特集 技術研究開発の最前線

電子基準点のGNSS 対応について
国土交通省 国土地理院 測地観測センター
衛星測地課長つじひろみち辻 宏道

た。その後，電子基準点の増設，解析システムの1.

統合・改良が行なわれ，平成25年現在，約1,300はじめに点で観測が行なわれている（図― 1 ）。この間，地震や火山噴火に伴う地殻変動を検出し，防災情

国土地理院では，全国約1,300カ所に設置した報として活用されるとともに，「揺れない地震」「電子基準点」と呼ばれる施設で測位衛星の連続であるスロースリップ現象の発見等，学術的にも観測を行ない，基本測量や地殻変動観測に活用す貢献している。

るとともに，観測データや解析結果を公開し，衛

平成14年の改正測量法の施行により，わが国で星を利用して行なわれる公共測量や高精度測位サも世界測地系が採用され，電子基準点が公共測量ービスを支援している。平成25年からは従来のに利用できるようになった。ホームページで公開

GPS衛星に加え，準天頂衛星およびGLONASS衛星のデータ提供を開始し，わが国でもいよいよ本格的なGNSS時代が始まった。
GNSSと はGlobal Navigation Satellite Systemの略で，GPSやGLONASSなどの各国の衛星測位システムを総称する用語である。本稿では，電子基準点のGNSS対応の背景や経緯，効果について述べる。

2.

インフラとしての電子基準点

電子基準点の整備は平成 5 年に始まり，平成 6年には約200点から構成される初期の観測網の運用が開始された。電子基準点の位置の変化から得られる地殻変動情報は，平成 7 年の兵庫県南部地震をはじめとする地震のメカニズム解明に貢献し

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建設マネジメント技術

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図― 1

電子基準点の配置図

技術研究開発の最前線 特集

される30秒ごとの観測データは，GPS測量に不可欠なデータとして利用されている。
また 1 秒ごとのリアルタイムデータも民間に開放され，位置情報サービス事業者がネットワーク型RTK測位等のサービスを行なっている。この方式は，後述のとおり，利用者（移動局）のcm級の位置を，移動局で取得したGPSデータと周辺の電子基準点データから計算した補正情報とを用いてリアルタイムで決定するもので，公共測量や工事測量，土地登記等に活用されている。
GPSデータは，衛星と受信機の間に存在する大気の影響を受けるため，逆に大気中図― 2

ネットワーク型RTK測位の仕組みの水蒸気量の分析にも役立つ。このような「GPS気象学」の研究成果を生かし，気象従来のGPSに加え，これらのGNSSを利用する

庁は平成21年10月から電子基準点データから求めと，同時に観測できる衛星数が増えるため，ビルた水蒸気量の天気予報業務への利用を開始した。

や樹木等の障害物によって衛星信号が受信しにく

ま た，GPSのL 1 （1,575.42MHz） お よ びL 2い都市部や山間部でも測量できる場所が広がる。

（1,227.60MHz）信号を組み合わせると電離層のまた新たな周波数帯L 5 （1,176.45MHz）の信号状態を調べることもできるので，電離層研究のツが増えるので，より短い時間での測量が可能となールとしても活用されている。

ることも期待される。このため利用者からは電子

このように電子基準点は，わが国の測量，地殻変動観測，位置情報サービス，天気予報，学術研究等を支えるインフラとして不可欠なものとなっている。

基準点でも早くGPS以外のGNSSにも対応してほしい，との要望が寄せられていた。
特に要望が高かったのは，cm級の測位をリアルタイムで行なうRTK（Real-Time Kinematic）測位の分野である。RTKには，①利用者が現場

3.

