RTK基地局とは？

RTK測位の基本と基準局の役割

RTK（リアルタイムキネマティック）測位とは、固定された基準局（基地局）と移動体側の移動局の両方でGNSS衛星信号を受信し、両者の観測データから位置のズレをリアルタイムに補正することにより高精度な測位を行う方式です​。

基準局はあらかじめ正確な座標位置が分かっている地点に設置し、GNSSで受信した測位データから誤差成分（衛星軌道誤差や大気の影響など）を算出します。その補正情報を無線やインターネットで移動局に送り、移動局側で補正を適用することで、単独では数メートルあった測位誤差を数センチレベルまで縮小できます​。

言わば基地局は「動かないGNSS受信機」として、移動局に対して位置補正の基準を提供する役割を果たします。近年、このRTK方式により従来は難しかった精密な施工や自動走行が実現できるようになり、建設業や測量、農業分野まで幅広く普及し始めています。

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RTK基準局を自作するメリット

RTK測位を導入するには本来、基準局となるGNSS受信機とその通信装置が不可欠です。しかし市販のRTK基地局装置や測位サービスは高額であったり、設置場所が限られたりする場合があります。そこで低コスト機器を使って自作するメリットが注目されています。まずコスト削減です。近年は個人や小規模事業者でも導入できる手頃なRTK基地局機器が登場しており​、数十万円規模の投資で自前の基地局を構築可能です。

既製品やサービス利用料を抑えられるため、長期的な経費削減につながります。次に自由な設置です。自作であれば自社の屋上や現場事務所、農場敷地内など、必要な場所に基準局を設置できます。電波の届きにくい山間部やネットワーク未整備の地域でも、自前基地局なら柔軟に対応できます。また、外部の補正サービスに頼らない独立運用ができる点も利点です。他社の基地局や公共サービスに依存しないため、サービス停止リスクを回避し、自社内で測位精度をコントロールできます。実際、農業用自動操舵システムでも従来は公共基準局の補正情報を使うのが一般的でしたが、自前で「マイ基準局」を設置することで常に安定した補正を得られるようになった事例もあります​。

総じて、コストと運用面の自由度を高められることが基地局自作の大きなメリットと言えるでしょう。

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RTK基地局の必要機器

自作RTK基地局を構築するには、以下のような機器・ソフトウェアが必要です。それぞれ低価格な入手が可能なものやオープンソースを活用します。

• GNSS受信機: サブセンチ精度に対応したGNSS測位モジュールを用意します。近年人気の低コストモデルとしては、u-blox社のZED-F9Pなどがあります。ZED-F9P搭載の評価ボードは単体でRTK基地局となり、RTCM3形式の補正データを生成するモードを備えています​。他にもArduSimple社のSimpleRTK2Bや各種メーカから低価格RTKモジュール搭載ボードが販売されています。価格は数万円程度からと、従来の業務用GNSSに比べて格段に安価です。

• GNSSアンテナ: RTKの精度を得るには高性能なアンテナも必要です。少なくともL1/L2など複数周波数対応のGNSSアンテナを用意しましょう。安価なGNSSモジュールでも2周波RTKに対応しているので、アンテナもそれに合わせて選定します​。

  アンテナはできるだけ天頂方向の受信感度が高く、グランドプレーン（一種の反射板）を備えた測量用アンテナが望ましいです。直径20cmほどの大きなアンテナを基地局用に用いることで受信精度が安定したという報告もあります​。なおアンテナ設置には同軸ケーブル（GNSS対応の低損失ケーブル）で受信機と接続します。ケーブル長による損失にも注意が必要です。

• 通信モジュール: 基準局が算出した補正情報を移動局へ届ける通信手段が必要です。代表的な方法はインターネット経由（Ntrip方式）と無線通信（デジタル無線など）です​

