位置情報の取得技術まとめ

gコンテンツワールドのシームレス測位ネタに感化されて、今考え得る位置情報取得技術をまとめてみました。
技術的に考え得る、というだけで、現在利用可能になっているかは考慮していません。
また、いくつかの技術は今回のgコンテンツワールドで初めて知ったと言う程度の、私のアンテナに引っかかった物だけなので、他にもご存知ならばコメントなどで追記ください。
私の知っていることをまとめた、という感じなので、ここをベースに調べる手がかりとしていただければ幸いです。

10/14追記：

いろいろググっていると、本エントリで書いたようないろんな測位技術を比較した論文がみつかりました。
あわせて読むと面白いかも。

GPS

まあ書くまでもないであろう、現時点でもっとも有名な位置取得技術。
元々アメリカの軍事技術で、複数個の衛星から出された時報信号の時差を計測することで、衛星からの距離を測定し地表面上での位置を同定する。
専用のGPSレシーバだけではなく、古くはカーナビからPCやゲーム機向け外付けユニット、さらには携帯電話等にも付加され、もっとも一般的な位置取得手段となっている。

原理上、時報を受け取る元となる衛星は4つ以上なければ正確な位置の測定は難しく、ひらけた野原等では非常に正確な位置が出せるが、都会のビルの谷間等では視線の通る衛星が少なくなり、数m~数十mの誤差が発生することもあり、屋内では事実上測位不可である。
また、測位に時間や計算機パワーがかかるという問題もあり、その精度誤差もあいまって、歩行者ITSのような即時性の高い分野では、そのシステム知名度の割には、必ずしも最右翼として考えられているわけではない。

アメリカ一辺倒であることに対するバックアップや、測位精度向上のための補完として、いくつかの派生技術がある。

グロナス、ガリレオ

グロナスはロシアの、ガリレオはEUのGPS類似の衛星位置測位システム。
グロナスはずいぶん昔（1982年~）から始まっていたシステムのようなのですが、今回初めて知りました。
アメリカのみに依存するGPSの代替手段として、今後利用が進んでいく模様。

準天頂衛星（本ブログ内過去記事）

GPSを補完する形で今後整備される、日本の衛星システム。
先にも書いたとおり、GPSでは4つ以上の衛星を視野に入れなければ精度が得られないため、空をビルに阻まれる都市部では精度が出ない。
それを補完するため、数個の衛星を上げ、日本から見てほぼ天頂に当たる上空に、常に最低1個の衛星が存在するような軌道で運用し、GPS等の他の測位システムと連携することによって、GPS単独の場合よりも都市部でも視野に入れられる衛星を増やし、精度を向上させようというシステム。

屋内GPS

IMES（Indoor Messaging System）と言うらしく、GPSと同じ信号を発する地上局を配置することで、見える衛星の少ないor見えない屋内でもGPSシステムをほぼそのまま利用できるようにする技術。
今回のgコンテンツワールドで初めて知った。
既にGPSシステムでの衛星に与えられる識別番号をNASAから割り当てられており、サービス開始に向けて着々と動いている模様。
十個以下の識別番号しか与えられていなかったように思ったが、それで全国で屋内測位ができるような基盤が構築できるのだろうか...。
飽くまで推測だが、微弱な電波でサービスして、互いに届かない範囲では、識別番号を再利用する、とかかもしれない。

なお、類似技術として、GPS衛星が出した電波をリピータアンテナで屋内に配信するという技術もあるようで、これでもかなり屋内での測位精度は上がる模様。

ワンセグの空きパケットを利用したGPS補正（本ブログ内過去記事）

ワンセグ放送の空きパケットにGPS補正信号を載せてやることで、GPSの測位精度を上げてやる方式。
GPS単独だと数m~数十mの誤差になるような場合でも、この補正信号と合わせて測位してやることで、数十cm~数cmの誤差に抑えられる。
感覚的には、GPS単独だとどの道にいるかは判るけど道のどちら側にいるかは判らないところが、道のどちら側の歩道を通っているか、レベルまで判るようになるらしい。
富山の北日本放送が力を入れて実験しているらしく、障碍者向け歩行者支援実験や、後は富山らしいと言えば富山らしい？測位結果で自動運転して田植えを自動化、みたいな実験もしたらしい。

