GNSSによる高精度測位社会に向けた国土地理院の取り組み
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FOSS4G 2018 Tokkyo 特別セッション、国土地理院小門様の発表資料
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GNSSによる高精度測位社会に向けた国土地理院の取り組み
- 1. Ministry of Land, Infrastructure, Transport and TourismGeospatial Information Authority of Japan GNSSによる高精度測位社会に向けた 国土地理院の取り組み －準天頂衛星システムが実現する⾼精度測位社会を⽀える－ 国土地理院 地理地殻活動研究センター 宇宙測地研究室 小門 研亮 平成30年11月10⽇（土） FOSS4G 2018 TOKYO
- 2. 1 • 自己完結的な測位衛星システム （日本版GPS） • 日本上空に長く留まる準天頂軌道 • 都市部や山間部での測位エリアの拡大 • 測位時間短縮による効率化 • サブメータ級測位補強サービス • センチメータ級測位補強サービス • 防災、ナビ、スマート農業、自動走行 測量分野等での新規サービス創出 • 災害時等の緊急メッセージ配信 2017年10月に4号機打ち上げ 2018年11月からサービス開始 三菱重工/JAXA 衛星測位の新たな時代へ 準天頂衛星システム「みちびき」
- 4. 3 高精度測位社会の夜明けは近い 我々は新たな社会を受け入れる準備はできているだろうか？ Are we ready for the new society?
- 6. 5 全地球測位衛星システム GPS(米) QZSS(日) GNSS（Global Navigation Satellite System） • GPSに代表される各国の衛星測位システムの総称 • GPS（米）, QZSS（日）, GLONASS（露）, Galileo（欧）, BeiDou（中）, IRNSS（印）等 • 安全保障や位置情報産業面での必要性 衛星測位とは？ • GNSS衛星からの信号を受信し、 ユーザ側で現在位置を推定 • カーナビ、携帯電話、自動走行、測量、 地殻変動監視など様々な分野で利用
- 10. 9 GNSS測位における誤差要因 軌道誤差 時計誤差 電離層遅延 対流圏遅延 ○ GNSS測位を用いた測量は、衛星からの電波 を地上で受信し、解析することで実施。 ○ 衛星の位置や時計のズレ、電波が地球の大気 中（電離層や対流圏）を伝播する際に生じる 遅延量が位置計測の誤差につながる。 GNSS測位における誤差 ① 時間をかけて測定し、誤差要因も位置と併せて 推定する。⇒ 時間がかかる ② 相対測位により、共通誤差を相殺する。 あらかじめ、地上に配備された観測網で生成された 補正情報の利用や、観測網を基準とした相対測位を 実施すれば、誤差の補正時間を大幅に短縮できる。 誤差の軽減・補正方法
- 11. 10 GNSS アンテナ バッテリー GNSS受信機 電源監視装置 5m 日本の位置の基準を支えるインフラ UPS 傾斜計 ･ 全国約1300点 ･ 1Hzﾘｱﾙﾀｲﾑ取得 ･ FOMA装置兼備 ･ ﾊﾞｯﾃﾘｰ72h 南鳥島 沖ノ鳥島 富士山 IP-VPN装置 ヒーター 電子基準点 無線通信装置
- 12. 11 GEONET 全国の電子基準点とつくば中央局で構成 電子基準点網 ・観測データの収集･配信 ・観測局位置の計算 つくば中央局 ・1s GNSSデータの連続観測 GEONET : GNSS Earth Observation NETwork System IP-VPN網・ 電話回線 地殻変動の監視 位置情報サービス 各種測量の基準点 （コマツHP）
- 13. 12 GNSS リアルタイム データ 主管制局 ・誤差の推定 ・補正情報生成 ・データ圧縮 ・衛星へ送信 （内閣府・JAXA） 準天頂衛星 電子基準点 利用者 軌道誤差 時計誤差 電離層遅延 対流圏遅延 • 電子基準点データから測位補強信号（大気遅延誤差等）を生成 • 準天頂衛星を経由して補正情報をユーザに配信（無償サービス） • 基準点のデータ不要で高精度な測位を実現（単独測位ベース） （公称精度：静止状態で水平6cm, 移動体で同12cm） 測位補強情報 ・衛星軌道/時計誤差 ・対流圏遅延量 ・電離層遅延量 準天頂衛星cm級測位補強サービス（CLAS）
