安全防范工程设计与施工技术讲座GPSGISGSM监控报警系统课件.ppt

1、黎连业黎连业 (4)黎连业黎连业GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。度的精密定位。GIS（GeographicInformationSystem,）即地理信息系统。）即地理信息系统。是一种采集、处

2、理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系统。它主要包括计算机硬件、软达和应用地理信息的计算机系统。它主要包括计算机硬件、软件、地理数据和用户等几个部分。地理信息系统技术广泛应用件、地理数据和用户等几个部分。地理信息系统技术广泛应用于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎所有的行业。所有的行业。GSM(Global System for Mob

3、ile Communication)全球移动全球移动通讯系统。通讯系统。黎连业黎连业重点讨论以下内容；重点讨论以下内容；GPS定位原理和方法；定位原理和方法；GPS布网方法；布网方法；城市汽车防盗反劫报警系统；城市汽车防盗反劫报警系统；城市汽车监控报警系统技术性能比城市汽车监控报警系统技术性能比较；较；地理信息系统地理信息系统GIS）；）；GPS/GSM汽车防盗预警系统。汽车防盗预警系统。黎连业黎连业4.1.1 GPS系统的定义 GPS是利用导航卫星进行测距、测速和定时，能够为全球范围内海陆空各个用户连接、实时、全天候地提供高精度的三给位置、三维速度和时间信息的空间无线电导航系统。全球卫星导航

4、定位技术分为以下两类：全球卫星导航定位技术分为以下两类：一类是美国的一类是美国的GPS另一类是俄罗斯的另一类是俄罗斯的GLONASS 美国的全球卫星定位系统（美国的全球卫星定位系统（GPS），它是继阿波罗登月和航天飞机之），它是继阿波罗登月和航天飞机之后的第三航天工程，后的第三航天工程，1973年美国授权研制第二代星基被动式无线导航年美国授权研制第二代星基被动式无线导航定位系统，定位系统，1993年全部发射部署完毕，年全部发射部署完毕，1995年年4月月27日达到全运动状日达到全运动状态。态。俄罗斯的全球导航卫星系统俄罗斯的全球导航卫星系统GLobal Navigation Satellite

5、 System简称简称GLONASS，它是前苏联于，它是前苏联于1982年宣布研制开发的全球导航定位系统，年宣布研制开发的全球导航定位系统，前苏联解体前发射前苏联解体前发射10颗，随后俄罗斯于颗，随后俄罗斯于1996年年1月月18日发射部署完毕，日发射部署完毕，并投入全运动状态。并投入全运动状态。黎连业黎连业4.1.2 GPS系统的组成 GPS系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户部分。系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分和用户部分。1.空间部分空间部分GPS的空间部分是由的空间部分是由24颗飞行在颗飞行在20183公里高空的公里高空的GPS工作卫星所组成，工作卫星所组成，这些这些

6、GPS工作卫星共同组成了工作卫星共同组成了GPS卫星星座，其中卫星星座，其中21颗为可用于导航的颗为可用于导航的卫星，卫星，3颗为活动的备用卫星颗为活动的备用卫星3。这。这24颗卫星分布在颗卫星分布在6个倾角为个倾角为55的轨的轨道上绕地球运动。卫星的运动周期约为道上绕地球运动。卫星的运动周期约为12恒星时。每颗恒星时。每颗GPS工作卫星都工作卫星都发出用于导航定位的信号。发出用于导航定位的信号。GPS用户正是利用这些信号来进行工作的。用户正是利用这些信号来进行工作的。GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的的L1载波和载波和频率为频

7、率为1227.60HMz的的L2载波，它们的频率分别是其中频率载波，它们的频率分别是其中频率10.23MHz的的154倍和倍和120倍，它们的波长分别为倍，它们的波长分别为19.03cm和和24.42cm。在。在L1和和L2上又上又分别调制着多种信号，这些信号主要有：分别调制着多种信号，这些信号主要有：C/A码码 C/A码又被称为粗捕获码，它被调制在码又被称为粗捕获码，它被调制在L1载波上，是载波上，是1MHz的伪随机的伪随机噪声码（噪声码（PRN码），其码长为码），其码长为1023位（周期为位（周期为1ms）。由于每颗卫星的）。由于每颗卫星的C/A码都不一样，因此，我们经常用它们的码都不一样

