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GPS發展簡介
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GPS發展簡介

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  • 1. 新一代衛星定位系統 發展現狀研討
    遠碩科技股份有限公司
    莊世璿 協理
  • 2. 前言
    全球衛星定位系統以美國的GPS(Global Positioning System)最為成熟且提供全球用戶免費使用,然而系統的營運權為美國軍方所有,使得美國隨時有權以國防安全理由將系統關閉,因此各國為免受制於美國此一不確定性政策因素及準確度、覆蓋率等缺點,紛紛自行建置自己的衛星定位系統。包括歐盟、俄羅斯與中國等國家皆已發射或規劃建置新一代衛星定位系統,並將於數年後開始營運。本文將剖析各新一代衛星定位系統之發展現況與趨勢,提出在未來新產業環境下,所可能衍生的新商機與廠商因應策略。
  • 3. 全球天空定位衛星
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12. 資料來源:TRG
    *Gartner: 2000年 63億美金 2005年 270億美金
    *IDC: 2010年 420億美金
    *Mckinsey: 2010年 1000億美金
    .Telematics市場簡介
  • 13. 內容整合者
    內容提供者
    車輛通訊與資訊服務提供者(TSP)
    無線寬頻提供者
    車廠 /交通運輸公司
    軟體提供者
    硬體提供者
    Telematics產業說明
    • 造就Telematics Service Providers(TSP)
  • Telematics產業說明
    Telematics 用戶駕駛人
    車隊運輸相關業者
    Telematics內容與服務
    內容提供者
    Location Based Services
    交通訊息
    電子地圖
    傳統媒體
    網際網路
    TSP
    車廠投資
    獨立營運
    行動電信業者轉投資
    其他特殊Telematics服務
    內容整合者
    網際網路入口網站,如Yahoo
    TSP入口網站
    行動電信業者入口網站
    Software
    作業系統
    語音辨識軟體
    應用軟體
    OEM解決方案
    Advertiser
    通訊網路
    行動電信業者
    ISP
    Wireless ISP
    衛星通訊
    廣播
    半導體
    GPS chips
    RF IC
    Sensor IC
    MPU
    記憶體
    ASICs/ASSPs
    Hardware
    GPS模組或手持式GPS系統
    行動電話模組或系統
    DAB接收器
    衛星廣播接收模組
    車用LCD顯示器
    TCU
    PDA與PDA Docking Station
    AVL車載機系統
    提供硬體或服務
    金流
    Telematics終端設備
  • 14.
  • 15. 歐盟伽利略衛星定位系統
    伽利略原本將營運權交給一家新成立的合資民營企業ESNI(European Satellite Navigation Industries),然而民間資本陸續退出之下,歐盟在2007 年接掌原ESNI 之經營,使得伽利略成為全部由公部門出資經營的衛星系統。
  • 16. 歐盟伽利略衛星定位系統
    • 於2002 年,歐聯委員會(European Union)與歐洲太空總署(European Space Agency)發起實施歐洲民用衛星導航『伽利略』(Galileo)計畫。伽利略全球衛星定位系統計畫預計投入34 億歐元,並標榜第一個以日常生活為導向功能的系統。藉由價格便宜之系統單晶片接收機的開發,可廣泛的應用於民眾日常生活的各項安全與運輸等項目,對未來歐洲高科技工業與創新型態的應用市場均有重要的影響。不僅如此,伽利略計畫兼容美國的GPS、與俄羅斯的GLONASS,然而Galileo 系統在精確度上、完備性上、與可用性上均提供了更高的性能與更為周到的服務。伽利略計畫已於2005 年發射第一顆衛星,預計於2010 年完成30 顆衛星系統建制,定位服務最早將於2008 年開始,並將於2013 年全面開放服務。伽利略的地面控制站會落在德國慕尼黑、義大利羅馬。
  • 17.
  • 18.
  • 19. 美國GPS 之升級系統
    • GPS 是美國國防部因應軍事國防需要所發展出來的導航產品。
    • 20. GPS 系統從1995 年開始運作
    • 21. 並於2000 年取消干擾開放民用之後,在精準度上仍未達消費者需求,且在伽利略的競爭下,美國為了繼續掌握全球衛星定位系統之產業領導地位,
    • 22. 於是在2000 年正式批准GPS 最新的現代化更新計畫,稱為GPS III。這項計畫包含了新的衛星與新的地面控制站,及增加新的衛星訊號以提升精準度與覆蓋範圍,
    • 23. 計畫在2012~2013 年完成整個系統的規劃,
    • 24. 並於2021~2030 年間開始營運。GPS III 預計將提供較現有系統500 倍的定位能量,衛星數增加到30~32 顆,並提供1 公尺的定位精準度。
  • 除了GPS III 的升級外,美國也針對現有GPS II 系列衛星進行升級,包括增加兩個民用訊號,這些升級使得定位精準度提高到3~5 公尺,並將提供Safety-of-Life 等級的定位水準。
  • 25. 俄羅斯GLONASS
     GLONASS(Global Navigation Satellite System)為蘇聯在1970 年代所發展的衛星系統,目前由俄羅斯太空部門營運。第一顆GLONASS 衛星於1982 年10 月發射,於1991年完成所有衛星發射作業,1995 年開始完整運作。GLONASS 系統共設計24 顆衛星,其中21 顆為工作衛星,另3 顆為備用衛星。
  • 26.
