GPSのしくみとは？位置情報がズレて電池を食う理由

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都市部で地図アプリを使ったことがある人なら、一度は経験があると思います。しかも困ったことに、こういうズレは「電波が悪いから」の一言では説明しきれません。アンテナは4本立っているのに現在地だけがおかしい、ということも普通に起きます。

正直なところ、この現象はスマホの故障でも設定ミスでもなく、位置を測るしくみそのものに由来する、避けようのない誤差です。原理がわかると、ズレたときに何をすれば直りやすいのか、なぜ電池を食うのかまで一本の線でつながります。順番に見ていきましょう。

スマホはどうやって現在地を知るのか？

GPSは、地球を周回する測位衛星からの電波を受け取って位置を割り出すしくみです。スマホは4つ以上の衛星から信号を受け取り、それぞれの衛星との距離を計算して、三次元の現在地を求めています。

距離の測り方は意外とシンプルで、電波が衛星から自分に届くまでにかかった時間を使います。電波の速さは決まっているので、かかった時間がわかれば距離がわかる、という理屈です。

ここで「なぜ4つも必要なのか」という疑問が出ると思います。イメージとしては、こう考えるとつかみやすいはずです。ある衛星から10km離れているとわかっただけでは、自分がいる場所は「その衛星を中心とした半径10kmの球面のどこか」までしか絞れません。別の衛星からの距離も加えると候補が減り、さらに増やすと交わる一点に絞り込めます。衛星の数は「候補を削るための条件の数」だと思ってください。

いまのスマホは、GPS以外の測位衛星も一緒に使っています。アメリカのGPSに加え、日本の「みちびき（QZSS）」、ロシアのGLONASS、中国のBeiDou、欧州のGalileoといった衛星測位システム（これらをまとめてGNSSと呼びます）に対応した端末が多く、対応する衛星が多いほど測位は安定しやすくなります。

逆にいえば、同時に捕まえられる衛星の数は端末の性能によって差があります。同じ場所に立っていても機種によって現在地の落ち着き方が違うのは、これが理由のひとつです。

ビル街や山で現在地がズレるのはなぜ？

距離の計算は「電波がまっすぐ届いた」ことを前提にしています。この前提が崩れる場所が、そのままズレやすい場所です。

駅前で現在地が向かいのビルの上に飛ぶ現象は、典型的な反射（マルチパス）です。スマホは「遠回りしてきた電波」を「まっすぐ届いた電波」として扱ってしまうので、その分だけ実際とは違う場所を計算してしまいます。空が広く見えているかどうかが、精度をいちばん左右する条件だと考えて差し支えありません。

ですから、待ち合わせ場所で現在地を正確に出したいときは、ビルの壁ぎわを離れて交差点の中央側や広い歩道に出る、屋根の下から出る、といった動きが実際に効きます。設定をいじるより確実です。

A-GPSとは？　Wi-Fiや基地局を使う理由

衛星が見えない場所での測位を支えているのが、A-GPS（Assisted GPS）と呼ばれるしくみです。これは衛星からの電波取得だけに頼らず、近くの携帯電話基地局やWi-Fiアクセスポイントの情報を補助的に使うことで、最初の測位にかかる時間を短縮する方法です。

Googleの公式ヘルプでも、都市部のビル密集地や屋内などGPS信号が届きにくい環境では、モバイル通信の基地局信号やWi-Fi信号を使って現在地を推定する、と説明されています。それぞれ精度の粒度が違うのがポイントです。

Google公式ヘルプの公表情報をもとに作成

上の表を見ると、基地局だけでは数千メートル単位のおおまかな範囲しかわからないことがわかります。地下街で「だいたいこのあたり」から始まって、しばらくすると現在地がすっと正しい位置に吸い付く感覚があるのは、まず粗い情報で当たりをつけ、条件が整った衛星やWi-Fiの情報で絞り込んでいくためです。

ここで覚えておきたいのは、Wi-Fiをオンにしておくと、そのWi-Fiにつないでいなくても位置精度が上がるという点です。接続ではなく、周囲にどんなアクセスポイントが見えているかという情報自体を測位に使っているからです。

