RTKで精度が安定する現場の条件：基線長・視界・通信を整理

目次

• RTKの高精度測位と安定性について

• 基線長: 基地局との距離が精度に与える影響

• 衛星の視界確保: 電波を遮らない環境づくり

• 通信環境の整備: 補正データを安定して受信する

• LRTKによる簡易測量のすすめ

• FAQ

近年、測量や建設の現場でRTK（Real Time Kinematic）によるセンチメートル級の高精度GNSS測位が普及しつつあります。このような先端技術の普及は、土木施工管理者や測量士、インフラ保守担当者など測量業務に携わるプロフェッショナルにとって、現場測量の大幅な効率化につながります。RTK測位を使えば、従来の単独GPSでは数メートルずれていた位置をリアルタイムに数センチ以内の誤差まで特定でき、測量作業の精度とスピードを飛躍的に向上させることが可能です。

RTKの高精度測位と安定性について

しかし一方で、「現場でRTKの精度が安定しない」「測位結果がふらついて信用できない」といった声を聞くこともあります。実際、RTKによるセンチメートル級の精度を安定して得るためには、現場の環境や運用条件を適切に整えることが不可欠です。RTK測位の精度に特に大きな影響を与えるのが、基線長（基地局との距離）、衛星信号の視界、そして補正データの通信環境という3つの要素です。これらの条件のいずれかが欠けてしまうと、どんなに高性能な機器を使ってもRTK本来の精度は発揮できません。逆に言えば、これら3つのポイントを十分に確保することで、常に安定してセンチ級の測位結果を得ることが可能になります。例えば、基線長が短くても周囲が高い建物に囲まれて衛星が十分に見えなければ固定解は得られませんし、衛星が多数見えていても補正情報を送る通信が途絶えれば精度は維持できません。3つの条件が揃って初めてRTKの性能を最大限に引き出せるのです。以下では、この3要素についてそれぞれ詳しく解説します。

基線長: 基地局との距離が精度に与える影響

基線長とは、RTK測位において基準局（基地局）と移動局（ローバー）との間の距離のことです。この基地局との距離はRTKの精度を左右する基本的な要因の一つです。一般に、基線長が短いほど両局が受信するGNSS衛星の誤差要因が似通うため、差分による誤差除去が効果的に働き、高い精度が得られます。逆に基線長が長く離れるほど、基地局と移動局で異なる誤差（たとえば電離圏や対流圏の影響の差）が大きくなり、補正しきれない残差が増えるため測位精度が低下します。

目安として、数km程度までの短い基線であれば、RTKは水平位置で数センチ以内の誤差に収まる高精度を発揮します。しかし基線が10km、20kmと長くなるに連れて誤差は徐々に大きくなり、場合によっては数センチを超えて10cm程度に達することもあります。なお、基線長が長いほど特に高さ方向の精度低下が顕著になる点にも注意が必要です。また基線長が長いと、GNSS観測データに含まれるわずかなノイズや環境変動によって固定解（Fix解）が得られにくくなったり、解が不安定な浮動解（フロート解）に戻ってしまうこともあります。特に単一周波数（L1のみ）のRTK受信機では電離圏誤差を十分に補正できないため、長距離での精度維持は困難です。複数周波数対応の測位機器であっても、一般的な単独基準局によるRTKでは20km程度が安定した高精度測位の一つの目安とされています。

では、測量エリアと基準局の距離が離れてしまう場合はどうすれば良いでしょうか？　一つの対策は、可能であれば測量現場の近くに自前の基地局を設置することです。基線長が短くなるほど精度と安定性は向上しますから、現場内もしくは近傍に基地局を置けるならそれが理想です。別の対策として、公共や民間が提供するネットワーク型RTK（VRSなど）サービスを利用する方法もあります。ネットワーク型RTKでは周辺の複数基準局データから利用者付近に仮想的な基地局を生成できるため、実際には最近傍の基準局が数十km離れていても、あたかも「すぐ近くに基地局がある」かのような補正情報を受け取れます。これにより長距離による精度低下を大幅に緩和でき、広いエリアでも安定してセンチ級測位を行えます。現在、日本国内でも国土地理院の電子基準点を活用したネットワーク型RTKの補正情報サービスが複数提供されています。それらを利用すれば、自前で基地局を設置せずとも高精度な補正情報を受信でき、広範囲で安定したRTK測位が可能です。なお、基準局に入力する座標値に誤差があると、得られる測位結果もその分だけずれてしまいます。基準局の正確な座標を確保しておくこともRTK運用では重要です。

