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臺灣大地基準雙框架策略：

發展構想與初步成果

楊 名

國立成功大學測量及空間資訊學系

內政部國土測繪中心 2026年e-GNSS使用者論壇

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  • 為因應地球的動態現象，時變參考框架(時變基準)已成為國際趨勢，包含了國際性的ITRF、美國的NSRS、澳洲的ATRF、日本的JGD等。
  • 臺灣雙框架策略(或雙基準架構)即是在現有TWD97臺灣大地基準之外建立TTRF臺灣時變參考框架，兩者分工合作解決「坐標必須穩定」與「坐標必須反映真實時刻位置」的不同使用需求。
  • TWD97可用於土地行政(包含地籍界址與都市計畫界線)、工程應用(包含工程設計與施工測量)、基礎圖資與GIS資料庫等任務，以滿足坐標穩定性需求。
  • TTRF可用於自動駕駛、智慧運輸、變形監測、科學研究等任務，以滿足坐標真實性需求。
  • 範例：以TTRF處理大範圍加密控制測量GNSS基線計算與網形平差，確認精度符合規範，再透過坐標轉換以TWD97[2020]交付測繪成果，滿足任務需求。(類似目前以e-GNSS測量現況，再轉換為TWD97[2020]公布成果)

​

2

前言

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3

國際地球參考框架(ITRF)

(Altamimi et al., 2023)

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美國國家空間參考系統(NSRS)

(Gillins, 2024)

4個時變參考框架

1個位勢基準

4

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澳洲雙基準(GDA2020 & ATRF2014)

(ATRF Technical Implementation Plan v2.3_1, 2020)

澳洲板塊 運動模型

GDA2020 靜態基準

ATRF2014 時變框架

5

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日本大地基準(JGD)

  • 日本國土地理院(GSI)負責維護日本的國家大地基準。自2000年起GSI年陸續發布了JGD2000、JGD2011、以及最新的JGD2024。
  • 為修正地殼變動的影響，GSI提供三種補正網格，其中穩定狀態補正分為兩種：「定常時地殼變動補正」(每3個月更新)以及「半動態補正」(每年更新)。非穩定狀態補正則是針對地震及火山事件所導致之地殼變動影響的補正(隨事件更新)。

6

https://www.gsi.go.jp/sokuchikijun/chikakuhendo-hosei.html

穩定狀態改正包含的項目有：

  • 板塊運動引起的穩定地殼變形
  • 暫時性大規模地殼變動（慢滑、震後變形等）
  • 大面積地層下陷

不包含的項目有：

  • 地震引起的地殼變動
  • 某一點的局部地面變動，人為噪音

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臺灣大地基準TWD97

    • 臺灣法定大地基準為TWD97 (Taiwan Geodetic Datum 1997)，國土測繪法將之稱為一九九七坐標系統
    • TWD97(= ITRF94)之參考曆元為1997.0

，係控制點坐標固定不變的靜態基準

    • 受到臺灣地區持續的地殼變動影響，

2010年更新參考曆元至2010.0，命名

為TWD97[2010]

    • 2020年再度更新參考曆元至2020.0，

稱為TWD97[2020] (= ITRF2014)

    • TWD97迄今已有三個不同參考曆元

​

(Yang et al., 2001)

7

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8

如何建立臺灣時變參考框架TTRF？

  • TTRF = ITRF的區域加密。根據國土測繪中心使用Bernese 5.2軟體解算之臺灣地區CORS基準站每日坐標，計算各站定義在ITRF2020之坐標時間序列

臺灣地區CORS基準站

ITRF2020@2010每日解坐標

14參數相似轉換 (ITRF, 2026)

KMNM站ITRF2020公告速度量

ITRF2020每日解坐標(2020-2025)

各分區最小約制KMNM站每日解坐標(ITRF2014@2010)

計算各分區解算成果之平均值

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計算CORS站每週解及同震位移量

9

每週解坐標

剔除精度較差之每日解

當週是否有同震位移？

否

是

不計算每週解

 

計算坐標平均值

一週(週日到週六)之每日解坐標

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20220917花東地震同震位移場

10

水平位移場

垂直位移場

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20240403花蓮地震同震位移場

11

水平位移場

垂直位移場

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20250121大埔地震同震位移場

12

水平位移場

垂直位移場

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坐標時間序列 🡪 坐標函數

13

504站

CORS基準站

416站

  1. 非本國之國際站: 7站
  2. 每日解少於14筆: 41站
  3. 資料品質不好: 40站

416個基準站分布圖

具有已知TWD97[2020]參考坐標之基準站

ITRF2020每日解時間序列

地心坐標換算2度分帶投影坐標

坐標函數參數擬合

​

​

估算(簡化的)坐標函數(Nikolaidis, 2002)

起始坐標(a)、震間速度(b)、同震位移(gj)、速度變化量(hj)

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坐標時序範例

14

測站：CKSV (受2022/09/17地震影響)

坐標時間序列

坐標函數

同震位移

殘差

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TTRF網站展示平台

15

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CORS站分布圖及點位資訊

16

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17

CORS坐標時間序列互動式展示

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18

TWD97

TWD97[2010]

