これらの衛星は、時刻とともに位置情報を送信します。デバイスが4つの衛星からの信号を受信できる場合、三辺測量によって、それらの衛星を基準とした空間上の位置を算出できます。

ただし、地球の大気などの不都合な要因によって信号の速度が変わり、誤差が生じる可能性があります。しかし、デバイスが検出できる衛星信号の数が多ければ多いほど、位置を特定するためのデータ量が増えます。7基以上の衛星信号を検出できれば、デバイスは約10メートル以内の範囲で位置を特定できます。

古いGPSデバイスをお持ちの方は、新品の頃（あるいは毎年春にクローゼットから掘り出した直後）は、位置情報がロックされるまでずっと待たなければならなかったことを覚えているかもしれません。デバイスは、衛星の軌道と状態をリスト化したアルマナックのフレームをダウンロードしていたのです。新しい高速デバイスはアルマナックを使わず、独自の処理能力を使って衛星の位置を計算します。

これがGPSの基本的な考え方です。ロシアのGLONASSなど、同様の機能を果たす衛星群は他にも存在し、それらはほぼ同じ仕組みで動作します。ガーミンの担当者によると、同社のデバイスの中には、GPS、GLONASS、そして追加の衛星と地上局で構成される広域航法補強システム（WAAS）を組み合わせたものがあるとのことです。

携帯電話はこれらのシステムに加えて、Wi-Fi 位置データ (デバイスが特定のスターバックス ホットスポットを認識できる場合、そのスターバックスの近くにいると認識されます) やアシスト GPS (携帯電話の基地局を使用して GPS データを追跡することで、デバイスが長時間待ったり、信号を探す手間を省く) など、いくつかのシステムを使用できます。

GPS は実際どれくらい正確なのでしょうか?

これらのシステムのおかげで、スマートフォンやスマートウォッチはあなたの現在地を5～10メートル以内の精度で把握できます。数秒ごとにあなたの位置を記録し、点を繋ぐことで移動距離を計算します。

位置情報は完全に正確ではないため、GPS信号を、あなたのすぐそばを走る犬と考えると分かりやすいかもしれません。犬はあなたの仲間なので、決して遠く離れることはありません。犬がどれだけの距離を移動したかがわかれば、それはあなたが移動した距離とほぼ同じになります。

ここで不正確さの原因が忍び寄り始めます。犬がジグザグに行ったり来たりしていれば、飼い主よりも総距離を走ります。しかし、交差点で曲がるたびに、犬は角を曲がってその距離を縮めるかもしれません。PLOS ONE に掲載された研究によると、GPS デバイスはアスリートが往復の経路で走った距離を過小評価し、200 メートルのループで走った距離を過大評価しました。いずれの場合も、誤差は変化しましたが、2～3% の範囲でした。Journal of Strength & Conditioning Research に掲載された別の実際のテストでは、誤差は通常 6.2% 未満であることがわかりました。これは、トレーニングの総走行距離を測定するという目的には適していますが、9 分で 1 マイルを走るか 10 分で走るかの違いを区別するために常に頼れるものではありません。

レース中にペース計測機器を使用している場合、もう一つ知っておくべきことがあります。レースコースの計測方法によっては、実際の距離よりも長い距離が表示される場合があります。レース役員は、不正行為をしない最短距離、つまりカーブの内側を走り、他のランナーを避けずに走る距離を計測します。そして、安全のために0.1%の誤差を加算します。そのため、たとえその日のGPSが完璧に機能していたとしても、多少長い距離が表示されるのは普通のことです。

ソフトウェアとハ​​ードウェアの両方の進歩により、デバイスの精度は時間とともに向上してきました。Runkeeperのデータアナリストであるクリス・ドルーアン氏は、新しいスマートフォンがより正確な結果を提供できる理由と、スマートフォンによって精度が異なる理由について、いくつか説明しています。

