JP2012112958A - ハンドヘルド測地デバイスによるグラフィック支援遠隔位置測定 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】関心地点の位置を決定するための装置であって、装置は、複数の衛星から位置データを受信するための少なくとも1つのアンテナと、少なくとも1つのアンテナに結合された少なくとも1つの受信器と、配向データを取得するための配向回路網であって、配向データは、地平線に対して平行な平面に対する装置の配向を表す、配向回路網と、少なくとも位置データと配向データとに基づいて関心地点の位置を決定するための測位回路網とを含む、装置。
【選択図】図1
Description
本開示は、概して、測地学と、ハンドヘルド測地デバイスの精密な位置付けに関する。
本出願は、2010年11月24日に出願された米国仮出願第61/417,191号に対して利益を主張し、先の出願は、本明細書において参照によって援用される。
測地技師は、一般的に、地球上、または地球の近隣の任意の場所の関心地点の位置を決定するために、全地球的航法衛星システム(GNSS)デバイスのような衛星測位デバイスを使用する。頻繁に、これらの関心地点は、アクセスが困難な離れた目的地に位置する。従って、コンパクトで持ち運びが容易な測位デバイスが望まれる。
(項目1) 関心地点の位置を決定するための装置であって、該装置は、
複数の衛星から位置データを受信するための少なくとも1つのアンテナと、
該少なくとも1つのアンテナに結合された少なくとも1つの受信器と、
配向データを取得するための配向回路網であって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対する該装置の配向を表す、配向回路網と、
少なくとも該位置データと該配向データとに基づいて該関心地点の位置を決定するための測位回路網と
を含む、装置。
(項目2) 上記測位回路網は、上記装置が所定の配向の範囲内にあることを示す上記配向データに応答して上記関心地点の位置を決定するように動作可能である、上記項目に記載の装置。
(項目3) 画像データを取得するための画像回路網であって、該画像回路網は、光学センサと光軸とを含む、画像回路網と、
上記装置を位置付けすることにおいてユーザを補助するために、該画像データおよび上記配向データの表現を表示するためのディスプレイであって、上記測位回路網は、該画像データに基づいて上記関心地点の位置を決定する、ディスプレイと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
(項目4) 上記配向回路網は、2軸傾斜計または2軸加速度計のうちの少なくとも1つを含む、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
(項目5) 上記位置データは、上記装置の地理上の位置を表す、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
(項目6) 上記画像データは少なくとも1つの画像を含み、該画像データは、上記装置から見られた上記関心地点の視野を表す、上記項目のいずれか一項に記載の装置。
(項目7) 関心地点の位置を決定するためのコンピュータ実装された方法であって、該方法は、
複数の衛星から位置データを受信することと、
配向データを少なくとも1つの配向センサから受信することであって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの配向を表す、ことと、
少なくとも該位置データおよび該配向データに基づいて該関心地点の位置を決定することと
を含む、方法。
(項目8) 上記関心地点の位置を決定することは、上記装置が所定の配向の範囲にあることを示す上記配向データに応答してなされる、上記項目に記載の方法。
(項目9) 少なくとも1つの画像センサから画像データを受信することと、
少なくとも1つの距離センサから距離データを受信することと、
デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために、該画像データおよび上記配向データの表現の表示を該デバイス上にもたらすことであって、上記関心地点の位置を決定することは、少なくとも該画像データおよび該距離データにさらに基づく、ことと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目10) 上記位置データは、上記デバイスの地理上の位置を表す、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目11) 上記画像データは少なくとも1つの画像を含み、該画像データは、上記デバイスから見られた関心地点の視野を表す、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目12) 上記関心地点の位置を決定することは、測定コマンドを受信することに応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目13) 上記測定コマンドは、所定の範囲における配向を示す上記配向データのみに応答して受信される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目14) 上記方法は、上記画像データを使用してディスプレイにおいて上記関心地点の位置を追跡することをさらに含み、上記関心地点の位置を決定することは、
