トンネルでGPSはどうなる？位置情報取得の仕組みやずれにくいカーナビについて

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車のカーナビやスマートフォンなどにはほとんど搭載されているGPS機能。位置情報を取得して、現在の位置や行き先までのルートを検索したり、ルート案内をしたりするために必要な技術です。しかし、トンネルや地下などでは、電波が受信できずGPSが機能しなかったり、位置ずれが起こり誤差が出てしまうことがあります。カーナビを販売しているメーカーは、GPS受信精度を高くして、位置ずれをしにくいカーナビの開発などに力を入れています。

そこで今回は、GPSの仕組みや位置を特定できる理由、トンネル内で不安定になる理由やトンネル内でも正常に作動している理由などについて解説します。併せて、トンネル内でもGPSがずれにくいおすすめのカーナビについて紹介しますので、ぜひ参考にしてみてください。

 

GPSの仕組み

GPSとは、「Global Positioning System(グローバルポジショニングシステム)」の頭文字をとったもので、専用の人工衛星(GPS衛生)から発信された電波信号をもとに、カーナビやスマホの受信機で受信して、現在の位置を特定するシステムです。

高度約2万kmで地球の周りを回る24個の人工衛星を使用し、誤差数m～数十mで位置を測定しています。現在地と複数の衛星との距離をそれぞれの電波を使って測定することで、位置を特定するのが基本的な原理となっています。

GPSが有利な状況

GPSの信号が正確に送受信できる条件は、天気が良く空が開けている状態で、360°、斜め45°の周囲に何も障害物が無い状態です。障害物の無い状態であれば、電波を遮断したり反射する要素がないため正確な情報を送受信することができます。
また、GPSは、世界中どこでも利用できるため、航空機や船舶、自動車などの移動手段において、位置情報を正確に把握することができます。

GPSが不利な状況

GPSの信号が不利な状況は、建物内や山、トンネル、橋の下、地下など、空が開けていない場所や、周囲に壁があり電波干渉が起こる場所などです。また、天候によっても電波の送受信は影響を受けます。例えば、雨や雪が降ると、電波が雲に反射されてしまったり、雨滴や雪片によって信号が散乱するため、正確な位置情報を把握することができないことがあります。

カーナビはGPSでどうやって位置を特定するの？

カーナビは、GPS衛星から自車までの距離を電波の時間差を利用した「三角測量法」を応用したものを利用し特定しています。GPSは、地球上を周回する人工衛星から送られる「衛星の位置（軌道）情報」、「その位置情報を含む電波を発した時刻（受信までにかかった時間）」の2つを使って計算し現在位置を特定します。1度に4つ以上の人工衛星から電波を受信することで、より精度の高い現在位置（緯度、経度）を割り出します。

日本では通常のGPS用衛星だけでなく、さらに独自の人工衛星「みちびき」を使用することで、日本中をカバーすることができ良好な位置で電波の送受信ができます。また、GPS衛星だけでは不足する情報を「準天頂衛星システム（QZSS）」で補い、精度を高めています。

トンネル内でGPSが不安定になる理由とは

トンネル内部では、構造物が衛星からの電波を遮断したり反射してしまうため、適切な位置情報を受信することができなくなります。そのため、トンネル内部に入ると、GPS情報が不安定になり、自車位置がずれてしまったりカーナビのルートから外れてしまったりする現象が起こるのです。

仮に受信できたとしても、途切れ途切れになってしまったり、正確な位置を割り出すことができないといったことに繋がります。そのような事象を防ぐために、トンネル内などの電波の届かない場所では、さまざまな情報を駆使して現在位置を割り出しているのです。

トンネル内でもGPSが正常に作動しているように見える理由

トンネル内でもGPSが正常に作動しているように見えるのは、最後に受信したGPS信号と車両の速度や方向、加速度センサーを元に微調整したり、その他のセンサーなどあらゆる位置情報を利用して計算しているためです。これにより、一時的にGPS信号が途絶えたりするトンネル内部などでも、カーナビはユーザーに対して継続的なナビゲーション情報を提供できるようになっています。

また、GPS信号が届かなくても、カーナビはGPSだけでなく、ジャイロセンサーや加速度センサーなどの各種センサーからの情報と合わせて演算処理することにより、高い精度で測位できる技術のデッドレコニング (Dead Reckoning /自律航法)を利用しています。この技術もまた、トンネル無いでもGPSが正常に作動しているように見える理由の一つです。

