定位技术知多点
定位技术知多点
谭晓晴，香港天文台
地政总署测绘处大地测量组
地政总署测绘处大地测量组
2025年12月
午餐时间到了，正苦恼该到哪里用餐时，手机响起提示声，莫非是手机的人工智能有餐厅推介? 不是，提示声是「我的天文台」流动应用程式发出推送通知:「您所在位置附近有雨及闪电」，于是便决定到就近商场的餐厅好了，避免到较远的地方。这项便利的功能，正是使用了手机的自动定位技术。若用户授权「我的天文台」使用手机的定位功能，程式便能根据用户位置自动显示附近的实时天气观测资料和自动化天气预报，以及有关降雨和闪电资讯的推送通知。
图一 「我的天文台」个人化定点天气服务，根据用户位置在程式首页（左图）和「大湾区天气」页面上（中图）显示附近的天气资料，用户亦可选择接收由「定点降雨及闪电预报」和「定点大雨资讯」提供有关用户位置附近的降雨和闪电资讯的推送通知（右图）。
自动定位功能支援「我的天文台」提供个人化的定点天气服务。现今的流动通讯装置大多已配备有卫星定位功能，主要透过「全球导航卫星系统」(GNSS) 进行精准定位计算。GNSS不仅涵盖美国的「全球定位系统」(GPS)，还包括中国的「北斗卫星导航系统」(Beidou)、欧盟的「伽利略定位系统」(Galileo)和俄罗斯的「格洛纳斯系统」(GLONASS) 等。这些系统由多颗人造卫星、地面控制站及监测站组成。每颗卫星搭载了精密的原子钟，在环绕地球运行时，不间断地向地面传送讯号。这些讯号包含了卫星的即时位置、运行状况等卫星星历数据[1]，以及精确时间等其他资讯，对于计算距离和位置至关重要。GNSS的定位原理是基于「三边测量法」，利用接收到的讯号的传送时间来计算各卫星与GNSS接收器之间的距离，再运用几何数学模型找出GNSS接收器的位置（图二）[2-3]。
图二 简单来说，假设三个卫星出现在同一个平面上，以各自卫星位置为圆心及半径为与GNSS接收器的距离的圆圈之相交点便是接收器位置的所在地（左图）。而在实际的三维空间中，则需要至少四个卫星资料，通过对应的球面的相交点来确定GNSS接收器的经度、纬度和高度（右图）。
然而，此运算方法于起始定位时需要传输和处理大量原始数据(包括卫星星历等)，因此一般流动装置通常需较长时间才能算出其起始自身位置。不过，此过程可以透过「辅助全球导航卫星系统服务」（A-GNSS）来改进。A-GNSS利用流动网路向流动通讯装置快捷地提供卫星星历资料，缩短传输时间，从而加快取得定位位置的速度。
尽管如此，GNSS的定位准确性也可能会受到附近的大厦或高山地势阻挡、讯号反射或讯号干扰等因素影响而降低。此外，强烈的太阳活动亦有机会干扰地球电离层[4-5]，影响GNSS讯号传输，降低定位的准确性。由于流动通讯装置会不断接收来自附近无线电基站的流动网路讯号，这些讯号亦可以辅助提高定位的准确性。同时，现今的流动通讯装置还可以利用其他技术来协助定位，例如扫描附近的无线电讯号来源，如Wi-Fi热点和蓝牙设备等。
图三 GNSS的讯号传输有可能会受到大厦或高山阻挡、讯号反射或讯号干扰等因素的影响，从而降低定位的准确度。
GNSS在香港有著广泛的应用，除了能为大家的流动通讯装置定位外，还涵盖了绘制地图、地界测量、土木工程、基建发展、导航、救援及搜索等多个领域。为进一步提升香港GNSS的应用及发展，地政总署持续投入资源，开发并维护香港卫星定位参考站网(SatRef)[6]。该网络由16个持续运作的参考站和3个完整性监测站组成，复盖全港，全天候不间断地接收GNSS讯号。接收到的讯号在有系统地整理和分析后，便会制作成数据产品和高精度定位服务供用户免费使用。其中网络实时动态定位（Network RTK）[7]服务更能帮助用户在特定的设备和条件下，实现实时厘米级的定位精度。
图四 位于十四乡的SatRef连续运行参考站。
天文台在许多业务范畴上也有应用到GNSS，除了在「我的天文台」的定点天气服务外，还有应用到用于高空气象观测的自动高空探测系统[8]、与政府飞行服务队合作为收集更多热带气旋的气象数据来分析其位置和结构的下投式探空系统[9] (图五)等。定位技术的发展为我们的生活带来了很大的便利。无论是日常生活还是专业领域，定位技术都将继续推动社会的进步与发展，让我们的生活更加方便与安心。
图五 「下投式探空仪」在2025年9月23日早上于超强台风桦加沙中心约120公里处录得近地面风速达每小时135公里 [10]。
参考资料：
[1] Bhatta, B. (2021). Almanac and ephemeris. In Global navigation satellite systems: New technologies and applications (pp. 43). CRC Press.[只有英文版本]
[2] Kaplan, E. D., & Hegarty, C. J. (2006). Understanding GPS: principles and applications Second Edition. Artech house, 14-16. [只有英文版本]
[3] Teunissen, P. J., & Montenbruck, O. (Eds.). (2017). Springer handbook of global navigation satellite systems (Vol. 10, pp. 978-3). Cham, Switzerland: Springer International Publishing. [只有英文版本]
[4] 天气随笔：太空天气会影响日常生活吗？
[5] 香港天文台：实时电离层闪烁监测。
[6] 地政总处大地测量组：香港卫星定位参考站网。
[7] 地政总处大地测量组：网络 RTK 定位服务。
[8] 香港高空气象观测。
[9] 追风？下投探空。
[10] 天气随笔：桦加沙带来的十号风球。
[1] Bhatta, B. (2021). Almanac and ephemeris. In Global navigation satellite systems: New technologies and applications (pp. 43). CRC Press.[只有英文版本]
[2] Kaplan, E. D., & Hegarty, C. J. (2006). Understanding GPS: principles and applications Second Edition. Artech house, 14-16. [只有英文版本]
[3] Teunissen, P. J., & Montenbruck, O. (Eds.). (2017). Springer handbook of global navigation satellite systems (Vol. 10, pp. 978-3). Cham, Switzerland: Springer International Publishing. [只有英文版本]
[4] 天气随笔：太空天气会影响日常生活吗？
[5] 香港天文台：实时电离层闪烁监测。
[6] 地政总处大地测量组：香港卫星定位参考站网。
[7] 地政总处大地测量组：网络 RTK 定位服务。
[8] 香港高空气象观测。
[9] 追风？下投探空。
[10] 天气随笔：桦加沙带来的十号风球。