RTK測位の仕組み

RTK（Real Time Kinematic）測位は、リアルタイムにGNSS測位誤差を補正し、センチメートル級の測位精度を実現する技術です。RTKでは少なくとも2台のGNSS受信機を使用し、1台を既知の座標に設置した基準局（ベースステーション）、もう1台を移動しながら測位する移動局（ローバー）とします​。基準局は自分の正確な位置とGNSS衛星からの信号を比較することで測位誤差（衛星時計誤差や大気誤差など）を算出し、その誤差補正情報を無線やインターネット（NTRIPなど）で移動局に送信します​。

移動局は受信した補正情報を自分の観測データに適用することで、衛星測位の誤差要因を打ち消し、高精度な位置をリアルタイムに算出できるのです​。

RTKによって、通常はメートル級であるGNSS単独測位の精度が一挙に数センチのレベルまで高まります​。具体的には、水平位置で約2～3cm、高さ方向で3～4cm程度の精度が得られます​。

これは土木測量や建機の自動制御にも十分な精度であり、即時に高精度な測位結果が得られる点がRTKの大きなメリットです。またRTKは一般に相対測位と呼ばれ、基準局との相対的な位置関係から算出されるため、基準局が持つ既知の座標に基づき移動局の座標も高精度に決定されます。基準局と移動局が近距離（通常は数km～数十km以内）にあるほど誤差要因が共通しやすく、安定したセンチ精度を得られます​。

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RTK測位には通信環境と複数の受信機が必要になるものの、一度システムを構築すれば測位結果はリアルタイムで更新され続けます。測量現場では、基地局を据えて移動局を持ち歩きながら測点を次々観測したり、建設機械に移動局を搭載して施工位置を常時補正したりと、リアルタイム性と高精度を活かした活用が広がっています​。

近年では国土地理院の電子基準点を利用したネットワーク型RTK（VRS方式）なども整備され、通信回線経由で広域に補正情報を配信するサービスも普及しています。RTKは現在、建設・測量の高精度GNSS測位における事実上の標準技術となっています。

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DGPSの仕組み

DGPS（Differential GPS：差分GPS）は、RTKと同様に基準局と移動局を用いてGNSS測位の誤差を補正する手法ですが、その補正にはコード（擬似距離）測位の差分情報が使われます。基本的な構成はRTKと似ており、静止した基準局が自分の観測したGPS測位値と既知の正確な位置との差から誤差を求め、移動局へ補正データを送信します​。

移動局はそのデータを用いて自らの測位値を補正し、単独測位よりも高い精度を得ます。このようにGNSSの差分補正を行う方式全般を差分GNSS（DGNSS）と呼び、その中でリアルタイムに行うものが狭義のDGPSです。

DGPSによる精度向上は、一般に水平位置で数十センチメートル程度までです​。

例えば基準局から数km圏内であれば、誤差を1m未満（サブメーター級）に抑えることができます​。

RTKのように搬送波位相の整数周期の解決（アンビギュイティ解決）までは行わず、単一点測位の誤差を差分で減らすシンプルな方式のため、RTKほどのセンチ精度は得られません。その代わり初期導入のハードルが低く、単周波の安価なGNSS受信機でも利用可能、通信も低帯域で済むといった利点がありました。

代表的なDGPSの形態に、衛星を使った広域補強システム(SBAS)があります。日本のMSASや米国のWAASに代表されるSBASでは、地上に設置した複数の基準局ネットワークで求めた広域誤差情報を静止衛星から放送し、対応受信機がその補正情報を受け取って測位精度を高めます​。SBASを利用した測位では、水平約1m・垂直1.5m程度の精度まで向上することが可能です​。このようにDGPSはRTKと比べ精度では劣るものの、広域で手軽に誤差補正が行える点が特徴です。

RTKとDGPSの関係について言えば、RTKも広義にはDGPSの一種といえます。従来型のDGPSがコード測位の単一差分中心だったのに対し、RTKでは搬送波のダブルディファレンス（2重差分）や高度なアルゴリズムを導入することで飛躍的な高精度化を実現しています​。プロトコル面でも、DGPSがかつてのRTCM2.xなど古い規格だったのに対し、RTKでは現在主流のRTCM3フォーマットが用いられるなどの違いがあります​。

総じてDGPSはサブメートル級、RTKはセンチ級の精度を得る技術であり、現在では高精度が求められる測量・施工の現場ではRTKが主流となっています​。

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PPPの仕組み

PPP（Precise Point Positioning：精密単独測位）は、単一のGNSS受信機のみでセンチメートル級の精度を達成する測位手法です。RTKやDGPSのように近傍に基準局を設置する必要がなく、受信機自体がGPSやGLONASSなど衛星の精密軌道情報や時計誤差情報を利用して測位精度を向上させます​。

具体的には、IGS（国際GNSSサービス）等の全球的な観測網によって算出された各衛星の軌道誤差・時計誤差、さらには電離層や対流圏遅延の補正値などを組み込んだ演算を行い、観測した疑似距離や搬送波位相から受信機の位置を高精度に求めます​。

