スマートフォンの位置情報データは、端末に内蔵されたGPS受信機によって取得された位置情報をもとにしています。では、人流データとして活用されるGPSはどれくらいの精度で測位されるのでしょうか？
この記事では、人流データを活用する為に知っておくべきGPSの仕組みと精度について解説します。
GPSとGNSSの概要
まず、衛星測位システムの概要と、どのような仕組みで測位しているかを解説しましょう。GPSとは、Global Positioning System（グローバル・ポジショニング・システム：全地球測位システム）の略で、米国によって運用されている衛星測位システムのことを指します。一方、地球全体をカバーする衛星測位システムには、米国のGPSのほかにも欧州のGaileo（ガリレオ）などがあり、これらを総称してGNSS（全球測位衛星システム）と呼びます。
なお、日本が運用するQZSS（準天頂衛星システム「みちびき」）は地球全体をカバーしない地域限定の衛星測位システムですが、GNSSに含める場合もあります。
GNSS衛星は受信できる衛星の数が多いほど測位が安定するため、各国とも多くの測位衛星を運用しています。現在、多くのスマートフォンやカーナビは「マルチGNSS受信機」を搭載しており、複数のGNSSに対応しています。
GNSS（全球測位衛星システム）の仕組み
衛星測位は、人工衛星からの電波をスマートフォンなどのデバイスで受信することにより、受信した端末の位置を推定できるシステムです。ただし、衛星から送信された電波の中に位置情報が含まれているわけではありません。測位衛星から送信される電波信号には、時刻情報や衛星の識別コードが含まれているだけで、位置情報を計算する処理は地上の受信機側（スマートフォンなど）で行います。
位置情報の計算は、衛星から電波が送信された時刻と、受信時刻のわずかな差分から衛星と受信機の直線距離を求め、その距離を基に3つの測位衛星と受信機を結ぶ3本の直線が交差する点が地上の位置として求められます。なお、このとき受信機側の時刻誤差を補正する必要があるため、測位には最低4つの衛星が必要となります。
GNSSで居場所を知る方法
自分の位置に対して、頭上にどのような測位衛星が存在するのかを知りたい場合は、衛星配置表示アプリ「GNSS View」を利用することで確認することができます。このアプリは指定した時間や場所におけるみちびき（準天頂衛星）などのGNSS衛星の位置を表示しますが、表示される情報はスマートフォンが直接受信したものではなく、外部サーバーの情報に基づいています。
マルチパスの影響
GNSSによる測位は、高層ビルなど高い建築物に囲まれたエリアや山岳地帯などによる電波の乱反射が原因で衛星と受信機間での距離測定に誤差が発生することがあります。この乱反射の現象を「マルチパス」と呼びます。ほかにも、宇宙から地上へ電波が到達するまでの間に遅延が起こったり、信号減衰やノイズの影響を受けたりと、さまざまな原因で測位誤差が生じます。
マルチパスによって生じる誤差を最小限に抑えるためには、遮るものが少ない環境で、複数の衛星からの信号を受信することが重要です。現在、GPSやGLONASSなど、各国で多くのGNSS衛星が運用されています。
マルチパスによって誤差が生じる可能性があるため、GNSSによる測位は周囲に建物など遮るものが少ない環境のほうが誤差が少なく、正確な位置情報を得られる傾向があります。また、GNSSは受信できる衛星の数が多いほど測位が安定する場合が多く、各国とも多くの測位衛星を運用しています。運用中のGNSS衛星の数は2023年2月28日現在で、GPSは28機、GLONASSは24機、BeiDouは44機（試運転中・検査中の機体は除く）、Galileoは23機、NavICは7機（時刻障害が発生した機体は除く）、みちびきは4機となります。
GNSSの測位精度
スマートフォンやカーナビに搭載されている単独測位の一般的なGNSS受信機では、数m～30mの精度の誤差が発生すると言われていますが、カーナビアプリでは地図上の道路の線をもとに位置を補正する「マップマッチング」などの処理を行うことで、実際の位置により近い場所に表示位置を補正することができます。
一方、一般的なGNSSに比べて、より高精度な測位方式もあります。高精度測位の方式にはさまざまな種類がありますが、代表的なものとして以下のような技術があります。
RTK（リアルタイムキネマティック）測位
位置が分かっている基準局（既知点）と観測点で同時に観測し、基準局で観測したデータを観測点にリアルタイムに送信することでセンチメートル級の誤差で測位することができます。また、電子基準点などのリアルタイムの観測データをネットワーク経由で受信機に送ることで補正することによりセンチメートル級の精度を実現する「ネットワーク型RTK測位」もあります。近年では、携帯電話キャリアがモバイルネットワーク経由で補正情報を送るLTE-RTKという方式も普及しつつあります。
CLAS／SLAS測位
CLAS測位（センチメータ級測位補強サービス）は、日本が運用する準天頂衛星「みちびき」から送信されるL6信号を受信することでセンチメータ級の測位精度を実現する方式です。SLAS測位（サブメータ級測位補強サービス）は、みちびきのL1S信号を受信することで誤差1m程度の誤差で測位する方式です。いずれもRTK測位とは異なり、基準局を設置したり、ネットワークを使って補正データを受信する環境を整えたりする必要がなく、対応受信機だけで完結するため、ランニングコストがかかりません。
日本独自の衛星測位システム「みちびき」
日本独自の衛星測位システムである準天頂衛星「みちびき」は、米国のGPSと互換性を持ち、GPS衛星の1つとして扱うことが可能で、日本を中心としたアジア・オセアニア地域においてGPS衛星を補完する役割を担っています。
GNSSにおいて位置を特定するために最低限必要な衛星の数は4機と説明しましたが、安定した位置情報を取得するためには8機以上の衛星が必要とされています。みちびきの衛星数は現在4機で、日本のほぼ真上に滞在する時間を長くするために、初号機と2号機、4号機については、赤道上空を周回する静止軌道に対して、数十度傾斜させた「準天頂軌道」を採用しています。準天頂軌道は、地球を止めた状態で見ると8の字を描くように動いて見えます。なお、みちびきの4機のうち、3号機だけは静止軌道を採用しています。
この準天頂軌道3機、静止軌道1機の4基体制により、準天頂軌道の3機が8時間ごとに順番に高仰角の位置に現れて、日本の空では少なくとも1機以上の衛星が常に仰角70度以上の天頂付近に位置することになります。これにより、高仰角からの電波送信が可能となり、マルチパスによる誤差が改善されることが期待できます。また、衛星が特定方向に偏った状態で信号を受信するのではなく、広い範囲にまんべんなく配置されているほうが測位精度が高くなる傾向があるため、従来のGPSにみちびきが加わることで測位精度の向上も期待できます。みちびきは今後、現在の4機体制から、7機体制の構築に向けて開発・整備が進められており、これにより測位精度がさらに安定し、GPSを除くみちびき単独での測位も可能となります。
まとめ
衛星測位は、その技術によって精度が異なりますが、人流データを扱う際には、そこに多少の誤差があることを前提に考える事が大切です。現在のGPSの精度としては、数m～30m程の誤差が生じる場合があり、RTK測位やCLAS測位などの特殊な測位方法を用いることにより数cm程度の誤差で計測することも可能です。
いずれの測位方式でも、専用の受信機やアンテナが必要となり、スマートフォン単独で高精度測位を行えるデバイスはまだ登場していませんが、将来的には、スマートフォンでの高精度測位が標準になる時代が訪れるかもしれません。
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