全球定位系统及其应用课件

当你旅游或野外考察时，通常用哪些当你旅游或野外考察时，通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？方法来辨别方向或确定你所在的位置？手持型手持型GPS机机车载型车载型GPS机机1当你旅游或野外考察时，通常用哪些方法来辨别方向或确定你所第三节第三节 全球定位系统及其应用全球定位系统及其应用2第三节全球定位系统及其应用2一、全球定位系统一、全球定位系统全球定位系统全球定位系统：（Global Global Positioning System Positioning System 简称简称GPSGPS）是具有在是具有在海、陆、空进行海、陆、空进行全方全方位位、实时三维导航实时三维导航与与定位定位功能的新一代卫功能的新一代卫星导航与定位系统星导航与定位系统 。1.1.概念概念3一、全球定位系统全球定位系统：1.概念3卫星定位技术发展的回顾卫星定位技术发展的回顾 1957 1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，4040多年多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。领域，得到了极广泛应用。人造地球卫星的出现，首先引起了各国人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门军事部门的高的高度重视。度重视。19581958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite SystemNavy Navigation Satellite SystemNNSSNNSS）。由）。由于该系统卫星都通过地极，也称于该系统卫星都通过地极，也称“子午子午(Transit)(Transit)卫星系卫星系统统”。19641964年该系统建成，并在美国军方启用。年该系统建成，并在美国军方启用。19671967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。4卫星定位技术发展的回顾1957年世界上第一颗人造地球卫星定位技术发展的回顾卫星定位技术发展的回顾 尽管尽管NNSSNNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该系统卫星数目少（但由于该系统卫星数目少（5-65-6颗），运行轨道低颗），运行轨道低（1000km 1000km）,观测时间长（观测时间长（1.51.5小时），无法提供连续实小时），无法提供连续实时三维导航，同时获得一次导航解读的时间长，难以满时三维导航，同时获得一次导航解读的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。要求。为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，19731973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星导航卫星授时测距授时测距/全球定位系统全球定位系统”（Navigation Satellite Navigation Satellite Timing and ranging/Global Positioning SystemTiming and ranging/Global Positioning System）简）简称全球定位系统（称全球定位系统（GPSGPS）。）。5卫星定位技术发展的回顾尽管NNSS在导航技术的发展中1.1.在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？要知道几个值？2.2.在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？要知道几个值？3.3.要精确知道一个人在地球上的位置，必须知道要精确知道一个人在地球上的位置，必须知道几个值？至少需要几颗卫星？几个值？至少需要几颗卫星？YXAXYZ6探究：1.在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个三边测量术原理 假如你在野外迷了路，假如你在野外迷了路，为了确定你所处的位置，你为了确定你所处的位置，你向一个路人询问，他告诉你向一个路人询问，他告诉你这里离王家村这里离王家村1010千米。你于千米。你于是打开地图，找到王家村，是打开地图，找到王家村，以它为圆心，按比例尺在地以它为圆心，按比例尺在地图上画一个半径相当于图上画一个半径相当于1010千千米的圆（图）。米的圆（图）。然后你又遇到了另外一然后你又遇到了另外一个路人，他告诉你距离李家个路人，他告诉你距离李家村村1515千米。你按同样的方法，千米。你按同样的方法，绘制第二个圆（图）。现绘制第二个圆（图）。现在，你得到了两个交点，你在，你得到了两个交点，你必定处在其中一个点的位置。必定处在其中一个点的位置。这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村1010千米。