RTKとは何か？

RTKとは「リアルタイムキネマティック（Real Time Kinematic）」の略称で、衛星測位の誤差をリアルタイムに補正して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、地上に固定設置した基準局（基地局）と移動しながら測位を行う移動局（ローバー）の2台のGNSS受信機を使用し、両者の間で測定データを通信することで高精度な相対測位を行います​。

基準局はあらかじめ正確な座標値が分かっている地点に設置し、移動局と同時にGPSやGLONASSなど複数の衛星から信号を受信します。基準局と移動局で得た測位情報の差分から誤差を補正し、移動局の位置をリアルタイムに高精度算出するのがRTKの基本原理です。

通常のGPS単独測位（スタンドアロン測位）では、衛星からの信号遅延や大気の影響により位置に数メートルの誤差が生じます​。

しかしRTKでは、基準局から補正情報を受け取ることでこれらの誤差要因を打ち消し、センチメートルオーダーの精度で位置を特定できます。言い換えれば、RTKは「2台の受信機による相対測位」であり、この仕組みによって単独測位より格段に精度の高い測位を実現しているのです​。

​

RTK測位の仕組みと特徴

RTK測位の仕組みをもう少し詳しく見てみましょう。RTKでは、基準局と移動局の両方が同時に4基以上の測位衛星信号を受信し、両受信機間でデータをやり取りします。基準局は自身の正確な位置と観測した衛星信号の位相データを元に補正データを生成し、無線またはインターネット経由で移動局に送信します。移動局では、自身の観測データと受信した補正データを組み合わせ、リアルタイムに誤差補正を適用した高精度な位置座標を計算します​。このように、両局の相対距離や衛星信号の位相差を利用することで、衛星からの信号伝播誤差（電離層や対流圏の遅延、衛星時計誤差など）を打ち消し、高精度化を実現しています。

RTKの大きな特徴は即時性と高精度です。リアルタイムに補正が行われるため、測位結果をその場でセンチメートル精度で得ることができます​。具体的な精度の目安としては、水平位置で約2〜3cm、鉛直方向で約3〜4cm程度の誤差に収まります​。

これは単独測位の精度（数メートルレベル）と比較して桁違いに高精度であることを意味します。また、GNSS衛星は複数の測位システム（GPS以外にGLONASSやGalileo、みちびき（QZSS）など）を利用可能で、マルチGNSSに対応したRTK受信機であれば、利用衛星数が増えて測位の安定性や精度がさらに向上します。衛星の配置（ジオメトリ）が良いほど精度が高くなるため、マルチGNSSによって不利な衛星配置の状況を緩和できる点も特徴です​。

RTKにはいくつかの方式がありますが、大きく分けて単独型RTK（ベース＆ローバー方式）とネットワーク型RTKに分類できます。単独型RTKは、自前で基準局を設置しローカルに補正情報をやり取りする方式です。一方、ネットワーク型RTK（Network RTK、VRS方式など）は、国や民間の提供する基準局ネットワークからインターネット経由で補正データを取得する方式です​。ネットワーク型では現場に基準局を設置する必要がなく、利用者付近に仮想的な基準局データを配信してもらうことで補正を受けます​。このように運用形態は異なりますが、いずれも基本的な仕組みは「基準局の補正情報で移動局の測位誤差を補う」という点で共通しています。

​

土木測量でRTKが必要な理由

では、なぜ土木測量の現場でRTKがこれほど必要とされているのでしょうか。その背景には、建設業界における精度向上ニーズと生産性向上の要請があります。

まず精度の面では、インフラ工事や測量業務においてセンチメートル単位の精度が求められる場面が非常に多くなっています。従来のトランシットや光波測距儀（トータルステーション）による測量でも高精度な計測は可能ですが、作業には複数人が必要で時間もかかります。RTK-GNSSを活用すれば、1人で広範囲の測量を短時間で実施できるため、作業効率が飛躍的に向上します。例えば、ネットワーク型RTK（VRS）を導入すれば、従来3人1組で行っていた測量作業を1人でこなすことも可能で、しかもXYZの三次元座標が直接得られるため水準測量作業も不要となります​。

人員削減と工程短縮につながり、慢性的な人手不足が課題となっている土木業界においてRTKは非常に有用な技術なのです。

また、RTKの普及は国土交通省が推進するICT施工やi-Constructionとも深く関わっています。国交省は3次元測量やマシンガイダンスの活用を促進しており、例えば「スマホやタブレットのLiDAR機能とRTK受信機を組み合わせて低コストに3次元測量を行う手法」が公式に推奨されるなど​、現場のデジタルトランスフォーメーションが進んでいます。高精度な位置情報が得られるRTKがあれば、ドローン測量による詳細な地形モデル作成や、重機の半自動制御（マシンコントロール）による精密施工、出来形管理の高度化などが可能となり、施工の品質と効率を同時に高めることができます。建設現場ではミスや手戻りを最小限に抑えるために高精度な測量が不可欠であり、RTKはその実現に欠かせない技術と言えます​。

