通信圏外の山間部でも数cm精度！？準天頂衛星が可能にする高精度測位

山奥の調査現場で携帯電話の電波が届かない状況でも、わずか数センチの誤差で位置を測定できるとしたら信じられるでしょうか？ 近年、この驚きの高精度測位を実現する鍵として注目されているのが、日本の準天頂衛星システム（QZSS）「みちびき」です。都市部や平地では当たり前に使えるGPS測位も、山間部では山々に電波が遮られたり衛星の数が不足したりして、正確な位置取得が難しいことがありました。また、リアルタイムにセンチメートル級の精度を得るためには従来、基地局との通信が必要なRTK測位などに頼る必要があり、通信圏外では高精度測位を諦めざるを得ませんでした。しかし現在、準天頂衛星を活用した新しい測位技術により、通信インフラに頼らずとも山間部で数センチ精度の位置情報を得ることが可能になりつつあります。

本記事では、準天頂衛星「みちびき」の仕組みと山間部で強みを発揮する理由を解説し、衛星測位の基本からセンチメートル級の高精度化を支える補強サービス（SLAS・CLAS）の概要とRTKとの違いを紹介します。さらに、通信圏外で自律的に測位できる技術のメリットを踏まえ、実際に山岳地域で想定される測量・調査のユースケースを見ていきます。最後に、準天頂衛星の補強信号を活用しスマートフォンと連携して手軽にセンチ精度測位を行う最新手法「LRTK」について触れ、現場での省力化や測位精度向上につながるポイントをご紹介します。

山間部に強い準天頂衛星「みちびき」の特徴

日本にはGPSに代表される衛星測位システムのほかに、独自の衛星測位ネットワークとして準天頂衛星システム（QZSS）があります。愛称「みちびき」と呼ばれるこの衛星群は、軌道の設計に大きな特徴があります。それは日本上空に長時間とどまるよう特殊な軌道を採用している点です。準天頂軌道と呼ばれる楕円軌道を利用し、複数の衛星を交互に運用することで、常に少なくとも1機のみちびきが日本の高い仰角に位置するようになっています。東京を例にとれば、常時70度以上の高い仰角に1機の衛星が見える設計です。この「頭上にいる衛星」は、周囲を山に囲まれた谷間やビルの谷間でも電波を捉えやすく、従来のGPS衛星（赤道上空を周回しているため低い仰角になりがち）の信号が届きにくい場所でも測位のチャンスを増やします。

現在、みちびきは4機体制で運用され（準天頂軌道3機＋静止軌道1機）、日本全域でサービスが提供されています。さらに2024～2025年にかけて3機が追加打ち上げされる計画で、7機体制が実現すれば複数のみちびきを組み合わせて独立に測位できる「持続測位」が可能になると期待されています。衛星の数が増えることで、山間部でも時間帯を問わず安定して複数の衛星信号を受信できるようになり、測位の可用性と信頼性が飛躍的に向上するでしょう。

みちびきは「日本版GPS」とも呼ばれ、アメリカGPSやロシアGLONASS、欧州Galileo、中国BeiDouといった他国の測位衛星と組み合わせて利用されます。対応受信機であれば、みちびきからの信号をGPS衛星の一種のように扱い、測位演算に組み込むことができます。その結果、山間地域でも上空にある衛星の総数が増えるため、測位衛星が見えなくて位置が出せないといった状況を大幅に減らすことができます。加えて後述するように、みちびきは単に衛星として位置情報を発信するだけでなく、他のGNSS（全球測位衛星システム）の測位を補完・補強するサービスも提供しており、精度と安定性の両面で重要な役割を果たしています。

衛星測位の仕組みと精度向上の課題

衛星測位（GNSS）の基本原理は、複数の人工衛星から発信される電波信号を受信し、その伝播時間から衛星までの距離を求めて自分の位置を割り出すことです。地球上の位置（経度・緯度・高度）を知るには最低4機の衛星が必要で、各衛星との距離をもとに自分の現在地を三次元的に測定します。しかし、この単独測位（補正情報を使わない通常のGNSS測位）にはさまざまな誤差要因が付きまといます。たとえば電波が大気圏を通過する際の遅延や乱れ、送信時刻や衛星軌道情報のわずかな誤差、受信機周辺での電波反射（マルチパス）などにより、通常のGPS測位では5～10m程度の誤差が生じるのが一般的です。山間部や森林内では空が開けた場所に比べて衛星信号の受信環境が悪く、衛星の見通しが限られるだけでなく木々や地形によるマルチパスの影響で、さらに測位精度が低下しがちです。

