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ヤマレコ質問箱 カテゴリ:装備

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GPS軌跡のゆらぎの原因
質問2022年05月26日 11:56 (2022年05月29日 21:44更新)
先日、甲斐駒黒戸尾根にいった時、登山口から1時間ほどしてアンドロイドスマホのヤマレコアプリを見たら、酷く小刻みに揺らいでいるのに気が付きました。使用歴の長い山旅ロガーゴールドでは、極稀に極一部のポイントがとんでもないところに飛んでいたりとかはありました。最近使い始めたヤマレコアプリではそのようなこともなく順調に推移してました。

ゆらぎは登山口(770m)からコンターライン1050mあたりまでが酷く、そこでおこなったことが3つありました。軌跡のゆらぎと以下の3つは無関係かもしれませんが一応書きます。
1.このままゆらぎが続くのが嫌だったので、バックアップのため、山旅ロガーゴールドでもログを取り始めた。つまり2つのアプリで取り始めました。
2.コンパスアプリの精度が「中」だったのでカリブレーションを行い「高」にした。
3.バッテリー消費を抑えることもあり、機内モードにした。
そしてその後、ゆらぎはかなり低減し、解消していきました。

ちなみにスタート時のバッテリー残は95%。7時間後の当日のゴールでの残は70%以上でした。

復路の軌跡(往路と同じヤマレコアプリを使用)ではゆらぎの箇所はスムーズだったので地形の影響はない感じです。

日時等:5月18日6時〜7時。当日の天気は晴れで無風でした。ヤマレコアプリのログの精度は標準、スマホの省電力モードは使用してません。

実際のログのゆらぎの画像↓


このゆらぎはどのようなことが原因と考えれれるのでしょうか?
回答2022年05月29日 18:20 (2022年05月29日 21:44更新)
Androidは9.0の時代から、位置情報の精度という呼称に変更になって判りにくいですが、オンはGPS/Wi-Fi/モバイル ネットワーク/センサー(加速度計など)、オフはGPS /センサー(加速度計など)です(またオンは位置情報が収集されることに注意)。よって機内モードの代わりに、これをオフにする方法もあります。私はこれを使うようにしています。
またGPSに関して、https://www.ne.jp/asahi/nature/kuro/HGPS/principle_gps.htm
が詳しく、衛星の捕捉数、捕捉した衛星の位置により影響を受けそうなことがわかります。
歩き始めで衛星の捕捉が十分でなく誤差が多いようなときに、モバイル ネットワークの情報が用いられている可能性は十分ありそうですね。
お礼 
brockenさん、こんにちは。

地図ロイドのアイコンの件ではお世話になりました。お陰様で、取りこぼし無く順調に進んでます。今日も散歩がてらに東京里山を2座増やしてきました。レコは画像容量をすべて使い果たしたため(99.9MB)6月以降になります。

位置情報の精度、たしかにONになってます。明日、自宅周りでOFFにして、何が影響されるのか試してみます。各マップによる違いとか。
位置情報、20以上のアプリに権限を与えてますが、アプリ使用時だけに権限を与えるにしたほうがいいのかな。このへんも試してみます。

https://www.ne.jp/asahi/nature/kuro/HGPS/principle_gps.htm
アインシュタインの相対性理論まででてきて、やや取り付きにくいですが、わからないこともないです。

GPS誤差の原因が9つあり、9)衛星の配置・補足数不足。数十m→これが、一番誤差が大きな原因です。
と書かれてます。
★実は今日も登山口から15分位、大きなゆらぎが確認できました。
状況としては、バスを降りてすぐ、ヤアレコアプリをスタートさせました。
9)衛星の配置・補足数不足
が1番出やすい状況ですよね。
携帯は機内モードにしました。今回これが仇になったようです。ゴールの武蔵五日市駅まで携帯圏内だったようなので、その場合A-GPSを使うべきだった。すくなくとも充分な補足数になるまでは。
Differential GPSの補正も有効であろう地形だったので、やはりスタート10分前くらいにはアプリの登山開始するべきだったかなと思います。

準天頂衛星「みちびき」について、まで読みすすめました。
以降は、後日読んでみようと思います。

回答有り難うございました。
回答2022年05月27日 18:33 (2022年05月27日 19:45更新)
mtkenさん、こんにちは。

私も同様の現象に悩まされたことがあり、少し調べてみたのですが、詳しいことはわかりませんでした。ただ、経験的には、機内モードにするのが対策としてはよさそうです。

スマホが位置特定する際に、GPSの情報だけを使うと時間がかかりすぎるため、携帯電話のネットワークにもアクセスして補助的な情報を使って高速化しています(A-GPS)。
これが結果的にゆらぎに繋がっていると想像しています。

具体的な方法は機種ごとに違うようですが、例えば、携帯電話の基地局の位置情報を補助的に使うこともあるようです。この基地局からの電波の強さは基本的には距離が離れれば弱くなるのですが、複雑な地形等が原因となって、実際には距離が離れている基地局からの電波を偶然強く受信する、といった現象が起こります(逆も起こります)。つまり、実際にはある基地局が遠くにあるのに、その基地局の近くにいると勘違いする、イメージです。
こうした現象が位置情報のゆらぎに繋がっていると想像しています。

機内モードにすると携帯電話の基地局からの電波を受信しなくなるので、以上のような原因によるゆらぎは起こらなくなるのだと思います。
想像による部分が多いですが…
お礼 
forester_555さん、こんにちは。

