第五章物流動態(tài)跟蹤技術PPT課件.ppt

1、第五章 物流動態(tài)跟蹤技術第一節(jié) GPS概述第二節(jié) GPS的工作原理第三節(jié) 各國GPS技術及發(fā)展第四節(jié) GPS在物流等領域的應用第五節(jié) 無限定位技術LBS全球四大衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)(1)美國的GPS(2)俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(3)歐洲的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(4)我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)衛(wèi)星定位技術回顧 1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，40年來，人造地球衛(wèi)星技術在通信、氣象、資源勘察、導航、遙感、大地測量、地球動力學、天文學和軍事科學等眾多領域，得到了極廣泛應用。 人造地球衛(wèi)星的出現(xiàn)，首先引起了各國軍事部門的高度重視。1958年底，美國海軍武器實驗室，開始著手建立為美國海軍艦艇導航的

2、衛(wèi)星系統(tǒng)，即“海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極，也稱“子午(Transit)衛(wèi)星系統(tǒng)”。 為滿足軍事和民用對連續(xù)實時和三維導航的迫切要求，1973年美國國防部開始組織陸?？杖?，共同研究建立新一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的計劃，這就是目前所稱的“導航衛(wèi)星授時測距/全球定位系統(tǒng)”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System）簡稱全球定位系統(tǒng)（GPS）。GPS實施計劃共分三個階段：第一階段為方案論證和初步設計階段。從1973年到19

3、79年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。第二階段為全面研制和試驗階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。第三階段為實用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進入工程建設階段。1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3，21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。 第一節(jié) GPS概述一、GPS的定義 全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱GPS），利用衛(wèi)星星座（通信衛(wèi)星）、地面控制部分和信號

4、接收機對地球表面上任何地方的用戶都能進行全方位導航和定位的系統(tǒng)，也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 這個系統(tǒng)通過24顆地球同步衛(wèi)星全天候向地面發(fā)送授時和定位信號，其中高精度的信號僅供美國軍方和北約盟軍使用，普通用戶只能夠接收和解析低經(jīng)度的民用信號。GPS能對靜態(tài)、動態(tài)對象進行動態(tài)空間信息的獲取，快速、精度均勻、不受天氣和時間的限制反饋空間信息，使在地球上任何地方GPS系統(tǒng)的用戶，都能計算出他們所處的方位 。NAVSTAR衛(wèi)星提供了P碼（精碼）和C/A碼（粗碼）兩種定位服務，P碼為軍方服務，定位精度達到3M；C/A碼對社會開放，定位精度為10M。目前，美國正加緊部署研究GPS計劃。為了滿足到2030年的軍用

5、、民用要求，GPS將選擇全新的優(yōu)化設計方案，放棄現(xiàn)有的24顆中軌道衛(wèi)星，采用全新的33顆高軌道加靜止軌道衛(wèi)星組網(wǎng)。據(jù)介紹，與現(xiàn)有GPS相比，GPS的信號發(fā)射功率可提高100倍，定位精度提高到0.2-0.5米，這樣可以使GPS制導武器的精度達到1米以內(nèi)。屆時，GPS的定位、導航和授時能力將得到進一步提高。 二、GPS的主要功能軍事上，GPS已成為自動化指揮系統(tǒng)、先進武器系統(tǒng)及新的戰(zhàn)役戰(zhàn)術理論的一項關鍵性基本保障技術，它被廣泛應用于陸海空及戰(zhàn)略導彈等各軍兵種。民用上，GPS能為地面車輛、人員、商船、漁船、游艇、民航機導航定位，用于航道測量、河流及港口導航、大地測量、海洋石油勘探、鉆臺井位的精確定位

