とらねこじじの雑記帳

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★GPSとは?


 米国が軍事用に打ち上げた約30個のGPS衛星から衛星の軌道と、衛星に搭載された原子時計からの時刻のデータを含む電波信号をGPS受信機で受け取り、受信した電波の時間差によりそれぞれの衛星との相対的な距離差を算出し、
その軌跡である双曲面の交点を求める事で現在地情報を得る。3個の衛星の
電波を捉えれば地球上の平面での位置がわかり(2次元測位)、4個以上の衛星の電波を捉えればさらに高度の情報を得ることができる(3次元測位)。軌道上の20数個の衛星で地球上の全域をカバーできる。また、地上局を利用する
ロラン-Cと異なり、受信機の上部を遮られない限り、地形の影響を受けて受信不能に陥る事が少ない。
ただし、ビル街ではマルチパスが多数存在する事により信号の時間差が生じ、
精度が落ちる。

 
GPS衛星からのL1電波(1.57542GHz)にはC/Aコードと暗号化されたP(Y)コードの2種類の信号が載せられている。P(Y)コードは軍事目的のため精度は非常に高い(一説には16cm)といわれ、ミサイルや誘導爆弾の誘導に用いられている。
民生用に利用が許されている暗号化されていないC/Aコードのデータを用いると10m程度の精度の測量となる(95%以上の確率で正確な緯度経度から10m以内の座標が得られる。これは瞬間的な精度であり、長期間受信し続けることに
より精密な測量も可能である)。正確な時計を持ち、座標のわかっている固定局でのGPS受信データと移動GPS受信機のデータとを使いその差で位置を特定し、精度を上げるなどの仕組み(DGPS)も確立されている。また、米国以外で開発されたGPSと同様の目的のシステムとしてGLONASS(ロシア)、Galileo(ヨーロッパ諸国ほか 計画中)がある。
 

1990年から2000年までは、米国の軍事上の理由(敵軍に利用されることを防止するで、民生GPS向けのデータに故意に誤差データを加える操作が行われ、精度が100m程度に落とされていた。2004年現在これは解除され、民生GPSでも元の精度が得られるようになっているが、米国の政策上の必要に応じて特定地域において精度低下の措置がとられるとされている。


民生用GPS受信機は当初航空機、船舶、測量機器、個人携帯(登山等)用に利用されてきたが近年は自動車(カーナビ)や携帯電話などにも搭載し利用されている。カーナビでは地図上の道路情報と照らし合わせることで更に誤差を修正しているものが大半である。登山用はもともと数値的に経度と緯度を表示するだけのものであった。これは経度と緯度が細かく記してある正確な地図がなければ役に立たないカーナビにおいてはハードディスクやDVDの利用によりディスプレイ上に詳細なカラー地図を表示することが可能である。登山用も
白黒画面の地図を表示する機能を持つものから、比較的詳細なカラー地図を表示できるものへと進化が進み、メモリーカードあるいは本体内蔵メモリだけでデータを持つ、携帯ゲーム機ほどの大きさの音声案内も可能なカーナビも次第に普及し、逆に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。


いずれにしても電池切れや故障に備え地図と磁気コンパスを携行することは必要である。一方ナビゲーション用途とは別に、アスリート用に走行距離、
ラップなどを表示する、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。
2002年4月1日、測量法及び水路業務法の一部を改正する法律の施行により、
日本の緯度、経度の座標系が日本測地系(Tokyo)から世界測地系に変更され、
米国独自の測地系であるWGS-84と大きな座標のずれはなくなった。GPSでは
米国測地系が標準だが、既存の機器では座標系を変換し、WGS-84と日本測地系の両方で位置情報を表示できる事が多い。


測位法


GPSの測位方法は、コード(搬送波の変調)に基づく方法(コード測位方式)と搬送波の位相に基づく方法(搬送波測位方式)に分けられる。一般には
コード測位が用いられているが、高精度の測量には搬送波測位が用いられる。


単独測位


コード測位。誤差10m程度(民生用)。


※DGPS 。コード測位。測位対象となる移動局のほかに位置のわかっている基地局でもGPS電波を受信し、誤差を消去する方法。基地局で生成された補正
情報を送信し、移動局で受信すれば、実時間でDGPSの補正処理を行うことができる。
本国内では、海上保安庁の中波ビーコンにより補正情報を送信しており、
これを使用するのが一般的である。誤差数m。


※RTK測位

干渉測位方式。DGPSと同様に、電子基準点から受信する電波の位相差を計測し、測位計算。測位時間1分以下、誤差数cmが可能。測量地点では、基準受信機を参照基準点(既知)に設置し、(複数の)移動受信機で測位。
高速スタティック測位干渉測位方式。測量地点で、複数のアンテナを固定設置し、測位時間30分以下、誤差1cm以下が可能。


※VRS-RTK測位

RTK測位の弱点(初期待ち時間、複数の受信機が必要、移動範囲が限定、
電子基準点から電波が届かない等)を改良。仮想基準点方式。複数の電子基準点と通信回線を結ぶVRSセンターがあり、測量地点では、1つの移動受信機から得られるデータを、携帯電話等によりVRSセンターと送受信し(データを持ち帰り後日計算も可能)、RTK測位を実施。

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