要素技術① GPS |
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GPSとは地理情報をはじめとするさまざまな環境データの取得やデータベース化の際には、空間的な絶対位置を正確に取得することは重要な意味を持つ。しかし、グローバルな座標系における絶対位置を知ることは容易でなかった。最近ではこの位置取得にGPS(Global Positioning System)が用いられるようになっている。NAVSTAR/GPS（Navigation Satellite with Time And Ranging）は米国防総省が軍事利用を目的に開発した衛星を利用した測位システムである。ＧＰＳ衛星は地球上、高度20000kmの６つの軌道上それぞれ４個、計24個で構成され、約12時間で1周する。利用者は4個以上のGPS衛星からの電波を捕捉することによって地球上の絶対位置をリアルタイムに算出することが可能となる。このため、従来のような複雑な測量作業や地図などを用いることなくグローバル座標での位置を取得することができる。 GPSを利用することの利点
また、従来の測量方法では基準点から遠ざかれば遠ざ かるほど誤差が大きくなるという問題があった。しかし、GPSでは地球上のほぼどの地点でも一定以上の精度で測量できるという利点もある。さらに、GPSによる測量はコンピュータ上でデジ タルで行われるため、測量結果をデータベース化したり、GISやCADなどに直接データを入力し、図面を作成する作業が非常に効率的に行われる。また、コンピュータ化されているために、従来の測量作業のように特別な知識や経験が無くても安定して高精度に位置を出すことができるため、誰でも利用できるシステムを作成することが可能になる。GPSの精度とオーグメンテーションこのようにＧＰＳでは効率的に位置情報を取得できるが、これを使用していく上で最大の問題となってくるのは測位誤差である。 GPSはもともと軍事目的で開発されたシステムであるため、一般に利用可能なC/AコードのGPSにはSA（Selective Availability）と呼ばれる精度劣化信号（Bias & Clock dithers）が含まれており、補正をしない単独測位と呼ばれる方法では最大で約100m程度の測位誤差を含む。本研究で開発するシステムでは10cm以下の絶対精度で対象物を測量することを目的としており、この誤差では大きすぎるといえる。このため、 GPSの測位精度を高めるいくつかの増強システム（Augmentation System）が開発されている。単純なGPS測位は、1台のＧＰＳ受信機を用いて電波を受信し、衛星から送られる電波が地上のアンテナに到達するまでに要した時間を計測して、これに電波の速度をかけることで各衛星までの距離を計算して、三角測量の原理により位置を算出する「単独測位」である。しかし、これではSAの影響、大気の影響、電波の乱反射の影響などを受け約100mの誤差がある。リアルタイムのGPS測位において、このような誤差を軽減し精度を改善する方法としては、正確な位置が既知である基地局において測定された衛星の誤差差分を移動局に送って補正するRDGPS（Real-time Differential GPS）や、それに加えて衛星の搬送波の位相を利用した干渉測位によるRTKGPS(Real-time Kinematic GPS)などのオーグメンテーションがある。RDGPSとRTKGPSはそれぞれ精度、安定度、コスト、リアルタイム性、利用可能範囲、移動可能速度などにおいて差があるので目的に合わせて選択して利用することが必要になる。
図 RDGPSの精度(左)と無補正のGPSの精度
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GPSを利用して測量を行う上での最大の利点は、基線なしに基準点を計測できることである。従来、一般的に用いられている測量機器では、最低でも2点のお互いに見通せる位置の分かっているポイント（基線）が必要であり、そこからの位置関係で新しい位置を測量することになる。しかし、途上国や非都市部などの測量においては、あらかじめ基準点網が整備されていなかったり、利用することが難しいことも多く、地球上での絶対座標を知るは難しかった。しかし、GPSを利用すれば、まったく基準点や目印が無い地点でもアンテナを設置した位置座標を直接知ることができる。このため、測量にかかる作業時間が大幅に軽減できる。また、位置座標をリアルタイムに取得できるため移動しながら計測を行うことも可能になる。