全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用

1、第三節(jié)全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用學習目標：1.了解全球定位系統(tǒng)的概念、組成、發(fā)展歷程、基本原理。2.理解全球定位系統(tǒng)在定位導航中的廣泛應(yīng)用。(重點、難點)3.培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，激發(fā)學生探索科學的欲望。自 主 預 習·探 新 知1全球定位系統(tǒng)(1)概念具有在海、陸、空進行全方位、實時三維導航與定位功能的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。(2)組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和分布功能空間星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成為全天候定位提供可能地面控制系統(tǒng)1個主控站收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計算GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星時鐘數(shù)據(jù)3個注入站在每顆衛(wèi)星運行至上空時，將導航數(shù)據(jù)及主控站的指令注

2、入衛(wèi)星5個監(jiān)控站監(jiān)測與調(diào)控衛(wèi)星上的各種設(shè)備的工作、運行情況用戶系統(tǒng)包括接收機硬件、GPS數(shù)據(jù)處理軟件等用戶設(shè)備，硬件由天線單元和接收單元組成捕獲GPS衛(wèi)星信號，實時地計算出三維坐標、速度以及時間(3)GPS接收機的常見類型2全球定位系統(tǒng)與定位導航(1)定位精度靜態(tài)導航定位：厘米級甚至毫米級精度。動態(tài)定位：達到1米以內(nèi)精度。速度測量：達到厘米級精度。時間測量：毫微秒級精度。(2)應(yīng)用交通、郵電、地礦、建筑、農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、公安等部門和行業(yè)。監(jiān)測地殼的微小移動，幫助預報地震。與GIS、RS結(jié)合，為資源調(diào)查、工程管理、精細農(nóng)業(yè)服務(wù)。自主診斷正誤判斷(1)空間星座、用戶系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、

3、傳感器是全球定位系統(tǒng)的組成部分。()(2)在對我國西部一些地區(qū)進行科考時，使用全球定位系統(tǒng)，其優(yōu)點主要是通過全球定位系統(tǒng)可以隨時讀取各種信息資料。()(3)物流公司建立物流GPS網(wǎng)絡(luò)平臺，當貨主交付貨物后，物流公司將GPS設(shè)備與貨物捆綁運輸，并提供給貨主提貨單和GPS網(wǎng)絡(luò)查詢密碼。貨主和物流公司可以隨時隨地通過GPS網(wǎng)絡(luò)查詢貨物當前的運輸位置。()(4)對地殼運動進行精確觀測采用的主要技術(shù)是遙感技術(shù)。()(5)駕駛員利用車載GPS設(shè)備制定運輸路線。()【提示】(1)×全球定位系統(tǒng)由3個相對獨立的部分組成，即空間星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)。(2)×全球定位系統(tǒng)的優(yōu)點是能夠連

4、續(xù)不斷地為用戶提供準確的三維坐標、時間等信息。(3)貨主和物流公司可以隨時隨地通過GPS網(wǎng)絡(luò)按貨單號和密碼查詢貨物當前的運輸位置。(4)×對地殼運動進行精確觀測的基準站、基本站與區(qū)域站在我國分布的范圍較廣，但又相對集中在我國地質(zhì)不穩(wěn)定的地區(qū)，顯然是通過對地殼運動的精確觀測，判斷各站點之間的距離位移，進行地震監(jiān)測和預報，而各站點之間距離位移的監(jiān)測則需要用GPS技術(shù)。(5)駕駛員利用車載GPS設(shè)備，利用其定位和導航功能，制定運輸路線。合 作 探 究·攻 重 難全球定位系統(tǒng)材料GPS是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年，于1994年全面建成的利用導航衛(wèi)星進行測時和測距，具

5、有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)，GPS衛(wèi)星信號傳播和接收不受天氣等因素的影響。從GPS衛(wèi)星星座(圖甲)可以看出有6個衛(wèi)星軌道，每個軌道上有4顆衛(wèi)星。對于地平面上的觀測者來說，最少可見到4顆衛(wèi)星。圖乙為“全球定位系統(tǒng)的組成及其關(guān)系圖”。圖甲圖乙【思考交流】1GPS的主要功能是什么？其原理是什么？【提示】定位和導航。工作衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計算，求出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。2運用數(shù)學原理，要計算出地面靜止物體的位置，至少根據(jù)幾顆衛(wèi)星提供的資料？要進一步提高定位精度，并迅速計算出運動物

