第一节全球定位系统的应用

1、1999年5月8日，北约的美国B-2轰炸机发射三枚精确制导炸弹击中中华人民共和国驻南斯拉夫联盟大使馆，当场炸死三名中国记者，炸伤数十名其他人员，造成大使馆建筑的严重损毁。GPS精确制导 在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知你知道去轰炸哪个城市吗？道去轰炸哪个城市吗？” 飞行员回答：飞行员回答：“不知道。不知道。” “那你怎么去轰炸呢？那你怎么去轰炸呢？” “容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，容易，上级给我一个坐标，我按计算机的指引，投下采用投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没啥导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没啥两样。两样。

2、” 这个例子是现代战争中引用这个例子是现代战争中引用GPS系统的典型案例。系统的典型案例。我们反对战争，但要想能更好的维护世界和平，我们也需我们反对战争，但要想能更好的维护世界和平，我们也需要了解要了解GPS全球定位系统这种现代地理信息技术。全球定位系统这种现代地理信息技术。 一、全球定位系统一、全球定位系统(GPS)(GPS)具有海陆空进行全方位、具有海陆空进行全方位、实时三维导航与定位功实时三维导航与定位功能的新一代能的新一代卫星导航与卫星导航与定位定位系统。系统。通俗地说：通俗地说：利用卫星，在利用卫星，在全球范围内适时进行全球范围内适时进行导航、导航、定位定位的系统的系统（一）概念三边

3、测量术原理三边测量术原理 假如你在野外迷了路，为了假如你在野外迷了路，为了确定你所处的位置，你向一个路确定你所处的位置，你向一个路人询问，他告诉你这里离王家村人询问，他告诉你这里离王家村1010千米。你于是打开地图，找到千米。你于是打开地图，找到王家村，以它为圆心，按比例尺王家村，以它为圆心，按比例尺在地图上画一个半径相当于在地图上画一个半径相当于1010千千米的圆（图）。米的圆（图）。 然后你又遇到了另外一个路然后你又遇到了另外一个路人，他告诉你距离李家村人，他告诉你距离李家村1515千米千米。你按同样的方法，绘制第二个。你按同样的方法，绘制第二个圆（图）。现在，你得到了两圆（图）。现在，你

4、得到了两个交点，你必定处在其中一个点个交点，你必定处在其中一个点的位置。的位置。 这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村这时，你向第三个人打听到，这里距离张家村1010千米。当你把千米。当你把这个圆在地图上画好后，你的位置也就一目了然了（图）。这就这个圆在地图上画好后，你的位置也就一目了然了（图）。这就是三边测量术的原理。是三边测量术的原理。（二）原理如图如图GPSGPS接收机接收接收机接收GPSGPS卫星卫星A A、B B、C C传来的信号，传来的信号，“绘绘制制”3 3个巨大的球体。个巨大的球体。3 3个球体会交于两点，其中那个与地个球体会交于两点，其中那个与地球表面相交的点就是这台球表

5、面相交的点就是这台GPSGPS接收机所处的位置，然后通接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处的过计算得到该接收机所处的经纬度经纬度。卫星。卫星D D测量测量GPSGPS接收机接收机所在的所在的高程高程。GPSGPS定位原理定位原理GPSGPS的定位原理的定位原理与与“三边测量术三边测量术”原原理相似。不同的是理相似。不同的是3 3颗卫星代替了颗卫星代替了3 3个个村子，地图上平面村子，地图上平面的圆变成了三维的的圆变成了三维的球面。球面。 24 24颗卫星颗卫星 4 4颗一组颗一组1 1、空间部分、空间部分（三）组成1、相邻两个、相邻两个GPS星座卫星轨道平面之间的夹角是星座卫星轨道平

6、面之间的夹角是多少度多少度?2、每个卫星轨道上各有几颗卫星、每个卫星轨道上各有几颗卫星?它们两两相隔它们两两相隔多少度多少度? 6060度度4颗，颗，90度度读图回答问题读图回答问题3、利用、利用GPS定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地定位时，地面上任何一点，在任一时刻，地面上空至少要有几颗卫星？（面上空至少要有几颗卫星？（ ） A、1颗颗 B、2颗颗 C、3颗颗 D、4颗颗4、无论是在飞机或汽车上，还是在野外旅行考察，只要、无论是在飞机或汽车上，还是在野外旅行考察，只要拥有手机大小的拥有手机大小的GPS信号接受机，你就能随时知道自己信号接受机，你就能随时知道自己所在地的（所在地的（ ）

7、A、季节、季节 B、天气、天气 C、地理坐标、地理坐标 D、气候、气候DC2 2、地面控制系统、地面控制系统 主要用于监测和控制卫星上各种设备是否正常工作，以及卫星是否沿预定的轨道运行。1个主控站个主控站4个地面天线站个地面天线站6个监测站个监测站3、用户设备手持型手持型GPS接收机接收机空间空间部分部分地面地面监控监控系统系统用户用户设备设备部分部分全球定位系统全球定位系统由由24颗卫星组成（其颗卫星组成（其中中3颗备用），分布颗备用），分布在在6个轨道平面上。个轨道平面上。主要是主要是GPS接收机接收机提供与定位提供与定位相关的参数相关的参数和时间信息和时间信息主要用于监测和主要用于监测和

