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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 2008.11.22 roger@gate.sincia.edu.tw. 大綱. GPS 概論 GPS 操作（ eTrex Vista Hcx) GPS 應用. 一、 GPS 概論. Global Positioning System 全球（衛星）定位系統. GPS 軌道. 27. GPS 衛星. 軌道. 電離層 大氣層. 地 球. GPS 衛星. ( 位置，時間，速度 ). earth. 使用時機與限制. 使用時機

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GPS原理、應用 領域介紹與實務操作

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Presentation Transcript

  1. 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 2008.11.22 roger@gate.sincia.edu.tw

  2. 大綱 • GPS概論 • GPS操作（eTrex Vista Hcx) • GPS應用

  3. 一、GPS概論 • Global Positioning System • 全球（衛星）定位系統

  4. GPS 軌道 27

  5. GPS衛星 軌道 電離層 大氣層 地 球

  6. GPS 衛星 (位置，時間，速度) earth

  7. 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

  8. GPS 誤差 • 接收儀相關誤差 • 時鐘誤差 • 使用者有關誤差 • 觀測 • 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

  9. GPS接收儀 導航型 測量型 軌跡記錄型（GPS tracker）

  10. 定位精度比較 ＊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

  11. GPS整合應用產品 行動通訊、相機整合 行動通訊整合 數位相機整合

  12. 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……） • ……

  13. 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)

  14. 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)

  15. 二、 GPS操作 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

  16. GPS 操作手冊 • eTrex HCx (TWN): http://download.garmin.com/tw/download/manuals/eTrexHcx_manual.pdf

  17. 按右側換頁鍵切換主畫面 各項操作主畫面

  18. 實作開始囉 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」 進入「模擬模式」 選擇「系統」 在「用GPS校正」選單中，選擇「模擬模式」

  19. 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）

  20. 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。 投影 經緯度坐標 直角網格坐標

  21. 台灣基本圖坐標系統－TM二度 • 橫麥卡托投影法 （Transverse 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

  22. 坐標系統之間的差異 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

  23. 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WGS84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

  24. 航點新增 標定航點 更改標記符號 更改航點名稱 更改航點註記 切換至「主目錄」，選擇「標定」

  25. 航點管理 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 選擇「航點表」 選擇欲處理之航點名稱 切換至「主目錄」，選擇「搜尋」

  26. 航跡記錄 航跡設定 設定航跡是否持續更新 設定航跡記錄方式 儲存航跡 切換至「主目錄」，選擇「航跡」

  27. 當GPS 遇上相機 Nikon D200+diGPS Nikon D200+Geomet’r Dopod 800W Dopod CHT9100 Tekom GX652 更多資訊…. Ricoh 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

  28. 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。 軟體模式 硬體模式

  29. 結合空間資訊（坐標、高度、方位）與相片

  30. 對時：參考GPS時間，調整相機時間

  31. 三、 GPS應用(Robogeo Today!) • 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EXIF • 將GPS及照片資料於Google Earth等軟體上進行展示 • GPS相機簡介

  32. （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

  33. 1-1 安裝MapSource

  34. 1-2 安裝USB驅動程式

  35. 1-3 開啟Map source、下載資料

  36. 1-4 於MapSource地圖中檢視資料

  37. 1-5 於Google Earth中檢視資料(下載:http://earth.google.com/download-earth.html)

  38. 1-6 將資料存成*.gpx檔案

  39. （二）GPS+相機應用(Geotagging) Robogeo Today! • 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

  40. 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

  41. 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

  42. 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 』

  43. 25.33,121.573 25.43,121.542 25.45,121.345 2008.07.15.10:30:30 2008.07.15.10:40:30 2008.07.15.10:45:30 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）

  44. 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

  45. 2-3-3 設定時區 • 「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

  46. 2-3-4 設定相片資料夾命名原則 • 使用定位資料命名相片，將照片依照時間重新命名

  47. 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]

  48. 2-3-6 Geotagging(續) • 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

  49. 2-3-7 Geotagging成果於Google Earth中呈現

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