Beyond your wall with Drogger

ドロガーで壁を越えよう

DG-PRO1RW RTKガイド

この記事はDG-PRO1RWをRTK(リアルタイムキネマティック)モードで動作させるためのマニュアルです。

基礎知識

RTKとは

RTKとはリアルタイムキネマティックという用語の略で、移動するレシーバ「移動局」とは別に、事前に位置の分っている地上に固定したレシーバ「基準局」の補正データを使って、高い精度の測位をリアルタイムで行います。

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RTKイメージ

RTKに対応して一つのレシーバーだけで測位する従来からの方法を単独測位と呼び区別したりします。

RTK測位を行うには、上の図に登場するアイテムが必要になりますが一つづつ解説します。

基準局

RTK測位をするには基準局が必要です。基準局はGNSSでの測位結果と実際の位置とのズレを補正データとして連続的に生成します。補正データはRTCM3と呼ばれる形式でフォーマットされます。

基準局を得るには以下の3つの方法があります。

  1. 自前で作る(仲間で共同で作る)
  2. 無償(善意)で公開されているデータを利用する
  3. 有料のデータサービスを利用する*1

それぞれの特徴は以下の通りです。

方法 コスト 安定性 絶対精度 備考
自前 ? 一度準備してしまえば安定して安価です。DG-PRO1RWで基準局が作れます。
善意 ? 善意の基準局は実験用途などもあり安定稼働は期待できません。また、してはいけません。
有料 月額数万円といった費用がかかりますが国土地理院のデータで絶対位置の信頼性があります。

自前、および善意の基準局の絶対精度は、基準局の(アンテナの)位置をどれだけ正確に測量したかによります。移動局の利用目的に応じた精度を確保します。

基準局と移動局の距離

基準局は出来るだけ近くにあるものがよく、できれば10Km以内が望ましいとされています。遠くなればなるほど精度が落ちるのと、RTKで位置が確定できなくなります。善意で公開されている基準局が近くにあればよいのですが無い場合は別の方法を選ばないとなりません。

RTK-GNSSレシーバと通信端末

このガイドでは自前の基準局と移動局はDG-PRO1RW + Android端末 + Drogger-GPSの組み合わせを前提として解説します。

通信手段

基準局のデータを移動局で受け取るための通信手段が必要です。

補正データを配信する一般的な手続きはNtripと呼ばれクライアントサーバーキャスターという3つの役割で構成されます。

Drogger-GPSは上記3つの役割に加え独自のP2P通信(ピアツーピア通信)をサポートします。*2

名称機能
サーバー基準局の作成した補正データを中継サーバー(キャスター)に送信します。
キャスター補正データを受け取りクライアントの要求に応じて移動局にデータを送信します。キャスター1台で複数の基準局と移動局を処理できます。複数の基準局を区別するために、マウントポイントという名前の識別子でデータを区別します。
クライアントキャスターにアクセスしてデータを連続的に取得します。
P2PDrogger-GPSの基準局と移動局同士で共通の識別子を使って直接通信します。

自前基準局へアクセスする方法

自宅や会社、そのほか出先などに基準局を作ることは比較的容易です。しかし、移動局がその基準局のデータを受信するにはいくつかの障害があります。 基準局はリアルタイムにデータを生成し連続的に送信するもので、普段行われないライブストリーミングと呼ばれることを行わなければならないためです。

以下に障害の内容と具体的な回避策を示します。

★ 基準局のIPアドレスがわからないとならない
通常のインターネット接続の場合、接続の度にIPアドレスが変わります。常に同じにするには固定IPアドレスの契約をプロバイダーと結ばなければなりません。または、最新のIPアドレスを知る仕組みが必要です。

★ 基準局がファイアーウォールの内側にある
インターネット接続するためのルータは外部からの接続を拒否するファイアーウォール機能を持っています。外部からファイアーウォールの内側に安全にアクセスできるようにするには専門的な知識のもとにルーターの設定をしなければなりません。さらに、基準局にモバイル通信を使用した場合は、ファイアーウォールの変更はほとんど不可能です。

回避策1 外部からアクセスできるNtripキャスターを使う
これらの問題のため現実的な回避策は、外部からアクセスできるネットワークに置かれたキャスター(中継サーバー)を用いることです。キャスターを使うと、1つの基準局に対して複数の移動局がデータを利用することも可能になります。

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Ntripキャスターを介した通信

回避策2 Drogger-GPSP2P通信を使う
Drogger-GPSではIPアドレスを知る必要もなく、ファイアーウォールを通過できるP2P通信をサポートしています。基準局と移動局ともにDrogger-GPSであればWi-Fi、モバイル通信に関係なく通信することができる画期的な通信方法です。*3

