GPSの仕組みをわかりやすく解説!

人々の生活に欠かせなくなった「GPS」。今回はGPSの仕組みについて解説いたします。

GPSとは

GPSとはグローバル・ポジショニング・システム(Global Positioning System)の略であり、アメリカ合衆国によって運用されている衛星測位システムのことです。
衛星測位システムとは地球上の現在の位置情報を測定するための仕組みのことです。
GPSは24機稼働しており、アメリカでなくても全世界で利用できるシステムです。
GPSの信号を受信できる端末があれば、複数のGPSの信号を受信し、現在位置を把握できる。受信するGPSの機数が多い方が位置情報の精度が上がります。
現在、多くの端末でGPSにより現在位置を把握することができ、携帯はもちろんカーナビなど欠かせないものになっています。
GPSの信号には衛星に搭載された原子時計からの時刻データ、衛星の天体暦(軌道)の情報なども含まれている。受信したGPS信号から発信時刻を測定し、発信と受信の時間差に電波の伝播速度(高速)を掛けることによって位置情報を特定できます。
日本国内では10m程度の誤差が生じると言われています。

受信できる環境

GPSを受信できる環境は基本的に屋外となります。建物の中にいるとその建物に電波受信を阻害され正確な位置情報を把握することができません。その他、圏外の地域やトンネルの中も受信できなくなります。また、受信はできるがちゃんとした位置情報が把握できない場所もある。それは、山間部や高層ビルなど高い建物が多く存在する場所です。都心部で高い建物が密集している場所で携帯等のナビ機能を使っても現在地が全く違うところに表示されたりすることがあるのがそれです。
上を向いたときにより空が多く見える場所では高精度な位置情報が特定できることとなります。

準天頂衛星システム「みちびき」

簡単に言うと日本版GPSです。GPSは必ずしも日本上空に存在するとは限らず、受信する信号を発信するGPSが遠ければ遠いほど精度が下がります。日本を含むアジア・オセアニア全域で信号を受信でき、これによって日本国内での位置情報精度の向上を図るものです。日本は平地より山間部や高層ビルなど高い建物が多く存在する場所が多く、ここではマルチパスといった誤差の原因となる現象が発生します。本来直進するはずのGPS信号が山やビルによって反射し、信号を受信するまでにかかる時間が伸びてしまいます。本来受信する時間よりかかった時間の分が誤差となります。みちびきがあれば、この問題の多くは解決できるがマルチパスが必ず起きなくなるわけではありません。
また、GPSでは日本国内において誤差は10m程度であったが、みちびきによってこの誤差は小さくなります。受信する信号にもよるがサブメーター級の信号の受信で1m程度の誤差、センチメーター級の信号の受信で数㎝の誤差となります。
よって、GPSより正確な位置情報をみちびきでは把握できるようになります。
政府はみちびきでも費用に見合う効果およびキラーコンテンツを見出すよう、継続して検討しています。

GPSが活用されている商品・サービス

GPSは位置情報を把握することができます。
日常で何気なく使用する地図アプリ。これもスマートフォンにGPS機能があるため、現在地が表示され目的地のルートを表示できます。カーナビも同様です。
商用の利用だと、車載器にGPS機能があります。テレマティクスサービスや運行管理システムなどは社用車の現在地を知ることで業務を効率化できたり、目的地まで安全に走行しているかなどが確認できます。
他にもたくさんの場面でGPSが活用されています。みちびきの位置情報があれば高精度な位置情報が取得でき、さらに活用場面が増えることでしょう。

(2020年4月9日更新)

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