GPS มือถือแม่นแค่ไหน: 5 เมตรในที่โล่ง แต่พังในอาคาร

GPS มือถือแม่นยำราว 5 เมตรในที่โล่ง แต่ตัวเลขนั้นพังทันทีที่เดินเข้าอาคารหรือขับรถผ่านตึกสูงในกรุงเทพฯ ค่าผิดพลาดจริงในชีวิตประจำวันอยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่าง 5 เมตรกับ 2 กิโลเมตร ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและว่ามือถือใช้ระบบไหนอยู่

GPS ทำงานอย่างไรในมือถือ

ดาวเทียม GPS 31 ดวงโคจรอยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 20,000 กิโลเมตร ส่งสัญญาณเวลาที่แม่นยำระดับนาโนวินาทีลงมา มือถือรับสัญญาณจากดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวงพร้อมกัน วัดผลต่างเวลาที่สัญญาณใช้เดินทาง แล้วคำนวณตำแหน่ง 3 มิติออกมา

กระบวนการนี้เรียกว่า trilateration ต้องการ “มองเห็น” ดาวเทียมโดยตรง สัญญาณทะลุต้นไม้บางๆ ได้แต่ทะลุผนังคอนกรีตหรือหลังคาไม่ได้ นั่นคือเหตุผลที่ GPS ล้มเหลวในอาคาร

ความแม่นยำในสภาพอุดมคติ (ท้องฟ้าโล่ง ดาวเทียมชัด) อยู่ที่ 5 ถึง 8 เมตร สำหรับมือถือทั่วไป และ 3 ถึง 5 เมตรสำหรับมือถือที่รองรับ GNSS สองความถี่

ตาราง: ความแม่นยำตำแหน่งในแต่ละสภาพแวดล้อม

Multipath Error: ศัตรูของ GPS ในเมือง

ปัญหาหลักของ GPS ในกรุงเทพฯ ไม่ใช่ตึกบัง แต่เป็น multipath error สัญญาณดาวเทียมสะท้อนผ่านกระจกและคอนกรีตของตึกสูงก่อนถึงเสาอากาศมือถือ มือถือรับทั้งสัญญาณตรงและสัญญาณสะท้อน เมื่อคำนวณรวมกัน ตำแหน่งเลยผิดพลาด 20 ถึง 50 เมตร

บริเวณที่ตึกสูงชิดกันเป็นแนวยาว เช่น ย่านสีลม สาทร หรือถนนเพลินจิตช่วงที่มีตึกสองฝั่งสูงใกล้กัน ค่า multipath สูงที่สุด ต่างจากสุขุมวิทช่วงนอกเมืองที่ตึกเตี้ยกว่า สัญญาณดาวเทียมมีมุมรับที่กว้างขึ้น

มือถือที่รองรับ GNSS สองความถี่ L1+L5 แก้ปัญหานี้ได้ดีกว่า ความถี่ L5 มีแบนด์วิดท์กว้างกว่า L1 ทนต่อการสะท้อนในเมืองได้ดีกว่า ผลคือในสภาพเมืองหนาแน่น ความแม่นยำดีขึ้นจาก 20-50 เมตรเหลือ 5-15 เมตรในหลายกรณี

มือถือที่รองรับ dual-frequency แล้ว ได้แก่ Pixel 6 ขึ้นไป, Samsung Galaxy S22 ขึ้นไป, iPhone 14 ขึ้นไป และมือถือ Android mid-range หลายรุ่นตั้งแต่ปี 2022

A-GPS: เร็วขึ้น ไม่ได้แม่นขึ้น

สิ่งที่ทำให้ GPS มือถือต่างจาก GPS ยุคเก่า คือ A-GPS (Assisted GPS) ดาวน์โหลดข้อมูลตำแหน่งดาวเทียมล่วงหน้าผ่านเครือข่ายมือถือของ AIS, TrueMove H หรือ NT ก่อนที่จะเริ่ม lock

GPS เย็นจาก cold start ต้องใช้เวลา 30 วินาทีถึงหลายนาทีค้นหาดาวเทียมเอง A-GPS บอกมือถือล่วงหน้าว่าตอนนี้ดาวเทียมอยู่ตรงไหนของท้องฟ้า ทำให้ lock ได้ภายใน 2 ถึง 5 วินาที

