『自然環境と農業農村の調和をめざして』～安全な水と土壌が健康な農作物を育て私たちの生命と地域を守ります～安全な水と土壌が健康な農作物を育て私たちの生命と地域を守ります
○農作業用GPS ガイダンスの概要○農作業用GPS ガイダンスの概要○GIS フリーソフト「Quantum GIS」によるGPS データの活用方法
一般財団法人 北海道農業近代化技術研究センター
企画研究グループ 南部雄二
農業情報 グ プ 大 譽丈農業情報システムグループ 大原譽丈
※GPS⇒GNSS（Gｌ b l N i ti S t llit S t （全地球航法衛星システム））※GPS⇒GNSS（Gｌobal Navigation Satellite System（全地球航法衛星システム））
1 GPSの農業利用に期待する効果1. GPSの農業利用に期待する効果
1次的効果次的効果～圃場大区画化・経営の大規模化
に伴う生産性の向上①労働生産性～機械制御、制御支援
営農（機械）作業の効率化・省力化、労働負荷の軽減 安全性確保労働負荷の軽減、安全性確保
②作物生産性～精密農業の取り組みへ②作物生産性 精密農業の取り組み土壌診断情報、作物収量・品質情報と位置情報の連係リアルタイムセンシングによる小麦追肥（分肥）の可変施肥→収量・品質の均一性向上 化学肥料の適正施用→収量・品質の均一性向上、化学肥料の適正施用
（資材コストの削減）
2
1 GPSの農業利用に期待する効果1. GPSの農業利用に期待する効果
2次的効果 2次的効果～環境保全型農業
①機械作業の効率化 → 燃料代節約、CO2排出量削減。
②化学肥料節減 → 肥料製造・運搬のCO2排出量削減。
③肥料適正量施用 → 流出・溶脱の防止等、環境負荷軽減。
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2 GPSの種類と精度単独測位（受信機は1台）2. GPSの種類と精度
単独測位（誤差 10 程度）（誤差；10m程度） カーナビ、携帯電話等
～補正信号不要
相対測位 相対測位（受信機は2台以上）相対測位（誤差；数m～数cm） ２台以上の受信機を使い、 ２
点間の相対的な位置関係を点間の相対的な位置関係を求めます。
4※図は国土地理院ホームページより
2 GPSの種類と精度ＤＧＰＳ測位
2. GPSの種類と精度
DGPS（誤差 0 5 程度）（誤差；0.5m程度） 海上保安庁中波帯ビーコン、
MSASの信号を受信
RTK-GPS測位
RTK GPS（誤差；2～3cm） 移動局と固定局
（GPS受信機＋無線送信機）
ＲＴＫ－ＧＰＳ測位
（GPS受信機＋無線送信機） 移動局と仮想電子基準点
携帯電話、インターネットによる補正信号取得
※MSASは、地上に設置された受信局でGPS信号を受信し、信号に含まれる誤差を補正するためのGPS補強情報を作成し、MTSATを経由
5
ための 補強情報を作成し、 を経由して航空機に提供する航法システム。
※図は国土地理院ホームページより
2 GPSの種類と精度2. GPSの種類と精度
国土地理院は、5 月10 日より、全国の電子基準点で観測した準天頂衛星（日本）及びグロナス（ロシア）のデータ提供を開始します。
従来のGPS（米国）に加えてこれらの衛星も利用すると、都市部や山間
部で測量できる場所が広がり、測量時間の短縮も期待されます。また民部で測量できる場所が広がり、測量時間の短縮も期待されます。また民間が電子基準点データを用いてサービスしているリアルタイム測量の安定性も向上し、建設機械の制御を行う情報化施工等での活用が期待されます （国土地理院ホームページより）れます。 （国土地理院ホ ムペ ジより）
これに伴い、VRS方式によるGPS+GLONASSを用いた補正データ配信が開始。GNSS配信が開始され、従来のGPS衛星に加えGLONASS衛
星 追加により さらに利用範囲が広がり れら 衛星を利用する と星の追加により、さらに利用範囲が広がり、これらの衛星を利用することにより今まで以上に利用拡大が期待される。
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2 GPSの種類と精度2. GPSの種類と精度
X座標 Y座標 標高
VRS方式RTK-GPS（GNSS）の測位状況