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P2Pで通信

フリーのコミュニティキャスター

キャスター(中継サーバー)も、基準局と同様に自前で作る方法とフリーのサーバーを使う方法があります。SNIPではキャスターソフトウェアの販売および無償で利用可能なキャスターサーバー rtk2go.com が運用されています。 参考までにrtk2go.comを利用する設定を紹介しておきます。

項目
ホスト rtk2go.com
ポート 2101
ユーザー名 なし
パスワード クライアントとして受信する際はなし。自前サーバーからデータを送信する場合はBETATEST

尚、マウントポイントは自前の基準局の場合、自分で決めた識別名(マウントポイント)を指定して送信します。

http://rtk2go.com:2101/にアクセスすると現在ホストされているマウントポイントが列挙されたソーステーブルを参照できます。

アンテナの設置

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金属屋根に設置した基準局アンテナ

自前で基準局を作る場合は、アンテナは出来るだけ高い位置で周囲に障害物のない開けた場所にします。また、直径10cm以上の金属板をアンテナの下に置きます。この金属板をグランドプレーンと呼びます。グランドプレーンは地面から反射した電波を遮断しより精度を高めることができます。

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受信感度の良さはアンテナの設置場所とグランドプレーンにかかっています。ここはとても重要です。

移動局の場合も、可能な限り高い位置でグランドプレーンを確保してください。自動車の場合、アンテナは室内ではなく必ず屋根に設置します。自動車の屋根が金属であればそれがグランドプレーンの役割を果たしてくれます。

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RTKの状態

RTKの位置確定は、複数の衛星から受信アンテナまでの電波の波の数を特定し距離を正確に確定します。この値をFIX解と呼びます。また、確定するまでには計算に時間がかかりますが、FIX手前で絞り込んでかなり正確な値をFloat解と呼びます。

RTKをFIXさせるには、条件があります。移動局が以下のような場所はFIX解は得られないか時間を要します。

  • トンネルや地下
  • 橋や高架橋の下
  • 建物の中や屋根の下、外壁際
  • 森林など樹木の下
  • 渓谷やビル街など周囲に高い壁がある場所
  • その他、周囲の電波や金属などの影響でアンテナが正しく衛星の電波を受信できない場所
  • 基準局から数十キロ以上離れた場所

また、以下のような基準局でもFIX解は得られません。

  • 受信状態のよくない基準局
  • 既知の位置が実際のアンテナの位置とかなりズレた基準局

移動局として使う

まず、DG-PRO1RWを説明書に従ってDrogger-GPSで利用できるように設定してあることが前提です。

移動局がアクセスするキャスターの指定

補正データをNtripキャスターから受信する場合は、移動局用のキャスターホストを設定します。P2Pで通信する場合はこの設定は不要です。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [移動局用キャスターホスト]をタップします。
  3. [ホスト] [ポート番号] [マウントポイント] [ユーザー名] [パスワード]を入力します。

マウントポイントは取得したい基準局を区別する識別子です。間違いがあると正しく通信できません。

すべての情報で全角文字は使用できません。必ず半角文字を入力してください。

以下はrtk2go.comのTESTというマウントポイントへアクセスするための設定例です。

項目
ホスト rtk2go.com
ポート 2101
マウントポイント TEST
ユーザー名 (なし)
パスワード (なし)

移動局を開始する

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [移動局]をONにします。
  3. P2Pで通信したい場合は、[P2Pで通信]をONにし、[P2P識別子]にお使いのe-mailアドレスを入力します。
  4. 設定を終了し[Start]をタップします。

データの受信状況を確認する

  1. メイン画面の[Ntrip status]をONにします。
  2. Statusに表示された内容を確認します。

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Ntrip status
Runningと出ていれば通信中です。RTCM3欄に受信したメッセージ番号と、受信レート(受信間隔(秒))がかっこ内に表示されます。

現在の位置精度を確認する

RTKがFIXしているかは、Nvigationの一番下のFix Modeを見ます。

意味
No Fix 位置は未確定です
2D 水平位置のみ確定
3D 水平・垂直ともに位置確定
3D DGNSS 水平・垂直ともに位置確定 + ディファレンシャルGNSS補強測位中
3D DGNSS FLOAT 水平・垂直ともに位置確定 + ディファレンシャルGNSS補強測位中 + RTK Float解
3D DGNSS FIXED 水平・垂直ともに位置確定 + ディファレンシャルGNSS補強測位中 + RTK FIX解

3D DGNSS FLOATで概ね20cm以下 3D DGNSS FIXEDでは2cm以下の精度です。

基準局として使う

まず、DG-PRO1RWを説明書に従ってDrogger-GPSで利用できるように設定してあることが前提です。

基準局が補正データを送るキャスターの指定

補正データをNtripキャスターへ送信する場合は、 基準局用のキャスターホストを設定します。P2Pで通信する場合はこの設定は不要です。

すべての情報で全角文字は使用できません。必ず半角文字を入力してください。都市名は近郊の都市名をアルファベットで入力します。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [基準局用キャスターホスト]をタップします。
  3. [ホスト] [ポート番号] [マウントポイント] [都市名] [ユーザー名] [パスワード]を入力します。