  。インターネットを使う場合、基地局側は有線LANやWi-Fi経由でネット接続し、Ntripサーバー（後述）にデータを送信します。移動局はスマートフォン等でモバイル回線を通じ補正情報を受信できます。一方、インターネットが届かない現場や閉域網で使う場合は、特定小電力無線やLoRa、UHF帯デジタル無線機を用いて直接電波で補正データを届ける方法もあります。いずれにせよ、用途に応じて通信モジュール（4Gルーター、Wi-Fi機器、無線機など）を準備します。

• PC／シングルボードコンピュータ: GNSS受信機で得たデータを配信するための制御用コンピュータが必要です。小規模な構成であればシングルボードコンピュータ（例: Raspberry Pi）がよく使われます。低消費電力で24時間稼働させるのに適しています。受信機をUSB接続してデータを取得し、ネット経由で配信するサーバーとして機能させます​。Windows PCでも構いませんが、長期安定稼働や設置スペースを考慮すると省電力の小型コンピュータが便利です。GNSSモジュールによってはBluetooth接続でスマホに直接データ送信するものもありますが、ここでは汎用性の高い独立コンピュータを前提とします。

• オープンソースソフトウェア: RTK基地局の要となるソフトは、オープンソースで提供されているRTKLIBが定番です。RTKLIBは東京海洋大学の高須知二氏が開発した、GNSSによる標準測位・精密測位のためのオープンソースプログラムパッケージです​

  。RTKLIBには「STRSVR（ストリームサーバ）」や「RTKRS（RTKサーバ）」など基地局データ配信・処理のためのツールが含まれており、これを使って受信機から出力される観測データを補正情報として配信します​。

  他にも、NtripCasterソフト（SNIPなど）を自前で立てて配信する方法や、RTK2goのような無料Casterサービスを利用する方法もあります。基本的にはRTKLIBなどを用いて受信機のデータを読み取り、ネットワーク経由で配信する仕組みを構築します。

 

RTK基地局の設置手順

必要な機材が揃ったら、実際にRTK基地局を設置・稼働させる手順を見ていきましょう。大まかな流れは、適切な設置場所の選定 → ハードウェアのセットアップ → ソフトウェア設定と配信開始となります。

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基地局設置に適した場所の選び方

まずは基地局アンテナの設置場所を決めます。GNSSアンテナは周囲の環境から大きな影響を受けるため、以下の点を考慮しましょう。

• 空が広く開けた場所: アンテナの水平面から上方15°程度に遮るものがないオープンスカイ環境が理想です​。建物や樹木の近くは避け、できるだけ全天空で衛星を見通せる高所を選びます。屋上やポールの先端、測量用三脚の設置などが一般的です。アンテナ周囲の見通しが良いほど、多数の衛星信号を安定して受信でき、結果的に高精度・高信頼の補正情報が得られます。

• 頑丈で安定した据付: アンテナは固定局として絶対に動かないようしっかり設置します。わずかなズレでも補正精度に影響するため、強風でも揺れない堅固な取付が必要です​。建物の屋上に据え付ける場合はアンテナマスト（金属柱）をしっかり固定し、三脚設置の場合も脚を重りで押さえるなどして動かないようにします。またアンテナケーブル取り回し時にアンテナにテンションがかかって傾かないよう注意します。

• 通信・電源の確保: 基地局装置を設置する場所にはインターネット通信（もしくは無線通信圏内）と電源が必要です​。Wi-Fiが届く屋内近くの窓際や、有線LANを引ける屋上設備スペースなどが候補になります​。屋外に設置する場合でもアンテナケーブル長やPoE給電などを工夫して、なるべく通信機器と電源装置に接続できるようにします。通信環境が不安定だと補正データ配信が途切れ精度に影響するため、可能な限り安定した場所を選んでください。

• 安全性と法規: 高所にアンテナを設置する際は落下防止策を施し、雷対策（避雷針やアース接地）も検討します。また無線モジュールを使う場合は電波法の遵守も必要です（特定小電力無線は免許不要ですが、出力の大きい業務用無線は要免許など）。これらも踏まえて適切な場所を選定しましょう。

