株式会社アカサカテック|GPS/GNSSを活用した船舶・建設・情報化施工システム

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高精度RTK測位の活用場面を解説!

アカサカテック製RTK-GNSS対応製品もご紹介

RTK測位とは、誤差数cmという高い精度で位置情報を求めることができる測位方法です。技術の発展とともに低価格化が進んでおり、様々な分野でこの測位技術が活用されています。

本記事では、一般的な単独測位とRTK測位の違い、RTKをはじめとする高精度GNSS測位の応用事例や可能性について紹介します。

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GNSS測位の仕組み

GNSSとは「G lobal N avigation S atellite S ystem」の頭文字を取った言葉で、衛星を利用した測位システムの総称を指します。普段の生活でよく耳にする『GPS』は、この『GNSS』を指す場合が多く、米国のGPS(ジーピーエス)だけでなく、ロシアのGLONASS(グロナス)、中国のBeiDou(ベイドゥ)、EUのGalileo(ガリレオ)、日本のQZSS(みちびき)など様々な測位システムが含まれます。

GNSS測位は、衛星から発信された電波を測位したい位置にある受信機で受信し、到達に要した時間から衛星と受信機の距離を求めます。さらに、求められた距離を半径とする、衛星を中心とした3つの球の交点を求めることにより受信点の位置を決定することができます。

実際には技術的な部分の誤差解消として、基本的に4個以上の衛星から受信することで位置決定をしています。GNSSの国際的な展開により、測量だけでなく、さまざまな分野で利用され始めています。

単独測位とRTK測位の違い

カーナビやスマートフォンなど、生活に近いところでもGPS(GNSS)で位置情報を取得することが一般的になりました。一般用途で使われるGNSS受信機(GNSSチップ)は、小型で低価格なものが多く、様々な機器に搭載されています。これらの多くは、1台のGNSS受信機を用いて位置情報を取得する『単独測位』という測位方法が用いられています。

冒頭で触れたRTK測位の場合は測位精度(水平RMS)2cm~3cmであるのに対し、単独測位の測位精度は(水平RMS)5m~20mと、測位精度に大きな差があります。
  
では、スマートフォン1台でRTK測位を行うことはできないのでしょうか。
RTKをはじめとする高精度測位はどのような分野で用いられているのでしょうか。
   
  
  

スマートフォン一台ではRTK測位ができない?

 
結論からいうと、スマートフォンでの高精度測位は、現時点では実現困難といわれています。しかしながら、技術の発展とともに研究は着々と進められています。
    
    
スマートフォンでRTK測位が困難な理由  
   
・チップアンテナを採用しているため観測誤差が生じる
・電力消費を抑えるため間欠駆動モードで動作している
   
スマートフォンに内蔵されている小型で安価なGNSS受信機(GNSSチップ)は、大部分がチップ・アンテナを採用しているため、マルチパスや観測誤差が生じてしまい、一般的なGNSSアンテナと比較して精度が安定しません。また、多くのスマートフォンでは電力消費を抑えるため「duty-cycling」(間欠駆動モード)で動作しており、搬送波位相データの連続性が保証されないため、事実上高精度GNSSの測位に利用できません。

今現在は難しいとされるスマートフォンでの高精度測位ですが、今後、内蔵されるGNSS受信機やアンテナの性能が改善されることで、スマートフォンでも高精度測位が実現できる未来が期待されています。
 

スマートフォン高精度測位への取り組み 
  
海外では、スマートフォン内蔵の受信チップを活用した高精度測位の取り組みが進んでいます。 2017年6月には、GoogleのAndroidアプリを用いたRawMeasurementと、その利用に関わる知識・専門技術の共有を目的に、タスクフォースが立ち上げられました。
     
また、2周波を利用して50cmの位置精度を出すアプリや、3Dマップでマルチパス除去が可能なアプリが登場。スマートフォンをはじめ、IOTや自動車、ロボティックス、ドローンなど、highvolumedevice(ハイボリューム・デバイス)の高精度化が加速しており、端末の価格競争が激化する一方で、今以上の高精度を必要とする産業分野において、GNSSの普及率が上がることが期待されています。
    
