RTK（リアルタイムキネマティック）測位の

基本と制約

RTK測位（Real Time Kinematic測位）とは、GNSSを利用してリアルタイムに位置誤差を補正し、センチメートル級の精度を実現する測位技術です​。具体的には、既知の座標に設置した基準局（ベースステーション）と、移動しながら位置を測る移動局（ローバー）の2台のGNSS受信機を同時に使います。両受信機が受信した衛星信号の位相差を利用し、共通の誤差要因（衛星時計のずれや電離層・対流圏誤差など）を相殺することで、測位誤差を数センチ以内に抑えることができます​。

簡単に言えば、基準局で得た誤差情報を移動局に送り、移動局の測位結果に補正をかけることで高精度化しているのです。

しかし、RTK測位もGNSS信号に依存している点では通常のGPSと同様です。したがって、電波が届きにくい環境ではRTKの精度も維持できなくなるという制約があります。高精度なRTKでも、衛星からの信号が途絶してしまえば補正情報を送れず測位は困難です。例えば高層ビル街ではビル陰によるマルチパス（反射による誤差）や受信不可が発生しやすく、トンネル内ではそもそも衛星信号が届かないためRTK測位も中断を余儀なくされます​。このような場面では、RTKだけに頼っていると「位置がわからない」「測位が途切れてしまう」といった問題が生じます。

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IMU（慣性計測装置）とは？

IMU（Inertial Measurement Unit、慣性計測装置）は、加速度センサーとジャイロセンサーを組み合わせた装置で、物体の3軸方向の加速度と角速度を計測します。

IMUはロボットやドローン、自動車など様々な移動体に搭載され、姿勢（ピッチ・ロール・ヨー角）や動きを高頻度で検出することができます。言い換えれば、IMUは移動体の傾きや向き、移動加減速といった情報を常時計測し続けるセンサーユニットであり、移動体の挙動や姿勢・方位の計測だけでなく位置計測にも欠かせないものです​。

IMUの大きな強みは、自己完結型の位置推定（=慣性航法）が可能なことです。加速度と角速度のデータを時間積分していくことで、直前までの位置・速度・方位から現在の推定位置を計算することができます。これをデッドレコニング（Dead Reckoning）あるいは自律航法と呼びます。例えば車両では、GNSS信号が一時的に取得できない場合に、車内のジャイロや速度センサーから得た情報を元に進行経路を推定し、GPSが復帰するまでの間の位置を補完しています。

IMUによるデッドレコニングは短時間であれば極めて有効で、GNSSが途切れた直後から数秒～数十秒程度であれば比較的高い精度で自己位置を維持できます。ただし、IMU単独の航法はセンサーの誤差蓄積（ドリフト）により時間とともに精度が低下するため、長時間にわたって正確な位置を保つことは難しい点に注意が必要です。

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RTKとIMUの統合技術（GNSS/INSデータ融合）

RTKの絶対測位能力とIMUの相対測位能力を組み合わせることで、それぞれの弱点を補い合うことが可能です。GNSS（RTK）とIMUから得られるデータを統合するには、一般にカルマンフィルタなどの状態推定アルゴリズムが用いられます。高度なカルマンフィルタによりGNSSとIMUの計測値を融合すれば、GNSS単独またはIMU単独よりも高い精度と安定性で、位置・速度・姿勢を推定できるGNSS/INS統合測位システムが実現します​。

実際のシステムでは、GNSSから得られる絶対位置をIMU由来の相対移動量で補間し、IMUに蓄積するわずかな誤差は適宜GNSSの情報で補正する、といった形で連携動作します。

融合アルゴリズムは、GNSS信号の受信状況に応じて動的にモードを切り替えることも特徴です。平常時はGNSS（RTK）で得た精度の高い位置を主に用い、IMUは補助的に使われます。そして万一GNSSからの補正データや測位解が得られなくなった場合は、即座にIMUによるデッドレコニング航法モードへ遷移し、GNSSが復帰するまでの間も測位を継続します​。

