Month: 1月 2020

格安RTK‐GNSS機器の製作 ‐その2‐

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前回は、M8T基板とアンテナを接続して人工衛星の信号を受信するところまでの話でした。今回は、信号データを電子媒体(SDカード)に記録する方法を紹介します。

2016年から試験的に導入したRTK-GNSSですが、当初は受信情報の記録方法がわからず、WindowsのノートPCやWindowsタブレットをロガーとして記録する方法を採用してきました。この方法でも問題ないのですが、運用上の欠点としてノートPC・タブレットを屋外に放置する心配や電源が3時間程度で切れてしまう、またケーブルの接触不良で記録がストップしてしまうなどといったものでした。

格安RTK-GNSS導入当初のシステム

 

そこで、前述の問題を解決するために受信情報をSDカードに書き込む方法に改造を行います。電源供給はスマフォなどで使うモバイルバッテリに変更することで1回の充電で1日以上の計測が可能となります。

 

今回使う機材

OpenLog スイッチサイエンス(1900円)。オープンソースの小型ロガーでmicroSDに記録。電源ONにすると同時に書込みを開始。
0Ω抵抗 秋月電子通商(100円:200個入)。
ケーブル
M8T基板とOpenlogの接続。
ケース
基板が入れば何でもいい。

 

基板改造
1)M8T基板のダイオードを0Ω抵抗に取り替え

交換する理由はよくわかっていませんが・・・詳しくはこちら(濱くんOSQZSS)を参照してください。

1mmぐらいの大きさのトランジスタを取り外して、0Ω抵抗を半田付けするのはかなり大変です・・・。目が本当に疲れます・・・。

取り外しには、先の尖ったピンセットがあると作業しやすい

 

2)M8TとOpenlogの結線
下の写真のように結線します。電源を入れるとOpenlogのLEDが青色に点滅します。これで衛星からの受信情報はmicroSDカードに書き込まれていきます。

BaseとRoverの2台を作成

 

3)ケース

基板剥き出しのままだと静電気や断線などの心配や見た目も格好悪いのでケースを作成しました。3Dプリンタで作るのに憧れますが、プリンタを持っていないので手元にあるもので作成します。

100均でケースを作るか・・・いろいろと考えていたところ、子供が使っているレゴが目に飛び込んできました。これはと思い、さっそく組み立てると・・・想像通りに素晴らしいケースが出来上がりました。

もう一つは、今ではなかなか手に入らないフィルムケースで作りました。M8Tの大きさにピッタリです。ケーブル用の穴とOpenlog用の切れ込みを入れたら完成です。

M8T専用レゴケース

 

ここまで出来たら、動作テストをしてみます。

ケーブルをアンテナと基板に、そして基板をモバイルバッテリーにそれぞれ接続し起動させます。基板のLEDが緑色に点滅、Openlogは青色に点滅すればOKです。

しばらく計測してみたら、SDカードに保存されたテキストファイルをu-centerで読み込んでみましょう。

 

今回はここまでの内容で終了です。次回は、屋外で計測する内容を紹介する予定です。

 


研究会終了

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昨年末にご紹介した「スマート農業のためのリモートセンシング技術に関する研究会」(千葉大松戸キャンパス)は、50名以上を超える参加者がありました。ありがとうございました。

研究会の一コマ

 

研究者だけではなく、各県の農試関係者、ドローンやカメラのメーカ、すでに日本各地の農作物をモニタリングしているメーカなどの多くの方々に参加していただきました。午前中は水稲の発表を中心に、午後からは畑作のモニタリングについての話があり、いろいろ勉強になりました。私が行っているモニタリングは対地高度50mから撮影していますが、畑作のモニタリングでは約15~30mが中心でかなり高い解像度の画像を必要としている印象を受けました。

 

私からは「モニタリングの指標によく使われるNDVIはいつ計測すればいいのか?」を議題に発表しました。2019年に設置した地上センサおよびドローンを用いて上空から同時計測した結果から、生育ステージごとにNDVIを計測する最適な時間を提案しました。来場者の方も実際にNDVIを計測しているので、興味を持ってもらえた内容だったと思います。

また、休憩時間には横国大の濱くんから今話題となっている格安RTK-GNSSの作り方の紹介、私からはRTK-GNSSを用いたお手軽な作土深マップの作成などを紹介しました。

 

懇親会も含め、本当に有意義な議論や情報交換をすることができました。また、発表者および来場者のみなさんの(ドローンを用いた)スマート農業に対する熱意がビシビシ伝わってきました!!

来年もこのような研究会があるとうれしいですね.

