微課 全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用課件

1、3.3 全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用 在伊拉克戰(zhàn)爭中，曾經(jīng)有記者問一位飛行員：“你知道去轟炸哪個(gè)城市嗎？” 飛行員回答：“不知道。” “那你怎么去轟炸呢？” “容易，上級(jí)給我一個(gè)坐標(biāo)，我按計(jì)算機(jī)的指引，投下采用GPS導(dǎo)航的炸彈掉頭就走，跟我玩游戲機(jī)沒啥兩樣?！?這個(gè)例子是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中引用GPS系統(tǒng)的典型案例。我們反對戰(zhàn)爭，但要想能更好的維護(hù)世界和平，我們也需要了解GPS全球定位系統(tǒng)這種現(xiàn)代地理信息技術(shù)。 一、全球定位系統(tǒng)(GPS)具有海陸空進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位功能的新一帶衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。通俗地說：利用衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)適時(shí)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)1.概念：三邊測量術(shù)原理 假如你在野外迷了路，為

2、了確定你所處的位置，你向一個(gè)路人詢問，他告訴你這里離王家村10千米。你于是打開地圖，找到王家村，以它為圓心，按比例尺在地圖上畫一個(gè)半徑相當(dāng)于10千米的圓（圖）。 然后你又遇到了另外一個(gè)路人，他告訴你距離李家村15千米。你按同樣的方法，繪制第二個(gè)圓（圖）?，F(xiàn)在，你得到了兩個(gè)交點(diǎn)，你必定處在其中一個(gè)點(diǎn)的位置。 這時(shí)，你向第三個(gè)人打聽到，這里距離張家村10千米。當(dāng)你把這個(gè)圓在地圖上畫好后，你的位置也就一目了然了（圖）。這就是三邊測量術(shù)的原理。2.原理：如圖GPS接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星A、B、C傳來的信號(hào)，“繪制”3個(gè)巨大的球體。3個(gè)球體會(huì)交于兩點(diǎn)，其中那個(gè)與地球表面相交的點(diǎn)就是這臺(tái)GPS接收機(jī)所處的位

3、置，然后通過計(jì)算得到該接收機(jī)所處的經(jīng)緯度。衛(wèi)星D測量GPS接收機(jī)所在的高程。GPS定位原理GPS的定位原理與“三邊測量術(shù)”原理相似。不同的是3顆衛(wèi)星代替了3個(gè)村子，地圖上平面的圓變成了三維的球面。（1） 24顆衛(wèi)星星座空間部分請思考：讀右圖，相鄰兩個(gè)GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度?()每個(gè)衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星?它們兩兩相隔多少度? ()60度4顆，90度（2）1個(gè)主控站3個(gè)注入站5個(gè)監(jiān)控站地面控制GPS信號(hào)接收機(jī)類型導(dǎo)航接收機(jī)測地接收機(jī)授時(shí)接收機(jī)應(yīng)用用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，分為車載型、航海型、航空型和星載型用于精密大地測量用于天文臺(tái)及無線電通訊 特點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)給出載體的位置和速度，價(jià)格便

4、宜，應(yīng)用廣泛定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時(shí)間進(jìn)行授時(shí)（3）用戶設(shè)備（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)對衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)控。4.工作過程：（1）向GPS衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)（3）用戶系統(tǒng)接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)后進(jìn) 行導(dǎo)航、定位。全球定位系統(tǒng)的特點(diǎn) (1)全球，全天候工作。 (2)能為用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和精密時(shí)間，不受天氣的影響。 (3)定位精度高：單機(jī)定位精度優(yōu)于10米，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。 (4)功能多，應(yīng)用廣：隨著人們對GPS認(rèn)識(shí)的加深，GPS不僅在測量、導(dǎo)航、測速、測時(shí)等方面取得更廣泛的應(yīng)用而且其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。中國“北斗”衛(wèi)星（P

5、97活動(dòng)）美國最早、最成熟俄羅斯GLONASS歐洲“伽利略”計(jì)劃日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)澳大利亞LOCATA 全球定位系統(tǒng)是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。目前的全球覆蓋率為98%。 在美國,GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)與“阿波羅”飛船登月,航天飛機(jī)升空,共同給列為20世紀(jì)“三大航天工程” 二、接收機(jī)信號(hào)的解讀與操作表示接收機(jī)所在的經(jīng)緯度位置數(shù)字表示被接收信號(hào)的衛(wèi)星編號(hào)，黑色柱長短表示信號(hào)的強(qiáng)弱。衛(wèi)星分布圖描繪了在你處位置（圓心）仰望天空能搜索到的衛(wèi)星，大圓表示地平線，小圓為抬

