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2019年8月 2日 (金)

測位精度を費用をかけずに確認するには?

 最近、高精度測位に興味が出てきて、Huawei P10とPPP WizLiteの組み合わせで色々試しています。

  PPP WizLite - Google Play のアプリ
  https://play.google.com/store/apps/details?id=jocs.fr.gnss_ppp&hl=ja


下記のキャッチコピーに惹かれてこのアプリを使っていますが、基本的な技術を理解しないまま頭を突っ込んでいるので、この組み合わせで本当に高精度測位が出来ているのかどうかよく判りません。

 "While classic GPS positionning gives you an approximate location of around 10 meters, PPP WizLite will locate you with an accuracy of around 1 meter."

 下記の警告に記載のURLの対応機器リストには、Huawei P10が含まれているので、条件的には満足している筈です。

  "WARNING: all smartphones do not support GNSS Raw measurements. Google publishes a list of compatible smartphones here: https://developer.android.com/guide/topics/sensors/gnss "


 実際に動作させてみると、表示されている数値(精度?誤差?)が2~3m程度に収束することもあります。
 調子が良いときには、0.75mになったこともあります。


【Huawei P10+PPP WizLiteによる測位例】

(01)huawei-p10_ppp-wizlite_2.99m
01huaweip10_pppwizlite_299m

(02)桶井川河口突堤
02e

(03)huawei-p10_ppp-wizlite_1.99m
03huaweip10_pppwizlite_199m

(04)huawei-p10_ppp-wizlite_0.75m
04huaweip10_pppwizlite_075m

 精度の意味がよく理解できていませんが、下記の資料に「正確度(Accuracy)」と「精度(precision)」の説明があります、

 日立ハイテクノロジーズ
 正確度と精度
 https://www.hitachi-hightech.com/jp/products/device/semiconductor/accuracy-precision.html
(以下、上記URLから抜粋引用)
-----------------------------------------
「正確度(Accuracy)」とは、「真値」にどれだけ近い値であるかを示す尺度です。一方、「精度(precision)」は、複数回の測定等の値の間での互のばらつきの度合いの尺度で、「再現性」ともいいます。
-----------------------------------------

この定義によれば、1回の測定で「精度」を求めることは不可能であり、また、「真値」とは大きく異なっていてもグルーピングの状態が良ければ「精度」は高いというになります。
 日常的に使用している「高精度」は、「高正確度」且つ「高精度」を意図して使用していることが多いですが、厳密には異なるようです。

 また、精度と誤差の関係が良く理解できていませんが、以下の説明では余り考えずに適当に(いい加減に)使っています。

上記の測位例では、誤差と思われる数値が、普通のスマホの数mのレベルより小さい2~3mになっているので、通常よりは高い精度で測位されているような感じがします。
 また、スマホを置いた位置に対応する衛星地図上の位置(例えば、桶井川河口突堤の測位例でいえば、航行標識の手前に設置されている3本のボラードの左手前のものの位置)と、衛星地図に重畳されて表示された誤差円の中心の位置の距離が近接しているように見え、また、眼で見て判断した両者間の距離が、表示されている数値と同程度であれば、2~3mの誤差で測位ができているように思ってしまいます。
誤差が2~3mということであれば、数値的には結構いいところまで行っていることになります。


上述の説明は、Google Mapsの地図の座標が正確であるという前提の上に成り立っています。
 国土地理院の地図の精度は、縮尺1/250の場合には、水平位置の標準偏差が0.12m以内ということなので、同程度の縮尺のGoogle Mapsの精度も同程度であろうと勝手に思い込んでいましたが、Googleは精度は保証していないようです。

  地形測量及び写真測量
  (数値地形図データの精度)
       https://www.pref.shimane.lg.jp/infra/kouji/kouji_info/sagyoukitei/koukyousokuryou/zyoubun.data/05sagyoukitei3hen.pdf


