測量士補重要事項はじめに「GNSS測量の基礎」

測量士補試験重要事項はじめに「GNSS 測量の基礎」
（Ver1.0）
GNSS 測量の基礎
（１）GNSS とは
GNSS（Global Navigation Satellite Systems：全地球衛星航法（または測位）システム）測量とは、いわゆ
るカーナビを想像すればよい。つまり、上空の衛星から発射される電波を受信する事により、地上
の位置を求める測量である。
衛星として代表的なものは、アメリカの GPS 衛星であるが、その他にも次のようなものがある。
・アメリカの GPS（ジーピーエス：Global Positioning System）
・ロシアの GLONASS（グロナス：Global Navigation Satellite System）
・ヨーロッパ共同体の Galileo（ガリレオ：Galileo positioning system）
・日本の QZSS（キューゼットエスエス： Quasi(準）-Zenith（天頂） Satellites（衛星） System)
※GNSS の呼び名は、H23 年の作用規程の準則の改正により、GPS 衛星と GLONASS 衛星を併用して利用する事ができる
ようになったため、従来の GPS 測量から GNSS 測量へと名称が変更されたものである。それまでは、GPS 測量と呼ばれ
ていた。
（２）GNSS 測量の原理
GNSS 測量の原理は、次図のように既知点と未知点に GNSS アンテナを設置し、衛星電波到達のズ
レを用いて両点の基線ベクトルを測定し、未知点の座標データを求めようとする方式である。
GNSS 衛星
衛星からの受信電波のズレにより、基線ベクトル（距離と方向）
を求め、未知点の 3 次元座標値が計算される。
GNSS アンテナ
受信機
基線ベクトル
既知点
未知点
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（３）GNSS 測量に必要な機器
＜受信アンテナ＞
衛星からの電波を受信するためのアン
テナ。写真のように三脚等に据付けて使
用する。
GNSSアンテナ（株式会社トプコンソキアポジショニングジャパン提供）
（４）GPS 衛星の概要
GPS 衛星※2 は、地球の赤道面に対して約 55 度傾いた地上高度約 20,000Km の６つの軌道上に、合
計 24 個（１軌道につき 4 個）※1 あり、周回周軌道 0.5 恒星日（11 時間 58 分）で、常時電波を発
信しながら地球の周りを回っている。この GPS 衛星が発信する電波（搬送波）には、衛星の位置を
計算するための軌道情報や時刻などの「航法メッセージ」と、観測に用いる周波である「Ｃ／Ａコ
ードやＰコード」が含まれている。
※1 予備の衛星を含めると、31 個（2015/05 現在）の衛星がある。ＧＰＳ衛星の配備状況は、海上保安庁 DGPS センタ
ーのＷＥＢページ上で公開されている。
※2 現在、国内の電子基準点が GPS のみの観測となっており、また日本の QZSS が GPS 衛星を補間するためのシステム
であることから、GNSS＝GPS であると覚えておけば、士補試験には対応できると考える。
（５）GNSS 測量の概要
ＧＮＳＳ測量
GNSS 測量を分類すると、次のようになる。
単独測位法（車や船舶のナビゲーション）
DGPS（ﾃﾞｨﾌｧﾚﾝｼｬﾙ）法
相対測位法
(測量で利用)
干渉測位法
スタティック法
短縮スタティック法
キネマティック法
RTK(ﾘｱﾙﾀｲﾑ・ｷﾈﾏﾃｨｯｸ)法
以下に、各方法について簡単に記す。
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① スタティック法（短縮スタティック法）
スタティック法とは、静的干渉測位法とも呼ばれ、GNSS 受信機を複数の観測点に据えた後、60
分～120 分ほど、GPS 衛星のみでは 4 個以上（GPS と GLONASS の組合せでは 5 個以上）の GNSS 衛星
からの電波を連続して受信し、各測点間の「基線ベクトル」を求める方法である。
スタティック法は長時間の観測を行うため、観測量が多くなることや、マルチパスなど、環境が
観測値に与える影響も観測値の平均化により軽減されるので、他の方法に比べて非常に高精度の観
測が期待できる。
短縮スタティック法とは、高速
GNSS 衛星
スタティック法とも呼ばれること
があり、スタティック法と同様の
観測方法を用い、基線解析におい
て衛星の組合せを多数作るなど
の処理を行い、観測時間をより短
くすることにより（20 分以上）
、
効率化を図った観測方法である。
短縮スタティック法においては、
観測時間を短くするために、でき
るだけ多くの GNSS 衛星からの電
波を受信する必要がある。
求まる基線数はｎ(ｎ
-1)/2 (ｎは測点数)
② キネマティック法
キネマティック法とは、図のように GNSS 受信機の１台を固定点に据付け（固定局）
、他の１台を
用いて他の観測点を移動（移動局）しながら、固定点と観測点の相対位置（基線ベクトル）を求め
る方法である。１分以上の順次観測を行う方法である。
GNSS 衛星
固定点と観測点の基線が
求められる
固定局
（基準点）
移動局
アンテナスワッピング法や
既知点法により、初期化（整
数値バイアスの決定）する。
③RTK（アールティーケー）法
RTK（リアルタイムキネマティック：Real Time Kinematic）観測法とは、次図のように、既知点
