GPSの仕組みと精度向上

2016/10/29
第４３回プログラミング生放送@株式会社DMM.comラボ
＃マスコットアプリ文化祭で話したスライドです。
発表時と若干順番を変えています。

Transcript

1. GPSの仕組みと精度向上 @k_zoar 2016/10/29 第４３回プログラミング生放送 @株式会社DMM.comラボ ＃マスコットアプリ文化祭
2. •ハンドル: ぞあ. •某団体で事務の仕事してます •測量士補 •地理空間情報専門技術者(GIS２級) •２次元CAD利用技術者２級 •趣味で OpenStreetMap 書いてます •よく那珂ちゃんファンを辞めてます
3. GPSって？ •アメリカが運用中の衛星航行システム •地球を周回する最低24機 予備機を含めて最大30機の衛星 制御施設、受信機を含めた システムの総称 x24
4. GPS衛星について •Ｌ１、Ｌ２などの電波が出てる •コンシューマー受信機ではＬ１のみ、測量用など高級 機ではＬ２も利用できる •C/Aコード：民間開放 •Pコード：軍用 •Wコード：軍用
5. GPS衛星について •航法メッセージ ５０ｂｐｓで衛星の軌道情報、データ更新時期 衛星時計の補正係数、衛星のヘルスデータ １フレームが１５００ビット、３０秒で受信 ２５フレームで１マスターフレーム １２分３０秒必要
6. GPSの位置情報取得方法 •単独測位 受信機１機での測位方法 水平位置精度 だいたい5m～100m •干渉測位 受信機２機以上を連携させる 水平位置精度 1mm～ など
7. 干渉測位 •既に位置情報のあるポイントに１機、知りたいポイ ントにも設置 •受信機が多ければそれだけ多くのポイントを同時に 測位できる •衛星との距離を直接測るのではなく、電波の位相を 使って受信機間の距離を測る •５時間とかかかる、一式５００万円くらい
8. 単独測位 •おそらく普通に ＧＰＳと言えばこの方法 •衛星からの電波がどれくらいの時間で 受信機まで届くかで距離を計算 •三角測量の後方交会法という方法
9. 単独測位 必要な衛星の数は？ 未知数は • 緯度 • 経度 • 高さ • 時計誤差 なので４つの衛星があった方がいい
10. 単独測位の拡張 • 受信機は1機だけ、他の設備から補助情報を受けて補正 • その場で高い位置情報をとる場合には通信機能が必須 • システムは通信機能を求めていた、通信機器は位置情報 を付加価値として欲しがった(?) • A-GPS 携帯基地局から正確な航行メッセージをもらう • Wi-Fi補助 Wi-Fiの電波に補助情報機能を見いだす
11. 補助情報の利用 •移動体なら加速度、モーメントセンサーの値で位置 を移動させる •固定なら土地の図面などから頑張る
12. ＲＴＫ－ＧＰＳ •受信機１つをすでに緯度経度のわかる場所へ •もう１つを知りたいポイントへ •両者をネットワークを介して接続する •わかっているポイントの情報で 知りたいポイントの情報を補正する •５ｃｍくらいの精度が出ます
13. ＲＴＫ－ＧＰＳ •受信機がＲＡＷ出力に対応している必要がある •通常はＮＭＥＡ、ＲＡＩＮＥＸ出力はちょっと高い •データシートに書かれてます ＲＴＫ－ＬＩＢ／ＧＳＩ－ＬＩＢなどのオープンソー スライブラリがあります
14. 誤差の原因：衛星の離れ具合 •時間帯によっては衛星が似たような位置にいる場合が •可能ならバラバラの位置にある時に位置を取るように する
15. 誤差の原因：衛星の離れ具合
16. 誤差の原因：衛星の離れ具合 •「スカイプロット」で ビングるとソフトウェアが 出てくる
17. 誤差の原因：電離層 •地球の周りに存在する層、電磁波を遅延させる •航行メッセージにある電離層モデルで遅延を計算 •→ 実は除去しきれない モデルと現実の差
18. 誤差の原因：電離層
19. 誤差の原因：ノイズ •衛星電波を乱す •周囲に電子機器を設置しない
20. 誤差の原因：ノイズ
21. 誤差の原因：マルチパス •看板などに反射する衛星電波のこと •周囲に反射しそうなものを置かない •アンテナを高いところに設置する
22. 誤差の原因：マルチパス
23. 精度を高くするためのまとめ 誤差原因を時間かお金で殴ってください • 時間をかけて計測して数学の力で もっとも確からしい値を導く • ＲＩＮＥＸを出力できる 受信機を買ってＲＴＫ • みちびき(QZSS)が３機上がると 精度がとりやすくなります
24. ご静聴ありがとうございました