RTK搭載のドローンとは？仕組みや測位方法、測量の精度について解説

ドローンの技術は、日々進歩しています。同時に、我々の生活する上でも、ドローンは身近な存在となりつつあります。

例えば、面積や体積を計測する建設現場において、地上で測量機材を設置していた測量は、ドローンを利用することにより、空から簡便かつ迅速に実施できるようになりました。

一方で、昨今ではドローン測量の「精度」が問われるようになっていることから、RTKを搭載したドローンへの注目が集まっています。

この記事では、RTK技術の概要とRTKドローンについて解説します。

そもそもGNSとは

ドローン測量では、機体が「どこで撮影したのか」という位置情報が、最終的な成果物の精度を左右します。その位置を把握する仕組みがGNSS（全球測位衛星システム）です。

GNSS（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）とは、地球上のあらゆる位置情報を特定するための衛星システムの総称です。

例えば、GPS（アメリカ）、GLONASS（ロシア）、Galileo（ヨーロッパ）、BDS（中国）、QZSS（準天頂衛星、日本）などが挙げられます。

一般的なドローンには単独測位のGNSSセンサーが搭載されており、誤差は数m程度生じることがあります。

より高精度な測量を目指す現場では、このGNSSを高度化したRTK方式が用いられています。

RTKとは

RTKとは「Real Time Kinematic」の略称で、GNSS測位の誤差をリアルタイムで補正する技術を指します。

通常の単独測位では、位置に数m程度のずれが生じることがありますが、RTKでは基準となる地点のデータを活用し、その誤差を補います。

その結果、位置精度を数cm単位まで高められます。詳しい仕組みや手法については、後の章で解説します。

ドローンでの測位方法の代表例

ドローンでの測位方法として代表的なのは、単独測位とRTK法です。

ここでは、それぞれの測位方法の特徴について解説します。

単独測位

単独測位は、1つのGNSS受信機により、複数の衛星からの信号を受信し、測位する仕組みです。

ドローンだけでなく、スマートフォンやカーナビなどに導入されている、もっとも身近な測位手法です。

広く浸透しており使いやすい一方で、単独測位での位置の精度は数メートル生じることがあり、精度が重要とされる建設・土木などの分野では用途に応じて要求される精度を確認し、利用することが求められます。

RTK測位

RTK（Real Time Kinematic）法とは、相対測位（2つ以上のGNSS測位受信機を使用する方法）の一つであり、既に位置（座標）がわかっている「基準局」と、位置を計測したい「移動局」がそれぞれ測位し、その間で情報をリアルタイムでやりとりをする中で、位置のズレを補正する手法です。

相対測位は、単独測位よりも位置の精度を高く測位できます。その中でもRTK法は、少ない作業でかつ高い精度での位置情報が収集でき、また導入しやすいという利点があります。

センチメートル級の測位が可能な理由

RTKでは、衛星からの電波の「搬送波位相」と呼ばれる情報を用いて位置を算出します。搬送波位相とは、電波の波のずれを精密に読み取る方式で、コード測位よりもはるかに細かな差を捉えることが可能です。

基準局と移動局が同時に同じ衛星を観測し、その位相差を比較することで、誤差要因を相殺します。

波長単位での補正を行うため、位置のずれをcm単位まで抑えられるのです。

RTK搭載のドローンとは

RTKを搭載したドローンとは、機体自体がRTK測位に対応し、飛行中に高精度な位置情報を取得できる機種を指します。移動しながら測位を行うドローンにとって、リアルタイムで誤差を補正できるRTKは相性のよい技術です。

従来の単独測位では位置のずれが積み重なりやすい場面でも、RTK搭載機であれば航行ルートを正確に保ちやすくなります。自動航行の再現性が高まり、同じ経路を繰り返し飛行させる用途にも適しています。

その結果、測量分野だけでなく、土地造成の進捗管理、農地の生育状況把握、インフラ点検など、位置精度が求められる現場で活用が広がっています。

RTK測位の主な手法

RTK測位には、「RTK-GNSS」と「ネットワークRTK（VRS）」の2つの手法があります。

また、位置情報を配信している「高精度位置情報配信サービス」を利用する方法もあります。

RTK-GNSS自体は、位置情報を配信するわけではありません。RTK-GNSSを使用する場合、高精度位置情報配信サービスを利用することもありますが、高精度位置情報配信サービスを利用せず、D-RTK2などを使う方法もあります。

