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海洋情報部技報

Vol．２５，２００７

海底地殻変動観測における KGPS 解析の現状について
河合晃司，石川直史，松本良浩：海洋情報部
望月将志：東京大学生産技術研究所

Status of KGPS analysis of Seafloor Geodetic Observation
Koji KAWAI, Tadashi ISHIKAWA Yoshihiro MATSUMOTO : Hydrographic and Oceanographic Division.
Masashi MOCHIZUKI : Institute of IndustrialScience, Univ. of Tokyo.

１

評価について，解析結果の１分平均に潮汐やジオイはじめにド等の補正を行い，平均海面と比較する手法を採用

海洋情報部では GPS 衛星を用いた長基線キネマしている（藤田他，２００３）．
２００
３年４月より IT の Ver-ティック測位（以下 KGPS）技術と音響測距技術をsion は３．
１となった．このヴァージョンアップによ組み合わせた海底地殻変動観測を行っている（藤り解析精度の大きな改善が見られた．２００
４年４月に田，２００６）．観測開始当初の２００
１年より海底地殻変

Version３．
２と な り，ま た２００
４年５月 よ り Version

動解析の柱の一つである KGPS 解析においては，３．
２．
１となった．このヴァージョンアップにより，解NASA/GSFC の Colombo 博 士 の 作 成 し た IT（Co-析精度はほぼそのままでありながら解析時間が格段

lombo，１９９８）を使用してきており，現在，安定したに短縮した．２００
４年１１月の Colombo 博士来日時にKGPS 解析が可能となっている．本報告では，IT をVersion３．
３となり，最新の GPS に関する研究成果に使用した KGPS 解析の現状と今後の展望について報基づく新たな機能が数多く盛り込まれた．また，IT告する．の運用面において，これまで基準となる衛星の選択２を手動で行ってきたが，Colombo 博士の指摘によIT についてり，これを自動選択に切り替えることとした．２００６

海洋情報部では２００
１年より IT を使用した KGPS

年５月 の Colombo 博 士 再 来 日 時 に IT の Version は解析に取り組んできた．当初の IT の Version は２．
０

３．
４preliminary（以下３．
４pr）となった．IT は２００７年である．IT は FORTRAN により開発されており，ま１月に Version３．
４と な り 現 在 に 至 っ て い る．Ver-

た GNU のライセンスにより提供されているため，

sion３．
４では２Hz 収録の移動点データ，１Hz 収録の

ソ ー ス コ ー ド は オ ー プ ン で あ り，ま た 改 変 等 も基準点データ３点を用い，６〜７時間の観測データGNU ライセンスの範囲内において自由である．ITを解析した場合の処理時間は概ね２〜３分である．

は最初 UNIX OS 上で使用を開始したが，FORTRAN

また，IT は新世代 GPS 衛星の L２コードの利用など，コンパイラがあるプラットホームであれば基本的に今後も様々な更新が予定されている．IT のヴァー移植可能であるので，２００
２年には Windows へ移行

ジョンアップの主な内容についてプログラムの説明した．また，２００
２〜２００
３年にかけて，perl や gnuplot

書やコロンボ博士の講演資料などをもとに以下のとなどを使用した前処理，後処理及びユーティリティおりまとめた．

プログラムが海洋情報部において開発された．またこれらの周辺プログラム群は現在においても開発，Ver.２．
０ → Ver.３．
１

修正が続けられている．同時期に IT 解析結果の精度・プログラムの本数が統合され少なくなった― 107 ―

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５，２００７・受信機の種類に起因するデータ補正を行うようになった．の差で解が得られている時間帯もあるが，大きく外れている時間帯もあり，安定した解が得られるとは・データの削除基準の変更．

言い難い．海底地殻変動観測では，一般で流通して・解析精度の改善．

いる３０秒収録ではなく，より収録間隔の短い基準局

Ver.３．
１ → Ver.３．
２ → Ver.３．
２．
１

データ（１Hz のデータ）が必須であることが改めて・入出力ファイルの整理示される結果となった．

・パラメータ群の整理・解析手順の変更による解析時間の短縮（２）移動局における５Hz サンプリング

Ver.３．
２．
１ → Ver.３．
３海底地殻変動観測において KGPS のアンテナは，・プリプロセッサープログラムの更新（新旧受信例えば２kt で船が流された場合は１秒間にほぼ１m機が混在した場合の補正のため c 1-p 1 バイアス動く．海況が悪い場合はさらに大きく（速く）動いの導入など）ている．海底地殻変動観測の精度は現在数 cm 程度

