RTKのFix精度は何cm？Floatとの違いを数値で比較して解説

RTK測位を利用していると、「Fix」と「Float」という用語に出会うことがあります。特に、Fix（固定解）のとき実際にどれくらいの精度が得られるのか、またFloat（浮動解）では精度がどの程度落ちるのかは、現場で高精度測位を扱う上で非常に気になるポイントでしょう。本記事では、RTKのFix解が何センチの精度を実現できるのかを解説するとともに、Float解との精度差を具体的な数値で比較して説明します。さらに、なぜ両者でこれほど精度に差が出るのか、その背景となる技術的仕組みや、安定してFix解を得るためのポイントについても解説します。

GNSS測量や精密な位置情報を扱う現場では、「FixかFloatか」を正しく理解することが測位結果の信頼性を判断する上で欠かせません。同じRTK測位でも、Fix解が出ている状態とFloat解の状態では得られる座標の誤差範囲が大きく異なるため、現場での対応も変わってきます。例えば、受信機の表示がFloatのままでは高精度な測位ができていない可能性が高く、その測位値をそのまま使ってよいのか悩んだ経験がある方もいるでしょう。本記事を通じて、Fix解とFloat解の違いを正しく把握し、安心してRTK測位を活用できるようにしていきましょう。

目次

• RTK方式と測位精度の概要

• Fix解とFloat解の違い

• Fix解の精度は何センチか

• Float解の精度はどれくらいか

• Fix解を得るためのポイント

• まとめ

RTK方式と測位精度の概要

RTK（Real Time Kinematic）方式は、基準局となる参照点と移動局（ローバー）との同時観測によって測位精度を飛躍的に高める手法です。通常の単独測位（GNSS衛星の信号だけで測位する方法）では、誤差が数メートル程度発生することがあります。しかしRTKでは、基準局から送られる補正情報をリアルタイムに用いることで、測位誤差を数センチメートル程度まで小さく抑えることが可能です。なお、RTKの前段階であるDGPS（Differential GPS、通常のコード測位の補正）では、誤差を1m未満の数十cm程度まで縮小できますが、RTKではさらに一桁精度が向上し、まさに桁違いの高精度化が可能となります。たとえば一般的なGPSの精度が3〜10m程度と言われるのに対し、RTKを用いれば誤差をその1/100程度、つまり数cmレベルにまで縮小できます。

RTKで得られる「センチメートル級」の高精度は、土木測量の出来形管理や精密な位置合わせを必要とする作業で不可欠です。そのため、多くの測位現場でRTK技術が活用されています。ただし、RTKの性能を引き出すには適切な条件が揃っていることが重要であり、特に解がどのモードで得られるかによって精度が大きく変わります。RTK測位には、大きく分けて精度の高い「Fix解（固定解）」と精度がやや劣る「Float解（浮動解）」の2種類の解が存在し、次章ではその違いについて詳しく見ていきます。

Fix解とFloat解の違い

RTK測位では、解の求め方に「Fix」と「Float」の2種類のモードがあります。簡単に言えば、Fix解（固定解）はRTKの計算において整数の位相差（キャリア位相のサイクル数）の解決に成功した状態であり、このとき最高の精度が得られます。一方、Float解（浮動解）はその整数の解がまだ確定していない状態で、ある程度の補正は効いているものの、完全なFixには至っていない解です。Float解では一部不確定な要素が残るため、結果の精度はFix解より低下します。

GPS衛星が放つL1波（1575.42MHz）のキャリア信号は波長にすると約19cmあります。RTKではこの搬送波の位相を解析し、衛星からアンテナまでの距離に含まれる波の整数個分（整数曖昧度とも呼びます）の数を解き明かします。Fix解ではこの整数曖昧度が正しく求められているため、搬送波の波長のごく一部のずれまで検出でき、結果としてミリメートルオーダーの測定分解能から得られるセンチメートル精度が実現します。Float解ではこの整数部分が未確定のため不確定性が残り、その分だけ誤差も大きくなります。

RTKでは、観測開始直後はまずFloat解からスタートし、十分な衛星数と安定した信号受信が継続されると、アルゴリズムが徐々に解を収束させてFix解へと至ります。逆に、一度Fixになっても電波状況が悪化したり必要な衛星が見えなくなったりすると、再びFloat解に戻ってしまうことがあります。このようにFixとFloatは状況に応じて切り替わるもので、RTK受信機や測位ソフトの画面上でも「RTK-Fix」や「RTK-Float」といったステータスで表示されます。基本的に、センチメートル精度が必要な計測では必ずFix解を得ることが前提となり、Float解しか得られていない場合は測位環境を改善するか、Fixに切り替わるまで待つ必要があります。RTKの真価である高精度を発揮するには、Fix解を確保することが鍵となるのです。

