《物流信息技术》课件-第六章 GPS

全球定位系统概述

GPS是英文GlobalPositioningSystem的缩写,意为全球定位系统，它利用卫星星座、地面控制部分和信号接收机对对象进行动态定位的系统。是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。自1973年美国军方批准成立联合计划局开始GPS的研究工作到1993年系统建成,该工程历时20年，耗资300亿美元，成为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。GPS的主要功能1、跟踪车辆2、信息传递和查询3、及时报警4、支持管理GPS系统的特点1、全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。2、定位精度高：单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。3、功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS不仅在测量，导航，测速，测时等方面得到更广泛的应用，而且其应用领域不断扩大4、全球、全天候作业5、抗干扰性能好、保密性强GPS发展历程无线电导航系统

●罗兰--C

●Omega（奥米茄）

●多卜勒系统卫星定位系统

●NNSS子午仪系统 ●GPS ●GLONASS系统 ●双星导航定位系统（北斗一号） ●GNSS加俐略系统GPS发展历程

GPS实施计划共分三个阶段：

第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。

第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。 第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，之后根据计划更换失效的卫星。

GLONASS系统

GLONASS是

(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。

GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8°。

加俐略系统系统组成：①卫星星座：由3个独立的圆形轨道，30颗GNSS卫星组成（27颗工作卫星，3颗备用卫星）。卫星的公转周期T=14h23m14S恒星时；轨道高度H=23616km。②地面系统：在欧洲建立2个控制中心；在全球构建监控网。③定位原理：与GPS相同。④定位精度：导航定位精度比目前任何系统都高。计划实施：①1994年开始进入方案论证阶段；②2003年开始发射两颗试验卫星进入试验阶段；③2008年整个伽利略（GNSS）系统建成并投入使用；GPS系统的组成

GPS由三个独立的部分组成：

●空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。

●地面控制系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。

●用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。空间部分

GPS的空间部分是由24颗GPS工作卫星所组成的。其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时，每颗GPS工作卫星都发出用于导航定位的信号，GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。

目前可用的卫星通常有28颗之多。地面控制系统GPS的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成。分为主控站、监控站和注入站。主控站位于美国克罗拉多Colorado的法尔孔Falcon空军基地。它的作用是根据各监控站根据GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去。同时它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代失效的工作卫星工作。主控站也具有监控站的功能。监控站有五个。除了主控站外其它四个分别位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群岛(Ascencion)、迭哥伽西亚(DiegoGarcia)、卡瓦加兰(Kwajalein)。监控站的作用是接收卫星信号、监测卫星的工作状态。注入站有三个。分别位于阿松森群岛、迭哥伽西亚、卡瓦加兰。注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。用户部分GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机等组成。作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。GPS定位原理卫星定位的基本原理

首先我们可以得到GPS卫星的位置；其次，我们又能准确测定我们所在地点A至卫星之间的距离，那么A点一定是位于以卫星为中心、所测得距离为半径的圆球上。进一步，我们又测得点A至另一卫星的距离，则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上。我们还可测得与第三个卫星的距离，就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上。根据一些地理知识，可以很容易排除其中一个不合理的位置。要解决两个问题一、要确知卫星的准确位置二、要准确测定卫星至地球上我们所在地点的距离。问题解决方案1、怎样确知卫星的准确位置将正确的运行轨迹变成星历，注入卫星，且经由卫星发送给GPS接收机。2、如何测定卫星至用户的距离伪距：卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得到的量测距离。

D=c·△t△t=t2-t13、时间基准问题GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。

GPS系统在每颗卫星上装置有十分精密的原子钟，并由监测站经常进行校准。卫星发送导航信息，同时也发送精确时间信息。GPS接收机接收此信息，使之与自身的时钟同步，就可获得准确的时间。GPS接收机中的时钟，不可能象在卫星上那样，设置昂贵的原子钟，所以就利用测定第四颗卫星，在计算过程中校准GPS接收机的时钟。GPS技术的误差在GPS定位过程中，存在三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所共有的，例如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术第一部分误差可完全消除，第二部分误差大部分可以消除。第三部分误差则无法消除，只能靠提高GPS接收机本身的技术指标载波相位和差分定位技术的应用使测量定位精度可以达到毫米级精度影响GPS测量的误差因素

