项目三全球定位系统应用

1、项目三项目三 全球定位系统（全球定位系统（GPS）应用）应用l美国全球卫星定位系统（GPS）l俄罗斯格洛纳斯系统（GLONASS）l欧洲伽利略系统（GNSS）l中国北斗卫星导航系统全球四大卫星导航系统：全球四大卫星导航系统：1. GPS的定义的定义 利用定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的需要而建立的。 GPS能对静态、动态对象进行动态空间信息的获取，不受天气和时间的限制。 1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。GPSGPS发展过程发展过程 1958年，美国海军武器实验室，

2、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，也称“子午(Transit)卫星系统”。 1964年该系统建成，并在美国军方启用。 美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。 经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。 l导航l测量l授时（是指利用无线电波发播标准时间信号的工作）车载车载GPS的功能的功能l车辆实时监控：速度、方向、位置等，监控频率可达到秒级。 l行驶信息管理：系统可对车辆以往的行驶数据信息进行下载

3、、回放、保存。l车辆超速报警l文字调度管理：管理员可通过文字方式向某一辆车或是某一群车辆发送 文字调度信息。l行车线路跟踪l区域报警功能：可以设定禁区，当车进入禁区监控处发出警报提醒。定 制行驶路线，当驾驶员驶离预定的驾驶路线发出报警。 l里程油耗统计GPS的功能的功能（1）全球全天候定位 GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。（2）定位精度高 系统单机定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。（3）观测时间短 随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，20k

4、m以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟。2. GPS技术的主要特点技术的主要特点（4）测站间无需通视 GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。（5）仪器操作简便 随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。（6）功能多，应用广泛2. GPS技术的主要特点技术的主要特点3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理

5、GPS的组成的组成GPS卫星星座（空间部分）地面支撑系统（地面监控部分）GPS接收机（用户部分）空间部分和地面监控部分由美国国防部美国国防部控制。3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理（1）空间部分）空间部分GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星，3颗备用卫星），它们位于距地表20200km的上空，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗）绕地球运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。 GPSGPS卫星星座空间图卫星星座空间图 GPSGPS卫星星座平

6、面图卫星星座平面图3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理（2）地面控制系统）地面控制系统地面控制系统包括1个主控站，5个监控站， 3个注入站。 主控制站位于美国。它的作用是根据各监控站对GPS卫星的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去。同时它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时调度备用卫星替代失效的工作卫星工作。主控站也具有监控站的功能。总之，地面控制系统的功能：总之，地面控制系统的功能：监测卫星是否正常工作，是否沿预定的轨道运行； 跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星，由卫星通过导航电文发送给用户；保持各颗卫星的时间同步；

7、 必要时对卫星进行调度。（星历：描述卫星运动及其轨迹的参数） 监控站中，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷、 阿松森群岛、 迭哥伽西亚、 卡瓦加兰。 监控站的作用是接收卫星信号、监测卫星的工作状态。 注入站分别位于阿松森群岛、 迭哥伽西亚、卡瓦加兰。 注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。（3）用户设备部分）用户设备部分用户设备部分即GPS 信号接收机。 接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。 计算定位数据的具体过程：接收机捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟

8、踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理（GPS接收机安装在汽车、飞机、手机等，是GPS与用户接触的部分。）用户终端（GPS接收机安装在其上）1222212222122221( 1)( 1)( 1) 2( 2)( 2)( 2) 3( 3)( 3)( 3) rXxYyZzrXxYyZzrXxYyZz 根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知数据，采用空间

9、距离后方交会的方法，确定待测点（用户）的位置。3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理GPSGPS的工作原理的工作原理X、Y、Z是用户的位置，为待测量。卫星的位置r是卫星和用户之间的距离（经度、纬度、高度） 对于，采用单程测量方法测量，即通过测量信号从卫星发送到GPS接收 机所用的时间，乘以信号传播速度，就可以求得距离， 。rCT 为了求得GPS用户的位置（x,y,z），需要先获得两组数据： 各个卫星的位置（Xn、Yn、Zn） GPS用户到各个卫星之间的距离 （r1、r2、r3） 122221122222122223( 1)( 1)( 1) ( 2)( 2)( 2) ( 3)( 3)( 3

