第一节全球定位系统的应用 (2).ppt

当你旅游或野外考察时，通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？这些方法有什么不足？,思考？,现在有没有更简单、更准确的方法？,手持型GPS机,车载型GPS机,北半球野外判断方向的方法：方法一：可以找到一棵树桩观察，年轮宽面是南方；方法二：还是找一颗树，其南侧的枝叶茂盛而北侧的则稀疏；方法三：观察蚂蚁的洞穴，洞口大都是朝南的；方法五：直接根据太阳判断：方法六：还可以利用手表来辨识方向：你所处的时间除以2，再把所得的商数对准太阳，表盘上12所指的方向就是北方。方法七：用地图方法八：指南针,第一节全球定位系统的应用,第三章地理信息技术的应用,探究：,1.在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？2.在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？3.要精确知道一个人在地球上的位置，必须知道几个值？至少需要几颗卫星？（分组讨论、主动探究）,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），则需要至少四颗卫星的信号。,卫星定位技术发展的回顾,1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，40多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。,人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（NavyNavigationSatelliteSystemNNSS）。由于该系统卫星都通过地极，也称“子午(Transit)卫星系统”。1964年该系统建成，并在美国军方启用。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。,卫星定位技术发展的回顾,尽管NNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该系统卫星数目少（5-6颗），运行轨道低（1000km）,观测时间长（1.5小时），无法提供连续实时三维导航，同时获得一次导航解读的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。,为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）简称全球定位系统（GPS）。,一、全球定位系统的概念,概念（GPS）：利用卫星网络来获得地面某点经纬度和高程的系统。,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。,主控站：1个监测站：5个注入站：3个,二、全球定位系统的系统组成,全球定位系统,GPS的空间部分的组成,21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星，6个轨道面，轨道与轨道之间夹角为60，同一轨道卫星之间夹角为90平均轨道高度20200km周期11h58min（顾及地球自转，保证在每天24小时的任何时刻，能够同时观测到4颗以上卫星,GPS的空间部分,GPS的空间部分,GPS卫星星座设计星座：21+321颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星保证在每天24小时的任何时刻，在高度角15以上，能够同时观测到4颗以上卫星,不同类型的GPS卫星,GPS的地面监控部分,地面监控部分（GroundSegment）组成主控站：1个监测站：5个注入站：3个通讯与辅助系统,GPS的地面监控部分,地面监控部分（GroundSegment）分布,注入站,用户接收机部分,GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。（手机）大地型接收机又分单频型和双频型。（专业测量工具）,单频机,双频机,大地型GPS接收机,导航型GPS机,手持型GPS机,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，越靠近中心，卫星信号越强。,思考1能否应用GPS对台风中心进行定位？答：全球定位系统由三部分组成，这三部分缺一不可。台风中心没有用户设备部分，故不能用GPS定位。,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”等全球卫星导航定位系统也在发展，,北斗卫星导航系统（BDS）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，致力于向全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务，并能向有更高要求的授权用户提供进一步服务，军用与民用目的兼具。中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统，之后开始构建服务全球的北斗卫星导航系统，于2012年起向亚太大部分地区正式提供服务，并计划至2020年完成全球系统的构建。,三、全球定位系统的作用、功能和特点：,特点：,作用：可以快速精确地确定地面某点的位置（经度、纬度）和高程，甚至速度、距离和航向等。,主要功能：,（1）全天候，不受天气影响；全球性覆盖,定位和导航,（2）高精度（精度可达厘米级）,（4）全能性（海、陆、空）,（5）连续性和实时性。,（3）自动测量，快速省时高效率；,四、全球定位系统的应用,四、全球定位系统的应用,1、军事方面,在海湾战争中，美国航天司令部统一指挥了约70颗卫星，支援陆海空作战，海湾战争也因此被称为“第一次空间战争”。显然，谁拥有“制信息权”，谁就能掌握高技术战场的主动权，而“制信息权”又离不开“制天权”。,作用：给航行中的军舰、飞机及导弹等设施提供定位和导航信息；同时也应用于野外行进中的单兵和移动装置的定位及跟踪,1999年，以美国为首的北约悍然使用5枚导弹袭击了中国驻南斯拉夫大使馆，那5枚导弹均匀地分布在我们的大使馆楼顶的扇面上，3位新闻工作者邵云环、许杏虎、朱颖当场牺牲。那5枚精确制导炸弹，全部是GPS精确制导的炸弹,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米参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度0.21米；峰顶冰雪深度3.50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：,地处北回归线以北5，在崇山峻岭之间，幽深而绵长地躺卧着一条“巨龙”世界上最深和最长的峡谷，1998年10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雅鲁藏布大峡谷。其峡谷核心河段平均深度为5000米，最深处达5382米，峡谷长496.3千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁科尔卡大峡谷（深3200米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为74米，一般宽在80至200米之间。世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷,也是地球上自然界7大奇景之一。该大峡谷全长347千米,宽6至29千米,深1600米,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：高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。,雅鲁藏布江江大峡谷测量：,大坝变形监测,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。,GPS在交通运输中的作用,车载型GPS机,3、交通方面,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,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置及行走速度和方向，使你不会迷失路途。,在2006年的“五一”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，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。,GPS系统的营救范例GPS系统在营救F-117A隐形战斗机飞行员之前，曾成功地营救过美国F-16战斗机的飞行员，1993年4月还曾营救过阿拉法特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，使阿拉法特获救美国使用的这种卫星救援系统正是屡见奇功的“导航星”全球定位系统，即GPS,5、农业方面,（1）精准农业耕作,利用GPS技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系统（GIS），能够做到监测农作物产量分布、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、降低成本、达到增加产量提高效益的目的。利用差分GPS技术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量、合理施肥，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GPS可绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量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土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生长进行管理。,5、农业方面,（3）鱼群定位,（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。,6、休闲娱乐,把全球定位系统（GlobalPositioningSystem-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。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G