Beyond your wall with Drogger

ドロガーで壁を越えよう

DG-PRO1RWS Softbank 位置測位サービス「ichimill」を使う

今回は、Softbank 位置測位サービス「ichimill」 *1を基準局として使用する方法を紹介します。

概要

このデータはSoftbankの全国3300か所以上の独自基準点で生成した補正情報に基づいたものだそうで、国土地理院のデータを用いた他社のサービスとは異なっています。

実際に使用してみましたが、長野、山梨、静岡とどこでもBeidouの補正情報が得られ容易にFixしました。

山間部などロケーションの悪いところでも、Beidouが拾えることで仰角の高い衛星数が増えます。そういった場所での利用にはとても有利ではないかと思います。

RTCMの形式もMSM7と4がサポートされ、DG-PRO1RWSとのマッチングもベストです。

設定

Softbank 位置測位サービス「ichimill」を申し込むと以下のような情報が送られてきます。

項目 Drogger-GPSでの設定項目名
アドレス ntrip-xxxxx-co.jp ホスト
マウントポイント xxxxx マウントポイント
ポート番号 2101 ポート
ID bizstation ユーザー名
PASS abcdefg パスワード

この情報に基づいて、DG-PRO1RWS + Drogger-GPS で移動局として使用する設定をご案内します。

  1. Drogger-GPSの設定を開きます。
  2. [GNSS(衛星測位システム)]をタップしGPS and QZSS GLONASS Galileo Beidouを有効にし、一つ戻ります。
  3. [RTK]をタップし[移動局]を有効にして[移動局用キャスターホスト]をタップします。
  4. 送られた来た情報をもとに各項目を正しく入力します。
  5. [現在地(GGA)を送信する]を有効にします。
  6. 一つ戻って[P2Pで通信]を無効にします。

以上で設定は終了です。DG-PRO1RWSに電源を入れ[Start]をタップします。 以下の画像は実際にsoftbank 位置測位サービス「ichimill」を使用した時のものです。 f:id:bizstation:20200302210259p:plain:w350 f:id:bizstation:20200302210310p:plain:w350

とても簡単に基準局が利用できる上、Beidouが全国で使えるのは素晴らしいですね。

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

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*1:サービスを利用するには事前にSoftbankとの契約が必要です。

DG-PRO1RWS GNSSジャイロとMoving base

f:id:bizstation:20200217163609j:plain
GNSS ジャイロ
今回は新しい機能GNSSジャイロとMoving baseです。 これらは、アプリとレシーバーのファームウェアを更新することで利用可能になります。DG-PRO1RWSまたはDG-PRO1RW+拡張モジュールで利用可能です。

RTK Moving baseとは

RTK MovingBaseは2つの移動するGNSSレシーバーの相対位置を同時刻に測位しリアルタイムに出力する仕組みです。 基準とするレシーバーをMBベース、もう一方をMBローバーと呼びます。

基準となるレシーバーが移動するのでMoiving baseと呼ばれます。このMoiving baseですが基準局側のみを指すのではなくシステム全体をMoiving base(MB)と呼んでいます

できること

Moving baseで得られる測位データは以下のものです。

  • MBベースから見たMBローバーの方位と距離
  • MBベースから見たMBローバーの南北方向の距離と東西方向の距離
  • MBベースから見たMBローバーの高度差

f:id:bizstation:20200218114138p:plain:w400
Drogger-GPSで見たMBローバーでの測位結果

測位精度

MBベースからMBローバーに補正情報をリアルタイムに送信することで、条件がよければ1cm+CEPでベース- ローバー間の相対位置を測定できます。 また、MBベースはRTK移動局になることも可能です。MBベースをRTK移動局として運用すれば絶対的な位置として測位できます。

MBベースはRTK移動局にもなる

MBベースはRTK基準局から補正データを受け取って自身の位置を測位すると同時に、MBローバーのための補正データを生成します。

リアルタイム

リアルタイムMoving baseで難しいところは2つのGNSSレシーバーでの測位時間の同期です。同じタイミングで測位したデータを用いなければなりません。 それには更新レートが同じ周期で補正データを高速にローバーに転送することが必要です。

Base - Rover間通信

DG-PRO1RWSにおけるMBのサポートは、内蔵WiFiを利用してピアツーピアで補正データを送受信します。互いにWiFi電波が届く距離であればケーブルなしで利用できます。

必要な機材

Moving baseに必要な機器は、DG-PRO1RWS 2セットです。設定はAndroidd端末1台でも可能ですが2台の方が簡単で便利です。設定後は、通常Androidは1台で足ります。測位結果をAndroidではなく他の機器で処理するような場合はAndroidが不要な場合もあります。

利用形態

利用形態は大きく分けて以下の2種類です。

  • ベースとローバーの距離は固定
  • ベースとローバーの距離は自由移動

形態ごとに利用用途が異なっています。

MBベースとMBローバーを同じ移動体に固定する場合 (GNSS ジャイロ)

例えば船の船首にMBローバー船尾にMBベースを設置すると船の向き(方位)を知ることができます。いわゆるGPSコンパス2軸GPSジャイロ)になります。これは船が静止している状態でも計測可能です。もちろん、自動車・トラクター・重機・ドローンなどでも同様です。

さらに、このコンパスは磁気を使用するものに比べてはるかに正確に測定できます。MBローバー・MBベース間の距離25cmで±0.8°、1mで±0.4°*1と極めて高精度です。

