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1、GPS定位原理与应用,GIS0701 康永正 2007303204035,GPS (Global Positioning System),全球定位系统（Global Positioning SystemGPS）是一种定时和测距的空间交会定点的导航系统，可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。,GPS系统的特点,定位精度高 观测时间短 测站间无需通视 全球性连续覆盖，全天候工作 可提供三维坐标 操作简便 功能多，用途广,GPS定位系统的组成,GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星，向地面发射L波段的载频无线电测距信号，由地面上用户接收机实时地连续接收，并计算出接收机天
2、线所在的位置。因此，GPS定位系统是由以下三个部分组成： （1）GPS卫星星座（空间部分） （2）地面监控系统（地面控制部分） （3）GPS信号接收机（用户设备部分）。,GPS定位系统的组成,这三部分有各自独立的功能和作用，对于整个全球定位系统来说，它们都是不可缺少的。,GPS卫星星座组成,共24颗卫星，其中3颗备用，分布在6个轨道面上。轨道面相对地球赤道面的倾角为550，各轨道平面升交点赤经相差600，相邻轨道上卫星的升交距角相差300。轨道平均高度约20200km，运行周期11h58m。 因此，同一测站上每天出现卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5小时在地平线以上，同
3、时位于地平线以上的卫星数目，随时间地点而异，最少4颗，最多达11颗。,GPS卫星星座组成,GPS系统的空间部分由GPS卫星组成，称为卫星星座。 卫星星座的分布设置要保证地球上任何地点，任何时刻至少可以同时观测到四颗卫星。,GPS地面监控部分,GPS的地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站（5个）、主控站（1个）和注入站（3个） 1、 监测站：是主控站直接控制下的数据自动采集中心。站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机1台和若干台环境数据传感器。观测资料由计算机进行初步处理，存储并传输到主控站，以确定卫星轨道。卫星。,GPS地面监控部分,2、 主控站 除协调和管理地
4、面监控系统外，主要任务： 1）根据本站和其它监测站的观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气修正参数，并将数据传送到注入站。 2）提供全球定位系统的时间基准。各监测站和GPS卫星的原子钟，均应与主控站的原子钟同步，测出其间的钟差，将钟差信息编入导航电文，送入注入站。 3）调整偏离轨道的卫星，使之沿预定轨道运行。 4）启用备用卫星代替失效工作卫星。,GPS地面监控部分,3、注入站： 主要设备为1台直径3.6m的天线、1台c波段发射机和1台计算机。主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等，注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。 整个
5、GPS系统的地面监控部分，除主控站外均无人值守。各站间用现代化通讯网络联系，在原子钟和计算机的驱动和控制下，实现高度的自动化标准化。,GPS地面控制部分的作用,负责监控全球定位系统的工作： 监测卫星是否正常工作，是否沿预定的轨道运行 跟踪计算卫星的轨道参数并发送给卫星，由卫星通过导航电文发送给用户 保持各颗卫星的时间同步 必要时对卫星进行调度,GPS用户设备部分,用户部分组成 GPS信号接收机及相关设备 GPS接收机 接收、跟踪、变换和测量GPS信号的无线电设备 GPS接收机的组成 天线、接收机、处理器、控制显示单元、电源 GPS接收机的作用 接收GPS卫星发射的无线电信号，以获得必要的定位信
