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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李祖鈺
研究生(外文):Tsu-Yu Lee
論文名稱:e-GPS精度驗證及坐標轉換之研究
論文名稱(外文):Study on e-GPS Positioning Accuracy and Coordinate Transformation
指導教授:葉大綱葉大綱引用關係陳春盛陳春盛引用關係
指導教授(外文):Ta-Kang YehChun-Sung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:土木與防災研究所
學門:環境保護學門
學類:環境防災學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:e-GPSRTK坐標轉換
外文關鍵詞:e-GPS
相關次數:
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目前全球定位系統(GlobalPositioning System, GPS)衛星定位基準網及虛擬基準站(Virtual Base Station, VBS)的動態定位技術(RTK)平面精度約為2 cm,高程精度約為5 cm,其定位精度已可廣泛的用於各種領域,使得RTK技術已經成為國際定位技術的主流,也是國際間各先進國家積極建置之系統。

由於GPS 訊號受對流層、電離層、軌道誤差等之影響,造成GPS原始數據(raw data)含有系統誤差,如今GPS新技術-虛擬參考站(Virtual Reference Station,簡稱VRS)技術;乃利用架設之參考站網(Reference Station Network)資料及VRS軟體可計算得區域內之系統誤差如對流層、電離層及軌道誤差等,透過行動電話(GSM/GPRS)即時提供給使用者而獲得公分級精度之定位,又稱為e-GPS技術。

本研究藉由Trimble 5800及Leica ATX1230兩部儀器共同協測,驗證了兩部儀器的內部精度和外部精度。N方向及E方向之精度驗證結果平面精度可達3 cm,h方向高程精度則在於6 cm左右。

由於內政部所公告之大地座標系統至今已經歷數十年,中間也歷經了幾次大幅度的地殼變化,使得目前已知的座標系統產生了偏移的變化,本研究也藉由實際外業收集台灣北區及花蓮地區之水準點及衛星控制點座標資料,利用四參數、六參數及七參數座標轉換的方式將測得的座標轉換至TWD97公告系統,現階段驗證成果呈現出桃園地區點位變動不大,以致於座標轉換的成果有限,但在花蓮地區經過了座標轉換之後由原來的平面誤差20-30 cm降為2-3 cm。
Nowadays, the horizontal precision of RTK is about 2 cm, and the height precision is about 5 cm, GPS has been wildly applied on lots of areas. Since the speed of internet and wireless communication become more and more, RTK become the hottest topic in many countries, and the advanced countries are building this system actively.

Due to the GPS signal might be affected by troposphere, ionosphere and orbit error, the raw data error. When we measure using RTK technology, we have to notice the distance between rover station and reference station. Also, when radio is used in city area, it often affects by factors such as environment and makes the work abort.

Now, a new technology, Virtual Reference Station, also called as e-GPS in Taiwan, is applied to calculate the systematic error by using the real-time data from GPS Network, and provide it to users via GSM or GPRS.

In this research, two kind of GPS receiver are employed to elevator the internal precision and exterior precision. The horizontal precision of N direction and E direction are around 3 cm, and the height precision of h direction is about 6 cm.

The Ministry of Interior announced the Taiwan Datum ten years ago, and the referencial frame has changed after some earthquakes and crustal deformation. Some controlling points in Northern and Eastern were measured by using e-GPS Taiwan converted the coordinates to TWD97. The results showed that the datum in Taoyuan area did not change too much. After converting the coordinates, the horizontal error of Hualien area became better and the errors are from 2-30 cm to 2-3 cm.
中文摘要 i
英文摘要 ii
目 錄 iii
表目錄 iv
圖目錄 v
第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 研究動機 3
1-4 研究方法 3
第二章 e-GPS即時動態定位系統概述 4
2-1 GPS定位誤差來源 5
2-1-1 電離層折射誤差 5
2-1-2 天線相位中心誤差 5
2-1-3 衛星及接收儀時錶誤差 6
2-1-4 GPS衛星軌道誤差 7
2-1-5 固定站坐標誤差 7
2-1-6 整數週波未定值之求解 7
2-1-7 週波脫落 8
2-1-8 多路徑效應 8
2-2 e-GPS系統組成 9
2-2-1 虛擬基準站RTK動態定位技術 10
2-2-2 VRS-RTK基本定位原理 11
2-2-3 VRS-RTK定位技術之優點 12
2-3 全國性e-GPS衛星定位基準站即時動態定位系統 14
2-3-1 全國性e-GPS衛星定位基準網 14


