葉大綱1*、張淑娟2
論文收件日期：107.03.07 論文修改日期：107.05.29 論文接受日期：107.06.08
摘 要
隨著GNSS的發展成熟，一般使用GNSS靜態測量來獲得圖根點及坐標資訊。近 年來，使用網路即時動態定位技術已成為趨勢，具有即時性及便利性，且臺灣從原 有的e-GPS升級到e-GNSS可進一步提升效率，因此，本研究的主軸為探討e-GNSS系 統利用簡化流程觀測加密控制點及圖根測量，分析測量點位精度。將e-GNSS系統(使 用TAIWAN系統及TTG_TWD97 系統)中用於圖根點測量中，研究區域在桃園航空城 及新北市樹林地政事務所轄區範圍測量，與已公告確定之TWD97 圖根坐標進行比 較，本研究分別使用Case A(接收 180 筆固定解，兩次相隔一小時)及Case B(接收 10 筆固定解，共收十次，每次需重新初始化)兩種方法，分析測量時間和精度的關係，
兩者成果皆符合現有作業規範。本研究認為Case A精度相對Case B高、但Case A較 耗時間、Case B較省時間，需要高精度部分建議採行Case A，工作可允許誤差大於 10%左右，且效率較高者，建議可採行Case B的簡化作法。
關鍵詞：三維坐標轉換服務平台、地籍測量、電子化全球衛星即時動態定位系統、
圖根測量
1 教授，國立臺北大學不動產與城鄉環境學系。
With the development of GNSS, people often use static positioning to get mapping control point and coordinates data. For the past few years, the use of VRS-RTK technology has become a trend with its instantaneity and convenience. Besides, Taiwan moves forward from using e-GPS to e-GNSS, which improves work efficiency a lot. Therefore, The purpose of this study was to investigate using e-GNSS simplified-process measuring densification control point and supplementary control survey. And analysis accuracy of the observation result. Our study area was in the jurisdictional area of Taoyuan Aerotropolis and Shulin Land Office. Applying e-GNSS system (using TAIWAN system and TTG_TWD97 system) to the surveying of the root point, and Comparing our results with TWD97 map root coordinates (which have been announced). In this thesis, we used Case A method (receiving 180 fixed solutions, with a one-hour interval between each) and Case B method (receiving 10 fixed solutions, each requiring re-initializations) respectively to analyze the relationship between time measurement and accuracy. Both results are in line with existing operation. It was discovered that the accuracy of Case A is better than Case B, however, it takes more time. As the result, in case of high-accuracy demand, Case A is suggested. Otherwise, if the task range of allowable error more than 10%, which has higher efficiency, Case B was suggested.
Keywords: Cadastral surveying, e-GNSS, Supplementary control point surveying, TTG
1 Professor, Department of Real Estate and Built Environment, National Taipei University.
2 Master Student, Department of Real Estate and Built Environment, National Taipei University.
