大自然の中をハイキングしているときも、混雑した街路を車で走っているときも、GNSSは最大限の精度であなたを導く信頼できる相棒です。電離層の活動（いわゆる電離層誤差）による強い影響を受けますが、当社ではそれを補正するための新しいソリューション、Ionoshieldモードを搭載したQinertiaを提供しています。
GNSS入門
GNSS（全地球航法衛星システム）とは、宇宙からGNSS受信機へ測位および時刻データ送信用の信号を発信する衛星コンステレーションの総称です。農業、マッピング、輸送、ナビゲーションなど、GNSS技術は産業や日常生活の幅広い分野で活用されています。
現在稼働している主要なGNSSシステムには、以下のようなものがあります。
- 米国防総省によって開発された全地球測位システム（GPS）は、地球の周回軌道を回る衛星のネットワークです。現在、30機の稼働中のGPS衛星が存在します。これらの衛星は、正確な位置と時刻に関する情報を含む信号を継続的に送信しています。
- 全球測位衛星システム（GLONASS）は、ロシアが開発した衛星測位システムである。このシステムの初期の衛星構成は24基であった。
- ガリレオは、欧州連合（EU）が運営する全球測位衛星システムです。その目的は、欧州およびその他の地域に独立した測位システムを提供することです。
- BeiDou Navigation Satellite System（BDS）は、中国のGNSSです。当初は地域的なカバレッジを提供していましたが、BeiDou-3コンステレーションの完成により、現在はグローバルな航法サービスを提供しています。
大気による誤差
GNSS測位における誤差の最も大きな原因の一つは、大気にあると言えます。衛星とGNSS信号受信機は遠く離れているため、GNSS信号は衛星と受信機の間を数千キロメートル移動します。この移動中、信号は大気層を通過します。
電離層は、地球上空50kmから1000kmの間に位置する大気層です。この地球の外層には、イオンと呼ばれる帯電粒子が含まれています。これらのイオンはGNSS信号の伝送に大きな影響を与え、信号の歪みや遅延を引き起こします。
大気誤差はその性質が変化するため予測が困難であり、計算された位置への正確な影響を特定することは難しいです。
電離層の活動によって生じる遅延は、以下の要因によって異なる場合があります：
- 一日の時間帯
- 一年の季節
- 地理的位置
- 太陽活動
ベースライン
大気誤差は、基準となる基準局とローバー受信機との間の距離にも依存します。基準局とローバーの間の距離はベースラインと呼ばれます。ベースライン誤差が考慮されない場合、特に長基線の用途において重大な測位誤差を引き起こします。
基準局は正確に既知の位置に設置されます。GNSS誤差を推定し、ローバー受信機に補正値を継続的に送信します。
その後、ローバー受信機はこのデータを使用してすべての誤差を補正し、正確な位置を計算します。これは、基準局とローバーが近い場合にうまく機能します。
見通しの良いオープンな場所に複数の受信機を並べて配置すると、同様の誤差が発生する傾向があることが分かっています。基準局とローバー受信機の双方が電離層による同じ遅延の影響を受けるため、同一の誤差が生じます。これは標準的なGNSS誤差として知られています。
この独自の特性により、受信機間の相対距離をより正確に計算できます。これにより、システムが大気誤差を補正しやすくなります。
なぜ今、特に長基線法が注目されているのでしょうか？
ベースラインが長い場合、電離層の活動により、基地局とローバーの間に大きな誤差が生じます。太陽活動が高まると、電離層の変動も大きくなります。
11年ごとに、太陽の磁場が完全に反転します。
これにより、太陽活動が高まります（2023年から2025年にかけてピークを迎えます）。多くの最新の補正ソフトウェアパッケージでは、長いベースラインや太陽活動を考慮した解決策が提供されています。
GNSSユーザーは、電離層活動の活発化による影響をどのように最小限に抑えることができるでしょうか？
電離層活動の活発化がGNSS運用に与える影響を軽減するには：
- GNSSによるトラッキングと測位で最高のパフォーマンスを得るために、GNSSセンサーのソフトウェアが常に最新の状態になっていることを確認してください。
