GNSSとは？土木測量での活用法と最新デバイスLRTKの実力

GNSSとは何か（初心者にも分かる解説）

GNSSとは「Global Navigation Satellite System」の略称で、日本語では「全球測位衛星システム」と呼ばれます。これはGPSに代表される人工衛星を利用して現在位置を測定する衛星測位システムの総称です。アメリカのGPS（Global Positioning System）は特に有名ですが、実はロシアのGLONASSや欧州のGalileo、中国のBeiDou（北斗）、日本の準天頂衛星システム「みちびき」など、各国が独自に運用する衛星測位システムすべてを含めてGNSSと呼びます。私たちが日常で使うカーナビやスマートフォンの地図アプリも、このGNSS技術によって自分の現在地を把握しています。

ではGNSSによる測位の仕組みを簡単に説明しましょう。GNSSでは上空にある複数の衛星から発信される電波信号を受信し、その信号の伝播時間から受信機までの距離を計算して位置を割り出します。受信機は基本的に4機以上の衛星を捕捉することで緯度・経度・高度を決定します（衛星が3次元の位置を決めるためには最低4つ必要です）。例えばGPSの場合、高度約2万kmを飛ぶ衛星の信号をスマホや専用受信機が受信して距離を測定し、自分の居場所を三次元的に算出しています。このようにGNSSを使えば、地球上のどこにいても（空が見えて衛星からの電波が届く限り）自分の位置を知ることができます。

ただしGNSS単独での測位には誤差も伴います。一般的な単独測位では、衛星の配置状況や電離層の影響、電波を乱反射させる高層建物の存在などにより、誤差が数メートルから十数メートル程度発生することがあります。スマートフォンやカーナビのGPSで位置が多少ずれるのはこのためです。しかし後述する技術を使えば、この誤差を数センチメートルまで縮小することが可能です。GNSSという言葉自体は最近よく耳にするようになってきましたが、簡単に言えば「複数の衛星測位システムを利用して高精度な位置情報を得る技術」だと覚えておくと良いでしょう。

GNSSが土木測量にもたらした変化

衛星測位技術であるGNSSは、私たちの日常だけでなく土木測量の現場にも大きな変化をもたらしました。かつて土木工事の測量と言えば、トータルステーションやレベル（測量用の光学機器）を用いて、現場に設置した既知の基準点から視通できる範囲を少しずつ測っていく手法が主流でした。従来は測量士などの専門技術者が2人1組で機器を据え付け、プリズムを持って位置を追従し、少しずつ地点間の距離や角度を測定して位置座標を割り出していたのです。この方法は高い精度が得られる反面、広範囲の測量には大変な労力と時間がかかりました。

GNSSの登場は、こうした従来測量の手法を大きく効率化しました。専用のGNSS受信機を使えば見通しがなくとも衛星さえ見えていれば、地上の好きな地点の絶対座標（緯度・経度・高さ）を直接取得できます。これはつまり、広い造成地や長い道路の測量でも、各所でいちいち基準点から測らなくても、GNSSで即座に世界測地系の座標を得られるということです。例えば地形測量では、作業員が背負うGNSS受信機（いわゆるGPS測量機）で歩き回るだけで地形の点群データを取得でき、従来と比べて格段にスピーディになりました。また測位データはリアルタイムでタブレットに表示されたり保存できるため、その場で測り漏れがないか確認しながら進められる利点もあります。

さらに近年、国土交通省が推進するICT施工やi-Constructionといったプロジェクトにより、建設業界ではGNSSを活用した施工管理が当たり前になりつつあります。ブルドーザーやショベルカーにGNSS受信機を搭載して自動で精密な削土・盛土を行うマシンコントロール技術や、ドローンによる空撮写真測量（フォトグラメトリ）でもGNSSが基盤技術として使われています。GNSSのおかげで、測量作業の省力化・省人化が進み、これまでは測量専門会社に依頼していたような高精度の位置出し作業も、自社で行えるケースが増えました。そして何より、GNSSによって得られる座標は世界共通の基準系（日本ならJGD2011/JGD2022等）に基づくため、設計CADやGIS地図とのデータ連携が容易です。土木測量にGNSSが普及したことで、測量結果の即時共有や一元管理が可能となり、工事の進捗管理や出来形(できがた)検測の精度・効率は飛躍的に向上しました。