逆にGNSSの受信が回復すれば、再びGNSSの情報を融合計算に取り込みつつ、IMUの推定誤差を補正します。このようにしてGNSSが一時途絶しても途切れない測位が可能となるのです。実際、最新の高性能GNSS受信機では、補正データが数秒間失われても数センチ精度を保つ「ホールド機能」や、IMU連携によって瞬間的な通信遅延をカバーする仕組みが取り入れられています​。

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RTK＋IMU融合の活用例

RTKとIMUを組み合わせた測位技術は、GNSS単独では測位が難しい様々な現場で威力を発揮しています。以下では、代表的な活用シーンをいくつか紹介します。

都市部の高架下やトンネル内などでは通常GNSS測位ができませんが、RTKとIMUの融合技術によりその間の軌跡を切れ目なく推定できます。上の図の左側はトンネルにおける利用例で、入口でGNSSによる測位（緑丸）を得た後、トンネル内部ではGNSSが未受信でもIMUによる推測航法で自車位置を連続的に算出し（黄丸）、出口で再びGNSS測位に切り替えています。右側はビル街での利用イメージで、ビルによる衛星信号遮断やマルチパスの影響下でもGNSS＋デッドレコニングにより安定した位置測定が可能になっている様子を示しています。

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トンネル工事や地下測量での応用

トンネル掘削現場や地下空間の測量では、GNSSが使えないため従来は位置を把握するのに苦労してきました。しかしRTK+IMU融合技術を用いれば、トンネル内でも途切れることなく自分の位置を推定し続けることができます。例えばトンネル工事では、掘削機械が地上の既知点からトンネルに入った後もIMUによる自己位置推定で掘進距離や方向を正確に把握できます。地上で得た高精度な起点（RTKによる測位）をもとに、坑内ではIMUが相対移動を積算して位置を更新し続け、トンネルの出口や換気立坑などGNSS信号が再取得できる場所で再び誤差補正することで、全体として高い測位精度を保てます。地下空間の測量でも同様に、IMU搭載GNSS機器を使えば地上から地下への連続した測位が可能となり、従来はGNSSが圏外になると中断していた測量作業をスムーズに行えるようになります。

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高層ビル街や橋梁点検での利用シーン

高層ビルが立ち並ぶ都市部のビル谷間（アーバンキャニオン）では、衛星視野が狭くマルチGNSSを駆使しても測位精度が不安定になることがあります。こうした環境でもRTK+IMU融合技術は威力を発揮します。GNSSとIMUを組み合わせた受信機では、GNSS信号受信中も常にIMUで並行して自己位置を計算しており、たとえ衛星数が減少したり一時的にFix解が得られなくなっても即座にデッドレコニングに切り替わるため、位置の連続性と精度が確保されます​。

例えば高架橋の下やビルの陰を歩き回って行うインフラ点検作業でも、途切れず安定したセンチメートル測位が可能となり、調査箇所の位置記録などを高精度に行えます。橋梁点検では橋桁の下や桁内部に入るとGNSSを受信できませんが、事前に取得した直近のGNSS位置を基準にIMUで位置を推定し続けることで、点検ルートを地図上に正確に記録したり、異常箇所の位置を後で把握することができます。

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移動体（車両・ドローン・ロボット）への活用

RTK+IMU融合技術は移動体の高精度ナビゲーションにも広く応用されています。例えばドローンにRTK-GNSSとIMUを搭載すれば、飛行中にリアルタイムで高精度な自己位置計算が可能となり、測量やマッピングにおいて従来以上の精度で位置情報付きの空撮データが取得できます​。実際に、災害現場の状況把握でRTK搭載ドローンが活用され始めており、GNSS単独では困難だったセンチメートル級での位置特定が飛行中でも行えています​。

自動運転車両の分野でも、RTKと慣性航法の組み合わせが採用され始めています。自動運転では車線レベルの極めて高精度な自己位置推定が必要なため、GPSだけでなくRTKによる補強が不可欠です。近年の実証実験や一部の商用サービスでは、移動体通信網経由で配信される補正データを車載GNSS受信機が受信し、走行車両が常に数cm以下の誤差で自己位置を把握する仕組みが実現しています​。

IMUは車両の加減速や旋回も高頻度で捉えられるため、トンネルやビル陰に入っても数十秒程度であれば車線レベルの推定精度を維持でき、トンネル出口でのGNSS再ロックオン後に即座に誤差補正が可能です。