6、息和观测量，并经过数据处理而完成定位工作,GPS接收机,GPS接收机,GPS应用领域,1. 飞机、汽车、船舶航路引导 2. 地面车辆跟踪和城市智能交通管理 3. 个人旅游及野外探险 4. 个人通讯终端 ( 与手机， PDA ，电子地图等集成一体 ) 5.农业上的应用（精准农业）,GPS在精准农业上的应用,GPS系统在精确农业实施过程中异常重要，它一方面将农田各种信息给予精确定位，输入GIS；另一方面也是农机作业轨迹的依据。 农场基本格网定标为了给农田信息定位，必要在农场范围内进行GPS定点,测得高精度的坐标数据。,什么是精准农业？,精准农业是近年来国际上农业科学领域的热点领域。精准农业的含义是
7、按照田间第一操作单元的具体条件, 精细准确地调整各项土壤和作物管理措施, 最大限度地优化使用各项农业投入, 以获取最高产量和最大经济效益, 同时保护农业生态环境, 保护土地等农业自然资源。精准农业是在传统农业与农业机械装备基础上, 将现有农业生产措施与新近发展的高新技术有机地结合起来, 运用高新技术进行农业生产管理,其核心技术是地理信息系统( GIS) 、全球卫星定位系统( GPS) 、遥感技术( RS) 和计算机自动控制系统。,GPS 在精准农业中的应用,(1) 在制作农田电子地图中的应用 制作农田电子地图是使用精度农业技术的农民首先必须做的工作。农民带着GPS接收设备, 绕农田行走一周以获
8、得农田边界位置数据, 由于地形对土壤养分分布、作物生长、机器作业和水土流失等有着直接影响, 因此常常要获取农田地形参数( 经度、纬度与高程) 。根据记录的农田边界和地形等数据, 使用相应的软件, 便可生成农田电子地图。,(2) 在土壤采样与养分分析中的应用 土壤采样是目前获取田间状态信息的主要手段, 是土壤养分分布研究和变量施肥决策的前提。土壤采样时, 将土壤探针安装在采样车上, 并通过采样车的液压系统进行作业控制。采样车上配备卫星定位系统与农田电子地图, 驾驶员按采样路线行驶, 在需要采样的地方停下来, 操纵液压系统, 进行土壤采样和包装, 并记录采样点的位置坐标。所获取的土壤样本在实验室经
9、过化学分析, 制作相应的土壤养分分布图。GPS 在土壤采样导航和定位中的应用, 为采样点提供亚米级的定位精度。,(3) 在变量播种中的应用 土壤类型、养分、墒情和地形在田间分布存在差异, 为了达到整块农田出苗整齐、茁壮生长的目的, 需要在行进间, 根据播种处方图随时调整下种量和播种深度。播种机的位置信息由卫星接收机获取后, 被传输至移动处理器, 处理器读取播种处方图信息, 通过液压系统控制播种机的下种量和播种深度, 实现行进间变量播种作业。,(4) 在变量施肥中的应用。变量施肥是精准农业重要的技术体系之一, 土壤养分存在明显的变异是变量施肥研究的出发点和依据。变量施肥技术主要有基于电子传感器和
10、基于电子地图的两种技术类型。前者不需要GPS 接收装置,但是由于实时获取和分析土壤养分的配套技术尚不成熟, 应用较少; 后者事先把田间各小区所需肥料的比率及单位面积施用量存入计算机, 机器在田间行驶时, 根据GPS 接收到的位置信息实时读取施肥处方图信息, 通过变量控制系统调节施肥量, 机载计算机可以显示农田电子地图, 以及机器前进速度和单位面积实际施肥量等参数。,动态GPS定位,动态GPS定位的主要作用为： （1）指挥农机行走。根据GIS提供的场区电子地图经纬度范围（也可用坐标表示），利用农机上的GPS天线，每0.5秒接收一组GPS定位数据，通过软件，将自行农机实际行动轨迹显示在电子地图上，
11、使其在场区范围内自由行走。若电子地图上设计有行走路线，则按设计的轨迹行走。该项工作的难点在于GPS与GIS接口调试及GVG软件的开发。,（2）指挥农机作业。依据农业信息采集系统和专家系统提供的农机作业路线及变更作业方式的空间位置（给定X、Y值内），使农机自动完成耕地、播种、施肥、中耕、灭虫、灌溉、收割等工作，包括耕地深度、施肥量、灌溉量的控制等。除GPS和农机具等硬设备外，还包括GPS与自行农机接口调试。,（3）周边环境不定期监测的定位。周边地区有突发性灾害，如冰雹、虫灾等，可由动态GPS将范围记录下来，为农业专家系统提供有益的空间信息。,可见, GPS 在精准农业中占据着重要的地位, 为精准农业提供实时、准确的位置信息, 做到精耕细作、准确定位。没有卫星定位系统, 精准农业也就无从谈起。随着精准农业向着更加精准的方向发展, 高精度的卫星定位系统将得到更加普遍的应用, 将在现代化农业中起到越来越主导性的作用。,谢谢！,
