紙地図と電子地図

従来の地図は「地図帳」や国土地理院の地図等、紙ベースのものでした。それがインターネットの普及で、地図はネットで閲覧し、プリンターで出力するものに一部変化したり、従来ドライブの友としての道路地図帳もかなりに部分で「カーナビ」に置き換わりましたが、地図帳は依然として各種の「旅行ガイド」や「グルメガイド」「お散歩マップ」などとして、人気があります。これらの紙媒体に印刷されている地図を総じて「紙地図」と呼びます。
一方、パソコンや携帯で使うために、デジタル化され、デジタルであるが故に様々な用途分野を切り開いてきたのが「電子地図」です。そして、デスク上や屋内での利用に限定されるパソコンなどに対して、携帯電話や小型端末では持ち運ぶことができることに加えて、GPSという機能が搭載され、その端末や自分の居場所がデジタル地図の上に表示することができるようになったのです。これが電子地図化の最大のメリットになりました。

GPSの役割

「居場所が特定できる」ことは、ドライブで有効なことは勿論ですが、多くの方が経験されている「地図はあっても場所がわからない」ことがなくなるのです。逆に「場所がわかっても地図がなければ居場所はわかりません」後者は特に、初期の頃のGPSの機能として地図が表示できなかったが故に、GPSは緯度経度を調べるもので、その数値にあわせて、緯度経度のわかる紙地図を使わざるをえなかったのです。これがカーナビと同じように、GPSの地図上で居場所の確認ができるようになったのは実はつい最近のことなのです。

GPS端末の小型化

カーナビのように持ち運ぶ必要がない場合には、いくらでも大型の機器で鎌いません。しかし、持ち運ぶためには小型化が必要であり、別の事情もあり、一部のカーナビが持ち運べる？ポータブルナビとして登場したのもわが国では昨年頃からのことです。実はこの分野では日本よりも海外でのポータブルナビの普及が進んでいて、すでに1000万台以上のポータブルナビが世界中で利用されています。これらのほとんどは日本メーカーのものでなく、欧米メーカーのものであり、ガーミンやトムトム社が有名です。特に米国ガーミン社は携帯型GPSの先駆者であり、特にアウトドアー用に開発したGPSメーカーでしたが、このポータブルカーナビの大ヒットで一躍有名になりました。同種のものは日本にも導入されたのですが、日本語対応するだけで米国の3倍以上の値段で売られてきており、庶民の手の届く端末ではありませんでした。

電波による位置測定の仕組み

中心点の定まった三種類の円周の交点が三角測量における位置決めの基本です。
これを地上約20,000キロメートルの上空からの衛星(GPS衛星）電波を使って計測するのがGPS測位と言います。(詳しくは各自お調べください）三角測量ですから最低三種類の電波が必要です。
このGPS電波が三種類に満たない状況でも、地上にある電波を補完的に使うものが、携帯電話における位置測位で、携帯基地局の電波が常に必要なものと、必要でないもの（スタンドアロンGPS）とに分けられます。
携帯電話と違って、ピュアーGPSでは衛星電波だけが頼りですから、電波が足りないと計測できません。また電波が途切れると、「迷子」になって位置が正しく測位できません。地下やトンネルの中は電波が通らないし、鉄筋コンクリート建物の中も電波は通らないのですが、木造住宅ではGPS電波は受信できるようです。
これは「高感度GPS」と言われるようにGPS受信チップの性能が向上したことが理由です。最近のGPSでは、沢筋や林の中でも問題なく受信され、登山などのアウトドアでの受信にはほぼ支障なく受信できるようになりました。現在一番苦手なのは、ビル街で空が開けていない箇所です。道路や交差点は比較的開口部が広いのでほぼ受信可能です。ビルの中でも開口部(窓など）の近く数メートル、電車の窓際などでも受信できるようです。アンテナの向きにも関係しますので、G-naviは横よりも縦にした方が感度が上がります。

GPSによる高度測定と気圧計による高度測定

アネロイド気圧計の原理を用いた半導体センサーによる気圧計測を利用すると、大まかな高度が計算できます。腕時計型の気圧高度計を利用されている方も多いと思いますが、気圧というのは変化していること、高度というのが「標準大気」を想定した係数値でしかないことを理解して「相対高度」であることを把握しておく必要があります。これを海面補正し「高さ」で表示しているものが「高層天気図」です。
これに対して、GPS高度は、三角測量による二次元位置の特定に加えて、四個目の追加の電波使って三次元で位置を確定することで、地表のジオイド面（標準地球面）を基準にした絶対高度を示しますが、厳密には重力分布に影響を受けますので、ジオイド面とのずれが生じます。日本では東京の平均海面を0メートルとして「標高」を定めてあり、実際のGPS電波測位標高とのずれの大きさは、最大±30m程度で、電波状態が良ければ（衛星が沢山捕捉される）±10m前後のようです。（当社計測済み）
これら二種類の高度計において、短時間の高度変化に関しては気圧センサー、絶対高度にはGPS高度と使い分けるのが賢明のようです。

GPSとカーナビと地図（道路データ）

地球上のすべての地点を緯度経度であらわす、（天空も同じですが）といっても、地上の目標物は、都合よく並んでいるわけではありません。中でも人間が作った道路はそもそも緯度経度や地図のない頃から存在していたものですから、法則的に作られていません。曲がりくねった道路もあれば、直線の道路もあります。そうした道路の曲がり具合や合流点、分岐点などをすべて位置データで表現し、網羅したものが「道路ネットワークデータ」といい、詳しさは地図と同じ縮尺であらわし、世界でも日本の10000分の1のデータがもっとも細かな道路データとなります。細かいゆえにデータ量が多く、ほとんどの簡易カーナビには搭載されておりません。（車載用フルナビには一部利用されています）この道路データはルート検索や案内に使われますが、特に細街路検索において、重要な役割を演じます。
地図というのは、この道路データとは異なり「見せ掛け」の部分の「図」ですので、細かな道路が地図の表示されているからといって、細かな道路データを利用しているとは限らず、カーナビではこの「見せ掛け地図」でごまかしているケースが多く、ルート検索すると細街路を利用しているかどうかがわかります。ちなみに、ネットに公開されている各社の地図サービスで現時点で細街路ルート検索を提供しているものはありません。（G-naviで見比べてみてください）
逆にこの道路データは交通手段のために整備されたものなので、一般車の対象外である作業道路や登山道についてはデータが整備されていないため、ナビ（ルート検索）などはできません。