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GPS的應用


GPS的免費、公開和可靠的性能使全世界的使用者能夠開發出數百種用途,幾乎影響到現代社會的所有方面。本網站描述的各種用途僅僅是幾個例子。GPS的新用途每天層出不窮,只怕想不到,不怕做不到。

 

 

 

全球定位系統為全世界服務

全球定位系統(GPS)是美國以空間為基地的無線電導航系統,在全世界範圍內為民間使用者提供不間斷的定位、導航和定時服務,而且對所有人免費。任何人只要有一個接收機,這個系統就可以為他提供位置和時間。GPS可在任何氣候條件下,在白天或夜間,在世界任何一個地方為無限數量的人提供準確的位置和時間資訊。

GPS由三部分組成:圍繞地球的衛星;地面上的監控站;以及使用者擁有的接收機。GPS衛星從空間發射可由接收機收到和識別的信號。每個接收機可以給出三維位置(經度,緯度和海拔)外加時間。

人們可以從商店里隨時買到GPS手持機。配備有這種GPS接收機,使用者就可以精確地知道他們的位置並且很容易找到他們要去的地方,不論是步行、駕車、飛行或開船。GPS已經成為全世界交通系統的支柱,為航空、地面交通及航海提供導航。救災和緊急救援的救生任務也依賴GPS的定位和定時能力。日常的活動比如銀行業務、行動電話甚至電力網控制都受益於GPS提供的精確時間。農民、測繪人員、地質學家和不計其數的其他人利用免費和開放的GPS信號來更有效地、安全地、經濟地和準確地完成他們的工作。

 
一、前言
      GPS(Global Positioning System) 衛星定位系統之應用,自1978年發展至今,從海上船隻導航、各種測量應用、車輛派遣、飛行器導航,到今日之土木工程應用,各種不同的應用領域逐步被開發出來。使原來為提供全球定位而建立之系統發揮了不可限量之效益,實為原建製此系統之美國國防部所始料未及。


二、RTK-即時動態GPS測量之新技術 
   RTK(Real Time Kinematic)GPS,提供即時公分級之測量精度。所謂RTK GPS(亦可稱為RTS或KGPS),乃是兩部以上之GPS於同步接收衛星的情形下,將其中一部設立為參考站,並透過地面無線電將參考站所接收之衛星資訊加以廣播, ,而其他各部GPS接收儀藉此即時解算出與參考站之相對向量。目前已發展出三種RTK作業模式,玆分別說明如下:
1.同步式RTK —精度1cm+2ppm每秒5筆定位輸出。
2.Law Latency —精度2cm+2ppm每秒20筆定位輸出。
3.Moving Base —精度1cm+2ppm每秒5筆向量輸出。 


三、應用GPS於土木工程之趨勢 
 1.GPS Total Station: 
 新一代的測量利器,集各種GPS測量模式於一體,如控制測量、地型測量、即時放樣、GIS記錄…等之單人操作系統。提供1cm+1ppm·D之即時精度,並內含完整之COGO計算程式,且已完成中文化,使方便的工具發揮更方便之效益。

2.快速推土整地系統: 
 將Low Latency RTK及Moving Base RTK應用於推土機的作業導引系統,並結合車上電腦及LED指引器,僅需將設計檔案DTM或Road Design複製到車上之電腦,就可透過LED指引器之輔助,依設計之要求施工,完全省去地面放樣及停工檢測之麻煩,且雙天線系統,不僅提供精確之方向,
更可於各種坡度下施工,提供公分級的施工品質。  

3.即時打樁導引系統: 
 於打樁機台上裝設兩部同步式RTK移動站,並於樁台上裝置傾斜儀(Tile sensor),各數據傳到作業電腦加以整合。利用專業整合軟體,可提供精確快速之定位,且可提供定位之記錄報告。此系統不僅提升施工品質,且節省測量及監工之人力。  

 
 4.結構吊放系統: 
 把RTK架設於結構體上,隨時以公分級精度來監控其三維方向之移動,並於系統軟體上先行規劃結構物之施放目標位置,如此便能使大型結構快速精確地吊放到設計目標上,大幅提升施工之效率,且不受天候因素影響。  
 
5.自動控制網:
⊙ 於適當之各個位置架設GPS基準站,並與控制中心以網路線連結。
⊙ 由控制中心之作業電腦以遠端遙控方式, 對各基準站進行個別設定。 ⊙ 各站之觀測記錄檔案,可依需求作不同記錄間隔, 不同觀測條件,不同記錄型態之同步記錄儲存。提供各種應用需求,如GIS現場調查、GIS資料庫維護及更新、控制網監測、基樁就位導引、大型土方施工、GIS、工程品質監督…等。
⊙ 各GPS基準站之檔案記錄,能依控制中心之設定自動儲存並備份至預先設定之網路磁碟機,自動撥接回傳或FTP Server。
⊙ 負責計算之人員,透過網路連結直接取得觀測資料檔案,易於了解各站之變動,且快速更新資訊。
⊙ 各項成果及資料,即時透過網路公布,利於相關人員自行取得最新資訊。
⊙ 可同步以無線電廣播即時差分(RTCM)或即時動態測量(RTK) 之基地站資訊,以應現場施工之需求。 
  
