GPS Network for SuperKEKB Main Ring
Yasunobu Ohsawa #,A), Hiromi IinumaA), Mika MasuzawaA), Naohiro AbeB), Takashi AriyamaB), Kenji MishimaB)
A)
High Energy Accelerator Research Organization
1-1 Oho, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken, 305-0801
B)
PASCO CORPORATION
1-1-2 Higshiyama,Meguro-ku,Tokyo,153-0043

Abstract
A GPS network is being built for the SuperKEKB main rings, which lie about 11 m below the ground level. Four
GPS antennas have already been installed on the roof of the access buildings to the SuperKEKB main ringtunnel. There will be three more antennas added to expand the survey network on the ground, and to compare withmeasurements obtained by surveying the monuments in the tunnel. Preliminary analysis indicates a good agreement
between the GPS network and the underground tunnel network. This helps rebuild the alignment network destroyed by
the Great East Japan earthquake.

SuperKEKB 主リング GPS システムの構築
１．はじめにと同等以上を目指す。本発表では、GPS の設置、及び取得データについて報告する。

KEKB[1] 主リングはトリスタン実験のために 1980年代に建設された。その後 KEKB 実験に再利用され、
２． GPS の据え付け
現在は SuperKEKB[2]で再々利用するために建設工事
SuperKEKB トンネルは GPS の使用を考慮した設を行っている。
計ではないので、トンネルの直上にGPS アンテナのトンネル建設当時は、露天掘りのような地下 11m観測台を設け測量する事が不可能な構造である。その溝で、地上から全周 3km の主リングを見通せる状態であった。トンネル内の測量基準点は地上の測量 の為、我々は GPS アンテナの設置地点とトンネルのビームラインを出来る限り近くで、長期間の定点観基準点と直接関連付けて精度良く設置し、それを基測できる場所の選定から始めた。設置場所は、図 1に電磁石のアライメントを行った。に示す様に、トンネルに沿って建設された機器搬入
続く KEKB では既存のトンネル測量基準点等を利 用の搬入棟の屋上とトンネル内空調施設の補助機械用して、トンネル内を約 20m 毎の範囲をレーザート 棟とし、GPS アンテナが全方位の仰角 15 度以上のラッカーで精密測量し、それらを重ね合わせて主リ 見晴らしを確保できるようにした。
ング全周の電磁石アライメントを行った。
SuperKEKB では、KEKB と共通且つ設置位置も変わらない再利用の電磁石と多くの基準点を使った測量網を新たに構築 [3] し、電磁石アライメントを行なう予定であった。しかし、2011 年の震災と繰り返される余震の影響で頼るべきトンネル内の基準点や電磁石が動いてしまった [4] 。この為、再度、主リング全体を見通せる地上に測量基準点を設け、トンネル内の測量基準点と直接関連付ける測量網を再構築しなければならない。
トータルステーションで地上の位置測定をする事も考えたが、季節昼夜問わない観測をしたい事と、
基 準 点 間 の 直 接 視 野 に 制 限 が あ る た め に GPS（ Global Positioning System ）測量を採用した。GPS
アンテナの設置については、主リング全体をカバー
図 1 ： SuperKEKB 主リング上の GPS アンテナ設置
する 8 点から成る地上測量網を構築中である。この
位置
地上測量網と、トンネル内の地下測量網を関連づけることにより、電磁石のアライメント精度は KEKB

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第一期は、4 か所の搬入棟(3C、6C、9C、12C)のGPS アンテナ設置の詳細を述べる。図 3 に、搬入屋上に Leica 社製 GPS （ GS10 ）を設置し、搬入通 棟天井に GPS アンテナを設置した様子を示す。天井路を伝ってトンネル内の測量基準点につなげた。又、 に直径約 8cm の穴を開け、その上に防水加工を施し第二期として、図 1 の設置予定である場所の、補助 た高さ 30cm の観測架台を設置する。観測架台上部
機械棟にあるトンネルからの非常脱出用通路を利用 に着脱式整準盤、スライド機構付き XY ステージをした 3 か所の観測点を増設中であり、トンネルの測 セットし、その上に GPS アンテナをセットする。図量基準点と直接関連づける地上の観測点は合計 7 箇 には見えないが GPS アンテナ鉛直下にレーザート所になる。更に、KEK の敷地内で最も高い建物（ 3 ラッカー用 0.5 インチ球面ターゲットを入れる。図号館）の屋上にも GPS アンテナを設置し、地上 8 点 4 に示すように、通常は風雨を防ぐため建築用ドーの測量網を組むことが出来る。以下に、第一期設置 ムをアンテナに被せている。2012 年 5 月に発生したで設置済みのシステムを紹介する。
巨大竜巻が付近を通過した際も被害はなかった。
搬入棟 4 カ所は、図 2 に示すようにトンネルと搬搬入棟床面は、定常的に電磁石運搬用の空気浮上入棟の床面は段差のない約 30m の搬入通路で接続し の台車が走るため、床面に凹凸を作る事ができない。ている。搬入棟の天井（トンネル床面から天井まで GPS アンテナの鉛直下に設置するモニュメントは、は高さ約 20m ）に GPS アンテナを設置すれば、ト 図 5 に示す様に、HUBBS 社の 1.5 インチ用ターゲッンネルまで邪魔する物が殆ど無い状態で地上とトン トホルダーを床に埋設する方式とし、その保護に蓋ネルを結ぶ測量網を構築できる。搬入棟壁面に 2 か を付けた。
所、GPS のアンテナ中心直下に埋設モニュメント（図 5 に写真を示す）を、更に搬入棟とトンネルを繋ぐ搬入通路などの横穴壁に 12 箇所のモニュメン
トを設置した。

