Beyond your wall with Drogger

ドロガーで壁を越えよう

DG-PRO1RW RTKガイド

この記事はDG-PRO1RWおよびDG-PRO1RWSをRTK(リアルタイムキネマティック)モードで動作させるためのマニュアルです。DG-PRO1RWとDG-PRO1RWSともにDG-PRO1RWと表記しますが、DG-PRO1RWS固有の内容についてはRWSと明記します。

基礎知識

RTKとは

RTKとはリアルタイムキネマティックという用語の略で、移動するレシーバ「移動局」とは別に、事前に位置の分っている地上に固定したレシーバ「基準局」の補正データを使って、高い精度の測位をリアルタイムで行います。

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RTKイメージ

RTKに対応して一つのレシーバーだけで測位する従来からの方法を単独測位と呼び区別したりします。

RTK測位を行うには、上の図に登場するアイテムが必要になりますが一つづつ解説します。

基準局

RTK測位をするには基準局が必要です。基準局は、事前に測量された自身のアンテナ位置とGNSSでの測位結果を補正データとして連続的に生成します。補正データはRTCM3と呼ばれる形式でフォーマットされます。

基準局を得るには以下の3つの方法があります。

  1. 自前で作る(仲間で共同で作る)
  2. 無償(善意)で公開されているデータを利用する
  3. 有料のデータサービスを利用する*1

それぞれの特徴は以下の通りです。

方法 コスト 安定性 絶対精度 備考
自前 ? 一度準備してしまえば安定して安価です。DG-PRO1RWで基準局が作れます。
無償(善意) ? 安定した供給に努力されているものからフリーの実験用などもあり安定稼働かどうかは基準局ごとに異なります。
有料 月額数万円といった費用がかかりますが国土地理院のデータで絶対位置の信頼性があります。

自前、および善意の基準局の絶対精度は、基準局のアンテナ位置をどれだけ正確に測量したかによります。移動局の利用目的に応じた精度を確保します。

基準局と移動局の距離

基準局は出来るだけ近くにあるものがよく、できれば10Km以内が望ましいとされています。遠くなればなるほど精度が落ちるのと、RTKで位置が確定できなくなります。善意で公開されている基準局が近くにあればよいのですが無い場合は別の方法を選ばないとなりません。

RTK-GNSSレシーバと通信端末

このガイドでは自前の基準局と移動局はDG-PRO1RW + Android端末 + Drogger-GPSの組み合わせを前提として解説します。 尚、RWSの基準局のNtripサーバーはAndroid端末なしでも運用可能です。

通信手段

基準局のデータを移動局で受け取るための通信手段が必要です。

補正データを配信する一般的な手続きはNtripと呼ばれクライアントサーバーキャスターという3つの役割で構成されます。

Drogger-GPSは上記3つの役割に加え独自のP2P通信(ピアツーピア通信)をサポートします。*2

名称機能
サーバー基準局の作成した補正データを中継サーバー(キャスター)に送信します。
キャスター補正データを受け取りクライアントの要求に応じて移動局にデータを送信します。キャスター1台で複数の基準局と移動局を処理できます。複数の基準局を区別するために、マウントポイントという名前の識別子でデータを区別します。また、VRS(仮想基準点)サービス機能のあるキャスターはクライアントから送られた位置情報に応じて補正データを生成し送信します。
クライアントキャスターにアクセスしてデータを連続的に取得します。
P2PDrogger-GPSの基準局と移動局同士で共通の識別子を使って直接通信します。

自前基準局へアクセスする方法

自宅や会社、そのほか出先などに基準局を作ることは比較的容易です。しかし、移動局がその基準局のデータを受信するにはいくつかの障害があります。 基準局はリアルタイムにデータを生成し連続的に送信するもので、移動局はリアルタイムにそのデータにアクセスできなければなりません。

以下に障害の内容と具体的な回避策を示します。

★ 基準局のIPアドレスがわからないとならない
通常のインターネット接続の場合、接続の度にIPアドレスが変わります。常に同じにするには固定IPアドレスの契約をプロバイダーと結ばなければなりません。または、最新のIPアドレスを知る仕組みが必要です。