PPPの大きな特徴は、絶対測位である点です。RTKが基準局との相対的な距離を高精度に求める手法であるのに対し、PPPでは地球中心座標系における受信機単体の位置を直接高精度に算出します​。

このため、地域や国をまたいだグローバルな座標測定にも強く、基準局から数十km以上離れた地点でも理論上精度が低下しません（全世界的に同一の補正情報が適用されるため）​。また、地殻変動観測のように長期間にわたって安定した位置座標を監視する用途にも適しています。

ただし、PPPには初期収束時間が長いという課題があります。リアルタイムに高精度化を図るには、衛星の軌道・時計誤差を逐次補正しつつ搬送波の位相の不定性（整数バイアス）を解消する必要がありますが、この処理には時間がかかります。従来のPPP手法では、測位開始から最終的にセンチメートル級の精度に到達するまでに数十分程度を要することが一般的です​。静止状態で長時間観測すれば数センチ～サブセンチまで精度が向上しますが、動的環境下で即座に高精度を得るのは難しいため、リアルタイム性に欠ける点はRTKとの大きな違いです。

近年、この収束時間を短縮するための技術（いわゆるPPP-RTKやSSR：状態空間表現による補正）が登場しつつあります​。

例えば日本の準天頂衛星システム（QZSS）が提供する「CLAS」信号では、衛星から地域限定の高精度補正情報が配信され、単独受信機でも比較的短時間でセンチ級測位が可能になっています。しかし一般的なPPPは依然として専用の補正データサービス（衛星通信やインターネット経由の配信）への加入や長時間の測定が必要であり、手軽さという点ではRTKやDGPSに劣ります​。

一方で、基準局設備が不要で広域をカバーできるメリットから、船舶・航空測位、遠隔地での測量、全球測位システムの基準点座標決定などにPPPは利用されています​。

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RTK・DGPS・PPPの比較

RTK・DGPS・PPPそれぞれの精度やコスト、導入のしやすさの違いを以下にまとめます。

方式測位精度 (水平)初期収束時間補正情報の取得方法主な用途・特徴

RTK (リアルタイムキネマティック)約2～3cm​

短い（数秒～数十秒程度で固定解）​

近距離の基準局から無線・ネット経由で差分データを受信リアルタイムに高精度。測量、施工機械のガイダンス、土木施工管理​

などDGPS (差分GPS)約0.5～1m程度​

不要（常時差分補正、即時適用）近隣の基準局からコード誤差補正データを受信（またはSBAS衛星から広域補強信号）中精度で即時補正。航法支援（船舶・航空）、GIS簡易測量などPPP (精密単独測位)数十cm～数cm（収束後）​

長い（数分～数十分以上）​

全球的な衛星軌道・時計の精密補正データを適用（インターネットまたは衛星通信で受信）絶対測位で広域カバー。基準局不要だが収束待ち必要。遠隔地の高精度測量、測地基準網構築など

表より、即時性と精度が最も優れるのはRTKであり、センチ単位の精度をリアルタイムに得られることが分かります。一方、DGPSは精度こそRTKに及ばないものの手軽さと安定性に優れ、特にSBASを利用する場合は専用装置なしで広域にわたってメートル未満の精度改善が可能です。PPPは基準局インフラが不要という利点がありますが、測位開始から目的の精度に達するまで時間がかかるため、即応性が求められる施工現場には不向きです。ただし長時間の観測によって高精度な絶対座標が得られるため、基準点の設置や地殻変動モニタリングなどには威力を発揮します。

運用コストの面では、RTKは自前で基準局を設置する場合に初期投資が大きくなりますが、運用後のランニングコストは通信費程度で抑えられます​。

既存のネットワーク型RTKサービスを利用する場合はサービス利用料が発生するものの、基準局設営の手間が省けます。DGPS（SBAS）の利用は基本的に無料で、専用の通信契約も不要です。PPPについては、リアルタイム測位には民間の高精度補正サービスへの加入費用がかかったり、対応受信機が高価だったりする場合がありますが、ポストプロセスであればほぼ無償で利用可能です。総じて、導入のしやすさという観点ではDGPSが最も簡便で、次いで基地局を要さないPPP、RTKは高精度ゆえに準備すべき機材や環境が多い分ハードルが高いと言えます。しかし近年は後述するように、RTK機材の簡易・低価格化が進んできており、中小規模の現場でも導入しやすくなっています。

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建設・測量現場での活用事例

高精度GNSS測位は、建設・インフラ分野の様々な場面で活用されています。ここでは、RTK・DGPS・PPPが現場でどのように使われているか、いくつかの事例を紹介します。

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• 施工管理（ICT施工）: ダンプやブルドーザなど建設機械の位置をリアルタイムに把握・制御するマシンガイダンス/マシンコントロールでは、RTKによるセンチ精度が欠かせません。例えば掘削や盛土の高さを自動調整するシステムでは、RTK-GNSSにより機械のブレード高さを数cm以内の誤差で管理できます。DGPSでも十数cm程度の精度は得られますが、仕上げ精度が要求される作業ではRTKの精度が必要です。PPPはリアルタイム性に欠けるため、施工機械の制御用途にはほとんど採用されません。

