資料取得與資料前置處理 資料取得與資料前置處理 資料取得與資料前置處理 資料取得與資料前置處理

第二節 第二節

第二節 資料取得與資料前置處理 資料取得與資料前置處理 資料取得與資料前置處理 資料取得與資料前置處理

接下來將說明本研究後續基因程式規劃迴歸實驗階段所採用之資料集，並說 明其取得方式，最後在詳述資料前置處理作業流程。

2.1 資料前置處理程序資料前置處理程序資料前置處理程序 資料前置處理程序

基因程式規劃為一種機器學習之方法，訓練時必須提供輸入特徵以及相對映 之目標值。而特徵值之取得可透過多種方式，而目標值，即幾何精度稀釋因子，

已於第二章定位原理與幾何稀釋精度因子中已說明其計算方式，必須透過多道矩

陣計算程序才可獲得，因此目前並無任何現成資料可供使用，其唯一取得方法便 是透過定位時採集各所需資料，例如詳細定位資訊以及衛星星曆等原始資料等資 訊，再經過資料前置處理程序產生基因程式規劃迴歸訓練與測試時所需之資料 集，其程序如下圖5-2。

圖 5-2 資料前置處理程序

根據上圖5-2所示，完整資料前置處理程序至最後獲得資料集，依造軟體使 用順序，可分成三個處理程序，以下為其分段之描述。

Step 1.

Step 1.

Step 1.

Step 1. 資歷採集資歷採集資歷採集資歷採集((((定位記錄定位記錄定位記錄定位記錄))))：：：：本階段主要目的為取得原始資料，透過資料採集 軟體取得GPS定位儀內部之原始定位資料，關於資料採集軟體將在後續說明；於 本階段可獲得定位記錄，衛星星曆及曆書等原始資料。

Step 2.

Step 2.

Step 2.

Step 2. 資料合併資料合併資料合併(資料合併((計算所有衛星座標(計算所有衛星座標計算所有衛星座標) 計算所有衛星座標 ：：：本階段主要目的為藉由原始定位記： 錄，搭配資料前置處理軟體輔助，將定位記錄與衛星星曆等原始資料合併計算，

求出定位時GPS衛星所在之座標位置，最後將再產生計算幾何精度稀釋因子所需 之參數；於本階段使用之資料前置處理軟體為自行開發軟體，將於後段進行說明。

Step 3 Step 3 Step 3

Step 3----1. 1. 1. 1. 決定特徵選取方法決定特徵選取方法決定特徵選取方法決定特徵選取方法：：：前述資料前置處理程序之目的在於產生可提供後： 續基因程式規劃迴歸訓練之資料集，因此，於最後產生資料集程序之前，便需決 定迴歸訓練資料集中，輸入特徵之制定。關於本研究之特徵選取方法，將於後段 進行詳細描述說明。

Step 3 Step 3 Step 3

Step 3---2. -2. 2. 產生資料集2. 產生資料集產生資料集：產生資料集：：制定上述： Step 3-1特徵選取方法後，此階段最主要之工 作為產生最終實驗用之資料集，即後續支援向量迴歸實驗時所需之訓練集與測試 集，由於本階段作業包含大量數學矩陣運算，因此採用MATLAB軟體作為輔助 工具，將上一步驟所產生之資料求得資料集中之歸屬值，即幾何精度稀釋因子。

2.2 資料前置處理軟體設計資料前置處理軟體設計資料前置處理軟體設計 資料前置處理軟體設計

2.2.1 資料採集軟體資料採集軟體資料採集軟體資料採集軟體

資料採集軟體主要工作為記錄定位資訊，並下載各衛星之衛星星曆。本軟體 在本實驗中僅負責下載與記錄各項定位資訊，並不會額外對資料進行任何處理，

各項原始資料均在前置處理軟體內產生後續作業所需之資料。在市面上所販售的 GPS定位儀，大部分僅提供NMEA-0183[38]格式之資料，此種格式為經過GPS定 位儀處理後之標準定位資訊，但在計算幾何精度稀釋因子時，必須先取得定位衛

星之WGS-84 ECEF[38]座標系之座標，需詳細之衛星星曆等參考資訊用以推算定

位衛星之座標，因此，於本研究中採用台灣國際航電公司(GARMIN)所生產，於 定位時可提供下載星曆資料之GPS35系列之GPS定位儀做為資料採集設備，並依 據其發送之訊號內容開發所需軟體。GPS35系列GPS定位儀可同時提供雙輸出之 功能，其一為NMEA-0183標準格式，另一輸出為二進制格式(Binary Format)之相

位(Phase)輸出資料，此亦為本研究所需之資訊。依據此輸出之資料內容，可轉換

出多種定位記錄(Position Record)，其次為包含GPS定位儀之側量資訊等定位儀測 量記錄(Receiver Measurement Record)，最後為星曆記錄(Ephemeris Record)，其 詳細資訊請參閱[19]。