カーナビやスマートフォンの地図アプリであれば数メートルの精度でも実用上問題ありませんが、構造物の正確な位置出しや土木施工の出来形管理、境界標の測定などセンチメートル単位の精度が要求される用途では、従来の単独測位では全く不十分です。こうした高精度測位を実現するには、衛星からの信号に加えて何らかの補正情報を用いる必要があります。これを実現する代表的な方法が、地上に設置した基準点を利用するRTK測位や、静止衛星を用いた広域補強システム（SBAS）です。日本の準天頂衛星システムも、これらの誤差補正情報を提供する独自サービスを提供しており、次章で詳しく見てみましょう。

準天頂衛星の高精度測位サービス：SLASとCLAS

準天頂衛星システム「みちびき」は、前述のとおりGPS等と同様に測位衛星として機能するだけでなく、衛星測位の精度を高める独自の測位補強サービスを提供しています。その代表が「SLAS」と「CLAS」という2種類の補強信号です。SLAS（サブメータ級測位補強サービス）は、測位誤差を1メートル未満まで縮小できる補正情報サービスであり、CLAS（センチメータ級測位補強サービス）は、誤差数センチまで追い込むことが可能な高度な補強サービスです。

SLAS（サブメータ級測位補強サービス）: SLASは、日本版の衛星航法補強システム(SBAS)として位置づけられるサービスです。静止軌道を含むみちびきの衛星からL1S信号を通じて誤差補正情報が提供されます。GPS衛星の軌道誤差や時計誤差、電離層遅延の補正値などが放送され、対応する受信機でこの信号を受信すると、通常数メートルあった測位誤差が1m以内（サブメータ級）に改善されます。例えば測位誤差5m程度のハンディGPSでも、SLASに対応していれば農業や物流で使う簡易ナビゲーションで位置ズレを抑えることができます。SLASは特別な受信機を必要とせず、従来のSBAS対応GPS機器で利用できるため、幅広い現行機器への恩恵が期待できます。

CLAS（センチメータ級測位補強サービス）: CLASは、リアルタイムに数センチの精度で測位するための画期的なサービスです。国土地理院の電子基準点ネットワークから得られた日本全国の誤差情報をもとに補正データが生成され、みちびきからL6帯（1.2GHz帯）の電波で配信されます。対応受信機を用いれば、移動局単独でこの補正信号を受信して衛星測位の誤差を打ち消すことが可能です。従来、センチメートル級の測位には基地局からの電波を受信するRTK方式が必要でしたが、CLASを使えば基地局や通信回線が無くても衛星だけでRTK並みの高精度測位（いわば“衛星型のRTK”）が実現できるのです。CLAS対応機器同士であれば、全国どこでも共通の精度基準で位置を測定でき、測位結果の互換性も確保されます。CLASを利用した場合の精度は環境によりますが、概ね水平誤差数cm・垂直誤差10cm内外と報告されており、測量や農業、自動走行などさまざまな分野での利活用が期待されています。

なお、CLASは高精度がゆえに専用受信機（マルチバンドGNSS対応やL6信号対応アンテナ）が必要であり、一般的なスマートフォン内蔵GPSでは直接利用できません。また、補正情報は日本国内の基準点データをもとに作られているため、サービス提供エリアも日本国内に限定されます（みちびきの電波自体はアジア・オセアニア地域まで届きますが、CLASとしての機能は日本向けに最適化されています）。一方で、CLASの補強信号受信そのものには利用料がかからず、対応機器さえ揃えれば通信圏外でも追加コストなしでセンチ級測位が可能になる点は大きなメリットです。

RTK測位・ネットワーク補正方式との違い

衛星測位の誤差補正と聞いて真っ先に思い浮かぶのがRTK測位ではないでしょうか。RTK（リアルタイムキネマティック）は、基準局となる固定点と移動局（ローバー）で衛星信号を同時観測し、両者の差分から誤差を除去する方法です。基準局は既知の正確な座標位置に設置されるため、自身が受信した衛星信号の誤差量を計算できます。その補正情報を電波やインターネット経由で移動局へ送り、移動局は自分が受信した生の測位データに補正量を適用することで、誤差が大幅に相殺された位置結果を得る仕組みです。一般にRTKの測位精度は水平2～3cm程度・垂直数センチと非常に高精度で、リアルタイムにこの精度が得られるため測量・土木分野で広く活用されてきました。しかしRTKを運用するには、通信環境（無線機やモバイルネットワーク）を構築して常時補正データを配信する必要があり、また基地局とローバーの距離が離れすぎると精度が低下する（通常は数km～せいぜい十数km程度が実用範囲）という制約もあります。自前で基地局を設置する場合は初期コストや機器の運搬も負担となり、民間の補正サービス（VRSなど）を利用する場合は月額料金等のランニングコストがかかるのが一般的です。

