ドローン水稲モニタリング

格安RTK‐GNSS機器の製作 ‐その1‐

Posted on 2020/1/15

2020年の最初の記事は「格安RTK-GNSS」を複数回にわたって紹介していきます。

私自身は2016年から格安RTK-GNSSに手を出しましたが、今まで触れることなかった専門知識・技術が多岐にわたっていたので、しばらく様子を見ていました。最近になって私の周りの人が導入したことによって、いろいろ教えてもらえる環境になりました。先日紹介した１月25日の研究会でも格安RTK-GNSSの簡単な紹介があります。

さて、今回紹介するRTK-GNSSというのは、複数の人工衛星からの信号を受信して、cm単位で地球上の位置を計測することができる技術です。世の中では「GPS」という言葉が定着していますが、RTK-GNSSはアメリカのGPS以外にもロシアのGLONASS、EUのGalileo、中国のBeiDouや日本のみちびきといった複数の人工衛星を使うシステムになります。cm単位の高精度な位置を求める技術になりますが、農業分野では無人トラクタや無人田植機に使われるなど、これからのスマート農業には必要な技術になってきます。

測量分野では、数十年前から現場で使われています。ただし、測量用の検定に合格した機器は何百万円と非常に高価であったため、個人で手を出すことはできませんでした。

しかし、センサの小型化や低価格化によって、個人でもcm単位で計測できる時代がついに到来しました。素晴らしいっ!!

RTK-GNSS測量の機材が格安で購入できるようになったことから、電子機械の雑誌（トランジスタ技術など）でも特集されています。

また、reach社のrs+といったこれまでには考えられない価格で製品化され、既に市販されています。ただし、日本国内で使用するための技適を取得していないため、機器を使用すると電波法に抵触する可能性があります（技適を取得して販売するのをずっと期待しているのですが・・・ダメそうな感じです）。

日本国内では電波法などいろいろ課題もありますが、部品をそろえることで格安にRTK-GNSS（後処理）を自作することはできます。

ドローンを用いたモニタリングでは、GCP（地上基準点）の計測にRTK-GNSSを使います。位置精度が高ければ、より精度の高い3Dモデルを作成することができます。RTK-GNSS測量以外にもTS測量といった方法でも高精度の位置を求めることが出来ます。精度だけでみるとRTK-GNSSよりTS測量の方が精度は高い（RTK-GNSSは数cmの誤差、TS測量は数mmの誤差）のですが、広域にわたる測量の場合はRTK-GNSSの方が効率的です。

また、そのような測量機器がない場合は、地理院地図（WEB地図）で経緯度および標高を求めることができます。私も2014年の運用時では地理院地図を使用していましたが、モニタリングの高精度化にあたってGCPをRTK-GNSS測量およびTS測量による位置座標に変更しました。100mぐらいの狭い範囲であれば、メジャーとハンドレベルでも位置を計測することができます。

前置きが長くなりましたが、本題の格安でcm単位の精度で位置を求めることができるRTK-GNSS測量について紹介していきます。
2018年に２周波の信号を受信できる基板ZED-F9P（u-blox社）が開発されましたが、ここでは１周波タイプのM8T（u-blox社）を使います。詳しいことは、私が参考にしたサイトで紹介されています。

まず、RTK-GNSS測量はBaseとRoverの２台以上が必要になります（※Roverは複数台に増設することも可能）。また、国土地理院が日本国内を整備している電子基準点を利用する場合は１台でも位置を計測することができます。リアルタイムで位置を求める場合は、BaseとRover間をデジタル無線やWi-Fiなどのネットワークを使用します。私の使い方はリアルタイムで位置を知る必要はないので、受信した情報をSDカードに書き込んで後処理解析から位置を計測します。デジタル無線やWi-Fiなどを使用しないので、電波法には抵触しません。

今回使う機材

M8T基板とTallysmanアンテナ

M8T基板にアンテナを接続して、PC画面（u-center）で見るとアメリカのGPS、中国のBeiDou、日本のみちびきを受信していることが確認できます。パラメータなどの設定はこちらを参考にしてください。

人工衛星（GPS、BeiDou、みちびき）の受信状況

信号を正常に受信できれば、次はその情報を電子媒体に保存していきます。次回は、受信情報をSDカードに書き込むための改造方法を紹介する予定です。