JP7061856B2 - 変位監視装置、及び変位監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、変位監視装置、及び変位監視方法に関する。

ダム等の構造物の各所にＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機を設置して、構造物の変位や変形を監視することが行われている。この場合、通常、ダム周辺の地盤上にＧＮＳＳ基準点を設置し、ダム堤体の観測したい箇所にＧＮＳＳ観測点を設置し、ＧＮＳＳ基準点の座標を不動点とみなして、ＧＮＳＳ基準点のＧＮＳＳ受信機と各観測点のＧＮＳＳ受信機との間で干渉測位を行うことで、ダムの変位、高さ変化等の観測を行っている。なお、ＧＮＳＳ基準点の座標は、ＧＮＳＳ基準点のＧＮＳＳ受信機で長時間単独測位して取得しても良いし、ＧＮＳＳ基準点のＧＮＳＳ受信機と電子基準点とでスタティック測位して取得しても良い。電子基準点は、国土地理院が設置した測量における基準点であり、日本全国におよそ１３００地点存在する。また、ＧＮＳＳ基準点の座標は、周辺の電子基準点とのネットワーク型ＲＴＫ（Real Time Kinematic）測量で求めても良い。電子基準点を用いる場合、電子基準点の距離が１０ｋｍ以上の場合には、電離層の影響を考慮して、２周波が用いられる。電子基準点の距離が１０ｋｍ未満の場合には、１周波である。

また、特許文献１及び特許文献２には、地球重心座標上に不動の仮想基準点を設置し、この不動の仮想基準点との他の電子基準点の地球重心座標毎の２点間相対変位から、他の電子基準点の正確な変位を捉える方法が提案されている。

特許第４１３９２２９号公報 特許第５９１５９８７号公報

上述のように、ダム等の構造物の各所にＧＮＳＳ受信機を設置して、構造物の変位、変形を監視する場合、ダム周辺の地盤上に設置されたＧＮＳＳ基準点の座標を不動点とみなし、ＧＮＳＳ基準点のＧＮＳＳ受信機と各観測点のＧＮＳＳ受信機との間で干渉測位を行っている。しかしながら、観測地域周辺で地震、豪雨、豪雪、干ばつ等が発生すると、不動点とみなしていたＧＮＳＳ基準点の座標が変位することが考えられ、これにより、正確な計測結果が得られなくなるというおそれがある。

そこで、ＧＮＳＳ基準点と観測用ＧＮＳＳ受信機の位置を周辺の電子基準点のリアルタイム座標を用いたネットワーク型ＲＴＫ測位で常時算出することが考えられる。しかしながら、電子基準点のリアルタイムデータは、通常とは異なるステップが生じることが多く、この影響が観測点のＧＮＳＳ受信機の座標のノイズを増長させ、要求される数ｃｍや数ｍｍの観測精度を阻害するケースがある。

また、電子基準点を用いて定常的にＧＮＳＳ基準点の座標の変化を観測し、観測初期に決定したＧＮＳＳ基準点座標と、観測されたＧＮＳＳ基準点の座標の差を観測点のＧＮＳＳ受信機の座標に加減算して、観測点のＧＮＳＳ受信機の測位結果を補正することが考えられる。しかしながら、この場合、電子基準点を用いて観測したＧＮＳＳ基準点座標の単独の異常変化が生じると、観測点のＧＮＳＳ受信機の座標に異常な変化を及ぼす可能性がある。
また、ネットワーク型ＲＴＫ方式により精度よく位置を検出するためには、ＧＮＳＳ受信機が衛星から受信する搬送波のサイクルを確定するアンビギュイティ決定が必要となる。通常、搬送波が不連続となるサイクルスリップが生じた場合、アンビギュイティ決定までに数分から数十分の時間を要し、アンビギュイティ決定がなされるまでは観測点の変位を解析することができなくなってしまう。

上述の課題を鑑み、本発明は、電子基準点の変位やＧＮＳＳ基準点の変位にかかわらず、観測対象の変位を、より高速に、より正確に検出することができる変位監視装置、及び変位監視方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る変位監視装置は、観測対象の観測点に設置される第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する第１の取得部と、所定の基準位置に設置される第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する第２の取得部と、前記第１のＧＮＳＳ受信機の受信情報と前記第２のＧＮＳＳ受信機の受信情報とから前記観測点の位置を相対測位により算出する位置算出部と、ネットワークを使って配信される周囲の電子基準点から設定された仮想基準点の地球重心座標上の位置を取得する第３の取得部と、前記第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記仮想基準点の情報と、から、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の地球重心座標上の位置と、前記仮想基準点の地球重心座標上の位置と、の間の３次元空間における距離を算出する基準点距離・観測点距離算出部と、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、各々の変化に基づいて、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する基準点変位・観測点変位解析部とを備える。

