GPS原理、應用 領域介紹與實務操作

GPS 原理、應用領域介紹與實務操作

張智傑中央研究院人文社會科學研究中心地理資訊科學研究專題中心

2008.11.22roger@gate.sincia.edu.tw

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大綱• GPS 概論• GPS 操作（ eTrex Vista Hcx)

• GPS 應用

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一、 GPS 概論• Global Positioning System

• 全球（衛星）定位系統

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GPS 軌道

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5地 球

軌道

GPS 衛星

電離層大氣層

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earth

( 位置，時間，速度 )

GPS 衛星

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使用時機與限制• 使用時機

– 對天通視（透空）– 三顆以上衛星，可以進行 2D 定位 (X,Y)– 四顆以上衛星，可以進行 3D 定位 (X,Y,Z)

• 使用限制– 完全遮蔽（室內）– 部分遮蔽（山谷、都市）– 濃密森林

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GPS 誤差

• GPS 衛星相關誤差– 軌道誤差– 衛星時鐘誤差– 衛星幾何分佈

• 信號傳遞相關誤差– 電離層延遲– 對流層延遲– 多重路徑效應

• 接收儀相關誤差– 時鐘誤差

• 使用者有關誤差– 觀測

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GPS 接收儀

測量型

導航型

軌跡記錄型（ GPS tracker）

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定位精度比較

項目 定位精度 DGPS 處理後一般 GPS* 7 ～ 15 公尺

（高度 +/-35 公尺 )

3 ～ 5 公尺

高精度 GPS （工程測量用） 3 ～ 5 公尺 3 公尺以下

＊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

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GPS 整合應用產品

行動通訊整合數位相機整合

行動通訊、相機整合

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淺談GPS生活運用• 目的地規劃與導航

– 找樂子（吃喝玩樂）– 車輛導航– 公車資訊、計程車派遣、貨物運輸、車輛租賃

• 旅遊記錄 – 車、船、飛機、步行……

• 老人、孩童以及寵物協尋 • 學術研究（田野調查）

– 動物（猩猩、海豚、鯨魚、候鳥、貝類……）、植物（特殊物種、紅樹林、老樹……）、自然環境（地殼變動、冰河、雪崩……）

• ……

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常用名詞• 雙頻 (L1,L2)

• 頻道平行接收數 (Channel)

• Mark( 標示 , 地標 )

• Waypoint( 航點 )

• Track( 航跡 )

• Leg ( 航段 ) 、 Route( 航線 )

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其他使用注意• 放置位置 ( 需在室外及天空開闊度較佳之地方才能使

用 )

• 電磁波 ( 強電波環境下易將衛星訊息遮蓋 )

• 隔熱紙• 高程值誤差大 ( GPS 計算出的高程值，並非是一般

所說的海拔高度及氣壓計量測的飛行高度，且誤差可能會達 50 米 )

16本檔案內所有 GPS操作畫面資料均截錄自 Garmin eTrex Vista Hcx中文操作手冊

二、 GPS 操作

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GPS 操作手冊• eTrex HCx (TWN):

http://download.garmin.com/tw/download/manuals/eTrexHcx_manual.pdf

18按右側換頁鍵切換主畫面

各項操作主畫面

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實作開始囉

在「用 GPS校正」選單中，選擇「模擬模式」

Step1：開啟電源

Step2：按「換頁鍵」，依下列畫面進行設定。

Step3：設定為模擬模式。

搜尋衛星中… 切換至「主目錄」，選擇「基本設定」

選擇「系統」 進入「模擬模式」

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基本設定 -單位設定• 主目錄 ->基本設定 ->單位• 設定坐標顯示格式（台灣地區二度分帶、經緯度）

• 設定坐標系統（ WGS84 、 TWD97 、 TWD67 ）

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地圖投影 /坐標系統• 問題：由於傳統地圖是平面的，所以需要因地選用不同的投影方式將地球投影到平面上。

經緯度坐標 直角網格坐標

投影投影

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台灣基本圖坐標系統－ TM二度• 橫麥卡托投影法 （ Transv

erse Mercator ）• 經差二度分帶• 坐標原點為中央子午線與赤道之交點，橫座標西移250,000 公尺

• 台灣本島地區以 121oE為中央子午線

• 澎湖金馬地區以 119oE為中央子午線

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坐標系統之間的差異參考橢球體 Geodetic Reference

System 1967 (GRS 67)

Geodetic Reference System 1980 (GRS 80)

WGS 84

坐標系統 TWD 67 TWD 97 WGS 84

大地基準（ Datum ）位置

埔里虎子山 內政部 8個 GPS 衛星追蹤站座標值

地球質量中心

地圖投影 TM二度分帶 TM二度分帶 無投影座標單位 公尺 公尺 經緯度備註 舊虎子山坐標系統

TM2(TWD 67)

新虎子山坐標系統TM2(TWD 97)

•GPS 使用•TWD 97 與 WGS 84近似

需在相同的坐標系統下，不同圖層才得以正確地彼此套合在一起

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關於 Datum設定• 在 Garmin GPS舊接受器， Datum 是使用虎子山座標系