なお、RTK受信機は内部で固定解の信頼性を検証するアルゴリズム（例：曖昧度解の整合性チェック）を備えており、解が十分に安定・信頼できない場合にはFixを宣言しない仕組みになっています。あえて不完全なままFix解としてしまうと大きな誤差を含む恐れがあるためで、アルゴリズムは誤ったFix解を出力するよりもFloat解で留めておく判断を行います。従って、環境が不安定な状況ではFix解がなかなか得られないことがありますが、これは測位が安全側で働いている結果とも言えます。

Fix解の精度は何センチか

では、Fix解（固定解）を得られた場合、実際にどの程度の精度が期待できるのでしょうか。結論から言えば、RTKのFix解による測位誤差は、水平方向でおおむね1〜2センチメートル程度、垂直方向で2〜3センチメートル程度に収まります。一般にGNSS衛星は地平線より下には存在しないため、鉛直方向の精度は水平よりも若干劣りますが、それでもFix解であれば垂直方向でも数cm程度の誤差に収めることができます。条件が整っていれば、ほぼ数センチ以内の誤差で位置を特定できるのがFix解の強みです。

もちろん、これは良好な環境下での典型的な精度であり、使用する機材や基準局との距離によって多少の変動があります。高性能なGNSS受信機の仕様書には、例えば「水平精度: 8mm ± 1ppm、垂直精度: 15mm ± 1ppm」などと記載されています。この“ppm”とは基準局との基線長に比例した誤差項で、たとえば基準局との距離が10kmであれば水平精度は8mm + (1ppm×10km) ≒ 8mm + 10mm = 約18mm（1.8cm）程度になることを意味します。一般にRTKは基準局から離れすぎると僅かに精度が落ちますが、実用上は20km程度までの範囲であれば依然としてセンチメートル級の精度を維持できます。日本国内では国土地理院の電子基準点をはじめ基準局ネットワークが全国整備されており、近隣の補正情報を利用しやすいため、基線長による精度低下はあまり問題になりません。

要するに、Fix解が得られている限り、RTKでは実測ベースでおおむね1〜2cm程度の誤差範囲に収まると考えてよいでしょう。これほどの精度が安定して得られれば、測量の細部作業や機械施工の精密な位置決めなどでも安心して適用できるレベルと言えます。

Float解の精度はどれくらいか

一方、Float解（浮動解）の場合、その測位精度はFix解に比べ大幅に劣ります。Float解では残念ながら「センチメートル級」の精度には到達せず、誤差はデシメートル級（数十センチメートル程度）となります。具体的には、環境が比較的良好であと一歩でFixできそうな状況であれば誤差が10cm未満に収まるケースもありますが、多くの場合は20〜30cm前後、条件が悪いときには50cm以上ずれることもあります。なお、浮動解の場合は鉛直方向の誤差も水平方向以上に大きくなりがちです。例えば水平誤差が30cm程度であれば、垂直方向では50cm以上のずれが生じるといった具合に、高さ方向の精度低下も無視できません。これは依然として単独測位の数メートルの誤差よりは格段に良いものの、精密な測位を必要とする用途では許容できないズレ幅です。

例えば、都市部で衛星信号の一部がビル陰になっている状況では、RTKがFixせずFloatのままとなり、位置が数十センチ以上ずれる可能性があります。こうした誤差では、たとえば数cmの精度が要求される基準点測量や施工現場の出来形管理などでは問題が生じてしまいます。そのため、Float解しか得られていない場合は測位結果をそのまま採用するべきではなく、環境を改善してFix解に持ち込むことが重要となります。

要するに、Float解の精度はFix解に比べて桁違いに低く、少なくとも一桁（約10倍）以上誤差が大きいと考えてよいでしょう。RTKの性能をフルに引き出すには、いかにFloat状態を脱してFix解を得るかがポイントになります。

しかし、要求される精度が数十cm程度で足りる場面においては、Float解でも測位結果を活用できる場合があります。例えば広域の地図作成や概略位置の把握といった用途では、20〜30cmの精度でも実用上問題ないケースもあるでしょう。ただし、その場合でもFloat解はFix解ほど結果が安定せず、時間経過や環境変化によって測定値がふらつきやすい点には留意が必要です。また、Float解で計測を行う際は、可能であれば同一点を複数回観測して平均値を取るなど、ばらつきを抑える工夫をすることが望ましいでしょう。

