课件42张PPT。第一节 全球定位系统的应用第三节 全球定位系统及其应用教学目的:
1.了解全球定位系统的概念和工作原理
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
重点:定位导航与应用
难点:工作原理 当你旅游或野外考察时,通常用哪些方法来辨别方向或确定你所在的位置?这些方法有什么不足?现在有没有更简单的方法?思考? 以美国为首的北约悍然使用5枚导弹袭击了中国驻南斯拉夫大使馆,那5枚导弹均匀地分布在我们的大使馆楼顶的扇面上,其中4枚当场爆炸,另有1枚未爆炸,使馆被夷为焦土,3位新闻工作者邵云环、许杏虎、朱颖当场牺牲。 一、全球定位系统2、全球定位系统的组成3、全球定位系统的基本原理4、全球定位系统作用和特点二、全球定位系统的应用1、全球定位系统概念一、全球定位系统(GPS) Global positioning system 1.概念:具有海陆空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一带卫星导航与定位系统。@通俗地说:利用卫星,在全球范围内适时进行导航、定位的系统 全球定位系统是美国从20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能力的新一代卫星导航与定位系统。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,共同给列为20世纪“三大航天工程” 它能够实时测量“四度”:经度、纬度、高度、速度。 2.组成:包括三大部分:空间部分、地面控制部分、用户设备部分GPS组成GPS卫星星座地面监控系统GPS信
号接收机空间部分各轨道平面相对于赤道平面的倾角为55o,轨道平面间距60o。在每一轨道平面内,各卫星升交角距差90o 为了减少误差,一般要求4颗卫星,用于定位的4颗卫星称为定位星座。地面监控部分主控站位于美国科罗拉多的斯平士(Colorado Springs)的联合空间执行中心(CSOC),三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基地上,即大西洋的阿松森(Ascension)岛、印度洋的狄哥·伽西亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。卫星上各种设备是否正常工作,是否
一直沿预定轨道运行,要由地面设备监控用户设备用于精密大地测量@导航接收机返回手持型GPS接收机GPS定位示意图卫星定位的基本原理 GPS系统采用“时间同步、单程测距”的原理来实现定位。
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。 名词链接:
“时间同步”,是指卫星上的时钟与用户设备内的时钟是精确同步的(譬如说校准到两者之间几万年才差1秒钟) 。
“单程测距”,是指从导航卫星上发出的无线电测距信号在传播到用户设备的这一单向行程中,就可以把它们之间的距离测量出来。 思考? 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?两个三个YXYXZ 要精确知道一个人在地球上的位置,必须知道这个人所处的经度、纬度和海拔高度三个值。即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。GPS作用和特点作用: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。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,三项速度和时间信息4.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,小圆为抬以45°角仰望天空的范围,越靠近中心,卫星信号越强。全球定位系统的应用
军事
测量
交通
救援
农业
