3. 解析

“Fixしない？衛星を減らしてみたら？“

L1-DGNSSとRTKLIBによるPPK解析

解析のフローチャート

解析（屋内作業）

  1. Base/Rover受信機からUBXファイルをダウンロード
    • uBlox社の受信機を使用した場合
  2. RTKCONVでUBXをRINEXファイルに変換
    • 電子基準点に合わせてRINEX ver.3.02を使用
  3. RTKPOSTでRoverの座標を求める
    • 定位置を計測した場合の測位モードはStaticを使用
    • Baseの座標が未知の場合：Roverの座標は相対値
    • Baseの座標が既知の場合：Roverの座標は絶対値
  4. Roverの座標を得る
    • 解析結果（.pos）のテキストファイルを参照
    • Fix解の場合：Ratio = 999.9となった最終行の座標
    • Float解の場合：Ratioが最も高い行の座標

事前準備（ダウンロードする）

  1. RTKLIB（RTKCONVやRTKPOSTなどの解析ソフトウェア群。最新版はrtklib 2.4.2 p13）
  2. GSIGEO2011（ジオイドモデル）
    • 最新版は「日本のジオイド2011」(Ver.2) , ただしRTKLIB 2.4.2では日本全域に対応していない（正常動作しない地域がある）

基本用語集

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事前準備

RTKLIBのダウンロード

最新版のソースコード
https://github.com/tomojitakasu

  • ソースコードを読むとマニュアルにない機能の意味がわかる（時もある）
  • 現在はgithubで最新版の開発・公開が行われているもよう

最新版のバイナリ（開発者ではない人はこちら） https://github.com/tomojitakasu/RTKLIB_bin

  • WindowsのGUIで使用するならバイナリ（exeファイル）を使用する
  • binフォルダ全体をダウンロード

RTKLIBの動作確認

RTKLIBが動かない場合
講習会などでよくある現象

  • Executeをクリックしても処理ができない、エラー終了する
    → 「管理者として実行」する

  • 処理は開始されるが、ファイルが出力されない
    →ダウンロードするバージョンを変えてみる

  • どうしても処理ができない（正しく動かない）
    →正常動作している人のバイナリファイルのコピーをもらう

GSIGEO2011のダウンロード

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観測データのダウンロード

Base/Rover受信機から観測データをダウンロード

観測データ（UBXファイル）のダウンロード

  • EMLID Reach RS / Reach RTKの例
  • 受信機にWi-Fi接続し、観測データをダウンロード

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RINEX変換

RTKCONVでUBXをRINEXファイルに変換

  • 電子基準点に合わせてRINEX ver.3.02を使用
  • RTKLIBの解析ではRINEX形式のデータを使用する
  • Reach RS / Reach RTKではu-blox社のネイティブファイル（.ubx）形式で保存される
  • RTKCONVは各社のネイティブファイルをRINEXに変換するツール
    • 一部のメーカーの観測データは変換できない（ファイル仕様が公開されていない）
  • 変換元ファイル名にアスタリスク「 * 」を使用すると、連続しているが分割されて生成された複数ファイルを一つのRINEXファイルに変換可能 開始・終了の年月日時分秒を指定すると、その期間のRINEXファイルを出力することもできる（動作が軽くなる）

RTKCONV（RTKLIB/bin/rtkconv.exe）

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PPK解析　～解析の基本手順をBaseの絶対座標を使用しない例で示す～

RTKPOSTでRoverの座標を求める

RTKPOST（RTKLIB/bin/rtkpost.exe）

  • rtkpost.exe: 一般的にはこちらを使用
  • rtkpost_mkl.exe: インテル® マス・カーネル・ライブラリーが利用可能な環境の場合

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  • 初めてRTKPOSTを使用する時のみ、以下の操作を最初に行う
  • Options画面の”Positioning Mode”を”Static”に変更
    • Static: 定位置の地点を観測する場合
    • Kinematic: 移動体を観測する場合
  • “OK”をクリックしてOptions画面を閉じる

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  • Base/Roverの観測データ（RINEXファイル）を設定する
  • Base/Roverの各ファイルを設定する欄に注意
  • Options画面で”Static”に設定していない場合、Baseファイルを設定できない

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Options “Setting1”の設定

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Options “Setting2”の設定

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Options “Output”の設定

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Options “Positions”の設定

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Options “Stats”, “Files”, “Misc”の設定

  • すべてデフォルト
  • 空欄にすべきところは空欄であることを確認する

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  1. Base/Roverの観測データ（RINEXファイル）を設定しましたか？
  2. Optionsのすべてのタブの設定項目が適切であることを確認しましたか？
  3. Optionsは以前の設定値を記憶しているため、解析のたびに確認が必要

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【参考1】Roverの「標高」を出力する：RTKPOSTにGSIGEO2011を設定する

  1. “Options”を開いて
  2. “Files”タブの”Geoid Data File”にgsigeo2011_ver2.ascを指定（左図）
  3. “Output”タブの”Datum / Height”で”Geodetic”を指定（右図）
  4. 同タブの”Geoid Model”で“GSI2000 (1x1.5”）“を指定（右図）
  5. RTKLIB 2.4.2は最新のジオイドモデルに対応していない（正常動作しない地域がある）

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【参考2】電子基準点データの使用：RTKPOSTに座標とPCV補正ファイルを設定する