1 kami-gnss-1 -88829.6445 -72627.0307 245.01512 kami-gnss-2 -88829.6464 -72627.0275 245.02113 kami-gnss-3 -88829.6414 -72627.0315 245.02014 kami-gnss-4 -88829.6438 -72627.0313 245.02115 kami-gnss-5 -88829.6442 -72627.0318 245.0131g6 kami-gnss-6 -88829.6399 -72627.0333 245.01417 kami-gnss-7 -88829.6412 -72627.0339 245.01718 kami-gnss-8 -88829.6452 -72627.0289 245.02219 kami-gnss-9 -88829.644 -72627.0312 245.0211
10 kami-gnss-10 -88829.6435 -72627.0307 245.021110 kami gnss 10 88829.6435 72627.0307 245.0211GNSS 平均 -88829.64341 -72627.03108 245.0186 m衛星数＝13 最大 -88829.6399 -72627.0275 245.0221 m
最小 -88829.6464 -72627.0339 245.0131 m差 0.0065 0.0064 0.009 m
11 kami-gps-1 -88829.6373 -72627.0304 245.016112 kami-gps-2 -88829.6424 -72627.0336 245.016113 kami-gps-3 -88829.6401 -72627.0261 245.016114 kami-gps-4 -88829.6439 -72627.0262 245.022115 kami-gps-5 -88829.6404 -72627.0283 245.020116 kami-gps-6 -88829.6535 -72627.0257 245.027117 kami-gps-7 -88829.6488 -72627.0267 245.025118 kami-gps-8 -88829.643 -72627.0288 245.024119 kami-gps-9 -88829.6419 -72627.0252 245.005120 kami-gps-10 -88829.6443 -72627.0253 245.0171
7
gpGPS 平均 -88829.64356 -72627.02763 245.0189 m衛星数＝7 最大 -88829.6373 -72627.0252 245.0271 m
最小 -88829.6535 -72627.0336 245.0051 m差 0.0162 0.0084 0.022 m
2 GPSの種類と精度2. GPSの種類と精度VRS方式RTK-GPS＋GLONASSの測位時刻の衛星数とDOP
【測位精度：DOP】GNSS衛星の数 配置によって DOP（Dilution of Precision：精度低下率）が変化
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GNSS衛星の数、配置によって、DOP（Dilution of Precision：精度低下率）が変化
する。最も良い配置で「１」、数値が大きくなるにつれ悪い配置を表す。目安として、DOPが「５」程度までは観測上支障がないと言われている。
2 GPSの種類と精度2. GPSの種類と精度VRS方式RTK-GPSの測位時刻の衛星数とDOP
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3 1 現行のGPSガイダンスシステム3-1. 現行のGPSガイダンスシステム
TeeJetホームページよりTOPCONホームページより Outbackホームページより
自動操舵システム
10
NIKON-TRIMBLEホームページより
シ テ
satconsystemホームページより
3 1 現行のGPSガイダンスシステム3-1. 現行のGPSガイダンスシステム
○農業用ガイダンスシステムの出荷状況（H20～24）【調査先】
23401000 2500
【調査先】（株）クロダ農機、ジオサーフ（株）、（株）トプコン、（株）ニコン・トリンブル、 （株） IHIスター
1510
2340
700
800
900
台数
2000
数
930400
500
600
次別
出荷
台
1000
1500
累加
台数
830580480350100100
450
100
200
300年次
500
1000
H20 H21 H22 H23 H24
0
北海道 北海道累加台数
11
北海道 北海道累加台数
北海道農政部技術普及課調べ
3 1 現行のGPSガイダンスシステム3-1. 現行のGPSガイダンスシステム
GPSアンテナ