Fix解を得るためのポイント

現場で確実にFix解を得るためには、いくつかのポイントに注意する必要があります。まず重要なのは衛星を十分に捉えられる見通しの良い空を確保することです。遮るもののない開けた場所にアンテナを設置し、多数の衛星信号を受信できれば、それだけ整数値解の計算に有利になります。一般に5個以上の衛星が共通で受信できることがFixの最低条件と言われますが、実用上は7〜8個以上の衛星を同時に捉えられると理想的です。そのため、GPSに加えGLONASSやGalileo、みちびき（QZSS）などマルチGNSS対応の受信機を使うことで衛星数を増やし、衛星配置（ジオメトリ）を改善することが有効です。

次に、電波の反射や遮蔽を避けることも重要です。ビル壁面や地面、水面などで衛星信号が反射するとマルチパス（多重経路）による誤差が生じ、Fix解が得づらくなります。市街地や森林ではアンテナ周辺にできるだけ反射物や遮蔽物がない場所を選び、高さを稼ぐなどして空を広く見渡せるようにしましょう。高性能なアンテナにはマルチパス対策が施されたものもありますが、基本的には環境要因を改善することが最も確実な対策です。

また、受信機や補正情報の運用面でも留意点があります。デュアル周波数対応のGNSS受信機を使えば電離圏遅延の補正精度が向上し、シングル周波数機よりも早く安定してFix解が得られます。加えて、基準局からのRTK補正データを確実に受信し続けることも不可欠です。移動体通信（モバイルネットワーク）でインターネット越しに補正を受ける場合、山間部や地下では電波が届かず通信が中断する恐れがあります。通信が途絶すると数秒〜十数秒でFix解からFloat解へ転落してしまうため、通信エリアに注意しつつ、必要に応じて中継器の設置や衛星通信型の補強信号の利用（例：日本のQZSS〈みちびき〉によるCLAS信号受信）なども検討すると良いでしょう。

さらに、測位開始直後は静止して初期化を安定させることもポイントです。RTKはアルゴリズム上、開始からFix解に至るまで数十秒程度を要することが一般的です。動きながらよりも、アンテナを静止させた状態でいたほうが位相の整合が早く進み、早期にFixを得られます。また、樹林や建物のそばでどうしても作業しなければならない場合、一度近くの開けた場所でFix解を確保してから、アンテナの位置と向きをあまり変えないよう注意しつつ作業点まで移動する、といった工夫も有効です。受信機によっては短時間であれば衛星が減ってもFix解を維持するホールド機能を持つものもあります。さらに、IMU（慣性計測装置）を内蔵した高精度GNSS受信機では、衛星信号が一時的に遮断されても慣性航法によって位置を補間し、短時間であれば高い精度を維持できる工夫もなされています。しかし、基本は環境条件を可能な限り整えてあげることが安定した高精度測位への近道です。

まとめ

RTK測位におけるFix解とFloat解の違いについて、その精度差を中心に解説しました。まとめると、Fix解が確立できればRTKは水平方向で約1〜2cm程度という非常に高い精度を示しますが、Float解のままでは誤差が20〜30cm以上と大きく、精密測位には適さない状態です。言い換えれば、RTK本来の性能を発揮するにはFix解の取得が不可欠であり、Float解はあくまで途中経過の仮の解に過ぎません。

このようにFixとFloatでは桁違いの精度差があるため、実務では常にFix解を得ることを目指す必要があります。本記事で述べたような衛星受信環境の確保や機材の工夫によって、できるだけ安定してFix状態を維持できるようにすることが大切です。RTKの仕組みと制約を正しく理解し、適切に運用すれば、センチメートル級という驚異的な測位精度が現場で活用できるでしょう。

なお、高精度なRTK測位をより手軽に実現する手段として、近年ではスマートフォンに取り付けて利用できるGNSS受信デバイスも登場しています。例えば、LRTKというiPhone装着型のGNSS高精度測位デバイスを使えば、スマートフォンのみでセンチメートル級測位を行うことが可能です。従来は専門的な測量機器が必要だった高精度測位も、このような手軽なデバイスの登場によってより身近なものとなりつつあります。今後、高精度測位技術のさらなる普及によって、センチメートル級のRTK測位がより身近になり、様々な分野で一層活用されていくことが期待されます。

Fix解の持つ威力を最大限に引き出し、現場の効率化や測位精度向上にぜひ役立てていきましょう。