8、控制卫星及其各控制卫星及其各种设备的运行种设备的运行可以确定接可以确定接收机所在点收机所在点的位置、速的位置、速度、到航路度、到航路终点的距离终点的距离和航向等信和航向等信息息2 2、地面监控系统对卫星进行监测和调控。、地面监控系统对卫星进行监测和调控。（四）工作过程1 1、向、向GPSGPS卫星发送导航定位信号卫星发送导航定位信号3 3、用户系统接受、用户系统接受GPSGPS卫星发射的信号后进卫星发射的信号后进 行导航、定位。行导航、定位。（五）全球定位系统的特点1、全球、全天候工作全球、全天候工作。不受任何天气状况影响不受任何天气状况影响2、三维定点定速定时高精度、三维定点定速定时高精度民

9、用民用GPS标准定位服务的精度约为标准定位服务的精度约为20-30米米军用军用GPS定位的精度可达定位的精度可达1米米3、全球覆盖（高达、全球覆盖（高达98%）4、快速、省时、高效率快速、省时、高效率5、功能多，应用广功能多，应用广：随着人们对：随着人们对GPS认识的加深，认识的加深，GPS不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得不仅在测量、导航、测速、测时等方面取得更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。更广泛的应用而且其应用领域不断扩大。美国美国GPSGPS全球定位系统全球定位系统 GPS起始于起始于1958年美国军方年美国军方的一个项目，的一个项目，1964年投入使用。年投入使用。美国从本世纪

10、美国从本世纪70代开始研制新一代开始研制新一代的代的GPS，历时，历时20年，耗资年，耗资300亿美元，于亿美元，于1994年全面建成，具年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。星导航与定位系统。俄罗斯俄罗斯GLONASSGLONASS1976格洛纳斯格洛纳斯 该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。的坐标及运动速度信息等。 目前在轨运行的卫星已达目前在轨运行的卫星已达33颗。颗。1960年晚些时候，俄罗斯军年晚些时

11、候，俄罗斯军方确认需要一个卫星导航系方确认需要一个卫星导航系统用于规划中的新一代弹道统用于规划中的新一代弹道导弹的精确导引。导弹的精确导引。1968-1969年，国防部、科学院和海军年，国防部、科学院和海军的一些研究所联合起来要为海、陆、空、天武装力量建立的一些研究所联合起来要为海、陆、空、天武装力量建立一个单一的解决方案。一个单一的解决方案。欧洲欧洲“伽利略伽利略”计划计划由欧盟主导的全球由欧盟主导的全球卫星导航系统，计卫星导航系统，计划耗资约划耗资约27亿美元，亿美元，系统由系统由30颗卫星组颗卫星组成，其中成，其中27颗卫星颗卫星为工作卫星，为工作卫星，3颗颗为候补卫星。为候补卫星。中国

12、中国“北斗北斗”卫星卫星我国的我国的“北斗北斗” 卫星导航卫星导航系统，由系统，由5颗静止轨道颗静止轨道卫星和卫星和30颗非静止轨道颗非静止轨道卫星组成。根据该系统卫星组成。根据该系统建设的总体规划，建设的总体规划，2012年左右，系统将首先具年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文导航和授时以及短报文通信服务能力；到通信服务能力；到2020年左右，最终建成覆盖年左右，最终建成覆盖全球的卫星导航系统。全球的卫星导航系统。”它能够实时测量它能够实时测量“四度四度”：经度、纬度、高度、速度经度、纬度、高度、速度1 1、定位、定位: :2 2、导航、导航:

13、 :我现在在哪里？我现在在哪里？我要去哪里？如何去？我要去哪里？如何去？二、全球定位系统的应用二、全球定位系统的应用军事、交通、邮电、地矿、建筑、农业、军事、交通、邮电、地矿、建筑、农业、气象、土地管理、金融、测绘、救援、气象、土地管理、金融、测绘、救援、公安等。公安等。3 3、作用、作用: :4 4、应用、应用: :1.1.军事应用军事应用伊拉克战争中伊拉克战争中GPSGPS制导制导武器占有很大的比重武器占有很大的比重. .海湾战争中美军几乎所有的坦克、装甲车、飞机、海湾战争中美军几乎所有的坦克、装甲车、飞机、舰船、各级指挥部和陆军小分队都装备了舰船、各级指挥部和陆军小分队都装备了GPSGP

14、S接收机，接收机，总数超过总数超过5 5万部。在轨的万部。在轨的1616颗颗GPSGPS卫星，每天可提供卫星，每天可提供1919小时的三维数据，精度小时的三维数据，精度10 - 1610 - 16米，测速精度米，测速精度0 .10 .1米米 / / 秒。秒。2、测量方面、测量方面地处北回归线以北地处北回归线以北5，在崇山峻岭之间，幽深而绵，在崇山峻岭之间，幽深而绵长地躺卧着一条长地躺卧着一条“巨龙巨龙”世界上最深和最长的峡谷，世界上最深和最长的峡谷，1998年年10月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷科月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷科学地定名为学地定名为雅鲁藏布大峡谷。雅鲁藏布大