8、，因此，我们经常用它们的PRN号来区分它们。号来区分它们。C/A码是码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。P码码 P码又被称为精码，它被调制在码又被称为精码，它被调制在L1和和L2载波上，是载波上，是10MHz的伪随机噪的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施声码，其周期为七天。在实施AS时，时，P码与码与W码进行模二相加生成保密码进行模二相加生成保密的的Y码，此时，一般用户无法利用码，此时，一般用户无法利用P码来进行导航定位。码来进行导航定位。导航信息导航信息导航信息被调制在导航信息被调制在L1载波上，其信号频率为载波上，其信

9、号频率为50Hz，包含有，包含有GPS卫星的卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称卫星在地球轨道上的位置，导航信息也被称为广播星历。为广播星历。黎连业黎连业2.地面控制部分地面控制部分GPS的地面控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控的地面控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入

10、站。主控站有一个，位于美国克罗拉多（控站和注入站。主控站有一个，位于美国克罗拉多（Colorado）的）的法尔孔（法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监

11、控站的功能。监控站有五个，作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、）、阿松森群阿松森群岛（岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、）、迭哥伽西亚（迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（）、卡瓦加

12、兰（Kwajalein），注入站），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。星中去。黎连业黎连业3.用户部分用户部分GPS的用户部分由的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。利用这些信号进行导航定位等工作。GPS接收机最简单的使用是不组网单机使用，例如船用导航仪，陆接收机最简单的使用是不组网单机使用，例如

13、船用导航仪，陆用手持定位仪等。它包括以下内容：用手持定位仪等。它包括以下内容：有源天线（含前置放大器）；有源天线（含前置放大器）；高频信号识别和处理电路；高频信号识别和处理电路；微机、用于控制接收机捕捉数据、解释导航电文；微机、用于控制接收机捕捉数据、解释导航电文；进行差分基准信号接收和差分运算；进行差分基准信号接收和差分运算；操作键、显示板和数据存储器；操作键、显示板和数据存储器；其它附属部件，如石英钟、电源等。其它附属部件，如石英钟、电源等。说明：说明：历书历书GPS卫星都播发有关它们自身导航信号，告诉接收机哪些卫卫星都播发有关它们自身导航信号，告诉接收机哪些卫星处于工作之中，以及它们的位

14、置。星处于工作之中，以及它们的位置。GPS用码信号来识别它们的历用码信号来识别它们的历书，从而告诉接收机在地平线上的是哪些星可以接收。书，从而告诉接收机在地平线上的是哪些星可以接收。星历星历它是把卫星的精确位置准确地告诉接收机，每颗卫星都播发它是把卫星的精确位置准确地告诉接收机，每颗卫星都播发自己的星历。星历是自己的星历。星历是“超级历书超级历书”。黎连业黎连业4.1.3 GPS定位原理和方法 1 工作原理工作原理GPS是采用交互定位的原理。已知几个点的距离，则可求出未知点是采用交互定位的原理。已知几个点的距离，则可求出未知点所处的位置。对所处的位置。对GPS而言，已知点是空间和卫星，未知点是

15、地面某而言，已知点是空间和卫星，未知点是地面某一移动目标。一移动目标。卫星的距离由卫星信号传播时间来测定，将传播时间乘上光速可求卫星的距离由卫星信号传播时间来测定，将传播时间乘上光速可求出距离为：出距离为：R=Vt其中：无线信号传输速度为其中：无线信号传输速度为V=3108米米/秒，卫星信号传到地面时秒，卫星信号传到地面时间为间为t（卫星信号传输到地面大约需（卫星信号传输到地面大约需0.06秒）。秒）。最其本的问题是要求卫星和用户接收机都配备很精确的时钟，但一最其本的问题是要求卫星和用户接收机都配备很精确的时钟，但一般为降低成本，用户接收机都用石英钟，卫星上采用的原子钟。般为降低成本，用户接收

16、机都用石英钟，卫星上采用的原子钟。由于光速很快，要求卫星和接收机相互间同步精度达到纳秒级（由于光速很快，要求卫星和接收机相互间同步精度达到纳秒级（10-6秒），而接收机是石英钟，测量时就会产生较大的误差，该误差可秒），而接收机是石英钟，测量时就会产生较大的误差，该误差可通过计算机加以清除。因为每颗卫星之间的时钟同步性十分精确，通过计算机加以清除。因为每颗卫星之间的时钟同步性十分精确，因此同时跟踪四颗因此同时跟踪四颗GPS可见卫星后就能解算出径、纬度、高度及接可见卫星后就能解算出径、纬度、高度及接收机钟差，在数学上由四个方程求解四个未知数是典型的运算。收机钟差，在数学上由四个方程求解四个未知数是

