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日記・備考録 |
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GPS気象学: GPS水蒸気システムの構築と気象学・測地学・水文学への応用に関する研究(第I期
平成9〜11年度) 成果報告書, 科学技術庁研究開発局,
2000/8
古本検索で見つけたGPS気象学プロジェクト報告書。\3,150也。GPS気象学プロジェクトは平成9〜13年に文部科学省振興調整費により行われた特別研究。この報告書はその第I期(前半)成果をまとめたもの。GPS/MET JAPANまとめサイトで第II期を含めた研究成果が得られる。前期課題は(1)GPS可降水量評価,
(2)宇宙測地精度向上, (3) GPS水蒸気情報システム開発、であり、GPS測地学と気象学の相互乗り入れにより、気象では数値予報の改善、測地ではGEONETでmm測位精度実現を目標とする、としている。(プロジェクト事後評価は文部科学省Webサイト 2(1)-18で得られる)
せっかく研究開発を行ったのだから気象庁あたりがこの技術を引き取って、GEONETを使った継続的なリアルタイム可降水量推定システムを構築し、その成果を公開すれば良いと思うのだが今のところそうはなっていない。その他、GEONETを使うと稠密なリアルタイム電離層推定システムも充分可能なわけで、これら対流圏/電離層情報が整備されるとネットワーク型RTK用補正情報生成も随分と楽になるのだが、どこかがやらないかなあ。
そういえば、先日参加した電子情報通信学会 宇宙・航行エレクトロニクス研究会(SANE)で9月にMSAS正式運用という話があった。できれば移動体RTKにMSAS+WAASを入れて性能改善に対する寄与を評価したいのだが、いつになることやら。
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Core 2 Quadが急に安くなったのでQ6600 (2.4GHz)
購入。\36,980也。(補足: 巷ではQ6600 ステッピングG0のOC耐性が話題になっているらしい。調べたら来たのはE3だった。7/29)
マザーボードのBIOSだけ最新にしてCPU差し替え。恒例のベンチ。R2007aでは行列演算は4コアが有効になっている様だ。密行列積での演算性能は概ね(2000+1999)x2000x2000/0.73=21.9GFLOPSということになる。なおR2006bではどうも2コアまでしか有効にならないらしい (補足: タスクマネージャで見ているとR2007aではCPU使用率が100%になるが、R2006bでは50%までしか上がらない。7/29,
再補足: CPU使用率が50%までしか上がらないのは環境変数OMP_NUM_THREADS=2に設定してあったせいの様だ。=4に書き換えてベンチを取り直した。 8/1追記) Matlabでは行列演算以外は殆ど速くならない様だが、今後iccの最新版を入れ、OpenMPを使ってRTKLIBの自動マルチスレッド化を試してみたい。
>>bench,a=rand(2000);b=rand(2000);tic;c=a*b;toc,tic;c=inv(a);toc
| LU | FFT | ODE | Sparse | 2-D | 3-D | a*b | inv(a) | version | OS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.08 | 0.19 | 0.16 | 0.40 | 0.34 | 0.68 | 0.73 | 1.25 | 7.4 (R2007a) multi-thread=on | Windows XP pro SP2 |
| 0.15 | 0.19 | 0.16 | 0.31 | 0.34 | 0.70 | 2.71 | 3.33 | 7.4 (R2007a) multi-thread=off | Windows XP pro SP2 |
0.71 |
1.33 |
7.3 (R2006b) | Windows XP pro SP2 |
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土屋他, GPS測量と基線解析の手引き 改訂版,
日本測量協会, 1999
土屋他, 新・やさしいGPS測量, 日本測量協会,
2001
Amazonの検索に引っかからないのだが、古本検索で見つけたので古本で購入。\3,150+\1,650+送料\400=計\5,200也。測量協会のWebサイトで調べてみると下はまだ新刊でも手にはいるようだ。GPS測量の原理、手法に関する解説。下は7/23に少し取り上げた「新・GPS測量の基礎」と内容的にかなりダブっている。一般測量技術者向けの平易な解説書といった趣で厳密な測位理論等は望むべくもないし、細かく見るとこれはちょっとという説明も多いのだが、あまり目くじらをたてても仕方ないのかもしれない。IGSプロダクトとBernese等の「学術用基線解析ソフトウェア」を使った精密測位を「超高精度GPS測量」と呼んでいるのだけど、別に「超高精度」では無いよなあとは思った。
(補足: 学術用基線解析ソフトには凄く高度な解析手法が採用されているかの様な記述があるが実際にはそれほどのことはない。確かに商用基線解析プログラムに比較し、超長基線対応や衛星軌道決定用精密モデルが入ったりして複雑ではあるが、高度とはちょっとちがう様に思う。むしろ、使い勝手や使用アルゴリズムの点でもはや古くさい部分が目についてしまうのは私だけであろうか。18:15)
