建設技術者向けNEWS

【衛星測位のしくみを学ぶ／廉価のＧＰＳモジュール使い衛星測位に挑戦】

　ｉ－ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎのＩＣＴ土工などで利用されている衛星測位。ＧＮＳＳローバーなどを使うと、現場の現況や出来形の座標などを手軽に測れるため、最近では広く使われ始めている。ＩＣＴ土工では、油圧ショベルやブルドーザーなどにＧＮＳＳアンテナを搭載して、刃先の座標管理も行われているが、実際にどういう原理で地球上の特定位置をセンチメートルオーダーで測っているのだろうか。

　地球の衛星軌道には、ＧＰＳ（米国）、ＧＬＯＮＡＳＳ（ロシア）、ＢｅｉＤｏｕ（中国）、Ｇａｌｉｌｅｏ（欧州）などの測位衛星が高度２万㎞程度の軌道で回っている。日本はＱＺＳＳ（準天頂衛星）を４機打ち上げており、日本とオーストラリアの上空を８の字を描く軌道で周回している（１機は静止軌道）。

　緯度経度は、地球上の場所をＸＹで、高さをＺで現している。この座標系を「ＷＧＳ８４」と呼んでいる。このＸＹＺという未知数を最低４基の衛星（各衛星からの距離と時計）を使って方程式を解いているのがＧＮＳＳによる測位だ。

▽ＲＴＫとＶＲＳ

　ＧＮＳＳ測位は、大きく分けて「単独測位」「相対測位」「高精度単独測位」の３種類がある。ＩＣＴ土工の現場でよく使われるのは相対測位だ。相対測位の中でも、ＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）、ネットワーク型ＲＴＫ（ＶＲＳ）がよく使われており、ＲＴＫは基準局と移動局の２つのアンテナ・受信機を使ってさまざまな衛星信号誤差を修正する補正情報を送る方式。ＶＲＳは国土地理院の１３００点ある電子基準点の情報から、現場近くに仮想基準点を置いて、インターネット回線などで補正情報を送る方式の違いがある。

　現在、アンテナと受信機は高価なため、１現場でアンテナ・受信機２台を使用するＲＴＫ方式と、補正情報配信サービスを購入して１台で運用するＶＲＳ方式とをコスト比較して選択することが多い。

▽１７００円のモジュール

　さて今回のチャレンジは、スイスのｕｂｌｏｘ社が開発・販売している廉価なＧＰＳモジュールを使って、衛星測位の仕組みを見ていきたい。

　使用するのは同社の「ＮＥＯ－６Ｍ」シリーズというモジュールで、わずか１２×１６mmの部品と出力基盤、アンテナがセットになったもの。アマゾンで１６２８円で入手できた。

　基盤にモジュールピンをはんだ付けして、ジャンパーワイヤーとＵＳＢシリアル変換ケーブルでパソコンにつなげるようにした。接続は電源とＧＮＤ、ＴＸ（送信）、ＲＸ（受信）の４つの端子だけだ。これでパソコンからは仮想のｃｏｍポートとして認識するようになる。

　早速、モジュールをパソコンにつなげて、信号が送られているかをターミナルソフトを使って確認してみる。ＴｅｒａＴｅｒｍというフリーソフトを立ち上げ、ｃｏｍポートをのぞいてみると、「＄ＧＰＧＧＡ」「＄ＧＰＧＳＡ」などの文字列が送られているのがわかる。これは「ＮＭＥＡ０１８３フォーマット」というもので、モジュールが衛星から受信した情報をアスキーコードで１秒に１回送っている。

　次回はこのＮＭＥＡフォーマットについて解説する。

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