全球定位系统及其应用.pptx

在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你你知道去轰炸哪个城市吗？知道去轰炸哪个城市吗？”飞行员回答：飞行员回答：“不知道。不知道。”“那你怎么去轰炸呢？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，容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没啥两样。啥两样。”这个例子是现代战争中引用这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。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，我们也需要了解需要了解GPS全球定位系统这种现代地理信息技全球定位系统这种现代地理信息技术。术。一、全球定位系统一、全球定位系统(GPS)(GPS)具有海陆空进行全方位、具有海陆空进行全方位、实时三维导航与定位功实时三维导航与定位功能的新一带能的新一带卫星导航与卫星导航与定位定位系统。系统。通俗地说：通俗地说：利用卫星，在利用卫星，在全球范围内适时进行全球范围内适时进行导航、导航、定位定位的系统的系统1.1.概念：概念：三边测量术原理三边测量术原理 假如你在野外迷了路，为了假如你在野外迷了路，为了确定你所处的位置，你向一个路确定你所处的位置，你向一个路人询问，他告诉你这里离王家村人询问，他告诉你这里离王家村1010千米。你于是打开地图，找到千米。你于是打开地图，找到王家村，以它为圆心，按比例尺王家村，以它为圆心，按比例尺在地图上画一个半径相当于在地图上画一个半径相当于1010千千米的圆（图）。米的圆（图）。然后你又遇到了另外一个路然后你又遇到了另外一个路人，他告诉你距离李家村人，他告诉你距离李家村1515千米。千米。你按同样的方法，绘制第二个圆你按同样的方法，绘制第二个圆（图）。现在，你得到了两个（图）。现在，你得到了两个交点，你必定处在其中一个点的交点，你必定处在其中一个点的位置。位置。这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村1010千米。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）。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）。这就是三边测量术的原理。这就是三边测量术的原理。2.2.原理：原理：如图如图GPSGPS接收机接收接收机接收GPSGPS卫星卫星A A、B B、C C传来的信号，传来的信号，“绘绘制制”3 3个巨大的球体。个巨大的球体。3 3个球体会交于两点，其中那个与地个球体会交于两点，其中那个与地球表面相交的点就是这台球表面相交的点就是这台GPSGPS接收机所处的位置，然后通接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处的过计算得到该接收机所处的经纬度经纬度。卫星。卫星D D测量测量GPSGPS接收机接收机所在的所在的高程高程。GPSGPS定位原理定位原理GPSGPS的定位原理的定位原理与与“三边测量术三边测量术”原原理相似。不同的是理相似。不同的是3 3颗卫星代替了颗卫星代替了3 3个个村子，地图上平面村子，地图上平面的圆变成了三维的的圆变成了三维的球面。球面。3.3.组成：组成：（1）24 24颗卫星星座颗卫星星座空间部分空间部分请思考：请思考：读读右图，右图，相相邻两个邻两个GPS星座卫星轨星座卫星轨道平面之间道平面之间的夹角是多的夹角是多少度少度?()每个卫星每个卫星轨道上各有轨道上各有几颗卫星几颗卫星?它它们两两相隔们两两相隔多少度多少度?()6060度度4颗，颗，90度度思考：思考：（3）利用）利用GPS定位时，地面上任何一点，在任一时刻，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？地面上空至少要有几颗卫星？A、1颗颗B、2颗颗C、3颗颗D、4颗颗（4）无论是在飞机或汽车上，还是在野外旅行考察，）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只要拥有手机大小的GPS信号接受机，你就能随时知道信号接受机，你就能随时知道自己所在地的：自己所在地的：A、季节、季节B、天气、天气C、地理坐标、地理坐标D、气候、气候DC（2）1 1个主控站个主控站3 3个注入站个注入站5 5个监控站个监控站地面控制地面控制GPSGPS信信号号接接收收机机类型类型导航接收机导航接收机测地测地接收机接收机授时授时接收机接收机应用应用用于用于运动载体运动载体的导的导航，分为车载型、航，分为车载型、航海型、航空型和航海型、航空型和星载型星载型用于精密大地用于精密大地测量测量用于天文台及用于天文台及无线电通讯无线电通讯特点特点能够实时给出载体能够实时给出载体的的位置位置和和速度速度，价，价格便宜，应用广泛格便宜，应用广泛定位精度高，定位精度高，仪器结构复杂，仪器结构复杂，价格较贵价格较贵利用利用GPS卫星卫星提供的高精度提供的高精度时间进行授时时间进行授时（3）用户设备空间空间部分部分地面地面监控监控系统系统用户用户设备设备部分部分全全球球定定位位系系统统由由24颗卫星组成（其颗卫星组成（其中中3颗备用），分布颗备用），分布在在6个轨道平面上。个轨道平面上。主要是主要是GPS接收机接收机提供与定位提供与定位相关的参数相关的参数和时间信息和时间信息主要用于监测和主要用于监测和控制卫星及其各控制卫星及其各种设备的运行种设备的运行可以确定接可以确定接收机所在点收机所在点的位置、速的位置、速度、到航路度、到航路终点的距离终点的距离和航向等信和航向等信息息3.3.