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GPS測量の特徴や誤差★GNSS測量とのちがいも解説

GPS測量(特徴&誤差)

 

GPS測量とは、人工衛星の電波を受信して、緯度・経度を測定する測量法です。

高度約20,000㎞の6軌道面上を周回する24個の衛星から発せられる軌道情報を受診解析することにより、相対的な位置関係を知ることができる汎用地球測位システムを利用しています。

今回はこの【GPS測量】について、特徴や誤差、GNSS測量とのちがいをさらにくわしく解説します。

それではさっそく参りましょう、ラインナップはこちらです。

 

GPS測量の特徴(メリット&デメリット)

GPS測量の図解

GPS測量の特徴はこちらです。

メリット デメリット
3次元測位が可能

全地球的範囲で24時間の測位が可能

高精度の測量ができる

観測点間の視通は不要

天候の影響を受けにくい

同時に4個以上のGPS衛生に対する上空視界が必要

地下や樹木などの障害物の下では測量できない

また、高さは

  • ジオイド(平均海面を仮想的に陸地へ延長した面)からの高さ
  • GPS衛生の位置

ベクトル成分は地球重心を原点として

  • WGS-84系
  • WGS- 84楕円体

によって計算しています。

WGS-84とは、アメリカで構築・維持されている世界測地系のこと。(WGS84楕円体を地球の形として採用)

日本測地系2011とWGS84の値には現在ほとんど誤差がないため、この2つはほぼ同じと考えてよいそうです。

 

GPS測量の誤差

GPS測量の誤差はおよそ3cmが目安。

そのためミリ単位での高精度の測量が必要なければ、GPS測量で作業を済ませられる場合が多いです。

いっぽう誤差の原因は以下のとおりです。

GPS測量の誤差

  1. 衛生位置の誤差
  2. 衛星時計の誤差
  3. 伝搬遅延による誤差
  4. 受信機の誤差
  5. 測定による誤差

 

衛生位置の誤差

衛生位置については、世界の 5 ヶ所に配置された地上の監視局でモニタすることにより修正されています。

ですが更新までの間に、太陽や月の引力、太陽光のふく射圧等の外乱によりドリフトし、誤差を生じることがあります。

 

衛星時計の誤差

衛星時計の誤差には

  1. 原子時計のドリフトによる誤差
  2. 意図的な精度劣化操作 SA(Selective Availability)による誤差

の2つがあります。

1つ目の原子時計のドリフトによる誤差は、 5 ヶ所の監視局でモニタして、時計の補正量を航法データとして衛星からコード信号に載せて送信していますが、それによる補正の残差が原因です。

2つ目の意図的な制度劣化操作(SA)は、GPS を民間用途に開放するにあたり、その測位精度を意図的に落とす措置が加えられました。

このSA操作で民間用 GPS 受信機の測位精度は100m程度に抑えられていたことにより、誤差が生じると考えられています。

 

伝搬遅延による誤差

伝播遅延による誤差は以下のものが考えられます。

伝播遅延による誤差

  1. 電離層の影響(電子密度は昼前後が極大で、深夜が極小、夏至に高く冬至に低い)
  2. 水蒸気の影響(夏と冬、昼と夜で水蒸気量が周期的に変化)
  3. 気圧の影響(気圧変化 5mb で伝搬遅延 1cm)
  4. 衛星配置(低角度の場合)

気温や気圧など、周囲の環境によって誤差が生じる場合があります。

 

受信機の誤差

受信機による誤差の種類はこんな感じです。

受信機の誤差

  1. 樹木や障害物
  2. 基線長が長くなる
  3. 多重反射(マルチパス)
  4. 超高圧送電線や雷
  5. アンテナケーブルのくびれやくぼみ
  6. ケーブルとコネクターの接続不良

きほん、上空に障害物があるとGPS測量はできませんので注意してください。

 

測定による誤差

GPS測量は複数の作業員を必要とせずひとりでも作業可能で、さらに短い時間で測量を完了できます。

ですが測定には、少なからず人の手が加わるため、ヒューマンエラー(誤差)が起こることは否めません。

 

 

GPS測量とGNSS測量のちがい

gps測量

ちがいは以下のとおりです。

GPS測量 GNSS測量
アメリカ合衆国が開発した測位システム

(GNSSに含まれる)

Global Navigation Satellite System(全球測位衛星システム)の略

衛星を使用した測位システムの総称

人工衛星によって地上の現在位置含まれる【衛星測位システム】をGNSSと呼びます。

その中で、地球すべてを測位可能なものをGNSS(GはGlobal)、特定地域が測位可能なものをRNSS(RはRegional)と分類します。

いっぽうGPSとは、アメリカ合衆国が開発した測位システムであり、GNSSに含まれます。

現在のGNSS測量では、GPSを含む複数のGNSSを併用して利用できるようになったため、より効率的で精度の高い測量が可能になりました。

 

まとめ

GPS測量とは、人工衛星の電波を受信して、緯度・経度を測定する測量法

高度約20,000㎞の6軌道面上を周回する24個の衛星から発せられる軌道情報を受診解析することにより、相対的な位置関係を知ることができる汎用地球測位システムを利用している

GPS測量の特徴

メリット デメリット
3次元測位が可能

全地球的範囲で24時間の測位が可能

高精度の測量ができる

観測点間の視通は不要

天候の影響を受けにくい

同時に4個以上のGPS衛生に対する上空視界が必要

地下や樹木などの障害物の下では測量できない

GPS測量の誤差

種類 原因
衛生位置の誤差 太陽や月の引力

太陽光のふく射圧等の外乱

衛星時計の誤差 原子時計のドリフトによる誤差

意図的な精度劣化操作 SA(Selective Availability)による誤差

伝搬遅延による誤差 電離層の影響(電子密度は昼前後が極大で、深夜が極小、夏至に高く冬至に低い)

水蒸気の影響(夏と冬、昼と夜で水蒸気量が周期的に変化)

気圧の影響(気圧変化 5mb で伝搬遅延 1cm)

衛星配置(低角度の場合)

受信機の誤差 樹木や障害物

基線長が長くなる

多重反射(マルチパス)

超高圧送電線や雷

アンテナケーブルのくびれやくぼみ

ケーブルとコネクターの接続不良

測定による誤差 ヒューマンエラー

GPS測量とGNSS測量とのちがい

  • GNSS測量は衛星を使用した測位システムの総称
  • GPS測量はアメリカが開発した測位システムで、GNSS測量のひとつ
GPS測量 GNSS測量
アメリカ合衆国が開発した測位システム

(GNSSに含まれる)

Global Navigation Satellite System(全球測位衛星システム)の略

衛星を使用した測位システムの総称

 

以上です。

また、そのほかの測量関連は以下の記事をご覧ください。

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ありがとうございました。

 

この記事を書いた人

名前:ちゃんさと 女性/既婚 1992年生まれ
  • 元公務員(土木)の主婦ブロガー💻
  • 国立大学★土木工学科卒業(学士)
  • 大学卒業後、某県庁の地方公務員(土木)に合格!7年間はたらいた経験をもつ
  • 現場監督・施工管理の経験あり
  • 1級土木施工管理技士の資格もち
  • 今はブログで土木、土木施工管理技士の勉強方法や公務員のあれこれ、仕事をメインにさまざまな情報を発信中!

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