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建物の屋根上に据え付けられたRTK基地局アンテナの設置例。他のテレビアンテナ用の金具を利用し、高所で周囲の見通しが良い位置に固定している。アンテナ周囲に遮蔽物がないことで安定した衛星受信が可能となり、精度の高い補正情報を提供できる。

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ハードウェアのセットアップ

設置場所が決まったら、実際に機器類を接続していきます。

1. アンテナ取付と配線: まずGNSSアンテナを選定した場所に固定します。屋外なら金具やクランプでしっかりと締め付け、屋内窓辺なら磁石付きアンテナを金属板に貼り付けるなど方法は様々です。次にアンテナから伸びる同軸ケーブルを基準局の受信機まで配線します。ケーブルは長すぎると信号減衰が増えるため、必要最小限の長さに留めます​。配線の途中でノイズ源（高圧電線や無線機）に近づけないよう配慮し、必要に応じてケーブルを保護管に通します​。

2. GNSS受信機とコンピュータの接続: アンテナ線をGNSS受信機モジュールのアンテナ入力端子に接続します。次に受信機と制御用PC（Raspberry Piなど）をUSBやシリアルで接続します。USB接続の場合、受信機がPCから電源供給され起動します。シングルボードコンピュータを屋外に置く場合は防水ケースに入れるなど保護し、アンテナケーブルと電源ケーブルを引き込んで接続します​。

3. 通信・電源の確立: コンピュータをインターネットに接続します。有線LANの場合はケーブルを接続、Wi-Fi利用ならあらかじめセットアップしておいたSSIDに接続します。モバイルルーターを使う場合は電源を入れて通信できる状態にします。次に電源を投入します。屋内ならACアダプタ経由でコンセントにつなぎ、屋外なら延長ケーブルやバッテリーを介して電源供給します。全て接続が完了し、受信機の動作LEDが点灯することを確認します​。これでハードウェア面のセットアップは完了です。

4. 既知点座標の取得（必要に応じて）: 基準局として正確な補正情報を出すには、アンテナ設置地点の正確な座標を求めておく必要があります。もし近くに電子基準点や既知点がない場合、設置した受信機を一時的に移動局モードで動かし、公共のRTK補正サービスや上位のGNSS基準局（例えば国土地理院の電子基準点ネットワークやLRTKサービス）から補正を受けて自局位置をFIX解で求める方法があります​。数分間測位して高精度な緯度・経度・高さを算出し、それを基準局ソフトに設定することで、自前基地局の位置を既知点として登録できます​。こうすることで初期測位誤差を取り除き、より精度の高い補正情報配信が可能となります。時間に余裕があれば数時間〜24時間程度の静的測位を行い平均位置を採る方法（PPPや長時間平均）も有効です。

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ソフトウェア設定と運用開始

ハードが動作したら、次にソフトウェア側の設定を行います。以下はRTKLIBを用いた一般的な手順です。

1. 受信機の設定: GNSSモジュールの設定をPCから行います。u-blox受信機ならWindows上でu-centerを使用するか、RTKLIBの設定コマンドを用いて、基地局モードに必要なメッセージ出力を有効化します。具体的には、測位データとしてRTCM3形式の各種メッセージ（衛星観測量や基地局座標など）を一定周期で出力するよう設定します​。不要なNMEA出力は止め、ダイナミックモデルは「静止」に設定するなど、基地局用に最適化します​。設定後、モジュール内に保存（フラッシュライト）し再起動して反映させます。

2. RTKLIBの起動: 基地局データ配信ソフトウェア（STRSVRやSTR2STR）を起動します。RTKLIBをインストール済みのPCでは、コマンドラインやGUIでこれらを実行できます​

   。例えばSTRSVR（ストリームサーバ）を起動し、入力としてGNSS受信機のシリアルポート（USB仮想COM）を指定、出力としてNtripサーバーやTCPポートを指定します。先ほど取得した基地局座標をSTRSVRの基地局情報（RTCМメッセージに含める値）に設定します。設定が完了したらストリーム配信を開始します。

