第六章GPS與GIS技術(shù)

1、第第 六六 章章GPS與與GIS技術(shù)技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握GPS技術(shù)的定義和組成掌握GPS的基本常識了解GIS技術(shù)的原理和應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) GPS技術(shù)技術(shù)一、一、GPS概述概述（一）（一）GPSGPS的發(fā)展歷史的發(fā)展歷史 1.方案論證階段（19731979年） 2.全面研制和試驗(yàn)階段（19791987年） 3.實(shí)用組網(wǎng)階段（19891999年） 4.GPS的現(xiàn)代化階段（1999年至今） （二）（二）GPS的組成的組成 GPS由三大部分組成，即：空間部分、控制部分和用戶部分 。 1.空間部分空間部分是GPS衛(wèi)星星座的總稱，GPS衛(wèi)星星座運(yùn)行在一個(gè)以地球?yàn)榻裹c(diǎn)的橢球面上，在這個(gè)橢球面上GPS衛(wèi)星工作星座

2、被分成了6個(gè)軌道平面，均勻分布著24顆GPS。 衛(wèi)星每個(gè)軌道平面與赤道平面的傾角為55，軌道平面間距60，在各個(gè)軌道平面內(nèi)，各衛(wèi)星間距為90，任意軌道上的衛(wèi)星比西側(cè)相鄰軌道上的衛(wèi)星超前30。 2.控制部分 控制部分是地面監(jiān)控系統(tǒng)的總稱，主要由主控站（1個(gè)）、監(jiān)測站（5個(gè)）、注入站（3個(gè)）和通訊與輔助系統(tǒng)，該部分的作用是對空間衛(wèi)星部分進(jìn)行監(jiān)測、控制，并向每顆衛(wèi)星注入更新的導(dǎo)航電文。 控制部分主要實(shí)現(xiàn)功能為：監(jiān)測GPS信號 、收集數(shù)據(jù) 、計(jì)算導(dǎo)航電文 、注入電文 、狀態(tài)診斷和衛(wèi)星調(diào)度 。 3.用戶部分 用戶部分指的是GPS的用戶和接收機(jī)部分,接受設(shè)備包括GPS信號接收機(jī)和其他儀器設(shè)備，接收機(jī)由天線

3、單元和接收單元組成。（三）（三）GPSGPS的定位原理的定位原理 GPS定位是利用三點(diǎn)定位原理，即知道未知點(diǎn)距離已知點(diǎn)的距離，未知點(diǎn)必然位于以已知點(diǎn)為球心，距離為半徑的球上，測出未知點(diǎn)和三個(gè)已知點(diǎn)的距離，即未知點(diǎn)在三個(gè)球圓周的相交處（為兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，因有接收方向，故有一個(gè)處于接收背面的點(diǎn)可以舍去），從而準(zhǔn)確地測出未知點(diǎn)的位置。影響GPS定位精度的因素主要是時(shí)間 。 假設(shè)地面接收機(jī)在t時(shí)刻接收到四顆衛(wèi)星的信息參數(shù)如下所述，第一顆衛(wèi)星的位置坐標(biāo)為(x1,y1,z1),星歷參數(shù)（鐘差）為Vt1，第二顆衛(wèi)星的位置坐標(biāo)為（x2,y2,z2），星歷參數(shù)（鐘差）為Vt2，第三顆衛(wèi)星的位置坐標(biāo)為（x3,y3,z3

4、），星歷參數(shù)（鐘差）為Vt3，Vt0為接收機(jī)鐘差。其中C為電磁波速度， 則有如下方程組。二、二、GPS定位方法分類定位方法分類1.根據(jù)定位所采用的觀測值劃分GPS定位可分為偽距定位和載波相位定位 2.根據(jù)定位的模式劃分GPS定位可分為絕對尋址和相對定位3.根據(jù)獲取定位結(jié)果的時(shí)間劃分GPS定位可分為立即尋址和非立即尋址 4.根據(jù)定位時(shí)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劃分GPS定位可分為動(dòng)態(tài)定位和靜態(tài)定位三、三、GPS定位特點(diǎn)定位特點(diǎn)1.高精度GPS相對定位精度在10米以內(nèi)，采用差分定位，精度可達(dá)厘米級和毫米級。 2.高效率觀測時(shí)間隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善和軟件的不斷更新縮短 。3.全天候作業(yè)目前GPS觀測可在一

