GPSについて
最近はカー・ナビゲーションが普通になり、巡航ミサイルなどの軍事技術から始まったGPS（グローバル・ポジショニング・システム (GPS:Global Positioning System )ですが、携帯電話にも標準で装備されるようになり日常生活に密着した存在になりました。
USB経由でPCへ位置情報を出力できるGPSユニットも1,2万円で入手できるようになってきました。GPSも電子工作の重要なデバイスの一つのようです。
この連載では、GPSについて先ず最近日本語化も進み使いやすくなったパーソナルGPSを題材に、GPSの仕組みとその使い方を調べてみます。
最近、何十年かぶりに山歩きを再開し、国土地理院の１/25000の地図とコンパスの代わりに、ガーミン社のGPSmap 60CSxを購入しました。ハイテク化で、山歩きや街中のナビゲーションがどのように便利になったか確かめて見ます。
その中で、どんな方法で現在位置を知ることができるのか？現在位置の表し方、座標系とは？パーソナル・ナビゲータはどんなことができるのか？具体的な事例で確かめながら報告します。GPSで利用する地図にはどんなものがあるのか、ナビゲーションの目標となるポイントの設定方法や、山歩きや、トレッキング、またはアスリートのトレーニングの軌跡などをPCで管理するための方法などを確認してみます。

●ガーミン社のGPSmap 60CSx
パーソナル・ナビゲータの主要メーカであるガーミン社のマイクロSDカードに対応したGPSmap 60CSxをメインに取り上げます。
日本語に対応していること、1GBのmicroSDカードに各種の地図を格納できることからこの機種にしました。

【白山登山にGPSmap60CSxを携行して（１）】

雨とガスの中、7月24日から白山に登ってきました。富士山、立山の雄山、白山で日本三大霊山と呼ばれ、白山は石川県と岐阜県にまたがる白山国立公園の最高峰です。ハクサンフウロ、ハクサンボウフウ、ハクサンチドリなどハクサンの名がつく多くの高山植物があるように、白山は高山植物の宝庫です。
　

《登りに見つけたキヌガサソウ》

【白山登山にGPSmap60CSxを携行して（2）】

前回に引き続いて、白山登山に携行した際のGPSmap60CSxの使い勝手について報告します。

・重量
本体の重量は161ｇでアルカリ電池2本46ｇ、サンヨー製のニッケル水素電池、エネループ2本で約53ｇとなり、このエネループの電池込みで213ｇとなります。この他に携行に便利なベルトクリップの重さが17ｇとなります。計230ｇで負担になる重さではありません。アルカリ電池とニッケル水素電池の切り替えは、メイン・メニュの設定を選択し、システムの設定の中の電池種別で選択します。
・大きさ
この手の機器は小型のほうがよいのですが、表示される地図が小さくては意味がありません。少し厚みが気になりましたが、電池交換のため裏蓋を外してみますと写真に示すように防水のためのシール。しっかりした厚みをもったケースになっていてアウトドア用品としての安心感が得られました。丸みを帯びた形状が手にフィットします。

●自動車で移動した軌跡もPCに表示処理できる
白山の登山の行き帰り、GPSmap60CSxをカーナビとして利用してみました。中央高速道の相模湖インターチェンジから東海北陸自動車道の荘川インターでおり、国道156号線で世界遺産の白川村へ向かい途中から白山の平瀬道側の登山口である白水湖までの軌跡が残りました。山旅に良く使われるフリーソフトのカシミールで表示します。
伊那近くでは、高速道路を降りて山越えして白水湖に向かうルートをしきりに案内していました。しかし、恵那を抜けたあたりから東海北陸自動車道を案内するようになりました。カーナビとしていろいろ考えてくれているようで、カーナビの案内機能に今のところ不満はありません。

●マイクロSDカードに複数の地図がセットできる

筆者のGPSmap60CSxで、現在セットされている地図は次の3種類です。
(1)　１/20万の標準で搭載されている全国地図
　　メインの道路しか乗っていない、都市間の移動の参考にはなる。
(2)　1/25000の日本詳細道路地図（City Navigator V8.01）
　GPSmap60CSxではマイクロSDカードに格納搭載されている。歩行する登山道などは載っていなが、車がすれ違えない細い道も載っている。車でも、市街地の歩行でも大いに利用できる詳細地図。
(3)　1/25000の日本地形図10m等高線仕様（Japan TOPO-10M）
　追加で購入した10ｍの等高線の地形図、DVDに格納されている。国土地理院の１/25000の地図と同じ10ｍの等高線だがTOPO-10Mには登山道などの道が記載されていない。また、市街地でも細い道は載っていない。

