GPS測量とは？基本の仕組みと用途

GPS測量とは、GPS衛星（GNSS衛星）からの電波を用いて自分の位置を測定する方法です​

。一般的なGPS機能（単独測位）では、1台の受信機で上空の4基以上の衛星信号を受信し、それぞれの衛星までの距離を測定して位置座標を算出します​。

この単独測位はGPSカーナビやスマートフォンの地図アプリなどで広く使われており、飛行機・船舶の航行、車のナビ、スマホの現在地表示など様々な用途に活用されています​。

しかし、単独測位によるGPS測量の精度は数メートル程度にとどまります​。衛星の軌道誤差や大気圏（対流圏・電離層）による信号遅延の影響を受けるため、数m～10mほどの誤差が生じてしまうのです​。そのため、より高い精度が要求される土木測量などの分野には単独測位のままでは適していません​。

例えば地図作成や境界測定など精度が重要な作業には、通常のGPS単独測位では誤差が大きすぎて対応できず、高精度な測位手法が求められます​。

要約すると、GPS測量（単独測位）は仕組みがシンプルで手軽な反面、精度が数メートルと粗く、土木現場のような高精度を要する用途にはそのままでは使いづらいという特徴があります​。そこで登場したのが、次に述べるRTK測量などの高精度測位技術です。

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RTK測量とは？高精度測位の仕組み

RTK測量とは「Real Time Kinematic（リアルタイムキネマティック）」の略で、日本語ではリアルタイム動的測位とも呼ばれる高精度測位手法の一つです​。RTKは相対測位に分類され、既知の位置を持つ固定局（基準局）と移動しながら測位する移動局（ローバー局）の2台のGNSS受信機を使用します​。両受信機が同時に4つ以上の同じ衛星から信号を受信し、基準局と移動局間でデータを通信し合うことで測定誤差を補正し、高精度な位置を算出する仕組みです​。単独測位で影響していた衛星軌道誤差や大気圏の影響などが相対測位では相殺されるため、測位精度が飛躍的に向上します​。

RTK測量の精度は誤差数センチメートル以内に収まるのが最大の特徴です​。多少の誤差は残るものの、単独測位の数メートル誤差と比べて格段に小さく、ほぼ数センチの範囲に誤差を抑えられます​。

この高精度をリアルタイムで得られるRTK測位は、農業機械の自動走行、建設機械のマシンガイダンス、ドローンの自律飛行などより正確な位置情報が必要な分野で活用が広がっています​。

例えば建設業界では、重機の位置制御や出来形管理にRTKが使われ始めており、ドローンによる自動航行でもRTKを導入することで飛行ルートのズレを防ぎ安全性を高めることができます​。

まとめると、RTK測量は基準局＋移動局の2点間測位によりリアルタイムでセンチメートル級の高精度を実現する手法です。これによって、従来のGPS測量では対応できなかった高精度測位のニーズに応え、土木測量をはじめ様々な分野で利活用が進んでいます。

RTK測量は初期導入にコストや手間がかかるものの、リアルタイムでセンチ精度を得られるため測量作業の生産性と結果の信頼性が飛躍的に向上します​。

昨今では国土地理院の電子基準点や民間の補正情報配信サービス（例：VRSや衛星補強）を利用して、基準局を自前で置かずにRTK測量を行うことも可能になりつつあり​、コストや運用のハードルも下がってきています​。

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土木測量におけるRTKの重要性（精度向上・業務効率化・施工管理）

高精度なRTK測量は、土木・建設分野においてますます重要性を増しています​。その理由の一つは、インフラ施工や維持管理で要求される位置精度の高さです。道路の線形や橋梁の設置位置、トンネルの掘削方向など、数センチのズレも許されない場面が土木には多く存在します。RTKを用いれば、基準点から離れた現場でも国家座標に合致した精度の高い測量ができ、設計図どおりの施工や出来形管理を確実に行えます。例えば鉄道軌道の歪み測定や道路の沈下モニタリングでは、RTKによる定点観測で経時変化を数センチの精度で把握できます​。このようにインフラの維持管理でもRTKの高精度は欠かせないものとなっています。

また、RTK測量は土木測量の作業効率を大幅に向上させます。従来、地形測量や出来形確認にはトータルステーションを据えて複数人で作業したり、水準測量で高低差をつないだりと手間がかかりました。RTK-GNSS測量なら測量機を担いで移動するだけで次々と点の三次元座標を取得でき、広範囲の測量を短時間で完了できます​。

特に上空視界の開けた造成現場や長大な構造物の測量では、RTKを使うことで機動力が増し人員削減や工期短縮につながります。国土交通省も、現場の生産性向上のためにICT施工（i-Construction）の一環としてRTK-GNSSの活用を推奨しています​。

例えば、スマートフォンやタブレットのLiDAR（光検出と測距）機能とRTK測量用GNSS受信機を組み合わせれば、高価なレーザースキャナーを使わずに高精度な3次元測量を実現できることが報告されており、実際に国交省もその手法をガイドラインで推奨しています​。