组成：组成：（2）地面监控系统对卫星进行监测和调控。地面监控系统对卫星进行监测和调控。4.4.工作过程：工作过程：（1）向）向GPS卫星发送导航定位信号卫星发送导航定位信号（3）用户系统接受用户系统接受GPSGPS卫星发射的信号后进卫星发射的信号后进 行导航、定位。行导航、定位。全球定位系统的特点全球定位系统的特点(1)全球，全天候工作全球，全天候工作。(2)能为用户提供能为用户提供连续连续、实时的三维位置实时的三维位置、三维速度三维速度和和精密时间精密时间，不受天气不受天气的影响。的影响。(3)定位精度高定位精度高：单机定位精度优于：单机定位精度优于10米，米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。(4)功能多，应用广功能多，应用广：随着人们对：随着人们对GPS认识认识的加深，的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用而且其应用领时等方面取得更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。域不断扩大。中国中国“北斗北斗”卫星卫星（P97活动）活动）美国美国最早、最成熟最早、最成熟俄罗斯俄罗斯GLONASSGLONASS欧洲欧洲“伽利略伽利略”计划计划日本日本准天顶卫星导航系统准天顶卫星导航系统澳大利亚澳大利亚LOCATA 全球定位系统是美国从本世纪全球定位系统是美国从本世纪70年代开始年代开始研制，历时研制，历时20年，耗资年，耗资200亿美元，于亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行年全面建成，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。卫星导航与定位系统。目前的全球覆盖率为98%。在美国在美国,GPS全球卫星定位技术与全球卫星定位技术与“阿波罗阿波罗”飞船登月飞船登月,航天飞机升空航天飞机升空,共同给列为共同给列为20世纪世纪“三大航天工程三大航天工程”二、接收机信号的解读与操作二、接收机信号的解读与操作表示接收表示接收机所在的经机所在的经纬度位置纬度位置数字表示被接收信号的卫星编号，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。黑色柱长短表示信号的强弱。卫星分布图描绘卫星分布图描绘卫星分布图描绘卫星分布图描绘了在你处位置（圆了在你处位置（圆了在你处位置（圆了在你处位置（圆心）仰望天空能搜心）仰望天空能搜心）仰望天空能搜心）仰望天空能搜索到的卫星，大圆索到的卫星，大圆索到的卫星，大圆索到的卫星，大圆表示地平线，小圆表示地平线，小圆表示地平线，小圆表示地平线，小圆为抬以为抬以为抬以为抬以45454545角仰望角仰望角仰望角仰望天空的范围，越靠天空的范围，越靠天空的范围，越靠天空的范围，越靠近中心，卫星信号近中心，卫星信号近中心，卫星信号近中心，卫星信号越强。越强。越强。越强。它能够实时测量它能够实时测量“四度四度”：经度、纬度、高度、速度经度、纬度、高度、速度1 1、定位、定位:2 2、导航、导航:我现在在哪里？我现在在哪里？我要去哪里？如何去？我要去哪里？如何去？二、全球定位系统与定位导航二、全球定位系统与定位导航军事、交通、邮电、地矿、建筑、军事、交通、邮电、地矿、建筑、农业、气象、土地管理、金融、农业、气象、土地管理、金融、测绘、救援、公安等。测绘、救援、公安等。3 3、作用、作用:4 4、应用、应用:1 1.GPSGPS在军事上在军事上的应用的应用 军事是军事是GPSGPS技术最技术最早的应用领域早的应用领域,主要是主要是为各种军事活动提供定为各种军事活动提供定位导航位导航.在现代战争中，在现代战争中，不仅陆、海、空三军，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用药等，也都开始采用GPSGPS技术进行定位导航。技术进行定位导航。伊拉克战争中伊拉克战争中GPSGPS制导制导武器占有很大的比重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船、各级指挥部和陆军小分队都装备了GPSGPS接收机，总数接收机，总数超过超过5 5万部。在轨的万部。在轨的1616颗颗GPSGPS卫星，每天可提供卫星，每天可提供1919小时的三小时的三维数据，精度维数据，精度10-1610-16米，测速精度米，测速精度0.10.1米米 /秒。秒。2 2.民用民用GPSGPS 主要用于交通车辆导航管理、航空器定位及导航，主要用于交通车辆导航管理、航空器定位及导航，以及以及地震监测地震监测、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态、紧急求援、旅游探险、农业监测、生态研究等方面。研究等方面。GPSGPS地面形变分析技术在我地面形变分析技术在我国国9898年抗洪救灾工作中发挥年抗洪救灾工作中发挥了极其重要的作用。了极其重要的作用。【阅读指导阅读指导】车载车载GPS的功用的功用信息接收信息接收信息发射信息发射应用领域应用领域通过车载通过车载GPS,可以在显示屏可以在显示屏上及时查看车上及时查看车辆所在的经纬辆所在的经纬度、运行轨迹、度、运行轨迹、速度、行进方速度、行进方向等向等车载电台把定车载电台把定位信息发送给位信息发送给监控中心，在监控中心，在电子地图电子地图上上显显示出来，可对示出来，可对车辆进行调度车辆进行调度指挥指挥城城市市公共汽车公共汽车调度管理，旅调度管理，旅游区车辆报警游区车辆报警与调度，海关、与调度，海关、公安、海防等公安、海防等部门对车辆的部门对车辆的调度与监控调度与监控3、测量方面、测量方面 本次测量除采用本次测量除采用1975年时的传统测量方法外，还采年时的传统测量方法外，还采取取GPS测量系统。