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1、中国地图出版社SINOMAPSPRESS普通高中课程标准实验教科书 地理 必修第3册当你旅游或野外考察时，通常用哪些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？些方法有什么不足？现在有没有更简单、更准确的方法？现在有没有更简单、更准确的方法？手持型手持型GPS机机车载型车载型GPS机机 在伊拉克战争期间，中国中远公司有一条远洋货轮，通过马六甲海峡驶入印度洋后，被美国舰船拦阻，要求检查船只。美国在伊拉克作战，可以划临检区，但不能把临检区划到整个印度洋。中国货轮不买美国的账，不停船受检。但后来这条船开的时间不长，发现船用
2、GPS失效了，船被迫停下来进行检修，但没有发现故障。后来才明白是美国海军对中国货轮GPS进行局部屏蔽。一个国家的安全，不能依赖一个国家的安全，不能依赖外国，必须依靠自己。外国，必须依靠自己。中国全力打造中国全力打造“北斗系统北斗系统”咱们自己的全球定位系统1.1.在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？在一个平面直角坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？2.2.在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？在一个空间三维坐标系上，确定点的位置，需要知道几个值？3.3.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？要精确知道一个人在地球上的位置，必须知
3、道几个值？至少需要几颗卫星？（分组（分组讨论、主动探究）讨论、主动探究）YXAXYZ二、定位原理：颗卫星定位一点二、定位原理：颗卫星定位一点1234S1S3S4S2（X X、Y Y、Z Z、T T）3卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理简单地说就是用户同时向已知简单地说就是用户同时向已知其位置的其位置的3个导航卫星分别进行距离测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，在空间画出得的距离为半径，在空间画出3个球面，个球面，则该则该3个球面的相交点，就是用户的所个球面的相交点，就是用户的所在位置了。在位置了。通常应用三颗卫星的数据就可
4、以进行定位，但要保证对目标实时观测（诸如提供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），目标运动数据等），目标运动数据等），目标运动数据等）， 则需要至少四颗卫星的信号。则需要至少四颗卫星的信号。则需要至少四颗卫星的信号。则需要至少四颗卫星的信号。卫星定位技术发展的回顾 1957 1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，年世界上第一颗人造地球卫星发射成功，4040多年多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源
5、勘察、导航、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。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。视。19581958年底，美国海军武器实验室，开始着手建立为美年底，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，即国海军舰艇导航的卫星系统，即“海军导航卫星系统海军导航卫星系统”（Navy Navigation Satellite SystemNavy Navigat
6、ion Satellite SystemNNSSNNSS）。由）。由于该系统卫星都通过地极，也称于该系统卫星都通过地极，也称“子午子午(Transit)(Transit)卫星系卫星系统统”。19641964年该系统建成，并在美国军方启用。年该系统建成，并在美国军方启用。19671967年美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。的限制，自动化程度高，具有良好的定位精度。卫星定位技术发展的回顾 尽管尽管NNSSNNSS在导航技术的发展中具有划时代的意义，但在导航技术的发展中具有划时代的意义，
7、但由于该系统卫星数目少（由于该系统卫星数目少（5-65-6颗），运行轨道低（颗），运行轨道低（1000km 1000km ）, ,观测时间长（观测时间长（1.51.5小时），无法提供连续实时三维导小时），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。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，为满足军事和民用对连续实时和三维导航的迫切要求，19731973年美国国防部开始组织陆海空三军，共同研究建立新年美国国防部开始组织陆海空