現場に基地局を設置するRTK-GNSS

RTK-GNSS（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System）は、基地局と移動局を指定して、それぞれの位置情報を比較し測位する方法です。

RTK-GNSSの特徴は以下の通り。

• 基地局と移動局が互いに接続できる設備が必要
• 基地局と移動局が通信できる狭い範囲であれば、都市部や山間部でも使用可能
• 基地局の設置と基地局の座標の測量が必要

専用デバイスさえあれば、RTK-GNSSを利用することができ、従来よりもはるかに高い精度の測量が可能となります。ただし基地局が必要であるため、基地局がない現場では、基地局の測量と設置の作業が必要になります。

通信網を活用するネットワーク型RTK（VRS）

ネットワーク型RTK-GNSSは、複数の基地局から仮想基準局（VRS：Virtual Reference Station）を算出し、移動局とリアルタイムに通信することで、位置のズレを補正する測位方法です。

補正情報のやりとりは、インターネット回線を用いることから、現場では4G/LTEの通信環境下であれば利用できます。

また、仮想の基地局を移動局の近くに生成できるため、基地局の位置に依存せずに測位できます。さらに、RTK-GNSS測位よりも広範囲での測位が可能となることから、ドローンとの相性は非常に良いです。

ネットワーク型RTK-GNSS（VRS）の特徴は以下の通り。

• 基準局の設置および測量が不要
• 仮想基準局（VRS）により、RTK-GNSSよりも広範囲で利用可能
• 基地局間の距離が遠くても、測位精度が維持される
• 4G/LTEなどのインターネット回線が必要

高精度位置情報配信サービス

高精度位置情報配信サービスとは、電子基準点などの固定局の位置情報や、ネットワーク型RTK-GNSSの補正情報などをインターネットで配信しているサービスです。

大手キャリアなどが運営しており、利用契約をすることで誰でも利用できます。測量や建設だけでなく、最近ではロボットの自動操縦や農業でも盛んに導入されているサービスです。

高精度位置情報配信サービスの特徴は以下の通り。

• インターネットを活用して配信されているサービス
• 契約すれば誰でも利用可能

RTKドローンを使うメリット

RTKドローンを使うメリットは、以下の2点です。

• 正確な自動航行が可能
• 高い精度でのドローン測量が可能

勿論、従来の単独測位のドローンでも、短時間での効率的な測量や、人が入れない場所での測量は可能です。

一方で、RTKドローンを使用することにより、誤差数センチメートルの圧倒的に高い精度でのドローン測量を実現できます。

高い精度は、品質評価が重要視される現場では特に重要です。RTKドローンを利用することで、より効率的かつ短時間で、高い精度でのドローン測量が手に入るでしょう。

ドローン測量の要求精度

ドローンでの測量を検討する際は、求められる精度を把握しておくことが重要です。要求精度をもとに測量方法や使用するドローン等を検討しましょう。

UAVを用いた公共測量マニュアル（案）

「UAVを用いた公共測量マニュアル（案）」は、無人航空機（UAV）で撮影した空中写真を用いて測量を行う場合における、精度確保のための基準や作業手順等を定めたものです。

例えば、以下のような測量のさまざまな段階での基準が細かく決められています。

1）出来形管理

構造物が発注の規格基準を満たしているかどうかを管理する出来形管理では、精度は±5cm以内であることが求められます。

2）起工測量

工事の施工前に行う起工測量では、精度は±10cm以内であることが求められます。

3）写真の重複度に関する指標

写真測量では、空中写真を用いて地形や建物の測量を行います。画像の重複度が精度に影響するため、これらの基準が示されています。

4）データ整備の基準

測量データは、全数点検や加工が行われた上で提供されることが一般的です。データの品質が確保されるようになっています。

公共工事に求められる精度

公共工事における測量では、「空中写真測量（無人航空機）を用いた出来形管理要領（土工編）（案）」という基準が設けられています。

これは、国土交通省の国土地理院が公共工事について示したガイドラインです。これによると、出来形管理では精度が±5cm以内、起工測量では±10cm以内の精度が求められています。