- 16. 15 Eurasian plate North American plate Pacific plate Philippine Sea plate 海溝型地震 内陸地震 2018年 熊本地震 (M6.9) 2011年 東北地方太平洋 沖地震 (M9.0) 日本周辺でのプレート運動 0.9cm/yr 2.5cm/yr 8.5cm/yr - ４つの活発なプレートが衝突 - 定常的な地殻変動を発生 - 地震や火山活動の要因
- 19. 18 地殻変動が蓄積していくと… • 衛星測位と地図等との間で位置の不整合が大きくなる • 既存の膨大な地理空間情報（地図等）が十分に活用できなくなる 基準日A 計測日B （XA,YA） （XA,YA） （XB,YB） （XB,YB） （XA,YA） （XB,YB） 計測日C 計測日D （XD,YD） （XC,YC）
- 20. 19 Geospatial Information Authority of Japan Eurasian plate North American plate Pacific plate Philippine Sea plate Fixed point Since April 1997 (Horizontal) 20 years later Sep.1997 GEONETが捉えた日本の地殻変動（水平）
- 21. 20 途中省略
- 22. 21 Geospatial Information Authority of Japan Eurasian plate North American plate Pacific plate Philippine Sea plate Fixed point Since April 1997 (Horizontal) 20 years later Tottori-ken Chubu Kumamoto Mar.2017 GEONETが捉えた日本の地殻変動（水平）
- 25. • 国土地理院測量行政懇談会：国土地理院長の諮問機関として、 測量行政推進に資することを目的に学識経験者を委員として設置 • H29年度に行政懇談会の下に「測位基盤検討部会」を設置し、 衛星測位時代の共通の位置の基盤のあり方について議論 有識者委員会による検討 【委員名簿】 ◎佐田 達典（日本大学 教授） 〇大坪 俊通（一橋大学 教授） 天野 肇 （ITS Japan 専務理事） 稲垣 秀夫（地図調製技術協会 専務理事） 植木 睦央（日本建設機械施工協会） 久保 信明（東京海洋大学 准教授） 後藤 史一（国交省 地籍整備課 企画官） 斉藤 和也（日本測量調査技術協会 専務理事） 「位置の基準（測地基準座標系）のあり方について」 ～準天頂衛星システムが実現する高精度測位社会を支える～ ① 現状では位置座標を基準日に揃えて⽤いることが妥当 ② 測量分野で実用化されているセミ・ダイナミック補正を活用 ③ 測位結果を正しく利用するための一般の理解促進も必要
- 27. 26 ②セミ・ダイナミック（SD）補正の活用 • 基準日と計測日の間に生じた地殻変動を補正 – 電子基準点を使用した測量に適用 – 測量の時期によらず測量成果に整合した位置座標の計算が可能！ • 補正パラメータを１年に１回更新 – 補正パラメータは、電子基準点の日々の解析結果から計算 測量の結果を基準日に統一する仕組み（2010年1月導入） 基準日の座標 （測量成果） 位置座標 基 準 日 時刻 セミ･ダイナミック補正 計測日の座標 （測量した時点の座標） 基準点A 基準点B 基準日 計測日 X年後 新点 ③逆方向補正累積地殻変動 （①順方向補正） 累積地殻変動 （①順方向補正） ②測量 地殻変動により生じる基準点の相対的な位置関係を補正
- 28. 27 SD補正の測位分野での活用に向けて 課題２（空間分解能） 電子基準点の配点密度(20km)より 細かい局所的な変動の補正は困難 →電子基準点の大幅な増加は非現実的 →他機関のGNSS点の活用 課題１（時間分解能） 年１回の更新頻度では必要な 精度が確保できない可能性 →変動量は最大で約10cm/年 →最適な更新頻度の検討 補正量 時間… 2018 2019 2020 基準日 【地図】 2018~2019の間は この補正量で固定 課題3（補正手法） 測量は「基準日→計測日→基準日」の往復補正 測位では「計測日→基準日」の片方向補正 →必要な精度で整合性が確保出来るか要検証 成果の時間管理を含む最適な仕組みのあり方を検討