グローバル・ポジショニング・システム 様々な用途

グローバル・ポジショニング・システム

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/12/08 07:20 UTC 版)

様々な用途

民間利用の一例、タクシーにて。(2004年7月16日京都)

民生用GPS受信機は当初航空機船舶測量機器、登山用(携帯型)に利用されてきたが近年は自動車カーナビゲーション・システム、以下カーナビ)や携帯電話などにも搭載され利用されている。

携帯電話・スマートフォン用

GPSを備えたスマートフォンによるナビゲーション。

2018年現在では、ほぼ全ての携帯電話やスマートフォンにGPSが搭載されている。この種の製品では、地図情報・GIS情報をサーバ側にもつことにより詳細な最新の地図を提供したり現在地周辺の付加サービス[注釈 5]を実現している。また情報を送信できないGPSと送受信機である携帯電話を組み合わせ、セキュリティ(児童保護や徘徊老人対策、犯罪者の監視等)への応用も拡がっている。

GPSの測位情報を継続的に記録したトラッキング情報は、ランニング、登山、ツーリング等で活発に活用されている。

デジタルカメラでは、撮影記録と共に画像ファイルのExifフィールドに自動的に撮影地の緯度・経度・時刻などが記録されるものもあり、スマートフォンで撮影した画像も撮影地点を自動で記録しているものがある。

現在の携帯電話ではA-GPS(Assisted Global Positioning System)を利用してGPS信号を受信し難い場所でも携帯電話の基地局情報を参考として測位までの時間の短縮を行っているものが多い[15]。GPSチップ・携帯電話搭載のプロセッサの能力が低かった時代は、GPS情報をホストサーバーに送り、緯度・経度・高度情報を携帯端末に送り返してもらうというシステムも存在した。

また、警察、消防へ緊急連絡をした場合、通報を受けた側から発信者へGPS情報の送信を促し、現在位置の早期発見に繋げている。

移動機器(車両等)据付型

民間企業や官公庁ではGPS機能用いて人員や車両配備の効率化を図る利用法が進められており、各国の官公庁にもGPSを用いた公務員管理を導入する動きがある。

その他、ノート型のPCやタブレット、携帯ゲーム機をカーナビとして使えるようにするGPSユニットとソフトも発売されている。なお単体のGPSユニットは、測位等はすべてユニット内で完結しており、NMEAなどの標準フォーマットで緯度・経度その他の情報を送り出すものが多い。PCやPDA本体ではこれを受信し、地図ソフトなどと組み合わせてカーナビ同様に使ったり、トラックの記録をすることができる。PCやPDAの接続も、かつてはシリアルポート接続やPCMCIA(PCカード)・CFカード規格が多かったが、現在はBluetoothで測位情報を本体に転送するものもある。