6、以45角仰望天空的范圍，越靠近中心，衛(wèi)星信號(hào)越強(qiáng)。它能夠?qū)崟r(shí)測量“四度”：經(jīng)度、緯度、高度、速度1、定位:2、導(dǎo)航:我現(xiàn)在在哪里？我要去哪里？如何去？二、全球定位系統(tǒng)與定位導(dǎo)航軍事、交通、郵電、地礦、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、測繪、救援、公安等。3、作用:4、應(yīng)用:1.GPS在軍事上的應(yīng)用 軍事是GPS技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域,主要是為各種軍事活動(dòng)提供定位導(dǎo)航.在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，不僅陸、海、空三軍，而且許多高科技武器彈藥等，也都開始采用GPS技術(shù)進(jìn)行定位導(dǎo)航。 伊拉克戰(zhàn)爭中GPS制導(dǎo)武器占有很大的比重. 海灣戰(zhàn)爭中美軍幾乎所有的坦克、裝甲車、飛機(jī)、艦船、各級(jí)指揮部和陸軍小分隊(duì)都裝備了GPS接收機(jī)

7、，總數(shù)超過5萬部。在軌的16顆GPS衛(wèi)星，每天可提供19小時(shí)的三維數(shù)據(jù)，精度10 - 16米，測速精度0 .1米 / 秒。2.民用GPS 主要用于交通車輛導(dǎo)航管理、航空器定位及導(dǎo)航，以及地震監(jiān)測、緊急求援、旅游探險(xiǎn)、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、生態(tài)研究等方面。GPS地面形變分析技術(shù)在我國98年抗洪救災(zāi)工作中發(fā)揮了極其重要的作用。 地處北回歸線以北5，在崇山峻嶺之間，幽深而綿長地躺臥著一條“巨龍”世界上最深和最長的峽谷，1998年10月，中國國務(wù)院正式批準(zhǔn)將這一世界最大峽谷科學(xué)地定名為雅魯藏布大峽谷。 其峽谷核心河段平均深度為5000米，最深處達(dá)5382米，峽谷長496.3千米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了此前認(rèn)為是世界第一的秘魯

8、科爾卡大峽谷（深3200米）。雅魯藏布大峽谷最窄處為74米 ，一般寬在80至200米之間。 世界上最大的峽谷美國科羅拉多大峽谷,也是地球上自然界7大奇景之一。 該大峽谷全長347千米,寬6至29千米,深1600米,位于美國西部亞利桑那州北部的凱巴布高原。 雅魯藏布江大峽谷的基本特點(diǎn)可以用十個(gè)字來概括：高、壯、深、潤、幽、長、險(xiǎn)、低、奇、秀。通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對遇有險(xiǎn)情或發(fā)生事故的車輛進(jìn)行緊急援助。監(jiān)控臺(tái)的電子地圖可顯示求助信息和報(bào)警目標(biāo)，規(guī)劃出最優(yōu)援助方案，并以報(bào)警聲、光提醒值班人員進(jìn)行應(yīng)急處理。 4、緊急援助案例：2005年8月10日傍晚六點(diǎn)左右，飛達(dá)GPS監(jiān)控中心接到要求查詢

9、粵S4HXXX車輛位置的電話，原來駕駛該車輛的趙先生當(dāng)天下午被一伙歹徒劫持了，這伙歹徒打電話給趙先生的親人勒索金錢，飛達(dá)監(jiān)控中心迅速查出該車輛停放在惠州市惠環(huán)鎮(zhèn)離莞惠公路約100米的地方，并將情況通知了公司的負(fù)責(zé)人。傍晚七點(diǎn)半，飛達(dá)公司人員到達(dá)現(xiàn)場，利用先進(jìn)的專用設(shè)備，很快發(fā)現(xiàn)該車輛，為了不打草驚蛇，指示監(jiān)控中心將車輛斷油斷電。后來，在當(dāng)?shù)鼐斓拇罅ψ凡断?，將一名探聽虛?shí)的賊抓獲。警察根據(jù)他提供的指示很快找回了被劫持了的趙先生，人和車都完好無損。經(jīng)審訊，該團(tuán)伙共有八人，專門伺機(jī)對東莞的車主進(jìn)行綁架勒索，已多次作案，想不到這次栽在衛(wèi)星定位手里。 在2006年的“五一”黃金周，12位北京戶外運(yùn)動(dòng)愛

10、好者在內(nèi)蒙古庫布其沙漠進(jìn)行徒步穿越時(shí)被困，其中一位隊(duì)員不幸遇難。由于遇險(xiǎn)地點(diǎn)位于沙漠深處，給搜救工作帶來很大困難。所幸的是探險(xiǎn)隊(duì)員們隨身帶了GPS全球衛(wèi)星定位手持機(jī)，通過GPS定位準(zhǔn)確地向救援人員報(bào)告了遇險(xiǎn)地點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，救援人員也通過GPS定位，在茫茫沙漠中找到了被困隊(duì)員。這次意外，讓更多人知道了GPS這個(gè)名詞。如果沒有GPS，在沒有向?qū)У那闆r下，這樣的沙漠穿越與救援幾乎是不可想象的。 在旅游及野外考察中的應(yīng)用在旅游及野外考察中，比如到風(fēng)景秀麗的地區(qū)去旅游，到原始大森林、雪山峽谷或者大沙漠地區(qū)去進(jìn)行野外考察，GPS接收機(jī)是你最忠實(shí)的向?qū)??？梢噪S時(shí)知道你所在的位置及行走速度和方向， 使你不會(huì)

