Beyond your wall with Drogger

ドロガーで壁を越えよう

DG-PRO1RWS GNSSジャイロとMoving base

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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

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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)

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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)

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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。

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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。

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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。

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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。
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  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。
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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。

Enjoy with Drogger

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*1:GNNSモジュールZED-F9Pの仕様書による