参考サイト:SPAC(一般社団法人衛星測位利用推進センター)
  
 

高精度測位が必要とされている分野

  
RTKをはじめとする高精度測位は、測量分野や農業機械の走行ガイダンス、建設現場におけるICT施工など、現在様々な用途で活用されています。

詳しくは次の章で紹介しますが、業務の効率化やコストの削減、人手不足の解消や安全対策など、精度の高い位置情報は働きかたそのものに影響を与える多くの役割を担っています。
 
  

BLOG: RTK-GNSSとは?

高精度GNSS測位の応用・活用事例の拡大

 
現場イメージ
  
カーナビやスマートフォンなどで用いられる『単独測位』では誤差が大きすぎて不十分とされる分野では、補正情報を取得することで誤差を小さくする『相対測位』という測位方式が採用されています。cm級の高精度測位が可能なRTK(Real-time Kinematic/リアルタイムキネマティック)も、この相対測位にカテゴライズされます。詳しくは以前のブログ記事をご参照ください。
 
測位比較表
  
これまで高精度GNSS測位を利用するためには、高価な測量機器が必要でしたが、近年低価格化が進んでおり活用の幅にも広がりをみせています。
  
   

応用・活用事例① 測量分野における応用

    
1990年代に入り、GNSSがまず応用されたのが測量分野です。
 
RTK測位によりcm級精度の測位が可能となり、専用受信機が開発されたことにより測量分野でのGNSS測位の応用が進みました。また、TS(トータルステーション)と呼ばれる観測装置を用いる従来の測位に比べると、人員や手間の大幅な削減を実現しています。
  
   

応用・活用事例② ICT施工(情報化施工)分野

    
2008年より、国土交通省は土木建設現場における生産性の向上を図る目的で『ICT施工(情報化施工)』を進めています。ICT施工で高精度GNSS測位が活用される場面として、以下のような例が挙げられます。
 
・ブルドーザのブレードにGNSS機器を装着し、その位置を精密に制御する
・バックホウにGNSS機器を搭載し、掘削基面のラインを丁張せずに施工する
・ロードローラーにGNSS機器を搭載し、盛土の締固め管理を行う など

このようにGNSS機器を建機に搭載することで、ブルドーザや加圧ショベル、バックホウやロードローラーなどのマシンガイダンスやマシンコントロールに活用されています。高精度の位置情報を活用することで、熟練のオペレータでなくても正確かつ安全に業務が行え、施工情報をデータで管理することで生産性の向上を図っています。
  
  

応用・活用事例③ スマート農業分野

    
対応受信機の低価格化・高性能化が進んだことにより、農業分野においても高精度GNSS測位の活用が進んでいます。

高精度GNSS測位を活用した農業機械の自動化や面積・体積データを高精度に取得できることで、様々な作業が効率的に行えるようになります。農業分野における高精度GNSS測位の応用は、精密農業やスマート農業と呼ばれ、農家の高齢化や後継者不足による人手不足の構造的課題を解決する技術としても期待されています。
  
  

応用・活用事例④ ドローン分野

  
ドローン分野での高精度GNSS測位の応用は、近年特に注目を集めています。
ドローン分野では、GNSS測位技術は飛行制御において以前より利用されていますが、これまでは測位精度がいまいちだったこともあり着陸地点への正確な誘導が困難でした。また、自動飛行中に位置情報がずれることによる墜落の危険性もありました。
  
そこで、近年活用され始めているのが高精度GNSS測位のドローンです。2021年の東京オリンピック開会式において、LED電飾を備えた小型ドローン群が国立競技場の夜空に巨大な五輪エンブレムと地球儀を作り出すという演出がありましたが、このドローンの飛行制御にはRTK-GNSSが使われていたようです。ほかにも、精度が高まったことでドローン測量(ドローンによる地上測量)分野への活用が増えています。
   