南アルプスの北岳の緯度経度
今回、南アルプスの最高峰、富士山に次ぐ国内第二の高峰、北岳の山頂でGPSmap60CSxの動作を確認しました。北岳の山頂には、明治37年(1904年)　 三等三角点「白根岳」が設置されました。厳しい環境に100年以上さらされていたため損傷が激しく、昨年新しい三角点に更新されました。
更新された三角点の前には、この三角点の経過が記述されたプレートがありました。このプレートには、この三角点の緯度経度も示されています。

GPSの測位方法

GPSによる現在位置の決定方法は次のような手順で行います。

現在位置の決定

　今回は、衛星から発信される発信時刻、衛星情報を基にGPS受信機の現在位置を算出するための方程式を考えます。図に示す（X,Y,Z）はGPS受信機の座標、上空の衛星の座標（Xn、Yn、Zn）、受信機と衛星との距離をRnとします。

軌跡の設定について
今回は、山行きなどでGPSナビゲータが測定した結果を地図上で確認する方法を調べてみます。連載の2回目、4回目で結果だけ示しました。山の中を歩いた結果を地図上で再現できるのは、GPSナビゲータが本領を発揮する用途の一つです。

　登山やサイクリング、ドライブなどの後で、その行程をPCで確認することができます。今回、紅葉で名高い上高地の涸沢に行ったときの軌跡を例に読み込みなどを行います。

今回は、ガーミン社のGPSナビゲータから、PCに読み込まれた軌跡データの内容について検討します。GPSは日時と座標、標高を測定し記録します。その内容について、MapSourceに読み込まれた軌跡データから確認してみます。

軌跡データの命名方法
ここでは、GPSmap60CSxの内蔵メモリとマイクロSDカードに保存される軌跡データの取り扱いが異なっているので、その説明をします。

　Garmin社のGPSナビゲータに搭載できる地形図には、登山道が表示されていません。

今回、カシミール３Dで登山などの道案内のためのルートを作成します。そのルートをGPSナビゲータにアップロードして、実際のアウトドアでの道案内に利用します。
ルート
ルートは、登山道の途中の目標となるポイントを行程の順番に並べた物です。前回示したものと同じものですが、三条の湯から雲取山までの登山道とルートを表示した地形図です。

軌跡が残っていない
前回の雲取山登山で、GPSナビゲータの道案内には問題ありませんでした。しかし、帰って登山の軌跡をダウンロードしようとしましたが、登山前日の以後の軌跡が保存されていませんでした。今まで、雲取山登山中は、GPSオンにしていました。小さな画面の中の軌跡を確認しながら急登を喘ぎなら登っていましたので、軌跡が記録されていないとは思ってもいませんでした。

設定の確認をしていくと、次に示すように軌跡の設定の画面で軌跡ログの設定がオフになっていました。当たり前のことです。連載9回目で軌跡を常時オンにしておくように説明したにもかかわらずオフになってしまった理由を説明します。

GPSmap 60CSx日本語版の発売元のサポート・ページを結構頻繁にチェックしています。愛用のGPSmap 60CSxのファームウェアのバージョンアップ（V2.4）が2007年9月29日付けでアナウンスされていました。PCのマザーボードのBIOSのバージョンアップなどと同じで、失敗したらと少々不安になるのですが、不具合も改善され、多くの場合機能もアップするので、いつも恐る恐るバージョンアップ作業を行っています。

今回は次の手順で順調に完了しました。安心してためしてみてください

今回、GPSmap60CSｘの電源についてまとめてみます。車などで長時間移動する場合などに、便利な外部電源の利用方法などについても考えます。

電源は単三2本のほか外部からも供給を受けられる
通常使用する電源は、単三乾電池2本となっています。アルカリ乾電池のほか、ニッケル水素蓄電池にも対応しています。その他、外部から電源供給を受けることもできます。これらについて今回考えます。

今回は、USBインターフェースによる電源供給について説明します。

USBのインターフェースは次に示すように、一般のPCに接続する機器の標準Bプラグ以外に、ガーミン社のGPSに用意されているミニBレセクタブルなど、次に示すように複数の形状のインターフェースが用意されています。