また、本発明の一態様に係る変位監視装置は、好ましくは、前記基準点変位観測点変位解析部は、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の地球重心座標上の位置のＸ、Ｙ、Ｚの各成分と、前記仮想基準点の地球重心座標上の位置のＸ、Ｙ、Ｚの各成分とに基づく、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、各々の変化に基づいて、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する。

また、本発明の一態様に係る変位監視装置は、好ましくは、前記基準点変位・観測点変位解析部は、初期位置での前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、初期位置での前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、各々を参照距離とし、当該参照距離の各々と、当該参照距離の各々に対応する計測毎の前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の地球重心座標上の位置と、前記仮想基準点の地球重心座標上の位置と、の間の３次元空間における距離との差分値の各々の時系列毎の変化から、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する。

また、本発明の一態様に係る変位監視装置は、好ましくは、前記基準点変位・観測点変位解析部は、前記観測点の位置に基づいて衛星信号の搬送波位相のアンビギュイティを決定し、決定した前記アンビギュイティを記憶し、前記決定した前記アンビギュイティ及び前記搬送波位相のサイクルスリップ情報に基づいて、前記観測点の位置を計測する。

また、本発明の一態様に係る変位監視方法は、第１の取得部が、観測対象の観測点に設置される第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する工程と、第２の取得部が、所定の基準位置に設置される第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する工程と、位置算出部が、前記第１のＧＮＳＳ受信機の受信情報と前記第２のＧＮＳＳ受信機の受信情報とから前記観測点の位置を相対測位により算出する工程と、第３の取得部が、ネットワークを使って配信される周囲の電子基準点から設定された仮想基準点の地球重心座標上の位置を取得する工程と、基準点距離算出部が、前記第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記仮想基準点の情報と、から、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離と、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離と、を算出する工程と、基準点変位・観測点変位解析部が、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置の間の３次元空間における距離、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置の間の３次元空間における距離、各々の変化に基づいて、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する工程とを有する。

本発明によれば、地球重心座標上に不動の仮想基準点を設定し、ＧＮＳＳ基準点の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点の地球重心座標上の位置との２点間の距離の各成分の時系列の変化により、ＧＮＳＳ基準点及び観測点の各々の変位を解析できる。これにより、ＧＮＳＳ基準点と観測点とのいずれかに単独の変位や不可解な変位があっても、観測対象の変位を正確に検出することができる。

第１の実施形態に係るインフラ監視システム１の一例の概略構成図である。 第１の実施形態に係るインフラ監視システム１での処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るインフラ監視システム１での処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るインフラ監視システム１での処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るインフラ監視システム１での処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るインフラ監視システム１での処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るインフラ監視システム１における変位監視装置の機能に基づくブロック図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態についての一例を図面を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１の一例の概略構成図である。インフラ監視システム１は、例えば、川１１に建設されたダム湖１２におけるダム堤体１０の変位や変形を監視するために用いられる。
図１に示すように、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１は、ＧＮＳＳ基準点２１に設置されたＧＮＳＳ受信機３１と、複数のＧＮＳＳ観測点２２（ＧＮＳＳ観測点２２－１、２２－２、２２－３、…）に設置されたＧＮＳＳ受信機３２（ＧＮＳＳ受信機３２－１、３２－２、３２－３、…）と、変位監視装置３４とを含んで構成される。

ＧＮＳＳ基準点２１は、ディファレンシャル測位や干渉測位等の相対測位を行う際の基準となる点で、ダム堤体１０の周辺の地盤上の所定の位置に設置される。ＧＮＳＳ観測点２２は、ダム堤体１０等の観測対象の観測したい箇所に設置される。

なお、この例では、３つのＧＮＳＳ観測点２２をダム堤体１０の上部に設置しているが、ＧＮＳＳ観測点の位置や数は、これに限定されない。また、ＧＮＳＳ観測点２２は、ダム堤体１０の上部ばかりでなく、ダム堤体１０の側面や、ダム左岸、右岸、あるいはその周辺の地盤に設置しても良い。

