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GNSSとは?GPSとの違いや仕組みを解説します
Smart Workコラム vol. 55

GNSSとは?
GPSとの違いや仕組みを解説します

2024 4/12
現代において、GPSを代表とする衛星測位システムは日常生活に必要不可欠となっています。 例えば知らない土地に自動車で出かけたとき、カーナビを利用して目的地まで到着できるのは衛星測位システムのおかげです。また、生活の基盤を作る土木や建設の分野でも衛星測位システムは用いられています。 そんな衛星測位システムのなかでも測位精度の高さで知られているのがGNSSです。実は我々がGPSだと思って利用しているシステムの一部には、GPSではなくGNSSが利用されているものもあります。それくらいGNSSは我々の生活に深く関わっています。 この記事ではGNSSについて、GPSとの違いや位置情報を把握する仕組み、活用事例を解説します。

GNSSとは

GNSSは「Global Navigation Satellite System」の略称日本語では「全球測位衛星システム」と呼ばれ、衛星測位システム総称を指します。このGNSSは地球上空周回している人工衛星との通信を行うことで、地球上のさまざまなものの位置測位することが可能となり、地球上の人やものがどの場所にいるか、正確に割り出す機能を持っています。

現在では、土木工事における測量カーナビなど、幅広用途活用されています。

1.GNSSとGPSの違いとは

地球上の人やものの位置を割り出せるシステムといえば、まず「GPS」を思い浮かべる人が多いでしょう。

GPSは「Global Positioning System (全地球測位システム)」の略称で、アメリカ運営している衛星測位システムです。元々はアメリカ軍事用開発されたもので、現在ではスマートフォンタブレットスマートウォッチなど、さまざまな機器搭載されています。

一方でGNSSは世界各国が持つ衛星測位システム総称を指し、アメリカのGPSのみならず、日本準天頂衛星システム (QZSS:通称「みちびき」) やロシアのGLONASSなどもGNSSに含まれます。

各国運用するGNSSシステム以下のとおりです。

  • 日本: みちびき (QZSS)
  • ロシア: GLONASS
  • 欧州: GALILEO
  • 中国: BeiDou
  • インド: NavIC

GNSSとGPSの大きな違いは測位精度です。GPSは衛星の数が限られることから、測位衛星からの信号ビルや高い山に遮られることで測位精度不安定になる場合もあり、測位精度限界があります。
その点、GNSSは複数測位衛星から信号受信できるため、GPSよりも高精度測位可能です。
そのため、現在ではGPSと呼ばれていても実際はGNSSを利用しているケースが多く見られます。

2.日本のGNSS「みちびき」

GNSSを運用しているのはアメリカだけではありません。
日本独自のGNSS「みちびき (準天頂衛星システム)」を運用しています。日本は元々アメリカのGPSなどを使っていましたが、日本からアクセスできる衛星の数が少ないという理由から、位置計測精度を上げるため2018年にみちびきを開発しました。
みちびきは日本国内使用するために開発されたシステムであり、赤道から南北に8の字を描くような形で、日本上空のみを周回するような設計になっています。

なお、みちびきとは愛称であり正式名称は「QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)」です。

3.GNSS通信が位置情報を把握している仕組み

GNSSの通信システム位置情報把握する仕組みには、「単独測位」と「相対測位」の大きく2つがあります。
それぞれどのような仕組みなのかを見ていきましょう。


3.1 単独測位

1台の座標 (位置) を決めた受信機と4機以上の衛星の通信を受けて、位置情報を把握する単独測位のイメージ図

1台の受信機測定したい場所 (未知点) に設置し、複数衛星との通信を経て位置特定する方法です。

具体的には、ある衛星から受信機に対して通信送信された時間と、その通信受信機到達するまでの時間差光速で割るという作業を4つ以上衛星と行うことで位置情報把握します。

一般的に用いられている測位方法ですが、約10〜20m、場合によっては50mの測位誤差発生するなど、精度限界があります。


3.2 相対測位

2台以上の受信機で同時測定し、位置を特定する相対測位のイメージ図

位置座標がわかっている場所 (既知点) に1台、測定したい場 (未知点) にもう1台、計2台の受信機設置して位置特定する方法です。

具体的には、同じ衛星から発信される信号を2台の受信機同時受信し、その時間差測定することで位置情報把握します。単独測位よりも測位誤差が少なく、その差は約1〜5cmです。

