特集

VR 技術と宇宙への夢

JVRSJ Vol.18 No.1 March, 201317

特集 ■ VR 技術と宇宙への夢

衛星測位と位置情報サービス
VR での宇宙データ利活用の活性化に向けて

神武直彦

慶應義塾大学

Kohtake Naohiko

1．はじめにが避難場所や避難方法を判断するといったことができる

現在，約 3,000 機の人工衛星が地球のまわりをまわっようになってきている．また，人工衛星からのデータはており，500 機以上が運用されていると言われている．

公開されているものもあり，同じテーマに興味を持った人工衛星は，その目的に応じて幾つかの種類に分類されメンバーがチームになってアメリカ航空宇宙局（NASA）るが，その中で，観測衛星，通信衛星，測位衛星は，そや宇宙航空研究開発機構（JAXA）が公開しているデー

こから提供されるデータが天気予報や，スポーツ中継，タを活用し，数日間で有益なサービスを開発するハッカ

カーナビゲーションなどに利用されており，既に社会

ソン International Space Apps Challenge （ISAC）のようなインフラとして定着してきていると言える．これらの人試みも世界各地で行われている．

工衛星からのデータは比較的容易に入手できるものも多バーチャルリアリティ（VR）と宇宙開発の関係を振りく，それらを用いた様々な課題解決のための取組みが行返ってみると，宇宙飛行士訓練や国際宇宙ステーションわれている．図 1 にそのイメージを示す．例えば，観測の設計結果の検証などに VR の技術が利用されてきた [1]．

衛星から得たデータによってある地域の集中豪雨を検知

今後は，それに加え，人工衛星や国際宇宙ステーショし，その周辺地域に設置した降雨センサからのデータとン（ISS）から地上に送られてくる宇宙データを様々な組み合わせて避難情報を作成し，その避難情報を通信衛

VR システムで利用することで，新たなサービスが創出星経由で対象地域の地上局に送信するといったことや，されるのではないかと考えている．例えば，ISAC でのその避難情報を受け取った移動中の車や電車が測位衛星入賞アプリケーションの中でも，ISS の軌道データを利からの測位信号によって現在位置を検知し，その関係者用し，ISS から見ることのできる地球の眺めを観測衛星による地球観測画像を用いて実物大で提示するシステムなど宇宙データを利用した VR システムが創出された．
VR 空間の実空間への拡張においては，ヒトやモノの位置をいつでも，精度良く，タイムリーに測れることが重要であるが，それを実現する方法のひとつが衛星測位である．2010 年 9 月 11 日に打ち上げられた準天頂衛星初号機「みちびき」は，GPS の代替え，補完（測位可能な時間や場所の拡大），補強（測位精度の向上）を目的として開発され，結果として，GPS のみによる測位と比較し，測位可能時間を 90％から 99.8％に，測位精度を低精度（約 10m）から高精度（数 cm）まで向上させることに成功した [2]．それらの成果を経て，2011 年 9月 30 日の閣議決定および宇宙開発戦略本部決定によって 2010 年代後半を目途にした 4 機の準天頂衛星による

図 1 人工衛星を利用した課題解決のイメージ

実用準天頂衛星システム事業が推進されることになっ＊口絵にカラー版掲載

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VR 技術と宇宙への夢た．そのため，今後，準天頂衛星からの宇宙データを用いたシステムが数多く創出されると考えられ，VR システムにおいても様々な利用方法があると考えている．
本稿では，2 つの研究開発の事例を紹介する．測位精度を補強することを主目的とした準天頂衛星の L1-SAIF
信号を介して GPS 受信機に緊急メッセージを配信するシステムと，準天頂衛星初号機の開発の過程で創出された屋内測位方式 IMES である．それぞれの事例では，位置に応じた周囲映像を 360 度パノラマ写真で提示したり，カメラ映像にアイコンをオーバーレイしたりといった VR を位置情報の利用によって実現している．
図 2 RedRescue システムの構成

2．GPS 受信機で受信可能な緊急メッセージ配信システム
2.1

災害時の防災情報提供における課題

災害時には，被害を最小限に食い止めるために，被天頂衛星は複数の信号を配信しているが，衛星測位に災者や自治体関係者，レスキュー隊といった関係者に利用する L1-C/A 信号に加えて補強信号のひとつである

