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文檔簡介

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

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