    

応用・活用事例⑤ 自動運転分野

   
将来的な普及が見込まれている分野として自動運転が挙げられます。
自動運転において不可欠なのは、自己車両の位置を正確に把握することです。人命に直結部分であり、非常に高精度な測位が求められます。

精密な絶対位置が得られる高精度GNSS測位は、高度な自動運転実現のために必須だと期待を集めています。他の応用分野に比べると自動運転分野はマーケット規模が非常に大きく、高精度GNSS測位の今後の普及のカギを握る分野といっても過言ではありません。
  
  

BLOG: GNSS(全球測位衛星システム)の動向を紹介!
次世代GNSSに向けた国内外の主なトピックス

アカサカテック製 GNSS対応製品をご紹介!

ここまで、高精度GNSS測位がさまざまな分野で活用されていることを紹介いたしました。ここでは、アカサカテックが提供するRTK測位を活用したシステムを幾つかご紹介します。
  

NETIS番号:OK-170005-VE
『SmartRoller』 クラウド型転圧管理システム


  
SmartRoller(スマートローラー)は、GNSSを用いたICT転圧管理システムです。

国土交通省「TS・GNSSを用いた盛土の締固め管理要領」に対応したシステムであり、GNSSにより走行軌跡が記録され、転圧した回数が色分けで表示されます。これにより人為的なミスによる締固め不足や、オペレータによる品質の差をなくすことができます。

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『SmartPile』 クラウド型地盤改良管理システム



SmartPile GNSS
   
SmartPile(スマートパイル)は、GNSSを用いて杭芯の位置誘導と施工状況の進捗管理を行うシステムです。
  
従来の施工機誘導で生じていた「人員と手間のかかるTSを使用した事前測量」「施工結果が残らない」「誘導員と施工機が近いために起こる接触事故」などの問題点を、IoT技術とRTK-GNSSで改善した地盤改良管理を実現します。取得した位置座標を使用することで施工機の位置と方向を表示し、オペレーター自身で施工機の誘導を行え、施工時に施工結果を残すことが可能になります。
  

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『SmartMate』 クラウド型GNSS計測アプリ


  
SmartMate(スマートメイト)は、シンプルな操作で高精度な位置出しを行えるクラウド型GNSS計測アプリです。
  
2周波 RTK-GNSS受信機『RTF500』とWi-Fiで接続することで、簡単な操作でセンチメートル級精度の単点計測、逆打計測、測線計測が行えます。計測データはクラウド型空間マネジメントシステム「regolith」へ自動送信され、記録した位置データは、Shapefile、CSV、SIMAなどの形式でエクスポート可能です。
     

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『GPMate-ECHO』 GNSS深浅測量システム



深浅測量システム
   
GPMate®- ECHO(ジーピーメイト・エコー)は、GNSSを用いた深浅測量システムです。
   
GNSSの位置座標と音響測深機の測深値を時刻同期して、自船位置の深さをリアルタイムで表示・記録します。深浅測量だけではなく、旗入れ、浮標灯、漁礁設置などの目標点誘導にも利用可能で、海岸や航路、河川やダムなど、様々な現場で導入されています。

『GPMate-ECHO』 GNSS深浅測量システム:製品詳細を見る

まとめ

単独測位とRTK測位の違い、RTKをはじめとする高精度GNSS測位の応用事例や可能性について紹介させて頂きました。国土交通省が推進する『i-Construction』などの取り組みも相まって、特に土木建設分野においては、生産性向上や働き方改革の側面からもICT施工および高精度GNSS測位が積極的に活用されています。

アカサカテックでは、RTK測位を行うためのGNSS受信機の販売のみならず、高精度GNSS測位を活用したソフトウェアの開発・提供も自社で行っております。ご興味の方は、是非この機会に導入のご検討をされてみては如何でしょうか。
  
  

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