マルチ・パス

　　　　　　　　　GPS測量ダメ話　3
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（マルチパス）
　
　何回もGPS測量をやっていると慣れが生じます。高電圧の送電線の近所，大きなパラボナアンテナの近所，トタン屋根の並ぶ養殖場の横でも観測をしましたが幸いな事に影響を感じたことはありません。さすがに観測点の真横に車を止めて観測することはありませんでした。これらの事はどのGPSの解説書本でも避けるようと記載されていますが失敗した経験が無いと最初の頃の用心深さが無くなります。今までこのような状態で観測出来ていたのだから今回も大丈夫と勝手に判断するようになり，今まで経験しなかった事は今回も起こらない大丈夫と安心しきっていると突然しっぺ返しを食うことになります。

1996年のGPS観測事情

1996年頃は打ち上げられているGPS衛星はまだ20台程度でした。そのためGPS衛星が上空に4衛星が揃う時間帯が限られていました。解析に使用するパソコンもウインドウズ95が発売された時代で，今のノートパソコンの容量・処理速度からすると大人と子供以上の差がありました。
GPS受信機を購入しある程度の観測も経験した事から，1995年にTS測量で2級基準点測量を行った地域を，改めてGPS観測を行ってみようと言う事になりました。

TS測量で視通の良かった場所も

上空が開けていない場所は

GPS観測には不向きなので，与点

として使用する三角点以外は上空

の視界の良い場所に少し移動する

ことにしました。

　（図－1）に示す観測場所は，標

高200mほどのミカン山を蛇行しな

がら登っている車1台がやっと通

行の出来る2m巾の農道です。

そんな農道の海岸方向に突き出た標高30mくらいの位置に急激に曲がる270度カーブがあり，その先端に2級基準点を設置していました。

　山の傾斜のミカン畑以外は手入れがされていない場所にある農道です。道路の片側は海岸へ向けての急傾斜で視界は開けていますが，反対側の頂上側は山の急斜面に雑木が生え全く視界は開けていない状態です。ただ，この場所は山の稜線を通過するカーブなので上空は開けています。2級基準点の横にはミカン畑で作業する耕作者の為に軽トラック1台分の駐車スペースも整地してある場所です。

　TS観測の2級基準点で使用している場所だけに水平方向の視通も良く，この場所から3方向の2級基準点を観測しているし上空の視界も良いことからそのまま利用することにしました。

　気になる事は，観測点の横にカーブミラーがあった事です。270度のカーブで登坂の角度もかなりあり事故防止の為カーブミラーが連続して3つ設置されています。そのうちの一つが基準点から3mほど離れやや高い位置に設置してありました。

　カーブミラーやトタン屋根の近所，そして車を近くに止めないようにとGPSの解説本に記載されている事は承知していたのですが，今までの観測では問題になった事はなく大丈夫だろうと判断しました。

　電子基準点はまだ使用出来ない時でしたので，GPS測量で2級基準点の観測を行う為には山頂の四等三角点を与点として使用しなければなりません。その為の準備としてもう一度山頂の四等三角点に登り状況を調査をしました。前回のTS測量時は水平方向の視通を確保する為に伐採を行いましたが，今回は上空の視界が必要となります。三角点の上空を覆う樹木の枝を伐採して上空の視界を確保しました。

　三等三角点1点，四等三角点2点を与点として使用して新点の2級基準点は5点，GPS受信機を5台使用して3セッションの観測だったと思います。

　ミカン畑の中に三角点があり農道が近所まで付いている場所は一人で観測準備に向かいそのまま観測を開始します。ただ，農道の途中から獣道のような道を喘ぎながら這うように登らなければならない三角点もありました。その三角点周辺は高い樹木に覆われ上空の視界は良くありません。

　山頂の樹木全部を根元から伐採できないので必要な枝の部分を伐採し，その間からアンテナを高く上げる事になっていました。観測の為にはGPS受信機と三脚，そしてアンテナがまっすぐ上がっているか確認する為にセオドライトと三脚も必要になります。上空に4衛星以上が揃う時間帯は限られていますので，その時間帯の観測に間に合うように頂上の三角点目指してGPS受信機と三脚，そしてセオドライトとその三脚の2セットを担いで上がります。

