全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用ppt課件

第一節(jié)全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用,第三章地理信息技術(shù)的應(yīng)用,課程標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用有關(guān)資料，了解地理信息系統(tǒng)在城市管理中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解：地理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)成和功能。2.理解：地理信息系統(tǒng)在城市管理中的作用。3.應(yīng)用：通過收集資料，深入理解地理信息系統(tǒng)的工作原理。,到底什么是GPS呢？,概念,GPS，是英文GlobalPositioningSystem的縮寫詞，其意為“全球定位系統(tǒng)”該系統(tǒng)是以人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)來確定地球上某一點(diǎn)精確位置的定位系統(tǒng)便攜式的GPS接收機(jī)，一般有電視遙控器大小，上面有按鍵和液晶顯示，可以接收GPS衛(wèi)星所發(fā)送的信號(hào)人們走到某個(gè)地方，按上幾下按鍵，液晶就會(huì)標(biāo)示出所在地的經(jīng)緯度如果拿它配合精度很高的地圖使用，就可以到達(dá)任何預(yù)定的地點(diǎn),全球定位系統(tǒng)的組成,用戶接收系統(tǒng),空間衛(wèi)星系統(tǒng),地面監(jiān)控系統(tǒng),(三大子系統(tǒng)),全球定位系統(tǒng)，即GPS（GlobalPositioningSystem），是利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來獲得地面某點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程的系統(tǒng)。它是美國20世紀(jì)70年代初開始研制，并于1994年全面建成。其主要目的是：為陸、海、空三大領(lǐng)域，提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨(dú)霸全球戰(zhàn)略重要組成。,一、全球定位系統(tǒng)的基本原理,GPS定位示意圖,1.衛(wèi)星定位的基本原理,GPS系統(tǒng)采用“時(shí)間同步、單程測距”的原理來實(shí)現(xiàn)定位。簡單地說就是用戶同時(shí)向已知其位置的3個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星分別進(jìn)行距離測量，然后再以該衛(wèi)星為球心，以所測得的距離為半徑，在空間畫出3個(gè)球面，則該3個(gè)球面的相交點(diǎn)，就是用戶的所在位置了。,2.全球定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成,全球定位系統(tǒng),（1）空間衛(wèi)星系統(tǒng)空間衛(wèi)星系統(tǒng)由均勻分布在6個(gè)軌道平面上的24顆高軌道工作衛(wèi)星構(gòu)成，各軌道平面相對(duì)于赤道平面的傾角為55，軌道平面間距60。在每一軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星夾角距差為90，任一軌道上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30。空間系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星每12小時(shí)沿近圓形軌道繞地球一周，由星載高精度原子鐘控制無線電發(fā)射機(jī)在低躁音窗口;附近發(fā)射L1、L2兩種載波，向全球的用戶接收系統(tǒng)連續(xù)的播發(fā)GPS導(dǎo)航信號(hào)。GPS工作衛(wèi)星組網(wǎng)保障全球任一時(shí)刻、任一地點(diǎn)都可對(duì)4顆以上的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、實(shí)時(shí)地導(dǎo)航和定位。,不同類型的GPS衛(wèi)星,（2）地面監(jiān)控系統(tǒng)。地面監(jiān)控系統(tǒng)由均勻分布在美國本土和三大洋的美軍基地上的5個(gè)監(jiān)測站、一個(gè)主控站和三個(gè)注入站構(gòu)成。該系統(tǒng)的功能是：對(duì)空間衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。