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e-GNSS的組成架構

e-GNSS即時動態定位系統之基本組成架構可區分為三大單元,其建置、規劃及操作功能性分述如下:

一、衛星定位基準網:

(一)基本功能需求:

1.連續接收全星系衛星觀測資料。

2.連續透過網際網路(Internet)將原始衛星觀測資料即時傳輸至控制及計算中心。

(二)衛星基準站規劃:

本中心規劃建置全國衛星定位基準網,係按92年度委託財團法人成大研究發展基金會辦理「臺灣e-GPS電子基準站規劃設計及測試分析」研究結果,建議在臺灣本島地區布設衛星定位基準站之最佳間距,以不超過50公里為原則。準此,本中心自93年度起編列經費展辦全國性衛星定位基準站建置工作,規劃至95年度止於臺灣本島及澎湖、金門、綠島、蘭嶼等離(外)島地區建置66處基準站,包括93年度建置臺灣本島北部地區23處基準站,94年度建置臺灣本島中南部地區20處基準站,95年度建置離(外)島及加密臺灣本島地區計23處基準站。另為避免重複建置造成資源浪費,故本中心進行衛星定位基準網規劃時,均優先將各機關已建置完成之現有基準站納入整體考量,再依網形分佈密度,選擇適當地點辦理後續基準站各項建置工作。

(三)衛星基準站建置:

在e-GNSS衛星基準站實地建置部分,建置初期時,按本中心自行辦理VBS-RTK定位精度相關測試作業及臺閩地區三等控制點管理維護相關e-GNSS測試作業,發現西部沿海地區因原規劃之基準站,係全數採用各單位建置之現有基準站,其分佈導致於苗栗、雲林及台南等沿海地區進行實地測試作業時,發生達20公里左右之外插定位情形,為避免發生外插降低VBS-RTK定位精度或引發其他不確定干擾因素,須另予考量於該地區加密建置基準站。
至在其他單位實務測試使用經驗部分,據行政院農業委員會林務局南投林區管理處於南投集集鎮、水里鄉及仁愛鄉等山區進行測試結果,發現上開地區作業初始化時間遠大於其他平地地區,甚至發生無法解算至固定解(Fixed Solution)情形,且定位精度亦明顯較低。本中心後於民國96年度參考各界使用者辦理相關測試使用經驗,已另規劃加密19處衛星定位基準站,除可明顯提升系統各類營運及定位服務之可用性外,亦可做為備援基準站使用,提升系統之完整性,目前已順利連線運作者已達78處基準站。本中心並於102及103年度進行系統現代化更新,將臺灣本島66處基準站全面更新為GNSS基準站。

主備用基準站圖.jpg

(四)衛星定位基準站基本配備:

e-GNSS衛星定位基準站因須具備24小時全天候連續接收衛星觀測資料之基本功能,且分散全國各地,無人看管,為確保基準站全時順利連線運作,各基準站所需基本設備如下:

1.連續運作追蹤站型GNSS衛星定位接收儀及天線。

2.GNSS天線架及基座。

3.儀器機櫃,用以承裝各類硬體設備。

4.資料儲存及備份設備,如採用工業級電腦。

5.網際網路數據傳輸設備,如中華電信股份有限公司提供之ADSL路由器(ATU-R)。

6.防雷擊保安設備,如安裝天線及電源避雷裝置。

7.不斷電系統,如採用一組智慧型充電器及可充電式電池。

8.保全監視設備,採用攝影機線上監視儀器運作及保全。

egps04.gif

二、控制計算中心:

e-GNSS控制計算中心建置於本中心地籍資料庫4樓資訊機房,其內部軟硬體設備配置,係配合定位系統軟體、網路架構、分區定位服務網規劃、即時動態資料庫及入口網站管理系統等需求,由本中心逐年辦理採購。

(一)基本功能需求:

1.連續進行GNSS觀測資料之品管、儲存、處理與遠端監控。

2.連續計算產生區域性定位誤差修正資料。

3.組成虛擬基準站衛星觀測資料。

4.透過行動電話GSM/GPRS或其他無線上網功能,配合RTCM網際網路傳輸通訊協定(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol, NTRIP), 將虛擬基準站衛星觀測資料(RTCM格式)傳送至移動站。

(二)PIVOT定位系統軟體:

本系統採用美國Trimble Navigation公司所研發之PIVOT定位系統軟體,其主要功能可區分為Trimble Instrument Configurator(TIC)、Trimble Ephemeris Download(TED)及Trimble Streaming Manager(TSM)等三大模組,作為衛星定位基準站遠端控制、資料下載使用及進行DGNSS差分定位解算及公分級VBS-RTK即時動態定位解算,其主要功能如下:

