項目三全球定位系統(tǒng)應(yīng)用

1、項目三項目三 全球定位系統(tǒng)（全球定位系統(tǒng)（GPS）應(yīng)用）應(yīng)用l美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）l俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）l歐洲伽利略系統(tǒng)（GNSS）l中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：1. GPS的定義的定義 利用定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。是美國國防部為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導(dǎo)航和定位的需要而建立的。 GPS能對靜態(tài)、動態(tài)對象進行動態(tài)空間信息的獲取，不受天氣和時間的限制。 1967年美國政府批準(zhǔn)該系統(tǒng)解密，提供民用。GPSGPS發(fā)展過程發(fā)展過程 1958年，美國海軍武器實驗室，

2、開始著手建立為美國海軍艦艇導(dǎo)航的衛(wèi)星系統(tǒng)，即“海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”（Navy Navigation Satellite SystemNNSS）。由于該系統(tǒng)衛(wèi)星都通過地極，也稱“子午(Transit)衛(wèi)星系統(tǒng)”。 1964年該系統(tǒng)建成，并在美國軍方啟用。 美國從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)，1994年投入使用。 經(jīng)歷20年，耗資300億美元，是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。 l導(dǎo)航l測量l授時（是指利用無線電波發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時間信號的工作）車載車載GPS的功能的功能l車輛實時監(jiān)控：速度、方向、位置等，監(jiān)控頻率可達到秒級。 l行駛信息管理：系統(tǒng)可對車輛以往的行駛數(shù)據(jù)信息進行下載

3、、回放、保存。l車輛超速報警l文字調(diào)度管理：管理員可通過文字方式向某一輛車或是某一群車輛發(fā)送 文字調(diào)度信息。l行車線路跟蹤l區(qū)域報警功能：可以設(shè)定禁區(qū)，當(dāng)車進入禁區(qū)監(jiān)控處發(fā)出警報提醒。定 制行駛路線，當(dāng)駕駛員駛離預(yù)定的駕駛路線發(fā)出報警。 l里程油耗統(tǒng)計GPS的功能的功能（1）全球全天候定位 GPS衛(wèi)星的數(shù)目較多，且分布均勻，保證了地球上任何地方任何時間至少可以同時觀測到4顆GPS衛(wèi)星，確保實現(xiàn)全球全天候連續(xù)的導(dǎo)航定位服務(wù)（除打雷閃電不宜觀測外）。（2）定位精度高 系統(tǒng)單機定位精度優(yōu)于10m，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。（3）觀測時間短 隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，20k

4、m以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘。2. GPS技術(shù)的主要特點技術(shù)的主要特點（4）測站間無需通視 GPS測量只要求測站上空開闊，不要求測站之間互相通視，因而不再需要建造覘標(biāo)。這一優(yōu)點既可大大減少測量工作的經(jīng)費和時間，同時也使選點工作變得非常靈活，也可省去經(jīng)典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。（5）儀器操作簡便 隨著GPS接收機的不斷改進，GPS測量的自動化程度越來越高，有的已趨于“傻瓜化”。（6）功能多，應(yīng)用廣泛2. GPS技術(shù)的主要特點技術(shù)的主要特點3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理

5、GPS的組成的組成GPS衛(wèi)星星座（空間部分）地面支撐系統(tǒng)（地面監(jiān)控部分）GPS接收機（用戶部分）空間部分和地面監(jiān)控部分由美國國防部美國國防部控制。3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理（1）空間部分）空間部分GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星），它們位于距地表20200km的上空，均勻分布在6 個軌道面上（每個軌道面4 顆）繞地球運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息。GPS的衛(wèi)星因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度會逐漸降低。 GPSGPS衛(wèi)星星座空間圖衛(wèi)星星座空間圖 GPSGPS衛(wèi)星星座平

6、面圖衛(wèi)星星座平面圖3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理（2）地面控制系統(tǒng)）地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)包括1個主控站，5個監(jiān)控站， 3個注入站。 主控制站位于美國。它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去。同時它還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時調(diào)度備用衛(wèi)星替代失效的工作衛(wèi)星工作。主控站也具有監(jiān)控站的功能?？傊?，地面控制系統(tǒng)的功能：總之，地面控制系統(tǒng)的功能：監(jiān)測衛(wèi)星是否正常工作，是否沿預(yù)定的軌道運行； 跟蹤計算衛(wèi)星的軌道參數(shù)并發(fā)送給衛(wèi)星，由衛(wèi)星通過導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶；保持各顆衛(wèi)星的時間同步；

