确定位置二教学课件

确定位置

（二）教学课件课程导入为什么要学会确定位置？生活中的位置描述在日常生活中，我们时刻都在进行位置描述告诉朋友在哪里碰面，向司机说明目的地，在商场里寻找某个店铺这些看似简单的行为，实际上都涉及到位置确定的基本原理当我们说在学校门口见面或往左拐第二个路口时，我们正在使用相对位置和绝对位置的概念来传达信息位置确定的重要性导航系统帮助我们找到目的地•机器人通过定位执行精确任务•地图应用让我们了解周围环境•章节一位置的基本概念回顾位置定义位置（）是指物体在空间中的具体点，它描述了物体相对于某个参照系统Position的确切所在位置是一个基本的物理概念，涉及到空间的三个维度方向与距离位置的两种表达方式绝对位置相对位置绝对位置使用统一的坐标系统或地址系统来精确描述物体的位置相对位置以特定的参照物为基准来描述物体的位置关系这种表达这种表达方式具有唯一性和精确性，不依赖于观察者的位置方式更加直观，但需要明确的参照物坐标北纬，东经在学校东门向北米处•GPS

39.9°

116.4°•100详细地址北京市朝阳区路号图书馆的左侧第三栋建筑•XX XX•邮政编码•100000绝对位置的全球坐标系统章节二二维空间中的位置确定坐标系的构成二维坐标系由两条相互垂直的直线组成横轴（轴）代表水平方向，纵轴（轴）代表X Y竖直方向两轴的交点称为原点，坐标为0,0坐标的表示方法任何一个点的位置都可以用一对有序数对来表示，其中表示该点到轴的距离，x,y xY y表示该点到轴的距离X第一象限•x0,y0第二象限•x0,y0第三象限•x0,y0课堂活动在教室内用坐标描述物品位置0102确定原点建立坐标轴选择教室内一个固定且明显的点作为坐标原点，比如讲台的左前角或教室以原点为中心，确定轴（通常指向教室的右侧）和轴（通常指向教室的X Y的中心位置这个原点将成为所有测量的基准点前方）可以用粉笔在地上画出坐标轴的方向03测量与记录验证准确性学生分组使用尺子测量教室内各物品（桌椅、黑板、门窗等）相对于原点的和坐标，并记录在表格中X Y章节三方向的表示方法方位角系统方位角是以北方为起点，顺时针方向测量的角度，范围为0°到360°这种表示方法在导航、测量和地理学中广泛应用•北方0°（或360°）•东方90°•南方180°•西方270°方向测量工具介绍指南针的使用量角器的应用章节四距离与位移的区别距离的特点距离是指物体沿某一路径运动的总路径长度，它是一个标量，只有大小没有方向无论走哪条路，距离都是实际行走的路程总和特征总是为正值，与路径相关位移的特点位移是指从起点到终点的直线距离和方向，它是一个矢量，既有大小又有方向位移只关心起点和终点的位置关系特征可正可负，只与起终点有关课堂演示两名学生走不同路径测量距离与位移实验设计选择两名学生从教室的同一起点出发，到达同一终点，但走不同的路径一名学生走直线，另一名学生绕行通过计步和测量来对比距离与位移的差异路径直线行走路径绕行走法A B从起点直接走向终点绕过桌椅等障碍物••记录步数和实际距离记录每一段的步数••测量方向角度计算总路径长度••观察重点两种路径的距离不同，但位移相同这个实验帮助学生直观理解距离与位移的本质区别距离与位移的直观区别通过实际行走演示，学生能够清晰地看到相同起终点的不同路径所产生的距离差异章节五三维空间中的位置表达从平面到立体现实世界是三维的，除了长度和宽度，还需要考虑高度在三维空间中，我们需要第三个坐标轴轴来描述物体的高度或深度位置——Z三维坐标系的建立轴水平方向（东西向）•X轴水平方向（南北向）•Y轴垂直方向（上下向）•Z生活中的三维位置实例高楼大厦中的楼层号码、飞机的飞行高度、潜水艇的深度、立体停车场的车位等都是三维位置的典型应用坐标系扩展从二维到三维0102三维坐标表示法方向的三维角度三维空间中的任意一点可以用有序三元组来表示例如，在三维空间中，方向需要用三个角度来完整描述俯仰角（上下倾斜）、X,Y,Z3,4,5表示该点距离平面个单位，距离平面个单位，距离平面个单偏航角（左右转向）、横滚角（左右倾斜）这在航空航海中非常重要YZ3XZ4XY5位章节六定位技术简介全球定位系统（）的工作原理GPS是目前最广泛使用的定位技术，它通过接收多颗卫星发出的信号来计算接收器的精确位置系统至少需要颗卫星的信号才能确定地面上一个GPS GPS4点的三维坐标卫星信号发射信号接收与处理每颗卫星持续向地面发送包含时间戳和卫星位置的信号接收器同时接收多颗卫星的信号，计算信号传输时间GPS GPS距离计算位置确定根据信号传输时间和光速计算接收器到各卫星的距离利用三角测量原理计算出接收器的精确三维坐标的实际应用案例GPS手机导航车辆定位物流追踪智能手机内置芯片，配合地图应用现代汽车普遍配备定位系统，不仅电商和物流行业广泛使用技术追踪GPS GPSGPS为用户提供实时导航服务无论是步用于导航，还能实现车辆防盗、远程货物位置，消费者可以实时查看快递行、驾车还是乘坐公共交通，都能获监控、紧急救援等功能物流公司利包裹的运输状态，提高了服务透明度得精确的路线规划和位置追踪用追踪货车位置，优化运输路线和客户满意度GPS章节七三角测量法（）Triangulation三角测量的基本原理三角测量是一种利用已知点和角度关系来确定未知点位置的方法这种方法基于三角形的几何性质，只需要知道一些边长和角度，就能计算出其他边长和角度测量步骤

