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@nakatada-lab(Nakamura)Team Coffee

数百万円だったGNSS基準局を月550円で作る

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TL;DR ── 構築コスト

項目 費用
Drogger RWS（GNSS受信機） 約4〜6万円
GNSSアンテナ 受信機に付属 or 別途数千〜数万円
AWS EC2（NTRIP Caster） 月 約550円
格安SIM（通信回線） 月 300〜500円

初期費用 約5万円、維持費 月1,000円程度。

以前は数百万円規模だった常設RTK基準局を、この金額で24時間運用できる。個人がクラウド上に測位インフラを持てる時代になった。

本記事ではその具体的な構築方法を解説する。

はじめに

RTK-GNSSを使い始めると、必ずぶつかる問題がある。

基準局をどうするか。

国土地理院の電子基準点サービス（日本GPSデータサービスなど）や、ソフトバンク ichimill のような民間補正サービスを利用する方法もある。しかし、以下のようなケースでは「自前の基準局」を持ちたくなる。

  • 山間部 ── 最寄りの電子基準点から遠く、VRSサービスの精度が出ない
  • ドローン測量 ── 現場ごとに臨時基準局を立てるのではなく、常設局から安定配信したい
  • 精密農業 ── 自動操舵トラクタに常時補正データを配信したい
  • 自治体独自の基準点整備 ── 公共測量の基準局を低コストで維持したい

本記事では、BizStation社のDroggerシリーズとAWS EC2を組み合わせて、24時間運用できるGNSS基準局を構築する。

Droggerが面白い理由

普通のGNSS受信機は「受信するだけ」の装置である。基準局として使うには、PCやRaspberry Piを別途用意し、受信機からシリアルでRTCMデータを取り出し、NTRIP Serverソフトウェアを動かす必要がある。

Droggerは違う。

普通のGNSS受信機       Drogger
─────────────         ─────────────
  受信                  受信
                        ＋
                        NTRIP Server内蔵
                        ＋
                        WiFi / イーサネット

Droggerは受信機単体でNTRIP Serverとして動作する。WiFiモジュールを内蔵しており、ルータに接続すれば受信機だけでRTCM補正データをインターネット上のNTRIP Casterへ送信できる。PCもRaspberry Piも不要である。

さらに、全モデルが基準局運用に対応しており、Androidアプリ（Drogger-GPS）とNTRIP Casterが無償提供されている。

この「受信機単体で基準局が完結する」という特性が、個人でも低コストにRTK基準局を構築できる最大の理由である。

主な受信機ラインナップ

BizStation株式会社 Droggerシリーズ

モデル 周波数 GNSSモジュール 特徴
RWSシリーズ 2周波（L1/L2） u-blox ZED-F9P 低コスト、基準局に十分な性能
RZS.Dシリーズ 3周波（L1/L2/L5） Septentrio mosaic-X5 高精度、国土地理院1級GNSS測量機登録あり

基準局用途であれば、RWSシリーズ（受信機単体で数万円台）で十分実用的である。

2024年12月にはイーサネットモジュール（RWE-ETH）もリリースされており、WiFiではなく有線LANによる安定接続も選択可能になっている。

システム構成の全体像

一般的なRTK構成

RTK測位は、基準局・NTRIP Caster・移動局の3者で成り立つ。

基準局（GNSS受信機）
      │
      │ RTCM3（補正データ）
      ▼
NTRIP Caster（中継サーバ）
      │
      │ NTRIP Protocol
      ▼
移動局（GNSS受信機 + 端末）

問題は中央のNTRIP Casterである。自宅PCで動かすこともできるが、停電・回線断・グローバルIPの変更など、24時間運用には不安が残る。

本記事の構成

固定アンテナ
      │
  Drogger受信機（NTRIP Server）
      │ RTCM3
  4Gルータ / 有線LAN
      │
  ─── Internet ───
      │
  AWS EC2（NTRIP Caster）
      │
  ─── Internet ───
      │
  移動局（複数台同時接続可）

AWS側にオープンソースのNTRIP Casterを導入し、Droggerから送信されるRTCM補正データを中継する。移動局はインターネット経由で接続するため、全国どこからでも利用可能になる。

その他の機材

  • GNSSアンテナ ── 受信機に対応したアンテナ（HX-CSX601Aなど）。基準局は屋外固定設置のため、マルチパス対策としてグランドプレーン付きが望ましい
  • 通信手段 ── 4G/LTEルータ（SIM付き）、または有線インターネット接続
  • 電源 ── USB給電。屋外設置の場合はソーラー＋バッテリーの組み合わせも可
  • アンテナ設置用金具 ── 三脚やポール固定金具。恒久設置ならコンクリート基礎上のステンレスポールが理想

AWS EC2の構築

インスタンス仕様

NTRIP Casterが中継するデータ量はごくわずかである。RTCMストリームは数kbps程度なので、最小クラスのインスタンスで十分動作する。

項目 設定値
リージョン ap-northeast-1（東京）
AMI Amazon Linux 2023
インスタンスタイプ t4g.nano（2 vCPU, 0.5 GiB RAM）
ストレージ 8 GiB gp3
Elastic IP 1個（固定IP必須）

