtcm3 (VRS)
• Data 2sample7¥nov_201604250304.gps (NovAtel)ubx_201604250304.ubx (u‐blox)ref_201604250304.gps (NovAtel)
39
RTKNAVI
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プレイバックデータ (1)
40
GEONET
VRSService
S
NovAtelGPS‐702‐GG
NovAtelOEM‐V20 Hz
u‐bloxLEA‐4T10 Hz
DataLogger
E‐Mobile
sample22009/5/15
Nihon GPSData Service
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プレイバックデータ (2)
41
S
NovAtelGPS‐703‐GGG
NovAtelOEM65 Hz
u‐bloxLEA‐M8T10 Hz
F/W 3.01
DataLogger
NovAtelOEM6 1Hz
NovAtelGPS‐703‐GGG
sample72016/4/25
iphone 6
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RTKNAVI ‐オプション
42
Setting1 Setting2
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(10)RTKの応用
43
![Page 44: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/44.jpg)
RTKの応用 (1)
44
![Page 45: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/45.jpg)
RTKの応用 (2)
45http://www.drotek.com http://www.emlid.com
![Page 46: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/46.jpg)
RTKの制約・問題点
• 受信機コスト
– 2周波受信機は未だに高価 (¥100~300万/台)• 基準点設置・運用
– 単独受信機のみで測位できない
• 基線長制限
– 10~20 kmを越える基線で性能悪化
• 利用可能エリア制限
– 基準点近傍エリアのみ
– 広域利用には非常に多数の基準点が必要
46
![Page 47: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/47.jpg)
RTK (従来)
47
基準局 移動局
Antenna:~¥400K
Receiver:~¥2,000K
Antenna‐Receiver:~¥2,000K
Controller:~¥500K
全部で1式¥500万位
GPS
http://www.trimble.com
![Page 48: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/48.jpg)
RTK with RTKLIB
48
全部で1式¥6万位
基準局 移動局
GPS, GLONASS,QZSS, Galileo,
BeiDou
Receiver:$74.99
Receiver:$74.99
PC(流用)
WindowsTablet$179
Antenna: $75.45 Antenna: $75.45
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ネットワークRTK (NRTK)
• 基準点の共同利用
– 基準点ネットワークの利用
– 利用者→単独受信機のみ
• 利用可能エリアの拡大
– 観測値補間→基線長制限緩和、基準点削減
– 広範囲なRTK‐GPS利用可能エリア
利用者により使い易い技術・広汎な応用
49
![Page 50: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/50.jpg)
NRTKシステム構成
利用者
無線通信ネットワーク
サーバ
基準点網
GNSS衛星
通信機器データセンタ
50
![Page 51: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/51.jpg)
GEONET
51(http://terras.gsi.go.jp/ja/index.htm)
![Page 52: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/52.jpg)
補正情報:基準点実観測値
Ri
cdT
TI
N誤差項(暦誤差+電離層+対流圏)
幾何学距離+衛星時計
整数バイアス
Ri
搬送波位相補正量
衛星間一重位相差
52
![Page 53: IPNTJ Seminar 2016 2gpspp.sakura.ne.jp/paper2005/IPNTJ_Seminar_2016_2.pdf東京海洋大学高須知二 平成28年度測位航法学会全国大会セミナー GNSS測位入門からRTKLIBの活用まで](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040318/5e35a10e7713115efa7a8aa7/html5/thumbnails/53.jpg)
補正情報:補正量補間
RS0
RS1
RS2
2R
0R
1R
0R1R
01RRN2R
u
02RRN
x
y
53
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補正情報:仮想基準点観測値
• 衛星間一重補正量→衛星毎補正量
• 仮想基準点位相観測値
1 1 12
2 13
3
1
1 1 0 01 0 1 0
1 0 0 11 1 1 1 1 0
u u
u u
unu
nu
su
ssu
su cdT
54
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その他技術要素
• 誤差項補間
– 約100km以下→線形、多次多項式 etc– 電離層擾乱時性能低下
• 基準点間基線整数バイアス決定
– リアルタイム決定
– 電離層・対流圏・暦誤差モデル化
– 多数観測値→モデルパラメータ同時推定
• 補正情報形式
55
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NRTK補正情報方式:VRS
