國立基隆高級中學 王駿智 2010/04/28於臺北市立第一女子高級中學 GPS原理與應用 國立基隆高級中學 王駿智 2010/04/28於臺北市立第一女子高級中學

大綱 什麼是GPS，GPS的歷史與發展 GPS定位原理 台灣常用之大地座標系統 GPS的應用 GPS選購方法 網路上GPS參考資源 GARMIN eTrex 操作 室外操作 室內資料處理 圖片來源http://newsletter.ascc.sinica.edu.tw/news/read_news.php?nid=1136

什麼是GPS GPS是Global Positioning System的縮寫，它可以為地球表面 絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標 準。 GPS是由24顆（3顆為備用衛星）高度約20000公里的衛星所組 成的系統，每顆衛星繞行地球一週約12小時。 由6個軌道面所組成，每個軌道面和赤道間隔約55度角，理論 上地球讓任何地方同時應該可以觀測到4顆以上的衛星。 每顆衛星上面搭載原子鐘，其幾無誤差的特性 可以用來精確的定位。 圖片來源http://www.garmin.com.tw/

GPS全球定位系統歷史與發展 該系統是由美國政府于70年代開始進行研製，1989年2月4日第一顆 GPS工作衛星發射成功，全系統則在1994年全面建成。 因為戰略考量，最初信號分為民用的標準定位和軍事用的精確定位 兩種，前者的精度約在100公尺左右，後者的精度則可達10公尺。到 2000年以後柯林頓政府全面取消對於民用訊號的干擾(SA)。 除美國之外，俄羅斯也研發了衛星導航系統GLONASS、該系統由俄 羅斯政府運作。但由於太空經費不足，該系統部分衛星一度只剩下6 顆運行，2003年俄國與印度簽地長期合作協議，預計聯合發射18顆 導航衛星。 歐盟則在2003年通過伽利略計畫（Galileo Positioning System），將 使用30顆人造衛星，預計在2012年開始正式運作。

GPS的六大特點 全天候，不受任何天氣的影響； 全球覆蓋（高達98%）； 三維定點定速定時高精度； 快速、省時、高效率； 應用廣泛、多功能； 可移動定位。

GPS定位原理 GPS是由空間衛星、地面監控、以及用戶端接收三大部份所組 成。 地面監控主要分為主控站、地面天線、與監測站三大類，主監 測站位在美國科羅拉多州的空軍基地，主要是收集位於世界各 地的監控站所傳回的資料進行衛星的軌道及時間校正以及傳 送資料的調整。 用戶端已經發展出各式各樣不同的接收儀器，例如車用、手持 、船用、機載式，大地測量用等等不同功能的接收裝置。 圖片來源http://www.garmin.com.tw/

GPS定位原理 基本上三顆衛星就可以採用空間距離交會的方法，找出代 測點的位置，但是因為衛星和使用者並非靜止不動，因此 通常必須要第四顆衛星來增定位的經準度。 圖片來源http://www.garmin.com.tw/ 圖片來源http://www.garmin.com.tw/

影響GPS定位的因素 大氣電離層 訊號多重路徑 接受器時鐘誤差 衛星軌道誤差 接收衛星數量 衛星角度 人為訊號干擾

增加GPS精度和效率的方法 DGPS(Differential GPS) 差分定位 A-GPS(Assisted GPS) 輔助定位 利用已知座標的測站來測量衛星的誤差 A-GPS(Assisted GPS) 輔助定位 利用網路下載星曆資訊，加快定位 GPS有更多的時間去搜尋衛星訊號 圖片來源http://www.garmin.com.tw/ 圖片來源http://www.fantech-electron.com/ltd/p/gt-750f/gt-750f_agps.jpg

增加GPS精度和效率的方法 台灣地區由內政部國土測繪中心建構之高精度之電子化全球衛星即時動態定位（RTK） 系統e-GPS，可以達到公分級的精度。 其原理主要是利用建置於全國各地之衛星定位基準站每天24小時每1秒之連續性衛星 觀測資料，經由控制及計算中心對於各基準站衛星觀測資料之整合計算處理後，使用 者只要將收到的GPS資料用GPRS行動網路的方式傳回資料中心，就可以得到公分級 的精度資料。 圖片來源http://www.egps.nlsc.gov.tw/graphics/egps01.gif