衛星の視界確保: 電波を遮らない環境づくり

RTK測位では基地局・移動局ともにGNSS衛星からの電波を受信する必要があるため、上空の視界が開けていることが極めて重要です。建物に囲まれた都市部の「ビルの谷間」や樹木が生い茂った森林内などでは、衛星信号が遮られたり反射（マルチパス）したりしてしまい、測位が成立しないか精度が著しく低下する場合があります。特にRTKでは、基地局と移動局が同時に5個以上の共通衛星を捕捉して初めて固定解が得られるため、どちらか一方でも視界不良だと高精度測位は不可能です。実用上、共通衛星の数は多いほど良く、8個以上を同時に捕捉できれば測位はより安定するでしょう。

そのためRTKによる測量を行う際は、できるだけ周囲の見通しが良い開けた場所を選ぶことが大前提となります。測位中はアンテナの上空を遮るものがないように配置し、一時的にも衛星を見失わないよう注意しましょう。例えば移動局を持って移動する場合、頭上に木の枝や建物の庇が迫る所では一度立ち止まり、アンテナが十分な空を仰げる位置で測位する工夫が必要です。またアンテナを高いポール（一脚や三脚）に取り付け、できるだけ周囲の障害物から離すことも効果的です。また、アンテナ近くに金属フェンスや車体などの大きな反射物があるとマルチパス誤差の原因となるため、アンテナ周囲はできるだけ開けた空間にすることが望ましいでしょう。必要に応じてアンテナ下部に反射防止用のグラウンドプレーン（導波板）を敷き、反射波の影響を低減させる対策も有効です。最近のRTK受信機はGPSだけでなくGLONASSやGalileo、みちびき（QZSS）など複数の衛星群を利用できるものが多いため、多GNSS対応機を活用して可視衛星数を確保するのも良いでしょう。それでも、トンネル内やビル陰、森林の深部など衛星からの電波が届かない環境ではRTK測位自体が不可能となります。そのような現場では無理にGNSSにこだわらず、必要に応じてトータルステーション等の他の測量手法を併用する判断も重要です。

通信環境の整備: 補正データを安定して受信する

RTKを成立させるには、基準局で生成された誤差補正情報をリアルタイムに移動局へ届ける必要があります。そのための通信手段を現場で確保し、安定してデータを授受できるよう整えておくことも欠かせません。通信には主に、電波を直接飛ばす無線機（特定小電力無線やUHF無線など）を使う方法と、インターネット経由でNTRIP配信サービスから補正データを取得する方法があります。いずれにせよ通信が途絶すれば移動局は補正を受け取れなくなり、精度を維持できません。（補正データの通信量自体は1秒あたり数百バイト程度とごく小さいですが、一瞬でも通信が切断されると即座に影響が出ます。）

無線方式を使う場合は、基地局と移動局との間で電波が届く範囲に注意が必要です。市街地なら見通し数km程度、郊外の開けた場所でも数〜十数kmが一般的な無線通信の限界です。建物や地形に遮られると通信距離はさらに縮みます。特に高精度な固定解を維持するには毎秒1回以上の頻度で連続的に補正データを受信し続けることが望ましく、通信が不安定だと測位解はすぐ不確実なフロート解に戻ってしまいます。いったんフロート解に戻ると、再びFix解を得るまでに数十秒〜数分を要するため、測定作業の大きなロスとなります。無線機を用いる場合、基地局アンテナはできるだけ高所に設置し、移動局との間に障害物が入らないようにしましょう。また、山間部など携帯電話の電波が届かない現場では無線通信が唯一の手段となるため、十分な出力の無線機や中継器を準備しておく必要があります。さらに、同じ周波数帯を使う他の無線システムや強いノイズ源が近くにあると、通信に干渉が生じる可能性もあります。作業前に現場で無線通信が良好に行えるか確認しておきましょう。