ホストに 0.0.0.0 を指定すると基準局端末そのものが簡易キャスターになります。Ntripクライアントはこの端末のIPアドレスを指定して直接補正データを受信できます。 (端末のIPアドレスはNtrip statusに表示されています。Ntripクライアントと通信するにはファイアーウォールなどの障害が無い場合に限ります)

マウントポイントは他のデータと区別するための識別子です。他と重複しないよう、企業や団体名、苗字+地域などを使用します。

以下はrtk2go.comへTEST_ABCというマウントポイントでデータを送信する設定例です。

項目
ホスト rtk2go.com
ポート 2101
マウントポイント TEST_ABC
ユーザー名 (なし)
パスワード BETATEST

基準局のアンテナ位置を指定する

基準局のアンテナ位置の指定は主に3つの方法があります。

  1. DG-PRO1RWで単独測位にて自己計測する。
  2. DG-PRO1RWで他の基準局を使用しRTK測位にて自己計測する。
  3. スタティック測量などで測量した結果を入力する。

1.単独測位にて自己計測する(サーベイイン)

単独測位にて自己計測することをサーベイインと呼んでいます。サーベイインは自己計測するとともに基準を満たすと自動で基準局に昇格します。

  1. DG-PRO1RWの電源を入れ測位を開始させます。
  2. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  3. [基準局]をONにします。
  4. [基準局の位置]をタップします。
  5. [自己計測] をONにし、[最小計測時間(sec)]と[位置精度上限(cm)]を入力します。
  6. 設定を終了します。
  7. [Start]をタップします。 (できれば手順 1の測位開始から5分以上経過してから行ってください)

最低でも最小計測時間測位を行い、平均位置精度が位置精度以下であれば自動で基準局に切り替わります。平均位置精度が悪い場合は値が下がるまで計測を持続します。

サーベイインの状態はメイン画面に表示されます。

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サーベイインの状態確認

サーベイインが完了し、基準局になるとFix ModeはTime Onlyに変ります。また、Ntrip statusに通信状況が表示されます。 基準局になった際の通信手段は[P2P通信]がONの場合はP2Pで、そうで無い場合は基準局キャスターホストで指定した内容になります。

2.RTK測位にて自己計測する

近くに基準局がある場合はそれを使って自身のアンテナ位置を正確に計測することができます。

前記、移動局として使うに従って移動局としてRTK測位を開始します。

  1. 測位がFIXしたらマップの任意の点をタップします。計測の現在位置にマーカーが表示されマップ下に[基準局に]ボタンが表示されます。
  2. 基準局になった際にP2Pでデータを送信したい場合は[P2P]にチェックを入れます。入れない場合は基準局用キャスターの設定に従ってデータがホストされます。
  3. [基準局に]をタップします。 RTKにて計測されたポイント(マーカー位置)が、[設定]-[RTK]-[基準局の位置]の直接指定に保存されます。また、同時に基準局として動作を開始します。

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基準局位置計測

マップを使ってポイントを任意の位置にすることもできます。

  1. マップにマーカーが表示された状態でマップ下部の[Track]チェックボックスをOFFにします。
  2. 任意の位置をタップすると、マーカーが移動します。
  3. マップを長押しすると、縦横のスライダーが表示されます。スライダーの移動でマーカー位置を微調整できます。微調整が完了したら画面左上の完了チェックをタップします。

尚、この見出しでは「RTK測位にて...」として記しましたが、単独測位であっても同様に基準局の位置を指定できます。

3.測量した結果を入力して基準局を開始する

上記とは別の方法で基準局アンテナ位置を測量した結果を直接入力することができます。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [基準局]をONにします。
  3. [基準局の位置]をタップし、[自己計測]をOFFにします。
  4. [緯度][経度][高度(楕円体)]を入力します。
  5. P2Pでデータを送信したい場合は一つ戻って[P2P通信]をONにします。
  6. 設定を終了します。
  7. [Start]をタップします。

動作状況を確認する

基準局のアンテナ位置はマップ上にマーカーが表示されます。NavigationのFix Modeは「Time only」と表示されます。

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Fix Mode表示

RTCM3 補正データは以下のように確認します。

  1. メイン画面の[Ntrip status]をONにします。
  2. Statusに表示された内容を確認します。

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Ntrip status
Runningと出ていれば通信中です。RTCM3欄に受信したメッセージ番号と、実測送信レート(受信間隔(秒))がかっこ内に表示されます。

