今さら聞けないGPS（Global Positioning System）ってなぁに？
疾風迅雷（しっぷうじんらい）
→ 行動がすばやく激しいことのたとえ。
行動がすばやく激しいことはとても素晴らしいことだ。
行動を起こすことは、マインドから来るところが大きいが、物理的に行動を支えている技術がある。
そう、ほとんどの人が一度は耳にしたことがあると思われる、GPSというシステムだ。
とはいえ、いまいちGPSについてピンとこないという人もいると思うので、詳しく解説していこうと思う。
今さら聞けないGPSってなぁに？
GPS（Global Positioning System）は、アメリカ合衆国が開発した衛星測位システムで、地球上のどこにいるかを衛星からの信号を受信して特定することができる。
あえて日本語訳をする必要もないが、全地球測位システムと訳されることが一般的だ。
そもそもGPSは、主に軍事用途で開発されたものだが、現在は一般の人々も利用できるようになっているというのが現状だ。
GPSの仕組みを簡単に説明すると、GPSは衛星からの信号を利用して自分の位置を計算するシステムということになる。
具体的には、GPSには衛星からの信号を受信する受信機と、信号を処理して自分の位置を計算するためのコンピュータが搭載されている。
GPSの衛星は地球の周りを常に周回しており、GPS受信機は地上から直接衛星に向けて信号を送信する。
すると、衛星は信号を受信した位置情報を含む応答信号を送り返し、GPS受信機はこの信号を受信して自分の位置を計算するというわけだ。
このとき、GPS受信機は複数の衛星からの信号を受信することで、より正確な位置情報を得ることができるのである。
GPSの受信機が衛星からの信号を受信するためには、信号を受信するためのアンテナが必要となる。
アンテナは、GPS受信機の内部にあるものや、スマートフォンやカーナビなどの場合は、本体の外部に設置されている。
また、GPSは位置情報を計測するために、地球上の測地系と呼ばれる座標系を利用している。
端的に言うと、GPSは衛星からの信号を受信して信号の送信元である衛星との距離を測定し、それを複数の衛星との距離測定をくり返すことで、自分の位置を計算するシステムというわけだ。
そんなGPSは、高度な精度を持ち、広範囲に渡って利用されている。
車や船、飛行機などの移動手段のナビゲーションシステムとして利用される他にも、スポーツやアウトドアでの位置確認、測量などにも活用されている。
また、GPSは天気予報や地震の発生予測などの様々な分野でも活用されている。
GPSの仕組みについて
今一度、GPSの仕組みについてまとめると下記のとおりだ。
1）衛星からの信号送信
GPS衛星は地球上に信号を送信する。
この信号には、衛星の位置情報や時刻情報が含まれている。
2）受信機での信号受信
GPS受信機は衛星から送信された信号を受信する。
受信機は信号が十分に強くない場合には、複数の衛星からの信号を同時に受信し、受信した信号を比較して、正確な位置を特定する。
3）距離の測定
GPS受信機は衛星からの信号の到達時間を測定することによって、衛星との距離を測定する。
GPS受信機は信号が発信された時刻と受信された時刻の差を計算することによって、距離を計算する。
4）位置情報の計算
GPS受信機は4基以上の衛星からの信号を受信することによって、現在の位置を正確に計算することができる。
GPS受信機は測定された距離から、自分が地球上でどの位置にいるかを計算する。
衛星からの信号が受信された時刻と衛星の位置情報、受信機の位置情報などを使用して位置情報を計算する。
5）位置情報の表示
GPS受信機は、計算された位置情報を表示することができる。
GPS受信機には、緯度、経度、高度などの情報が表示される。
また、GPS受信機は、地図アプリなどに位置情報を送信することができる。
GPS衛星の数
GPS衛星というワードがチラホラ出てきているが、実際に衛星とはどういったものなのか気になった人もいるのではないだろうか。
GPS衛星は、地球上の高度約2万kmの軌道を周回している。
2023年現在、GPSを提供しているアメリカのGPS衛星は、6つの軌道面に24個の衛星を配置しており、常に地球の上空を飛行しているという状況だ。
また、ロシアや中国など、他の国々も独自のGPSシステムを運用しており、それぞれの衛星も同様に地球の上空を飛行している。
くり返しにになるが、GPSを利用する際にはこれらの衛星からの信号を受信し、測位することで位置情報を特定するのである。
ただし、GPSはアメリカ合衆国が開発および運用する衛星測位システムであり、国際基準ではないという点も知っておくといいだろう。
とはいえ、GPSは世界中で広く利用されており、多くの国や地域で標準的な測位システムとして認知されているのも事実だ。
GPSの信号は特定の周波数帯域で放送されているため、世界中のGPS受信機が同じ信号を受信できるというメリットがある。
そのため、GPSは国際的に広く利用されている測位システムであり、国際的な測位において重要な役割を果たしているのである。