・プロセッサープログラムの更新（平均水面を常であり，このため，２Hz でデータを収録した場合に数とし高速化，電離層モデルを使用し短時間のおいても KGPS 結果は時間的に充分に密であるとはデータにおいてもアンビギュイティの決定，地言えない．Ver.３．
４pr より２０Hz までの解析が可能と

球潮汐の導入など数多くの更新）なったため，５Hz にて収録したデータを解析し，２・精密単独測位（PPP）の搭載

Hz の結果と比較してみた．第１図は２００
６年８月１９・PCV を使用したアンテナ位相補正（PCV に関し日の東海沖海底地殻変動観測における２Hz の解析ては後述する）

結果と５Hz の解析結果の差である．緯度経度高さの・プレート運動モデル（NNR-NUVEL１）の導入

重なりを避けるため，緯度に＋１０cm，楕円体高に−Ver.３．
３ → Ver.３．
４pr → Ver.３．
４１０cm のゲタを持たせて表示した．この結果を見る

・２０Hz から０．
０３３Hz（３０秒）までのデータに対応と，解析開始からほぼ２時間３０分間，各成分ともわした．

ずかに差のばらつきがあるが，その後はほぼ収束し・IGS 提供の新しい暦フォーマット（sp３c フォーマット）へ対応した．
３て差がなくなっている．このことから２Hz と５Hzでの収束の仕方に差があることが予想される．まIT に関する検討について

IT ではヴァージョンアップにともない，様々な機能が追加されている．ここでは，追加された新しい機能等について，海底地殻変動観測あるいは一般のGPS 測量への適用を検討した．

（１）基準局における３０秒サンプリングデータの使用について
現在，移動局データは２Hz，基準局データは１Hzでの収録データにて解析を実施している．IT は Ver.
３．
４pr より静止測量としては一般的なデータ収録間隔である３０秒の基準点データが使用可能となった．
しかしながら３０秒データでの解析結果は，通常の１Hz 収録データを使用した解析結果と比べて，数 cm

第１図 ２Hz 収録と５Hz 収録の結果の緯度， 経度，楕円体高の差
Fig.１ The difference of latitude, longitude and ellipsoidal height of result between ２Hz collecting and５Hz collecting.

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第２図 ２Hz と５Hz の航跡のプロット
Fig.２ Plot of track of２Hz and５Hz

た，第２図に２Hz の解析結果と５Hz の解析結果をプ較した．第３図は精密暦と速報暦をそれぞれ使用しロットした図を示す．青色は５Hz，桃色は２Hz の解た結果の差をプロットしたものである．縦軸は１目析結果を示している．現在は２Hz の KGPS 結果か盛り１０mm であり，緯度に＋１０mm，楕円体高に−ら，補間により音響信号発出時刻の位置を算出して１０mm のゲタを加えて表示した．精密暦と速報暦でいるが，空間的により密となる５Hz の結果の使用

は東西及び南北方向ではこれらの差は概ね１mm 以についても検討し，海底地殻変動における適切な内に収まっており，楕円体高においても２mm 以内

KGPS データの収録間隔について検討していきたとわずかな差しか見られない．また，精密暦と速報

い．

（３）GPS 暦について（速報暦と精密暦の使用）
IT の 解 析 に は GPS 放 送 暦 の 他 に IGS（International GNSS Service）の提供している暦が必要である．現 在 使 用 し て い る 暦 は IGS-Final（以 下 精 密暦）及び IGS-Rapid（以下速報暦）である．これらの２種の暦は，軌道の精度はともに，＜５cm であるが，時計情報の精度において速報暦が０．
１ns であるのに対し，精密暦は ＜０．
１ns である．また，提供のタイミングは速報暦が１７時間後であるのに対し，精密暦は〜１３日である（実際には３週間遅れの日曜日に１週間分まとめて提供される）．今回，精密暦と速報暦以外は全て同じ条件を使用した IT の結果を比第３図 精密暦と速報暦を使用した解析結果の差
Fig.３ Difference of result between IGS Final Orbit and IGS Rapid Orbit.