データの送信レートは、基準局位置情報1005は10秒に1回それ以外は1秒に1回です。

基準局を継続的に運用する

基準局を長期間継続的に運用する場合においていくつかポイントがあります。

★ 自動再接続を10秒に設定する
AndroidアプリやサービスはOSによって強制的に終了させられることがあります。しかし、Drogger-GPSのサービスは再起動し自動回復します。この回復と合わせて自動再接続を有効にしておくことで、Bluetoothも再接続されすべての機能が回復します。移動局側で受信したデータの有効時間はおよそ60秒ありますので、強制的に終了させられてもほとんど問題は起きません。

WiFi802.11ac 5Ghz帯を使用する
WiFiで2.4Ghzを使用するとBluetoothと同じ周波数帯のため、端末のチップによっては処理に遅延や停滞を起こすことがあります。できれば802.11ac 5Ghz帯に対応した端末とWiFi親機を使用し通信も5Ghz帯を使用してください。無用な競合を避け安定した運用ができます。

★ DG-PRO1RWの電源はUSB充電器を使う
電源がモバイルバッテリーなどですと長期間継続的に運用はできませんので、USB充電器を使用し連続して使用できるようにします。

★ 端末はなるべく新しいモデルを使用する
端末が古い場合どうしてもAndroid OSも古いものになります。安定した継続的運用には、より新しいOSの使用が望ましいものです。

その他の情報

レシーバのRAWデータを取得する

国土地理院電子基準点の観測データを使ってstatic測量などを行う際にレシーバのRAWデータが必要になります。Drogger-GPSで直接static測量を行うことはできませんが、それに必要なRAWデータをログに記録できます。RAWデータはubx形式で記録されます。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [基準局][移動局]ともにOFFにします。
  3. [Rawデータを記録する]をONにします。
  4. 設定を終了します。
  5. [Start]をタップします。

メイン画面の[...][ログ一覧]で 名前の末尾がubxのものがRAWデータです。

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RAWデータ


Enjoy with Drogger

Droggerの詳細・ご購入は https://www.bizstation.jp/ja/drogger/

*1:有料のデータサービスは、国土地理院の電子基準点のリアルタイムデータが数社から配信されています

*2:キャスターは1クライアントのみ接続可能な簡易キャスターです。

*3:P2P通信は100%保証されるものではありません。特殊なファイアーウォールなどの場合通信できない場合もあります。

DG-PRO1RW 2周波センチメートル級 RTK-GNSS

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DG-PRO1RW (予価 59,800 税抜 バッテリー除く)

しばらくブログを書けないでいましたが、ようやく時間が出来ました。というかようやくDG-PRO1RWについて語ることができるようになりました。

DG-PRO1RWは、DroggerのGPSとして開発されたDG-PRO1の新しいバリエーションのRTK-GNSS受信機です。RTKのRとWバンドのWDG-PRO1RWです。HONDAのスペシャル仕様のレーサーみたいで、さらにタイミングよく令和(ReiWa)版のようでもあるネーミングです。

従来のレシーバーはL1帯という1つの周波数を受信していましたが、RWはL1とL2の2つの周波数帯の電波を使って位置を計算します。GPSは1つの衛星からは2種以上の電波が送信されていて、2つを使うことで電波特性の違いを利用してより精度を高めることができます。

さらにRTKモードならセンチメートルレベルの位置精度でしかも10Hz以上の高レートで計測できます。

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RTKモードは高精度な測量レベルの精度です。モータースポーツなどではタイヤ一本のラインの違いまで完全に比較可能です。

RTKとは

RTKとはリアルタイムキネマティックという用語の略で、簡単に言うと移動するレシーバとは別に、「基準局」(事前に位置の分っている地上に固定したレシーバ)の補正データを使って、高い精度の測位をリアルタイムで行う技術のことです。

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RTKイメージ

従来の測位方法(コード測位)は電波の到達時間を1MHz(100万分の1秒)で区切ってで計測します。対してRTKで使う搬送波測位は1000倍以上細かい(1.5GHz)で区切って計算します。 具体的に距離に直すと約19cmです。この単位以下はレシーバの分解能によりますが100分割とすると1.9mm単位で計測できるということになります。いかにRTKが高性能かわかりますね。

ただいきなり19cmの単位での位置がわかるわけではなく、従来の測位法と位置補正データを使って無数の候補点から特定していきます。

基準局で作られた補正データは、インターネット・Wifi・近距離無線などの通信手段で移動局に送ります。

基準局を得る方法

RTKモードで測位するには基準局が必要です。基準局を得るには以下の3つの方法があります。

  1. 自前で作る(仲間で共同で作る)
  2. 無償(善意)で公開されているデータを利用する
  3. 有料のデータサービスを利用する*1

それぞれの特徴は以下の通りです。

方法 コスト 安定性 絶対精度 備考
自前 ? 一度準備してしまえば安定して安価です。DG-PRO1RWで基準局が作れます
善意 ? 善意の基準局は実験用途などもあり安定稼働は期待できません。してはいけません。
有料 月額数万円といった費用がかかりますが国土地理院のデータで絶対位置の信頼性があります

