詫間キャンパス RTK 基準局の設置と公開
小野安季良*

宮内 大輝＊＊

Setting and Open of Takuma Campus RTK Base Station
Akira ONO and Taiki MIYAUCHIAbstract
RTK (Real Time Kinematic) positioning is a satellite navigation technique used to enhance
the precision of positioning obtained from GNSS such as GPS, GLONASS, Galileo, andBeiDou. RTK can establish centimeter-level positioning. In this paper, we located GNSS
antenna for Takuma campus base station on the rooftop of the departmental building 1.
Latitude and longitude of the station were determined by changing elevation angle and SNRthat are used in RTK operation. We report that Takuma campus RTK base station was opened.

Keywords : RTK, GNSS, base station

1. 緒 言一方，平成 30 年 11 月に正式運用が開始された準天GNSS (Global Navigation Satellite System) は，全地球頂衛星システム「みちびき」からの GPS 補完信号と補航法衛星システムで，GPS（米国），Galileo（欧州），強信号を受信すれば，好条件下において水平方向で静GLONASS（ロシア），BeiDou（中国），そして日本の準止 6cm，動態 12cm の測位精度が得られるという報告

天頂衛星システム「みちびき」QZSS などの総称であがある 5)。
「みちびき」は，その軌道が日本の真上を通る。

過する軌道であるため，常に３機以上が日本上空からカーナビに代表される衛星を用いた位置測位は，さ見え，山岳地帯やビルに囲まれた都市部でも高精度のまざまな分野で応用されている。例えば，建設工事 ，測位が可能である。今後，GPS 衛星と「みちびき」を公共測量 ，災害調査やロボット制御 などの分野で併用して測位することで，1m 以下の精度が期待されある。ている。

1)

2)

3)

測位点で，GPS 衛星からの受信信号のみを用いる一

ところで，現在，高精度衛星測位の代表的なものと般的な GPS 測位（GPS 単独測位という）は，精度が数して，RTK (Real Time Kinematic) 測位がある 6)。これm である。その原因は，測位点から GPS 衛星までの距は，移動局での測位に，他の基準局で受信する衛星デ離が遠いため，宇宙空間や大気圏内で発生するさまざータを用いる相対測位の１種で，緯度と経度が正確にまな物理現象によって，電波の到達時間に揺らぎが発判明している基準局のデータを利用すれば，1cm 単位生するからである。高精度測位を必要とする自動運転での正確な測位が可能となるものである。測位したい車両の分野の研究では，衛星測位に加えてカメラによ移動局とある程度，近距離にある基準局の双方で，共る画像解析，レーダーなどによる情報とダイナミック通の衛星の電波を受信すれば，GPS 単独測位の誤差要マップを利用して，正確な位置を推定しながら自動走因である電波の到達時間の揺らぎを除去できるので，行を行なっている 。

精度のよい測位が可能となる。

4)＊

しかし，精度 1cm を達成できるのは，移動局が基準

香川高等専門学校 通信ネットワーク工学科＊＊

局から半径 10km 以内の場合である。また，できるだ香川高等専門学校専攻科 電子情報通信工学専攻

99

独立行政法人国立高等専門学校機構香川高等専門学校研究紀要 10(2019)

け近くの基準局を利用した方が測位精度は高くなる。
RTK による正確な測位は，基準局の正確な設置と運用により成り立ち，１つの街に１つの基準局があれば，日本全国で高精度な RTK 測位が可能となる。
本研究の目的は，詫間キャンパスに誰でも利用できる RTK 基準局（以下，詫間基準局と呼ぶ）を設置し，公開することである。2018 年 10 月現在，基準局掲示
板 7)に登録されている基準局（オープン基準局）は 31

受信点P局しかなく，詫間キャンパスから一番近い基準局でも奈良先端科学技術大学院大学基準局（奈良県生駒市，以下，奈良基準局と呼ぶ）で，その直線距離は約 200kmある。このため，基準局の設置にあたり，計算処理条件を変更しながら詫間基準局の緯度，経度を詳細に算出した 8)。また，基準局として国土地理院の電子基準

図 1 GPS 単独測位の原理

点を用いた場合でも，詫間基準局の緯度，経度を算出した 9,10)。最後に，算出した位置情報で詫間基準局を公を求めることができる。理論的には 3 機の衛星で測位開したので報告する。

できるが，測位精度を高めるため，実用上は電界強度の強い 6 機程度の衛星からの信号を受信する必要がある。

2. 測位の原理
GNSS 衛星数は，表 1 の通りである 。測位計算で
11)

