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[SVC31-P03] 有珠山におけるマルチGNSS観測データのリアルタイム解析に向けて－キネマティック測位の精度検証－
キーワード：有珠山、GNSS観測、RTK
北海道南西部に位置する有珠山は20世紀以降約30年の周期で噴火しており，直近の2000年噴火から23年経過した現在において近い将来の噴火が懸念される活火山である．
有珠山では20世紀以降4度の噴火が，山頂・山麓と全て異なる場所で発生した．2000年噴火は居住地近くで発生，事前の噴火予測によって人的被害は免れたが，噴火場所や噴火推移の予測は不十分であり，今後の重要な課題である．また，前兆現象としてデイサイト質マグマの貫入に伴う地盤変動が噴火前から進行する特徴もある．2000年噴火前にも6時間で数十 cmの変位がGPSにより観測されている（高橋・他，2002；岡崎・他，2002）．噴火に先駆した地盤変動による変動源推定は噴火場所の予測において重要である．しかし，2000年噴火前のGPS観測によるリアルタイム地盤変動モニタリングや変動源推定等は技術的制約により行われていない．
本研究の目的は次の有珠山噴火における噴火に先駆した地盤変動をGNSS観測データのリアルタイム解析より捉え，その地盤変動から準リアルタイムで変動源を推定することによって噴火発生場所の予測に貢献するためのリアルタイムモニタリングシステムを構築することである．
北海道大学では，有珠山一帯の16ヶ所にGNSS観測点を近年新設し，既存の常時観測点10点を加えて合計26点の稠密な観測網を整備した．新設点では，2021年と2022年にマルチGNSS受信モジュール・u-blox社製ZED-F9Pを利用した安価で省電力なGNSS観測機材セットを用いて，現地収録で2週間程度の臨時観測をおこなった．来年度には電源工事を進めて連続点化し，RTKLIB2.4.3（高須，2020）を用いたリアルタイムキネマティック（RTK）相対測位による地盤変動の準リアルタイムモニタリング体制の構築を目指している．
本発表では，システム構築の事前準備として，RTK測位の解析ストラテジーの検討及び期待される標準偏差の確認を行った．解析には2022年の臨時観測で得られた2周波の搬送波位相データを用い，軌道暦には放送暦を用いた．有珠山山頂から西方約11 kmに位置する観測点を固定局とし，1秒サンプリングのデータにRTKLIBに実装されたキネマティック相対測位を適用することで測位解を得た．固定局との基線長は最短で約6.5 km，最長で約15 kmである．RTK測位の解析ストラテジーとして，使用する衛星系，最低仰角について波数不確定性 (Ambiguity Fix率を指標とした)及び座標値の標準偏差の観点から検討した．標準偏差の検討では，各観測点の測位結果の1時間毎の標準偏差を計算し，それらの平均と最大値を得た．同様に，3時間毎の標準偏差の平均と最大値も推定した．本システムで受信可能な衛星系はGPS, GLONASS, Galileo, QZSS, Beidouであるが，それらのどの組み合わせで良好な測位解が得られるかを調査した結果，GPS, Galileo, QZSS, BeiDouの4種を用いた解析で安定したAmbiguity Fix率の推定及び最も小さい標準偏差の測位結果が得られることが分かった．同様に，使用する衛星の最低仰角設定についても15º，20º，25ºでそれぞれ解析した結果，20ºの設定で安定したAmbiguity Fix率及び最も小さい標準偏差の測位結果を得た．
使用する衛星系をGPS, Galileo, QZSS, BeiDou，最低仰角を20ºに設定して各観測点で24時間分の観測データを解析した結果，1時間毎の標準偏差の平均値は各観測点で水平方向3.5–7 mm，上下方向7–13 mm，最大値は水平方向7–17 mm，上下方向15–42 mmと計算された．また，3時間毎の標準偏差の平均値は水平方向4–8 mm，上下方向8–14 mm，最大値は水平方向５–13 mm，上下方向14–30 mmであった．
ここで，標準偏差の最大値の3倍を超える変位を有意な変位と仮定した時，測位結果がどの程度の変位を捉えることができるか検討した．1時間で捉えられる有意な変位としては，水平で約50 mm，上下で約125 mmと求められた．同様に3時間で捉えられる有意な変位としては水平で約40 mm，上下で約90 mmと求められた．これは2000年噴火時に観測されていた6時間で数100 mm程度の変位（高橋・他，2002；岡崎・他，2002）をリアルタイムで捉えられる可能性を示唆する結果である．