• 杭打ち・墨出し（測量）: 構造物の位置出し（墨出し）や杭打ち作業にもRTK測位が活躍しています。従来は測量士がトータルステーションを用いて行っていた位置出し作業も、RTK-GNSS受信機を搭載したローバー局を用いることで一人で効率的に実施可能です。設計図上の座標を基に現地で杭を打つ「丁張り」作業などでは、RTKによって常に自分の現在位置を高精度に把握しながら、迅速にマーキングしていけます。DGPSでは精度が不足し、PPPは収束待ちの時間的ロスが大きいため、即時センチ精度が要求される杭打ちにはRTK一択と言えるでしょう。

• 出来形測定（検測・納品前検査）: 道路や造成地などの工事完了後、その出来ばえを確認する出来形測量にも高精度GNSSが使われます。広い現場ではトータルステーションよりRTK-GNSSの方が機動力が高く、多数の測点を短時間で測定できます。例えば道路の路床高さをチェックする場合、RTKを使えば作業員がアンテナを持って歩くだけで所定間隔ごとの高さを即座に記録でき、結果はデジタルに蓄積されます。誤差数センチの精度が確保できていれば、設計値との差異を判断するには十分です。PPPは、もし長時間の計測が許容される場面であれば活用できますが、通常の出来形管理ではリアルタイム処理が望まれるためRTKが中心です。

• インフラ保守・維持管理: 橋梁や鉄道・高速道路などインフラの維持管理でもGNSS測位が役立っています。例えば、長大橋の橋桁やダムの変位モニタリングでは、設置が容易なGNSS受信機で24時間体制の監視を行うケースがあります。この場合、近傍に固定局を置いてRTKで相対的に変位を検出したり、広域的に安定したPPP解を用いて絶対的な動きを捉えたりします。また、鉄道の軌道検測では路線沿いにRTK基準局を設置し、測定車両に搭載した受信機とのリアルタイム差分で線路の歪みを解析する試みもあります。さらに、道路の資産管理ではDGPSを用いてガードレールや標識の位置をGISに登録するといった用途もみられます。用途に応じて、要求される精度と運用条件に合った測位方式を使い分けているのが現状です。

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以上のように、RTK・DGPS・PPPは建設・測量の現場でそれぞれ得意分野がありますが、特に即時性と精度が重要な施工管理や測量作業ではRTKが主役となっています。DGPSは中程度の精度で十分な用途（GIS用地図作成や一般測位）に、PPPは基準局設置が難しい遠隔地や長期観測に適用されています。

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LRTKによるRTK測位の進化

近年、RTK測位はさらに進化を遂げています。従来、RTK-GNSS測量には据え付け型の高価な受信機や大きなアンテナ、専門的な設定作業が必要でした。しかし最新のLRTK（エルアールティーケー）技術により、RTKの機材は飛躍的に小型化・簡便化され、誰でも扱いやすいものになりつつあります。LRTKとは、スタートアップ企業であるレフィクシア社が開発した次世代型のRTK-GNSSソリューションで、スマートフォンと連携して動作する超小型のRTK受信機デバイスを中核としています。

例えば「LRTK Phone」という製品では、iPhoneやiPadに専用の超小型RTK-GNSS受信機を装着するだけで、端末がセンチメートル級精度の測量機器に早変わりします​。

そのデバイスは重量125g・薄さ13mmというポケットサイズながらバッテリーとアンテナを内蔵しており、現場で気軽に持ち運んで必要なときに即座に使える実用性を備えています​。

スマホとはワンタッチで着脱可能なケース経由で接続され（Bluetooth等のワイヤレス接続にも対応）、スマホ上の専用アプリから基準局補正情報の受信や測位の開始停止、データ記録を直感的に操作できます。従来は知識のある測量技術者に任されがちだったRTK測位を、誰もが手軽に扱えるツールへと変革するものがLRTKなのです。

LRTKの強みはその小型・ワイヤレス・スマホ連携だけではありません。クラウドサービスと連動し、取得した位置データや点群データを即座にクラウド上で共有・保存できるため、現場とオフィス間で情報をスムーズに連携できます​。

例えばLRTKを使って取得した測量点の座標はリアルタイムにクラウドにアップロードされ、関係者が即時にそのデータを閲覧・利用するといったことも可能です。加えて、専用アプリにはAR機能が搭載されており、設計図上のモデルと現地の測位結果を重ね合わせて視認するなど、最新テクノロジーを活用した現場支援も実現しています​。

重要なのは、これら高度な機能を備えつつもLRTKは低コストで提供されている点です。従来なら数百万円規模になり得たRTK測位機器が、LRTKでは桁違いに安価で入手でき、現場の作業者一人ひとりが専用機を持てる時代になってきました。「価格は超リーズナブル。1人1台あれば、現場業務の生産性は大幅に向上しそうだ」との声もある通り​、

高精度測位を各作業員が日常的に活用できる環境が整いつつあります。LRTKはまさにRTK測位の民主化と言える存在であり、中小の土木・測量業者でも導入しやすいソリューションとして注目されています。