6、體的空間位置、運行速度和運行方向，至少有幾顆衛(wèi)星提供資料？【提示】3顆；4顆?？臻g位置的定位需要空間三軸直角坐標系，即三維空間。這樣必須由3顆衛(wèi)星從三軸的方向來測定空間某點的地理坐標，故所使用的衛(wèi)星不能少于3顆。根據(jù)4顆衛(wèi)星提供資料，可迅速計算出運動物體的空間位置。歸納總結(jié) 1全球定位系統(tǒng)的特點2全球定位系統(tǒng)主要工作過程3全球定位系統(tǒng)的構(gòu)成及各自的功能方法技巧“點”與“面”判斷GPSGPS的主要功能是定位和導航。它的最大特點是工作對象是一個“點”或“多個點”，明顯區(qū)別于RS和GIS技術(shù)的工作對象“面”。在“3S”技術(shù)中選取適當手段時，要看其工作對象是“點”還是“面”，如果是“點”則選用“GPS

7、”，如果是“面”則選用RS或GIS。題組對練1結(jié)合所學知識，完成(1)(2)題。 【導學號：50682098】(1)下列關(guān)于全球定位系統(tǒng)組成的敘述，正確的是()A全球定位系統(tǒng)由24顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成B全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備部分組成C全球定位系統(tǒng)由平臺、傳感器、信息傳輸接收裝置、數(shù)字或圖像處理設(shè)備以及相關(guān)技術(shù)等組成DGPS衛(wèi)星星座由24顆工作衛(wèi)星組成(2)通常確定地球上任何一點的地理位置應(yīng)該具備的三個數(shù)據(jù)是()A經(jīng)度、距離、海拔B經(jīng)度、緯度、海拔C緯度、相對高度、距離D到兩極、赤道的距離和等高線(1)B(2)B第(1)題，全球定位系統(tǒng)由3個相對獨立的部分組成

8、，即空間部分、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備部分，其中，空間部分由分布在距地面20 200 km的6個軌道面上的24顆衛(wèi)星(其中3顆備用)組成；地面監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測和控制衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否沿預定軌道運行；用戶設(shè)備部分為GPS接收機。第(2)題，每一個地點都是一個三維空間，包括經(jīng)度、緯度和海拔。2讀下圖，完成(1)(2)題。(1)上圖是一款智能手機的GPS功能顯示圖，該手機的出現(xiàn)說明了()AGPS技術(shù)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋貍涔ぞ連隨著GPS技術(shù)的普及，民用GPS技術(shù)發(fā)展很快C只有名牌的手機廠商才有能力開發(fā)GPS手機技術(shù)，中國目前還沒有掌握此技術(shù)D手機GPS導航不需要通過GPS

9、衛(wèi)星，有手機信號就行(2)手機GPS功能的出現(xiàn)，說明GPS逐漸走進了人們的日常生活，成為人們出行、旅游、探險的好幫手，其原因主要是()AGPS手機成為時尚BGPS技術(shù)可以幫助人們選擇最合適的旅游線路，降低旅游成本CGPS技術(shù)可以擴大人們的出行范圍DGPS技術(shù)可使旅游者更具安全感(1)B(2)B第(1)題，GPS有定位、導航功能，接收信號時，首先需要衛(wèi)星進行定位；GPS手機的出現(xiàn)，說明GPS已融入人們的生活，但并不是人們?nèi)粘Ｉ畹谋貍涔ぞ?；中國已?jīng)掌握了研發(fā)GPS手機的技術(shù)。第(2)題，人們出行、旅游、探險時用到GPS技術(shù)，說明GPS技術(shù)具有定位、導航的實用價值，有利于旅游者選擇旅游線路。全球定