自前、および善意の基準局の絶対精度は、基準局の(アンテナの)位置をどれだけ正確に測量したかによります。移動局の利用目的に応じた精度を確保します。

基準局の距離

基準局は出来るだけ近くにあるものがよく、できれば10Km以内が望ましいとされています。遠くなればなるほど精度が落ちるのと、RTKで位置が確定できなくなります。善意で公開されている基準局が近くにあればよいのですが無い場合は別の方法を選ばないとなりません。

ここでの説明はとても大まかなものです。詳しくはリアルタイムキネマティックで是非調べてみてください。

DG-PRO1RWの特徴

u-blox F9Pチップ搭載

RWはDG-PRO1と同じスイス u-blox社のチップで、最新2周波RTKモジュール ZED-F9Pを搭載しています。F9Pは大学や企業の研究などにおいても、数百万円の測量用受信とほぼ同等性能であるとする高い評価を得ています。

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u-blox ZED-F9P

高精度単独測位

RWは基準局を必要としない従来からの単独測位も、2周波によって1m以下CEP の高精度測位が可能です。

2周波RTK

このRTKという技術は、結構古くからあるのですが測量用で高価(50~数百万円)なもののみでした。また近年出てきている1周波のものではなかなかFIX(位置確定)しなかったり、FIX率が低いといった課題があります。

RWは2周波により無数の候補点の数を大幅に削減し、驚くほど短時間で容易にFIXします。また、基準局からの距離も望ましいとされる10Kmの数倍の距離でも容易にFIXします。 また、自動車ナビゲーションなどで高架橋などから抜けたあとの復帰も驚く速さでFIXに戻ります。

2周波RTKでコンシューマ向け製品としては日本初*2です。

基準局・移動局どちらにも対応

RTKモードで測位するには基準局が必要です。RWは基準局・移動局のどちらとしても利用可能です。自前で基準局を用意される場合はRWが2セット必要です。

専用AndroidアプリDrogger-GPS

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従来のDG-PRO1と同様にRWはBluetoothを搭載し、Drogger-GPSでコントロールします。

簡単

これまでのRTKは学術用途やチップメーカ製など難しいアプリケーションしかありませんでしたが、それらに加えてDrogger-GPSAndroidで基準局や移動局としての設定や通信が簡単にできます。Drogger-GPSは他のアプリやソフトウェアを必要としません。非常に簡単にRTKを行うことができます。

RTKで得た位置情報は、従来のDG-PRO1と同様にさまざまなアプリで利用可能です。(Drogger・Google Map・Y! ナビ・AgriBus-NAVI・Lap-C・ReceChronoなど )もちろんロギングも可能です。

ピアツーピア通信

さらに、基準局-移動局間では初のピアツーピア通信も可能にしました。Android端末2台*3とDrogger-GPSで基準局-移動局間をダイレクトに通信できます。わかり易く例えるとLINE電話のようにインターネットを利用して端末間で直接通信します。

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P2P設定 間もなく日本語にします
中継サーバーを用意したり、自宅にサーバーを立てたりといったネットワークに関する高度な知識や設備は一切不要です。

どこでも基準局

基準局は、ビルや建物などの屋根等への設置が通常ですが、RWとDrogger-GPSを使えばサーキットや農場などの駐車場に止めた車などでも5分あればすぐに基準局が作れます。車の屋根にアンテナを置き、Drogger-GPSでセルフ計測モードを開始します。数分間計測しアプリが基準局の位置を決め自動で基準局モードになります。

基準局の位置をGoogleマップ衛星写真などから位置を指定することも可能です。 f:id:bizstation:20190708170807p:plain:w400

このような基準局の場合、絶対位置精度はわずかな誤差があるかも知れません。しかし、基準局-移動局間の相対位置精度はセンチメートル級で高精度です。

防水・防塵 ヘビーデューティー仕様

RWも防水・防塵 ヘビーデューティー仕様です。GNSSは基本的に野外で使用します。濡れたり汚れたりといったことを一切気にせず使用できます。

u-blox 2周波アンテナ付属

写真のu-blox 社で販売する2周波アンテナ(底面マグネット付き ケーブル5m)が付属します。アンテナの追加購入や選択の手間がありません。このアンテナで基準局・移動局とも十分な性能を発揮します。

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u-blox ANTENNA

技適Bluetooth SIG

日本の電波法の技術的合基準はもちろんBluetooth SIGも認証済で、ユーザー様が電波法違反やBluetooth特許/商標侵害に問われることはありません。特にコンプラインアンスが問われる企業ユーザー様も安心して利用いただけます。

発売は2019年7月末の予定です。価格は 59,800 (予価 税抜)です。

誰でも使えるセンチメートル級は始まったばかりです。どんな用途があるのか未知の世界です。1m位の精度とcm級では利用価値がまったく変わってきます。みんさんのアイデアで既存のGNSS枠を超えた面白い使い方ができるかと思います。楽しみです!!