RTKとLRTKの違いと精度の進化

GNSS測量の高精度化に欠かせないキーワードがRTKです。RTK（Real Time Kinematic）とは、リアルタイムキネマティック測位方式のことで、基準局と移動局の2台のGNSS受信機を用いてリアルタイムに測位誤差を補正する技術を指します。一般的な単独測位が数メートルの誤差となるのに対し、RTK測位では誤差を2～3cm程度まで抑えることができます。具体的には、既知の座標を持つ基準局（ベース局）と、測りたいポイントにある移動局（ローバー局）が同時に衛星からの信号を受信し、基準局で得た誤差情報を移動局に送信して補正することで、高精度な位置を瞬時に計算します。このRTKによるセンチメートル級測位のおかげで、従来の光学測量と遜色ない精度をGNSSで実現できるようになりました。土木現場では「RTK-GNSS測量」という言葉で、これがまさに高精度測位の代名詞となっています。

しかし、従来型のRTK測量機器には課題もありました。一つは機材の大型・高額さです。RTK測量セットには、高精度な基地局用GNSS受信機と移動局用受信機、両方に高性能アンテナ、さらに専用のコントローラ（データ収集装置）などが必要で、フルセット揃えると数百万円規模のコストになることも珍しくありません。機材はバッテリーや三脚も含めて相応に重量があるため、現場への運搬・設営にも手間がかかりました。もう一つは運用の煩雑さです。基地局を既知点に設置し、無線やネット回線で補正情報を飛ばす設定、基準点の座標入力、通信状態の確認など、測量を始めるまでに経験者でなければ難しい初期設定が色々とあったのです。また常に基地局との通信圏内で作業しなければならず、山間部やトンネル周辺など携帯電波が届かない場所ではリアルタイム測位ができないという制約もありました。こうしたハードルのため、「RTK測量は高精度だが自社で扱うにはハードルが高い」と敬遠する向きもあったのです。

そこで登場したのが最新デバイスLRTKです。LRTKとは、これまで専門機材に頼っていたRTK測量をスマートフォンひとつで実現できるよう開発された小型GNSS受信機のことです（※名称は開発元のレフィクシア社の製品名ですが、本記事では新技術のコンセプトとして紹介します）。LRTKデバイスを用いれば、iPhoneなどのスマホに接続するだけで即座にセンチメートル精度の測位が開始できます。難しい基地局の設定も専用コントローラも不要で、必要なのはLRTK受信機とスマホ、そしてインターネット接続だけです。LRTKは基本的に国や地域が提供するGNSS基準局ネットワークから補正データ（いわゆるRTK補正情報）をインターネット経由で受信しており、ユーザーは基地局を自前で設置しなくてもRTK測位が行えます。これにより山奥の現場でも、携帯電波が届く範囲であれば単独でリアルタイムに±2cmの高精度測位ができるわけです。

精度面で見ても、LRTKデバイスは従来の据え置き型RTK受信機に引けを取りません。複数周波数に対応した高性能チップを搭載し、GPSだけでなくGLONASSやみちびき（QZSS）を含むマルチGNSSに対応しているため、衛星の捕捉数が多く測位が安定しています。都市部で問題となるマルチパス（衛星信号の反射による誤差）への対策も施され、従来は衛星不足で測位が不安定だった場所でもより安定してセンチ級のFix解（RTKの確定解）を得やすくなっています。また製品によっては日本の準天頂衛星「みちびき」が配信する高精度測位補強サービス（CLAS）に対応しており、仮にネット接続が途切れた場合でも衛星から直接補強信号を受け取って測位を続行できます。このようにハード・ソフト両面の進化により、LRTKは「より手軽で強力になったRTK」と言えるでしょう。精度そのものはRTKもLRTKも同じくセンチメートル級ですが、LRTKの登場によって高精度測位が特別なものではなくなり、現場へ一層浸透しつつあります。