当你把这个圆在地图上千米。当你把这个圆在地图上画好后，你的位置也就一目了然了（图）。这就是三边测量术的原理。画好后，你的位置也就一目了然了（图）。这就是三边测量术的原理。8三边测量术原理假如你在野外迷了路，为了确定你所处的位置，你2.定位原理：定位原理：颗卫星定位一点颗卫星定位一点R1R2R3R4ACDB3 3 GPSGPS的定位原理与的定位原理与“三边测量三边测量术术”原理相似。不同的是原理相似。不同的是3 3颗卫星颗卫星代替了代替了3 3个村子，地图上平面的圆个村子，地图上平面的圆变成了三维的球面。变成了三维的球面。如图如图GPSGPS接收机接收接收机接收GPSGPS卫星卫星A A、B B、C C传来的信号，计算出接收机传来的信号，计算出接收机与它们之间的距离，然后分别以与它们之间的距离，然后分别以3 3颗卫星为球心，以该卫星到接收颗卫星为球心，以该卫星到接收机之间的距离为半径，机之间的距离为半径，“绘制绘制”3 3个巨大的球体。个巨大的球体。3 3个球体会交于两个球体会交于两点，其中那个与地球表面相交的点，其中那个与地球表面相交的点就是这台点就是这台GPSGPS接收机所处的位置，接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处然后通过计算得到该接收机所处的经纬度。卫星的经纬度。卫星D D测量测量GPSGPS接收机接收机所在的高程。所在的高程。92.定位原理：颗卫星定位一点R1R2R3R4ACDB3.GPS3.GPS的组成的组成103.GPS的组成10“21+3”24颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6个轨道平面内个轨道平面内空间部分空间部分（1）空间部分）空间部分12“21+3”空间部分（1）空间部分12v请思考：请思考：读读右图，右图，相相邻两个邻两个GPS星座卫星轨星座卫星轨道平面之间道平面之间的夹角是多的夹角是多少度少度?()v每个卫星每个卫星轨道上各有轨道上各有几颗卫星几颗卫星?它它们两两相隔们两两相隔多少度多少度?()604颗颗；9013请思考：读右图，相邻两个GPS星座卫星轨道平面之间的夹角是（2）地面监控部分）地面监控部分地面控制设备地面控制设备14（2）地面监控部分地面控制设备14GPSGPS信信号号接接收收机机（3）用户设备）用户设备15GPS信号接收机（3）用户设备151616二、二、GPS的作用、功能和特点的作用、功能和特点特点：特点：（1）全天候，）全天候，不受天气影响；不受天气影响；（2）全球覆盖；）全球覆盖；（3）三维定速定时三维定速定时高精度；高精度；（4）快速省时快速省时高效率；高效率；（5）应用广、功能多。）应用广、功能多。作用：作用：可以快速精确地确定地面某点的可以快速精确地确定地面某点的位置位置 （经度、纬度）和高程（经度、纬度）和高程，甚至速度、距离和航向等。，甚至速度、距离和航向等。主要功能：主要功能：定位和导航定位和导航20二、GPS的作用、功能和特点特点：（1）全天候，不受天气影响1、军事方面、军事方面 随着卫星技术在军事领域的广泛运用，战争的陆、海、空三维随着卫星技术在军事领域的广泛运用，战争的陆、海、空三维空间已发展到陆、海、空、天、电（磁）五维空间。在海湾战争中，空间已发展到陆、海、空、天、电（磁）五维空间。在海湾战争中，美国航天司令部统一指挥了约美国航天司令部统一指挥了约70颗卫星，支援陆海空作战，海湾战颗卫星，支援陆海空作战，海湾战争也因此被称为争也因此被称为“第一次空间战争第一次空间战争”。显然，谁拥有。显然，谁拥有“制信息权制信息权”，谁就能掌握高技术战场的主动权，而，谁就能掌握高技术战场的主动权，而“制信息权制信息权”又离不开又离不开“制制天权天权”。“制天权制天权”与美国国家导弹防御系统也有着密不可分的联系，与美国国家导弹防御系统也有着密不可分的联系，如果卫星被毁或如果卫星被毁或“致盲致盲”它就会瘫痪，因此，美国在打它就会瘫痪，因此，美国在打“卫星战卫星战”方面比谁都起劲。方面比谁都起劲。作用：给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位作用：给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位和导航信息；同时也应用于野外行进中的单兵和移动和导航信息；同时也应用于野外行进中的单兵和移动装置的定位及跟踪装置的定位及跟踪三、三、GPS的应用的应用221、军事方面随着卫星技术在军事领域的广泛运用23232424252526262、交通方面、交通方面三、三、GPS的应用的应用GPSGPSGPSGPS在交通运输中的作用在交通运输中的作用在交通运输中的作用在交通运输中的作用272、交通方面三、GPS的应用GPS在交通运输中的作用27GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘探、地壳运动观测、地籍测量等领域。