全球定位系统的应用.ppt

1、第一节全球定位系统的应用,中国地图出版社,SINOMAPS PRESS,普通高中课程标准实验教科书 地理 必修第3册,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,在伊拉克战争期间，中国中远公司有一条远洋货轮，通过马六甲海峡驶入印度洋后，被美国舰船拦阻，要求检查船只。美国在伊拉克作战，可以划临检区，但不能把临检区划到整个印度洋。 中国货轮不买美国的账，不停船受检。但后来这条船开的时间不长，发现船用GPS失效了，船被迫停下来进行检修，但没有发现故障。后来才明白是美国海军对中国货轮G

2、PS进行局部屏蔽。,一个国家的安全，不能依赖外国，必须依靠自己。,中国全力打造“北斗系统”,咱们自己的全球定位系统,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）,二、定位原理：颗卫星定位一点,1,2,3,4,S1,S3,S4,S2,（X、Y、Z、T）,3,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

3、，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”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。由于该系统卫星都通过地极

4、，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

5、是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning System）简称全球定位系统（GPS）。,一、全球定位系统：,1、全球定位系统： （Global Positioning System 简称GPS ）是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统 。,主控站：1个 监测站：5个 注入站：3个,2、全球定位系统的系统组成,全球定位系统,GPS组成,GPS卫星星座,地面监控系统,GPS信 号接收机,返回,24颗卫星星座（21颗工作卫星3颗备用卫星

6、）,1个主控站 3个注入站 5个监控站,空间部分,用户设备,地面控制,空间部分,要获得准确信息，一般要求4颗卫星，用于定位的4颗卫星称为定位星座。,返回,地面监控系统,卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。 地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统,用户设备,4.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接收机所处位置（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。,如

7、图GPS接收机接收GPS卫星A、B、C传来的信号，“绘制”3个巨大的球体。3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GPS接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处的经纬度。卫星D测量GPS接收机所在的高程。,3、GPS定位原理,GPS的定位原理与“三边测量术”原理相似。不同的是3颗卫星代替了3个村子，地图上平面的圆变成了三维的球面。,GPS定位示意图,卫星定位的基本原理,GPS系统采用“时间同步、单程测距”的原理来实现定位。 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

8、是用户的所在位置了。,5.特点：,（1）全天候，不受天气影响； （2）全球覆盖； （3）三维定速定时高精度； （4）快速省时高效率； （5）应用广泛、多功能。,（2）地面监控系统对卫星进行监测和调控。,4.工作过程：,（1）向GPS卫星发送导航定位信号,（3）用户系统接受GPS卫星发射的信号后进 行导航、定位。,二、GPS应用,军事:导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现,测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？,交通：关键是导航,救援：关键是定位,农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？,娱乐旅游,1.GPS在军事上的应用,军事是GPS技术最早的应用领域,主要是为各种军事活动提供定位导航.在现

9、代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用GPS技术进行定位导航。,伊拉克战争中GPS制导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、舰船、各级指挥部和陆军小分队都装备了GPS接收机，总数超过5万部。在轨的16颗GPS卫星，每天可提供19小时的三维数据，精度10 - 16米，测速精度0 .1米 / 秒。,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。,2

10、005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

11、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。,3、GPS在交通运输中的作用,功能示意图,导航型接收机,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,案例：2005年8月10日傍晚六点左右，飞达GPS监控中心接到要求查询粤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

12、约100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。,5、精确的农业航空导航,专业精准农业野外数据采集软,精确自动导航、 自动驾驶辅助系统,专业的农业平行收割、播种选项,四、全球定位系统的应用,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

13、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。,四、全球定位系统的应用,5、农业方面,（2）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，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置

14、， 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作用。 在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置 和面积，绘制精确的森林分布图。 （3）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。,（4）鱼群定位,四、全球定位系统的应用,6、休闲娱乐,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GPS导航接收机。携带和使用就更方便。可以说，GPS的应用将进入人们的日常生活，其应用前景非常广阔。GPS的应用，也许仅受人们的想像力制约。,1912年4月14日，英国大型豪华客船泰坦尼克号在北大西洋北纬4046，西经5014处与冰山相撞，于15日2时20分沉没，是死亡人数最多的海难。泰坦尼克号于1912年建成，1912年4月10日载客1316人、船员885人，自英国南安普敦始航至美国纽约，也是该船建成后的首次远航。航行中于14日9时至18时20分之前多次收到关于流冰与冰山的无线电报 ,由于报务员忙于旅客的电报，未向船长报告 ,至22时大副报告已进入冰区时，船长仍