また、MBローバーとMBベースの配置により、ロール(roll)またはピッチ(pitch)のいずれかを計算できます。(ただし、使用するアンテナの指向性により計測可能アングルに制限があります)

f:id:bizstation:20200218120702p:plain

尚、MBローバーをもう一つ追加すると3軸GPSジャイロになりますが、通信レートの都合上現在のところサポートされません。

MBベースとMBローバーの距離が変化する場合

例えば、ドローンで走行する自転車を上空から撮影するとします。自転車にMBベース、ドローンの機体にMBローバーを載せるとMBローバーは常に自転車の方向と距離・高さを計測できます。これに自動操縦を加えると自転車の追尾をすることが可能になります。いわゆるドローンのフォローミー機能です。RWSではこれをセンチメートル級の高精度で行うことができます。

他にも、アーム付きの重機などのアームの方向と距離・高さ、クレーンの先端位置などがリアルタイムに高精度で測位できます。

測量用途では、ベースを基準にcmでの距離表示によりくい打ちなどがより直観的に行えます。その際にDMPによる傾斜補正も使用可能です。

仕様など

最大計測レート

計測レートは選択するGNNSの数によって変わってきます。すべての選択肢で米国のGPSは必ず含める必要があります。

GNSS種の数 レート
4 (GPS+GLO+GAL+BDS) 5Hz
3 (GPS+ xxx+ xxx) 5Hz
2 (GPS+xxx) 8Hz
1 (GPS) 10Hz

ヒント

  • 通信状態が悪く、データの転送が間に合わない場合はレートが低下します。
  • WiFiに限らず無線通信の場合、距離が遠くなることで電波強度が低下し、転送レートも低下します。
  • 捕捉衛星数が多くなればなるほどデータ量が増します。うまく衛星を絞ることで安定した転送レートが確保できます。(例 GPS+GAL+BDSで5Hzで使用する)

MBベースとMBローバーの最大距離

ベース・ローバー間の通信はWiFiによって行われます。従って、最大距離はWiFi電波の到達距離に依存します。平地で障害物の無い場所での実験では50mほどまで利用可能でした。(あくまでも参考値としてください。周囲のWiFI電波環境等に左右されます)

f:id:bizstation:20200217161635j:plain
実験時のMBローバーから見たMBベース

MBローバーの数

1つのMBベースに対するMBローバーの台数は、現状の通信方式の場合1台までです。

MBベースで測位結果を受信可能

MB測位計算はMBローバーで行われます。しかし、GNSSジャイロを構成しMBベースをRTK移動局とした場合、ベースはAndroidでBluetooth通信する必要があります。そこでDG-PRO1RWSではMB測位結果をローバーからベースに転送するようにしています。こうすることでMBベースでGNSSジャイロを使用できます。同時にMBローバーでAndroidを不要にできます。

DMP傾斜補正の併用

傾斜補正の併用で意味があるのは、ベース - ローバー間の距離が任意移動できる場合です。例えば、土地に1m間隔でマーキングするような場合、ベースを基準点に置きローバー受信機をポールに取り付けます。DMPの取付状態を正しく設定し傾斜補正を有効にします。これで常にポールを正しく垂直にしたときのアンテナ間距離が簡単に測位できます。(地面の傾斜・波うち・凹凸による高さ差は現在考慮されていません)

DMPとGNSSジャイロ

DMPとGNSSジャイロはその目的がほぼ同じです。また、RWSではベースでもMB測位結果を受け取ることができます。MBの役割別に DMPとGNSSジャイロ補正の有効/無効を示します。

MB役割別 DMP/GNSSジャイロ補正の有効/無効

DMP GNSSジャイロ
ベース x
ローバー x


その他

MBベースとMBローバーの更新レート・選択衛星は同じ値でなければなりません。

アンテナ等の設置

アンテナの設置

まずアンテナは、従来のRTK同様 周囲に電波を反射したり妨害するものがなるべくない状態にするのが基本です。それに加えて利用用途ごとに以下の注意が必要です。

MBベースとMBローバーを同じ移動体に固定の場合

MBベースに対してMBローバーはまっすぐ前方もしくは右に90°回転した方向のいずれかに設置します。また、パッチアンテナの場合同じサイズと形状のグランドプレーンを使用し、アンテナケーブルの取り出し口なども同じ方向に揃えます。

f:id:bizstation:20200210153053p:plain

2つのアンテナ距離は25cm以上を確保します。長ければ長いほど方位精度が向上します。

MBベースとMBローバーの距離が変化するもの

こちらの場合は特に制限はありませんが、WiFi電波の届く範囲になります。アンテナケーブルの長さを利用してレシーバー本体を近づけるようにします。

レシーバーの設置

レシーバー間はWiFiにより通信を行います。レシーバー間に電波の障害物があると通信がうまく行えないか不安定になります。一方のレシーバからもう一方が直視可能な位置がベストです。

レシーバ設定

設定の前にDrogger-GPSはバージョン 2.4.83以上の最新に更新します。またRWSのファームウェアは1.1.16以上に更新します。

以下ではAndroid2台でDrogger-GPSにて、ベース・ローバーそれぞれで使用する前提で説明します。

尚、RTK基準局が有効になっているとMoving Baseの選択ができません。まず、RTK基準局はOFFにしておいてください。

MB Roverを構成する

MB RoverはRTK移動局と併用できません。MB Roverを選択するとRTK移動局はOFFになります。

  1. Drogger-GPS [設定]-[MB (Moving base)]をタップします。
  2. [役割]をタップし、[MB Rover]を選択します。
  3. [WiFi]チャンネルを選択します。チャンネルはMB Baseで設定した番号と同じにする必要があります。
  4. [BASEから見たアンテナ位置]を指定します。ジャイロを構成する場合は、固定タイプでなければなりません。