対し，適切なタイミングで，適切な情報を確実に提供

L1-SAIF 信号を介して緊急メッセージを配信する点が特できることが重要である．しかし，東日本大震災でも徴である．GPS および準天頂衛星からの測位信号と L1-

そうであったように，被災者の生死に影響が大きい災

SAIF 信号を受信可能な GPS 受信機を用いることで，衛害発生直後からの数時間は，地上の通信インフラも様々星測位と緊急メッセージの受信を行うことが可能になな被害を受け，適切な情報を確実に提供することが困る．L1-SAIF 信号のデータ形式は 212bit でデータ速度は難，もしくは不可能になることがある．また，従来の250bps であり，緊急メッセージはそのデータ形式の一

防災情報提供の仕組みでは，その情報の受信者の位置部を利用するため，一定時間に配信可能なデータ量は小に応じて適切な情報を提供できるものは少なく，特定容量である．そのため，緊急メッセージの作成にあたっの受信者に対しては，不適切な情報を提供してしまうては，位置情報のコード化やトランザクションごとの分という課題がある．例えば，自治体から同一の避難指割伝送方式などの技術検討を行い，設計を実施した．現示を受けるある地域において，地震の際に避難する必状，市販されている携帯電話に搭載されている GPS 受

要のない地域の住民も避難指示を受け，避難行動を取っ

信機では準天頂衛星からの測位信号や L1-SAIF 信号をたことで，その過程で津波の被害にあってしまったと受信する機能があるものは少ないが，GPS チップセッいうような問題も起きている．

トのファームウェアを書きかえることで比較的容易にその機能を実現することができる．

2.2

RedRescue システム

RedRescue システムは，利用者の位置に応じた緊急

2.4

横浜駅周辺における実証実験

メッセージを地上の通信インフラを介さずに準天頂衛

RedRescue システムの研究開発は 2009 年に開始し，星を介して GPS 受信機に配信可能なシステムであり，2010 年前までの間，過去の災害の記録の分析や，近年

NTT データ株式会社，株式会社パスコ，アジア航測株

災害が発生した幾つかの被災地での実地調査やインタ式会社，慶應義塾大学が共同で研究開発を行っている．

ビュー，利用シナリオの分析，ビジネスモデルの検討な

RedRescue システムは，利用者それぞれの位置に応じたどを行ってシステムの要求仕様を作成し，その仕様の検緊急メッセージが配信される仕組みになっているため，証を実施した．そして，2011 年には，緊急メッセージ受信端末では，その時点での端末の位置に応じた緊急配信シミュレータを用いたシステムの動作検証を横浜駅

メッセージのみを取り込むことができる．

東口周辺にて実施した（図 3）．この検証は，地震，津波，火事といった具体的な災害と災害発生場所を幾つかのシ2.3

RedRescue システムの構成ナリオに分けて設定し，複数の被験者が複数の場所で同RedRescue システムのシステム構成を図 2 に示す．準時に緊急メッセージを携帯端末で受信し，それぞれの位

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置に応じて適切なタイミングで適切な情報を受信できるな行動を取るかの観察と移動履歴の分析や実験後の被かの評価を行った．図 3 の下段では，左からそれぞれ，験者によるインタビューによるユーザビリティ検証を「関東地方太平洋沖で地震発生」といった一斉配信の緊行った．小容量でも準天頂衛星から緊急メッセージを急メッセージ受信，位置に応じた緊急メッセージ受信，提供することの有用性を確認することができた．

メニュー選択，避難経路確認の様子を表示している．な

現在は，RedRescue システムの実用化に向け，関係機

お，避難経路の表示にあたっては，2 次元の地図データ関との調整やシステムの設計を行っている．地球上の広に加え，携帯端末の位置に応じた避難方向や避難場所ま範囲をカバーすることのできる人工衛星を利用したシスでの距離をパノラマ画像にオーバーレイすることで直感テムのため，その適用範囲を国境をも超えて一気に拡げ的な避難方法を提示している．被験者実験や有識者へのることができるという利点があり，海外，特にアジアオヒアリングによって，このような機能は，レスキュー隊セアニア地域での実証実験なども予定し，一部既に実証による経路確認や，被災時以外の定期的な避難訓練などしている．一方，諸外国との競争と連携を常に考える必にも有効であるとの評価を得た．

