公开课课件-《全球定位系统的应用》

卖点：GPS为什么这款手机如此抢手？卖点是什么？

在伊拉克战争中，曾经有记者问一位飞行员：“你知道去轰炸哪个城市吗？”

飞行员回答：“不知道。”“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，投下采用GPS导航的炸弹掉头就走，跟我玩游戏机没啥两样。”

这个例子是现代战争中应用GPS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，我们也需要了解GPS——全球定位系统这种现代地理信息技术。第一节全球定位系统的应用学习目标：１.了解全球定位系统的概念和工作原理，GPS接收机的组成、种类。２.能举例说明全球定位系统在定位导航和日常生活中的应用。

当你外出旅游或者野外探险的时候，为了不迷失方向，请问你通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置？全球定位系统：（GlobalPositioningSystem简称GPS）是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。一、全球定位系统(GPS)

1.概念：BlockIIRBlockIIABlockIIABlockIIRBlockIIFBlockIIR不同类型的GPS卫星

导航与定位技术的发展全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的新一代卫星系统。目前的全球覆盖率为98%。在美国，GPS全球卫星定位技术与“阿波罗”飞船登月，航天飞机升空，共同被列为20世纪“三大航天工程”。2.全球定位系统的组成（1）空间部分(24颗卫星）（2）地面监控系统（1个主控站、3个注入站、5个监控站）（3）用户设备（接受设备）空间部分

24颗卫星星座用户设备地面控制1个主控站3个注入站5个监控站探究：1.在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？2.在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？3.要精确知道一个人在地球上的位置，必须知道几个值？至少需要几颗卫星？（分组讨论、主动探究）YXAXYZ卫星定位的基本原理

简单地说就是用户同时向已知其位置的3个导航卫星分别进行距离测量，然后再以该卫星为球心，以所测得的距离为半径，在空间画出3个球面，则该3个球面的相交点，就是用户的所在位置了。通常应用三颗卫星的数据就可以进行定位，但要保证对目标实时观测（诸如提供目标运动数据等），则需要至少四颗卫星的信号。空间部分要获得准确信息，一般要求4颗卫星，用于定位的4颗卫星称为定位星座。地面控制部分——地面监控系统地面监控系统主要用于监测和控制卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否沿着预定轨道运行。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。GPS的地面监控部分①地面监控部分（GroundSegment）组成主控站：1个监测站：5个注入站：3个通讯与辅助系统GPS的地面监控部分②地面监控部分（GroundSegment）分布GPS的地面监控部分③监测站（5个）作用： 接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。地点： 夏威夷、主控站及三个注入站。GPS的地面监控部分④主控站（1个）作用：管理、协调地面监控系统各部分的工作；收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星；监控卫星状态，向卫星发送控制指令；卫星维护与异常情况的处理。地点：美国科罗拉多州法尔孔空军基地。GPS的地面监控部分⑤注入站（3个）作用： 将导航电文注入GPS卫星。地点： 阿松森群岛（大西洋）迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）监测站—获取GPS数据,并将数据送至主控站。主控站—控制、调度卫星。注入站—将主控站的改正参数等注入每颗卫星。各种接收设备用户设备类型应用特点用于运动载体的导航，分为车载型、舰载型、机载型和星载型能够实时给出载体的位置和速度，价格便宜，应用广泛测地接收机定位精度高，仪器结构复杂，价格较贵授时接收机用于天文台及无线电通讯利用GPS卫星提供的高精度时间进行授时用于精密大地测量导航接收机——GPS信号接收机应用领域性能优点功能手持型GPS接受机多为导航使用（掌握）液晶显示，导航画面清晰，配有背景灯，方便夜间操作，功能齐全不需要地面设备，只要收到卫星信号，就能快速定位，不受天气、行政区域的限制能够计算当地的国际标准时间，处于运动状态还能指出正北方，并将经过的地点、路线记录下来，方便返回时用；计算两点的距离，实现坐标系之间的相互转换；计算日出、日落时间手持型GPS接收机接收机信号的解读与操作表示接收机所在的经纬度位置数字表示被接收信号的卫星编号，黑色柱长短表示信号的强弱。卫星分布图描绘了在你处位置（圆心）仰望天空能搜索到的卫星，大圆表示地平线，小圆为抬头以45°角仰望天空的范围，越靠近中心，卫星信号越强。标定位置画面：经度、纬度、高度、速度有的还有到达终点的距离、用时和现实时。专业型测地型接收机天线单元接收单元主控站：1个监测站：5个注入站：3个全球定位系统的系统组成空间部分地面监控系统用户设备部分全球定位系统由24颗卫星组成（其中3颗备用），分布在6个轨道平面上。主要是GPS接收机提供与定位相关的参数和时间信息主要用于监测和控制卫星及其各种设备的运行可以确定接收机所在点的位置、速度、到航路终点的距离和航向等信息3.全球定位系统的特点全能性、全球性、全天候、连续性、实时性提供精密的三维坐标、速度和时间信息。3.全球定位系统的特点(1)全球，全天候工作。(2)能为用户提供连续、实时的三维位置、速度和精密时间，不受天气的影响。(3)定位精度高：采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。(4)功能多，应用广：随着人们对GPS认识的加深，GPS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。全球定位系统的作用、功能和特点：

