全球定位系统的应用

,第一节 全球定位系统的应用,第三章 地理信息技术的应用,课程标准,运用有关资料，了解地理信息系统在城市管理中的应用。,学习目标,1.,了解：地理信息系统的基本构成和功能。,2.,理解：地理信息系统在城市管理中的作用。,3.,应用：通过收集资料，深入理解地理信息系统的工作原理。,到底什么是,GPS,呢？,概念,GPS,，是英文,Global Positioning System,的缩写词，其意为“全球定位系统”该系统是以人造卫星为基础来确定地球上某一点精确位置的定位系统便携式的,GPS,接收机，一般有电视遥控器大小，上面有按键和液晶显示，可以接收,GPS,卫星所发送的信号人们走到某个地方，按上几下按键，液晶就会标示出所在地的经纬度如果拿它配合精度很高的地图使用，就可以到达任何预定的地点,全球定位系统的组成,用户接收系统,空间卫星系统,地面监控系统,(,三大子系统,),全球定位系统，即,GPS,（,Global Positioning System,），是利用,卫星网络,来获得地面某点的,经纬度,和,高程,的系统。它是美国,20,世纪,70,年代初开始研制，并于,1994,年全面建成。,其主要目的是：为陆、海、空三大领域，提供实时、全天候和全球性的,导航,服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略重要组成。,一、全球定位系统的基本原理,GPS,定位示意图,1.,卫星定位的基本原理,GPS,系统采用“时间同步、单程测距”的原理来实现定位。,简单地说就是用户同时向已知其位置的,3,个导航卫星分别进行距离测量，然后再以该卫星为球心，以所测得的距离为半径，在空间画出,3,个球面，则该,3,个球面的相交点，就是用户的所在位置了。,2.,全球定位系统的系统组成,空间部分,地面监控系统,用户设备部分,全球定位系统,由,24,颗卫星组成（其中,3,颗备用），分布在,6,个轨道平面上。,主要是,GPS,接收机,提供与定位相关的参数和时间信息,主要用于监测和控制卫星及其各种设备的运行,可以确定接收机所在点的位置、速度、到航路终点的距离和航向等信息,（,1,）空间卫星系统,空间卫星系统由均匀分布在,6,个轨道平面上的,24,颗高轨道工作卫星构成，各轨道平面相对于赤道平面的倾角为,55,，轨道平面间距,60,。在每一轨道平面内，各卫星夹角距差为,90,，任一轨道上的卫星比西边相邻轨道上的相应卫星超前,30,。空间系统的每颗卫星每,12,小时沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在低躁音窗口,;,附近发射,L1,、,L2,两种载波，向全球的用户接收系统连续的播发,GPS,导航信号。,GPS,工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对,4,颗以上的卫星进行观测，实现连续、实时地导航和定位。,Block IIR,Block IIA,Block IIA,Block IIR,Block IIF,Block IIR,不同类型的,GPS,卫星,（,2,）地面监控系统。,地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的,5,个监测站、一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监控、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。地面监测站的主要任务是用,GPS,接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。,5,个监控站均为无人职守的数据采集中心。主控站接受各监测站的,GPS,卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入站自身的工作状态数据。根据上述各类数据，及时编算每颗卫星的导航电文传送给注入站。控制和协调监测站间、注入站间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将电文发给了,GPS,用户系统。诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置和姿态，调整备用卫星取代失效卫星。注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星。,（,3,）用户接收系统,用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的,GPS,卫星接收机和,GPS,数据处理软件构成。,GPS,接收机能捕获、跟踪卫星，接收放大,GPS,信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出,GPS,卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。,各 种 接 收 设 备,问题探讨,:,按照理论,我们知道要保证地面各点能接收到信息只要,3,颗卫星就可以了,为什么我们要用,4,颗卫星呢,?,当,GPS,收到,3,颗卫星的信号，它只能计算出,2,维坐标：经度和纬度，这时它可能还会显示高度数据，但这数据是无效的。当,GPS,能够收到,4,颗及以上卫星的信号时，它能计算出本地的,3,维坐标：经度、纬度、高度。,3.,全球定位系统的作用和特点：,特点：,（,1,）全天候，不受天气影响；,（,2,）全球覆盖；,（,3,）三维定速定时高精度；,（,4,）快速省时高效率；,（,5,）应用广泛、多功能。,作用：,可以快速精确地确定地面某点的位置（经度、纬度）和高程，甚至速度、距离和航向等。,4.,接收机信号的解读与操作,表示接收机所在的经纬度位置,数字表示被接收信号的卫星编号，黑色柱长短表示信号的强弱。,卫星分布图描绘了在你处位置（圆心）仰望天空能搜索到的卫星，大圆表示地平线，小圆为抬以,45,角仰望天空的范围，越靠近中心，卫星信号越强。,思考：,（,1,）相邻两个,GPS,星座卫星轨道平面之间的夹角是多少,度？,（,2,）每个卫星轨道上各有几颗卫星？它们两者之间相隔多少度？,60,度,4,颗，,90,度,（,3,）利用,GPS,定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上空至少要有几颗卫星？,A,、,1,颗,B,、,2,颗,C,、,3,颗,D,、,4,颗,（,4,）无论是在飞机或汽车上，还是在野外旅行考察，只要拥有手机大小的,GPS,信号接受机，你就能随时知道自己所在地的：,A,、季节,B,、天气,C,、地理坐标,D,、气候,D,C,二、全球定位系统的应用,1,、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,70,颗卫星，支援陆海空作战，海湾战争也因此被称为,“,第一次空间战争,”,。