* Corresponding Author, Tel: +886-2-86741111 ext. 67430, E-mail: [email protected].
一、前 言
在 e-GPS 系統中，雖然可以透過虛擬基準站即時動態定位(Virtual Reference Station Real-Time Kinematic, VRS-RTK)服務技術，其定位精度可達公分等級。Vollath et al.(2001)提出密集的參考站對 VRS-RTK 即時動態測量有更高精度，也增加可靠 改正，始能得到較高精準之坐標成果(Yeh et al., 2012)。內政部國土測繪中心(2007) 應用全國性 e-GPS 即時動態定位系統辦理加密控制及圖根測量，以各級基本控制點
全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)從美國 GPS、俄羅 斯 GLONASS、歐盟 Galileo 和中國 BDS 等，進而創造出多星之全球導航衛星系統 一詞。目前 GPS、GLONASS 技術可勘測到厘米的需求並有更高的精度，利用接收 信號的訊息，使用 GPS 和 GLONASS 組合，並接受額外的信號(Vollath et al., 2002；
Landau et al., 2002；Parkins, 2011)。e-GNSS 系統採用 VRS-RTK 技術，測量成果坐 標系統為 e-GNSS 系統與法定坐標系統不同，如欲獲得法定坐標，需辦理已知控制 點連測並進行坐標轉換與最小二乘配置計算(葉大綱等，2014)；過往 e-GNSS 系統 測量成果欲轉換至法定坐標系統時，無法於測量現場立即獲得所需法定坐標成果；
現今內政部國土測繪中心(2014)利用建立三維即時坐標轉換輔助定位技術，解決
並無規範要使用相同框架，以各縣市地政機關之便利性為主；目前各機關多採用
TAIWAN_RTCM23 臺灣本島
VRS-RTK服務 e-GNSS RTCM 2.3
時作業流程，從而探討以 e-GNSS 系統測量區域性高精度之即時坐標，為本研究的 主要動機與目的所在。
二、原理介紹
VRS-RTK 即時動態定位技術的基本是由多個 GNSS 基準站全天候連續地接收 衛星資料，並經由網際網路或其它通訊設備與控制及計算中心連接，彙整計算產生 區域改正參數資料庫，藉以計算出任一移動站附近之虛擬基準站的相關資料，所以 在基準站所構成的基線網範圍內，RTK 使用者只需在移動站上擺設衛星定位接收儀，
並將相關定位資訊透過以全球行動通訊系統為基礎的整合封包無線電服務技術等 無線數據通訊傳輸技術及美國國家海洋電子學會專為 GNSS 接收儀輸出資料所訂定 之標準傳輸格式傳送至控制及計算中心，並據以計算虛擬基準站之模擬觀測量後，
再以「國際海運系統無線電技術委員會」(Radio Technical Commission for Maritime, RTCM)所制定之差分 GNSS 標準格式回傳至移動站衛星定位接收儀，進行『超短基 線』RTK 定位解算，即可獲得公分級精度定位坐標(如圖 1)。
圖 1 VRS-RTK 定位原理示意圖(內政部國土測繪中心，2014)
內政部國土測繪中心為順應國際衛星定位邁向潮流趨勢，具備優質的寬頻網路 及行動化的無線數據傳輸環境，於 2014 年完成系統軟硬體設備全面更新，提供雙 星定位服務主要工作項目為系統軟硬體的現代化升級，邁向 GNSS 雙星的新里程碑 (內政部國土測繪中心，2014)。計算軟體則於 2013 年率先改版，將 e-GNSS 即時動 態定位系統之定位核心軟體從 Trimble GPSNet 升級為 Trimble PIVOT，完成各項功 能服務驗證後，並針對硬體設備及軟體設定作細部調整，測試與系統營運相關之後 臺管理、帳務計算及即時監控等功能，對外提供 GNSS 服務。並利用 RTCM3.1 Type
圖 2 e-GNSS 登錄點及服務範圍(內政部國土測繪中心，2014)
三、研究設計與實驗區域
e-GNSS 基準站即時三維坐標經由全天候 24 小時連續觀測衛星資料解算而來，
測得已知控制點的 TWD97 坐標；原則採以 e-GNSS 三維坐標為依據內政部國土測 繪中心訂頒「採用虛擬基準站即時動態定位技術辦理加密控制及圖根測量作業手冊」
規範，每個測點至少重覆觀測兩測回，須間隔 60 分鐘，資料記錄率為 1 Hz，連續 測量 180 筆固定解成果，相對於 e-GNSS 坐標系統之資料品質為平面精度小於 2 cm，
高程精度小於 5 cm。
本研究考量部分測量工作無法在單一點位相隔一小時再重覆觀測，為研究 VRS-RTK 觀測時間對轉換精度之影響，測試由內政部國土測繪中心原本規範每測回 180 筆固定解，須間隔 60 分鐘後重覆觀測，稱為 Case A，調整為僅取每測回 10 筆固定 解並重新初始化重覆觀測測試十次，稱為 Case B(如圖 3)。上述兩種作業方式的主 要差別在於，前者需要等候一小時再進行重複觀測，後者不需等候但須進行較為密 集之重複觀測；若以外業時間來說，Case A 的作法觀測點位需時 65 分鐘，Case B 的作法則僅需 5 分鐘，希望本研究所提出的簡化流程可在不失精度的情況下增加外 業的靈活性。