★ 基準局がファイアーウォールの内側にある
インターネット接続するためのルータは外部からの接続を拒否するファイアーウォール機能を持っています。外部からファイアーウォールの内側に安全にアクセスできるようにするには専門的な知識のもとにルーターの設定をしなければなりません。さらに、基準局にモバイル通信を使用した場合は、ファイアーウォールの変更はほとんど不可能です。

回避策1 外部からアクセスできるNtripキャスターを使う
これらの問題のため現実的な回避策は、外部からアクセスできるネットワークに置かれたキャスター(中継サーバー)を用いることです。キャスターを使うと、1つの基準局に対して複数の移動局がデータを利用することも可能になります。

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Ntripキャスターを介した通信

回避策2 Drogger-GPSのP2P通信を使う
Drogger-GPSではIPアドレスを知る必要もなく、ファイアーウォールを通過できるP2P通信をサポートしています。基準局と移動局ともにDrogger-GPSであればWi-Fi、モバイル通信に関係なく通信することができる画期的な通信方法です。*3

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P2Pで通信

フリーのコミュニティキャスター

キャスター(中継サーバー)も、基準局と同様に自前で作る方法とフリーのサーバーを使う方法があります。SNIPではキャスターソフトウェアの販売および無償で利用可能なキャスターサーバー rtk2go.com が運用されています。 参考までにrtk2go.comを利用する設定を紹介しておきます。

尚、2019/09/26日時点で、利用に際してマウントポイント登録が必要になりました。登録の仕方を別記事にしましたので参考にしてください。

項目
ホスト rtk2go.com
ポート 2101
ユーザー名 なし
パスワード クライアントとして受信する際はなし。自前サーバーからデータを送信する場合は登録したパスワード

尚、マウントポイントは自前の基準局の場合、登録時に自分で決めた識別名(マウントポイント)を指定して送信します。

http://rtk2go.com:2101/にアクセスすると現在ホストされているマウントポイントが列挙されたソーステーブルを参照できます。

アンテナの設置

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金属屋根に設置した基準局アンテナ

自前で基準局を作る場合は、アンテナは出来るだけ高い位置で周囲に障害物のない開けた場所にします。また、直径10cm以上の金属板をアンテナの下に置きます。この金属板をグランドプレーンと呼びます。グランドプレーンは地面から反射した電波を遮断しより精度を高めることができます。

特に基準局では、周囲360°、最低でも仰角15°以上には何もない場所への設置が必要です。基準局は自分のアンテナ位置に基づいた補正データを生成します。補正データ自体にマルチパスなどの障害を含んでいたらそのデータを利用する移動局が正しく安定して測位することは困難です。

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グランドプレーン例

受信感度の良さはアンテナの設置場所とグランドプレーンにかかっています。ここはとても重要です。

移動局の場合も、可能な限り高い位置でグランドプレーンを確保してください。自動車の場合、アンテナは室内ではなく必ず屋根に設置します。自動車の屋根が金属であればそれがグランドプレーンの役割を果たしてくれます。 f:id:bizstation:20190717152446j:plain

RTKの状態

RTKの位置確定は、複数の衛星から受信アンテナまでの電波の波の数を特定し距離を正確に確定します。この値をFIX解と呼びます。また、確定するまでには計算に時間がかかりますが、FIX手前で絞り込んでかなり正確な値をFloat解と呼びます。

RTKをFIXさせるには、条件があります。移動局が以下のような場所はFIX解は得られないか時間を要します。

  • トンネルや地下
  • 橋や高架橋の下
  • 建物の中や屋根の下、外壁際
  • 森林など樹木の下
  • 渓谷やビル街など周囲に高い壁がある場所
  • その他、周囲の電波や金属などの影響でアンテナが正しく衛星の電波を受信できない場所
  • 基準局から数十キロ以上離れた場所