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国土地理院, 人工衛星データを用いて「平成19年(2007年)新潟県中越沖地震」に伴う地殻変動を面的に把握(第1報), 2007/7/20
ALOS 干渉SARによる新潟県中越沖地震地殻変動解析。GPS解析による電子基準点
出雲崎に関してはほぼ整合的だが、柏崎1,2については明らかに移動方向が合っていない様に見える。これは何でだろう。(GPSでは柏崎1,2は概ね10〜15cm北西に動いているが、SARでは南東〜南に5〜10cm位動いている様に見える。GPSを見る限り隆起/沈降も殆どしてない。これは見方が悪いのかな。)
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まだ正式決定ではないが、GPS/GNSSシンポジウム2007 (11/20-22) のチュートリアルセッションで、RTK-GPS及びネットワーク型RTKの基礎について解説する予定。特にネットワーク型RTKについては今まで日本語の良い技術解説を見たことが無い。例えば、色々な解説から参照されている、新・GPS測量の基礎 (土屋他, 日本測量協会, 2002) では「仮想基準点方式の原理」について以下の様な記述がある。(p.199-200)
> 仮にこの仮想基準点に本当の参照受信機が置かれていたとしたとき、その受信機に
よって
> 測定されるであろう観測量を、周辺の複数の実基準点による観測量から推定して仮想的な
> 観測量を作成することを考える。
> ...
> 実際の実基準点観測量には、整数バイアス、電離層、対流圏遅延等が含まれている。した
> がって、上の補間計算の前に、これを除去しなければならない。それが本方式の中心課題
> となるのである。
特に下のパラグラフは意味が不明だし明らかにmisleadingな文章の様に思える。(ネットワーク型RTKでは普通、電離層/対流圏遅延等の誤差項自体を補間で求めている訳で、それを補間前に除去してしまったら何を求めているのか分からない。この文章を読む限り筆者が仮想基準点の原理を理解しているかは疑問である。)
ということで、どこまで可能か分からないが分かりやすい解説になるよう頑張りたいと思っている。
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SANE論文の(17)式の導出が分からないというご質問を頂いたのでちょっと補足。
やりたいのは基準局r, s1, s2における搬送波位相補正量ΔLr, ΔLs1, ΔLs2を使ってローバu近傍における仮想基準点の搬送波位相補正量ΔLvを求めること。ΔLvが分かれば2.2を使って短基線条件の補正量2重差観測方程式を立て、ローバ位置を求めることが出来る。さて
ΔL=Δρ+cΔdT+ΔT-I+λN+ε=ΔQ+λN+ε
としてΔQ (衛星軌道誤差+衛星時計誤差+対流圏遅延誤差-電離層遅延)は水平位置に対し線形に変動すると仮定する。仮想基準点における搬送波位相バイアスは基準点rと同一の値を取るとすると、仮想基準点の搬送波位相補正量は (衛星間差分の添字abを省略して)
ΔLv=ΔQv + λNr +ε
= ΔQr + α(ΔQr-ΔQs1) +β(ΔQr -ΔQs2) +λNr +ε
= (ΔQr +λNr ) +α(ΔQr-ΔQs1) +β(ΔQr -ΔQs2) +ε
= ΔLr + α(ΔLr -λNr - ΔLs1 +λNs1) +β(ΔLr -λNr - ΔLs2 + λNs2) +ε
= ΔLr + α(ΔLrs1 -λNrs1) +β(ΔLrs2-λNrs2) +ε
ここで、仮想基準点が基準局r位置にある場合(v=r) α=0, β=0、基準局s1位置(v=s1)でα=-1, β=0、基準局s2位置(v=s2)でα=0, β=-1になるよう係数α, βを決めればよい。従って基準局r位置を基準にしたローバ, 基準局s1,s2の東, 北方向距離をeu, nu, es1, ns1, es2, ns2として
α = - (euns2 - es2nu)/(es1ns2 - es2ns1)
β = - (euns1 - es1nu)/(es1ns2 - es2ns1)
とすればよいことになる (なお原稿(17)式のα, βの式は誤記でプラマイが逆)。
さて、基準局r, s1, s2を囲む3角形内でΔQが水平位置に対し線形変動しない場合、この非線形変動成分が測位誤差として現れ性能劣化するが、現実の基準局網では
(電離層擾乱時以外は) ほぼ問題にならないようである。なお細かい差異はあるがネットワーク型RTKの補正情報は皆以上の様な原理で生成されている。
(補足: 実はRTKLIBでは補正量生成時に上記のような衛星差分は取っていない。そのためARした2重差バイアスをいったん(受信機間)1重差に分解してから補間している。ただ最終的な解は上記で補正量を生成した場合と一致する。またネットワーク型RTKでは、基準局間基線でAmbiguity
FIXすれば、以上のように補正値は簡単に生成できる。ただ現実的に基準局網の数10km〜100km基線で安定してリアルタイムFIXさせ、ミスFIXをほぼ0にするのはそんなに簡単な技術ではない。実はここのところに各陣営のノウハウが詰まっている。21:05)
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昨日の地震解析結果、国土地理院と同様に電子基準点 富山を固定にした解析結果。基線長167km。一応解は求まるが暦誤差 (もしかすると潮汐も) の影響が出る。早く精密暦対応をしなくては。