今回から、GPSmap60CSxを日常の生活で使っていて、便利に感じていてよく利用している機能、少々使い方がわからず理解するまで少し困ったがわかるとそれ以後は便利に使っている機能について報告します。

使用しているロードマップ
ロードマップは、関東広域に神奈川、東京の地図を常時載せています（筆者は関東在住）。GPSやカーナビで地図は表示できるのですが、少し広い領域を見たいときにはペーパーのロードマップにはかないませんので、ロードマップは必携です。

GPSmap 60CSx
前回説明したシガーソケットから電源が取り出せるように、USBケーブルとUSB端子付きシガーソケットはいつもダッシュボードに入れてあります。外部から電源を供給すると常時バックライトが点灯するので、夜間の車内でも良く見えます。

トリップコンピュータ・ページ
GPSmap60CSxにトリップコンピュータ・ページと呼ばれるページが用意されています。このページを利用することで、ランニングやウォーキングの走行距離、走行時間、速さなどを確認しています。

メタボ気味で体重を少し減らさなければならない身にとっては、これらのデータが正確に把握できるのはありがたいものです。

トリップコンピュータ・ページを、次に示します。

トリップの軌跡データ
　前回はトリップデータの利用方法について説明しました。ウォーキングなどで歩いた距離、全体の早さなどはトリップ・コンピュータページで分かります。今回は軌跡データでその行程の詳細の確認を行います。

PCへ軌跡データの転送方法
　GPSmap60CSxとPCとの間でGPSデータの受け渡すには、次の二つの方法があります。

遠隔地点の検索（１）

現在位置近辺の検索
　とくに指定しなければ、GPSmap60CSxの検索ボタンを押して、表示されるカテゴリを選択すると、GPSで測定した現在位置近辺のカテゴリごとの施設などが検索できます。表示は、ポイントに近い順番に最大50項目まで表示されます。
　目的地に到着したあと、近隣の施設を検索したり、途中で食事の場所を探したり、買い物の場所を探したりなどが即座に検索でき便利です。

遠隔地点の検索（2）

　検索ボタンを押しカテゴリを選択すると、現在位置近辺の対象が表示されます。ここでメニュー・ボタンを押すと、次に示すように名前での検索などが選択できるメニューが表示されます。検索対象は、表示を選択された地図データに含まれている項目を検索できます。

 該当する地図を表示する

 名前の検索で対象となる項目は、メイン・メニューの設定を選び次に表示されるメニューで地図を選びます。この地図設定メニューのメニューで○にi の表示を選び、メニュー・ボタンを押すと、次に示すオプション・メニューが表示されます。

シガー・ソケットからの電源
　今まで、使用していたUSBソケットつきの携帯電話充電器（シガー・ソケット・タイプ）のケーブルが断線し、出力を長時間ショートさせてレギュレータICが壊れてしまいました。代わりになるものとして、安価で、USB端子付きのシガー・ソケット用携帯電話充電器を探しました。

　auの物はあるのですが、利用している携帯電話はソフトバンクで第３世代でないため見つかりませんでした。auのものを購入し、携帯電話の充電用ソケット部分をケーブルも含めて交換することにしました。

レギュレータはスイッチング・レギュレータ
　今回購入したオスマ社のDCU-02の基板を次に示します。LEDの表示窓を外すと二つに分解できます。差込口の部分に少し接着剤で接着してあります。少し強く開くと剥がれます。爪がついていますので、再度組み立てるとき爪がかみ合い元の状態に戻ります。心配なら、接着剤を少しつけておくと元通りになります。いろいろテストするので簡単にばらせるように接着剤を使用していませんが、問題は起きていません。

　純正の外部電源として、次に示す「カーアダプタ純正OType12V用」が用意されています。GPSmap60CSxの背面の丸い外部電源接続部とシガー・ソケットをこのケーブルで接続するだけで済みます。しかし、3990円を出して購入したのではせっかくの電子工作の機会を逃してしまいます。
　シガー・ソケット用のプラグにUSBケーブルを接続するアダプタを現在使用していますが、シフト・レバー近くで少し気になります。プラグからケーブルを引き出し途中に小さな箱を用意してその中にレギュレータとUSBのソケットを用意することにします。