また、以下のような基準局でもFIX解は得られません。

  • 受信状態のよくない基準局
  • 既知の位置が実際のアンテナの位置とかなりズレた基準局

移動局として使う

まず、DG-PRO1RWを説明書に従ってDrogger-GPSで利用できるように設定してあることが前提です。

移動局がアクセスするキャスターの指定

補正データをNtripキャスターから受信する場合は、移動局用のキャスターホストを設定します。P2Pで通信する場合はこの設定は不要です。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [移動局用キャスターホスト]をタップします。
  3. [ホスト] [ポート番号] [マウントポイント] [ユーザー名] [パスワード]を入力します。

マウントポイントは取得したい基準局を区別する識別子です。間違いがあると正しく通信できません。

すべての情報で全角文字は使用できません。必ず半角文字を入力してください。

以下はrtk2go.comのTESTというマウントポイントへアクセスするための設定例です。

項目
ホスト rtk2go.com
ポート 2101
マウントポイント TEST
現在地(GGA)を送信する OFF
ユーザー名 (なし)
パスワード (なし)

尚、VRS(仮想基準点方式)の基準局を利用する際は、[|現在地(GGA)の送信]を[接続時のみ]または[10秒間隔で]に設定します。 接続先がハンドオーバー(位置による基準局の自動切替)に対応していて、かつ自動車などで移動される場合は[10秒間隔で]を指定します。

10秒間隔で位置を送信することは、相手先に移動の軌跡(行動履歴)を提供することになります。問題が有る場合は選択しないでください。

移動局を開始する

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [移動局]をONにします。
  3. P2Pで通信したい場合は、[P2Pで通信]をONにし、[P2P識別子]にお使いのe-mailアドレスを入力します。
  4. 設定を終了し[Start]をタップします。

データの受信状況を確認する

  1. メイン画面の[Ntrip status]をONにします。
  2. Statusに表示された内容を確認します。

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Ntrip status
緑色でRunningと出ていれば通信中です。RTCM3欄に受信したメッセージ番号と、受信レート(受信間隔(秒))がかっこ内に表示されます。3秒以上通信が途絶えるとRunningの文字が黄色になります。

現在の位置精度を確認する

RTKがFIXしているかは、Nvigationの一番下のFix Modeを見ます。

意味
No Fix 位置は未確定です
2D 水平位置のみ確定
3D 水平・垂直ともに位置確定
3D DGNSS 水平・垂直ともに位置確定 + ディファレンシャルGNSS補強測位中
3D DGNSS FLOAT 水平・垂直ともに位置確定 + ディファレンシャルGNSS補強測位中 + RTK Float解
3D DGNSS FIXED 水平・垂直ともに位置確定 + ディファレンシャルGNSS補強測位中 + RTK FIX解

3D DGNSS FLOATで概ね20cm以下 3D DGNSS FIXEDでは2cm以下の精度です。

基準局として使う

まず、DG-PRO1RWを説明書に従ってDrogger-GPSで利用できるように設定してあることが前提です。

基準局が補正データを送るキャスターの指定

補正データをNtripキャスターへ送信する場合は、 基準局用のキャスターホストを設定します。P2Pで通信する場合はこの設定は不要です。

すべての情報で全角文字は使用できません。必ず半角文字を入力してください。都市名は近郊の都市名をアルファベットで入力します。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [基準局用キャスターホスト]をタップします。
  3. [ホスト] [ポート番号] [マウントポイント] [都市名] [ユーザー名] [パスワード]を入力します。

ホストに 0.0.0.0 を指定すると基準局端末そのものが簡易キャスターになります。Ntripクライアントはこの端末のIPアドレスを指定して直接補正データを受信できます。 (端末のIPアドレスはNtrip statusに表示されています。Ntripクライアントと通信するにはファイアーウォールなどの障害が無い場合に限ります)

マウントポイントは他のデータと区別するための識別子です。他と重複しないよう、企業や団体名、苗字+地域などを使用します。

以下はrtk2go.comへTEST_ABCというマウントポイントで登録した場合の設定例です。

項目
ホスト rtk2go.com
ポート 2101
マウントポイント TEST_ABC
ユーザー名 (なし)
パスワード (登録パスワード、仮登録中はBETATEST-1)

