位置情報の取得の手段: GPS

GPS (Global Positioning System)

• 同じ高さ(約20000 km)の軌道に複数(24)の衛星を配置、 波長帯 L1 (1.57542 GHz = 154 × 10.23 MHz)と L2 (1.2276 GHz = 120 × 10.23 MHz)の電波を変調させて 時刻などを示すディジタル信号をのせて送信している。 ただし、L2にのっている信号は暗号化 (AS: anti-spoofing)されており、USA軍用専用。 また、L1にのっている信号は人工的ノイズが加えられていた (SA: selective availability)が、 2000年5月からこのノイズはなくされたとのことである。
• 地上で電波信号を受信し、衛星からの距離を求める。 時計が正確に合っていれば、 3つの衛星からの距離がわかれば受信アンテナの位置(3次元)が求められるが、 実際には時刻も含めて(4次元で)求めるため、 4つ以上の衛星からの信号を受信する。
• GPSは時計を合わせるために使われることもある。 この場合、自分の位置がわかっていれば、1つの衛星からの信号でよい。
• 位置決定の方法は大きく次の2つに分かれる。
  • ディジタル信号を使う。
    • NavigationやGISへのデータ入力などに利用されている。
      • 船、飛行機、自動車、歩行者の航行支援
      • 移動するものの管理: 例、京王タクシー(1995ごろの京王グループ広報紙で紹介されていた)
      • 移動観測のデータの自動取得 (久保, 1996でねらっていたこと)
      • 写真に緯度・経度・時刻(+方位...磁石で)を自動で入れる (コニカ「ランドマスター」、 開発には千葉大CEReSの本多嘉明氏も関与した)
      • 施設管理(例、都市ガス)の現場でのGISとの位置照合
    • 軍用以外では、波長帯L1だけが利用できる。
    • SAのもとでは、単独測定では水平位置の精度が100 m程度だったが、 複数の受信機の差をとるdifferential処理によって2〜3mにすることが できた。 (富田, 1996; 富田・松山, 1996; 乙黒, 1998は、 これを安く実現するシステムを組む試みである。)
    • SAがなければ、単独でも2〜3mの精度があるらしい。 (久保, 1996に湾岸戦争のときの事例がある。)
  • 搬送波の位相を使う(干渉法) [土屋, 辻 (1997) 参照]
    • 測量や地殻変動のモニターに利用されている。
      • 日本では、国土地理院がGPSを約1000点設置した。 これは「電子基準点」と呼ばれ、 今後測量の基準として使うことを想定している。
      • プレート運動とプレート内の変形 (宮崎, 2000)
      • 地震時と地震間の地殻変動 (西村, 2000)
    • 波長帯L1, L2を(搬送波を取り出す加工をして)利用する。
    • 複数の受信機で同時に複数(4以上)の衛星の電波を受信することにより、 受信機間の距離ベクトル(基線ベクトル)を決めることができる。
    • ただし、直接には、波長の整数倍は決めることができず、 端数だけが決められる。 整数倍を決めるためには、複数時点の観測を組み合わせるなど、 さまざまなくふうがある。
    • 2つの波長帯を使うことによって、電離層の影響を大部分消せる。
    • 誤差の最大の要因は、大気中の水蒸気による電波の速度の変動である。 逆に見ると、GPSは大気中の水蒸気のセンサーとして使えることになる。 測地と水蒸気の両方の精度をよくするための努力が、 国土地理院と気象庁の協力で進められている (日本気象学会, 1998; 月刊地球, 1999)。

VLBI (Very Long Baseline Interferometry)

• 複数の地点のアンテナで、 遠い天体からの電波(平行とみなせる)の位相差を観測し、距離ベクトルを求める方法。
• 電波源としては、クエーサー(quaser)という銀河外の天体が使われる。
• 精密だが、大きなアンテナが必要なため、地点数は限られる。

参考文献

GPS干渉法による測量・測地・水蒸気観測

• 土屋 淳, 辻 宏道, 1997: 新訂版 やさしいGPS測量。 日本測量協会, 445 pp.
• 飯村友三郎, 中根勝見, 箱岩英一, 1998: 公共測量教程 TS・GPSによる基準点測量。 東洋書店, 339 pp., 2800 円.
• 日本気象学会 (中村 一 編), 1998: GPS気象学。 気象研究ノート 192号。
• (月刊地球), 1999: 月刊地球 号外 25 「GPS: 汎地球測位システム --地球システムセンサーとしての展開」。海洋出版, 204 pp.
• 宮崎 真一, 2000: 全地球ダイナミクス--GPSによるプレート内部変形の研究。 第29回 国土地理院技術研究発表会 (国土地理院技術資料A.1-No. 224), 35 -- 46.
• 西村 卓也, 2000: GPSでみる沈み込み帯での地震サイクル--地震・余効すべり・強度回復。 第29回 国土地理院技術研究発表会 (国土地理院技術資料A.1-No. 224), 81 -- 90.

ディジタル信号の利用

• 久保 幸夫, 1996: 新しい地理情報技術。古今書院, 168 pp. (GPSについては、p. 87 -- 98)
• 富田 邦裕, 1996: 簡易型 differential GPS の構築と実用性の検討. 東京都立大学理学部地理学科1995年度卒業論文.
• 富田 邦裕, 松山 洋, 1996: 簡易型 differential GPS の開発と実用性の検討, GIS--理論と応用, 4(2), 15 -- 27.
• 乙黒 善宏, 1998: 簡易型 real-time differential GPS の構築と実用性の検討. 東京都立大学理学部地理学科1997年度卒業論文.
• 山田 雅夫, 1998: 電子地図のチカラ --カーナビから営業地図まで。 日経BP社, 181 pp. ...都市計画指向の建築家からみたGIS技術の紹介。
• 「モバイルGIS」という本が出ていたが、正確な書誌情報が思い出せない。

VLBI

• 福崎 順洋, 2000: つくばVLBI観測局における国際共同観測。 第29回 国土地理院技術研究発表会 (国土地理院技術資料A.1-No. 224), 9 -- 21.
• 高橋 冨士信, 近藤 哲朗, 高橋 幸雄, 1997: VLBI技術。 オーム社 (ウェーブサミット講座), 258 pp.

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