より短期間で発生した変位を有意に捉えるために，衛星信号のSN比に基づく使用衛星の制約や1周波のみを用いた解析が今後の課題である．
有珠山では20世紀以降4度の噴火が，山頂・山麓と全て異なる場所で発生した．2000年噴火は居住地近くで発生，事前の噴火予測によって人的被害は免れたが，噴火場所や噴火推移の予測は不十分であり，今後の重要な課題である．また，前兆現象としてデイサイト質マグマの貫入に伴う地盤変動が噴火前から進行する特徴もある．2000年噴火前にも6時間で数十 cmの変位がGPSにより観測されている（高橋・他，2002；岡崎・他，2002）．噴火に先駆した地盤変動による変動源推定は噴火場所の予測において重要である．しかし，2000年噴火前のGPS観測によるリアルタイム地盤変動モニタリングや変動源推定等は技術的制約により行われていない．
本研究の目的は次の有珠山噴火における噴火に先駆した地盤変動をGNSS観測データのリアルタイム解析より捉え，その地盤変動から準リアルタイムで変動源を推定することによって噴火発生場所の予測に貢献するためのリアルタイムモニタリングシステムを構築することである．
北海道大学では，有珠山一帯の16ヶ所にGNSS観測点を近年新設し，既存の常時観測点10点を加えて合計26点の稠密な観測網を整備した．新設点では，2021年と2022年にマルチGNSS受信モジュール・u-blox社製ZED-F9Pを利用した安価で省電力なGNSS観測機材セットを用いて，現地収録で2週間程度の臨時観測をおこなった．来年度には電源工事を進めて連続点化し，RTKLIB2.4.3（高須，2020）を用いたリアルタイムキネマティック（RTK）相対測位による地盤変動の準リアルタイムモニタリング体制の構築を目指している．
本発表では，システム構築の事前準備として，RTK測位の解析ストラテジーの検討及び期待される標準偏差の確認を行った．解析には2022年の臨時観測で得られた2周波の搬送波位相データを用い，軌道暦には放送暦を用いた．有珠山山頂から西方約11 kmに位置する観測点を固定局とし，1秒サンプリングのデータにRTKLIBに実装されたキネマティック相対測位を適用することで測位解を得た．固定局との基線長は最短で約6.5 km，最長で約15 kmである．RTK測位の解析ストラテジーとして，使用する衛星系，最低仰角について波数不確定性 (Ambiguity Fix率を指標とした)及び座標値の標準偏差の観点から検討した．標準偏差の検討では，各観測点の測位結果の1時間毎の標準偏差を計算し，それらの平均と最大値を得た．同様に，3時間毎の標準偏差の平均と最大値も推定した．本システムで受信可能な衛星系はGPS, GLONASS, Galileo, QZSS, Beidouであるが，それらのどの組み合わせで良好な測位解が得られるかを調査した結果，GPS, Galileo, QZSS, BeiDouの4種を用いた解析で安定したAmbiguity Fix率の推定及び最も小さい標準偏差の測位結果が得られることが分かった．同様に，使用する衛星の最低仰角設定についても15º，20º，25ºでそれぞれ解析した結果，20ºの設定で安定したAmbiguity Fix率及び最も小さい標準偏差の測位結果を得た．
使用する衛星系をGPS, Galileo, QZSS, BeiDou，最低仰角を20ºに設定して各観測点で24時間分の観測データを解析した結果，1時間毎の標準偏差の平均値は各観測点で水平方向3.5–7 mm，上下方向7–13 mm，最大値は水平方向7–17 mm，上下方向15–42 mmと計算された．また，3時間毎の標準偏差の平均値は水平方向4–8 mm，上下方向8–14 mm，最大値は水平方向５–13 mm，上下方向14–30 mmであった．
ここで，標準偏差の最大値の3倍を超える変位を有意な変位と仮定した時，測位結果がどの程度の変位を捉えることができるか検討した．1時間で捉えられる有意な変位としては，水平で約50 mm，上下で約125 mmと求められた．同様に3時間で捉えられる有意な変位としては水平で約40 mm，上下で約90 mmと求められた．これは2000年噴火時に観測されていた6時間で数100 mm程度の変位（高橋・他，2002；岡崎・他，2002）をリアルタイムで捉えられる可能性を示唆する結果である．
より短期間で発生した変位を有意に捉えるために，衛星信号のSN比に基づく使用衛星の制約や1周波のみを用いた解析が今後の課題である．