GNSSへの期待に自分で基準局を置き，そこから移動局にデータを無線伝送する方式と，②周辺の電子基準点デー
タから生成された補正情報を移動局において携帯

GPSは米国の開発した衛星測位システムだが，旧ソ連は1980年代から米国に追随してGLONASS電話等で受信して測位するネットワーク型RTKがある（図― 2 ）。

を開発してきた。またGPSの成功で衛星測位が社

リアルタイムでcm級の精度を得るためには，会的に重要なインフラであることが認識される同時に観測できる衛星数が 5 機以上必要となる。と，2000年ごろから欧州がGalileoという独自の衛このため，工事現場でブルドーザー等の建設機械星測位システムの開発を始め，これに次いでわがのコントロールやガイダンスを行なう情報化施工

国もGPS補完機能を持つ「準天頂衛星システム」（建設ICT）では，山間部など観測条件が悪い場（QZSS）の開発を開始した。こうした各国の努力所でも困らないよう，GPSとGLONASSを併用すにより，多数の衛星測位システムが利用できるるRTKが先行的に普及していた。もし電子基準GNSS時代の到来が期待されていた。

点でGLONASSが利用できれば，利用者は自分で建設マネジメント技術

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基準局を設置する必要がなくなるというメリット

行なうシステムの開発には一定期間を要するたがある。

め，平成24〜25年度に行なうこととした。
震災復興を支援するため，機器更新が完了した

4.

電子基準点のGNSS対応地域から準天頂衛星およびGLONASSデータの提供を順次行なうこととした。この結果，平成24年7 月から東北地方を中心とする電子基準点187

当初の電子基準点の更新計画では，米国のGPS点，平成25年 4 月から東日本全域を含む541点，近代化計画により現行のGPS受信機ではL 2 信号そして同年 5 月から全国の電子基準点について，が受信できなくなる平成32年までに，全点で次世準天頂衛星およびGLONASSデータの提供を開始

代GPSに対応した受信機を導入することを目標とし，予定どおり電子基準点の高度化が進んだ。

した。平成20年度補正予算と平成21年度予算によ

平成25年 4 月の時点で，電子基準点で利用してり，老朽化した受信機（450点）の更新が可能といる受信機種はTrimble NetR 9 とTopcon NET―なり，その後は毎年80点の更新を10年間継続し，G 3 である。いずれの受信機も，近代化GPS（L 2 C

平成31年までに全点でGNSS対応を完了させる長含 む ）， 準 天 頂 衛 星（L 2 C，L 5 含 む ），期計画であった。GPS近代化で追加されるL 5 信

GLONASS，Galileoの信号に対応している。

号の受信にはアンテナ更新も必要だったが，その更新時期は未定であった。
平成22年 9 月にはわが国の準天頂衛星初号機

5.

電子基準点のデータ「みちびき」が無事打ち上げられ，またロシアのGLONASSも衛星配備が完了し，利用者ニーズが平成25年 4 月 1 日から施行された公共測量の確認された。このため電子基準点では，近代化「作業規程の準則」では，GLONASSや準天頂衛GPS，Galileoに加え，準天頂衛星，GLONASSに星をGPSと併用する方式が可能である。これらのついても対応することとしたが，全点でGNSS対公共測量に使用できる電子基準点の観測データ応できるのは，やはり平成31年の予定であった。

は，国土地理院ホームページからダウンロードでしかし，平成23年東北地方太平洋沖地震の発生きる（http : //terras.gsi.go.jp/ja/index.html）。

は，この状況を一変させた。M9.0という未曾有さまざまな利用者を想定し，①GPSのみ，②GPSの巨大地震がもたらした地殻変動を電子基準点はおよびGLONASS，③GPS，GLONASSおよび準詳細に記録し，防災や地震調査，測量成果の改定

天頂衛星という 3 種類のデータファイルを提供し等に貢献した。携帯電話網による通信の二重化やている。いずれも30秒ごとの観測データと放送暦

無停電装置の強化により，東北地方の電子基準点（衛星から送信されている衛星の位置情報）を標

網の運用停止は発災直後に限られたが，それでも準フォーマット（RINEX）に収納したものであ

停電や通信遮断により地震前後の貴重なデータのる。

一部が失われる事態となった。

以 上 のRINEXデ ー タ は 一 般 の 測 量 用 で あ る

このため，東日本大震災で被害を受けた電子基が，情報化施工等に利用される 1 秒ごとのリアル準点を復旧するとともに，防災上重要な地殻変動タイムデータは，配信機関を通して各民間事業者観測を継続的に実施するため，平成23年度補正予に 配 信 し て い る。 各 電 子 基 準 点 と の 通 信 は，算により電子基準点の受信機・アンテナの更新等