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さらに、RTKは施工管理や品質管理の精度向上にも寄与します。RTK搭載の重機を用いればオペレーターが座標を見ながら掘削・盛土作業を行えるため、設計面からのズレを最小限に抑えた施工が可能です。出来形管理でも、完成した構造物の要所をRTKで測定して設計値と比較することで、短時間で出来形検査を終えられます。近年ではRTK対応ドローンにより工事現場の出来形を上空から撮影・点群化し、土量計算や検査に用いる事例も増えています。高精度なRTKによって取得した測量データは信頼性が高く、そのままBIM/CIM（建設情報モデル）やGISデータに統合して活用することも容易になります。以上のように、土木の測量・施工現場においてRTK測量は精度と効率を両立する不可欠な技術となってきています​。

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最新RTK技術「LRTK」を使った測量の革新

RTK測量の重要性が高まる中、近年登場した最新のRTK技術「LRTK」が注目を集めています。LRTK（エルアールティーケー）は東京工業大学発のスタートアップ企業・レフィクシア株式会社が開発した小型のRTK-GNSS受信機デバイスで、スマートフォンやタブレットと連携して使用できる製品シリーズです​。

従来は数百万円規模の測量機器が必要だったセンチメートル級測位を、スマホに取り付けるコンパクトな端末で実現できるようにした革新的な技術です。例えば「LRTK Phone 4C」と呼ばれるモデルは、アンテナとバッテリーを内蔵した重さ数百グラム程度のデバイスをiPhoneに装着するだけで利用できます​。この端末を用いることで、通常は最大10m程度であったスマホGPSの測位精度が数cm程度まで高まります​。実際にLRTKを装着したスマホを三脚に据え付ければ、その場がRTK-GNSS測量機に早変わりし、手軽にセンチメートル級の定点観測が行えるのです​。

 

LRTKデバイスを装着したスマートフォンで現場の写真測量を行っている様子。専用アプリ上に緯度・経度・標高やRTKの固定解(Fix)であることが表示されており、その場でセンチメートル精度の位置情報つき写真を記録できます​。

LRTKの登場によって、1人の技術者がスマホ片手に高精度測量を行うことも可能になりました。従来型のRTK測量機は受信機や無線機、バッテリーを三脚に据え付けて持ち運ぶ必要がありましたが、LRTKならデバイスをスマホに装着しBluetoothで接続するだけで煩雑なケーブル類も不要です​。この手軽さは現場での測量作業の敷居を下げ、必要なときにすぐ高精度測位を活用できる環境を作り出します。加えてLRTKは最新のGNSSテクノロジーを搭載しており、複数周波数による測位でマルチパス（電波の反射）や電離層誤差に強く、安定して固定解を得やすい工夫がされています（※）​。

その結果、測位環境が多少悪い場所でも高い測位率を維持でき、従来機では難しかった状況下での測量も可能にしています。これはトンネル坑口部や市街地、高架下などGNSS測位が不安定になりがちな土木現場で大きな利点となります。

さらに特筆すべきは、LRTKが通信圏外の現場でも利用可能だという点です。通常のネットワーク型RTK測位では携帯電波を通じて基準局から補正データを受信しますが、山間部やトンネル内など携帯圏外ではRTKが使えない課題がありました。レフィクシア社の最新モデル「LRTK Phone 4C 圏外対応」では、日本の準天頂衛星みちびきが配信するセンチメータ級補強サービス（CLAS）信号を直接受信できるオプションを備えています​。

これにより、携帯通信圏外の山間部や地下空間でも衛星からの補強信号さえ受信できればセンチ精度測位が可能となり、土木・インフラ管理の現場担当者にとって大きな安心材料となります​。

実際、携帯圏外が多い森林測量や山岳トンネル工事などで、LRTKの圏外対応モデルが威力を発揮しています。

LRTKは単に位置を測るだけでなく、取得した高精度データの利活用まで考慮されたソリューションでもあります。専用アプリ「LRTK」はリアルタイムに測位点を地図上に表示したり、1秒間に最大10点の頻度で移動軌跡をログ記録することができます​。

また、スマホで撮影した写真にRTKで得た高精度な位置座標と方位情報をタグ付けし、その写真を地図上の撮影地点に配置して一覧することも可能です​。

クラウドサービス「LRTK クラウド」と連携すれば、現場で撮影・記録した点群データや写真を即座にクラウドにアップロードして関係者と共有することもできます​。これにより、例えば災害直後の被災地の状況を現地で測量・撮影し、そのデータをクラウド経由で本社や関係機関と即時共有するといったことが容易に実現します。

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このように最新RTK技術であるLRTKは、土木測量の現場に大きな革新をもたらしています。高精度測位の携帯性・即時性・汎用性が飛躍的に高まったことで、これまで専門の測量士や高額機材に頼っていた作業を現場技術者自らが手軽に行えるようになりました。LRTKは既に建設会社や測量会社、インフラ管理者の間で静かなブームとなっており​、「1人1台のRTK測量機」の時代を切り開いていると言えるでしょう。