トンネル内でもGPS位置情報がずれにくいカーナビのおすすめ

カーナビにとってGPSの位置情報は、重要不可欠なデータです。少しでも位置情報のずれが少ないカーナビを選ぶのが、より正確な位置を表示するために重要です。
ここでは、トンネル内でもGPS位置情報がずれにくいカーナビを紹介しますので、カーナビ選びの参考にしてください。

アルパイン　BIG　X

アルパインのBIGXは、車種専用設計で画面が大きく、音質も良いことから人気のあるカーナビの1つです。アルパインのGPSは高性能で、捕捉衛星数が多いほど受信状況がよくなり、安定して測位を行えます。本体にGPSと車速信号を入力、合わせて3Dジャイロを搭載することによって高精度な自車位置を表示することができます。そのため、トンネルなどの電波の届きにくい場所でも、しっかりと自車位置を表示できます。

また、GPSだけでなく、日本の準天頂衛星「みちびき」やロシアのGNSS用衛星「グロナス」にも対応しているものがおすすめです。アルプスアルパイン株式会社は、BluetoothR Low Energyチップを使用した高精度位置測位システムの評価キットを提供しています。

大きな画面で音質も良く、自車位置ずれが少ないカーナビを探している方におすすめです。

パナソニック　ストラーダ　CN-F1X10BGD

パナソニックのストラーダは、モデル販売から20周年となるロングセラー商品で、そうさがしやすいモデルが多いのが特徴です。このモデルは、有機ELディスプレイを使用しており、鮮やかでなめらかな表示画面となっています。

ストラーダは、位置情報の正確さに磨きをかけており、「ストラーダロケーションシステム」という独自の機能に学習機能が搭載されることで、駐車場などのよく行く場所についてはかなり正確に表示されます。また、自車位置の測位感覚を1秒缶に4回から10回に増やしたことで、高速走行時にもなめらかな表示ができます。ストラーダが長年に亘って注力してきた「立体ジャイロ性能」が向上しており、電波の届きにくい場所でも自車位置をしっかり表示してくれます。

ケンウッド　彩速ナビ　MDV-M910HDL

彩速ナビは、鮮やかな映像と、フリックやタッチなどの基本操作が直感的に操作でき、作動が早いのが特徴です。このモデルは、通常のGPSに加えて、準天頂衛星のみちびきに対応しています。そのため、これまでのナビでは衛星を捕捉しにくかったビル街などでも安定して衛星を捕捉でき、自車位置の精度が向上しています。

傾いた路面でも高精度で測位し正しい自車位置を維持する「6軸慣性センサー」や「高精度測位　環境補正プログラム」、独自のアルゴリズムで車の傾斜をより正確に検知し自車位置測位精度が向上する「高測3Dジャイロ」などを駆使することで、トンネルや山岳路などでも正確な位置情報を表示することができます。

カロッツェリア サイバーナビ AVIC-CQ912II-DC

このナビの特徴は、最先端のAV・通信・描画等の機能が搭載されていることです。また、ドコモの専用WiFiアクセスポイントを使用してカーナビ自体が高速インターネット通信を使用できます。そのため、カーナビでインターネットサービスの動画を視聴することもできます。

このサイバーナビは、GPS電波から得られるGPS速度と車両信号から得られるセンサー速度の差を監視し、自車位置精度の劣化原因となる測位誤差を検出して除去することができます。「傾斜旋回補正アルゴリズム」、「マルチフィールドマップマッチング」、「リアルハイブリッドマルチパス」、「クリスタル3Dハイブリッドセンサー」などパイオニアのさまざまなセンサーや技術を活用することで、正確に自車位置を特定することができます。

そのため、トンネル内や立体駐車場などの電波の届きにくい場所でも、正確にGPS電波の情報を受信することができます。

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まとめ

車を運転する方でカーナビでルート案内を設定する方は多いでしょう。その時、正しい道案内や自社位置を表示させるためにもGPS機能は必要不可欠な技術です。現在では、各メーカーでさまざまな工夫が施され、単にGPSの電波だけで自車位置を表示するのではなく、センサーや独自開発した機能やプログラム等を用いて可能な限り正確な位置情報を表示できるようにしています。

そのため、トンネル内や地下駐車場、立体駐車場やビル街などの電波の届かない又は届きにくい場所でも自車位置ずれがおきにくいのです。

今回紹介したカーナビは、各メーカーで取り入れているセンサーや補正技術、機能などに違いはありますが、どれも最先端技術を投入しているため自車位置ずれがおきにくいでしょう。

自分の考えに合うカーナビを探して、快適なカーライフを過ごしましょう。