测量系统。珠穆朗玛峰高度最新测量结果为珠穆朗玛峰高度最新测量结果为8844.43米米参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度程测量精度0.21米；峰顶冰雪深米；峰顶冰雪深度度3.50米。米。原原1975年公布的珠峰高程数据停年公布的珠峰高程数据停止使用。止使用。2005年年10月月9日上午日上午10时，国家时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：玛峰高度最新测量结果：地处北回归线以北地处北回归线以北5，在崇山峻岭之间，幽深而绵长，在崇山峻岭之间，幽深而绵长地躺卧着一条地躺卧着一条“巨龙巨龙”世界上最深和最长的峡谷，世界上最深和最长的峡谷，1998年年10月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷科月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷科学地定名为学地定名为雅鲁藏布大峡谷。雅鲁藏布大峡谷。其峡谷核心河段平均深度为其峡谷核心河段平均深度为5000米，最深处达米，最深处达5382米，米，峡谷长峡谷长496.3千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁科尔卡大峡谷（深科尔卡大峡谷（深3200米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为74米米，一般宽在，一般宽在80至至200米之间。米之间。世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷,也是地球也是地球上自然界上自然界7大奇景之一。大奇景之一。该大峡谷全长该大峡谷全长347千米千米,宽宽6至至29千千米米,深深1600米米,位于美国西部亚利桑那州北部的凯巴布高原。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：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。高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。通过通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生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。提醒值班人员进行应急处理。4、紧急援助、紧急援助案例：案例：2005年年8月月10日傍晚六点左右，飞达日傍晚六点左右，飞达GPS监控中心接到要求查监控中心接到要求查询粤询粤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。次栽在卫星定位手里。在在2006年的年的“五一五一”黄金周，黄金周，12位北京户外运动爱好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来很大困难。所幸的是探险队员们随身带了GPS全球卫星全球卫星定位手持机，通过定位手持机，通过GPS定位准确地向救援人员报告了遇险定位准确地向救援人员报告了遇险地点的经纬度坐标，救援人员也通过地点的经纬度坐标，救援人员也通过GPS定位，在茫茫沙定位，在茫茫沙漠中找到了被困队员。这次意外，让更多人知道了漠中找到了被困队员。这次意外，让更多人知道了GPS这这个名词。如果没有个名词。如果没有GPS，在没有向导的情况下，这样的沙，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。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，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，置及行走速度和方向，使你不会迷失路途。使你不会迷失路途。5、农业方面、农业方面（1）精准农业耕作）精准农业耕作 利用利用GPS技术，配合遥感技术（技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系统）和地理信息系统（GIS），能够做到监测农作物产量分布、），能够做到监测农作物产量分布、土壤成分和性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低成本、达到增加产量提高效益 的目的。利用差分的目的。利用差分GPS技技术可以做到：土壤养分分布调查术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量监测作物产量、合理、合理施肥，精确农业管理。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在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合GPS可可绘出作物色彩变化图。利用绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量定位采集一定数量 的土壤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。