特点：（1）全天候，不受天气影响；

（2）全球覆盖；

（3）三维定速定时高精度；

（4）快速省时高效率；

（5）应用广泛、多功能。作用：可以快速精确地确定地面某点的位置（经度、纬度）和高程，甚至速度、距离和航向等。主要功能：定位和导航。卫星定位技术发展的回顾1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，40多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛应用。

人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器实验室，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”（NavyNavigationSatelliteSystem——NNSS）。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。1967年美国政府批准该系统解密，提供民用。该系统不受气象条件的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。

尽管NNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，但由于该系统卫星数目少（5-6颗），运行轨道低（1000km）,观测时间长（1.5小时），无法提供连续实时三维导航，同时获得一次导航解读的时间长，难以满足军事要求，尤其是高动态目标（飞机、导弹等）导航要求。

为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星授时测距/全球定位系统”（NavigationSatelliteTimingandranging/GlobalPositioningSystem）简称全球定位系统（GPS）。卫星定位技术发展的回顾

美国认为这是对它的威胁，这是和美国GPS系统的脆弱性相联系的。与欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”（GLONASS）系统相比，美国GPS系统的抗干扰能力较弱，因为在一般情况下，从卫星反馈到地面的信号很小，如果对方采取瞄准式干扰、阻塞式干扰或欺骗式干扰，都会使GPS接收机无法正常工作，从而使其导航定位精度降低或产生误导。例如对方用装有模仿GPS信号发生装置的飞机不断在特定空域飞行，因飞机离地面近信号比卫星强得多，就可以干扰GPS终端的信号接收。特别是美国GPS系统各星之间信号频率和调制方式相同。其他国家的卫星定位系统

欧洲的“伽利略”、俄罗斯的“格洛纳斯”、中国的“北斗”等全球卫星导航定位系统也在发展，“格洛纳斯”系统在上世纪70年代就开始研制、1984年首颗卫星就已入轨、从1993年到2000年先后有24颗卫星并网，它在其他性能方面也不是吃素的，而“伽利略”系统也大有后来居上的味道。二、全球定位系统的应用1.军事：导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现2.测量：有哪些优势？有哪些具体应用领域？3.交通：关键是导航4.救援：关键是定位6.农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？5.娱乐：出行、旅游、探险的好帮手1.全球定位系统在军事上的应用

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GPS接收机，总数超过5万部。在轨的16颗GPS卫星，每天可提供19小时的三维数据，精度10—16米，测速精度0.1米/秒。1.全球定位系统在军事上的应用

军事是GPS技术最早的应用领域,主要是为各种军事活动提供定位导航.在现代战争中，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用GPS技术进行定位导航。目前精确制导武器复合制导的重要技术手段。装备GPS制导系统之前,美军BGM-10C“战斧”巡航导弹误差约为9米；在其“惯性和地形匹配”制导系统中加入GPS后，误差降至3米，制导精度大大提高。

利用GPS进行大坝变形监测

地处北回归线以北5°，在崇山峻岭之间，幽深而绵长地躺卧着一条“巨龙”——世界上最深和最长的峡谷，1998年10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——雅鲁藏布大峡谷。其峡谷核心河段平均深度为5000米，最深处达5382米，峡谷长496.3千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁科尔卡大峡谷（深3200米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为74米，一般宽在80至200米之间。

世界上最大的峡谷－－美国科罗拉多大峡谷,也是地球上自然界7大奇景之一。该大峡谷全长347千米,宽6至29千米,深1600米,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：高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。