第三章 移動站基本配備及軟體介紹 17
3-1 GPSnet系統軟體運作實務 17
3-1-1 基準站衛星接收儀連結設定 18
3-1-2 基準站衛星觀測時間同步化 21
3-1-3 基準站與即時座標監視 23
3-1-4 移動站VRS-RTK定位模組設定 25
3-1-5 系統監控及其他應用功能模組 27
第四章 VRS-RTK北區精度驗證 31
4-1 內部經度驗證 32
4-2 外部精度驗證 34
第五章 座標轉換 41
5-1 七參數相似轉換法 41
5-2 座標轉換軟體使用方法 45
5-3 座標轉換測試步驟 47
5-4 座標轉換分析 48
5-4-1 新竹桃園二十點座標轉換 48
5-4-2 花蓮地區108點座標轉換 56
第六章 結論與建議 61
參考文獻 63
附錄A 新竹桃園二十點原始座標 66
附錄B 花蓮地區108點原始座標 67
附錄C 七參數BW模式程式原始碼 72
作者簡歷 80

表 目 錄
表4-1 十一點位上午與下午時段資料較差表 33
表4-2 Leica、Trimble測試結果較差表 36
表4-3 二十點位新竹桃園資料較差之曲線圖 38
表5-1 Leica二十點位BW模式坐標轉換較差 48
表5-2 Trimble二十點位BW模式坐標轉換較差 50
表5-3 Trimble二十點四參數坐標轉換 51
表5-4 Trimble 二十點六參數坐標轉換 54
表5-5 新竹桃園二十點四參數、六參數、七參數轉換結果比較表 55
表5-6 花蓮108點較差值 56
表5-7 花蓮108點四參數較差表 58
表5-8 花蓮108點六參數較差表 59
表5-9 花蓮地區108點四參數、六參數、七參數轉換結果比較表 60



圖 目 錄
圖2-1 天線物理中心、平均相位中心與瞬間相位中心之關係 6
圖2-2 多路徑幾何關係圖 9
圖2-3 虛擬基準站定位系統示意圖 12
圖2-4 VRS-RTK 動態定位技術解算流程圖 13
圖2-5 全國性e-GPS衛星定位基準網分布圖 15
圖2-6 基準站鋼柱式天線架基坐架設及儀器機櫃主要基本配備 16
圖3-1 Trimble公司研發移動站衛星定位接收儀控制器操作畫面 17
圖3-2 GPSNet系統軟體各功能模組一覽圖 18
圖3-3 接收儀設定功能模組之各項應用子模組 20
圖3-4 GPSNet系統軟體以連線運作基準站分布圖 20
圖3-5 Sky-Plot圖 21
圖3-6 Multipath-Plot圖 21
圖3-7 各測站之h方向相位分佈圖 22
圖3-8 Synchronizer模組中各基準站衛星觀測資料時間延遲 23
圖3-9 臺灣本島地區VRS-RTK定位服務範圍 24
圖3-10 北區服務網 25
圖3-11 移動站VRS-RTK定位成果現況監控畫面 26
圖3-12 移動站VRS-RTK定位服務監控圖形畫面 27
圖3-13 顯示FTP備份系統(FTPMirror)運作畫面 29
圖3-14 無線電運作系統監控畫面 30
圖4-1 Trimble 5800衛星接收器及其控制器 31
圖4-2 Leica ATX1230衛星接收器及其控制器 31
圖4-3 VRS-RTK定位測試相關儀器整置施測情形 32
圖4-4 十一點位上午與下午時段資料較差之曲線圖 34
圖4-5 VRS-RTK動態定位測試點位分布圖 35
圖4-6 二十點位新竹桃園資料較差之曲線圖 37
圖4-7 二十點標準差曲線圖 39
圖5-1 Bursa-Wolf轉換法空間坐標圖 43
圖5-2 Molodensky-Badekas轉換法空間坐標圖 43
圖5-3a 坐標轉換程式介面 45
圖5-3b 匯入坐標整理 45
圖5-3c 選擇模式 46
圖5-3d 轉換完成介面 46
圖5-4 Leica 二十點位BW模式坐標轉換曲線圖 49
圖5-5 Trimble 二十點位BW模式坐標轉換曲線圖 51
圖5-6 Trimble 二十點位四參數坐標轉換曲線圖 53
圖5-7 Trimble 二十點位六參數坐標轉換曲線圖 55
圖5-8 花蓮地區108點坐標轉換曲線圖 57
圖5-9 108四參數坐標轉換程式結果曲線圖 58
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