潮位誤差與動態吃水誤差在傳統水深測量方法而言是比較難以掌握的誤差，因此近年來發展出以橢球面為基準的水深測量法(以下稱為橢球高水深測量)，此方法採用船載GNSS橢球高進行水深之計算，可免除潮位計潮位觀測，而且也不受到動態吃水的影響，即此法可降低一些傳統水深測量之誤差來源。
本研究使用自強工程顧問有限公司與詮華國土測繪股份有限公司於2015年4月進行測深系統檢查工作之船載動態定位資料及水深資料進行研究(以下簡稱自強SOP及詮華SOP)。為了獲得高精度橢球高的衛星定位成果，本研究使用GrafNav、Trimble Business Center(TBC)及GAMIT TRACK三種不同軟體進行動態差分後處理(Post-Processed Kinematic，PPK)解算。研究顯示GrafNav PPK、TBC PPK在超過10公里以上之長基線解算成果較不穩定，GAMIT TRACK在短基線或長基線皆能維持公分等級的差異。
綜合上述GNSS解算比較分析結果，本研究使用GAMIT TRACK解算成果匯入至CARIS海測軟體中進行橢球高水深測量計算，並與傳統潮位計潮位修正後之水深比較。研究結果顯示在交錯檢核內精度分析當中，自強SOP傳統水深測量較差平均值為2.6公分，較差標準差為8.8公分；自強SOP橢球高水深測量較差平均值為0.1公分，較差標準差為8.9公分。詮華SOP傳統水深測量較差平均值為4.4公分，較差標準差為10.8公分；詮華SOP橢球高水深測量較差平均值為3.8公分，較差標準差為10.6公分，雖然皆能達到國際海測組織(International Hydrographic Organization，IHO)特等精度規範，但橢球高水深測量內精度較傳統水深測量內精度稍佳，測線與檢核線之水深接近程度有改善。
本研究亦使用內政部國土測繪中心提供之混合法大地起伏模式做為垂直間隔模式(Separation model)，進行橢球高水深測量成果的基準轉換，再將轉換基準後的水深與傳統水深測量成果進行較差統計分析。研究結果顯示自強SOP橢球高水深測量與傳統水深測量成果的較差之平均值為零，較差之標準差約3公分；詮華SOP橢球高水深測量與傳統水深測量成果的較差之平均值約15公分，較差之標準差約4公分。澎湖海域因無較細緻潮位分區，較不容易判斷自強SOP測區與岸邊潮位站是否為等潮區，且混合法大地起伏模式是否適用於澎湖區域仍需仔細評估；而詮華SOP測區由潮位分區模式可以明顯看出與布袋潮位站座落於不同的等潮區，可能造成詮華SOP以橢球面為基準的水深測量成果與傳統水深成果差異之原因，也顯示出以橢球面為基準的水深測量方法可避免不同等潮區所帶來的影響，且內精度也呈現較佳的成果，可望未來取代傳統水深測量法。