ＧＮＳＳ基準点２１には、ＧＮＳＳ受信機３１が設置される。また、複数のＧＮＳＳ観測点２２には、ＧＮＳＳ受信機３２が設置される。ＧＮＳＳ受信機３１及びＧＮＳＳ受信機３２は、複数のＧＮＳＳ衛星３５（ＧＮＳＳ衛星３５－１、３５－２、３５－３…）からの信号を受信する。ＧＮＳＳ衛星３５としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System）等が利用できる。

第１の実施形態に係るインフラ監視システム１では、初期状態で、ＧＮＳＳ基準点２１のＧＮＳＳ受信機３１の受信情報と、全てのＧＮＳＳ観測点２２の各々のＧＮＳＳ受信機３２の受信情報のそれぞれにより、ＧＮＳＳ基準点２１及び全てのＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置が地球重心座標で求められる。ＧＮＳＳ受信機３１及びＧＮＳＳ受信機３２の各々の初期位置を求める際には、周辺の電子基準点を用いたネットワーク型ＲＴＫ測位（リアルタイムデータ）を採用しても良いが、観測特有のホワイトノイズが多いため、１時間、３時間、１日等の移動平均法の利用も考えられる。

そして、ＧＮＳＳ基準点２１のＧＮＳＳ受信機３１と、ダム堤体１０の観測箇所にある複数のＧＮＳＳ観測点２２のＧＮＳＳ受信機３２とで干渉測位を行うことにより、ＧＮＳＳ観測点２２の位置が求められる。このＧＮＳＳ観測点２２の位置の時系列の変化を解析することで、ダム堤体１０等の観測対象の変位や変形を監視することができる。

ここで、干渉測位では、同一衛星からの電波をＧＮＳＳ基準点２１のＧＮＳＳ受信機３１と各ＧＮＳＳ観測点２２のＧＮＳＳ受信機３２とで受信し、搬送波の位相差を検出して、各ＧＮＳＳ観測点２２の測位を行うものである。この方法では、ＧＮＳＳ観測点２２の位置は、ＧＮＳＳ基準点２１の位置を基準とした相対位置で求められ、数ｃｍや数ｍｍの高い観測精度で測位を行える。このことから、ＧＮＳＳ基準点２１の位置が不動であれば、ＧＮＳＳ観測点２２の位置を正確に測位できる。しかしながら、ＧＮＳＳ基準点２１の位置、またはＧＮＳＳ観測点２２のうちのいくつかの位置のみが、周辺のノイズや季節の変動等により通常とは異なる異常な変位をすることがある。ここで、通常とは異なる異常な変位とは、例えば、ＧＮＳＳ観測点２２のうち特定のものだけが単独で変位するものであって、ＧＮＳＳ観測点２２に共通する変位とは異なる変位である。

つまり、図１に示すように、ダムは、ダム堤体１０で川１１の流れを強制的に堰き止めてできる構造物である。ダム湖１２の出現によりダムの上流側地盤の含水量はダム建設前に比べ高くなる。ダム湖１２は、豪雨、干ばつ等による貯水量の変化や、流れ込む土砂量の変化により、ダム堤体１０のみならず、それを支えるダム堤体１０の左岸、右岸の負荷も変化する。季節毎にダム堤体１０が受ける日射量や日射場所による温度変化により、ダム堤体１０自体が熱膨張や熱収縮を起こす。また、ダム周辺の木々は伐採、周辺の山々は削られ造成される。すなわち、ダム堤体１０を含めたダム周辺の地殻変動は、ダム建設前と後で大きく異なることになる。

そこで、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１では、地球重心座標上に不動の仮想基準点２３を設定し、ＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離Ｌ１を地球重心座標の各成分（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）毎に算出して時系列で記憶しておき、このＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離Ｌ１の各成分の時系列の変化を解析している。
また、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１では、これと同時に地球重心座標上に不動の仮想基準点２３を設定し、ダム堤体１０の周辺全体（以下、ダム堤体１０全体という）の変位と、ＧＮＳＳ基準点２１とダム堤体１０のＧＮＳＳ観測点２２毎の地球重心座標上の位置及び不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置の二点間の距離Ｌ２（距離Ｌ２－１、Ｌ２－２、Ｌ２－３…）とを、地球重心座標の成分（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）毎に算出して時系列で記憶しておく。ここで、ダム堤体１０全体の変位とは、例えば、ＧＮＳＳ観測点２２の全てに共通する変位である。これにより、ダム堤体１０全体の変位と、ＧＮＳＳ基準点２１の単独の変位と、ＧＮＳＳ観測点２２の各々の単独の変位とを確認することが可能となる。つまり、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１では、ＧＮＳＳ基準点２１の単独の変位と、ダム堤体１０全体の変位と、ＧＮＳＳ観測点２２の各々の単独の変位と、を個別に確認することができる。