ガイダンス本体
枕地での表示
誘導経路の表示
ライトバーでずれ具合を表示
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経路内の表示
3 2～3 ガイダンス・自動操舵システムの動画3-2～3. ガイダンス・自動操舵システムの動画
ガイダンスシステム ガイダンスシステム
自動操舵システム 自動操舵システム
播種作業
田植作業（動画提供：ヰセキ北海道）（動画提供：ヰセキ北海道）
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3 4 ガイダンスシステムの導入効果3-4.ガイダンスシステムの導入効果
機械作業ロス減少 機械作業ロス減少～代かき作業の重複回避 →燃料の削減・労力節減
夜間作業可能モニタをみなが設定作業ライン上を走行可能
→適期の作業時間拡大
～モニタをみなが設定作業ライン上を走行可能
肥料散布の重複回避
～作業幅の入力により、ブロードキャスタ等肥料散
→肥料代節約、できむらの軽減
布ラインの確認が可能
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3 5 農作業におけるGPSの使い分け3-5.農作業におけるGPSの使い分け
システム 主な用途測位の種類 測位精度
カーナビ携帯電話
誘導単独測位 10mオーダ
ガイダンス DGPS 1 程度 作業支援砕土・整地、施肥、代かき、防除 テ ダ等作業
ガイダンスシステム
DGPS 1m程度 作業支援
自動操舵
防除、テッダ等作業走行ライン表示
306,000円（ ※標準パッチアンテナ）
作業補助
自動操舵
DGPS 15～20cm程度
高精度アンテナ
砕土・整地、施肥、代かき、防除、テッダ等作業ステアリング操作
定価：400 000円＋ 定価：400,000円＋
定価
定価：500,000円＋
RTK-GPS 2～3cm程度播種、移植等高精度作業ステアリング操作
高精度作業補助
定価：630,000円
ガイダンス VRS方式概算費用 GLONASS対応
高精度アンテナ
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ガイダンス VRS方式概算費用 GLONASS対応定価：500,000円＋約1,000,000円＋360,000円
（補正信号受信契約料、パケット通信料は別途）
＋
3 5 農作業におけるGPSの使い分け3-5.農作業におけるGPSの使い分け
システム 主な用途測位の種類 測位精度
GPSレベラー RTK-GPS 2～3cm程度作業支援作業機械制御作業機械制御
圃場均平作業（測量・運土計画・作業状況確認
※RTK-GPSで農作業機械の制御を実用化し、市販したのはGPSレベラーが初めて
（測量・運土計画・作業状況確認・均平度評価・作業履歴）
ロボット化自動走行作業機械制御の自動化
RTK-GPS 2～3cm程度
※開発中
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4 1 大区画水田圃場では均平度の維持が重要
圃場の大区画化により均平度の維持が重要である。
4-1.大区画水田圃場では均平度の維持が重要
区画が大きいので、代かき作業だけでは対応が難しく、レベラーによる均平作業が有効である。
→無代かき栽培（移植）、乾田直播栽培では、必須の作業であるの作業である。
基準 指標値
計画基準 施工仕上り目標±35mm計画基準 施工仕上り目標±35mm施工管理基準 均平精度＜35mm （±50mm80%以上）
栽培様式 標準偏差 均平精度
湛水直播栽培※ 15mm以内 ±25mm以内90%乾田直播栽培※ 20mm以内 ±25mm以内80%移植栽培※ 18 以内 ±25 以内85%
17
移植栽培※ 18mm以内 ±25mm以内85%※日本土壌協会：大区画水田における先進的稲作技術導入の手引きより
4 2 レベラーシステムの構成レーザーレベラー
4-2.レベラーシステムの構成
モニタGPS受信機
GPSアンテナ
GPSアンテナ
PC補正信号
無線送信機
無線受信機
RTK GPSレベラGPS受信機
無線送信機
トラクタRTK-GPSレベラー
18GPSレベラー
【GPSレベラーシステム】
GPS基地局（固定局） GPSアンテナ
ノートPCト C
GPS受信機受信機
コントローラ
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トラクタキャビン内機器搭載状況 GPSレベラー作業状況
4-3.均平作業におけるレーザー制御RTK-GPS制御の比較