大气层的影响多路径效应卫星轨道误差卫星钟差地球自转相对论效应已知点坐标偏差天线相位中心

多路径效应

在GPS测量中，如果测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波）进入接收机天线，这就将和直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使测量值偏离真值产生所谓的"多路径误差"。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。差分GPS定位技术差分技术很早就被人们所应用。它实际上是在一个测站对两个目标的观测量、两个测站对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共误差和公共参数。随着GPS技术的发展和完善，应用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分GPS技术来改善定位性能。它使用一台GPS基准接收机和一台用户接收机，利用实时或事后处理技术，就可以使用户测量时消去公共的误差源——电离层和对流层效应，并能将卫星钟误差和星历误差消除，因此，现在发展差分GPS技术就显得越来越重要。GPS定位方式（一）根据定位的模式1、绝对定位2、相对定位（二）根据定位时接收机的运动状态1、静态定位2、动态定位测量型接收机静态接收机RTD实时差分

RealTimeDifferenceDGPS信标机RTK实时动态

RealTimeKinematicRTGGPS接收机的分类1、导航型GPS接收器

此类型GPS接收器主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类GPS接收器一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为+-25MM，有SA影响时为+-100MM。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为：

车载型GPS接收器--用于车辆导航定位；

航海型GPS接收器--用于船舶导航定位；

航空型GPS接收器--用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的GPS接收器要求能适应高速运动。

星载型GPS接收器--用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7KM/S以上，因此对GPS接收器的要求更高。2、测地型GPS接收器

测地型GPS接收器主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

3、授时型GPS接收器

这类GPS接收器主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

GPS在物流领域中的应用1、出行路线规划2、车辆导航与跟踪3、交通指挥4、紧急援助与反劫防盗车载GPS系统的基本构成一、GPS监控服务中心信息处理服务器、数据服务器、监控软件二、GPS车载终端GPS定位器、车载电话、通信控制器、断油断电控制装置的受控车辆三、无线通信网络GPS车载终端的功能1、全球卫星定位2、被劫报警3、防盗报警4、遥控报警5、遥控锁车6、车载电话7、断油断电8、疲劳驾驶警示系统9、车辆调度系统城市出租车智能调度解决方案1、智能调度2、辅助导航3、车辆安全控制车辆GPS定位管理系统

车辆GPS定位管理系统主要是由车载GPS自主定位，结合无线通信系统，对车辆进行调度管理和跟踪。监控中心部分的主要功能有：（1）数据跟踪功能（2）图上跟踪功能（3）模拟显示功能（4）决策指挥功能车载部分的主要功能有：（1）定位信息的发送功能（2）数据显示功能（3）调度命令的接收功能（4）报警功能网络GPS在物流业中的应用

网络GPS是把Internet技术与GPS技术相结合，在互联网界面上显示GPS动态跟踪信息，以实现实时监控动态调度的功能。优势：1、可降低投资费用。2、网络GPS一方面利用互联网实现无地域限制的跟踪信息显示，另一方面又可通过设置不同权限做到信息的保密。网络GPS的特点

1．功能多、精度高、覆盖面广，在全球任何位置均可进行车辆的位置监控工作，充分保障网络GPS所有用户的要求都能够得到满足；

2．定位速度快，有力地保障了物流运输企业能够在业务运作上提高反应速度，降低车辆空驶率，降低运作成本，满足客户需要；

3．信息传输采用GSM公用数字移动通信网，具有保密性高、系统容量大、抗干扰能力强、漫游性能好、移动业务数据可靠等优点；4．构筑在国际互联网这一最大的网上公共平台上，具有开放度高、资源共享程度高等优点。网络GPS系统工作流程

