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誤差“数センチ” 日本版GPSがひらく未来

人工衛星からの電波で地上の位置を特定する「GPS」。カーナビやスマートフォンに搭載され、いまや暮らしに欠かせないものになっています。しかし、実際にいる場所と地図上の表示がややずれてしまうという経験、皆さんもあると思います。GPSは、誤差が最大で10メートルを超えることがあります。その誤差を、数センチにまで縮めるという日本版のGPS衛星「みちびき」が、6月1日、種子島宇宙センターから打ち上げられました。「みちびき」は、どのような世界をひらくのか、取材しました。(科学文化部・鈴木有記者 鹿児島局・島中俊輔記者 後藤祐輔記者)
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GPSは誤差10メートル

世界で広く利用されているアメリカのGPS衛星は、もともと軍事用に開発されたもので、2000年に民間に開放されました。アメリカのGPS衛星は、合わせて31機あり、地球の上空、高度2万キロ付近を回っています。地上側では、31機の衛星のうち、常に4機以上の衛星から電波を受信できるようになっています。地上の受信機は4つの衛星から届いた電波をもとに、それぞれの衛星までの距離がわかります。4つの衛星までの距離がわかれば、受信機が地球上のどこにあるのか計算によって割り出せる仕組みです。

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ただ、アメリカのGPS衛星だけでは、およそ10メートルの誤差があります。 誤差の主な原因としては、街なかなどでは建物などに遮られて十分な数の衛星から電波を受けられないことや、大気の層の影響で電波が乱れること、などが挙げられます。

誤差が“数センチ”に!

日本版GPS衛星の「みちびき」は、こうしたアメリカのGPSの誤差を修正する機能が備わっています。

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ひとつは、全部で4機打ち上げられる「みちびき」のうち、必ず1機以上が、日本の頭上付近にとどまるようなコースを飛行しているため、建物が密集する場所でも地上の携帯端末が電波を受け取りやすくなっています。
また、大気の層による乱れについても、それを修正するための特別な信号を、「みちびき」からそれぞれの受信機に送るようになっています。
こうした機能を持つ「みちびき」を、アメリカのGPSと組み合わせて利用することで、誤差はわずか数センチ程度にまで大幅に縮小します。
この「みちびき」のために投じられる予算の総額は、およそ2800億円。まさに国家プロジェクトです。
「みちびき」は、ことし中に合わせて3機が打ち上げられる計画で、7年前に打ち上げられた試験機と合わせて、4機体制が整えば、「みちびき」は、来年の春にも実用化される予定です。

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「みちびき」の実用化を前に、今、国内では、さまざまな技術やサービスの開発が進んでいます。

“無人トラクター”の衝撃

先月22日、栃木県下野市で農家の人などおよそ400人が参加した研修会が開かれました。熱い視線が向けられたのは、自動で走行するトラクターです。運転席には誰も乗っていません。端末で、事前に速度やルートを入力しておくと、衛星からの位置情報をとらえて、自動で走行する仕組みです。北海道大学と農業機械メーカーが共同で開発しました。

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この日は、農地の周辺に発信機をもうけ、「みちびき」と同じ精度の位置情報が得られる環境を再現して、デモンストレーションが行われました。1台だけでなく、3台が並んでの同時走行も。その姿を目の当たりにした参加者からは、「自動で動いているのがすごいと思った。本当に驚いた」「一度、セットしてしまえば、人がやるよりもっと正確にできるんじゃないか」「本当にこういう時代が来るんだと思った」などと、驚きの声があがりました。

さらに、現場では、プログラムしたルートを白線で示し、精度を比べる実験も。まず従来のGPSで走らせると、スタート直後に2メートルもルートをはずれ、その後も戻ることができませんでした。次に、「みちびき」と同じ精度の位置情報で動かすと、ルートを外れることなく、白線の上をしっかりとたどることができ、Uターンも見事に成功しました。開発チームは、「みちびき」を利用した自動システムが普及すれば、日本の農業に大きな変化が起きると考えています。開発を進めている北海道大学大学院農学研究院の野口伸教授は、「農業の世界では、人手不足が深刻な課題になっているが、その一方で、農地の規模を拡大して生産性を上げたいという思いを持っている人もいる。そうしたときに、『無人トラクター』などの人にかわる技術があれば、農業にイノベーションを起こせる。『みちびき』は、農業にとって、大きなインフラになると感じている」と話しています。

