高中地理高二：3.1全球定位系统的应用

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？这些方法有什么不足？现在有没有更简单、更准确的方法？手持型GPS机车载型GPS机1.在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？2.在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？3.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？（分组讨论、主动探究）YXAXYZ卫星定位的基本原理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。通常应用三颗卫星的数据就可以进行定位，但要保证对目标实时观测（诸如提供目标运动数据等），则需要至少四颗卫星的信号。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发射成功，40多年来，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，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958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“海军导航卫星系统”（NavyNavigationSatelliteSystem——NNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。1967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。卫星定位技术发展的回顾尽管NNSS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（5-6颗），运行轨道低（1000km）,观测时间长（1.5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，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973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“导航卫星授时测距/全球定位系统”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）简称全球定位系统（GPS）。主控站：1个监测站：5个注入站：3个一、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二、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。美国认为这是对它的威胁，这是和美国GPS系统的脆弱性相联系的。与欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”（GLONASS）系统相比，美国GPS系统的抗干扰能力较弱，因为在一般情况下，从卫星反馈到地面的信号很小，如果对方采取瞄准式干扰、阻塞式干扰或欺骗式干扰，都会使GPS接收机无法正常工作，从而使其导航定位精度降低或产生误导。例如对方用装有模仿GPS信号发生装置的飞机不断在特定空域飞行，因飞机离地面近信号比卫星强得多，就可以干扰GPS终端的信号接收。特别是美国GPS系统各星之间信号频率和调制方式相同。其他国家的卫星定位系统欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”、中国的“北斗”等全球卫星导航定位系统也在发展，“格洛纳斯”系统在上世纪70年代就开始研制、1984年首颗卫星就已入轨、从1993年到2000年先后有24颗卫星并网，它在其他性能方面也不是吃素的，而“伽利略”系统也大有后来居上的味道。三、全球定位系统的作用、功能和特点：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。主要功能：定位和导航1、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。飞行员跳伞后在脚触地的一刹那，通过手持式信号发射器发出紧急呼救信号，当间谍卫星把呼救信号传送到北约空袭南联盟指挥所后，美军立即安排了救援行动。6小时后，当一架EA—6B电子干扰机发现飞行员的准确位置时，一架MH—60G搜索与救援直升机降落在飞行员面前，将飞行员接上直升机并安全返回基地。据此回答：（1）飞行员发出的呼救信号是系统信号，该系统包括三大部分、、。（2）北约轰炸的科索沃，其气候属于，该气候的形成原因是。巩固练习：GPS空间部分地面监控部分用户设备部分地中海气候冬季受西风带的影响，夏季受副热带高压的控制四、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轰炸前后的巴格达卫星图案例阅读：GPS在交通运输中的作用四、全球定位系统的应用车载型GPS机2、交通方面四、全球定位系统的应用3、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：地处北回归线以北5°，在崇山峻岭之间，幽深而绵长地躺卧着一条“巨龙”——世界上最深和最长的峡谷，1998年10月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷科学地定名为——雅鲁藏布大峡谷。其峡谷核心河段平均深度为5000米，最深处达5382米，峡谷长496.3千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁科尔卡大峡谷（深3200米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为74米，一般宽在80至200米之间。世界上最大的峡谷－－美国科罗拉多大峡谷,也是地球上自然界7大奇景之一。该大峡谷全长347千米,宽6至29千米,深1600米,位于美国西部亚利桑那州北部的凯巴布高原。雅鲁藏布江大峡谷的基本特点可以用十个字来概括：高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。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、紧急援助四、全球定位系统的应用案例：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。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。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。四、全球定位系统的应用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。四、全球定位系统的应用5、农业方面（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）鱼群定位四、全球定位系统的应用6、休闲娱乐把全球定位系统（GlobalPositioningSystem-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。2.利用GPS卫星定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上空至少有（）A.一颗GPS卫星B.二颗GPS卫星C.三颗GPS卫星D.四颗GPS卫星3.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GPS信号接收机，你就能随时知道A.自己所在地的季节B.自己所在地的天气C.自己所在地的地理坐标D.自己所在地的气候4.遥感的优点有①用途广②手段多，获得的信息量大③不受地面条件限制④成本低、效益大A.①②B.①②③C.①②④D.①②③④5、1993年4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。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（1）～（2）题：（1）美国使用的这种卫星救援系统是（）A.数字地球系统B.RS遥感系统C.GIS地理信息系统D.GPS全球定位系统（2）撒哈拉大沙漠，位于（）A.西亚阿拉伯半岛B.非洲大陆南回归线附近C.非洲大陆北回归线附近D.澳大利亚南回归线附近开放性作业：列表比较GPS在下列领域中的应用和特点领域主要作用特点案例军事测量交通救援农业休闲GPS的空间部分的组成6个轨道面平均轨道高度20200km轨道倾角55周期11h58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次）GPS的空间部分①GPS的空间部分②GPS卫星星座设计星座：21+321颗正式的工作卫星+3颗活动的备用