GPSの精度の仕組み

衛星、時計、そして三辺測量

GPSは約31基の衛星からなる衛星群で、上空およそ20,200 kmを周回しています（これに欧州のGalileo、ロシアのGLONASS、中国のBeiDouが加わり、最近のスマートフォンは4つすべてを使います）。各衛星は、搭載した原子時計からきわめて正確な時刻を発信しています。スマートフォンは各信号が届くまでにかかった時間を測り、それに光速を掛けて衛星までの距離を求めます。距離が1つ分かればあなたは球面上のどこか、2つで円周上、3つで2点まで絞られ、4つ目の衛星が最後の1点と受信機自身の時計の誤差の両方を確定します。「測位」に最低4基の衛星が必要なのはこのためで、屋内から出た直後の初回測位に最も時間がかかるのも、受信機が各衛星の軌道データをまだダウンロードしている最中だからです。

誤差はどこから来るのか

誤差の1メートルは、すべてナノ秒単位の時間の問題です。信号は電離層と対流圏を通るときに予測しきれない形で遅くなり（誤差2〜5 m）、衛星の時計と軌道もわずかにずれ（±2 m）、そして都市で最も影響が大きいのが、信号がガラスやコンクリートに反射してから届くことです。このマルチパスによって、スマートフォンは直接届いた電波ではなく反射波の時間を測ってしまいます。ビルの谷間で精度が30〜50 mまで落ちる一方、開けた野原では3 mになるのはそのためです。木々の枝葉、自分の体、さらにはスマートフォンを低い位置で持つことまでもが、同じ問題を小さな形で加えます。

高さも同じやり方で測りますが、誤差は水平方向のおよそ1.5〜3倍になります。衛星がすべてあなたの上空にあり、下から解を押さえるものが何もないからです。そのため標高ツールでは、GPSの値と並べて地形モデルによる値も表示しています。

精度円が本当に意味するもの

点のまわりの円は、境界線ではなく統計的な言明です。ふつうは、実際の位置がその中に入る確率が約68%になるように描かれます。20 mの円は、あなたが20 mずれているという意味ではありません。信号の品質と衛星の配置から受信機自身が見積もった誤差が20 mだ、という意味です。配置は信号の強さと同じくらい重要で、見えている衛星が空の一角に固まっていると（精度低下率が高い状態と呼ばれます）、わずかな時間の誤差が大きな位置の誤差に変わります。ほぼ平行な2本の直線が、交点をきれいに決められないのと同じです。

スマホはズルをする——いい意味で

スマートフォンの測位が純粋なGPSだけ、ということはめったにありません。アシストGPS（A-GPS）は衛星の軌道をネットワーク経由でダウンロードするので、受信機は時間のかかる空の探索を省けます。Wi-Fi測位は近くのアクセスポイントを、みんなで集めた地図と照合します（屋内で約15〜40 m）。携帯電話の基地局は、100 m〜3 kmという粗い推定を即座に返します。OSはこれらすべてを加速度センサーやコンパスと統合します。点がときどき新しい位置へぱっと飛ぶのはそのためで、統合の仕組みがどの情報源を信じるか考えを変えたのです。このサイトであなたの現在地を確認すると、ブラウザはOSが統合した結果をそのまま渡してきます。私たちはその報告された精度を正直に表示し、実際にはない精密さがあるふりはしません。

測位をもっと正確にするには

効果の大きい順に、実際にできることを挙げます。まず空が開けた場所に出ること（建物の壁面から少し離れるだけでも、ほかの何より効きます）。次に、最初の推定値をそのまま読まず、測位が落ち着くまで30〜60秒待つこと。それから、こっそり粗い情報源に切り替わるバッテリー節約の位置情報モードを切ること。そしてGPS速度計のように長く記録するときは、画面を点けたまま、スマートフォンを遮らないように持つこと——多くのスマートフォンはロック中にGPSの動作を抑えます。2台の端末で値が食い違うときは、精度円の小さいほうを信じてください。ただし、示された範囲内ではどちらも正しいことがあります。GPSのノイズに左右されずに地点を正確に伝えたいときは、GPS座標のページにある座標形式を使いましょう。Plus CodeやMGRSの参照はぶれません。