10、位系統(tǒng)與定位導航材料某盜竊犯罪嫌疑人在青島市市南區(qū)盜竊了一輛汽車，30分鐘后，在他行駛到青島市城陽區(qū)時被警察攔住，自認為沒有泄露蛛絲馬跡的犯罪嫌疑人在被逮捕的時候還有些莫名其妙。他怎么也想不到，被盜的那輛汽車安裝了GPS，從他盜竊該汽車的那一刻起，就成為警察的監(jiān)控目標。下圖為GPS車輛監(jiān)控管理與調(diào)度示意圖?！舅伎冀涣鳌?警察是怎樣根據(jù)全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的信息將盜車犯罪嫌疑人逮捕的？請你大體說說警察破案的經(jīng)過?！咎崾尽寇囕dGPS(全球定位系統(tǒng))隨時監(jiān)控、報告每一輛安裝了GPS的汽車精確的經(jīng)緯度位置，當車主發(fā)現(xiàn)汽車被盜報案后，警察就可以根據(jù)全球定位系統(tǒng)(GPS)提供的信息，準確定位被盜汽車

11、所在的位置，發(fā)現(xiàn)、追蹤并逮捕盜車犯罪嫌疑人。2在GPS汽車導航中，信息在汽車、衛(wèi)星和服務(wù)中心之間是怎樣傳遞的？GPS在交通方面有哪些作用？【提示】汽車中GPS用戶設(shè)備接收了GPS衛(wèi)星信息，算出車的位置、速度等信息，并通過無線電信號傳送到服務(wù)中心，服務(wù)中心再根據(jù)汽車所在的位置，及時通過語音提示為汽車導航。GPS在交通方面可以實時播發(fā)路況信息，自動匹配最優(yōu)行車路線；降低能源消耗，節(jié)省運行成本，并使行車、乘車安全系數(shù)大大提高。歸納總結(jié) 全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 拓展延伸“3S”技術(shù)的相互關(guān)系“3S”技術(shù)既獨立發(fā)展又相互促進。遙感技術(shù)主要用于地理信息數(shù)據(jù)的獲取，全球定位系統(tǒng)主要用于地理事物的空間定位，地

12、理信息系統(tǒng)主要用于地理信息數(shù)據(jù)的管理、更新、分析等。三者的關(guān)系可用下圖表示：圖中表示遙感技術(shù)提供影像信息功能，表示地理信息系統(tǒng)反饋影像信息處理結(jié)果，表示全球定位系統(tǒng)提供空間定位信息功能。題組對練3讀我國地殼運動觀測網(wǎng)圖(下圖)，回答(1)(2)題。 【導學號：50682099】(1)對地殼運動進行精確觀測采用的主要技術(shù)是()A遙感技術(shù)B全球定位系統(tǒng)C地理信息系統(tǒng) D數(shù)字地球(2)根據(jù)觀測站的分布特點判斷，建立地殼運動觀測網(wǎng)最主要的目的是()A泥石流、滑坡的監(jiān)測和預報B大地高程測量C地震監(jiān)測和預報D電離層研究(1)B(2)C第(1)題，對地殼運動進行精確觀測，首先要對地殼進行定位，確定某點的三維

13、位置，然后觀察移動，所以主要用的是GPS技術(shù)。第(2)題，圖中對地殼運動進行精確觀測的基準站、基本站與區(qū)域站在我國分布的范圍較廣，但又相對集中在我國地質(zhì)不穩(wěn)定的地區(qū)，顯然是通過對地殼運動的精確觀測，判斷各站點之間的距離位移，進行地震監(jiān)測和預報。4全球定位系統(tǒng)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中至關(guān)重要的裝備。然而，過分依賴高科技，也可能導致軍人的基本功喪失。許多美軍官兵不會在傳統(tǒng)地圖上標注自己所在的位置，所以一旦GPS失靈，他們就會陷入十分危險的境地。據(jù)此完成(1)(2)題。(1)若一輛裝備了GPS的汽車被恐怖分子劫持，美軍不可采取的措施是()A啟動GPS跟蹤系統(tǒng)，鎖定車輛具體位置B發(fā)出遙控鎖車指令，使車輛強行熄火C

14、通過GPS向劫持者發(fā)出警告D使用精確制導炸彈襲擊(2)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，美軍可以利用導航型GPS進行()A精確打擊B搜尋目標C觀測敵方工事 D預報地震(1)D(2)A第(1)題，發(fā)動襲擊將會造成車內(nèi)的人員傷亡。第(2)題，搜尋目標和觀測工事均需利用遙感技術(shù)；預報地震屬于測地型接收機的應(yīng)用領(lǐng)域。課堂·小結(jié)圖 表 解 讀·悟 技 巧圖表探討讀“GPS空間星座”圖，探討以下問題。探討1：圖中所示部分是GPS的哪部分？【提示】空間星座部分。探討2：每個衛(wèi)星軌道上各有幾顆衛(wèi)星？它們兩兩相隔多少度？【提示】4顆。90°。探討3：衛(wèi)星軌道的形狀如何？【提示】近圓形。讀圖方法閱讀時需