四、效益比較分析 
   由於RTK GPS提供了即時之公分級向量,且易於套用在各種座標系統,符合土木施工之精度及效率之要求。綜合上述各項系統應用之效益整理如下:
⊙ 提供獨立控制網框架
⊙ 有效監督控制網之品質
⊙ 廣播RTK基站資訊——提供現場施工作業
⊙ 省時省力且提高效率如此,把測量人員之角色提升為施工品質管理及資訊提供者。 
 
五、未來發展趨勢 
   越來越多的系統整合因電腦及軟體發展而逐步實現,未來的各種系統將趨向於領域整合及自動化之發展。例如:自動化結構監測系統與消防救災系統之整合;透過網際網路提供之測量資訊及服務…等,還有許多領域尚待大家的努力,為更完善之工程技術邁進。


獲得一個可靠的和全球一致的陸地參照系統的最有效方法就是通過全球定位系統(GPS)技術。GPS應用的爆炸性增長和GPS的經濟性能使它成為在非洲進行可持續性大地測量工作的首選技術。

 隨著全球技術的進化和擴展,勘測和測繪地圖界正在不斷地重新開發所需的工具來增加工作能力和得到高度精確的資料。

利用GPS及其地面增強系統提供的針尖般的精確度,測量者可以迅速得到高精度的勘測和地圖測繪結果,從而可以大幅減少使用傳統測繪技術通常所需的設備和工時。如今,一個勘測員在一天里就可以完成過去一個勘測隊數周才能完成的任務。GPS不受雨、風和陽光不足的影響,它正在全世界迅速地被專業勘測員和地圖測繪人員採用。

GPS為自然的和人工的地面特征提供精確的三維定位資訊,世界上任何事物的這些資訊都可以顯示在地圖和模型中,包括山川、河流、森林、瀕危動物、珍貴礦石及其他資源。GPS有關這些特征的定位資訊成為原始的資料被輸入到地理資訊系統(GIS),GIS則匯集、儲存、處理和顯示這些地理參照的資訊。

GPS在全球災難救援的行動中發揮了至關重要的作用,比如2004年襲擊印度洋地區的海嘯,2005年肆虐墨西哥灣的卡特琳娜和瑞塔颶風,以及2005年巴基斯坦和印度的地震。搜尋和救援隊使用GPS的定位資訊來測繪受災地區的地圖,用來幫助救援行動的運作以及評估損失。

世界各地的政府機關、科學研究機構以及商業運作都在使用從GPS和GIS得到的勘測和地圖來及時地制訂政策和明智地使用資源。任何需要精確位置資訊的組織或機構都可以受益於GPS的定位功能的效率和生產力。

 與傳統技術不同,GPS勘測不受參照站之間可視視線的限制。而且,參照站之間的距離可以增加。GPS增加的靈活性還允許把參照站建造在容易進出的地點,而不像從前那樣被限制在山頂上。

遙控的GPS系統可以由一個人放在背包里攜帶、安裝在汽車頂上或綁在一部越野車上面以迅速地完成精確的資料收集。只要有一個GPS無線電通信連結,實時的、不間斷的、以厘米計的精確度可以使勘測的效率達到光學勘測儀器根本無法實現的水平。

隨著GPS的現代化,進一步的改進正在實行。除了現有的GPS民用服務之外,美國承諾增加兩個民用信號。這些增加的信號可以用來校正受電離層干擾引起的錯誤信號,以提高定位的準確性。對所有的使用者來說,這些新信號也將提高系統的可用性和完整性。



如果需要更多有關GPS的資訊,請參看這個網站的其他部分以及本頁提及的其他外部網站。

 


GPS的益處

  • 由於排除了傳統勘測的限制,比如兩個勘測點之間不必看得見,顯著地提高了工作能力。
  • 為地圖測繪和模型制造提供自然和人工的地面特征的精確定位,用來提供廣泛的服務,例如災難救援和公共安全。
  • 為決策者提供及時的和寶貴的資訊,以明智地使用資源。
  • 得出精確到厘米的實時勘測結果。
  • 使勘測員能夠在惡劣氣候或陽光不足的情況下持續工作。


資料來源:
GPS Applications Exchange

Global Positioning System Serving the World  


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