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Google検索結果件数。国土地理院の測量作業マニュアル(案)の影響で"ネットワーク型RTK"の方が優勢なようだ。
"ネットワークRTK" : 162件
"ネットワーク型RTK" : 860件
新潟県中越沖地震 (2007/7/16 10:13JST M6.8)
による地殻変動。RNX2RTKP v.2.1による長基線解。電子基準点
出雲崎と柏崎1はそれぞれ東北東、西北西に約15cm動いた事が分かる。(17:30)
(補足: ピラーが傾いたという話もあり、必ずしも地盤が以下の様に動いたことを表している訳ではない。ただ国土地理院の解析結果とはほぼ整合している様だ。7/17追記)
新潟県中越沖地震による地殻変動 電子基準点
(上: 960566 出雲崎 下: 940051 柏崎1)
(時刻: GPST, 固定点: 950204 金山)
日本測地学会第108回講演会, 2007/11/7-9, 紀伊勝浦, ホテル勝浦
露天風呂いいなあ。でも日帰りは無理そうで4泊5日コース。どうしようか。
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VAIO TZにMatlabを入れたので恒例のベンチ。ついでに今まで使っていたノート(Epson Direct EDi Cube) もベンチ。
>>bench,a=rand(2000);b=rand(2000);tic;c=a*b;toc,tic;c=inv(a);toc
| LU | FFT | ODE | Sparse | 2-D | 3-D | a*b | inv(a) | version | OS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.31 | 0.56 | 0.48 | 0.96 | 1.39 | 1.36 | 4.24 | 6.10 | 7.4 (R2007a) multi-thread=on | Win Vista Home Prem |
| LU | FFT | ODE | Sparse | 2-D | 3-D | a*b | inv(a) | version | OS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.98 | 0.64 | 0.28 | 1.01 | 0.77 | 0.56 | 14.86 | 17.98 | 7.3 (R2006b) | Windows XP pro SP2 |
VAIO TZはAero=onだがグラフィック性能が結構厳しい。演算性能もC2D 2.4GHz (5/27参照) とはかなり差があり、やはり解析用に使うのにも無理がある。(まあ長時間データ取得ができて、あとはパワポがちゃんと使えれば良いのだけど)
引き続きネットワークRTKの資料を検索。
三菱電機, PASテクニカルサポート: 事例紹介/テクニカルレポート
三菱電機が提供しているネットワークRTKサービスPASの事例紹介。昨年7月に開催されたFKPフェアでのGEO++
Wubbuna氏のネットワークRTKに関する講演資料が得られる。その他ネットワークRTKの応用事例が多数集められている。これらを見るとネットワークRTKの測量以外応用の可能性が良く分かる。Wubbuna氏講演資料にも書かれているが、VRSやFKPと言った用語はネットワークRTK補正メッセージの形式を表しているのであって、本質的な方式そのものを表している訳ではない。現実に現行のTrimble社GPSNet、GEO++社GNSMART共にVRS/FKP両者の補正メッセージを生成することができる。RTCM3.1が正式規格になったので今後はMaster-Aux形式もサポートされるだろう。どうも各陣営の初期の宣伝戦略に惑わされて「ネットワークRTKにはVRSとFKPという(対立した)方式がある」という誤解があるのは困ったものだ。
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ITmedia News, PSP版「ハルヒ」にも顔写真を"3D顔アニメ"にするソニー発の技術, 2007/7/10
実は記事前半"MotionPortrait"の方が面白いのだが、とりあえず測位の話題と言うことで"PlaceEngine"について。無線LAN測位に関しては、先に紹介した国土地理院研究発表会でも出ていた。無線LAN測位も結局複数のWiFi基地局が近くに無いとダメだし基地局位置をマニュアル登録しないといけないのは煩雑で普及するかは疑問
(ユーザに位置登録させるのも品質管理面で無理がある)。ただ現在測位機能がないiPhoneにGPSの代わりに標準機能として搭載されたら普及する可能性が無いわけでない。でもタダの無線LAN測位に格好良い名前だけつけて画期的な技術のように宣伝するのもなんだなあとは思う。
(補足: Motion Portraitのデモ面白い。でも長くグリグリやっていると、本当に生きているようで少し気味悪くなってくる。)
Trimble, VRS Installations
Trimble RTKNet(TM)を使って運用されているVRSシステム一覧。これを見ると日本のサービス業者(NGDS,
JENOBA)の基準局網だけ突出して局数が多い。昨日書いたように、ネットワークRTKでは広域網の観測データを集中処理するメリットはあまりないのだが、GEONETデータの集中配信を受けている関係上、一括処理せざるを得ないのかもしれない。現行ではネットワーク補正値生成に300局程度しか使っていない様だがもっと基準局メッシュを細かく取った方が補正値の安定度(availability)が上がるはずである。ただ全点を使うには色々な制約があり、現状の様になっているのだとは思う。 (補足 : これは予想だが、日本の様な電離層状態が不安定な地域では基準局間50km基線でFIX率100%近くを維持するのは結構厳しいのではないかと思う)
