登山安全装备全球卫星定位仪GPS-登山补给站

GPS與登山活動台灣國際航電股份有限公司文:何明興二十一世紀將是注重效率與休閒的時代，大部份人們的日常生活將潛移默化的兩極化：平常每天均需將大量的工作，想盡辦法利用資訊科技、便捷運輸，絞盡腦汁，以最具效率的方式，完成最後的任務；而到了週末假期便是追求完全的身心釋放，以舒緩多日的壓力與疲勞。科技帶來便利，也常帶來冷漠；能輔助人類先天之不足，卻也容易讓人失去原有的本能。人們離開都市叢林，接受大自然擁抱的頻率逐年增加，講求的將是快樂與安全，不管是倘徉在大海上，或是享受著山林的洗滌，都是被大自然所擁抱，因此就不能忽視任何的危險因子，玩得快樂與安全，這就是歐美地區人民極為重視的新安全休閒主義。全球衛星定位系統簡介整個系統，自1970年代設計及建置以來，是以分佈在兩萬公里高空的２４顆繞極衛星，利用約1.57GHz高頻的無線電波向地球表面２４小時不間斷的廣播他們的軌道資料，而地面上的接收機天線便接收這些從太空中不同方位直接傳送過來的資料，並轉送到接收機去解算出天線所在地的座標，所用到的原理就是三角測量原理，也就是說必須至少接收到三顆不同方位的衛星資料，才能計算出我們所要的資料–座標值，利用這個座標資料，我們就能輕易的配合地圖來標定我們自身所在的位置。全部系統包含：24顆太空衛星、地面控制站（維護衛星正常運行之管制站台）及信號接收機。其中前兩個部份，由美國國防部所管理，信號接收機就開放給民間設計及製造生產，目前我們一般所使用的衛星定位儀就是指這部份，也是我們需要了解的重點。GPS接收機的基本功能上面已經提到GPS接收機的主要功能乃定位功能，也就是計算出座標（在台灣常看到的座標表示方法，就是經緯度及二度分帶方格座標），然後將這個座標資料儲存起來，等下一秒鐘時，就又會有最新的座標資料產生，而GPS接收機內所設計的軟體只要利用這些不同的座標變化，就可以計算出行進的方向與移動的速率了，這就是由定位功能所延伸出來的導航功能。由此可知，任何一種GPS接收機，座標資料就是他們的基本資料庫，利用這個資料庫，再設計出其他的功能，在GPS領域裏，這個資料庫被稱為：WAYPOINT，1在中文的翻譯中有許多名稱，一般較多的稱法為：航點。而航點的建立基本上有三種：1.一種就是我們拿著一台接收機行走（當然，我們所稱的接收機是包含天線的，一般接收機的天線是連接或內藏在接收機上），到達目的地或重要地標後，直接把座標資料儲存起來。2.另一種是利用現有地圖或座標資料，將我們的目的地座標先標繪出來，再以手動方式輸入到GPS接收機的航點（WAYPOINT）資料庫內。3.第三種就是由製造商先行燒錄在接收機內或經由電腦軟體upload至接收機內。一台接收機有了航點資料，就等於有了糧草，可以讓接收機的軟體開始發揮他們的功力了，包括各種導航功能的編輯與設定，都是先需要建立這個資料庫，因此在選擇接收機時，一定都會看到這個功能。簡單說，輸入航點資料就好像將一些地方的住址儲存到GPS接收機內，而GPS接收機就會依照這些資料告知我們，目的地距離我們有多遠，在我們的那個方向。由此可知，GPS接收機若沒有WAYPOINT這個資料庫就變不出花樣了。了解GPS的特性當我們要應用GPS當成我們的安全休閒及定位的輔助工具，就必須要了解其特性，知道他的優點及限制，才能真正發揮GPS的功能。定位的準確度：由於GPS是由美國國防部所管理，為了其本身國防安全，僅開放部份功能（C/Acode）給民間所使用，在正常理論及標準環境下，現今一般較具水準的個人用GPS接收機定位出來的位置準確度，其統計平均值約在半徑15公尺以內，但是由於受到大氣層的作用、所接收到衛星數量的多寡等，都會使定位的準確度降低，但是影響最大的是美國國防部的選擇性干擾，他是一種隨機的干擾，使得定位的準確度會降至半徑100公尺以上，為的是其國防安全因素考量，但也是造成使用者最不方便的地方，因為其忽有忽無，時間長短不定，不易掌握。但在今年五月二日後，美國政府已宣怖停止一般性的干擾，只會在特定事件及區域中進行干擾，以提高一般定位之準確度。在此之下，以GARMIN的GPS接收機做分析：（在可進行三度空間定位的環境下，台灣）水平定位準確度：95﹪的時間，在半徑10公尺內。50﹪的時間，在半徑5公尺內。高度定位準確度：約是水平誤差值×1.25~1.65倍間這在目前所有的個人定位儀器中，已經是相當準確與方便了。2使用的環境限制：由於GPS的衛星在兩萬公里高空，信號微弱，穿透力不強，加上利用三角測量原理，需要的是直線傳輸的信號，因此下列環境，都是影響信號接收的因素。