■塩田紳二のPDAレポート■ モバイルでGPSデバイスを使う

　最近、Windows Mobileなどを使うモバイルデバイスにGPSが搭載される例が増えてきた。今回は、このGPSについて話をすることにしよう。

●簡単にGPSの原理など

　ご存じの方もいらっしゃるとは思うが、まずは簡単にGPSについて解説しておこう。GPSは、米軍が打ち上げた衛星を使い、緯度経度を測定するシステムである。GPS衛星には、正確な原子時計が搭載されていて、現在時刻を常に送信し続けている。これを地上で受信すると、実際の時刻と、受信した内容が示す時刻との時差を使って、衛星までの距離がわかる。

　実際には基準となる時間も他のGPS衛星から得るので、もう少し複雑な計算をするが、原理的には時差で衛星までの距離が計算できる。衛星は、一定の軌道を描いて地球上を回っているので、現在の衛星の位置は計算で求めることができる。その衛星までの距離xが分かったとすると、自分の現在位置は、衛星を頂点とし、側面の長さがxとなる円錐の底の縁のどこかになる。これは、地上では円周上の一点であり、複数の衛星について、この円を描けば、その交点の座標(緯度経度)を求めることができるわけだ(図1)。

【図1】衛星からの距離が分かれば、衛星の位置を元に地球上に円を描くことができる。この円周上のどこかに現在位置がある。複数の衛星からの信号を受信し、それぞれから円を描けばその交点が現在位置となる

　このためには、複数の衛星が同時に受信できる必要があり、かつ、信号をきちんと復号できなければならない。GPS衛星からの電波は、CDMA方式になっており、すべて同じ周波数で、拡散コードだけが違うものになっている(拡散コード自体が衛星の番号を示している)。このとき、単に電波が届くだけではダメで、拡散コードを見つけ、その先頭を探す同期処理が必要になる。なので、電波を受信してから、実際に位置測定が可能になるまで少し時間がかかる。時間がかかるのは、現在位置がわからないと受信可能な衛星を見つけるところから始めなければならず、さらに拡散コードや同期のタイミングについてなんの情報もないからである(こういう場合をコールドスタートという)。

　しかし、一度同期し現在位置を測定したあと、短い時間なら電波が途絶えても再同期するのに時間はあまりかからない。これをウォームスタートという。この場合、電波が途絶えるのは短い時間なので、衛星からの距離に比べれば移動距離もわずかで前回と同じ衛星が受信でき、同期のタイミングも直前の状態と同じである可能性が高い。なのでいくつかの仮定のもとで処理が行なえるため、同期までの時間を短縮できるのである。

　ただし、都市部などではビルなどの影に入るため、受信状態はよくない。都市以外でも森の中など木が生い茂っていて上空を隠すようなところでも受信状態は悪くなる。

　受信状態が悪いと、測定誤差が大きくなってしまい、実際の位置と測定結果のズレが大きくなる。状況が良いときで数m程度、悪いと数十m程度の誤差が出る。また、GPSは、もともと車輌などのある程度の速度で移動するものを前提に作られているため、徒歩などでは誤差が大きくなる。また、車と違って、人間はビルに近い歩道を歩かねばならないため、カーナビのように正確な位置測定ができない。なお、カーナビなどでは、地図を使って、測定した位置を補正している(これをマップマッチングという)ので、かなり正確に位置が表示されるが、持ち歩き可能なGPSデバイスやPC用のソフトウェアなどでは、マップマッチングを行なっていないため、カーナビのように表示できない。地図で見るとビルの中にいるような結果になっていることも少なくない。

●GPS応用デバイス

　GPSを応用したデバイスの用途には、大きく「ナビゲーション」と「トラッキング」がある。ナビゲーションとは、カーナビのように地図を使って、目的地までの移動を補助することだ。GPSを使えば、現在位置がわかり、目的地とそこまでの経路が分かっていれば、どのように移動すれば良いのかを指示できるようになる。

　GPSでは、現在位置しかわからないが、継続して現在位置を測定していけば、移動した距離とそれにかかった時間から速度を求めることができる。また、位置を継続して記録すれば、移動の方向も推定することができる。

　もう1つのトラッキングは、移動の経過を記録することだ。これを使うことで、何時何分何秒にどこそこにいたという記録が残る。また、この記録があれば、あとから過去の時点の速度や移動方向も推定できる。

　ナビゲーション機器は、移動を補助することを前提とし、トラッキング機器は、移動の経路を記録することが主目的となる。

　GPSを使ったデバイスには、このどちらか(あるいは両方)の機能がある。しかし、それぞれで求められる機能が違う。たとえば、ナビゲーションのためには地図が必要だが、トラッキングでは、地図は必ずしも必要ない。ナビゲーションでは、地図表示や経路の探索などの計算パワーが必要となる。原理的に、ナビゲーションには、比較的高いCPUパワーやメモリ、外部記憶といった要素が必要となるが、トラッキングであれば、こうしたものは不要である。逆にトラッキングでは、日時と緯度経度などを記録するための記憶領域が必要で、こうした記録をあとから利用することを考えると、PCなどと接続できる必要がある。