項目 レーザー制御 RTK-GPS制御
作業前後圃場測量測量＋図面作成 リアルタイム
作業前後圃場測(高低差・区画)
測量＋図面作成 リアルタイム
運土計画表 測量＋図面作成 リアルタイム
作業範囲 半径300m 半径5km※
夜間運転 △ ○
レ ザ の干渉障害 あり なしレーザーの干渉障害 あり なし
（※VRS方式：補正信号受信エリアであれば制約なし。ただし、通信の安定性が課題。）
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4 4 RTK GPSレベラーの特徴4-4. RTK-GPSレベラーの特徴
① 圃場の外周、高低差を作業前に計測可能。
② 圃場高低マップ作成、切土・盛土マップの作成、土量計算、面積計算が可能。
③ ベ 仕上げ 域 高さを 圃場内 自由 設定 能③ レベラーの仕上げ区域・高さを、圃場内で自由に設定可能。
④ リアルタイムで作業位置の位置・高低差を把握することにより 高能率な均平作業が可能より、高能率な均平作業が可能。
⑤ 隣接する圃場で、レベラーの複数台並行作業が可能。
⑥ 3 次元位置が高精度（誤差± 2cm）に計測でき 最高均平⑥ 3 次元位置が高精度（誤差± 2cm）に計測でき、最高均平精度は高低差± 2cmを実現。
⑦ PCモニターを見ながら夜間作業が可能、圃場外周に近づが鳴くと警告音が鳴る。
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4 5 RTK GPSレベラーの利用効果4-5. RTK-GPSレベラーの利用効果
ベ は 大 圃場 おける均 （または緩傾斜 GPSレベラーは、大区画圃場における均平（または緩傾斜化）作業の省力化・コスト低減と均平精度向上～圃場標高測量 運土計画・運土実施の省力化～圃場標高測量、運土計画・運土実施の省力化
空間情報、作業状況情報の管理～圃場均平度の経年的な変化の有無の把握が可能圃場均平度の経年的な変化の有無の把握が可能～作業時間等の均平作業履歴の管理が可能
【利用効果】【利用効果】
GPS測量により、作業前後の均平度評価のための水準測量作業は、削減率85%。
PCモニタの確認により、運土箇所の重複がなく、均平・整地作業時間の削減率32%。
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妹背牛町の直播栽培圃場で、来春の均平作業のために、圃場の高低測量を実施
トラクタキャビン天井にガイダンス用GPS、高低計測用RTK-GPSのアンテナを設置
運転席前に、GPSガイダンスを設置して、10mごとの測定ラインを表示
高低計測用パソコン（GPSデータを取り込む）～計測時の走行状況を表示～計測後すぐに高低マップを作成
高低計測用パソコン（GPSデータを取り込む）～計測時の走行状況を表示～計測後すぐに高低マップを作成計測後すぐ 高低 ッ を作成計測後すぐ 高低 ッ を作成
圃場内を10m間隔で走行して、
23
高低差を計測
-35160
-25360 -25340 -25320 -25300 -25280 -25260 -25240 -25220 -25200 -25180 -25160 -25140
-35220
-35200
-35180
-35260
-35240
35220
A=1.3ha
-35300
-35280
-35360
-35340
-35320
1 9haの圃場で
-35400
-35380
A=1.9ha
1.9haの圃場で外周計測5分、高低計測22分
-35460
-35440
-35420
24
-35480
25
ガイダンスの走行データもパソコンに取り込み、軌跡、作業幅、速度等のマップ作成が可能⇒圃場ごとの作業履歴として活用することが可能
外周計測 高低計測時の走行軌跡外周計測、高低計測時の走行軌跡オレンジのラインは、畦畔接近警報線で畦畔に近づくと警報音が鳴る。
26
外周計測 高低計測後外周計測、高低計測後、すぐに高低マップを作成できる。
27
切盛表の出力表0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135