MB Baseを構成する

MB BaseをRTK移動局に出来る場合は、まずRTK移動局としての設定を行ってください。絶対位置が必要でなければRTK移動局でなくとも構いません。

  1. Drogger-GPS [設定]-[MB (Moving base)]をタップします。
  2. [役割]をタップし、[MB Base]を選択します。
  3. [WiFi]チャンネルを選択します。(通常は5のままでOKですが、近くに同じチャンネルを使用しているWiFiがある場合は他のチャンネルを選択します)

DMPとGNSSジャイロ

DMPとGNSSジャイロはその目的がほぼ同じになります。GNSSジャイロを構成した場合、設定内のDMPに対するものがGNSSジャイロに適用されます。
但しこれは、MBベースでのみです。 具体的にはローパスフィルターコンパスオフセットロールオフセットピッチオフセットが有効です。

動作確認

ともに設定が済んだだら,2台とも電源を入れBluetooth接続します。まずはローバーから確認します。

ローバーの確認

メイン画面のDMP表示の上に Moving Baseの各項目が表示されているか確認します。また、RWSの右から2番目のLEDを確認します。

LEDの意味は以下の通りです。

順序 状態 LED
1 未実行(停止中) 消灯
2 初期化中 ゆっくり点滅
3 データ送信中 点灯
- 送信失敗 点滅

ベースとの通信が開始できるとLEDが点灯します。しばらくすると、 Moving Baseの各項目に値が表示されるようになります。

f:id:bizstation:20200218114138p:plain:w400

Fixモードに表示されるワードの意味は以下の通りです。

表示ワード 意味
MB Moving Baseモードです
POS 位置情報が有効です
HEAD 方位情報が有効です
FIX RTK FIX解です
FLOAT RTK FLOAT解です

ベースの確認

ローバーが正常なのを確認できたらベースを確認します。ベースの表示もローバーと同様です。ただし、ベースの場合ローバーとの通信できていない場合Moving Baseの項目は表示されません。(ローバーは通信の状態にかかわらずMoving Base項目が表示されます)

GNSSジャイロを構成した場合、DMP/MB Gyroビューでyaw roll pitchの値を確認できます。

通信状態の確認

通信状態はLEDを見ることで簡単に判断できます。点灯であれば問題ありません。距離がながくなったり不安定だと点滅になったりします。

補正の適用確認

今回のアプリリリースで新しく加わった機能で、GNSSジャイロやDMPコンパス・傾斜補正によって補正された値は緑で表示されるようになりました。

f:id:bizstation:20200218135446p:plain:w400

Androidなしで動作させる

動作確認ができましたら、設定内容をレシーバーに保存することで、電源ONですぐに動作させることができます。ただ、MBベースをRTK移動局とする場合はNtripクライアントとしてAndroidが必要ですので、レシーバーに保存する意味はあまりありません。

  1. Bluetoothが接続された状態でメイン画面の ... メニューをタップし、[レシーバー起動設定]をタップします。
    f:id:bizstation:20200124132709p:plain:w300
    f:id:bizstation:20200124132847p:plain:w200
  2. [現在のレシーバー設定で起動]を選択し[OK]タップします。
    f:id:bizstation:20200124133112p:plain:w250

尚、デフォルトの起動設定に戻したい場合は、手順3で[デフォルト設定で起動]をタップしてください。DG-PRO1RWSの出荷時設定に戻ります。

以降、電源を切って入れ直した際に、指定時の設定で動作します。

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*1:GNNSモジュールZED-F9Pの仕様書による

DG-PRO1RWS 内蔵WiFi +Ntrip サーバー

今回は、DG-PRO1RWSの内蔵WiFiとNtrip Serverについてです。 DG-PRO1RW+拡張モジュールも同じ機能です。以降両方ともDG-PRO1RWSとして表現します。 f:id:bizstation:20200124134837p:plain

概要

WiFiモード

内蔵WiFiは、他のアクセスポイントに接続するStationalyモードで動作します。(親機 (アクセスポイント)ではありません)

対応する仕様は802.11 b/g/n 2.4Ghz帯で5Ghz帯には非対応です。

Ntripサーバー

レシーバーが生成した補正データを、WiFI親機があれば(Androidを経由せずに)直接キャスターにデータを送信できます。

従来は、基準局の運用にAndroidが必要でしたが、一度正しく設定すればDG-PRO1RWSの電源を入れるだけで基準局を開始できます。

尚、基準局にP2P通信でアクセスしたい場合は従来どおりAndroidが必要です。
f:id:bizstation:20200319094145g:plain:w32 レシーバーのNtripサーバーと同時にDrogger-GPSのP2P通信を同時に有効にできます。 併用すると、一方にトラブルがあってももう一方でアクセス可能になり冗長化できます。現場に行ってから「基準局データにアクセスできなくて困った」といった課題を緩和できます。

参考

Ntripサーバーは中継サーバー(Ntripキャスター)へデータを送信する機能です。 名前はサーバーですが移動局が直接アクセスして補正データを受け取れるという役割ではありません。移動局がデータを受け取るためにアクセスする先はNtripキャスターです。

Ntripサーバーをレシーバーで実行する

まず、従来通り 基準局の設定を行います。

レシーバーのNtripサーバーを使用するには、

  1. [RTK]にて[レシーバー上のNtripシステム]をタップします。
  2. [レシーバーのNtripを使う]をONにし、[WiFiアクセスポイントSSID]とそれ用のパスワードを[パスワード]に入力します。

f:id:bizstation:20200402131918p:plain:w300 f:id:bizstation:20200402131926p:plain:w300