8、三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的一代卫星导航系统的计划，这就是目前所称的“导航卫星导航卫星授时测距授时测距/ /全球定位系统全球定位系统”（Navigation Satellite Navigation Satellite Timing and ranging / Global Positioning SystemTiming and ranging / Global Positioning System）简）简称全球定位系统（称全球定位系统（GPSGPS）。）。一、全球定位系统：一、全球定位系统：1 1、全球定位系统：、全球定位系统：（GlobalPosition
9、ingSystem简称简称GPS ）是是具有在海、陆、空具有在海、陆、空进行全方位、实时进行全方位、实时三维三维导航导航与与定位定位功功能的新一代卫星导能的新一代卫星导航与定位系统航与定位系统 。主控站：主控站：1个个监测站：监测站：5个个注注入站：入站：3个个2、全球定位系统的系统组成、全球定位系统的系统组成空间空间部分部分地面地面监控监控系统系统用户用户设备设备部分部分全全球球定定位位系系统统由由24颗卫星组成（其颗卫星组成（其中中3颗备用），分布颗备用），分布在在6个轨道平面上。个轨道平面上。主要是主要是GPS接收机接收机提供与定提供与定位相关的位相关的参数和时参数和时间信息间信息主要用
10、于监测和主要用于监测和控制卫星及其各控制卫星及其各种设备的运行种设备的运行可以确定可以确定接收机所接收机所在点的位在点的位置、速度、置、速度、到航路终到航路终点的距离点的距离和航向等和航向等信息信息GPS组成组成GPS卫星卫星星座星座地面监控地面监控系统系统GPS信信号接收机号接收机返回返回 2424颗卫星星座（颗卫星星座（2121颗颗工作卫星工作卫星3 3颗备用卫星）颗备用卫星）1 1个主控站个主控站3 3个注入站个注入站5 5个监控站个监控站空间部分空间部分用户设备用户设备地面控制地面控制空间部分要获得准确信息，一般要求要获得准确信息，一般要求4颗卫星，颗卫星，用于定位的用于定位的4颗卫星
11、称为定位星座。颗卫星称为定位星座。返回返回地面监控系统n卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。n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时间系统用户设备4.接收机信号的解读与操作接收机信号的解读与操作表示接收表示接收机所在的经纬机所在的经纬度位置。度位置。数字表示被接收信号的卫星编号，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。黑色柱长短表示信号的强弱。 卫星分布图描绘了在卫星分布图描绘了在卫星分布图描绘了在卫星分布图描绘了在接收机所处位置（圆心）接收机所处位置（圆心）接收机所处位置（圆心）接收机所处位置（圆
12、心）仰望天空能搜索到的卫星，仰望天空能搜索到的卫星，仰望天空能搜索到的卫星，仰望天空能搜索到的卫星，大圆表示地平线，小圆为大圆表示地平线，小圆为大圆表示地平线，小圆为大圆表示地平线，小圆为抬以抬以抬以抬以45454545角仰望天空的范角仰望天空的范角仰望天空的范角仰望天空的范围，越靠近中心，卫星信围，越靠近中心，卫星信围，越靠近中心，卫星信围，越靠近中心，卫星信号越强。号越强。号越强。号越强。如图如图GPSGPS接收机接收接收机接收GPSGPS卫星卫星A A、B B、C C传来的信号，传来的信号，“绘绘制制”3 3个巨大的球体。个巨大的球体。3 3个球体会交于两点，其中那个与地个球体会交于两点
13、，其中那个与地球表面相交的点就是这台球表面相交的点就是这台GPSGPS接收机所处的位置，然后通接收机所处的位置，然后通过计算得到该接收机所处的过计算得到该接收机所处的经纬度经纬度。卫星。卫星D D测量测量GPSGPS接收机接收机所在的所在的高程高程。3 3、GPSGPS定位原理定位原理GPSGPS的定位原理的定位原理与与“三边测量术三边测量术”原原理相似。不同的是理相似。不同的是3 3颗卫星代替了颗卫星代替了3 3个个村子，地图上平面村子，地图上平面的圆变成了三维的的圆变成了三维的球面。球面。GPS定位示意图定位示意图卫星定位的基本原理卫星定位的基本原理GPS系统采用系统采用“时间时间同步、单
14、程测距同步、单程测距”的原理的原理来实现定位。来实现定位。简单地说就是用户同简单地说就是用户同时向已知其位置的时向已知其位置的3个导个导航卫星分别进行距离测量，航卫星分别进行距离测量，然后再以该卫星为球心，然后再以该卫星为球心，以所测得的距离为半径，以所测得的距离为半径，在空间画出在空间画出3个球面，则个球面，则该该3个球面的相交点，就个球面的相交点，就是用户的所在位置了。是用户的所在位置了。5.5.特点：特点： （1）全天候，不受天气影响；）全天候，不受天气影响；（2）全球覆盖；）全球覆盖；（3）三维定速定时高精度；）三维定速定时高精度；（4）快速省时高效率；）快速省时高效率；（5）应用广泛