要がある．測位衛星を利用したメッセージ配信機能については，我々の調査によると，準天頂衛星以外に，現状，北斗（中国）および Galileo，EGNOS（共に欧州）がその機能を有している．そのため，欧州関係機関とは，配信する緊急メッセージに関する連携実証実験などについて議論を進めている．携帯端末などに内蔵された GPS 受
信機が補強信号を受信可能になることを想定した場合，配信する緊急メッセージのデータ形式に互換性を持たせておくことで，準天頂衛星，Galileo，EGNOS によらずGPS 受信機を持った利用者はそれぞれの測位衛星から

図 3 横浜駅周辺を対象としたシステム検証の緊急メッセージを受信することができるようになる．
3．衛星測位技術を応用した屋内測位方式 IMES

これらの実証を踏まえ，2012 年には，準天頂衛星初3.1号機を利用したシステムの動作検証と複数の被験者に屋内測位における課題

よる移動履歴の分析，ユーザビリティの検証を行った

人間は日常生活の多くを屋内で過ごしており，特に都（図 4）．この検証では横浜駅東口から広域避難所である市圏での生活の場合，1 日の 8 割程度を屋内で過ごしてパシフィコ横浜までのエリアを主な対象とし，ファーいることが多い．それに対し，衛星測位では，GPS やムウェアの書きかえを行った GPS 受信機で L1-SAIF 信

準天頂衛星によって屋外の多くの場所での測位が可能に号を介して地震および津波の発生を想定した緊急メッ

なったが，衛星からの信号が届きにくい屋内では，精セージを受信した．それによって，それぞれの被験度良く，確実に測位を行うことが難しく，屋内外シーム者が位置に応じた避難情報を受信することでどのようレスな測位を実現することが課題のひとつである．そのため，測位衛星以外の無線 LAN や RFID，カメラなどを用いた様々な測位方式の研究開発が進められており，スマートフォンの普及により，その需要は日々高まってきている [3]．
3.2

IMES: Indoor Messaging System

屋内測位方式の中で有望な技術のひとつが衛星測位技術を応用した IMES（Indoor Messaging System）であり，準天頂衛星システムから送信する測位信号の開発過程において発案された我が国発の屋内測位の方式である [4]．
IMES では，GPS と同じ周波数帯と変調方式を利用した信号を IMES 送信機から送信し，その信号を受信，処理

図 4 ResRescue 緊急メッセージでの被験者の避難と移動履歴

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VR 技術と宇宙への夢できるようにファームウェアを変更した GPS 受信機でシステムと測位衛星技術株式会社の 2 社であり，両社と受信することで屋内での測位を実現する．これにより，もに改良を進め，販売を行っている．IMES 対応の受信GPS からの信号の届きにくい屋内においても位置を求機については，GPS 受信機メーカーや，携帯端末メーめることができ，IMES 受信機ならびに，GPS，準天頂衛カー，通信キャリアなどを中心に各種実証実験が行われ星によって，同一の GPS 受信機で屋内外シームレスなている．また，GPS および，準天頂衛星，IMES からの測位にすることができる（図 5）．

信号を受信し，bluetooth 経由でその信号を別の端末に伝送可能なモジュールなども開発され，利用されている．
3.3

屋内外シームレスな位置情報サービス実用化に向けた試み
IMES を用いた屋内外シームレスな位置情報サービスの実用化を実現するためには，継続的な運用を考慮した技術的，経済的，社会学的なシステムデザインと実証が必要である [6]．また，普及活動や，ビジネスモデルの構築，IMES 信号の管理，標準化，IMES 送信機設置のガイドラインの作成といった活動が重要であり，企業や大図 5 IMES の仕組み （JAXA 提供）

学が個別に対応することが難しい IMES 実用化に向けた取組みを推進するために，2011 年に IMES コンソーシ
アムを設立した [7]．現在，幾つかの地域や施設で実用化