一方、携帯通信網を利用するネットワーク型RTKでは、現場の携帯電波状況を事前に確認しておくことが重要です。地下や建物内、山間部の谷間などセルラー回線が圏外となる場所では補正データを受信できず、RTK測位は成立しません。そうしたエリアで作業する場合は、あらかじめ基地局モードで動作するGNSS機器を用意し、その場で自前基準局を立てるなどの対策が考えられます。また通信に使用するSIMカードも、現場でつながりやすい通信事業者を選ぶか、マルチネットワーク対応のサービスを利用して圏外リスクを減らす工夫が有効です。現場に到着してから「通信が入らずRTKが使えない！」と慌てることのないよう、事前の通信環境チェックと準備を怠らないようにしましょう。

以上のように、RTKで安定してセンチメートル級の精度を得るには次の条件を満たすことが重要です:

• 基準局との距離（基線長）をできるだけ短く保つ

• 上空の衛星視界を十分に確保し、遮蔽物やマルチパスを避ける

• 基準局からの補正データ通信を途切れさせない

これらを踏まえて適切に準備・運用すれば、現場でRTK測位の真価を発揮できるはずです。しかし中には「高精度測位のためにここまで条件を揃えるのは大変そうだ…」と感じられた方もいるかもしれません。確かにRTKを従来型の運用で活用しようとすると、高価な専用機器の準備や基地局設置、通信確保など手間がかかる面があります。そこで登場したのが、こうした煩雑さを解消し誰でも簡単に高精度測量を実現できるソリューション、LRTKです。

LRTKによる簡易測量のすすめ

LRTKは当社が提供する高精度RTK測位システムで、現場で誰でも手軽にセンチメートル級測量を行えるように設計されています。専用の小型GNSS受信機（LRTK端末）とスマートフォンを組み合わせて使用し、単独測位では得られない高精度な絶対座標をワンタッチで取得可能です。例えばLRTK端末を付属の一脚（モノポッド）に取り付けて測量すれば、1人でも簡単にポイントの測位ができます。スマホアプリ上ではアンテナ高（機器を設置した高さ）の補正も自動計算されるため、専門知識がなくても正確な地盤面の座標を記録できる仕組みです。

LRTKは内部で高度なGNSS補正処理を行っていますが、ユーザーが複雑な設定を意識する必要はありません。移動局となるLRTK端末はモバイル通信機能を内蔵しており、国土地理院の電子基準点データなど必要な補正情報を自動取得します。そのため現場に自前の基地局を設置する必要がなく、LRTK端末とスマホさえ持って行けばその場ですぐにcm級測位を開始できます。機器はバッテリー内蔵で持ち運びも容易、ポーチに収まるほどコンパクトなので狭い現場でも邪魔になりません。

気になる測位精度も、プロ用の高級GNSS機器に匹敵するレベルを達成しています。LRTKを使えば水平方向で±1〜2cm程度、鉛直方向で±3cm程度の誤差に収まる高精度測位が可能です（条件の良い環境下）。短時間で複数回測位して平均を取る機能も備えており、例えば同一点を60回測定して平均化すれば約8mmという驚異的な精度も実現できます。それほどの精度でありながら、操作はスマホアプリ上でボタンを押すだけと非常に簡単です。

