田中研究室

春休み期間中にハンディGPSで遊んでみました。ちょっと長くなりますが、お暇な方はお読みください。

GPS は、大別すると単独測位と相対測位に分類されます。また、相対測位はDGPS(ディファレンシャルGPS)と干渉測位に分かれます。

単独測位の精度は10ｍ程度です。このような誤差が生じる要因として、１つは受信機自身が持っている機械的な誤差、つまり部品の経年変化やバッテリーの消耗状態、アンテナの感度などの要因が考えられます。２つ目は衛星から出た電波が受信機に到達するまでに受ける影響があります。電離層や大気中の水蒸気により電波のスピードが変わり、測位に誤差を与えます。しかし、GPS 測位自体の精度は１ｍ以内（あるいはそれ以上）と非常に高精度なものです。また、電離層などの影響は近距離（100km 以内）ならほぼ同じと言われています。

そこで、考えられたのがDGPS（Differential GPS）です。DGPS とは２つの受信機を使い、測位した位置の差により正確な位置を求めるというものです。この性質を利用し、２台の受信機で測位した結果を差し引きすれば、小さな誤差で２点間の距離が計算できるのです。そして一方を経緯度の分かっている既知点、他方を求めたい点に据えて観測すれば、精度の高い測位ができるという訳です。例えば既知点で観測を続け、刻々と変化するGPSの経緯度からその点の経緯度を引き算すれば現在の誤差の状態が分かります。この値を何らかの手段（ラジオ電波など）で発信し、移動側で測位している経緯度に足してやれば現在地の正確な位置（既知点と観測点間の距離が100km 以内であれば、約1m の精度）が求まります。

干渉測位は、２台以上の受信機（既知点に１台以上、未知点に１台以上）を使い、同時に４個以上の同じGPS 衛星を観測します。GPS 衛星の位置を基準とし、GPS 衛星からの電波信号がそれぞれの受信機に到達する時間差を測定して、２点間の相対的な位置関係を求めます。同じGPS 衛星を同時に観測した２つの受信機の観測値の差を用いるので、各種の誤差要因も消去され、非常に良い精度（10km の距離で１cm 以下）で２点間の相対的な位置関係が分かります。

さて、ハンディGPS です。ハンディGPS は単独測位で、前述したように、10ｍ程度（場合によっては数10m）の精度です。この誤差は、理論的には、同時に同じ組の衛星を受信したデータを用いて解析すれば、電離層や水蒸気の影響を消去できるはずです。そのような考え方に基づいてプログラムを開発しました。

解析結果と成果の差は、dX = 0.562m, dY = 0.905m, dS = 1.06m でした。ハンディGPSの経緯度測定（表示）の精度が0.036 秒あり、距離に換算すると約1.1m になります。したがって、経緯度測定の精度があと1 桁多ければ、この問題は解決できそうです。

今回の開発で、GPS の仕組みを知ることができ、VC++でのプログラミングにもだいぶ慣れてきたような気がします。興味のある学生には伝授したいと思います。

福島原発が大変なことになっています。今回の原発の被害で福島原発の設計段階での脆弱性などいろいろ指摘があるようです。原発に関しては素人なのでいい加減なコメントは差し控えますが、ニュースを見て、私なりに考えたことが少しあります。

先ず一つは、現場の状況把握のために無人ヘリを飛ばしたらどうかということです。以前、レーザー測量の研究で、桜島上空を無人ヘリによるレーザー計測と斜め写真撮影を行ったことがあります。低空での写真撮影ができ、かつビデオも搭載できるので、役立つのではないかと思いました。無人ヘリの担当者にすぐ連絡しましたが、関係者がそれくらいのことは考えているだろうということでした。結局、アメリカの無人飛行機による撮影になったようです。

もう一つは、ロボットの導入です。手術で使うような遠隔操作できるロボットを使えないかということです。原子＝アトム＝ロボットの発想です。日本にはそれぐらいの技術はあるはずだと思っていましたが、残念ながら、これもアメリカから送られてくるそうです。原発を造る前に、ロボットの開発が先ではなかったでしょうか？

それともう一つ、原発から30km以内のあちこちに放射線測定器を設置し、常時測定する必要があったのではないかと思います。ひょっとしたら、設置はしていたけど、地震津波で破壊されたかもしれませんが。

枝野官房長官が「ただちに・・・」と口癖のように言っていますが、「ただちに」健康に影響はないにしても、何ヶ月、何年後には・・・と考えてしまいます。被災者の皆様の一刻も早い復興を切に願っています。

画像はgoogle earthのものです。