  • 27.
  • 28. 由於蘇聯的解體,GLONASS 在建置完成不久便立刻面臨經費與營運問題,使得多顆衛星缺乏維修紛紛失去作用,至2008 年僅有8 顆運作正常的衛星。直到2001 年俄羅斯政府決定重整整套系統,並與印度、美國合作,取得現代化技術,計畫在2011 年恢復正常運作。2007 年俄羅斯宣布將開始發射另外8 顆衛星,計畫於2009 年達到全球覆蓋,並於2011 年達到總數24 顆可運作衛星。2007 年10 月~12 月俄羅斯發射了兩顆第二代衛星,預計2008 年再發射兩顆第三代衛星。 俄羅斯為了與GPS 抗衡,也在更新計畫中規劃衛星訊號與GPS 相容的可能性。2006 年在莫斯科舉行的GPS-GLONASS Interoperability and Compatibility Working Group (WG-1)討論GLONASS 是否可能改變原來的FDMA 技術,換成與GPS 及Galileo相容的CDMA技術,然而初步並未有結論,並在2007 年的再次會議協商中,仍未發表任何聲明。
  • 29. 中國北斗衛星系統
    北斗(Beidou)(西方世界稱COMPASS)衛星導航定位系統是由中國大陸獨立建置、發射的區域衛星導航系統,它由兩顆工作衛星和一顆備份衛星組成。
    2000 年10 月中國發射了第一顆衛星,截至2004 年止,三顆衛星皆已升空運作。
    這個系統主要用於中國大陸之國家經濟建設,如交通運輸、氣象、石油、海洋、森林防火、災害預報、通信、公安以及其他特殊行業導航定位服務。但由於只有2 顆衛星,因此現階段只能提供中國大陸地區使用,且精確度不及美國GPS 系統。
  • 30.
    •  但中國企圖延伸現有系統,並建置一套完整覆蓋全球的衛星系統。
    • 31. 2007 年初又發射了兩顆北斗導航衛星,
    • 32. 2008 年左右滿足中國及周邊地區用戶對衛星導航系統的需求,並開始進行系統組網和試驗,預計逐步擴展為全球衛星導航系統。
    • 33. 完整的北斗衛星導航系統將由5 顆靜止軌道衛星和30 顆非靜止軌道衛星組成,總共約35 顆衛星,可提供開放性服務和授權服務。開放服務是在服務區免費提供定位、測速和定時服務,定位精確度為10 公尺。北斗衛星目前提供民用免費,軍用授權方式。但由於GPS 的普及,中國民間使用北斗衛星定位的用戶僅數千,遠不及GPS 的用戶。
  • 印度IRNSS系統
    印度發展的衛星定位系統計畫發射7顆衛星,並以覆蓋印度大陸為目標,預計2012年完成整體建置,計畫名稱為The Indian Regional Navigation Satellite System(IRNS)。RNSS的建置目的為提供測量、通信、運輸、識別災難、安全救援等用途。
  • 34. 日本QZSS系統
    日本的衛星定位系統稱為Quasi-Zenith Satellite System (QZSS),由三顆衛星組成,主要用來提供區域定時與輔助GPS系統。整套系統在2002年開始規劃,預計第一顆衛星在2009年發射。QZSS由Advanced Space Business Corporation (ASBC)所發展,該公司由Mitsubishi 、Hitachi與GNSS公司合資組成。原本該衛星設計上為多用途,包括導航定位、音樂、視訊等多媒體應用,但後來民間企業退出,改由政府出資交由JAXA(Japan Aerospace Exploration Agency)負責,且僅提供導航功能。
  • 35.
  • 36.