（固定点：基地局）から無線や携帯電話等により送信された補正観測データと、新点（移動局）で
取得された GNSS 電波により２点間の基線ベクトルを求め、瞬時に新点の座標値を計算し、移動局の
パソコンモニター上に表示させるものである。
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これにより、１点の観測にかかる時間が 10 秒程度とリアルタイムでの観測が行え、効率的に新点
の座標値を求める事ができる。
GNSS 衛星
GNSS アンテナ
GNSS アンテナ
観測補正データの送信
送信機
受信機
新点
（移動局）
基準点
（基地局）
④ネットワーク型 RTK 法
RTK 法では、基準局（基準点）と移動局（新点）の距離が離れる（一般的に 10 ㎞以上）と、観測
精度が落ちてしまう問題があり、基準局から離れた場所で用いる事ができなかった。
そこで、ネットワーク型 RTK 法では、３点以上の基準局（電子基準点）からのリアルタイムデー
タ（データ配信事業者）を利用し、基準点（基準局）と新点（移動局）が離れていても、RTK 法と
同等の精度で観測できるようにした。これにより基地局と移動局の距離の制限が無く、さらに受信
機１台での観測作業が可能となったため、効率的に観測作業が行えるようになった。
また、ネットワーク型 RTK 法には、作業規程の準則により VRS 方式（仮想基準点方式）と FKP 方
式（面補正パラメータ方式）の２方式が規定されている。
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（６）GNSS 測量における注意点
① 上空視界の確保
GNSS 測量では測点間の見通しは必要ないが、GNSS 衛星からの電波を受信する関係上、上空視界を
妨げるような障害物のある場所では観測作業を行う事ができない。また木の葉や枝が張り出してい
る場所では、風等により上空からの電波が遮られ、サイクルスリップ※ を起こす原因となるため、
注意が必要である。
GNSS 衛星
上空視界
最低高度角 15 度
を標準とする
GNSS アンテナ
※サイクルスリップ：GNSS 衛星からの電波が遮られ観測データが不連続となり、位相記録が欠落する現象。欠落した
データは、解析結果に誤差となって現れる。
② 電波障害とマルチパス
観測点近辺にレーダーや電波塔など、
障害電波発生源がある場所は GNSS アンテナの受信障害の原
因となる可能性がある。さらに、金属製品（トタン、看板、車など）や高層建築物などがある場合
は、マルチパス※を生じる原因となるため、それらを避けて選点する必要がある。
※マルチパス：GNSS 衛星からの電波が障害物等に反射して GNSS アンテナに到着する現象。GNSS 衛星は本来の電波と
反射した電波の両方を受信する事となり、誤差の原因となる。
GNSS 衛星
アンテナの指向性に
高層ビル等
より影響は異なる
GNSS アンテナ
大きな看板やトタン屋根など
通信施設等
マルチパス
反射障害
混信障害
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（その他の混信障害発生源）
・電気火花（高圧電線、電車線路、雷）
・強力電波（レーダー、ラジオ等の放送局）
・特定周波数電波（特
定の GNSS 受信機に影響・無線通信設備、携帯電話等）
◆ 試験問題にチャレンジ ◆
１．GNSS 測量における注意点平成 17 年度出題（改）
次の文は、GNSS 測量機を用いた測量を行う際の留意点について述べたものである。
（ア）～
（ウ）に入る語句を述べよ。
GNSS 測量機を用いた測量では、GNSS 衛星からの電波を利用するので、高い建物が多い都市部や森
林などにおける障害物による短時間の受信データの中断(サイクルスリップ)や、看板やトタン屋根
などの建物で発生する（ア）などの電波受信障害により、観測の信頼性が低下することがある。
このため測量時に（イ）の確保が必要となる。また、天頂付近の GNSS 衛星に比べ、地表付近の
GNSS 衛星から受信される電波は、大気による遅延量が大きいことや、地面などによる（ア）の
影響も受けやすいため、通常、基線解析を行う際には、解析に使用する GNSS 衛星の（ウ）を設
定する。
＜解答＞
ア：多重反射（マルチパス）→ 建物や工作物、地面などによる、衛星電波の乱反射
イ：上空視界 → 衛星電波を良好に受信するためには、上空視界の確保が絶対に必要である。
ウ：最低高度角 → 公共測量作業規程では最低高度角は 15°以上となっている。
２．GNSS 測量 RTK 法
平成 20 年出題（改）
次の文は、RTK-GPS(リアルタイム・キネマティック法)ついて述べたものである｡（ア）～
（エ）の中に入る語句を述べよ。
GNSS 測量 RTK 法では、
（ア）の影響にもほとんど左右されずに観測を行うことができ、既知
点(基準局)と測点間の（イ）が確保されていなくても観測は可能である｡また、省電力無線機や
携帯電話を利用して観測データを送受信することにより、
（ウ）がリアルタイムに行えるため、
現地において地形・地物の相対位置を算出することができる。また、人工衛星からの電波を利用す
るため（オ）の確保が必要となる。
＜解答＞
・ア：天候
・イ：視通
・ウ：基線解析
・エ：上空視界
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