【IoT-Tech Meetup #2】IoTのセルラー通信によるGPS等の位置情報活用 基礎知識とデバイス・クラウド連携

2023年6月13日開催『IoT-Tech Meetup 第2回【GIS・位置情報活用の基礎】』で、ソラコム松永(taketo)が発表した資料です。

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1. IoTのセルラー通信による GPS等の位置情報活用 基礎知識とデバイス、クラウド連携 June. 13, 2023 株式会社ソラコム ソリューションアーキテクト 松永岳人 (taketo) @leapingtak
2. TAKETO MATSUNAGA - Solutions Architect@Soracom - Developer@IBM leapingtak
3. 位置測位の仕組み 位置情報の発信源からの信号を、対応モジュールで 受信して測位 位置情報 マイコン等 対応する 受信モジュール 信号の発信源 測位衛星 (GPS) BLE ビーコンや Wi-Fi 等 セルラー基地局
4. 位置測位の技術と適した範囲 cm 1m 10m 100m 1km 屋内 屋外 精度 GPS Wi-Fi Wi-Fi BLE RFID UWB セルラー基地局 セルラー基地局 主に取得できる 情報 地理座標系 (緯度、経度) 発信源からの相対距離 発信源の管理 事業者 自前
5. GPS や “みちびき” と「GNSS」の関係 《衛星測位システムの総称》 GNSS Global Navigation Satellite System 全球測位衛星システム GPS Global Positioning System (米国) #GNSSとは / 国土地理院 https://www.gsi.go.jp/denshi/denshi_aboutGNSS.html GLONASS (ロシア) Galileo (EU) みちびき 準天頂衛星システム: QZSS (日本) 北斗(Beidou) (中国)
6. #みちびき対応製品紹介 https://qzss.go.jp/usage/products/index.html “みちびき” 取り扱い信号と測位精度 “みちびき” 取り扱い信号と精度の関係 信号名 配信サービス L1C/A, L1C, L2C, L5 衛星測位サービス L1S サブメータ級 測位補強サービス L6 センチメータ級 測位補強サービス #Q. みちびきを利用するにはどうすればよいですか？ https://qzss.go.jp/overview/faq/index.html
7. 衛星測位のデータフォーマットと必要精度 小数点 精度 第 0 位 110,940 m 第 1 位 11,094 m 第 2 位 1,109 m 第 3 位 111 m 第 4 位 11 m 第 5 位 1 m 第 6 位 0.1 m 第 7 位 0.01 m 第 8 位 0.001 m 地理座標系における 小数点と精度 緯度 ※北緯 35度付近 NMEA 0183 (略: NMEA) `$` で始まるCSV風の行志向 ASCII フォーマット $GPGLL,5107.0013414,N,11402.3279144,W,205412.00,A,A*73 $GPRMC,144326.00,A,5107.0017737,N,11402.3291611,W,0.080,323.3,210307,0.0,E,A*20 GNSS モジュール MCU UART TinyGPS++ gpsd 等の パーサー { "緯度_lat": 35.65829816, "経度_lng": 139.74133151 } 小数点 精度 第 0 位 91,287 m 第 1 位 9,129 m 第 2 位 913 m 第 3 位 91 m 第 4 位 9 m 第 5 位 0.9 m 第 6 位 0.09 m 第 7 位 0.009 m 第 8 位 0.0009 m 経度 ※北緯 35度付近 https://naokiwatanabe.blogspot.com/2015/03/gps.html
8. GNSSの仕組み 最低4機の測位衛星から受信した「データ送信した時 刻」から距離を計算し、自身の位置情報を計算して緯 度軽度情報を取得 https://chcgnss.css24.jp/2019/06/12/chc-gnss-news- no1-1/
9. 衛星測位の精度と周辺技術 https://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/ 測位精度を向上する技術 DGPS (ディファレンシャル GPS、相対測位方式) • 自前の単独測位 + 固定局からの補正情報で測位 • 誤差 数m RTK-GPS (リアルタイムキネマティック GPS、干渉測位方式) • 測位衛星との波長数で測位 • 誤差 数cm #GNSSを使用した測量のいろいろ/ 国土地理院 https://www.gsi.go.jp/denshi/denshi45009.html 条件が良い スマートフォンの精度で 約 2 m ~ 5 m 測位を補助する技術 AGPS (アシスト GPS、補助 GPS) • 測位衛星の軌道情報をネットワークから取得 • 測位開始時間の短縮や、一時的な通信途絶時の測位 #みちびき 用語集/ 内閣府 https://qzss.go.jp/glossary/index.html
10. 株式会社NIPPO 体力面の負担が大きな道路舗装の マーキング作業をロボット化。 IoTで自己位置を補正した安定稼働 により現場での生産性を向上。 利用したSORACOMサービス：SORACOM Air 導入事例 サービス
11. 測位を補助：AGPS セルラーネットワークやインターネットなどから衛星の軌道情報や補正 情報をデバイスが取得し、GNSSによる位置測位を補助する。 • 衛星からの時刻情報を取得するまでの時間短縮 • 室内でのGNSS精度向上 デバイス A-GPS サーバー