17、典型的运算。所以所以一个一个GPS接收机必须同时接收四颗卫星才能进行三维定位，而接收机必须同时接收四颗卫星才能进行三维定位，而对于实时厘米级定位精度，则要求五颗或更多的卫星。对于实时厘米级定位精度，则要求五颗或更多的卫星。在理想情况在理想情况下，因为下，因为GPS系统有系统有24颗卫星环绕地球运动，通常在水平角颗卫星环绕地球运动，通常在水平角10度以度以上都能观测到七颗卫星。但如果附近有山、建筑物或其它遮蔽，那上都能观测到七颗卫星。但如果附近有山、建筑物或其它遮蔽，那么可见的卫星会减到四颗、三颗或更少，这样接收机就很难定位，么可见的卫星会减到四颗、三颗或更少，这样接收机就很难定位，故有的应用还

18、要与惯性导航技术相结合。故有的应用还要与惯性导航技术相结合。黎连业黎连业2GPS定位方法 GPS定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。法。GPS定位方法可依据不同的分类标准，作如下划分：定位方法可依据不同的分类标准，作如下划分：根据定位所采用的观测值根据定位所采用的观测值在在GPS定位中，经常采用下列观测值中的一种或几种进行数据处理，以确定定位中，经常采用下列观测值中的一种或几种进行数据处理，以确定出待定点之间的基线向量：出待定点之间的基线向量：L1载波相位观测值载波相位观测值L2载波相观观测值（半波或全

19、波）载波相观观测值（半波或全波）调制在调制在L1上的上的C/A码伪距码伪距调制在调制在L1上的上的P码伪距码伪距调制在调制在L2上的上的P码伪距码伪距L1上的多普勒频移上的多普勒频移L2上的多普勒频移上的多普勒频移 实际上，在进行实际上，在进行GPS定位时，除了大量地使用上面的观测值进行数据处理以定位时，除了大量地使用上面的观测值进行数据处理以外，还经常使用地面的观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽外，还经常使用地面的观测值通过某些组合而形成的一些特殊观测值，如宽巷观测值（巷观测值（Wide-Lane）、窄巷观测值（）、窄巷观测值（Narrow-Lane）、消除电离层延迟）、消除电离

20、层延迟的观测值（的观测值（Ion-Free）来进行数据处理。）来进行数据处理。黎连业黎连业伪距定位伪距定位伪距定位所采用的观测值为伪距定位所采用的观测值为GPS伪距观测值，所采用的伪距观测值，所采用的伪距观测值既可以是伪距观测值既可以是C/A码伪距，也可以是码伪距，也可以是P码伪距。码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定不存在整周模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定位；其缺点是观测值精度低，位；其缺点是观测值精度低，C/A码伪距观测值的精度码伪距观测值的精度一般为一般为3米，

21、而米，而P码伪距观测值的精度一般也在码伪距观测值的精度一般也在30个厘个厘米左右，从而导致定位成果精度低，另外，若采用精度米左右，从而导致定位成果精度低，另外，若采用精度较高的较高的P码伪码观测值，还存在码伪码观测值，还存在AS的问题。的问题。载波相位定位载波相位定位戴波相位定位所采用的观测值为戴波相位定位所采用的观测值为GPS的载波相位观测值，的载波相位观测值，即即L1、L2或它们的某种线性组合。载波相位定位的优或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，一般优于点是观测值的精度高，一般优于2个毫米；其缺点是数个毫米；其缺点是数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题。据处理过程复

22、杂，存在整周模糊度的问题。根据定位的模式根据定位的模式绝对定位绝对定位绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。黎连业黎连业相对定位相对定位 相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进两台

23、以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。根据获取定位结果的时间根据获取定位结果的时间实时定位实时定位 实时定位是根据接收观测到的数据，实时地解实时定位是根据接收观测到的数据，实时地解算出接收机天线所在的位置。算出接收机天线所在的位置。非实时定位非实时定位 非实时定位又称后处理定位，它是通过对接收非实时定位又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位得方法。机接收到的数据进行后处理以进行定位得方法。黎连业黎连业根据定位时接收机的运动状态根据定位时接收机的运动状态动态定位动态定位所谓动态定位，就是在