このようにLRTKは「難しいRTK測量を誰でも簡単に行えるようにする」ことを目指したソリューションです。高精度な点測量だけでなく、オプション機能により広範囲の3次元測量データを絶対座標付きで取得するといった応用も可能で、まさに次世代の測量機器と言えるでしょう。RTK技術はもはや一部の専門家だけのものではなく、現場の誰もが扱える時代が訪れつつあります。もし「自分の現場にもRTKを導入してみたい」「測量作業をもっと効率化したい」とお考えでしたら、ぜひ一度LRTKの活用を検討してみてください。初めての方でも短時間のレクチャーで高精度測位が行えるようになり、LRTKが高精度測位の新たな可能性を現場にもたらしてくれるでしょう。

FAQ

Q. RTKとは何ですか？ A. RTKとは「Real Time Kinematic（リアルタイム・キネマティック）」の略称で、GNSS測位の誤差をリアルタイムに補正することでセンチメートル級の高精度な位置を測定できる技術です。一方の受信機を基準局として固定設置し、もう一方の移動局との間で観測データの差分を取ることで誤差を打ち消し、高精度な測位を実現しています。

Q. RTK測位に何が必要ですか？ A. RTK測位を行うには、基本的に基準局用のGNSS受信機と移動局用のGNSS受信機、そして両者を繋ぐ通信手段が必要です。基準局は既知の正確な座標値を持つ点に設置し、移動局との間で無線通信（特定小電力無線やUHF無線など）またはインターネット通信を用いて補正データを送信します。最近では公共・民間の基準局ネットワークを利用して、基準局を自前で用意しなくても補正が受けられるネットワーク型RTKも普及していますが、いずれの場合も移動局側で通信回線（無線または携帯通信）が確保されていることが前提となります。

Q. RTK測位は基準局からどのくらい離れても可能ですか？ A. 一般的な単独RTKでは、基準局からの距離が20km以内に収まっていることが望ましいとされています。それ以上に基線が長くなると、電離圏・対流圏の誤差差分が大きくなるため固定解の取得が不安定になったり、精度が数cm以上に低下する傾向があります。ただしネットワーク型RTKを利用すれば、仮想基準点の効果によって数十km離れたエリアでも同等の精度で測位できる場合があります。

Q. RTK測位はどんな環境でも使えますか？ A. RTK測量は基本的に上空の開けた場所で行う必要があります。建物に囲まれた市街地や森林の中では衛星からの電波が受信できず測位が困難です。また電離層の影響が大きいと精度が低下することがあります。さらに、基準局との通信が途絶えると補正が受けられなくなるため、山奥など携帯圏外の現場ではネットワーク型RTKの利用は難しくなります。このようにRTKにも不得意な環境がありますので、環境に応じて測位地点を工夫したり、一時的に他の測量手法を併用するなどの対策も検討しましょう。

Q. 固定解（Fix）と浮動解（Float）の違いは何ですか？ A. RTK測位では、衛星からの搬送波位相の不定値（アンビギュイティ）が正しく解決できると固定解（Fix解）になり、水平・鉛直ともに数センチの高精度が得られます。一方、アンビギュイティが解けていない途中状態では浮動解（Float解）となり、精度はおおよそ数十cm〜1m程度に留まります。一般的にRTK測位はまず浮動解の状態から始まり、十分な衛星数と良好な観測条件が揃うと固定解へと収束します。固定解を維持することで初めて、RTKの高精度な測位結果を安心して利用できると言えます。

Q. スマートフォンでRTK測位できますか？ A. 通常のスマートフォン内蔵GPSだけではRTK並みの精度は得られませんが、外付けのRTK対応GNSS受信機を組み合わせればスマホでもcm級測位が可能です。例えば当社の提供するLRTK Phoneはスマホと連携するRTK測位システムで、専用の小型GNSS端末をスマホに接続してアプリを起動するだけで、高精度の位置情報を手軽に取得できます。近年は他社からもBluetooth接続の小型RTK受信機が登場しており、スマホやタブレットを活用して手軽にRTK測量を行うスタイルが広がっています。スマートフォンを現場ツールとして活用しつつ、従来は専門家にしか扱えなかったRTKによる高精度測位の恩恵を受けられる時代になりつつあります。