衛星定位儀

本文將說明衛星定位儀原理，帶你了解使用它的優點，推薦衛星定位儀專業設備廠商「獻發」。

一、衛星定位儀原理介紹

（一）GNSS是什麼？
（二）定位精度
（三）如何提升定位精度

二、為何需使用衛星定位儀？優點介紹

（一）不受天候影響
（二）不需要通視
（三）日夜均可操作
（四）快速並節省人力
（五）儀器操作簡單

三、衛星定位儀如何解決待測點收星不良，導致精度不高問題

（一）GNSS是什麼？

GNSS是Global Navigation Satellite System 的縮寫，又稱衛星導航系統，目前主要由四個系統提供服務，美國GPS系統、俄國Glonass、歐盟Galileo系統、中國BDS北斗。

衛星系統	衛星數量	使用範圍
1.美國GPS	24顆	全球
2.俄國Glonass	24顆	全球
3.歐盟Galileo	目前4顆	全球
4.中國北斗BDS	14顆	只限亞洲地區

跟我們息息相關的中國BDS系統階段性進行中，於2004年啟動，2012.12.27正式提供衛星導航服務，服務範圍涵蓋亞太大部分地區，中國計畫在2020年對全球提供服務。
 

（二）定位精度

• 手機(內建GNSS)：精度10~30公尺
• 車用導航：精度20公尺
• 手持GNSS(如Garmin)：精度10公尺
• 亞米級DGPS定位儀：精度公尺內，費用5萬~20萬
• 測量用VRS系統：精度0.8~3cm，費用25萬~80萬
• 測量用RTK系統：精度0.8~3cm

※上述精度單指平面精度，高程精度通常約2倍誤差
 

（三）如何提升定位精度

由於我們進行精準測量，需要公分等級的精度，那它是如何實現的
 

它需要差分定位：
在衛星定位的基本方程式中包含了兩種類型的未知參數：

• 必要參數，例如坐標值，是我們想要的。
• 多餘參數，例如時錶誤差、電離層延遲誤差等，是我們暫時不想要的。
• 對於暫時不想要的多餘參數，可透過觀測方程式之間相減的方式予以消除，再以相減後的方程式進行必要參數的計算，此即稱為差分定位 ( differential positioning )。
   

下面是對定位方式進行說明：

單點定位

單獨一個觀測站接收信號，進行定位，只能消除接收儀時鐘誤差。規定的精度將取決於許多因素，範圍從2-5公尺或者更大。

相對定位(包含DGPS、VRS、RTK)

差分全球定位系統，提供公尺級的精度運用在判斷準確性位置移動應用。差分全球定位系統的工作原理是消除衛星的時間誤差。這種方法最少需要兩個接收儀。在單GPS信號不準確時，如衛星時鐘、星歷，特別是從穿過地球大氣層的軌道不同的信號源，這些錯誤都是可變的變數，很難預測什麼是需要改正的。為了消除這樣的狀況-因此需要第二個“基站”接收儀（見圖1）使用。該基站安裝於已知點的位置上，修正誤差量後將信號送到移動接收器，或通過對地靜止衛星，廣播大面積的修改網絡。基準站接收儀計算其位置的基於衛星數據，然後與已知坐標比較的結果，得到GPS信號誤差。衛星的錯誤是不斷變化的，所以你必須使用兩個接收器同時運行。基準站接收儀連續監測誤差，然後將數據，傳送到移動站接收儀，使移動站可以改正測量結果。

 

測量常用的差分定位方式(VRS和RTK)

台灣目前測量常用的差分定位方式有VRS與RTK兩種

RTK：

設備組合：

衛星接收儀*2
資料控制器*1
碳纖維GPS桿*1
求心基座+三腳架組*1
 

作業方式：

一台BASE接收儀架在已知位置，將接收來的觀測資料計算其誤差量後，利用通訊設備(如：無線電)傳送至移動站接收儀，改正值與移動站觀測資料， 進行合併計算，最後將所有的訊號資料傳至控制器，進行記錄。

(圖片來源：Trimlbe)

優點：

1. 可用接收儀各種衛星種類的訊號
2. 無須進行座標轉換
3. 不受手機網路的限制
4. 無額外通訊費

缺點：

1. 受有效定為距離限制，無線電距離等因素
2. 需要較多的設備，金額較高
3. 基站須架設與已知點

VRS：

設備組合：

衛星接收儀*1
資料控制器*1
碳纖維GPS桿*1
可上網的3G智慧型手機*1
差分訊號帳號*1

(圖片來源：Trimlbe)

作業方式：

VRS系統採用多個衛星定位基準站組成的網絡，來評估基準站涵蓋地區之定位誤差，配合最接近的實體基準站觀測資料，人為產製一個虛擬的基準站做為RTK主站，計算之基準站並不是某個實體基準站之實際觀測資料，而是經過誤差修正後的虛擬觀測數據，RTK主站是經過人為產製的虛擬化基準站，其 意義如同在移動站附近架設實體的基準站，稱爲虛擬基準站即時動態定位技術。
簡單來說一面由接收儀接收衛星訊號，另一面經由手機取得供應的差分訊號，將兩方資料進行解算，取得成果。

優點：

1. 設備簡便，架設容易，價格較低
2. 目前差分供應商支援雙星(國土測繪中心)
3. 所有使用者皆在同一框架下進行即時定位。

缺點：

1. 接收購買的差分訊號、有時可能會有接收不良的情況
   
   (圖片來源：內政部國土測繪中心)

衛星定位儀的優點

1. 高精度定位

提供全球範圍內的高精度定位服務，誤差範圍通常在數米之內，使用差分定位（如 DGPS）時，精度可達幾厘米。 

2. 全球覆蓋

無論身處城市、荒野、海洋，甚至空中，只要有衛星信號，均可進行定位。無論時間或天氣如何，衛星定位儀均能正常運作，不受地面設施或電力供應影響。 

3. 自動化與即時性

即時提供位置數據，支援各種實時應用，如導航、物流追蹤和應急救援。 

4. 多功能應用

• 交通導航：提供路徑規劃和實時路況更新。
• 物流管理：追蹤貨物位置，優化運輸路線。
• 救援定位：精確找到緊急事件中需要救援的位置。
• 科學研究：應用於地震監測、氣象預測等領域。
   

5. 節約成本

一次性設備購置和安裝後，無需頻繁支付高昂的運行費用。 

6. 安全性提升

• 個人安全：手機或穿戴設備的 GPS 能幫助家人和救援隊追蹤個人位置。
• 車輛安全：防盜追蹤及車輛動態監控。

7. 節能減排

通過優化行車路線，減少燃料消耗和碳排放，提升環保效益。
 

8. 相容性與擴展性

現代衛星定位儀通常支援多種系統（如 GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo），增強了信號穩定性與可靠性。

集成GNSS+IMU+雙鏡頭，融合攝影測量技術，支持攝影測量、三維建模，高效獲取實景攝影的精確三維坐標，實現所見即所測，走著就能測。

相關介紹：https://www.youtube.com/shorts/5fvQPGXrTCs