第4章-自动跟踪技术

第四章自动跟踪技术•1．GPS系统概述•美国与伊拉克战争•轰炸中国驻南斯拉夫大使馆•UPS了解几百架飞机各自状态•(1)概念•全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)是利用导航卫星进行测时和测距，使地球上的任何用户都能确定自己所处的方位，是由一系列卫星组成的，它们24h提供高精度的世界范围的定位和导航信息。•2.发展历程•GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。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，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。发展历程•GPS系统的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意•子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。•由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。发展历程•美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。发展历程•美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS系统得以取得成功的一个重要基础。发展历程•海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局(JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表发展历程•第一阶段•方案论证和初步设计阶段。•从1978年到1979年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射4颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为26560km，倾角64度。轨道高度20000km。这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满意。发展历程•第二阶段•全面研制和试验阶段。•从1979年到1984年，又陆续发射了7颗称为“BLOCKI”的试验卫星，研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达14米。发展历程•第三阶段•实用组网阶段。•1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为“BLOCKII”和“BLOCKIIA”。此阶段宣告GPS系统进入工程建设状态。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。3．GPS系统的组成•GPS系统主要包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座，地面控制部分——地面监控系统，用户设备部分——GPS信号接收机。第二节GPS的工作原理及特点•在GPS观测中，得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，形成3个方程，解出观测点位置（x、y、z）。•卫星的时钟和接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数（x、y、z、时钟差），引入第4颗卫星，形成4个方程式，得到观测点的经纬度和高度。GPS的特点1、定位精度高GPS相对定位精度在50km以内可达6m，100~500km可达7m，1000km可达9m。2、观测时间短20km以内相对静态定位，仅需15~20分钟；快速静态相对定位测量，流动站与基准站相距15km以内，流动站观测时间只需1~2分钟，然后随时定位，每站观测只需几秒钟。•3、操作简便•由于GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”程度；接收机体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻了测量工作者的工作紧张程度和劳动强度，使野外工作变得轻松愉快。•4、全天候作业•GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等恶劣气候影响。•5、抗干扰性好，保密性强•GPS采用数字通信的伪码技术和扩频技术，用户只接收不发送信号，因而具有良好的抗干扰性和保密性。•6、功能多、应用广•GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。•GPS在其他领域中的应用•GPS除了应用于交通运输外，在水力、农业、铁路、地震监测、通信产业、民用航空、测绘和制图、大气科研、管道施工、公共安全、城市规划、土地管理、影视广播等领域也有着及其广泛的应用。GPS手持式GPS第三节GPS的应用•1、交通工具的跟踪、监控（旅游车、货运车、运钞车、邮政车、油罐车、公交车、出租车）•2、交通工具的指挥、引导（巡警车、消防车、急救车）（大梅沙海滨浴场）•3、信息查询（客户查询麦当劳冷藏车信息）•4、出行路线的规划和导航（驾驶者确定起点和目的地，计算机软件自动按要求设计最佳的行驶路线，显示屏在电子地图上显示设计路线、汽车运行路径、运行方法）•5、紧急救助（医院双向通话指导救护车上的医生实施治疗、救护指引道路、调度离患者位置最近的救护车指令、最优路径指引）6、空中航路导航、监视（航空导航、进场着陆、空中交通管制）7、实时调度8、个人通讯终端（与手机集成一体如：诺基亚GPS导航模块、地震中应用GPS手机、小孩、老人）9、出租司机的报警GPS在交通运输行业的应用实例出租车城市出租车管理部门、大型出租车公司采用这个方案可以降低车辆空载率，提高营运效率，方便市民叫车，改善城市和出租车公司形象。