乞うご期待!

Enjoy with Drogger

Droggerの詳細・ご購入は https://www.bizstation.jp/ja/drogger/

*1:有料のデータサービスは、国土地理院の電子基準点のリアルタイムデータが数社から配信されています

*2:自社調べ

*3:どちらもインターネットに接続できる必要があります

DG-PRO1 静止~低速域の安定性向上 LSS機能

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DG-PRO1 グランドプレーン

今回はDG-PRO1静止~低速域の性能向上のお知らせです。

DG-PRO1はモータスポーツなど高速域の性能は高い評価をいただいていますが、最近はウォーキングや農業機械ナビなど低速で使われるお客さんも増えています。

そんな中で農業設計社さんのAgriBus-NAVIで使用されているお客様から、低速域での安定性についてのご要望をいくつかいただきました。それらのご要望をもとに低速域での安定化機能(Low Speed Stabilizer)を追加いたしました。

LSSは方位精度を改善する機能で、主に以下の2つで構成されます。

  1. 方位の安定性を向上させるローパスフィルター
  2. 静止とバック(後退)時に正確な方位出力をするビルトイン・センサーコンパス

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方位精度設定画面

LSSの出力は、モックプロバイダーかNMEAを通じて他のアプリにも反映されます。

また、今回は加えて低速域での安定性に不可欠なアンテナグランドプレーンの提案をしたいと思います。

Buit-in sensor Compass (ビルトイン・センサーコンパス)

最初に静止時の方位についてです。

車両が静止しているときや極低速時は、GNSSではどちらを向いているか不定で方位を示すことができません。そこでAndroidのセンサーを使って車両の向きを示すのがビルトイン・センサーコンパスです。Androidを車両に固定すれば、停止時でも車両の向きを示してくれます。

では実際に、 静止時のコンパス機能がわかる動画です。一つの端末でAgriBus-NAVIとカメラを画面分割して回転がわかるようにしてあります。 *1


Drogger GPS Compass

このコンパスは、Androidジャイロセンサー、加速度センサー、磁気センサーを使って計算されます。ただ、デバイスによってはジャイロセンサーが無いものもあります。そのためどのデバイスでも正確にでるわけではありませんのご了承ください。

コンパスの示す方向は画面を横長にした場合は以下の画像のような向きです。

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コンパスは、デバイスの向いている方向を指しますが、車両の進行方向に対する取付角度や環境による誤差などを調整するために角度のオフセットを入力できます。通常は変化しないかと思いますので固定値での入力です。*2

方位ローパスフィルター

次にゆっくりと移動している際の方位です。

車両の場合低速時にそんなに急に向きを変えることができないはずですが、GNSSの示す生データの方位は精度に応じてグラグラし不安定で実態に対して過敏になっています。

そこで実際の方位の変化を示すようにレスポンスの良いローパスフィルター*3を実装しました。このフィルターにより実際の方位変化に近いものにすることができました。このフィルターは10km/h以下で方位に対しのみ機能します。

下の動画は最初にフィルターONでその後OFFにしています。マップ上にあるコンパスの動きを見てください。少しわかりずらいですがせっかく取りましたので載せておきます。


Drogger GPS Lowpass Filter

前記のコンパス出力もこのフィルターを通ります。そのため、静止時から動き始めもスムーズに方位が変化していきます。車では急な方向転換はありませんが、ウォーキング用途などでは止まった状態から急に違う方へ歩いたりします。そのような時でもレスポンス良くとてもスムーズに変化します。

グランドプレーン

ここでのグランドプレーンとは、アンテナの下に地面と平行に置く金属板のことです。山や建物からの反射波の影響を低減させます。DG-PRO1はさまざまな用途で利用されるため、決まったグランドプレーンの提案は難しいため行ってきませんでした。

AgriBus-NAVIで利用される方はトラクターの屋根等に比較的グランドプレーンの設置がやり易いのではないかと思います。実際、高精度での計測はグランドプレーンがとても重要でこれ次第と言っても過言はありません。別のGNSSかと思うくらいの違いが出ます。

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簡単に手にはいることから100円Shop Seriaでなべの蓋や丸形の金属容器をいくつか用意しました。

色々な形状・材質で実験していますが、実はグランドプレーンの模索は現在進行中です。

材質ではスチール・ステンレス・アルミ、形状では平面・ボール形、厚みでは0.3mm~2mmほどまで様々です。ベストは模索中ですが、いずれにしてもどれも、平面の中央に置くことで間違いなく効果がありました。

