GPS電波が届かない屋内環境で座標を取る方法：実務担当者が知っておくべき全知識

目次

• 屋内で高精度な位置情報が必要となるケースと課題

• GPSが使えない屋内で用いられてきた測位方法

• RTK技術による高精度測位の仕組み

• スマートフォン×LRTKで実現する新しい屋内測位

• LRTKによる簡易測量で現場が変わる

• FAQ

屋内で高精度な位置情報が必要となるケースと課題

建設現場の屋内作業や工場・倉庫の設備管理など、現場で正確な位置情報を測りたい場面は少なくありません。例えば建物内で機械設備の設置位置を決める墨出し作業や、室内のストックヤードで在庫の配置を最適化するための動線分析など、センチメートル単位の測位が求められるケースが増えています。最近では現場のデジタル化が進み、測量データを活用した施工管理やレイアウト改善といった「見える化」による生産性向上の取り組みも一般化しつつあります。

しかし、屋内や地下空間ではGPSに代表される衛星測位がそのまま使えないという大きな課題があります。衛星からの電波は建物の壁や屋根に遮られてしまうため、室内では受信が極めて困難です。仮に微弱な信号を受け取れても、誤差は数メートルから数十メートルにも及び、とても精密な測位には使えません。このため屋内環境で正確な座標を取得するには、GPS以外の代替手段を講じる必要があります。

GPSが使えない屋内で用いられてきた測位方法

では、GPSの電波が届かない室内で位置を測るために、これまでどのような方法が用いられてきたのでしょうか。まず昔から行われているのは、建物内に基準となる位置を設定し、そこからメジャーやレーザー距離計で距離を測ったり、トランシットやトータルステーション（TS）といった光学測量機器で相対位置を求めたりする手法です。設計図に記載された基準線や既知点をもとに、一点一点の座標を人手で計算しながらマーキングしていく作業は、精度は高いものの熟練の技術と多大な労力を要します。長い室内通路や大規模な工場施設では、機器を据え直しながら何度も測り継ぐ必要があり、限られた時間内で精密な測量を行うのは容易ではありません。

このように人力や光学機器に頼る方法以外にも、屋内測位を実現するために様々な技術が研究・実用化されてきました。代表的な屋内位置測定技術には次のようなものがあります。

• BLEビーコンやWi-Fiによる電波測位: 室内に複数の発信機（BLEビーコンやWi-Fiアクセスポイント）を設置し、端末が受信する信号の強度や到達時間から距離を推定して位置を割り出す方式です。比較的低コストで導入できますが、精度は数メートル程度がせいぜいで、壁や機械などによる電波の反射・干渉で誤差が大きくなる傾向があります。

• UWB（超広帯域無線）測位: ナノ秒単位の非常に短い電波パルスを用いて距離を計測し、複数アンテナ間の到達時間差から位置を三角測量する方式です。環境によっては誤差を数十cm～10cm程度まで縮められる高精度測位が可能です。ただし専用アンテナの設置や初期調整に手間とコストがかかり、広い範囲をカバーするシステムを構築するハードルは高めです。

• 超音波・音響による測位: 天井などに超音波発信機を配置し、音波の到達時間から位置を求める方法です。電波と比べて障害物の陰になりにくく、3次元（高さ方向を含む）の位置計測が可能なシステムもあります。センチメートル級の精度を謳うものもありますが、機器の設置や定期的なキャリブレーション作業が必要で、現場への導入ハードルは決して低くありません。

• カメラやLiDARによる自己位置推定: モバイル端末やロボットに搭載したカメラ映像やLiDARセンサーで周囲の環境をスキャンし、得られた特徴から自身の位置を推定する技術です。あらかじめ室内全域の3Dマップを作成しておけば、壁や床にタグを貼らなくても位置が把握できます。ただし機材やソフトウェアが高価だったり、計測前に建物全体を詳細にスキャンする手間がかかったりする場合もあり、気軽に使える手法とは言い難い面があります。