15、、多功能。）应用广泛、多功能。（2）地面监控系统对卫星进行监测和调控。地面监控系统对卫星进行监测和调控。4.4.工作过程：工作过程：（1）向）向GPS卫星发送导航定位信号卫星发送导航定位信号（3）用户系统接受用户系统接受GPSGPS卫星发射的信号后进卫星发射的信号后进 行导航、定位。行导航、定位。二、GPS应用军事军事:导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现导弹的飞行、飞机的导航、精确打击的实现测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？测绘：有哪些优势？有哪些具体应用领域？交通：关键是导航交通：关键是导航救援：关键是定位救援：关键是定位农业：什么是精准农业耕作？其优势在哪里？农业：什么是精准农业耕
16、作？其优势在哪里？娱乐旅游娱乐旅游1 1. .GPSGPS在军事上在军事上的应用的应用 军事是军事是GPSGPS技术最技术最早的应用领域早的应用领域, ,主要是主要是为各种军事活动提供定为各种军事活动提供定位导航位导航. .在现代战争中，在现代战争中，不仅陆、海、空三军，不仅陆、海、空三军，而且许多高科技武器弹而且许多高科技武器弹药等，也都开始采用药等，也都开始采用GPSGPS技术进行定位导航。技术进行定位导航。 伊拉克战争中伊拉克战争中GPSGPS制导制导武器占有很大的比重武器占有很大的比重. . 海湾战争中美军几乎所有的坦克、装甲车、飞机、舰海湾战争中美军几乎所有的坦克、装甲车、飞机、舰船
17、、各级指挥部和陆军小分队都装备了船、各级指挥部和陆军小分队都装备了GPSGPS接收机，总数接收机，总数超过超过5 5万部。在轨的万部。在轨的1616颗颗GPSGPS卫星，每天可提供卫星，每天可提供1919小时的三小时的三维数据，精度维数据，精度10 - 1610 - 16米，测速精度米，测速精度0 .10 .1米米 / / 秒。秒。2、测量方面、测量方面本次测量除采用本次测量除采用1975年时的传统测量方法外，还采年时的传统测量方法外，还采取取GPS测量系统。测量系统。珠穆朗玛峰高度最新测量结果为珠穆朗玛峰高度最新测量结果为8844.43米米参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石面高参数：珠穆朗玛峰峰顶岩石
18、面高程测量精度程测量精度0.21米；峰顶冰雪米；峰顶冰雪深度深度3.50米。米。原原1975年公布的珠峰高程数据停年公布的珠峰高程数据停止使用。止使用。2005年年10月月9日上午日上午10时，国时，国家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆家测绘局局长陈邦柱宣布珠穆朗玛峰高度最新测量结果：朗玛峰高度最新测量结果：地处北回归线以北地处北回归线以北5，在崇山峻岭之间，幽深而绵长，在崇山峻岭之间，幽深而绵长地躺卧着一条地躺卧着一条“巨龙巨龙”世界上最深和最长的峡谷，世界上最深和最长的峡谷，1998年年10月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷月，中国国务院正式批准将这一世界最大峡谷科学地定名为科学地定名为雅鲁
19、藏布大峡谷。雅鲁藏布大峡谷。其峡谷核心河段平均深度为其峡谷核心河段平均深度为5000米，最深处达米，最深处达5382米，峡谷长米，峡谷长496.3千米，远远超过了此前认为是世界第一千米，远远超过了此前认为是世界第一的秘鲁科尔卡大峡谷（深的秘鲁科尔卡大峡谷（深3200米）。雅鲁藏布大峡谷最米）。雅鲁藏布大峡谷最窄处为窄处为74米米，一般宽在，一般宽在80至至200米之间。米之间。世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷世界上最大的峡谷美国科罗拉多大峡谷,也是地也是地球上自然界球上自然界7大奇景之一。大奇景之一。该大峡谷全长该大峡谷全长347千米千米,宽宽6至至29千米千米,深深1600米米,位于美国西
20、部亚利桑那州北部的凯巴布位于美国西部亚利桑那州北部的凯巴布高原。高原。雅鲁藏布江大峡谷的基本特点可以用十个字来概括：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。高、壮、深、润、幽、长、险、低、奇、秀。3 3、GPSGPS在交通运输中的作用在交通运输中的作用功能示意图功能示意图导航型接收机导航型接收机通过通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生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、光信息和报警目标，规
21、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。提醒值班人员进行应急处理。4、紧急援助、紧急援助案例：案例：2005年年8月月10日傍晚六点左右，飞达日傍晚六点左右，飞达GPS监控中心接到要求监控中心接到要求查询粤查询粤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，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
22、。傍晚七点半，飞达米的地方，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，想共有八