ゲーム・スポーツ

登山用
山林の中で移動するために、かつては方位磁針と地図で現在地を推察するしかなかったが、GPSはそれを全て解決し、安全性を大きく高めた。
フィールド用
アスリート用に走行距離、ラップ、走行経路のアップダウンなどを表示する、腕時計のような形態の非常に小型の製品も実用化されている(GPS腕時計)。
ジオキャッシング
ジオキャッシングはネット上で公開されたキャッシュ(宝)の緯度・経度とヒントを元にGPSを利用しキャッシュを探すゲームである。当初はGPSのSA解除に伴い、GPSの精度でどのくらい位置を精密に特定できるか、というネットニュース上での問いかけに応じる興味で始まったものである。10年以上・数百万人以上のプレイヤーがいる現在では、類似のハイテク宝探しの元祖として、趣味として確立されている。キャッシュには様々なタイプがあるが、実体があるキャッシュ (物理キャッシュ) の実体は、数ccのチューブ〜数十Lのバケツ以上の大きさの容器 (コンテナ) であり、ログブック (見つけた日時・ジオキャッシングIDを記録する) や交換アイテム (オプション) などが入っている。見つけた人はログブックに記録しオンラインのログにも記録する。
GPS絵画(GPSドローイング)
GPS絵画(GPSドローイング)はGPSロガーで描いた緯度・経度の軌跡により、文字やイラスト等のイメージを制作する行為である。軌跡はGoogle Earthなど地図ソフトウェア上に表示ができる。
パラグライディング競技・パラシューティング競技
これらのスポーツでは、(1) 競技者がGPSを公式な記録として提出することができる、(2) GPSを用いてより良い記録を出すことを目指す、などの利用がなされている。滑空距離や落下位置の正確さを競うこれらの競技では、従来写真による記録や審判員による目視で記録がなされることが多かった。プレイヤーが所有するGPSの記録を提出し、それが改ざんされていないと認められれば、有力な記録の証拠となる。また単体機のGPSレシーバでは、立体的にリアルタイムの移動距離・降下率を計算し、事前に設定した目標へ近づく参考となる機能を備えたものもある。
エリア奪取(au)
エリア奪取auのGPS携帯電話位置情報サービスを使って、陣取り合戦をするゲームである。地球上を緯度1分×経度1分の四角形で区切ったものを「エリア」と呼び、「エリア」を参加者が奪い合う。ただし、位置情報サービスはEZwebの通信を使っておこなうため、auの電波状態が良好な地域に限られる。逆に、auのEZwebで通信できるなら、険しい山岳や海上も「エリア」となる。
迷路・ビーストハントなど
ガーミンの単体機GPSレシーバには、GPSを利用したゲームが内蔵されているものがある。ある程度以上広いところでGPSが受信できるならば、実際にプレイヤーが動くことでゲームをプレイする(レシーバが表示した仮想の迷路をプレイヤーが動いて脱出する、など)のゲームを行うことができる。
ゴルフ
GPSゴルフナビゲーションを用い、ゴルファーの現在位置やホール上の特定ポイントまでの距離情報などを得ることができる。
スマートフォン向けゲームアプリ
位置情報ゲームでプレイヤー位置の特定のためにGPSが使われるものがある。主なものとして、IngressPokémon GO(ともにNiantic)、パズドラレーダーガンホー)などがある。
位置情報SNS
利用者がGPSで取得した現在位置情報を自ら公開し共有するソーシャル・ネットワーク・サービスYelpFoursquareのほか、FacebookTwitterにも位置情報共有機能が実装されている(位置情報なしで投稿することも可能)。

船舶

船舶にとってGPSは重要な航法支援設備である。航空機同様、陸から離れたら目印をもたない海上において、遭難・衝突や座礁を免れるために、精度の良い航法支援システムを利用することは重要であった。そもそもGPSはロラン-Cに取って代わるためにつくられたシステムである。

カーナビゲーションシステム

カーナビゲーションはGPSの実装において技術的に有利な応用である。自動車は安定した電源が供給でき、GPS用アンテナを良い位置に設置できる。携帯電話と比較して大型の装置が搭載できるため、詳細な地図情報を内蔵できる。

また、速度規制取り締まりやシートベルト着装取り締まり等を頻繁に行っている場所の緯度・経度をデータとして持ち、その近辺で警告を発する機器も存在する(レーダー探知機の項を参照)。

航空分野

GPSやGLONASSなどの位置情報を航空機にも使用することが促進されている。

従来の航空機航法は、VORDMEなどの地上航法支援施設を用い、いわば電波の灯台への方位・距離を測定して現在位置を知る方法だった。これに対し、衛星が4個以上見えていればある程度の精度で絶対位置がわかるGPSは、航空機向けの測位方式であるとも言える。

しかしながらGPS信号をそのまま航空航法に使用するには、測位の安全性・信頼性・精度等に問題がある。具体的には、低高度、特に精度がもっとも必要とされる着陸寸前の地形による遮蔽・マルチパス、機体の姿勢変更に伴いロックした衛星(測位に用いている衛星)が変化すること、一般にGPSによる測位では航空機にとって重要な高度方向の精度が緯度・経度方向の精度より低いこと(ただしこれは計算方法にもよる)、ジェット機などは高速移動するためドップラーシフト・衛星コンステレーションの時間的変化が無視できないこと、などである。

ただし、大型機ではINS(慣性航法装置)や従来の測位方式などと併用すること、小型機ではVFR(有視界飛行方式)が主であることなどから、実際の運用では(制度上は認められていないものの)機長判断の参考として用いられている場合が多かった。

こういった流れを受けて、また近年では航空機運航の高密度化により定められた航空路以外の経路を飛ぶための一手段として、GPS情報を航法に利用することが国際民間航空機関(ICAO)や国土交通省航空局(JCAB)でも検討されてきた。その成果として日本では、一部の空港の離着陸手順においてRNAV (GPS) 航法の実施が2007年9月27日より開始された[16]。航空機はウェイポイントとよばれる架空の点を結ぶ線を経路とするように飛行する。従来のVOR/DME航法では、VOR/DMEの位置、あるいは1つまたは2つのVOR/DMEから一定の方位角・距離にある架空の点をウェイポイントとしていた。これに対しRNAV航法では、地上施設に拠らない自由な点をウェイポイントとして定めることができるため、飛行経路の短縮による運航時間の短縮、燃費の節約などが見込まれる。