6、、管道鋪設、機場著陸、交通管制等。百度地圖三、GPS系統(tǒng)的主要特點定位精確度高定位時間短（1s定位或測速）執(zhí)行操作簡便（“傻瓜化”）功能多、應用廣（測量、導航、測速、測時）全球、全天候作業(yè)四、GPS系統(tǒng)的組成GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設備部分用戶接收系統(tǒng)。 空間部分：提供星歷和時間信息發(fā)射偽距和載波信號提供其它輔助信息用戶部分：接收并測衛(wèi)星信號記錄處理數(shù)據(jù)提供導航定位信息地面控制部分：中心控制系統(tǒng)實現(xiàn)時間同步跟蹤衛(wèi)星進行定軌 GPS工作衛(wèi)星及其星座由高度約為2萬km的21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，記作（213）GPS星座?？臻g衛(wèi)星系統(tǒng)

7、由均勻分布在6個軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，每顆衛(wèi)星都配備有精度極高的原子鐘（30萬年的誤差為1s）。衛(wèi)星星座的分布設置要保證地球上任何地點，任何時刻至少可以同時觀測到四顆衛(wèi)星。1.GPS空間衛(wèi)星星座觀測站（5個） 它的主要任務是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)，并向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。 主控站（1個） 主控站為全系統(tǒng)提供時間基準，監(jiān)視、控制衛(wèi)星的軌道，處理監(jiān)測站送來的各種數(shù)據(jù)，編制各衛(wèi)星星歷，計算和修正時鐘誤差及電離層對電波傳播造成的偏差。 注入站（3個） 它的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中。此外，也能自動向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己

8、的工作狀態(tài)。2. 地面監(jiān)控系統(tǒng)GPS的用戶設備主要由接收機硬件和處理軟件組成。 GPS接收機的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩大部分， 天線作用：捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號。 接收單元作用：對信號進行解調(diào)和濾波，求解信號相位 差 ，獲得定位、測速、定時等數(shù)據(jù)。3. 用戶接收系統(tǒng)GPS接收機天線 天線的基本作用是把來自于衛(wèi)星信號的能量轉(zhuǎn)化為相應的電流，并經(jīng)前置放大器進行頻率變換，以便對信號進行跟蹤、處理和量測。 天線基本類型GPS接收機單元構(gòu)成 接收單元作用：對信號進行解調(diào)和濾波，求解信號相位差 ，獲得定位、測速、定時等數(shù)據(jù)。手持式GPS產(chǎn)品導航型GPS機汽車導航產(chǎn)品導航型GPS機大地型GP

9、S接收機單頻機雙頻機GPS數(shù)據(jù)處理軟件 GPS數(shù)據(jù)處理軟件是GPS用戶系統(tǒng)的重要部分，其主要功能是對GPS接收機獲取的衛(wèi)星測量記錄數(shù)據(jù)進行“粗加工”、“預處理”，并對處理結(jié)果進行平差計算、坐標轉(zhuǎn)換及分析綜合處理。從而求得觀測站的三維坐標，觀測體的坐標、運動速度、方向及精確時刻。第二節(jié) GPS的工作原理一、GPS的基本工作原理首先假定衛(wèi)星的位置為已知，而又能準確測定某地點A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點一定是位于以衛(wèi)星為中心，所測得距離為半徑的圓球面上。 進一步，又測得點A至另一衛(wèi)星的距離，則A點一定處在前后兩個圓球面相交的圓環(huán)上。另外，還可測得與第三個衛(wèi)星的距離，通過3個定位球面就可以確定A點在地

10、球上的空間位置。如果要定位空中位置（如飛機），還可通過第4顆衛(wèi)星。一、GPS的基本工作原理在太空中如果只有一顆衛(wèi)星，并知道某被觀測物與這顆衛(wèi)星的距離，那么被觀測物肯定在以衛(wèi)星為中心，以被觀測物與衛(wèi)星距離為半徑的球面上（如圖），這雖然界定了一個范圍，但球面可以有無數(shù)個點，無法確定它的準確位置。 如果有第二顆衛(wèi)星，且知道被觀測物與第二顆衛(wèi)星的距離，同理，被觀測物也在以第二顆衛(wèi)星為中心，以與第二顆衛(wèi)星的距離為半徑的球面上，若滿足上述兩個條件的被觀測物一定在兩個球面的交界線上，即一個圓周線上。 如果有第三顆衛(wèi)星，并知道被觀測物與它的距離，那么被觀測物一定在圓周線與第三顆衛(wèi)星為中心的球面的交點上，這時，

