關於Garmin手持機種精準度的種種觀察!(06/10新增相關轉換程式)

相信許多人一定也會很在意到底Garmin手持機種是否準確定位, 因此下面分享近幾個月的研究心得:

首先我們將精準度分為兩部分, 一個是機內轉換精確度(以下簡稱"機內誤差"), 也就是在不開機接收GPS衛星訊號的情況下, 觀察一個定點轉換到另一個座標時的誤差大不大, 另一個則是實際接收的精確度(以下簡稱"實測誤差"), 在戶外開機接收GPS後, 與內建定點座標比對後, 觀察顯示座標與實際座標誤差如何. 我們下面將依序談談機內誤差, 與實測誤差.

以上提到的定位點通常是有兩種座標格式, 例如: TWD67, TWD97(WGS84), 這樣的座標經過統計台灣澎湖地區約有500個, 也就是有500個左右的三角點位置與內政部衛星控制點是同一位置, 所有的基準轉換都是以這些資料來運算, 因此相互轉換如果有任何誤差, 也就表示是轉換軟體造成的!

說明機內誤差時, 先要理解GPS手持機的資料處理方式, 一般來說機台儲存任何輸入的座標(不管你用哪一種座標格式, 或大地基準), 一律都會存成WGS84經緯度, 格式為121.00000, 25.000(比如:E121度, N25度), 也就是到小數點下五位數. 如果你要得到TWD67二度分帶座標(這是許多官方地形圖及山友常用的格式), Garmin機台便會利用內建的TWD67轉換機制顯示出二度分帶. 當然其他國家使用者選用非WGS84大地基準時也是一樣的運作邏輯.

反過來, 如果你直接輸入TWD67二度分帶座標, Garmin一樣是自動利用機內轉換機制變成WGS84經緯度存起來, 很可惜的是依照許多精確座標資料來比對, Garmin內建TWD67轉換是偏離了10公尺的, 如果你改用user datum(座標系統-->user), 將DX, DY, DY, DA, DF改設為-685, -470, -237, -23, -0.00081204的話, 這個機內誤差平均可以縮小到1.64公尺左右.

因此, 我將機內誤差簡短來說, 如果你是利用TWD97(台灣版的WGS84)的經緯度或二度分帶座標, 那你保證可以做到機內誤差是1公尺的理想狀態, 對於業餘者來說這樣其實是很容易在這一米內找到目標的! 但是若你要使用TWD67的經緯度或二度分帶, 便會受限於機內轉換機制的影響, 前面提到Garmin內建TWD67選項有高達10m誤差, 若使用user datum自行設定參數, 機內誤差平均即可降到1.64公尺.

接下來談談實測誤差, 我們知道機內誤差以WGS84較為精確, 我們便用內政部衛星測量中心的測量點來進行對照, 我在台北市文山區附近的溪子口山, 瑠公公園測量時幾乎都僅有1-2米誤差, 當地對空良好, 因此衛星訊號也極佳, 機台顯示估計誤差都是3m, 加上平均功能重複計算50-300次之後, 可說是已經達到民用機種的最精確定位表現了, 但是換到景美橋這個水準點時, 由於東側有10層樓遮住, 僅有一側才能接收訊號, 前面方法都用過了, 誤差依然高達10米以上, 因此要降低實測誤差只有找到天空開闊, 衛星分佈在45度以內, 45度以外時, 定位精準性才會提高!


如果這篇文章對你有益, 給點積分吧, 好久沒有吃大補丸了!!


========03/29更新=============
台灣地區:
網友以程式驗證後發現user datum最佳轉換參數
DX, DY, DY, DA, DF為-685, -470, -237, -23, -0.00081204
這樣機內誤差平均可以縮小到1.64公尺左右.

========04/12更新=============
澎湖地區:
網友以程式驗證後發現user datum最佳轉換參數
DX, DY, DY, DA, DF為-752, -349, -179, -23, -0.00081204
這樣機內誤差平均是 2.44公尺, 最大誤差是4.09公尺

同時也請一併設定user Grid(使用者自訂方格)讓澎湖金馬地區可以顯示正確的二度分帶座標格式: 中央經線--E119度, 尺度比:0.9999, 橫座標平移量:250000, 縱座標平移量: 0

順帶提醒: 金門馬祖地區由於缺乏檢核點, 無法推算轉換參數, 若以上述參數進行轉換, 誤差將高達(500, 160)m, 建議以WGS84進行定位, 不管是TM2或經緯度均可.


========6/10更新===========
近幾個月以共同點檢核座標精確時發現, 使用TWD97二度分帶來觀察誤差還是有發生錯誤的四捨五入的情形, 例如: xxxx00.56, yyyyy00.63座標居然會變成 xxxx00.0, yyyyy00.0(自動捨去!), 因此還是以經緯度(以度為單位)才是最精確的檢核方式, 如: 24.99253258, 121.54865689是溪子山(仙跡岩)精確WGS84座標, GPS應該顯示24.99253, 121.54866才是誤差最小的結果.