3、测量方面、测量方面三、三、GPS的应用的应用28GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘探、地壳运动观测、地籍3、测量方面、测量方面 本次测量除采用本次测量除采用1975年时的传统测量方法外，还采年时的传统测量方法外，还采取取GPS测量系统测量系统。珠穆朗玛峰高度最新测量结果为珠穆朗玛峰高度最新测量结果为8844.43米米参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度程测量精度0.21米；峰顶冰雪深米；峰顶冰雪深度度3.50米。米。2005年年10月月9日上午日上午10时，国家时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：玛峰高度最新测量结果：三、三、GPS的应用的应用293、测量方面本次测量除采用1975年时的传统测大坝变形监测大坝变形监测30大坝变形监测30GPS地面形变分析技术在我国地面形变分析技术在我国98年抗洪年抗洪救灾工作中发挥了极其重要的作用。救灾工作中发挥了极其重要的作用。31GPS地面形变分析技术在我国98年抗洪31GPS地面形变分析技术在我国地面形变分析技术在我国98年抗洪年抗洪救灾工作中发挥了极其重要的作用。救灾工作中发挥了极其重要的作用。32GPS地面形变分析技术在我国98年抗洪32通过通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光信息和报警目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光提醒值班人员进行应急处理。提醒值班人员进行应急处理。4、紧急援助、紧急援助三、三、GPS的应用的应用33通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事 在在2006年的年的“五一五一”黄金周，黄金周，12位北京户外运动爱位北京户外运动爱好者在内蒙古库布其沙漠进行徒步穿越时被困，其中一位好者在内蒙古库布其沙漠进行徒步穿越时被困，其中一位队员不幸遇难。由于遇险地点位于沙漠深处，给搜救工作队员不幸遇难。由于遇险地点位于沙漠深处，给搜救工作带来很大困难。所幸的是探险队员们随身带了带来很大困难。所幸的是探险队员们随身带了GPS全球卫全球卫星定位手持机，通过星定位手持机，通过GPS定位准确地向救援人员报告了遇定位准确地向救援人员报告了遇险地点的经纬度坐标，救援人员也通过险地点的经纬度坐标，救援人员也通过GPS定位，在茫茫定位，在茫茫沙漠中找到了被困队员。这次意外，让更多人知道了沙漠中找到了被困队员。这次意外，让更多人知道了GPS这个名词。如果没有这个名词。如果没有GPS，在没有向导的情况下，这样的，在没有向导的情况下，这样的沙漠穿越与救援几乎是不可想象的。沙漠穿越与救援几乎是不可想象的。在旅游及野外考察中的应用在旅游及野外考察中的应用34在2006年的“五一”黄金周，12位北京户5、农业方面、农业方面（1）精准农业耕作）精准农业耕作 利用利用GPS技术，配合遥感技术（技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系统）和地理信息系统（GIS），能够做到监测农作物产量分布、），能够做到监测农作物产量分布、土壤成分和性土壤成分和性质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药，节约费用、降质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药，节约费用、降低成本、达到增加产量提高效益低成本、达到增加产量提高效益 的目的。利用差分的目的。利用差分GPS技技术可以做到：土壤养分分布调查术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量监测作物产量、合理、合理施肥，精确农业管理。施肥，精确农业管理。在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合GPS可可绘出作物色彩变化图。利用绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量定位采集一定数量 的土壤的土壤及作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的及作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的土壤含量的系列分布图。土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生这样可以做到精确地对作物生长进行管理。长进行管理。三、三、GPS的应用的应用355、农业方面（1）精准农业耕作利用GPS技术（2）在林业管理方面的应用）在林业管理方面的应用 GPS技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，木材面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边对森林火灾周边测量，寻找水源和测定地区界线等方面可以发挥其独特的测量，寻找水源和测定地区界线等方面可以发挥其独特的重要的作用。