23、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。不到这次栽在卫星定位手里。5、精确的农业航空导航、精确的农业航空导航专业精准农业野外数据采集软精确自动导航、自动驾驶辅助系统专业的农业平行收割、播种选项四、全球定位系统的应用四、全球定位系统的应用5、农业方面、农业方面（1）精准农业耕作）精准农业耕作利用利用GPS技术，配合遥感技术（技术，配合遥感技术（RS）和地理信息系）和地理信息系统（统（GIS），能够做到监测农作物产量分布、），能够做到监测农作物产量分布、土壤成分和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、性质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药
24、，节约费用、降低成本、达到增加产量提高效益降低成本、达到增加产量提高效益的目的。利用差分的目的。利用差分GPS技术可以做到：土壤养分分布调查技术可以做到：土壤养分分布调查、监测作物产量监测作物产量、合理施肥，精确农业管理。、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。利用可绘出作物色彩变化图。利用GPS定位采集一定数量定位采集一定数量的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。期的土壤含量的系列分布图。这样可以做到精确地对
25、作这样可以做到精确地对作物生长进行管理。物生长进行管理。四、全球定位系统的应用四、全球定位系统的应用5、农业方面、农业方面（2）在林业管理方面的应用）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，面积，确定原始森林、道路位置，对森林火灾周边测量，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。作用。在森林中进行常规测量相当困难，而在森林中进行常规测量相当困难，而GPS定位技定位技术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置
26、术可以发挥它的优越性，精确测定森林位置和面积，绘和面积，绘制精确的森林分布图。制精确的森林分布图。（3）GPS技术用于森林防火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它是在飞机的环动仪上安装热红外系统和GPS接收机，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。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）鱼群定位四、全球定位系统的应用四、全球定位系统的应用6、休闲娱乐、休闲娱乐把全球定位系统（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）比喻成八爪鱼，是因为它所触及的行业相当广
27、泛，非泛，非“八爪八爪”以蔽之，可以说人类的想像力有多宽，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。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可望不久会生产出手表式的GPS导航接收机。携带和导航接收机。携带和使用就更方便。可以说，使用就更方便。可以说，GPS的应用将进入人们的日的应用将进入人们的日常生活，其应用前景非常广阔。常生活，其应用前景非常广阔。GPS的应用，也许仅的应用，也许仅受人们的想像力制约。受人们的想像力制约。1912年年4月月14日，英国大型豪华客船泰坦尼克号在北大西洋北纬日，英国大型豪华客船泰坦尼克号在北大西洋
28、北纬4046，西经，西经5014处与冰山相撞，于处与冰山相撞，于15日日2时时20分沉没分沉没，是死亡人数最多的海难。泰坦尼克号于，是死亡人数最多的海难。泰坦尼克号于1912年建成，年建成，1912年年4月月10日载客日载客1316人、船员人、船员885人，自英国南安普敦始航至美国纽约人，自英国南安普敦始航至美国纽约，也是该船建成后的首次远航。航行中于，也是该船建成后的首次远航。航行中于14日日9时至时至18时时20分之前多次收到关于流分之前多次收到关于流冰与冰山的冰与冰山的无线电报无线电报,由于报务员忙于旅客的电报，未向船长报告由于报务员忙于旅客的电报，未向船长报告,至至22时大副报告时大副
29、报告已进入冰区时，船长仍令按原航向行驶。到已进入冰区时，船长仍令按原航向行驶。到23时时40分为避撞船首前方冰山，大副下分为避撞船首前方冰山，大副下令满舵左转、全速后退时，船首右舷与令满舵左转、全速后退时，船首右舷与20万吨重，速度为每小时万吨重，速度为每小时26米的冰山相撞，米的冰山相撞，冰山的水下部分划破右舷前部冰山的水下部分划破右舷前部6个水密舱，共长个水密舱，共长91.44米（而船的登记长度为米（而船的登记长度为259.84米），使机舱大量进水，船开始下沉米），使机舱大量进水，船开始下沉15日日1时发出时发出SOS呼救信号并放火箭信号，至呼救信号并放火箭信号，至2时时20分沉没。分沉没。817位旅客、位旅客、673位船员位船员共共1490人遇难冰海。船长和大副均在指挥中随船沉没人遇难冰海。船长和大副均在指挥中随船沉没开放性作业：开放性作业：列表比较列表比较GPS在下列领域中的应用和特点。在下列领域中的应用和特点。与与GPSGPS的的 第一次亲密接触第一次亲密接触