สิ่งที่ A-GPS ไม่ได้ช่วย คือความแม่นยำหลัง lock ตัวเลขยังเหมือนกับ GPS ธรรมดาทุกประการ A-GPS แก้ปัญหาเรื่องเวลารอ ไม่ใช่ปัญหา multipath หรือการบดบังสัญญาณ

เมื่อ GPS ล้มเหลว: ระบบสำรองในอาคาร

เมื่อสัญญาณดาวเทียมไม่ถึง มือถือสลับไปใช้ระบบสำรองโดยอัตโนมัติ ไม่ต้องตั้งค่าใดทั้งสิ้น

Wi-Fi Positioning คือระบบแรกที่เข้ามาแทน ทำงานโดยจับคู่ BSSID ของ Wi-Fi ทุกจุดที่มองเห็น กับฐานข้อมูลตำแหน่งที่ Google และ Apple เก็บไว้จากการทำ Street View และจาก opt-in ของผู้ใช้ ในห้างสรรพสินค้าหรืออาคารสำนักงานที่มี Wi-Fi หนาแน่น ความแม่นยำอยู่ที่ 15 ถึง 30 เมตร

เสาสัญญาณมือถือ คือระบบสุดท้าย ทำงานได้ทุกที่ที่มีสัญญาณ AIS, TrueMove H หรือ NT แต่ความแม่นยำต่ำกว่ามาก เสาสัญญาณในกรุงเทพฯ ที่ตั้งหนาแน่น ให้ความแม่นยำ 100 ถึง 500 เมตร ในต่างจังหวัดที่เสาห่างกัน อาจผิดพลาดถึง 1 ถึง 5 กิโลเมตร

มือถือไม่แจ้งให้รู้ว่ากำลังใช้ระบบไหนอยู่ วงกลมสีฟ้ารอบจุดตำแหน่งบน Google Maps หรือ Apple Maps คือตัวบอก วงกลมเล็ก = GPS ทำงานได้ดี วงกลมใหญ่ = ใช้ Wi-Fi หรือเสาสัญญาณ

ฐานข้อมูล Wi-Fi เก่า: ต้นเหตุตำแหน่งผิดประหลาด

ปัญหาที่หลายคนเจอแต่ไม่รู้ว่าเกิดจากอะไร คือตำแหน่งแสดงผิดหลายร้อยเมตรในที่ที่ไม่น่าจะผิด เหตุผลส่วนใหญ่มาจาก ฐานข้อมูล Wi-Fi ที่ล้าสมัย

เราเตอร์ที่เคยถูก map ที่บ้านเดิม เมื่อย้ายไปอยู่บ้านใหม่หรือถูกขายต่อ BSSID เดิมยังอยู่ในฐานข้อมูลพร้อมตำแหน่งเก่า มือถือเจอ BSSID นั้น ค้นฐานข้อมูล แล้วรายงานตำแหน่งบ้านเดิมแทนตำแหน่งปัจจุบัน

ในย่านที่มีการพัฒนาโครงการใหม่บ่อย เช่น รอบนอกกรุงเทพฯ ช่วง Bang Na หรือ Lat Krabang ที่โครงการบ้านจัดสรรเกิดใหม่ตลอด ปัญหานี้พบบ่อยกว่าใจกลางเมืองที่ข้อมูลอัปเดตถี่กว่า

สภาพอากาศ ไอโอโนสเฟียร์ และเงื่อนไขแอบซ่อน

ปัจจัยที่คนมักมองข้ามคือ ชั้นบรรยากาศ สัญญาณ GPS เดินทางผ่านชั้นไอโอโนสเฟียร์ ซึ่งทำให้สัญญาณช้าลงเล็กน้อยตามสภาพพลาสมาในชั้นนั้น ช่วงที่มีพายุสุริยะ (Solar Storm) หรือกิจกรรมสุริยะสูง ค่าผิดพลาดจากชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น แม้ในที่โล่งก็ตาม

มือถือ dual-frequency แก้ปัญหานี้ได้ด้วย เพราะความถี่ L1 และ L5 ผ่านชั้นบรรยากาศต่างกัน การวัดทั้งสองความถี่พร้อมกันช่วยคำนวณและตัดค่าผิดพลาดนี้ออกได้