3. NtripCasterへの登録: インターネット経由で配信する場合、NtripCaster（配信サーバ）を用意します。自前で用意しなくとも、例えばRTK2goのような無料公開Casterに自局を登録することが可能です​。RTK2goではWebからMountPoint（基地局の識別名）の登録申請を行い、発行されたID/パスワードをSTRSVRの出力設定に入力します​。接続が成功すれば、基地局データがインターネット上に配信されるようになります。あとは移動局側でNtripクライアントソフト（測量機やスマホアプリ）を使い、このMountPointに接続すれば補正情報を受け取れます​。

4. 動作確認: 基地局から補正データ配信が開始できたら、実際に移動局でRTK測位が動作するか確認しましょう。移動局用のGNSS機器を用意し、基地局から数メートル〜数十メートル離れた地点で測位を行います。Ntripの場合はスマホなどで基地局の補正情報を受信し、移動局受信機に転送します。無線の場合は移動局側無線機で受信します。移動局のソフトや受信機で解がFLOATからFIX（固定解）になることを確認します​。FIX解が得られ誤差数センチ内の結果が出れば、無事に自作RTK基地局が機能している証拠です。​

   以上でRTK基地局の構築・設置は完了です。一度設定を詰めてしまえば、あとは現場で電源を入れるだけで自動的に補正配信が開始できるようにもできます。運用のポイントについては次章で解説します。

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安定運用のポイント

自作したRTK基地局を長期間安定して稼働させるために、押さえておきたいポイントをまとめます。

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電源と通信環境の確保

RTK基地局は24時間連続稼働させることも多いため、電源と通信の信頼性が極めて重要です。​

まず電源については、可能であれば商用電源を用い無停電電源装置（UPS）を併用すると安心です。現場の都合でバッテリー運用する場合は、大容量バッテリーやソーラーパネルによる自家発電も検討します。電源ケーブルの接続不良や断線にも注意し、野外では防水コネクタを使います。次に通信環境ですが、有線LANが使えるならそれが最も安定します。難しい場合でもできるだけ電波状態の良いキャリアを選び、外部アンテナ付きルーターで受信感度を上げるなど工夫します。

Wi-Fi利用時はルーターとの距離を近く保ち、電波干渉を避ける配置にします。万一通信途絶した場合に備え、再接続を自動リトライするスクリプトを組んでおくことも有効です。また基地局と移動局の距離が遠くなると精度が低下するため（一般に基地局から20km程度が実用範囲​）、必要に応じて基地局を複数設置しカバー範囲を補完することも考慮します。

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長期運用時のメンテナンス

基地局を設置したら終わりではなく、定期的なメンテナンスも欠かせません。ハードウェア面では、アンテナの固定具が緩んでいないか、ケーブルの被膜破れやコネクタの腐食がないか点検します。屋外では鳥害や落ち葉堆積など思わぬ事態も起こり得るため、少なくとも数ヶ月に一度は目視確認すると良いでしょう。雷が直撃した場合の被害も想定し、避雷対策や交換用機器の準備を検討します。ソフトウェア面では、GNSS受信機のファームウェアやRTKLIBなどのソフトを最新安定版にアップデートしておくことが重要です​。不具合修正や精度向上の恩恵が得られるため、メーカー提供のアップデート情報を定期的に確認しましょう​。

また配信サーバ（NtripCaster）の稼働状況も監視し、サービス側の仕様変更により接続が切れていないか注意します。ログを保存しておき、異常時にアラートを出す仕組みを組むのも有用です。さらに、基準局の既知座標は定期的に再チェックすることをおすすめします。GNSS連続観測により年単位での地殻変動の影響を補正したり、基準系の更新（例えば日本の測地系更新）に追従したりすることで、長期間にわたり精度と整合性を維持できます。以上のようなメンテナンスを施しつつ運用すれば、自作RTK基地局を安定して稼働させ続けることができるでしょう。