娱乐练习GPS最初是为军事应用而建立的,至今仍然由美国国防部控制。它主要用来给航行中的军舰,飞机,导弹等设施提供定位和导航信息,同时也广泛应用于野外行进中单兵和移动装备的定位和跟踪。观看视频1999 年攻击中国驻南斯拉夫大使馆所使用的弹药就是新一代的JDAM 2000 磅全球卫星定位攻击炸弹。美军计划2002 年以后在更多的战斗机上整和全球卫星定位炸弹系统。包括500 磅的MK 82、1000 磅的MK83、2000 磅的MK 84 和BLU109/B 钻地炸弹都将加装卫星定位接收器。今后F117 隐性攻击机、F35、F15E、F16C/D、F18F/E、F22A 等几乎全部美海空军作战飞机都能够携带GPS 诱导JDAM 炸弹。成为名副其实的海空军联合直接打击弹药(JDAM)。 JDAM 主要是在美军现役的大批Mk84、BLU 109B 常规炸弹的基础上,加上惯性诱导/ GPS 接收器,使其诱导化。可以对全球的任何一个目标发动攻击。可见有效使用JDAM 的前提是必须拥有完善的全球卫星定位网。 军事实例又如:伊拉克战争再次反映了信息化战争的特点。在这次战争中,美军的信息优势得到了进一步的发挥,整个战场对美军来说几乎是“单向透明”的。所以美军攻击行动目标的信息获取——传输——处理——反馈作战平台——完成火力攻击的整个过程只需要10秒钟左右的时间,几乎做到实时,而在海湾战争中这个过程就用了48小时。陈邦柱介绍说,这次珠峰测量的技术方案,既有和1975年相同的,也有当代测绘发展的高新技术。与1975年相同的是传统的三角高程测量,新的进展是采用了光电测距、当代最先进的连续GPS观测,另外还采用了冰雪探测雷达,对峰顶的冰雪进行了精确的测量。“我们对珠峰峰顶近20平方米的范围进行了扫描,获得了我们肉眼看不见的珠峰峰顶的雪层、冰层、混合层一直到岩石面的准确数据。” 陈邦柱和中国科学院院士、1975年珠峰高程测定的设计者和组织者陈俊勇都不同意这种说法。陈俊勇解释说,峰顶冰雪深度的测量更加精确、珠峰地区大地水准面计算结果更加完善、全球气候变暖导致峰顶冰雪厚度变薄,是珠峰变“矮”的三个主要原因。这次测量其实是第一次准确得到峰顶岩石面的高程。“1975年测量雪深时,是登山队员拿一个钢钎戳,戳不动了,就认为是戳到岩石面了,其实并未到达真正岩面。当时测量出的雪深0.92米与这次的3.50米相差约2.7米。另外,这次测量的重点差大地水准基准面也升高了0.7米,还剩下0.3至0.4米差距可能是误差的问题。” 10月9日国家测绘局局长陈邦柱宣布:珠穆朗玛峰峰顶岩石面海拔高程为8844.43米,参数为: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。GPS 在测南极冰盖最高点中的应用海拔4500米的定日GPS跟踪站也在与登顶测量同步进行观测。 队员王新光在大本营交会点与峰顶队员进行GPS同步测量。 测量优势应用领域:精度高、操作简单、便于携带和全天候、信息自动接收和存储土地测量、资源勘探、地壳运动观测、地籍测量等。GPS应用举例思考与讨论:
车载GPS有哪些用途?应用举例--GPS在交通运输中的作用 功能示意图 ?利用GPS技术车辆跟踪 利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置,并任意放大、缩小、还原、换图;可以随目标移动,使目标始终保持在屏幕上;还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪,利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。 利用GPS技术可以为车辆导航、跟踪和调度车辆。陕西商洛千余客车装上GPS 10月31日,记者从商洛市交通部门获悉,为了最大限度地减少和预防事故发生,要求19座以上客车和危险品运输车辆全部安装GPS车载终端装置,以便于加强管理。到目前,全市已安装1094辆,安装率达到93%。 据介绍,商洛山大沟深,道路状况复杂。经营业主受利益驱使,超速、超载等违章现象屡禁不止。加之营运车辆点多线长面广,流动性大,动态监管盲区过多,容易引发交通事故,给国家和人民生命财产造成极大损失。