一般的房屋室內環境、高樓大廈實體。2.高山峽谷谷底、濃密的樹林、汽車車頂下等。在上述環境下，是會收不到衛星信號而無法定位的，但氣候並不影響其定位功能的。地圖定向定位技術與GPS地圖定向定位是一種技術，也是個人的一種求生自救技能，我們應該人人都要學習，而GPS是科技的產物，用以輔助個人技術之不足及減少人為誤判因素。由此可知，兩者是並行不悖、相輔相成的，將GPS列入標準登山裝備，應是實務需求而非流行炫耀。分析如下：GPS部份由於GPS的衛星在兩萬公里高空，信號較弱，穿透力不強，加上利用三角測量原理，需要的是直線傳輸的信號，環境限制的條件即如上所述。地圖定向定位部份由於必須以目視觀察週遭地形地物等環境，便有個人判斷技巧及氣候問題。在山區中會應用到定位技術的時機，大都是身處視野不佳或路線不明確時，希望藉定位技術來確認位置，但是若遇上大霧等氣候，就無法用地圖定位的方式。由此可知GPS與地圖定向定位技術是相輔相成的GPS能快速準確的計算出所在位置的座標，使登山者能輕易地與地圖做直接比對，使您在無法用傳統地圖定位判斷所在位置時，能夠多一種定位工具。在山區中，會有許多岔路及地形容易造成迷路，尤其是在起霧時更是無法憑目視來做地形地物的標定，這時GPS就更能發揮功效了。自救與救人，在現今許多熱心的救難人員及組織都已配備有GPS的設備，例如國軍海鷗部隊等，若是受困人員能利用GPS及無線電報出座標，則救難人員就可以最快速度趕抵現場，不僅提高救援成功的機率，也降低社會成本。GPS只是一種電子儀器，並不能完全取代傳統的指北針，但是確是最佳的定位導航儀器，多一種輔助工具多一分的安全。GPS的用途已充份的應用在各領域中，航空飛行、輕航機、飛行傘、船隻、橡皮艇、排筏、自行車、登山越野、汽車及考古、資源調查….等，均已與GPS息息相關，我們可以在一個登山行程中了解GPS的重要性：3首先先在地圖上先標示出預計的路程及行走路線，並概算出所有重要地點或地標的座標值。2.將這些座標值輸入到GPS的航點資料庫內。3.出發利用GPS做實際定位及導航，並將真正行走的軌跡紀錄在GPS內，如此即可利用這些紀錄做回程的導航，免於迷路。4.在整個行程中，我們也可以將我們所見景物的狀況紀錄在GPS上，例如哪個山屋需要維修、步道狀況、林相、野生動物出沒及地形地物的變動等，均可將其定位出來，藉此我們也可在下山後，將相關資料提供給各界，做為維修依據及資源調查、保育等工作的些微心力。當有夥伴需要救援時，也可以提供救援人員精確的座標資料，使得夥伴能藉此獲得最快速的救援。由此可知，當我們善用一台GPS時，不僅可以自救，也可以救人，稱其為一項登山安全裝備並不為過。認識GPS基本規格AcquisitionTimes：第一次定位所需的時間代表著一台GPS接收機，在一標準環境下，從開機並開始搜尋天空上的衛星、接收及解調衛星信號，進而計算出接收機所在位置的座標值，此過程所需要的時間，即為第一次定位時間。對使用者來說，時間愈短當然愈方便，不需等待長久時間即可知道所在位置的座標。UpdateRate：資料更新速率代表著一台接收機，所顯示及提供的種種座標及導航資料更新速率，目前最普遍的是每秒鐘更新一次。Accuracy：定位準確度代表著一台GPS接收機，在一標準環境下，其所計算出來的位置準確度，例如若標示15公尺，表示此接收機的平均定位誤差值約在半徑15公尺內。當然數值愈低愈佳。Dynamics：動態加速衛星追縱能力代表著一台GPS接收機，在加速運動中，所能鎖定衛星的能力，例如航空用GPS所需的鎖定能力就要比較高。基本設定方面MapDatum：大地座標系統Coordinate：座標顯示格式GPS在全世界任一地區均能使用，但是由於每個地區或國家幅員大小差異極大，加上測繪地圖的年代基準不一，所以在不同地區或國家，拿到的地圖即需注意下列兩項標識：4針對上述兩項，GPS接收機出廠時，一般的內定值一般如下：1.大地座標系統：WGS84─1984年所定的大地座標系統。2.座標顯示方式：經緯度。而如台灣地區目前所正式公告使用的大地座標系統為1967年所定，與一般接收機出廠時的內定值不同，因此若未經更改上述兩項設定而直接使用，則所得到的座標值與台灣區的地圖一比較，您將發現會相差近900公尺，所以在使用GPS時，需注意這兩項設定！同樣地，若是到外國地區，也必須了解當地地圖的大地座標系統為何種名稱。另外就是座標表示的方式，在台灣地區常用的有兩種：經緯度與二度分帶方格座標，至於用那一種，同樣是依所用的地圖標示為準。也就是說，在選用GPS時，需注意是否該接收機的這兩項規格，是否有符合當地的座標系統設定，以供轉換。