　全員で頂上の三角点に上り，アンテナを高く上げた後は観測の為に一人を残し，他の場所にある観測点の準備に急いで下山して，平地にある受け持ちの観測点にそれぞれ向います。

　（図－1）の場所の2級基準点では2セッション連続で観測を行い，3セッションすべての観測も無事終了したのですが，解析を行ってみると大変な事になっていました。

マルチパス

　当時の解析ソフトとパソコンの能力は頼りなく，受信機1台分の観測データを取り込むにも1セッション分が10分程度かかり，すべての観測テータを読み込むのに2時間半程度かかっていました。

　解析を開始すれば，1つの基線の解析に5分程度かかります。長い時間をかけてやっと解析を行ったのですが，（図－1）の場所は基線解析が出来ませんでした。データの棄却率が50パーセント以上あり，他の観測点との解析が出来ません。

　（図－2）のようにカーブミラーの影

響で同一衛星からの情報を直進波と

カーブミラーからの反射波を同じよう

に受信したためのようです。

　衛星から障害もなく受信された直進

波と，カーブミラーを経由して受信さ

れた反射波は，衛星からの距離が相

違することになり，この2つの情報を

同量受信してしまい整数値バイアス

が決定出来なかったようです。

　現地に出向いて良く観察をすると，カーブミラーが基準点の方向にまともに向いています。1つの衛星だけではなく，他の衛星についても直進波と反射波を受信していたようです。

　この2級基準点の位置を移動させる事にしました。カーブミラーから10mほど離れた位置で，上空の視界が良く，カーブミラーと向き合っていない場所である事を確かめて，改めて観測をすることにしました。1回失敗していますので最初の大胆さは消え，本当に大丈夫だろうかと不安に思いながらの再度観測を行うことにしました。同一セッションでこの観測点に関係する外の基準点についても再度観測を行う必要があり，山頂の三角点にも登らなければなりません。

　このくらいは大丈夫だろうと甘い考えで観測を実行した為， 3日以上の時間と労力を無駄にする事になりました。GPS観測中にはその状況が判りません。観測の障害となる可能性のあるものは極力排除しておく慎重な対応が必要という当たり前の事を教えられました。

　現在は衛星も多く，受信機やパソコンの性能も飛躍的に良くなりました。ほとんどの観測が解析出来るようです。しかし，その半面，許容誤差一杯のあやしい値を使用してしまう危険性があるようです。

　許容範囲内であるのに使用してはならない解析結果と使用しても大丈夫な解析結果の判断は難しいものです。障害もなく観測が出来た。成果値も十分なものが出来たと思っていても，後日（他人が）同一与点・新点を使用して，慎重にマルチパスの影響を排除して新たな観測を行った結果と比較すると許容誤差範囲内ではあるが明らかに相違する値になる時があります。

　また，（自分の観測でも）今回の新点を次回観測の与点として使用した場合に，今回の観測について再測量するかどうか迷う事になり，自分の最初の甘い判断を後悔することになります。

振動

　マルチパスの反省があり，カーブミラーの近傍の観測には注意を払うようになりましたが，思わぬ事態が生じてしまいました。前回の失敗から10年以上が過ぎ，GPS衛星は24個以上揃い，電子基準点も使用可能となりました。

　私たちの解析ソフトとノートパソコン（ウインドウズXP）だけは替わりましたがGPS受信機は1996年のままです。電子基準点からの観測が主流になり，山頂の三角点に登る事はなくなり体力的には楽になりました。

　私の業務を行っている地域は昭和40年～50年代の国土調査実施地区だけに図根多角点はほとんど亡失しています。1筆地の形状については法14条第1項地図からの読み取りで国土調査の座標を概略で知る事は出来ます。国土調査の座標は図根多角点から1筆地の境界を観測した値です。図根多角点は国家三角点を基に図根三角点を設置，そしてそれらの国家三角点や図根三角点を使用して図根多角点を設置しています。

　GPS測量で正確な測量は出来ますが，それは国家三角点から直接，または図根三角点から直接観測されそれらに関連付けられた正確な座標値の基準点です。国土調査で設置された図根多角点とは相違する事は事実です。仮に図根多角点が残っていて，それを基準点から観測したとすれば座標値は相違します。そしてその相違した座標で1筆地の境界は観測されています。