新しい携帯電話（システムオンチップ）は、GPS への干渉の原因となる可能性のあるものを減らすように設計されている可能性があります。

新しい携帯電話には、より多くの/より新しい/より優れたセンサー（センサー融合ソリューションの一部として使用できる、より優れた加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、歩数計など）が搭載されていることがよくあります。

新しい携帯電話は新しい携帯電話のオペレーティングシステムをサポートする傾向があり、GoogleとAppleはどちらも長年にわたって地理位置情報APIの面で着実に進歩してきました。

とはいえ、違いは双方向に存在します。新しいスマートフォンやOSは、バッテリー消費に関してより積極的になっています。一般的にこれは良いことです。私たちは皆、バッテリー消費量が多い方が嬉しいものですから！ しかし、最後のラップでスマートフォンが省電力モードに入ると、追跡したアクティビティの終了が遅れる可能性があります。

アプリは、ハードウェアから取得したデータ ポイントに独自のロジックを適用することもできます。たとえば、ランナーが移動していると思われる経路から大きく外れた読み取り値を削除したり、突然の方向転換を滑らかな曲線に変えたりすることができます。

最も正確な測定値を得る方法

GPS がうまく機能しない場所は 2 つあります。建物の間と木々の間です。

• 建物（特に高層ビル）は、信号が建物に反射するため、衛星からの受信に干渉することがあります。デバイスは信号が直線で到達したと認識しますが、反射によって距離が加算され、現在地の認識位置がずれてしまいます。建物は物理的に信号を遮ることもあります。GPSは、デバイスから空がはっきりと見える場合に最適に機能します。

• 樹木に覆われると、衛星信号がデバイスに到達するのを遮ってしまうという問題と、葉の水分がいわば反射面となるという問題が2つあります。反射の程度は、森林の密度、樹木の種類、そして季節によって異なります。

ガーミンの担当者によると、雲や嵐はGPSの精度に目立った影響を与えないとのこと。ただし、平坦で開けた場所が多い場所で走る場合は、デバイスの精度はかなり良好になるはずです。

農地は精度の高い測位に最適な場所のように思えるが、携帯電話の基地局が少ない僻地にいると、最初のGPSロックの取得が難しくなり、デバイスがようやく現在地を特定した際に大きな誤差が生じる可能性があるとドゥアン氏は言う。彼の見解は以下の通り。

携帯電話やその他の GPS デバイスを使用して、できるだけ正確なランニングを記録したい場合は、高い障害物 (特に、頭上にある固いもの [橋やトンネルなど]) がほとんどない、長くて比較的まっすぐなコースを見つけることをお勧めします。

より正確な計測をしたい場合、特に屋内で走ることがあるなら、多くのデバイスはフットポッドと連携できます。例えば、GarminのこちらやNikeのこちらのような、iPhoneアプリで使えるフットポッドです。キャリブレーションを行うことで、デバイスが歩幅を学習し、それを計測に反映します。加速度センサー搭載のGarminデバイスには、フットポッドなしで同じ機能を持つ「カスタム歩幅」機能があります。

したがって、GPS ウォッチやスマートフォンで最高の記録結果を求める場合、かなり近い結果を得ることは可能ですが、それでもデバイスが常に完全に正確であるとは期待できないという事実を受け入れなければなりません。短距離のタイムを計測する場合 (たとえば、4 分の 1 マイルや 1 マイルをどれだけ速く走れるか)、トラックまたは測定済みの道を見つけて、マークの読み方を学びます。トレーニング目的で特定のペースを達成しようとしている場合、GPS デバイスは役立ちますが、状況が正確さにとって最適でない場合に備えて、バックアップ プラン (「感覚で走る」場合でも) を用意しておく必要があります。ただし、長距離走や簡単なランニングを測定する場合、または 1 週間にわたってカバーするマイル数を把握する場合は、スマートフォンまたはウォッチで十分です。

画像はNemanja Cosovic (Shutterstock) によるものです。

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