技術部の壺の中 - Vol. 30 [地図と共に- GPS]

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スマホで地図を使う場合、地図そのものが情報だけど、
その地図を使おうとする人は、大抵、もう一つの恩恵を
必要とする。GPSの位置情報だ。
自分がどこにいるか、周囲を見てその状況と同じ場所を
地図から探して位置を確認するけれど、GPSはいきなり
自分の位置がわかる。

四つの衛星を使って正確に位置を割り出すのは聞いたことが
あると思う。緯度と経度、高度などの情報を地図の上に表示する。
だから、道の上にいても道ではないところを示したりする。
カーナビが道をトレースするのは、地図情報に道がどこであるか
道の情報が記されているからだ。
道以外にポジション表示がされないように作られている。
GPSがとれないトンネルを通過しているときも、
予測で道としてのトンネルをトレースしていくことが出来る。
これも、地図に『道』としてのデータを付加している
偏った情報がなせる技だ。

GPSの仕組みは別として、GPSの精度は2mだとか10mとか
まちまちに言われる。
別な人に聞くと精度は2cmって答える人もいるかもしれない。

■GPSの標高について
GPSは衛星からの距離で測定しているので、
地上のどの高さにいるかは計算して求めている。
衛星からどれぐらい離れているかという距離なので、
地表からどのぐらいの高度なのかは計測してはない。
標準的な地表のデータを持っていて、そこを地面として
高度を計算している。地表はその平均的なデータと違い
でこぼこしている。
GPSで正確に高さを知ることは結構大変。

正確な位置や高さを知るにはいくつかの方法がある。
・地上の海抜の標準とする位置のGPSデータを取得して、
それから相対的に知る。
・地図の地形データから、緯度経度のおおよその地表の
高さを抽出して受信機単体にデータとして記録して、
受信機単体が計算する。
いずれも海抜の基準はGPS衛星が海抜として記憶している
基点を元にしている。
そこから地表の地形データを合わせて海抜からの高度を
計算している。海抜は場所によって違うため。
この精度は2mぐらいらしい。

また、GPS衛星からの電波は、大気や電離層という
いくつかの誘電率の違う層を突き抜けてくる。
誘電率によって、電波の進行は遅れたりするため、
場所によって到達までの時間がずれる。

図のように真上と、低い高度の衛星とでは、通過する
大気の距離が違ってくる。
この差から、データに誤差が発生する。
天候や太陽の状態などによっても違いが出る。

衛星は、4機補足すれば、正確なGPSデータが得られる
という話は聞くが、真上に4機ある場合と、横からの
4機を捉えた場合とでは、精度に違いが出るのは当然。
だから、2mから10mまで、GPSの精度に差が出る。
どちらが正確かというと、真上からの衛星が多い方が
正確になる。

こういう電波伝搬状の問題を解決するために、
地上で確実に位置が解っている場所で同時に受信して
そのデータを元に測定したい地点のデータを補正する
という方法が、精度が高く2cmとか言われている。
(RTK)

建物が有ると、エッジで回折したりして
誤差も大きかったりする。

ドローンは、GPSと自動制御基板を使って、
プログラムでの飛行が可能だけれども、
u-bloxのM8というGPSモジュールを使うと、
多くても40cmぐらいしかずれない。
(勿論、受信出来る環境で)
これは今現在、精度が高い方だと思う。
制御基板とGPSで2万円程度の規模で出来てしまう自動操縦。
その点では、今の時代は超ハイテクでぶっ飛んでいるし、
どうかしてる。