地面監(jiān)測站的主要任務(wù)是用GPS接收系統(tǒng)測量每顆衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象數(shù)據(jù)，并將觀測數(shù)據(jù)傳送給主控點(diǎn)。5個(gè)監(jiān)控站均為無人職守的數(shù)據(jù)采集中心。主控站接受各監(jiān)測站的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星工作狀態(tài)數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站自身的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)上述各類數(shù)據(jù)，及時(shí)編算每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文傳送給注入站?？刂坪蛥f(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，檢驗(yàn)注入衛(wèi)星的導(dǎo)航電文是否正確以及衛(wèi)星是否將電文發(fā)給了GPS用戶系統(tǒng)。診斷衛(wèi)星工作狀態(tài)，改變偏離軌道的衛(wèi)星位置和姿態(tài)，調(diào)整備用衛(wèi)星取代失效衛(wèi)星。注入站接受主控站送達(dá)的各衛(wèi)星導(dǎo)航電文并將之注入飛越其上空的每顆衛(wèi)星。,（3）用戶接收系統(tǒng)用戶接收系統(tǒng)主要由以無線電傳感和計(jì)算機(jī)技術(shù)支撐的GPS衛(wèi)星接收機(jī)和GPS數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。GPS接收機(jī)能捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收放大GPS信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和濾波處理，還原出GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，解求信號(hào)在站星間的傳播時(shí)間和載波相位差，實(shí)時(shí)地獲得導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)或采用后處理的方式，獲得定位、測速、定時(shí)等數(shù)據(jù)。,各種接收設(shè)備,問題探討:按照理論,我們知道要保證地面各點(diǎn)能接收到信息只要3顆衛(wèi)星就可以了,為什么我們要用4顆衛(wèi)星呢?,當(dāng)GPS收到3顆衛(wèi)星的信號(hào)，它只能計(jì)算出2維坐標(biāo)：經(jīng)度和緯度，這時(shí)它可能還會(huì)顯示高度數(shù)據(jù)，但這數(shù)據(jù)是無效的。當(dāng)GPS能夠收到4顆及以上衛(wèi)星的信號(hào)時(shí)，它能計(jì)算出本地的3維坐標(biāo)：經(jīng)度、緯度、高度。,3.全球定位系統(tǒng)的作用和特點(diǎn)：,特點(diǎn)：（1）全天候，不受天氣影響；（2）全球覆蓋；（3）三維定速定時(shí)高精度；（4）快速省時(shí)高效率；（5）應(yīng)用廣泛、多功能。,作用：可以快速精確地確定地面某點(diǎn)的位置（經(jīng)度、緯度）和高程，甚至速度、距離和航向等。,4.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，小圓為抬以45角仰望天空的范圍，越靠近中心，衛(wèi)星信號(hào)越強(qiáng)。,思考：（1）相鄰兩個(gè)GPS星座衛(wèi)星軌道平面之間的夾角是多少度？（2）每個(gè)衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星？它們兩者之間相隔多少度？,60度,4顆，90度,（3）利用GPS定位時(shí)，地面上任何一點(diǎn)，在任一時(shí)刻，地面上空至少要有幾顆衛(wèi)星？A、1顆B、2顆C、3顆D、4顆,（4）無論是在飛機(jī)或汽車上，還是在野外旅行考察，只要擁有手機(jī)大小的GPS信號(hào)接受機(jī)，你就能隨時(shí)知道自己所在地的：A、季節(jié)B、天氣C、地理坐標(biāo)D、氣候,D,C,二、全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用,1、軍事方面,隨著衛(wèi)星技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，戰(zhàn)爭的陸、海、空三維空間已發(fā)展到陸、海、空、天、電（磁）五維空間。在海灣戰(zhàn)爭中，美國航天司令部統(tǒng)一指揮了約70顆衛(wèi)星，支援陸?？兆鲬?zhàn)，海灣戰(zhàn)爭也因此被稱為“第一次空間戰(zhàn)爭”。顯然，誰擁有“制信息權(quán)”，誰就能掌握高技術(shù)戰(zhàn)場的主動(dòng)權(quán)，而“制信息權(quán)”又離不開“制天權(quán)”。