なお、地球重心座標は、地球重心を原点とするＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元直交座標である。特許文献１及び特許文献２に記載されているように、地球の重心は常に安定しているため、地球重心座標上に不動の仮想基準点を設置することで、解析精度、解析結果の信頼性を向上させることができる。

以下、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１において、距離Ｌ１を地球重心座標の成分（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）毎に算出して時系列で記憶し、この距離Ｌ１の各成分の時系列の変化を解析する方法を説明する。

より詳細には、初期設定時に、地球重心座標上に不動の仮想基準点２３を設定する。そして、ＧＮＳＳ基準点２１の位置、ダム堤体１０全体の位置、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置それぞれと、不動の仮想基準点２３の位置との２点間の距離の各々を地球重心座標上のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸毎に算出し、この２点間の距離の各々を参照距離Ｌａとして記憶する。ここで、参照距離Ｌａには、初期設定時におけるＧＮＳＳ基準点２１と不動の仮想基準点２３との間の参照距離Ｌａ１、ダム堤体１０全体の位置と不動の仮想基準点２３との間の参照距離Ｌａ２＃、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々と不動の仮想基準点２３との間の参照距離Ｌａ２（参照距離Ｌａ－１、Ｌａ２－２、Ｌａ２－３、…）が含まれる。
そして、各計測時に、ＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の地球重心座標上の位置それぞれと、不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の各々の距離Ｌｔを計測する。ここで、距離Ｌｔには、各計測時におけるＧＮＳＳ基準点２１と不動の仮想基準点２３との間の距離Ｌｔ１、ダム堤体１０全体の位置と不動の仮想基準点２３との間の距離Ｌｔ２＃、ＧＮＳＳ観測点２２の各々と不動の仮想基準点２３との間の距離Ｌｔ２（距離Ｌｔ２－１、Ｌｔ２－２、Ｌｔ２－３、…）が含まれる。
そして、初期設定時に求められた参照距離Ｌａの各々と、各々の参照距離Ｌａに対応する距離Ｌｔの各々との差分を求める。

ここで、初期設定時に求められた参照距離Ｌａの各々のうちいずれか一つの地球重心座標上の距離を（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）とし、各計測時に求められた距離Ｌｔのうち当該いずれか一つの参照距離Ｌａに対応するものにおける地球重心座標上の距離を（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）であるとすると、差分値（Ｌａ－Ｌｔ）は、以下のように表現できる。

Ｌａ－Ｌｔ＝（ｄＸ、ｄＹ、ｄＺ））
ｄＸ＝Ｘａ－Ｘｔ
ｄＹ＝Ｙａ－Ｙｔ
ｄＺ＝Ｚａ－Ｚｔ

この差分値（（Ｌａ－Ｌｔ）＝（ｄＸ、ｄＹ、ｄＺ））により、距離Ｌｔが初期設定時の参照距離Ｌａより伸びているか縮んでいるかが地球重心の三軸の座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）毎に判定できる。この参照距離に対する伸縮を時系列にグラフ化することで、ＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々における以下の情報が取得できる。
・日本列島のプレート変動に伴う長期的な変位トレンド
・地域ごとに微妙に異なる季節変動トレンド
・地震、豪雨（雪）、干ばつ等が発生した際の変位ステップ
・熱膨張収縮、受信機障害、周辺の環境因子（植物繁茂）等によるノイズ

図２から図６は、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１での処理手順を示すフローチャートである。
図２に示すように、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１は、初期設定処理（ステップＳ１）と、観測点の測位処理（ステップＳ２）と、ＧＮＳＳ基準点の変位計測処理（ステップＳ３）と、解析処理（ステップＳ４）とからなる。まず、ステップＳ１の初期設定処理から説明する。

