整合單頻全球定位系統與單晶片微控制器應用於淺層邊坡位移監測之初探

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廖翊均(Yi-Chun Liao) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木系營建管理碩士班

論文名稱

整合單頻全球定位系統與單晶片微控制器應用於淺層邊坡位移監測之初探
(Preliminary Evaluation of Shallow Landslide Displacement Monitoring Using Single Frequency NSS Integrated with Arduino System)

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摘要(中)

台灣處於副熱帶氣候，再加上屬於新褶曲帶，因此地勢陡峭，河流短淺，也因此充滿潛在淺層邊坡滑動的風險，而如何跳脫過去扛著儀器爬山監測的高風險，低價單頻衛星定位模組就成為一種能降低危險，提高地貌觀測效率的方法。
本研究著重於探討淺層邊坡滑動環境下，若使用單頻衛星定位系統(Global Navigation Satellite System, GNSS) 與單晶片微控制器結合，藉由相關軟硬體設備擷取有效觀測資料。目的是透過低價位的可犧牲式元件模組化系統測試，期望可改善以往邊坡滑動監測方法。本研究內容初步規劃以成對單頻定位晶片進行不同基線長度試驗，透過靜態與動態定位解算方法後處理(post-processing)觀測資料，並進一步透過XBee藍芽模組接收並短程傳輸觀測資料，初步模擬未來現地淺層邊坡滑動試驗系統。在後續解算觀測資料的方法上，本研究使用開源解算軟體RTKLIB進行資料後處理，以獲取次米級衛星定位解算成果，可能為未來現地試驗中提供一種更便利，成本也相較以往觀測模式低上許多的衛星定位應用方法。

摘要(英)

Taiwan has a subtropical monsoon climate and new fold mountains, so the terrain is steep, with shallow rivers. Therefore, it is full of potential land sliding risks. The low-cost single-frequency satellite positioning module would be a way to improve geomorphic observation efficiency and reduce risk simultaneously. This study explores how to league single-frequency Global Navigation Satellite System (GNSS) and single chip microcomputer, such as Arduino, to obtain valuable observation data through relevant software and hardware equipment in a shallow landslide environment. Expect to improve landslide monitoring by testing low-cost module systems with sacrificial components, this study preliminarily plans to use a single-frequency module for different baseline tests through Static and Kinematic positioning solution methods for post-processing observation data, and further receive short-range observation data through the XBee Bluetooth module. After these, this study used open-source software RTKLIB to deal with post-processing data for required sub-meter level satellite positioning resolution. This study provides a more convenient and cost-down device and method, resulting in a positioning application for the landslide monitoring practice.

關鍵字(中)

★ 單頻全球定位系統
★ 單晶片微控制器
★ 淺層邊坡滑動
★ RTKLIB

關鍵字(英)

★ Single frequency Global Navigation Satellite System (GNSS)
★ Single Chip Microcomputer
★ Shallow Landslide
★ RTKLIB

論文目次

摘要 I
Abstract II
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 xvii
一、前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
二、文獻回顧 5
2.1 簡易型淺層地滑監測 5
2.1.1 淺層地滑監測機制 5
2.1.2 既有相關淺層地滑監測系統與案例 6
2.2 單頻全球定位系統定位技術 9
2.2.1 定位解算技術 9
2.2.2 相關案例分析 17
2.3 開源硬體介紹 24
2.4 綜合評析 29
三、研究方法 32
3.1 單頻衛星定位技術改良與測試 33
3.1.1 商用RTK模組測試規劃 34
3.1.2 開源軟體於單頻衛星定位計算 40
3.1.3 零基線測試規劃 44
3.1.4 靜態超短基線與中長基線測試規劃 54
3.1.5 線性半靜態超短基線與中長基線測試規劃 56
3.2 Arduino單晶片微電腦於坡地監測環境開發與測試 61
3.2.1 系統整合設計與測試 61
3.2.2 無線傳輸系統測試 66
3.3 系統整合於定量位移測試規劃 69
四、研究成果與驗證 77
4.1 單頻衛星定位技術測試成果 77
4.1.1 商用RTK模組測試成果 77
4.1.2 零基線測試成果 82
4.1.3 靜態超短基線測試成果 88
4.1.4 線性半靜態超短基線與中長基線測試成果 95
4.2 Arduino單晶片微電腦於環境應用測試成果 114
4.2.1 整合傳統感測器之測試成果 114
4.2.2 無線傳輸系統測試成果 118
4.3 系統整合於位移測試成果 120
五、結論與建議 131
5.1 結論 131
5.2 建議 132
參考文獻 134

參考文獻

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[25]

指導教授

鐘志忠(Chung-Chih Chung)

審核日期

2023-9-11

推文