また、相対測位基準局 (注)通信方式の違いによって「RTK (リアルタイムキネマティック) 測位」と「D-GNSS (ディファレンシャルGNSS) 測位」にさらに細分化されます。

  • 注) 位置座標がわかっている場所設置された受信機

4.GNSSの活用事例

最後に、実際にGNSSが活用されている事例をご紹介します。
これからGNSSの導入検討している方は、ぜひ参考にご覧ください。


4.1 個々の視界に合った観光自動音声ガイド

沖縄県西表島は、言わずと知れた人気観光地です。
しかし、新型コロナウイルス感染症影響によって対面型ガイドをともなう観光が難しくなりました。

そこで注目されたのが高精度GNSS測位技術です。GNSSによって得られる位置情報観光客の体の向きから、観光客が見ている景色に応じて自動的音声ガイド案内をする仕組みを取り入れました。
 

高精度GNSS音声ガイド|見ている方向を判別し、視線と音声ガイドの対象が一致する

位置情報利用した音声ガイド (非対面型音声ガイド) は以前から存在しましたが、従来非対面型音声ガイド観光客の体の向きまでは判別できず、「見ているものとは別のものに関する内容ガイドされる」という問題点を抱えていました。

高精度GNSS測位活用した非対面型音声ガイド観光客の体の向きから見ている景色判別できるため、観光客は歩きながら、見ているものの音声ガイドを正しく聞くことができるようになりました。

詳しくは以下をご覧ください。

  • ※ 外部サイトへ遷移します。

4.2 スマートフォン位置情報で交通事故防止


位置情報を基に死角に潜む危険を自動通知

安全性を高めるべく、常に機能システム見直されている自動車ですが、悲しい交通事故はいまだに多く発生しています。特に新型コロナウイルス感染症影響によりデリバリーサービス需要増加してからは、自動車同士事故だけではなく、自転車原動機付自転車との交通事故も増えています。

そのような交通事故件数を減らすために開発されたのが、スマートフォン位置情報を基に、公道において付近車両存在通知する機能です。同じ交差点自動車自転車原動機付自転車接近した際、運転手スマートフォン自動的通知が届き、安全運転支援します。

この位置情報計測に使われているのがGNSSで、精度の高い測位可能になることで交通事故防止に大きく貢献します。

詳しくは以下をご覧ください。

  • ※ 外部サイトへ遷移します。

4.3 乗客の乗降地点を把握するバスサービス

バスの乗車時にスマホをNFCプレートにタッチ→乗車記録と位置情報を取得→降車時にスマホをNFCプレートにタッチ→降車記録と位置情報を取得→乗車記録と位置情報から運賃を計算→運賃を引き落とし


距離区間制
採用するバスでは、料金システム現金および回数券からキャッシュレス変更するにあたって、さまざまな課題を抱えていました。その一つが乗客乗降地点把握です。

課題解決にあたって導入されたのが、GNSSを活用した高精度位置情報測位システムです。これによりバス利用者乗降記録位置情報から自動的運賃計算できるようになり、バス料金キャッシュレス化に大きく貢献しました。

詳しくは以下をご覧ください。

  • ※ 外部サイトへ遷移します。

5.まとめ

この記事ではGNSSについて、GPSとの違いや位置情報把握する仕組み、活用事例解説しました。

日本において「GPS」と呼ばれる機器には、GPSよりも高精度測位ができるGNSSが使用されている場合が多く、観光から土木建築など、さまざまな分野でGNSSが活用されています。GNSSの活用検討されている場合は、KDDIの「KDDI 高精度位置測位サービス(VRS-RTK)」がおすすめです。高精度測位のための補正情報配信するサービスで、基準点利用者距離が離れている場合でも安定した精度維持できます。

また、スマートフォンドローンといったデバイスとの連携にも対応しており、測量建機農機遠隔操縦自動制御などに活用できます。

詳しくは以下サービスページをご覧ください。



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