図３は、ステップＳ１の初期設定処理のフローチャートである。
（ステップＳ１０１）変位監視装置３４は、ＧＮＳＳ基準点２１のＧＮＳＳ受信機３１及び全てのＧＮＳＳ観測点２２の各々のＧＮＳＳ受信機３２の各々の受信情報を取得し、取得した受信情報から、地球重心座標で、ＧＮＳＳ基準点２１及び全てのＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置を取得する。

（ステップＳ１０２）変位監視装置３４は、ステップＳ１０１でＧＮＳＳ基準点２１で求められた位置を基に、ＧＮＳＳ基準点２１の位置を地球重心座標上に初期設定する。
（ステップＳ１０３）変位監視装置３４は、地球重心座標軸上に不動の仮想基準点２３を設定する。ここで、不動の仮想基準点２３を地球重心座標上に設定する際には、ＧＮＳＳ受信機３１及びＧＮＳＳ受信機３２の各々の地球重心座標、または／および、ネットワーク等を使って配信される周囲の電子基準点で囲まれた任意の地点を独自に決定する。
（ステップＳ１０４）変位監視装置３４は、ステップＳ１０２で求められた初期設定値のＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と、ステップＳ１０３で設定された不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各成分毎に算出する。
（ステップＳ１０５）変位監視装置３４は、初期設定値のＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離の各成分を参照距離Ｌａとして記憶する。

次に、ステップＳ２の観測点の変位の計測処理について説明する。図４は、ステップＳ２の観測点の測位処理のフローチャートである。
（ステップＳ２０１）変位監視装置３４は、観測点の変位計測指令を待ち、観測点の変位計測指令を受け取ると、処理をステップＳ２０２に進める。観測点の変位計測指令は、所定時間毎に定期的に入力される。
（ステップＳ２０２）変位監視装置３４は、変位計測指令を受け取ると（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ＧＮＳＳ観測点２２の地球重心座標上の位置の各々とステップＳ１０３で設定された不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離Ｌｔの各々をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の成分毎に算出する。
（ステップＳ２０３）変位監視装置３４は、ステップＳ１０４で求められた参照距離Ｌａの各々のうちと、ステップＳ２０２で求められた距離Ｌｔとの差分値（Ｌａ－Ｌｔ）を求める。

（ステップＳ２０４）変位監視装置３４は、差分値（Ｌａ－Ｌｔ）を時系列に記憶する。

次に、ステップＳ３のＧＮＳＳ基準点の変位の計測処理について説明する。図５は、ステップＳ３のＧＮＳＳ基準点の変位計測処理のフローチャートである。
（ステップＳ３０１）変位監視装置３４は、基準点の変位計測指令を待ち、基準点の変位計測指令を受け取ると、処理をステップＳ３０２に進める。基準点の変位計測指令は、所定の時間毎に定期的に入力される。
（ステップＳ３０２）変位監視装置３４は、基準点の変位計測指令を受け取ると（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、ＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離ＬｔをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸毎に算出する。
（ステップＳ３０３）変位監視装置３４は、ステップＳ１０４で求められた参照距離Ｌａと、ステップＳ３０２で求められた距離Ｌｔとの差分値（Ｌａ－Ｌｔ）を求める。

（ステップＳ３０４）変位監視装置３４は、差分値（Ｌａ－Ｌｔ）を時系列に記憶する。

次に、ステップＳ５の解析処理について説明する。図６は、ステップＳ３の観測点の測位処理のフローチャートである。
（ステップＳ４０１）変位監視装置３４は、解析開始指令を待ち、解析開始指令を受け取ると（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ４０２に進める。
（ステップＳ４０２）変位監視装置３４は、解析指令を受け取ると（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、受け取った解析指令が観測対象の変位解析か否かを判定し、観測対象の変位解析なら（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ４０３に進め、観測点の変位解析でなければ（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、処理をステップＳ４０５に進める。
（ステップＳ４０３）変位監視装置３４は、ステップＳ２０３で記憶した各ＧＮＳＳ観測点２２の時系列の地球重心座標における位置情報の各々から、観測点の各所の変位、変形状況を解析して、ステップＳ４０４に処理を進める。
（ステップＳ４０４）変位監視装置３４は、観測点の各所の変位、変形状況の解析結果をグラフ等で表示する。
（ステップＳ４０５）変位監視装置３４は、受け取った解析指令がＧＮＳＳ基準点の変位解析か否かを判定し、ＧＮＳＳ基準点の変位解析なら（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ４０６に進め、観測点の変位解析でなければ（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、処理をステップＳ４０１にリターンする。