7、 必要時對衛(wèi)星進行調(diào)度。（星歷：描述衛(wèi)星運動及其軌跡的參數(shù)） 監(jiān)控站中，除了主控站外，其它四個分別位于夏威夷、 阿松森群島、 迭哥伽西亞、 卡瓦加蘭。 監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號、監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。 注入站分別位于阿松森群島、 迭哥伽西亞、卡瓦加蘭。 注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。（3）用戶設(shè)備部分）用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機。 接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。 計算定位數(shù)據(jù)的具體過程：接收機捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟

8、蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理（GPS接收機安裝在汽車、飛機、手機等，是GPS與用戶接觸的部分。）用戶終端（GPS接收機安裝在其上）1222212222122221( 1)( 1)( 1) 2( 2)( 2)( 2) 3( 3)( 3)( 3) rXxYyZzrXxYyZzrXxYyZz 根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知數(shù)據(jù)，采用空間

9、距離后方交會的方法，確定待測點（用戶）的位置。3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理GPSGPS的工作原理的工作原理X、Y、Z是用戶的位置，為待測量。衛(wèi)星的位置r是衛(wèi)星和用戶之間的距離（經(jīng)度、緯度、高度） 對于，采用單程測量方法測量，即通過測量信號從衛(wèi)星發(fā)送到GPS接收 機所用的時間，乘以信號傳播速度，就可以求得距離， 。rCT 為了求得GPS用戶的位置（x,y,z），需要先獲得兩組數(shù)據(jù)： 各個衛(wèi)星的位置（Xn、Yn、Zn） GPS用戶到各個衛(wèi)星之間的距離 （r1、r2、r3） 122221122222122223( 1)( 1)( 1) ( 2)( 2)( 2) ( 3)( 3)( 3

10、) CTXxYyZzCTXxYyZzCTXxYyZz3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理 對于，衛(wèi)星的位置，是由GPS衛(wèi)星軌道參數(shù)和參考時間計算出來的，這些信息稱為衛(wèi)星星歷，它包含在GPS的衛(wèi)星電文中。由地面監(jiān)控部分計算出來，傳輸給衛(wèi)星，衛(wèi)星發(fā)給接收機。 衛(wèi)星和接收機的時鐘不同步，有時鐘差Ta； 衛(wèi)星和衛(wèi)星之間的時鐘是同步的（即接收機和每個衛(wèi)星有相同的時鐘差Ta ） 122221222212222(X1x)(Y1y)(Z1z) C( t1Ta)(X2x)(Y2y)(Z2z) C( t2Ta)(X3x)(Y3y)(Z3z) C( t3Ta)四個未知數(shù)X、Y、Z、Ta，三個方程，怎么求解？

11、3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理12222122221222212222r1(X1x)(Y1y)(Z1z) C( t1Ta)r2(X2x)(Y2y)(Z2z) C( t2Ta)r3(X3x)(Y3y)(Z3z) C( t3Ta)r4(X4x)(Y4y)(Z4z) C( t4Ta) 增加一顆觀察衛(wèi)星，求解這四個未知數(shù)（ X、Y、Z、Ta， ）。四個等式的方程組，即可求得終端用戶的位置（x，y，z）以及接收機和衛(wèi)星之間的時鐘差Ta。 3. GPS的組成及工作原理的組成及工作原理 衛(wèi)星越多,定位越準(zhǔn)確； 一般, GPS接收機可同時收到的4-8顆衛(wèi)星的。GPS定位方法分類定位方法分類 確定

12、觀測點在國家或地確定觀測點在國家或地方獨立坐標(biāo)系中的坐方獨立坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即相對位置標(biāo)，即相對位置B S1 S2 S4 S3 靜態(tài)相對定位模式靜態(tài)相對定位模式流動站流動站動態(tài)相對定位模式動態(tài)相對定位模式基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站GPS的應(yīng)用都是基于以下兩個基本功能：的應(yīng)用都是基于以下兩個基本功能：一、空間位置服務(wù)1.定位：汽車防盜、緊急救生；2.導(dǎo)航：交通工具導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)；3.測量：距離、速度、大地測繪；二、時間服務(wù)1.系統(tǒng)同步：CDMA通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)；2.授時。GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用定位系統(tǒng)的應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用定位系統(tǒng)的應(yīng)用 年，德國寶馬汽車公司第一個在它生產(chǎn)的“”系列的頂級汽車上提供衛(wèi)星導(dǎo)航