170165160 -1 1 2 2 1 0155 2 3 4 3 2 1 1 -2 -3150 0 2 3 4 3 1 1 0 0 -2 -3 -4 -5145 1 1 2 3 3 2 1 1 1 0 0 -1 -2 -3 -4 -6140 1 3 3 3 3 2 2 1 1 2 0 1 0 -1 -2 -2 -4 -5 -9135 5 4 4 3 3 3 3 0 1 1 1 1 1 0 0 -1 0 -2 -6 -7 -5 -8130 2 4 4 4 4 3 3 1 0 0 0 1 1 1 0 -1 1 1 -2 -2 -4 -7 -6 -8 -10125 3 4 4 4 4 3 2 2 1 2 0 1 2 1 1 1 2 1 -2 -1 -4 -3 -3 -4 -3 -5120 2 4 5 5 4 3 3 1 1 1 0 2 2 2 2 2 2 2 -2 0 -2 -3 -1 0 0 -1115 1 2 3 3 3 3 3 0 1 0 2 2 3 4 3 2 2 3 -3 -1 -2 -1 -1 -2 0 1110 4 2 2 1 2 3 1 1 0 0 2 3 3 3 3 3 2 3 -2 -1 0 -1 -1 -4 -2 -2105 2 2 2 1 2 2 0 0 -1 0 2 3 3 3 2 3 2 2 0 -2 0 -3 -1 -3 -2 -1100 2 1 1 1 2 2 1 0 -1 -1 1 1 2 3 3 3 2 0 -2 -2 -4 -4 -1 -3 1 -195 1 2 2 1 2 3 2 1 1 0 0 1 1 1 2 3 0 2 0 1 3 2 1 0 2 195 1 2 2 1 2 3 2 1 -1 0 0 1 1 1 2 3 0 -2 0 -1 -3 -2 -1 0 2 -190 0 1 2 2 2 2 2 0 -2 0 0 0 1 0 -1 3 -1 -4 -1 -2 -4 -3 -2 -2 3 -185 0 2 2 2 2 3 2 -1 -1 0 0 -1 -1 -2 0 0 -2 -3 -2 -2 -4 -4 -2 -3 3 -180 1 2 2 1 1 1 1 -1 0 0 -1 -2 -2 -1 0 -3 -2 -3 -2 -2 -4 -5 -3 -2 2 -175 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 -2 0 0 2 0 -1 -2 -2 -2 0 -4 -4 -5 -4 0 070 0 2 0 0 1 1 0 0 0 -1 -1 0 0 -1 -1 -1 0 -1 -2 -3 -4 -6 -4 -5 -2 065 2 1 -1 -1 1 2 0 0 -1 -1 0 0 -1 -2 -1 -2 -1 -2 -3 -3 -4 -6 -4 -5 -4 060 1 0 -1 0 1 2 1 0 0 0 -1 0 -2 -1 -2 -4 -4 -4 -4 -2 -5 -4 -3 -3 -3 3 +655 1 0 0 0 3 4 2 2 2 0 0 -1 -1 0 -2 -4 -5 -7 -6 -3 -4 -2 -1 -2 -2 1 +550 0 0 0 1 2 3 2 2 2 1 1 1 1 1 -1 -5 -6 -7 -4 -2 -1 0 0 -2 -2 -1 +445 2 2 0 1 2 2 1 2 2 1 2 2 2 2 3 -3 -4 -6 -3 -1 -2 0 0 -2 -2 -2 +340 3 1 1 1 2 1 1 1 2 1 0 0 2 3 6 2 -3 -1 -2 0 -1 1 -1 -1 -1 -2 +235 2 1 0 1 2 -1 1 2 2 1 -1 0 1 2 3 2 -2 -2 -2 -2 0 1 -1 0 0 -1 +130 3 1 1 3 2 1 1 2 1 2 0 0 1 1 2 1 0 -1 -1 -2 0 1 0 -1 1 -3 ±025 0 0 2 2 2 0 0 0 0 2 -1 1 0 0 2 0 -1 -2 -3 -1 0 0 -1 -3 0 -1 -120 -1 1 2 2 1 1 0 -3 -2 0 0 0 0 -2 1 -1 -2 -2 -4 -2 -1 0 -2 -2 0 3 -215 -1 1 2 1 0 0 0 -2 -2 -1 0 0 0 -2 -1 -2 -3 -5 -4 -1 0 -1 -2 -3 2 3 -310 2 2 3 1 1 1 1 -3 -4 -2 -2 0 -1 -1 -3 -2 -5 -5 -2 0 0 -1 -1 -1 0 0 -4
切盛表は、パソコンで容易に加工でき、
10 2 2 3 1 1 1 1 -3 -4 -2 -2 0 -1 -1 -3 -2 -5 -5 -2 0 0 -1 -1 -1 0 0 -45 1 1 4 3 2 2 1 -1 -2 -6 -2 0 -1 -1 -2 -2 -4 -4 -2 -1 0 0 0 2 -3 0 -50 0 2 1 0 -2 0 0 -3 -4 -6 -6 -7 -7 -8 -8 -6 -5 -4 -4 -1 0 1 2 1 0 -6
切土 165 ｍ3盛土 165 ｍ3
切盛表 、 ソ ン 容易 加 き、レベラー作業時の参考にすることができる。
28