　カーナビなら用途は分かりやすいが、トラッキングには何か使い道があるのだろうか? トラッキングの用途として分かりやすいものは、デジカメ写真の撮影場所の推定である。GPSによるトラッキングでは、位置と時間が記録され、これをEXIFデータ中の撮影時間とつきあわせることで、写真撮影の場所を推定できる。そのほか、Google Earthなどの地図ソフトで、自分の移動した軌跡を表示させることで、登山や旅行などのイベントをあとから、振り返ることもできる。

●PDAとGPS

　最近のPDAやスマートフォンでは、GPSを搭載したものが増えてきた。1つには、カーナビゲーション用などとしてPND(Personal Navigation Device)がEU圏を中心に普及しはじめており、そのベースとしてWindows Mobileなどが使われることが多くなっているからだ。そのほか、PNDには、Linuxなども使われることがある。日本では、カーナビというと、ダッシュボードへの組み込み型が多いが、どうも海外では盗難などを考慮して取り外し可能なものが好まれているようだ。今年(2007年)9月にドイツに取材にいったおりには、市内でPNDを持ち歩いている人も見かけた。PNDには、バッテリで動作し、地図だけでなく、建物や店舗、交通機関などのPOI(Point of Interest)情報を表示可能なものがあり、地図代わりに使っているようである。

　PDAやPCなら、あとから地図ソフトとGPSデバイスを組み合わせてPNDや電子地図のように仕立てることも可能だ。米国やEU圏で発売されているPC用の地図ソフトには、Windows Mobileで利用可能な地図を出力できるものが少なくない。日本国内なら、アルプス社がPDA用のソフトウェア「プロアトラスLite PDA」を同社の地図ソフトユーザー向けに配布している。

　筆者は、海外で地図ソフトを使うことが多い。日本だと、住所でだいたいの場所は見当が付くが、海外だとまったくわからない。こういうときに住所で検索ができるソフトは便利だ。ソフトとしては、Microsoftの「Streets&Trips」を使っている。これには、Windows Mobile用のアプリケーションが付属し、PC側から地図データや地図上のマークを転送できる。また、PC、PDAのどちらのソフトもGPSデバイスと組み合わせて現在位置などを表示させることが可能だ。地図を見るならGoogle Mapなどのオンライン地図サービスでもいいのだが、外出中だと携帯電話での通信が必要でランニングコスト的にはちょっと厳しい。その点、地図データを持つPC用のソフトウェアはオフラインでも利用可能だ。

　Street&TripsとGPS受信機を組み合わせてカーナビとして使うこともできる。これだと、あらかじめ、ルートや目的地にマークを付けておくことが可能だ。アメリカでレンタカーを使うときに、カーナビも借りることはできるが、それだと、事前に準備することはできないし、操作をいちいち覚えるのも面倒だ。

　PCでGPSを使う場合には、USBやBluetoothなどで接続するGPS受信機を利用する。接続の簡便さからいうとBluetoothのものが便利だ。Bluetoothだと、PC以外にPDAや携帯電話と組み合わせることも可能なので、接続相手はUSBよりも多い。

DeLORMEのBT-20 GPS受信機。BluetoothまたはUSBで接続が可能。バッテリを内蔵し8時間の動作が可能

　筆者が使っているのは、DeLORMEの「BT-20」というもので、小型で充電式バッテリを内蔵、USB接続でも利用できるというものだ(海外製品であり、国内での利用はできない点に注意されたい)。Bluetoothなので、本体側が対応していれば、どんな機種とも組み合わせることができる。前回紹介したN800にも「Maemo MAP」という地図/ナビゲーションソフトがあり、これと組み合わせてカーナビ的に利用することもできる。

　現状多くのBluetooth GPS受信機は、RS-232C接続を無線化するシリアルプロファイルを使い、位置情報などのデータフォーマットにNMEA形式を使う。NMEAとは、National Marine Electronics Associationが策定したGPSのインターフェイス仕様NMEA-0183のことで、テキスト形式で現在位置などを出力する。このフォーマットには、GPSが使える大半の地図ソフトが対応している。

　そのほか、ナビゲーションなどが可能でGPSを接続できるソフトはいくつかある。Nokiaは、携帯電話用の地図ソフト「smart2go」を配布している。これは地図を表示する基本部分は無料だが、ナビゲーション機能やガイド機能は有料というもの。以前紹介したNokiaのE61などで利用でき、BluetoothのGPS受信機に対応している。ガイドやナビゲーションは、日本国内に対応していないが、ソフトウェア自体は、日本語対応が可能で、日本国内の地図も表示できる。