　いずれかが誤りという事ではありません。単純な座標値での比較をしてはならないと言う事なのです。作成された経緯が相違しているのですから，それなりに調整する必要があります。

　逆に調整を行うならば，基準点の成果についても日本測地系の座標をパラメーター変換してそのまま座標比較をしてしまうのでは無く，電子基準点から設置された世界測地系の基準点の座標を国土調査の座標とを調整して使用する事は，国土調査の座標と日本測地系で三角点を使用した基準点の座標との比較と同様の処理を行えば良いという事になります。

　そんな訳で，日本測地系で三角点を使用して設置した基準点も世界測地系で電子基準点を使用した基準点の改測を行っていました。

　1級・2級基準点の設置は完了し，3級基準点の改測を進めている時でした。現地は農耕地で，与点の2級基準点，新点となる3級基準点についても上空の視界の良い場所でした。観測をするにも障害の全く無い状態での観測でした。

　田んぼの中の4m道路が交差する場所のコンクリート擁壁に3級基準点の真鍮鋲を設置していました。

　事前に確認したところでは交通量も少なく，トラックも通らない場所で安全な場所で，稲の刈り入れも終わり田んぼには用の無い時期で車の通行する気配すらありません。
　観測を開始したところ，天気も良く障害も無く完了しました。データを取り込み解析すると外の観測点のバイアス決定比は100～300あり3桁でしたが，交差点の観測点は3程度でした。

　それでも解析には問題なく解析出来ました。前回日本測地系でのGPS観測を行っている場所なので2点間の斜距離を確認しました。距離がおかしい。1～2㎝どころではなくメートル単位で相違しています。日本測地系での成果については，TSで4級基準点測量を行っており確認済みです。

　当然今回の成果がおかしいのですが，

入力した座標を確認しても間違っていま

せん。与点の成果は今回の観測からも間

違い内容です。それでは基準点の位置を

間違えたという事も考えられますが，自分

の入れた基準点に間違いありません。な

にがおかしいのか分りません。ただバイア

ス決定比が外の観測点と比較して低く，

棄却率も15パーセントほどありました。

　現地の観測点の横に車が停車していた

ような事もありません。上空の視界にも問

題ありません。外の観測点と相違している事は道路にはマンホールの蓋があり，道
路横にマンホールポンプ配電盤があった事です。

　しかし，配電盤からは5メートルほど離れており，アンテナを撤収した時にはブーンという電源の入った音はしていましたが，そんなに大出力のものとは思えません。観測中はコンクリート擁壁に三脚を据え付けていましたが，基準点が交差点の角の位置であったことから三脚の脚の1方を向こう側のコンクリート擁壁に据え付けていました。その方が安定性もあり交通の邪魔にならないと考えての事です。マルチパスの影響だろうかと考えましたが，冷静に考えても反射はないようで，電波によるノイズでもないようです。足場は堅いコンクリート擁壁です。コンクリート杭を縛り付けて固定していましたし移動はかんがえられません。長時間の観測で三脚のネジが緩んだのか。撤収の際に気泡管を確認し，求心ものぞき込んで確認しました。天気も良く無風でした。

　マンホールポンプはほとんど電源が入っている事は無いようです。準備の時も電源ははいっていませんでした。観測の時に丁度電源が入ったようですが大電力でもありません。どうもマンホールポンプが動いている時の振動がコンクリート擁壁に直接伝わり，三脚ごとアンテナも振動した可能性が大きいと思われました。

　翌日，再観測をしたところ今度は日本測地系で観測した斜距離と0.5㎜以内で一致しました。

　前回観測をしていなければ，何の疑いもなく今回の解析結果を使用していました。解析が簡単になっているだけに，結果が出ても細かいチェックをする事が無くなっています。今回も計算の経過で出力された残差等を細かくチェックすれば，おかしい使用してはならない数値だという判断は出来たと思われますが，いつの間にかその感覚が麻痺していました。いえ，最初からそんなに気にしていなかったという方が本当なのですが・・・。

　解析はいつも初心に戻って丁寧に確認すべきです。