加えて、インフラ維持管理の分野でもRTKの必要性が高まっています。例えば高速道路や鉄道のメンテナンスでは、橋梁や路線の変位計測、地盤沈下のモニタリング、埋設物の正確な位置記録など、高い測位精度が求められるシーンが多々あります。従来は水準測量やトータルステーションによる定点観測が主流でしたが、RTKを活用すれば短時間で多数の点を測定し面的な変位把握が可能になります。障害物の少ない長大な橋梁上や線路沿いの測量ではGNSS測位が有効であり、RTKならではの機動力と精度がインフラ点検の精度向上・効率化に寄与しています。

このように「高精度」と「効率化」の両面から、土木測量の現場でRTKは必要不可欠な存在になってきています。実際、小規模なゼネコンや土木業者でもRTKシステムを導入し、自社で施工測量を内製化するといった事例も増えてきており​、大手のみならず中小規模の現場でもRTKの活用が進んでいます。

​

RTKを活用した具体的な測量手法

RTKを用いることで、土木測量の手法にも様々な新しいアプローチが可能になります。ここではRTKを活用した代表的な測量手法や応用例を紹介します。

• 基準点測量（既知点の測定・設定）: RTKを使えば、工事現場における基準点の座標を迅速に測定・設置できます。例えば国土地理院の電子基準点網や公共座標系の既知点を基準局として利用し、現場の任意点にローバーで観測すれば、その点を即座に高精度な基準点として設定可能です。従来は水準測量やトラバース測量で半日がかりだった基準点測量も、RTKなら短時間で完了します。これは以降の測量・施工の精度土台となる重要作業で、RTKの導入によって大幅な効率化が図れます。

• 現況測量・地形測量: 広範囲の地形や出来形を測量する場合にもRTKは威力を発揮します。作業員がローバー受信機（ポールにGNSSアンテナとコントローラーを搭載）を持って現地を歩き回るだけで、数センチ精度の三次元座標群を取得できます。従来の平板測量やトータルステーションによる点群測量に比べて、圧倒的な速さで大量の測点データを収集でき、起伏のある現場でも安全に測量が可能です。特に盛土や切土の出来形管理では、RTKローバーで測面を細かく計測し体積算出に利用するといった活用法があります。面的な出来形データを短時間で取得できるため、施工後の検証や出来形図作成にも役立ちます。

• 丁張り・杭打ちの座標出し: RTKを使った測量は、出来上がった地形の計測だけでなく、工事の「位置出し（ stake-out ）」にも応用できます。あらかじめ設計図面上の構造物や道路中心線などの座標データをコントローラーに取り込んでおけば、ローバーを用いて現地で所定の座標に杭を打つ作業（杭打ち）が可能です。GNSS測量器を用いた杭打ちでは、受信機の現在位置と目標位置との差（東西南北方向および高さ）をリアルタイム表示し誘導してくれるため、作業員は画面の指示に従ってポールを動かすだけで所定位置にマーキングできます。視通しの確保が難しい広大な現場や夜間でも測位できるRTKの利点を活かし、効率よく正確な位置出しが行えるでしょう。

• UAV写真測量（ドローン測量）: 近年普及しているドローンを用いた写真測量にもRTKが活用されています。RTK対応のドローン（機体にGNSS受信機を搭載し、飛行中に補正を受けながら高精度測位するもの）や、後処理でRTK相当の補正を行うPPK（Post Processed Kinematic）手法により、空撮写真から作成するオルソ画像や点群モデルの位置精度を飛躍的に高めることができます。従来のドローン測量では地上に多数の標定点（既知座標の目印）を設置する必要がありましたが、RTKドローンを使えば標定点を最小限または不要にでき、測量準備の手間を大きく削減できます。広大な造成現場や山林の測量では、RTK搭載ドローンにより上空から短時間で高精度な地形データを取得でき、安全性と効率性が向上しています​。

• モバイル端末を使った3次元スキャン: 最新の応用例として、スマートフォンやタブレットとRTKを組み合わせた手法があります。例えば、iPhoneやiPadに装着できるRTK対応デバイスと内蔵LiDARを活用することで、手軽に3次元点群測量を行うことが可能です。専用のアプリを使い、スマホのカメラで撮影した写真にRTKの高精度座標をタグ付けしたり、LiDARでスキャンした点群に位置情報を与えることで、即座に現場の3Dモデルを生成できます。これは高額なレーザースキャナーを使わずにスマホ＋RTKで3D測量を実現するもので、国土交通省も現場導入を後押ししています​。特に小規模現場や狭小地での測量に有効で、今後ますます活用が広がるでしょう。