11、迷失路途。5、農(nóng)業(yè)方面（1）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)耕作 利用GPS技術(shù)，配合遙感技術(shù)（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS），能夠做到監(jiān)測農(nóng)作物產(chǎn)量分布、 土壤成分和性質(zhì)分布、做到合理施肥、播種和噴灑農(nóng)藥，節(jié)約費(fèi)用、降低成本、達(dá)到增加產(chǎn)量提高效益 的目的。利用差分GPS技術(shù)可以做到：土壤養(yǎng)分分布調(diào)查 、 監(jiān)測作物產(chǎn)量 、合理施肥，精確農(nóng)業(yè)管理。 在作物生長期的管理中，利用遙感圖象并結(jié)合GPS可繪出作物色彩變化圖。利用GPS定位采集一定數(shù)量 的土壤及作物樣品進(jìn)行分析，可以繪制出作物生長的不同時(shí)期的土壤含量的系列分布圖。 這樣可以做到精確地對作物生長進(jìn)行管理。5、農(nóng)業(yè)方面（2）在林業(yè)管理方面的應(yīng)用GPS技術(shù)在確定林區(qū)面

12、積，估算木材量，計(jì)算可采伐木材面積，確定原始森林、道路位置， 對森林火災(zāi)周邊測量，尋找水源和測定地區(qū)界線等方面可以發(fā)揮其獨(dú)特的重要的作用。 在森林中進(jìn)行常規(guī)測量相當(dāng)困難，而GPS定位技術(shù)可以發(fā)揮它的優(yōu)越性，精確測定森林位置 和面積，繪制精確的森林分布圖。（3）GPS技術(shù)用于森林防火它是在飛機(jī)的環(huán)動(dòng)儀上安裝熱紅外系統(tǒng)和GPS接收機(jī)， 使用這些機(jī)載設(shè)備來確定火災(zāi)位置，并迅速向地面站報(bào)告。（4）魚群定位精確的農(nóng)業(yè)航空導(dǎo)航專業(yè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)野外數(shù)據(jù)采集軟精確自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)專業(yè)的農(nóng)業(yè)平行收割、播種選項(xiàng)6、休閑娛樂 把全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System - GPS）比喻

13、成八爪魚，是因?yàn)樗|及的行業(yè)相當(dāng)廣泛，非“八爪”以蔽之，可以說人類的想像力有多寬，其應(yīng)用就有多廣。目前掌上型導(dǎo)航接收機(jī)已經(jīng)問世?？赏痪脮?huì)生產(chǎn)出手表式的GPS導(dǎo)航接收機(jī)。攜帶和使用就更方便?？梢哉f，GPS的應(yīng)用將進(jìn)入人們的日常生活，其應(yīng)用前景非常廣闊。GPS的應(yīng)用，也許僅受人們的想像力制約。 【 閱讀指導(dǎo) 】 GPS 在航海、航空導(dǎo)航中的應(yīng)用應(yīng)用類型應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用作用航海應(yīng)用航空應(yīng)用向用戶提供船舶位置、航速、航向信息、海圖、海跡顯示避免船只沖撞，確保航行安全把自己的位置和航向發(fā)送到航海管理 中 心便于中心的跟蹤、搜尋和救援空域航路、著陸、機(jī)場監(jiān)視和管理實(shí)現(xiàn)空域劃分、空中交通流量管理、飛行路徑管理“3S”技術(shù)的區(qū)別1.在沙漠中迷路時(shí)，可用哪種方式獲知自己所處的具體位置信息（ ）A. 指南針 B. GPS設(shè)備 C. 遙感圖像 D. 地形圖2.在海灣戰(zhàn)爭中，美英聯(lián)軍的制導(dǎo)導(dǎo)彈不受濃煙、沙塵的影響，是因?yàn)椴扇×耍?）A、RS技術(shù) B、GPS技術(shù)C、GIS技術(shù) D、空間分析技術(shù)BB3.在海灣戰(zhàn)爭中，美國獲取大規(guī)模轟炸的信息資料主要應(yīng)用了（ ） 遙感技術(shù) 地理信息系統(tǒng) 全球定位技術(shù) 多媒體合成技術(shù)A. B. C. D. A課堂鞏固：4. GPS系統(tǒng)是哪些技術(shù)的結(jié)晶（