月額コスト概算

項目 月額（USD）
t4g.nano（オンデマンド） 約 $3.07
EBS 8GiB gp3 約 $0.64
Elastic IP（稼働中） $0.00
データ転送（数GB以下） ほぼ $0.00
合計 約 $3.7（≒ 550円前後）

Reserved Instanceを利用すればさらに安くなる。Amazon Lightsailなら月額$3.50～でさらに手軽だが、本記事ではEC2で構築する。

セキュリティグループ設定

NTRIP Casterのデフォルトポートは2101/TCPである。

タイプ プロトコル ポート ソース 用途
SSH TCP 22 管理者IPのみ サーバ管理
カスタムTCP TCP 2101 0.0.0.0/0 NTRIP Caster

公開運用しない場合は、2101ポートのソースを基準局と移動局のIPに制限することを推奨する。

NTRIP Casterの構築

NTRIP Casterにはいくつかの選択肢がある。本記事では2つの方法を紹介する。

方法1：BKG NtripCaster（推奨）

ドイツ連邦地理測地局（BKG）が公開していたオープンソース実装のフォークが利用可能である。

# 必要パッケージのインストール
sudo dnf update -y
sudo dnf install git gcc make -y

# ソースの取得とビルド
cd ~
git clone https://github.com/tomohirosuenaga/ntripcaster.git
cd ntripcaster
./configure --prefix=/usr/local/ntripcaster
make
sudo make install

設定ファイルの編集

cd /usr/local/ntripcaster/conf
sudo cp ntripcaster.conf.dist ntripcaster.conf
sudo cp sourcetable.dat.dist sourcetable.dat
sudo cp mountpos.conf.dist mountpos.conf

ntripcaster.conf を編集する。

# サーバの識別名
server_name your-caster.example.jp

# 最大接続数
max_clients 10
max_sources 5

# NTRIP Server（基準局）からの接続パスワード
encoder_password your_server_password

# NTRIP Client（移動局）からの接続パスワード（不要なら空欄可）
# client_password  your_client_password

# 待ち受けポート
port 2101

sourcetable.dat を編集し、マウントポイントを定義する。

STR;MYBASE;YourCity;RTCM3.2;1077(1),1087(1),1097(1),1117(1),1127(1),1005(10);2;GPS+GLO+GAL+BDS+QZS;;JPN;35.00;140.00;0;0;Drogger RWS;none;N;N;8000;
ENDSOURCETABLE

各フィールドの意味は RTCM NTRIP Sourcetable仕様 を参照のこと。緯度・経度は基準局の概略位置を記載する。

systemdサービス化

24時間運用のために、systemdで自動起動を設定する。

sudo tee /etc/systemd/system/ntripcaster.service << 'EOF'
[Unit]
Description=NTRIP Caster
After=network.target

[Service]
Type=simple
ExecStart=/usr/local/ntripcaster/bin/ntripcaster
WorkingDirectory=/usr/local/ntripcaster/bin
Restart=always
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target
EOF

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable ntripcaster
sudo systemctl start ntripcaster

動作確認

# Sourcetableの取得テスト
curl http://localhost:2101

# 出力例:
# SOURCETABLE 200 OK
# ...
# STR;MYBASE;YourCity;RTCM3.2;...
# ENDSOURCETABLE

外部からElastic IPに対して同様のリクエストが通ればOKである。

方法2：RTKLIBのstr2str（簡易構成）

RTKLIBに含まれるstr2strコマンドは、単体でNTRIP Casterとして動作させることもできる。BKG NtripCasterよりも導入が簡単だが、複数クライアントの管理機能などは限定的である。

# RTKLIBのビルド
cd ~
git clone -b rtklib_2.4.3 https://github.com/tomojitakasu/RTKLIB.git
cd RTKLIB/app/str2str/gcc
make

# NTRIP Casterとして起動（Droggerからの入力をNTRIPで中継）
./str2str -in ntrips://:your_server_password@:2101/MYBASE \
          -out ntripc://:2101/MYBASE

テスト用途や移動局が1～2台の小規模運用ならこの方法で十分である。

Droggerの基準局設定

基準局座標の決定

RTKの測位精度は基準局のアンテナ座標の正確さに直結する。適当な座標を設定すると、接続する全移動局に系統的な誤差が伝播する。

座標決定の方法は以下のいずれかを用いる。

  1. 長時間スタティック観測 ＋ 後処理解析 ── Drogger Processorを使い、最寄りの電子基準点データと合わせて基線解析を行う。数時間の観測で数mmの精度が得られる
  2. PPP解析 ── 長時間（24時間以上）の観測データをPPPサービス（CSRS-PPPなど）に送信し、絶対座標を取得する
  3. 既知点への設置 ── 公共基準点上にアンテナを設置する（測量法に基づく使用許可が必要な場合がある）