In traditional bathymetric survey, it is hard to grasp tidal error and dynamic draft. Recently, Ellipsoidally Referenced Bathymetric Survey (or ellipsoid based bathymetry), which uses ship-mounted GNSS ellipsoidal height to calculate depth, can reduce some error sources from dynamic draft and tide.
In this study, ship-mounted GNSS data and bathymetric survey data which were obtained from Strong Engineering Consuling Co., Ltd and Real World Engineering Consultants Inc., the data was obtained from multibeam system checking in April 2015.(hereinafter referred to as ST SOP and CH SOP). In order to obtain high accurancy GNSS height, Post-Processed Kinematic (PPK) computation method is used by the computer packages GrafNav, Trimble Business (TBC) and GAMIT TRACK in this study. The research shows that GravNav PPK, TBC PPK computation results are more unstable when baseline is over 10 kilometers. However, whether the baseline is long or short, GAMIT TRACK computation results difference could maintain centimeter level.
Based on the GNSS computation results comparative analysis, GAMIT TRACK computation results are used for calculating water depth of ellipsoidally referenced bathymetric survey in Caris software. Also, ellipsoidally referenced bathymetric survey results are compared with traditional bathymetric survey results. In the cross check analysis, ST SOP traditional bathymetric survey difference mean is 2.6cm, difference standard deviation is 8.8cm; ST SOP ellipsoidally referenced bathymetric survey difference mean is 0.1cm, difference standard deviation is 8.9cm; CH SOP traditional bathymetric survey difference mean is 4.4cm, difference standard deviation is 10.8cm; CH SOP ellipsoidally referenced bathymetric survey difference mean is 3.8cm, difference standard deviation is 10.6cm. All of the results reach International Hydrographic Organization (IHO) special order bathymetric survey and study shows that ellipsoidally referenced bathymetric survey is better than traditional bathymetric survey in cross check analysis.
In this study, Surveying and mapping Center (NLSC) provide Separation model called TWHYGEO2014, which is used to transform ellipsoidal height to chart datum height. Then transformed ellipsoidally referenced bathymetric survey depth compared with traditional bathymetric survey depth. The result shows ST SOP difference mean is ~0 and standard deviation is ~3cm; CH SOP difference mean is ~15cm and standard deviation is ~4cm. Due to lack of more detailed tidal zone information in Penghu, it’s hard to judge whether ST SOP test area is the same tidal zone with Longmen tide gauge or not. But it’s obvious that CH SOP test area’s tidal zone is different from Budai tide gauge. It could be the reason why ellipsoidally referenced bathymetric survey depths are different from traditional bathymetric survey depths. Ellipsoidally referenced bathymetric survey can avoid the influence from different tidal zones. Also, ellipsoidally referenced bathymetric survey is better than traditional bathymetric survey in cross check. Ellipsoidally referenced bathymetric survey compared to traditional bathymetric survey have more advantages, it’s expected to replace the traditional bathymetric survey with ellipsoidally referenced bathymetric survey in the future.

論文審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
Abstract v
目錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 研究方法 3
1.3.1 相關文獻、資料收集 3
1.3.2 GNSS動態解算成果比較分析 3
1.3.3 橢球高水深測量與傳統水深測量差異分析 4
1.4 論文架構 4
第二章 橢球高水深測量法 6
2.1 水深測量發展背景 6
2.2 橢球高測量之應用 8
2.3 橢球高水深測量之理論基礎 9
第三章 船載GNSS動態定位方法 11
3.1 全球衛星導航系統 11
3.2 衛星定位原理 12
3.3 衛星定位測量主要誤差來源 13
3.3.1 衛星軌道與時鐘誤差 14
3.3.2 電離層延遲 17
3.3.3 對流層延遲 17
3.3.4 多路徑效應 18
3.3.5 天線相位中心誤差 19
3.3.6 固體潮效應 23
3.4 高精度動態定位方法 25
3.4.1 動態差分定位 25
3.4.2 精密單點定位 26
3.4.3 PPK與PPP比較 26
3.5 使用解算軟體 28
3.5.1 GrafNav PPK 28
3.5.2 GAMIT TRACK 30
3.5.3 TBC PPK 32
3.5.4 三種軟體特性整理 33
第四章 不同軟體解算動態定位成果比較 34
4.1 基站坐標 34
4.2 使用不同基站進行動態定位解算比較分析 39
4.2.1 分析方法 39
4.2.2 自強SOP分析結果 42
4.2.3 詮華SOP分析結果 47
4.2.4 GNSS觀測資料品質分析 52
4.3 GNSS潮位與鄰近潮位站潮位比較分析 54
4.3.1 潮位資料 55
4.3.1 濾波 57
4.3.2 分析方法 58
4.3.3 分析結果 60
4.4 選用動態定位解算軟體 63
第五章 橢球高水深測量與傳統水深測量之差異分析 64
5.1 CARIS水深資料處理流程 64
5.2 CARIS GNSS 潮位計算 66
5.2.1 GNSS橢球高解算成果匯入至CARIS軟體 66
5.2.2 GNSS潮位計算 68
5.2.3 船隻資料設定 73
5.2.4 GNSS潮位平滑 77
5.3 水深成果內精度檢核分析 79
5.4 橢球高水深測量與傳統水深測量差異分析 84
5.4.1 基準面轉換 84
5.4.2 差異分析 89
第六章 結論與建議 94
6.1 結論 94
6.2 建議 96
參考文獻 98
附錄一 IHO S-44水深測量規範 106

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