 


格安RTK‐GNSS機器の製作 ‐その1‐

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2020年の最初の記事は「格安RTK-GNSS」を複数回にわたって紹介していきます。

私自身は2016年から格安RTK-GNSSに手を出しましたが、今まで触れることなかった専門知識・技術が多岐にわたっていたので、しばらく様子を見ていました。最近になって私の周りの人が導入したことによって、いろいろ教えてもらえる環境になりました。先日紹介した1月25日の研究会でも格安RTK-GNSSの簡単な紹介があります

 

さて、今回紹介するRTK-GNSSというのは、複数の人工衛星からの信号を受信して、cm単位で地球上の位置を計測することができる技術です。世の中では「GPS」という言葉が定着していますが、RTK-GNSSはアメリカのGPS以外にもロシアのGLONASS、EUのGalileo、中国のBeiDouや日本のみちびきといった複数の人工衛星を使うシステムになります。cm単位の高精度な位置を求める技術になりますが、農業分野では無人トラクタや無人田植機に使われるなど、これからのスマート農業には必要な技術になってきます。

測量分野では、数十年前から現場で使われています。ただし、測量用の検定に合格した機器は何百万円と非常に高価であったため、個人で手を出すことはできませんでした。

しかし、センサの小型化や低価格化によって、個人でもcm単位で計測できる時代がついに到来しました。素晴らしいっ!!

RTK-GNSS測量の機材が格安で購入できるようになったことから、電子機械の雑誌(トランジスタ技術など)でも特集されています。

また、reach社のrs+といったこれまでには考えられない価格で製品化され、既に市販されています。ただし、日本国内で使用するための技適を取得していないため、機器を使用すると電波法に抵触する可能性があります(技適を取得して販売するのをずっと期待しているのですが・・・ダメそうな感じです)。

 

日本国内では電波法などいろいろ課題もありますが、部品をそろえることで格安にRTK-GNSS(後処理)を自作することはできます。

ドローンを用いたモニタリングでは、GCP(地上基準点)の計測にRTK-GNSSを使います。位置精度が高ければ、より精度の高い3Dモデルを作成することができます。RTK-GNSS測量以外にもTS測量といった方法でも高精度の位置を求めることが出来ます。精度だけでみるとRTK-GNSSよりTS測量の方が精度は高い(RTK-GNSSは数cmの誤差、TS測量は数mmの誤差)のですが、広域にわたる測量の場合はRTK-GNSSの方が効率的です。

また、そのような測量機器がない場合は、地理院地図(WEB地図)で経緯度および標高を求めることができます。私も2014年の運用時では地理院地図を使用していましたが、モニタリングの高精度化にあたってGCPをRTK-GNSS測量およびTS測量による位置座標に変更しました。100mぐらいの狭い範囲であれば、メジャーとハンドレベルでも位置を計測することができます。

 

前置きが長くなりましたが、本題の格安でcm単位の精度で位置を求めることができるRTK-GNSS測量について紹介していきます。
2018年に2周波の信号を受信できる基板ZED-F9P(u-blox社)が開発されましたが、ここでは1周波タイプのM8T(u-blox社)を使います。詳しいことは、私が参考にしたサイトで紹介されています。

まず、RTK-GNSS測量はBaseとRoverの2台以上が必要になります(※Roverは複数台に増設することも可能)。また、国土地理院が日本国内を整備している電子基準点を利用する場合は1台でも位置を計測することができます。リアルタイムで位置を求める場合は、BaseとRover間をデジタル無線やWi-Fiなどのネットワークを使用します。私の使い方はリアルタイムで位置を知る必要はないので、受信した情報をSDカードに書き込んで後処理解析から位置を計測します。デジタル無線やWi-Fiなどを使用しないので、電波法には抵触しません。

 

今回使う機材

M8T(u-blox社) CSG Shop(1枚あたり67€:約8100円)
アンテナ アンテナはピンからキリまであります。対応する人工衛星によっても価格は大きく変わるので、予算と相談してください。私の場合はTallysmanのTW3710(約20000円)を採用しました。
ケーブル 基板とアンテナのコネクタの形に注意です。市販品もありますが、任意の長さで調整したかったので部品ごとに購入しました。なお、ケーブルとコネクタは半田付けが必要ですが、難しい作業ではありません。
同軸ケーブルTNCプラグ同軸変換アダプタ(50cmケーブル2本作成:1700円/本)

M8T基板とTallysmanアンテナ

 

M8T基板にアンテナを接続して、PC画面(u-center)で見るとアメリカのGPS、中国のBeiDou、日本のみちびきを受信していることが確認できます。パラメータなどの設定はこちらを参考にしてください。

人工衛星(GPS、BeiDou、みちびき)の受信状況

 

信号を正常に受信できれば、次はその情報を電子媒体に保存していきます。次回は、受信情報をSDカードに書き込むための改造方法を紹介する予定です。