あとは通常通りBluetoothを接続の[Start]をタップします。
レシーバーの電源を入れるだけでNtripサーバーを起動させるのはこのあと説明いたしますが、まずは動作を確認します。

f:id:bizstation:20200319094145g:plain:w32 P2P通信を併用する場合は、この時点ではまだ有効にしないでください。動作確認が済んでから有効にします。併用の場合NtripステータスはP2Pを優先して表示するためです。

動作確認

まず、レシーバー上のNtripサーバーが動作すると下図のようにNtripステータスのタイプに「Ntrip server on reciever」と表示されます。
f:id:bizstation:20200124123442p:plain:w300

f:id:bizstation:20200319094145g:plain:w32 すべて正常に動作することが確認できまししたら、必要に応じてP2P通信をONにします。

ステータス

ステータスは以下のように遷移します。また合わせてレシーバーのLEDランプの状態も示します。

f:id:bizstation:20200402124752p:plain:w339

順序 状態 ステータス表示 Nrip server LED
1 未実行 Not started 消灯
2 WiFi接続試行中 Wifi connecting 2Hz点滅
3 WiFi接続OK
Ntrip casterへ接続中
Connecting 1Hz点滅
4 データ送信中 Running 点灯
5 停止中 Closed 消灯
- 接続再試行の待機中 Wait for retry WiFi接続待機の場合は点滅
Ntrip caster接続待機の場合はゆっくり点滅

Drogger-GPSで表示されるNtripステータスの更新間隔は1秒です。レシーバーのLEDランプは即時変化します。

正常に運用が開始されましたら、たまにNtripサーバーLEDが点灯しているか見るだけで運用確認ができます。

Bluetoothの切断と監視モード

レシーバー上のNtripサーバーはBluetoothを切断してもそのまま動作し続けます。

再度Bluetoothを接続すると、レシーバー上のNtripサーバーの動作の有無を調べ、動作していれば監視モードとしてレシーバーの初期化をせずに監視だけが行われます。
Bluetooth接続状態で設定を変更した場合は監視モードを中止し、設定内容でレシーバーを動作させます。
Drogger-GPSが行うレシーバーに対する設定は揮発性でレシーバーの電源を切ると初期状態に戻ります。

但し、次項で説明する「レシーバーの起動設定変更する」を行うと初期状態ではなく設定した内容で起動されます。

通信などのエラー処理と自動回復

エラーは大きく2つに分けて処理されます。

  1. 設定のエラー
  2. 通信経路などのエラー

認証エラーなど明らかに設定の問題と思われる場合は再試行することなくClosedに移行します。 また同時に[Status]の下にエラーの概要が文字で表示されます。

一同うまく通信が開始されたあと、不通になった場合は自動で接続が再試行されます。再試行間隔は約10秒です。
たとえば、Ntripキャスターの運用側が一時的に運用を停止したとします。 送信エラーになったらそれまでのセッションは破棄します。その後、新しい接続を10秒おきに試行します。 運用が開始されれば自動で再接続されそのまま運用を継続します。

レシーバーの起動設定変更する

せっかくAndroidなしでNtripサーバーを動作できますので、電源を入れただけで基準局が開始できたら便利です。

  1. まず前述の設定を行いうまくNtripサーバーが動作していることを確認します。
  2. Bluetoothが接続された状態でメイン画面の ... メニューをタップし、[レシーバ] - [起動設定]をタップします。
    f:id:bizstation:20200124132709p:plain:w300
    f:id:bizstation:20200411163355p:plain:w200
  3. GNSSの[現在の設定で起動]を選択し[OK]タップします。
    f:id:bizstation:20200402130014p:plain:w250

尚、デフォルトの起動設定に戻したい場合は、手順3で[デフォルト設定で起動]をタップしてください。DG-PRO1RWSの出荷時設定に戻ります。

以降、電源を切って入れ直した際に、指定時の設定で動作します。

安定運用

基準局は、安定した運用が大切になります。WiFiはできれば専用親機を用意しましょう。他の機器から大容量のデータが流れると通信が途絶えることがあります。PCでの大きなファイルの転送や動画閲覧などです。

2.4GHz専用のWiFi親機であれば3000円以下で購入可能です。

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DG-PRO1RWS デジタルモーションプロセッサー

まず、お知らせから。DG-PRO1RWにアドオン可能な拡張モジュールを2020年1月末に販売開始いたします。

拡張モジュールを今お使いのDG-PRO1RWにアドオンして機能を大幅にアップできます。

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DG-PRO1RW拡張モジュール(RWE-D)を取り付けたイメージ

また、DG-PRO1RWSecondとしてDG-PRO1RWが新しくこの拡張モジュールの機能が標準搭載されます。(DG-PRO1RWSの外観は従来のDG-PRO1RWとほぼ同一です)
尚、DG-PRO1RW+拡張モジュールとDG-PRO1RWSは同等の機能ですので以降はともにDG-PRO1RWSと表現します。

主な機能

9軸デジタルモーションプロセッサー(DMP)

加速度センサー・ジャイロセンサー・磁気センサー 各3軸、合計9軸のセンサーとそれらからリアルタイムに姿勢を計算する専用プロセッサーです。

  • ヨー・ピッチ・ロール角の出力。(NAV-ATTメッセージ、拡張NMEAメッセージ)
  • 標準NMEAの方位角をヘッディング角への置き換え処理。
  • ピッチ、ロール角分の傾斜による位置ズレの補正。(基準点からのアンテナ高さ入力必要)

方位またはヘッディングローパスフィルター

  • 方位角またはヘッディング角の出力を安定化するローパスフィルター機能。(従来Androidで実装されていた機能をレシーバー内で実行可能にしました)

WiFi機能

  • Ntripサーバーをレシーバ内部で実行可能。基準局の運用にAndroidを不要にできます。
  • Ntripクライアントをレシーバ内部で実行可能。別途Ntripクライアントソフトウェアを準備する必要がありません。

起動時の設定保存

  • レシーバー電源投入時の設定を指定可能に。Ntripサーバーと合わせると電源を入れるだけで基準局を開始できます。Ntripクライアントと組み合わせると電源を入れるだけでRTK移動局として動作します。

自動ボーレート設定

  • u-centerなどでF9Pのボーレートを変更しても、拡張モジュールが自動で変更されたボーレートを検出して元に戻します。

それぞれの機能の詳細を何回かに分けてご紹介したいと思います。今回はデジタルモーションプロセッサーです。

デジタルモーションプロセッサー

デジタルモーションプロセッサーは英語の頭文字を取ってDMPと呼ばれます。

なぜDMPが必要か?