RS1
RS3RS2
VRS ローバー
1R
2R 3R
VRS
56
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補正情報方式 : FKP
RS
ローバー
eRS
nRS
RS
ndn
ede RSRS
RS
de
dn
57
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補正情報方式 : MAC (MAX)
RSm
ローバー
RSS1
RSS2 RSS3
RSS4
RS1R
2R 3R
4R
RiiRS w
58
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NRTKサービス
• 国内NRTKサービスプロバイダ
– ジェノバ (http://www.jenoba.jp)– 日本GPSデータサービス (http://www.gpsdata.co.jp)– 日本テラサット (http://www.terasat.co.jp)– (三菱電機)
• 主要サーバソフトウェア
– Trimble GPSNet/RTKNet– GEO++ GNSSMART– Leica GNSS Spider
59
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RTKシステム構築
• ローバー
– 1周波 vs 2/3周波,更新間隔, GNSS, 受信機コスト
– GPU性能
– INS統合
• 基準局
– 基線長 vs. 性能
– 自前基準局 vs. NRTKサービス
– カバーエリア, 受信機コスト, 運用コスト, サービス費用
• 通信リンク
– エリア, 帯域, レイテンシ, 通信コスト
60
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RTK用通信リンク
• ローカル (<300 m)– シリアル, USB, LAN, ... (有線)– 特小 (無線モデム), WiFi, ZigBee, DSRC, ... (無線)
• 地域 (<1,000 km)– アナログ回線, ISDN, 専用線, ... (有線)– 携帯回線 (2G, 3G, LTE, …), ... (無線)
• グローバル (<10,000 km)– インターネット
– 静止衛星 (Inmarsat, WideStar II, ...)– 低軌道衛星 (Iridum, Orbicom, …)
61
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(11)RTKLIBによる複合解析
62
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RTKLIBによる複合解析
63
Ref PositionLat : 35.6663346Lon : 139.7922008Height : 59.74
NTRIPCaster
xxx.xxx.xxx.xxx: 2101Mountpoint:
Rov: xxxxx (OEM6)Ref: xxxxx (BINEX)User‐ID: xxxxxxPassword: xxxxxx
RefTrimble NetR9
RovNovAtel OEM6
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(12)RTKLIBの活用
64
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RTKLIBの活用
• 複数GNSS RTK• 長基線 RTK• MADOCA‐PPP• 組込システム応用
65
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マルチGNSSの進展
System 2010 2013 2016 2019GPS 31 31 32 32
GLONASS 23 (+2) 24 (+3) 24 (+3) 24 (+3)
Galileo 0 4 18 27 (+3)
Compass 6 16 30 32 (+3)
QZSS 1 1 4 7
IRNSS 0 7 7 7
SBAS 7 8 11 11
Total 68 91 126 140
Number of Planned GNSS Satellites
GNSS Signal Frequencies
(Y.Yang, COMPASS: View on Compatibility and Interoperability, 2009)
L1/E1L2L5/E5a E5b E6/LEX L1L2L3
66
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マルチGNSS RTK性能
67
El Mask=15° El Mask=30°
GPS Galileo FixingRatio
RMS Error (cm) FixingRatio
RMS Error (cm)E‐W N‐S U‐D E‐W N‐S U‐D
L1 ‐ 49.7% 4.6 8.1 19.0 23.3% 71.4 115.0 289
L1,L2 ‐ 99.0% 1.4 1.3 1.9 87.6% 3.4 10.5 15.5
L1,L2,L5 ‐ 99.0% 1.4 1.3 1.9 87.3% 3.4 10.5 15.6
L1 E1 98.8% 1.3 1.2 1.9 90.1% 1.2 2.1 2.7
L1,L2 E1 98.9% 1.4 1.2 1.7 98.7% 1.2 1.0 1.6
L1,L2,L5 E1,E5a,E5b 98.9% 1.5 1.3 2.0 98.9% 1.3 1.1 1.8
RTK Performance: Baseline 13.3 km, Instantaneous AR
GPS L1+L2
GPS+GAL L1
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u‐blox LEA/NEO‐M8T
68
@$179.9(w/o antenna)
(http://www.csgshop.com)
RTKNAVI2.4.2 p11
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u‐blox M8T AR性能
69
GPS only GPS+GLO+QZS GPS+BDS+QZS