• PDR（歩行者航法）: 人が歩いた歩数や方角をスマホ内の加速度センサー・ジャイロセンサーから推計し、既知のスタート地点から相対的な位置を累積していく手法です。短時間であれば有効ですが、時間経過とともにセンサー誤差が蓄積して位置が次第にずれていく「ドリフト」問題があります。長時間・長距離の移動では数m以上の狂いが生じてしまうため、定期的に正しい位置を補正しないと高精度を維持できません。

以上のように、屋内で位置座標を取得する従来手法にはそれぞれ長所と短所があります。特にセンチメートル単位の精度を得ようとすると、専用インフラを張り巡らせたり、高額な機器を導入したりする必要がありました。また、多くの技術は平面上（X,Y）の位置推定にとどまり、高さ方向（Z軸）の精密測位は困難です。しかし建築物内や工場では、高低差や階層といった高さの情報も重要になる場面があります。では、どうすればより手軽に屋内でセンチメートル級の測位を実現できるのでしょうか。その鍵の一つがRTK（リアルタイムキネマティック）という高精度測位技術の活用です。

RTK技術による高精度測位の仕組み

RTK（Real Time Kinematic）とは、GPSなどの衛星測位において差分補正という手法で精度を飛躍的に高める技術です。原理としては、近くに設置した基準局（位置が既知の受信機）と移動局（測りたいポイントの受信機）の2台で同時に衛星信号を受信し、基準局で求めた誤差情報をリアルタイムに移動局に送り補正することで、誤差数メートルの通常のGPS測位を一気に数センチの精度まで追い込むことができます。まさに「超高精度のリアルタイムGPS」を実現する仕組みであり、土木測量や機械施工のガイダンス、自動運転など屋外の様々な分野で古くから利用されてきました。

従来のRTK測位を行うには、基地局側から移動局側へ無線やインターネットでデータ通信を行う必要がありました。また双方の受信機が同じ衛星を複数捕捉している必要があるため、トンネル内や高層ビルの谷間など衛星信号を受けにくい環境ではRTK本来の性能を発揮しにくいという課題もあります。しかし近年、このRTK技術を小型のオールインワン端末とスマートフォンで手軽に活用できるようにしたソリューションが登場しています。それが次に紹介するスマートフォン×LRTKによる高精度測位です。

スマートフォン×LRTKで実現する新しい屋内測位

そこで登場したのが、スマートフォンと超小型RTK受信機「LRTK（エルアールティーケー）」を組み合わせた新しい測位ソリューションです。LRTKは手のひらサイズ・約150g程度の一体型GNSS受信機で、スマホやタブレットの上部に装着して使用します（Bluetooth等で無線接続）。アンテナ・受信機・バッテリーがオールインワンになった設計で、電源を入れて空が見える場所に出れば数十秒で初期測位が完了し、すぐにセンチメートル級の現在位置が取得できます。

LRTKデバイスは日本の準天頂衛星システム「みちびき」が提供するセンチメータ級補強サービス（CLAS）に対応しており、通信圏外でも衛星から直接補正信号を受信できます。そのため、山間部や地下施設で携帯の電波が届かない現場でも、頭上に空が見える環境さえあればインターネットなしで高精度測位が可能です。また現地に既知の基準点がある場合は、LRTK端末の1台をそこに据え置いて簡易基地局モードで運用し、もう1台を移動局として使うことで、閉鎖空間内でも基準点からの相対座標を測るといった柔軟な使い方もできます。

一方、室内に入って衛星からの電波が途絶えた後はどうなるのでしょうか。この点に関しては、スマートフォン側の内蔵センサーやAR（拡張現実）技術が威力を発揮します。近年のスマホには優れたカメラやジャイロセンサーが搭載されており、端末自身の動きをリアルタイムに捉えることができます。LRTKのシステムでは、屋内に入ってGNSS信号を捕捉できなくなった後もスマホのAR機能で端末の自己位置を追跡し続け、直前まで取得していた高精度な基準位置からの相対移動を計算します。簡単に言えば、屋内移動中はスマホが高性能な歩行者航法デバイスとして働き、短時間であれば衛星なしでもセンチ級の精度を維持しながら位置を測定できるのです。