ヘッディング

GNSSは動いていれば正確に動いている方位を得ることができます。当たり前ですが、止まっていると進行方向の方位はありません。

ところが車などの場合、止まっていても車の向きは存在します。この向きをヘッディングと呼んでいます。動いていれば進行方向とヘッディングはほとんどの場合同じですのでGNSSでもわかります。しかし静止・極低速・後退などの場合は(1台の)GNSSだけではヘッディングを正しく得ることができません。

よくカーナビで駐車場から出る際など、少し動くまで車がどっちを向いているかわからないといった経験があるかと思います。

DMPがあると前記のような状態でも正確なヘッディングがわかるようになります。低速での移動はGNSSの示す方位は不安定ですがそれもDMPと協調することで安定した方位を得ることができます。


DG-PRO1RWS デジタルモーションプロセッサ

傾斜補正

GNSSの測量などではポールの上にアンテナを付けて位置を計測します。測りたい点はポールの尖った先端です。それにはポールを正しく垂直に立てる必要があります。傾いていると空から見たアンテナ位置とポールの先端がズレてしまうからです。

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しかし、ポールの傾き角度と傾き方向、先端からアンテナまでの高さがわかると、計算で先端の位置を求めることができます。これが傾斜補正です。要求精度にもよりますが、傾斜補正をうまく使うとポールを概ね垂直にすればよく、厳密に垂直を出す必要が無くなります。

この例は測量ポールですが、凸凹な路面や傾斜地を走行する車両でも同様です。車軸を基準に位置を測りたい場合は、車軸からアンテナまでの高さで計算します。

これらがDMPを必要とする理由です。

尚、トンネルなどで衛星電波が受信できない際に位置を推測する、IMU推測航法には現在のところ対応しておりません。

DMPの詳細

ハードウェアの特徴

DG-PRO1RWSのDMPは、最新の9軸センサーとプロセッサーが1つのモジュール内に組み込まれ、外部と通信することなしに加速度センサー・ジャイロセンサー・磁気センサーの値からヨー・ピッチ・ロール角の出力します。通信を不要とすることで高速なサンプリングレートで、より正確な値を計算し出力できます。
f:id:bizstation:20200120104014p:plain
従来、加速度センサー・ジャイロセンサーを使った6軸のDMP + 3軸磁気センサーの組み合わせは良くありましたが、DG-PRO1RWSは9軸のDMPです。ヨーの値は磁北からの角度を直接得ることが可能になっています。

各センサーの機能と計算

  • 加速度センサーは、地球上の重力加速度(9.8m/sec*2)を測定することで静止または定速状態であれば3軸各方向の傾きがわかります。しかし回転しているかどうかはわかりません。
  • ジャイロセンサーは、回転角速度を計測できます。これは速度のなので変位した角度を求めるには時間で積分します。このため計測レートが高速でないと角度誤差が大きくなります。また、時間の経過と共に誤差(ドリフト)が大きくなっていきます。定期的にドリフトのリセット(補正)が必要です。
  • 磁気センサーは、磁束密度を計測します。これには地球の地磁気も含まれます。地磁気の強さは場所によって異なります。このためどの強さが真北なのかといったことは地面と平行な状態で一回転してみないとわかりません。また周囲の磁気によっても変わってきます。
このように各センサーで出来ることとできないこと、学習や補正が必要なことなどがあります。
DMPはセンサーと直結された専用プロセッサーによって高速に演算・補正・学習を行い、磁北に対するヨーとピッチ・ロールをリアルタイムに出力します。

デジタルコンパス補正の学習

磁気センサーで正確な磁北からの角度を得るには周囲環境やセンサー誤差などのオフセット校正が必要ですが、これはDMPが自動的に行ってくれます。さらに、得られたオフセットはレシーバー起動時に復元され学習していきます。

ヘッディング計算

デジタルコンパスは地磁気を捉えますが、地磁気は場所や環境によって変化するため常に正しい磁北を指すとは限りません。そのため、 ヘッディング計算は移動時のGNSSの示す方位を正として角度の変化量をもとに計算されます。

計算は10Km未満の場合のみです。10Km以上の場合、前進・後退の判定のみ行われます。

ローパスフィルター

ローパスフィルターは方位またはヘッディングを滑らかに出力するよう補正します。DMPコンパスがONの場合はヘッディングを、OFFの場合はGNSSの方位の値を補正します。フィルター強度は5段階で調整できます。

傾斜補正

傾斜補正がONの場合、移動スピードに関わらず常に計算し補正されます。補正された値は、$GxGGAとNAV-PVTメッセージに反映されます。緯度、経度、高度が補正された値になります。

データ出力

アプリでDMPコンパスをONにすると、モックプロバイダー、$GxRMC、$GxVTGの方位をDMPによって補正されたヘッディングに置き換えます。この置き換えはレシーバー内で行われます。移動方向でなくヘッディングを得たい場合はこれでOKです。

