自由研究545｜地域内の Wi-Fi 環境調査「カフェ・公共施設・住宅で電波強度をマッピングしてみよう」

INDEX

今回のテーマ

「カフェ・公共施設・住宅で電波強度をマッピングしてみよう」

この自由研究は、私たちの身の回りにあるWi-Fi（無線LAN）の電波を実際に測定し、その「強さ（電波強度）」や「速さ（通信速度）」を記録して地図上に示す「Wi-Fiマッピング」に挑戦するものです。カフェや公園、学校、自宅など、さまざまな場所で電波の状態を比較し、「快適なインターネット環境の条件」を科学的に探求します。

自由研究の目的

どうしてカフェ・公共施設・住宅で電波強度をマッピングしてみるの？

現代社会では、スマートフォンやタブレット、ノートパソコンなど、インターネットにつながる機器が欠かせません。Wi-Fiはその接続を可能にする「空気中の道路」のようなものです。

生活の質（QOL）向上　どこで仕事や勉強、動画視聴が快適にできるかを知ることは、私たちの生活の質を向上させます。
災害時の活用　災害時に無料の公共Wi-Fiがどこまで届くかを知っておくことは、情報収集や安否確認に役立つ知識となります。
通信の仕組みの理解　目に見えない電波が、壁や家具、距離によってどのように変化するかを観察することで、電波という科学的な現象と、情報通信技術（ICT）の基本を深く理解できます。

自由研究のゴール

この研究を通じて、以下のような力を身につけることが目標です

レベル１　自分の家の中や近所のカフェなど、5箇所以上の場所でWi-Fiの電波強度（単位：dBm）と速度を測定し、記録をまとめる。
レベル２　地域の地図上に、測定した電波強度を色分けして「Wi-Fi環境マップ」を作成し、「建物や壁の影響」を考察する。
レベル３　測定結果から「この地域のWi-Fiの弱いところを改善するにはどうしたらいいか」という具体的な提案をレポートにまとめる。

中学生が自分の住む地域のWi-Fi環境を調査した事例

カフェでの発見　隣の席との間にある高いパーテーション（仕切り）の近くでは、電波強度が急に弱くなることが判明しました。これは、電波がパーテーションに遮られているためだと考察しました。
公共施設での発見　市役所の待合室では高速なWi-Fiが使えましたが、建物の外にある駐輪場まで行くと、まだ電波は届いていましたが、通信速度は非常に遅くなりました。これは、電波が届く「距離」と、実際に快適に使える「速度」は別であるという重要な事実を発見しました。
自宅での発見　自分の部屋の隅々まで電波が届くように、Wi-Fiルーターの置き場所を窓際から部屋の中心に変えたところ、家全体の電波強度が改善しました。この結果から、電波は中心から放射状に広がるという性質を証明しました。

研究を進めるうえで、以下のポイントに注目しよう！

統一された測定方法　測定に使うスマートフォンやアプリ、測定する時間帯、機器からの距離など、条件をすべて同じにすることが、正確な比較のために最も大切です。
電波強度（dBm）に注目　Wi-Fiの電波の強さは「dBm（デシベルミリワット）」という単位で表されます。この数値は、0に近いほど強い（例：$-40\text{ dBm}$は$-80\text{ dBm}$より強い）ことを覚えておきましょう。
図と色分けで視覚化　調査結果を地図の上にプロットし、電波強度に応じて「赤（強い）」「黄（普通）」「青（弱い）」のように色分けすることで、一目で地域の状況がわかる「ヒートマップ」を作成しましょう。

自由研究の進め方

仮説を立てる
あなたは、どこが一番Wi-Fiが強くて、どこが一番弱いと思いますか？
「図書館は強いが、公園の隅は弱い」など、まずは予想を立ててみましょう。
測定ツールを選ぶ
スマートフォン用の「Wi-Fi電波強度測定アプリ」や「通信速度テストサイト（Speed Test）」を準備します。
調査場所を決めて記録用紙を作る
自宅の各部屋、学校、公園、カフェ、公共施設など、5〜10箇所の調査場所を選びます。記録用紙には、「場所」「測定距離」「電波強度（dBm）」「通信速度（Mbps）」「周りの障害物」の欄を設けましょう。
測定と記録
各場所で、決めた時間と位置で測定し、丁寧に記録します。障害物（壁、窓、金属など）の有無を詳しくメモすることが、考察に役立ちます。
結果の整理と考察
集めたデータをグラフ化し、特に予想と違った場所について深く考えます。
なぜ、この場所は電波が弱かった（または強かった）のでしょう？
「鉄筋コンクリートの壁のせい」「他の電波の干渉があったせい」など、原因を突き止めましょう。

自由研究から発見したアイデア

「地域安全マップ」との連携
Wi-Fiが弱く、いざという時にスマートフォンが使いにくい場所を地図上で見つけ出し、地域の安全マップと連携させて「緊急時の連絡ポイント」を提案する。
公共施設への提案
市役所や図書館に対し、建物の構造を考慮した「Wi-Fiルーターの最適配置図」を提案する。例えば、「この部屋は電波が弱いので、ここに中継器を置くべき」といった具体的な改善策を提言する。
「Wi-Fi充電スポット」のアイデア
弱い電波を電力に変換して、スマートフォンを充電する新しい技術（ワイヤレス給電）を応用し、公園のベンチなどで無線充電できるアイデアを考える。

この自由研究に関連する仕事

ネットワークエンジニア　会社や都市のWi-Fi環境や通信網を設計・構築する専門家です。電波の届き方や安定性をシミュレーションし、最適な通信環境を作り出します。
ITコンサルタント　企業に対し、「どの通信システムを使えば仕事が効率化するか」をアドバイスする仕事です。今回の研究のように、現状の通信環境を分析・評価する能力が求められます。
空間情報科学者（GIS専門家）　地図情報（GIS）とデータを組み合わせて分析する専門家です。今回のWi-Fiマッピングのように、特定のデータを地図上に重ねて分析し、都市計画や環境問題を解決します。