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GPSの解説
「GPS」は英語の Global Positioning System の頭文字をとってGPSと呼ばれています。GPSは日本語で言うと『全地球測位システム』となります。 簡単に説明すると、衛星からの電波を地上の受信機で受信、計算し、位置を割り出すというものです。
ＧＰＳの歴史と仕組み
1. ＧＰＳの歴史
現在ではカーナビや携帯電話の位置サービスなどに広く活用されているＧＰＳですが、もともとはアメリカが１９７３年に軍事用として開発を始めた技術です。
１９７８年から実験的に衛星を打ち上げ始め、実用衛星を打ち上げようとした矢先、１９８６年のスペースシャトルチャレンジャー号の事故により実用が遅れてしまいました。これは衛星の打ち上げにスペースシャトルが使われる予定だったからです。その後１９８９年に実用衛星の打ち上げが成功し、１９９０年代になると航空機や船舶の航法システム、自動車のカーナビや測量など、一般に広く利用されるようになりました。
近年ではＧＰＳを利用した機器も増え、カメラや腕時計などにも搭載されるようになりました。
2. ＧＰＳの仕組み
ＧＰＳ衛星には極めて精度の高い原子時計が搭載されています。（受信機側も正確な時間がわかる時計を搭載しているとします。）ＧＰＳ衛星からは光速（ｃ＝299,792 km/s）と同じ伝播速度の電波が送信されていて、その中には原子時計からの時刻のデータ、衛星の天体暦（軌道）の情報などが含まれています。その中の時刻のデータで、送信から受信までの時間の差を算出しています。 （受信機側も正確な時間がわかる時計を搭載しているとします。）
※画像をクリックすると拡大します。
受信機側の位置を求めるには、最低３機の衛星からの距離がわからなければいけません。なぜなら３機の衛星との距離がわかれば三角法によって位置を求められるからです。しかしながら３機の場合でも受信機側の時計があまり正確ではない場合には大きな誤差が出てしまいます。
そこで、４つの衛星を使うことで原理的に受信機側の時計の誤差を除くことができます。これは複雑な計算式の上で成り立っており、難しいので説明は割愛します。
正確な位置情報を得るためには、４つ以上の衛星から情報を受信しなければらず、受信できる衛星が多いほど、より正確な位置を求めることができます。
測位方式
ＧＰＳは目的によって色々な測位方式があります。ここでは一般的に使われている２つの測位方式を説明します。
1. 単独測位
1つの受信機で同時に4機以上のＧＰＳ衛星からの電波を受信し、各衛星からの距離を算出して測位する方法です。測位精度は数１０ｍ程度です。
登山用のハンディＧＰＳはこの単独測位を使っています。
2. a-ＧＰＳ
Ａは『assisted』（補助される）の頭文字からきています。携帯電話などのデータ通信を利用して現在地を確認する測位方式です。精度は５ｍ～２０ｍ程度とされています。仕組みは、携帯電話の基地局の位置情報をもとに、a-ＧＰＳサーバーが軌道データを端末に送信、端末は衛星からの時刻信号を受けて現在地を測位する、というものです。
3. 単独測位（ハンディGPS) vs.a-GPS（スマホアプリ）
ハンディGPSかスマホのGPSアプリか、どちらが良いのかは使う目的と環境によって決まってきます。それぞれの利点と欠点を簡単に説明します。注意：スマホにGPSセンサーが入っているのを前提にしています。
| 項目 | ハンディGPS | スマホアプリ |
|---|---|---|
| 電波ソース | GPS衛星 |
GPS衛星 a-GPSサーバー 基地局アンテナ |
| 速度 | 位置情報を得るために４機以上の衛星から電波を受信する必要があるので時間がかかります。館内、森の中などの場合、受信ができない可能性があります。 | データ通信を利用しているため通信速度が速いです。しかし圏外になると通信不可となり使用できなくなります。 |
| 正確性 | ハンディGPSの種類によりますが１m単位まで設定できるものもあります。 | 単独測位より若干低いです。大体５m〜２０mです。 |
| コスト | 直接GPS衛星とやりとりをしているため、本体のコスト以外は通信料がかかりません。 | データ通信が必要なため通信料がかかる場合があります。 |
| 使われている場面 | カーナビ、飛行機、船 | GPSセンサー付きの携帯、又はスマホ |
| バッテリー | 単三電池２本で２５時間稼働できるモデルなどもあります。スマホより長持ちです。 | 常に通信をしているためバッテリーの消耗が激しいです。 |
| 地図の種類 | 様々な地図の種類があります。 | 基本地図がほとんどGoogle Mapsになっているため地図の種類が少ないです。 |
| 耐久性 | 防水性があり、丈夫な作りなので耐久性があります。 | 悪天候の中で使える設計がされていないのでアウトドアには向きません。 |
| 見易さ | スクリーンが反射しないため、眩しいときでも画面が見やすいです。 | 太陽光を反射するため、見にくいことがあります。 |
| 使い易さ | ボタンが大きいため、手袋をしても操作できます。タッチパネルのモデルでも手袋をしたままで操作できる機種もあります。 | タッチパネルのため手袋をしたままだと反応しません。 |
| 便利さ | 専用デバイスのため主にナビゲーションにしか使いませんが、カメラが付いている機種もあります。 | スマホではＧＰＳアプリの他にもカメラなどのさまざまなアプリが利用できるので、一台でいろいろできます |
ハンディGPSかスマホのGPSアプリか、それぞれの利点と欠点がありますが悪天候、エクスペディション、厳しい環境、山道のないところでキャンピングをする場合、ハンディGPSをおすすめします。レクリエーション目的ならスマホアプリでも十分だと思います。
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