11、球面與圓周線相交于兩點。1. 怎樣確知衛(wèi)星所處的準確位置 要確知衛(wèi)星所處的準確位置，首先優(yōu)化設計衛(wèi)星運行軌道，而且要由監(jiān)測站通過各種手段連續(xù)不斷地監(jiān)測衛(wèi)星的運行狀態(tài)，適時發(fā)送控制指令，使衛(wèi)星保持在正確的軌道運行。將正確的運行軌跡編成星歷，注入衛(wèi)星，且經(jīng)由衛(wèi)星發(fā)送給GPS接收機。正確接受每個衛(wèi)星的星歷，就可以確知衛(wèi)星的準確位置。2. 如何測定衛(wèi)星至用戶的距離 衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收機收到后經(jīng)過計算求出接收機的三維位置、運動方向以及速度和時間等數(shù)據(jù)。（1）時間基準問題。（原子鐘）（2）時間差與偽距離問題。距離（L）=光速（c）時間差(T1-T0)注意：上述時間差由于接收

12、機時鐘誤差、大氣傳播誤差及受其他干擾因素的影響，算出來的距離稱為偽距離。（3）誤差及修正技術。（差分技術）GPS用于救援GPS用于森林防火GPS用于地震預報GPS用于大壩及地面沉降的監(jiān)測GPS用于通信二、GPS信號載波：L波段雙頻L1 1575.42MHz，L2 1227.60MHz衛(wèi)星識別：碼分多址（CDMA,Code-Division Multiple Access ） GSM-Global System Mobile communication(全球移動通信系統(tǒng))測距碼：C/A碼（民用），P碼（美國軍方及特殊授戶）導航數(shù)據(jù)：衛(wèi)星軌道坐標、衛(wèi)星鐘差方程式參數(shù)、電離 層延遲修正 美國GPSG

13、LONASS 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)Galileo系統(tǒng)北斗系統(tǒng)：我國的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)第三節(jié) 各國GPS技術及發(fā)展P125 表5-11、美國GPS 美國的“全球定位系統(tǒng)”（GPS），是目前世界上應用最廣泛、也是技術最成熟的導航定位系統(tǒng)。上述章節(jié)介紹的GPS都是指美國的GPS.。2、GLONASS類似于GPS，是俄羅斯以空間為基礎的無線電導航系統(tǒng)；其前身CICADA與子午系統(tǒng)同期，于1965年設計，有12顆衛(wèi)星；20世紀70年代中期開始啟動GLONASS計劃；1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星；1996年1月18日，完成24顆衛(wèi)星的布局，衛(wèi)星具備完全工作能力；截止2013年4月，GL

14、ONASS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星總數(shù)為29顆，其中有23顆在軌運行，3顆備用衛(wèi)星，2顆正在維護，1顆正處于試飛階段；今年6月15日凌晨成功發(fā)射一顆，目前有在軌數(shù)達30顆。GLONASS3、Galileo背景：GLONASS在軌衛(wèi)星缺失，GPS獨霸市場 GLONASS、GPS均由軍方控制歐盟：要建立國際民間控制的或歐盟自己的民用導航系統(tǒng)特點：共享的獨立于GPS的無增強條件下的適于海陸空的 系統(tǒng)。參股共建，收費。階段：（一）2000年前，可行性評估或定義（二）20012005，開發(fā)和檢測（三）20062007，部署（四）2008，商業(yè)運行4、北斗系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定

15、位與通信系統(tǒng)（CNSS），是除美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導航和授時服務，其建設與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進性這4項原則。4、北斗系統(tǒng)我國開始建設擁有自主知識產(chǎn)權的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，這也是我國自主建立的第一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。 我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)2002年投入使用（2006年底已發(fā)射第四顆）。中國正在建設的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務方式，即開放服務和授權服務（屬于第二代系統(tǒng)）。開放服務是在服務區(qū)免費提供定位、