台灣常用之大地座標系統 早期測量系統是採用1967年以南投虎子山為基準，考橢球體採用1967 年新國際地球原子，一般通稱「TWD67」，高程基準面台灣本島以基隆 平均海水面起算。澎湖以馬公平均海水面起算。 民國86年，內政部採用國際地球參考框架而定義更適合於全國大地坐 標系統之新基準，命名為1997台灣大地基準(TWD97)，參考橢球體採 用1980年國際大地測量學與地球物理學協會所公布之參考橢球體 (GRS80)，高程系統以基隆港平均海水面為高程基準面。 兩者接採用橫麥卡托投影經差二度分帶模式，座標值可轉為經緯度。 世界測量坐標系統（World Geodetic System, WGS84）是目前世界上 通用的坐標系統，其中TWD97與WGS84的坐標系統較為接近。 TWD67與WGS84差異較大，若將以TWD67坐標系統為基準製作的空 間資料套疊於WGS84坐標系統的底圖上，會產生約800公尺的誤差。

GPS的應用 汽車導航 登山健行 老人、孩童以及寵物協尋 與數位相機結合

GPS的整合應用產品 數位相機整合 行動通訊、相機整合 行動通訊整合 投影片來源http://www.ascc.sinica.edu.tw/course/gis/971204_01.ppt

LBS（location-based services） 行動定位服務 近年來由於無線通訊技術和空間資訊技術的同步進展，促成了結合 行動裝置與地理資訊系統（GIS）的 LBS 開始發展。LBS 則是結合兩 者的新發展，可讓使用者透過手機、PDA 或車用電腦等行動裝置查 詢自己的空間位置，並透過所在位置連結到附近環境的地理資訊，協 助使用者進行即時的空間決策，其用途可從小到遊戲或交友，大到車 隊管理或急難救援。 試想當你開車到九份旅遊，時間已過中午，你的手機自動傳來附近風 味餐廳的資料和優惠折價卷，選定餐廳號在告訴你該如何到餐廳以 及附近的停車資訊，吃飽飯後走進老街，發現附近30分鐘以後剛好有 童玩製作的體驗課程，用手機幫小朋友線上報名後，再看地圖尋找好 友的位置，一起來去血拼一番……

地圖部落格 地圖日記

GPS接收儀 導航型 測量型 軌跡記錄型（GPS tracker） 投影片來源http://www.ascc.sinica.edu.tw/course/gis/971204_01.ppt

定位精度比較 定位精度 7～15公尺 3～5公尺 3公尺以下 項目 DGPS處理後 一般GPS* （高度+/-35公尺) ＊跟頻道平行接收數及設備品質有關，本數據是以12頻道設備為準。 ＊參閱http://www.garmin.com.tw/support/faqs/2_1.html 投影片來源http://www.ascc.sinica.edu.tw/course/gis/971204_01.ppt

GPS選購方法 確定使用目的 決定使用器材種類 汽車導航 登山健行 老人、孩童以及寵物協尋 開車 登山 飛行、航海 大致上可分為GPS接收器+PDA、PDA整合GPS晶片、GPS汽車導航機以及GPS車 機系統等四大類。 登山健行 以手持是以手持接收器為主，強調電池續航力，配合地圖可以避免發生意外。 老人、孩童以及寵物協尋 可與手機結合，協尋器會自動由發出GPS定位訊號。亦可透過GSM手機定位，在地 圖上得知協尋對象位置。

GPS不同產品分析比較 電池續航力 大小，重量 是否能外接天線 DGPS 價格 軟體支援 操作實用性 使用者評價

網路上GPS參考資源 Mobile01 Global Positioning System http://www.mobile01.com/category.php?id=4 Global Positioning System http://www.gps.gov/