該ディスプレイにおける関心地点の位置が該ディスプレイにおける既定の地点から既定の距離内にあることと、
上記配向データが所定の範囲内にあることと
に応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
(項目15) プロセッサ実行可能命令によって符号化された非一時的コンピュータ読み取り可能記憶媒体であって、該命令は、
複数の衛星から位置データを受信することと、
配向データを少なくとも1つの配向センサから受信することであって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの配向を表す、ことと、
少なくとも該位置データおよび該配向データに基づいて関心地点の位置を決定することと
のためのものである、コンピュータ読み取り可能記憶媒体。
(項目16) 上記関心地点の位置を決定することは、上記装置またはデバイスが規定の配向の範囲にあることを示す配向データに応答してなされる、上記項目に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
(項目17) 少なくとも1つの画像センサから画像データを受信することと、
少なくとも1つの距離センサから距離データを受信することと、
上記デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために該画像データおよび上記配向データの表現の表示を該デバイスにもたらすことであって、上記関心地点の位置を決定することは、少なくとも該画像データおよび該距離データにさらに基づく、ことと
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
(項目18) 上記位置データは、上記デバイスの地理上の位置を表す、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
(項目19) 上記画像データは少なくとも1つの画像を含み、該画像データは、上記デバイスから見られた関心地点の視野を表す、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
(項目20) 上記関心地点の位置を決定することは、測定コマンドを受信することに応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
(項目21) 上記測定コマンドは、所定の範囲における配向を示す上記配向データのみに応答して受信される、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
(項目22) 上記命令は、さらに、上記画像データを使用してディスプレイにおいて上記関心地点の位置を追跡するためのものであり、上記関心地点の位置を決定することは、
該ディスプレイにおける関心地点の位置が該ディスプレイにおける所定の地点から所定の距離内にあることと、
上記配向データが所定の範囲内にあることと
に応答してなされる、上記項目のいずれか一項に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
グラフィック支援測地デバイスが提供される。デバイスは、複数の衛星から位置データを受信するためのアンテナと、アンテナに結合された受信器とを含む。デバイスは、配向データを取得するための配向回路網をさらに含む。配向データは、地平線に対して平行な平面に対する装置の配向を表す。デバイスは、少なくとも位置データおよび配向データに基づいて、関心地点の位置を決定するための測位回路網をさらに含む。
Din は、アンテナ位相中心211と距離センサ150のゼロ測定点との間の垂直距離を表し、
Dout は、距離センサ主軸251に沿ったセンサのゼロ測定点から物体までの、距離センサ150によって測定された距離を表す。
図6Aおよび6Bにおいて提供される例は、デバイスが少なくとも実質的に水平に、かつ、実質的に関心地点の上に位置付けされていることを必要とする。ユーザがデバイスを完璧に配向することが期待されていないため、グラフィック支援測地デバイス100は、角度および位置に対する偏差を許容し得る。例えば、1つの例において、水平線から2度、および関心地点から4mmの偏差は、容認可能であり得る。しかし、望まれる用途次第で他の許容誤差が使用され得ることが認識される。以下に記述される変形は、図6Aおよび6Bに提供される例において必要とされるように位置付けされる必要なくグラフィック支援測地デバイス100が位置測定を実行することを可能にする。以下の変形は、2つの補足技法(カメラポインティングベクトル偏差の算定、複数円錐の交差の算定)に基づく。
