單機 GNSS 接收機(單點定位)受電離層、對流層、衛星時鐘與軌道等誤差影響,精度通常只有公尺級。差分定位(Differential Positioning) 的核心概念是:利用位置已知的基準站(或改正服務)觀測相同衛星,量測出共同誤差並加以扣除,使移動站(rover)達到公分甚至毫米級精度。依改正方式與即時性不同,常見技術有 DGNSS、RTK、Network RTK、PPK、PPP、PPP-RTK。以下說明原理、差異與如何選擇。關於 GNSS 系統本身與誤差來源,請見 GNSS 是什麼?五大衛星定位系統與定位原理。
各技術快速對照
| 技術 | 改正方式 | 典型精度 | 即時/後處理 | 基準站需求 |
|---|---|---|---|---|
| DGNSS | 虛擬距離差分 | 次公尺~公尺 | 即時 | 單一基準站/廣域服務 |
| RTK | 載波相位差分 | 公分級 | 即時 | 鄰近單一基準站 |
| Network RTK | 網路化載波相位 | 公分級 | 即時 | CORS 網(如 e-GNSS) |
| PPK | 載波相位差分 | 公分級 | 後處理 | 基準站(事後解算) |
| PPP | 精密星曆+模型 | 公分~分米 | 即時/後處理 | 不需自設基準站 |
| PPP-RTK | PPP+區域改正 | 公分級 | 即時 | 區域改正服務 |
各技術原理
DGNSS(差分 GNSS)
以基準站量測各衛星的虛擬距離(pseudorange)誤差,廣播改正量給附近移動站扣除。原理單純、相容性高,精度可達次公尺至公尺級,適合導航、GIS 圖資採集等不需公分級的應用。
RTK(即時動態定位,Real-Time Kinematic)
利用載波相位觀測量進行差分,並即時解算整數模糊度(ambiguity),達到公分級精度。需要鄰近基準站透過電台或網路即時傳送改正資料;基線越長精度越低。是工程測量與即時監測最常用的方法。
Network RTK(網路 RTK)
以多個連續運轉參考站(CORS)組成的網路產生區域改正模型(如 VRS 虛擬參考站),使用者僅需網路連線即可取得公分級即時定位,無須自行架設基準站。台灣有國土測繪中心的 e-GNSS 等服務。
PPK(後處理動態,Post-Processed Kinematic)
與 RTK 同樣使用載波相位,但事後將移動站與基準站資料一起解算,不需即時通訊連線。適合無人機航測、現地無穩定通訊、或要求最高解算品質的場景,可在內業重新處理以提升可靠度。
PPP(精密單點定位,Precise Point Positioning)
使用精密衛星星曆與時鐘產品及完整誤差模型,單機即可達到公分至分米級,無須自設基準站。優點是全球適用、佈設簡單;缺點是初始收斂需時較長(數分鐘至數十分鐘)。
PPP-RTK
結合 PPP 的免基準站優勢與區域改正服務,縮短收斂時間並達到接近 RTK 的公分級即時精度,是近年快速發展的方向。
如何選擇
可依下列問題逐步判斷:
- 只需次公尺~公尺級導航或圖資? → 選 DGNSS。
- 需要公分級且要即時結果,現場可連網或有鄰近基準站? → 選 RTK;無自設基準站則用 Network RTK。
- 可接受事後解算、追求最高品質(如無人機航測)? → 選 PPK。
- 作業範圍廣、不便佈設基準站,且可接受收斂時間? → 選 PPP(或 PPP-RTK 兼顧即時與免基準站)。
長期結構監測通常採用固定式 GNSS RTK 監測站,以連續、公分級三維位移守護結構與邊坡安全,並可與 InSAR、現地感測資料整合。
常見問題
Q:RTK 和 PPK 有什麼差別? 兩者都用載波相位差分、精度相當;RTK 是即時解算需通訊連線,PPK 是事後將資料一起處理、不需即時連線,常用於無人機航測。
Q:PPP 為什麼不需要基準站? PPP 改用全球精密星曆與時鐘產品及誤差模型來修正,因此單機即可達到高精度,代價是初始收斂時間較長。
Q:差分定位可以達到多高精度? 載波相位類方法(RTK/PPK/PPP-RTK)通常可達公分級,條件良好時水平可達 1~2 公分;DGNSS 則為次公尺至公尺級。
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