2. 2. RTK 測位の原理

は，受信できる衛星数が多く，それら衛星からの受信電界強度が強いほど高精度測位が可能となる。

RTK 測位は，リアルタイムに 1cm の精度で正確に測位できる技術である。移動局で得られる衛星からの表 1 GNSS 衛星数 (2018 年 3 月時点)
測位衛星システム

位置情報に加えて，図 2 に示すように，公開されてい運用状況

GPS（米国）31 機体制GLONASS（ロシア）24 機体制

Galileo（欧州）14 機体制BeiDou（中国）

15 機体制る基準局で得られる衛星の位置情報を利用し位置補正する。これは，移動局と基準局が，同時に強い電界強度で受信できる衛星からの電波の位相差情報に基づいて行なわれる。また，情報配信には基準局のデータに外部からアクセスできるように，HTTP をベースとした TCP プロトコルである NTRIP (Network Transport of2. 1. 単独測位の原理
GPS のみを用いた単独測位を考える。図 1 に示すよRTCM via Internet Protocol) を用いる。基準局で観測しうに，受信点 P において受信できる 3 機の GPS 衛星た GNSS データは，インターネット回線を通して情報を S1, S2, S3 とし，これら衛星からの電波を受信点 P で配信局である NTRIP Caster に送信される。移動局は，同時に受信する。各 GPS 衛星からの電波の到達時間をこの NTRIP Caster にアクセスし，測位計算に利用するそれぞれ t1, t2, t3 とすれば，それぞれの衛星から受信点測位衛星

P までの距離 r1, r2, r3 は次式で与えられる。
𝑟𝑟𝑖𝑖 = 𝑐𝑐 ∙ 𝑡𝑡𝑖𝑖

(𝑖𝑖 = 1,2,3)(1)

ここで，c は電波の速度である。また，各 GPS 衛星の移動局基準局

座標（位置）をそれぞれ S1(x1, y1, z1), S2(x2, y2, z2),およびS3(x3, y3, z3)とし，求めるべき受信点 P の座標を(x0, y0,z0)とすれば，それぞれの距離は次式となる。

インターネット
インターネット

𝑟𝑟𝑖𝑖 = �(𝑥𝑥0 − 𝑥𝑥𝑖𝑖 )2 + (𝑦𝑦0 − 𝑦𝑦𝑖𝑖 )2 + (𝑧𝑧0 − 𝑧𝑧𝑖𝑖 )2(𝑖𝑖 = 1,2,3)
(2)

情報配信局
（NTRIP Caster）

式(2)より，３元連立方程式を解けば，未知数(x0, y0, z0)

図 2 RTK 測位の原理

100小野安季良 他 : 詫間キャンパスRTK基準局の設置と公開基準局の必要な衛星データを取得して位置補正する。

較の大まかな目安とするため，GPS 衛星のみを用い，を用いる。測位精

仰角マスクを15°，SNR マスク40dB として測定した。

RTK の測位計算には，RTKLIB

12,13)

度数 cm を保障する Fix 解を得るまでに，Float 解と呼3.2. 基準局を利用した RTK 測位

ばれる時間経過とともに Fix 解に収束するまでの途中の解を得る。基準局と移動局との距離が長い場合や，RTK2go に登録された固定基準局は，移動局の単独基準局と移動局で受信状態のよい共通の衛星が少ない測位によるデータの位置補正データを提供する。一般場合は，Fix 解を導出するまでの時間が長くなり，Fixに，基準局が近いほど精度が上がり，RTK-GNSS によ解が得られないこともある。

る測位精度は式(3)で与えられる。
1cm + 2ppm × 𝐷𝐷

3. 実験方法(3)

基準局を開局するには，設置場所における受信電波

ここで，ppm は百万分率，D cm は補正情報を得る基準が強いこと，マルチパスの影響を受けないことが要求局からの距離（基線長）である。例えば，D=10km でされる。そのため，受信アンテナを見晴らしのよい詫

精度 3cm，D=20km で精度 5cm となる。

間キャンパス第１学科棟屋上に設置した（写真 1）。そ実験開始時点で，全国で 31 の RTK 基準局が登録さして，受信データを同軸ケーブルで研究室内に引き込れていた 7)。
このうち，公開されている基準局は23 で，み，GNSS レシーバーで PC に取り込んだ。使用した休止中が 8 である。詫間キャンパスから一番近くにあGNSS アンテナは rTWI-ANT37TM-TNC00（Tallysman

る奈良基準局(表 2)で取得したデータを位置補正デー製）で，GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou および，QZSSタとして用いた。の各衛星に対応している。GNSS モジュールは NEO-