1.執行控制及計算中心與各基準站接收儀間連線,自動傳輸觀測資料。

2.進行資料傳輸時,衛星接收儀仍可正常儲存觀測資料。

3.資料下載過程中,不會中斷衛星訊號接收、傳輸與儲存。

4.自動下載觀測資料並轉換為RINEX格式,並可自動儲存及壓縮。

5.即時監控遠端基準站衛星接收儀狀態及設定衛星接收儀運作參數,如有效觀測截角(Cutoff Angle)、接收訊號取樣間隔(Sampling Interval)等。

6.自動檢核、管理、儲存原始及處理後衛星觀測資料。

7.可產生虛擬位置之RTCM觀測數據及SAPOS FKP廣播改正資料,並自動傳送至移動站。

8.藉由軟體分析碼及載波相位觀測量,可連續計算多路徑誤差、電離層誤差、對流層誤差、星曆誤差及L1、L2載波相位整數週波未定值(Integer Ambiguity)。

9.提供3維即時坐標轉換服務。

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(三)網路及數據傳輸系統架構:

e-GNSS衛星定位基準站即時動態定位系統網路架構,基於系統資料傳輸之即時性需求及不影響本中心現有資訊作業之正常運作等情況下,係規劃採用獨立架構方式建置;至控制及計算中心與及各基準站網路線路之申裝,則採用政府網際服務網(GSN)之虛擬專用網路(VPN)架構。目前本中心e-GNSS控制計算中心已申裝架設固接式T1專線2條、E1專線1條及ADSL專線1條。

(四)入口網站管理系統:

PIVOT定位系統軟體雖已提供基本使用者權限管理、資料分流及系統管理機制,惟就系統整體性組成架構、管理機制及資料供應、查詢、儲管等事項,尚無法滿足後續營運及整體實用需求,且因其為商用軟體,在應用及操作層面上,亦缺乏功能運用上之可塑性與自主性。故為提升系統定位服務運作與資訊安全管理效能,並提供使用者透過網際網路單一登錄窗口,進行線上資訊流灠或提供授權使用者進行各項即時性動態定位及衛星觀測資料電子檔查詢、申請與下載等服務,本中心乃以e-GNSS即時動態定位系統整體性架構及後續營運事項為規劃主軸,並考量與各合作單位間之即時衛星定位資料流通、衛星定位技術研發與系統加值應用推廣等功能需求層面,自行開發入口網站及資料庫以提供服務。

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三、移動站使用者:

虛擬基準站即時動態定位技術所需移站基本配備,就功能性可區分為衛星定位接收儀、GPRS 無線上網功能之行動通訊設備及NTRIP通訊協定通訊操作介面軟體等項,茲說明如下:
          (一)基本功能需求:

1.下載移動站原始衛星觀測資料並計算產生導航坐標。

2.透過GSM/GPRS及NTRIP將導航坐標(NMEA格式)傳輸至控制及計算中心。

3.聯合移動站觀測資料及虛擬觀測資料進行RTK 定位解算。

(二)衛星定位接收儀:

主要功能為負責接收衛星觀測資料及RTK即時動態定位成解算工作。目前幾乎所有大型儀器製造廠商均已配合VBS-RTK即時動態定位技術,產銷相關適用性之GNSS衛星定位接收儀,故只要接收儀本身具有可接收雙頻全波長觀測資料、RTK定位解算功能及可輸出NMEA格式定位資訊等功能模組,在實用上並無廠牌型號限制。

(三)GPRS 無線上網功能之行動通訊設備:

主要功能為負責接收儀及e-GNSS控制及計算中心間之單點定位坐標成果(NMEA格式)及虛擬基準站衛星觀測資料(RTCM格式)之無線數據傳輸,因其不同於單主站RTK之單向廣播式數據傳輸模式,VBS-RTK定位因控制及計算中心須事先已知移動站所在位置,進行定位誤差內插計算及初始化屬於雙向數據傳輸模式。目前VBS-RTK定位使用者端大都採用PDA及各廠牌衛星定位接收儀所專用控制器。

(四)NTRIP通訊協定通訊介面軟體:

RTCM網路傳輸通訊協定(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol,簡稱 NTRIP)是國際海運系統無線電技術委員會(Radio Technical Commission for Maritime,簡稱RTCM)專為網路化RTK即時動態定位衛星觀測數據(RTCM格式)進行網路通訊傳輸,所特別制定之標準化通訊協定。在實務的應用上,因其具有支援多種無線網際網路通訊架構(如GSM、GPRS、EDGE及UMTS等),且數據具有高壓縮特性,可提供使用者更有效率的傳輸品質及具單一登錄通道整合技術,無使用數量限制之優勢,所以NTRIP目前已經成為世界各國統一的標準化通訊協定。