RTKLIBによる後解析キネマティック測位

GNSS測位のデータ処理

後解析キネマティック測位とは

後解析キネマティック測位は，移動体に取り付けたGNSS受信機のデータと，固定局に設置した基準点の観測データを組み合わせて，測位精度を高める技術です．RTKLIBは，この後解析処理を行うためのオープンソース・ソフトウェアです．リアルタイム処理ではなく，移動後にすべての観測データをまとめて解析することで，より高精度な位置情報を得ることができます．

実験構成と測位結果

基準点には国土地理院の電子基準点（蒲原）を使用しました．移動体との基線長は2 km程度で，仰角マスクは30度に設定し，GPSとQZSSを観測に用いました．使用したGNSS受信機はu-blox ZED-F9P（2周波対応）とNEO-M8T（1周波）です．

測位結果では，2周波受信機を使用した場合，Fix率は最大99.0%を達成しました．Fixまでの初期化時間は平均して17秒程度であり，途中でFixが一時的に失われることはあったものの，再度Fixを取得して安定した測位が継続されました．

測位精度は水平で約2 cm，高度方向で約6 cmの標準偏差を示しました．これにより，cm級の精密な位置測定が可能であることが確認されました．

Fix率に影響を与える要因

1. 使用するGNSSの周波数:2周波対応のGNSS受信機は，マルチパスや電離層遅延の補正が可能
2. 基準点との距離:距離が離れるとFix率は低下しやすいが，2周波では10 km以上離れても高いFix率を維持
3. 衛星構成:仰角マスク30度以上で観測衛星数が限定されるため，条件のよい時間帯を選ぶことが重要

これらの要因を最適化することで，精度の高い後解析キネマティック測位が実現できます．

Fix率の定義と意味

Fix率とは，GNSS測位において「Fix解」と判定される時間の割合を示す指標です．「Fix解」は，整数アンビギュイティが正しく推定されたと判断される状態であり，この状態で初めてcm精度の測位が可能になります．Fix率が高ければ高いほど，測位システムの信頼性と精度が高いといえます．

Fix率を向上させる要素

1. 周波数帯:2周波受信機は1周波よりFix率が高くなる傾向
2. 基準点との距離:5 km以内が理想とされるが，アルゴリズム次第で10 km超でも高いFix率が可能
3. 衛星数と配置:複数のGNSS（GPS，QZSSなど）を組み合わせることで測位状態が安定
4. 仰角マスク:過度に高く設定すると観測衛星数が減少しFix率が下がる可能性がある
5. 観測環境:遮蔽物が少なく電波状態が安定している環境が望ましい

Fix率の重要性

Fix率は，単に数値の高低で評価するだけでなく，測位の安定性を定量的に把握する手段です．たとえばドローンやロボットの自律移動，地形測量，インフラ点検といった分野では，精密な位置決定が要求されるため，Fix率が業務の成否を左右することがあります．

また，Fix解からfloat解に変化した場合，その位置精度は大きく劣化します．したがって，後解析においてはFix率が99%以上であることがデータ品質の判断基準になります．特に遠隔地での観測や長時間の記録において，このFix率は最終成果物の信頼性を大きく左右します．

〈著:ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

• 2013年 東京大学大学院 総合文化研究科 広域科学専攻 相関基礎科学系 博士課程修了
• 学生時代から現在まで，人力飛行機の電子装備の設計・製作・運用を行う

著書

1. PSoCを使用したプロトン磁力計，トランジスタ技術2009年1月号，CQ出版社．
2. 舞いあがれ人力飛行機（連載） Interface 2023年2月号～2024年5月号，CQ出版社．

参考文献

1. ［VOD/KIT］ RTKポータブル・センチメートル測位キット，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. LiDAR×RTK×IMUフュージョン！自動運転＆SLAMロボット開発 要点100，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD/KIT］SLAMロボット付き！ROSプログラミング超入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. "［VOD/Pi KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/Pi KIT］ラズパイ×Pythonで動かして学ぶモータ制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD/KIT］ラズベリー・パイで学ぶエッジAIプログラミング入門，ZEPエンジニアリング株式会社．