取付の方向とグランドプレーンとの隙間は平面の場合ほぼ変わりありませんでしたのでいち早くお伝えしておきたいと思います。

項目 内容
取付向き ケーブルを上に向け垂直
グランドプレーン直径 11cm ~ 16cm
グランドプレーンとの隙間 5~10mm
位置 DG-PRO1を円の中心に置く

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この写真のものは、厚さ0.3mmのアルミ板(ホームセンターで購入)を直径11cmにハサミでカットしました。ステーは2mm厚のアクリル板をカットしはんだごてで温めて90°に曲げたものです。

直径は11cmあれば非常に効果があり、さらに16cmになるとわずかながらより効果が大きくなりました。

ケーブルの取り出し方向と、グランドプレーンからの隙間は従来お伝えしてきた内容と異なってしまっていますが、地面と平行なグランドプレーンとしての金属とそうでない付近の金属の違いがありますのでご容赦ください。

ケーブルの取り出し方向は、天地が反対でも問題有りませんが、ケーブル取り出しを上にした方が効果が大きくなりました。

効果実験

AgriBus-NAVIでのフィルター効果の実験風景です。当社にはトラクターも農地もありませんので、手押し台車にDG-PRO1を載せてのテストです。取付位置も低く回りに建物がありGNSSの環境としてはあまり良いところではありませんが、その方がふらつきが大きくテストには好都合かと思います。*4

結果はフィルターなしに比べてとてもスムーズにラインをトレースすることができるようになりました。方向転換時もスムーズに方位が変わります。 バックした際は画面が回転することなく位置のみ後退します。

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AgriBus-NAVIには「進行方向平滑化時間」という設定があります。こちらも様々な設定で実験ししました。その結果、より良いレスポンスとローパス性能を追求し、ローパスフィルターを実装するにいたりました。AgriBus-NAVIは様々なGNSSに対応する必要がありますが、Drogger-GPSはDG-PRO1に特化できますのでベストチューニングになっています。

機能の無い従来の状態と、LSS+11cmグランドプレーン有りで比較した動画です。


DG PRO1 LSS + 11cmグランドプレーン

尚、ローパスフィルターを有効にした場合、「進行方向平滑化時間」の設定は0 msecでOKです。

まとめ

AgriBus-NAVIでDG-PRO1をお使いの方はアプリを更新いただき、LSS関連の設定を有効にしてください。 また、ぜひグランドプレーンを設置してみてください。

双方の効果で非常に安定して使いやすくなるかと思います。

実験担当者(大宮路)曰く、「LSS+グランドプレーンはすごくいいです。結構感動的ですよ!」とのことで実際のトラクターでの使用感をお聞きしたいところです。

DG-PRO1で快適なお仕事を!

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*1:動画は部屋の中なので 黄色のNO POSマークで位置はFIXしていませんが方位はきちんと受け取って表示してくれました

*2:自動で計測する方法も考えましたが、ウォーキングなどで使う場合は計算すると逆におかしなことになりますのでこのような仕様です

*3:ゆっくりとした(ロー)真の変化のみを通す(パス)フィルター

*4:写真は実験の一部の風景です

DG-PRO1をRaceChronoで使う

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今回はDG-PRO1フィンランドRaceChrono Oy製RaceChronoで使う方法です。

RaceChronoはOSからLocation情報を取得して動作します。RaceChronoは新規にインストールした状態から変更するところはありません。デフォルトのままでOKです。デフォルトで[内蔵GPS受信機]がオンになった状態です。

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Bluetoothバイスを直接指定する事も可能になっていますが、指定は不要です。Drogger-GPSで設定した更新レートでRaceChronoを使って計測できます。

Drogger-GPSを説明書の通りに設定しておいてください。

使い方

  1. DG-PRO1に電源を接続し、BlueのLEDが点滅しているのを確認します。

  2. Drogger-GPSを起動して [Start]をタップします。

  3. RaceChronoを起動します。(Drogger-GPSはバックグラウンドでOSの位置情報を更新し続けます。)

ちなみに、Androidの設定で位置情報をOFFにしても構いません。内蔵GPSは置き換えられて使用されないためです。

RaceChronoを自動起動させる

上記使い方の3番を自動で行うこともできます。

  1. Drogger-GPSの設定を開きます。

  2. [起動と外部アプリ]-[Bluetooth接続後に起動するアプリ]で[RaceChrono]を選択します。

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[Start]をタップしBluetoothの接続が完了するとRaceChronoが自動で起動するようになります。

これで、DG-PRO1からワンタップでRaceChronoが使えるようになりました。

DG-PRO1で楽しい走行を!