表 2 奈良基準局の緯度・経度

M8P モジュール（ユーブロックス製）で，GPS，緯度

北緯 34.73211595°

GLONASS, BeiDou および，QZSS の各衛星に対応して経度

東経 135.7341747°

楕円体高（m）

191.8914691

いる。

詫間キャンパスに設置した GNSS アンテナおよびGNSS モジュールは，GPS など多くの衛星の電波を受信できるが，高精度な RTK 測位を行なうには，受信状

GNSS アンテナ
GNSS アンテナ

態の良好な衛星のみを用いて測位演算しなければならない。仰角が小さい場合，衛星の信号は，木による減衰で弱くなる。また，ビルなどが立ち並ぶ場所ではマルチパスによる影響が大きくなり，GNSS 受信データ精度が落ちる大きな原因となる。しかし，あまり大きくしすぎると受信できる衛星数が減る。マルチパスや誤差を多く含む恐れのある衛星は，仰角マスクや SNR

写真 1 アンテナ設置場所

マスクでRTKLIB の演算対象から外しておく必要があ

情報配信局である NTRIP Caster には，無償のサービる。実験では，まず，GPS 衛星だけを受信する設定でスである RTK2go (www.rtk2go.com) を利用し，基準局

SNR を 40[dB]と固定し，受信する衛星の仰角のみを変の GNSS データを取得した。

化させて適正な仰角を得た。その後，仰角をその値に新たに公開する詫間基準局の緯度，経度の設定には，固定し，受信する衛星の SNR を変化させて高精度測位できる SNR を求めた。

現在公開されている基準局を利用した設定と国土地理

そして，仰角と SNR を上記で得られた値に固定し，院の電子基準点を用いた設定がある。本研究では，両奈良基準局で受信可能な GPS と BeiDou による RTK者で緯度，経度を取得する。

測位を行なった。

各実験の観測時間は，15 時から翌日 15 時とし，1 秒間隔で 86,400 点の観測データを得た。

3.3. 国土地理院の電子基準点を利用した RTK 測位
国土地理院は，全国に約 20km 間隔で約 1,300 箇所

3.1. 単独測位による位置測定の電子基準点を設置している。電子基準点観測データ

単独測位による位置測定では，RTK 測位との精度比

101

独立行政法人国立高等専門学校機構香川高等専門学校研究紀要 10(2019)

提供サービス 14)から，無償で RTK-GNSS 測位用の補正星の配置を表している。図 3(a)では横軸が受信できて情報を得ることができる。このデータ提供サービスをいる衛星 ID であり，ID 番号 02 など 8 機の衛星からの用いた RTK 測位は，基準局を用いる RTK 測位よりも電波を受信できており，そのうち SNR が 40dB 以上のより正確な位置を求めることができる。電子基準点と衛星が 7 機あることを表している。また，GPS 単独測して詫間キャンパスから一番近くにある三野電子基準位による全測位データを図 4 に示す。測位結果のばら点（香川県三豊市大見小学校）のデータを位置補正デ

つきは，測位精度を表している。ひと目盛りが 1m でータとして用いた。三野電子基準点と詫間キャンパスあるので，GPS 単独測位の測位精度は，緯度方向，経の直線距離は約 7.7km である。電子基準点のデータ提度方向ともに数 m であることがわかる。

供サービスはリアルタイムには利用できないので，詫
間基準局での単独測位日の後日，国土地理院のサイトからその日の三野電子基準点の観測データをダウンロードした。実験日当日の三野電子基準点の緯度・経度を表 3 に示す。
表 3 実験日当日の三野電子基準点の緯度・経度
緯度

北緯 34.217393999°

経度

東経 133.715067120°

楕円体高（m）

52.3963

4. 実験結果

1m

4.1. 単独測位による結果
図 4 GPS 単独測位での測位値の変動（H30.10.5）

図 3(a)は GPS 単独測位実験時のある時刻におけるGPS 衛星からの SNR を，図 3(b)はそのときの GPS 衛

4.2. GPS 衛星のみを用いたRTK 測位による仰角の設定

SNR(dBHz)50

図 5 は奈良基準局を利用した GPS 衛星のみによる
RTK 測位で，Fix 解が得られた際の測位値の変動を示

400205 06 09

している。図 5(a)～図 5(d)は，SNR を 40dB と固定30し，仰角マスクを変化させた場合の結果である。この20場合，移動局である詫間基準局は，見晴らしのよい屋上に設置しているので，木による減衰や建物のマルチ