15、明確下列問題：(1)GPS空間衛(wèi)星分布在幾個軌道上？每相鄰兩個軌道間的夾角是多少？每個軌道有幾顆GPS衛(wèi)星？(2)在GPS系統(tǒng)中，共有多少顆GPS衛(wèi)星？它們都是工作衛(wèi)星嗎？(3)要確定某點的三維信息至少需要幾顆GPS衛(wèi)星提供信號？讀圖訓練下圖是“GPS衛(wèi)星星座圖”。讀圖，回答下列問題。(1)GPS由三大子系統(tǒng)組成，除空間部分外，還有_系統(tǒng)和_部分。(2)空間部分共有_顆衛(wèi)星，其中，工作衛(wèi)星_顆，備用衛(wèi)星_顆，平均分布在_個軌道平面上，每個衛(wèi)星軌道上有_顆衛(wèi)星。衛(wèi)星的分布保證地面上任何地點、任何時間都可以測到_顆以上的衛(wèi)星。(3)GPS的控制部分是_，其主要作用是什么？解析第(1)題，GPS由空

16、間星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備三大子系統(tǒng)組成。第(2)題，GPS的空間星座由21顆工作衛(wèi)星、3顆備用衛(wèi)星組成，在全球的任何地方、任何時間都可監(jiān)測到4顆以上的衛(wèi)星。第(3)題，GPS的控制部分是地面監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于監(jiān)測和控制衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否沿預定軌道運行。答案(1)地面監(jiān)控用戶設(shè)備(2)24213644(3)地面監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)測和控制衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否沿預定軌道運行。 當 堂 達 標·固 雙 基題組1全球定位系統(tǒng)2017年11月5日19時45分，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，長征三號乙運載火箭以“一箭雙星”方式成功發(fā)射第二十四、二十五顆北斗導航衛(wèi)星

17、。這兩顆衛(wèi)星屬于中圓地球軌道衛(wèi)星，是北斗三號第一、二顆組網(wǎng)衛(wèi)星。成功進入軌道，標志著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)全球組網(wǎng)的開始。據(jù)此完成12題。1北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)除能夠提供精確的定位、測速外，還能夠提供的服務(wù)包括()授時通信服務(wù)農(nóng)作物長勢監(jiān)測氣溫異常監(jiān)測ABC D2在應(yīng)用地理信息系統(tǒng)進行城市道路規(guī)劃時，最適合作為基準圖件的是()A行政區(qū)劃圖 B人口密度圖C遙感影像 D商業(yè)分布圖1.A2.C第1題，農(nóng)作物長勢監(jiān)測和氣溫異常監(jiān)測通過遙感技術(shù)可實現(xiàn)。第2題，遙感影像能及時真實地反映城市道路現(xiàn)狀，以此為基準圖件作出的規(guī)劃才能切合實際。下圖是“華北地區(qū)某地實測的海拔高度數(shù)據(jù)分布”。讀圖回答34題。 【導學號：506

18、82100】3測量圖中各地海拔高度，所用最精準、便捷的技術(shù)是()A遙感 B全球定位系統(tǒng)C數(shù)字地球 D地理信息系統(tǒng)4對圖示區(qū)域地理特征的描述，正確的是()A海拔：甲丙 B坡度：甲乙C氣溫：丙丁 D降水：乙丁3.B4.D第3題，全球定位系統(tǒng)可以測量一個地區(qū)的精確的三維坐標，即經(jīng)度、緯度、海拔高度等。第4題，將圖中高度相同的點連線，即可得到等高線地形圖，由圖可知，甲的海拔在200米300米之間，而丙的海拔在500米600米之間；甲坡等高線較乙坡稀疏，坡度較小。丙的海拔較丁高，正常情況下氣溫較低。乙坡位于東坡，是東南季風的迎風坡(華北地區(qū))，而丁坡位于西坡，處于背風坡，所以乙坡的降水較多。題組2全球定

