全球定位系统及其应用

在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去轰炸哪个城市吗？”飞行员回答：“不知道。”“那你怎么去轰炸呢？”“容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没啥两样。”这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。我们反对战争，但要想能更好的维护世界和平，我们也需要了解GPS——全球定位系统这种现代地理信息技术。一、全球定位系统(GPS)具有海陆空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一带卫星导航与定位系统。通俗地说：利用卫星，在全球范围内适时进行导航、定位的系统1.概念：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，你向一个路人询问，他告诉你这里离王家村10千米。你于是打开地图，找到王家村，以它为圆心，按比例尺在地图上画一个半径相当于10千米的圆（图Ａ）。然后你又遇到了另外一个路人，他告诉你距离李家村15千米。你按同样的方法，绘制第二个圆（图Ｂ）。现在，你得到了两个交点，你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10千米。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Ｃ）。这就是三边测量术的原理。2.原理：如图GPS接收机接收GPS卫星A、B、C传来的信号，“绘制”3个巨大的球体。3个球体会交于两点，其中那个与地球表面相交的点就是这台GPS接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处的经纬度。卫星D测量GPS接收机所在的高程。GPS定位原理GPS的定位原理与“三边测量术”原理相似。不同的是3颗卫星代替了3个村子，地图上平面的圆变成了三维的球面。3.组成：（1）24颗卫星星座空间部分•请思考：读右图，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?它们两两相隔多少度?()60度4颗，90度思考：（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]（2）1个主控站3个注入站5个监控站地面控制手机和手表上的GPS手持型的GPS测绘使用的GPS航空与航海使用的GPSGPS信号接收机类型导航接收机测地接收机授时接收机应用用于运动载体的导航，分为车载型、航海型、航空型和星载型用于精密大地测量用于天文台及无线电通讯特点能够实时给出载体的位置和速度，价格便宜，应用广泛定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵利用GPS卫星提供的高精度时间进行授时（3）用户设备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3.组成：（2）地面监控系统对卫星进行监测和调控。4.工作过程：（1）向GPS卫星发送导航定位信号（3）用户系统接受GPS卫星发射的信号后进行导航、定位。全球定位系统的特点•(1)全球，全天候工作。•(2)能为用户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。•(3)定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。•(4)功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用．而且其应用领域不断扩大。中国——“北斗”卫星（P97活动）美国——最早、最成熟俄罗斯——GLONASS欧洲——“伽利略”计划日本——准天顶卫星导航系统澳大利亚——LOCATA全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。目前的全球覆盖率为98%。在美国,GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月,航天飞机升空,共同给列为20世纪“三大航天工程”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。它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度1、定位:2、导航:我现在在哪里？我要去哪里？如何去？二、全球定位系统与定位导航军事、交通、邮电、地矿、建筑、农业、气象、土地管理、金融、测绘、救援、公安等。3、作用:4、应用:1.GPS在军事上的应用军事是GPS技术最早的应用领域,主要是为各种军事活动提供定位导航.在现代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用GPS技术进行定位导航。伊拉克战争中GPS制导武器占有很大的比重.海湾战争中美军几乎所有的坦克、装甲车、飞机、舰船、各级指挥部和陆军小分队都装备了GPS接收机，总数超过5万部。在轨的16颗GPS卫星，每天可提供19小时的三维数据，精度10-16米，测速精度0.1米/秒。2.民用GPS主要用于交通车辆导航管理、航空器定位及导航，以及地震监测、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态研究等方面。GPS地面形变分析技术在我国98年抗洪救灾工作中发挥了极其重要的作用。【阅读指导】车载GPS的功用信息接收信息发射应用领域通过车载GPS,可以在显示屏上及时查看车辆所在的经纬度、运行轨迹、速度、行进方向等车载电台把定位信息发送给监控中心，在电子地图上显示出来，可对车辆进行调度指挥城市公共汽车调度管理，旅游区车辆报警与调度，海关、公安、海防等部门对车辆的调度与监控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。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。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）鱼群定位精确的农业航空导航专业精准农业野外数据采集软精确自动导航、自动驾驶辅助系统专业的农业平行收割、播种选项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。【阅读指导】GPS在航海、航空导航中的应用应用类型应用领域应用作用航海应用航空应用向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海图、海迹显示避免船只冲撞，确保航行安全把自己的位置和航向发送到航海管理中心便于中心的跟踪、搜寻和救援空域航路、着陆、机场监视和管理实现空域划分、空中交通流量管理、飞行路径管理“3S”技术的区别1.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（）A.指南针B.GPS设备C.遥感图像D.地形图2.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（）A、RS技术B、GPS技术C、GIS技术D、空间分析技术BB3.在海湾战争中，美国获取大规模轰炸的信息资料主要应用了（）①遥感技术②地理信息系统③全球定位技术④多媒体合成技术A.①③B.②④C.①②D.③④A课堂巩固：4.GPS系统是哪些技术的结晶（）①航空航天技术②无线电通信技术③计算机技术④基因工程A.①②④B.①③④C.②③④D.①②③5.配备GPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的()①三维位置②三维方向③运动速度和时间④伊军士兵位置A.①②④B.①②③C.②③④D.①③④DB6.导航、授时和测距全球定位系统由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上绕地球运转，接收并传递信息。如果要确定一个人（或船只、车辆、飞机等）所处的位置，使用的卫星不能少于（）A.一颗B.两颗C.三颗D.六颗C