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J.Oaks et al., Global Positioning System Constellation Clock
Performance, 35th Annual Precise Time and Time Interval
(PTTI) Meeting, 2003 (pdf 1.5MB)
GPS搭載時計の性能評価。貴重な結果だと思うが残念なことに長期しかない。短期(<300s)の安定度評価を探しているのだが今のところ見つからない。その他PTTI meetingのproceedingはここから得られる。精密時計モデルの改良はリアルタイムPPPにとって重要な技術課題で面白そうなところではある。
T.Dass et al., GPS Clocks in Space: Current Performance
and Plans for the Future, 34th Annual Precise Time and Time Interval
(PTTI) Meeting, 2002
J.Phelan et al., GPS Block IIR Clocks in Space: Current Performance
and Plans for the Future, 37th Annual Precise Time and Time Interval
(PTTI) Meeting, 2005
GPS Block IIRのTKS (Time Keeping System)
/ RAFS (Rb Atomic Frequency Standard) の構成と性能。IIR
TKSではintegrity確保と短期安定度改良を目的にRb時計(RAFS)+VCXOをフィードバックループで接続する構成が取られている。なおIIFにはRTSと呼ぶ改良型Rb時計とCTS
(Cesium Time Standard)が搭載されるらしい。
9月末の原稿に向け、少しネットワークRTKの文献を漁る。
H.Landau et al., Innovation: Network RTK, GPS World, 2007
Trimble GPSnet 2.5で取り込まれたネットワークRTK技術の改良点について解説している。(1)各種誤差項推定フィルタにおける性能改善。今までは1台のPCで50局までしか処理できなかったがこれをFederated
Filterと呼ぶ分割技術で性能改善した。(2)ローバ観測誤差モデルに実基準局との距離や高度項を追加することにより測位精度を改善した。
現行GPSnetやGNSMartの様な集中型ネットワークRTKシステムはスケーラビリティに乏しいし、実は集中処理するメリットもあまりない。従って(1)の様な改良があまり意味がある様には思えない。今後は分散型ネットワークRTKシステムに移行して行かざるを得ないし、そういう方向の研究が進展してくれることを望む。
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高須他, 低レート基準局観測データを使った移動体キネマティックGPS測位, 電子情報通信学会 宇宙・航行エレクトロニクス研究会,
2007
ミスを幾つか見つけているのだが修正が間に合わないので未修正。発表前に公開するのもなんだとは思うがまあいいや。
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SANE論文原稿完。内容薄いけどもういいや。実は9月末締め原稿があと2本あるだけどこの調子じゃ早め早めに書かないとダメだ。40Hは起きてるはずなのだがなんか眠さを通り越して目が冴えてきてしまった。(3:23)
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SANEの論文原稿が終わらない。最終締め切りは明朝9:00。今日はちょっと寝れないかな。実は今朝も寝てないのでさすがに頭が朦朧としてきた。
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昨日所用で東京に出たので帰りに立川のビックカメラで出たばかりのSuper Mapple Digtal ver.8を購入。GPSログを取り込む機能が付いているのでRTKLIBによる基線解をインポートする。地図精度があまり良くない。多分1mの精度はないだろう。概ね2-3mといったところか。RTK-GPSの測位精度を生かすためには地図側もあと1桁は精度を良くしないといけないのだが、これは一朝一夕にはいかないだろう。(Z.8は日本測地系しか使えなかったので地図精度評価は難しかった。Super Mapple ver.8は世界測地系をサポート。Z.9はWGS84に対応したらしい。)
Super Mapple Digital ver.8 + RNX2RTKP測位解(○)
なお、Super Mapple Digital ver.8の使用許諾契約を読むと「私的使用」+「非営利目的」でのWeb掲載はOK、とあるので本Web頁に張るのは問題ないと判断した。Z8ではサイズ制限や出典明示義務があったし、デジタル地図のWeb頁への掲載可否条件は地図ソフトによって色々と異なる。
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