  Geographic Information Systems
  Accuracy of Google Maps latitude and longitude?
  answered Aug 19 '13 at 4:45
  https://gis.stackexchange.com/questions/69031/accuracy-of-google-maps-latitude-and-longitude

 以下は、Google MapsではなくGoogle Earthの話ですが"accuracy"(正確度? 精度?)について書いてあります。

  How accurate are longitude and latitude in Google Maps?
  September 15, 2016 by Tammy Tengs
  http://buyingandsellingland.com/how-accurate-are-longitude-and-latitude-in-google-maps/


(以下、上記URLから抜粋引用)
-------------------------------------------
  Google’s Position
  In 2009, a Google representative said:
  Google makes no claims as to the accuracy of the coordinates in Google Earth. These are provided for entertainment only and should not be used for any navigational or other purpose requiring any accuracy whatsoever.
-------------------------------------------

 英語の場合は、"accuracy"と"precision"が明確に区別されいることが多いようなので,ここでの"accuracy”は日本語の「正確度」に対応していると考えてよいようです。

    GPS WORLD
    Accuracy, precision and boundary retracement in surveying
    July 5, 2017 - By Tim Burch
    https://www.gpsworld.com/accuracy-precision-and-boundary-retracement-in-surveying/

 

 非常にラフに考えると、Googleの地図の精度(正確度?)は、一般的なGNSS(GPS)受信機で得られる程度の精度ということのようです。
 ということであれば、高精度測位の結果を、Googleの地図で確認するのはあまり意味がありません。
 もしかしたら、現在ではもっと高精度になっているのかもしれませんが・・・

 なお、GPSの本家本元のサイトには、以下のような説明がありました。

  GPS.gov
  GPS Accuracy
  https://www.gps.gov/systems/gps/performance/accuracy/
(以下、上記URLから抜粋引用)
-------------------------------------------
”For example, GPS-enabled smartphones are typically accurate to within a 4.9 m (16 ft.) radius under open sky (view source at ION.org). However, their accuracy worsens near buildings, bridges, and trees. ”
-------------------------------------------
 この値であれば、自分の経験と大体合っています。


 下記の測位例では、地図上に表示された測位位置が誤差円に含まれないので一寸奇異な感じがしますが、もしかしたら、Googleの地図の座標の誤差でそのような結果になっているのかもしれません。(単なる個人的な想像です)

(05)測位位置が誤差円に含まれない例
05_20190802214701
 
 Googleの地図を基準にすることができないということになると、正確な座標(緯度/経度)が路面にマーキングされている地点で測位するか、あるいは、三角点のような正確な座標が既知である地点で測位し、測位した座標を既知座標と比較するという位しか思いつきません。

(06)座標がマーキングされている地点の例(INS用?)
Image9  

下記の資料では、PPP WizLiteでは、測量用GNSS受信機レベルの装置を使用して位置が確認された場所を使って精度を確認しているようです。

    PPP WizLite - BlackDot GNSS
    https://www.blackdotgnss.com/2017/05/14/ppp-wizlite/


(以下、上記URLから抜粋引用)
------------------------------------------------
(Tuesday, 11 June 2019 23:13)
The accuracy of 1-2 meter which PPP wizlite provides, is it in respect to user position provided by Android FINE location API ? How are you able to get true user position ?
------------------------------------------------
(Wednesday, 12 June 2019 05:35)
The phone has been placed on a geodetic marker whose position has been accurately surveyed using either geodetic GNSS receivers or surveying equipment.
------------------------------------------------

 この方法であれば、正確な誤差(真の値と測位で得た値の差)を確認することができそうです。
 日本経緯度原点における緯度・経度の1秒の長さは、20~30mということなので、0.1秒の精度で確認すれば、2~3mの精度で確認できるということになるのでしょうか?
 このあたりは基本的な知識がないので、正確なとことはよくわかりませんが、大体の雰囲気は判りそうな感じです、

  緯度
  https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B7%AF%E5%BA%A6

  緯度1秒の長さ:30.715 m~31.026 m
  35度39分29秒1572(日本経緯度原点)30.820 188 m

  経度
  https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%8C%E5%BA%A6

  経度1秒の長さ:30.922 m~0.000 m
  35度39分29秒1572(日本経緯度原点) 25.153 129 m


 一番確実なのは、上記blackdotgnss.comに書いてあるように、測量用の装置による測位結果と比較することですが、この種の装置は非常に高いです。N百万円?

