ハンディGPSって?

GPSは Global Positioning System の略で「全地球測位システム」と訳されています。
既にカーナビなどでお馴染みですし、最近では携帯電話にまで組み込まれたものまであります。
我々運営者の家にも気が付いたら既に8個ものGPS関連製品がありました。
このGPSは、アメリカが軍事目的で開発した高精度な航法用人工衛星を利用した測位システムで、地球上のどこにいても自分の正確な位置をリアルタイムで知ることができます。この便利なシステムを利用料も払わずに利用できることは大変すばらしいことです。

1.原理

GPS衛星は、高度約2万kmの6つの軌道上に各4個、合計24個が配置され、各衛星は1日2周していて地球上のどこからでも常に最低3個の衛星が捕捉できるようになっています。
そのGPS衛星からは非常に正確な時刻情報と衛星の軌道情報(アルマナックデータ)が送信されています。GPS受信機は衛星から送信された衛星の位置データと電波が届くまでの伝播時間から自分の位置を計算します。原理的には3個の衛星からの電波を受信し、それぞれの距離を計算すれば3次元的な位置が特定できるはずです。

しかし、実際には電波が衛星からGPS受信機に届くまでの伝播時間は、GPS受信機に内蔵されているあまり精度の良くない時計では正確に測定することはできませんから、正確な距離も計算できません。
計算結果には内蔵時計の誤差分の距離の誤差を含んでいる訳です。

そこで4個目の衛星の電波を使って誤差を補正します。
先の誤差を含んでいる仮の位置まで、4個目の衛星の電波が届く時間は衛星の位置・高度(軌道情報)が分っているので計算できますから、実際に測定した内蔵時計の時間と比較すれば、内蔵時計の誤差が分ります。
つまり、あまり精度の良くない内蔵時計の誤差を、衛星の非常に正確な原子時計で校正できたことになり、各衛星からの電波の正確な伝播時間が分りますから、正確な3次元位置を計算できるわけです。
簡単に言ってしまえば未知数が4つ(緯度、経度、標高、正確な時間)ですから、4個の衛星からの電波の伝播時間で4元連立方程式を解けば良いことになります。

余談ですが、上記の原理からGPSを持ち歩くことは衛星の原子時計で校正された非常に正確な時計を持ち歩くことにもなる訳です。
余談の余談ですが、GPS衛星に積んである原子時計はアインシュタインの特殊相対性理論による『高速で運動する物体の時間はゆっくり進む』という理論に従って、その誤差を補正しているそうです。(GPS衛星は秒速4km)
このことを知って以来、常識では理解し難いアインシュタインの相対性理論(時間は絶対不変のものでなく速度と重力によって伸び縮みする)が急に身近に感じられるようになりました。
我々凡人の生活にはニュートン力学の精度で充分で、相対性理論の精度を必要とするのは科学者だけかと思っていましたが、我々の生活も既に相対性理論の精度を必要とするレベルにまで足を踏み入れていることに、新鮮な驚きを覚えました。

2.ハンディGPSは標高測定が苦手(?)

私たちが知りたい山の高さ(標高)は、言うまでもなく海面からの高さです。
ところがGPSで高さを測定するということは、実は衛星の軌道の中心(=地球の中心)からGPS受信機までの距離を測定することになるのです。
そこで、この測定結果から地球の半径(地球の中心から海面までの高さ約6378km)を差し引くことで海面からの高さ、いわゆる標高を計算しているのです。

ところが話はそう簡単ではないのです。地球が理想的な球体や理想的な回転楕円体の場合は、確かに上記の計算で求められますが、実際の地球は重力の強い場所や弱い場所があるらしく、潮の満ち干を考慮した平均的な海面の高さは場所によって凸凹しているようなのです。
そこで、この重力の差を考慮した、各地点の平均的な海の高さを予め測定してあって、その値を先にGPSが計算した地球の中心からの距離から差し引いて標高を計算しているのです。