重要的作用。在森林中进行常规测量相当困难，而在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置 和面积，和面积，绘制精确的森林分布图。绘制精确的森林分布图。（3）GPS技术用于森林防火技术用于森林防火它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机，接收机，使使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。（4）鱼群定位）鱼群定位5、农业方面、农业方面三、三、GPS的应用的应用36（2）在林业管理方面的应用（4）鱼群定位5、农业方面三、GP1.1.在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息（己所处的具体位置信息（）A.A.指南针指南针 B.GPSB.GPS设备设备C.C.遥感图像遥感图像 D.D.地形图地形图课堂巩固课堂巩固2.2.在海湾战争中，美英联军的制导导弹不在海湾战争中，美英联军的制导导弹不受浓烟、沙尘的影响，是因为采取了（受浓烟、沙尘的影响，是因为采取了（）A.RSA.RS技术技术 B.GPSB.GPS技术技术C.GISC.GIS技术技术 D.D.空间分析技术空间分析技术BB371.在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息（3.3.利用利用GPSGPS卫星定位时，地面上任何一点，在任卫星定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上空至少有（）一时刻，地面上空至少有（）A.A.一颗一颗GPSGPS卫星卫星 B.B.二颗二颗GPS GPS 卫星卫星C.C.三颗三颗 GPSGPS卫星卫星 D.D.四颗四颗 GPSGPS卫星卫星4.4.无论是在飞机或汽车上，还是在野外考察旅行，无论是在飞机或汽车上，还是在野外考察旅行，只要拥有手机大小的只要拥有手机大小的GPSGPS信号接收机，你就能随信号接收机，你就能随时知道（）时知道（）A.A.自己所在地的季节自己所在地的季节 B.B.自己所在地的天气自己所在地的天气C.C.自己所在地的地理坐标自己所在地的地理坐标 D.D.自己所在地的气候自己所在地的气候DC383.利用GPS卫星定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上5.5.下列关于全球定位系统的叙述。不正确下列关于全球定位系统的叙述。不正确()()A.GPSA.GPS是利用卫星进行导航、定位的系统是利用卫星进行导航、定位的系统B.GPSB.GPS包括两大部分，即空间部分和地面控制部包括两大部分，即空间部分和地面控制部分分C.GPSC.GPS卫星星座由卫星星座由2424颗卫星组成颗卫星组成D.D.野外旅行，只要拥有野外旅行，只要拥有GPSGPS信号接收机，可随时信号接收机，可随时知道自己所处的经纬度知道自己所处的经纬度B395.下列关于全球定位系统的叙述。不正确()A.GPS是D6 6下列不属于北斗导航计划应用范畴的下列不属于北斗导航计划应用范畴的是是()A A野外考察时用以空间定位野外考察时用以空间定位B B为行驶的汽车提供精确的速度、时间信息为行驶的汽车提供精确的速度、时间信息C C为飞行中的民航客机提供三维坐标为飞行中的民航客机提供三维坐标D D为无线移动手机用户提供实时的通信服务为无线移动手机用户提供实时的通信服务40D6下列不属于北斗导航计划应用范畴的407.1993年年4月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞行途中不幸遇上沙暴，飞机被迫降落在撒哈拉大沙漠里。飞行途中不幸遇上沙暴，飞机被迫降落在撒哈拉大沙漠里。与阿拉法特失去联系的巴勒斯坦解放组织总部使尽浑身解与阿拉法特失去联系的巴勒斯坦解放组织总部使尽浑身解数寻找未果，最后只好借助美国的侦察卫星。十几小时之数寻找未果，最后只好借助美国的侦察卫星。十几小时之后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飞机的准确位置，使阿拉后，才在茫茫沙漠中找到了迫降飞机的准确位置，使阿拉法特获救。据此回答（法特获救。据此回答（1）（）（2）题：）题：（1）美国使用的这种卫星救援系统是（）美国使用的这种卫星救援系统是（）A.数字地球系统数字地球系统B.RS遥感系统遥感系统C.GIS地理信息系统地理信息系统D.GPS全球定位系统全球定位系统（2）撒哈拉大沙漠，位于（）撒哈拉大沙漠，位于（）A.西亚阿拉伯半岛西亚阿拉伯半岛 B.非洲大陆南回归线附近非洲大陆南回归线附近C.非洲大陆北回归线附近非洲大陆北回归线附近 D.澳大利亚南回归线附近澳大利亚南回归线附近DC417.1993年4月，巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