【L-RTK】F9P出力ファイルをExcelVBAで処理<NAV-PVTとNAV-RELPOSNED見た>

前回は、F9Pが出力したファイルから通常のRTKモードでNMEA $GNGGAセンテンスだけ、VBAで読み込んで欲しいデータをグラフ化するプログラムを作ったのですが、今回は、UBLOX社オリジナルのセンテンスを使うMovingBaseというRTKモードでの出力ファイルを読み込むVBAプログラムを作ってます。まずは、出力ファイルの中身のデータフォーマットを調べます。

●GNSS関連のセンテンス規格に触れての感想
GNSSの業界は、元々が海洋関連業界がユーザーでそれに合わせて開発してきた経緯があってRTCM(RadioTechnical Comission For Maritime Service)、海運業界団体が独自の規格を作ってきたみたいです。RTKで基準局とローバーの通信仕様であるRTCM3センテンスの仕様は有償規格書で、数万円だして海外から購入する必要があります。
ですので、WEB上で詳細なRTCM3の解説資料はありません。

しかし、UBLOXのF9Pは、NMEA,RTCM3規格をサポートしていてさらに、UBLOX社独自規格のUBXセンテンス群も独自に用意して対応させてます、MovingBaseもUBLOX社独自の規格です。UBLOX社の規格書を読めば、UBX以外でもNMEAは詳細に、RTCM3も多少わかるということで上記高価なRTCM3規格書を買わないでもプログラムは作れます。WORLDWIDEで貢献したいなら、規格をWEBで無償公開したほうが普及が進むと思うのですが、RTCMという団体が不可思議です。将来的には、UBLOXがUBXで新たなフィーチャーがはいったUBXセンテンスを作って普及させていくとUBXが世界標準になってしまうかもしれません。

●UBLOX F9Pのセンテンスの仕様書

UBLOX ZED-F9P   Interface Description 」pdfをダウンロードします。
https://www.u-blox.com/sites/default/files/u-blox_ZED-F9P_InterfaceDescription_%28UBX-18010854%29.pdf

 

●Ublox F9P Intergface Description でのRTCM3の解説
257ページから解説があります。

●MovingBaseモードでの出力センテンスは2個だけです。
NAV-PVTとNAV-RELPOSNEDだけです。
①NAV-PVT
上記interface descriptionの163ページにあります。 下記pdf

➁RELPOSNEDセンテンス
覚えにくい名称ですが、意味は、REL=相対的、POS=相対位置データ 
NED=North,East,Depthの3座標の相対距離を示すセンテンスです。
下記pdf

●EXCEL VBAで読み込み
F9PでMovingBase測定が終わってログファイルを見ます。
terapadなどテキストエディタでみるとバイナリで化け文字になります。

普段マイコンからのデータはASCII形式でCSVファイルになっているので数値を文字として一目で認識できるのですが、UBXファイルはバイナリです。
何故バイナリかというと、転送データ量が圧倒的に少なくてすむからです。
ASCIIで1バイトを表現する数値を送るには、0~255まで1~3文字3バイト必要ですが、
バイナリーなら1バイトで0~255までの数値を表現できるからです。ASCIIファイルより半分以下に小さくなるのがバイナリーのメリットです。しかし、すぐみられないので、自分でアプリを探すか、プログラムを作らないといけないところがバイナリーファイルの面倒な点です。

●EXCEL VBAでバイナリファイルを読み込む
こちらにサンプルがありました。

https://qiita.com/yamashiroakihito/items/45d8368d9e62f27221fe
ここのサンプルVBAソースをそのままコピペさせていただいて動きました。感謝です。コピペしたテキスト

Sub Main()

    'ファイル選択ダイアログでファイルを指定
    Dim vFilePath As Variant
    vFilePath = Application.GetOpenFilename

    'キャンセルボタンを押されたら、処理終了
    If vFilePath = False Then
        End
    End If

    'ファイルサイズが0バイトの場合も処理終了
    Dim nFileLen As Long
    nFileLen = FileLen(vFilePath)
    If nFileLen = 0 Then
        End
    End If

    '空いているファイル番号を取得
    Dim iFile As Integer
    iFile = FreeFile

    '指定されたファイルを取得したファイル番号としてバイナリモードで開く
    Open vFilePath For Binary As #iFile

    'ファイルサイズ分のバイト配列を用意
    Dim bData() As Byte
    ReDim bData(0 To nFileLen - 1)