显然，谁拥有,“,制信息权,”,，谁就能掌握高技术战场的主动权，而,“,制信息权,”,又离不开,“,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，如果卫星被毁或,“,致盲,”,它就会瘫痪，因此，美国在打,“,卫星战,”,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,2,、测量方面,本次测量除采用,1975,年时的传统测量方法外，还采取,GPS,测量系统。,珠穆朗玛峰高度最新测量结果为,8844.43,米参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度,0.21,米；峰顶冰雪深度,3.50,米。原,1975,年公布的珠峰高程数据停止使用。,2005,年,10,月,9,日上午,10,时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：,GPS,在交通运输中的作用,车载型,GPS,机,3,、交通方面,通过,GPS,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。,4,、紧急援助,案例：,2005,年,8,月,10,日傍晚六点左右，飞达,GPS,监控中心接到要求查询粤,S4HXXX,车辆位置的电话，原来驾驶该车辆的赵先生当天下午被一伙歹徒劫持了，这伙歹徒打电话给赵先生的亲人勒索金钱，飞达监控中心迅速查出该车辆停放在惠州市惠环镇离莞惠公路约,100,米的地方，并将情况通知了公司的负责人。傍晚七点半，飞达公司人员到达现场，利用先进的专用设备，很快发现该车辆，为了不打草惊蛇，指示监控中心将车辆断油断电。后来，在当地警察的大力追捕下，将一名探听虚实的贼抓获。警察根据他提供的指示很快找回了被劫持了的赵先生，人和车都完好无损。经审讯，该团伙共有八人，专门伺机对东莞的车主进行绑架勒索，已多次作案，想不到这次栽在卫星定位手里。,5,、农业方面,（,1,）精准农业耕作,利用,GPS,技术，配合遥感技术（,RS,）和地理信息系统（,GIS,），能够做到监测农作物产量分布、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、降低成本、达到增加产量提高效益 的目的。利用差分,GPS,技术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量、合理施肥，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,GPS,可绘出作物色彩变化图。利用,GPS,定位采集一定数量 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土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生长进行管理。,（2）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，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，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重要的作用。在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置 和面积，绘制精确的森林分布图。,（3）GPS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GPS接收机，使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,在旅游及野外考察中的应用,在旅游及野外考察中，比如到风景秀丽的地区去旅游，到原始大森林、雪山峡谷或者大沙漠地区去进行野外考察，,GPS,接收机是你最忠实的向导。可以随时知道你所在的位置及行走速度和方向，使你不会迷失路途。,在,2006,年的“五一”黄金周，,12,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,GPS,全球卫星定位手持机，通过,GPS,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,GPS,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,GPS,这个名词。如果没有,GPS,，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。,6,、休闲娱乐,7,、户外旅游探险：,余纯顺在罗布泊探险遇难时离最近的补给站仅几百米。风沙淹埋了前人走过的足迹，在茫茫荒漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台 GPS接收机，惨剧又何以发生？,在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向的情况下，危险无时无刻不在,手持GPS接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，可安全返航。目前，许多休闲俱乐部围绕GPS功能相继推出“穿越”、“寻宝”、“野外拓展”等都市游戏，丰富了人们周末生活，提高了人们生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。,把全球定位系统（Global Positioning System-GPS）比喻成八爪鱼，是因为它所触及的行业相当广泛，非“八爪”以蔽之，可以说人类的想像力有多宽，其应用就有多广。目前掌上型导航接收机已经问世。可望不久会生产出手表式的GPS导航接收机。携带和使用就更方便。可以说，GPS的应用将进入人们的日常生活，其应用前景非常广阔。GPS的应用，也许仅受人们的想像力制约。,案例研究,神奇的飞机编队,GPS,为飞机编队导航应用示意,例,1,下列关于全球定位系统的叙述。不正确的是,(),A.GPS,是利用卫星进行导航、定位的系统,B.GPS,包括两大部分，即空间部分和地面控制部分,C.GPS,卫星星座由,24,颗卫星组成,D.,野外旅行，只要拥有,GPS,信号接收机，可随时知道自己所处的经纬度,B,解析：,全球定位系统包括三大部分。,即空间星座、地面控制系统和用户系统。,例,2,1999,年,3,月,27,日，北约部队一架,F-117A,隐形战斗机被南联盟防空部队击落。飞行员跳伞后在脚