RTK測位のしくみ：固定局と移動局で実現する高精度

RTK測位とは？GNSS単独測位との違い

 

RTK測位とは、リアルタイムキネマティック測位とも呼ばれ、基準局と移動局の2つのGNSS受信機を利用して衛星測位の誤差をリアルタイムに補正する技術です​。

基準局（後述）を地上の既知座標点に設置し、移動局（ローバー）と同時にGNSS衛星信号を観測します。両受信機で共通に含まれる誤差成分（例えば電離層・対流圏による信号遅延や衛星軌道誤差など）を基準局側で算出し、その誤差補正情報を移動局に送信することで、移動局側では測位結果から誤差を差し引いて高精度な位置を求めます​。

これにより、単独測位では数メートルあった誤差が数センチメートルまで縮小されます​。

言い換えれば、RTKはリアルタイムの差分測位です。通常のGNSS単独測位（スタンドアロン測位）では、衛星信号が大気中を伝播する際の遅延や乱れによって避けられない誤差が生じ、位置精度は数メートル程度に留まります​。

一方、RTK測位では基準局との相対測位によりこうした誤差要因を打ち消し、高い精度を達成します。RTKは高精度なGNSS測位を実現する技術として、測量・土木施工・農業・インフラ点検・自動運転など幅広い分野で利用が進んでいます​。

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GNSS単独測位とRTK測位の比較

単独測位では1台の受信機で完結しますが、誤差補正が行えないため精度は限定的です。RTK測位では2台体制になりますが、その分だけ精度向上が得られるという違いがあります。

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基準局（固定局）と移動局（ローバー）の役割

RTK測位の核となるのが**基準局（Base Station）と移動局（Rover）**の2つの受信機です​。基準局は文字通り基準となる局で、あらかじめ正確な位置座標が分かっている地点に設置されます。移動局（ローバー）は測位対象となる移動体側の受信機で、現場を自由に移動しながら測位を行います。

基準局は自分自身の正確な座標を知っているため、実際に受信したGNSS信号から得られる測位結果とのズレ（誤差）をリアルタイムに計算できます。その誤差情報（補正量）を無線などで送信することで、移動局は自分が受信したGNSS信号に含まれる誤差成分を補正し、高精度な位置を算出できます​。

例えば大気や衛星時計の誤差など、広域に共通する誤差は基準局と移動局でほぼ同じ影響を受けるため、基準局で計算した補正量を適用することで移動局側の測位誤差を大幅に低減できるわけです​。

これにより、測位精度がメートル級からセンチメートル級に向上します​。

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図: RTKにおける基準局（Base）と移動局（Rover）の概念図。 基準局は既知の座標位置に固定設置され、移動局（ローバー）は測位したい場所を持ち回りながらGNSS観測を行います。基準局から移動局へはリアルタイムで補正データが送信され（図中の青線）、移動局側で自位置の計算に反映されます。このように2局間でデータをやり取りすることで高精度な相対測位が可能になります。

なお、1つの基準局に対して複数の移動局を同時に運用することも可能です。基準局が発信する補正情報を共有すれば、同じエリア内であれば複数のローバーが各々高精度測位を行えます​。

例えば大規模な土木現場で、1台の基準局を据え置きし、複数の作業員が各自ローバー受信機を持って測量作業を行う、といった運用もできます。

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データ通信と補正の流れ（リアルタイム誤差補正）

 

RTK測位における補正データの通信は極めて重要です。基準局で算出された誤差情報を如何に速やかに移動局へ届けるかによって、リアルタイムかつ高精度な測位が実現します。その流れを順を追って説明します。

まず、基準局では自分の位置の既知座標とGNSSで観測した測位データを比較し、各衛星に対する擬似距離の誤差や搬送波位相のずれを計算します。これらの補正情報（差分データ）は一般にRTCMという標準フォーマットにまとめられ、逐次移動局に送信されます​