こうした仕組みにより、例えば建物内で複数の測点を記録するような場合でも、開始前に建物の外や屋上でLRTKを使って正確な基準点を取得し、そのまま端末を持って室内に入り各ポイントで測位ボタンを押すだけで座標を記録できます。従来のように室内に測量機器を持ち込んで複雑な据え付けや視通確保に苦労したり、図面上で座標計算を繰り返したりする必要はありません。スマホの画面上には現在の緯度・経度や高さが即座に表示され、測ったポイントは名前やメモとともに自動で記録されます。測定データはそのままクラウド経由で共有することもでき、現場で取得した座標を即座に事務所のPCで確認するといったリアルタイム連携も可能です。

LRTKによる簡易測量で現場が変わる

スマホ×LRTKによる測位システムの登場により、「測量」はもはや専門技術者だけの特別な作業ではなく、現場担当者が日常業務の延長でこなせるものに変わりつつあります。センチメートル単位の精密測量を行おうとすれば本来は測量士のチームに依頼したり高価な機材を使用したりする必要がありましたが、LRTKを用いた簡易測量なら作業員一人ひとりが必要なタイミングで素早く測定を完了できます。例えば重機オペレーターが施工基準の位置出し結果を待つといった場面でも、その場で自分自身がLRTK付きスマホを使って確認できるため、待ち時間や手戻りが大幅に削減されます。測位結果はリアルタイムにクラウド共有されるので、現場で測ったデータをすぐ関係者と共有し、その場で次の判断を下すことも可能です。

LRTKによる高精度な屋内測位は、さまざまなシーンで活用できます。例えば次のような用途が挙げられるでしょう。

• 屋内施工の墨出し・据え付け測量: 建物内で機械設備を新設・移設する際、LRTKを使って床面上の設置位置座標を正確に測定できます。図面上の計画値と現場の測量結果を照合しながら機械を据え付ければ、位置ずれのない正確な施工が可能になります。

• 工場・倉庫内の動線解析: 物流倉庫でフォークリフトや作業スタッフの動線をLRTKで記録し、「見える化」して分析することで、レイアウト改善や安全対策の検討に役立てることができます。数メートルの誤差では難しかった微細な改善効果の検証も、センチ精度データにより定量的に評価できるようになります。

• トンネル・地下空間での測量: 衛星信号が届かないトンネル坑内でも、入り口付近で取得した基準点からLRTKを用いて坑内の測量を進めることができます。従来はTSで何度も測り継いでいた作業が簡素化され、少人数・短時間で出来形管理や設置計測を行えるようになります。

このように、LRTKが実現する手軽な高精度測量は、建設・設備管理の現場で生産性向上の強力な味方となります。国土交通省が推進するi-Construction（ICT施工）にも合致した技術であり、少子高齢化が進む中で限られた人員でも効率的に現場を運用していくための有力なソリューションと言えるでしょう。もし皆さんの現場でも「屋内で測りたいのに測れない」「位置の誤差が大きくて困っている」といった課題があるなら、ぜひスマホ×LRTKという新しい選択肢を検討してみてください。従来は難しかった環境での測位が格段に容易になり、現場の測量精度と作業効率が飛躍的に向上するはずです。

FAQ

Q. スマホ×LRTKを使うために何が必要ですか？ A. 必要な機材はLRTKデバイス本体と、それに対応するスマートフォンのみです。まずiPhoneやiPadなどのiOS端末に専用のLRTKアプリをインストールし、BluetoothでLRTKデバイスと接続します。測位を行う際には空が見える場所で衛星信号を受信する必要があるため、屋内で測る場合も最初に建物の外や窓際でRTKによる初期測位（Fix解）を行います。その後はスマホを持ったまま室内を移動し、測りたいポイントで記録ボタンを押すだけです。煩雑な基地局の設置や事前の校正作業も不要で、現場に着いてすぐ測り始められます。