Inverse Molodensky程式: http://www.itc.nl/ilwis/downloads/tools/geodeticTools.asp 及Geotrans程式: http://earth-info.nga.mil/GandG/geotrans/index.html PCTrans程式: http://www.hydro.nl/pgs/en/pctrans_en.htm是與此篇轉換模式Abridged Molodensky Transformation有關的免費大地基準轉換及座標格式轉換程式.

hi, 請教一下,你是說只有Garmin的機子有這樣的實測誤差嗎?這樣的誤差你的接受度如何?不同的Garmin機子,可能使用不同的定位晶片,當然結果就不同,建議告訴大家你用的是哪一款機子。謝謝。
kiki wrote:
hi, 請教一下,你...(恕刪)

所有GPS機種其實都有這樣的特性, 對於業餘用者來說只要掌握前面的若干竅門, 其實可以降低不少誤差, 足夠使用了, 除非你是10萬以上的預算再要求更高的精確度! 我用的是 Garmin Vista HCx.

millerliu wrote:
反過來, 如果你直接輸入TWD67二度分帶座標, Garmin一樣是自動利用機內轉換機制變成WGS84經緯度存起來, 很可惜的是依照許多精確座標資料來比對, Garmin內建TWD67轉換是偏離了10公尺的, 如果你改用user datum(座標系統-->user), 將DX, DY, DY, DA, DF改設為-751, -360, -180, -23, -0.00081188的話, 這個機內誤差可以縮小到2-5公尺左右.


這裡有個問題,這裡的座標系統自訂,這些參數是怎麼來的?而您想表達的意思,是說,就算運用Garmin內建的TWD67來轉換時,與您在其他來源所獲得的TWD67座標,約有10m的誤差嗎?還是內建地圖中,座標系統用TWD67,所顯示造成的誤差(就是說,這時候,機器地圖顯示的位置,與您在實際現場的位置有所差別?)


接下來談談實測誤差, 我們知道機內誤差以WGS84較為精確, 我們便用內政部衛星測量中心的測量點來進行對照, 我在台北市文山區附近的溪子口山, 瑠公公園測量時幾乎都僅有1-2米誤差, 當地對空良好, 因此衛星訊號也極佳, 機台顯示估計誤差都是3m


這倒是真的,Garmin提供的座標,配合相片基本圖的位置,大概不會有太多的誤差,就民間使用來說,已經足以運用了。不過政府單位別拿這個來做證明用啊。
stupids1978 wrote:
自訂參數是怎麼來的?而您想表達的意思,是說,就算運用Garmin內建的TWD67來轉換時,與您在其他來源所獲得的TWD67座標,約有10m的誤差嗎?還是內建地圖中,座標系統用TWD67,所顯示造成的誤差(就是說,這時候,機器地圖顯示的位置,與您在實際現場的位置有所差別?)...(恕刪)


請你輸入一個航點WGS84 25.00000, 121.00000, 看看使用內建TWD67顯示二度分帶座標, 再使用自訂座標系統如上參數便知道有何不同了! 請注意, 你無需外出接收GPS訊號!

自訂參數你可以使用所有看到的七參數中的平移參數,試著輸入便會知道是否正確, 當然搭配精確座標更清楚誤差是否最小.
millerliu wrote:
相信許多人一定也會很...(恕刪)


感謝 millerliu 大大的分享!

對於精確度有興趣的人,也可參考這個網站: http://users.erols.com/dlwilson/gps.htm
這位老兄作了很多實驗,也分析得很詳細.
pkuo wrote:
感謝 millerl...(恕刪)


那個網站我也看過, 後來覺得實用的方法只有上面我提到的幾個, WAAS剛開始以為有幫助, 經過研究後, 發現對於離開目標區過遠, 對精確度毫無幫助! 除非台灣將現有7個GPS衛星追蹤站資料送到日本, MSAS才有用! 而且第三代晶片也提升了不少, 足夠業餘玩家用了, 反倒是TWD67轉換機制擴大誤差!

民用機種只有在靜止狀態可以稍稍提高些精準度, 但是移動時毫無選擇, 也許換成10萬元以上的軍用雙頻GPS會有解吧, 不然換飛彈用的GPS也行!
millerliu wrote:
網友以程式驗證後發現user datum最佳轉換參數
DX, DY, DY, DA, DF為-685, -470, -237, -23, -0.00081188
這樣機內誤差平均可以縮小到1.64公尺左右.

Miller兄,小小更正一下喔
df 應該是 -0.00081204
-0.00081188是TWD97的GRS80橢球所用
雖然這差別是很小的
找到文章中提到的Molodensky Transformation模式的座標轉換程式, 對於進一步驗證與計算會有幫助.
文章分享
評分
複製連結