また、屋外を移動する作業ロボットや無人搬送車（AGV）でも、高精度なナビゲーションにRTK+IMUが活用されています。農業用ロボットではマルチGNSS RTKで数cmの位置を基準としつつ、IMUで路面の傾きや振動の影響を補正して真っ直ぐ自律走行する例があります。建設現場の自動施工機械でも、GNSSが受かりにくい場所でIMUによる自己位置保持を行い、途切れない測位で作業精度を確保しています。このようにRTKとIMUの融合技術は、陸・空問わず移動体の位置制御や測位の信頼性を飛躍的に高めているのです。

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LRTKの活用と導入メリット

上記のようなRTK+IMU融合技術を現場で手軽に活用するために登場したのが、レフィクシア社（東京工業大学発ベンチャー）が開発したLRTKシリーズです。LRTKはスマートフォンやタブレットと連携して使用するポケットサイズのRTK-GNSS受信機で、現場の作業者一人ひとりが気軽にセンチメートル精度測位を行えることを目指して設計されています​。以下に、LRTKデバイスの主な特徴と導入メリットをまとめます。

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• スマホ連携で手軽に高精度測位: LRTKはスマートフォンの背面に装着して利用でき、BluetoothやWi-Fiでスマホと接続します。専用アプリを起動してボタンを押すだけで測位が開始でき、普段使い慣れたスマホをインターフェースに直感的な操作が可能です​。専門の測量技術者でなくとも扱える手軽さは、現場の誰もが必要なときに即座に測位できる「1人1台」運用を後押しします。

• 小型軽量・一体型の利便性: 重量わずか約125g、厚さ13mmほどという非常にコンパクトな筐体に、アンテナ・バッテリー・受信機が一体化されています​。ポケットに入れて持ち運べるサイズで、スマホと一緒に片手で持って歩き回りながら測位が可能です。追加の外付け機器を持ち歩く負担もなく、作業の邪魔になりません。現場で常に携行して高精度測位を行うのに最適なデザインと言えるでしょう。

• マルチGNSS・マルチ周波数対応: LRTKは安価な単一周波GNSS受信機とは異なり、米GPSはもちろん日本の準天頂衛星みちびき（QZSS）、ロシアGLONASS、欧州Galileo、中国BeiDouなど複数の衛星測位システムに対応した本格仕様です​。複数の衛星から同時に信号を受信できるため、ある方向で衛星が遮られても他の衛星で補完しやすく、RTKの固定解（Fix）も安定して高速に得られます。ビル陰や樹木の下など部分的に空が開けた環境でも、マルチGNSS対応のLRTKなら高精度測位を継続できる可能性が大きく向上します。

• IMU搭載による測位継続性（デッドレコニング）: LRTKシリーズにはMEMS IMUが内蔵されており、GNSS補正データが瞬断した場合でもIMU連携によって数秒～十数秒程度はセンチ精度測位を維持できるホールド機能を備えています​。トンネルや高架下に短時間入るようなケースでも、急に位置が飛んだりせずスムーズな測位が可能です。またIMUを利用した傾斜補正機能にも対応しており、ポール先端に取り付けての測量時に受信機が傾いていても真下の点の座標を自動補正するといった使い方もできます。これにより狭所での測量作業や、多少端末が傾いても精度を落とさない測位が実現します。

• 携帯圏外でも測位可能（衛星補強サービス対応）: 通常、RTK測位にはインターネット経由で基準局から補正情報を受信する必要がありますが、山間部や地下では通信回線が圏外になることがあります。LRTKはそうした環境でも威力を発揮できるよう、日本の準天頂衛星システム（QZSS）が提供するセンチメータ級補強サービス（CLAS信号）を直接受信するオプションアンテナに対応しています​。スマホの電波が届かない山間部やトンネル工事現場でも、上空の衛星から直接補正情報を得てRTK測位を継続可能です。従来は通信インフラがない場所では高精度測位を諦めるしかありませんでしたが、LRTKなら現場を選ばず安定したセンチメートル測位が行えるのです​。