LRTK Phoneの機能・スペック・導入メリット

それでは、スマホで使える高精度GNSS受信機LRTK Phoneの具体的な機能やスペック、その導入メリットについて見ていきましょう。LRTK Phoneは手のひらに収まるコンパクトなデバイスで、重量は約165g、厚さ約1cmと非常に小型軽量です。大きさはスマートフォンと同程度で、iPhoneの背面などに装着して利用する設計になっています。内蔵バッテリーで約6時間の連続測位が可能で、充電はUSB Type-Cポート経由で行います（モバイルバッテリーからの給電にも対応）。防水・防塵など現場仕様の堅牢性にも配慮され、過酷な屋外環境でも安心して使えるようになっています。

測位精度はRTK方式で従来機と同等のセンチメートル級を実現しています。スペック上は水平位置で誤差±2cm程度、鉛直（高さ）方向でも±4cm程度の精度が確保できます。LRTK Phoneは高性能なGNSSモジュールを搭載し、米GPSやロシアGLONASSをはじめ、欧州Galileoや日本のみちびきなど複数の衛星測位システムに対応したマルチGNSS受信が可能です。さらにL1/L2といった複数周波数帯の電波を利用することで、高層ビル街でも迅速に衛星を捕捉し誤差要因を打ち消します。特筆すべきは、日本の衛星測位補強信号である「みちびき（QZSS）のCLAS」にも対応している点です。オプションの小型アンテナを接続すれば、仮に携帯ネット回線が圏外の山間部や災害現場であっても、みちびきから直接補正情報を受け取ってRTK測位を維持できます。これは官公庁の防災用途などでも評価されている技術で、LRTK Phoneの信頼性を高める大きな強みとなっています。

導入コストの面でもLRTK Phoneは優れています。既存のスマートフォン（iPhoneやiPadなど）と組み合わせて使えるため、従来必要だった専用の測量用コントローラー端末や大型アンテナを新たに購入する必要がありません。LRTK Phone本体の価格は、大型の従来型RTK機器に比べれば格段に抑えられており、初期費用を大幅に削減できます。また提供元ではサブスクリプション型の利用プランも用意しており、月額料金を支払うことでソフトウェアやクラウドサービスが利用できると同時に、本体をレンタルするような形で導入することも可能です。これにより中小規模の建設会社でも最新の高精度測位技術を低予算で手軽に導入でき、機器の維持管理や更新にかかるコスト負担も軽減されます。

携帯性・操作性も大きなメリットです。前述の通りデバイス自体が超小型軽量なため、測量機材一式を抱えて現場を移動する必要がありません。必要なときにポケットから取り出してスマホに装着し、すぐに測量を開始できます。専用の一脚（モノポッド）にLRTK Phoneを取り付ければ、本格的な単点測位作業でも威力を発揮します。伸縮ロッドの先端に据えて気泡管で垂直をとれば、従来は測量スタッフが2人がかりで行っていた水準測量や杭打ち位置出しも1人で片手にスマホを持つだけで完了します。しかもアプリ上で一脚の長さオフセットを選択すれば、自動でアンテナ高の補正が行われるため、難しい計算や設定も不要です。操作もシンプルで、スマートフォンの画面上に表示される案内に従ってボタンを押すだけで測位や記録ができます。特別な測量の知識がなくても扱えるので、熟練技術者が不足している現場でも誰もが使いこなせる手軽さがあります。

