2011年02月22日

文系人類のGPS講座(3)GPSの限界

 期末テストも出来上がり、ちょっと一息つけました。
 あと、原稿が3本。頑張ります。
 
さて、久々にこのシリーズ行きましょう。今日は、「GPSの限界=測位しにくい場所」についてです。

 前回までたらたらと、GPSの測位の原理について書きました。上空2万kmから降ってくる電波をキャッチして、発射元から到着まで何秒(何分の1秒)かかったかで距離を割り出して、4つの衛星間の距離から自分の位置を割り出すのがGPSの基本的な仕組みでした。

 ちょっと調べてみたところ、GPSができるはるか前(1960年代後半)から、電波望遠鏡(直径20mぐらいの巨大なパラボラアンテナ)で数十億光年先の電波星(とても見ることはできないが、電波はキャッチできる星)から届く電波の各アンテナごとの時間差をはかるVLBI(超長基線電波干渉法)というシステムがあり、これに搭載されている時計は、1000億分の1秒単位で時間差を測れるのだそうです。1000億分の1秒間に光が進める距離は、30万q÷1000億で、0.03m=3o。つまり、誤差3oの測地が出来てしまいます。
  これほど精密なものは、プレートテクトニクスの観測(ハワイと筑波は年10cmぐらい近づいているそうです)や、「宇宙の地図」づくりに活用されています。また、前回触れた「電子基準点」もまたものすごい高精度な時計で計測していますので、地形の観測に有効です。「急に地殻変動のスピードが遅くなった」=エネルギーがたまりつつあるとか、火山のそばに持っていって、「あ、何cmか膨らんで来た=噴火の前兆」なんてこともわかるようです。

  ただ、普通のハンディGPSにはそんな高精度な時計を積んではいません。また、精度を高めようとすればするほど(計測できる時間の間隔を短くしようとすればするほど)、衛星からの電波がレシーバーに届くまでの様々な
「障害物」の存在が気になります。
 
 例えば、雲です。雲は水滴の塊ですから、電波が通ろうとするときに邪魔をします。ちょっとでも屈折したり、ルートが変わったりすると、それだけで到着時間が遅れますから、GPSの測位に微妙なずれがおきます。
ただ、この「ずれ」、つまり「本来ならば届くはずの時間に、時間通りに届かなかった」ことを利用して、雨雲の発生と降水状況を把握するシステムも開発されています。

 くわしくはこちら
 http://gpsjpn.com/
中国山地の上あたりに雲がかかってますね。

qcw_42h_utc_tokyo.jpg











   あとは電離層、森林なら葉っぱ、ビルの陰など、あらゆるものがGPSの電波の受信時間を狂わせます。家の屋根、水の中なんかはもちろんだめです。これらの障害物の内側で位置を割り出すには、GPS衛星ではなくて、もっと別の電波発信装置やソナー(超音波)などを使います。

 森林の中でGPSを受信することのしんどさに関して、京都大学のサイト「GPSの森」内の「森林GPS概論」が図解入りで詳しいです。

 こういう「雑音(ノイズ)」に強いのは、ほぼ自分の頭の上から発射される電波です。虫眼鏡で太陽光線を集めて黒い紙を焼こうなんて時、一番威力があるのは真昼間(南中する時刻)に、虫眼鏡と紙をほぼ平行(光を垂直に当てる)に使うときですよね→結構みなさん好きなようで、Youtubeに動画がたくさんありました。

準天頂衛星「みちびき」は、日本のほぼ頭の上から電波を出してくれる衛星なので、このあたりの誤差の軽減が期待されています。

 同じく、「GPSの森」サイトでは、「京都市上空のGPS」情報をリアルタイムで公開しています。
 射撃の的みたいですけど、中心点が90°(頭の真上)、外側に行けば行くほど地平線に近い(=電波がほぼ真横から届く)ということになります。レシーバーは、これらの衛星から4つの衛星を選んで位置を割り出すわけです。
gps.jpg

 








 明日は富士山の日。NPO法人「富士山クラブ」は、富士山の清掃活動をしながら、ごみが落ちていた場所をGPSでプロットして「富士山環境ゴミマップ」を作っています。先日、担当の方に久々にお会いしたのですが、やはり森の中ではGPSは受信しにくいようです(携帯電話の電波を補助にしているようですが).
せっかくなので、何かうまく活用できるといいですね。gomimap.jpg
posted by いとちり at 20:24| Comment(0) | TrackBack(0) | 世界地理の教材 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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