    'バイト配列に指定ファイルを展開
    Get #iFile, , bData
    Close #iFile

    Dim i As Long
    'ScreenUpdatingやらCalculationなどの高速化設定は割愛
    'バイナリデータをダンプ表示します。
    For i = 0 To nFileLen - 1
        y = i \ 16 + 1
        x = i Mod 16 + 1
        Cells(y, x) = "'" & Right("0" & Hex(bData(i)), 2)
    Next

End Sub

 

■UBXのヘッダ順にセンテンス行を作る
上記サンプルプログラムにちょっと変更をいれます。
ヘッダ頭が0xB5ですので、ファイルから読み込んだバイナリー配列
bData()から0xB5を探して見つかったら次の0xB5が来るまで
同じ行(L行)にバイトデータを桁方向へ(K桁)で
インクリメントしていきます。
今回は、私はHEX形式にしないでDECでセルに書き込みました。
=>.Cells(L, K) = bData(i)
HEX形式なら=>.Cells(L, K) = “‘” & Right(“0” & Hex(bData(i + j)), 2)
となります。

With Worksheets(“sheet1”)
L = 1
K = 1
For i = 1 To nFileLen – 1
header = Right(“0” & Hex(bData(i)), 2)
If header = “B5” Then
L = L + 1
K = 1
End If
‘ .Cells(L, K) = “‘” & Right(“0” & Hex(bData(i + j)), 2)
.Cells(L, K) = bData(i)
K = K + 1
Next i
Maxrow = Range(“A1”).End(xlDown).Row
MaxCol = Range(“A1”).End(xlToRight).ColumnEnd With

 

上記プログラムの結果

目が回ってしまうのですが、欲しいデータがどこにあるか見つけてそこだけ抽出すれば見えて来ます。上記HEXからNAV-PVTとNAV-RELPOSNEDのデータフレーム資料をみながら、探します。探した位置で4バイトを数値に4バイトの長整数に変換して、本当にそこでよいのかの確認作業がありますので、バイナリーファイルから欲しいデータを切りだす作業は1日がかりでした。
●ポイント1:iTowという4Byteのタイムスタンプからmsec単位で時刻を得ます。
時刻msec=iTow1+iTow2*256+iTow3*256*256+iTow4*256*256*256
となります。
①PVTセンテンスのiTow
0XB5を0バイト番目とすると
iTow1は6番目から9番目までの4バイトで表現されます。

0 1 2 3 4 5 6iTOW 7iTow 8iTow 9iTow
B5 62 01 07 5C 0 B0 41 71 01

➁RELPOSNEDセンテンスのiTOW
10番目のバイトからiTowがでてきます。

0 1 2 3 4Ver 5res 6Ver 7Rev 8ID 9ID 10iTow 11iTow 12iTow 13iTow
DC 62 01 3C 40 00 01 00 00 0 E8 40 71 01

 

ポイント2:欲しいデータだけ抽出
   PVTは、NTRIPで補正されたRover測位結果をだしてくれるので、iTowとLongtitudeとLatitudeだけでいいです。
RELPOSNEDは、相対位置のデータですが
iTowと
N位置とE位置とD位置とLengthとHeading角あればいいです。
14番目から25番目まで12バイトの位置です。

14relN 15relN 16relN 17relN 18relE 19relE 20relE 21relE 22relD 23relD 24relD 25relD
EB FF FF FF 4F 00 00 00 02 00 00 00

 LengthとHeadingは26番目~33番目まで8バイト位置です。

26LEN 27LEN 28LEN 29LEN 30HEAD 31HEAD 32HEAD 33HEAD
52 00 00 00 3A 9E A0 00

 

●これらを読み込み部分のVBAソース
上記順番で、0xB5をi番目で見つけたらi+オフセットで目的のバイトを
指定して4バイトの整数に変換します。しかし、VBAに型変換エラーがうるさいので、すべてDOUBLE型に変換しエラー除けしてます。この辺が
変数型宣言がグレーな処理をしているVBAの欠点だと感じました。