さらにLRTK Phoneは単に高精度の位置を測るだけの機器ではありません。スマートフォンと連携している利点を活かし、多彩な拡張機能を備えています。例えば、スマホのカメラで撮影した写真に自動的にcm精度の位置座標タグを付与し、クラウド上にアップロードして地図上で管理できる「測位写真」機能があります。これを使えば、現場で撮影した写真に「どこで」「どの向きで」撮ったかという情報が正確に記録されます。コンクリート構造物のひび割れを撮影して高精度な位置情報とともにクラウドに蓄積すれば、後日オフィスのPCから写真の場所を地図上で直感的に把握したり、過去の写真と見比べて劣化の進行度を定量的に評価したりできます。またiPhoneの上位モデルに搭載されているLiDARスキャナとも連動し、周囲の地形や構造物を3D点群データとして取得することも可能です。取得した点群にはリアルタイムで計測した高精度な位置座標が付与されるため、これまで高額な3Dレーザースキャナが必要だった土量計算や出来形管理がスマホ一台で実現できます。LRTKアプリでスキャンした点群データは即座にクラウドと同期されるので、オフィスにいながらリアルタイムで現場の3Dモデルをチェックしたり、指示を出したりすることも可能です。このようにLRTK Phoneは「高精度」「低コスト」「携帯性」「多機能」を兼ね備えた次世代測量ソリューションと言えます。

土木現場でのLRTK活用例

LRTK Phoneによって可能になる新しい測量スタイルは、土木・建設からインフラ保守、防災まで幅広い現場で活躍しています。ここでは具体的にどのようなシーンでその威力が発揮されるか、いくつか土木現場での活用例を紹介しましょう。

• 建設現場での出来形測量・杭打ち作業 土木工事の現場では、基礎工事や造成工事において出来形（完成した地形や構造物）の管理のため多数の点の高さ・座標を測定します。LRTK Phoneがあれば、測量の専門技術者が常駐していない現場でも、現場監督や施工管理担当者自身がスマホ片手に測量を行い、そのデータを即座にクラウドへアップロードすることが可能です。例えば造成地で複数地点の地盤高を測ってリアルタイムに平均断面を算出したり、設計図面に記載された埋設物の座標を座標ナビ機能で正確に地上へマーキング（杭打ち）したりといった使い方ができます。従来は2人1組でトータルステーションを据えて行っていた作業が1人で完結するため、生産性は飛躍的に向上します。LRTK Phoneは屋外の日差しの下でも見やすい表示で誘導してくれるので、杭打ち位置への誘導もスムーズです。特に基準点の少ない広大な現場では、毎回視通を確保して測量機を据え直す手間が省けるため、短時間で精度の高い出来形検測が行えるようになります。

• インフラ点検・維持管理業務 道路橋梁や鉄道、トンネルなど長大なインフラ施設の定期点検でも、LRTK Phoneは力を発揮します。広範囲にわたる設備の劣化・損傷箇所を調べ、その正確な位置を記録する必要がある場面で、スマホで写真を撮るだけで自動的にcm精度の位置座標と方位情報が付加されクラウドに保存される測位写真機能は非常に有用です。例えば高速道路の橋脚に生じたひび割れを点検する場合、ひび割れごとにその位置を緯度経度でデータベース化でき、次回の点検時に前回と同じ箇所を容易に特定できます。経年変化も位置情報に紐づけて管理できるため、補修計画の立案にも役立ちます。また鉄道の軌道変位測定では、線路沿いを歩きながらLRTKで連続的に測位ログを取得することで、レールの微妙な沈下や狂いを検知することができます。従来困難だった携帯圏外となる山間部の線路でも、CLAS対応のLRTK Phoneであれば問題なく測位を継続できるため、通信環境に左右されず確実なデータ収集が可能です。JRなどインフラ管理者にとっても、現場でリアルタイムに高精度データを取得できる安心感は非常に大きいでしょう。点検結果はクラウドで一元管理され、地図や3Dモデル上にマッピングされるので、関係者間で情報共有しやすく維持管理の効率化につながります。