15、峡谷。 其峡谷核心河段平均深度为其峡谷核心河段平均深度为5000米，最深处达米，最深处达5382米，米，峡谷长峡谷长496.3千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁科尔卡大峡谷（深鲁科尔卡大峡谷（深3200米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为74米米 ，一般宽在，一般宽在80至至200米之间。米之间。 世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷,也是地球上也是地球上自然界自然界7大奇景之一。大奇景之一。 该大峡谷全长该大峡谷全长347千米千米,宽宽6至至29千米千米,深深1600米米,位于美国西部亚利桑那州北

16、部的凯巴布高原。位于美国西部亚利桑那州北部的凯巴布高原。雅鲁藏布江大峡谷的基本特点可以用十个字来概括：雅鲁藏布江大峡谷的基本特点可以用十个字来概括：高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。 3 3、交通、交通（1）车辆跟踪）车辆跟踪（2）提供出行路线规划和导）提供出行路线规划和导航航（3）信息查询）信息查询 旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上显示其位置。能够在电子地图上显示其位置。（4）话务指挥）话务指挥（5）紧急援助）紧急援助指挥中心可以监测区域内车辆运指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进

17、行合理行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。踪目标通话，实行管理。通过通过GPS定位和监控管理系统可定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。提醒值班人员进行应急处理。车载车载 GPS 的功用的功用通过车载通过车载 GPS, 可以在显示屏可以在显示屏上及时查看车上及时查看车辆所在的经纬辆所在的经纬度、运

18、行轨迹、度、运行轨迹、速度、行进方速度、行进方向等向等车载电台把定车载电台把定位信息发送给位信息发送给监控中心，在监控中心，在电子地图电子地图上上 显显示出来，可对示出来，可对车辆进行调度车辆进行调度指挥指挥城城市市公共汽车公共汽车调度管理，旅调度管理，旅游区车辆报警游区车辆报警与调度，海关、与调度，海关、公安、海防等公安、海防等部门对车辆的部门对车辆的调度与监控调度与监控 通过通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。事故的车辆进行紧急援助。 监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划监控台的电子地图可显示求助信息和报警

19、目标，规划出最优援助方案，并以报警声、光提醒值班人员进行应急出最优援助方案，并以报警声、光提醒值班人员进行应急处理。处理。 4、紧急援助、紧急援助 GPS 在航海、航空导航中的应用在航海、航空导航中的应用向用户提供船舶位置、航向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海图、海速、航向信息、海图、海迹显示迹显示避免船只冲撞，避免船只冲撞，确保航行安全确保航行安全把自己的位置和航向把自己的位置和航向发送到航海管理中心发送到航海管理中心便于中心的跟便于中心的跟踪、搜寻和救援踪、搜寻和救援空域航路、着陆、空域航路、着陆、机场监视和管理机场监视和管理实现空域划分、空实现空域划分、空中交通流量管理、中交通流量管

20、理、飞行路径管理飞行路径管理5、农业方面、农业方面（1）精准农业耕作）精准农业耕作（2）在林业管理方面的应用）在林业管理方面的应用（3）GPS技术用于森林防火技术用于森林防火（4）鱼群定位）鱼群定位精确的农业航空导航精确的农业航空导航专业精准农业野外数据采集软专业精准农业野外数据采集软精确自动导航、精确自动导航、自动驾驶辅助系统自动驾驶辅助系统专业的农业平行收割、播种选项专业的农业平行收割、播种选项6、休闲娱乐、休闲娱乐 把全球定位系统（把全球定位系统（Global Positioning System - GPS）比喻成八爪鱼，是因为它所触及的行业相当广）比喻成八爪鱼，是因为它所触及的行业相

21、当广泛，非泛，非“八爪八爪”以蔽之，可以说人类的想像力有多宽，以蔽之，可以说人类的想像力有多宽，其应用就有多广。目前掌上型导航接收机已经问世。其应用就有多广。目前掌上型导航接收机已经问世。可望不久会生产出手表式的可望不久会生产出手表式的GPS导航接收机。携带和导航接收机。携带和使用就更方便。可以说，使用就更方便。可以说，GPS的应用将进入人们的日的应用将进入人们的日常生活，其应用前景非常广阔。常生活，其应用前景非常广阔。GPS的应用，也许仅的应用，也许仅受人们的想像力制约。受人们的想像力制约。 1.1.在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的在沙漠中迷路时，可用哪种方式获知自己所处的具体位置信息（具体位置信息（ ）A. A. 指南针指南针 B. GPSB. GPS设备设备 C. C. 遥感图像遥感图像 D. D. 地形图地形图2.2.在海湾战争中，美英联军的