GPS GNSSによる測位と誤差対策および精度向上技術

はじめに：GPS GNSSによる測位技術の基礎知識

GPSやGNSS（全球測位衛星システム）は、今や私たちの日常や産業になくてはならないインフラとなっています。

物流・輸送・建設業界のみならず、工場の自動化、装置の位置管理、トレーサビリティといった製造現場にも深く浸透しつつあります。

従来は「人が目で見て確認しながら」行っていた作業も、デジタル化・スマート工場化の波のなかで劇的に効率化されてきました。

本記事では、製造業・現場目線でのGPS・GNSS測位の基礎、現在解決されている課題、今後を見据えた誤差対策や技術動向まで、ラテラルシンキングに立脚して多角的に深掘りします。

近い将来、この分野は製造現場のみならず、社会インフラ全体の競争力に直結します。

GPSとGNSSの違いと仕組み

GPSとは何か

「GPS」はアメリカが運用する衛星測位システムで、正式にはGlobal Positioning Systemの略称です。

最低でも24基以上の人工衛星が軌道上を周回し、地上の受信機がそれぞれの衛星からの信号を受け取ることで「自分の現在地」を算出する技術です。

GNSSとは何か

「GNSS」は、Global Navigation Satellite Systemの略で、世界各国が展開する衛星測位システム全体を指します。

・アメリカ：GPS
・ロシア：GLONASS
・欧州連合：Galileo
・中国：BeiDou（北斗）
・日本：みちびき（QZSS）

各国のシステムを統合し受信できる機器が増えたことで、都市部や山間部など過酷な場所でも測位精度が向上しています。

現在の製造現場で使われる場面

製造業では、製品管理・在庫管理・資材搬入、AGV（自動搬送車）・IoTセンサの位置推定、仕掛品のリアルタイムトレースなど幅広く応用されています。

現場に根付いた多くのプロセスの最適化・デジタル化を下支えしていると言えるでしょう。

GPS/GNSS測位における主な誤差要因

GPSやGNSSによる測位の理論上の精度は非常に優れていますが、実際の現場運用ではさまざまな「誤差要因」と向き合わなければなりません。

1. 多経路（マルチパス）効果

電波が建物・樹木・地面などに反射して、直接ではなく反射波が受信される現象です。

特に工場、都市部では建屋の影響で精度低下が生じやすくなっています。

2. 衛星配置（ジオメトリ）・視認性

上空にある衛星の配置（ジオメトリ）が悪い場合や、受信機から空が見渡しにくい場所（建物の陰、屋内等）では表面的な精度が大きく劣化します。

GDOP（幾何学的希薄度）値が高いと、位置計算の信頼度が低くなります。

3. 大気遅延・電離層/対流圏遅延

衛星から届く電波は、大気を通過する過程で速度が遅くなり、距離測定に誤差が生じます。

特に電離層や対流圏の状態は日々、時々刻々と変動するため、業務に与える影響が大きいです。

4. 衛星時計及び軌道予測誤差

衛星自体の時計の精度や、位置情報の軌道誤差も、最終的な測位精度に直結します。

一般的には補正信号を用いてこれらの影響を補っていきます。

誤差対策技術の全体像

GPS/GNSS測位で発生する上記のような誤差を低減・補正するために、現状では以下のような技術が活用されています。

1. ディファレンシャルGPS（DGPS）

基準点（既知の緯度・経度）に設置した受信機と、可動局（工場内AGVなど）で受信した信号との差分情報を補正信号として利用します。

海上測量や建設業では早くから導入され、いまや工場の屋外搬送や農業機械にも広く応用されています。

2. RTK（リアルタイムキネマティック）

より精度の高い「リアルタイム測位」が求められる場面では、RTK方式が一般的です。

数センチメートル級の精度を達成でき、基地局-移動局の無線通信によって常時測位誤差を補正します。

近年は日本のQZSS（みちびき）を活用した広域なRTK網も整備されつつあり、製造・建設DXにおける基幹インフラとなっています。

3. マルチGNSS対応機器の活用

単一の衛星システムのみを用いていた従来と異なり、主要各国のGNSSから同時に信号を受信できる新型端末が増えています。