（ステップＳ４０６）変位監視装置３４は、初期設定値のＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の参照距離Ｌａと、各測定時のＧＮＳＳ基準点２１の地球重心座標上の位置と不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離Ｌｔとの各成分毎の差分値（Ｌａ－Ｌｔ）を読み出し、この差分値からの変化から、ＧＮＳＳ基準点２１の変位を解析して、ステップＳ４０７に処理を進める。
（ステップＳ４０７）変位監視装置３４は、ＧＮＳＳ基準点２１の変位の解析結果を、グラフ等で表示する。

図７は、第１の実施形態に係るインフラ監視システム１における変位監視装置３４の機能に基づくブロック図である。
図７において、ＧＮＳＳ基準点受信情報取得部（第２の取得部）５１は、ＧＮＳＳ基準点２１に設置したＧＮＳＳ受信機３１の受信情報を取得する。ＧＮＳＳ観測点受信情報取得部（第１の取得部）５２は、複数のＧＮＳＳ観測点２２の各々に設置したＧＮＳＳ受信機３２の各々の受信情報を取得する。不動の仮想基準点情報取得部（第３の取得部）５３は、ＧＮＳＳ受信機３１の受信情報やＧＮＳＳ受信機３２の各々の受信情報とともに、不動の仮想基準点２３の情報を取得する。

位置算出部５４は、初期設定時には、ＧＮＳＳ基準点２１のＧＮＳＳ受信機３１及び全てのＧＮＳＳ観測点２２の各々のＧＮＳＳ受信機３２の各々の受信情報から、地球重心座標で、ＧＮＳＳ基準点２１及び全てのＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置を算出し、位置記憶部５５に記憶する。そして、位置算出部５４は、所定時間毎に、ＧＮＳＳ基準点２１のＧＮＳＳ受信機３１の受信情報と、各ＧＮＳＳ観測点２２の各々のＧＮＳＳ受信機３２の各々の受信情報から、干渉測位により、各ＧＮＳＳ観測点２２の各々の測位を行い、計測結果を位置記憶部５５に記憶する。

基準点距離・観測点距離算出部５７は、初期設定時には、初期設定値のＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の地球重心座標上の位置それぞれと不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の参照距離Ｌａの各々を算出する。そして、基準点距離・観測点距離算出部５７は、所定時間毎に、参照距離Ｌａの各々と、対応する各測定時のＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の地球重心座標上の位置それぞれと不動の仮想基準点２３の地球重心座標上の位置との２点間の距離Ｌｔの各々とにおける各成分毎の差分値（Ｌａ－Ｌｔ）をそれぞれ算出する。基準点距離記憶部５８は、基準点距離・観測点距離算出部５７で算出した参照距離Ｌａと距離Ｌｔとの各成分毎の差分値（Ｌａ－Ｌｔ）の各々を、時系列で記憶する。

基準点変位・観測点変位解析部５９は、基準点距離記憶部５８から、参照距離Ｌａと距離Ｌｔとの各成分毎の差分値（Ｌａ－Ｌｔ）を時系列で読み出し、この２点間の距離の変化から、ＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の変位の解析を行う。基準点変位・観測点変位解析部５９は、例えば、ＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置の変位に基づいて、ＧＮＳＳ観測点２２の全てに共通する変位が計測された場合、当該計測された共通の変位の量だけダム堤体１０全体の位置が変位したと判定する。

表示部６０は、基準点変位・観測点変位解析部５９で行われたＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の変位の解析結果をグラフ等で表示する。

以上説明したように、本実施形態では、不動の仮想基準点２３を地球重心座標上に設定し、この不動の仮想基準点２３の位置を不動点とみなし、この不動の仮想基準点２３の位置とＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置との間の距離を時系列で算出している。これにより、ＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置を正確に検出できる。
また、本実施形態では、参照距離Ｌａを記憶させることにより、ＧＮＳＳ基準点２１、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々における初期設定時の位置や初期設定時の位置の決定に用いたアンビギュイティを保持することが可能となる。このため、通常、搬送波が不連続となるサイクルスリップが生じた場合、アンビギュイティを決定し直す代わりに、保持しているアンビギュイティを用いて各々の位置を検出することができる。このため、サイクルスリップが生じた場合であっても、アンビギュイティを決定し直す必要がなくアンビギュイティ決定までの時間を短縮することができ、より高速にＧＮＳＳ基準点２１、ダム堤体１０全体、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置を検出できる。