10、) CTXxYyZzCTXxYyZzCTXxYyZz3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理 对于，卫星的位置，是由GPS卫星轨道参数和参考时间计算出来的，这些信息称为卫星星历，它包含在GPS的卫星电文中。由地面监控部分计算出来，传输给卫星，卫星发给接收机。 卫星和接收机的时钟不同步，有时钟差Ta； 卫星和卫星之间的时钟是同步的（即接收机和每个卫星有相同的时钟差Ta ） 122221222212222(X1x)(Y1y)(Z1z) C( t1Ta)(X2x)(Y2y)(Z2z) C( t2Ta)(X3x)(Y3y)(Z3z) C( t3Ta)四个未知数X、Y、Z、Ta，三个方程，怎么求解？

11、3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理12222122221222212222r1(X1x)(Y1y)(Z1z) C( t1Ta)r2(X2x)(Y2y)(Z2z) C( t2Ta)r3(X3x)(Y3y)(Z3z) C( t3Ta)r4(X4x)(Y4y)(Z4z) C( t4Ta) 增加一颗观察卫星，求解这四个未知数（ X、Y、Z、Ta， ）。四个等式的方程组，即可求得终端用户的位置（x，y，z）以及接收机和卫星之间的时钟差Ta。 3. GPS的组成及工作原理的组成及工作原理 卫星越多,定位越准确； 一般, GPS接收机可同时收到的4-8颗卫星的。GPS定位方法分类定位方法分类 确定

12、观测点在国家或地确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐方独立坐标系中的坐标，即相对位置标，即相对位置B S1 S2 S4 S3 静态相对定位模式静态相对定位模式流动站流动站动态相对定位模式动态相对定位模式基准站基准站GPS的应用都是基于以下两个基本功能：的应用都是基于以下两个基本功能：一、空间位置服务1.定位：汽车防盗、紧急救生；2.导航：交通工具导航、导弹制导；3.测量：距离、速度、大地测绘；二、时间服务1.系统同步：CDMA通信系统、电力系统；2.授时。GPS定位系统的应用定位系统的应用GPS定位系统的应用定位系统的应用 年，德国宝马汽车公司第一个在它生产的“”系列的顶级汽车上提供卫星导航

13、设备。 到世纪末，大多数中等级别的汽车都将有卫星导航系统。公路的利用率将因此而提高，并逐步会发展成全球一体化的运输网。 据预测，在20102015年间，约有50的汽车在出厂时，就已经装备了车载导航系统。汽车卫星导航系统汽车卫星导航系统GPS定位系统的应用定位系统的应用汽车汽车GPS预警器预警器GPS预警器是通过GPS卫星在GPS预警器中设定坐标来完成的，比如遇到一个电子眼，然后通过相关设备在电子眼的正下方设立一个坐标，这样，使得装上这个坐标点数据的预警器到达这个点时，在达到坐标点的前300米左右就会开始预警，告诉车主前面有电子眼测速，不能超速驾驶，这样就起到一个预警作用。GPStar智能车载智

14、能车载GPS系统（车联网）系统（车联网）主要由两大部分组成，即：本地的监控中心软件管理平台和远程的GPS智能车载终端。远程的GPS智能车载终端将车辆所处的位置信息、运行速度、运行轨迹等数据传回到监控中心；监控中心接收到这些数据后，会立即进行分析、比对等处理，并将处理结果以正常信息或者报警信息两类形式显示给管理员，由管理员决定是否要对目标车辆采取必要措施。GPS在道路工程中的应用 GPS定位系统的应用定位系统的应用 随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级首级

15、高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以实现的精度。 GPS技术也同样应用于特大桥梁的控制测量中，可以提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。 l GPS用于农业l GPS用于救援l GPS用于森林防火l GPS用于地震预报l GPS用于大坝及地面沉降的监测l GPS在军事上的应用GPS定位系统的应用定位系统的应用GPS定位系统的应用定位系统的应用4. GPS的使用方法 GPS不象电视或收音机，打开就能用，它更象一架相机，需要有一定的技巧。（1）有地图使用 GPS与详细地图配合使用时有最好的效果。 如果有目的地附