広く普及している GPS 受信機で測位に利用する L1C/A 信号と比較した IMES 信号の主な仕様を表 1 に示す．のための実証が実施されている．

IMES は，GPS の整備や運用を行っている米国 GPSW より世界的にユニークな測位衛星の ID である PRN コード

3.3.1

10 セット（173-182）を 2007 年に割り当てられ，それらの整備IMES 送信機の常設と位置情報サービス利用環境のコードを利用している [5]．IMES ならびに GPS や準天

IMES 送信機を常設することで，位置情報サービス提頂衛星などの測位衛星からの信号を受信できれば，同一供者が自由にかつ継続的に IMES を利用した屋内外シーの GPS 受信機で屋内外シームレスに測位を行うことがムレスな位置情報サービスを開発，検証することが可能できるため，他の測位方式と比較した場合，1）多くの携になる．その検証も含めた実証を行うひとつの拠点とし帯端末に内蔵され，広く普及している GPS 受信機で利て，東急電鉄株式会社の協力を得て，2011 年 3 月 19 日用することができるため，利用者の IMES 信号受信のたにオープンした二子玉川ライズ・ショッピングセンター

めのコスト負担が小さい，2）屋内外の測位の切り替えをに IMES 送信機を常設し，継続的に運用を行っている（図シームレスに行うことができる，3）屋外を対象にした位

6）．8 階建ての建物内に現状 100 台程度の IMES 送信機

置情報サービスを屋内用に改良することが容易，というを常設している．全ての IMES 送信機が天井よりも上に点で，優位性を有している．

設置されており，利用者からは IMES 送信機は見えない

表 1 GPS L1-C/A 信号と比較した IMES 信号の主な仕様

IMES は，その方式が発案された 2005 年以降，実利用を念頭に様々な研究開発や実証実験が行われてきた．
現時点での IMES 送信機メーカーは，株式会社日立産機

図 6 二子玉川ライズ ・ ショッピングセンター

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報などを提供することで集客やリピート率向上，リソース管理のための施策に活かして頂くことを目的としたサービスである．
aitetter （慶應義塾大学）
休憩所やベビールーム，トイレのような共用施設や店
図 7 天井 （左図） とその内部に取り付けた IMES 送信機 （右図）

舗に関する混雑状況をアプリケーション利用者が共有することができるサービス（図 9）．利用者が，aitetter を配置になっており，屋内測位による位置情報サービスで起動し，IMES 送信機もしくは，QR コードを使って現在利用されている（図 7）．の位置を測位するか，エリア選択機能で特定の位置を指また，屋内外で得られた位置情報から対象エリアの地定すると，その位置の周辺にある施設の混雑状況を閲覧

域情報や店舗情報，施設のフロアマップなどの様々な屋することができる．同時に，利用者はそれぞれの現在位内外のコンテンツをクラウド型で配信する基盤システム

置に応じて周辺の施設や店舗の混雑状況を自ら入力するである「商業施設位置情報サービスプラットフォーム」ことが可能であり，入力された混雑情報は，施設ごとにを国際航業株式会社と慶應義塾大学が開発し，二子玉川時系列に記録される．また，各施設について，その位置エリアを対象に運用を行っている（図 8）．このプラッを表示する地図を表示したり，予め撮影しておいた画像

トフォームには，二子玉川ライズ・ショッピングセンターを用いて周囲の様子を 360 度パノラマ写真にてバーチャを含む商業施設や地域の商店街の約 1,600 軒の店舗情報

ルツアーをしたりすることができる．利用者の入力によや，周辺の避難場所や避難経路などの防災情報など二子る集合知によって混雑度合いを共有することができるた

玉川エリアに関する情報が登録，更新されており，各位め，ロケーションオーナーによるリソース（スタッフ，置情報サービスでは，このプラットフォームにアクセス電力，広告など）の効果的な配分や管理に利用することすることで，位置情報によって屋内外のコンテンツを容の検証も行っている．

