定位技術知多點
定位技術知多點
譚曉晴, 香港天文台
地政總署測繪處大地測量組
地政總署測繪處大地測量組
2025年12月
午餐時間到了，正苦惱該到哪裡用餐時，手機響起提示聲，莫非是手機的人工智能有餐廳推介? 不是，提示聲是「我的天文台」流動應用程式發出推送通知:「您所在位置附近有雨及閃電」，於是便決定到就近商場的餐廳好了，避免到較遠的地方。這項便利的功能，正是使用了手機的自動定位技術。若用戶授權「我的天文台」使用手機的定位功能，程式便能根據用戶位置自動顯示附近的實時天氣觀測資料和自動化天氣預報，以及有關降雨和閃電資訊的推送通知。
圖一 「我的天文台」個人化定點天氣服務，根據用戶位置在程式首頁（左圖）和「大灣區天氣」頁面上（中圖）顯示附近的天氣資料，用戶亦可選擇接收由「定點降雨及閃電預報」和「定點大雨資訊」提供有關用戶位置附近的降雨和閃電資訊的推送通知（右圖）。
自動定位功能支援「我的天文台」提供個人化的定點天氣服務。現今的流動通訊裝置大多已配備有衛星定位功能，主要透過「全球導航衛星系統」(GNSS) 進行精準定位計算。GNSS不僅涵蓋美國的「全球定位系統」(GPS)，還包括中國的「北斗衛星導航系統」(Beidou)、歐盟的「伽利略定位系統」(Galileo)和俄羅斯的「格洛納斯系統」(GLONASS) 等。這些系統由多顆人造衛星、地面控制站及監測站組成。每顆衛星搭載了精密的原子鐘，在環繞地球運行時，不間斷地向地面傳送訊號。這些訊號包含了衛星的即時位置、運行狀況等衛星星曆數據[1]，以及精確時間等其他資訊，對於計算距離和位置至關重要。GNSS的定位原理是基於「三邊測量法」，利用接收到的訊號的傳送時間來計算各衛星與GNSS接收器之間的距離，再運用幾何數學模型找出GNSS接收器的位置（圖二）[2-3]。
圖二 簡單來說，假設三個衛星出現在同一個平面上，以各自衛星位置為圓心及半徑為與GNSS接收器的距離的圓圈之相交點便是接收器位置的所在地（左圖）。而在實際的三維空間中，則需要至少四個衛星資料，通過對應的球面的相交點來確定GNSS接收器的經度、緯度和高度（右圖）。
然而，此運算方法於起始定位時需要傳輸和處理大量原始數據(包括衛星星曆等)，因此一般流動裝置通常需較長時間才能算出其起始自身位置。不過，此過程可以透過「輔助全球導航衛星系統服務」（A-GNSS）來改進。A-GNSS利用流動網路向流動通訊裝置快捷地提供衛星星曆資料，縮短傳輸時間，從而加快取得定位位置的速度。
儘管如此，GNSS的定位準確性也可能會受到附近的大厦或高山地勢阻擋、訊號反射或訊號干擾等因素影響而降低。此外，強烈的太陽活動亦有機會干擾地球電離層[4-5]，影響GNSS訊號傳輸，降低定位的準確性。由於流動通訊裝置會不斷接收來自附近無線電基站的流動網路訊號，這些訊號亦可以輔助提高定位的準確性。同時，現今的流動通訊裝置還可以利用其他技術來協助定位，例如掃描附近的無線電訊號來源，如Wi-Fi熱點和藍牙設備等。
圖三 GNSS的訊號傳輸有可能會受到大厦或高山阻擋、訊號反射或訊號干擾等因素的影響，從而降低定位的準確度。
GNSS在香港有著廣泛的應用，除了能為大家的流動通訊裝置定位外，還涵蓋了繪製地圖、地界測量、土木工程、基建發展、導航、救援及搜索等多個領域。為進一步提升香港GNSS的應用及發展，地政總署持續投入資源，開發並維護香港衛星定位參考站網(SatRef)[6]。該網絡由16個持續運作的參考站和3個完整性監測站組成，覆蓋全港，全天候不間斷地接收GNSS訊號。接收到的訊號在有系統地整理和分析後，便會製作成數據產品和高精度定位服務供用戶免費使用。其中網絡實時動態定位（Network RTK）[7]服務更能幫助用戶在特定的設備和條件下，實現實時厘米級的定位精度。
圖四 位於十四鄉的SatRef連續運行參考站。
天文台在許多業務範疇上也有應用到GNSS，除了在「我的天文台」的定點天氣服務外，還有應用到用於高空氣象觀測的自動高空探測系統[8]、與政府飛行服務隊合作為收集更多熱帶氣旋的氣象數據來分析其位置和結構的下投式探空系統[9] (圖五)等。定位技術的發展為我們的生活帶來了很大的便利。無論是日常生活還是專業領域，定位技術都將繼續推動社會的進步與發展，讓我們的生活更加方便與安心。
圖五 「下投式探空儀」在2025年9月23日早上於超強颱風樺加沙中心約120公里處錄得近地面風速達每小時135公里 [10]。
參考資料：
[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] 天氣隨筆：太空天氣會影響日常生活嗎？
[5] 香港天文台：實時電離層閃爍監測。
[6] 地政總處大地測量組：香港衛星定位參考站網。
[7] 地政總處大地測量組：網絡 RTK 定位服務。
[8] 香港高空氣象觀測。
[9] 追風？下投探空。
[10] 天氣隨筆：樺加沙帶來的十號風球。
[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] 天氣隨筆：太空天氣會影響日常生活嗎？
[5] 香港天文台：實時電離層閃爍監測。
[6] 地政總處大地測量組：香港衛星定位參考站網。
[7] 地政總處大地測量組：網絡 RTK 定位服務。
[8] 香港高空氣象觀測。
[9] 追風？下投探空。
[10] 天氣隨筆：樺加沙帶來的十號風球。