資料來源：工業技術研究院/吳俊民資深工程師
前言
近年來，智慧農業隨著自動化無人載具技術與市場的蓬勃發展，除了使用電腦與機器來取代人為操控，大幅提升了操控的可信度與速度之外，同時，也使得相應的應用服務不斷推陳出新，像是發展自動化農耕機具進行自動播種、施肥等作業、利用植保無人機自動執行農地巡查、噴灑農藥等應用，這些應用都需要精準的定位資訊來輔助完成。然而，傳統GPS全球衛星定位動輒數米的精度誤差，往往使其應用上的穩定性與安全性被打上問號，像是運用無人機自動噴灑農藥因定位偏差造成的覆噴問題等。因此，如何達到公分等級高精度定位成了智慧農業的服務應用上不可或缺且亟待解決的重要需求。而即時動態定位(Real Time Kinematic, RTK)技術是目前較為成熟且能夠達到近公分等級定位精度的關鍵核心技術
什麼是即時動態定位(RTK)？
圖一、 即時動態定位(RTK)技術主要是利用地面參考站修正移動站的誤差，進而達到公分等級定位結果全球衛星定位系統的發展，從過去大家所熟知由美國發展的GPS，時至今日已發展為全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite Systems, GNSS)，其中還包含俄羅斯GLONASS、歐洲Galileo與中國北斗共四大星系，此外，以GPS為例，也從過去僅僅使用L1單一頻段增加至L1,L2,L5三個頻段，藉由多頻多星系的衛星涵蓋，大幅地提升天空中的可視衛星數目來強化定位能力。但雖然有越來越多的衛星數，當衛星訊號穿越大氣層傳送至地面接收器的過程中，仍會受到包含對流層與電離層的大氣干擾、多重路徑(Multipath)等干擾，導致存在公尺等級的定位精度誤差，為了達到公分等級的高精度定位需求，即時動態定位RTK技術是目前使用最為普遍且成熟的高精度定位技術，其技術關鍵在於接收使用多頻多星系所傳送的載波相位(Carrier-phase)觀測量，並利用預先所建置的精準地面參考站(BASE)和待測移動站(ROVER)之間觀測誤差的空間相關性，假設參考站與移動站距離在幾公里以內，對距離地面兩萬多公里外的衛星而言，可將兩者視為同一點，亦即兩者之間的觀測誤差可視為相等，因此，透過差分(Difference)的方式即可消除掉移動站觀測數據中大部分的誤差，即時地推算出移動站精準的三維定位結果，從而將既有公尺等級的定位精準度提升到高精度公分等級的定位效能。
圖二、 慣性導航與高精度定位技術整合運用可達到高精度3D動態定位定位系統技術應用於無人載具，最害怕在衛星接收狀況不佳的情況下，例如短隧道、市區高樓、樹木等的遮蔽環境，導致無法維持定位覆蓋。定位技術系統結合慣性導航(Inertial Navigation System, INS)技術可以輔助強化系統在遮蔽環境下的位置推算，藉由具有慣性導航的感測器可以計算載具的行進姿態與方位角，再根據上一個取樣的定位位置訊息來預測推算出當前的定位結果。透過慣性導航與高精度定位技術整合運用將能夠達到如虎添翼的效果並滿足市場所需。
即時動態定位技術系統場域驗證
即時動態定位技術透過行動通訊網路鏈結參考台與行動台進行高精度定位解算。利用不同的移動載具，包含像是自用車或無人機的實際場域的驗證結果都可以證明使用即時動態定位技術系統的定位精度都能夠準確定位於預先規畫的路線上，達到公分等級的線級定位(Lane-level Positioning)，藉由慣性導航技術則可以預測補償遮蔽區域的定位結果以達到行進軌跡100%不中斷。基於即時動態定位技術系統的整合開發將可以做為未來智慧農業在無人載具應用整合技術的一個重要依據。
圖五、整合方案應用於智慧農業將有效提升自動化作業效率[1]智慧農業結合無人載具與高精度定位技術的應用發展日趨多元，包括像是發展農耕機具的無人自駕進行土壤採樣、播種、施肥，或是發展植保無人機應用進行農噴、巡查等作業，這些應用都需要高精度定位提供準確的位置資訊。許多定位IC大廠如: Ublox、Trimble、聯發科等都已瞄準智慧農業等市場發展趨勢進行新一代定位IC的開發，預計未來幾年內將紛紛問市。串接即時動態定位與慣性導航兩大技術並搭載於無人載具取得最佳效益是未來智慧農業應用在無人載具的研發主軸。國內智慧農業的發展結合相關定位產業共同打造國產化精準定位農業之無人機載具，未來預期將可為智慧農業的各種高精度定位應用，提供更可靠的公分等級即時動態定位服務，進一步協助完成農業生產自動化的作業效率。同時，將可以在國際市場上取得先機，在創新精準定位應用的藍海之中成就產業商機。