統 (HU-TZU-SHAN)但存有偏差• 在 Garmin GPS新接受器，新增 Taiwan Datum = TWD 67

（ HU-TZU-SHAN 修正）• 在 Garmin GPS 接受器 TWD97 近似WGS84• 如果要用舊制大地座標系統

– 優先用 Taiwan ，次之用 HU-TZU-SHAN• 如果用新制大地座標系統

– 選用 WGS84• 無論選定何種 Datum ，於接受器記錄的座標值均是 WGS8

4座標系統；差別只在於「使用者」的觀察與抄寫。

• 參閱 http://www.garmin.com.tw/support/faqs/3_3.html

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航點新增

標定航點切換至「主目錄」，選擇「標定」

更改標記符號 更改航點名稱 更改航點註記

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航點管理

選擇「航點表」切換至「主目錄」，選擇「搜尋」

選擇欲處理之航點名稱

可航點進行：

1.清除航點

2.於地圖上顯示航點

3.導航至此航點

4.修改航點各項資訊

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航跡記錄

航跡設定切換至「主目錄」，選擇「航跡」

設定航跡是否持續更新

設定航跡記錄方式 儲存航跡

28Ricoh 500SE（藍芽、防水、防摔）

圖片來源： http://www.dcview.com.tw/article/newreadarticle.asp?id=5161、 http://www.tekom.com/gc/gx652.asp、 http://blog.photosharp.com.tw/BLOG/Article.aspx?m=cedarsu&id=5792、 Ricoh日本、 Dopod網站

Dopod 800W

Nikon D200+diGPS

Dopod CHT9100

Tekom GX652

更多資訊… .

當 GPS 遇上相機

Nikon D200+Geomet’r

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兩種模式• 硬體模式：硬體直接將坐標資訊寫入相片檔案中

• 軟體模式：拍照後以軟體將坐標資訊寫入相片檔案。

硬體模式

軟體模式

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結合空間資訊（坐標、高度、方位）與相片

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• 對時：參考 GPS 時間，調整相機時間

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• GPS 資料下載– 使用 Map source 及 GoogleEarth

• 將 GPS結合數位相機，產生具有地理坐標資訊的照片檔– 使用 『 GPicSync 』軟體將坐標資料寫入 EXI

F– 將 GPS 及照片資料於 Google Earth等軟體上進行展示

• GPS 相機簡介

三、 GPS 應用 (Robogeo Today!)

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（一） GPS 資料下載• 輸入 GPS 的交換格式檔為 .gpx

– 可儲存 waypoints 航點– routes 航線– tracks 航跡等資料。

• 航點、航線、航跡等資料經轉換成 gpx格式後，可較容易為一般應用程式解讀。

• 以 Garmin GPS為例，可透過隨機附贈的 MapSource軟體，將 Garmin GPS 接收的資料轉為 gpx檔

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1-1 安裝MapSource

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1-2 安裝 USB驅動程式

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1-3 開啟Map source 、下載資料

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1-4 於MapSource 地圖中檢視資料

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1-5 於 Google Earth 中檢視資料( 下載 :http://earth.google.com/download-earth.html)

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1-6 將資料存成 *.gpx檔案

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（二） GPS+ 相機應用 (Geotagging)

• 應用原理– 相片：提供資料內容– 坐標：提供資料位置

• 將兩者結合，可免除人工紀錄。• 把坐標寫入相片的檔頭 (header) ，方便日後應用，使用 Jpeg 中的 EXIF儲存坐標資料

• 使用 Google Earth 展示

Robogeo Today!

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2-1 EXIF （ Exchangeable image file format）

• 功能– 記錄拍照時的機型、光圈、快門、 ISO、日期等資訊

– 記錄 GPS坐標資訊– 可由相關軟體檢視– KUSO EXIF Viewer – (http://www.kuso.cc/exifviewer/)

– Opanda– http://www.opanda.com/cn/download/index.html

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2-2 GPS 相機• 相機與 GPS硬體結合• 拍照時，坐標資料，直接寫入照片 EXIF 中

•Nikon D200 •1020萬象素•di GPS

•RICOH 500SE •800萬象素

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2-3 GPS坐標 + 相機• 硬體直接寫入坐標資訊

– GPS 相機• 拍照後處理坐標資訊

– 軟體處理 -GPS+ 『 GPicSync 』

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2-3-1 Geotagging原理• 對時：參考 GPS 時間，調整相機時間

GPS航跡時間（年月日時分秒）

相機拍照時間（年月日時分秒） 2008.07.15.10:30:30 2008.07.15.10:40:30 2008.07.15.10:45:30

25.33,121.573 25.43,121.542 25.45,121.345

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2-3-2 下載、安裝 GPicSync

• 下載：– http://sourceforge.net/project/showfiles.php?group

_id=191804

• 在工具列『選項』，選擇語言• 重新開啟程式

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• 「 UTC 時差」設定為 +8• 相片時間與 GPX檔案中的定位點相差多少秒，可以視需求調整

• 接著關閉程式後重新開啟使設定值生效

2-3-3 設定時區

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• 使用定位資料命名相片，將照片依照時間重新命名

2-3-4 設定相片資料夾命名原則

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2-3-5 Geotagging

• 選擇照片資料夾• 選擇 GPX檔案• 選取 [建立 Google Earth檔 ]

• 選取 [包括時間標記 ]

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• 按下 [ 開始同步 ]

• 視窗出現 [ 完成相片定位 ] ，

• 可按 [於 Google Earth檢視 ]轉換後的資料

2-3-6 Geotagging(續 )

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2-3-7 Geotagging成果於 Google Earth 中呈現

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2-3-8 檢視 EXIF 資料

• 選擇『工具』裡的『 EXIF 閱讀器』

• 選擇相片後，可於下方觀看照片 EXIF資料

• 可於其中檢視其拍攝日期、 GPS坐標位置…等資訊

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現在… .你能用 GPS來做什麼？• 休閒活動

– 登山– 旅遊– 導航

• 工作– 田野調查

• 資源分享– 旅遊、生活景點– 田調對象

• http://www.ascc.sinica.edu.tw/gis/gps/

• http://gis.ascc.net/GeotaggingPhoto/

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謝謝指教 !!