直感的に私もそう思いました!登山中も下山後の今も、そのへんが原因かなと思ってます。ただ想像でしかないんですよね。

A-GPSについても、おっしゃる通り良く経験します。なのでスタート地点が携帯圏内(楽天)の場合は(今回の尾白川渓谷駐車場は携帯圏内)機内モードにしないで、スタートはよくあることでした。その後、バッテリーセーブしたい時は機内モードみたいな感じ。

登山口から1時間ほど歩き、ヤマレコアプリを見たら、山間の谷筋ではないのにえらく揺らいでいたのでまず、コンパスアプリの精度を見て「中」だったのでカリブレーションを行いましたが、「低」の時でも軌跡のゆらぎと関係ないことは経験上体験してました。

機内モードにしたのは、バッテリーセーブの意味もあるけど、もしかしたらこれが影響してるかもと、薄っすらと感じてたからです。結果見事に、機内モードにした途端、軌跡のゆらぎはなくなりました。

おっしゃる通り、想像の域をでませんが、今回のゆらぎはそれが原因のように思います。

回答有り難うございました。
回答2022年05月27日 13:58 (2022年05月27日 19:23更新)
基本的には4個の衛星からの時間情報で位置を求めるそうです。3個の衛星情報だけでも誤差が大きいもののある程度は求められるそうです。
約30個のアメリカ合衆国の軍事用GPS衛星のうち当然ですが4個の衛星が日本の上空にいるとは限りません。また、受信機で受信できる衛星の個数は異なります。衛星が見えていても受信機側のアンテナの向きや木の影響で受信強度が十分でないことも在るようです。ロガーで受信状況を表示できると思うので、確認してみるのが良いです。
日本独自のみちびき4機が動作しています。残念ながら常に4機が見えるのは沖縄だけだそうです。私のロガーはみちびき未対応です。
お礼 
Kijo-Ashさん、こんにちは。

回答をいただき、少し調べてみました。
GPSとは、アメリカによって運用されているグローバルの衛星測位システムで、衛星測位システム全体を総称して、GNSS(Global Navigation Satellite System)と呼んでいます。最初に運営されたGNSSであることから、衛星位置測位の代名詞として「GPS」が使われることがおいようです。

衛星の時刻は原子時計で正確に求めていますが、受信機の時刻は簡単に数msの誤差が発生してしまいます。この誤差を補正するため、GNSSでは通常 4つ以上の衛星を必要とします。

みちびきは、日本の国産の測位衛星です。2010年9月に初号機が打ち上げられ、現在4機運用されています。みちびきには、これに加えて「測位補強サービス」信号も含まれており、「誤差 1m以下」「誤差 1cm 以下」の測定をサポートすることが出来ます。

以上から、私の端末は(殆どのスマホはそのように感じます)GPS互換の信号を受信できるという意味であり、「測位補強サービス」信号を受信できるようにはなってないようです。「測位補強サービス」が利用できるのはIT農業や測量など、特別な機器だけみたいです。

カシミール3Dでファイルを開いてみましたが、私には原因の特定はできませんでした。

回答有り難うございました。
回答2022年05月27日 11:34 (2022年05月27日 23:29更新)
GPSは衛星から送られてくる信号には時間データや衛星の軌道情報等が入っており、そのデータから受信機の位置を求めています。

ここで問題になるのは時間データで、信号のデータは変わらなくても電波が伝わって来る経路によっては電波の到達する時間が長くなるので計算距離に誤差を生じ位置がずれます。これがGPSの誤差の原因です。

電波の伝わる経路(時間)が変わる要因としては、電離層の揺らぎ、対流圏での水蒸気による電波の屈折、山や建物での反射によるマルチパスがあり、特に山間の谷筋ではマルチパスの影響が大きいので誤差も大きくなります。

同じ環境に置かれた複数の端末で誤差が異なるのは次のような原因が考えられます。
・受信感度やアンテナの方向性の違いによってマルチパスで伝わってくる補足が異なる。
・位置計算のアルゴリズムが違う(計算プログラムの丸め誤差や受信信号の平均化の有無等も含めて)

あと、GPSの衛星データがメンテナンスや米国の戦略上の都合で変化することもあり、それに対応できるプログラムになっているか、などと言うのもあるかも知れませんね。


【追記】
forester_555さんが書かれている「機内モードにする」これは有効だと思います。
スマホは通話やデータ通信をしていなくても、定期的に基地局との間でデータのやり取りをしていますが、その電波はGPS受信ユニットにとっては雑音なわけでGPS衛星からの信号受信に影響する可能性はあるでしょうね。
だから機内モードにして基地局への電波を止めれば、GPSデータのゆらぎも少なくなるのは理に適っていると思います。
お礼 
guchi999こんばんは。

>計算距離に誤差を生じ位置がずれます。これがGPSの誤差の原因です。
なるほど山間の谷筋での誤差は時折経験します。沢登り時に以前のスマホでは小尾根一つずれてたときがありましたが、マルチパスの影響だっんですね。

端末の誤差は位置計算のアルゴリズムのよるところもあるんですね。今使用しているスマホは、それ以前にくらべ明らかに精度がいいです。

原因の特定までは至りませんが、大変勉強になりました!

回答有り難うございました。
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