GPS 和 GIS 整合在精準農業上的應用

國立台灣大學生物產業機電工程學系

陳韋戎　林達德　盧福明

什麼是精準農業 ?

精準農業 (Precision Farming) 是一種新形態的農業作業方式，使用了許多新技術包含 :全球定位系統 (Global Position Systems)地理資訊系統 (Geographic Information Systems)遙測 (Remote Sensing)多變率輸出 (Variable Rate Treatment)

GIS &GPS

Data Collection

Variable RateTreatment Data Analysis

Site Specific

研究目的

1.發展出一套能夠整合 GPS 和 GIS 的系統，以利於往後各方面上的應用。

2.評估 GPS 的精度在農業上應用的可行性。

實驗儀器

TwinHead Slimnote GX 筆記型電腦

配備為 Pentium II 400 MHz 、 RAM 128MB 、HD 6GB ，使用 Windows 98 的作業系統，執行整個以 GIS 為主體的程式以及處理分析 GPS 所接收到訊號。

AgGPS 132 Receiver

Trimble 公司為農業上應用所設計的 GPS ，可以連接到各種相容的儀器上包括我們所使用的筆記型電腦，並即時的輸出我們所需要的定位資訊。

實驗儀器

MapObjects

為 ESRI 公司一個專門用來開發 GIS 系統的輔助軟體，有利於各種特殊情況下的應用。

實驗儀器

單點的定位測量即在同一個點以 GPS 不斷的收集定位資訊，理論上所得到的定位點會固定，但是會由於 GPS 有其不可抗拒的誤差，而使定位點有所偏移。

實驗方法

即時動態的測試即將 GPS 架設在車輛上做測試，觀察其在 GIS 地圖中相合的情形。

實驗方法

結果與討論

GPS 通訊座標轉換GPS 定位精度測試

通訊界面

經由標準的 RS232 界面來做電腦以及 GPS 之間訊息的傳遞。 GPS 可以輸出一個標準規格的字串讓電腦接收，為 NMEA-0183 。

$GPGGA,064913.00,2457.652363,N,12131.643750,E,1,07,1.0,23.18,M,15.34,M,,*58

$GPVTG,0.0,T,,,000.00,N,000.00,K,A*40

$GPGSA,A,3,06,08,09,10,17,24,26,,,,,,2.1,1.0,1.9*3A

$GPRMC,064913,V,2457.652363,N,12131.643750,E,000.00,0.0,060700,3.1,W,N*2B

NMEA-0183 字串

NMEA-0183 字串區域 描述

1 時間，格式為 hhmmss.ss

2 GPS狀態 A: 有效狀況 V: 接受錯誤

3 緯度的座標，格式為 dddmm.mmmmmm

4 緯度方向， N 是北緯， S 是南緯

5 經度的座標，格式為 dddmm.mmmmmm

6 經度方向， E 是東經， W 是西經

座標轉換

WGS84

TM2

大地基準的轉換

WGS84-TWD67

地圖投影

二度分帶橫麥卡托投影

GPS 精度測試幾個影響 GPS 精度的因子 :Satellite Clock ErrorSV Ephemeris ErrorIonospheric RefractionTropospheric RefractionReceiver NoiseMultipathSelective Availability

SA效應時的 GPS 測試

GPS 精度測試一 地點 :台灣大學

實驗方法 :即時動態

GPS 精度測試二 地點 :台灣大學

實驗方法 :即時動態

無 SA效應的 GPS 測試

GPS 精度測試三 地點 :台大安坑農場

實驗方法 :單點定位

RMS Difference: 0.314m

GPS 精度測試四 地點 :台大農機系

實驗方法 :單點定位

RMS Difference: 0.453m

GPS 精度測試五 地點 :台灣大學

實驗方法 :即時動態

GPS 精度測試六 地點 :台北市區

實驗方法 :即時動態

GPS 精度測試七 地點 :台大安坑農場

實驗方法 :即時動態

GPS 精度測試七 地點 :台大安坑農場

實驗方法 :即時動態 +定位修正

未來展望

• 將其它正在發展中的精準農業技術如產量監測，遙測影像等，以 GPS 和 GIS 為核心做系統整合的工作。• 利用公分級精度的 GPS 將原本以 Site Specific 的精準農業提升到以 Plant Specific超精準農業 (Ultra Precision Farming) 。

謝謝