以上のように、RTKを活用した測量手法は多岐にわたります。基準点の設置から地形測量、杭打ち、ドローンによる空中測量、さらにはスマホを使った手軽な3D計測まで、RTKは現代の測量技術の幅を大きく広げています。現場の状況に応じて自前の基準局を設置する方法と、ネットワーク型RTKサービスを利用する方法を使い分ければ、様々な環境で柔軟に高精度測位を行うことができます。まさに「RTK無くしては語れない」時代が来ていると言えるでしょう。

​

従来のGPSとの違いと精度の比較

RTKと従来型のGPS測位（単独測位）との違いを整理すると、以下のような点が挙げられます。

• 位置精度の違い: 最も大きな違いは測位精度です。単独測位のGPSでは一般に誤差数メートル程度（スマートフォンGPSで約5m程度、専用機でも2～3m程度）の誤差が生じます​。これに対しRTK測位では、前述の通り誤差数センチメートル以内の高精度な位置を得ることができます​。垂直方向の精度もRTKの方が優れますが、水平に比べ若干誤差が大きくなる傾向があります。それでも誤差数cmと数mでは用途に与えるインパクトが大きく異なり、RTKの精度向上によってGPSでは難しかった作業が可能になりました。

• 必要な機材・構成: 単独測位は受信機1台だけで成立しますが、RTK測位では基準局＋移動局の2台の受信機またはネットワークサービスによる補正情報が必要です​。そのためRTK運用には、基準局用の機器（場合によっては移動通信機器や無線機含む）や、移動局側のデータ受信環境が必要になります。一方で近年は民間事業者や携帯キャリアが提供するネットワーク型RTKサービスが整備され、自前で基地局を持たなくても補正情報を入手できるようになっています。また、日本では準天頂衛星「みちびき」によるセンチメータ級補強サービス（CLAS）が提供されており、対応受信機を用いればインターネットを介さず衛星から直接補正情報を得ることも可能です。

• 測位の安定性: 単独測位のGPSは常に測位できますが、精度が低いため位置がふらついたり時間経過でのドリフトが生じます。RTKは基本的に安定した高精度を示しますが、衛星信号の受信環境に大きく左右されます。周囲に高い建物がある都市部や森林内部では、RTKで必要な複数衛星の受信や電波のやり取りが遮られ、「フロート解（固定解が得られない状態）」になることもあります。そのためRTKでは衛星可視数やジオメトリ（DOP値）に注意し、必要に応じて測位の再初期化（アンビギュティ解決）を行う必要があります。加えて、基準局との距離が離れすぎると補正効果が減衰し精度が低下するため、数十km以上離れた基準局を使う場合はネットワーク型RTKで仮想基準点を近傍に生成するなどの工夫が取られます。

• リアルタイム性: 両者ともリアルタイムに位置は得られますが、RTKの場合は高精度な位置を得るまでに初期収束時間が必要です。受信機の電源投入直後やトンネルを抜けた直後などは、数十秒～数分程度でRTK解が「固定(FIX)」状態になり高精度測位が可能となります。一方単独測位は常に即座に位置を算出できますが、そもそもの精度が低いため実用上の意味合いが異なります。リアルタイムでセンチ精度が得られるRTKは測量・施工用途に適し、メートル精度でも十分なカーナビや一般測位には単独測位で足りる、といった使い分けになります。

まとめると、「手軽さ」と「必要精度」で使い分けられる関係です。単独測位のGPSは機材がシンプルでどこでも使えますが精度は低く、RTKは機材・環境の制約がある代わりに精度が非常に高いという違いがあります。土木測量や建設ICTでは、この高精度が求められるためRTKが選択されるのです。

​

RTKの課題と解決策

高精度なRTK測位ですが、実際の運用ではいくつかの課題も存在します。ここではRTKを使う上で注意すべき点と、その解決策・対策について紹介します。

• 課題1: 衛星受信環境への依存
  RTKはGNSS衛星からの電波受信が前提のため、空が開けた場所でないと測位が困難です。トンネル内やビル陰、森林の中などでは衛星信号が途絶・減衰し、高精度測位どころか測位自体ができなくなる場合があります。また電波の反射（マルチパス）によって誤差が増大し、固定解が得られにくくなる問題もあります。
  解決策: 測量計画時に人工物や地形による衛星遮蔽を確認し、必要に応じて開けた場所での観測や他手法との併用を検討します。例えば山間部の測量では、谷間の閉塞部だけトータルステーションを使い、それ以外はRTKで測るといった柔軟な運用が有効です。また、最新の受信機ではマルチパス除去性能の向上や複数周波数受信による高速再測位が可能なものもあり、多少の遮蔽環境でも安定して固定解を維持できるケースが増えています。どうしてもGNSSが使えない屋内や地下では、GNSSの代替としてトータルステーションやレーザースキャナ、IMUを組み合わせた測位システムを使うなど、他技術で補完することになります。