24、进行所谓动态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是变化的。也就是说，在数据处理时，将接收机观测过程中的位置是变化的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。动态定位又分为天线的位置作为一个随时间的改变而改变的量。动态定位又分为Kinematic和和Dynamic两类。两类。静态定位静态定位所谓静态定位，就是在进行所谓静态定位，就是在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接观测过程中的位置是保持不变的。也就是说，在

25、数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机静态定位一般用于高精度的测量定位，其具体观测模式多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至在不同的观测站上进行静止同步观测，时间由几分钟、几小时甚至数十小时不等。数十小时不等。黎连业黎连业4.1.4 GPS定位的误差因素和提高精度的方法 1GPS定位的误差因素定位的误差因素在利用在利用GPS进行定位时，会受到各种各样的因素的影响。影响进行定位时，会受到各种各样的因素的影响。影响GP

26、S定位精定位精度的因素可以分为以下四大类；度的因素可以分为以下四大类；（1）与与GPS卫星有关的因素卫星有关的因素SA美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（技术）、在美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（技术）、在GPS在在基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，人为降低普通用户利用基准信号中加入高频抖动（技术）等方法，人为降低普通用户利用GPS进进行导航定位时的精度。行导航定位时的精度。卫星星历误差卫星星历误差 在进行在进行GPS定位时，计算在某时刻定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所在的卫星轨道参数是卫星位置所在的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型

27、的星历，所计算出的卫通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。卫星钟差卫星钟差 卫星钟差是卫星钟差是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间之间的标准时间之间的误差。误差。卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差是卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。心与其真实相位中心之间的差异。黎连业黎连业与传

28、播途径有关的因素电离层延迟电离层延迟 由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。以及电磁波传播途径上电子总含量有关。对流层延迟对流层延迟 由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。电磁波所受对流

29、层折射的影响与电磁波传播途延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。径上的温度、湿度和气压有关。多路径效应多路径效应 由于接收机周围环境的影响，使得接收机接收到的卫由于接收机周围环境的影响，使得接收机接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响，这就星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。是所谓的多路径效应。黎连业黎连业 与接收机有关的因素接收机钟差接收机钟差 接收机钟差是接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与接收机所使用的钟的钟面时与GPS标准时之间的标准时之间的差异。差异。接收机天线相位中心偏差接收机天线相位中心偏差 接

30、收机天线相位中心偏差是接收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。的相位中心之间的差异。接收机软件和硬件造成的误差接收机软件和硬件造成的误差 在进行在进行GPS定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。的影响。其它因素其它因素GPS控制部分人为或计算机造成的影响；控制部分人为或计算机造成的影响；由于由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等；控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等；数据处理软件的影响；数据处理软件的影响；数据处理软件

31、的算法不完善对定位结果的影响。数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。黎连业黎连业俄罗斯发射的导航定位星寿命是俄罗斯发射的导航定位星寿命是3年，到期要发射新星替补，从年，到期要发射新星替补，从综合国力讲，很难保证综合国力讲，很难保证GLONASS 导航卫星的空间实际飞行数导航卫星的空间实际飞行数量，可能会减少。量，可能会减少。这并不是讲这并不是讲LGANOSS应用的价值，现在很多国家都研制生产应用的价值，现在很多国家都研制生产一种一种GPS和和GLANOSS兼容接收机，平时可增加接收导航星的兼容接收机，平时可增加接收导航星的捕捉速度，战时，在多极世界，总有一个空间导航卫星系统可捕捉速度，战时

32、，在多极世界，总有一个空间导航卫星系统可使用，不可能同时与美俄作战。同时利用使用，不可能同时与美俄作战。同时利用GPS加加GLONASS可可增加提高定位精度。增加提高定位精度。从从GPS技术发展已经成速，剩下来要解决的问题有二个：技术发展已经成速，剩下来要解决的问题有二个：解决城市楼群树村遮挡影响；解决城市楼群树村遮挡影响；降低成本。降低成本。对我国而言，要避开中央占领两厢，即避开对我国而言，要避开中央占领两厢，即避开GPS核心部件的开核心部件的开发，占领：发，占领：电子地图和地理信息系统的开发；电子地图和地理信息系统的开发；黎连业黎连业GPS应用系统的外围设备的开发和生产。应用系统的外围设备

