GPS 全球定位系統（Global Positioning System）在經歷過去二十多年的發展 過程，目前在各項理論及應用技術上已趨成熟，並已成為當前重要的空間大地測 量（Space Geodesy）定位技術。傳統的水準測量作業可提供高精度之高程成果，
但是高精度水準測量的作業過程費時費力，且不易自動化，相較於GPS 測量作 業的快速、方便，對於需高精度三維點位座標資料之科學應用而言，GPS 定位可 提供一個獲取、分析及建立此類大地觀測量之快速有效方法。
影響GPS 相對定位的誤差來源，主要有衛星軌道誤差、衛星及接收儀時錶 誤差、測站誤差、電離層延遲、對流層延遲、週波脫落、週波未定値（integer cycle ambiguity）、雜訊、多路徑效應及相位中心偏差等項，在處理資料、計算基線向 量時，須藉由差分方式或用有效模式改正，將上述誤差僅可能的消除。
本研究採用工業技術研究院及內政部於台灣地區所建置之GPS連續觀測站 的資料，以工業技術研究院量測中心（TNML）為座標參考站，同時解算內政部 七個衛星追蹤站陽明山站（YMSM）、北港站（PKNM）、墾丁站（KDNM）、太 麻里站（TMAM）、鳳林站（FLNM）、馬祖站（MZUM）、金門站（KMNM）、
以及工業技術研究院能資所設置之雲林縣新興國小固定站（YLSS），共9個站，
其地理分布位置如圖3-1。計算時間由民國90年7月至民國94年6月底止。
3-1.1 GPS 固定站建置與運作
GPS 固定站的設置與運作，主要可分為下列幾項：（1）站址的選定（2）固 定站之設計（3）訊號品質分析。
（1）站址的選定
地層下陷GPS 固定站站址的選定主要可分為主觀因素與客觀因素兩大項來 說明。客觀因素方面，固定站應具備有位置永久性、交通方便、附近有人看管。
主觀因素方面，因地層下陷GPS 固定站主要目的為監測地層下陷資訊，因此其 位址必須在地層下陷中心且附近最好應具備有地層下陷監測井、地下水位觀測井 及水準點。利用GPS 觀測搭配水準測量數據、地層下陷監測井與地下水位量測，
以綜合分析地層下陷的動態。根據上述條件，本計畫於雲林縣新興國小設置GPS 固定站。
（2）固定站之設計
關於GPS 固定站的設計主要包括 A、基樁設計 B、GPS 接收器與天線選擇 C、
環境設計（包含電力供應、不斷電系統、自動溫控系統、防突波裝置）D、遠端 傳輸及監控系統設計。（詳參洪偉嘉等，2000）。
（3）訊號品質分析
GPS 訊號會因電離層閃爍（Ionospheric Scintillation）、多路徑效應
（Multipath）、自然與人為雜訊對訊號的干擾、信號通過障礙物所產生的繞射現 象、天線增益與接收器本身之雜訊等，未模式化之誤差因素影響接收訊號的品質
（李振燾，2000）。因此對於 GPS 接收器所接收的訊號應採取品質分析與管制，
以確保GPS 後續解算成果的品質。
史天元（2001）GPS觀測所得之數據，有多種可能的原因致使觀測之數據品 質不符合需求。諸如，儀器故障、老化，測站之多路徑效應過高，或測站附近電 磁干擾嚴重，或有暫時性之遮蔽，致使訊號中斷等，均有可能影響數據之品質。
因此，在大量數據同步進行嚴密計算之前，檢查個別數據以確定其品質，均有實 質上對單站GPS觀測量進行品質檢核之需求。TEQC程式(Estey & Meertens, 1999)，該程式包含格式轉換(Translation)，編修RINEX檔案(Editing)，及品質控 制(Quality Control)，其為針對GPS單站之觀測量進行初步之檢核。由其mp1及mp2 均值，可以研判是否該測站有多路徑效應之問題。同時，由訊雜比亦可提供觀測 量品質之量度。
GPS 衛星定位測量之多路徑效應誤差，是指 GPS 接收儀接收之衛星訊號包 含直接路徑及非直接路徑兩部分。非直接路徑的訊號是指為衛星訊號傳輸過程 中，經對流層、電離層折射所造成的時間延遲效應（衛星多路徑效應）或接收天 線周圍環境經折射干擾造成測站多路徑效應，又可分成L1 載波的多路徑效應
（mp1）、L2 載波的多路徑效應（mp2）兩種。
