「空間資訊與智慧生活」是逢甲大學推出的第一門磨課師課程，由逢甲大學地理資訊中心周天穎教授主講。課程於 2014 年 10 月 20 日開始，為期 12 週，每週學習負擔預估為 1.5~2.5 小時，課程完全免費，歡迎大家一起加入。 這是第五週課程所使用的投影片，課程介紹請參考：http://bit.ly/1urcfW4 也歡迎大家到課程粉絲專頁體驗我們的課外活動：http://on.fb.me/1xXOEMF

2. 古老方位判釋
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北極星是天際導航(即透過觀察天體來辨別方向) 的重要指標，可應用於野外活動和航海活動中。 在未有指南針之前，古代的人常透過觀察北極 星來導航。
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3. 早期的方位判釋
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•指南針是用磁鐵做成的。早在中國春秋時期， 人們已發現磁鐵有吸鐵的功能。
•在古代，人們稱它為『航海的眼睛』。
•中國發明的指南針，經阿拉伯人傳到歐洲，這 對歐洲航海事業的發展有很大貢獻。歐洲各國 的航海家開闢新航路、發現美洲大陸、完成環 球航行，指南針都是他們航海中不可缺少的 「眼睛」。

4. GPS簡介
•全球衛星定位系統（Global Positioning System, GPS ）簡稱GPS。
•可以為地球表面絕大部分地區（98%）提 供準確的定位、測速和高精度的時間標準。
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5. GPS簡介
•GPS由美國政府於1970年代開始進行研製 並於1994年全面建成。
•整個GPS系統約分成下列三個部份：
–太空衛星部份
–地面管制部分
–使用者接收機
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6. GPS簡介
•由24顆GPS衛星所組成與地面上1個主控站、 3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端 的GPS接收機。
•衛星分成六個軌道，運行於約 20200公里 的高空，繞行地球一周約12小時。
•每個衛星均持續發射著載有衛星軌道資料 及時間的無線電波，提供地球上的各種接 收機來應用。
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7. GPS簡介
•最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶 端在地球上所處的位置及海拔高度；所能 收聯接到的衛星數越多，解碼出來的位置 就越精確。
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8. 太空衛星部份
•第一顆GPS衛星 Navstar 1 於1978年2月22 日發射升空。
•美國在1978年至1985年間從加利福尼亞州 的范登堡空軍基地，總共發射了11顆 GPS 衛星。
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Navigation-Star 試驗衛星
試驗衛星的任務是滿 足方案論證和整個系 統試驗、改進的需要。

9. 太空衛星部份
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Block II 衛星
Block IIA 系列
Block IIR 系列
Block IIR-M 系列 目前有8顆在軌的 Block IIR-M 系列衛星，由洛克希德·馬丁公司研製。第一顆於 2005年9月26日發射，最新一顆是在2009年8月17日發射。
Block IIF 系列 Block IIF 系列由波音公司研製開發，F 代表 follow-on（繼任者）。2007年9月9 日，波音公司宣佈已經完成了第一顆 Block IIF 系列衛星的組裝。波音公司簽訂 了研製生產全部12顆 Block IIF 系列衛星的合同，第一顆計劃在2010年由三角 洲四號運載火箭發射升空。
隨著科技的進步，衛星的功能也越 來越高，可以做到的精準度與服務 也越來越多。

10. 地面管制部分
•為了追蹤及控制上述衛星運轉，所設置的地 面管制站，主要工作為負責修正與維護每個 衛星能保持正常運轉的各項參數資料，以確 保每個衛星都能提供正確的訊息給使用者接 收機來接收

11. 使用者接收機
•一般民間所能擁有及使用的接收機器，追蹤 所有的GPS衛星，並即時地計算出接收機所 在 位置的座標、移動速度及時間，GARMIN GPS 即屬於此部份

12. GPS的準確度
•GPS於1970年代開始進行研製並於1994年全 面建成。使用者只需擁有GPS接收機即可使用 該服務，無需另外付費。
•GPS信號分為
–民用的標準定位服務（SPS，Standard Positioning Service）
–軍規的精確定位服務（PPS，Precise Positioning Service）