- 利用可能な場合は、GPS、GLONASS、Galileo、BaiduなどのさまざまなGNSSシステムを活用してください。これにより、測位に使用される観測数が増加し、追跡されるGNSS信号の範囲が広がります。データが多いほど、信頼性が向上します。
- 高精度測量作業では、異なる時間帯や、電離層の状態が異なる条件下で、2回以上の測定を行う。
- さまざまなGNSS補正サービスプロバイダーを利用して、お住まいの地域における現在の電離層の影響を確認してください。
- 要件に一致するGNSS補正方式を選択してください。
GNSS誤差補正：RTK対PPK
すべてが完璧である世界を想像してみてください。信号を受信るデバイスからの誤差はなく、衛星からの問題もなく、大気からの妨害もありません。この理想的な世界では、GNSSは驚異的な精度で位置を特定できます。
しかし現実には、誤差が生じる可能性があります。これらの誤差を軽減する方法は存在します。それが、各種ディファレンシャルGPS（DGPS）の役割です。DGPSは、複数の受信機からの情報を使用して誤差を推定し、それを除去することで機能します。
測量などの用途では、より高い精度が求められます。これは、技術や受信機の補正能力によって異なります。
受信機側の誤差に対処するために、さまざまな補正方式を適用できます：
- リアルタイムキネマティック（RTK）
- 後処理キネマティック（PPK）
RTK補正
RTKは、位置を特定したいGPSデバイス（ローバーと呼ばれる）の近くにある、基準局などの基準点を利用します。
基準局の位置を把握しアルゴリズムを使用することで、RTKは基準局とローバーの両方が共有する誤差を取り除くことができます。これらの誤差は、衛星や大気に起因する可能性があります。
大気による誤差を修正するには、ローバーと基準局が同じ誤差に直面している必要があります。そのため、両者は互いに近くに配置されている必要があります。
RTKのおかげで、GPSは最大1センチの精度を実現できます。このRTK方式は、特にランドサーベイ（土地測量）において、高精度なGPSソリューションを実現するために非常に効果的です。
PPK補正
PPKを使用すると、GNSSデータを正確に後処理して位置情報の品質を向上させることができます。これは、GNSS信号の条件が厳しいシナリオにおいて特に価値があり、より信頼性が高く正確な結果を提供します。
ドローン測量、測地測量、資産管理などの用途で広く使用されています。
さて、最大の疑問はどの補正方式が最適かということです。これは、位置、ベースライン長、電離層活動、精度の要件、信頼性、予算などのさまざまな要因によって異なります。
RTKおよびPPK GNSS誤差補正方式
最も一般的な2つの修正方法を比較してみましょう：
| 基準 | RTK | PPK |
|---|---|---|
| データの修正 | 収集された位置情報に対して、リアルタイムで補正を行います。 | まず全ロケーションのデータを収集し、オフサイトで補正を行う。 |
| 後処理 | データの後処理が不要であるため、後処理ソフトウェアを導入する必要もありません。 | 専用のソフトウェアが必要です。 |
| 基地局とローバー間の信号強度 | 基地局とローバー受信機の間には、常に接続が維持されていなければなりません。信号が途切れるとデータが失われ、その結果、誤差が増大します。 | 基地局とローバー受信機間の信号強度はそれほど強くなくてもよい。 |
| 職場環境 | 樹木、建物、山などの障害物がない、オープンな空の条件下で最も効果的に機能します。GNSS信号が遮られると、信頼性の高い精度を維持することが難しくなります。 | 障害物（トンネル、橋、谷間など）がある場所でも、デシメートル級の精度を維持します。これは、バックワード・フォワード処理などのアルゴリズム的手法を用いることで実現されています。 |
| ベースライン | 最大30 kmのベースラインに対応しています。 | 基線が長い場合、電離層による誤差を評価し、補正する。 |
| 破損したログの復旧 | 該当なし | 「長基線事後処理」を用いることで、強い太陽活動の影響を受けた損傷ログを復元することができる |
| 太陽活動 | データの計算において、太陽活動を考慮しません。 | 太陽活動を考慮して、ロングベースラインモードとショートベースラインモードのどちらを採用するかを決定する。 |