位置情報がなぜ電池を食うのか？

ここまでのしくみがわかると、電池の話は自然につながります。精度を上げるということは、使う無線の種類を増やすということだからです。

Androidの「高精度モード」にあたる設定では、GPSによる測位に加えてWi-Fiのスキャン、Bluetoothビーコン（店舗や駅などに置かれ、近くの端末へ短い電波を発信し続ける小型の発信機）、モバイル通信の基地局情報を組み合わせます。Google公式ヘルプでも、この方式は測位精度が上がる分、各種無線機能を使うため電池消費が増えると説明されています。

1. 使用中のみに変える位置情報の権限を「常に許可」から「アプリの使用中のみ許可」へ切り替えます。バックグラウンドでの測位が止まるだけで、体感の電池持ちがいちばん変わりやすい箇所です。
2. 常時必要なアプリだけ例外にするナビ中の案内や、家族の見守り、紛失対策など「閉じていても動いてほしい」ものだけを常時許可のまま残します。
3. ナビは電源につないで使う連続測位に画面表示が重なるカーナビ・徒歩ナビは、位置情報の使い方の中でもとくに負荷が高い場面です。長時間なら充電しながらのほうが安心です。
4. Wi-Fiは基本オンのままにする精度が落ちると、アプリが測位をやり直して結局余計に電力を使うことがあります。屋内利用が多い人ほどオンのほうが有利です。

Wi-Fiの情報を使われるのはプライバシー的に大丈夫？

Googleは公式ポリシーで、この処理のしかたを公開しています。位置情報サービスの精度向上のために、GPS・携帯電話基地局・Wi-Fiアクセスポイントの情報（SSIDなど）やセンサーデータを利用するが、これは情報提供元の個人を特定しない形で処理される、という説明です。

具体的には、ローテーションで割り当てられるランダムな一時識別子が使われ、特定の個人やGoogleアカウントには関連付けられません。その識別子も7日以内に削除されるとされています。個人と結びついた行動履歴として蓄積されるわけではない、という設計です。

そのうえで、自宅のWi-Fiを収集の対象から外したい場合の方法も公式に案内されています。Wi-FiのSSID（ネットワーク名）の末尾に「_nomap」を付けると、Googleの位置情報サービスの収集対象から除外（オプトアウト）できます。たとえば「irohado-home」なら「irohado-home_nomap」に変更する形です。

現在地がおかしいときに試すこと

最後に、原因ごとの対処をまとめておきます。順番に上から試すと、たいていの症状はこの範囲で落ち着きます。

それでも屋外の見晴らしのよい場所で大きくズレ続けるなら、端末側の不調も考えられます。ただ、ここまで見てきたとおりズレの多くは環境が原因です。「壁に近い」「屋根の下」「谷の底」のどれかに当てはまっていないか、まず自分の立ち位置を疑ってみてください。

よくある質問

スマホのGPSは電波が届かない山でも使えますか？

測位衛星からの電波は携帯電話の通信網とは別のため、携帯が圏外の山中でもGPSによる測位自体は可能です。ただし谷間など空の見通しが悪い場所では衛星を十分に捕捉できず誤差が大きくなります。また、地図データの読み込みには通信が必要なので、事前に地図をダウンロードしておく必要があります。

位置情報をオフにすると電池はどのくらい持ちますか？

節約できる量は使い方によって大きく変わるため、一律の数値は示せません。効果が出やすいのは、バックグラウンドで常時測位しているアプリを止めた場合です。全体をオフにするより、位置情報の権限を「常に許可」から「アプリの使用中のみ許可」に変えるほうが、失う機能が少なく効果を得やすい方法です。

A-GPSとGPSは何が違うのですか？

GPSは測位衛星からの電波だけで位置を求めるしくみです。A-GPS（Assisted GPS）は、それに加えて近くの携帯電話基地局やWi-Fiアクセスポイントの情報を補助的に使い、最初の測位にかかる時間を短縮する方式を指します。衛星が見えにくい屋内や都市部でも現在地が出るのは、この補助情報のおかげです。

Wi-Fiに接続していなくても位置情報の精度は上がりますか？

上がります。スマホは接続の有無にかかわらず、周囲に見えているWi-Fiアクセスポイントの情報を測位の手がかりとして利用します。そのため、屋内や地下で現在地の精度を上げたい場合は、Wi-Fiをオンにしておくだけでも効果があります。

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