Drogger-GPSアプリにはスタティック観測・セッション記録機能があり、Drogger Processorで基線解析から三次元網平均計算まで実行できる。

NTRIP Serverの設定

Drogger-GPSアプリから以下を設定する。

  1. RTKの設定 → 基準局 をONにする
  2. 基準局の緯度・経度・楕円体高 に決定済みの座標を入力
  3. 基準局用キャスターホスト を以下のように設定
ホスト:     <EC2のElastic IP>
ポート:     2101
マウントポイント: MYBASE
パスワード:  your_server_password
  1. スタートすると、DroggerがNTRIP ServerとしてRTCM補正データをAWSへ送信し始める

RWSシリーズの場合、Android端末なしでも受信機単体でNTRIP Serverとして動作可能である（WiFi経由でルータに接続）。RWE-ETHイーサネットモジュールを使えば有線LAN接続も可能で、屋外常設基準局の信頼性が大幅に向上する。

移動局からの接続

移動局側のDrogger-GPS（またはRTKLIB、その他NTRIP対応アプリ）で以下を設定する。

ホスト:     <EC2のElastic IP>
ポート:     2101
マウントポイント: MYBASE
ユーザ:     （ntripcaster.confでclient_passwordを設定した場合のみ）
パスワード:  （同上）

接続後、数秒でFIX解が得られる。水平精度は概ね1～3cm程度で、ネットワーク経由でも十分実用的である。

運用上のメリット

どこからでも利用可能

基準局が山形県にあっても、AWSを経由することで遠隔地の移動局から接続できる（ただし基準局との距離が離れるほどRTK精度は低下する。後述の「注意点」を参照）。

複数利用者の同時接続

1台の基準局から、測量・ドローン・農業機械など複数の移動局へ同時にRTCMデータを配信できる。NTRIP Casterが中継を担うため、基準局の受信機には負荷がかからない。

ログの保存と解析

AWS上でRTCMストリームをファイルに記録しておけば、障害発生時の解析や、後処理での利用が可能になる。str2strを併用すれば簡単にログを取得できる。

# RTCMストリームをファイルに記録する例
str2str -in ntrip://localhost:2101/MYBASE \
        -out file:///var/log/rtcm/%Y%m%d%H_MYBASE.rtcm::S=1

注意点

基準局座標の精度管理

基準局の座標誤差は、接続する全移動局にそのまま伝播する。とりあえず動かしてみたい気持ちはわかるが、本運用前には必ずスタティック観測＋後処理で座標を確定させること。

セキュリティ

NTRIP Casterをインターネットに公開する場合は、以下を検討すべきである。

  • NTRIP ServerパスワードとClientパスワードの設定
  • セキュリティグループでの接続元IP制限
  • CloudWatch等による接続監視

近年、基準局のなりすましやRTK補正情報の改ざんに関する研究も報告されている（RTKiller: manipulation of GNSS RTK rovers by reference base spoofing, arXiv:2406.07565）。公開運用時は認証とアクセス制御を適切に設定すること。

基準局と移動局の距離

基準局と移動局の距離は、RTK精度に直接影響する。

  • 数km以内 ── 高精度なRTK-FIXが安定して得られる
  • 数km〜十数km ── 実用的なRTK精度を維持できるが、FIX率がやや低下する場合がある
  • 20〜30kmを超える ── 電離層・対流圏の遅延差が大きくなり、FIXが困難になることがある

一般的に、2周波受信機（RWSシリーズ）の場合は基線長が短いほど有利である。3周波受信機（RZS.Dシリーズ）は電離層誤差の補正能力が高く、やや長い基線にも対応しやすい。広域をカバーしたい場合は複数基準局の設置、またはVRS型サービスの利用を検討する。

通信コスト

4Gルータ経由の場合、RTCMデータの転送量は月数百MB程度と少量だが、SIMの月額料金は別途かかる。格安SIM（月額数百円～）で十分賄える帯域である。

コスト比較

項目 従来（専用基準局システム） 本構成
GNSS受信機 数十万～数百万円 約4〜6万円（Drogger RWS）
NTRIP Caster 専用サーバ or 有料サービス 月額 約550円（AWS EC2）
通信回線 専用回線 格安SIM（月額数百円）
ソフトウェア 有償ライセンス 無償（Drogger-GPS, RTKLIB）
運用コスト（年間） 数十万円～ 約2万円以下

まとめ

DroggerとAWSを組み合わせることで、個人でも24時間稼働するGNSS基準局を月550円で構築できる。

構築のポイントは4つ。

  1. Drogger受信機 ── 全モデルが基準局対応。受信機単体でNTRIP Server動作が可能。これが最大の差別化要因
  2. AWS EC2 t4g.nano ── NTRIP Casterに十分な性能。Elastic IPで固定アドレスを確保
  3. BKG NtripCaster ── オープンソースで無料。systemdで自動起動すれば放置運用可能
  4. 基準局座標 ── スタティック観測＋後処理で正確に決定。ここを手抜きしない

数百万円の専用システムがなくても、数万円の受信機とクラウドだけで測位インフラが手に入る。AWSの画面に流れ続けるRTCMデータを見ていると、少しだけ電子基準点を持った気分になれる。

個人がクラウド上に測位インフラを持てる時代は、もう来ている。

参考リンク

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