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45170165160 -1 1 2 2 1 0155 2 3 4 3 2 1 1 -2 -3 +6155 2 3 4 3 2 1 1 -2 -3150 0 2 3 4 3 1 1 0 0 -2145 1 1 2 3 3 2 1 1 1 0140 1 3 3 3 3 2 2 1 1 2
+6+5+4
135 5 4 4 3 3 3 3 0 1 1130 2 4 4 4 4 3 3 1 0 0125 3 4 4 4 4 3 2 2 1 2120 2 4 5 5 4 3 3 1 1 1
+3+2+1
115 1 2 3 3 3 3 3 0 1 0110 4 2 2 1 2 3 1 1 0 0105 2 2 2 1 2 2 0 0 -1 0100 2 1 1 1 2 2 1 0 -1 -1
±0-1-2100 2 1 1 1 2 2 1 0 1 1
95 1 2 2 1 2 3 2 1 -1 090 0 1 2 2 2 2 2 0 -2 085 0 2 2 2 2 3 2 -1 -1 080 1 2 2 1 1 1 1 1 0 0
2-3-4580 1 2 2 1 1 1 1 -1 0 0
75 1 1 1 1 1 0 0 0 0 070 0 2 0 0 1 1 0 0 0 -165 2 1 -1 -1 1 2 0 0 -1 -1切盛表は、5m、10mなど任意のメッシュ間隔に設定できる。
圃場内 高低状況 把握が容易 ある
-5-6
29
圃場内の高低状況の把握が容易である。
均平作業画面 ※白 部分は 均平作業終了 リ均平作業画面 ※白い部分は、均平作業終了エリア。
トラクタ走行位置
30GPSレベラーソフトのPC画面イメージ
5 農作業用GPS ガイダンスデータの活用5. 農作業用GPS ガイダンスデータの活用
CFX750（ニコン・トリンブル）のデータを例にGISで CFX750（ コン トリンブル）のデ タを例にGISでデータ活用を図る。（データの構成は、EZ-Guide 250・500も同様）（デ タの構成は、EZ Guide 250 500も同様）
データの構成
使用するデ タ 使用するデータ
Q-GISによる軌跡データの解析例速度・速度map
・標高map作業 積 重複 積 等・作業面積、重複面積 等
GPSとGISの活用
31
5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成
32
5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成
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5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成
EventHistory.dbf 作業履歴ファイルBoundary.dbf 外周ファイルBoundary.shpSwaths dbf 作業基準線（A～Bライン）ファイルSwaths.dbf 作業基準線（A～Bライン）ファイルSwaths.shpCoverage.bdf 作業範囲ファイルCoverage.shporigin.kml スタート地点位置データ
.bdfは属性ファイルで、エクセルでファイルを開くことが可能。shpは作業範囲のポリゴン（面）データファイル.shpは作業範囲のポリゴン（面）データファイル。origin.kmlは、『Google Earth』で参照可能。
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5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成 EventHistory
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5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成 Boundary
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5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成 Swaths
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5 1 ガイダンスデータの構成5-1. ガイダンスデータの構成 Coverage
38Speedの単位 ⇒ m/s
