1、第三节全球定位系统及其应用答案:（1）GPS（2）全方位（3）实时（4）空间星座（5）地面控制系统（6）用户系统（7）21（8）3（9）4（10）定位星座（11）5（12）1（13）3（14）三维坐标（15）速度（16）时间（17）导航型（18）测地型（19）授时（20）军事目的（21）动态定位（22）低（23）交通（24）邮电（25）农业（26）气象（27）日常生活（28）预报地震（29）精细农业1全球定位系统（1）概念全球定位系统（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。如下图所示：（2）特点全球、全天候工作。能为用户提供连续、实时的三维
2、位置、三维速度和精密时间，不受天气的影响。定位精度高。单机定位精度优于10米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。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。（3）起源与发展在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主要用无线电导航系统。无线电导航系统无线电导航系统是借助于载体上的电子设备接收和处理无线电电波获得导航参量，保障载体安全、准确、及时到达目的地的一种导航手段。无线电导航系统的缺点是覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高。子午仪卫星导航系统卫星定位系统最早的卫星定位系统是美国的子午仪系统。19
3、64年研制成功并正式投入使用。由于该系统卫星数目较少（56颗），运行高度较低（平均1 000千米），从地面站观测到卫星的时间间隔较长（平均1.5小时），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。为满足军事部门和民用部门对连续、实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部制定了GPS计划。GPS发展历程GPS实施计划共分三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段。从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年，又陆续发射了7颗试验卫星。研制了各种用途的接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准
4、。第三阶段为实用组网阶段。1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即（213）GPS星座已经建成，以后主要根据计划更换失效的卫星。【例1】关于全球定位系统的说法正确的是（）。A全球定位系统只能获得地面某点的经纬度，不能确定其高程B全球定位系统由3个相对独立的部分组成，即空间部分、地面控制系统和用户部分C全球定位系统具有高精度和自动测量的特点，但是受地形、天气等自然因素影响较大D目前GPS主要应用于军事领域解析：全球定位系统即GPS，它是利用卫星网络来获得地面某点的经纬度和高程的系统。全球定位系统由3个相对独立的部分组成，即空间部
5、分、地面控制系统和用户部分。空间部分由分布在距地面20 200千米的6个轨道面上的24颗卫星（其中3颗备用）组成；地面控制系统主要用于监测和控制卫星上各种工作设备；用户部分为GPS接收机。全球定位系统具有全天候、高精度和自动测量的特点，因此它作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。目前GPS的主要功能是定位和导航，这在各个应用领域如军事、测量、交通、救援、农业、娱乐等方面都有所体现。答案：B点技巧 GPS的作用全球定位系统的主要作用是导航与定位，也可用于精确测量，如监测地壳的移动，为地震预报提供依据。2全球定位系统的组成系统结构空间位置组成和分布
6、全球定位系统GPS卫星星座空间由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内地面监控系统地面由分布在全球的5个地面站（包括5个监控站、1个主控站和3个注入站，主控站和注入站都位于监控站里）组成GPS信号接收机用户导航型接收机、测地型接收机、授时接收机（1）GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。在全球的任何地方，任何时间都可监测到4颗以上的卫星，这就为进行全天候的全球定位提供了可能。在用GPS导航定位时，要想获得准确的三维信息（经度、纬度和高程），必须接收到4颗GPS卫星的信号，这4颗卫星称为定位星座。GPS卫星星座记作（213）GPS星座。24颗卫星