資料採集軟體所提供之資料內容如下：

定位記錄定位記錄定位記錄定位記錄(Position Record) TIM time_of_week week_number

RCV svid snr (T)rack/(C)ycle_slip phase pseudo_range cycles PVT time lat lon alt lat_vel lon_vel alt_vel epe eph epv

TIM 34093.18732357 485

RCV 10 42 T 309.9 21186252.71 1455404 RCV 12 40 T 219.9 24248718.07 1518814 RCV 15 40 T 112.7 24982402.89 1499414

PVT 34092.18608720 22.7332268 120.2761917 57.4 0.00 0.00 0.00 33 33 0 TIM 34095.18732357 485

RCV 10 43 T 278.1 21198245.00 1518418 RCV 12 40 T 124.6 24261257.97 1584713 RCV 15 40 T 67.3 24994884.56 1565002 RCV 12 48 T 265.6 21399765.71 1471204

PVT 34094.18604693 22.7331371 120.2764587 40.6 0.00 0.00 0.00 43 40 16 ...(repeat)

衛星星曆衛星星曆衛星星曆衛星星曆(Ephemeris)

**** Week 394. Ephemeris for PRN-28 **********

Ref Time of Clk Parms (s): 446400.000000 Ref Time of Eph Parms (s): 446400.000000 Clk Cor, Group Dly (s): 5.301088E-006 Clk Correction af1 (s/s): -7.958079E-013 Clk Correction af2 (s/s/s): 0.000000E+000 User Range Accuracy (m): 7.800000 Eccentricity (-): 1.245833E-002 SQRT(A) (m**1/2): 5.153698E+003 Mean Motion Cor (r/s): 4.360182E-009 Mean Anomaly (r): 4.665253E-001 Argument of Perigee (r): -2.196378E+000 Right Ascension (r): -6.231374E-001 Inclination Angle (r): 9.615734E-001 Rate of Right Asc (r/s): -8.117481E-009 Rate of Inc Angle (r/s): -2.439387E-010 Lat Cor, Sine (r): 1.142733E-005 Lat Cor, Cosine (r): -4.624948E-006 Inc Cor, Sine (r): 1.303852E-007 Inc Cor, Cosine (r): -1.601875E-007 Radius Cor, Sine (m): -92.875000 Radius Cor, Cosine (m): 161.375000 Issue of Data: 29

**** Week 394. Ephemeris for PRN-35 **********

...

衛星曆書衛星曆書衛星曆書衛星曆書(Almanac)

**** Week 395 almanac for PRN-01 ************

ID: 01 Health: 000

Eccentricity: 6.598949432E-003 Time of Applicability(s): 503808.0000 Orbital Inclination(rad): 9.902289510E-001 Rate of Right Ascen(r/s): -7.668891300E-009 SQRT(A) (m^1/2): 5153.690917

Right Ascen at TOA(rad): -2.818994522E+000 Argument of Perigee(rad): -1.760771751E+000 Mean Anom(rad): 3.672944009E-001

Af0(s): 1.153945923E-004 Af1(s/s): 3.637978807E-012 week: 395

**** Week 395 almanac for PRN-02 ************

...

上述各項資料將以某一特定時間以間隔下載記錄，並依照下載時間分別將其 儲存為個別檔案，並以該時間作為該檔案名稱，在星曆檔案中則記錄有該時 刻所測得所有GPS衛星之星曆。

2.2.2 資料前置處理資料前置處理資料前置處理資料前置處理

資料前置處理軟體之主要目的為將資料採集軟體所蒐集之各項定位資訊與 衛星星曆進行處理，並計算出各定位衛星所在之座標，再利用MATLAB軟體產 生後續幾何精度稀釋因子所需之資料。於資料採集軟體中已說明，資料採集軟體 所蒐集之定位資訊與衛星星曆之儲存方式，皆以定位時刻作為該檔案名稱個別儲 存，因此，於某一時刻之定位資訊即有一相對應之星曆檔案，藉此即同時可獲得 該時刻中，GPS定位儀座標、使用衛星及其偽距，並於該時刻相對應之星曆檔案 中即可獲得各衛星之星曆表，當獲得各項測量資訊後，便可透過資料前置處理軟 體得到後續作業中所需之資料集，下表4-1即為資料格式內容範例。

表 5-1 資料前置處理檔案內容結構

IDID

IDID GPS GPS GPS GPS Time Time

TimeTime Receiver XReceiver XReceiver XReceiver X Receiver YReceiver YReceiver Y Receiver ZReceiver Y Receiver ZReceiver ZReceiver Z Satellite[X,Y,Z]Satellite[X,Y,Z] Satellite[X,Y,Z]Satellite[X,Y,Z]

0 362687 5082861.066 -2967379.699 2449511.182

[-5848918.67533389,-14238809.20654244,-21701800.06078506] 台，用以儲存完整定位記錄。實驗運作平台為 Intel Core2 Quad 9300，記憶體 3G。 [-2967379.69910251 5082861.06638900 2449511.18190633]之定點位置進行定位