航空機での精度向上を一次目的とした、静止衛星型衛星航法補強システム(SBAS: Satellite Based Augmentation System)の運用が以下の各国で開始され、あるいは計画されている。

  • 米国:WAAS(Wide Area Augmentation System)
  • 中国:CNSS(Compass Navigation Satellite System)
  • ロシア:SDCM(System for Differential Corrections and Monitoring)
  • 欧州:EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service)
  • インド:GAGAN
  • 日本:MSASMTSAT-based Satellite Augmentation System)

SBASでは、GPS衛星の補正情報(特に高度情報の補正)や信頼性情報を送信し、またSBAS衛星自体も測位のためのひとつの衛星として働く。さらにSBAS衛星は静止軌道にあるため、中〜低緯度地方では天頂に近い高仰角でみえているのも有利な点である(北緯35度では仰角55度)。航空以外の分野でも、例えばビル街でのカーナビの精度向上にも役立つと考えられている。SBASを補助情報として用いることができるGPS受信機はすでにSBAS対応(WAAS対応)受信機として広く普及し始めている。

日本のMSASについては、航空機でのRNAV運用に伴い、2007年9月27日から試験信号フラグ(MT0)が運用モード(MT2)となり、正式に供用開始となった。ただし初期のWAAS対応機など一部のSBAS対応受信機では、MSASの衛星番号を設定・処理できないため測位に利用できないものがある。

科学技術分野

科学技術分野では、もちろん国土の形状を明らかにしたり、cm単位で地球の動きを知り地震予知に役立てるなどの、いわばGPS本来の用途のほかに、トラッキングや時刻の高精度同期などにも利用されている。

大型の渡り鳥にGPS発信機を装着して、その渡りの過程を追跡することに利用されている。山階鳥類研究所は絶滅が危惧されているアホウドリの繁殖活動を行っており、その一環として伊豆諸島鳥島で生まれたアホウドリを聟島へ移住させて繁殖地の拡大を図っているが、そのうちの7羽にGPS発信機を装着してその後の足取りを追跡した。その中の1羽がカムチャッカ半島アリューシャン列島アラスカ湾カナダ西海岸を経由してアメリカカリフォルニア州サンフランシスコ沖に辿り着いていることが人工衛星による追跡で判明し、現地での写真撮影によりその個体が確認された。アホウドリの2万km以上におよぶ渡りの経路の詳細がGPSの技術により明らかになった[17]。また、同じく追跡が困難な海洋生物にも装着して研究に役立てている。

このほか、位置が既知の基地局で高精度にGPS測位を行い、その誤差情報からGPS電波伝播経路の大気の状態を知るGPS気象学なども実用化を目指して研究されている。

時刻の取得

GPS衛星搭載の原子時計からの時計情報も科学分野を中心に広く活用されている。GPSの時計情報はGPS衛星に搭載されている原子時計の精度とほぼ一致し、クォーツ時計の精度よりもはるかに高い。そのため、野外で正確な時刻を知る必要がある場合や、複数点で時計情報を高精度で一致させる(同期する)ために用いられる。GPS本来の目的である位置決定とは異なる利用法であるが、とくに地球科学土木工学分野に大きな効果を与えている。地震を監視しその震源を高精度に決定するためには、広範囲に多数設置された地震計すべての時計を秒未満の精度で一致させ[18]、かつ数ヶ月から数年間にわたりその状態を維持する必要がある。そのために従来はJJY信号を同時に記録し時刻を記録していたり、各地震計に原子時計を接続する必要があり、コスト負担が大きかった。しかしGPS受信機を接続することにより、GPS衛星からもたらされる高精度の時計情報を受信できるようになったため、すべての地震計を容易に時刻同期させることが可能となった。

コンピュータの時刻をネットワークで高精度に同期させるプロトコルであるNTPサーバでは、大元となる超高精度のサーバ(stratum 0)は従来、構築が容易ではなかったが、GPS受信機との接続により比較的容易にstratum 0サーバを構築できるようになった。

