GPSとその関連技術について
GPSとは何か？
スマートフォンで地図を開くと、現在地がすぐに表示されることは今では当たり前になっていますが、この現在位置はどのようにして特定されているのでしょうか？その背後には、GPS（Global Positioning System）という衛星測位システムが活躍しています。GPSは、地球を周回する複数の人工衛星からの信号を受信し、その情報を基に位置を特定する仕組みです。
しかし、より正確に言えば、GPSは「衛星測位システム」の一つであり、アメリカが運用するシステムです。世界各国では他にも複数の衛星測位システムが運用されており、GPSはその中の一例に過ぎません。
現在位置を特定する仕組み
GPSは元々、軍事用に開発されたシステムで、地球を周回する24基以上（30基前後）の人工衛星からの信号を利用して位置を割り出します。これらの衛星は、正確な位置情報と時刻情報を常に発信しており、GPS受信機は複数の衛星からの信号を受信して、それぞれの衛星からの距離を計算します。この計算によって、すべての衛星との距離が一致する1点を現在位置として特定するのです。このプロセスで、緯度、経度、高度、時刻の4つの要素が決定され、最低でも4つの衛星からの信号を同時に受信する必要があります。受信できる衛星が少ないと、位置の精度が低下する可能性があります。
GPSの歴史
GPSは1973年にアメリカで軍事用に開発が始まり、1978年に初の衛星が打ち上げられました。90年代には本格的に運用が開始されましたが、当初は他国や敵対者による利用を防ぐため、意図的に誤差が加えられており、民間で利用できる精度は半径100m程度に制限されていました。しかし、2000年にこの誤差は排除され、現在では誰でも高精度な位置情報を利用できるようになっています。
GPSの普及と進化
1983年に大韓航空機が誤ってソ連の領空に侵入し、撃墜されるという事件が、GPSの民間利用解禁のきっかけとなりました。それ以降、航空機の航行システムなどにGPSが組み込まれるようになり、広く普及しました。
他の衛星測位システム
GPSに類似した衛星測位システムは他国でも運用されています。これらのシステムを併用することで、測位の精度がさらに向上します。
- GLONASS（ロシア）: ロシアが1982年から衛星を打ち上げ、1996年に運用を開始したシステム。2011年以降、インドの協力により全世界をカバーできるようになり、iPhone 4S以降の機種でGLONASSの信号が受信可能です。
- ガリレオ（EU）: EUが運用する衛星測位システムで、GPSやGLONASSとは異なり、民間企業の出資で構築されています。2020年に本格運用が開始され、無料で誤差1m程度、有料で数cmの精度を提供するサービスが予定されています。
- 準天頂衛星システム（日本）: 日本が運用するこのシステムは、地球全体をカバーするのではなく、日本の上空を8の字型に回る特殊な軌道の衛星を利用しています。2023年には本格運用が開始され、都市部でも高精度な測位が可能になると期待されています。
A-GPSとその他の測位技術
A-GPSは「Assisted GPS」の略で、GPSを補助するシステムです。携帯電話では、基地局の位置情報を利用して、大まかな位置を迅速に特定することができます。これにより、屋内でも位置が特定しやすくなり、地図アプリを開いた際に最初に表示される位置が正確でなくても、しばらく待つと正確な位置が特定されるのはこの仕組みのおかげです。また、Wi-Fiのアクセスポイントを利用した測位システムも存在します。
GPSの応用例
- ナビゲーション: GPSは、カーナビだけでなく、航空機、船舶、自転車、徒歩などのナビゲーションにも広く利用されています。サイクリングやジョギング時のコースや距離の記録にも役立ちます。
- 防犯: GPS機能を持つ端末は、子供用の安全端末や、盗難対策のための高価な機器に取り付けられています。GPSを利用することで、盗難された機器の位置を特定することが可能です。
- 写真の位置情報: スマートフォンで撮影した写真には、位置情報を埋め込むことができます。この情報を活用して、撮影場所の確認やSNSでの共有が可能です。
- ドライブレコーダー: GPSを搭載したドライブレコーダーは、事故発生時の位置情報や速度記録を保存し、証拠能力を高めます。
- ゲーム: 位置情報を利用したゲームも多く、特に「ポケモンGO」が有名です。