DMPコンパスをOFFにすると$GxRMC、$GxVTGはデフォルトの移動方向です。yawの値を得たい場合はNMEAメッセージの$HEHDT、$PSAT,HPR、$PRDIDを有効にしご自身または対応アプリでハンドリングしてください。($PSAT,HPRはHemisphere社のフォーマットです。)

これらは設定後にBluetooth接続するとレシーバーに保存されます。その後は、レシーバーの電源ONで出力されるようになります。ヘッディング計算、ローパスフィルター、傾斜補正も保存され設定どおりに補正されたNMEAの値を出力します。

以下はそれぞれのフォーマットの詳細です。単位はすべて° (Degree)です。尚、HeadingはDMPコンパスがOFFであればyawの生の値で、ONの場合はGNNSの方位とyawから計算された値です。

$HEHDT

$GxHDT,Heading<*Checksum>

$PSAT,HPR

$PSAT,HPR,pitch, roll, Heading<*Checksum>

$PRDID

$PRDID,pitch, roll, Heading<*Checksum>

$PDACM (加速度センサーの生データ)

$PDACM ,x y, z<*Checksum>

加速度センサーの生データは一切補正のされないデータです。静止状態3軸合成で重力加速度 9.8m/sec*2とならないのはセンサー誤差です。センサー値を利用する際には、この誤差は補正して使用する必要があります。

設定と取付

ここで説明する取付の内容はDMPを有効に利用する場合であって、利用しない場合はここでの内容は不要です。

DMPを正しく動作させるために重要なこと

DMPの方位を正確に出すためにレシーバ本体の取り付け時に以下の点を確実に行ってください。アンテナではありませんので念のため。

  1. 取付は周囲に磁気の影響がない場所を選ぶ。磁気の影響があるかどうかは市販の方位磁石(100円ショップなどのもので十分)で、取り付けたい場所で正しく方位を示すかどうか確認する。
    f:id:bizstation:20200413201955p:plain:w200
  2. 取付前に電源の入った状態でXYZ各軸を中心に±2回転させてから取り付ける。車両などへの取付前に、電源を入れてからなるべく取付位置に近いところで、ヨー・ロール・ピッチの各方向それぞれ̟±2回転づつ回させます。こうすることで磁束密度の最小値や最大値などがわかり磁北の計算が可能になります。行わなった場合は実際の走行時の値で磁北が計算がされていきますが色々な向きに走行してようやく正しく方位を示すようになります。

尚、アンテナは本体ユニットと同じ(頑丈な)構造物に固定してください。DMPは本体ユニット内にありますので、アンテナも同じように動くところに固定します。

取付方向の設定

底面を地面と平行に且つ前方面を車両の進行方向に向けて取り付けます。底面と前方面は任意な面を選択できます。

設定は、[取付状態とオフセット]-[ボトム面] と[前方方向]で地面と平行な面と、前方方向の2つの面を指定します。どちらも下図のような図を選択することで行えます。

f:id:bizstation:20200120164511p:plainf:id:bizstation:20200120164956p:plainf:id:bizstation:20200120164526p:plain f:id:bizstation:20200120165026p:plain

取付の傾き補正

ヨー・ロール・ピッチそれぞれセンサーや取付の傾きを補正する値を設定できます。値の入力は、[取付状態とオフセット]-[コンパスオフセット]、[ロールオフセット]、[ピッチオフセット]で行います。

また、DMPモニター内のf:id:bizstation:20200120180219p:plain:w32をタップすると、現在の状態を角度ゼロとしてオフセット設定することも可能です。
f:id:bizstation:20200120180550p:plain:w250

わずか2回のタップでオフセット設定できます。

DMPコンパスとローパスフィルターを有効にする

[低速精度と傾斜補正]-[DMPコンパス]をONにします。DMPコンパスを使う場合は[方位ローパスフィルター]もONし[方位ローパスフィルター強度]を選択してください。

傾斜補正を有効にする

まず、[取付状態とオフセット]-[アンテナ取付高さ]に基準面からのアンテナの高さをmで指定します。小数点以下も入力可能です。

次に[低速精度と傾斜補正]-[傾斜補正を有効にする]をONにします。

DMPの動作を確認する

DMPの動作は設定に関わらず下図で確認できます。3Dの図は、北から南向きに南側にある仮想のユニットを見ている図です。レシーバーを回転させると3Dのユニット図も回転します。

ここで表示される yaw roll pitchは生の値で、何の補正も加えないものです。対して下のマップ上のコンパスはDMPによるヘッディング補正を加えたものが表示されます。

f:id:bizstation:20200120171713p:plain:w300

マップ上のコンパスの中心をタップするとヘッディングで地図が回転するモードに切り替えできます。


次回は、WiFiとその他の機能をご紹介したいと思います。

drogger.hatenadiary.jp

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DG-PRO1RW ポイント測量(WayPoint)の改善

今回はDrogger-GPSアプリで定点測位の改良のお話です。 測量などでは、複数のポイントの位置を測位してログ(WayPointログ)に記録していきます。

従来からこの機能はありましたが、1エポック(1つの測位結果)を記録するのみでした。今回の改良では、計測時間(秒)を指定してその間の平均値を記録できるようにしました。またその際の条件や測位結果のばらつき度合いを示す標準偏差も合わせて記録されます。