12 17 19 23

パスの影響を受けにくく，仰角が小さい場合でも良好な結果が得られている。また，仰角マスクと Fix 率の(a) 受信 GPS の SNR関係を表 4 に示す。表 4 より，仰角マスクが 10°の場合，Fix 率が最も高くなるが，図 5(b)より Fix 解のばらつきが大きくなる。仰角マスクが 15°の場合，10°の場合に比べて Fix 率が若干悪くなるが，図 5(c)よりFix 解のばらつきが小さいので，これ以降の実験では，仰角マスクを 15°と設定する。
表 4 仰角マスクと Fix 率（SNR 40dB）
仰角マスク

5°

10°

15°

20°

Fix 率 [%]

23.935.5

34.825.4(b) 受信 GPS の配置

4.3. GPS 衛星のみを用いた RTK 測位による SNR 設定

図 3 GPS 単独測位

仰角マスクを 15°と固定し，SNR マスクを変化さ102小野安季良 他 : 詫間キャンパスRTK基準局の設置と公開

20cm

20cm

(a) 仰角 5°（H30.10.3 測定）(b) 仰角 10°（H30.9.27 測定）

20cm20cm(c) 仰角 15°（H30.9.25 測定）(d) 仰角 20°（H30.10.1 測定）

図 5 GPS 衛星のみを用いた RTK 測位（仰角の設定）
図 6 と表 5 の結果より，SNR を 40[dB]と設定して以せて奈良基準局を利用した GPS 衛星のみによる RTK降の実験を進める。

測位を行った。
このときの Fix 解を図 6 に示す。
図 6(a)～図 6(c)では一目盛り 20cm で，図 6(d)では一目盛り4.4. 奈良基準局を利用した RTK 測位の結果2m である。また，SNR マスクと Fix 率の関係を表 5 に示す。表 5 より，SNR を高く設定すると受信電界強度

これまでの測位結果より，仰角マスクを 15°，SNRが強い衛星のデータを利用して測位計算が行なわれるマスクを 40[dB]と設定した。また，位置補正に利用しので信頼度が高くなる。しかし，高くしすぎると，図ている奈良基準局では，GPS 衛星と BeiDou 衛星を用6(d)に示すように測位結果が悪くなる。これは，位置いて測位計算しているので，詫間基準局でも同じ衛星補正に利用している奈良基準局と測位している詫間基を利用して測位した。測位時間は，10 月 19 日 15 時か準局の距離がおよそ 200km 離れているので，しきい値

ら 3 日間（72 時間），観測点 259,200 点とした。この実をクリアする共通の衛星数が減ったためである。各局

験での Fix 率は 11.6％であった。全 Fix 解の精度は，で受信している衛星の SNR は時間とともに変動する

緯度方向に45m，経度方向に55mであるが，そのうち，ので，わずかにしきい値を超えて計算に利用している

Fix 解が集中する付近の測位値の変動を図 7 に示す。

衛星の SNR がしきい値を下回るとその衛星が利用で

図 7 において，四角で囲んだ範囲は，全 Fix 解のうちきなくなる。その場合，RTK 測位解法の初期値がリセ中心付近の 94%を取り出したものである。この範囲のットされ，最初から方程式を解き直すことになる。そFix 解は，28,273 点あり，それらの緯度，経度の平均値のため，Fix 解を得たとしてもばらつきの大きい測位を取った結果を表 6 に示す。

結果を得た。
4.5. 国土地理院の電子基準点を利用した RTK 測位

表 5 SNR マスクと Fix 率（仰角 15°）

詫間キャンパスから最も近い三野電子基準点のGPS

SNR マスク[dB]30354045

および QZSS の観測データを位置補正に利用する。こFix 率 [%]

1.3

0.9

34.8

37.8のため，詫間基準局での単独測位でもそれらの衛星デ103

独立行政法人国立高等専門学校機構香川高等専門学校研究紀要 10(2019)20cm20cm(a) SNR 30dB（H30.10.12 測定）(b) SNR 35dB（H30.10.15 測定）

20cm

2m(c) SNR 40dB（H30.9.25 測定）(d) SNR 45dB（H30.10.17 測定）

図 6 GPS 衛星のみを用いた RTK 測位（SNR の設定）
ータを受信した。単独測位日の後日，国土地理院のサ点の地殻変動を考慮した F3 解である。そして RTKLIB

イトからその日の三野電子基準点の観測データと航法の後処理測位ソフトウェア RTKPOST を用いて，詫間データをダウンロードした。航法データは，電子基準基準局で単独測位した緯度，経度を位置補正した。測定は，平成 30 年 10 月 25 日 15 時から 24 時間行なった。Fix 解が得られた際の全測位値の変動を図 8 に示す。図 8 より Fix 解の精度は緯度方向に約 10cm，経度方向に約 11cm であった。また，この実験での Fix 率は86.6％であった。表 7 は，Fix 解を得たときの測位結果の平均値である。
詫間基準局の奈良基準局を用いた RTK 測位結果
（表6）と三野電子基準点データを用いた RTK 測位結果
（表7）を比較する。
緯度は0.00000008°，距離にして8.8mm，2cm

