投稿者: Tanaka

OrbisNetSigma PPPの開発

Tanaka

【新たな挑戦 ― OrbisNetSigma PPPの開発へ】

これまで開発を続けてきたGNSS測量ソフトウェア「OrbisNetSigma」。
RTK、スタティック測量、基線解析、三次元網平均と、一つずつ機能を積み上げてきました。
そして今、新たな目標に挑戦します。

それは、日本国内だけでなく、世界の観測データを解析できる「OrbisNet Sigma PPP」を実現することです。

PPP（精密単独測位）は、近くに既知座標の基準局を設置することなく、GNSS観測データと精密衛星軌道・時計情報などを利用して高精度な測位を目指す技術です。
日本のCLASやMADOCAによるリアルタイム補強に依存せず、海外で取得した観測データも解析できるソフトウェアを目指します。

まずは、実際の観測データを使い、解析の成立性、収束状況、測位精度を検証します。
そして、その先に見据えているのが PPP-AR（整数アンビギュイティ決定を用いたPPP） です。
海外でも利用されているこの技術に取り組み、収束時間の短縮と測位精度の向上を目指したいと考えています。
もちろん、実現には検証すべき課題が数多くあります。しかし、一つずつ試験を重ね、結果を確認しながら前に進みます。
AIの力も借りながら、自分自身の研究と開発を積み重ねてきました。

日本で開発したソフトウェアを、世界のGNSS研究者にも使ってもらえるものにしたい。

これが、次の目標です。
これからも、一歩ずつ挑戦を続けます。
「年齢は引退の理由ではなく、次の研究テーマを始める年齢だ！」
なんてっちゃってアイド～ル～～～(^^♪


【2026/11/8 追記】
PPPの基本ソフトができました。

電子基準点の1日分のRINEXを使って解析した結果です。
これは使えるかも、と思っています。

方向　　　平均　　 範囲(1日の中)
東西(E)　 +8 mm　+6 〜 +10 mm
南北(N)　−22 mm　−24 〜 −20 mm
高さ(U)　+10 mm　+4 〜 +13 mm
水平　　 23 mm　　最大25 mm

南北が2cmほど南にずれているのは、受信機アンテナのPCV(いまはSCITドームで代用)や、座標系の細かな差が残っているためと思われます。


今後の目標です。
世界中のGNSS観測データから、高精度な座標を求める独立した測位解析システムを開発する。
【01】国際PPPの実証
X20Pで記録したRAWXを含むUBXデータを使い、RINEX変換から精密軌道・時計データによるPPPスタティック解析まで、一連の処理を独立して構築します。
【02】解析結果の科学的検証
まず約3時間の観測データを使い、収束時間、座標の安定性、既知座標との差、衛星系ごとの影響を調べます。可能なら6時間のデータとも比較します。
【03】PPP-ARへの挑戦
PPPの基礎を確認した後、必要な位相バイアス等の補正情報、整数アンビギュイティ決定、収束時間と精度の改善を研究します。
【04】海外データによる検証
日本国内のデータだけで終わらせず、海外の観測データでも解析を実施し、地域や観測条件が変わっても利用できるか評価します。

IONEXファイルのダウンロード

Tanaka

OrbisNet Sigma では、電離層モデルと対流圏モデルを設定できますが、電離層モデルで IONEX に設定するには、IONEXファイルが必要です。

ダウンロード先の選定

日本国内の観測(例えば08/04のデータ)の場合、CDDISから該当日のIONEXファイルを取得するのが標準的です。

  1. CDDISへアクセス: https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/products/ionex/
  2. NASA Earthdataアカウントが必要(無料登録): https://urs.earthdata.nasa.gov/

    ID、パスワード取得

  3. 観測日が2026年8月4日なら、ionex/2026/216/(216は8月4日の年間通日、DOYです)のようなパスに該当日のファイルがあります
  4. ファイル名は解析センターによって異なりますが、代表的なものは:
    • COD0OPSFIN_20262160000_01D_01H_GIM.INX.gz(CODE final、高精度・確定版)
    • IGS0OPSFIN_…(IGS combined)
    • 速報性が必要ならRAP(rapid)やULT(ultra-rapid)の付いたファイル