33、的开发和生产。GPS应用领域很广阔，就城市范围而言，有下列几种：应用领域很广阔，就城市范围而言，有下列几种：公检法系统警车公检法系统警车金融系统运钞车金融系统运钞车邮政邮政急救急救特种运输特种运输公交车辆电子站牌公交车辆电子站牌出租车及家庭私车出租车及家庭私车军队车辆及训练军队车辆及训练GPS系统工程目前正处在一个发展高峰期，随着经济建设的发展，系统工程目前正处在一个发展高峰期，随着经济建设的发展，应用的领域会越来越宽广，国民经济和人民生活的各个领域均可应应用的领域会越来越宽广，国民经济和人民生活的各个领域均可应用，除了系统组网外，还用于个人手持机、一般性导航定位、高档用，除了系统组网外，还用

34、于个人手持机、一般性导航定位、高档宾馆的时钟系统等等。宾馆的时钟系统等等。黎连业黎连业GPS使用的术语GPS使用的术语有：使用的术语有：1.坐标坐标(coordinate)坐标有坐标有2维（经度、纬度）、维（经度、纬度）、3维（经度、纬度、高度）两种。维（经度、纬度、高度）两种。当只能收到当只能收到3颗卫星的信号时，显示颗卫星的信号时，显示2维坐标（可能还会显示高度数维坐标（可能还会显示高度数据，但这数据是无效的）；据，但这数据是无效的）；当只能收到当只能收到4颗卫星的信号时，显示颗卫星的信号时，显示3维坐标。维坐标。2GPS的经纬度的经纬度GPS的经纬度的经纬度地球子午线长是地球子午线长是3

35、9940.67公里，一纬度合公里，一纬度合110.94公里，一分合公里，一分合1.849公里，一秒合公里，一秒合30.8米；米；赤道圈是赤道圈是40075.36公里，北京地区的经度一度合公里，北京地区的经度一度合276公里，一分合公里，一分合1.42公里一秒合公里一秒合23.69米。米。3路标路标(Landmark or Waypoint)是是GPS数据核心，它是构成数据核心，它是构成“路线路线”的基础，路标是的基础，路标是GPS主要功能之一。主要功能之一。4.路线路线(ROUTE)是是GPS内存中存储的一组数据，包括一个起点和一内存中存储的一组数据，包括一个起点和一个终点的坐标，还可以包括若

36、干中间点的坐标。个终点的坐标，还可以包括若干中间点的坐标。黎连业黎连业5.前进方向前进方向(Heading)GPS没有指南针的功能，静止不动时它是不知没有指南针的功能，静止不动时它是不知道方向的。一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。道方向的。一旦动了起来，它就能知道自己的运动方向。GPS每隔每隔一秒更新一次当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标一比较，一秒更新一次当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标一比较，就可以知道前进的方向，就可以知道前进的方向，6.导向导向(Bearing)以设定以设定走向走向(GOTO)目标。目标。走向走向目标的设定可以按目标的设定可以按GOTO键，键，然后从

37、列表中选择一个路标。以后然后从列表中选择一个路标。以后导向导向功能将导向此路标。功能将导向此路标。目前有活跃路线目前有活跃路线(Activity route)。活跃路线一般在设置。活跃路线一般在设置-路线菜单路线菜单下设定。如果目前有活动路线，那么下设定。如果目前有活动路线，那么导向导向的点是路线中第一个路的点是路线中第一个路点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。在点，每到达一个路点后，自动指到下一个路点。在导向导向页面上部页面上部都会标有当前导向路点名称都会标有当前导向路点名称(ROUTE里的点也是有名称的里的点也是有名称的)。它是。它是根据当前位置，计算出导向目标对你的方向角，以与根据

38、当前位置，计算出导向目标对你的方向角，以与前进方向前进方向相相同的角度值显示。同时显示离目标的距离等信息。读出导向方向，同的角度值显示。同时显示离目标的距离等信息。读出导向方向，按此方向前进即可走到目的地。有些按此方向前进即可走到目的地。有些GPS把前进方向和导向功能结把前进方向和导向功能结合起来，只要用合起来，只要用GPS的头指向前进方向，就会有一个指针箭头指向的头指向前进方向，就会有一个指针箭头指向前进方向和目标方向的偏角，跟着这个箭头就能找到目标。前进方向和目标方向的偏角，跟着这个箭头就能找到目标。黎连业黎连业7.日出日落时间(Sun set/raise time)GPS能够显示当地的日