携帯電話基地局による測位支援

携帯電話でGPS測位をすると、測位結果と共に測位精度が求められます。
これは、掴めるGPS衛星の数が少ない場合でも、可能な限り測位失敗とせず、携帯電話の基地局をGPSの補助信号とみなして測位した結果（最悪GPS衛星が全く見えないところでは、携帯電話基地局のみから測位した結果）を返す仕組みになっており、その補助信号として基地局信号を使った度合いに応じて、精度を算出しているためです。

余談ですが、携帯電話のGPSでは、古めの機種だと「衛星情報の取得」や機種によっては「測位結果の計算」まで、端末内部で行わず基地局に依存している場合があるので、GPSとはいえ圏外では使えないこともあり、注意が必要です。

携帯電話基地局を利用した測位

携帯電話（含むE-mobile及びPHSのWILLCOM）には、GPS以外にも、最近の機種ではほぼ100%、今通信している基地局の位置情報を元に、位置情報を返す機能がついており、非GPS対応機種での位置取得手段として用いられている。
またGPSに比較して圧倒的に精度は劣るが、その代わり圧倒的に早く位置情報を取得できるため、位置情報を利用したゲーム等、正確な位置精度はいらないが、ユーザエクスペリエンス的に速い操作を行わせたい場合、こちらがよく用いられる（よくこれらのゲームによく「GPS機能を利用した」と説明がつく場合があるが、誤りであることが多い）。
一口に基地局位置情報と言っても、方式は各社様々であり、

• DoCoMo：複数の基地局を掴んでいる場合、双方からの測量による位置を返す。
• KDDI：特に測量等は行わず、基地局の場所を返す。そのため、誤差が数百mから、田舎では数kmに及ぶこともある。
• SoftBank：各基地局に存在する複数のセクタ（アンテナの扇形の守備範囲）の中心を返す。一つの基地局あたり複数の位置を返す分、KDDIよりは正確。
• WILLCOM：複数の基地局の測量結果を返す。もともとマイクロセル方式で基地局が多いのに加え、測量を行うので、もっとも精度が高い。
• E-Mobile：詳細不明。

といった特徴がある。
また、通信している基地局の位置情報を返すと言う性質上、電波の海面反射等で遠くの基地局の電波を掴んでしまった場合は、あり得ない遠くの位置を返す場合もあり、位置情報ゲーム等では「オーバーリーチ」等と呼ばれる。

10/16追記：

コメントでご指摘いただきましたが、SoftBankの位置情報は、アンテナから各セクタの方向に100m程度離れた点だということで、セクタ中心ではないようです。
というわけで、KDDIと比べてそこまで大して正確でもないようですが、とはいえユーザのいるであろう方面にたとえ100mでも寄っているということで、アンテナ中心よりは多少正確、といえないでしょうか...。
あ、それと、これは最初から書き忘れていたのですが、SoftBankの上記は第2世代時の情報です。
第3世代の簡易位置でも同じ傾向かどうかは、ちょっと確認できていません。

Wi-Fiを利用した測位

巷にあふれるWi-Fiの電波を電波の灯台と考えて、その受信状況から測量し、位置を推定する技術。
最近のデバイスにはほぼデフォルトでWi-Fi機能がついており、特別な機器を追加することなくほぼソフトウェアの対応だけで位置が取得できるため、FireFoxブラウザでも対応アドオンが発表される等、徐々に普及しつつある。
また、Wi-Fiはそもそも機器が設置されるのが屋内であるため、屋内での測位（フロア等まで特定できる等）にも強く、汎用的なサービスではなく、局地的にローカルでの位置特定システムとして個別構築される例もある。
日本でもっとも普及している汎用サービスプラットフォームとしてはPlaceEngineがあり、PCだけでなくPSP等のゲーム機やPDA・スマートフォンへの対応も進んでいる。

利用するにはその地域でのWi-Fi基地局と経緯度のマッピング情報が基礎データとして必要になるが、その整備については各汎用サービスが街中を走り回って収集して構築しており、PlaceEngine等ではそれに加え、ユーザが自発的に集めたWi-Fi基地局情報をアップロードしてデータを補完できる等、CGM的にボトムアップでプラットフォームを育てていこうと言う試みも行われている。

一般的にエンドユーザデバイスが集めたWi-Fi基地局情報を、最新の基地局マッピングを持つ中央サーバに問い合わせて最新の推定位置を得るため、ネットワークへの接続を必要とする。
が、最新の基地局マッピングでなくとも、ある時点でのスナップショットマッピングをクライアント側にダウンロードすれば、オフラインでも周辺Wi-Fi基地局の電波強度だけで位置を推定できる他、GPS等に比べ測位速度も速いという利点も得られ、PlaceEngine等ではこのローカルデータベースを利用することも可能になっている。