。RTCMはRTK測位で広く用いられるデータ形式で、リアルタイムに適用可能な誤差補正メッセージを含みます。

補正データの伝送手段として代表的なのがUHF無線です。多くの測量用GNSS受信機にはUHF帯の特定小電力無線モデムが内蔵されており、この無線通信を介して基準局→移動局間でリアルタイムにデータをやり取りします​。UHF帯は見通しの良い環境で約数キロ〜20km程度の通信範囲があり、現場でインターネット環境が無くても独立して運用できる点がメリットです​。

各国でRTK用に割り当てられた周波数帯を利用することで安定した通信が可能になっています​。

一方、近年はインターネットを利用したネットワーク型RTKも普及しています。NTRIP（Networked Transport of RTCM via Internet Protocol）と呼ばれるプロトコルを使い、携帯通信網経由で補正データを配信する仕組みです​。

移動局側に通信機能（例: スマートフォンのテザリングや内蔵SIM）があれば、インターネット経由で地域の基準局ネットワーク（電子基準点）から補正情報を取得できます。日本国内には国土地理院の電子基準点（約1,300局）や民間事業者による基準局ネットワーク（例：ソフトバンクの「みちびき補強信号 Ichimill」基準点約3,300局）​

が整備されており、利用者自身が基準局を設置しなくても高精度なRTK測位が可能な環境が整いつつあります​。これにより、都市部など通信圏内では移動局単体と通信端末だけでRTK測位が行えるようになっています。

 

移動局（左）は携帯通信網を通じてNTRIPサーバーから補正データを取得し、自身の測位演算に適用します。現場が携帯電波の圏内であれば、このようにインフラ基準局からの補正を受け取って高精度測位を実現できます。逆に言えば、通信が途切れるとRTKの補正も受け取れなくなるため、山間部など通信環境によっては従来通り専用無線による基準局運用が有効です。

以上がRTK測位におけるデータ通信と補正の流れです。まとめると、基準局で算出→通信リンク→移動局で適用というリアルタイムループにより、常に最新の誤差補正を反映した測位が行われます。これによって移動局は動的に位置を測定しながらも常にセンチメートル級の精度を維持できるのです​

 

LRTKによるRTK測位の進化（小型・ワイヤレス・スマホ連携）

近年、RTK測位システムは技術の進歩に伴い大きく様変わりしつつあります。従来は据え置き型の大きなGNSS受信機や専用コントローラー、アンテナを用いるイメージが強かったRTKですが、最新のソリューションではそのハードルが大幅に下がっています。その代表例がLRTKと呼ばれる超小型のRTK測位システムです。

LRTK（エルアールティーケー）は、ポケットに収まるサイズのワイヤレスRTK-GNSS受信機で、スマートフォンやタブレットと連携して使用する革新的なデバイスです。​

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東京工業大学発のスタートアップ企業であるレフィクシア社が開発した「LRTK Phone」は、iPhoneやiPadに装着して使える小型受信機で、これ一台でセンチメートル級の精度を持つ万能測量機に早変わりします​。

重量はわずか125g、厚さ13mmほどの薄型ながらバッテリーを内蔵し、専用アプリと組み合わせて測位や点群計測、墨出し（位置出し）、さらにはAR（拡張現実）による合成表示まで可能にしています​。従来の据え置き型RTK機器とは異なり、現場を歩き回りながらスマホ片手に高精度測位が行えるため、現場実務者にとって大きなメリットとなっています。

ロック機構で着脱可能なアタッチメント型になっており、ポケットサイズで常時持ち歩ける手軽さが特長です​。

スマホと接続したLRTKは、スマホの通信を通じてネットワーク型RTKの補正情報を取得したり、取得データをクラウド送信したりできます。現場では専用のポールや一脚（オプション）に取り付けて測量用GNSSアンテナさながらに使用することも可能で、得られた位置情報は即座にクラウド共有できるためチーム内でのデータ活用もスムーズです​。

