多項預測皆指出自主裝置的市場將非常龐大，例如，根據英國政府研究預測，具有最高自動化等級(L3~L5)的聯網和自動駕駛汽車的全球市場規模至2035年將達到8,900億美元。其中，用於這些汽車的聯網和自動駕駛技術的產值將高達1,370億美元。
促使預估數字成真的前提在於：自主裝置必須真正地被普羅大眾市場所接受。為了實現此願景，產品製造商得在關鍵技術取得跳躍式發展，該技術就是高精準度定位。正因為裝置時時刻刻都需要知道自己身在何處，且要精確至公分以內。此外，此定位資訊須以可靠且具成本效益的方式提供給極為龐大的裝置群。
衛星導航系統須增強數據
定位資訊通常是使用來自全球導航衛星系統(GNSS)之一的數據來計算，例如GPS或Galileo。然而，僅使用GNSS數據無法提供高精準度裝置所需的精確度。衛星時鐘和軌道誤差、訊號偏差，以及電離層和對流層等因素所造成的影響，導致可以掌握的裝置定位精準度只在2到5公尺(m)內。
為了達到下一世代裝置所需的10公分(cm)以下精準度，則須要使用GNSS校正或增強數據服務。
這些服務使用固定式地面站網路收集來自GNSS衛星的數據。它們根據衛星數據計算地面站的位置，並將其與地面站的已知位置進行比較。如此一來，服務端就能識別和修正鄰近裝置定位的不準確，然後將該數據分發至附近更多裝置，這些裝置使用此數據來改進自身的GNSS定位計算。
傳統增強數據服務將面臨挑戰
增強數據服務並不是什麼新鮮事，但傳統方法有其限制，像是大幅增加成本、複雜度，或是產品開發延遲等，這也意味著增強數據服務無法適用於某些應用。
・無法持續擴充
第一個重大挑戰，是如何在不會大幅增加資金的情況下擴充支援龐大的裝置群，例如即時動態定位技術(Real-time Kinematic, RTK)增強服務需要大約4.5kbps的頻寬，且依賴服務和每一終端裝置之間的雙向通訊。另一方面，精密單點定位(Precise Point Positioning, PPP) 服務使用單向通訊，但是仍需要2.5至5kbps之間的速率。無論是哪一種情況，大規模擴充導致的網路成本增加，很快會變得難以負擔。
・難以整合及管理
第二個挑戰是關於整合增強數據及持續管理裝置群的難度，例如某些服務使用專有的訊息格式，其他服務則是採用透過Internet協議(NTRIP)1.0、基於HTTP網路傳輸的RTCM格式，而通訊模組本身並不支援。因此，無論使用哪種服務，皆導致工程和產品管理團隊持續耗費大量心力和時間，使得他們可用於高價值創新工作的時間相對減少。
・可靠性和服務範圍
許多精準度必須在10公分之內的應用，皆承擔著關鍵任務，因此必須能夠快速及可靠地接取增強數據服務，且覆蓋範圍也須確保讓該裝置在任何可能使用地點都能取得存取服務。
一些增強數據服務可能需要幾分鐘到半小時，才能達到初始10公分以內的定位精準度，這對於許多應用來說太慢了。而有些增強服務則僅依賴IP通訊，因此沒有行動網路，就無法工作。
此外，如果服務僅傳送由裝置最近的參考地面站所計算的增強數據，其準確性可能會有所不同。裝置離該地面站越遠，其計算的定位讀數就愈不精確。
次世代GNSS增強數據服務浮現
為了應對這些挑戰，已有廠商著手開發下一世代的SSR(State Space Representation)增強數據服務，鎖定未來自主裝置的需求。
以PointPerfect為例，此服務通常提供3至6公分以內的精準度，啟動時間約10 到30秒。此服務適用於u-blox和其他支援SPARTN數據格式的商用高精準度GNSS 模組，以下補充說明所述：
由於許多自主裝置需在行動網路覆蓋較差或不存在的地區運作，因此必須有第二個管道可提供GNSS增強數據。為了解決這個問題，PointPerfect使用基於衛星的L頻帶通訊。
在開發PointPerfect時，在各種頗具挑戰性的地點，u-blox對此解決方案進行了各種道路測試，針對以L頻帶做為提供關鍵任務數據機制的可靠性進行了驗證。經過嚴格的測試，驗證的結果顯示，在PointPerfect覆蓋區域內，即使是在最嚴苛的條件下，仍然能夠成功地使用經由L 頻帶接收到的增強數據，使定位精準度始終保持在要求的限制範圍內。