TWD97[2020]

ITRF94@1997.0

ITRF94@2010.0

ITRF2014@2020.0

ITRF2020

Taiwan CORS Network

TTRF

變位模型：包含地殼變動改正及起始坐標偏差改正兩部分

TWD97與TTRF之關聯

Time

  • ITRF2020是目前國際上最新的ITRF版本
  • 一旦推出新的ITRF版本或是TWD97更新版本，TTRF及變位模型亦將一併更新
  • 起始坐標偏差改正：修正測站ITRF2014@2020坐標與ITRF2020@2020坐標之差異
  • 地殼變動改正：修正因板塊運動引起的震間位移、規模>6.0地震導致的同震位移、大面積地層下陷(表現為震間位移)，均定義於TTRF

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TTRF與TWD97[2020]坐標轉換

  • 地殼變動量包含震間位移(= 震間速度 × 時間間距)及同震位移(= 規模≥6.0地震引起之突發性地表位移)
  • 起始坐標偏差包含ITRF框架轉換修正量，亦即CORS站之ITRF2014@2020坐標與ITRF2020@2020坐標的偏差量
  • 變位量為地殼變動量和起始坐標偏差之總和

19

2024花蓮地震同震位移

TWD97[2020]

(=ITRF2014@2020)

TTRF@t

(=ITRF2020@t)

第二時期

震間位移

第一時期

震間位移

2022花東地震同震位移

起始坐標偏差

變位量

2025大埔地震同震位移

第三時期

震間位移

第四時期

震間位移

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變位模型建置方法

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CORS站坐標函數

使用克利金法產製起始坐標偏差場網格、指定時刻之地殼變動場網格

計算指定時刻之變位量�(TTRF@t –TWD97[2020])

方法一

方法二

使用克利金法產製起始坐標偏差場網格、速度場網格、同震位移場網格

以雙線性內插計算任意點之變位量

執行任意點之TTRF與TWD97[2020]

坐標轉換

以雙線性內插計算任意點之變位量

執行任意點之TTRF與TWD97[2020]

坐標轉換

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21

TTRF↔TWD97[2020]坐標轉換

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坐標轉換精度(TTRF轉TWD97[2020])

22

TTRF每日解坐標轉換後與TWD97[2020]公告值之較差(179站)

時刻

方向

Mean (mm)

RMS (mm)

方法一

方法二

方法一

方法二

2020/12/31

E

-0.5

-0.4

4.7

4.7

N

1.2

1.2

4.3

4.3

U

-1.8

-1.7

11.6

11.4

2021/12/31

E

1.7

1.8

6.7

6.8

N

3.4

3.4

7

7

U

-6.1

-6

15.7

14.9

2022/12/31

E

1.7

2.2

7.5

7.6

N

1.6

1.8

7.5

8.4

U

3.5

3.2

16.6

15.6

2023/12/31

E

-2.3

-1.2

8.8

13.3

N

1.2

1.2

9

10

U

7.3

7.2

17.2

15

2024/12/31

E

-1.5

-0.3

10.4

14.7

N

1.3

1.8

9.3

11.1

U

10.1

8.9

23.6

24.4

2025/12/31

E

-3.5

-2.2

12.7

17.9

N

1.8

1.9

10.4

12.5

U

6.7

5.8

30.7

29.9

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較差分布圖(水平分量)

23

方法一

方法二

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坐標轉換精度(TWD97[2020]轉TTRF)

24

TWD97[2020]公告值轉換後與TTRF坐標函數之差異(179站)

時刻

方向

Mean (mm)

RMS (mm)

方法一

方法二

方法一

方法二

2020/12/31

E

1.1

-1.1

5.4

5.4

N

-0.3

0.3

1.5

1.5

U

-0.4

0.4

4.7

4.6

2021/12/31

E

1.1

-1

5.5

5.5

N

-0.1

0.1

2.6

2.5

U

-0.8

0.9

7.8

7.6

2022/12/31

E

0.7

-0.1

8.5

9.2

N

0.4

-0.3

6.8

7.7

U

-0.8

0.6

12.5

10.1

2023/12/31

E

0.7

0.3

8.8

12.8

N

0.5

-0.4

7.6

8.4

U

-1.1

0.8

13.4

10.5

2024/12/31

E

0.9

0.4

10.4

15.4

N

0.4

-0.1

8.2

10.1

U

-1.2

0

17.6

19.6

2025/12/31

E

1

0.6

12.3

18.2

N

0.5

-0.4

9.4

11.1

U

-1.8

1.1

23.3

22.2

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2024 LiDAR DEM建置案之已知控制點檢測

25

TTRF

TWD97[2020]

檢測標準：以衛星定位測量方法實施一等基本控制測量之精度規範

通過率

18%

通過率

97%

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2025 LiDAR DEM建置案之已知控制點檢測

26

TTRF

TWD97[2020]

檢測標準：以衛星定位測量方法實施一等基本控制測量之精度規範

通過率

10%

通過率

97%