上述の実施形態では、周辺の電子基準点とのネットワーク型ＲＴＫ測位を用いて、ＧＮＳＳ基準点２１、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の変位を追跡することもできる。この場合、不動の仮想基準点２３と電子基準点の地球重心座標上の位置との２点間の距離の各成分の時系列の変化により、電子基準点の変位を解析することができる。すなわち、電子基準点、ＧＮＳＳ基準点２１、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の位置の変位を、地球重心座標上に設置した不動の仮想基準点２３から俯瞰することができる。ここで「俯瞰する」とは、例えば、不動の仮想基準点２３を基準として、電子基準点等の各々の位置の変位を解析することにより、電子基準点等を含めた観測対象の全体の変位と、個々の電子基準点等における単独の変位とを判別することをいう。

また、周辺の電子基準点を利用して解析する場合には、不動の仮想基準点２３を用いて電子基準点自身の位置や変位に関する情報を取得することができる。これにより、電子基準点の位置や変位に関する情報を正確に取得でき、電子基準点、ＧＮＳＳ基準点２１、およびＧＮＳＳ観測点２２の各々の全ての位置情報と変位情報とを不動の仮想基準点２３を基準として時系列に取得することができ、観測対象の変位に関する解析を正確に行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る変位監視装置３４Ａについて説明する。変位監視装置３４Ａは、例えば、建設現場などの作業現場において作業するクレーン車等の重機（観測対象）の移動（位置の変化、すなわち変位）を監視する監視システムに適用される。当該監視システムは、例えば、重機がある場所で作業をした後、他の場所に移動して一旦停止した後に別の作業を開始した等、重機の移動を監視する。
第２の実施形態において、ＧＮＳＳ観測点２２Ａは、例えば、クレーン車のジブやフック等、重機の稼働域を避けた、クレーン車内の運転席や操作室等の固定点に設置される。変位監視装置３４Ａは、重機の固定点に設置されたＧＮＳＳ観測点２２Ａの位置の変位に基づいて、重機の位置が変位したか否かを判定する。
第２の実施形態において、基準点変位・観測点変位解析部５９Ａは、観測点の位置に基づいて衛星信号の搬送波における位相のアンビギュイティを決定し、決定したアンビギュイティを記憶させ、搬送波における位相のサイクルスリップ情報に基づいてＧＮＳＳ観測点２２Ａの位置を計測する。ここで、サイクルスリップ情報は、搬送波においてサイクルスリップが発生したか否かを示す情報である。基準点変位・観測点変位解析部５９Ａは、例えば、搬送波の信号が不連続で観測された場合、サイクルスリップが発生したと判定する。基準点変位・観測点変位解析部５９Ａは、サイクルスリップが発生したと判定した場合、記憶させたアンビギュイティを用いてＧＮＳＳ観測点２２Ａの位置を計測する。これにより、基準点変位・観測点変位解析部５９Ａは、サイクルスリップが発生した場合であっても、アンビギュイティを決定し直す必要がない。
なお、第２の実施形態に係る変位監視装置３４Ａの監視対象は、高速で移動し続ける移動体や、短時間に遠くの場所に移動するものではなく、移動・停止を狭い範囲で繰り返すものが好ましい。狭い範囲ではサイクルスリップが発生する前後のアンビギュイティに有意な差が生じる可能性が少ないためである。

（第２の実施形態の変形例）
以下、第２の実施形態の変形例について説明する。
本変形例において、変位監視装置３４Ａは、例えば、カーナビゲ－ション（以下、カーナビという）の解析システムに適用される。ＧＮＳＳ観測点２２Ａは、例えば、車両の内部に設置される。当該解析システムは、カーナビが搭載された車両の位置を解析する。
ある地点で車両のエンジンがオン状態となると、カーナビの電源状態もオン状態となる。カーナビに電源が投入されることで、変位監視装置３４ＡによりＧＮＳＳ観測点２２Ａにおける位置が取得される。この場合、基準点変位・観測点変位解析部５９Ａは、観測点の位置に基づいて衛星信号の搬送波における位相のアンビギュイティを決定し、決定したアンビギュイティを記憶させ、記憶させたアンビギュイティ及び搬送波における位相のサイクルスリップ情報に基づいてＧＮＳＳ観測点２２Ａの位置を計測する。車両がある地点から別の地点に移動した後、車両のエンジンがオフ状態とされると、カーナビの電源状態もオフ状態となる。そして、所定の期間（例えば、数時間、あるいは数日間）車両を停車した後、再び車両のエンジンをオン状態とすると、カーナビの電源状態もオン状態となる。再びカーナビの電源が投入された場合、ＧＮＳＳ観測点２２Ａにおける位置を検出する際に、記憶させたアンビギュイティを用いてＧＮＳＳ観測点２２Ａの位置を計測する。車両は高速で移動する移動体の一つであるが、車両のエンジンがオフ状態とされた後、再びオン状態とされるまでの間は、原則として移動することがない。車両のエンジンがオフ状態とされた際のアンビギュイティを記憶させておくことにより、次回にカーナビを立ち上げた際に、ＧＮＳＳ観測点２２Ａの位置をより高速に検出することが可能となる。

