全球卫星定位系统(Global Positioning System, GPS)与

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1、全球衛星定位系統（GlobalPositioningSystem,GPS）與地理資訊系統（GeographicInformationSystem,GIS）的結合與應用研習班講義蔡博文國立台灣大學地理學系地理資訊研究中心八十八年七月前言全球衛星定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）是美國國防部於1973年開始發展的一套衛星定位計劃，其發射的衛星數目及軌道配置歷經多次修正，最後訂為發射24顆衛星於距地表約2萬公里高的6個軌道面上運行（Hofmann-Wellenhof,etc,1992）。至1993年此計畫已全部成功的執行完畢，目前每天

2、天空出現4顆以上衛星的時間已達24小時，故我們可以全天候隨時使用這些衛星資料。衛星定位原理乃是以地面衛星接收儀（recriver）同時接收三顆以上的GPS衛星所發射的電磁波，利用幾何原理計算出接收儀所在的位置，其與傳統定位技術最大的不同點在於傳統定位方法都從一個已知點輾轉推導出欲知地點的相對位置，誤差的累積與傳播嚴重，而衛星定位方法所獲得的是絕對位置的數值座標，可以直接與地理資訊系統技術相結合。地理資訊系統（GeographicInformationSystem，GIS）是以電腦工具來儲存、處理、分析及展現地理資料的科技，其發展已有二十餘年，相關技術已臻成熟，

3、達到應用階段，惟在資料搜集及輸入部分仍因地理資料的空間（圖形）特性，仍然處於瓶頸階段，這使得地理資訊系統在資料庫的建立及維護上仍需投注相當大的時間、金錢與人力。以全球衛星定位技術來輔助地理資料收集與輸入的優點在於:一、資料調查收集與輸入建檔一次完成，由於衛星資料經由接收儀接收為數值化資料，因此透過優良的GIS-GPS界面可以在野外將調查的資料直接輸入資料庫中;二、資料誤差小，傳統的資料收集都將資料或記錄或繪製於地圖上，然後再人工輸入電腦，每一過程中將隱藏著簡括化（generalization）誤差及人為失誤，而以衛星定位方法從事資料收集自始至終都是數值化過程，

4、除了衛星定位系統的系統誤差外，幾乎無誤差的累積與傳播;三、節省時間及人力，接收儀接收衛星資料後直接進入電腦，以地理資訊系統功能來加以處理及儲存，可以節省大量人力及時間金錢的花費。全球衛星定位系統與地理資訊系統的結合以衛星定位技術來從事地理資料的收集雖然有許多優點，但其過程與傳統方法不盡相同，其過程並非那麼直接，仍有許多技術細節必須加以考量，圖一為應用衛星定位系統於地理資訊系統的程序，以下分別討論各步驟的內容。GPS精度範圍與應用需求的關係GPS資料基準.座標轉換基準座標轉換屬性資料GPS/GIS界面GIS資料庫圖一.應用GPS於GIS的程序1.衛星定位系統精度

5、衛星定位的誤差來自整個系統的各部份，即衛星軌道不準確度，接收儀本身及附近環境的影響，天線相位中心不準確性和雜訊，訊號從發射到接收中間路徑的變化如電離層、對流層等影響（曾清涼等，1991）及觀測的方法等，使得其精度範圍可準確自公分級至數十公尺以上，若加上選擇性可靠（SelectiveAvailabity，SA）的干擾，其誤差甚至可達100公尺以上，在如此大的誤差範圍內，我們首先必須根據應用的目的，決定誤差的容許範圍，然後施以不同操作步驟，排除誤差，達到應用的精度需求。衛星軌道根據曾清涼等（1991）認為軌道誤差一般而言對高程影響會較顯著，對基線之尺度較顯著;電離

6、層對單頻觀測而言，其對基線尺度影響約0.35ppm至3.5ppmm;而對流層在小範圍內不當的氣象修正可能反而造成修正過當。故衛星軌道及電離層、對流層誤差在小範圍（相對於整個地球）的地理應用上應該是可以忽略而不予考慮。接收儀附近的環境影響主要是多路徑效應（muitipatheffect）的作用，多路徑效應是指接收儀附近的障礙物多次折射造成訊號經由兩條以上的路徑到達接收儀的天線，這種作用在高樓林立的都市中尤其明顯，因此在都市中GPS應用如建物調查、汽車導航等應用必需特別考慮此效應所造成的誤差。觀測的方法也直接影響衛星定位的精度，一般而言，定位方法可分為單點定位（P

7、ointPositioning）及相對定位（RelativePositioning），單點定位的精度根據曾清涼（1990）的研究，以C/A電碼的觀測,精度平均大約在10-15公尺之間，並且衛星群的幾何分佈是影響精度的主要因素。相對定位又稱為差分定位（DifferentialPositioning），其原理是利用設在已知位置之固定接收儀所接收到的資料來求得改正值，再將此改正值與未知位置接收儀所接收到的資料會併計算，以求得較高精度之座標,其精度可達公分級以上精度（曾清涼,1986）。由以上的討論，吾人知道衛星定位的誤差來自系統各部份，而各誤差部份也各有消除的方法，

8、因此其精度範圍可自公分級以下至數百公尺