39、出、日落时间，这个时间是GPS根据当地经度和日期计算得到的，是指平原地区的日出、日落时间，在山区因为有山脊遮挡，日照时间根据情况要早晚各少半个小时以上。8.足迹线(Plot trail)GPS每秒更新一次坐标信息，记载自己的运动轨迹。黎连业黎连业4.2.1 GPS布网中使用的坐标系统 一个完整的坐标系统是由坐标系统和基准两方面要素所构成一个完整的坐标系统是由坐标系统和基准两方面要素所构成的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式，而基准指的是为的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式，而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量中的基描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量

40、中的基准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空间位置时所采用的单位长度和定义。以及在描述空间位置时所采用的单位长度和定义。坐标系的分类坐标系的分类 正如前面所提及的，所谓坐标系指的是描述空间位置的表达正如前面所提及的，所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位形式，即采用什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如

41、直角坐置，采用了多种方法，从而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系，极坐标系等。在测量中，常用的坐标系有以下几种：标系，极坐标系等。在测量中，常用的坐标系有以下几种：空间直角坐标系空间直角坐标系 空间直角坐标系的坐标原点位于参考椭球的中心，空间直角坐标系的坐标原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参轴指向参考椭球的北极，考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于轴位于赤道面上，且按右手系与赤道面上，且按右手系与X轴呈轴呈90夹角。某点在空间中的坐夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐轴上的投影来表示。如图标可用该点在此坐标系的各个坐轴上的投影来表示

42、。如图4-1所示。所示。黎连业黎连业黎连业黎连业黎连业黎连业平面直角坐标系 平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，如如UTM投影、投影、Lambuda投影等，在我国采用的是高斯投影等，在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。克吕格投影，也称为高斯投影。基准基准 所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在所谓基准是指为描述空间位置而

43、定义的点、线、面，在大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长短半轴，以及参才椭球在空间中参数，如参考椭球的长短半轴，以及参才椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。度的定义。黎连业黎连业 GPS网的设计准则出发点出发点GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能地提高效率，网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能地提高效率，努力降低成本。因此，在进行努力降低成本。因此，在进行GPS的设计和测设时，既不能脱离的设计和测设时，既不能脱离实际

44、的应用需求，盲目地最求不必要的高精度和可靠性；也不能实际的应用需求，盲目地最求不必要的高精度和可靠性；也不能为追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。为追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。GPS网布网作业准则网布网作业准则选点选点选点有以下准则：选点有以下准则：为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空尽可能的开阔，在尽可能的开阔，在105高度角以上不能有成片的障碍物。高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电

45、磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。压输电线等。为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方。的地方。测站应选择在易于保存的地方。测站应选择在易于保存的地方。黎连业黎连业 提高提高GPS网可靠性的方法网可靠性的方法 提高提高GPS网可靠性的方法如下：网可靠性的

46、方法如下：增加观测期数（增加独立基线数）。增加观测期数（增加独立基线数）。在布设在布设GPS网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高GPS网网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，所测得的独立的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，所测得的独立基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性提高是非基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性提高是非常有业的。常有业的。保证一定的重复设站次数。保证一定的重复设站次数。保证一定的重复设站次数，可确保保证一定的重复设站次数，可确保GPS网的可靠性。一方面，网的可靠性。一方面，通过在同一测站上的多

47、次观测，可有效地发现一些人为错误；另通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现一些人为错误；另一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，需要注意的是，当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段需要注意的是，当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观测时，各个时段间必须重新安置仪器，以更好地消除各种人的观测时，各个时段间必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误。为操作误差和错误。保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性。

48、在布设站具有较高的可靠性。在布设GPS网时，各个点的可靠性与点位网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。线数越多，点的可靠性则越高。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。条。在布设在布设GPS网时，检查网时，检查GPS观测值（基线向量）质量的最佳方法观测值（基线向量）质量的最佳方法是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，基检是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，基检验质量的能力将逐渐下降。验质

49、量的能力将逐渐下降。黎连业黎连业（3）提高GPS网精度的方法 提高提高GPS网精度的方法如下：网精度的方法如下：为保证为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。为提高整个为提高整个GPS网的精度，可以在全面网之上布设框架图，以框架网的精度，可以在全面网之上布设框架图，以框架网作为整个网作为整个GPS网的骨架。网的骨架。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。条。在布设在布设GPS网

50、时，引入高精度激光测距边，作为观测值与网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与GPS观测观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。若要采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高若要采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高/正高，则需在布正高，则需在布网时选定一定数量的水准点，水准点的数量应竟可能的多，且应在网时选定一定数量的水准点，水准点的数量应竟可能的多，且应在网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包含在其中。含在其中。为提高为提高GPS网的尺度精度