GPS课件,武汉大学测绘学院课堂课件

全球定位系统简介GPSGPS是一种全球导航卫星系统，它通过接收来自多个卫星的信号来确定地面位置GPS广泛应用于各种领域，包括导航、测绘、农业和灾害管理定位系统的发展历程现代卫星导航系统1GPS、北斗、伽利略、格洛纳斯无线电导航系统2LORAN、DECCA天文导航3利用恒星等天体进行定位惯性导航4利用惯性传感器进行定位地面测绘5利用地面控制点进行定位定位技术的发展经历了从地面测绘到无线电导航、惯性导航、天文导航，最终发展到现代卫星导航系统的漫长历程随着科技的进步，定位技术不断革新，精度不断提高，应用范围也不断扩展系统的组成GPS卫星地面控制站接收机GPS GPSGPS卫星网络由31颗卫星组成，分布在6个地面控制站监控卫星运行，更新卫星数据接收机接收卫星信号，计算用户位置轨道平面上卫星星座GPSGPS卫星星座由31颗卫星组成，分为6个轨道面，每个轨道面包含5颗卫星这些卫星以地球为中心，围绕地球运行，形成一个完整的星座每颗卫星都配备了原子钟和导航信号发射器，能够精确地提供时间和位置信息GPS卫星星座设计为全球覆盖，确保用户在任何时间、任何地点都能接收到至少4颗卫星的信号，实现精确定位卫星坐标系GPSGPS卫星坐标系是用来描述GPS卫星位置和运动的参考坐标系常用的GPS卫星坐标系有WGS-84坐标系、PZ-90坐标系和CGCS2000坐标系等WGS-84坐标系是目前全球使用最广泛的GPS卫星坐标系，它是由美国国防部定义的地球参考框架PZ-90坐标系是俄罗斯定义的地球参考框架CGCS2000坐标系是中国定义的地球参考框架不同的GPS卫星坐标系之间存在转换关系，可以将不同坐标系下的GPS数据进行转换，以便于在不同的应用场景中使用卫星的轨道GPS轨道类型GPS卫星采用中地球轨道MEO,高度约为20,200公里轨道倾角GPS卫星轨道面与赤道面的夹角约为55度，确保全球覆盖轨道周期每颗GPS卫星的轨道周期约为12小时，绕地球运行两圈轨道特征GPS卫星轨道呈近似圆形，并以特定速度运行，保持同步精度卫星的导航信号GPS导航电文载波信号信号接收时间同步卫星周期性地发送导航电文，GPS卫星以载波信号的形式传GPS接收机接收卫星信号，提导航电文中的时间信息用于同包含时间信息、星历数据、卫输数据，包含L1和L2两个频取导航电文和载波信号，进行步接收机时钟，确保定位结果星钟差等率，用于精确测量距离定位计算准确接收机的工作原理GPS信号接收1GPS接收机接收来自卫星的导航信号，这些信号包含卫星的轨道信息、时间信息和伪距信息信号处理2接收机对接收到的信号进行处理，包括信号解码、数据提取和信号校正，以消除大气和电离层等因素的影响位置计算3接收机根据处理后的数据，使用三角测量原理计算出接收机的位置信息，包括经度、纬度和高度定位的基本方法GPS伪距测量相位测量差分测量伪距测量法是最基本的一种定位方法，相位测量法利用卫星信号的载波相位信差分测量法利用参考站接收到的卫星信利用接收机接收到的卫星信号时间信息息进行定位，测量接收机与卫星之间载号信息进行定位，将参考站的观测数据计算卫星到接收机的距离，再通过多个波相位差，进而计算出卫星到接收机的作为参考，消除接收机自身误差，提高卫星的伪距测量值进行解算得到接收机距离，精度更高定位精度的三维坐标伪距测量伪距测量是GPS定位中常用的方法之一，通过测量卫星信号到达接收机