導航功能方面Waypoint：航點Route：航線TrackLog：航跡記錄GPS接收機所計算出的任何時刻座標資料，在GPS裏我們都稱為一個航點(WAYPOINT），也就是說每個航點所表示的就是一個座標值，比較重要的航點，我們就可以把它儲存在接收機內，並編上一個名字，讓我們可以辨別。由於在地球表面上的任何位置，都以不同的座標值來表示，因此只要知道兩個不同航點的座標資料，接收機就可馬上計算出兩個航點間的直線距離、相對方位及航行速度，這就是GPS接收機導航資料的來源。例如：目前我們在基隆火車佔，希望往南行駛，第一個目的地是台北車站，第二個目的地是新竹火車站；從起點至終點，每站就都是一個航點，航點與航點間的行程稱為航段（LEG），從起點依序經過各點至終點新竹車站等，整個行程我們稱之為：一條航線或是一條路徑（ROUTE），圖示如下（航點）航段（航點）航段（航點）基隆車站→台北車站→新竹車站全程稱為：Route我們只要事先將各點的座標資料（利用地圖或查詢相關資料）輸入GPS接收機內，我們就可建立許多航點資料，要使用時再將其叫出，利用GPS接收機的導航功能做各航段間的導航。由此可知，要利用GPS做導航功能，最基本的就是先建立航點的資料，然後儲存在接收機內，如此不管是要做航點與航點間的導航，或是要編輯一條航線，就可直接利用記憶體內的航點資料了，也可以說〞航點〞是GPS接收機導航功能所需最基本的資料了。5另一種功能稱為”航跡功能（TrackLogs）”，也就是記錄下使用者移動時的軌跡，如此使用者在回程的時候，就可以依循所記錄的軌跡資料，延著原路回到出發點，這就是航跡記錄功能。航跡記錄功能可以說是最快速的回程導航功能，特別是在飛行與航海的環境，當然若是在山區與陸地上，由於可能受到地形地物的遮避，GPS接收機收不到信號而無法定位，航跡有斷斷續續的現象產生，但只要與航點相互應用，依然能充份發揮導航的功能。如何選擇既已鎖定我們所要的接收機種類，就以在台灣地區適用的條件來篩選：中文顯示操作模式（目前已有中文機推出，但看個人需求而定）。具有台灣地區虎子山大地座標系統（Hu-Tzu-ShanMapDatum）：沒有這個功能，所定位出來的座標值，會跟台灣的一般地圖無法搭配，偏差了將近900公尺，此點相當重要。具有經緯度及橫麥卡托二度分帶投影座標系統等座標顯示方式，因為這兩種座標顯示方式在台灣地區最常用。4.具有航點記錄功能（WAYPOINT）：250點以上，多多益善。5.具有航跡記錄功能（TRACKLOG）：至少1000點以上，愈多愈好，可增加在山區之應用領域。6.具有單點導航功能（GOTO）：避免迷路的必要功能。上面的條件，為基本選擇要件，當您依此選到您心目中的GPS接收機後，就可以準備好好的讓他發揮。如何快速上手當拿到一台您所選購的GPS接收機後，如果是具有中文操作模式還好，若為英文介面，再加上目前的GPS接收機的按鍵數量都變的很少，可能會讓人產生許多疑惑：這麼少的按鍵，如何發揮及設定所有功能？其實若各位還記得GPS最重要的基本資料庫：航點(WAYPOINT)，從這裏出發就對了。依照目前大部份GPS接收機所設計的操作模式及在台灣使用的需求，建議您上手的學習步驟及重點如下：電源的開啟與關閉，螢幕燈光的開關。2.學會該接收機更改設定及英文字、阿拉伯數字輸入的方式。3.找出這台接收機的"基本功能設定"，將下列項目接收機的內定值做更改：單位（Unit）：改成您習慣的單位表示法，如公制單位（Metric）。大地座標系統（Mapdatum）：將WGS84改成Hu-Tzu-Shan虎子山系統。座標顯示格式（Positionformat）：使用經緯度或二度分帶座標顯示。4.了解該接收機是否在開機後，需要輸入參考點做初始設定（Initialsetup）。65.學會航點（Waypoint）的建立與清除。6.學會導航功能（GOTO）的開啟與停止。只要您依照上述步驟及重點自行操作或詢問銷售人員，就能很快且正確的使用您所購買的GPS接收機。依筆者經驗，在剛使用時，若能利用開車時來做各種功能的體驗，是最快且印象最深刻的一種方式。經緯度與二度分帶方格座標表示法的差異經緯度座標表示法是以度、分、秒的方式表示，如同時間的時、分、秒般的以六十進位的方式來計算，如60秒=1分，60分=1度，而因為地球是橢圓型球體，因此在台灣地區附近，經緯度中，每相差1秒，相隔距離約等於29公尺遠，每個緯度的代表距離都不相同（因地球是橢圓型的）。例：N25度30分00秒與N25度30分01秒間，就相差約29公尺了。而二度分帶方格座標的表示方式，則是假設在某一小區域內，