13、設(shè)備。 到世紀(jì)末，大多數(shù)中等級別的汽車都將有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。公路的利用率將因此而提高，并逐步會發(fā)展成全球一體化的運輸網(wǎng)。 據(jù)預(yù)測，在20102015年間，約有50的汽車在出廠時，就已經(jīng)裝備了車載導(dǎo)航系統(tǒng)。汽車衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)汽車衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用定位系統(tǒng)的應(yīng)用汽車汽車GPS預(yù)警器預(yù)警器GPS預(yù)警器是通過GPS衛(wèi)星在GPS預(yù)警器中設(shè)定坐標(biāo)來完成的，比如遇到一個電子眼，然后通過相關(guān)設(shè)備在電子眼的正下方設(shè)立一個坐標(biāo)，這樣，使得裝上這個坐標(biāo)點數(shù)據(jù)的預(yù)警器到達這個點時，在達到坐標(biāo)點的前300米左右就會開始預(yù)警，告訴車主前面有電子眼測速，不能超速駕駛，這樣就起到一個預(yù)警作用。GPStar智能車載智

14、能車載GPS系統(tǒng)（車聯(lián)網(wǎng)）系統(tǒng)（車聯(lián)網(wǎng)）主要由兩大部分組成，即：本地的監(jiān)控中心軟件管理平臺和遠(yuǎn)程的GPS智能車載終端。遠(yuǎn)程的GPS智能車載終端將車輛所處的位置信息、運行速度、運行軌跡等數(shù)據(jù)傳回到監(jiān)控中心；監(jiān)控中心接收到這些數(shù)據(jù)后，會立即進行分析、比對等處理，并將處理結(jié)果以正常信息或者報警信息兩類形式顯示給管理員，由管理員決定是否要對目標(biāo)車輛采取必要措施。GPS在道路工程中的應(yīng)用 GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用定位系統(tǒng)的應(yīng)用 隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術(shù)提出了更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。目前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級首級

15、高精度控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差只有2厘米左右，達到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度。 GPS技術(shù)也同樣應(yīng)用于特大橋梁的控制測量中，可以提高點位精度，同時對檢測常規(guī)測量的支點也非常有效。 l GPS用于農(nóng)業(yè)l GPS用于救援l GPS用于森林防火l GPS用于地震預(yù)報l GPS用于大壩及地面沉降的監(jiān)測l GPS在軍事上的應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用定位系統(tǒng)的應(yīng)用GPS定位系統(tǒng)的應(yīng)用定位系統(tǒng)的應(yīng)用4. GPS的使用方法 GPS不象電視或收音機，打開就能用，它更象一架相機，需要有一定的技巧。（1）有地圖使用 GPS與詳細(xì)地圖配合使用時有最好的效果。 如果有目的地附

16、近的精確地圖，則可以預(yù)先規(guī)劃線路，先做地圖上規(guī)劃，制定行程計劃，可以按照線路的復(fù)雜情況和里程，建立一條或多條線路（ROUTE），讀出路線特征點的坐標(biāo)，輸入GPS建立線路的各條“腿”(legs),并把一些單獨的標(biāo)志點作為路標(biāo)(Landmark/ Waypoint)輸入GPS。（每兩個坐標(biāo)點之間的線段叫一條腿 leg）4. GPS的使用方法（2）無地圖使用這是更為常見的使用方式。坐標(biāo)定點。 常用于確定巖壁坐標(biāo)、探洞時確定洞口坐標(biāo)或其他象線路起點、轉(zhuǎn)折、宿營點的坐標(biāo)。用法簡單，MARK一個坐標(biāo)就行了。注意：所要找的地點坐標(biāo)必須已經(jīng)以路標(biāo)(landmark/waypoint)的形式存在于GPS的內(nèi)存中