防犯

窃盗誘拐等の特定の物や人物に対する犯罪を防止するために、GPSが活用されている。例えば、建設機械は高価な機械も少なくなく、開発途上国などで需要が高いため日本等において窃盗されることが多いが、メーカーがGPSで現在位置を報告する装置を一台ごとに組み込んだところ、窃盗された建機の位置が特定し犯人が検挙された事例が報道され、建機の窃盗が減っている[19]。また、誘拐等の児童に対する犯罪が社会的関心が高まる中で、保護者が児童の位置を管理しそれらの犯罪を防止するためにGPS付の携帯端末が販売されており、一部の携帯端末(mamorino等)は警備会社と提携して、問題行動があれば保護者に代わりに即応できる体制のサービスも提供されている。近年は、GPS携帯端末を徘徊行動をする認知症を患った高齢者や、一人暮らしもしくは持病のある高齢の親に持たせて、何かあった場合に位置を確認して親類が保護したり、警備員が駆けつけるサービス[20]を利用して保護している家庭もある。それ以外に重要なモノを管理するために活用したり、児童や高齢者同様成年男性や女性の居場所を探すために利用されている。しかし、これらの機能がストーカーの付きまとい行動に悪用されている事件も発生している。

性犯罪者の再犯を防止するための性犯罪者GPS監視が、アメリカ合衆国や、イギリス、フランスなど欧州の国々、韓国などで既に導入されており、日本でも導入の検討がなされているが、人権侵害という指摘もある。

2006年6月、警察庁は全国の警察に通達した運用要領の中で、GPSを使用した犯罪捜査実施状況を容疑者側に伝えず、捜査書類にも記載しないなどと明記し、秘密保持の徹底を求めていたことが報道された。この中で、GPSを仕様した捜査の具体的な実施状況については、文書管理を含めて秘密保持を徹底することとし、「容疑者の取り調べではGPSを用いたことを明らかにしない」 「捜査書類にはGPSの存在を推知させるような記載をしない 」「事件広報の際はGPSを使用した捜査を実施したことを公にしない 」ことを厳命していた[21]

軍事用途

勿論、本来の目的である軍事用途においてもGPSは活用されている。湾岸戦争イラク戦争では、アメリカ軍の地上部隊はGPSのおかげで何の目印もない広大な砂漠での進軍を可能にした。誘導爆弾もGPSを利用したタイプ(JDAMや、M982 エクスカリバーなど)が登場し、安価でレーザーなどによる誘導操作が不要である反面、命中精度に劣る事や標的座標エラーによる誤爆の危険があるなどの問題点がある。

高周波信号の生成

従来水晶振動子を用いて生成していたPLLの基準信号をGPSの受信信号に置き換えることにより、PLLの要素機能をほぼそのまま流用しながら、GPS信号とほぼ同等の精度および安定性を持つ高周波信号の発振回路を作ることが出来る。このような回路はGPSDOと呼ばれ、基準信号であるGPS信号と同じく時刻および周波数基準に使用されたり、QRSS等の超狭帯域無線通信(おおむね数Hz以下)の信号生成に用いられる。 なお携帯電話(CDMA2000WiMAXTD-LTE)やPHSの基地局では、基地局間の同期にGPSタイミング基準信号(1PPS信号)を利用することが規格で定められている。

移動を想定しない利用

GPSは現在地を明確にする場合に用いられることが多いため、移動する機器に装着されているが、以下に示す例はその逆である。

国土地理院による定点観測

国土のあらゆる地点にGPS信号を定期的に発信する基地局を設置し、地形の変化を3次元的に詳細に観測することができる。2011年東北地方太平洋沖地震東日本大震災)では1メートル以上の沈降や、5メートル以上の水平移動が観測されている。 




注釈

  1. ^ ただし、宇宙空間からの電波を利用するため、電波の受信が著しく困難な、トンネル等の地下空間においては、特別な措置を施していない場合には、著しく受信精度が低下するか、若しくは、受信困難に陥る可能性が高い。
  2. ^ 太陽の見え方が日の出、直上、日没で異なることから理解しやすい
  3. ^ ドップラーシフト値を用いると、0.1 m/s以下の精度で速度計測が得られる。
  4. ^ 他に、カーナビでは移動方位センサ、速度発電機や操舵角(ハンドル)センサ等である程度の補正を行うものがある。
  5. ^ (例えば最寄の料理店を検索し電話を掛けて予約する)
  6. ^ つまり、衛星軌道の変更や閏秒実施通知の受け取りなど、指令電波は受けるが、GPS受信機からの電波を受信できる機能は持っていない。