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暦を使用して得られた KGPS 結果をそれぞれ用いて対してアンテナ定数による補正を実施してきた．IT

海底基準点の局位置解析を行った結果においても殆は Ver.３．
３よりアンテナ高に対してアンテナ定数にど差はみられない．速報暦を使用した例は十数例あよる補正と PCV 補正が選択出来るようになった．今るが，これら全てから同様の結果が得られている．

回，同じデータを用いアンテナ定数による補正とこれらのことから，速報暦も充分に解析に耐える精PCV 補正をそれぞれ行い， その差を比較してみた．

度を持っていると考えられる．ただし実際の運用と旧タイプアンテナ（TRM２２０２０．
００＋GP）を使用しては，速報暦を使用し海底地殻変動観測の速報解した解析結果において，アンテナ定数による補正をを求めた場合においても，より確からしい精密暦に使用した場合と，PCV 補正を使用した場合それぞれて再解析すべきであろう．速報暦での解析は速報性と，新タイプのアンテナにより計算した結果との差が必要な場合にたいへん有用である．

を第４図及び第５図に示す．便宜的に新タイプで計算した結果を正しいとすると，PCV 補正を使用した場合の方が結果のドリフトが小さくなっており，精（４）静止測量の解析
IT は KGPS のみならず，スタティック解析を実施度が向上しているものと思われる．他の結果も概ねすることも可能である．しかし，その繰り返し精度同じ傾向にあるが，ほとんど精度の向上が見られなは現在海洋情報部で使用している Bernese４．
２（淵い場合もある．また，アンテナは異機種であっても之上他，２００５）に比べて数倍悪いという結果となっ新タイプ同士の場合は，アンテナ定数による補正とた．IT は静止測量用途にも使用出来るが Bernese にPCV 補正でほとんど差は見られない．PCV 補正方式取って代わるものではない．

ではアンテナ底面を基準面として算出するため，アンテナ定数を利用し移動局のアンテナの仮想的な位（５）PCV（Phase Center Variations）の採用

相中心を直接求めようとする現在の手法にそのまま

GPS アンテナは，アンテナへの電波の入射角によ導入することは出来ないが，旧アンテナを使用したりアンテナの仮想的な位相中心が変動することが知場合は，精度の向上が見込めるため，利用方法とそられており，このため，複数の種類のアンテナが混の評価法について今後検討していきたい．

在する一般的な GPS 測量においてはアンテナ高に４関してアンテナ定数による補正に変わって PCV 補

まとめ

正 が 使 用 さ れ る よ う に な っ て き て い る（田 中

上述のとおり海底地殻変動観測における IT を使他，２００３）．これまで IT の解析では，アンテナ高に用した KGPS 解析では，安定した結果を短期間で得第４図 アンテナ高を使用した解析結果
Fig.４ Result of using antenna height.

第５図 PCVs を使用した解析結果
Fig.５ Result of using PCVs.

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変動観測の精度向上のためには KGPS 解析のさらな

淵之上紘和，河合晃司，藤田雅之：海上保安庁のる精度向上と安定性が必要でもある．今回は IT の機GPS 連続観測〜データ収録・解析システムの能にのみ絞って話を進めたが，ここ数年の IT の使用更新とその評価〜，海洋情報部技報，２３，５０‐

により，良い結果を得るための IT の運用法に関する

５６，（２００５）

様々な知見も多々得てきている．また，GPS 自体の田中愛幸，加川亮，川原敏雄，辻宏道：GPS アン機能向上も無視出来ない事実である．今後もハード

テナ位相特性の検定とその課題，国土地理院ウエア，ソフトウエア両面を整備するとともに，そ時報，１０２，６３‐
６９，（２００３）

れらに対す る 知 見 を 蓄 積 し て い く こ と に よ り，
KGPS 解析の精度向上を図っていく必要がある．
５謝辞

KGPS 解析ソフトウエア IT を提供いただいた
NASA/GSFC の Colombo 博 士， IT を 使 用 し た
KGPS 解析の初期段階に携わり，精度評価のための図化ソフトウエア等を作成した国立天文台の片山真人氏，解析の基準点データとして電子基準点の１秒データを提供いただいた国土地理院に感謝いたしま
す．

参考文

献

Colombo, O. L. : Long-Distance Kinematic GPS,in “GPS for Geodesy 2 nd Edition”, edited by P.
J. E. Teunissen and A. Kleusberg, Springer,
５３７‐
５６８,（１９９８）
藤田雅之：GPS/音響測距結合方式による海底地殻変動観測，海洋情報部研究報告，４２，１‐
１４，（２００６）
藤田雅之，矢吹哲一郎：海底地殻変動観測における K-GPS 解析結果の評価手法について，海洋情報部技報，２１，６２‐
６６，（２００３）
Fujita, M., T. Ishikawa, M. Mochizuki, M. Sato, S.
Toyama, M. Katayama, K. Kawai, Y. Matsumoto, T. Yabuki, A. Asada and O. L. Colombo : GPS/Acoustic seafloor geodetic observation : method of data analysis and its
application, Earth Planets and Space, ５８, １‐
１１,（２００５）
石川直史，藤田雅之：海底地殻変動観測における局位置解析手法と精度の向上について，海洋― 111 ―