ฝนหนักในช่วงมรสุม ของไทยมีผลน้อยมากกับ GPS โดยตรง แต่เมฆหนาและพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงอาจลดจำนวนดาวเทียมที่มองเห็นได้เล็กน้อย ผลกระทบจริงมักไม่เกิน 1 ถึง 2 เมตรเพิ่มเติม

Sensor Fusion: วิธีที่แอปนำทางใช้ GPS จริงๆ

แอปอย่าง Google Maps ไม่ได้ใช้ GPS ล้วน แต่ใช้ sensor fusion ผสมข้อมูลจากหลายแหล่ง ได้แก่ GPS, Wi-Fi positioning, เสาสัญญาณ, accelerometer, gyroscope และ barometer (ใน iPhone และ Android หลายรุ่น)

เมื่อขับรถเข้าอุโมงค์ที่ GPS ขาด ระบบสลับไปใช้ dead reckoning คำนวณตำแหน่งต่อจากทิศทางและความเร็วที่ sensor ภายในวัดได้ ทำให้จุดสีน้ำเงินบน Google Maps ยังเคลื่อนที่ราบรื่น แทนที่จะหยุดหรือกระโดดเมื่อออกจากอุโมงค์

ยิ่งอยู่นานโดยไม่มี GPS lock ค่า dead reckoning สะสมมากขึ้น เส้นที่แอปวาดยิ่งห่างจากถนนจริง จนกว่า GPS จะ lock ใหม่ได้

สำหรับการใช้งานที่ต้องการตำแหน่งแม่นยำสูง อย่างการค้นหาโทรศัพท์ที่หาย สิ่งที่ต้องเข้าใจคือ Find My หรือ Find My Device ก็ใช้ระบบเดียวกัน ความแม่นยำขึ้นอยู่กับว่าตอนนั้นมือถือใช้ GPS, Wi-Fi, หรือเสาสัญญาณ ดูเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของระบบติดตามได้ที่ คู่มือ Find My iPhone ฉบับสมบูรณ์ และ การติดตามตำแหน่งโทรศัพท์ทำงานอย่างไร

สาเหตุที่ GPS ไม่แม่น: สรุปตามลำดับความถี่

ในการใช้งานจริง เหตุผลที่ GPS ผิดพลาดบ่อยที่สุดเรียงตามความถี่ที่เจอ:

1. อยู่ในอาคาร GPS ไม่ทำงาน สลับเป็น Wi-Fi หรือเสาสัญญาณโดยอัตโนมัติ
2. Multipath ในเมือง ตึกสูงสะท้อนสัญญาณ บวกค่าผิดพลาด 20-50 เมตร
3. ฐานข้อมูล Wi-Fi เก่า เราเตอร์ย้ายที่แต่ข้อมูลไม่อัปเดต อาจผิดหลายร้อยเมตร
4. GPS ยังไม่ lock แอปแสดงตำแหน่งจากเสาสัญญาณระหว่างรอ lock อาจผิด 500 เมตร
5. ดาวเทียมน้อยเกินไป พื้นที่แคบ ตึกบัง มองเห็นดาวเทียมน้อยกว่า 4 ดวง ความแม่นยำลด

ถ้าต้องการตรวจสอบว่ามือถือกำลัง lock GPS หรือยัง แอป GPS Status (Android) หรือ GPS Diagnostic (iOS) แสดงจำนวนดาวเทียมและความแรงสัญญาณแบบเรียลไทม์

สิ่งที่ PDPA บอกเกี่ยวกับข้อมูลตำแหน่ง

ข้อมูลตำแหน่ง GPS ถือเป็นข้อมูลส่วนบุคคลภายใต้ พระราชบัญญัติคุ้มครองข้อมูลส่วนบุคคล พ.ศ. 2562 (PDPA) แอปที่เข้าถึงตำแหน่งต้องขอความยินยอมก่อน และต้องใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แจ้งไว้เท่านั้น การติดตามตำแหน่งโดยไม่ได้รับความยินยอมเป็นความผิดภายใต้มาตรา 397 แห่งประมวลกฎหมายอาญา

สำหรับการตรวจสอบว่ามีแอปไหนเข้าถึงตำแหน่งโดยที่ไม่รู้ตัว อ่านเพิ่มเติมได้ที่ วิธีตรวจสอบว่ามือถือถูกติดตาม