智慧型手機中的 GNSS 定位高程

現代智慧型手機中多內建 GNSS 定位， 定位結果為三維座標，一般以經緯度及高程表示。 但高程從計算的方式不同，有不同高程， 常用的有 正高 、 橢球高 、 正常高 。 手機的因為是以 GNSS 定位，一般是橢球高， 需要經高程現代化，以大地起伏模型改正為正高。

android 系統中使用 gnss 定位

由於 gnss 的衛星已完善， 只要有接收儀在空曠處就能用 gnss 定位。 現代智慧型手機多能夠接收美國的 gps 的信號， 使用 gps 定位。

手機的 gps 定位功能也被廣泛應用在不同的應用程式中： 例如 android 上的 google map 可以由 gps 定位， 將使用者所在位置標示在地圖中， 供使者用在地圖上確認與周遭地物的相對位置。 facebook 則可以由 gps 定位， 讓使用者在地標上 打卡 ，標記到此一遊。

但一般 app 多是直接解析定位結果為地標或地圖上的位置， 而不會顯示詳細的 gps 座標資訊； 所以要另外裝專門顯示詳細 gps 定位座標的 app， 我裝了課程中史天元老師推薦的開源軟體 gps test 與免費軟體 gps status 。

正高、橢球高與大地起伏

gps 定位的結果是橢球高，但橢球高是沒有物理意義的， 因為小區域內的重力與橢球高無關，而是與正高的方向垂直， 也就是在橢球高較高處，水不一定會往橢球高低處流。 橢球高與正高間的差異為大地起伏， 橢球高減去大地起伏即為正高。

一般人不一定清楚橢球高與正高的差異， 也不清楚 gps 定位出來的高是什麼高， 所以很多 gps app 都會用內建的大地起伏網格， 將定位結果的橢球高轉換為一般人概念中的高， 也就是與重力方向垂直的高。

大地起伏可以由重力測量的結果計算， 因此，在全國進行重力測量， 計算出全國各地的大地起伏後， 就能由橢球高計算正高，稱為 高程現代化 。 國土測繪中心的網頁，有提供全台灣大地起伏的資料 ， 只要輸入 twd97 經緯度座標，就會計算出該地的大地起伏， 供只能觀測橢球高的 gps 定位化算為正高。

app 測試

我測試了 gps test 與 gps status 二款 app 的定位， 二者都有選項供使用者調整是否使用大地起伏改正， 切換橢球高與正高，由此可以觀察正高與橢球高的差異。 再將二款 app 中測出的經緯度， 輸入國土測繪中心的網頁中，計算台灣標準的大地起伏， 與 app 中提供的大地起伏比較。

gps test

gps test 中可以正常切換是否使用 geoid， 我所測試地點在交通大學博愛校區正門和校區內的圓環中間， 時間是 2019-03-09T15:05。

截圖

測試結果

gps status

gps status 是另一款顯示 gps 定位結果的 app， 在高程可以選擇要用 wgs 橢球高，或是 msl 平均海水面高。 但我在我現在用的 unihertz atom 手機上運作不正常， 選擇 wgs 與 msl 顯示的高程均相同。 後來換成以前的紅米手機，切換 wgs 與 msl 就會有變化了。 所以我就用以前的紅米手機截圖。

這是在 2019-03-03T19-38 測的， 位置大概在新竹高中正門口外的馬路上。

截圖

測試結果

GPSTest (barbeuDev)

另外我還找到一個也叫 gps test 的 app， 開發者名字是掛 barbeuDev，他是 open source 的， 在高程方面是直接二種高，橢球高和正高。 但在我二台手機上使用都不正常， 顯示的橢球高和正高都一樣，所以不使用。

結論

我在室外觀測 gps 時，數值極不穩定， 就算我都沒有移動，在二三分鐘內 gps 的橢球高可能會有三公尺左右的變化。

而大地起伏是用現成的事先計算好的資料不會改變， 如果橢球高增加 3 公尺，因為大地起伏不變， 那正高也就增加 3 公尺。

而 app 內建的大地起伏， 看來 gps test 的較接近台灣官方的資料。 以現成資料計算的大地起伏， 本來就會依球諧級數的階數不同、內插的方式不同有差異。