なお、求められる精度は、プロジェクトの規模や用途によって異なることもあります。

民間工事に求められる精度

民間工事では、プロジェクトの規模や用途により求められる測量精度は変動します。公共工事と同じような厳格な基準が設定されることも、珍しくありません。プロジェクトの詳細によっては、誤差が±5cm未満という高い精度が必要とされる場合もあります。

一般的な単独測位のドローンによる測量だけでは精度要求を満たすことが難しい場合、より高精度なRTKドローンによる測量がおすすめです。

代表的なRTKドローンの機種

RTK法を利用できるドローンはさまざまですが、現場の状況や測量の目的に応じて、最適なドローンを選ぶことが大切です。

ここでは特に注目すべき3つのRTKドローンをピックアップして紹介します。これらの情報を参考に、ニーズにもっとも適したドローンを選んでください。

出典：推奨しているドローン機種はありますか？｜くみき

Matrice 4E

測量やマッピング業務に特化した小型産業ドローンです。

4/3 CMOSセンサーやメカニカルシャッターを搭載しており、オルソ画像や3Dモデルを高精度かつ効率よく作成できます。

折りたたみ式で持ち運びやすく、現場間の移動が多い測量会社や建設現場にもぴったり。自動航行機能も強く、広範囲を短時間で撮影したいケースと相性の良い機体です。

Matrice 4T

点検・警備・災害対応など幅広い現場業務に対応する多用途モデルです。

可視カメラに加えてサーマルカメラやレーザー距離計を搭載しており、夜間や煙・暗所環境でも対象を確認できます。AIによる対象検知や追尾機能も備えているため、インフラ点検や捜索救助、警備業務でも活躍します。

小型機ながら現場対応力が高く、機動力を重視したい運用に向いています。

Matrice シリーズ + Zenmuse H20

DJI Zenmuse H20 を搭載した DJI Matrice 350 RTK などのMatriceシリーズは、大規模インフラ点検や公共案件向けの本格産業ドローン構成です。

高倍率ズーム・広角・レーザー距離計を組み合わせたH20シリーズにより、高所や危険エリアも安全に確認できます。

ペイロード交換にも対応しており、LiDARや夜間用機材などへ拡張可能です。飛行安定性や耐風性能も高く、長時間かつ高負荷な業務に適しています。

RTKドローン運用の課題

RTKドローンは高精度な測量を可能にしますが、運用にはいくつかのハードルがあります。

まず、基地局の設置や通信環境の確保など、現場条件に応じた準備が欠かせません。電波状況や上空の遮蔽物によっては、安定した補正情報を得られない場合もあります。

さらに、取得したデータを正しく処理し、成果物として仕上げるには専門的な知識と作業工程が必要です。

機体性能だけでなく、データ処理や品質管理まで含めて体制を整えることが、RTKドローン活用の鍵といえるでしょう。

RTKドローンでより高精度に、ドローン測量「くみき」を

RTKドローンを導入しても、測量業務は機体の運用だけで完結しません。

補正環境の整備やデータ処理、成果物の品質管理まで含めて体制を整える必要があります。そこまでを一貫して支えるのが、ドローン測量サービス「くみき」です。

「くみき」は、ドローンで撮影した空中写真をクラウド上にアップロードするだけで、自動的にオルソ画像や三次元点群データを生成可能です。

今までの専用ソフトのような専門的な操作や高性能PCを用意しなくても、測量データをかんたんに整理・管理できます。

また、大規模なプロジェクトでも処理は自動化されており、複数現場のデータを同時に扱えます。本社や支社からでもインターネット経由で成果物を確認できるため、情報共有も円滑です。

さらに、経験豊富な専門スタッフがプロジェクトをサポートします。

RTKドローンの高い位置精度と「くみき」のクラウド処理を組み合わせることで、数cm単位の精度が求められる現場にも対応しやすくなります。

RTK機能を搭載したドローンと「くみき」を併用することで、誤差±5cm以内の高精度な測位が可能なので、国土交通省の「UAVを用いた公共測量マニュアル（案）」が定める以下の厳しい精度基準にも、高い次元で対応します。

• 出来形管理： 精度±5cm以内（基準適合）
• 起工測量： 精度±10cm以内（基準適合）

RTKドローンと「くみき」の併用による、高い精度でのドローン測量をぜひご検討ください。