易に活用することができる．

混雑状況入力地図閲覧

パノラマ画像閲覧

図 9 aitetter の画像表示の例

図 8 商業施設位置情報サービスプラットフォームの仕組み

ニコトコ（東急電鉄）
3.3.2

位置情報サービスの開発事例

携帯電話を介して利用者に地域情報や店舗情報，ポイ

これらの測位方式やプラットフォームを用いて，二ントなどを提供し，それらによって街歩きを楽しんでも子玉川では約 30 の事業者や研究機関が屋内位置情報をらうことを目的としたサービス（図 10）．利用者は，ア用いたサービスの開発を進めている．その中で VR のプリケーションを立ち上げると街や店舗などにチェック技術も活用した 2 つのサービスについて紹介する．利インしたことに対するポイントを受け取ることができる．

用者に対して，その属性や位置，時間に応じた情報をまた，屋内屋外によらず，スマートフォンをかざしてカ提供するとともに，施設管理者のようなロケーションメラ機能でその風景を見ると，画面に映る風景に重なっオーナーに対しては，利用者の属性情報や行動履歴情てその方角にある店舗のクーポンアイコンが表示される．

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学研究費助成事業 23700088 の援助によって行った．また，図 1 については東京大学空間情報科学研究センター
柴崎亮介教授から提供頂いた図に著者が一部修正を加えたものである．
参考文献[1] 谷口博隆，檜佐雅洋，木内英二：有人宇宙活動へのバーチャルリアリティ技術の活用，日本バーチャルリアリ
ティ学会学会誌，第 18 巻第 1 号，掲載予定（2013）

図 10 ニコトコの画像表示の例[ 2 ] 山川宏：我が国の測位システムの状況について，
SPAC シンポジウム 2011．
[3] 日経エレクトロニクス 2011.03.07 号，決め手は位置

4．むすび
本稿では，測位衛星や屋内測位方式を利用した位置情報（2011）[4] 宇宙航空研究開発機構，準天頂衛星システム ユーザ情報サービスの研究事例について紹介した．現在，80

インタフェース仕様書（IS-QZSS 1.4 版）．

機以上の測位衛星が地球のまわりをまわっているが，[5] L1 C/A PRN CODE ASSIGNMENTS,

10 年後にはその数が 130 機程度に増える予定であり，http://www.losangeles.af.mil/shared/media/document/

その増加の要因のひとつは，日本，中国，インドによAFD-101124-042.pdf, 10（October 2010）

るアジアオセアニア地域に特化した測位衛星の実運用[6] 神武直彦：IMES による屋内外シームレス LBS 実用が開始されることである．それによって，測位可能時化に向けて，GPS/GNSS シンポジウム 2011．

間や測位精度などが向上し，この地域が世界的に最も質の高い衛星測位が可能な地域になるため，新たなサー[7] IMES コンソーシアムサイト，ビスの創出が可能になり，VR 空間の実空間への拡張な

http://www.imesconsortium.org/

どもより精度良く，容易に実現できるのではないかと考えている．衛星測位データを含む多様な宇宙データ【略歴】を簡単に様々な形で利用できるような仕組みづくりや，神武直彦（KOHTAKE Naohiko）

その事例をまとめていくことが今後の課題のひとつで慶應義塾大学あると考えているが，VR システムでの宇宙データの利研究科用によって，様々な価値ある新しいサービスが創出さ

1998 年慶應義塾大学大学院理工学研究科修士課程修了，れ，それが，VR 分野および宇宙分野双方の研究開発の2005 年慶應義塾大学大学院政策・メディア研究科博士

進展に寄与することを期待したい．

課程修了．博士（政策・メディア）．1998 年より宇宙航大学院システムデザイン・マネジメント

准教授

空研究開発機構，欧州宇宙機関にて H-IIA ロケットの研謝辞

究開発，国際宇宙ステーションや人工衛星に搭載する本研究の一部は，平成 21 年度「宇宙利用促進調整委

ソフトウェアの独立検証・有効性確認の統括，国際連携託費〜衛星利用の裾野拡大プログラム〜」および平成に従事．2009 年より慶應義塾大学にて，宇宙技術や情21 年度 JAXA オープンラボ共同研究，経産省事業平成

報技術を利用した防災システムやコミュニティシステム

23 年度「産業技術実用化開発事業費補助金（次世代高などの社会技術システム創出関する研究に従事．Multi-

信頼・省エネ型 IT 基盤技術開発・実証事業）」，JSPS 科GNSS Asia 運営委員，IMES コンソーシアム代表．

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