上述された円錐を生成するために、以下のパラメータ、(すなわち、円錐頂点の位置、円錐軸の配向、および円錐軸と円錐表面との間の角度)が決定され得る。円錐の数学的表現を生成するためにこれらのパラメータを使用することは当業者に周知であり、理解されている。例えば、円錐の数学的具現は、付録Cにおいて記述される方法を使用して生成され得る。1つの例において、円錐軸と円錐表面との間の角度を決定することは、カメラポインティングベクトル偏差を算定することによって達成され得る。
式中
αpnt は、ポインティングベクトルとカメラ光軸242との間の角度を表す。
dcorr は、スクリーンの中央と関心地点との間の修正されたピクセル距離を表す。この値が式(2)におけるdを置換する。
r は、相対的なピクセルユニットにおける投影された球体半径を表す較正パラメータである。
(非拘束最小化法)
以下のように定義する。
Rnは、n次元ユークリッド空間であり、x=(x1、x2、・・・、xn)T∈Rnであり、ベクトルは、列ベクトルであり、記号Tは、転置を示す。
〈x、y〉=xTy=yTxは、2つのベクトルのスカラー積である。
Rn×nは、n×nの正方行列の空間である。
Iは、恒等行列である。
数列{x(k)}、k=0、1、・・・、は、初期近似値x(0)から開始し、以下の式
式(A1)に従って生成された数列{x(k)}は、不等式(A2)において示される関数f(x)を最小化する。従って、式(A1)は、選択された任意の正値行列に対して最小化数列を帰納的に生成する。数列の収束条件は、正値行列B(k)の選択に依存する。以下は、正値行列B(k)を選択し、式(A1)を算定するために使用され得る方法である。
1)B(k)=Iである場合、式(A1)は、勾配または最大傾斜法を使用して算定され得る。方法は、線形的に収束することが周知である。
2)
3)反復的に算定される行列B(k)は、例えばP.E.Gill,W.Murray,M.H.Wright,(1980),Practical Optimization,Academic Press,1981 pp.116−127において記述されるBroyden−Fletcher−Goldfarb−Shanno(BFGS)法またはDavidon−Fletcher−Powell(DFP)法に従って更新され得、これらの文献は参照によって本明細書に援用される。BGFS法およびDFP法は、準ニュートン系の方法を形成し、これらの方法は、超線形的に収束することが周知である。これらの方法は、実用的にニュートン法と同様の速さを有するが、ヘッセ行列の算定を必要としない。ヘッセ行列が容易に算定される用途においては、ニュートン法が好ましい。
(平方和最小化方法)
最小化の対象である関数f(x)の特定の件を考慮する。関数f(x)は、m個の関数ψ(i)(x)の平方和であると定義する。
ψ1(x)=0
ψ2(x)=0
・・・
ψm(x)=0
は、しばしば最小化問題f(x)→min(A7)となる。
任意の上述された方法1)−3)が問題(A7)に適用され得る。ニュートン法を適用するために、勾配ベクトルおよびヘッセ行列に対する式が必要とされる。以下の式は、方法1)−3)を関数ψi(x)の勾配ベクトルおよびヘッセ行列を介して表現する。
3次元空間における円錐Ciが、m個の円錐すべてに共通して、円錐頂点ai∈R3、中心軸h∈R3、および軸と生成線との間の角度δによって定義される。ベクトルhは、重力ベクトルと整列した単位ベクトルである。円錐Ciの式は、
120 「測定」ボタン
130 ディスプレイ
140 カメラ
150 距離センサ
Claims (22)
- 関心地点の位置を決定するための装置であって、該装置は、
複数の衛星から位置データを受信するための少なくとも1つのアンテナと、
該少なくとも1つのアンテナに結合された少なくとも1つの受信器と、
配向データを取得するための配向回路網であって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対する該装置の配向を表す、配向回路網と、
少なくとも該位置データと該配向データとに基づいて該関心地点の位置を決定するための測位回路網と
を含む、装置。 - 前記測位回路網は、前記装置が所定の配向の範囲内にあることを示す前記配向データに応答して前記関心地点の位置を決定するように動作可能である、請求項1に記載の装置。
- 画像データを取得するための画像回路網であって、該画像回路網は、光学センサと光軸とを含む、画像回路網と、
前記装置を位置付けすることにおいてユーザを補助するために、該画像データおよび前記配向データの表現を表示するためのディスプレイであって、前記測位回路網は、該画像データに基づいて前記関心地点の位置を決定する、ディスプレイと
をさらに含む、請求項1に記載の装置。 - 前記配向回路網は、2軸傾斜計または2軸加速度計のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記位置データは、前記装置の地理上の位置を表す、請求項1に記載の装置。