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LRTKの活用と導入メリット

自前で基地局を立てる以外にも、近年はネットワーク型RTK（Network RTK）と呼ばれる手法が普及しつつあります​。これは国や企業が整備した複数の基準局ネットワークの補正情報サービスをインターネット経由で利用し、移動局単体でRTK測位を可能にする方式です​。この仕組みを使えば、ユーザー自身が基地局を設置する必要がなくなるため、現場準備の手間を大幅に省けます​。

日本でも、国土地理院の電子基準点を利用したVRS方式のネットワークRTKや、民間事業者による補正情報配信サービスが提供されています。

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基地局なしでも実現できる高精度測位

ネットワーク型RTKの登場により、自前の据置型RTK基準局や専用端末を用意しなくてもスマホ回線経由で補正情報を受け取り、即座にセンチ級測位を行うことが可能になっています​。

例えば「LRTK」は、そのようなネットワークRTK補正情報をスマートフォンで手軽に活用できるソリューションです​。移動局側に高精度GNSSデバイスを装着し、スマホの通信で補正データを受信することで、単独では数メートルの誤差しか得られなかったスマホ測位が数センチの精度に向上します​。

またLRTKデバイスはオプションで日本の準天頂衛星「みちびき」が提供するCLAS信号（センチメータ級補強サービス）にも対応しており、携帯圏外の山間部などでも衛星から直接補正を受けて高精度測位を続行できます​。

要するに、LRTKを活用すれば基地局を自前で設置しなくても高精度な測位が可能となり、RTK測位導入のハードルを大きく下げることができるのです。

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自前基地局とLRTKを使い分けるケース

では、自前のRTK基地局とLRTKのようなネットワークRTKサービスはどのように使い分けると良いでしょうか。いくつかケースを考えてみます。

1. 広域移動や複数現場で作業する場合: 自社の作業エリアが広範囲に及ぶ場合や現場ごとに基地局を移設するのが難しい場合、LRTKなどのネットワークRTKサービスが有利です。一度契約すれば全国どこでも補正情報を取得できるため、装置を持ち運ぶだけで高精度測位が可能です。逆に限定されたエリア（例: 1つの工事現場内や農場内）で集中的に使うなら、自前基地局を据えてしまった方が安定した補正を供給でき、通信コストも抑えられます。

2. リアルタイム性と安定性: 自前基地局は数km以内の近距離であれば高いリアルタイム精度を維持できますが、20km以上離れると精度が落ちていきます​。一方ネットワークRTK（LRTK等）は広域に張り巡らされた基準局網によって長距離でも精度低下を補償しています​。そのため、移動局が広域を移動する測量業務などではネットワーク型を用い、特定の狭い現場で最高のリアルタイム精度を求めるマシンガイダンスなどでは自前基地局を併用するといった使い分けも考えられます。

3. コストと運用負担: 初期コストを抑えたい場合や機器管理の手間を省きたい場合はLRTKが有効です。基地局設置に必要な機器購入やライセンス取得が不要で、サービス利用料のみで済みます。逆に長期的に見るとサービス利用料が積み重なるため、頻繁に使う場合は自前基地局を構築したほうが経済的になることもあります。社内にITリテラシーがあり基地局をメンテナンスできるなら自作運用、そうでなければ外部サービスに任せる、といった判断基準になります。

このように、自前基地局とLRTKにはそれぞれ利点があります。実際には両者を組み合わせて活用することも可能です。例えばまずLRTKで移動局の測位を行い、その結果を既知点として自社基地局の座標を校正する、といった使い方も考えられます（前述の既知点取得のステップ）。あるいは通常はLRTKに任せつつ、通信障害時のバックアップとしてローカルに簡易基地局を用意しておくという運用も一つの安心材料になるでしょう。用途や予算に応じて柔軟に使い分けることで、最適な高精度測位環境を実現できます。