  1. “Options”を開いて
  2. “Files”タブの”Receiver Antenna PCV File”にGSI_PCV.pcv（または.TXT）を指定（左図）
    • 受信機のアンテナファイルは2行目に指定する。 1行目は衛星のアンテナファイルを指定する欄
  3. “Positions”タブの”Base Station”に電子基準点の座標＋楕円体高を入力（右図）
  4. 同タブのBase Stationの”Antenna Type”に「 * 」（自動選択）を入力（右図）

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【参考3】Baseの絶対座標の使用：RTKPOSTにBase座標を設定する

  1. “Options”を開いて
  2. “Positions”タブの”Base Station”にBaseの絶対座標＋楕円体高を入力
    • dmsで入力する場合、度分秒の数値を半角スペースで区切る
  3. 同タブのBase Stationの”Antenna Type”のチェックを外す
    • PPK解析では、Baseアンテナ位相中心の位置からRoverまでの基線ベクトルを求めるため、Baseのアンテナ高の入力は不要。入力すると「アンテナを設置した地面」の高さを意味する。そこじゃない。

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成果出力

Roverの座標を出力する

  • 解析結果（.pos）のテキストファイルを参照
  • Fix解の場合：Ratio = 999.9となった最終行の座標
  • Float解の場合：Ratioが最も高い行の座標

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ノウハウ

【解説1】RTKPLOT

  • GNSS観測データ（.obs）と解析結果（.pos）を図化するソフトウェア
  • 観測データの図化：受信衛星の数と品質（高度、SNR、マルチパス）の評価
  • 解析結果の図化：解の品質（Grd Trk, Position, AR）の評価

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GNSS観測データ（.obs）の図化：BaseとRover両方の観測データについて評価する

  • 受信衛星の数と品質（高度、SNR、マルチパス）の評価
  • 左の例は全体的にSNRが低く（35dbHz以下）、Fix解は得られないかもしれない
  • 右の例は受信状態が良いが、G20, J01のSNRが低く、解析から除外したほうが良いかもしれない

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解析結果の図化（.pos）の図化

  • 解の品質（Grd Trk, Position, AR）の評価
  • 下の図は同じ解析結果を図化したもの。観測期間の全エポックでFix解が得られている
  • 左はPosition図。E-W, N-S, U-D（XYZ）各軸の位置の変動を見る。いずれも±5 mm以内であり、良好
  • 中はGrd Trk図。マスの目盛は1 mm。グレーの円はエラーサークルで、時間の経過とともに小さくなっている。南北8 mm、東西5 mmの範囲にすべての解が収まっている
  • 右の図はRatio Factor for AR Validation図。Ratio Factorの最大値は1,000。解析期間中のほとんどのエポックで1,000を示し、変動も少ない。安定した測位解が得られている

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  • 解の品質（Grd Trk, Position, AR）の評価
  • 下の図は同じ解析結果を図化したもの。観測期間の前半がFloat、後半がFix解となった
  • 左はPosition図。Float解（オレンジ色）の水平方向は1 m、垂直方向は4 mの変動がみられる
  • 中はGrd Trk図。マスの目盛は20 cm。エラーサークルは時間の経過とともに小さくなり、Float解は南北1.6 m、東西1 mの範囲に収まる。Fix解は中央左下の1点に収束している
  • 右の図はRatio Factor for AR Validation図。Ratio Factorはゆっくりと上昇するが、最大値の1,000に達した後は安定している

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【解説2】L1-DGNSS測量と解析のポイント

  • 計画
    • 同じ測位衛星システム内で5つ以上の衛星を、良いSNRで受信が継続できること
    • 受信環境が最も良好で安定した場所にBaseを配置する。建物の屋上がベスト。車の屋根の上も可
    • Baseの周辺は立ち入り禁止。サイクルスリップや振動による精度劣化が生じる
    • 基線長を小さくする（Baseを観測領域の中央に置く）
    • 雨天や濃霧など、BaseとRoverの上空の大気状態が異なると誤差も増加する（二重差による誤差要因の相殺ができない）。基線長のZ方向の差が大きい場合も同様。長期観測ではそうした影響も考慮し、気象データを用いた対流圏遅延補正を行う必要がある（中島・他、2018）
  • 測量
    • アンテナ高は2 m以上とする（人間や植生による電波遮蔽の低減）
    • Roverは過酷な自然環境の中でも丁寧に作業できる人が担当する 設置精度を最大限に高める（NG：石突の位置ズレ、ポールの傾き、計測中の揺れ）
    • 揺れは厳禁（地球は自転し、公転し、衛星も地球を周回する。計測中の僅かの揺れでも悪影響がある）
    • 高さのあるものから可能な限り離れて計測する（電波遮蔽軽減） アンテナを直接、地面に置いて計測しない（電波遮蔽の元凶）
  • 解析
    • 低高度でもSNRが高い場合は解析に使用する
    • 植生の葉っぱは電波を通すが、SNRを低下させる
    • SNRが低い、SNRが低い状態で安定しない、サイクルスリップがある衛星は除外する
    • 観測期間の途中で登場する衛星は、除外したほうが良い場合もある（ARがリセットされる）
    • パラメータをいじって無理やりFixさせない（衛星の除外を除き全Roverを同じ条件で解析する）

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