车载单元即GPS接收机在接收到GPS卫星定位数据后，自动计算出自身所处的地理位置的坐标，后经GSM通信机发送到GSM公用数字移动通信网，并通过与物流信息系统连接的DDN专线将数据送到物流信息系统监控平台上。中心处理器将收到的坐标数据及其他数据还原后，与GIS系统的电子地图相匹配，并在电子地图上直观地显示车辆实时坐标的准确位置。各网络GPS用户可用自己的权限上网进行自有车辆信息的收发、查询等工作，在电子地图上清楚而直观地掌握车辆的动态信息（位置、状态、行驶速度等）。网络GPS系统的功能1．实时监控功能

2．双向通信功能3．动态调度功能4．数据存储、分析功能GIS技术概述

地理信息系统（GIS）是近十年来发展起来的一门综合应用系统，它能把各种信息向地理位置和有关的视图结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。GIS应用遍及金融、电信、交通、国土资源、电力、水利、农林、环境保护、地矿等国民经济各领域。

地理信息系统基本概念

（一）信息（二）地理信息地理信息是指空间地理分布的有关信息，它表示地表物体和环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图形、图像等的总称。（三）信息系统（四）地理信息系统不同的研究方向，不同的应用领域，不同的GIS专家，对它理解是不一样的。所有定义都是从三方面考虑的：①GIS使用的工具：计算机软、硬件系统。②GIS研究对象：空间物体的地理分布数据及属性。③GIS数据建立过程：采集、存储、管理、处理、检索、分析和显示。GIS（地理信息系统）是多种学科交叉的产物，它以地理空间数据为基础，采用地理模型分析方法，适时地提供多种空间的和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

地理信息系统的类型

地理信息系统按内容、功能和作用可分为两类：工具型地理信息系统和应用型地理信息系统。（一）工具型地理信息系统工具型地理信息系统也称地理信息系统开发平台或外壳，它是具有地理信息系统基本功能，供其他系统调用或用户进行二次开发的操作平台。（二）应用型地理信息系统应用型地理信息系统是根据用户的需求和应用目的而设计的一种解决一类或多类实际应用问题的地理信息系统，除了具有地理信息系统基本功能外，还具有解决地理空间实体及空间信息的分布规律、分布特性及相互依赖关系的应用模型和方法。应用型地理信息系统按研究对象性质和内容又可分为专题地理信息系统和区域地理信息系统。1．专题地理信息系统（ThematicGIS）专题地理信息系统是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定专门目的服务。如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统等。2．区域地理信息系统（RegionalGIS）区域地理信息系统主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。可以有不同的规模，如国家级、地区或省级、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统，也可以有以自然分区或流域为单位的区域信息系统。实现方式（1）独立开发是指不依赖于任何GIS工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出，所有算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，在一定的操作系统平台上编程实现。优点：无需依赖任何商业GIS工具软件，减少了开发成本，但是，由于能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化GIS工具软件相比。（2）单纯二次开发是指完全借助于GIS工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。这种方式省心省时，但开发应用程序仍然不尽如意。（3）集成二次开发是指利用专业的GIS工具软件，实现GIS的基本功能，以通过软件开发工具尤其是可视化开发工具，进行二次的集成开发。集成二次开发方式成为GIS应用开发的主流。优点：可以充分利用GIS工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用其他可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点，又具有更好的外观效果，更强大的数据库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护。缺点：前期投入比较大，需要同时购买GIS工具软件和可视化编程软件。（4）嵌入式GIS嵌入式GIS是当前发展的热点，它通过手机结合GPS定位或者gsm定位向个人提供随时随地的位置服务，不仅可以知道自己在哪里，而且可以随时查询附近的饭店、加油站、电影院在哪里，因此，嵌入式GIS可以给人们的日常生活带来极大的方便，并且据有巨大的市场潜力。地理信息系统的组成

GIS的应用系统由五个主要部分构成，即硬件、软件、数据、人员和方法。2．软件软件是指GIS运行所必须的各种程序。主要包括计算机系统软件和地理信息系统软件两部分。地理信息系统软件提供存储、分析和显示地理信息的功能和工具。

3．数据数据是一个GIS应用系统最基础的组成部分。空间数据是GIS的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。

地理信息系统的主要功能

一个GIS软件系统应具备五项基本功能，即数据输入、数据编辑、数据存贮与管理