1.选择两个位置已知的基准点A和B

2.测量从A点和B点到目标点C的方向角

3.利用三角形内角和为180°的性质

4.应用正弦定理或余弦定理计算距离

5.确定目标点C的精确坐标课堂活动用三角测量法确定教室内某点位置实验准备学生分组进行三角测量实验，每组需要准备量角器、卷尺、记录表格和计算器选择教室内一个位置作为神秘点，各组利用三角测量法来确定其坐标计算与验证测量方向角利用三角函数计算目标点的坐标，然后用卷选择基准点使用量角器分别从两个基准点测量到目标点尺直接测量验证计算结果的准确性，分析可在教室内选择两个容易识别且位置固定的点的方向角注意保持测量工具水平，并记录能存在的误差来源作为基准点，如讲台的两个角或者门框的两准确的角度数值侧，测量并记录这两点的坐标和之间的距离章节八坐标变换与相对位置计算坐标系之间的转换在实际应用中，我们经常需要在不同的坐标系之间进行转换例如，从地理坐标系转换到平面坐标系，或者从一个局部坐标系转换到另一个坐标系平移变换旋转变换当两个坐标系的轴方向相同，只是原点位置不同时，可以通过平移变换当坐标系发生旋转时，需要使用旋转变换公式来实现坐标转换其中是旋转角度θ其中和是两个坐标系原点间的距离ΔxΔy章节九实际问题中的位置确定12地图上的定位机器人导航定位在纸质地图或电子地图上确定位置需要理解地图的比例尺、图例和坐自动化机器人需要实时确定自己的位置以完成任务通常采用多种传标系统通过网格坐标、经纬度或地名索引都可以快速定位目标位感器融合的方式，包括激光雷达、摄像头、惯性测量单元等来实现精置确定位章节十位置确定的误差与精度误差来源分析在位置确定过程中，误差不可避免了解误差的来源和影响因素对提高定位精度至关重要测量误差设备误差环境干扰人工测量时的读数误差、测量工具的精度限测量设备本身的制造精度、校准状态、老化信号传播过程中的大气折射、多径效应、建制、环境因素（如温度、湿度）对测量结果程度等都会影响测量结果接收器的质筑物遮挡等环境因素会影响定位信号的质GPS的影响都会产生系统性或随机性误差量差异也会导致定位精度的不同量，从而降低定位精度课堂讨论生活中遇到的定位误差实例分享与思考让学生分享自己在日常生活中遇到的定位不准确的经历，分析这些问题的可能原因，并讨论改善方法常见定位误差情况•手机GPS在高楼密集区域定位偏差•室内导航信号弱导致位置跳跃•隧道或地下车库中GPS信号中断•恶劣天气影响卫星信号接收•导航软件数据更新不及时解决策略•结合多种定位技术（WiFi、蓝牙、基站）•定期校准设备和更新地图数据•在关键位置设置人工确认点章节十一位置描述的语言表达准确的方位词汇清晰准确的语言表达是有效位置描述的关键不同的表达方式适用于不同的场景和精度要求基本方位词地理方位前、后、左、右、上、下是最基础的方位表东、南、西、北及其组合（如东南、西北等）达，通常需要明确参照物和观察者的朝向提供了更加标准化的方向描述参照物选择距离描述选择明显、稳定、易识别的物体作为参照物，结合具体的距离数值（米、千米）或相对距离如建筑物、路标、自然特征等（近、远、紧邻）来完善位置信息课堂练习根据描述找物体位置语言表达能力训练这个练习旨在培养学生准确描述和理解位置信息的能力教师事先在教室内放置一些小物品，然后用语言描述其位置，学生根据描述寻找目标物品0102描述练习寻找验证教师选择教室内的某个物品，用准确的语言描述其位置在第三排第二个学生根据描述在教室内寻找目标物品找到后需要说明自己的寻找过程和座位的左侧桌腿旁，距离墙壁约厘米的地面上理解要点500304角色互换总结改进学生轮流描述物品位置，其他同学寻找