ドローンレーザ測量のPPK

ドローンレーザ測量では、レーザで計測した距離に加えて、計測時のドローンの位置と姿勢を正確に求めることが重要です。その位置を求める方法の一つが、PPK（後処理キネマティック）です。本ページでは、PPKの仕組みやRTKとの違い、公共測量における位置補正の考え方、標定点との関係について解説します。

ドローンレーザ測量
におけるPPKとは

PPKとは、Post-Processing Kinematic（後処理キネマティック）の略で、GNSS衛星から受信した観測データを飛行後に解析して位置を求める測位方法です。固定局とドローン（移動局）の両方でGNSS観測を行い、観測データを後から解析する点が特徴です。

PPKの仕組み

PPKでは、位置が既知の固定局と、飛行中のドローンに搭載したGNSS受信機で観測データを取得します。飛行後に両方のデータを用いて基線ベクトル（固定局と移動局の相対的な位置関係）を解析し、ドローンの位置を算出します。

固定局には、現場に設置したGNSS受信機のほか、国土地理院が管理する電子基準点の観測データなどを利用できる場合があります。利用できるデータや解析方法は、使用する機器・ソフトウェアや測量の条件によって異なります。

ドローンレーザ測量で
位置補正が必要な理由

ドローンレーザ測量では、GNSSとIMU（慣性計測装置）でドローンの位置と姿勢を求め、レーザスキャナで計測した距離や方向と組み合わせて、地表などの3次元座標を算出します。そのため、ドローンの位置や姿勢に誤差があると、作成される点群データの位置や形状にも影響が生じます。

国土地理院の「UAV搭載型レーザスキャナを用いた公共測量マニュアル（案）」では、GNSS観測データとIMU観測データを用いて機体の軌跡を求める「最適軌跡解析」が扱われています。PPKによるGNSSのキネマティック解析は、この軌跡を求めるための基礎となる工程の一つです。

PPKとRTKの違い

ドローン測量の位置補正には、PPKのほかにRTK（リアルタイムキネマティック）も用いられます。どちらも固定局などのGNSS観測データを利用して測位精度を高める方法ですが、位置を計算するタイミングや補正情報の利用方法が異なります。

RTKの特徴

RTKは、固定局などから得られる補正情報をドローン側で受信し、飛行中に位置を計算する方法です。現場で測位状況を確認できる一方、補正情報を受信する通信環境が重要になります。

現場に固定局を設置する方法のほか、複数の電子基準点のデータを利用するネットワーク型RTKもあります。利用する方式によって、必要な機材や通信環境が異なります。

PPKの特徴

PPKは、固定局などの観測データとドローン側の観測データを記録し、飛行後にまとめて解析する方法です。飛行中に固定局から補正情報を受信する必要がないため、リアルタイム通信が不安定な現場でも運用しやすいという特徴があります。

一方、最終的な測位結果は解析後に確認するため、観測データの不足や解析結果の不良が判明した場合は、追加の解析や再計測などが必要になることがあります。PPKとRTKのどちらが適しているかは、現場の通信環境、使用機器、要求精度、作業手順などを踏まえて判断します。

公共測量における
位置補正の考え方

国土地理院の「UAV搭載型レーザスキャナを用いた公共測量マニュアル（案）」では、ドローンレーザ測量における位置の決定方法やGNSS観測、機体の軌跡の解析などについて定めています。実際に公共測量を行う場合は、適用する作業規程やマニュアルの条件を確認することが重要です。

固定局の選定と基線長

PPKでは、ドローン側のGNSS観測データと、位置が既知の固定局側の観測データを用いて解析します。固定局には、利用する解析方式や観測条件に適したデータを用いる必要があります。

公共測量では、適用する作業規程やマニュアルに従い、固定局の選定方法や基線長などの条件を確認することが重要です。測量を依頼する際は、使用する固定局とその選定理由、解析条件についても確認しておくと安心です。

GNSS観測の条件

GNSS観測では、観測データの取得間隔や受信機の性能などが測位結果に影響します。公共測量で求められる観測条件は、適用するマニュアルや作業規程に従って確認する必要があります。

また、衛星の受信状況や配置、周辺の地形・構造物などによって、GNSSの観測環境は変わります。山間部や樹木・構造物に囲まれた場所では、事前に観測環境を確認し、適切な計測計画を立てることが重要です。

最適軌跡解析と初期化

最適軌跡解析では、GNSSとIMUの観測データを組み合わせて、計測中のドローンの位置と姿勢の軌跡を求めます。GNSSとIMUのデータを組み合わせる方式には、GNSSの解析後にIMUのデータを反映するLoosely Coupled方式や、両方のデータを連携させて解析するTightly Coupled方式などがあります。

解析に必要な衛星数や観測条件は、解析方式や使用するソフトウェアなどによって異なります。また、IMUを用いた計測では、機器や処理方式に応じた初期化の手順が重要です。具体的な方法や実施タイミングは、使用機器の仕様と適用するマニュアルに従って確認します。

PPKと標定点（調整用基準点）
の関係

PPKを用いてドローンの位置を高い精度で求めても、取得した点群の精度確認や調整が不要になるわけではありません。点群の位置精度は、GNSSやIMUの観測・解析だけでなく、機器の取り付けや計測条件などの影響も受けるためです。

公共測量では、要求される精度や成果品の仕様に応じて、調整点（調整用基準点）を用いた点群の調整や、検証点などによる精度確認を行います。必要な点数や配置は、適用するマニュアル、測量の目的、計測範囲などを踏まえて決定します。

なお、GNSSによって機体の位置を求めることと、点群が公共座標系に自動的に合致し、要求精度を満たすことは別です。測量成果として利用する場合は、座標系や標高の基準を確認するとともに、所定の方法で精度を検証することが重要です。

PPKを用いた測量を
依頼する際の確認ポイント

PPKによるドローンレーザ測量を外注する場合は、位置を求める方法だけでなく、観測データの品質や成果品の精度検証についても確認しておくと安心です。

• 固定局の種類：どの固定局やGNSS観測データを使用するのか
• 固定局と計測範囲の距離：適用する規定や解析条件を満たしているか
• 解析結果の記録：衛星の受信状況や解析結果、解の品質などを確認できるか
• 調整点の配置：調整点の設置計画が要求精度や計測範囲に合っているか
• 精度の検証方法：検証点や点検測量などを用いて、成果品の精度をどのように確認するか
• 成果品の仕様：座標系、標高の基準、点群の精度などが発注条件を満たしているか

まとめ

PPKは、ドローンと固定局などで取得したGNSS観測データを飛行後に解析し、ドローンの位置を求める方法です。飛行中に固定局から補正情報を受信する必要がないため、リアルタイム通信が不安定な現場でも活用しやすいという特徴があります。

一方、RTKは飛行中に補正情報を受信して位置を計算する方法で、現場で測位状況を確認しやすい点が特徴です。どちらの方法が適しているかは、現場の通信環境や使用機器、要求精度などによって異なります。

また、PPKを使用する場合でも、点群の精度確認や調整が不要になるわけではありません。公共測量では、適用するマニュアルや作業規程を確認し、調整点の配置や検証方法、成果品の仕様を踏まえて計測計画を立てることが重要です。測量を依頼する際は、位置補正の方法だけでなく、解析結果や精度検証の方法についても確認しましょう。