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マルチGNSS RTK技術課題
• 異なるシステム統合に伴う課題
– 時刻系, 座標系
– 受信機H/Wバイアス
• 複数コードに伴う課題
– L1C/A‐L1P(Y)‐L1Cd‐L1Cp, L2P(Y)‐L2C, L5I‐L5Q– 1/4サイクルシフト
• GLONASS FDMAに伴う課題
– 受信機IFB問題 (異機種間基線AR)– 校正メッセージ標準化
– アンテナ校正
70
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マルチGNSS特プロ (23‐26年度)
71http://www.gsi.go.jp/eiseisokuchi/gnss_main.html
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長基線RTK
72
GPS TsunamiMonitoring System
(Currently ~15 km off‐shore)http://www.tsunamigps.com
1,000 km
100 km
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長基線RTK戦略
73
BL(km)
Error EliminationStrategy
Ephem Ionos Tropos Others
S 0 – 10 Broadcast ‐ ‐ ‐ ConventionalRTK
M 10 –100 Broadcast
Dual‐Freq ‐ ‐
Interpolation ‐ Network RTK
L 100 –1,000
Real‐timePrecise(IGU)
Dual‐Freq EstimateZTD + MF
Earth Tides
Long‐BaselineRTK
VL >1,000Non‐RTPrecise(IGR, IGS)
Dual‐Freq EstimateZTD + MF
EarthTides,Ph‐WU
Post‐Processingor PPP
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RTKLIB長基線RTK性能January 1‐7, 2009 July 1‐7, 2009
BL=961.3 km
E‐W
N‐S
U‐D
E‐W
N‐S
U‐D
BL=471.2 km
STD=1.1,1.3,3.8 cm FIX=99.0%
STD=1.1,1.5,3.6 cm FIX=96.2%STD=1.6,1.3,3.0 cm FIX=98.8%
STD=0.7,0.9,2.3 cm FIX=99.8%
74
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地理院REGARD
75
朝日新聞2014/12/31
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MADOCA‐PPP
76
GPS GLONASS Galileo QZSS
MGM‐Net
MADOCA
PPP Users
LEX Signal
Precise Orbit/Clock Estimation
~ 1.7 Kbit/sReferenceStations
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MADOCA (1)
• For real‐time PPP service via QZSS LEX– Many (potential) applications over global area
• Precise orbit/clock for multi‐GNSS constellation– Key‐technology for future cm‐class positioning
• Brand‐new codes developed from scratch– Optimized multi‐threading design for recent CPU– As basis of future model improvements
77
Multi‐GNSS Advanced Demonstration toolfor Orbit and Clock Analysis
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MADOCA (2)
78
MGM‐Net EKF
RDS
Parameter Estimator
IGSetc
QZSS MCS
LSQ
MGPLOT MADOCA API
MGRTE
MGEST
RTCM,BINEX, Javad
LEXMT 12
RINEX,SP3, ERP
Data Interfaces Data Interfaces
LMG
OfflineDL
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MADOCA‐PPP
79
ScheduleLEX Data Format
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MADOCA PPP応用
80
2016/4/15 16:25 GPST熊本地震 (本震)による電子基準点変位の後処理PPP解析(RTKLIB 2.4.3 b9, Kinematic‐PPP‐AR,暦/FCB: MADOCA最終暦
熊本(0465)
泉(0702)
矢部A (1169)
菊池(1070)
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RTKLIB AP
81
機能 GUI AP (Windows) CUI AP
(1) APランチャRTKLAUNCH
(3.1) ‐
(2) リアルタイム測位RTKNAVI
(3.2, 3.3, 3.5)RTKRCV
(3.11, A.1)
(3) 通信サーバSTRSVR,(3.3)
STR2STR(3.11, A.5)
(4) 後処理測位RTKPOST(3.4, 3.5)
RNX2RTKP(3.11, A.2)
(5) RINEX変換RTKCONV
(3.6)CONVBIN(3.11, A.4)
(6) GNSSデータ・測位解プロットRTKPLOT(3.7, 3.8) ‐
(7) GNSSデータダウンローダRTKGET(3.9) ‐
(8) NTRIPブラウザNTRIPBROWS
(3.10) ‐
()マニュアル章番号
