雷射測距望遠鏡應用於gis系統整合之研究

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1、黃埔學報第五十四期民國九十七 黃埔學報第五十四期民國九十七 45 WHAMPOA - An Interdisciplinary Journal 54(2008) 45-50 射測距望遠鏡應用於射測距望遠鏡應用於 GIS 系統整合之研究系統整合之研究 湯昌湯昌1 王耀德王耀德2 王瑞陽王瑞陽2 1軍工兵學校軍事工程組軍工兵學校軍事工程組 2軍軍官學校土木工程學系軍軍官學校土木工程學系 摘要摘要 科技的快速發展決定戰爭勝敗的速，也縮短過程的時間，換言之，科技改變 戰爭，未戰備整備與作戰用兵仰賴科技形重要。有鑑於此，研究以整合空間資訊 處的技術界面，運用衛星定位系統與地資訊系統，透過射測距望遠鏡整合

2、開發， 藉以達到可視化同圖層資上的關係互動、空間分析及地形分析等效能之運用，驗證 空間決策分析之作業模式，盼對國軍未戰場指揮管制系統之整合及工兵位化之發 展，有所助。 關鍵詞：射測距望遠鏡，地資訊系統，空間資訊 一、前言 一、前言 地資訊系統是以電腦為輔助整合型 系統，具備處圖形及屬性資管與分 析的功能，可進空間資的建、儲存、 管、分析與展示，以提供決策支援使用 1 2。本研究用射測距望遠鏡開發 整合於地資訊系統平台，藉由地資訊 系統能夠處二維以上空間資訊的特性， 將其本性十分多元亦極容與處似或 相同資訊之系統加以整合，以增加雙方之 功能。現支援運用中可解決測地形客 觀條件觀測或目標觀測點無好

3、辨 條件時，透過射測距望遠鏡（Laser Locator Plus） 、全球衛星定位系統（GPS） 及地資訊系統（GIS）之整合，即時將 空間資以位型態儲存記，使其射 測距望遠鏡作業程序具簡明與直達。 二、系統架構二、系統架構 2.1.射測距儀 一九七代光波測距儀問世，其工作原是以一定波長的光波，從儀器站瞄 準對站的反射鏡或反射物體發射，並接 收平反射回的光波，比對其相位差 計算光波發射中心與鏡反射中心間的距 ，其可達3 毫米，是目前測工程 上主要的測距儀器。隨者科技的演進，光 波測距儀應用射光為媒介，需反射 鏡即能獲得反射光波，只要被測物體對 射光源有 5以上的平反射，即能準 確測得其距，其

4、測距在一百公尺範 圍內約為5 毫米，雖然比鏡式光波測距 儀稍差，但因需預先安置反射鏡，增 加許多方性3。 研究使用之射測距儀為瑞士製造 Laser Locator Plus 望遠鏡。裝備基本性能 可視範圍達 20 公、觀測目標範圍 8*8 公尺、觀測距 4 公、有效距在 50-2000 公尺，其為2 公尺，在 2001-4000 公尺時，其為3 公尺，具 有 0-360 電子盤功能，尺寸為 22.6 17.88.2 公分 ， 重為 1.71 公斤 ， 如圖一 。 46 黃埔學報 第五十四期 民國九十七黃埔學報 第五十四期 民國九十七 圖一 射測距望遠鏡 2.2.接收界面 本研究所採用之 GPS

5、 接收器，為具 備美國國家海洋電子協會(National Marine Electronics Association, NMEA )所制訂的 NMEA-018 標準規格。所使用的 GPS 接收 格式為$GPGGA、$GPRMC、$GPGSA、 $GPGSV；最快新頻為 0.2 秒；傳輸 速為 4800bps，資位元為 8 個(Data Bits=1) ， 設 定 同 位 元 檢 查 (Parity Check=None) 和 一 個 停 止 位 元 (Stop Bits=1)。 在 GPS 與 GIS 進整合中 ， 採用整 合式系統結構模型4 ， 以 GPS 作為即時提 供空間定位資的技術，