RWSで内蔵されたWiFiとNtripサーバーを使って補正データを送るキャスターへ送信する場合は、上記に加えて以下の設定を行います。

  1. [レシーバー上のNtripサーバー]をタップします。
  2. [Ntripサーバーを使う]をONにし、[WiFiアクセスポイントSSID]とそれ用のパスワードを[パスワード]に入力します。

内蔵されたWiFiとNtripサーバーを使用した場合、運用時、Android端末は不要です。

内蔵WiFiとNtripサーバーの詳細については関連記事をご覧ください。

基準局のアンテナ位置を指定する

基準局のアンテナ位置の指定は主に3つの方法があります。

  1. DG-PRO1RWで単独測位にて自己計測する。
  2. DG-PRO1RWで他の基準局を使用しRTK測位にて自己計測する。
  3. スタティック測量などで測量した結果を入力する。

1.単独測位にて自己計測する(サーベイイン)

単独測位にて自己計測することをサーベイインと呼んでいます。サーベイインは自己計測するとともに基準を満たすと自動で基準局に昇格します。*4

  1. DG-PRO1RWの電源を入れ測位を開始させます。
  2. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  3. [基準局]をONにします。
  4. [基準局の位置]をタップします。
  5. [自己計測] をONにし、[最小計測時間(sec)]と[位置精度上限(cm)]を入力します。
  6. 設定を終了します。
  7. [Start]をタップします。 (できれば手順 1の測位開始から5分以上経過してから行ってください)

最低でも最小計測時間測位を行い、平均位置精度が位置精度以下であれば自動で基準局に切り替わります。平均位置精度が悪い場合は値が下がるまで計測を持続します。

サーベイインの状態はメイン画面に表示されます。

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サーベイインの状態確認

サーベイインが完了し、基準局になるとFix ModeはTime Onlyに変ります。また、Ntrip statusに通信状況が表示されます。 基準局になった際の通信手段は[P2P通信]がONの場合はP2Pで、そうで無い場合は基準局キャスターホストで指定した内容になります。

2.RTK測位にて自己計測する

近くに基準局がある場合はそれを使って自身のアンテナ位置を正確に計測することができます。

前記、移動局として使うに従って移動局としてRTK測位を開始します。

  1. 測位がFIXしたらマップの任意の点をタップします。計測の現在位置にマーカーが表示されマップ下に[基準局に]ボタンが表示されます。
  2. 基準局になった際にP2Pでデータを送信したい場合は[P2P]にチェックを入れます。入れない場合は基準局用キャスターの設定に従ってデータがホストされます。
  3. [基準局に]をタップします。 RTKにて計測されたポイント(マーカー位置)が、[設定]-[RTK]-[基準局の位置]の直接指定に保存されます。また、同時に基準局として動作を開始します。

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基準局位置計測

マップを使ってポイントを任意の位置にすることもできます。

  1. マップにマーカーが表示された状態でマップ下部の[Track]チェックボックスをOFFにします。
  2. 任意の位置をタップすると、マーカーが移動します。
  3. マップを長押しすると、縦横のスライダーが表示されます。スライダーの移動でマーカー位置を微調整できます。微調整が完了したら画面左上の完了チェックをタップします。

尚、この見出しでは「RTK測位にて...」として記しましたが、単独測位であっても同様に基準局の位置を指定できます。

3.測量した結果を入力して基準局を開始する

上記とは別の方法で基準局アンテナ位置を測量した結果を直接入力することができます。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [基準局]をONにします。
  3. [基準局の位置]をタップし、[自己計測]をOFFにします。
  4. [緯度][経度][高度(楕円体)]を入力します。
  5. P2Pでデータを送信したい場合は一つ戻って[P2P通信]をONにします。
  6. 設定を終了します。
  7. [Start]をタップします。