64kbpsのIP―VPN（広域IP網を経由する仮想私設が認められた。この結果，ほぼ全ての電子基準点通信網）を利用しているが，GPSの観測データ量の機器更新が平成24年度末までに実施できること

は 3 kbps以 下 で あ り， こ れ に 準 天 頂 衛 星 やになった。ただし，GNSSデータの収集・配信をGLONASSを加えても 7 kbps程度なので問題ない

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技術研究開発の最前線 特集と当初考えていた。しかしGNSSの試験配信を進は重要な品質項目となる。平成25年度に，全国のめるにつれ，リアルタイムデータの遅延時間の増

電子基準点データが集まるデータセンター内の通加が問題となった。GPSだけだと遅延時間は0.3

信サーバーや回線を増強しており，より信頼性の秒程度であったが，GNSS対応によりデータ量が高いリアルタイムデータの提供が可能となってい増えると， 1 秒を超える遅延が生じる観測点も発る。

生するに至った。このためデータ伝送の経路を点検し，通信サーバーの転送プログラムを修正する等の対策を施した結果，平均的な遅延時間は0.2

6.

GNSS対応の効果〜0.3秒程度となり，平成25年 5 月までに全点でGPSに準天頂衛星やGLONASSを併用した場合の配信が可能となった。
電子基準点のリアルタイムデータは，今後ネットワーク型RTK―GNSSだけでなく，実用準天頂の測量の精度について，電子基準点等のデータを用いて簡単な分析を行なってみた。

衛星システムから配信される測位用補強信号の生

まず平成24年 9 月20日に取得した東北地方の電成にも利用される予定であり，データの遅延時間

子基準点データと放送暦を用いて，10〜30kmのGPS（標準偏差［mm］EW7.2，NS9.0，UD23.6）

GPS＋GLONASS（標準偏差［mm］EW6.5，NS7.2，UD18.4）

衛星数（ 6 〜 9 ）衛星数（10〜18）

図― 3

電子基準点間（小野田〜色麻，距離11km）のキネマティック基線解析の時系
列（ 1 日分）左：GPSだけ。右：GLONASSを併用。最低仰角は15°図－ 4電子基準点間（小野田〜色麻，距離11km）のキネマティック基線解析の時系
列（ 1 日分）左：GPSだけ。右：準天頂衛星を併用。最低仰角は30°

建設マネジメント技術

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表― 1

電子基準点間のキネマティック基線解析の結果。平成24年 9 月20日に東北地方の16基線で求めた各成分の標準偏差の平均。最低仰角は15°ではないが，解析に用いる衛星の最低仰角を上げる，つまり観測条件を悪くするにつれ，併用の効果は大きくなった（図― 4 ）。
さらに準天頂衛星の併用効果について，平成24GPS＋

GPS＋GLONASS

準天頂衛星

年11月26日に長距離GNSS比較基線場で取得した

7.7mm

8.6mm

観測データおよび平成25年 5 月10日に取得した電12.2mm

8.7mm

11.4mm

30.3mm

25.7mm

31.2mm子基準点データを用いて行なった。解析ソフトウ

基線成分

GPSだけ

東西8.6mm南北
上下

ェアには，RTKLIB ver.2.4.1をベースに国土地理同一機種間の基線16本について，東京海洋大学の院で改良を加えたGSILIBプロトタイプを利用し高 須 氏 が 開 発 し た 解 析 ソ フ ト ウ ェ アRTKLIBた。

ver.2.4.1を用いて，30秒間隔のキネマティック解図― 5 は，比較基線場（距離11km）において析を行なった。GLONASSを併用した場合，GPS異機種間で 3 時間分のキネマティック解析を行なだけに比べ座標値の 1 日分の標準偏差は 1 〜 3 割った事例である。表― 2 は，稚内，秋田，つく減少した（表― 1 ）。これは衛星数の少ない時間