13. GPS的準確度
•由於SPS無須任何授權即可任意使用，原本美 國因為擔心敵對國家或組織會利用SPS對美國 發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入選擇性 誤差（即SA政策，Selective Availability）以 降低其精確度，使其最終定位精確度大概在 100米左右
•軍規的精度在1米以下。2000年以後，柯林頓 政府決定取消對民用訊號的干擾。因此，現在 民用GPS也可以達到10米左右的定位精度。
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14. GPS定位原理
•1.二度空間定位
•2.三度空間定位
•3.定位誤差修正
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15. 二度空間定位
•二度空間定位 兩個參考點
同時得知兩個衛星坐標及訊號傳送時間(距離)，則可以衛星坐標為中心， 以訊號傳送時間計算所得距離為半徑得到兩個圓周。
兩個圓周的位置關係有三種：相切，相合，及相交。
相交的兩個圓有兩個交點，接收點的位置只可能在兩個圓的交點之一。
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衛星1的位置
衛星2的位置

16. 二度空間定位
•二度空間定位 三個參考點
得到第三個參考點時，可以其位置及計算所得距離畫出第三個圓。
理想狀況下，第三個圓的圓周必然通過前兩個圓相交的兩個相交點中的 一個。
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衛星1的位置
衛星2的位置
衛星3的位置

17. 二度空間定位
•二度空間定位的誤差
如果信號傳送過程中，因干擾影響傳送的時間，則依公式
 距離 (D) = 速度 (V) x 時間 (T) 計算的距離必然有誤差成份。
圖中虛線是有誤差的測距
兩個誤差的圓仍然可以得到兩個交點
第三個圓周無法在前兩個圓的交點上，得知信號有誤差，接受器的位置 變成無法確定，只知可能在DEF三點圍成的範圍內
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18. 三度空間定位
•三度空間定位 一個參考點
太空中如果知道一個GPS衛星的位置，根據它發送的信號到達接收端時間， 依公式 距離 (D) = 速度 (V) x 時間 (T) (V 等於光速 3 x 108 m) 計算得到衛 星與接收端的距離，以衛星位置為中心，距離為半徑可畫一個圓球形
接收端位置可能在球面上的任何一點。
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19. 三度空間定位
•兩個參考點
如果知道第二個衛星的位置及距離，可畫出第二個圓球形。
接收端的位置必需在兩個圓球表面的交接處。
兩個球形表面交接處是一個圓環，接收端可能在此圓環形上的任何一點。
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20. 三度空間定位
•三個參考點
如果知道第三個衛星的位置及距離，則可畫出第三個圓球形。
接收端的位置必定在這三個圓球面的交接處，三個球面的交接處是兩個點
接收端可能在兩個交點中的任何一點。
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21. 三度空間定位
•定位誤差修正 第四顆衛星的功能
接收端以三顆衛星的信號，可以計算本身的位置。如果三顆衛星信號都 有相同的誤差，仍然可得一個位置，是錯誤的位置。
接收到第四顆衛星信號後，第四個球面與前三個球面不可能相合 一個位 置。經過接收端回歸修正後，可消除誤差得到真實位置。
第四顆衛星信號的主要功能是修正位置誤差。
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第四顆衛星信號可 糾正信號誤差，其 中包含時間的誤差

22. GPS與生活應用
•GPS的生活應用千變萬化，以下針對目的地 規劃與導航、旅遊記錄與協尋功能等三種應 用做介紹

23. GPS的優點
•天氣好壞都可進行測量
•不限用戶數量，且免費使用
•二十四小時服務，動態即時定位
•距離可達數千公里

24. 目前GPS的限制
•由於衛星是處在相當高的運行軌道上，其傳 送的訊號是相當的微弱，因此它不像一般通 訊無線電或大哥大等可在室內使用或收到訊 號

25. 其他國家的定位系統
•俄羅斯格洛納斯系統(GLONASS)
(Global Navigation Satellite System )
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26. 其他國家的定位系統
•歐洲伽利略(Galileo)
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27. 其他國家的定位系統
•中國大陸北斗衛星導航(北極星，BDS)
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