　前回GPSmap60CSxの消費電流を測定し、最大でも約0.12Aくらいで、12Vのバッテリからシリーズ・レギュレータで5Vに降圧した場合のレギュレータの消費電力は約1.2Wでした。
　今回は、三端子レギュレータを利用したシガー・ソケット用のGPSmap60CSxの外部電源を作ります。少し電子工作らしくなりました。

部品を用意する
　1AクラスでTO-220タイプの三端子レギュレータを使用します。STマイクロのL7805Cを秋月電子通商で4個100円で購入しました。

　電解コンデンサは、手元にあった25V100μFを使いましたが、新しく購入するならより余裕を持たせて35V、33から100μFくらいのものが良いでしょう。

　USBコネクタ（標準Aレセプタクル）も秋月電子通商で1個50円で二つ買ってきました。TO-220用の放熱器を千石電商の本店２階の売り場で購入しました。これらは共に秋月、千石の通信販売でも購入できます。
　シガー・ソケットは、車載の機器の電源用のものを流用します。適当なものを探してください。取り揃えたものを次に示します。

GPSmap60CSxのチップセットをバージョンアップ
　久振りにiiyo.netでGPSmap60CSxのダウンロード情報をチェックしましたら、GPSチップセットのバージョン3.00が2/20にアップロードされていました。

バージョンの確認方法
　現状のバージョンを、メインメニュー＞設定＞システムと選択します。システムの設定画面で再度メニュー・ボタンを押すとオプションメニューが表示されます。メニューの中のソフトバージョンを選択すると、本体のソフトウェア、GPSのソフトウェアのバージョンとIDが表示されます。ソフトウェア2.50　GPS SW V. 2.90となっていました。

　最近のディジタル・カメラのデータはExif（Exchangeable Image File Format）データ形式に対応していて、画像データ以外に、撮影カメラの名称、撮影条件、撮影日時時刻、高品位プリントのための情報など豊富なデータが記録されています。その中にGPSによる撮影地点の座標データもあります。現在のところ、標準機能としてGPS内蔵のディジタル一眼レフは見当たりませんので、撮影時には位置データは書き込まれていません。

Japan TOPO-10M
　「いいよねっと」から　Japan TOPO-10Mのバージョンアップの連絡メールが届きました。併せて、バージョン7の所有者は19,740円の定価のものが15,800円で購入できる優待販売の連絡もありました。
　メールに添付された「いいよねっと」のWebページにアクセスし、旧バージョンの登録情報を記入し、購入を申し込みました。支払いはクレジット・カードを指定しました。

　今回は、穂高の涸沢へ行ったときの写真を、GPSの軌跡を元にカシミール3Dに貼り付けてみます。

カシミール3Dの起動
　カシミール3Dを起動します。軌跡のデータをカシミール3Dに読み込みます。カシミール3DにGPSのトラック・データを読み込む方法は幾つかありますが、
　　メニューバー＞ファイル＞GPS各種ファイルからの追加
を利用します。複数の軌跡を追加して読むことができます。
　

　GARMINのTOPO10地形図は登山道つきになりましたが、等高線と登山道の区別がつかずカシミールとの差に落胆しました。そんな声が多かったのか、7月の初めに登山道の表示を見やすくする改善がありました。iiyo.netのダウンロードサイトからパッチのプログラムがダウンロードできます。
　早速、ダウンロードし、MapSourceのバージョンアップを行いました。

登山道が黒くハッキリ表示できます
　MapSourceの更新後、GPSmap 60CSxに再度一晩かけて転送した立山の雄山付近の登山道の様子です。

　GARMINの登山道が新たに追加された地形図、TOPO10 V8を利用して立山、剣岳を縦走してきました。

カシミール3Dにトラックおよび写真を表示
　次に示すのは、GPSmap60CSxで記録した縦走の軌跡データと写真のデータを、デジカメ・プラグインで撮影場所に貼り付けています。GPSの軌跡データの記録があれば、このようなことが容易に行えます。

　秋月電子通商でGPSレシーバ・モジュール・キット（4800円）を販売しています。このモジュール・キットを組み立てどのような使い勝手か試してみます。

GPSレシーバ・モジュール・キット
GPSレシーバ・モジュール（GPS-52D(b)-014）
　次に示す、右上のモジュールがGPSレシーバ・モジュールです。シリアル・データの入出力、+電源と、リチウム電池によるバックアップおよびグラウンドがハーフ・ピッチ（1.27mm）の4×2のピン端子へ引き出されています。後は、リチウム電池とリチウム電池のソケットです。