PointPerfect是針對大眾市場所設計的，測試重點是確定它不需要如測地接收器這般高度專業化的裝置(因為此裝置通常非常昂貴)，也可以有效地工作。因此，利用車頂上的標準性能Tallysman TWA928L汽車天線來接收L頻帶衛星訊號，以及具有多頻帶功能的u-blox F9高
精準度GNSS技術平台。此關鍵測試，是要確保透過L頻帶接收到的數據是連續、完整及可用的，如此才能始終將定位計算到所需的精準度水準內。
接著，在具有挑戰性的條件下進行測試。計畫的路線是到達衛星訊號接收可能頗具挑戰性的地區。其中包括進入瑞典北部的北極圈，以測試當空中的衛星高度非常低時，是否能夠接收到足夠的訊號。在旅程的最北端—赤道以北66˚， 衛星仰角降至16˚，而赫爾辛基為21.8˚，羅馬為40˚。此外，還前往覆蓋範圍內一些最極端的環境，以確保訊號強度在這些環境中是足夠的。其中包括加州東南部的大片沙漠、華盛頓州的廣闊山脈，以及西雅圖和聖地亞哥等都市叢林密集區，那裡的高樓大廈可能會影響衛星訊號的接收。
圖1所示的地圖顯示這兩條測試路線。儘管環境條件嚴苛，但是整個測試過程中，都能接收到強度足夠的L頻帶訊號，因此能夠成功接收到增強數據服務。這使得在整個過程中皆能以小於10公分、2個標準差之內或95%信賴區間的水平精準度，精確定位位置。
要了解PointPerfect如何解決現今產品供應商所面臨的挑戰，得先來看看PointPerfect與其他服務在技術上有何不同，如此廠商才能為其產品該使用哪種增強數據服務做出明智的決定。
針對任何規模皆能提供高效率
各家企業經營的裝置群規模大小不一，PointPerfect能成為適用各類組織的可行解決方案，首要核心原則就是效率。
使用高效率的即時導航用安全位置增強(SPARTN)開放數據格式，透過MQTT訊息傳遞協定發送增強數據訊息，該協定本身在大規模的狀況下，效率明顯勝過HTTP。因此，使用MQTT可以讓用戶輕鬆運用增強數據，無論他們是在運作100 台或100萬台的裝置。
通訊則是透過裝置定期付費的單一向外廣播串流進行，不須與每一連結端點進行雙向通訊，如此最多僅需2.4kbps頻寬， 可以將網路傳輸成本降至最低。
在各種環境都能提供可靠的增強數據
第二個核心原則是在各種環境下都能可靠地使用，這是必要的，因為許多工程師設計的裝置需要在沒有行動網路覆蓋的地區運作。PointPerfect GNSS增強數據是經由L頻帶衛星訊號和行動IP傳輸。開發團隊在一些極端環境中嚴格測試衛星功能(測試情形，請查看以下補充資訊)。只要是在服務適用地區(目前包括歐洲大部分地區，以及美國鄰近、距離海岸線22公里等區域)，雙通訊通道有助於確保終端裝置與PointPerfect服務於99.9%的正常運作時間內皆保持一致。
此外，裝置會接收來自多個參考地面站的增強數據，以提高定位精準度。
自助接取/使用容易
PointPerfect的第三個核心原則是易於整合，且能夠直接管理大型裝置群。
SPARTN是一種開放數據格式，且大部分商用數據機皆原始支援MQTT訊息傳遞協定。這就意謂著工程師無須整合客戶端專用軟體或整合自定義數據機。綜合這些好處，採用此服務可以降低風險及縮短產品上市時程。
此外，PointPerfect是透過一個名稱為Thingstream的企業級雲平台提供，為產品設計團隊建構了自助環境，方便使用者在其中部署和管理裝置。此平台包括一個圖像數據流管理器，用於建立與裝置間的訊息傳輸和連結，以及一個用來整合其他服務的應用程式介面(API)。
高精準度定位若成真 工程師將能專注於創新
在工業、車輛和消費技術領域，下一波自主裝置將高度依賴高精準度定位資訊。那些負責設計未來自主產品的工程師，需要一種能夠不用負擔傳統服務的開銷，同時又能夠利用GNSS增強數據的方法。透過消弭這些挑戰，產品供應商將能解放他們的開發團隊，使其更專注於高價值的創新工作、縮短產品上市時程、削減持續的維護費用，並能提供價格具有競爭力的下一世代產品和服務。
(本文作者為u-blox服務部門首席產品經理)