出典

  1. ^ 準天頂衛星システムの歴史”. JAXA. 2017年4月6日時点のオリジナル[リンク切れ]よりアーカイブ。2016年2月20日閲覧。
  2. ^ ディファレンシャルGPSの廃止について (PDF)”. 海上保安庁 (2017年6月30日). 2019年1月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年1月7日閲覧。
  3. ^ Interface Control Document (ICD 200c)” (英語). U.S. Coast Guard Navigation Center,. 2010年4月29日時点のオリジナル[リンク切れ]よりアーカイブ。2009年4月11日閲覧。
  4. ^ 野村清英. “GPSと物理 九州大学理学部物理”. 2011年9月24日閲覧。
  5. ^ GPS without limits” (英語). 2017年9月24日時点のオリジナル[リンク切れ]よりアーカイブ。2016年4月7日閲覧。
  6. ^ Why are there altitude and velocity limits for GPS equipment?” (英語). 2017年3月10日時点のオリジナル[リンク切れ]よりアーカイブ。2016年4月7日閲覧。
  7. ^ COCOM Limits” (英語). 2016年4月7日閲覧。
  8. ^ Data From the First Week Without Selective Availability” (英語). 2013年5月18日閲覧。 2000年5月2日4時以降は、それまでの最大100mの誤差が10m程度の誤差に改善されている。
  9. ^ “STATEMENT BY THE PRESIDENT REGARDING THE UNITED STATES' DECISION TO STOP DEGRADING GLOBAL POSITIONING SYSTEM ACCURACY” (英語) (プレスリリース), (2000年5月1日), https://clintonwhitehouse4.archives.gov/WH/EOP/OSTP/html/0053_2.html 2013年5月18日閲覧。 
  10. ^ Frequently Asked Questions About Selective Availability - Will SA ever be turned back on?” (英語). 2013年5月18日閲覧。
  11. ^ “Statement by the Press Secretary” (英語) (プレスリリース), (2007年9月18日), http://georgewbush-whitehouse.archives.gov/news/releases/2007/09/20070918-2.html 2013年5月18日閲覧。 
  12. ^ “DoD Permanently Discontinues Procurement Of Global Positioning System Selective Availability” (英語) (プレスリリース), (2007年9月18日), https://archive.defense.gov/releases/release.aspx?releaseid=11335 2013年5月18日閲覧。 
  13. ^ 片岡義明 (2019年3月14日). “GPSの“19.6年問題”、4月7日に「週数ロールオーバー」が発生、古いGPS機器では不具合の可能性も”. INTERNET Watch. 2019年4月20日閲覧。
  14. ^ GPSリセットによる運航への影響発生について”. 日本航空. 2019年4月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年6月21日閲覧。
  15. ^ A-GPSの概要”. 2011年5月24日閲覧。
  16. ^ 空港への新たな高精度航法(RNAV)の導入に向けて”. 2007年10月4日閲覧。
  17. ^ 東京新聞特報部「太平洋渡るアホウドリ」『東京新聞』2009年(平成21年)10月28日(水曜日)、 24面。
  18. ^ 1979年時点でも、100分の1秒の精度が望ましいとされた。地震学会編、1979、『地震の科学』、保育社
  19. ^ “建設機械にGPSなど「防犯」効果 盗難被害激減”. 神戸新聞. (2011年2月9日). http://www.kobe-np.co.jp/news/shakai/0003794636.shtml 2011年2月1日閲覧。 
  20. ^ ココセコム 高齢者を見守る”. 2011年2月10日閲覧。
  21. ^ 毎日新聞2017年2月1日1面・31面
  22. ^ GPS コンパスの性能評価 (PDF)”. 2014年10月12日閲覧。
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  24. ^ 航空機の運航の安全に支障を及ぼすおそれのある電子機器の使用制限について”. 国土交通省航空局. 2016年4月28日閲覧。
  25. ^ “ついに運用が始まった欧州版GPS「ガリレオ」”. http://news.mynavi.jp/articles/2016/12/20/galileo/ 2017年1月21日閲覧。 
  26. ^ India’s PSLV successfully launches the IRNSS-1B spacecraft” (英語). NASA Spaceflight.com (2013年4月3日). 2013年4月13日閲覧。
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  28. ^ About QZSS” (英語). JAXA. 2012年1月7日時点のオリジナル[リンク切れ]よりアーカイブ。2009年2月22日閲覧。
  29. ^ 「みちびき」によるサービス開始について, (日本語), みちびき(準天頂衛星システム), http://qzss.go.jp/overview/information/qzss_181101.html 2018年11月29日閲覧。 





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