また、緯度・経度の測位結果取得も小数点以下9桁に対応いたしました。

では具体的にDrogger-GPSでの手順とログの説明をいたします。

WayPointログの記録手順

  1. 測位したい点上に、三脚等を使ってアンテナを設置します。
  2. RTK移動局にてFIXするまで待ちます。
  3. マップ画面の左上の赤い+バルーンアイコンf:id:bizstation:20191218121203p:plainをタップします。
  4. このポイントの名前と、[計測時間(秒)(1 - 600)]を入力してOKをタップします。 (最新バージョンでは、ポイント名の最後が半角数字の場合、次のポイント記録時に数値が自動的に1増加されて表示されます。また、地面からのアンテナ高をメモ的に入力しログに記録できます。)

f:id:bizstation:20191218133305p:plain

測位中を示すダイアログが表示され、完了するとメッセージが表示されます。

f:id:bizstation:20191218133321p:plain f:id:bizstation:20191218133338p:plain

WayPointログの転送

記録されたログは、メイン画面右上の...メニューをタップし、[ログ一覧]をタップします。 日付_way-point.gpxという名前で表示されます。

f:id:bizstation:20191218153426p:plain

このログを長押しすると共有アイコンが表示されますのでタップし、GoogleDriveやGMailなどPCなどからもアクセスできるところに送信します。

WayPointログの内容

ログはgpx1.1形式で具体的にはxmlのテキストファイルです。Chromeやメモ帳など開くと中の内容をテキストで確認できます。 f:id:bizstation:20191218152830j:plain

  • 最初の赤枠が緯度・経度・標高です。緯度・経度の桁数は小数点以下9桁まで表示します。概ね0.1mmまで表現できます。
  • 2つ目の赤枠が測位時の条件と標準偏差の値です。各タグの内容は以下の表をご覧ください。
タグ名 内容
starttime 2019-12-11T10:05:14.125 計測開始日時
endtime 2019-12-11T10:05:44.000 計測終了日時 (測位時間は終了時刻から開始時刻を引いてください)
epochs 240 総測位数 (秒数 x 更新レート)
stddevDistanceMeter 0.0089 水平位置の標準偏差 (m)
stddevHeightMeter 0.0115 垂直位置の標準偏差(m)
lasthAcc 0.014 計測終了時のレシーバーの示す推定水平位置精度(m)
lastvAcc 0.011 計測終了時のレシーバーの示す推定垂直位置精度(m)
fixMode 3D DGNSS FIXED 計測終了時のFIXモード
enableTiltCorrection false 傾斜補正の有効/無効
tiltAntHeight 1.35 傾斜補正に使用されるアンテナ高(m)
antennaHeightNote 1.35 アンテナ高(m)のメモ(測定時ユーザー指定)

標準偏差は単位を持ちますのでそのままメートルとして読み取ることができます。

標準偏差から測位結果のばらつきは以下のようになります。

範囲 範囲内に測位結果が現れた確率(%)
平均値 ± 標準偏差 68.3
平均値 ± (標準偏差×2) 95.4
平均値 ± (標準偏差×3) 99.7

「傾斜補正で指定されたアンテナ高」は、DMPの傾斜補正が有効な場合、指定されていたアンテナ高を記録します。参考ですが、楕円体高からこの値を差し引くわけではございませんので、お間違いの無い様にしてください。傾斜補正は、ポールなどの傾きによる水平位置と高さを、その傾きが無い垂直状態の座標に補正するものです。

測位結果から面積を計算してみる

せっかくですので測位結果から面積を計算してみたいと思います。測量関係の方は不要な説明かと思いますが、それ以外の用途でご利用いただいている方でも簡単にできることをご覧いただけたらと思います。

今回は4つの点を計測したサンプルです。

Windows用 QGISのダウンロード

QGIS(キュージーアイエス)は、地理情報システムの閲覧、編集、分析可能なオープンソースソフトウェアです。これを使って面積を計算してみます。

QGISのダウンロード

今回は、上記URLのQGIS スタンドアロンインストーラ バージョン 3.10 (64ビット)を使用しました。 インストールができましたら、QGIS3を起動します。 f:id:bizstation:20191218101606p:plain

  1. 画面中央下の新規プロジェクトをダブルクリックします。
  2. 画面中央にDrogger-GPSで3点以上を記録したway-pointログをドラッグアンドドロップします。
    f:id:bizstation:20191218101845p:plain
  3. [追加するベクタの選択..]画面が表示されますので、waipointsの行を選択して[OK]をクリックします。
    f:id:bizstation:20191218102231p:plain
    画面にwaipointの点が表示されます。これでデータの取り込みができました。
  4. 下図の①~③を順にクリックし、スナップツールバーを表示します。 f:id:bizstation:20191218120014p:plain
  5. 下図の①~③を順にクリックし、面積計算ウィンドウを開きます。 f:id:bizstation:20191218102857p:plain
  6. 計算したい面積を示す点を順にクリックします。 下図赤枠部分に計算された面積が表示されます。 f:id:bizstation:20191218103304p:plain

とても簡単に高精度で面積の測量ができました。ほかにも2点の距離なども簡単に計算できます。

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DG-PRO1RW JENOBA方式 ネットワーク型GNSSサービスを使う

今回は、株式会社ジェノバのネットワーク型GNSSサービス(JENOBA方式)*1を基準局として使用する方法を紹介します。

このサービスは国土地理院の電子基準点RTKデータと仮想点RTKデータ(VRS)の2種類を配信しています。 これらはマウントポイントを変更することで選択する事が可能です。 (JENOBA:対応マウントポイント参照

すべてのマウントポイントを試しましたが、DG-PRO1RWには衛星数が多く最もFIXし易いJVR32Eがベストマッチです。

ネットワーク型GNSSサービス(JENOBA方式 )を申し込むと以下のような情報が送られてきます。

項目 Drogger-GPSでの設定項目名
ユーザーID(登録番号) xxxxxxxxxx ユーザー名
パスワード xxxxx パスワード
アドレス xxxxx.jenoba.jp ホスト
ポートNo. 2101 ポート
マウントポイント JVR32E他... マウントポイント