19、位系統(tǒng)與定位導航讀車載GPS導航監(jiān)控原理示意圖，完成56題。5圖中M表示()A制作GPS接收機B分析交通狀況C生成電子地圖 D計算三維坐標6車載GPS通過公共電信網(wǎng)絡(luò)傳給交通監(jiān)控中心的信息是()A車載GPS所在道路的擁堵狀況B車載GPS所在地的地理坐標C車載GPS所在車輛的違章信息D車載GPS規(guī)劃的導航路線5.C6.B第5題，紙質(zhì)地圖信息數(shù)字化與錄入地名、坐標信息可以生成電子地圖。第6題，車載GPS傳給交通監(jiān)控中心的信息是車載GPS所在地的地理坐標。我國將于2020年完成由35顆衛(wèi)星組網(wǎng)的“北斗”全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。據(jù)此完成78題。 【導學號：50682101】7有關(guān)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的敘述，

20、正確的是()A北斗導航系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置是傳感器B該系統(tǒng)是一種專門處理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)C具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性、實時性的特點D廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、自然災害監(jiān)測等領(lǐng)域8利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以()A了解農(nóng)作物的長勢B監(jiān)測西北地區(qū)的荒漠化C合理規(guī)劃城市商業(yè)網(wǎng)點D精準發(fā)射導彈7.C8.D第7題，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)屬于全球定位系統(tǒng)，其關(guān)鍵裝置是空間衛(wèi)星星座，關(guān)鍵裝置為傳感器的是遙感技術(shù)，A項錯誤；處理空間數(shù)據(jù)的系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)，B項錯誤；該系統(tǒng)屬于定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性、實時性的特點，所以C正確；用于資源調(diào)查和災害檢測的是遙感系統(tǒng)，D項錯誤。第8題，北斗衛(wèi)星

21、導航系統(tǒng)屬于全球定位系統(tǒng)，利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以精準發(fā)射導彈，所以D正確。了解農(nóng)作物長勢、監(jiān)測西北地區(qū)荒漠化需要遙感系統(tǒng)，合理規(guī)劃城市商業(yè)網(wǎng)點需要對地理數(shù)據(jù)進行分析，因此用到的是地理信息系統(tǒng)，A、B、C三項錯誤。教材活動點撥教材P9798活動我國導航定位技術(shù)發(fā)展的討論提綱小組討論主題A組我國導航定位技術(shù)的發(fā)展歷程B組我國GPS技術(shù)在大地測量方面的應(yīng)用C組我國GPS技術(shù)在工程測量方面的應(yīng)用A組我國導航定位技術(shù)的發(fā)展歷程我國的航天科技事業(yè)在逐步建立和發(fā)展中。從1970年4月把第一顆人造衛(wèi)星送入軌道以來，我國已成功地發(fā)射了100多顆不同類型的人造衛(wèi)星，為空間大地測量工作的開展創(chuàng)造了有利條件。B組我

22、國GPS技術(shù)在大地測量方面的應(yīng)用在大地測量方面，利用GPS技術(shù)開展國際聯(lián)測，建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標，測定和精確大地水準面。我國已完成西沙、南沙群島各島嶼與祖國大陸的GPS聯(lián)測，使海島與全國大地網(wǎng)連成一個整體。C組我國GPS技術(shù)在工程測量方面的應(yīng)用在工程測量方面，應(yīng)用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測、大壩變形監(jiān)測、高層建筑變形監(jiān)測、隧道貫通測量等精密工程。教材P101102活動1GPS還可以應(yīng)用在大地測量、地震監(jiān)測、地形測量、林業(yè)測量、水利監(jiān)測、國土資源調(diào)查、城建規(guī)劃勘測等多個方面，并提高工作效率。資源調(diào)查：土地探測，如森林區(qū)、山坡地違規(guī)開發(fā)、查報工作。使用GPS可順利導航至可疑之變異點，并直接查詢、調(diào)閱地籍圖等相關(guān)資料以利研究判斷。大地測量：利用GPS測定地球上任何點(包括地面上和海洋上)的位置并計算其間的距離，以及測定地球重力場和地球形狀、大小等。林業(yè)面積測繪：GPS在林業(yè)面積測繪的應(yīng)用主要有兩個方面，一是用于定位造林地塊，地塊位置和形狀，便