Q. 測位の精度は本当にセンチメートル単位ですか？屋内で精度が落ちたりしませんか？ A. はい、適切にRTKの補正が行われている間であれば誤差は数センチ以下に収まります。屋外の見通しの良い場所で高精度（Fix状態）の測位ができていれば、その直後に屋内へ移動しても即座に精度が大きく低下することはありません。スマホのAR技術によって短時間であれば自己位置の精度を維持できますので、建物内でもほぼ数cm程度の精度で座標を取得可能です。ただし長時間まったく衛星を補足しない状態が続くと徐々に誤差が蓄積していくため、広い施設内を長距離移動する場合には途中で再び屋外や窓近くに出て衛星を捕捉し、補正し直すと安心です。実際の運用では、10点程度の室内ポイントを測った場合でも各点のばらつきは標準偏差で約1～2cmに収まる精度が確認されています。一箇所で数十回測り平均を取ることで1cm未満の精度に迫ることも可能です。

Q. LRTKデバイスの大きさや電源が気になります。どの程度携帯でき、連続使用できますか？ A. LRTKデバイスは非常に小型軽量で、重さは約150gとスマホと同程度、厚みも1cmほどしかありません。ポケットに入れて持ち運べるサイズ感で、現場作業の邪魔になりません。内蔵バッテリーによりケーブルレスで動作し、満充電で約6時間連続測位が可能です。充電はUSB Type-C経由で行い、モバイルバッテリーからの給電にも対応しています。長時間の測量でも電源切れを心配せず運用できるでしょう。

Q. インターネット環境がない場所でも使えますか？ A. はい、LRTKデバイスは前述の通り日本の準天頂衛星みちびきが配信するCLAS信号に対応しています。携帯電話の電波が届かない山奥や地下空間でも、頭上に空が見えて衛星信号さえ受信できればネット接続なしでセンチメートル級の測位が可能です。ただし完全に空の見えないトンネル最深部や建物地下では衛星信号自体が受信できないため、その場合は測位も困難です。そのような環境では、入口付近で取得した基準点からの相対測量や、既存の図面データと照合して位置出しを行うなどの工夫で補完する形になります。

Q. 測ったデータはどのように扱えるのでしょうか？社内で共有できますか？ A. LRTKアプリで取得した測位データはクラウド上に同期して活用できます。記録した点の座標値や撮影した写真、スマホでスキャンした点群データなどはインターネット経由で専用のクラウドサービスにアップロード可能です。アップロード後はパソコンのブラウザから2D地図や3Dビュー上にデータを表示し、座標や距離を確認したり計測したりできます。専用ソフトを持っていない他部署のメンバーや取引先にも、Web上の共有用URLを発行すれば結果を見せることが可能です。また測量座標は日本の平面直角座標系（任意の系を選択可）に対応しているため、CAD図面やGISデータとの重ね合わせも簡単です。つまり現場で測ったデータをそのまま設計図や既存資料と照合したり、関係者間で情報共有したりといったことがスムーズに行えるようになっています。

Q. 操作に専門知識や熟練は必要ですか？初心者でも使いこなせるでしょうか？ A. 特別な資格や測量の知識がなくても問題ありません。LRTKシステムはシンプルな操作アプリと自動処理機能によって、初めての方でも直感的に使えるよう設計されています。機器のセットアップもポール（一脚）に取り付けて垂直に立てる程度で、難しい調整作業はありません。アプリ上には現在の精度（Fix/Floatの状態）や捕捉中の衛星数が表示されるため、測量に不慣れな方でも状況を把握しながら作業できます。またチュートリアルやサポート体制も整っており、実際に設備担当者など測量未経験のスタッフでも短時間のレクチャーでLRTKを使いこなして測量を行えるようになっています。安心して現場に導入できるでしょう。