RF-IDを用いた測位

位置情報を持ったRF-IDをユーザのリーダが読む、或いはユーザの特定できるRF-IDを位置情報を持ったリーダが読むことにより、位置を特定する技術。
位置情報が必要な局面において、適切な高精度の位置情報を高速に読み取ることができる利点がある反面、物理的なプラットフォーム構築の困難等がある。
また、ユーザがRF-IDを持ちリーダが位置情報を持つ場合、個人を特定できる情報を撒き散らしながら歩くことに関する、セキュリティ上の懸念も存在する。
Wi-Fi測位と同様、施設内の訪問者案内や従業員の所在地把握、或いは特定地域内の児童通学状況見守り等、局地的なプラットフォームとしては実用化例がある。
また、携帯電話に搭載されたRF-ID（Felica）、及びFelica経由で携帯電話のWeb機能に誘導する機能を用いて、設置されたFelicaリーダの場所からユーザの場所（主にユーザの所在駅や所在店舗等）を特定し、Web経由でその場所に応じたクーポンコンテンツを発信する、といったことも実用化されている（事例１、２）。

個人的には、もっとも測位速度も速くまたクライアント側に必要な機材も安価な測位手段として、視覚障碍者への行動支援等、人命が関わるような局面での測位手段としては最右翼と考えており、かつできる限り遍く配備されなければあまり意味がないので、普及して欲しいと考えている。
位置情報を埋め込んだRF-IDを普遍的に配備するのは高コストであると思われるが、おそらくそのコストの大半は、一つ一つ位置情報を埋め込んだ地物を管理し、間違いなくその場所に配置されるように管理する等、位置情報を埋め込まれたRF-IDの管理に費やすコストではないかと考える。
工場から出荷されたRF-ID入り点字ブロックが、特に位置情報埋め込み作業等を行わなくともそのまま現場に持っていって配置すれば、勝手に正確な位置情報を覚えてくれるというふうにでもなれば、プラットフォームの構築コストは大きく下がるのではないかと考えていて、その手段として、GPSシステムと相互補完的にすればよいのではないかと考え、GPSでRF-IDに位置情報を埋め込む案（リンク先記事後半分）を考えている。

可視光通信を用いた測位

可視光領域の光源としてLEDの進出が進んでいるが、LEDを人間の目では検知できない高速で明滅させることにより、信号を送信する通信方式が可視光通信技術である。
いくつかの通信仕様があるらしいが、比較的近接用途での標準仕様は既に策定され、実用化段階にあるらしい。
博物館や大型商店等で、お客さんの持つ対応端末に信号を発信し、それを受信することで所在箇所を特定し適切な情報を配信するというようなアプリケーションがあるよう。
またそのような近接での情報配信だけでなく、街角で例えば信号やネオン（といってももちろんLEDの、だが）が信号を発するというような遠距離の配信仕様も近々策定される予定であり、街角の光源が情報発信源となるようなアプリケーションも当然考えられていると、昨年のgコンテンツワールドのブースでは話を伺った。

個人的には、よくある「電脳コイル」の世界を実現し得る技術の最右翼は、この可視光通信になるんじゃないかと思ってる。
結局電脳メガネの世界は、「観測者の現在地の情報を知る」ことよりも、「観測者の視線の通るものに与えられる属性情報」の方が重要なわけですが。
可視光通信だと、観察者の場所や方向測定誤差なんか関係なく、視線が通るものそのものが情報を出すわけなので、例えば、東京タワーのライトアップが可視光通信で情報を出していたとすれば（技術的に可能かどうかは別として）、東京中の東京タワーが見える観測者は、自分の位置が全く判らなくても、視線上の東京タワーにその付加情報をオーバーレイすることができるわけです。
さらには、必要最低限の情報がブロードキャストされていれば、観察者がネットに接続していなくても最低限の情報はオーバーレイできることになるので、本質的にはこれに勝る技術はないんじゃないかとさえ思えます。