手順

  1. .gzまたは.Zで圧縮されているので、ダウンロード後に解凍してください(7-Zipなどで開けます)
  2. 解凍した.INXまたは.iファイルをローカルに保存
  3. StaticRnx2RtkpConfigViewの「IONEXファイル」欄の「参照」ボタンで、そのファイルを選択
  4. 電離層モデルを「IONEX」に変更して保存
  5. 再解析してFix率がどう変わるか確認

注意点

IGSのcombined/final IONEXは空間分解能が緯度経度5°×2.5°、時間分解能2時間と非常に粗いです。日本国内の狭い基線(例えば10km程度)に対しては、この粗さがpntposの初期化にどう効くか未知数です。過度な期待はせず、「実装が正しく動くようになったか」の確認と、「それでも実用上はBroadcastの方が安定するかもしれない」という前提で試していただくのが良いと思います。

OrbisNet Sigma 更新

Tanaka

やっと、スタティック測量・RTK測量の基線解析から三次元網平均までを行えるソフトが、完成に近づいてきました。

ここまでの道のりは、ひとつを直せば別のところで問題が起きる、という試行錯誤の連続でした。それでも、観測と解析を繰り返しながら一つひとつ問題を解決し、ようやく一つの形になってきました。

図は、2か所の電子基準点を利用して行ったスタティック測量の例です。地理院地図とGoogle Earthを使って、電子基準点と観測点の位置関係を表示しています。

PCV補正の重要性

Tanaka

基線解析では、観測データだけでなく、アンテナ位相中心補正（PCO・PCV）も重要な解析要素であり、これを適用しないと高さ成分を中心に系統誤差が生じます。

IGS(International GNSS Service)や国土地理院では

  1. 座標はARPで管理
  2. ANTEXファイルにPCO・PCVを保存
  3. 基線解析時に両アンテナを補正

という方法を採用しています。

この方式なら

  • 新しいアンテナが出ても対応できる
  • ANTEXが更新されても再解析できる
  • 世界中で同じ基準になる

という利点があります。

ARP (Antenna Reference Point)：アンテナ基準点
PCO (Phase Center Offset)：アンテナ基準点(ARP)と位相中心の平均的なずれ
PCV (Phase Center Variation)：衛星方向によって変化する位相中心のずれ

GLONASS の問題

Tanaka

GPS + QZSSではFix率が高いのに、GPS + GLONASS + QZSSではFix率が極端に低下する場合があります。

主な原因

1．GLONASSはFDMA方式を採用している

GPS、QZSS、Galileo、BeiDouは、全衛星が同じ周波数帯を共有するCDMA方式ですが、GLONASSだけは衛星ごとに周波数がわずかに異なるFDMA方式を採用しています。

このため、

  • 二重差（Double Difference）では、受信機固有の周波数依存誤差が完全には打ち消されません。
  • 基準局と移動局で受信機の機種やGNSSチップの世代が異なる場合、GLONASS特有の**周波数間バイアス（Inter-Frequency Bias：IFB）**が発生します。
  • IFBが適切に補正されないと、GLONASSの搬送波アンビギュイティが整数値へ収束しにくくなり、結果としてFix率が低下することがあります。

2．基準局と移動局の受信機の組み合わせ

基準局と移動局が異なるメーカーや受信機アーキテクチャの組み合わせでは、GLONASSのIFB特性が一致しない場合があり、GPS単独よりFix率が低下することがあります。

一方、GPSやQZSSはCDMA方式のため、この影響をほとんど受けません。

3．観測環境（遮蔽物など）

GLONASSの軌道傾斜角は約64.8°（GPSは約55°）であり、衛星の見え方がGPSとは少し異なります。

そのため、建物や樹木などの遮蔽物がある環境では、GLONASS衛星だけが不利な配置になる場合があります。

ただし、この要因だけでFix率が大きく低下するケースはそれほど多くなく、多くの場合はIFBの影響の方が支配的です。

切り分け方法

RTKLIBには pos2-glomodear という設定があり、GLONASSのアンビギュイティ解決方法を変更できます。

  • off：GLONASSの整数アンビギュイティ固定を行わない（GLONASSはFloat解のまま使用し、GPS等のみでFixを試みる）
  • on：通常のGLONASSアンビギュイティ固定を行う
  • autocal：IFBを自動推定しながらアンビギュイティ固定を行う
  • fix-and-hold：Fix-and-Hold方式を利用してIFBを推定・保持する