7、均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55，各个轨道平面之间的夹角为60。（2）地面监控系统地面监控系统包括1个主控站、3个注入站和5个监控站。卫星上的各种设备是否正常工作，卫星是否一直沿着预定轨道运行，要由地面设备进行监测与调控。主控站收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算GPS卫星的轨道和卫星时钟数据；注入站在每颗卫星运行至上空时，将导航数据及主控站的指令注入卫星，卫星再通过导航电文发给用户设备。（3）用户系统GPS信号接收机GPS信号接收机的任务：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量
8、出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备即GPS信号接收机，可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。GPS接收机工作流程GPS信号接收机的类型：根据用途分类，GPS接收机有以下三种：类型应用特点导航型接收机用于运动载体的导航，分为车载型、航海型、航空型和星载型能够实时给出载体的位置和速度，价格便宜，应用广泛测地型接收机用于精密大地测量和精密工程测量定位精度
9、高，仪器结构复杂，价格较贵授时型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标准进行授时【例2】北京时间2012年10月25日，中国在西昌卫星发射中心用运载火箭，将第16颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道。下图是“我国自行研制开发的卫星导航系统北斗卫星导航系统工作原理的示意图”。据图完成下列问题。（1）北斗卫星导航系统的用途是（）。为用户提供实时的空间位置为交通运输的调度指挥提供移动数据服务于资源勘查、动态监测和有关部门的规划决策为用户提供各种分类信息的查询A BC D（2）下列不属于北斗卫星导航系统组成部分的是（）。GPS信号接收机北斗卫星传感器车载移动电话A BC D解析
10、：第（1）题，属于GPS的功能，属于RS的功能，属于GIS的功能。第（2）题，卫星导航系统由空间星座（导航卫星）、地面监控系统和用户系统（GPS信号接收机）组成。答案：（1）A（2）D3全球定位系统与定位导航（1）GPS用途GPS最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标、给海中的军舰导航、为军用飞机提供位置和导航信息等。目前GPS系统已在交通、邮电、地矿、建筑，以及农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业得到广泛应用，而且也逐步深入到我们的日常生活中。车载GPS的功用信息接收信息发射应用领域通过车载GPS，
11、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等GPS在航海、航空导航中的应用应用类型应用领域应用作用航海应用向用户提供船舶位置、航速、航向信息、海图、海迹显示避免船只冲撞，确保航行安全把自己的位置和航向发送到航海管理中心便于航海管理中心的跟踪、搜寻和救援航空应用空域航路、着陆、机场监视和管理实现空域划分、空中交通流量管理、飞行路径管理（2）GPS静态导航定位与动态导航定位GPS静态导航定位能达到厘米级甚至毫米级的精
12、度，动态定位能达到1米以内的精度，速度测量能达到厘米级精度，时间测量能达到毫微秒级精度。民用GPS的精度要低一些。静态定位是指GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。【例3】联系遥感（RS）、全球定位系统
13、（GPS）和地理信息系统（GIS）有关知识，完成下列问题。（1）上海某出租车公司在中心调度系统中快速查询本公司出租车的位置信息，所采用的技术是（）。ARS BGISCRS和GPS DGIS和GPS（2）在分析20世纪90年代以来上海市远红外遥感图像时，发现外环线周边地区的红色块状区域面积越来越小，而蓝灰色区域面积越来越大。据此可以判断，该地区_用地面积在缩小，而_用地面积在扩大。（3）根据三颗卫星提供的资料，运用数学原理就可以计算出地面静止物体的位置。如下图所示，有4颗卫星提供资料，除可进一步提高定位的精准度外，还可以迅速计算出_物体的空间位置。（4）（多选）下列选项中，可以应用3S技术的有（