　そのほか、モバイルGoogleマップや以前紹介したMicrosoftの「Live Search for Mobile」などが、PDA上でGPSを使った地図表示などを行なえる。

Maemo MapはGoogle Mapなどいくつかの地図サーバーに対応している。ルート検索によるナビゲーションができる	Nokiaが配布している「smart2go」をE61で動かしたところ。日本の地図を表示可能で、メニューなども日本語対応している

Windows Mobile用のモバイルGoogleマップ。現バージョンには、ナビゲーション機能はないが、国内の地図表示や日本語による地図検索は行なえる	Live Search for Mobileは日本向けではないが、地図表示やルート検索は可能。国内の地図表示や日本語による地図検索ができる。以前紹介したときより少しバージョンが上がって、日本語でも検索などが可能になっている

　ただ、PCやPDAは、トラッキングという点ではあまり向いていない。まず、動作時間の問題がある。たとえば、半日以上歩き回るハイキングや登山だと、だいたい電池が持たないし、軽くなったとはいえノートPCはまだまだ重い。なので、トラッキング用途ならば、専用のデバイスを使ったほうがいい。また、登山やハイキングだと、だいたいの方向とルートが分かればよく、カーナビのような詳細なナビゲーションは不要である。また、大半のソフトウェアは、ナビゲーションが重視されていて、時刻と位置を連続して記録する機能を持っているものは少ない。

●トラッキング用GPSデバイス

GarminのeTrexは、トラッキング機能を中心にしたデバイスで、位置と時刻を記録していくことができる

　それで、普段の持ち歩きには、トラッキング用デバイスであるGarminのeTrexを主に使っている。これは、小さな液晶のついたGPSデバイスで、トラックと呼ばれる軌跡の記録と、WayPointと呼ばれる場所の登録機能がある。WayPointは、目的地や通過地点として使い、現在位置をWayPointとして記録する機能がある。トラックは、位置と時間を一定間隔(距離や時間)で記録していくものだ。そのほか、トリップメータ機能があり、経過時間や移動距離、最高速度などを表示できる。

　不思議なことにこれを持ち歩き始めたら、トラックを記録しながら、あちこちにいって、WayPointを登録したくなった。たとえば、アメリカへいって、ハンバーガーを食べたら、店の名前でWayPointを登録するといった感じである。あとで、トラックとWayPointを同時に地図に表示させると、たとえ地図上にはなんの情報がなくとも、どこへ行ったのかを思い出すことができる。このeTrexには地図を表示する機能はないが、ある程度WayPointを登録すると、それからだいたいの位置関係がわかるようになる。なお、eTrex自体は、山歩き用などの簡単なナビゲーション機能はある。これは、指定した目的地と現在の位置との関係を示してくれるものだ。地図がないのでルートを探索することはできないが、移動している方向が目的地へ向かっているのかそうでないのかぐらいは判断できる。

　現在使っているeTrexは、単3電池2本で約22時間。電池に三洋の「エネループ」を使うと少し時間が短くなるが、日帰りの外出なら電源を入れっぱなしにしておいても大丈夫だ。

　ただ、GPSはもともと車輌での利用を想定しており、徒歩程度だと誤差が大きくなったり、街中では、ビルの影になるなどしてあまり受信状態はよくない。それでショルダーバックの肩紐に携帯電話用のケースを付けて肩の上にデバイスが来るようにして持ち歩いている。デジカメの撮影場所の記録なら、撮影場所で電波が受信できていなくとも、前後で場所がわかれば、間を補完して推測することは可能だ。

　このeTrexは、シリアルインターフェイスを持っており、トラックやWayPointデータをPCで読み出すことができる。世の中には、GPSを趣味とする人は結構いて、いろいろなソフトが作られている。筆者の場合、「GPSBabel」というソフトでデータをダウンロードして保存している。なぜこれを使うのかというと、引数ですべてのオプションが指定できるのでスクリプトやバッチで簡単に作業が行なえるからだ。Google Earthでは、有償のPlusサービスに加入するとGPSデバイスから直接Google Earthへのデータ読み込みが可能になるようだが、このソフトを使ってGPSからデータを読み出し、Google Earth上に移動の軌跡(トラック)を表示できる。実際、Google EarthもGPSBabelを使っている(インストールディレクトリにGPSBableの実行ファイルがある)。

　GPSBabelは、Garminの通信プロトコルに直接対応しているので、これを使ってデータをダウンロードできる。さまざまなファイルフォーマットの入出力をサポートしているが、筆者はGPX形式で保存している。GPXは、XMLを使ったフォーマットなので、あとで処理がしやすいからである。Google Earthは、このGPX形式を直接読めるため、ファイルをGoogle Earthへドラッグ&ドロップすればよい。