6、為執與 GPS 的整合，GIS 系統必須能夠接收 GPS 接收 機發送的資，然後對資進處，如 透過投影變換將經緯座標轉換成 GIS資 所採用的考系統中的座標，以進各 種分析運算，其中座標資的動態顯示以 及資儲存是其基本功能，如圖二所示。 圖二 GIS 與 GPS 整合系統結構模型 為於觀測使用者能夠即時瞭解系統 各項資訊，本研究以 Borland C+ Builder 程式撰寫，初步已完成 Track GPS 之系 統設定、衛星態、接收訊號 及DDE四個視窗界面，如圖三所示， 各部功能明如下。 系統設定 ：GPS與Leica Locator間接 埠線態及GPS徑軌跡紀及播放。 衛星態：即時衛星

7、分佈態、訊號 品質與指標。 接收訊號 ：GPS訊號與GIS軟體間結 訊號。 DDE：GPS NMEA 與 Leica Locator 接收訊息值。 圖三 Track GPS 2.3 硬體界面 NMEA-0183 所 採 用 的 界 面 為 RS-232，可藉由界面程式的撰寫結，進 一步去得知接收器所傳送的資。RS-232 的標準接頭 25 針(pin) ， 在個人電腦上的接 頭已經簡化成 9 針 ， 對於只傳輸 GPS 接 收器的資而言，NMEA-0183 只需要 條線與電腦上的 RS-232 界面相接即 可。其中一條為接地線，用以確保 GPS 接 收器和電腦這端的考電位一致，另一湯昌、王耀德

8、、王瑞陽：射測距望遠鏡應用於 GIS 系統整合之研究 湯昌、王耀德、王瑞陽：射測距望遠鏡應用於 GIS 系統整合之研究 47 端是資線，必須接到 RS-232 界面上的 RxData，當硬體界面接妥後，尚須對通訊 加以設定，只有將通訊設定正確 才能夠順的接收資。NMEA-0183 所 訂定的通訊為 1200bps，資位元為 8 個，設定同位元檢查和一個停止位元。 2.4 軟體界面 本研究乃將開發之 TrackGPS 系統整 合於 ArcView 軟體中運用，如圖四。該軟 體具有以下之特性： (1)具有好的圖資展示和編輯工具。 (2)ArcView 環境下仍可作其它功能操作。 (3)搭配各項分析

9、與處功能 (如：地形分 析)，可事半功倍，達到預期效果。 (4)地圖資的取得與互通性佳。 (5)具備衛星態及分佈圖，獲得衛星在天 空分佈態、定位指標，以及訊號 品質，以充分掌握 GPS 衛星最新資訊及 定位況。 (6)加入射測距測角設備，透過傳輸資 解內容，進階換算成距、方位角、 高、座標等相關資訊，並輔助儲存於 資庫管內。 (7)提供使用者開發環境：透過內建的物件 導向程式語言，使用者可自設計 GIS 分析功能。 (8)支援多種輸出格式。 圖四 TrackGPS 與 GIS 界面 三、系統整合三、系統整合 3.1. GPS 與 Locator 結 啟動 GPS DDE 程式時，系統會先 掃描

10、埠之使用，選擇接之 GPS 埠編號後，系統自動與 GPS 接， 系統內定埠速與 GPS 接成功 後，會在 GPS 定位主畫面產生標誌符號， 並且在左下角態會出現座標訊息，如 圖五。 圖五 Locator 結畫面 欲知道GPS及Leica Locator是否有 正確線，可考 GPS DDE 程式的視窗 標籤換頁，程式共可提供衛星態及接 收訊號供使用者考，衛星態主要展示 現在天空上衛星分佈況，以及每顆衛星 訊號強 ； 接收訊號可以檢視GPS及Leica Locator 傳送的訊息及電腦是否能夠完全 接收，以方使用者檢視是否接錯埠 或開啟錯誤的埠編號等，檢視衛星訊 號分佈及傳送與接收訊息。 3.2.