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DG-PRO1をGPSLapsで使う

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今回はDG-PRO1をs.krtkさん製GPSLapsで使う方法です。

GPSLapsはOSからLocation情報を取得して動作します。GPSLapsは新規にインストールした状態から変更するところはありません。デフォルトのままでOKです。

Bluetoothバイスを直接指定する事も可能になっていますが、指定は不要です。Drogger-GPSで設定した更新レートでGPSLapsを使って計測できます。

Drogger-GPSを説明書の通りに設定してください。

使い方

  1. DG-PRO1に電源を接続し、BlueのLEDが点滅しているのを確認します。

  2. Drogger-GPSを起動して [Start]をタップします。

  3. 接続が完了したらGPSLapsを起動します。(Drogger-GPSはバックグラウンドでOSの位置情報を更新し続けます。)

GPSLapsを自動起動させる

上記使い方の3番を自動で行うこともできます。

  1. Drogger-GPSの設定を開きます。

  2. [起動と外部アプリ]-[Bluetooth接続後に起動するアプリ]で[GPSLaps]を選択します。

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[Start]をタップしBluetoothの接続が完了するとGPSLapsが自動で起動するようになります。

これで、DG-PRO1からワンタップでGPSLapsが使えるようになりました。 f:id:bizstation:20190327155041p:plain

DG-PRO1で楽しいサーキット走行を!

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DG-PRO1をLAP+Cで使う

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今回はDG-PRO1をdp3さん製LAP+Cで使う方法です。

通常のGPSを利用するAndroidアプリはOSからLocation情報を取得して動作します。しかし、LAP+Cは外部レシーバーに直接Bluetooth接続などして位置情報を得るアプリです。外部レシーバーとの通信にはGPSレシーバの標準メッセージ(NMEA)を使用します。

DG-PRO1はデフォルトではNMEAメッセージは使用しませんが、 Drogger-GPS Version 1.6.30以降を使うことでDG-PRO1からNMEAメッセージを出力するよう設定することができます。 尚、DG-PRO1の設定情報は電源を切ると失われますので、LAP+Cで接続する前にDrogger-GPSで設定済にしてから起動するようにします。

Drogger-GPSの設定

以下の設定を行うことでDG-PRO1のNEMA有効化とアプリの終了、LAP+Cの自動起動がワンタップ行われるようになります。

  1. Drogger-GPSの設定を開きます。
  2. [起動と外部アプリ]-[NMEAと外部アプリ]-[NMEAを有効にして終了]をONにします。

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  1. [起動と外部アプリ]-[Bluetooth接続後に起動するアプリ]で[LAP+C]を選択します。

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使い方

LAP+Cについては新規にインストールした状態から変更するところはありません。デフォルトのままでOKです。

DG-PRO1をLAP+Cで使う場合は必ず以下の手順で行ってください。

  1. DG-PRO1に電源を接続し、BlueのLEDが点滅しているのを確認します。
  2. Drogger-GPSを起動して [Start]をタップします。
  3. Bluetoothの接続が完了するとLAP+Cが自動で起動します。 起動後Drogger-GPSBluetoothを切断して自動で終了します。 ここからはLAP+Cでの操作です。
  4. [SPP(747Pro等)探索開始]をタップします。

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  1. [DROGGER-GPS]をタップします。

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  1. [接続完了]になればOKです。

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これで、LAP+CからDG-PRO1に接続できました。

Androidの設定で位置情報をOFFにしても構いません。内蔵GPSは使用されないためです。

DG-PRO1で楽しいレースを!

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DG-PRO1をLocus Mapで使う

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今回はDG-PRO1をオフラインマップのLocus Mapで使う方法です。

Locus Mapは特に特別な設定は不要です。しかし、Locus MapのGPSの設定項目は多く、ユーザーは混乱しがちです。

そこで、DG-PRO1でLocus Mapを使う際のお勧め設定をご紹介します。

概要

Locus Mapの外部GPS Bluetooth接続機能は使用しない

Locus Mapに外部GPSBluetooth接続する機能がありますが、これは使用しません。

Drogger-GPSBluetooth接続する

一般的なカーナビアプリなどど同様に、Drogger-GPSBluetooth接続し、Locus MapはMock Provider経由で位置情報を取得します。

Locus Mapの設定

Locus Mapの設定方法を画像で示します。日本語と英語の画像の双方を並べておきます。 枠で示した通りに設定してください。

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Drogger-GPSの設定

新規にインストールした状態から変更するところは1箇所のみです。あとはデフォルトのままでOKです。

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自動再接続などは利用方法に応じて設定してください。

使い方

  1. DG-PRO1に電源を接続し、BlueのLEDが点滅しているのを確認します。
  2. Drogger-GPSを起動して[Start]をタップします。
  3. 接続できると、Locus Mapが起動します。

これで、Drogger-GPSからLocus Mapに位置情報が送られます。 Androidの設定で位置情報をOFFにしても構いません。内蔵GPSは使用されないためです。

DG-PRO1で楽しいアウトドアスポーツを!

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