GPSで標高を測定する場合、その場所の重力による誤差が正確に分かっていない限り、正確な標高は分からないのです。これは原理的にGPSは標高を測定するのが苦手だということです。
(注 : GPSにはこの誤差について既に考慮されていますからユーザーは何もする必要はありません)

3.ハンディGPSの種類

私が今までに買ったハンディGPSは下の画像の5種類です。
その他にもたくさんの種類があります。詳しくはオンラインショップ IDA や SPA などのサイトをご覧ください。値段も機能も様々です。

SONYのGPS(PCQ-HGR3S)はコンパクトでトラックログを取るだけなら、これの方がいいかな? と、思って買ってみましたが、GARMIN製に比較して精度はかなり悪かったです。
2004.04.13 両神山 2004.05.01 皇海山 マップ参照、他はすべてGARMINで取ったログ)


GARMIN
LEGEND-HCx
(日本語・カラー)

GARMIN
LEGEND-C
(日本語・カラー)

GARMIN
LEGEND
(日本語)

GARMIN
VENTURE
(英語)

SONY
PCQ-HGR3S
 

英語版でも日本語版でも機能的には大差はありませんが、日本語版の良いところは、表示が日本語で判り易いのは勿論ですが、10m等高線入りの 1/25,000 日本地形図や道路地図(シティナビゲータ日本)をインストールできることは最大の利点です。 (等高線入りの地形図表示例
この一点だけでも日本語バージョンを購入する価値は充分あると思っています。

ハンディGPSは基本的に方位を測定する機能はありません。しかし、トラックログ機能がありますから過去の位置と現在の位置を比較することで、どの方向に移動したかを計算して方位を表示する機能があります。
従って安い機種でも移動していれば、正しい方位を表示してくれます。
<注> 電子コンパス内臓機種(GARMIN Vistaなど)以外は静止している時の方位は正しくありません。
英語版と日本語版の仕様比較表 & 日本語版GPS仕様比較表

4.ハンディGPS用アクセサリー

私が使用しているアクセサリー各種(詳細は IDASPA のサイト参照)

  • GPSとパソコンを接続する「専用ケーブル」と最近のパソコンのようにシリアル端子のないパソコンの場合は「シリアル-USB変換ケーブル」も必須です。
    最新のLEGEND-C(カラー版)はUSB接続に対応していて、USBケーブルが付属しています。
  • ガーミン製日本語GPSには、10mまたは50m間隔等高線入りの 1/25,000 日本地形図をインストールできます。1/25000 地図をインストールした表示例はここ(IDA)
    但し、マイクロSDメモリーカードが使えない機種はメモリーに全国分のデータは入りません。必要な県とその隣県程度です。(使用地図によって日本全土の1/5~1/50程度)
    よほど遠方へ遠征しない限り地図を頻繁に入れ替える必要はありません。地図の入れ替えはパソコンを使って簡単にできます。
    • 日本地図サイズ
      • 10m等高線地図 = 1.8GB
      • 道路地図シティナビゲータ日本Ver.9 (電話番号検索可能) = 1.2GB (Ver.8 は900MB)
    • メモリーサイズ
      • LEGEND(日本語) = 16MB
      • LEGEND-C(日本語) = 38MB
      • LEGEND-HCx(日本語) = mSDメモリーカードで2GBも可
  • ベルトクリップまたは専用ケースはザックの肩ベルト等にGPSを付けるのに便利です。
  • バイオレッタ・ソーラーギア(単3充電池用太陽光充電器)
    GPSを山登りに使う場合は電池寿命の長い機種を選ぶことが大切ですが、何日も山に入る場合には太陽光発電で充電できるこれがあると大変便利です。

50m等高線1/25000地図

10m等高線1/25000地図

道路地図

ベルトクリップ(カラー版用)

ベルトクリップ装着例

専用ケース(モノクロ用)

USBケーブル
(カラー版用)

USB変換ケーブル  GPS専用ケーブル
(モノクロ用)
参考図書
ほかの参老サイト
現在位置: ホーム > ハンディGPSって?