• 災害現場での迅速な状況把握 地震や豪雨などの災害が発生した現場では、被害状況をいち早く把握し記録することが求められます。LRTK Phoneを防災担当者が現場に持ち込めば、倒壊した建物の位置や地盤崩落箇所などを素早く測定し、データを共有することができます。特に通信インフラが被災して携帯電話の電波が届かないエリアでも、みちびきCLASに対応したLRTKなら衛星経由で測位を続行できるため、孤立した地域でも測量作業が止まりません。実際に2023年の能登半島地震では、震災直後にLRTK端末が活用されました。現地の携帯通信が不通となる中でも、被害を受けた構造物の写真を高精度な位置情報付きで記録でき、そのデータが後日の復旧工事計画に大いに役立ったと報告されています。このように災害対応において時間との戦いの状況でも、重い測量機材を運ぶことなく現地入りして即座に測位を開始できるLRTKは、自治体やインフラ事業者の緊急対応力を高めるツールとして期待されています。

※ このほかにも、用地測量（境界確認作業）や農業分野での圃場管理など、LRTKの活用範囲は多岐にわたります。高精度な位置データを現場で即取得・即共有できる利点は、あらゆる空間情報の利活用シーンで今後ますます重要になっていくでしょう。

LRTKでの簡単な測量方法（自然な導入と誘導）

最後に、LRTK Phoneを使った基本的な測量の流れを簡単に紹介します。高度な機能が多彩に揃ったLRTKですが、基本操作はとてもシンプルです。例えば1点の座標を測定して記録する場合、以下のような手順で行います。

• デバイスの準備と接続: まずLRTK Phone本体の電源を入れます。次にiPhone上で専用のLRTKアプリを起動し、BluetoothやWi-Fi経由でデバイスと接続します。アプリの「端末接続」ボタンをタップすると近くのLRTK端末が検出されるので、自分のデバイスを選択します。接続が成功するとLRTK端末から音で通知があり、アプリの画面に現在の測位ステータスが表示されます。

• GNSS測位の開始: 屋外の見通しの良い場所でLRTK Phoneが衛星を受信し始めると、約30～40秒ほどで一次測位がスタートします。この段階ではまだ単独測位の状態なので、精度は概ね±数メートル程度です。さらに数十秒待ち、衛星からのRTK補正が適用されると、測位ステータスが「Float」から「Fix」へと変化します。ステータスがFixになれば高精度測位の成立です。空が十分に開けていればおおよそ20秒前後でFixを得られ、水平±2cm以内・鉛直±4cm以内の精度で現在位置を特定できます。高精度測位を行う際には、スマホ側がインターネットに接続されている必要がありますが、測位中に通信が切れても前述のCLAS機能でバックアップできるため安心です。

• 座標の記録と保存: 測位がFix状態になったら、測りたいポイントの真上にLRTK Phoneを据えて静止させます（手持ちの場合は端末に付属の簡易スタンドや一脚でできるだけ垂直に立てます）。スマホ画面の「測位」または「記録」ボタンを1回タップすると、その瞬間の高精度な位置座標がアプリ内に保存されます。必要に応じてポイント名やメモを入力しておけば、後でどの地点だったか分かりやすくなります。記録された座標データは、ネット接続されていれば自動的にクラウドへ同期されます（オフラインの場合は後で手動同期も可能）。クラウドに上がったデータは、PCのブラウザからLRTKクラウドにアクセスして地図上や航空写真上で確認したり、CSVや測量CAD用の座標ファイルにエクスポートすることもできます。

以上のように、LRTKを使った測量は直感的な操作で短時間に完了します。特別な機器のセッティングや難しい演算を意識する必要はなく、スマートフォンを扱える方であれば誰でも数cmの精度で位置を測定できるのです。従来の常識では手間と時間がかかっていた測量作業が、LRTKの登場でここまでシンプルになりました。GNSSの高精度測位技術は確実に進歩しており、それを現場で活かすハードルは驚くほど下がっています。もしあなたが土木測量の効率化や精度向上を検討しているなら、ぜひ最新デバイスであるLRTK Phoneの実力を体感してみてください。衛星測位×スマホの新しいスタイルが、これからの測量現場を大きく変えていくことでしょう。