実際にこれらを比較したところ、autocal が最もFix率が高く、標準偏差も良好な結果となりました。

そのため、OrbisNet Sigma では autocal をデフォルト設定としています。もちろん、用途や受信機の組み合わせに応じて、他の設定もプルダウンメニューから選択できます。

本を書きます

Tanaka

拙者、かねてより心血を注ぎ開発して参りましたGNSS測量システムにつき、このたび一書を著す決意を固め候。

仮題は、

『AIと創るGNSS測量システム』
― RTK・VRS・CLASより、スタティック測量ソフト開発に至るまで ―

にござ候。

これまで、RTKによる高精度測位、VRS・CLASを用いた補正技術、スタティック測量、基線解析、平均化、さらには測量ソフトウェアの開発まで、試行錯誤を重ねながら歩んで参りました。

本書では、それらを単なる技術解説としてではなく、「なぜその仕組みが必要なのか」「どのような考えで設計したのか」、そしてAIと共にシステムを創り上げていく過程も含め、一つの流れとしてまとめたいと考えております。

まことに浅学非才の身ながら、これまで積み重ねてきた経験が、これからGNSSや測量システムの開発を志す学生や技術者の一助となれば、この上ない喜びに存じ候。

完成の暁には、もし御縁がございましたら御一読いただき、忌憚なき御意見や御叱正を賜れれば幸甚に存じます。

まずは決意表明まで。

さて、ここからが本当の勝負にござる。

第四次産業革命の中にあって、私たちがなすべきこと

Tanaka

これより先の世は、技と営みが目まぐるしく変わりゆく時代となる。
古き地図は用をなさず、新たな羅針盤と堅き足腰を要する。
されば、己の目と心と手を鍛え、着実に道を測りゆくべし。

第一に、数字の道具と網を自在に操る心得を養うこと
筆や算木にかわる機械（パソコン・スマートフォン）を手にし、網（インターネット）の道筋を知り、身を守る術を学び、情報を正しく扱い、必要に応じて自ら機械に命を与える術（プログラミング）をも会得せよ。
これなくして、先の長き道は闇の中である。

第二に、物事を深く吟味し見極める力を磨くこと
見聞きしたことをただ鵜呑みにせず、常に「なぜか」「果たして真か偽か」と疑いの目を向けよ。
諸々の情報を集め、吟味し、己の判断を筋道立てて固め、さらに自らを省みる。
この繰り返しこそ、正確なる測量の要諦に他ならない。

第三に、人と心を通わせる術を磨くこと
測量の旅は一人では成し得ぬ。
相手の言葉に耳を傾け、気持ちを汲み取り、自らの考えをわかりやすく伝え、時に情を抑え、時に表情や身振りをもって心を伝えるべし。
互いに信頼し、手を携えてこそ、遠き難所も越えられる。

第四に、新しきを生み出す心を育むこと
人工の知恵（AI）は既知の道を速やかに歩むであろう。
しかし、未だ誰も見たことのない山を見つけ、新たな道を切り開くのは、人の創造の力である。
心を自由に馳せ、多様な景色に触れ、失敗を恐れず一歩を踏み出し、己の内に火を灯すべし。
これぞ人の本領なり。

第五に、生涯学び続ける姿勢を貫くこと
伊能忠敬は五十の齢を越えてから日本国を歩き測り、七十余歳まで筆を執った。
世の技も営みも止まることなく移り変わる。
されば、今日より明日を、少しでも高き処へ登る心構えを生涯持ち続けよ。
人生百年に及ぶ時代と言われる今こそ、終生の測量の旅を己に課すべし。

これらを日々怠らず実践する者こそ、この大いなる変革の波の中にあっても、己の道を確と定め、堂々と歩み続けられるであろう。

OrbisNet Sigma の改良

Tanaka

これまでの実装（網平均、PCV統合DB、機種登録検定機能、マルチメーカー対応）により、Sigmaはかなり便利になってきました。

残っている課題は主に信頼性の可視化と運用効率、そしてトレーサビリティの3つだと感じています。

今回の改良で、アンビギュイティ判定、残差プロット、仰角別残差分布を表示（信頼性の可視化）ができるようになりました。