動作状況を確認する

基準局のアンテナ位置はマップ上にマーカーが表示されます。NavigationのFix Modeは「Time only」と表示されます。

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Fix Mode表示

この画面で示す緯度・経度・楕円体高はレシーバからの報告値です。但し、この値はメッセージの都合上小数点8桁以下が丸められています*5。楕円体高については小数点3桁以下が丸められています。

RTCM3 補正データは以下のように確認します。

  1. メイン画面の[Ntrip status]をONにします。
  2. Statusに表示された内容を確認します。

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Ntrip status
Runningと出ていれば通信中です。RTCM3欄に受信したメッセージ番号と、実測送信レート(受信間隔(秒))がかっこ内に表示されます。

データの送信レートは、基準局位置情報1005は10秒に1回それ以外は1秒に1回です。

基準局を継続的に運用する(RWSの内蔵Ntripサーバーは除く)

基準局を長期間継続的に運用する場合においていくつかポイントがあります。尚、RWSの内蔵Ntripサーバーの安定運用については関連記事をご覧ください。

★ Bluetoothの自動再接続を10秒に設定する
AndroidアプリやサービスはOSによって強制的に終了させられることがあります。しかし、Drogger-GPSのサービスは再起動し自動回復します。この回復と合わせて自動再接続を有効にしておくことで、Bluetoothも再接続されすべての機能が回復します。移動局側で受信したデータの有効時間はおよそ60秒ありますので、強制的に終了させられてもほとんど問題は起きません。

★ ディスプレイはOFFに
Droger-GPSは画面がOFFでもバックグラウンドで動作します。画面をOFFにしたり非表示状態になると、衛星受信情報などのRTKの機能に不要なメッセージ通信を停止します。それにより、CPUや通信負荷、消費電力が削減されます。端末の処理能力が低い場合は、動作の安定性も向上する事があります。

★ WiFiは802.11ac 5Ghz帯を使用する
WiFiで2.4Ghzを使用するとBluetoothと同じ周波数帯のため、端末のチップによっては処理に遅延や停滞を起こすことがあります。できれば802.11ac 5Ghz帯に対応した端末とWiFi親機を使用し通信も5Ghz帯を使用してください。無用な競合を避け安定した運用ができます。

★ DG-PRO1RWの電源はUSB充電器を使う
電源がモバイルバッテリーなどですと長期間継続的に運用はできませんので、USB充電器を使用し連続して使用できるようにします。

★ 端末はなるべく新しいモデルを使用する
端末が古い場合どうしてもAndroid OSも古いものになります。安定した継続的運用には、より新しいOSの使用が望ましいものです。尚、FireOSはアプリの実行ができても、バックグラウンドサービスとしての機能をOSが正しくサポートしておりませんので継続的な運用はできません。

その他の情報

レシーバのRAWデータを取得する

国土地理院の電子基準点の観測データを使ってstatic測量などを行う際にレシーバのRAWデータが必要になります。Drogger-GPSで直接static測量を行うことはできませんが、それに必要なRAWデータをログに記録できます。RAWデータはubx形式で記録されます。

  1. ギアマーク[設定]-[RTK]をタップします。
  2. [基準局][移動局]ともにOFFにします。(いずれかが有効な場合、Rawデータの記録をONにできません)
  3. [Rawデータを記録する]をONにします。
  4. ひとつ戻って[計測・更新レート]を1Hzに設定します。
  5. 設定を終了します。
  6. [Start]をタップします。

static測量は通常1Hzで行いますのでRAWデータ出力時は更新レートを1Hzにします。

メイン画面の[...][ログ一覧]で 名前の末尾がubxのものがRAWデータです。

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RAWデータ


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*1:有料のデータサービスは、国土地理院の電子基準点のリアルタイムデータが数社から配信されています

*2:キャスターは1クライアントのみ接続可能な簡易キャスターです。

*3:P2P通信は100%保証されるものではありません。特殊なファイアーウォールなどの場合通信できない場合もあります。

*4:サーベイインで自己計測したアンテナ位置の精度はセンチメートル級の絶対位置精度は有しません。絶対位置精度を求める場合は他の指定方法にて行ってください。

*5:表示上の都合のみで精度には影響しません