これに対して前述のCLASは、RTKのような個別の基地局を必要としません。国土交通省の電子基準点網（全国約1,300か所）をデータの出典としつつ、広域的な補正情報を人工衛星経由で一斉に配信するため、日本国内であればどこでも一貫した精度が得られる点が大きな特徴です。RTKが「身近な基準局からローカルに誤差を補正する」のに対し、CLASは「衛星から全域向けに誤差情報を放送する」イメージと言えるでしょう。水平数センチ程度という精度そのものは高性能なRTKと同等か用途によっては若干劣る場合もありますが、専用機器さえ用意すれば通信回線が届かない山間部でも単独でセンチ精度を実現できるという利便性は計り知れません。また、みちびきからの補強信号受信自体は無料のため、長期的に見れば運用コスト面でのメリットも大きく、公共測量や自治体業務など予算に限りがある現場にも導入しやすいでしょう。

言い換えれば、RTK（ネットワークRTK）は最高レベルの精度を提供しますが通信インフラへの依存やコスト面のハードルがあり、CLASは精度面で若干の妥協があるものの通信フリーで使える手軽さと全国統一の測位基盤を提供する、と位置付けられます。測位目的に応じて両者を使い分けたり、両方を組み合わせて活用することで、これまで困難だった場所での測位にも新たな解決策が生まれています。

通信インフラに頼らない「自律型」測位のメリット

山間部や離島・洋上など、携帯電話や無線の通信インフラが届かない環境では、従来の高精度測位手法が使えないという課題がありました。実際に災害直後の被災地では通信網が寸断されているケースも多く、被害状況の把握や応急復旧のための測量・調査において、高精度な位置情報を取得する手段が制限されていました。そのような通信圏外の状況で力を発揮するのが、準天頂衛星「みちびき」による自律型の測位です。

CLASを用いた測位は、補正情報の入手から位置演算まですべて受信機単体で完結できるため、地上インフラに依存しません。空さえ見通せれば、日本全国どこにいてもセンチメートル級の測位が可能です。これは山間僻地での測量や、通信が復旧していない災害現場での初動対応において非常に大きなメリットとなります。例えば大規模な土砂崩れ現場で道路寸断状況を測定する場合でも、従来であれば「まず基地局を設置し、無線で補正情報を飛ばす」「通信が届かなければ数km先から長距離無線を中継する」といった煩雑な準備が必要でした。CLAS対応受信機があれば、そうした手間なく現地に入ってすぐに測位を開始でき、1人の作業者でも短時間で必要な測量を完了できます。

また、地上通信に頼らない測位は、災害時のレジリエンス（復元力）の観点からも重要です。衛星から直接配信される補強信号は、地震や洪水で地上インフラが寸断された状況下でも届き続けます。自治体の防災担当者や消防・警察の部隊が持つ測位機器がみちびきCLASに対応していれば、非常時にも自律的に現在位置を把握したり被害範囲を地図化したりできるため、初動対応の精度とスピードが飛躍的に向上するでしょう。このように、「いつでもどこでも高精度」を可能にする自律測位技術は、これからの安全・安心な社会インフラを支える上でも欠かせない存在となってきています。

山間部で活用できる主なユースケース

山岳や中山間地域で、準天頂衛星による高精度測位が特に力を発揮する分野として、以下のようなユースケースが考えられます。

• 山岳土木測量・インフラ調査: 山間部の道路建設や橋梁・トンネル工事の測量では、従来通信環境の確保が難しく人手もかかっていました。CLAS対応機器を用いれば、重たいGNSS機器や無線中継器を持ち運ばずとも、1人で現地の地形測量や構造物の出来形確認が可能です。山間部のトンネル坑口同士の位置合わせやダム建設現場での基準点測量など、少人数で迅速に高精度測位できるメリットは大きいでしょう。

• 防災・災害対応の初動測量: 土砂災害や地震による地形変化の把握にも、高精度GNSSは有効です。通信圏外でも動作するみちびき測位なら、被災現場に急行した職員が単独で被害箇所の座標を記録し、崩壊範囲や断線したライフラインの位置を即座に地図化できます。災害対応では一刻を争いますが、現場でリアルタイムにセンチ精度の位置情報が得られることで、復旧計画の立案や危険区域の設定がより的確に行えるようになります。