- 前記画像データは少なくとも1つの画像を含み、該画像データは、前記装置から見られた前記関心地点の視野を表す、請求項3に記載の装置。
- 関心地点の位置を決定するためのコンピュータ実装された方法であって、該方法は、
複数の衛星から位置データを受信することと、
配向データを少なくとも1つの配向センサから受信することであって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの配向を表す、ことと、
少なくとも該位置データおよび該配向データに基づいて該関心地点の位置を決定することと
を含む、方法。 - 前記関心地点の位置を決定することは、前記装置が所定の配向の範囲にあることを示す前記配向データに応答してなされる、請求項7に記載の方法。
- 少なくとも1つの画像センサから画像データを受信することと、
少なくとも1つの距離センサから距離データを受信することと、
デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために、該画像データおよび前記配向データの表現の表示を該デバイス上にもたらすことであって、前記関心地点の位置を決定することは、少なくとも該画像データおよび該距離データにさらに基づく、ことと
をさらに含む、請求項7に記載の方法。 - 前記位置データは、前記デバイスの地理上の位置を表す、請求項7に記載の方法。
- 前記画像データは少なくとも1つの画像を含み、該画像データは、前記デバイスから見られた関心地点の視野を表す、請求項9に記載の方法。
- 前記関心地点の位置を決定することは、測定コマンドを受信することに応答してなされる、請求項7に記載の方法。
- 前記測定コマンドは、所定の範囲における配向を示す前記配向データのみに応答して受信される、請求項12に記載の方法。
- 前記方法は、前記画像データを使用してディスプレイにおいて前記関心地点の位置を追跡することをさらに含み、前記関心地点の位置を決定することは、
該ディスプレイにおける関心地点の位置が該ディスプレイにおける既定の地点から既定の距離内にあることと、
前記配向データが所定の範囲内にあることと
に応答してなされる、請求項9に記載の方法。 - プロセッサ実行可能命令によって符号化された非一時的コンピュータ読み取り可能記憶媒体であって、該命令は、
複数の衛星から位置データを受信することと、
配向データを少なくとも1つの配向センサから受信することであって、該配向データは、地平線に対して平行な平面に対するデバイスの配向を表す、ことと、
少なくとも該位置データおよび該配向データに基づいて関心地点の位置を決定することと
のためのものである、コンピュータ読み取り可能記憶媒体。 - 前記関心地点の位置を決定することは、前記デバイスが規定の配向の範囲にあることを示す配向データに応答してなされる、請求項15に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
- 少なくとも1つの画像センサから画像データを受信することと、
少なくとも1つの距離センサから距離データを受信することと、
前記デバイスの位置付けにおいてユーザを補助するために該画像データおよび前記配向データの表現の表示を該デバイスにもたらすことであって、前記関心地点の位置を決定することは、少なくとも該画像データおよび該距離データにさらに基づく、ことと
をさらに含む、請求項15に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。 - 前記位置データは、前記デバイスの地理上の位置を表す、請求項15に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
- 前記画像データは少なくとも1つの画像を含み、該画像データは、前記デバイスから見られた関心地点の視野を表す、請求項17に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
- 前記関心地点の位置を決定することは、測定コマンドを受信することに応答してなされる、請求項15に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
- 前記測定コマンドは、所定の範囲における配向を示す前記配向データのみに応答して受信される、請求項20に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
- 前記命令は、さらに、前記画像データを使用してディスプレイにおいて前記関心地点の位置を追跡するためのものであり、前記関心地点の位置を決定することは、
該ディスプレイにおける関心地点の位置が該ディスプレイにおける所定の地点から所定の距離内にあることと、
前記配向データが所定の範囲内にあることと
に応答してなされる、請求項17に記載のコンピュータ読み取り可能媒体。
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