土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生这样可以做到精确地对作物生长进行管理。长进行管理。5、农业方面、农业方面（2）在林业管理方面的应用）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，面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边测量，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。作用。在森林中进行常规测量相当困难，而在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技术定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置可以发挥它的优越性，精确测定森林位置 和面积，绘制和面积，绘制精确的森林分布图。精确的森林分布图。（3）GPS技术用于森林防火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它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机，接收机，使使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。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）鱼群定位精确的农业航空导航精确的农业航空导航专业精准农业野外数据采集软专业精准农业野外数据采集软精确自动导航、精确自动导航、自动驾驶辅助系统自动驾驶辅助系统专业的农业平行收割、播种选项专业的农业平行收割、播种选项6、休闲娱乐、休闲娱乐 把全球定位系统（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）比喻成八爪鱼，是因为它所触及的行业相当广泛，非泛，非“八爪八爪”以蔽之，可以说人类的想像力有多宽，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。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可望不久会生产出手表式的GPS导航接收机。携带和导航接收机。携带和使用就更方便。可以说，使用就更方便。可以说，GPS的应用将进入人们的日的应用将进入人们的日常生活，其应用前景非常广阔。常生活，其应用前景非常广阔。GPS的应用，也许仅的应用，也许仅受人们的想像力制约。受人们的想像力制约。【阅读指导阅读指导】GPS在航海、航空导航中的应在航海、航空导航中的应用用应用类型应用类型应用领域应用领域应用作用应用作用航海航海应用应用航空航空应用应用向用户提供船舶位置、向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海航速、航向信息、海图、海迹显示图、海迹显示避免船只冲撞，避免船只冲撞，确保航行安全确保航行安全把自己的位置把自己的位置和航向发送到和航向发送到航海管理航海管理中中心心便于中心的跟便于中心的跟踪、搜寻和救援踪、搜寻和救援空域航路、着空域航路、着陆、机场监视陆、机场监视和管理和管理实现空域划分、空实现空域划分、空中交通流量管理、中交通流量管理、飞行路径管理飞行路径管理“3S”技术的区别1.1.在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的具在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息（体位置信息（）A.A.指南针指南针 B.GPSB.GPS设备设备 C.C.遥感图像遥感图像 D.D.地形图地形图2.2.在海湾战争中，美英联军的制导导弹不受浓烟、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（沙尘的影响，是因为采取了（）A A、RSRS技术技术 B B、GPSGPS技术技术C C、GISGIS技术技术 D D、空间分析技术、空间分析技术BB3.3.在海湾战争中，美国获取大规模轰炸的信息资料主在海湾战争中，美国获取大规模轰炸的信息资料主要应用了（要应用了（）遥感技术遥感技术 地理信息系统地理信息系统 全球定位技术全球定位技术 多媒体合成技术多媒体合成技术A.A.B.C.D.B.C.D.A课堂巩固：课堂巩固：4.GPS4.GPS系统是哪些技术的结晶（系统是哪些技术的结晶（）航空航天技术航空航天技术 无线电通信技术无线电通信技术计算机技术计算机技术 基因工程基因工程A.B.C.D.A.B.C.D.5.5.配备配备GPSGPS接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星接收机的美国士兵随时都可获得工作卫星提供的提供的()()三维位置三维位置 三维方向三维方向 运动速度和时间运动速度和时间 伊军士兵位置伊军士兵位置A.B.A.B.C.D.C.D.DB6.6.导航、授时和测距全球定位系统由导航、授时和测距全球定位系统由2424颗卫星组成，分颗卫星组成，分布在布在6 6个轨道平面上绕地球运转，接收并传递信息。如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，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（使用的卫星不能少于（）A.A.一颗一颗B.B.两颗两颗C.C.三颗三颗D.D.六颗六颗C