这个过程中要注意语言的准确性分析哪些描述方式更有效，哪些容易产生歧义，总结出好的位置描述规和清晰性律章节十二综合案例分析分组任务设计将全班分成人小组，每组完成一个综合性的位置确定任务任务需要运用本课程学习的多种定位方法和技能4-5123任务分配工具使用团队协作每组获得一份寻宝地图，地图上标注了几综合运用指南针、卷尺、量角器、设备小组成员分工合作导航员负责方向判断，GPS个关键点的坐标和方位信息，需要在校园内（手机）等工具，体验不同定位方法的优缺测量员负责距离测量，记录员负责数据记找到这些位置并完成指定任务点和适用场景录，协调员负责任务统筹思考问题在任务执行过程中，哪种定位方法最可靠？不同方法的结合使用有什么优势？课程小结核心知识点回顾通过本节课的学习，我们系统掌握了位置确定的基本理论和实践方法从简单的二维坐标到复杂的三维定位，从传统的三角测量到现代的技术，位GPS置确定的方法在不断发展和完善基础概念掌握坐标系统运用理解了位置、方向、距离、位移等基本概念，掌握了绝对位置和相学会了二维和三维坐标系的建立和使用，能够用坐标准确描述物体对位置的区别与应用场景的空间位置测量方法实践误差分析能力掌握了多种位置确定方法，包括直接测量、三角测量、定位等了解了位置确定中可能出现的各种误差来源，具备了分析和改善定GPS技术的原理和应用位精度的基本能力拓展阅读与学习资源推荐推荐书籍《原理与应用》深入了解全球定位系统•GPS-《测量学基础》掌握传统测量方法•-《空间几何学》理解三维空间概念•-《导航技术发展史》了解定位技术演进•-在线资源国家基础地理信息中心官网•技术教学视频平台•GPS卫星地图应用•Google Earth测量学习仿真软件•实用工具软件检测信号质量•GPS Test-GPS手机测量角度应用•Theodolite-测距工具•Measure-AR天体导航学习•Star Walk-课后作业设计定位活动每位学生需要独立设计一个简单的定位活动，可以在家中、小区内或学校范围进行作业要求体现本课程学习的定位原理和方法活动设计要求明确活动目的和参与对象•选择适当的定位方法和工具•设计活动流程和评价标准•考虑可能遇到的问题和解决方案•数据记录分析记录定位过程中的关键数据•分析定位精度和误差来源•总结不同方法的优缺点•提出改进建议和思考•作业提交格式书面报告配合照片或视频资料，字数控制在字800-1000环节QA常见问题解答以下是学生在学习过程中经常提出的问题，以及相应的解答和学习建议问为什么有时候定位不准确？问三角测量法在实际应用中有什么局限性？GPS答定位精度受多种因素影响，包括卫星信号强度、大气条答三角测量需要清楚地观察到基准点和目标点，在有障碍物遮挡GPS件、接收器质量、周围环境等在建筑物密集区域或室内，信号会的情况下难以实施同时，测量角度的精度直接影响最终结果的准被遮挡或反射，导致定位偏差确性学习建议多结合实际生活场景思考位置确定问题，通过动手实践加深理解，关注技术发展的新趋势结束语掌握位置确定技能开启空间探索之旅！学习成果展望通过本课程的学习，同学们已经掌握了位置确定的基本理论和实践方法这些知识不仅能帮助你们在日常生活中更好地进行空间定位，还为进一步学习地理、物理、数学等相关学科奠定了基础位置确定技术正在快速发展，从传统的测量方法到现代的卫星定位，从二维平面到三维空间，从静态定位到动态导航，技术的进步为我们提供了越来越精确和便利的定位服务鼓励实践在生活中多观察、多思考、多实践，将课堂学到的知识应用到实际问题的解决中持续学习关注科技发展，了解新的定位技术，如室内定位、增强现实导航等前沿应用。