ドローンで“自動配達”

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「みちびき」と、小型の無人飛行機=ドローンを組み合わせることで、今までにないサービスを生み出せるという期待も高まっています。
ネット通販大手が、いま、千葉県のゴルフ場で実験しているのが、ドローンで飲み物を届けるサービスです。プレー中の人がスマホで注文すると、ドローンがGPSを使って自動で飛行し、届ける仕組みです。現在のGPSは誤差が大きいために、着陸地点に直径5メートルほどの丸い目印を設置し、ドローンに搭載された画像認識の技術と組み合わせることで精度を補っています。将来、「みちびき」が利用できるようになれば、目印を設置しなくても、どこへでも商品を配達することができるようになるといいます。
実験を進めている会社の担当者は、「過疎地や離島では、目指す場所がかなり多岐にわたることになる。『みちびき』によって、目印なしでもどこにでも着陸できるようになれば、企業としてもメリットは大きい」と大きな期待を寄せています。

視覚障害者を支援する“歩行者ナビ”も

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さらに、目の不自由な人を道案内しようという、歩行者用ナビゲーションの開発も進んでいます。誤差が10メートルある従来のGPSではかなわなかった、歩行者ナビ。新潟大学の牧野秀夫教授は、「みちびき」の利用を想定した実験を進めています。
スマホに、歩道の障害物などの情報を事前に登録します。実際に近づいてみると、「障害物があります」とのアナウンス。白杖が届く範囲より先にある危険をいち早く教えてくれます。曲がり角でも、曲がるタイミングをピンポイントで案内してくれます。システムの開発に協力している視覚障害者の男性は、「なかなかひとりで自由に外出して好きな場所に行くことができないので、あらかじめわかっている障害物を案内してくれるだけでも、大変心強いです」と話していました。

歩行者ナビをめぐっては、京都大学でも防災の分野の研究者が開発に取り組んでいます。畑山満則教授はみずから腰を痛めたときに車いすを利用しましたが、そのとき、歩道の傾斜や段差が生活の中の大きなリスクであることに気づいたといいます。視覚障害者以外にも、高齢者でも、歩道の傾斜によって手押し車が車道にはみ出しかねません。
畑山教授は、「これまであまり目を向けてこられなかった歩道に潜むリスクをきちんと調べた上で、それを反映させた地図アプリなどを開発できれば、事故を減らすことができるかもしれない」と話しています。

中国は海外展開で先行

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「みちびき」は、日本だけでなく、海外で利用されることも目指しています。「みちびき」はアジアやオセアニアの上空を通過するため、日本で開発する新たなシステムや機器をこうした地域にも売り込める可能性があります。しかし、位置情報衛星の国際展開をめぐっては、日本は、やや出遅れています。

最大のライバルは、中国です。中国は2000年から、中国版のGPS衛星「北斗」を次々と打ち上げ、5年前から運用を開始。アジアでの、サービス普及のため国を挙げて取り組んでいます。
宇宙開発に詳しい野村総合研究所の八亀彰吾さんは、「中国は、中国版GPS衛星が広い範囲で活用されるように、アジア各国の企業や研究機関に受信機を無料で配っているほか、アジア各国の学生を中国に受け入れて中国版GPS衛星の活用法について人材育成を行うなど、さまざまな取り組みを進めている。ある国で、中国版GPSを活用したインフラの整備がひとたび始まれば、その国のシステムの多くが中国仕様になる可能性があり、同じくアジア市場を狙う日本にとって、厳しい状況になっている。この差を、今後、日本が、どう埋めていくかが大きな課題だ」と話しています。
位置情報の精度は、日本のほうが高くなっていますが、中国は、各国への展開を以前から戦略的に進めています。

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「みちびき」は、年内にあと2機打ち上がれば、来年春にも実用化する予定です。誤差数センチという極めて大きな可能性のあるインフラを、国内外に向けてどう生かしていくのか。それぞれの企業や、国、自治体などでの今後の戦略が重要になっています。

鈴木有
科学文化部
鈴木有 記者
島中俊輔
鹿児島局
島中俊輔 記者
後藤祐輔
鹿児島局
後藤祐輔 記者