17、，可以是你以前MARK的點，或者是手工/計算機上載成的路標(biāo)數(shù)據(jù)。路導(dǎo)向線。把某條路線激活， “導(dǎo)向”頁會引導(dǎo)你走向路線的第一個點，一旦到達，目標(biāo)點會自動更換為下一路點，“導(dǎo)向”頁引導(dǎo)你走向路線的第二個點。 若你偏離了路線，越過了某些中間點，一旦你再回到路線上來，“導(dǎo)向”會跳過你所繞過的那些點，定為線路上你當(dāng)前位置對應(yīng)的下一個點。路線回溯。將用戶之前使用過的規(guī)劃路線存儲起來，在用戶原路返回時，進行線路引導(dǎo)和定位。5. GPS技術(shù)在運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用（1）車輛GPS定位系統(tǒng)5. GPS技術(shù)在運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用（1）車輛GPS定位系統(tǒng)5. GPS技術(shù)在運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用(1)實時跟蹤(2)計價器功能(3)

18、防盜器(4)自動軌跡和數(shù)據(jù)存儲(5)電話功能(6)報警功能(7)斷油和監(jiān)聽功能(8)短信息功能(9)遠(yuǎn)程維護功能(10)電子圍欄5. GPS技術(shù)在運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用（2）應(yīng)用差分GPS技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)工作原理：每一輛車都裝有GPS接收機和通信電臺，監(jiān)控中心設(shè)在監(jiān)控中心設(shè)在基準(zhǔn)站位置，坐標(biāo)精確已知基準(zhǔn)站位置，坐標(biāo)精確已知?；鶞?zhǔn)點上安置GPS接收機，同時安裝通信電臺、計算機、電子地圖、大屏幕顯示器等設(shè)備。工作時，各車輛上的GPS接收機將其位置、時間和車輛編號等信息一同發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心將車輛位置與基準(zhǔn)站監(jiān)控中心將車輛位置與基準(zhǔn)站GPSGPS定位結(jié)果進行差分求出差分改定位結(jié)果進行差分求出差分改

19、正數(shù)正數(shù)，對車輛位置進行改正，計算出精確坐標(biāo)，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，顯示在大屏幕上。 5. GPS技術(shù)在運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用（2）應(yīng)用差分GPS技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)車載部分只接收GPS信號，不必考慮差分信號的接收。而監(jiān)控中心集中進行差分處理，顯示、記錄和存儲。數(shù)據(jù)通信可采用原有的車輛通信設(shè)備，只要增加通信轉(zhuǎn)換接口即可。6. 網(wǎng)絡(luò)GPS 網(wǎng)絡(luò)GPS是把Internet技術(shù)與GPS技術(shù)相結(jié)合，在互聯(lián)網(wǎng)界面上在互聯(lián)網(wǎng)界面上顯示GPS動態(tài)跟蹤信息，以實現(xiàn)實時監(jiān)控動態(tài)調(diào)度的功能。 網(wǎng)絡(luò)GPS就是指在互聯(lián)網(wǎng)上建立起來的一個公共GPS監(jiān)控平臺，它同時融合了GPS技術(shù)、GSM數(shù)字移動通信技術(shù)、國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種目前世界

20、上先進的科技成果。 網(wǎng)絡(luò)GPS綜合了Internet與GPS的優(yōu)勢與特色，取長補短。它解決了常規(guī)GPS所無法克服的障礙：首先，其可降低投資費用；其次，網(wǎng)絡(luò)GPS一方面利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)無地域限制的跟蹤信息顯示，另一方面，又可通過設(shè)置不同權(quán)限做到信息的保密。6. 網(wǎng)絡(luò)GPS網(wǎng)絡(luò)GPS的功能：實時監(jiān)控、雙向通信功能、動態(tài)調(diào)度、數(shù)據(jù)存儲分析。6. 網(wǎng)絡(luò)GPS6. 網(wǎng)絡(luò)GPS 實時監(jiān)控 雙向通信功能 動態(tài)調(diào)度 數(shù)據(jù)存儲分析 運能管理 服務(wù)質(zhì)量跟蹤網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)GPS的功能的功能：7. 其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)3、俄羅斯GLONASS（格洛納斯）系統(tǒng)2、歐洲“伽利略”系統(tǒng)”1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 與美國的GPS相比，“伽利略”系統(tǒng)可以為民用客戶提供更為精確的定位，其定位精度可以達到1米，而GPS只能達到10米。 定位精度與GPS民用定位精度相當(dāng)；具有短報文通信功能，一次可傳送多達120個漢字的信息。 盡管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干擾能力卻是最強的。7. 其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)其它的衛(wèi)星定位系統(tǒng)1、世界第三套全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 該系統(tǒng)是中國中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是繼美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）定位系統(tǒng)之后世界第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 該系統(tǒng)分為“北斗