的时间来确定接收机与卫星之间的距离伪距测量存在误差，主要包括卫星钟差、大气延迟、接收机钟差和多路径效应等4卫星GPS系统中包含多颗卫星，可以提供多条距离测量值3维度至少需要4颗卫星才能确定接收机的三维坐标1位置接收机位置是根据卫星信号的时间延迟计算得出的双频伪距测量测量频率L1和L2原理利用不同频率信号的传播时间差异优点减少电离层延迟的影响应用高精度定位相位测量相位测量是GPS定位中的一种重要方法它通过测量卫星信号到达接收机的时间差来确定接收机的坐标相位测量精度更高，可以达到厘米级甚至毫米级相位测量通常用于精密测量，例如大地测量、工程测量和导航相位差分测量相位差分测量双频伪距测量利用相位差进行定位利用伪距进行定位测量精度较高测量精度较低需要基准站不需要基准站相位差分测量是利用相位差进行定位的技术它可以提高定位精度，但需要基准站进行参考实时动态测量数据采集1实时获取GPS信号数据处理2实时计算位置坐标数据输出3实时显示定位结果实时动态测量技术是指在数据采集、处理和输出过程中都采用实时方式进行，能够实现对目标的实时定位和跟踪实时动态测量技术在导航、测绘、交通运输等领域有着广泛应用定位的精度GPSGPS定位的精度受多种因素影响，包括卫星数量、信号质量、大气干扰等一般情况下，GPS定位精度可以达到以下水平10m20m水平精度垂直精度100m1m非差分定位实时动态测量使用差分技术可以显著提高定位精度，而实时动态测量则能够实现厘米级精度系统的优点和局限性GPS优点局限性全球覆盖，不受天气影响信号易受遮挡影响提供高精度定位服务城市环境信号衰减严重应用广泛，成本较低定位精度受环境影响增强型技术GNSS提高精度增强可靠性通过多种技术手段，有效提升定位精度，满足更高精度的应提高定位的可靠性和稳定性，减少干扰和误差的影响，确保用需求定位结果的准确性扩展功能适应性强增加新的功能，例如实时定位、差分定位和多路径消除等能够适应不同的应用环境，例如复杂地形、恶劣天气和遮挡等情况定位DGPS差分参考站GPS利用地面参考站的观测数据，对用户接收机的观测数据进行差分校参考站接收来自卫星的信号，并计算出更精确的位置，然后将校正正，从而提高定位精度信息广播给用户精度应用DGPS定位精度可达亚米级，甚至厘米级，适用于需要较高精度的定DGPS广泛应用于航海、航空、测绘、工程测量等领域，可用于船舶位应用导航、飞机着陆、地籍测量、地形测量等定位RTK实时动态测量RTK定位技术利用两个或多个接收机进行实时测量，并通过基准站数据进行差分校正，实现高精度定位RTK系统可以提供厘米级或毫米级的定位精度，广泛应用于测绘、工程、农业等领域定位PPP无基准站全球覆盖高精度PPP接收机无需任何地面参考站，可直接PPP技术适用于全球任何地方，不受地面通过精确的轨道和钟差校正，PPP定位精从GPS卫星信号中计算出位置基站的限制度可达厘米级基于移动互联网的应用GNSS导航应用物流追踪运动记录车位导航手机地图导航功能，利用GNSS快递物流行业，基于GNSS定位运动健身应用，记录运动轨迹智能停车系统，利用GNSS定位定位，实现实时路况信息显示，实时跟踪货物位置，优化配，提供运动距离、速度等数据，帮助用户快速找到停车位，，提供最佳路线规划，方便出送路线，提高配送效率，帮助用户分析运动情况提高停车效率，缓解城市停车行难问题基于云端的应用GNSS数据存储和处理数据共享和协作