図 5 ：埋設モニュメント
以下に搬入棟からトンネルまでの測量の様子を示す。

図 2 ：搬入棟の GPS と主リングトンネル地下の埋設モニュメントを GPS アンテナ中心の真下に設置するために、Leica 社製の鉛直機 NL やZNL を利用した。

図 6 左： GPS 用球面ターゲットの測量
図 7 右：搬入棟側面のモニュメント測量

図 3 ： GPS の設置

図 4 ： GPS のドーム

図 6 は搬入棟床面に設置したレーザートラッカーで GPS アンテナ直下に取り付けた 0.5 インチ球面ターゲット（約 20m 上）を測量している写真である。
図 7 は、搬入棟側面に設置したモニュメントの測量の様子を示す。我々のレーザートラッカーでは構造上の制限で真上の計測ができない。よって、図 8 に示す様に、レーザートラッカーを約 20 度傾けて真上の視野を確保し、屋上 GPS アンテナのターゲットと床の埋設モニュメント、搬入棟の壁モニュメントや搬入通路の壁モニュメントなどを一括測量した。

- 822 -３． GPS データ

図 8 ：搬入棟とトンネルを結ぶ搬入通路のモニュメントの測量

地上基準点の GPS 測量は、L1/E1 および L2 周波数を用いたスタティック測量である。仰角 15 度以上で常に 6~8 機の GPS 衛星を受信可能な環境である。国土地理院の電子基準点「つくば 1」を既知点として参照し、第一期設置の 4 か所の固定点観測を2012 年 3 月中旬から行っている。
図 9 に、SuperKEKB 主リング用固定観測点と国土地理院の「つくば 1」の位置関係を示す。3C 搬入棟と国土地理院の電子基準点「つくば 1」との距離は5350.6014m であった。
又、表 1 に 4 か所の搬入棟（ 3C、6C、9C、12C ）の GPS 測量結果及び、3C を基準にした斜距離をまとめる。約 4 ヵ月間の測量の間、斜距離は1mm 未満で安定している。

図 9 ： SuperKEKB 主リング用固定観測点と「つくば 1」の位置関係- 823 -表 1 ：搬入棟（ 3C、6C、9C、12C ）の GPS 測量結果及び、3C を基準にした斜距離
固定

斜距離 (m)

点名

緯度 (N)

経度 (E)

楕円体高 (m)(3C 基点)3C

36° 09' 12.93505"

140° 04' 36.50099"

78.01210.00006C

36° 09' 12.93505"

140° 04' 14.16085"

77.6718654.2800

9C

36° 09' 20.13793"

140° 04' 00.35182"

78.0229930.4882

12C

36° 09' 31.33353"

140° 04' 22.86361"

78.0563661.6666

一方、2012 年 4~6 月にかけてトンネル内をレーザートラッカーで全周測量し、GPS アンテナの位置を独立に算出している。3C 基点の斜距離同士を単純比較した結果、3mm 以内で一致している事を確認した。
3 号館屋上に設置したで直視可能な搬入棟の 3 カ所（ 3C、6C、9C ）については、Leica 社製のトータルステーション TS30 を用いた斜距離の直接比較も行った。その結果、GPS とトータルステーションで測定した斜距離は 10ppm 以下で一致していた。
地上の GPS とトンネルの測量網の測定の詳しい
結 果 は 、 こ の 秋 に 開 催 さ れ る IWAA2012（ International Workshop on Accelerator Alignment ）で報告する予定である。

４．まとめ
SuperKEKB 主リングの 4 箇所の搬入棟に GPS アンテナ 4 台を設置した。今後、さらに補助機械棟 3箇所と 3 号館屋上に GPS アンテナを増設し、地上部測量網の充実を図る。GPS を用いることにより、地上測量網の長期変動の観測、及び常時観測が可能になった。またレーザートラッカー、トータルス
テーション等で独立に構築したトンネル内測量網のクロスチェックを行うことで測量網の信頼度を上げることが出来る。

参考文献[1] KEKB B-factory Design Report, KEK-Report 95-7, June
1995.
[2] H. Koiso, K. Akai and K. Oide, “Design Progress andConstruction Status of SuperKEKB”, TUPPR006,
Proceedings of IPAC12, New Orleans, USA, May 20-25,
2012.
[3] Y.Ohsawa. et al., “Monument Set for KEKB MR Tunnel
Surveying Network“, Proceedings of the 7st Accelerator
Meeting in Japan, Himeji, Aug. 4-6, 2010[4] M.Masuzawa. et al., “Impact of the East Japan Earthquakeon the KEKB tunnel“, Proceedings of the 8st Accelerator
Meeting in Japan, Tsukuba, Aug. 1-3, 2011

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