なお、インフラ監視システム１の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１…インフラ監視システム、１０…ダム堤体、２１…ＧＮＳＳ基準点、２２－１、２２－２、２２－３…ＧＮＳＳ観測点、２３…不動の仮想基準点、３１…ＧＮＳＳ受信機、３２－１、３２－２、３２－３…ＧＮＳＳ受信機、３４（３４Ａ）…変位監視装置、３５－１、３５－２、３５－３…ＧＮＳＳ衛星

Claims (5)

1. 観測対象の観測点に設置される第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する第１の取得部と、
   所定の基準位置に設置される第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する第２の取得部と、
   前記第１のＧＮＳＳ受信機の受信情報と前記第２のＧＮＳＳ受信機の受信情報とから前記観測点の位置を相対測位により算出する位置算出部と、
   ネットワークを使って配信される周囲の電子基準点から設定された仮想基準点の地球重心座標上の位置を取得する第３の取得部と、
   前記第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記仮想基準点の情報と、から、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の地球重心座標上の位置と、前記仮想基準点の地球重心座標上の位置と、の間の３次元空間における距離を算出する基準点距離・観測点距離算出部と、
   前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、各々の変化に基づいて、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する基準点変位・観測点変位解析部と
   を備える変位監視装置。
2. 前記基準点変位観測点変位解析部は、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の地球重心座標上の位置のＸ、Ｙ、Ｚの各成分と、前記仮想基準点の地球重心座標上の位置のＸ、Ｙ、Ｚの各成分とに基づく、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、各々の変化に基づいて、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する
   請求項１に記載の変位監視装置。
3. 前記基準点変位・観測点変位解析部は、初期位置での前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、初期位置での前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離、各々を参照距離とし、当該参照距離の各々と、当該参照距離の各々に対応する計測毎の前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の地球重心座標上の位置と、前記仮想基準点の地球重心座標上の位置と、の間の３次元空間における距離との差分値の各々の時系列毎の変化から、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する
   請求項１又は２に記載の変位監視装置。
4. 前記基準点変位・観測点変位解析部は、前記観測点の位置に基づいて衛星信号の搬送波位相のアンビギュイティを決定し、決定した前記アンビギュイティを記憶させ、前記決定した前記アンビギュイティ及び前記搬送波位相のサイクルスリップ情報に基づいて、前記観測点の位置を計測する
   請求項３に記載の変位監視装置。
5. 第１の取得部が、観測対象の観測点に設置される第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する工程と、
   第２の取得部が、所定の基準位置に設置される第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報を取得する工程と、
   位置算出部が、前記第１のＧＮＳＳ受信機の受信情報と前記第２のＧＮＳＳ受信機の受信情報とから前記観測点の位置を相対測位により算出する工程と、
   第３の取得部が、ネットワークを使って配信される周囲の電子基準点から設定された仮想基準点の地球重心座標上の位置を取得する工程と、
   基準点距離算出部が、前記第１のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記第２のＧＮＳＳ受信機からの受信情報と、前記仮想基準点の情報と、から、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離と、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置との間の３次元空間における距離と、を算出する工程と、
   基準点変位・観測点変位解析部が、前記所定の基準位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置の間の３次元空間における距離、前記観測点の位置の地球重心座標上の位置と前記仮想基準点の地球重心座標上の位置の間の３次元空間における距離、各々の変化に基づいて、前記所定の基準位置と前記観測点の位置の各々の変位を解析する工程と
   を有する変位監視方法。

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