• 課題2: 通信インフラと補正情報の入手
  RTKでは基準局から移動局への補正データ伝送が必要ですが、その方法によって課題が異なります。自前の無線機を使う場合、電波法の制約範囲で届くエリアに限られ、広大な現場では電波中継器が必要になることもあります。一方、携帯回線を利用するネットワーク型RTKでは、山間部など携帯電話の圏外エリアで測位ができない問題があります。実際、土木・建設やインフラ管理の現場では圏外となるケースも多く、通信圏に依存しない運用ニーズが存在します​。
  解決策: 補正データの入手経路を現場に応じて確保することが重要です。自前基準局＋特定小電力無線などの場合は、アンテナを高所に設置する・中継局を置くなど電波到達範囲の最適化を図ります。ネットワーク型の場合、携帯回線が圏外になる地域では、国産衛星であるみちびきのCLAS（センチメータ級補強サービス）を活用する方法があります。CLAS対応受信機であれば、衛星から誤差補正情報を直接受信できるため通信圏外でもRTK測位が可能です。例えばレフィクシア社のLRTKデバイスは、スマートフォンに装着する小型RTK受信機で、携帯圏外オプションによりみちびきのCLAS信号を受信できるモデルを提供しています​。このような機器を使えば携帯電波が届かない山間部の現場でも安心してRTK測量を継続できるでしょう。

• 課題3: 機材コストと運用の手間
  従来、RTK測量を行うには高性能なGNSS受信機が2台（基準局・移動局）必要であり、機材費用が高額でした。また基地局の設置や通信設定、バッテリー管理など運用の手間もかかり、中小の事業者にとって導入ハードルが高かったのも事実です。
  解決策: 近年は低コスト・簡易運用を実現するソリューションが続々登場しています。ネットワーク型RTKサービスを利用すれば受信機1台で済みますし、安価なデジタル簡易無線機やインターネット経由のNtripを使った補正受信でランニングコストも抑えられます​。さらに前述のLRTKのように、スマホと一体化して使える超小型のRTK受信機も実用化されています​。LRTKデバイスはアンテナ・バッテリーを内蔵した手のひらサイズの受信機で、iPhoneなどに装着してBluetooth接続するだけでセンチ級測位が行えるため、複雑な配線や据え付け作業も不要です​。専用アプリ上でワンタップ測位や連続ログ取得ができるなど操作性も向上しており、専門知識がなくても扱いやすくなっています。機材コストも従来比で大幅に低減されてきており、小規模な会社でも手が届く価格帯の製品が増えています。これらの新しいツールを活用すれば、RTK導入のハードルは以前より格段に下がっていると言えるでしょう。

• 課題4: 運用上のノウハウと精度管理
  RTK測量では、機械任せにせず人間が精度を管理する姿勢も重要です。例えば基準局の座標を誤って設定すると、全ての測位結果にその誤差が乗ってしまいます。また、測位中も適宜既知点に触れて誤差をチェックしたり、複数回観測して再現性を確認するなどの品質管理が欠かせません。GNSS特有の現象（衛星配置の悪い時間帯や電離層擾乱の影響など）にも注意を払い、必要なら測定を中断・延期する判断も求められます。
  解決策: 機器メーカーや提供企業が開催する講習会に参加したり、社内で運用マニュアルを整備するなどして測量計画・精度管理のノウハウを蓄積していきましょう。国土地理院が策定した作業規程やマニュアル類も参考になります。幸い、最近のRTKシステムは測位状態（FIX/Float）を常時表示したり、警告アラームで精度低下を知らせてくれる機能が充実しています。基準局座標についても電子基準点との接続で自動補正するサービスが登場しており、人為ミスを減らす仕組みも整ってきました。利用者側も機器任せにせずダブルチェックを心がけることで、RTKの強みを十分に引き出せるでしょう。

以上、RTKの基礎から実務への活用まで幅広く解説しました。RTKは土木測量に革命をもたらす技術であり、高精度測位を味方につけることで建設現場の生産性は飛躍的に向上します。