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1、全球定位系统的应用,内 容,GPS的概念及由来GPS的系统组成GPS的定位原理GPS的应用,一、全球定位系统(GPS)Global positioning system,1.概念：利用卫星网络来获得地面某点经纬度和高程的系统。,2、由来：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”,它能够实时测量“四度”：经度、纬度、高度、速度。,3.组成：包
2、括三大部分 空间部分、地面控制部分、用户设备部分,空间部分,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，各卫星升交角距差90,为了减少误差，一般要求4颗卫星，用于定位的4颗卫星称为定位星座。,地面监控部分,由1个主控站、3个注入站、5个监测站组成,卫星上各种设备是否正常工作,是否一直沿预定轨道运行,要由地面设备监控,1个主控站：其任务是提供GPS系统的时间基准，控制地面站组的工作。处理各监测站送来的数据，并把这些导航信息送到注入站。卫星偏离预定位置太远时，控制其轨道，把它拉回设定的位置；卫星失效时，调用备用卫星，取代失效卫星。3个注入站：其任务是卫星通过其上空时，
3、把导航信号注入卫星，每颗卫星每八小时注入1次。5个监测站：任务是在卫星过顶时收集卫星播发的导航信号，对卫星进行连续监控，收集当地的气象数据。其收集的数据均送往主控站。,用户设备,用于精密大地测量,导航接收机,3、用户设备部分包括GPS接收机和数据处理软件等。通过实时处理确定观测点的三维坐标.,GPS 系统的组成,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
4、要至少四颗卫星的信号。,GPS的定位原理,由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可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，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。,GPS的定位原理,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
5、，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,GPS功能,1、定位:2、导航:,我现在在哪里？,我要去哪里？如何去？,3.跟踪。跟踪-监视人或物体的运动。4.绘图。用于绘制世界地图。,四、全球定位系统的应用,1、军事方面,该系统曾被美军在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争中广泛运用，并发挥了巨大威力。导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现，无不依赖于GPS.为了提高精确度，美国国防部在实际运行的时候，又增加4颗卫星，使得卫星总数达到28颗，精确度也相应地提高到了7米。美国地面部队在人生地不熟的沙漠里，正是靠GPS的指向，才顺利完成了各项军事任务。,四、全球定位系统
6、的应用,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,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：,许多水库库区的滑坡体是要定期监测的。现在许多科技人员在这种监测工作中使用了GPS（全球定位系统）技术，只要滑坡体产生1毫米的移动，GPS就像火眼金睛一样能发现它，这是以前常规的外观测量方法难以想象的。,四、全球定位系统的应用,车载型GPS机,3、交通方面,出租车、租车服务、物流配送等行业利用GPS对车辆进行跟踪、调度管理，合理分布车辆
7、，以最快的速度响应用户的乘车或送请求，降低能源消耗，节省运行成本。民航运输通过GPS接收设备，使驾驶员着陆时能准确对准跑道，同时还能使飞机紧凑排列，提高机场利用率，引导飞机安全进离场。,1.防盗功能：当车主离开车辆，车辆处于安全设防状态时，如果有人非法开启车门或发动车辆，车辆会自动报警，此时车主手机、车辆监控中心同时收到报警电话，不劳车主费脑伤神，监控中心的值班人员会立即联系110报警；且车辆自动启动断油、断电程序。2.反劫功能：车开到郊外，如果遇到几个悍匪劫车，也不再是孤军奋战。在GPS系统支持下，车主只要按下报警开关，车辆会向监控中心发出遇劫报警。如果报警开关被悍匪发现并遭到破坏时，遭破坏
8、的系统能自动发出报警信号，监控中心便立即启动实现自动跟踪系统，立刻将车辆的位置信息反馈给110，以便对车主进行及时营救。3.导航功能：即电子地图功能。车主只要输入起点和终点，该系统便立即将两地之间的最佳捷径指给车主。可惜的是这项技术目前在中国短期内还是一种概念。据说，中国一汽等企业已开始着手研发自主导航系统，因此车主有理由相信不久的将来可发挥GPS的导航作用。,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,在2006年的“五一”
9、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。,四、全球定位系统的应用,5、农业方面,（1）精准农业耕作,实际操作：把GPS接收机装在拖拉机或收割机等机械上，通过GPS接收机记录下各地方氮、磷、钾的缺少量，蔬菜、水稻、甘蔗、树林等的长势、成熟情况等的
10、精确位置，并与计算机GIS系统连接起来合理安排农事、林事（施肥量、收割、补种等）。,北京市密云精准林业示范基地,四、全球定位系统的应用,5、农业方面,（2）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。,（3）鱼群定位,997c SI Combo GPS能够监测岩石之下情况，当然也能掌握水下的动静。它用800Mhz的频率扫描海平面下150英尺的情况，并将它反映到GPS产品的地图之上。,这款997c SI Combo GPS的售价高达1999美元，其中预装了美国地图的河流以及湖泊的详细资料.,6、娱乐在随着GPS接收机
11、的小型化和价格的降低，GPS逐渐走进了人们的日常生活，成为人们旅游、探险的好帮手。通过GPS，可在陌生的城市里迅速地找到目的地，并以最优的路径行驶；野营者可快捷地找到合适的野营地点；,四、全球定位系统的应用,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。,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。,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
12、星导航定位系统也在发展，而“伽利略”系统也大有后来居上的味道。,据有关专家预测，在美国，只是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。,GPS前景,1.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2.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,3、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,
