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2011年12月24日 星期六

定位系統

近年來由於微電子技術不斷創新與改進,行動裝置透過各種感應器的整合將能提供更多元化的服務,無形中也帶動了LBS的迅速發展。目前國內手機的定位技術不斷精進,也為了適應各種需求而衍伸出許多定位技術,GPS (Global Positioning System)Cell IdTDOA( Time Difference Of Arrivals)AGPS(Assisted-GPS)WiFi定位,接下來依序介紹以上各定位技術之原理。
GPS (Global Positioning System)
    GPS系統主要由三個部份所組成:人造衛星、地面監控系統、接收器所組成。人造衛星部份,總共擁有24顆,9顆為blockⅡ型,15顆為blockA型,3顆為備用衛星,均勻分佈在6個軌道上;地面控制系統部份,主要是由1個主控制站與4個監控追蹤站所組成,其主要工作是監控人造衛星的運作狀況;接收器則主要提供給使用者接收地理資訊之用。
    目前運轉中的全球衛星定位系統有美國的GPS系統、俄羅斯的GLONASS系統、以及中國的北斗衛星導航定位系統,其中北斗衛星導航定位系統預計於2012年覆蓋亞太地區,並於2020年擴充為全球衛星導航系統。另一個在發展中的衛星系統為歐盟於1999年初提出的「伽利略」計劃。這個系統預計由27顆運行衛星和3顆預備衛星組成,可以覆蓋全球,並且理想的定位精度可以在幾米之內,同時可與美國的GPS系統兼容。該系統已經於2010年開始提供服務[1]
    GPS具有廣泛的用途,包涵軍事、農業、交通等,幾乎各行各業都受惠於這個系統的出現。依據維基百科的記載,GPS系統具有五項特點[1](1)全天候,不受任何天氣的影響。(2)全球覆蓋(高達98%)。(3)三維定點定速定時高精度。(4)快速、省時、高效率。(5)應用廣泛、多功能。
Cell Id
    使用者在使用手機的過程中,會與所在地付近的電信基地台進行連線,透過連結附近三座基地台的訊號強弱數據,由網路資料庫將訊號弱數據進行計算,轉換成距離資訊,距離資訊再轉換成地理資訊,最後呈現給使用者。Cell Id定位技術是一種經濟且快速的定位方法,雖然具有三維定位的概念,但缺點是定位精準度仍然會受到電信基地台的服務半徑大小,而產生很大的定位誤差。
TDOA( Time Difference Of Arrivals)
    TDOACell Id定位技術類似,Cell Id是透過手機與電信基地台間的訊號強弱數據進行計算,藉以達成定位。然而TDOA則是針對手機附近的三座基地台間發送訊號,當基地台接收到訊號之後再回覆給手機,透過三座基地台所回覆訊號的時間差,連線網路資料庫,予以計算手機的所在地位置。當然該定位技術也是一種經濟快速的定位方法,而基地台間的相對幾何關係也會影響到定位精準度。
AGPS(Assisted-GPS)
    這是一種為輔助GPS定位,使其能夠更快速更精確進行定位所衍伸出來的新應用。過去GPS定位是透過太空中的人24顆人造衛星進行三角定位,定位過程中,至少須連接三顆以上的人造衛星,才能獲取經位度座標進行定位[2]。雖說GPS定位擁有相當高精準度,但在定位速度上來說,尚還有進步空間。因此GPS結合了TDOA的概念,透過TDOA的定位技術將定位範圍快速的縮小到一定的範圍內,此時再由GPS進行更進一步的精確定位,在兩者的分工合作下,便能加快定位速度,又能獲得高精準度的定位。
WiFi定位
    WiFiWiFi聯盟製造商標,可做為產品的品牌認證,建立於IEEE 802.11標準的無線區域網路設備。WiFi定位主要是偵測手機所在地附近所有的無線網路基地台,透過多座網路基地台與手機端無線網路連線的強度,加上基地台所提供的MAC Address,連結資料庫進行交叉連集比對,以獲取使用者的所在地資訊。
    WiFi定位的基礎建設,靠的是Google街景車所記錄的資訊。Google街景車除了能夠拍下街景外,更能延路搜集所有公開的無線網路的MAC Address,並與當時所在地的的經緯度座標進行結合,儲存至資料庫中。但資料庫一定會面臨資料過期與需要更新的問題,此時Google利用了一個簡單的機制,讓使用者在不知不覺的情況下,替Google資料庫進行修正與更新。當使用者同時開啟WiFiGPS兩種服務時,透過WiFi連線基地台取得連線強度與MAC AddressGPS則取得所在地經緯度座標,將兩者相結合將資料回傳Google資料庫,因此使用者在不知不覺的情況下就替Google進行資料庫更新了。
    在目前許多定位技術上,以GPSWiFi定位最受到大家肯定,用途也最為廣泛。GPS定位主要使在交通、軍事等需要高精準定位上,而WiFi定位技術近年來普及於智慧型手機,透過WiFi定位搜尋附近的地標資訊,已提供給使用者瀏覽,尤其是Facebook上的打卡,更是最典型之應用。
定位技術
定位精準度
定位速度
定位概念
GPS
太空衛星定位
Cell Id
訊號強度定位
TDOA
距離時間差定位
AGPS
太空衛星&訊號強度定位
WiFi
訊號強度定位

參考文獻
[1]         Wikipedia, Global Positioning System, http://en.wikipedia.org/wiki/Gps
[2]         Wikipedia, Assisted Global Positioning System, http://zh.wikipedia.org/wiki/AGPS

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