ば，大阪，高知周辺の電子基準点（同一機種）間帯における測位のばらつきが改善されることの効の36基線（10〜70km）において，キネマティッ

果と考えられる（図― 3 ）。準天頂衛星の併用効

ク基線解析を行なった際の標準偏差を示したもの

果は，衛星数が一つしかないため，それほど顕著である。

図― 532

建設マネジメント技術

比較基線場（距離11km）におけるキネマティック基線解析の時系列（ 3 時間分）左：GPSだけ。右：準天頂衛星を併用。上：最低仰角15°。下：最低仰角30°2014 年 8 月号

技術研究開発の最前線 特集

表― 2

電子基準点間のキネマティック基線解析の 結 果。 平 成25年 5 月10日（14：00 〜20：00UT）に全国の36基線で求めた各成分の標準偏差の平均

今後の計画

最低仰角

基線成分
東西

6.8mm

6.7mm

電子基準点の受信機については，現在利用でき15°

南北

8.8mm

9.2mm

上下24.5mm

25.4mmるGNSSへの対応は完了したものの，今後登場す

東西

7.8mm

7.0mm

南北

11.9mm

11.5mm

複数の信号や，近代化GLONASSのCDMA信号等

上下45.6mm

42.5mmについては利用者ニーズをよく調べて検討する必

30°

GPSだけ

7.

GPS＋準天頂衛星

る新たなGNSSへの対応が必要となる。Galileoの準天頂衛星をGPSと併用しても系統的な誤差は要がある。アンテナについてはすでにL 5 帯の周生じないこと，最低仰角を30°に設定した場合波数に対応済みのため，当面更新の必要はない。

は，準天頂衛星の利用により整数値バイアスのフ

データ収集・配信については，平成24 〜 25年

ィックス率が向上したり，上下方向のばらつきが度にかけてマルチGNSSに対応した新たなシステ改善されていることが分かる。観測条件の良い場

ムを開発した。今後，実用準天頂衛星システムの所ではGPSだけでも十分な精度が得られるが，補強データ生成の源泉としても利用できるよう高GNSSの併用により観測条件の悪い場所でも同等い信頼性を確保していく。

以上の精度が確保できることがポイントと考えられる。

データ解析については，まず東日本大震災を契機に津波予測支援のために開発中の電子基準点の平 成24年10月， 試 験 配 信 中 の 電 子 基 準 点

常時リアルタイム解析において，準天頂衛星やGLONASSデータを利用したネットワーク型RTKGLONASSの利用を図る。また，最高精度を追求が，東日本大震災復興のための三陸縦貫自動車道する地殻変動監視のための定常解析についても，の工事現場で，情報化施工に活用され，「GNSS別途進めている国土交通省総合技術開発プロジェ対応の電子基準点のおかげで衛星からの受信制約クトによるマルチGNSS解析技術を活用しつつ，も大幅に改善された」と評価された。

結果が出るまでの時間短縮を図る。

国土交通省が平成25年 3 月にとりまとめた情報利用できる衛星がGPSだけに限られていた時代化施工推進戦略でも，「電子基準点を利用したネは，受信機・アンテナや解析ソフトウェア，そしットワーク型RTK法による衛星測位技術は，今て中央局のシステムも今から思えば実にシンプル

後GPS衛星以外の測位衛星の併用により，測位可であった。GPS以外のGNSSが増えることで，取能な時間と場所の増大と安定性の向上が期待されり扱うデータの量や種類，それらの組み合わせがている。ネットワーク型RTK法では，施工現場複雑多岐にわたるようになり，利用者側の使いこごとに設置している基準局が不要となるなどのメなしは以前よりも難しくなると思われる。しかしリットがあるため，情報化施工での活用の拡大が100機以上の測位衛星データが利用できるGNSS期待されている技術である」としている。

時代ならではの新たな利用の展開が期待される。
国土地理院は，今後も電子基準点の高度化をはじめ，GNSSを賢く測量や測位に使うことができる環境の整備に努めていく。

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