あなたのスマホが屋内でも位置がわかる秘密、教えちゃいます！｜宇宙一わかりやすく解説｜GPSの基礎の基礎#14
今回はスマホのGPSについての解説です。今や、皆さんにとって一番身近なGPSと言っていいですよね？
でも、スマホのGPSなんてみんな使ってるし、もはや使われ方については解説の必要はないと思います。
ということで今回は、スマホが屋内でも位置がわかる理由についての解説です。
GPSは屋内では使えない
そうです。GPSで位置を計測するには、GPS衛星から送られてくるとっても弱い電波を受信する必要があります。
そのため、基本的に屋内では位置は計測できないんです。
という話は、以前の記事で解説しましたよね。
この記事の中で、屋内にいてもグーグルマップで位置がわかるのはスマホならではのカラクリがあるというところまでは話しました。
いったいどんなカラクリがあるんでしょうか？
いきなり結論！？スマホが屋内でも位置がわかる理由
と、ここでいきなり結論から入ってしまいます。
理由は大きく分けて二つあります。
屋内でもGPSで位置が計測できることがあるから
GPS以外の方法で位置を割り出してるから
以上です。
え？もう終わり？
さっぱり分かんないですよね。。
失礼しました。これから解説していきますね。
ただその前に、もう少しGPSが屋内で使えない理由について解説する必要がありそうです。
同じ電波を使う、スマホの”通信”との違いはなんでしょうか？
GPSの電波が弱いとなんで屋内では使えないんでしょうか？
そのあたりについて、分かっているようで分かっていないことをもう少し解説します。
電波は遮るものによって透過したり、反射したりする
そこについて理解するには、電波の性質を少し理解する必要があります。
といっても、ここであまり詳しく話すと本題と逸れてしまうので、できるだけ簡単に説明しますね。
”電波”は遮る物体があると、その物体の材質によって反射したり、吸収されたり、透過したりする性質があるんです。
金属は電波を反射する
「電波を反射する」というのは、壁に向かって投げたボールが跳ね返って戻ってきてしまうようなイメージです。
当然、電波が壁の向こう側に伝わることはないです。
そして、電波を反射するものと言えば”金属”です。
これは、なんとなくイメージしやすいのではないでしょうか？
電波が外に出ないように閉じ込めたい場合などは、金属で出来たケースに入れたりします。
水は電波を吸収する
反射された電波は、跳ね返って別の方向に飛んでいくことになりますが、吸収されてしまった電波は、そのまま消えてしまうことになります。（厳密に言うと熱に変換されてしまいます。）
そして、電波を吸収するものの代表は”水”です。
実は、水中では電波で通信することはほぼ不可能なんです。知ってました？
余談ですが、「水が電波を吸収して熱に変換する」という原理を利用しているのが電子レンジですね。
電子レンジは強い電波をたくさん飛ばすことによって、中にあるものの水分子に吸収させて直接温めているのです。
電波が透過するもの、しないもの
結局、金属や水以外のものであれば少なからず電波は透過するのですが、反射したり吸収されたりして、完全には透過できず減衰して弱くなってしまいます。
そして、その減衰する量は、透過するものの材質や状態によって変わります。
いくつか例を挙げてみましょう。
発砲スチロール・・・これは実はほとんどが空気で出来ています。そのため、まるで発砲スチロールが存在しないかのように、電波を透過させます。
木・・・木材として使われる木は、基本的に良く乾かしてあるものなので電波をよく通します。しかし地面に生えている生きた木や、切り倒したばかりの木は、水分を多く含んでいるので電波を通しにくい傾向があります。
コンクリート・・・電波の一部は反射して、残りはコンクリートに含まれる水分である程度吸収されるものの、透過します。ただし、建物の壁に使われるコンクリートの場合は、中に鉄筋がたくさん通っているのでほとんど電波を通しません。
ガラス・・・一般的な普通のガラスは電波をよく通します。しかし、高層ビルなどでよく利用される熱線反射ガラスなどの特殊なガラスは、電波を反射してしまい通しにくいものがあります。
その他、プラスチックや紙などは基本的に電波が透過しやすいものになります。
結局、屋内でGPSが使えない理由は何か？
ここまで解説して結局何が言いたかったかと言うと、電波はその通り道を遮っている障害物の材質などによって透過しやすかったり、透過しにくかったりするということです。
しかし、マンションやビルなどは基本的に鉄骨造が多く、コンクリートの壁は電波を通さないため、電波の出入り口はガラスで出来た窓ということになります。
そのあたりでスマホの”通信”と、”GPS”でどういった違いになるかというと。。
屋内でもスマホの通信ができる理由
通信の電波は、地上のいろいろなところに設置された”基地局”と言われる設備から送信されています。
その上で、通信が成立しやすい理由としては、以下のようなものがあります。
基地局からの電波が強いので、減衰しても十分に届く
基地局は地上にあって電波は横方向から来るため、電波が建物の窓を通って奥まで届きやすい
一つの基地局と無線で送受信できればよい
建物の中に基地局が設置されている場合がある
屋内でGPSが使えない理由
一方で、GPSについてはどうでしょうか？
以下のような理由で位置を計測するのが難しいということになります。
GPSの電波は、”私たちのいる地上”に届いた段階ですでに非常に弱い
GPS衛星からの電波は基本的に上から降ってくるため、天井のコンクリートの壁で隔たれてしまう
位置を計測するには複数のGPS衛星からの信号を受信しなければならない
ということで、ほぼ不可能ということがわかると思います。
参考までに、GPSの電波が地上に届いた時ってどれくらい弱いんでしょうか？
例えば、スマホの通信の電波の場合。アンテナの表示（ピクトグラムと言います）が一本しか立っていない状態って、かなり電波が弱くて不安ですよね？
地上に届くGPSの電波は、屋外で非常に良い条件だったとしても、この1000分の1程度の電力しかありません。
結局、導入の部分までとなってしまいましたが、長くなってしまうので今回はここまでとさせてください。
次回はいよいよ、スマホが屋内でも位置がわかる理由について解説していきます。