この情報に基づいて、DG-PRO1RW + Drogger-GPS で移動局として使用する設定をご案内します。

  1. Drogger-GPSの設定を開きます。
  2. [GNSS(衛星測位システム)]をタップしGPS and QZSS GLONASS Galileoを有効にし、一つ戻ります。
  3. [RTK]をタップし[移動局]を有効にして[移動局用キャスターホスト]をタップします。
  4. 送られた来た情報をもとに各項目を正しく入力します。マウントポイントはJVR32Eと入力します。
  5. [現在地(GGA)を送信する]を有効にします。
  6. 一つ戻って[P2Pで通信]を無効にします。

以上で設定は終了です。DG-PRO1RWに電源を入れ[Start]をタップします。 以下の画像は実際にネットワーク型GNSSサービス(JENOBA方式 )を使用した時のものです。 f:id:bizstation:20191120114233j:plain f:id:bizstation:20191120152229p:plain f:id:bizstation:20191120135129p:plain

特に仮想点RTKデータ(VRS)のマウントポイントJVR32EはFIXが速く非常に快適に使えました。ジェノバさんのサービスも素晴らしいです。

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DG-PRO1RWS | ZED-F9P搭載 | 2周波 RTK-GNSS | Bluetooth5.0
¥59,800 (税別 BizStationサイト)
u-blox ZED-F9P GNSSモジュール搭載 2周波 RTK-GNSSレシーバ 。受信チャンネル数184 GPS みちびき(4機フル対応) GLONASS BeiDou Galileo 同時受 ...
詳細・購入 問い合わせ 会社情報
DG-PRO1RWS | ZED-F9P | 2周波 RTK
¥59,800
(税別 BizStationサイト)
u-blox ZED-F9P GNSSモジュール搭載 2周波 RTK-GNSSレシーバ ...

*1:サービスを利用するには事前にJENOBAとの契約が必要です。

DG-PRO1RW docomo IoT 高精度 GNSS 位置情報サービスを使う

今回は、(株)NTTドコモの高精度 GNSS 位置情報サービス*1を基準局として使用する方法を紹介します。

このデータは国土地理院の電子基準点での観測データとドコモ独自固定局に基づいたもので、非常に信頼性の高いものです。

使用される基準局は移動局の位置に基づき近くのものが自動選択されるため、ベースラインが短く容易にFIXします。ビズステーションの所在地長野県松本市ではA-GNSS+コールドスタートでも30秒以内にFIXしています。(ウォームスタートの場合は1~2秒)

docomo IoT 高精度 GNSS 位置情報サービスを申し込むと以下のような情報が送られてきます。

項目 Drogger-GPSでの設定項目名
接続先 xxxxxx-xxxx.xxx ホスト
マウントポイント xxxxx マウントポイント
ポート 2101 ポート
ユーザーID bizstation ユーザー名
パスワード abcdefg パスワード
2019/12/06 追記
上記のものはテスト用アカウントの情報ですが、本申し込みをされた場合は多少異なる表記のようです。
ホスト名(接続先)という記述ではなくURL http://xxxx.xxxx.comという表記の場合、「xxxx.xxxx.com」がホスト名です。http://は除いてください。
また、ポートは2101が非暗号化データで、2102はSSL(暗号化)データです。Drogger-GPSは現在のところSSL(暗号化)データには対応しておりませんのでポートは2101としてください。 マウントポイントは、固定で指定する方法と現在地情報による自動選択のマウントポイントがありますので、目的に応じたマウントポイントを入力します。マウントポイントは無指定にはできませんので必ず入力が必要です。

この情報に基づいて、DG-PRO1RW + Drogger-GPS で移動局として使用する設定をご案内します。尚、Drogger-GPS Ver2.1.66以上が対象です。古い場合はGoogle Playにて最新に更新してください。

  1. Drogger-GPSの設定を開きます。
  2. [GNSS(衛星測位システム)]をタップしGPS and QZSS GLONASS Galileo Beidouを有効にし、一つ戻ります。
  3. [RTK]をタップし[移動局]を有効にして[移動局用キャスターホスト]をタップします。
  4. 送られた来た情報をもとに各項目を正しく入力します。
  5. [現在地(GGA)を送信する]を有効にします。
  6. 一つ戻って[P2Pで通信]を無効にします。

以上で設定は終了です。DG-PRO1RWに電源を入れ[Start]をタップします。 以下の画像は実際にdocomo IoT 高精度 GNSS 位置情報サービスを使用した時のものです。

f:id:bizstation:20191122140752p:plain f:id:bizstation:20191106135229p:plain f:id:bizstation:20191106135240j:plain

とても簡単に基準局が利用できて素晴らしいですね。

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DG-PRO1RWS | ZED-F9P搭載 | 2周波 RTK-GNSS | Bluetooth5.0
¥59,800 (税別 BizStationサイト)
u-blox ZED-F9P GNSSモジュール搭載 2周波 RTK-GNSSレシーバ 。受信チャンネル数184 GPS みちびき(4機フル対応) GLONASS BeiDou Galileo 同時受 ...
詳細・購入 問い合わせ 会社情報
DG-PRO1RWS | ZED-F9P | 2周波 RTK
¥59,800
(税別 BizStationサイト)
u-blox ZED-F9P GNSSモジュール搭載 2周波 RTK-GNSSレシーバ ...

*1:サービスを利用するには事前にNTTドコモとの契約が必要です。