図 7 奈良基準局を利用した RTK 測位結果
表 6 奈良基準局を利用した RTK 測位により求めた詫間基準局の位置情報
緯度

北緯 34.23431879°

経度

東経 133.6367558°

楕円体高 (m)61.99

図 8 電子基準点データを利用した RTK 測位結果

104

小野安季良 他 : 詫間キャンパスRTK基準局の設置と公開

表 7 電子基準点データを利用した RTK局のデータは，インターネット回線を通して無償で登測位により求めた詫間基準局の位置情報録の必要もなく誰でも利用できる。

北緯 34.23431871°

今後の課題として，詫間基準局を用いて移動体の測

経度

東経 133.6367554°

位を行ない，単独測位と比較することなどが挙げられ楕円体高 (m)62.02

緯度る。また，配信するデータを GNSS データの標準フォーマットである RTCM プロトコルで配信する予定である。

経度は 0.0000004°，距離にして 4.4cm，楕円体高 3.0cmの差がある。奈良基準局と三野電子基準点は，それぞ参考文献

れ詫間キャンパスからの直線距離が約 200km および

1) 武石他，“重機土工におけるネットワーク型 RTK-

約 7.7km である。式(3)を考慮すると，できるだけ近くの基準局（または電子基準点）のデータで位置補正しGPS の有効性検討”，平成 21 年度建設施工と建設機た方がよい。このため，表 7 の結果を詫間基準局の位

械シンポジウム論文集，pp.131-134，2009

置情報とする。

2) 国土地理院 i-Construction，“推進本部事務局公共測量におけるUAV 測量マニュアルと安全基準の概要”，一方で，奈良基準局を利用して RTK 測位して得られた詫間基準局の位置情報は，奈良基準局との距離を考写真測量とリモートセンシング，Vol. 55, No. 3, pp.210-

えると非常に精度よく測定できているといえる。

216, 20163) 神ノ門他，“Dual RTK-GNSS を用いた位置と向きの同時計測システム”，2018 年度精密工学会学術講演会

5. 基準局の公開

講演論文集，pp.305-306, 2018

データ配信用サーバである NTRIP Caster には4) 小山浩，柴田泰秀，“自動走行におけるダイナミッ

RTK2go を用いた。詫間基準局で受信したデータを，使用した GNSS モジュール製作会社である ublox 社のクマップ整備”，システム制御情報学会誌，Vol. 60, No.

データ形式 u-blox でインターネット配信した。配信し11, pp.463-468, 2016

たデータは無償で，登録の必要もなく誰でも利用でき

5) http://qzss.go.jp/technical/system/l6.html (2018.10.10)

る。図 9 は，善意の基準局掲示板 7)の HP の一部であ

6) 土倉他，“都市部における GPS と BeiDou による統る。
研究などで高精度な位置測定を行ないたい場合は，合 RTK 測位に関する研究，信学技報，Vol. 116, No. 199,

この HP の情報を参考に詫間基準局を利用することがpp.23-26, 2016

できる。

7) http://rtk.silentsystem.jp/, (2018.11.27)
8) 宮内大輝，“RTK 測位による詫間キャンパス基準局の位置情報測定”，平成 30 年度専攻科特別研究Ⅰ中間発表会論文集，20189) 宮内大輝，小野安季良，“電子基準点データを利用した RTK 測位による詫間基準局の位置測定”，
第 24 回
高専シンポジウム in Oyama，201910) 宮内大輝，“RTK 測位に利用する基準局による測位精度の比較”，平成 30 年度専攻科特別研究Ⅰ期末発
表会論文集，201911) 内閣府宇宙政策委員会第 68 回会合資料 312) 高須知二，”RTK-GPS 用プログラムライブラリRTKLIB ver. 2.2 の評価および応用”，日本地球惑星科学

図 9 善意の基準局掲示板 HP

連合大会，D107-013(2009)13) http://gpspp.sakura.ne.jp/index.shtml (2018.10.8)

6. 結言14) http://terras.gsi.go.jp/, (2018.10.2)

本研究では，奈良基準局のデータおよび三野電子基準点のデータで RTK 測位を行ない，詫間基準局の位置測定を行なった。公開した位置情報は，電子基準点の地殻変動まで考慮した F3 解である。この詫間基準105