これにより、見通しの悪い都市部や工場敷地でも衛星数を確保しやすく、マルチパス影響への耐性も強化されています。

4. 補強信号（SBASなど）の利用

SBAS（Satellite Based Augmentation System）は、日本のMSAS、欧米のWAAS/EGNOS等の名称でも知られる技術です。

「基準点から計算された補強情報」を静止衛星を通じて広域に提供し、電離層などによる測位誤差を低減させます。

現場で役立つGPS/GNSS補正・精度向上技術

1. 死角対策：IMU（慣性計測装置）やセンサーフュージョン

屋根が多い工場や高層の屋内では、GPS/GNSS信号が取得できない「死角」領域が生まれます。

こういった場所ではIMU（慣性計測装置）やホイールセンサーなどの複合技術で、測位情報のロスト時にも自律移動・位置推定を継続するシステムが現場導入されています。

昨今のAGVやAMRでは、GNSSと異種センサー情報（LiDAR、カメラ）を融合する「センサーフュージョン」技術が当たり前になっています。

2. アナログ現場との共存とデジタル化のヒント

いまだに紙伝票や人のカンによる搬送指示が根強く残る現場では、「いかにGNSS技術を組み込むか」が大きな壁となります。

段階的に、「トレーサビリティのある搬入履歴」を積み上げ、「搬送ミスが減った成功体験」を共有し、「最終的に全自動化のインフラ」導入へと繋げる、地道な合意形成が肝になります。

昭和的な現場思考、慣習、目視確認が根強い環境下だからこそ、バックアップとしての「目視ポイントでの照合」や「ハイブリッド運用」が欠かせません。

3. 工場レイアウトと衛星数の最適化設計

将来、GNSSを活用した搬送やトレーサビリティを想定するなら、工場設計の初期段階から「空が見える」「基地局設置の条件を確保する」ことを意識すると、現場での導入障壁を大幅に軽減できます。

新設工場のみならず、既存の設備配置・屋外ヤードのライン変更時にも「GNSSの実験的カバレッジ確認」を併用するのが今後のスタンダードとなるでしょう。

人材育成と業界動向：アナログからの転換点

1. 新世代バイヤー・現場担当者への期待

「モノを買う」「設備を導入する」という購買行為は、いまや価格やメーカー選定だけではありません。

「現場の作業データ取得」「リアルタイムな把握」「業務とシステムの同期」が求められる時代、バイヤーは調達のプロとしてだけでなく、「現場と共に価値を創出するDX推進者」としての役割を担います。

GPS/GNSSをはじめとする新技術の動向に敏感な新世代のバイヤーが、アナログ現場の課題を吸収し、共にデジタル化を推進する人材が必要なのです。

2. サプライヤーが知っておきたい「バイヤーの発想」

サプライヤーとしては「高精度測位ができる」「高価・独自規格のシステムです」と差別化を狙いがちですが、バイヤー側は「自社現場での導入ミスリスクやアナログ慣習との共存」を重視します。

・段階導入の柔軟性
・既存システムとの親和性
・アフターサービスや教育コンテンツの充実

これらを加味して提案することで、サプライヤーも「工場DXの本質的パートナー」としての存在感が強まります。

3. 業界標準化とグローバル化

日本独自の現場慣習を前提としたソリューションに固執していては、グローバルサプライチェーンの競争から取り残されてしまいます。

RTKやセンサーフュージョン、IoT機器間通信などは、世界共通規格化・API標準化の流れが加速しています。

2024年以降の製造現場では、「どの国の現場でも使える」「サイロ型情報をつながる」システム設計が絶対条件となります。

まとめ：GPS/GNSS測位技術が製造業の未来を変える

GPS・GNSSは、もはや特別な技術ではなく、製造現場の基幹インフラへと成長しています。

誤差要因への対策、補正技術の導入、現場・慣習に応じたハイブリッド運用、そしてグローバル・標準化動向のキャッチアップが不可欠です。

アナログ的な現場であっても、「まず一歩を踏み出す」ことで大きな差別化優位を生み出します。

バイヤー志望・サプライヤーの皆さんも、現場課題×新技術の交点にこそ、新たな価値創造のヒントが眠っていることをぜひ意識してください。

GPS/GNSSによる測位と誤差対策、精度向上の最前線で、一緒に新たな製造業の未来を切り拓いていきましょう。