淺談GPS衛星定位技術 (2/2)

撰文‧圖片提供 韓仁毓

為了能夠提供全球使用者不間斷定位服務，因此GPS系統作了特別的設計，該系統包含至少24個衛星，均勻的分佈在六個軌道平面上，其軌道傾角約55度，地面高度約2萬公里，如此的設計就是為了確保在地表上的任一地方、任一時刻，使用者均能接收到至少4個以上的衛星訊號，以達到定位解算時所需的最小觀測數量。

由於GPS定位是主要靠測距來達成，因此測距精度成為影響定位品質的關鍵要素之一，目前接受器對於距離解算方式主要分為兩種：電碼測距及載波相位測距，前者解算容易，但精度較差（約數公尺至數十公尺），但所需成本也較低，適用於一般定位精度需求較低的應用（如車用導航或手機定位），而後者所需的設備及解算程序均較複雜，成本也較高（動輒數十萬元），但可以達到公分以下的精度等級，因此適用於較高精度需求的作業上（如控制測量或工程測量等）。

GPS與數位地球生活
隨著科技進步以及對資訊的渴求，人類所生存的空間也一步步的走向數位化，在數位地球（Digital Earth）的概念下，所有的空間訊息都可以數值化的方式呈現，其中Google Earth便是其中一例。而為了實現空間訊息數位化，所有資料的三維空間位置首先必須被建立，這在傳統上是一項很耗費人力與時間的工作，然而現在透過GPS並結合其它空間資訊技術（如航遙測及地理資訊系統等），人們已可以輕易且有效率的獲取並管理大量的空間資料位置及屬性資料，換言之GPS在實現數位地球的過程中變演重要的角色之一。此外由於GPS對於空間資訊收集的便利性與可靠性，其應用隨處可見，如了基本的測量（如國家控制測量、地籍測量、工程測量）外，在導航及無人載具的定位與姿態控制、地殼板塊運動觀測、地質調查、急難救助等，GPS也都扮演相當關鍵的角色。而由於GPS衛星訊號會穿越大氣層，因此氣象學家用以研究氣候以及大氣組成條件。此外在日常應用上PND（Portable Navigation Device）結合GPS定位與地理生活資訊系統，提供一般民眾豐富的數位化生活訊息，也將很快地成為人類生活不可或缺的一項科技。

GPS的「危害」
GPS設備簡單且可靠性高，在搭配相關空間資訊技術後，不管在工程或日常生活應用上具有極大的便利性，然而當人們過度仰賴其便利性時卻也造成潛在的「危害」。以GPS汽車導航為例，近來已成為最熱門的3C產品之一，只要以手指輕觸，它便能領你到任何想到的地點，「I don’t need no brain, I got GPS」更是許多使用汽車駕駛在使用導航設備時心中所會浮現的聲音。然而因為使用汽車導航設備而導致的意外事件卻不斷發生，新聞報導有駕駛因過度相信GPS導致在山區迷路並險墜溪谷（中時2009.07.03），也有巴士因遵循GPS路徑規劃而卡在淨高不足的橋下（圖二，Seattle Post Intelligencer 2008.04.18），在歐洲更有許多大卡車駕駛因使用GPS導航而駛入歷史悠久的橋樑並導致橋身結構損壞。而為了避免粗心使用GPS導航設備而可能導致的損害，有些地區已經開始設立警告標語，並禁止使用導航設備的車輛進入。（圖二 GPS導致的意外）

雖然這些負面的例子並不會降低GPS這項科技的重要性以及人類對它的仰賴，但也凸顯了當人們在使用方便的科技時，更容易因此忽略許多應注意的基本知識而導致危害。如此下去，或許在未來的某一天GPS設備廠商將不得不在其產品上加註「注意：過度使用本產品將使思考能力受損」之類的警語。

圖三 “No Sat-Navigated Lorry Allowed” 標誌

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