11.

22.云平台提供大容量存储空间和云平台支持数据共享和协作，强大的计算能力，能够有效处方便不同用户之间的数据交换理海量GNSS数据和联合分析应用开发和服务可扩展性和灵活性

33.

44.云平台提供多种开发工具和服云平台具有可扩展性和灵活性务，支持各种GNSS应用的开，可以根据需求调整资源配置发和部署和服务功能大数据处理技术GNSS海量数据存储数据清洗与预处理数据分析与挖掘数据可视化GNSS数据量大，需要高效的数据清洗和预处理，包括噪声使用统计分析、机器学习等方将GNSS数据可视化，方便用数据存储系统去除、异常值剔除、数据格式法，挖掘GNSS数据中的潜在户理解和分析转换等价值分布式数据库、云存储等技术应用在测绘、导航等领域的应GNSS用测绘导航GNSS提供高精度位置信息，用于地图GNSS应用于航空、航海、陆地交通的测绘、地形图制作和地理空间数据库导航，提供精准定位、路径规划和交构建通管理工程建设地球科学GNSS用于工程测量、地形测量、工程GNSS应用于地球动力学研究、地壳运施工监测，确保工程项目的精度和安动监测、地震预测预警全精密农业中的应用GNSS精准施肥精准灌溉12通过GNSS定位，精准施肥系统可以根据农作物生长情况，利用GNSS定位，精准灌溉系统可以根据土壤水分情况，自自动调整施肥量和施肥位置，提高肥料利用率，减少环境污动调整灌溉量和灌溉时间，提高灌溉效率，节约用水资源染精准植保精准收获34通过GNSS定位，精准植保系统可以根据病虫害发生情况，利用GNSS定位，精准收获系统可以根据农作物成熟度，自自动喷洒农药，提高防治效果，减少农药残留动收割农作物，提高收获效率，降低收获成本在交通运输中的应用GNSS导航定位交通管理自动驾驶物流运输GNSS提供精准的实时定位，为通过GNSS追踪车辆，实时监GNSS是自动驾驶汽车的关键技GNSS提高物流效率，优化货运导航系统提供基础数据测交通流量和道路状况，优化术之一，提供精准的定位和行路线，降低运输成本交通管理方案驶路线规划在时间同步中的应用GNSS高精度时间同步网络时间协议GNSS信号提供精确的时间信息，用于同步不同地点的时钟，GNSS接收机可作为时间服务器，通过网络时间协议（NTP）提高时间同步精度将时间信息同步到其他设备电力系统金融交易在电力系统中，GNSS用于同步电力设备的时间，确保电力网金融交易需要精确的时间同步，以保证交易的准确性和可靠性络的稳定运行在气象监测中的应用GNSS气象要素监测大气成分监测GNSS可用于监测气象要素，例如GNSS可用于监测大气中水汽含量温度、湿度、气压、风速和风向等、二氧化碳浓度等气体成分通过利用GNSS接收机接收到的信号分析GNSS信号的衰减和延迟，可，可以反演出大气折射率的变化，以得到大气成分的浓度信息进而推算出这些气象参数降水监测气象灾害预警GNSS可用于监测降水量和降水类GNSS可用于监测气象灾害，例如型利用GNSS接收机接收到的信台风、暴雨、雷暴等通过GNSS号，可以反演出大气中水汽的变化接收机监测到的气象要素变化，可，进而推算出降水量以提前预警这些气象灾害在空间信息获取与分析GNSS中的应用空间定位地理空间数据采集12GNSS技术提供高精度定位信GNSS与传感器集成，采集地息，用于地球表面物体的位置理空间数据，例如地形数据、测量，建立三维坐标系地质数据和环境数据空间信息分析空间信息可视化34空间数据分析与建模，应用于GNSS数据可视化技术，将空土地利用、灾害监测、环境保间信息转化为直观图像，方便护等领域，提升决策效率用户理解分析空间信息在国防军事中的应用GNSS精确制导战场态势感知通信保障人员定位GNSS技术可实现精确制导，提GNSS提供实时位置信息，辅助GNSS技术可用于时间同步，确GNSS技术可用于部队人员定位高武器命中精度，增强作战效构建战场态势图，支持快速决保军事通信系统稳定可靠，提升部队管理效率，保障士能策兵安全在应急救援中的应用GNSS快速定位灾情监测GNSS技术可以快速准确地确定灾区的位GNSS技术可以实时监测灾区的地形地貌置，为救援人员提供及时有效的救援信息变化，为救援人员提供更全面的灾情信息GNSS技术可以帮助救援人员快速找到被GNSS技术可以帮助救援人员制定更合理困人员，提高救援效率的救援方案，减少救援风险总结与展望GNSS技术近年来不断发展，应用领域不断拓展未来GNSS技术将继续朝着高精度、高可靠性、高效率的方向发展。