,“制天權(quán)”與美國國家導(dǎo)彈防御系統(tǒng)也有著密不可分的聯(lián)系，如果衛(wèi)星被毀或“致盲”它就會(huì)癱瘓，因此，美國在打“衛(wèi)星戰(zhàn)”方面比誰都起勁。,作用：給航行中的軍艦、飛機(jī)及導(dǎo)彈等設(shè)施提供定位和導(dǎo)航信息；同時(shí)也應(yīng)用于野外行進(jìn)中的單兵和移動(dòng)裝置的定位及跟蹤,2、測量方面,本次測量除采用1975年時(shí)的傳統(tǒng)測量方法外，還采取GPS測量系統(tǒng)。,珠穆朗瑪峰高度最新測量結(jié)果為8844.43米參數(shù)：珠穆朗瑪峰峰頂巖石面高程測量精度0.21米；峰頂冰雪深度3.50米。原1975年公布的珠峰高程數(shù)據(jù)停止使用。,2005年10月9日上午10時(shí)，國家測繪局局長陳邦柱宣布珠穆朗瑪峰高度最新測量結(jié)果：,GPS在交通運(yùn)輸中的作用,車載型GPS機(jī),3、交通方面,20,通過GPS定位和監(jiān)控管理系統(tǒng)可以對(duì)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(duì)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。,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(duì)作物生長進(jìn)行管理。,（2）在林業(yè)管理方面的應(yīng)用GPS技術(shù)在確定林區(qū)面積，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(duì)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,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)迷失路途。在2006年的“五一”黃金周，12位北京戶外運(yùn)動(dòng)愛好者在內(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。,6、休閑娛樂,24,7、戶外旅游探險(xiǎn)：余純順在羅布泊探險(xiǎn)遇難時(shí)離最近的補(bǔ)給站僅幾百米。風(fēng)沙淹埋了前人走過的足跡，在茫茫荒漠中又渴又餓的他終于倒下了。如果當(dāng)時(shí)他有一臺(tái)GPS接收機(jī)，慘劇又何以發(fā)生？在地廣人稀沒有任何參照物可用以辨別方向的情況下，危險(xiǎn)無時(shí)無刻不在,手持GPS接收機(jī)沿著機(jī)中記錄的安全軌跡小心行進(jìn)，可安全返航。目前，許多休閑俱樂部圍繞GPS功能相繼推出“穿越”、“尋寶”、“野外拓展”等都市游戲，豐富了人們周末生活，提高了人們生活品位，深得戶外運(yùn)動(dòng)愛好者的歡迎。,把全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem-GPS）比喻成八爪魚，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。可以說，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。,案例研究,神奇的飛機(jī)編隊(duì),GPS為飛機(jī)編隊(duì)導(dǎo)航應(yīng)用示意,27,例1下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)的敘述。不正確的是(),A.GPS是利用衛(wèi)星進(jìn)行導(dǎo)航、定位的系統(tǒng)B.GPS包括兩大部分，即空間部分和地面控制部分C.GPS衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成D.野外旅行，只要擁有GPS信號(hào)接收機(jī)，可隨時(shí)知道自己所處的經(jīng)緯度,B,解析：全球定位系統(tǒng)包括三大部分。即空間星座、地面控制系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)。,例21999年3月27日，北約部隊(duì)一架F-117A隱形戰(zhàn)斗機(jī)被南聯(lián)盟防空部隊(duì)擊落。飛行員跳傘后在腳觸地的一剎那，通過手持型信號(hào)發(fā)射器發(fā)出緊急呼救信號(hào)，當(dāng)間諜衛(wèi)星把呼救信號(hào)傳送到北約空襲南聯(lián)盟指揮所后，美軍立即安排了救援行動(dòng)。6小時(shí)后，當(dāng)一架EA一6B電子干擾機(jī)發(fā)現(xiàn)飛行員的準(zhǔn)確位置時(shí)，一架MH一6oG搜索與救援直升機(jī)降落在飛行員面前，把飛行員接上直升機(jī)并安全返回基地。據(jù)此回答（l）（2）題。,（1）飛行員發(fā)出的呼救信號(hào)是（）,A