2.全球定位系统在测量上的应用

本次测量除采用1975年时的传统测量方法外，还采取GPS测量系统。

珠穆朗玛峰高度最新测量结果为8844.43米。

参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高程测量精度±0.21米；峰顶冰雪深度3.50米。

原1975年公布的珠峰高程数据停止使用。2005年10月9日上午10时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：车载GPS接收器44车载GPS的功用信息接收信息发射应用领域通过车载GPS,可以在显示屏上及时查看车辆所在的经纬度、运行轨迹、速度、行进方向等车载电台把定位信息发送给监控中心，在电子地图上显示出来，可对车辆进行调度指挥城市公共汽车调度管理，旅游区车辆报警与调度，海关、公安、海防等部门对车辆的调度与监控

车辆跟踪，紧急援助，交通指挥，提供出行路线规划和导航。3.全球定位系统在交通上的应用GPS在交通运输中的作用GPS与物流业

4.全球定位系统在救援上的应用

通过GPS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。监控台的电子地图可显示求助信息和报警目标，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处理。案例：2005年8月10日傍晚六点左右，飞达GPS监控中心接到要求查询粤S4HXXX车辆位置的电话，原来驾驶该车辆的赵先生当天下午被一伙歹徒劫持了，这伙歹徒打电话给赵先生的亲人勒索金钱，飞达监控中心迅速查出该车辆停放在惠州市惠环镇离莞惠公路约100米的地方，并将情况通知了公司的负责人。傍晚七点半，飞达公司人员到达现场，利用先进的专用设备，很快发现该车辆，为了不打草惊蛇，指示监控中心将车辆断油断电。后来，在当地警察的大力追捕下，将一名探听虚实的贼抓获。警察根据他提供的指示很快找回了被劫持了的赵先生，人和车都完好无损。经审讯，该团伙共有八人，专门伺机对东莞的车主进行绑架勒索，已多次作案，想不到这次栽在卫星定位手里。4.全球定位系统在救援上的应用5.全球定位系统在农业中的应用（1）精准农业耕作

利用GPS技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系统（GIS），能够做到监测农作物产量分布、土壤成分和性质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药，节约费用、降低成本、达到增加产量提高效益的目的。利用差分GPS技术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量、合理施肥，精确农业管理。在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合GPS可绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量的土壤及作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对作物生长进行管理。（2）在林业管理方面的应用

GPS技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边测量，寻找水源和测定地区界线等方面可以发挥其独特的重要的作用。在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置和面积，绘制精确的森林分布图。（3）GPS技术用于森林防火它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机，使用这些机载设备来确定火灾位置，并迅速向地面站报告。（4）鱼群定位6.全球定位系统在娱乐中的应用

把全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）比喻成八爪鱼，是因为它所触及的行业相当广泛，非“八爪”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。可望不久会生产出手表式的GPS导航接收机。携带和使用就更方便。可以说，GPS的应用将进入人们的日常生活，其应用前景非常广阔。GPS的应用，也许仅受人们的想像力制约。6.全球定位系统在娱乐中的应用

在2006年的“五一”黄金周，12位北京户外运动爱好者在内蒙古库布其沙漠进行徒步穿越时被困，其中一位队员不幸遇难。由于遇险地点位于沙漠深处，给搜救工作带来很大困难。所幸的是探险队员们随身带了GPS全球卫星定位手持机，通过GPS定位准确地向救援人员报告了遇险地点的经纬度坐标，救援人员也通过GPS定位，在茫茫沙漠中找到了被困队员。这次意外，让更多人知道了GPS这个名词。如果没有GPS，在没有向导的情况下，这样的沙漠穿越与救援几乎是不可想象的。

在旅游及野外考察中，比如到风景秀丽的地区去旅游，到原始大森林、雪山峡谷或者大沙漠地区去进行野外考察，GPS接收机是你最忠实的向导。可以随时知道你所在的位置及行走速度和方向，使你不会迷失路途。7.全球定位系统在旅游及野外考察中的应用

余纯顺在罗布泊探险遇难时离最近的补给站仅几百米。风沙淹埋了前人走过的足迹，在茫茫荒漠中又渴又饿的他终于倒下了。如果当时他有一台GPS接收机，惨剧又何以发生？

在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向的情况下，危险无时无刻不在,手持GPS接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进，可安全返航。目前，许多休闲俱乐部围绕GPS功能相继推出“穿越”、“寻宝”、“野外拓展”等都市游戏，丰富了人们周末生活，提高了人们生活品位，深得户外运动爱好者的欢迎。应用类型应用领域