 正確な座標が判っていて、かつ、簡単に行ける場所がないかと探していたら、場所の調査(ロケハン?)に利用できそうな下記のサービスがありました。

  基準点成果等閲覧サービス
      https://sokuseikagis1.gsi.go.jp/top.html

 地域と種別を指定して検索すると、希望の場所の近くの基準点を調べることができます。

 練習用にNHK放送博物館の近くにある愛宕山を調べてみました。

    NHK放送博物館
    https://www.nhk.or.jp/museum/access.html

(07)愛宕山(三等三角点)基準点成果等閲覧サービス
07
 三角点の座標は以下のようになっていました。

  北緯:35°39'53".2025
  東経:139°44'55".4852

(08)愛宕山(Google Earth)
08google-earth

(09)愛宕山(Google Maps)
09google-maps

 愛宕山は山と言っても、今の時代では周囲に高層ビルが林立しているので、見晴らしがよい場所とはとても言えませんが、マルチパス環境下での測位実験には適しているかもしれません。
現場に行ってPPP Wikliteで測位すれば、真の誤差を確認できそうですが、測位場所としては今一つです。

 もう少し便利で開けた場所を探してみるつもりです。

(座標の話は奥が深くて、読めば読むほど判らなくなってくるので、おかしなことを書いているかもしれませんが、ご容赦のほど・・・)

 

【参考外部リンク】
[一般的な精度/誤差]
 誤差の話
 http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/ubung/yyosuke/chemmeth/chemmeth03.pdf

 精密測定における精度と誤差の関係
 https://jp.misumi-ec.com/tech-info/categories/machine_design/md01/c1265.html

 正確度と精度
 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%AD%A3%E7%A2%BA%E5%BA%A6%E3%81%A8%E7%B2%BE%E5%BA%A6

 Circular error probable
 https://en.wikipedia.org/wiki/Circular_error_probable

 

[GNSS(GPS)の精度/誤差]
 マゼランシステムズジャパン
 さまざまな測位方式とその精度
 https://www.magellan.jp/fundamental/104

 東京海洋大学 情報通信工学研究室
 GPSによる測定値の誤差と要因 -
 http://www.denshi.e.kaiyodai.ac.jp/jp/assets/files/pdf/content/201004.pdf

  GPS Accuracy: Lies, Damn Lies, and Statistics - GPS World
  January 1, 1998 - By GPS World Staff
  https://www.gpsworld.com/gps-accuracy-lies-damn-lies-and-statistics/

 Determining GPS Circular Error Of Probability (CEP)
 https://freegeographytools.com/2009/determining-gps-circular-error-of-probability-cep

 

[地図の精度/誤差]
 国土地理院数値地図の精度に関する考察 - J-Stage
 https://www.jstage.jst.go.jp/article/geoinformatics1990/6/2/6_2_59/_pdf

 Accuracy of Google Earth
 2016
 http://www.thesacredcity.ca/Google%20Earth.pdf

  Horizontal Positional Accuracy of Google Earth’s High-Resolution Imagery Archive
  Published: 8 December 2008
  http://www.mdpi.com/1424-8220/8/12/7973/pdf

  Coordinates.accuracy
  https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/API/Coordinates/accuracy

 How accurate are longitude and latitude in Google Maps?
 September 15, 2016 by Tammy Tengs
 http://buyingandsellingland.com/how-accurate-are-longitude-and-latitude-in-google-maps/
“Conclusion
The coordinates in Google Maps could be off by several meters (or yards). Google Maps is a great free resource when used wisely.”

 

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