そして、アメリカ以外の国でも続々と開発および運用する衛星測位システムが登場していることから、今後は国際的な測位システムの標準化が求められる可能性もある。
GPSの得意分野と苦手分野
そんな今や日常で切り離せないといっても過言ではないGPSだが、得意分野と苦手分野がある。
GPSの得意分野
広範囲にわたる位置情報の取得
GPSは衛星からの信号を受信して位置情報を計測するため、世界中のどこからでも位置情報を取得できる。
高い精度の位置情報
GPSは高い精度で位置情報を計測することができる。
また、GPSは信号を受信する衛星の数が多いほど精度が向上するため、4つ以上の衛星から信号を受信することで、より正確な位置情報を得ることができる。
汎用性が高い
GPSは航空、船舶、自動車などの移動手段でのナビゲーションや、スポーツやアウトドアでの位置確認、測量など、様々な分野で活用されている。
GPSの苦手分野
屋内や地下、高層ビルの間などの位置情報の取得が難しい
GPSは信号を受信する衛星との視野が遮られると、正確な位置情報を取得することができない。
特に屋内や地下、高層ビルの間など、信号が届きにくい場所では、正確な位置情報を取得することが難しい場合がある。
天候や大気状態によって精度が低下する
GPSは天候や大気状態にも影響を受けるため、気象条件が悪化すると精度が低下する場合がある。
電力消費量が大きい
GPSは衛星からの信号を受信するため、電力を多く消費する。
スマートフォンなどのモバイル端末では、GPSを長時間利用すると、バッテリーの消耗がはやくなることがある。
遮蔽物が多い場所での精度が低下する
GPSは建物や樹木などの遮蔽物が多い場所での精度が低下する場合がある。
その理由は遮蔽物が衛星からの信号を遮ってしまうためだ。
GPSの正確性を測定する方法
GPSがどれくらい正確なのかを測定する方法は下記のとおりだ。
1）静止試験
GPS受信機を一定の場所に置いて、一定時間、位置情報を収集する方法だ。
収集した位置情報を地図上にプロットし、実際の位置と比較することで正確性を評価する。
2）動的試験
GPS受信機を移動させながら位置情報を収集する方法だ。
自動車や船舶など、移動する物体を使用して試験を行うことが一般的である。
収集した位置情報を地図上にプロットし、実際の移動経路と比較することで正確性を評価する。
3）ベンチマークテスト
GPS受信機の測定精度を比較するために、複数のGPS受信機を同時に使用して位置情報を収集する方法だ。
収集した位置情報を比較し、誤差の大小を評価する。
4）信号強度の測定
GPS受信機が受信した衛星からの信号の強度を測定する方法だ。
信号が強ければ強いほど、測定精度が高くなる。
ただし、苦手分野でも書いたが、建物や山などの障害物によって信号が遮られると信号強度が低下し、測定精度が低下する可能性がある。
以上、上述した方法を組み合わせて、GPSの正確性を評価することが一般的だといえる。
なお、GPSの正確性は使用する衛星の数や配置、地形、気象条件などによっても影響を受けるため、注意が必要だということも併せて覚えておきたい。
GPSより便利な位置情報システムとして注目されているもの
最期に紹介したいのは、GPS以外にも位置情報システムは様々な国で開発されている。
A-GPS（Assisted GPS）
GPSの精度を向上させるため、携帯電話やスマートフォンなどの通信機能を利用して、補助的な情報を受信する方式だ。
補助的な情報には、携帯電話基地局からの情報やWi-Fiアクセスポイントの情報などが含まれる。
これにより、屋内や市街地など、GPS信号が届きにくい場所でも、比較的正確な位置情報を得ることができる。
GLONASS
ロシアが開発した衛星測位システムで、GPSと同じような仕組みで位置情報を取得する。
GPSと同様に、広範囲にわたる位置情報を提供することができる。
BeiDou
中国が開発した衛星測位システムで、GLONASSやGPSと同様に位置情報を提供する。
また、GPSよりも高い精度を持ち、特に中国国内での利用が増えている。
Galileo
欧州連合が開発した衛星測位システムで、GPSやGLONASSと同様に位置情報を提供する。
高い精度を持ち、GPSと組み合わせて利用することで、より正確な位置情報を取得することができる。
まとめ
テクノロジーの進歩に伴い、あなたがいつどこにいたのかは比較的正確に知られていると思った方がいい。
こういう書き方をすると、プライバシーやセキュリティのことを心配する人が一定数出てくる。
そういった考え方も理解できるのだが、私はそういうときにはメリットとデメリットを比較したときにメリットが大きい場合には素直に受け入れるべきだと考えている。
となると、GPSも間違いなく受け入れるべき技術なのである。
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株式会社stakは機能拡張・モジュール型IoTデバイス「stak（すたっく）」の企画開発・販売・運営をしている会社。 そのCEOである植田 振一郎のハッタリと嘘の狭間にある本音を届けます。