保障乘客和出租车驾驶员的安全。公交行业公交公司采用这个方案可以降低乘客等车和乘车时的不确定感，降低驾驶员的工作强度，提高车辆利用率，改善公交公司和城市的形象。物流行业物流公司、邮政公司采用这个方案可以降低货主、车主和配送人员的不确定感，提高营运效率，提高客户的满意程度，改善公司形象。公安部门公安局采用这个方案可以及时处理报警，提高处理报警的效率，对犯罪分子具有很强的震慑作用。紧急联动卫生部门、医院采用这个方案可以给社会提供更及时的紧急救护服务、挽救紧急伤病人的生命。移动信息服务网站，旅游公司采用这个方案可以为移动用户提供高度个性化的信息服务。运输行业运输企业可以在办公室低成本实时调度自己的车辆，提高车队利用率。车队管理环卫局，建筑公司等拥有车队的企业采用这个方案可以分析车辆的利用情况，作为车辆配备、路线调整和驾驶员考核的依据。GPS的智能运输系统第四节网络GPS系统•网络GPS，把Internet技术与GPS技术相结合，在互联网界面上显示GPS动态跟踪信息，以实现实时监控、动态调度的功能。GPS应用系统的典型结构图•网络GPS特点：•1、成本较低•免除了物流运输公司自己设置监控中心的大量费用，不仅包括硬件配置，还包括各种管理软件；•2、功能多、精度高、覆盖面广•在全球任何位置均可以进行车辆的位置监控，充分保障网络GPS所有用户的要求都能够得到满足；•3、定位速度快•有力地保障物流运输企业能够在业务运作上提高反应速度，降低车辆空驶率，降低运作成本，满足客户需要；•4、信息传输采用GSM公用数字移动通信网，具有保密性高、系统容量大、抗干扰能力强、漫游性能好、移动业务数据可靠等优点；•5、构筑在国际互联网这一最大的网上公共平台上，具有开放度高、资源共享程度高等优点。网络GPS系统的功能：（1）实时监控（定位功能，如：麦当劳的冷藏车/UPS全球范围内进行管理和调度）（2）双向通信（语言功能指导救护车上的医生对患者实施救治）（3）动态调度（未返回车队前做好待命计划）（4）运能管理（在途信息辅助决策，减少空车时间）（5）数据存储与分析（事先路线规划和路线优化存储以备以后查询）（6）可靠性分析（计算运输工具的平均差错时间，动态衡量该型号车辆的性价比）（7）服务质量跟踪（异地查询车辆的运行状况、在途信息、运能信息、位置信息的用户关心的信息）GPS车辆监控系统概述GPSVEHICLETAILING&CONTROLLINGSYSTEMPROFILE•行业背景GPS车辆监控系统是上海大众科技有限公司研发的高科技产品，该系统将GPS卫星定位技术、GSM无线通信技术、GIS地理信息系统技术、互联网技术有机结合，针对不同类型车辆如旅游车、货运车、客运车、公交车、出租车、私家车、政府部门车辆及各种特种车辆如警用车、运钞车、消防车，救护车、油罐车、邮政车、工程抢险车等，可提供系统监控中心的整体解决方案．监控中心通过通讯可实时获得车辆的地理位置、运行方向、运行速度、及各种状态信息，对车辆进行实时监控、调度、发布服务信息、受理各种类型的报警信息等。本系统扩展性强，配置灵活方便，规模可大可小，监控中心可适应小到几辆车，大到数万辆车的监控和管理。本系统结构简图系统功能（解决方案的具体功能）定位功能24小时连续不断地监控移动目标的准确位置、速度、方向等信息，显示在电子地图上。车辆状态反馈可在任何时候反馈车辆的点火熄火情况，开关门及行驶距离。智能型电子地图高精度，矢量化的电子地图，可实现分层次、多窗口、多种显示方式、画面自动缩放和移动、自动调节画面信息量、测距等功能报警功能中心可受理车载终端的各种报警(如；非法移动，非法开关车门，越界，超速，紧急求助等)信号，锁定该报警目标，然后即可根据情况做必要处理(如监听，跟踪，提醒司机、遥控断油熄火等等)轨迹显示功能系统可存储监控目标轨迹等多项参数，并可显示信息查询功能案例：GPS在中远物流的应用•在京石高速公路上，一辆标有COSCO醒目标志的大型集装箱冷藏运输车正在飞速行驶着，在驾驶室里，一个小型显示屏上跳动着几行数据，这是中远国际货运公司的车辆调度管理系统。•此时此刻，几百公里之外的北京总部非常想知道，这批正在运输过程中的冷藏物品是否安全及到达目的地的确切时间。中远国际货运公司车队调度中心通过南方卫星通信服务有限公司设立的SST网络管理中心接收到从通信卫星上发来的信息，然后迅速将信息发到货主的E-mail信箱中——货品非常安全，两小时后抵达目的地。此时，货主也通过因特网查询到货物的流向，货主放心了。•使用该系统一系列优势：•（1）该系统不仅可以报告车辆所在的最新位置，还可以随时主动地获得车辆的位置信息，预计车辆的到达时间。•（2）调度中心通过双向通信将运输要求、任务及时地发送给司机，以实现“实时调度”。•（3）该系统通过大致描绘特定车辆完成某次任务的行进路线，在一定程度上约束了司机的不良行为，如故意绕行等，减少了因此造成的车辆损耗及有关费用的支出，加强了车次管理。•（4）通过双向通信，司机将与车、货相关的情况及时反馈到调度中心，方便客户第一时间了解在途货物的状况，合理、有效地安排接、出货的时间和有关售货员的配备。我想到的GIS应用，你想到了吗？•邮政编码增城511300？•电话号码826687668266华商学院一带•查IP和网站定位•查手机号归属地•查验身份证号码•天气预报查询•华商学院教学楼、宿舍楼、实验楼、教师住宅查询•华商学院历年专升本分布图、就业分布图、生源分布图•114号码百事通GoogleearthGIS数据信息（二）GIS技术及其应用自然资源管理石油天然气勘测水利信息化矿产资源管理土地资源管理日常生活公共卫生企业服务智能交通管理ATM机网点分布政治军事防洪抗灾人口统计城市规划战争情报一、地理信息