14、）。A导弹发射的精确制导B珠穆朗玛峰高程的精确测量C人口出生率、死亡率的统计D人口密度与商业网点布局的相关分析解析：3S技术应用于地理研究中，能够帮助人们扩大和加深对空间事物的了解，从而扩大地理学的实用性功能。第（1）题，出租车的位置可用GPS定位，把出租车的位置信息用计算机系统处理后反映在“中心调度系统”中就是GIS技术的应用。第（2）题，考查遥感图像的判读，抓住“外环线周边地区”这个关键信息，不难判断用地情况的变化。第（3）题，是对教材“GPS卫星定位”这一内容的补充。教材中只提到利用4颗卫星定位，而没说明是静止物体还是运动物体。第（4）题，可用排除法作答。答案：（1）D（2）农业建筑（非
15、农业）（3）运动（4）ABD4全球定位系统的其他应用GPS除了在交通导航，航海、航空导航方面有诸多应用外，还有很多用途。如科学家用它来监测地壳的微小移动，从而帮助预报地震；与GIS、RS结合，为资源调查、工程管理、精细农业服务等。GPS应用领域主要功能在海洋测绘中的应用海洋测绘主要包括海上定位、海洋测量和水下地形测量。对海洋划界、航道测量以及海洋资源勘探与开采、近海工程、海面变化、板块运动以及海啸等研究具有重要作用在旅游及野外考察中的应用在旅游及野外考察中，如到风景秀丽的地区去旅游，到原始大森林、雪山、峡谷或者沙漠地区考察，GPS接收机是你最忠实的向导。利用它，你可以随时知道所在的位置及行走速
16、度和方向，使你不会迷失在林业管理方面的应用GPS技术在确定林区面积，估算木材产量，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边界等方面可以发挥独特的重要作用在合理施肥、精确农业管理方面的应用（1）可以监测作物产量（2）帮助合理施肥（3）应用于土壤养分的分布调查在精确定时方面的应用每颗GPS卫星上都有精密的原子钟，所以GPS接收机可以接收到精确的时间信息【例4】目前，发达国家已开始把GPS技术引进到农业生产，即“精准农业”。据此完成下列问题。（1）GPS在“精准农业”中的作用是（）。A农田信息定位获取 B分析处理获得的信息C管理措施决策 D估算农业产量（2
17、）“精准农业”与“石油农业”相比（）。A忽视农田内农作物的差异B对同一农田内的作物统一施肥C在不减产的情况下，增加生产成本D降低因施肥除虫对环境造成的污染解析：第（1）题，B、C项为GIS的作用，D项为RS的作用。第（2）题，依据农田土壤养分含量分布图和农作物病虫害分布图，设置有GPS接收机的喷施器，在GPS的控制下，能够精确地给田地的各点施肥，并针对农作物的病虫害状况精确地喷洒农药，以减轻对环境的污染。答案：（1）A（2）D辨误区 GPS、GIS和RS的区别GPS技术给测绘界带来了一场革命。利用GPS技术，测量精度可以达到厘米级的程度。在实际应用中和GIS、RS的应用极易混淆。遥感主要用于地
18、理信息数据的获取，全球定位系统主要用于地理信息的空间定位，地理信息系统主要用来对地理信息数据进行管理、查询、更新、空间分析和应用评价。5全球定位系统与卫星导航定位系统目前世界上有多个卫星导航定位系统在工作，除了美国的“全球定位系统（GPS）”之外，还有俄罗斯的“全球卫星导航定位系统（GLONASS）”。现在，欧洲也正在建造“伽利略”全球卫星定位系统，我国也有了独立自主的区域性卫星导航定位系统。伴随着众多卫星导航定位系统的兴起，全球卫星导航定位系统也有了一个全球的称呼GNSS。目前GPS系统的应用已经十分广泛，我们可以应用GPS信号进行海空和陆地的导航、导弹的制导、大地测量和工程测量的精确定位、
19、时间的传递和速度的测量等。（1）军事GPS最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。军用GPS产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标，给海中的军舰导航，为军用飞机提供位置和导航信息等。（2）测绘对于测绘领域，GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网，测定全球性的地球动态参数；用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的海岛陆地联测以及海洋测绘；用于监测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量，成为建立城市与工程控制网的主要手段；用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅由少量地面控制或无地面控制的航测快速成图，导致地理信息系统、全球环境遥感监