5、天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。4.功能多樣，應(yīng)用廣泛GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導(dǎo)航，還可用于測速、測時(shí)；不僅可應(yīng)用于軍事上，還可以應(yīng)用在航空、航海、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)遙感、氣象等領(lǐng)域。 四、四、GPS設(shè)備的性能指標(biāo)設(shè)備的性能指標(biāo)GPS設(shè)備的性能指標(biāo)主要包括衛(wèi)星軌跡、并行通道、定位時(shí)間、定位精度、DGPS功能、信號干擾、信號物理設(shè)備等 。五、五、GPS的應(yīng)用的應(yīng)用GPS在我國的應(yīng)用前景是無限的?，F(xiàn)階段GPS的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)領(lǐng)域中：1. 應(yīng)用于導(dǎo)航 主要是為船舶、汽車、飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行定位導(dǎo)航。 2. 應(yīng)用于授時(shí)校頻 主要應(yīng)用在電力與郵電及通訊等

6、網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步、準(zhǔn)確時(shí)間的授入和準(zhǔn)確頻率的授入等。3. 應(yīng)用于高精度測量主要應(yīng)用在各種等級的大地測量與控制測量、道路和各種線路放樣、水下地形測量、地殼形變測量、大壩和大型建筑物變形監(jiān)測、GIS應(yīng)用、工程機(jī)械（輪胎吊，推土機(jī)）控制和精細(xì)農(nóng)業(yè)等。 第二節(jié)第二節(jié) GIS技術(shù)技術(shù)一、一、GIS概述概述（一）（一）GIS的發(fā)展的發(fā)展 1.三維GIS 2.Web GIS（二）（二） GIS的組成的組成 1.硬件 硬件是GIS所操作的計(jì)算機(jī)。 2.軟件 GIS軟件提供所需的存儲、分析和顯示地理信息的功能和工具。 3.數(shù)據(jù) GIS系統(tǒng)中最重要的部件就是數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)和相關(guān)的表格數(shù)據(jù)可以自己采集或者從商業(yè)數(shù)據(jù)提

7、供者處購買。GIS將把空間數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成在一起，而且可以使用那些被大多數(shù)公司用來組織和保存數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)。 4.人員 GIS技術(shù)如果沒有人來管理系統(tǒng)和制定計(jì)劃應(yīng)用于實(shí)際問題，將沒有什么價(jià)值。 5.方法 成功的GIS系統(tǒng)具有好的設(shè)計(jì)計(jì)劃和自己的事務(wù)規(guī)律，這些是規(guī)范。而且對每一個(gè)公司來說，具體的操作實(shí)踐又是獨(dú)特的。（三）（三） GISGIS的數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)模型 GIS采用數(shù)據(jù)模型有兩種:柵格數(shù)據(jù)模型和矢量數(shù)據(jù)模型。 柵格數(shù)據(jù)模型是采用規(guī)則分布的柵格數(shù)據(jù)陣列模型進(jìn)行模擬和表達(dá)空間的地理實(shí)體或空間的地理現(xiàn)象。矢量數(shù)據(jù)模型采用精確定位的坐標(biāo)對序列模擬和表達(dá)空間地理實(shí)體(現(xiàn)

8、象)的分布狀況。 （四）（四）GISGIS的分類的分類 全國性的綜合系統(tǒng) 、區(qū)域性的信息系統(tǒng)和專題性信息系統(tǒng) 。二、二、GIS的功能的功能1.數(shù)據(jù)采集存儲與編輯功能數(shù)據(jù)采集就是將外部多種來源、多種形式的原始數(shù)據(jù)（包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)）傳輸給系統(tǒng)內(nèi)部，并將這些數(shù)據(jù)從外部格式轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)便于處理的內(nèi)部格式的過程. 數(shù)據(jù)存儲就是將采集到的數(shù)據(jù)以某種格式保存在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)編輯就是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、增加、刪除和更新等操作。 2.制圖功能 根據(jù)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及繪圖儀的類型，用戶可獲得矢量地圖或柵格地圖。 3.地理數(shù)據(jù)庫的組織與管理 包括數(shù)據(jù)庫定義、數(shù)據(jù)庫建立與維護(hù)、數(shù)據(jù)庫操作和通訊等功能。 4.空間查詢與空間分析功能GIS的面向用戶的應(yīng)用功能不僅僅表現(xiàn)在它能提供一些靜態(tài)的查詢、檢索數(shù)據(jù)，更有意義的在于用戶可以根據(jù)需要建立一個(gè)應(yīng)用分析的模式(通過動(dòng)態(tài)的分析，從而提供平均、管理和決策服務(wù) )。 5.地形分析功能 GIS系統(tǒng)可通過數(shù)字地形模型DTM，以離散分布的平面點(diǎn)來模擬連續(xù)分布的地形，再從中內(nèi)插提取各種地形分析數(shù)據(jù)，地形分析的內(nèi)容包括等高線分析、透視圖分析、坡度坡向分析、斷面圖分析和地形表面面積與填挖方體積計(jì)算等。 6.二次開發(fā)和編程功能用戶可以在自己的編程環(huán)境中調(diào)用GIS的命令和函數(shù)，或者GIS系統(tǒng)將某些功能做成專門的控件供用