不同路徑長，會使得天線受到不同路徑訊號之干擾，兩種信號的重疊將會引 起相位中心位置的變化，由於直接訊號與反射訊號存在著時間差與相位偏移量，
將會導致接收儀無法辨識真正的相位觀測量，嚴重時甚至訊號失鎖產生週波脫落
圖 3-1 GPS 固定站分佈圖
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
90年7月 91年1月 7月 92年1月 7月 93年1月 7月 94年1月 6月
MP1
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
90年7月 91年1月 7月 92年1月 7月 93年1月 7月 94年1月 6月
MP2
圖 3-2 新興國小 GPS 固定站 MP1 訊號品質分析圖
圖 3-3 新興國小 GPS 固定站 MP2 訊號品質分析圖
3-1.2 基線解算
GPS 定位測量主要分為兩個部分，一為外業資料的收集（硬體部分），二為 資料的處理（軟體部分）；硬體部分，多以外購專業的工具為主，而在軟體部分，
則可以分為自行開發及購買套裝軟體兩類（李振燾,2001）。目前 Bernese 軟體是 國際上學術界普遍使用的軟體之ㄧ，並附有原始程式，可依實際需求進行修改，
亦可加入新的模式。
Bernese 軟體是由瑞士伯恩大學天文研究所（Institute of Astronomy,
University of Berne）所研發的，以 Fortran 的語言攥寫而成，並附有原始程式，
可依實際需求進行修改，亦可加入新的模式。該軟體除了一般性GPS 資料處理 功能外，另有BPE（Bernese Processing Engine）自動化處理 GPS 資料、計算軌 道參數、極運動（Polar Motion）參數、地球轉動（Earth Rotation）參數、推求 區域性及全球性之電離層模式、對流層折射附加參數與模擬GPS 資料之功能。
本研究將固定工業技術研究院量測中心（TNML）為座標參考站，並蒐集內 政部七個衛星追蹤-站陽明山站（YMSM）、北港站（PKNM）、墾丁站（KDNM）、
太麻里站（TMAM）、鳳林站（FLNM）、馬祖站（MZUM）、金門站（KMNM），
以及工業技術研究院能資所自行設置之雲林新興國小固定站（YLSS），共9 個追 蹤站，採用學術軟體Bernese 4.2 版 bpe，配合 IGS 精密星曆進行精密解算以求得 GPS 測站三維座標，並且 畫 出 三 維 座 標 變 化 圖，確 認 GPS 追 縱 站 運 作 正 常 。基線解算軟體Bernese 4.2 版 bpe 必須建置在 Linux 系統上，其安裝流程與 執行步驟請參照附錄一。
圖3-4~圖 3-7 為使用 Bernese 4.2 bpe 求解 GPS 資料後，選定墾丁（KDNM）、
陽明山（YMSM）、北港（PKGM）三個內政部 GPS 衛星固定站於民國 90 年 7 月至民國94 年 6 月底每日之座標解，與新興國小（YLSS）解算成果做比較，其 中北港和新興國小同樣位於雲林下陷區域，而陽明山、墾丁分別位於台北及屏東 地區，由圖可知，四個GPS 固定站之水平位移除墾丁之 E 座標方向（E 座標最 大值與最小值差異約22 cm，往西偏移）並無明顯偏向，而新興國小與北港兩站 其垂直向高程卻有顯著變化（參照表3-1）。就高程部分，墾丁（KDNM）、陽明 山（YMSM）高程並無明顯的下陷趨勢；而北港（PKGM）與新興國小同樣位於 雲林縣，於圖3-6 中可查知北港（PKGM）站於每年 1~6 月有明顯的下陷趨勢，
17
7~12 月下陷趨勢減緩;而在本研究觀測時段民國 90 年 7 月至 94 年 6 月底期間內 北港累積下陷量約為10 cm，新興國小 GPS 固定站累積下陷量約 17 cm。新興國 小（YLSS）GPS 固定站於 93 年 1 月至 5 月間，因 GPS 接收儀器故障導致資料 空缺，同年5 月進行儀器維護；93 年 8 月至 94 年 4 月間故障頻率密集導致監測 活動中斷無法順利取得監測資料；目前該固定站運作恢復正常迄今且觀察其下陷 趨勢無異常現象。