今年以来,交通部门在安监、交警等部门积极配合支持下迅速建立了道路运输GPS监控系统。该系统通过电子地图对车辆行驶的位置、方向、速度等运营情况进行实时跟踪,实现了对乘客、驾驶员和车辆进行事前、事中和事后的全方位安全监控,最大限度地减少和预防道路交通安全事故发生。 利用GPS定位技术,可对消防人员,救护人员,交通人员进行紧急调谴,从而提高紧急事件处理部门对火灾,犯罪现场,交通事故等紧急事件的反应效率。???1.GPS系统在营救F-117A隐形战斗机飞行员之前,曾成功地营救过美国F-16战斗机的飞行员,1993年4月还曾营救过阿拉法特.????1993年4月,巴勒斯坦解放组织领导人阿拉法特的座机在飞行途中不幸遇上沙暴,飞机被迫降落在撒哈拉大沙漠里.与阿拉法特失去联系的巴勒斯坦解放组织总部使尽浑身解数寻找未果,最后只好借助美国的侦察卫星.十几小时之后,才在茫茫沙漠中找到了迫降飞机的准确位置,使阿拉法特获救.美国使用的这种卫星救援系统正是屡见奇功的“导航星”全球定位系统,即GPS.由于它全球定位及时准确,被称为“当代观音”.救援案例 2. 最早为美国军方使用的全球定位系统,如今也担负起了保障日本儿童安全的责任。孩子们背上装有全球定位系统的书包,就可以随时随地处于被追踪的状态,即使不幸遭绑架,也便于警方营救。? 这项技术还是儿童的乐趣。日本玩具制造商将报警器制成了“宠物小精灵”的动漫形象。当儿童感觉到危险时,只要把绑在书包上的宠物小精灵的脑袋揪下来,报警器就会发出报警声。? 在横滨,一所学校的150名学生自愿参加了一套系统的测试:将一个像火柴盒般大小的“护身符”挂在身上。这种“护身符”中植有微芯片,其发出的无线电波通过天线给学生家长发送电子邮件,以确认学生是否安全。“护身符”上还有一个报警按钮,学生摁动后,“护身符”会向家人发送一系列信息,包括学生的姓名和所在位置。在农业方面GPS也有用武之地.以往飞机向农田喷洒农药,用人在地面摇动红旗做方位指示,经常由于不够准确造成喷洒效率低,而有GPS定位仪后,合理分布航线,飞机可以按事先设计好的经纬度,利用定位仪确认坐标后喷洒,大大提高了喷洒效率 ,大大节省飞机作业的费用,喷杀化肥农药时,减少重叠,避免浪费,避免过多的用量影响农作物生长. 有了先进农机做后盾,2004年,大西江农场是以旱作农业为主的中小型农场大胆打破传统的“三垄栽培”模式,利用精准机械进行了大豆平匀密植试验,种植面积达到6万亩。由于全部采用精准机械精确作业,在遭遇严重旱情的情况下,当年的6万亩大豆仍实现利润420万元。2005年,农场在嫩江县中储粮基地承租了20万亩耕地,其中75%%耕地采用平匀密植耕作。经过对比,通过精准农业栽培的大豆同比增产10%%至15%%,公顷作业降低油耗达20%,亩增收20元至30元。
不久前,这个农场又大胆创新栽培模式,利用精准机械卫星定位、精确播种的特点,进行了3000亩的“麦田套种”试验。目前,3000亩套种任务已全部完成。如果试验成功,将创造北方高寒地区农作物“一年两茬”的奇迹。据专业人士说,此项技术在黑龙江垦区尚属首创。(1)热爱旅游的人们已经将更多的目兴投向人迹罕至的地区——高山、峡谷、沙漠、戈壁等——在地广人稀没有任何参照物可用以辨别方向的情况下,极易迷失方向,危险无时无刻不存在,手持GPS接收机沿着机中记录的安全轨迹小心行进,从而可以安全返航。如果旅游者配上GPS接收机,根据地图标示的经纬度就可以保障安全.GPS能提供误差不足30m的经纬度,受难者可以用它提供给救援人员自己所在地的坐标,从而为挽救自己和他人的生命争取宝贵的时间.
(2)利用GPS,旅游者可以在陌生的城市里迅速找到自己所在的位置,确定的前往目的地的最优行进方式和路线。
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。如果当时他有一台中文显示GPS接收机,这种惨剧又何以发生?。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,丰富了人们的周末生活,提高了人们的生活品位,深得户外运动爱好者的欢迎