GNSS測量とTS測量の違いとは？ 〜作業手順や誤差について比較〜【測量のことイチから解説】

三角測量を基礎としているトータルステーション（TS）を使った測量に対して、人工衛星を用いるGNSS測量は根本から仕組みが異なる。

それゆえにGNSS測量は難解なものと捉える方は少なくないのではないだろうか。

とはいえ、GNSS測量の分野はいまや測量士・測量士補の国家試験でも出題されるほど、測量に携わる者にとっては押さえておくべき知識となっている。

そこで今回は、GNSS測量が旧来の測量手法と異なる点を見て行こう。作業手順や誤差とその補正手法についても詳しく解説していく。

測量手法の変遷～巻き尺から人工衛星へ

明治時代は巻き尺を使って三角測量を行っていた。三角測量は、まず2点間の距離を測りそこにもう1点を加えて三角形を作り、三角形の内角を測ることで三角形の大きさと形を算出するという手法である。3～10km程度の距離を測ることができた。

1970年代には、光や電波を用いて距離を測る測距機が開発され、三辺測量という手法での測量が主流となっていった。

三辺測量はいくつかの点をつなぎ合わせて、三角網を作り、各辺を正確に測定する。測距機の進歩とも相まって数十km規模の測量も可能となった。


その後、1980年頃にトータルステーション（TS）が誕生。トータルステーション（TS）は距離と角度を同時に測ることができる。

光波を用いて計測するため視通確保が必要だが、距離と角度を同時に測定でき、なおかつデジタルで記録できることで測量作業が大幅に効率化された。

人工衛星を使った測量は1980年代後半から実用化された。地球を周回する人工衛星（GNSS）から送られる電波をGNSS測量機で受信して座標を求めるという手法である。

GNSS測量は、TS測量のような視通確認が不要で、天候の影響も受けにくく、3次元の高精度な測量が可能。

当初はGPS測量と呼ばれていたが、国土地理院は2011年4月より公共測量において「GNSS測量」という表現を用いるよう定めている。

GNSS測量 作業の流れをおさらい

GNSS測量の基本的な流れは、トータルステーション（TS）を用いた基準点測量と同じである。




GNSS測量とTS測量で作業が異なるのは観測の部分である。GNSS測量の現地での観測の流れは以下の通り。

GNSS測量における観測時のポイント

GNSSによる観測は、トータルステーション（TS）を用いる場合と同様に、基準点と基準点を結び、図形を作って結合多角方式で行う。

電子基準点を既知点として使用する場合は、事前に電子基準点の稼働状況を確認しておく必要がある。


GNSS測量における観測では、FIX解が得られれば観測データが受信できたということになる。「FIX」とは英語で「固定する」「決定する」という意味があり、一方で観測がきちんとできず使用できないデータをFLOAT解（FLOATとは「浮かぶ」の意）と呼ぶ。

観測データを出力した後は、基線解析を行い、2点間の位置関係を求める。基線解析には放送歴を使用する。

なお、データ受信機に無線を積み、現地で位置歴（GPS衛星の位置座標を決めるのに必要な情報で、衛星から常時送信されている）関係を求めることもでき、これをリアルタイム解析という。

GNSS測量の特徴と注意点

〇天候に左右されにくい
→ただし、雷や雪など雲が厚く覆っている天候では観測し難くなる。

〇視通がいらない
→ただし、衛星電波が受信しやすいように上空視界（空が見えること）が必要である。

△電波の干渉・障害に注意が必要
→GNSS衛星の配置が偏らないよう、軌道情報（飛来情報）つまり、衛星がどの時間にどこを飛んでいるかを確認する必要がある。

GNSS測位の誤差とは？補正の方式についても解説

GNSS測量は、宇宙から発せられた電波を受信することで測位を行う。そのため、トータルステーションやレベルを用いた測量と「誤差」の原因が根本的に異なるということに注意したい。

誤差の原因は、大きく、①電波遅延による誤差と②地上付近での誤差にわけられる。誤差が生じる要因と補正方法は以下のようになっている。

電波遅延－電離層の影響

電離層（電離圏とも呼ぶ）とは地球の上空約50～1000kmにある電波を反射する性質を持つ層のことである。

この層を電波が通過する際に遅延が生じやすくなる。とはいえ、地球上の測点間が短い場合には受信する電波の誤差は少ない。

一方で、測点間が長くなると、電波が電離層を通過する時点で電波遅延が生じやすくなる。そのため、測点間が10km以上離れている場合は、2周波のGNSS受信機（1級）を使用する必要がある。

電波遅延－対流圏の影響

対流圏とは、上空約10km程度までにある電波を遅らせる性質を持つ空気層のことである。

この区間でも電波遅延が生じるが、気温や気圧などさまざまな要因が重なり、毎回精密にどれくらい遅延しているかを計測するのは困難である。そのため、基線解析ソフトで採用している標準値（標準大気モデルなど）を利用して補正を行う。