11、 Locator 操作紀 當完成操作的線動作後，可使用 Leica Locator 進觀測與記工作，首先 使用 Leica Locator 瞄準目標物，同時按下 上方個按鈕後。GPS DDE 程式會自動 取 Leica Locator 的值，並且會以十字圓48 黃埔學報 第五十四期 民國九十七黃埔學報 第五十四期 民國九十七 標展示於 ArcView 的 GPS 定位主畫面上， 即時地出現欲填入觀測註記內容，當觀測 值並是很想時，可按下 “Cancel” 鍵 取消，重新觀測與重覆上一動作，直到滿 意為止；僅開啟 Leica Locator 而沒有接 上 GPS 訊號，系統會自動偵測無任何 GP

12、S 定位座標考時，會顯示測站座標輸 入提示，使用者可以比對地圖位置後，將 所在位置以字方式輸入座標。 使用 Leica Locator 時 ， 在無 GPS 輔助 下，可藉由地面控制點座標或具控制座標 之衛星影像或航空照片決定測站位置， 觀測者必須以人工方式輸入位置坐標； 已接上 GPS 訊號，則會測站座標輸入 對話框，直接從 GPS 抓取最新的 GPS 座 標位置觀測記。 3.3. GPS 軌跡記與播放 GPS DDE 程式具備 GPS 軌跡記功 能，並可隨任務設定 GPS 點位之間之距 記，選擇為 “0” 表示沒有限制，單位 為公尺。GPS 軌跡播放功能，可以調整播 放時間間隔，從 0.1

13、 至 10 秒任選，然後再 點選“開啟”鈕出現對話框，最後再選擇欲 播放檔案後，可播放軌跡資。 四、實務運用四、實務運用 4.1.部隊機動任務派遣 部隊機動位置監控導航有於指揮官 掌握部隊、人員、輛進的運動方向與 位置。在部隊機動任務派遣前，讓任務規 劃的人，在任務規劃初期，即能考環境 空間因素規劃後續的任務工作，接受任 務派遣的人，也能在任務接受後，未正式 出發前，於地資訊系統提供的電腦環境 中模擬演所接受的任務，讓執任務者 可以事先熟悉工作區域的地形地貌及環 境，低陌生的恐懼感，提高任務達成。於任務執中亦可提供資查詢、徑規 劃及定位導航功能，有效掌握部隊運動 線與時程管制，監控目標運動動態

14、，預判 可能發生之情勢。 4.2.整合軍事地資訊 軍事技術革命引發的位化戰場建設 已成為未戰場發展的主4。建構完整 之軍事地資訊（Military GIS）其首要具 備條件，就是必須有一強大之軍事資 庫，而現軍事資的蒐整因種繁雜、 圖文兼具，無法將蒐集的軍事資予 於有效整合，建資源共享機制，所獲得 的只能是成堆的資而無法有效被運用。 因此在整合運用上，必須持續完備地環 境、作戰、兵科作業、演訓驗證 等資訊，並且結合現代電腦科技、繪 圖技術、遙測技術及地空間分析等科 技，透過收集、儲存、檢查、處、分析 與運用，整合於空間關資庫中，以增 加運用效能，提昇決策支援能，並作為 決策者的輔助工具及智囊團，適時提供決 策者正確的資訊與判斷。 4.3 現地偵察作業位化 偵察作業首需掌握時效性，必須間 斷，重點實施。在部隊任務上，營級之兵 要調查與級的偵察任務為達成兵要整 備必要手段，在偵察作業中能配合現代 科技技術，結合營、級的偵察資，予 以位化儲存，建資源交換與共享機 制，僅有於偵察資分析運用，能 節作業人與時間，有效達成偵察作業 任務。因此，現地偵察位化作業，建 資源共享機制，為達成偵察任務之最佳途 徑，如圖所示。 湯昌、王耀德、王瑞陽：射測距望遠鏡應用於 GIS