　デジカメ写真を地図上に表示させたい場合、いくつかの方法がある。3D地図ナビゲータの「カシミール3D」がこの機能を持っているし、Google Earthを使いたいなら、「GMM2」というソフトを使えば、表示用のKLZファイル(Google Earth KLMファイルのZIP圧縮形式)を生成できる。このソフトは、GPX形式のトラックファイルと、JPEG(EXIF)ファイルをドラッグ&ドロップすれば、関連付けを自動でやってくれる。あとはKLZファイルを出力させ、これをGoogle Earthで読めばよい。

ヨセミテのハーフドームに登ったときの軌跡。地形表示を行なうと、行程を立体的に見ることができる	ミュンヘンの中心部を歩き回ったときの軌跡。地図中の旗印は、eTrexで設定したWayPoint。中心から左下に走る線は、GPSが大きく外れた場所を測定してしまったから。都市部などでは、徒歩でGPSを使うと受信状態が悪くなり、こうした現象が起きる	ニューヨークで撮影した写真の位置をGoogle Earthで表示。GMM2を使ってデータを作成。写真はマジソンバックで有名なマジソンスクエアガーデン。地図中央下の丸い建物を交差点付近で撮影。ピンの位置は測定誤差などにより多少ずれている

●使ってみると意外に楽しくて……

　多少の実用性もあるし、GPSで移動の経過を記録するのは結構楽しい。ただ、使うなら目的に合ったデバイスを選ぶ必要がある。前述のようにナビゲーションとトラッキングは、現時点では、1つのデバイスで十分とは言い難いからだ。

　ナビゲーションは、最近のカーナビや携帯電話のGPS機能がかなり便利になっているので、国内でわざわざPCやPDAで同じことをする必要性があまり感じられない。特に第3世代携帯電話は、緊急通報時の位置測定が必須となったためGPS搭載機種が増えてきており、今では比較的簡単に手に入るナビゲーションデバイスだ。携帯電話のGPS機能は、GPS衛星だけでなく、ネットワーク側が位置測定をアシストするようになっており、通信料金はかかるが、受信状態が悪くても現在位置を測定することができる。この点で、街中での徒歩用ナビゲーションなら携帯電話のGPS機能を使うほうが確実だ。筆者のように、海外で利用するというのなら、PCやPDAを使ったナビゲーションにも使う理由ができる。さすがに住んでもいないのに数百ドルもするPNDを購入するのは高すぎる。その点、PCやPDAならばソフトとGPS受信機だけで済み、これならセット販売のもので100ドル程度で手に入る。

　これからGPSを楽しみたいというのなら、最初にトラッキング用の専用デバイスを購入することをお勧めする。あちこち持ち歩いて記録して、それを地図で振り返ってみるとおもしろさがわかる。旅行などに持っていくとよりわかりやすい。eTrexの場合、電源を入れれば、位置と時間の記録を開始し、気になったところがあったら、WayPointを登録して、場所をメモしておける。液晶に軌跡や移動距離(トリップメータ)、最大速度などが表示されるので、それを見て楽しむこともできる。

　自宅に戻ってきたら、PCにデータを転送し、地図ソフトを使って、自分の移動の跡を振り返ることができる。旅行などには、たぶん、デジカメを持っていくと思う。筆者も持っていくが、帰ってきて写真を見ると、「これはどこで撮ったんだっけ」という印象の薄い写真が何枚か出てくる。あるいは、背景などが写っていなくて、撮影場所がわからない写真も少なくない。しかし、それを地図上に表示させてみると、どこで撮影したのかがわかるし、前後の関係などから、当時のことを思い出し、なぜ、写真を撮ったのかを思い出せるときもある。

　これまで、旅行というと目的地だけにしか着目していなかったが、GPSを持ち歩くことで移動が線となり、これを地図で見て2次元的な広がりを感じることができるようになった。筆者はいつもGPSデバイスを持ち歩いており、特に海外取材などでは、街中を歩くときにも位置や時間を記録している。個人的な思い出にしかならない情報だが、自分の行動を鳥瞰できるというのは割とおもしろい。ここまで行ったなら、あそこへ行けばよかったとか、今度は、こっちへ行ってみようなんて考えながら、地図上の軌跡を見るのは、案外楽しい。

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【10月23日】【塩田】Nokia「Internet Tablet N800」レポート【ソフトウェア編】
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2007/1023/pda66.htm
【5月16日】【塩田】Windows Mobile用SideShowソフトウェア
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2007/0516/pda59.htm
【2006年9月8日】【元麻布】デジカメ用GPSユニット「GPS-CS1K」を試す
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2006/0908/hot444.htm
【2006年6月23日】【山田】いまどこ、ここどこ、あそこどこ
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2006/0623/config111.htm

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(2007年11月1日)

[Text by Shinji Shioda]