圖 3 Case A 與 Case B 之外業操作方式
圖 5 樹林區控制點分布
四、實測成果分析與討論
在第一階段先論述 TAIWAN 系統與 TTG_TWD97 系統之 Case A 及 Case B 內 部精度之標準差，在二階段探討 TAIWAN 系統接收後，再到內政部國土測繪中心網 站進行坐標轉換，並與 TTG_TWD97 系統之 N、E 方向定位坐標進行外部精度之平 均誤差分析。
(一) 內部精度分析
在內部精度部分，本研究採用標準差作為精度分析的指標，其計算公式為 𝝈𝒊 = √ 𝟏
𝒏−𝟏∑𝒏𝒊=𝟏𝒗𝒊𝟐 (1) 其中 v_i 為各觀測量與算數平均數之差異，n 為觀測次數。在計算上區分 為國土測繪中心的規範 Case A：每測回 180 筆固定解，須間隔 60 分鐘後重覆 觀測，以及本研究所提出之簡化方案 Case B：取每測回 10 筆固定解，並重新 初始化重複觀測十次。圖 6 至 9 分別呈現以 TAIWAN 與 TTG_TWD97 兩種系 統觀測之 N、E 方向標準差。
圖 6 桃園區 TAIWAN 系統 N 方向標準差
圖 7 桃園區 TAIWAN 系統 E 方向標準差
圖 8 桃園區 TTG_TWD97 系統 N 方向標準差
圖 9 桃園區 TTG_TWD97 系統 E 方向標準差
而後，再將桃園 25 個點位進行標準差平均值之計算整理，並將資料繪製 成表 2。可知 TAIWAN 系統之標準差中，N 方向 Case A 與 Case B 之標準差為 0.6、0.5 cm，E 方向為 0.8、0.4 cm，顯示 TAIWAN 系統在 N、E 方向於 Case B 之標準差則較 Case A 為低，在 Case A 偶爾有較大誤差，因為 Case A 只有 2 測 回，故內部誤差較大；TTG_TWD97 系統之標準差中，N 方向 Case A 與 Case B 之標準差為 0.6、0.4 cm，E 方向為 0.6、0.5 cm，由圖中顯示 TTG_TWD97 系統 在 N、E 方向於 Case B 之標準差則較 Case A 為低。小結內部精度 N、E 方向 Case A 之標準差則較 Case B 為高。
表 2 桃園區 Case A 與 Case B 標準差
登錄點 TAIWAN TTG_TWD97
接收筆數 σ𝑁(cm) σ𝐸(cm) σ2𝐷(cm) σ𝑁(cm) σ𝐸(cm) σ2𝐷(cm) Case A 0.6 0.8 1.0 0.6 0.6 0.8 Case B 0.5 0.4 0.7 0.4 0.5 0.7 (二) 外部精度分析
在外部精度部分，本研究採用平均誤差作為精度分析的指標，其計算公式為 𝝉𝒊= 𝟏
𝒏∑𝒏𝒊=𝟏|𝒗𝒊| (2) 其中 v_i 為各觀測量與參考真值(政府公告坐標)之差異，n 為觀測次數。接 下來以 Case A 與 Case B 之所測的坐標平均值與政府公告坐標相比較，成果如 圖 10、11，接收數據可得知 TAIWAN 系統在後處理後分析，在 Case A 之 N、
E 方向平均誤差 2.6、2.3 cm，而在 Case B 筆之 N、E 方向平均誤差 2.8、2.6 cm，雖然時間長的精度較好，但其精度差異在 0.2、0.3 cm，但時間節省、較 有效率；在數據方面可以看出在 TAIWAN 系統 N 方向大多為負、E 方向大多 為正，誤差之方向具有一致性，屬於系統性誤差。
圖 10 桃園區 TAIWAN 系統 N 方向坐標差異
圖 11 桃園區 TAIWAN 系統 E 方向坐標差異
三維即時坐標服務為將 e-GNSS 系統 VRS-RTK 定位成果 e-GNSS[2015]坐標 利用殘差網格修正模型及內插方式即時轉換至法定 TWD97，本研究以
TTG_TWD97 系統接收 Case A 與 Case B 之所測的坐標平均值與政府公告坐標相 比較，差異比較如圖 12、13，數據在 Case A 之 N、E 方向差異在 2.3、2.1 cm，而在 Case B 之 N、E 方向差異值為 2.5、2.6 cm，其誤差變化在 0.2 到 0.5 cm 之間；在數據方面可以看出在 TTG_TWD97 系統 N 方向大多為負、E 方向 大多為正，可能因為系統性誤差導致誤差有一致性；從此發現在 Case A 與 Case B 結果差異大致相同，但測量方式可大幅度提升效率。
圖 12 TTG_TWD97 系統 N 方向坐標差異
圖 13 TTG_TWD97 系統 E 方向坐標差異
綜合上述，在 TAIWAN 系統和 TTG_TWD97 系統之外部精度坐標差異具 有一致性，可能來自於板塊運動所引起的系統性誤差，故在完成 e-GNSS 測量 後後再進行參數轉換讓觀測值更接近於法定坐標。接下來再將法定坐標 N、E 值與實測狀況 N、E 值相互比較平均誤差，在 TAIWAN 系統與 TTG_TWD97 系
綜合上述，在 TAIWAN 系統和 TTG_TWD97 系統之外部精度坐標差異具 有一致性，可能來自於板塊運動所引起的系統性誤差，故在完成 e-GNSS 測量 後後再進行參數轉換讓觀測值更接近於法定坐標。接下來再將法定坐標 N、E 值與實測狀況 N、E 值相互比較平均誤差，在 TAIWAN 系統與 TTG_TWD97 系