墾丁(KDNM) N座標分布圖
陽明山(YMSM) N座標分布圖
北港(PKGM) N座標分布圖
新興國小(YLSS) N座標分布圖
表 3-1 GPS 固定站平面與高程座標分佈統計表 墾丁 KDNM
N E H
標準差( cm) 0.8 4.9 1.5
平均值(公尺) 2427973.50 227485.43 58.32 最大值(公尺) 2427973.52 227485.54 58.36 最小值(公尺) 2427973.47 227485.32 58.24 陽明山 YMSM
N E H
標準差( cm) 0.8 0.7 1.0
平均值(公尺) 2784255.82 307867.84 784.08 最大值(公尺) 2784255.85 307867.89 784.11 最小值(公尺) 2784255.80 307867.81 784.00 北港 PKGM
N E H
標準差( cm) 0.4 0.4 3.7
平均值(公尺) 2608670.69 179111.86 42.90 最大值(公尺) 2608670.71 179111.88 43.01 最小值(公尺) 2608670.67 179111.84 42.81 新興 YLSS
N E H
標準差( cm) 0.9 0.4 5.5
平均值(公尺) 2626354.25 170718.74 25.71 最大值(公尺) 2626354.27 170718.75 25.83 最小值(公尺) 2626354.22 170718.73 25.59
23
3-1.3 座標轉換 tan sin
tan
監測地層下陷的方法可依據不同時刻的高程值是否變動來做判斷，如（3-4）
∆
d
=H
1−H
2 （3-4）∆ 為下陷量值；
d
H1為T1時刻高程值；H2為T2時刻高程值。
將（3-3）式代入（3-4）式
( h H ) ( h H ) h N
H H
d
= − = − − − =∆ −∆∆ 1 2 1 1 2 2 （3-5）
由（3-5）式可知正高和橢球高之間最重要的差異為大地起伏值的決定，然而大 地起伏理論上會隨時間而改變，但實際上改變量甚小，而小範圍內的測區中地形 變化不大，其相應之大地水準面的趨勢變化微小，因此可以假設 ，則橢 球高差△
h與正高差
△H應該相等。
=0
∆N
∆
d
=∆H
=∆h
（3-6）蔡明達（1998）在探討新測 GPS 高程與舊有水準高程之間進行基準化算所 遭遇之問題。由研究成果可知，大地起伏值之處理是影響其沉陷量分析成果之主 要因素之一，當分別採用「單點法」或「相對法」之沉陷處理模式時，「相對法」
可以減少大地起伏值的影響。在本研究中使用相對法進行後續應用。
25
3-2 監測井地層壓縮量之分析
濁水溪沖積扇自民國40、50 年代開始大規模抽用地下水作為灌溉用途，當 時地層已略為受壓變形，但緊接著在60 年代沿海地區亦密集抽用地下水作為養 殖用途，使地層下陷問題漸漸浮現，並在70 年代達到高峰期，80 年代以後因沿 海養殖型態改變，及海水養殖技術之推廣，地層下陷集中在仍大量使用淡水養蜆 之地區(成功大學水工所，2003)。因地層下陷嚴重，乃陸續開始設置地層下陷觀 測井。地層下陷監測井是探討地中土層壓縮機制的最有效方法，其原理為鑽鑿一 深度足以涵蓋土層受壓範圍之井體，並在井體內設置量測設施，對該井定期實施 觀測後即可瞭解井底至地表間土層之變形行為（柳志錫，2004）。
目前台灣地區主要下陷監測井分布範圍涵蓋宜蘭、彰化、雲林、嘉義、屏東 等地，監測井型式可分為磁感應環分層式、鋼索式、鋼管式及伸縮儀式（表3-1）；
上述這些不同型式之監測井之設置方法、年限及量測方式均不同，其中以磁感應 環分層式監測井之監測效果最佳，其定位精度可達1~5 mm，且可相當多層次及 彈性調整監測層次等，相當適用於複雜多變之沖積扇地質區之地層下陷監測（工 研院，2003）。
對於地層下陷監測井之設置深度，基本上應參考地質概況、地下水集中抽用
對於地層下陷監測井之設置深度，基本上應參考地質概況、地下水集中抽用