• 森林管理・林業での測量: 広大な山林の境界確認や資源調査にも衛星測位が活用されています。森林内は視界が遮られるため測量が難しい環境ですが、林道沿いの測点や伐採エリアの境界をCLAS対応GNSSで記録すれば、従来より精度の高い森林図や伐採計画図を作成できます。山間部の森林では携帯圏外が珍しくありませんが、みちびきの補強信号を受けられれば、作業道の整備計画や治山工事の測量も通信を気にせず進められます。将来的にはドローンと組み合わせた上空からの森林モニタリングでも、精度補強された位置データが森林資源管理に役立つでしょう。

• 登山道整備・環境保全: 高山帯の登山道や自然公園内の遊歩道整備では、作業員が携帯圏外の現場で位置記録を行う場面があります。トレイル上の危険箇所や標識の設置地点を、CLAS対応のハンディGNSSやスマホ連携デバイスで正確に測定しておけば、後日オフィスで地図にプロットして改善計画を立てることが容易です。従来は数メートルの誤差でしか記録できなかった山岳エリアでも、センチメートル単位の精度でデータを残せるため、経年変化の観測や環境影響評価にも説得力が増します。

• 農地管理・地域調査: 中山間地域の棚田や山裾の農地では、区画境界や工作物の位置を高精度で把握するニーズがあります。圏外の山間集落でも、GNSS測量で農地の筆界や面積を正確に測ることで、筆界確認作業や農業用水路の整備計画を効率化できます。自治体職員が簡易な高精度GNSS端末を持って現地調査に赴けば、少人数で広範囲のフィールドデータを収集し、市町村のGIS地図に取り込むことが可能です。これにより、地域のインフラ点検（山間部の法面や砂防設備の位置確認など）や耕作放棄地の把握にも、高精度な位置情報が役立つでしょう。

スマホ×準天頂衛星で実現する新しい測量手法：LRTKの活用

準天頂衛星の登場により、山間部でも高精度測位が可能となりましたが、「それをどのように現場で使いこなすか」も重要なポイントです。最近では、スマートフォンと小型GNSS受信機を組み合わせた簡易測量システム「LRTK」が登場し、誰でも手軽にセンチメートル精度の測量が行える時代になりつつあります。LRTK（エルアールティーケー）とは、「スマホ一体型の超小型RTK測位デバイス」と「専用アプリ・クラウドサービス」から構成されるソリューションで、市販のスマートフォンを高性能な測量機器に変身させる技術です。

LRTK用の受信機（例: スマートフォン装着型の小型GNSS端末）は手のひらに収まるコンパクトサイズで、重量も数百グラム程度と軽量です。スマホの背面に装着してBluetooth等で接続するだけで準天頂衛星からのCLAS補強信号を受信でき、屋外で専用アプリを起動すれば即座にセンチ精度の測位が開始します。従来のように据え付け三脚を立てたり、大型バッテリーや無線機器を携行する必要はありません。まさに「ポケットに入る測量機」として、険しい現場を歩き回りながら片手で測位・記録を行うことも可能です。

LRTKシステムの特長は、高精度でありながら扱いやすくコスト面でも優れていることです。スマホの画面上で自分の位置を確認しながらワンタップで測点を記録できるため、専門知識が浅い技術者でも直感的に操作できます。測位データはクラウド経由で即座に事務所と共有したり、スマホ内の写真やLiDARスキャナ機能と連携して点群データ付きの画像記録を残すこともできます。さらに、LRTK端末はみちびきのCLAS信号だけでなく、ネットワーク型RTK（Ntripなど）の補正にも対応しており、通信圏内では従来の基準点データも活用可能です。圏外では衛星通信、圏内ではネット通信を使い分けることで、常に最適な方法でセンチ級測位を維持できます。

このようなスマホ連携型の測位ソリューションにより、これまで高精度測量に必要だった大掛かりな機材や人員が不要になりつつあります。人手不足に悩む測量・建設業界や、限られた人数で広域を管理する自治体にとって、LRTKのような技術は省力化と精度向上の両立を実現する切り札となるでしょう。実際、経験豊富な測量士が不足する中で、直感的に操作できるスマホ測量を導入すれば若手技術者でも短期間で戦力化できるとの声も聞かれます。準天頂衛星の恩恵を最大限に引き出すLRTKを活用し、「どこでも誰でもセンチ精度」の測位を現場で活かしていくことで、これからの測量・土木現場は大きく変わっていくに違いありません。