16、近的精确地图，则可以预先规划线路，先做地图上规划，制定行程计划，可以按照线路的复杂情况和里程，建立一条或多条线路（ROUTE），读出路线特征点的坐标，输入GPS建立线路的各条“腿”(legs),并把一些单独的标志点作为路标(Landmark/ Waypoint)输入GPS。（每两个坐标点之间的线段叫一条腿 leg）4. GPS的使用方法（2）无地图使用这是更为常见的使用方式。坐标定点。 常用于确定岩壁坐标、探洞时确定洞口坐标或其他象线路起点、转折、宿营点的坐标。用法简单，MARK一个坐标就行了。注意：所要找的地点坐标必须已经以路标(landmark/waypoint)的形式存在于GPS的内存中

17、，可以是你以前MARK的点，或者是手工/计算机上载成的路标数据。路导向线。把某条路线激活， “导向”页会引导你走向路线的第一个点，一旦到达，目标点会自动更换为下一路点，“导向”页引导你走向路线的第二个点。 若你偏离了路线，越过了某些中间点，一旦你再回到路线上来，“导向”会跳过你所绕过的那些点，定为线路上你当前位置对应的下一个点。路线回溯。将用户之前使用过的规划路线存储起来，在用户原路返回时，进行线路引导和定位。5. GPS技术在运输系统中的应用（1）车辆GPS定位系统5. GPS技术在运输系统中的应用（1）车辆GPS定位系统5. GPS技术在运输系统中的应用(1)实时跟踪(2)计价器功能(3)

18、防盗器(4)自动轨迹和数据存储(5)电话功能(6)报警功能(7)断油和监听功能(8)短信息功能(9)远程维护功能(10)电子围栏5. GPS技术在运输系统中的应用（2）应用差分GPS技术的车辆管理系统工作原理：每一辆车都装有GPS接收机和通信电台，监控中心设在监控中心设在基准站位置，坐标精确已知基准站位置，坐标精确已知。基准点上安置GPS接收机，同时安装通信电台、计算机、电子地图、大屏幕显示器等设备。工作时，各车辆上的GPS接收机将其位置、时间和车辆编号等信息一同发送到监控中心。监控中心将车辆位置与基准站监控中心将车辆位置与基准站GPSGPS定位结果进行差分求出差分改定位结果进行差分求出差分改

19、正数正数，对车辆位置进行改正，计算出精确坐标，经过坐标转换后，显示在大屏幕上。 5. GPS技术在运输系统中的应用（2）应用差分GPS技术的车辆管理系统车载部分只接收GPS信号，不必考虑差分信号的接收。而监控中心集中进行差分处理，显示、记录和存储。数据通信可采用原有的车辆通信设备，只要增加通信转换接口即可。6. 网络GPS 网络GPS是把Internet技术与GPS技术相结合，在互联网界面上在互联网界面上显示GPS动态跟踪信息，以实现实时监控动态调度的功能。 网络GPS就是指在互联网上建立起来的一个公共GPS监控平台，它同时融合了GPS技术、GSM数字移动通信技术、国际互联网技术等多种目前世界

20、上先进的科技成果。 网络GPS综合了Internet与GPS的优势与特色，取长补短。它解决了常规GPS所无法克服的障碍：首先，其可降低投资费用；其次，网络GPS一方面利用互联网实现无地域限制的跟踪信息显示，另一方面，又可通过设置不同权限做到信息的保密。6. 网络GPS网络GPS的功能：实时监控、双向通信功能、动态调度、数据存储分析。6. 网络GPS6. 网络GPS 实时监控 双向通信功能 动态调度 数据存储分析 运能管理 服务质量跟踪网络网络GPS的功能的功能：7. 其它的卫星定位系统其它的卫星定位系统3、俄罗斯GLONASS（格洛纳斯）系统2、欧洲“伽利略”系统”1、北斗卫星导航系统 与美国的GPS相比，“伽利略”系统可以为民用客户提供更为精确的定位，其定位精度可以达到1米，而GPS只能达到10米。 定位精度与GPS民用定位精度相当；具有短报文通信功能，一次可传送多达120个汉字的信息。 尽管其定位精度比GPS、伽利略略低，但其抗干扰能力却是最强的。7. 其它的卫星定位系统其它的卫星定位系统1、世界第三套全球卫星导航系统北斗卫星导航系统 该系统是中国中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统。 该系统分为“北斗