With Worksheets(“sheet1”)
‘PVT B5620107 ->RELPOSNED B562013C 順で出力される
Maxrow = Range(“A1”).End(xlDown).Row
MaxCol = Range(“A1”).End(xlToRight).ColumnFor i = 1 To Maxrow ‘nFileLen – 1
‘ header = Right(“0” & Hex(bData(i)), 2) + Right(“0” & Hex(bData(i + 1)), 2) + Right(“0” & Hex(bData(i + 2)), 2) + Right(“0” & Hex(bData(i + 3)), 2)
If .Cells(i, 4) = 7 Then ‘PVT
L = L + 1
iTOW = CDbl(.Cells(i, 7)) + CDbl(.Cells(i, 8)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 9)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 10)) * CDbl(16777216)
Lon = CDbl(.Cells(i, 31)) + CDbl(.Cells(i, 32)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 33)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 34)) * CDbl(16777216)
Lat = CDbl(.Cells(i, 35)) + CDbl(.Cells(i, 36)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 37)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 38)) * CDbl(16777216)
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 1) = iTOW
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 2) = Lon ‘ * 1.1 ‘cm
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 3) = Lat ‘ * 1.1 ‘cmEnd IfIf .Cells(i, 4) = 60 Then ‘RELPOSNED
relTow = CDbl(.Cells(i, 11)) + CDbl(.Cells(i, 12)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 13)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 14)) * CDbl(16777216)
relN = CDbl(.Cells(i, 15)) + CDbl(.Cells(i, 16)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 17)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 18)) * CDbl(16777216)
If .Cells(i, 18) >= 12 Then
relN = relN – 4294967296#
End If
relE = CDbl(.Cells(i, 19)) + CDbl(.Cells(i, 20)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 21)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 22)) * CDbl(16777216)
If .Cells(i, 22) >= 128 Then
relE = relE – 4294967296#
End If
relD = CDbl(.Cells(i, 23)) + CDbl(.Cells(i, 24)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 25)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 26)) * CDbl(16777216)
If .Cells(i, 26) >= 128 Then
relD = relD – 4294967296#
End If
relLen = CDbl(.Cells(i, 27)) + CDbl(.Cells(i, 28)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 29)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 30)) * CDbl(16777216)
relHead = CDbl(.Cells(i, 31)) + CDbl(.Cells(i, 32)) * 256 + CDbl(.Cells(i, 33)) * CDbl(65536) + CDbl(.Cells(i, 34)) * CDbl(16777216)Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 4) = relTow
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 5) = relN ‘cm
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 6) = relE ‘cm
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 7) = relD ‘cm
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 8) = relLen ‘cm
Worksheets(“sheet2”).Cells(L, 9) = relHead / 100000 ‘degEnd If
‘Cells(L, K) = “‘” & Right(“0” & Hex(bData(i + j)), 2)
‘ K = K + 1Next i

End With

●上記プログラムから抽出したデータでMovingBaseの測定評価を始めてます。
RELPOSNEDの場合MBを原点として、N位置とE位置がでるので
どんなに動かしてもBASE-ROVERアンテナ間距離の描く円弧になります。NAV-PVTの緯度経度は通常のRTKプロットですがRoverの軌跡です。

 

●以後

実際のデータをみると結構エラーで没の行があって、それらを消去しないとまともなグラフができないのでVBAで異常データを消去するプログラムも必要です。最終的には、GNGGAと同様にMBモードもグラフプログラムにして、HEADING角度ベクトルを位置ポイント上に表示できるプログラムまで作ります。

※本プログラムは、初期レベルで、バグがあってさらに非常に遅い処理になっていて実用性がない(100kBで10分かかる)バグ対策と
 VBAの高速化を図りました。数秒で処理できるようになりました。
ポイント0:ヘッダーのB5を検出するのはデータと間違うバグになるので、最初から172バイトを読み込んでしまう単純なデータ受信のほうが間違いがありませんでした。

ポイント1:セルへ逐次書き込まないで、配列変数でバッファしておくこと
 ポイント2:セルへの書き込みは range コマンドを使ってrange () =配列変数名 で一挙に書きこむ
 ポイント3:センテンスは、バイト数が決まっているので、ヘッダを検索しないでバイト数だけ一挙によむ
 この高速化の記事はこちらです。

【L-RTK】MB出力処理VBA高速化とバグ取り<VBAも結構早くなる>

 

 

 

 

 

 

 

 

カテゴリー: RTK

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