というか、Sekai Cameraを実現できる技術は、まさにこれじゃないかと思うんですが。

追記10/14：

視野に見える情報を得るだけではなく、光通信は観測者位置を得るプラットフォームにもなり得るのではないか、という視点を新エントリで起こしてみました。

また、可視光通信ではないのですが、視野に写った物から情報を得る、という意味では、ソニーCSLで開発されている、カメラに一部でも、斜めからでも写れば情報を得られるフラクタルな2次元コード（これもCyber Codeの派生なんでしょうか？）も、同種の技術カテゴリに入るかと思います。
その2次元コード技術を使って拡張現実感を実現したゲームとして、既にEYE OF JUDGMENTがあるわけですが（プレイ動画）、これがゲームフィールド内だけでなく普通の空間にまでコードを展開して現実の画像に重畳すれば、それって電脳メガネ・Sekai Camera以外の何者でもないですね。

QRコード等を用いた測位

以前にも記事にした事がありますが、QRコードもRF-IDのところで述べたFelicaと同様、既に大半の携帯電話に搭載された汎用プラットフォームになっており、かつ物理的にある場所に存在する情報をそのままWebへ引き渡すことができる技術であるので、実は位置情報と非常に親和性が高いです。
簡単な白黒バーコードであり、仕様も公開され簡単な計算機さえあればすぐ発行できるので、PDAレベルの小さな計算機と、バーコードプリンタさえあれば、すぐに位置情報を含んだQRコードを発行することができます。
例えばそのような簡易QRコード発行装置にGPS装置を取り付け、映画のポスター貼り付け作業時に貼り付け場所の位置情報も含んだ映画公式サイトへの誘導QRコードを発行し、ポスターに貼り付けしてやれば、それだけで各ポスター貼り付け場所の効果を測定できるマーケティングツールになります。

ただし、これはFelicaも同様ですが、基本的に携帯電話端末に渡せるのは容易に複製できるWebのURLであるので、例えば「この場所に実際に来てQRコードをスキャンした人にのみ、特別サービス!」みたいな用途に使う場合は、URLを複製・公開されて「行ってないのに行ったふり」をされてしまう危険性があります。

追記10/14：

コメントで情報いただきましたが、バスロケーションシステムではQRコードで位置情報、はもう普通に使われているとのこと。
なるほど「バス停 QRコード」でググると、バス停にQRコードを貼り付けて、運行情報や周辺情報という事例が大量に。
『四角いバーコード「QRコード」を通して、同社の携帯サイトへのアクセスが殺到。』とか書かれてるの見ると、自分の思い付きが正しかったのが証明されたような気がして嬉しいですね。
こんな感じで、街角のコンビニとかにももれなく配置されて、かつ単にそれぞれのサイトに位置情報付で誘導されるだけでなく、得られた位置コンテキストを汎用的に流通できるようなプラットフォームにできれば、面白いですね。

超音波を用いた測位（追記10/14）

コメントで情報をいただきましたが、超音波を発する基地局をおいて、複数基地局からの超音波信号を元にGPS等と同様の測量を行って、位置を測定する技術もあるようですね。
コメント主によれば、WiFi測位より子機の電力消費が少ない事と、光学式よりも受信部を隠しやすい事などがあるようです。

ググってみると、この辺とかこの辺に情報があるようです。
その辺の情報によると、cm単位で精度が出る、3次元測位に強いと言った利点もある模様。

画像＋画像認識（含OCR＋ジオコーディング）を用いた測位

...まあこれは、今となってはほとんどネタですが。
長らく携帯電話において、DoCoMoがまともな位置測位手段を提供せず、かつQRコードやFelicaもまだなかった頃には、日本ではわりかし整備されている街角の住所表記を携帯カメラで撮って、メールでサーバに送りOCRしてジオコーディングして位置を測位する、というのを結構マジメに考えてました...。

追記10/14：

いや、最初は上のようなこと書いてしまいましたが、確か街角の看板等の特徴物を撮影し、その写っているものを解析（含OCR）することで、その場所を割り出す研究はどこかがやっていたはず。
そういうことやるなら日本だとJ-Magicさんだよなあ、といったアタリからいろいろググってみましたが、ちょっと見つけられませんでした。
また見つかれば、追記いたします。

また、屋内でのVR・ARにおいて、ユーザの動作をカメラで撮影してその動きからユーザの操作を画像解析すると言うのは、VR研究のごくごく初期からの一般的な測位手段でしたね。

以上、今のところ私が興味を持ってアンテナを張っている位置測位技術について、まとめてみました。

1エントリ・1アイヌリンク

アイヌ有識者懇が現地視察 １３日から札幌市などで

先住民族議決を経ての具体的な施策を導くための基礎調査というところでしょうか。
有意義な成果を望みたいです。