マルチパス

マルチパスとは、本来、受信してはいけない電波がアンテナに届いてしまうもので、電波が近くの地面や建物に反射することで生じる。

特に衛星の見える角度が低いときに起こりやすい。マルチパスを回避するには、高度の高い衛星からの電波を受信するとよい。

サイクルスリップ

サイクルスリップとは、観測中に電波が途切れてしまうことを指す。電波を連続して受信することができないとFIX解を得にくくなる。サイクルスリップは解析時に補正を行う。

電波干渉

電波塔や無線は電波を発している。また、高圧電線も磁界を発生させていることがある。その付近でGNSS測量を行うと互いの電波に影響し合い、電波干渉が起こる。

電波干渉が起こると、電波が不安定になり、受信がうまくできなくなる。電波を発するものの近くでは観測を避け、また、観測中には無線を使用しないようにすることが大切だ。

GNSS測位に欠かせない補正計算

GNSS測量には、旧来の測量にはなかった「補正」という作業を行う必要がある。

観測に用いる電子基準点の整備に伴いさまざまな機種が使われるようになったことや、GNSS測量の普及によるためだ。

補正にはPCV補正とセミダイナミック補正の2種類があり、測量士補試験でも扱われるくらい、GNSS測量で重要な知識と言える。

PCV補正

衛星電波を受信する際に生じるズレを補正するのが、PCV補正である。

観測の際、衛星から受信する電波はアンテナの1点にとどまらず、同じ方向に少しずれる。この時に使用する電子基準点アンテナが、すべて同じ機種である場合は補正の対処は比較的シンプルである。

そのため、以前は同一セッション※ではアンテナは同一機種を使用することが原則と定められていた。

これが、時代が進み、さまざまな機種が使われるようになったことで、観測した位置関係にずれが生じるようになった（これをアンテナ位相特性と言う）。こうした状況下で観測の精度を維持するために行われるようになったのがPCV補正である。


PCV補正は、スタティック法または短縮スタティック法で観測する場合の、異機種間観測に用いられ、補正には、特定の機種アンテナを基準にした補正表を用いる。なお、観測時のアンテナは位相中心だが、PCV補正時のアンテナ高はアンテナ底面となる。

セミダイナミック補正

地球の地殻変動に対する補正をセミダイナミック補正と言う。

測量成果の位置情報の基準日は、通常「測地成果2011」※となるが、地球の表面は変動を続けているため、観測時の位置情報と測地成果2011のデータにずれが生じる。

そのずれを補正する作業をセミダイナミック補正と言い、測地成果2011の基準日を元期（がんき、げんき）、観測日を今期と呼ぶ。補正には、国土地理院から出されている地殻変動補正パラメータを使用する。

セミダイナミック補正は、一時的な広域地殻変動もしくは、広域的な地盤沈下の影響を受ける地域で、基準点測量を行う際の、電子基準点（附属標を除く）を既知点として用いる場合に行う。

スマホでらくらく操作！GNSS測量するなら出来形管理要領準拠の高精度な「OPTiM Geo Scan」！

時代の潮流により、GNSS測量という効率的で高精度な測量技術が身近になってきた。

なかでもスマートフォンでカンタンに測量作業が行える「スマホ測量」という手法は注目だ。

「OPTiM Geo Scan」は、LiDAR機能が搭載されているスマホやタブレットを使って1人で測量が行えるスマホ測量アプリである。手軽でありながら国土交通省の出来形管理要領に準拠した3次元測量が行えるという実力派である。


Geo Scanでの測量は、現場でアプリを起動させて、まずは測量したい領域をスマホ/タブレットで撮影する。

続いて、各ポイントにGNSSレシーバーを設置してアプリ画面をタップすることでGNSSレシーバーの位置情報と3次元測量データを紐づければ観測は終了だ。

Geo Scanはリアルタイムに測量データを確認することが可能で、クラウド上にデータをアップロードすれば遠隔でもほとんどタイムラグなしに3次元測量データを確認することができる。

GNSS測量を手軽に！スピーディーに！

また、Geo Scanには無料の「OPTiM Geo Point」機能があり、この機能を用いればGNSS測量（XYZピンポイントで測量）や杭打ちができる。

アプリに目標地点を登録しておき、現場ではGNSSレシーバーを手に持ちスマホ／タブレットでアプリを開く。そうすると目標地点までアラームで誘導してくれる便利な機能を備えている。


測量で取得したデータは連携している「スキャン・エックス」を使って編集や解析、共有が行える。「スキャン・エックス」はオンラインソフトで利用料が別途かかるが、取得データから距離や面積の計算、土量計測など機能は十分に揃っていながら一般的な点群処理ソフトの10分の1程度の価格帯だ。

また、Geo ScanやGeo Pointで取得した点群・座標データで平面・縦断線形や横断形状を作成する程度であれば、無料オプションの図化アプリ「OPTiM Geo Design」を使うこともできる。

Geo ScanもGeo Pointも測量士の資格はもちろん、測量の知識がなくても直感的に操作できてしまう手軽さ。測量の経験が浅い社員でも高精度の測量データをサクッと取得してくることが可能だ。「OPTiM Geo Scan」を使って、測量機器の進化を感じてみてはいかがだろうか。