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RTKLIB: 可搬性
• プログラム言語
– API, CUI AP : ANSI C (C89)– GUI AP : C++
• 使用ライブラリ
– TCP/IPスタック :標準ソケットまたはWINSOCK– スレッド : POSIX (pthread) またはWIN32スレッド
– GUI 部品 : Borland VCL on Windows• ビルド環境
– CLI AP : GCC, MS VS, Borland C, ...– GUI AP : Borland Turbo C++ on Windows
82
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RTKLIB: API
83
/* matrix and vector functions */mat(),imat(),zeros(),eye(),dot(),norm(),matcpy(),matmul(),matinv(),solve(),lsq(),filter(),smoother(),matprint(),matfprint()/* time and string functions */str2num(),str2time(),time2str(),epoch2time(),time2epoch(),gpst2time(),time2gpst(),timeadd(),timediff(),gpst2utc(),utc2gpst(),timeget(),time2doy(),adjgpsweek(),tickget(),sleepms()/* coordinates functions */ecef2pos(),pos2ecef(),ecef2enu(),enu2ecef(),covenu(),covecef(),xyz2enu(),geoidh(),loaddatump(),tokyo2jgd(),jgd2tokyo()/* input/output functions */readpcv(),readpos(),sortobs(),uniqeph(),screent()/* positioning models */eph2pos(),geph2pos(),satpos(),satposv(),satposiode(),satazel(),geodist(),dops(),ionmodel(),ionmapf(),tropmodel(),tropmapf(), antmodel(),csmooth()/* single-point positioning */pntpos(),pntvel()/* rinex functions */readrnx(),readrnxt(),outrnxobsh(),outrnxnavh(),outrnxnavb(),uncompress(),convrnx()/* precise ephemeris functions */readsp3(),readsap(),eph2posp(),satposp()/* receiver raw data functions */getbitu(),getbits(),crc32(),crc24q(),decode_word(),decode_frame(),init_raw(),free_raw(),input_raw(),input_rawf(),input_oem4(), input_oem3(),input_ubx(),input_ss2(),input_cres(),input_oem4f(),input_oem3f(),input_ubxf(),input_ss2f(),input_cresf()/* rtcm functions */init_rtcm(),free_rtcm(),input_rtcm2(),input_rtcm3(),input_rtcm2f(),input_rtcm3f()/* solution functions */readsol(),readsolt(),outsolheads(),outsols(),outsolexs(),outsolhead(),outsol(),outsolex(),setsolopt(),setsolformat(), outnmea_rmc(),outnmea_gga(),outnmea_gsa(),outnmea_gsv(),/* SBAS functions */sbsreadmsg(),sbsreadmsgt(),sbsoutmsg(),sbsupdatestat(),sbsdecodemsg(),sbssatpos(),sbspntpos()/* integer least-square estimation */lambda()/* realtime kinematic positioning */rtkinit(),rtkfree(),rtkpos()/* post-processing positioning */postpos(),postposopt(),readopts(),writeopts()/* stream data input/output */strinitcom(),strinit(),strlock(),strunlock(),stropen(),strclose(),strread(),strwrite(),strsync(),strstat(),strsum(), strsetopt(), strgettime()/* stream server functions */strsvrinit(),strsvrstart(),strsvrstop(),strsvrstat()/* rtk server functions */rtksvrinit(),rtksvrstart(),rtksvrstop(),rtksvrlock(),rtksvrunlock(),rtksvrostat(),rtksvrsstat() ...
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RTKLIB:まとめ
• OSS (Open Source Software)– フリー (BSDライセンス、商用利用可)– ソースプログラム公開 (独自ブランチ作成可)
• GNSS解析パッケージ
– 後処理解析
– リアルタイム解析
• システム開発用プラットフォーム
– 組込用CUI APの提供
– 共通API提供
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