12. 測位精度向上： DGPS (ディファレンシャル GPS) 自前の単独測位 + 固定局か らの補正情報で測位 誤差 数m ＊注意：2023.06現在日本では利用できません。 https://qzss.go.jp/info/archive/kaiho- dgps_190304.html
13. 測位精度向上：RTK-GPS (リアルタイムキネマティック GPS) 測位衛星との波長数で測位 誤差 数cm https://www.aitoya.com/contents/cont001- 002.html
14. AWSのAPI位置情報の取得 ✓ IPアドレス ✓ セルラー基地局情報 ✓ 公衆Wi-Fi情報 AWS IoT Core / Device Location
15. 位置測位：公衆Wi-Fi デバイス周辺の公衆Wi-Fiを検索し、取得した MACアドレスから位置情報を取得します。 Wi-Fi デバイス Wi-Fi Google Map Platform (GeoLocation API) 緯度軽度 MACアドレス AWS IoT (Device Location)
16. 位置測位：セルラー基地局 接続している基地局情報取得し位置情報を取得します。 デバイス Google Map Platform (GeoLocation API) 緯度軽度 基地局情報 • MCC（Mobile Country Code） • MNC（Mobile Network Code） • LAC（Location Area Code） • CID（Cell ID、セル ID） SORACOM API (CellLocation/getCellLocation API) AWS IoT (Device Location)
17. 位置測位の頻度と消費電力 多 少 消費電力 測位の頻度 高い (1分間に数回) 低い (数時間に1度) イベント発生型 参考: 移動手段毎の 1分あたりの移動距離 移動手段 1分あたりの 移動距離 (約) 1 km/h 20 m 歩行 4 km/h 70 m 自転車 15 km/h 250 m 車/一般道 20 km/h 350 m 車/高速道 70 km/h 1,200 m 100 km/h 1,700 m 平成27年度 全国道路・街路交通情勢 調査 一般交通量調査 集計表 定期送信型 イベント 発生時
18. 位置情報系 クラウドアプリケーション https://unsplash.com/photos/8bghKxNU1j0 ジオフェンス トラッキング
19. Amazon Location Service 利用の IoT アーキテクチャー Amazon Location Service SORACOM Beam トラッキング デバイス AWS Lambda SORACOM Funk HTTP HTTP,TCP,UDP etc ジオフェンス トラッキング
20. Amazon Location Service 利用の IoT アーキテクチャー AWS Lambda SORACOM Funk HTTP,TCP,UDP etc https://blog.soracom.com/ja-jp/2023/02/20/soracom-beam-aws-sig-v4-location-service/ Amazon Location Service SORACOM Beam トラッキング デバイス HTTP ジオフェンス トラッキング
21. Google Cloud利用の IoT アーキテクチャー Cloud Functions SORACOM Funk HTTP,TCP,UDP etc Firebase + Cloud Functions SORACOM Beam トラッキング デバイス HTTP ジオフェンス トラッキング
22. クラウド側での位置情報補完 Function as a Service (AWS lambda/Google Cloud Functions etc) SORACOM Funk HTTP,TCP,UDP etc トラッキング デバイス SORACOM API (CellLocation/getCellLocation API) Google Map Platform (GeoLocation API) ①基地局情報や公衆Wi-Fi情報の送信 GPS情報が取得できない場合に、代わりとなる情報を送信します。 - セルラー基地局情報（MCC/MNC/LAC/CellTowerID） - 公衆Wi-Fi MACアドレス ②セルラー基地局位置補完 「セルラー基地局情報」から緯度経路に変換 ③公衆Wifi位置補完 「公衆Wi-Fi MACアドレス」から緯度経路に変換 AWS IoT (Device Location)
23. 「作らない、利用する」を実現する SORACOM の オープンなアーキテクチャ クラウドアダプタ SORACOM Funnel クラウドファンクション SORACOM Funk データ転送支援 SORACOM Beam データ収集・蓄積 SORACOM Harvest ダッシュボード作成・共有 SORACOM Lagoon 蓄える 使う 連携する 蓄える 使う GPS マルチユニット SORACOM Edition Acty-G3 SORACOMLTE-M Button SORACOM Air で LTE SORACOM Arc で Wi-Fi
24. BLE温湿度センサーなどと位置情報を送信できる ゲートウェイデバイス GPSトラッカーGW Beam Funk Funnel Unified Endpoint Harvest Data/File Lagoon
25. SORACOM の願い クラウド ⇒ 多くの Web サービス SORACOM ⇒ 多くの IoT システム 日本から、世界から、たくさんの IoT プレイヤーが生まれますように
26. IoTの「つなぐ」を簡単に You Create. We Connect.