工研院在本周的ITRI TechDay展示誤差為公分級的定位技術。

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蘇文彬

經常使用汽車導航的開車族對衛星定位一定不陌生,但衛星定位不夠精準造成車主困擾的例子時有所聞,像是定位在河中,或是因為誤差過大而錯過了重要的路口等等。

「這是因為一般衛星定位誤差可能達數公尺,如果搭配的圖資也不夠精確,就可能產生誤差,造成使用者的困擾,只有公分等級的定位技術,結合同樣高精準的圖資,才能解決這個問題」,工研院資通所技術副組長曾銘健表示。此外,傳統的衛星定位也容易受到室內例如隧道,或是高架橋等地形限制而無法定位。

衛星定位技術現在已普遍的應用在我們的日常生活中,除了軍事用途,Google Maps的定位,還有汽車導航、無人機、船舶航行等等,未來的自駕車也需要這項技術,因此提高衛星定位技術的精準度就變得相當重要。

工研院在周三的ITRI TechDay上展示了自行研發的公分等級定位技術。曾銘健指出,一般衛星定位技術是利用電碼觀測(Code Phase Measurement),誤差可能在5到20公尺之間,技術改良可以小於1公尺,未來技術將朝向載波相位的觀測量,GPS接收器接收衛星定位系統估算的載波數換算為距離,又分為單頻、單星系、多頻、多星系等不同接收方式,將衛星定位誤差從數公尺縮小到公分,誤差在1到10公分。

而載波相位觀測還包含RTK即時動態定位、PPP精密單點定位,其中RTK需要設置參考點,而PPP不需要。「更精準的衛星定位技術,不論是自駕車、無人機、無人船都需要,若結合陀螺儀等感測器數據,讓無人載具能夠更安全的運行」。未來,戶外的公分級定位技術可被應用在農耕機、建築、監控、地震、火山、海嘯或物流等等。

高速移動下仍能精準定位、解決定位遮蔽問題

有鑑於更精準的定位技術可被用於許多產業上,工研院花了兩年的時間研發已有初步成果,包含RTK及PPP定位。

工研院研發的RTK定位結合位置推算與補償,運用線性外插及慣性導航克服短隧道、高架鐵橋等障礙物導致的暫時性無法定位問題,並測試在高速移動下仍能維持公分級的定位精準度。

不過,RTK需要設置參考點,需要建置成本,且定位點若距離參考點愈遠,受到其他的因素影響愈大,誤差也會擴大。另外,長距離隧道如何保持連續定位軌跡不中斷是工研院接下來的挑戰之一,未來可能結合其他感應器或輔助資訊,以解決長隧道內的定位問題。

由於國內還沒有公分級的圖資,工研院使用誤差在公尺級的國土繪測中心圖資,在新竹的68快速道路上測試,即使時速90公里以上,沿途還有高鐵橋梁的訊號遮蔽,仍能保持車道等級、不中斷的連續定位軌跡。

目前的Google Maps圖資精準度不夠,工研院以誤差約1.25公尺的國土繪測中心製作的圖資展示車道級的定位,下圖的螢幕畫面可看到車輛(藍點)在內側車道行駛,而右下角同步播放實際的行車紀錄畫面,車輛確實行駛於內側車道。

另一項不需要參考點的PPP精密單點定位技術,工研院採用雙頻多星系設計。曾銘健解釋,其原理是利用很多的物聯網設備連接網路,參考訊號就能透過網路取得,以在本地端、終端進行處理,但也因為沒有參考點,收斂時間比較久,以定位精度20公分以內為例,傳統PPP收斂時間需要30分鐘,工研院利用衛星間一次差分BSSD及載波平滑兩項技術,將收斂時間縮短到5分鐘。工研院希望未來持續改善,將收斂時間再縮短。

工研院也和船舶中心合作,以淡水河口為測試場域,在一艘小船上以時速20公里進行測試,定位誤差小於10公分。今年還準備在高雄愛河,以改造的小船進行河道上的導航、定位。

他們也在自家院區內進行無人機定位測試,整合RTK/PPP定位技術及飛控系統Pixhawk Cube硬體,靜態精度驗證可達到小於1公分,8月準備測試無人機動態移動的定位誤差。

目前工研院開發的RTK即時動態定位支援聯發科、UBLOX M8T及Raspberry Pi3,而PPP精密單點定位已可支援Novatel平臺。

 


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