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LRTKの強みは、その手軽さと汎用性にあります。スマホ連携により直感的なアプリ操作が可能で、専門的な知識がなくても扱いやすい設計です。従来、高精度測位には測量士など専門技術者のサポートが必要でしたが、LRTKであれば施工管理者や作業員一人ひとりが自前の高精度測位ツールを持つことができ、「1人1台」で現場の生産性を大幅向上させられるポテンシャルがあります​。価格も従来の測量機器に比べて非常にリーズナブルとされており​、中小規模の土木業者や建設会社でも導入しやすくなっています。

 

技術面でも、LRTKは最新のマルチGNSS・マルチ周波数受信に対応しており、都市部での測位精度確保や高層建築物周辺でのローバー運用にも威力を発揮します。スマートフォンのカメラやセンサーと組み合わせることで、現場で取得した点群データに高精度な位置情報タグを付与したり、設計図や3Dモデルを実空間にAR表示して照合するといった高度な応用も現実のものとなっています。まさにRTK測位の進化系デバイスと言えるでしょう。

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RTKの活用事例（土木測量・インフラ管理など）

それでは、RTKおよび最新のLRTKデバイスが現場でどのように活用できるか、具体的なシナリオをいくつか紹介します。

• 土木測量・設計施工: 土木工事の現場では、基準点の測量や用地の高低差測定、構造物の位置出し（墨出し）など、高精度な位置合わせが必要な場面が数多くあります。RTK測位を使えば、従来はトータルステーションで複数人がかりで行っていた杭打ちや基準出し作業も、1人で迅速に行うことができます。例えば、LRTKを装着したスマホを持った作業員が現場を歩き、設計図上のポイントに立てば、その場で「ここを掘削」や「ここに柱設置」といった指示位置をセンチメートル単位でマーキングできます。AR機能を使えば、スマホ画面を通して地下埋設物の位置や設計モデルを重ねて表示し、掘削時のヒヤリハットを防ぐことも可能です。これにより施工精度が上がり、手戻りややり直しの削減につながります。

• インフラ点検・維持管理: 高速道路や鉄道などのインフラ設備の点検業務においても、RTK測位は強力なツールです。例えば鉄道会社（JR）では、線路の歪みや沈下をモニタリングする際に、あらかじめ設置した基準局と移動局付き測定台車を使ってレールの高さ・位置を精密に測定できます。高速道路でも、路面の損傷箇所や橋梁の変位を記録する際に、RTK対応のGNSS機器で測地点の正確な座標を取得すれば、経年変化を定量的に把握できます。LRTKのようなコンパクトデバイスであれば、点検スタッフが車両から降りて手軽に測位でき、そのデータを即座にクラウド共有して本社で解析するといったリアルタイム連携も可能になります。これにより、インフラ維持管理のPDCAサイクルを迅速化し、異常の早期発見・対応に貢献します。

• 建設現場のDX（デジタルトランスフォーメーション）: 建設業界では「ICT施工」や「現場DX」がキーワードとなっており、RTKはその中核技術の一つです。重機のマシンガイダンス・マシンコントロールでは、基準局からのRTK補正でブルドーザーやショベルの位置をリアルタイムに補正し、精密な造成や整地が自動で行われています。また、現場監督者がLRTK搭載のタブレットを持ち歩き、施工中の構造物を3Dモデルと照合したり、出来形をその場で測定してクラウドの施工管理システムにアップロードしたりといった活用も考えられます。これらにより現場の効率化・省人化と品質確保を両立し、生産性向上に直結しています。

• その他の応用: RTKの応用範囲はさらに広がっています。農業分野ではトラクターの自動走行や施肥の最適化にRTKが使われ、数センチの誤差でまっすぐ耕すことができます。ドローン空撮ではRTK搭載ドローン（例：Phantom 4 RTKなど）により、空中写真から作成する地形図の位置精度を向上させ、少ない地上基準点で効率的に測量ができます。災害現場のマッピングでも、携行型のRTK機器で被災状況を迅速に測定・共有する取り組みが行われています。LRTKのように扱いやすいデバイスが普及すれば、これまで高精度測位の恩恵を受けてこなかった現場にも技術が浸透し、様々な創意工夫による新しい活用事例が今後ますます生まれてくるでしょう。