16、測速和授時服務，定位精度為10米，授時精度為50納秒，測速精度02米秒。授權服務是向授權用戶提供更安全的定位、測速、授時和通信服務以及系統(tǒng)完好性信息。 中國計劃2012年左右，“北斗”系統(tǒng)將覆蓋亞太地區(qū)，2020年左右覆蓋全球。我國正在實施北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設，已成功發(fā)射六顆北斗導航衛(wèi)星。根據(jù)系統(tǒng)建設總體規(guī)劃，2012年左右，系統(tǒng)將首先具備覆蓋亞太地區(qū)的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力；2020年左右，建成覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。 北斗系統(tǒng)定位的目標第四節(jié) GPS在物流等領域的應用（一）GPS在物流領域的應用（二）GPS在交通管理中的應用（三）GPS在軍事領域中的應用（四）GPS在現(xiàn)

17、代測量中的應用一、 GPS在物流領域的應用物流單位要求貨物運輸能夠做到及時、機動、高效，即要求貨物能通過最佳路徑、最優(yōu)安排被準確及時運送，最大限度的控制運輸成本。這要求物流公司時刻跟蹤貨物的位置和狀態(tài)。通過車輛監(jiān)控系統(tǒng)，物流公司可以對貨物和車輛進行遙控跟蹤。同時，監(jiān)控中心亦可隨物流車隊一起移動，真正發(fā)揮了適時監(jiān)控的作用。GPS在車、貨運行系統(tǒng)中的應用 GPS定位技術給車輛、輪船、火車等交通工具的導航與跟蹤提供了準確、實時的定位能力。二、GPS在交通管理中的應用GPS在客運車輛管理中的應用 目前，全國安裝GPS的班線客車和旅游客車近30萬輛，其中跨省客運班線和高速公路客運班線安裝率已達到100%

18、，進入GPS聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控系統(tǒng)的車輛達到19.2萬輛。 P135GPS在出租車管理中的應用 運用GPS和GSM（Global System for Mobile Communication）通信網(wǎng)絡，可以建立GPS出租車調(diào)度服務系統(tǒng)，實現(xiàn)對出租車的實時調(diào)度監(jiān)控、防劫防盜報警等功能。身邊的：嘀嘀打車【案例】GPS建功揭陽一車主坐駕被盜，全球定位技術助其找回 凌晨2時10分，廣州神盾公司監(jiān)控室，警鈴發(fā)出刺耳的尖叫，原來是數(shù)百公里之外揭陽市的一輛小轎車發(fā)出破壞警報。值班人員即將該情況反饋到車主那里。但車主說，車輛就停在揭陽財政局附近，不會有問題。 凌晨5時40分，揭陽的陳先生突然急匆匆致電監(jiān)控中心，他的馬

19、自達銀色轎車真的被偷了。中心馬上對該車詢址，發(fā)現(xiàn)匪徒正以159公里的時速在深圳機荷高速公路行駛。中心一面與110聯(lián)系，一面密切跟蹤匪徒的行蹤。 5時50分，根據(jù)GPS系統(tǒng)記錄，在短短3個小時里，被盜車輛已經(jīng)狂奔了近300公里。盜車后行駛路線示意圖中心指令鎖車控制竊賊無奈棄車逃走 凌晨6時，深圳公安開始了圍捕偷車賊行動。 6時15分，該車到達寶安西鄉(xiāng)鎮(zhèn)某村委會附近停下。為了防止偷車賊駕車繼續(xù)逃竄，6時16分監(jiān)控中心從300公里之外對該車進行鎖車控制，切斷了汽車電路(利用繼電器斷了油泵的電路)，被盜車輛瞬間“癱瘓”。 7時40分，警察在村委會附近找到一輛馬自達轎車，但是沒有車牌。后經(jīng)核實發(fā)動機號，確認該車就是失竊轎車。 據(jù)監(jiān)控中心人員介紹，從車主致電中心到鎖車，前后只用了36分鐘，“至