20、测的技术革命。【例5】读“GPS卫星定位示意图”，完成下列问题。（1）全球定位系统主要由空间星座、地面控制系统和用户系统三部分组成。它具有对海、陆、空进行全方位、实时_的功能。它最初设计主要是出于_目的。（2）空间星座由_颗工作卫星和_颗备用卫星组成。在用GPS导航定位时，必须观测到_颗GPS卫星。（3）地面控制系统包括5个_站、1个_站和3个_站，担负着对卫星及其各种设备监测与调控的任务。（4）用户系统用于接收GPS卫星发射的信号。GPS接收机包括_、_等用户设备。解析：本题考查了GPS的用途、系统组成等知识，综合性很强。我们可采用联想和对比的方法进行归纳解答。答案：（1）三维导航与定位军事
21、（2）2134（3）监控主控注入（4）接收机硬件GPS数据处理软件6图解GPS的应用领域【例6】2008年3月内蒙古黄河段出现严重凌汛，空军动用飞机进入冰凌堆积区实施轰炸，有效地减轻了灾情。在轰炸时可能用到的技术是（）。ARS技术 BGIS技术CGPS技术 D数字地球解析：对于冰凌轰炸行为而言，最主要的是准确爆破和适度爆破，不准确可能炸毁岸堤，导致更为严重的后果；爆破力过大也可能引发灾难性后果，过小又难以收到效果。因此利用GPS技术进行准确定位可以保证爆破的准确性，提高行动效率的同时能最大限度地确保安全。答案：C7经纬网与全球定位系统利用经纬网上面标注的经度和纬度，可以确定地球表面上各地点、各
22、地区和各种地理现象的地理位置，在军事、航空、航海等方面很有用处。例如，轮船在茫茫大海上航行，飞机在广阔天空中飞行，无论到了什么地方，人们都可以使用仪器精确地测定出它们的经纬度，从而确定其位置。一般来说，经纬度间隔相同的网格，其纬度越高，表示的范围越小；纬度越低，表示的范围越大。在图幅大小相同、纬度大致相同时，经纬度间隔相等的，网格的面积越大，比例尺越大；网格面积越小，比例尺越小。全球卫星定位系统是一种结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星进行测时和测距。它是借助卫星来对地面的位置进行确认，然后套用到经纬网格中精确定位。它的定位，是描述你所在的经纬度，如东经度分、北纬度分，而在前期卫星采集的资料
23、中这个区域是某省某市某区某街道，那么GPS将会对两者信息进行重叠验证来确认你的位置，最后将你的精确位置反馈给你。你可以通过自己的接收终端设备来直观地查看你所在的位置。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。GPS全球定位系统可实时连续地为用户提供三维空间的位置信息；测定用户的运动速度，并可提供精确的授时勤务，且其电波信号还具有一定的抗干扰的能力。如果将我各作战单位的GPS位置信息通过无线电通信不断地传输到作战指挥中心，再加上通过我侦察手段所获取的敌方目标的位置信息，然后
24、统一集中在大屏幕显示器上加以显示，就可以使我区指挥员能够随时掌握整个战场上敌我双方的动态态势，从而为其作战指挥提供了一项准确而重要的依据。这样一来，兵家几千年以来的“运筹于帷幄之中，决胜于千里之外”的梦想，不就最终得以真正实现了吗？航海是GPS导航应用的最大用户。GPS航海自主导航系统，向用户提供位置、航速、航向、时间信息以及海图航迹显示等。港口管理和进港引导系统，主要用于港口、码头的船舶调度管理，进港船舶引导，以确保航行安全和秩序。目前，GPS汽车导航应用越来越广泛，该系统主要是由车载GPS，结合无线电通信系统对车辆进行调度管理和跟踪。并结合电子地图和交通实况，自动匹配最优行车路线。【例7】
25、全球定位系统（GPS）是利用卫星在全球范围内实时进行导航、定位的系统。据此完成下列问题。（1）上图中的甲、乙两区域是两颗卫星在某一时刻分别所覆盖的区域，其服务范围大小是（）。A甲等于乙 B甲大于乙C甲小于乙 D无法确定（2）下面关于甲、乙两区域卫星图像的解析，正确的是（）。A甲区域位于乙区域的西北方向B甲区域为温暖广阔的浅海，渔业和石油资源丰富C乙区域分布有世界最大的热带雨林区，但破坏较为严重D甲、乙两区域均为热带草原，牧场广阔，牛羊成群（3）GPS与地图最基本的差异是（）。A空间模型 B数据模型C阅读速度 D空间分析能力（4）通常确定地球上任何一点的地理位置应该具备以下三个数据（）。A经度、距离、海拔B经度、纬度、海拔C纬度、相对高度、距离D到两极、赤道的距离和等高线解析：第（1）题，服务范围的大小可以看甲、乙两区域的经纬度位置。在经纬网定位中，低纬地区的经线距离大于高纬。甲地跨5个经度，而乙地跨10个经度且纬度低，所以甲的范围小于乙。第（2）题，解答本题要明确甲、乙两地的具体位置及其概况。甲位于赤道以南的非洲，属于热带草原气候；乙位于南美洲的亚马孙平原地区，属于热带雨林气候。第（3）题，考查全球定位系统的应用知识。GPS是一种数据模型。第（4）题，每一个地点都是一个三维空间，即包括经度、纬度和海拔答案：（1）C（2）C（3）B（4）B