  • 37.  QZSS系統的發展源由為日本都會區擁有許多遮蔽物,GPS的收訊往往被高樓所遮蔽,且日本位於中緯度地區,該地區對衛星訊號的接收較為微弱,因此較難提供精準的定位。由於QZSS的發展為輔助GPS的不足,因此訊號與GPS完全相容。
  • 38. 新衛星定位技術與新應用
    • 根據上述各衛星系統之介紹後可知,包括
    • 39. 伽利略
    • 40. 北斗衛星等建置中之衛星系統
    • 41. 及升級中的GPS 系統,皆顯示出新一代的衛星定位系統即將在未來的幾年內開始運作。
    • 42. 這些新衛星系統帶來的影響最主要便是
    • 43. 定位精準度、穩定度、覆蓋率的提升。
    • 44. 以伽利略為例,除了免費的開放服務之外,亦提供精準度達到1 公尺的商用定位服務及可提供救援訊息上傳的搜尋與救援服務。在這樣的定位性能提升下,可衍生出許多不同於以往的應用,本小節提出幾種未來可能浮現的新應用與服務。
  • 大眾運輸系統之新應用:
    • 民用航空應用:過去僅能在對精確度需求較低的小型航空器上使用GPS,在大型航空器則需許多輔助儀器之DGPS 進行定位。伽利略能在不需輔助下,提高定位之精確度,如降落輔助、機場距離、空中撞擊偵測等應用。
    • 45. 航海應用:舊版的GPS 系統由於誤差在幾十公尺左右,在導引船隻時仍需要人工輔助或使用DGPS 技術。新的衛星系統能夠免除仰賴DGPS 即可提供船隻識別、暗礁避開、狹窄河道之導引等應用。
    • 46. 軌道運輸:過去需要使用各種不同基礎建設與技術才能獲知車輛位置,在新衛星定位的輔助下可大幅降低成本,如提供車輛位置、協助班次調度、危險物貨車監控等。
    • 47. 公路運輸:計程車派遣服務能精確至搭車人位置,降低司機搜尋時間。公車到離資訊也能更為精確。
  • 可能取代部份車用DSRC 應用:
    過去僅能利用DSRC 技術達成之應用,可藉由新衛星系統之高精確度定位與穩定信號達成,
    例如車輛碰撞偵測、車道偏移偵測、鄰近路況傳遞等。
    目前正在開發DSRC 技術應用於車輛安全之單位包括美國GM、歐洲CAR2CAR 與日本,未來該技術將可能被新衛星定位系統所取代。
  • 48. 汽車導航更為精確:
    更精確的定位能提供以車道為基準的導航指引,例如車道導航能避免傳統導航無法分辨車輛位於慢車道或快車道之困擾,並能提前指引車輛進入轉彎車道。此外,現有GPS對水平定位經度不夠,導致導航系統無法判定車輛行駛於高架道路或平面道路,新衛星應可解決此問題。
  • 49. 人員定位、追蹤與救援更為精確
    傳統GPS 行人導航僅能導引出正確路徑,導入高精確度定位後,可以更精確的規劃出最短路徑,精確導航至門牌號碼,而非某個路段,誤差可在數公尺內。未來在多衛星系統的運作下,衛星覆蓋率提升,可有效降低過去都會區高樓所造成的遮蔽導致定位失效等問題。除了導航應用外,亦可提供失明或肢體殘障的人以導航器具移動,對數量龐大的殘疾人士擁有相當大的幫助與商機。發生事故時,手機亦可自動發出救援訊息至救難單位,準確找到需要救援的人,此方面可應用在登山救援、居家照護等。
  • 50. 多衛星系統時代即將到來
    • 目前全球較受矚目的新一代衛星系統為歐盟的伽利略,雖然在去年發生民間資金退出問題,但終究由各國政府支持解決了資金問題。同樣的問題也發生在日本,俄羅斯也出現資金缺口。在資金缺乏的情況下,各衛星系統的建置期都有延誤的情況,然大致系統建置的決心仍相當強烈。目前的主導者美國GPS 也開始了Block II 的升級,並規劃出超越所有定位系統性能的 Block III 計畫。 新一代衛星系統將大致在2011~2015 逐漸開始營運,屆時全球將有數十顆訊號相容的衛星提供定位應用。雖然時程上距離2008 年仍有3~7 年的時間,晶片設計商應可開始佈局。在 CEBIT 2008 中瑞士 GPS 晶片供應商 u-blox即展出第一個 Galileo 相容的接收晶片。以系統產品為主的台廠雖可待晶片方案成熟後再順勢導入,但應用服務方面則可先加以構思服務架構與市場預測。
  • GPS運用日廣 產值大成長
    轉載自:工商時報2008.05.06  吳筱雯/台北報導  
    市場調查機構ABI Research指出,包括GPS導航系統、用戶端設備、GPS衛星系統在內,預期在2013年,全球GPS相關產業產值將高達2,400億美元。
  • 51. 而為了更廣泛的室內應用,GPS業界持續強化GPS訊號,ABI Research指出,包括Assisted GPS(即AGPS,利用手機基地台訊號縮短定位時間、強化室內GPS定位效果),而與WiFi系統、無線電視廣播系統結合,也可望進一步加強在GPS在室內有更好的接收效果。
         不僅GPS終端設備與訊號接收系統持續升級,GPS衛星系統也進行更新,由歐盟主導的伽利略(Galileo)GPS衛星系統,日前也已經通過投資金額加碼計畫。

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